JP2000150461A - マイクロ波発生ユニット及びそれを備えたプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で小型なマイクロ波発生ユニットを提供
することを目的とする。 【解決手段】 半導体スイッチング素子１３は、導通／
非導通状態を繰り返すことにより、出力側に接続された
マグネトロン１１にパルス状の動作電圧を供給する。半
導体スイッチング素子１３が非導通状態の場合には、導
通状態のときに蓄電されたコンデンサ１５が放電するこ
とにより、半導体スイッチング素子１３の出力側電圧が
所定電圧で維持される。このとき維持される出力側電圧
は、マグネトロン１１の最低動作電圧よりも低く、か
つ、半導体スイッチング素子１３の入出力電圧差が耐電
圧よりも小さくなるような電圧である。したがって、安
価で小型な半導体スイッチング素子を利用して、パルス
状のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生ユニットを
安価で小型に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶表示器用ガラス基板などの基板上のレジスト膜をアッ
シングしたり、窒化膜等をエッチングしたりするプラズ
マを生成するためのマイクロ波を発生するマイクロ波発
生ユニット及びそれを備えたプラズマ処理装置に係り、
特に、パルス状のマイクロ波を発生させるための技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造プロセスでは、ＣＦ
₂ （フロン）、Ｏ₂ ＋Ｎ₂ （酸素含有窒素）などの処理
ガスをプラズマ状態にすることで、半導体ウエハや液晶
表示器用ガラス基板などの基板上のレジスト膜をアッシ
ング（剥離）したり、窒化膜などのエッチングしたりす
るプラズマ処理装置が利用されている。

【０００３】そのプラズマ処理装置は、マグネトロン
（磁電管）から連続したマイクロ波を発生させるマイク
ロ波発生ユニットを備えており、そのマイクロ波発生ユ
ニットから発生されたマイクロ波を処理ガスに照射する
ことで、その処理ガスをプラズマ状態にしている。

【０００４】しかし、近年の半導体ウエハ等の基板上に
形成される回路パターンの微細化に伴って、層間膜等の
エッチングの精度の向上も求められている。そのエッチ
ングの精度を向上させるためには、処理ガスを安定した
プラズマ状態にすることが効果的であることが分かって
きた。また、そのためには、処理ガスにパルス状のマイ
クロ波を照射する必要性が生じている。

