JP2012084510A - マイクロ波照射装置およびマイクロ波照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマグネトロンを用いて反射電力を少なくしてマイクロ波を照射することができるマイクロ波照射装置およびマイクロ波照射方法を提供すること。
【解決手段】マイクロ波照射装置１００は、被処理体を収容するチャンバ１と、電圧が供給されることによりマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波を前記チャンバ１内の被処理体に照射するための複数のマグネトロン１０ａ，１０ｂと、これら複数のマグネトロン１０ａ，１０ｂにパルス状電圧を供給する電源部２０とを具備し、電源部２０は、複数のマグネトロン１０ａ，１０ｂにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を対象物に照射して加熱等の処理を行うマイクロ波照射装置およびマイクロ波照射方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、ドーパントの活性化等のためにアニール処理が行われるが、このようなアニールとしてマイクロ波アニールが提案されている（例えば特許文献１）。マイクロ波アニールは、不純物拡散が少なく、浅い活性層を形成できることから、次世代のアニール技術として注目されている。また、マイクロ波によりアニール処理を行う場合には、格子欠損の修復も可能であることが報告されている。

特表２００９−５１６３７５号公報

ところで、マイクロ波発生装置としては、マグネトロンを備えたものが一般的であるが、アニールの対象が３００ｍｍウエハの場合には、単一のマグネトロンではパワーが不十分で、複数のマグネトロンが必要となる場合がある。しかし、複数のマグネトロンを用いてマイクロ波を合成する場合に、複数のマグネトロンからのマイクロ波を同時に照射すると、プラズマ状態で合成する場合とは異なり、電磁波（マイクロ波）同士が干渉し、互いに反射波が多くなり、効率的にパワーを入れることが困難となる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、複数のマグネトロンを用いて反射電力を少なくしてマイクロ波を照射することができるマイクロ波照射装置およびマイクロ波照射方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、被処理体を収容するチャンバと、電圧が供給されることによりマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波を前記チャンバ内の被処理体に照射するための複数のマグネトロンと、前記複数のマグネトロンにパルス状電圧を供給する電源部とを具備し、前記電源部は、前記複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給することを特徴とするマイクロ波照射装置を提供する。

また、本発明は、複数のマグネトロンにパルス状電圧を供給して発生するマイクロ波をチャンバ内の被処理体に照射するマイクロ波照射方法であって、前記複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給することを特徴とするマイクロ波照射方法を提供する。

本発明によれば、複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給するので、複数のマグネトロンから同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようにすることができる。このため、複数のマグネトロンから発生するマイクロ波同士の干渉が生じないので、反射波の発生を抑制することができ、複数のマグネトロンから効率良く被処理体にマイクロ波パワーを入れることができる。また、このように複数のマグネトロンから同時にマイクロ波を発生させないため、マイクロ波の位相の干渉がなく、マイクロ波を同時に発生させる場合よりも電界強度を大きくすることができ、かつ電界の均一性も飛躍的に向上する。

本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置を示す概略図である。 図１のマイクロ波照射装置の主要部を示す回路図である。 デューティー比が２０％、５０％、９０％のパルス状トランス一次側電圧を得るためのフェーズシフトの状態と、その際の電圧の実波形とを示す図である。 図１のマイクロ波照射装置において、２つのマグネトロンに供給する好ましい電圧波形の例を示す図である。 ２．４５ＧＨｚのマグネトロンから出力されるマイクロ波パワーと出力周波数との関係を示す図である。 ５．８ＧＨｚのマグネトロンから出力されるマイクロ波の周波数とマイクロ波のピーク電力との関係の実測値を示すグラフである。 周波数シフトと定在波の位置の移動量との関係を説明するための図である。 図１のマイクロ波照射装置において、２つのマグネトロンに供給する好ましい電圧波形の他の例を示す図である。 電子レンジに用いられるリーケージトランスの回路図である。 マグネトロンへ供給される電圧波形の制御をＰＷＭ制御を行うことによって実現する例を示す図である。 図１のマイクロ波照射装置において、２つのマグネトロンに供給する電圧波形のより好ましい例を示す図である。 マグネトロンを４つにした場合のマイクロ波照射装置の主要部を示す回路図である。 図１２のマイクロ波照射装置において、４つのマグネトロンに供給する電圧波形の例を示す図である。 図１２のマイクロ波照射装置において、４つのマグネトロンに電圧を供給する順番の好ましい例を示す図である。 ４つの導入口から同時に導入することなくシリアルに導入した場合と、４つの導入口から同時に導入した場合とでウエハ上の電界強度とその分布をシミュレーションする際のウエハと導入口との関係を示す図である。 ４つの導入口からマイクロ波をシリアルに導入した場合における、各導入口から導入したマイクロ波のウエハ上の電界分布とこれらの合算値を示す図である。 シリアル導入の場合の合算したウエハ上の電界分布と、４つの導入口から同時に導入した場合のウエハ上の電界分布を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。ここでは、被処理体として半導体ウエハを用い、マイクロ波を照射することによりアニールを行う装置に本発明を適用した例について説明する。ただし、被処理体としては半導体ウエハに限らず、またマイクロ波を照射する処理がアニールに限らないことはいうまでもない。