【０００５】そこで、特開平３−２６１１３６号公報に
示されるようなプラズマ処理装置が提案されている。こ
のプラズマ処理装置に備えるマイクロ波発生ユニット
は、マグネトロンに供給される電圧が比較的高い（数ｋ
Ｖ）ので、いわゆるトランス構造を利用してパルス状の
電圧を生成し、そのパルス電圧をマグネトロンに供給し
てパルス状のマイクロ波を発生させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。従来装置では、トランス構造によってパルス状に
された数ｋＶの高電圧をマグネトロンに供給して、マグ
ネトロンからパルス状のマイクロ波を発生させている。
そのため、パルスのデューティー比が数十パーセント、
すなわち、パルスの幅が広くなればなるほど直流成分が
大きくなるので、トランス構造を構成するコイルを大型
化する必要が生じる。その結果、種々のパルス状のマイ
クロ波を発生させるためには、マイクロ波発生ユニット
自体を大型化する必要があるとともに、高価になるとい
う問題がある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、比較的安価で小型なマイクロ波発生ユ
ニット及びそれを備えたプラズマ処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、パルス状の電圧をマグネ
トロンに供給することによって、前記マグネトロンから
パルス状のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生ユニ
ットであって、前記マイクロ波を発生させるマグネトロ
ンと、前記マグネトロンからマイクロ波を発生させるた
めの動作電圧を供給する電源と、前記電源と前記マグネ
トロンとの間で、前記電源が入力側に接続されるととも
に、前記マグネトロンが出力側に接続された半導体スイ
ッチング素子と、前記半導体スイッチング素子にパルス
信号を与えて前記半導体スイッチング素子を導通／非導
通状態に切り換える信号源と、前記半導体スイッチング
素子の出力側に設けられた蓄電手段とを備え、前記蓄電
手段は、前記半導体スイッチング素子が導通状態の場合
には、前記電源からの電圧を蓄電することにより前記マ
グネトロンに供給する電圧を動作電圧にまで持ち上げる
一方、前記半導体スイッチング素子が非導通状態の場合
には、放電することにより前記マグネトロンに供給する
電圧を前記マグネトロンの最低動作電圧よりも低い電圧
にまで下げるとともに、前記半導体スイッチング素子の
入出力電圧差が前記半導体スイッチング素子の耐電圧よ
りも小さくなるように、前記半導体スイッチング素子の
出力側電圧を維持することを特徴とするものである。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のマイクロ波発生ユニットにおいて、前記電源は、前記
マグネトロンに各々異なる動作電圧を供給するものであ
り、前記電源から供給される動作電圧ごとに、少なくと
も前記半導体スイッチング素子を備えるものである。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のマイクロ波発生ユニットにおいて、前
記ユニットは、さらに、前記半導体スイッチング素子に
並列に接続されるバイパス抵抗素子を備えるものであ
る。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のマイクロ波発生ユニットにおいて、前
記ユニットは、さらに、前記半導体スイッチング素子の
入出力電圧差を抑制するクランプ回路を備えるものであ
る。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載のマイクロ波発生ユニットに
おいて、前記ユニットは、さらに、前記半導体スイッチ
ング素子と前記電源との間で、前記半導体スイッチング
素子に比較的近い位置に並列接続されて前記マグネトロ
ンの動作電圧を維持する動作電圧維持コンデンサを備え
るものである。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項５のいずれかに記載のマイクロ波発生ユニットを
備えるプラズマ処理装置である。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。半導体スイッチングが信号源によって導通状態にさ
れた場合には、半導体スイッチング素子の入力側に接続
された電源は、その半導体スイッチング素子を介して出
力側に接続された蓄電手段に蓄電する。蓄電手段の電圧
がマグネトロンの動作電圧にまで持ち上げられると、マ
グネトロンはその電圧によってマイクロ波を発生させ
る。一方、半導体スイッチング素子が信号源によって非
導通状態にされた場合には、その直後に蓄電手段が放電
を始め、マグネトロンには蓄電手段から給電される。そ
して、放電によって蓄電手段の電圧は下降して、マグネ
トロンがマイクロ波を発生するための最低動作電圧を下
回る。これにより、マグネトロンからのマイクロ波の発
生が停止する。さらに、蓄電手段は、半導体スイッチン
グ素子の入出力電圧差が半導体スイッチング素子の耐電
圧よりも小さくなるように、半導体スイッチング素子の
出力側の電圧を維持する。つまり、半導体スイッチング
素子の導通・非導通状態が繰り返し行われ、マグネトロ
ンにパルス状の電圧が供給されても、半導体スイッチン
グ素子の入出力電圧は、耐電圧以下で維持される。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、電源は、
各々異なる動作電圧をマグネトロンに供給する。電源か
らの各動作電圧は、動作電圧ごとに設けられた半導体ス
イッチング素子によって各々パルス状にされる。マグネ
トロンは、それらのパルス状の各動作電圧の組合せに応
じたパルス状のマイクロ波を発生する。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、半導体ス
イッチング素子が非導通状態の場合に、半導体スイッチ
ング素子に並列に接続されたバイパス抵抗素子を介して
電源から蓄電手段に給電される。その結果、半導体スイ
ッチング素子の非導通状態が長時間になっても、蓄電手
段の電圧は下がり過ぎないので、半導体スイッチング素
子の入出力電圧差が耐電圧を越えることがない。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、半導体ス
イッチング素子が非導通状態の場合に、半導体スイッチ
ング素子に並列に接続されたクランプ回路を介して電源
から蓄電手段に給電される。また、半導体スイッチング
素子の入出力電圧差が耐電圧を越えそうになると、クラ
ンプ回路は、半導体スイッチング素子に過大な電圧がか
からないように電圧を制限する。その結果、半導体スイ
ッチング素子の入出力電圧差が耐電圧を越えないように
常時維持する。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、半導体ス
イッチング素子と電源との間で、半導体スイッチング素
子に比較的近い位置に並列接続された動作電圧維持コン
デンサは、電源によって常に蓄電され、半導体スイッチ
ング素子の入力側の近くで電源の電圧と同等の電圧を維
持する。半導体スイッチング素子が非導通状態から導通
状態になった場合には、その蓄電された動作電圧維持コ
ンデンサは、自己が蓄電した電圧によってマグネトロン
に直ちに供給する。また、半導体スイッチング素子の導
通・非導通状態の切り換え時に電源から発生するサージ
電圧を吸収する。