図１は本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置を示す概略図である。このマイクロ波照射装置１００は、被処理体である半導体ウエハＷを収容するチャンバ１を有している。チャンバ１内には、その中で半導体ウエハＷを載置する複数、例えば３本（２本のみ図示）の載置ピン２がチャンバ１の底部から突出するように設けられている。載置ピン２は、誘電損失の少ない石英等で構成されている。チャンバ１の側壁上部にはガス導入ポート３が形成されており、処理の際の雰囲気を形成するガスがガス供給部４から配管３ａを介してチャンバ１内に供給されるようになっている。このような雰囲気を形成するガスとしては、Ａｒガスや、Ｎ_２ガス等の不活性ガスを用いることができる。なお、処理によっては、雰囲気を形成するガスとしてＨ_２ガスやＯ_２ガス等を用いることもできる。チャンバ１の底部にはガスを排気する排気ポート５が設けられ、側壁にはゲート７により開閉可能な半導体ウエハＷの搬入出を行う搬入出口６が設けられている。なお、チャンバ１内は、例えば常圧近傍の所定圧力に保持される。

チャンバ１の上部には２つのマイクロ波導入ポート８ａ，８ｂが設けられており、これらにはそれぞれ導波路９ａ，９ｂを介してマイクロ波を発生するためのマグネトロン１０ａ，１０ｂが接続されている。導波路９ａ，９ｂのチャンバ１とマグネトロン１０ａ，１０ｂの間には、サーキュレータ１１ａ，１１ｂが接続されており、これらサーキュレータ１１ａ，１１ｂには共通のダミーロード１２が接続されている。これらサーキュレータ１１ａ，１１ｂおよびダミーロード１２は、反射マイクロ波を分離するアイソレータを構成する。すなわち、サーキュレータ１１ａ，１１ｂは、チャンバ１内で反射したマイクロ波をダミーロード１２へ導き、ダミーロード１２は反射マイクロ波を熱に変換する。

マグネトロン１０ａ，１０ｂには、高電圧電源部２０から給電されるようになっている。高電圧電源部２０は、商用電源から三相２００Ｖの交流が供給され、これを整流して所定波形の直流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２１と、直流のスイッチングを行うスイッチング回路２２と、スイッチング回路２２を制御するスイッチングコントローラ２３と、電圧を所望の値に昇圧する昇圧トランス２４と、昇圧トランス２４の二次側に接続され、二次側の電圧をマグネトロン１０ａ，１０ｂへ供給するとともに、供給する電圧を半波整流して所定の波形に制御する電圧供給・波形制御回路２５とを有している。

図２は、電源部２０の回路図である。図２に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１は、整流回路３１と、コンデンサ３２ａを有する平滑回路３２と、力率改善のためのパワーＦＥＴ３３と、コンデンサ３４ａおよびコイル３４ｂを有する平滑回路３４とを有している。また、スイッチング回路２２は、４つのスイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がフルブリッジ回路（Ｈブリッジとも言う）を構成してなっており、スイッチングコントローラ２３によりフェーズシフト型のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御またはＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行ってパルス状電圧が形成されるようになっている。スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、スイッチングコントローラ２３からゲートドライブ信号が入力され、これらが合成されてパルス状電圧がスイッチング回路２２から出力され、トランス一次側電圧となる。フェーズシフト型のＰＷＭ制御の場合には、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、スイッチングコントローラ２３からそれぞれ位相（フェーズ）が制御されたデューティー比５０％のゲートドライブ信号が入力され、これらが合成されてパルス状電圧がスイッチング回路２２からトランス一次側電圧として出力される。スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のうち、トランジスタＱ１、Ｑ４が正出力、トランジスタＱ２、Ｑ３が負出力である。スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をフェーズシフトさせることにより、所望のデューティー比のパルス電圧をトランス一次側電圧として出力させることができる。図３は、実際にスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をフェーズシフトさせてトランス一次側電圧のデューティー比を変化させた場合のデューティー比２０％、５０％、９０％のパルス状トランス一次側電圧を得るためのフェーズシフト状態と、その際の電圧の実波形とを示す図である。図中、スイッチングトランジスタＱ１とＱ４が共にＯＮしている時間、およびスイッチングトランジスタＱ２とＱ３が共にＯＮしている時間は斜線部で示されている。