【００１９】請求項６に記載の発明によれば、プラズマ
処理装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の
マイクロ波発生ユニットから発生されたパルス状のマイ
クロ波によって発生させたプラズマによって処理を行
う。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。 ＜第１実施例＞本発明の第１実施例のプラズマ処理装置
の概略構成を図１に示す。このプラズマ処理装置は、半
導体ウエハやガラス基板などの基板上に形成された窒化
膜等をエッチングする、いわゆるＥＣＲ(Electron Cycl
otron Resonanece) プラズマエッチング装置である。な
お、本発明に係るプラズマ処理装置は、ＥＣＲプラズマ
エッチング処理装置に限定されるものではなく、例え
ば、ダウンフロー型エッチング装置や、プラズマにより
基板上のレジスト等を剥離するプラズマアッシャー装置
や、ＳＷＰ装置（表面波プラズマ装置）など、マイクロ
波ソースを利用したプラズマ処理装置に及ぶものであ
る。

【００２１】図１に示すように、プラズマ処理装置は、
パルス状のマイクロ波を発生するマイクロ波発生ユニッ
ト１と、プラズマ処理を行うチャンバー３とを備えてい
る。後で詳細に説明するマイクロ波発生ユニット１から
発生されたパルス状のマイクロ波は、導波管２によって
チャンバー３に導かれる。

【００２２】チャンバー３は、図示しない開閉扉によっ
て封止される真空容器で形成されており、導波管２で導
かれたマイクロ波によってプラズマを発生させるための
放電部３ａが設けられている。また、その放電部３ａの
周囲には、放電部３ａ内に磁界を形成するコイル８が配
備されている。

【００２３】また、チャンバー３には、基板Ｗ上の窒化
膜等をエッチングするためのプラズマを発生させる酸素
含有窒素等の処理ガスをチャンバー３内に供給する処理
ガス供給源５が接続されているとともに、チャンバー３
内を大気圧よりも減圧の状態に排気する排気ポンプ４が
接続されている。さらに、チャンバー３内には、図示し
ない搬送機構によってチャンバー３内に搬入されてきた
基板Ｗを載置するホルダー６が配備されており、そのホ
ルダー６には、所定周波数のバイアス電圧を印加するＲ
Ｆ(Radio Frequency) 電源７が接続されている。

【００２４】本実施例のプラズマ処理装置で行われる処
理について説明する。前工程によって、微細なレジスト
パターンが基板Ｗ上に形成される。その基板Ｗは、搬送
機構によってチャンバー３内に搬入され、ホルダー６に
載置される。開閉扉によって封止されたチャンバー３内
は、排気ポンプ４によって排気され減圧される。チャン
バー３内が一定圧力に減圧されると、チャンバー３内を
所定圧力に保ちつつ処理ガス供給源５から処理ガスが供
給される。チャンバー３内が処理ガスによって置換され
ると、マイクロ波発生ユニット１で発生されたパルス状
のマイクロ波が導波管２によって放電部３ａにまで導か
れる。これと同時にコイル８によって放電部３ａ内に磁
界が形成される。放電部３ａ内の処理ガスは、マイクロ
波と磁界によるＥＣＲ効果によってプラズマ化される。
さらに、このとき、ＲＦ電源７がホルダー６に所定周波
数のバイアス電圧を印加する。これにより、基板Ｗ上に
プラズマが入射して、レジストに覆われていない部分の
窒化膜等がエッチングされる。マイクロ波、磁界および
ＲＦが所定時間経過後に止まり、チャンバー３内が大気
圧状態に戻され、エッチング後の基板Ｗが搬出されて、
全ての処理が終了する。本装置によれば、パルス状のマ
イクロ波によってプラズマを発生させているので、チャ
ージアップ抑制効果やプラズマ低温化が可能になり、従
来よりも微細なパターンを正確にエッチングすることが
できる。

【００２５】以下、第１実施例のプラズマ処理装置に備
えるマイクロ波発生ユニット１について、図２に示す概
略構成図および図３に示す電圧の波形図を参照しながら
詳細に説明する。なお、マグネトロンは周知のように負
電圧で動作するものであるが、以下の説明を容易にする
ためマグネトロン１１における電圧の波形図の電圧値を
スカラー量で示すものとする。