スイッチングトランジスタとしては、効率の観点から電界効果型トランジスタを用いることができ、ＭＯＳ型のものが好ましくパワーＭＯＳＦＥＴが好適である。またＭＯＳＦＥＴに比べ高耐圧であり高パワー用に適しているＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いることもできる。また、スイッチング回路２２の負荷である昇圧トランス２４は、直列に接続されたトランジスタＱ１とＱ２の間およびトランジスタＱ３とＱ４の間からそれぞれ延びる配線に接続されている。スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４と並列に共振コンデンサＣ_０が挿入されている。

電圧供給・波形制御回路２５は、マグネトロン１０ａに電圧を供給する第１電圧供給部３６ａと、マグネトロン１０ｂに電圧を供給する第２電圧供給部３６ｂとを有しており、これらはそれぞれ昇圧トランス２４の二次側に接続されている。第１電圧供給部３６ａには、スイッチング回路２２からのパルス状電圧を整流する２つのダイオードＤ１，Ｄ′１を有する第１整流回路３７ａとコイルＬ１およびコンデンサＣ１を有する第１平滑回路３８ａが設けられている。また、第２電圧供給部３６ｂには、スイッチング回路２２からのパルス状電圧を整流する２つのダイオードＤ２，Ｄ′２を有する第２整流回路３７ｂとコイルＬ２およびコンデンサＣ２を有する第２平滑回路３８ｂが設けられている。平滑回路３８ａ，３８ｂでは、コイルＬ１，Ｌ２、コンデンサＣ１，Ｃ２の時定数を調整することにより、スイッチング周波数は通さず、電力パルス波形の周波数を通すフィルターが構成される。なお、昇圧トランス２４に珪素鋼板のような高周波を通過できないものを使用することにより、コイルＬ１，Ｌ２、コンデンサＣ１，Ｃ２を省略することができる。

このような構成により、第１電圧供給部３６ａおよび第２電圧供給部３６ｂでは、それぞれ例えば１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で５０Ｈｚ程度の半波整流波形を形成し、このような波形のパルス状電圧をそれぞれマグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）およびマグネトロン１０ｂ（Ｍａｇ２）に供給することができる。そして、スイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ１およびＱ４によりマグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）に供給される電圧がオン・オフ制御され、スイッチングトランジスタＱ２およびＱ３によりマグネトロン１０ｂ（Ｍａｇ２）に供給される電圧がオン・オフ制御され、これにより、電圧供給・波形制御回路２５では、第１電圧供給部３６ａの電圧パルスと第２電圧供給部３６ｂの電圧パルスとが時間的に重ならないように電圧が供給される。具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電圧供給部３６ａからマグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）に供給される電圧パルスと、第２電圧供給部３６ｂからマグネトロン１０ｂ（Ｍａｇ２）に供給される電圧パルスとを交互に出現させ、例えば１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で５０Ｈｚ程度の擬似サインカーブの全波整流波形を形成する。これにより、マグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）およびマグネトロン１０ｂ（Ｍａｇ２）から同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようになる。

マグネトロン１０ａ，１０ｂのそれぞれから放射されるマイクロ波は、干渉により定在波を形成するが、その影響を抑える方法として、マグネトロンへのカソード−アノード電流を制御する方法がある。図５は、２．４５ＧＨｚのマグネトロンから出力されるマイクロ波のパワーと、出力されるマイクロ波の中心周波数との関係を示すグラフである。この図から出力されるパワーが増加すると中心周波数が大きくなることがわかる。マグネトロンから出力されるマイクロ波のパワーは、高電圧電源部２０（直流電源）の電流値と比例するから、電流値を変化させることによりパワーと同時に中心周波数もシフトさせることができる。図５に示すように、電流値を変化させてパワーを０から１００Ｗにすると中心周波数は２０ＭＨｚほどシフトする。高電圧電源部２０からマグネトロンに供給される電圧が純粋な直流電圧の場合、または矩形パルス波形の場合、２．４５ＧＨｚのマグネトロンでは中心周波数の帯域が１０ＭＨｚ程度であってほぼ固定的であるから定在波の影響は大きい。これに対して図４のような半波整流波形の場合には電圧と同様、電流も擬似サインカーブであり、電流値は０から所定値の間で連続的に変化するので、マイクロ波の中心周波数をシフトすることができ、電流の極大値がパワー１００Ｗに対応すると、図５より中心周波数のシフト量が２０ＭＨｚとなる。２．４５ＧＨｚのマグネトロンの場合、出力されるマイクロ波の波長は１２０ｍｍ程度であるから、定在波の「ふし」から「ふし」の間の長さが約６０ｍｍとなり、中心周波数の帯域が２０ＭＨｚであれば定在波の「はら」と「ふし」の間隔を約０．６ｍｍの間でシフトさせることが可能であり、定在波の影響を抑えることができる。このため、高電圧電源部２０からマグネトロンに印加される電圧が半波整流波形である擬似サインカーブとすることにより、より均一なマイクロ波照射を実現することができる。