【００２６】図２に示すように、マイクロ波発生ユニッ
ト１は、マイクロ波を発生させるマグネトロン１１と、
マグネトロン１１がマイクロ波を発生する範囲内の動作
電圧を供給する主電源１２と、主電源１２とマグネトロ
ン１３との間で、入力側に主電源１２が、出力側にマグ
ネトロン１１がそれぞれ接続された半導体スイッチング
素子１３と、半導体スイッチング素子１３の入出力間を
導通／非導通状態に切り換える信号源１４と、半導体ス
イッチング素子１３の出力側においてマグネトロン１１
と並列に接続される蓄電手段としてのコンデンサ１５
と、半導体スイッチング素子１３の入力側の比較的近い
位置に主電源１２に並列に接続された動作電圧維持コン
デンサ１６とを備えている。

【００２７】主電源１２は、マグネトロン１１から例え
ば数ｋＷのマイクロ波を発生させるために、数Ａの電流
および数ｋＶの動作電圧を出力する直流電源である。例
えば、図３に示すように、本実施例の主電源１２として
は、マグネトロン１１がマイクロ波を発生する最低動作
電圧Ｖmin 〜最高動作電圧Ｖmax の範囲内の動作電圧Ｖ
a を出力するものである。具体的には、その動作電圧Ｖ
a は、４ｋＶ程度の電圧を出力するものが利用される。
なお、主電源１２は本発明における電源に相当するが、
本発明は４ｋＶ程度の動作電圧を出力する直流電源に限
定されるものではない。

【００２８】半導体スイッチング素子１３は、数百Ｖの
耐電圧を備える、いわゆるパワートランジスタである。
この半導体スイッチング素子１３の入力側には主電源１
２が接続されており、出力側にはマグネトロン１１が接
続されている。つまり、半導体スイッチング素子１３
は、主電源１２とマグネトロン１１との間で直列接続さ
れており、信号源１４から与えられる、例えば１０ｋＨ
ｚ程度のパルス信号Ｐ（図３参照）によって、半導体ス
イッチング素子１３の入出力間を導通／非導通状態に切
り換えるものである。したがって、半導体スイッチング
素子１３は、半導体スイッチング素子１３が導通状態の
場合には、主電源１２から出力される動作電圧Ｖa をマ
グネトロン１１に供給する一方、非導通状態の場合に
は、マグネトロン１１に供給される動作電圧Ｖa を遮断
する。その結果、導通／非導通状態を繰り返し行うこと
により、パルス状の電圧をマグネトロン１１に供給する
ことができる。なお、後で詳細に説明するが、図３に示
すように、主電源１２からは動作電圧Ｖa が供給される
ので、その動作電圧Ｖa だけを見れば半導体スイッチン
グ素子１３の耐電圧Ｖｔを越えることになるが、後述す
るコンデンサ１５によって、半導体スイッチング素子１
３の入出力電位差が耐電圧よりも小さい電位差になるよ
うに半導体スイッチング素子１３の出力側の電圧Ｈv が
維持される。図３に示す符号Ｈv の波形は、時間経過に
従って変化する半導体スイッチング素子１３の出力側の
電圧の様子、すなわちマグネトロン１１に供給される電
圧の様子を示したものである。また、マグネトロン１１
は、この電圧の波形に応じた電力のマイクロ波を発生す
る。

【００２９】動作電圧維持コンデンサ１６は、主電源１
２から出力される動作電圧Ｖa によって蓄電されるコン
デンサである。動作電圧維持コンデンサ１６は、主電源
１２と半導体スイッチング素子１３との間の半導体スイ
ッチング素子１３に近い位置に並列に設けられている。
この動作電圧維持コンデンサ１６は、主電源１２と半導
体スイッチング素子１３との間の線路インダクタンスや
線路抵抗により発生する不具合を抑制するものである。

【００３０】具体的には、動作電圧維持コンデンサ１６
は、半導体スイッチング素子１３が導通から非導通状態
に切り換わった場合に発生するサージ電圧を吸収する。
さらに、半導体スイッチング素子１３が非導通状態から
導通状態に切り換わった直後に、自己に蓄電した動作電
圧Ｖa を直ちにマグネトロン１１に供給することによっ
て、主電源１２から半導体スイッチング素子１３の間で
発生する電圧降下によりマグネトロン１１に供給される
電圧が低くなるのを防止する。したがって、動作電圧維
持コンデンサ１６を半導体スイッチング素子１３に近い
位置に設けることにより、主電源１２を半導体スイッチ
ング素子１３等から離れた位置に配備することが可能と
なる。