図６は、５．８ＧＨｚのマグネトロンから出力されるマイクロ波の周波数とマイクロ波のピーク電力との関係の実測値を示すグラフである。この図から、５．８ＧＨｚの場合も、出力されるパワーが増加すると中心周波数が大きくなることがわかる。上述したようにマグネトロンから出力されるマイクロ波のパワーは、高電圧電源部２０（直流電源）の電流値と比例するから、電流値を変化させることによりパワーと同時に中心周波数もシフトさせることができる。電流値を変化させてパワーを０から５００Ｗにすると、図６に示すように、中心周波数は５０ＭＨｚほどシフトする。高電圧電源部２０からマグネトロンに供給される電圧が純粋な直流電圧の場合、図６に示すように、５．８ＧＨｚのマグネトロンでは中心周波数の帯域が２ＭＨｚ程度であってほぼ固定的であるから定在波の影響は大きい。矩形パルス波形の場合も同様である。これに対して図４のような半波整流波形の場合には電圧と同様、電流も擬似サインカーブであり、電流値は０から所定値の間で連続的に変化するので、マイクロ波の中心周波数をシフトすることができ、電流の極大値がパワー５００Ｗに対応すると、図６より中心周波数のシフト量が５０ＭＨｚとなる。５．８ＧＨｚのマグネトロンの場合、出力されるマイクロ波の波長は５２ｍｍ程度であるから、定在波の「ふし」から「ふし」の間の長さが約２６ｍｍとなり、中心周波数の帯域が５０ＭＨｚであれば定在波の「はら」と「ふし」の間隔を約０．２６ｍｍの間でシフトさせることが可能であり、定在波の影響を抑えることができる。このため、５．８ＧＨｚの場合も、高電圧電源部２０からマグネトロンに印加される電圧が半波整流波形である擬似サインカーブとすることにより、より均一なマイクロ波照射を実現することができる。

０．２６ｍｍという小さいシフト量で定在波の影響を抑えることができる理由は以下の通りである。
マグネトロンから出力されるマイクロ波が例えばチャンバ壁で反射する場合において、波長をλとし、周波数シフトにより変化した波長をλ＋Δとし、定在波の所定の基準位置（例えば被処理基板の端部）から反射波が戻ってくるまでの走路距離に含まれる波の数をｎとすると、定在波の位置は上記基準位置からｎ×Δだけずれるので、腹・節の位相はｎ×Δ／λだけずれる。すなわち、図７（ａ）に示すように、波長λで往復ｎ波長分（この例ではｎ＝１０）の走路がある場合、周波数シフトにより波長がλ＋Δに変化すると、図７（ｂ）に示すように、反射端近傍での腹・節の位置はさほど変わらなくても（変化量Δ）、反射端の反対側（＝入射端に近い位置、あるいは被処理基板の位置）では、波の数（ｎ）倍だけ定在波の位置がずれる。この例に示すように、往復１０波長分の走路がある場合、マイクロ波の周波数が５．８ＧＨｚでは、定在波の波長である５２ｍｍに対してチャンバ壁部から約２６０ｍｍの位置が入力端となる。この場合には１％の周波数シフト（Δ＝０．５２ｍｍ）で波長の１０％すなわち５．２ｍｍ定在波の位置を動かすことができ、定在波の影響を抑えることができる。

以上のような効果は、電圧値がパルス状の波形（時間的に連続的に変化する波形）であれば、電流値が時間的に連続的に変化するので得ることができ、擬似サインカーブの場合に限らず、例えば図８の（ａ）に示す三角波、（ｂ）に示す台形波、（ｃ）に示すのこぎり波であっても同様に得ることができる。