【００３１】マグネトロン１１は、フィラメント加熱用
電源２１により加熱されるフィラメント（カソード）２
２と、フィラメント２２と間隙を隔てて設けられるアノ
ード２３とを備えており、フィラメント２２とアノード
２３との間に動作電圧範囲内（Ｖmin 〜Ｖmax ）の動作
電圧Ｖa が供給されることによりマイクロ波を発生する
ように構成されている。つまり、マグネトロン１１は、
動作電圧Ｖa が供給されることによりマイクロ波を発生
する一方、供給される電圧が最低動作電圧Ｖmin を下回
ると、マイクロ波の発生を停止するものである。なお、
マグネトロン１１は、その構造から供給される動作電圧
Ｖa によりマグネトロン１１自身が蓄電する分布容量お
よび、動作電圧Ｖa が供給されていないときにその蓄電
した電荷がリークするリーク抵抗を有している。

【００３２】コンデンサ１５は、マグネトロン１１の分
布容量およびリーク抵抗と、マグネトロン１１に供給す
る電圧特性等から設定される所定の静電容量を有するコ
ンデンサである。具体的には、マグネトロン１１のリー
ク抵抗が１ｋΩ程度であるとすれば、マグネトロン１１
の分布容量とコンデンサ１５の静電容量とを含む合成容
量が２ｎＦ程度になるように、コンデンサ１５の静電容
量を設定する。なお、本実施例において、合成容量は２
ｎＦに限定されるものではなく、マグネトロン１１に供
給させたい電圧特性に応じて自由に設定することができ
る。

【００３３】コンデンサ１５は、半導体スイッチング素
子１３が導通状態の場合には、マグネトロン１１に供給
されている動作電圧Ｖa によって蓄電されて、動作電圧
Ｖaにまで持ち上げられる。このとき、マグネトロン１
１はマイクロ波を発生させ始める。

【００３４】一方、半導体スイッチング素子１３が非導
通状態になると、コンデンサ１５は、マグネトロン１１
のリーク抵抗を通じて放電して、半導体スイッチング素
子１３の出力側の電圧Ｈv をマグネトロン１１の動作電
圧Ｖa から最低動作電圧Ｖmin にまで急激に低下させる
（図３参照）。このとき、半導体スイッチング素子１３
は非導通状態になっているが、マグネトロン１１に供給
される電圧は最低動作電圧Ｖmin よりも大きいので、マ
グネトロン１１はマイクロ波を発生させ続けている。

【００３５】さらに、コンデンサ１５は放電して、半導
体スイッチング素子１３の出力側の電圧Ｈv が最低動作
電圧Ｖmin 以下に低下する。このとき、マグネトロン１
１からマイクロ波の発生が停止する。その後のコンデン
サ１５は、半導体スイッチング素子１３の入出力電圧差
が、半導体スイッチング素子１３の耐電圧Ｖt よりも小
さくなるように、半導体スイッチング素子１３の出力側
の電圧Ｈv を、次の半導体スイッチング素子１３の導通
状態への切り換えまでの間維持するように徐々に放電す
る（図３参照）。上述した動作を繰り返し行うことによ
り、半導体スイッチング素子１３に耐電圧Ｖt 以上の電
圧差が発生するのを防止することができる。なお、コン
デンサ１５の放電のさせ方、すなわち半導体スイッチン
グ素子１３の出力側の電圧Ｈv の波形は（図３参照）、
マグネトロン１１のリーク抵抗および分布容量と、コン
デンサ１５の静電容量とから求められる時定数によって
決定することができる。具体的には、図３においては、
動作電圧範囲内での電圧Ｈv の立ち上がり／立ち下がり
が１μｓ、最低動作電圧Ｖmin 以下の立ち下がりが１ｍ
ｓ程度である。以上の説明から理解できるように、本発
明における蓄電手段は、集中容量をもつコンデンサ素子
で構成されるものに限らず、分布容量だけで構成される
場合もあり、また、コンデンサ素子と分布容量の両者で
構成されることもある。

【００３６】したがって、上述した本実施例に係るマイ
クロ波発生ユニット１では、半導体スイッチング素子１
３が非導通状態になった場合に、コンデンサ１５によっ
て、半導体スイッチング素子１３の入出力電圧差が、半
導体スイッチング素子１３の耐電圧よりも小さくなるよ
うに、半導体スイッチング素子１３の出力側電圧を維持
することができる。その結果、従来のように、パルス状
の電圧をマグネトロンに供給するために、大型で高価な
パルストランスを利用する必要がなく、小型で安価な半
導体スイッチング素子を利用することができるので、マ
イクロ波発生ユニット自体を安価に製造することができ
るとともに、小型化することができる。さらに、半導体
スイッチング素子を導通状態にし続けることで、連続し
たマイクロ波をも発生させることができる。

【００３７】＜第２実施例＞次に、図４を用いて第２実
施例について説明する。図４は、第２実施例のマイクロ
波発生ユニットを示す図である。上述した第１実施例と
共通する部分については、同一符号を付し、その説明を
省略する。なお、図４に示すように、第２実施例のマイ
クロ波発生ユニットは、複数種類の異なる動作電圧を出
力する電源を備えており、各動作電圧ごとに少なくとも
半導体スイッチング素子１３を備えるものである。

【００３８】第２実施例のマイクロ波発生ユニットは、
大別して、動作電圧Ｖ1 および動作電圧Ｖ2 を各々出力
する主電源部５０と、動作電圧Ｖ1 に対してスイッチン
グを行う第１スイッチング部４１と、動作電圧Ｖ2 を含
むパルス状の動作電圧Ｖ1 に対してスイッチングを行う
第２スイッチング部４２と、パルス状の動作電圧Ｖ1,Ｖ
2 が供給されるマグネトロンヘッド部３０とを備えてい
る。

【００３９】マグネトロンヘッド部３０は、第１実施例
のマグネトロン１１と、非動作電圧維持コンデンサ１５
とを含んで構成されたものである。

【００４０】主電源部５０は、マグネトロン１１からマ
イクロ波を発生させるための動作電圧Ｖ1 およびＶ2 を
それぞれ出力する直流電源を備えており、動作電圧Ｖ1
は、第１スイッチング部４１に対して出力され、動作電
圧Ｖ2 は、第２スイッチング部４２に向けて出力するも
のである。

【００４１】第１スイッチング部４１は、動作電圧維持
コンデンサ１６と、半導体スイッチング素子１３とを備
えており、信号源１４ａから送られてくるパルス信号に
応じて、半導体スイッチング素子１３を導通／非導通状
態に切り換えて、動作電圧Ｖ1 をパルス状にするもので
ある。具体的には、図５に示すように、半導体スイッチ
ング素子１３は、信号源１４ａからのパルス信号Ｐ1 に
応じて、導通／非導通状態を繰り返し行う。その結果、
第１スイッチング部４１から出力される第１パルス電圧
ＶＰ1 は、最高電圧Ｖ1 、最低電圧Ｖ2 の間で変化する
波形となる。ここで、最低電圧Ｖ2 となるのは、第１ス
イッチング部４１の出力側が後述する第２スイッチング
部４２の入力側に接続されているので、第１スイッチン
グ部４１の最低電圧が第２スイッチング部４２に入力さ
れる動作電圧Ｖ2 となるからである。なお、第１スイッ
チング部４１の動作電圧維持コンデンサ１６は、電圧Ｖ
1によって蓄電される。その機能については第１実施例
と同様であるので、説明を省略する。

【００４２】第２スイッチング部４２は、動作電圧維持
コンデンサ１６と、半導体スイッチング素子１３と、第
１スイッチング部４１の入力側を動作電圧Ｖ1 にすると
ともに、第２スイッチング４２の入力側の入力最低電圧
を動作電圧Ｖ2 にするためのダイオード１８とを備えて
いる。第２スイッチング部４２は、信号源１４ｂから送
られてくるパルス信号に応じて、半導体スイッチング素
子１３を導通／非導通状態に切り換えて、第１スイッチ
ング部４１の出力電圧ＶＰ1 をさらにパルス状にする。
具体的には、図６に示すように、半導体スイッチング素
子１３は、信号源１４ｂからのパルス信号Ｐ2 に応じ
て、導通／非導通状態を繰り返し行う。その結果、第２
スイッチング部４２から出力されるパルス電圧ＶＰ12
は、２種類の動作電圧Ｖ1 、Ｖ2 をもち、第２スイッチ
ング部４２の出力側で降下した最低電圧が第１実施例と
同様に、マグネトロン１１の最低動作電圧Ｖmin よりも
低く、かつ、半導体スイッチング素子１３の耐電圧Ｖt
よりも小さくなるような電圧になる。