昇圧手段として、図９に示すような電子レンジで使用しているリーケージトランス８０を使用した場合には、制御性はよいが、電源容量が大きく、三相であるため、マグネトロンに供給される電圧は直流ないしは矩形波となり、定在波の影響を軽減することが困難である。これに対して、本実施形態では、三相交流を整流した後、リーケージの少ない昇圧トランス２４で昇圧する電源回路を用いたので、一次側の電圧波形を二次側でも維持することができ、積極的に上述のような擬似サインカーブ等に波形制御して定在波の影響を抑制することができる。

マグネトロンとしては、種々の周波数のマイクロ波を発振するものを用いることができるが、被処理体であるウエハ上での放電を起こりにくくする観点から周波数の高いものであることが好ましい。そのような観点から、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚのものが好ましく、この中では５．８ＧＨｚのものがより好ましい。

上述したような、マグネトロンの特性を利用した定在波抑制のためのマグネトロンへ供給される電圧波形の制御は、一周期を適当な区分に分割して、その中で、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４によるＯＮ／ＯＦＦ時間の制御（ＰＷＭ制御）を行うことによっても実現することができる。その例を図１０に示す。これにより擬似サインカーブ、サインカーブ等、種々の波形整形を実現することができる。

マイクロ波照射装置１００の各構成部は、全体制御部４０により制御されるようになっている。全体制御部４０は、上位コントローラ４１と、制御に必要な各種プログラムや、処理条件等が記憶されて所定の処理を実行する制御プログラム、いわゆるレシピ等が格納された記憶部４２と、各種設定を行う設定部や、ステータスおよび警報等を表示する表示部等を有するインターフェース部４３とを有している。前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものとすることができる。

次に、このように構成されるマイクロ波照射装置１００の動作について説明する。
まず、インターフェース部４３の設定部において、各種設定を行う。そして、チャンバ１内に搬入出口６から被処理体である半導体ウエハＷを搬入し、チャンバ１内を排気ポート５から排気しつつガス供給部４からガス導入ポート３を介してチャンバ１内に所定の雰囲気ガスを導入し、チャンバ１内を常圧近傍の圧力を有する所定雰囲気とする。

この状態で、高電圧電源部２０から２つのマグネトロン１０ａ，１０ｂに電圧を印加してマイクロ波を発生させ、これらマグネトロン１０ａ，１０ｂから発生したマイクロ波をチャンバ１内のウエハＷに照射し、２つマグネトロン１０ａ，１０ｂからのマイクロ波パワーを合成してウエハＷのアニールを行う。

このとき、２つのマグネトロン１０ａ，１０ｂからマイクロ波を同時に発生させると、発生した電磁波（マイクロ波）同士が干渉し、互いに反射波が多くなり、効率的にパワーを入れることが困難となる。

そこで、本実施形態では、高電圧電源部２０から２つのマグネトロン１０ａ，１０ｂに電圧を印加してマイクロ波を発生させる際に、２つのマグネトロン１０ａ，１０ｂに供給する電圧をパルス状にして、この２つのマグネトロンにそれぞれ印加される電圧パルスが時間的に重ならないようにする。これにより、２つのマグネトロン１０ａ，１０ｂから発生するマイクロ波が時間的に重なることなく、ウエハＷに照射される。

具体的には、上述したように、商用電源の三相２００Ｖの交流を、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１に供給し、所定波形の直流電圧に整流する。そして、スイッチング回路２２において、その電圧をスイッチングコントローラ２３からの信号に基づいて例えば図３に示すようなパルス電圧に変換し、トランス一次側電圧として出力させる。このトランス一次側電圧を昇圧トランス２４で昇圧し、電圧供給・波形制御回路２５において、第１電圧供給部３６ａおよび第２電圧供給部３６ｂでは、それぞれ例えば１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で５０Ｈｚ程度の半波整流波形が形成され、第１電圧供給部３６ａの電圧パルスと第２電圧供給部３６ｂの電圧パルスとが時間的に重ならないように、それぞれマグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）および１０ｂ（Ｍａｇ２）に供給される。この際には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１電圧供給部３６ａからマグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１）に供給されるパルス電圧と、第２電圧供給部３６ｂからマグネトロン１０ｂ（Ｍａｇ２）に供給されるパルス電圧とが交互に出現し、例えば１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で５０Ｈｚ程度の擬似サインカーブの全波整流波形となる。

これにより、マグネトロン１０ａ（Ｍａｇ１），１０ｂ（Ｍａｇ２）から同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようになり、これらマグネトロンから発生するマイクロ波同士の干渉が生じないので、反射波の発生が抑制される。このため、２つのマグネトロンから効率良くウエハＷにマイクロ波パワーを入れることができる。

また、図４に示す、全波整流波形とすることにより、常にいずれかのマグネトロンに電力が供給されていることになるため、効率的である。また、本実施形態では、上述したように、高電圧電源部２０により積極的に波形制御して、電圧波形を例えば擬似サインカーブとすることにより、マグネトロンから出力されるマイクロ波の周波数をシフトさせることができ、定在波の影響を軽減して、均一なマイクロ波照射を実現することができる。また、電圧波形が、例えば三角波、台形波、のこぎり波であっても同様の効果を得ることができる。

なお、矩形波ではこのような効果が得られないが、マイクロ波の導入位置を調整する等の他の手段を講じれば、定在波の影響を幾分軽減することは可能である。

さらに、マグネトロンは低電圧では発振せず、発振電圧よりも低い電圧部分で急激に電圧を上昇および下降させても問題は生じないため、図１１に示すように、発振電圧よりも低い電圧部分で急激に上昇および下降させ、発振電圧以上の部分で所望の波形、例えば擬似サインカーブとすることにより、マグネトロンへの電力供給から発振までの時間を短くすることができるため、より効率の高いマグネトロン発振を行うことができる。

なお、以上の説明では、電圧パルスが時間的に重ならないことを前提にしているが、電圧パルスが時間的に重なっても、その重なりがマグネトロンの発振電圧に満たない電圧パルスに起因する場合には、本発明の趣旨から外れるものではなく、本発明の範囲に含まれる。

以上はマグネトロンを２つ用いてマイクロ波を照射する例を示したが、マグネトロンの数は２つより多くてもよい。図１２は、４つのマグネトロンからマイクロ波を照射する場合の高電圧電源部２０′の一例を示す。この高電圧電源部２０′は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１に、スイッチング回路２２と同様の構造を有するスイッチング回路２２′をスイッチング回路２２と並
列に接続し、これに昇圧トランス２４と同様の構造の昇圧トランス２４′を接続し、さらに電圧供給・波形制御回路２５と同様の構造を有する電圧供給・波形制御回路２５′を接続して、他の２つのマグネトロン（Ｍａｇ３、Ｍａｇ４）に電圧を供給する。なお、波形制御回路２５′のコイルＬ３，Ｌ４は波形制御回路２５のコイルＬ１，Ｌ２と等価なものであり、コンデンサＣ３，Ｃ４は波形制御回路２５のコンデンサＣ１，Ｃ２と等価なものである。

このとき、スイッチングコントローラ２３からスイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４およびスイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ１′〜Ｑ４′へ制御信号を送り、これらをフェーズシフトさせることにより、４つのマグネトロンに供給する電圧をパルス状にして、この４つのマグネトロンにそれぞれ印加される電圧パルスが時間的に重ならないようにする。具体的には、スイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ１およびＱ４によりＭａｇ１に供給される電圧がオン・オフ制御され、次いでスイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ２およびＱ３によりＭａｇ２に供給される電圧がオン・オフ制御され、次いでスイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ１′およびＱ４′によりＭａｇ３に供給される電圧がオン・オフ制御され、次いでスイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ２′およびＱ３′によりＭａｇ４に供給される電圧がオン・オフ制御される。これにより、図１３に示すように、４つのマグネトロン（Ｍａｇ１，Ｍａｇ２，Ｍａｇ３，Ｍａｇ４）に供給されるパルス電圧が順次出現し、例えば１００ｋＨｚ程度のスイッチング周波数で５０Ｈｚ程度の擬似サインカーブの全波整流波形となる。

これにより、４つのマグネトロン（Ｍａｇ１，Ｍａｇ２，Ｍａｇ３，Ｍａｇ４）から同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようになり、これらマグネトロンから発生するマイクロ波同士の干渉が生じないので、反射波の発生が抑制される。このため、４つのマグネトロンから効率良くウエハＷにマイクロ波パワーを入れることができる。

なお、本実施形態によれば、複数のマグネトロンのそれぞれに供給される電圧が時間的に重ならないように、複数のマグネトロンに順次電圧パルスが供給されるようにしたので、各マグネトロンに一度に供給される電圧の供給時間は短い。通常、マグネトロンへの電圧供給時間が短時間であれば、最大電流は定格電流の４倍程度とれるので、本実施形態では定格電流よりも大きな電流を流すことができ、１つのマグネトロンから連続的に電圧を供給する場合に比べて、大きなパワーを得ることができる。

次に、図１２の装置におけるより好ましい動作例について説明する。スイッチング回路２２において、スイッチングトランジスタＱ１とＱ２を同時にオンした場合、およびスイッチングトランジスタＱ３とＱ４を同時にオンした場合には、トランジスタが破壊するおそれがある。それを回避するためには、例えばスイッチングトランジスタＱ１をオフにしてからスイッチングトランジスタＱ２をオンする際には、安全性のためにこれらの間に両方オフのデッドタイムを設ける必要があり、効率が低下する。そこで、本例では、スイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ１およびＱ４によりＭａｇ１に供給される電圧をオン・オフ制御し、次いでスイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ１′およびＱ４′によりＭａｇ３に供給される電圧をオン・オフ制御し、次いでスイッチング回路２２のスイッチングトランジスタＱ２およびＱ３によりＭａｇ２に供給される電圧をオン・オフ制御し、次いでスイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ２′およびＱ３′によりＭａｇ４に供給される電圧をオン・オフ制御するようにして、図１４に示すように、Ｍａｇ１，Ｍａｇ３，Ｍａｇ２，Ｍａｇ４の順でパルス電圧を供給するようにする。これによりスイッチングトランジスタＱ１とＱ２、およびＱ３とＱ４のオンタイミングが完全に分離され、デッドタイムを設けることなく、スイッチングトランジスタＱ１とＱ２、およびＱ３とＱ４の同時オンによるトランジスタ破壊の危険性をなくすことができる。スイッチング回路２２′のスイッチングトランジスタＱ１′〜Ｑ４′においても同様である。

以上の実施形態では、上述した、複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給して、複数のマグネトロンから同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようにすることにより、複数のマグネトロンから発生するマイクロ波同士の干渉が生じないので、反射波の発生を抑制して効率良く被処理体にマイクロ波パワーを入れることができるといった効果を奏する他、以下のような効果も奏する。

すなわち、複数のマグネトロンから同時にマイクロ波を発生させる時間が存在しないようにすることにより、複数のマグネトロンからマイクロ波を同時に発生させる場合のような位相の干渉が生じず、電界強度は各マグネトロンから発生したマイクロ波の電界強度の絶対値の足し算となるため、マイクロ波を同時に発生させる場合よりも電界強度を大きくすることができ、また、電界の均一性も飛躍的に向上する。

この点について、以下詳細に説明する。ここでは、図１５に示すように、４つのマグネトロンから発生させた１０００Ｗのマイクロ波を３００ｍｍウエハの外周に対応する位置に互いに９０°ずつずらして設けられた４つのマイクロ波導入口Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４からチャンバ内に導入する際に、４つの導入口から同時に導入することなくシリアルに導入した場合と、４つの導入口から同時に導入した場合とについてシミュレーションした。図１６は、導入口Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４からマイクロ波をシリアルに導入した場合における、各導入口から導入したマイクロ波のウエハ上の電界分布とこれらの合算値を示すものである。図１７は、シリアル導入の場合の合算した電界分布と、４つの導入口から同時に導入した場合の電界分布を示すものである。なお、図１６，１７はいずれも、ウエハ上のＰ１とＰ３とを結ぶ線に沿った電界分布を示すものである。

図１７に示すように、４つの導入口からシリアルにマイクロ波を導入した場合は、同時導入した場合に比べ電界強度が大きくなり、最大２倍もの電界強度が得られ、また電界の均一性も飛躍的に向上することがわかる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態においては、本発明のマイクロ波照射装置を半導体ウエハのアニールに用いた例を示したが、半導体ウエハとしてはシリコンのみならず化合物半導体であってもよい。また、被処理体としては、半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用基板、太陽電池用基板、ＬＥＤ用基板等に適用することもできる。また、マイクロ波照射処理としては、アニール処理に限らず、酸化処理、窒化処理、成膜処理、改質処理、結晶化処理等に適用することができる。さらに、マグネトロンの数は、上記実施形態のような２つまたは４つに限らず、３つであっても５つ以上であってもよい。また、上記実施形態では、スイッチング回路として４つのスイッチングトランジスタを搭載したフルブリッジ回路を用いたが、これに限らず例えばハーフブリッジ回路であってもよい。さらに、他の回路についても、上記実施形態の構成は例示であって、他の種々の回路を採用することができる。

１；チャンバ
２；載置ピン
３；ガス導入ポート
４；ガス供給部
５；排気ポート
８ａ，８ｂ；マイクロ波導入ポート
９ａ，９ｂ；導波路
１０ａ，１０ｂ；マグネトロン
１１ａ，１１ｂ；サーキュレータ
１２；ダミーロード
２０，２０′；電源部
２１；ＡＣ／ＤＣ変換回路
２２，２２′；スイッチング回路
２３；スイッチングコントローラ
２４，２４′；昇圧トランス
２５，２５′；電圧供給・波形制御回路
４０；全体制御部
４１；上位コントローラ
１００：マイクロ波照射装置
Ｑ１〜Ｑ４；スイッチングトランジスタ
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (17)

1. 被処理体を収容するチャンバと、
   電圧が供給されることによりマイクロ波を発生させ、そのマイクロ波を前記チャンバ内の被処理体に照射するための複数のマグネトロンと、
   前記複数のマグネトロンにパルス状電圧を供給する電源部と
   を具備し、
   前記電源部は、前記複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給することを特徴とするマイクロ波照射装置。
2. 前記電源部は、前記複数のマグネトロンに順次電圧パルスが供給されるように前記パルス状電圧を供給することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
3. 前記電源部は、前記電圧パルスの電圧値が時間的に連続的に変化するように電圧波形制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波照射装置。
4. 前記電源部は、前記電圧パルスが全波整流波形を形成するように電圧波形制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
5. 前記電源部は、前記電圧パルスが擬似サインカーブとなるように電圧波形制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
6. 前記電源部は、前記電圧パルスが三角波、台形波、のこぎり波のいずれかになるように電圧波形制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
7. 前記電源部は、前記電圧パルスが、前記複数のマグネトロンの発振電圧よりも低い電圧部分で急激に上昇および下降し、発振電圧以上の部分で所望の波形となるように電圧波形制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
8. 前記電源部は、
   交流電流を直流に変換する交流／直流変換部と、
   複数のスイッチングトランジスタを有し、前記変換された直流電圧が入力され、前記各スイッチングトランジスタにオン・オフサイクルを生じさせ、これら各スイッチングトランジスタの組み合わせにより所定のパルス状電圧を出力するスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を制御するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング回路から所定のパルス状電圧を２つのマグネトロンへ交互に導く電圧供給回路と
   を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
9. 前記電源部は、
   交流電流を直流に変換する交流／直流変換部と、
   それぞれ、複数のスイッチングトランジスタを有し、前記変換された直流電圧が入力され、前記各スイッチングトランジスタにオン・オフサイクルを生じさせ、これら各スイッチングトランジスタの組み合わせにより所定のパルス状電圧を出力する第１および第２のスイッチング回路と、
   前記第１および第２のスイッチング回路を制御するスイッチング制御部と、
   前記第１のスイッチング回路から所定波形のパルス状電圧を第１および第２のマグネトロンへ交互に導く第１の電圧供給回路と、
   前記第２のスイッチング回路から所定のパルス状電圧を第３および第４のマグネトロンへ交互に導く第２の電圧供給回路と
   を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
10. 最初に、前記第１のスイッチング回路の一部のスイッチングトランジスタにより前記第１の電圧供給回路から前記第１のマグネトロンに電圧が供給され、次に、前記第２のスイッチング回路の一部のスイッチングトランジスタにより前記第２の電圧供給回路から前記第３のマグネトロンに電圧が供給され、次に前記第１のスイッチング回路の他の一部のスイッチングトランジスタにより前記第１の電圧供給回路から前記第２のマグネトロンに電圧が供給され、次に、前記第２のスイッチング回路の他の一部のスイッチングトランジスタにより前記第２の電圧供給回路から前記第４のマグネトロンに電圧が供給されるように電圧供給が制御されることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波照射装置。
11. 複数のマグネトロンにパルス状電圧を供給して発生するマイクロ波をチャンバ内の被処理体に照射するマイクロ波照射方法であって、
    前記複数のマグネトロンにそれぞれ供給されるパルス状電圧の電圧パルス同士が時間的に重ならないように電圧を供給することを特徴とするマイクロ波照射方法。
12. 前記複数のマグネトロンに順次電圧パルスが供給されるように前記パルス状電圧を供給することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ波照射方法。
13. 前記電圧パルスの電圧値が時間的に連続的に変化するように電圧波形制御することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のマイクロ波照射方法。
14. 前記電圧パルスが全波整流波形を形成するように電圧波形制御することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波照射方法。
15. 前記電圧パルスが擬似サインカーブとなるように電圧波形制御することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波照射方法。
16. 前記電圧パルスが三角波、台形波、のこぎり波のいずれかになるように電圧波形制御することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波照射方法。
17. 前記電圧パルスが、前記複数のマグネトロンの発振電圧よりも低い電圧部分で急激に上昇および下降し、発振電圧以上の部分で所望の波形となるように電圧波形制御することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波照射方法。

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