【００４３】したがって、第２実施例のマイクロ波発生
ユニットでは、パルス状であって電圧値の異なる複数種
類の動作電圧をマグネトロン１１に供給しているので、
マイクロ波発生ユニットからは、パルス状であって電力
値が変化するマイクロ波を発生させることができる。そ
の結果、このマイクロ波発生ユニットを備えるプラズマ
処理装置では、より安定したプラズマを発生させること
ができるので、さらに微細なパターンのエッチングも可
能になる。

【００４４】この発明は以下のように変形実施すること
が可能である。 （１）上述した各実施例では、動作電圧維持コンデンサ
１６を半導体スイッチング素子１３の入力側に設けた
が、本発明はこれに限られるものではなく、動作電圧維
持コンデンサ１６を取り除いた構成にすることもでき
る。

【００４５】（２）上述した各実施例における半導体ス
イッチング素子１３の周辺の構成だけを図示した図７に
示すように、上述した各実施例の半導体スイッチング素
子１３に対してバイパス抵抗素子７０を並列に接続する
ことが好ましい。半導体スイッチング素子１３が長時間
非導通状態の場合に、このバイパス抵抗素子７０によっ
てコンデンサ１５に電荷を供給することにより放電によ
る過度の電圧低下を防止し、半導体スイッチング素子１
３の入出力電圧差が半導体スイッチング素子１３の耐電
圧を越えないようにすることができる。また、具体的に
第１実施例の場合には、バイパス抵抗素子７０の抵抗値
は、例えばマグネトロンのリーク抵抗とほぼ同じ１ｋΩ
程度である。また、パルス信号の周波数が１ｋＨｚ程度
の場合には、数百Ω程度にすることができる。なお、バ
イパス抵抗素子７０の抵抗値はこれらの値に限定される
ものではなく、マグネトロン１１に供給される電圧特性
等によって、任意に決めることができる。

【００４６】（３）上述した各実施例における半導体ス
イッチング素子１３を含む周囲の構成だけを図示した図
８に示すように、半導体スイッチング素子１３にクラン
プ回路を備えることが好ましい。このクランプ回路は、
半導体スイッチング素子１３にツェナーダイオード８１
および抵抗素子８２が並列に接続されて構成されてい
る。ツェナーダイオード８１と抵抗素子８２とは直列接
続されており、電源電圧の変動などにより半導体スイッ
チング素子１３の入出力電圧差が所定電圧以上になる
と、ツェナーダイオード８１がブレークダウンすること
により、半導体スイッチング素子１３の入出力電圧差が
半導体スイッチング素子１３の耐電圧を越えないように
する。

【００４７】（４）上述した各実施例では、本発明にお
ける蓄電手段として、等価回路において半導体スイッチ
ング素子１３の出力側における合成容量をもつコンデン
サとしたが、例えば、マグネトロン１１や給電線路の分
布容量を調整することによって、半導体スイッチング素
子１３の出力側電圧を所定範囲内で維持できるのであれ
ば、コンデンサ１５を取り除いた構成にすることもでき
る。

【００４８】（５）上述した第２実施例では、２種類の
動作電圧を出力する主電源部５０について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、２種類以上の
動作電圧を出力するものであれば幾つでもよい。その場
合には、各動作電圧ごとに少なくとも半導体スイッチン
グ素子１３を設けた構成にする。このように構成すれ
ば、安価で小型な装置構成で種々のマイクロ波を発生さ
せることができる。

【００４９】（６）上述した第２実施例では、多段パル
ス状の電圧をマグネトロン１１に供給して、それに対応
したマイクロ波をマグネトロン１１から発生させたが、
例えば、パルス信号Ｐ1 と、パルス信号Ｐ2 とで半導体
スイッチング素子１３を導通状態にする時間をずらすこ
とで、多重時間変調した電圧をマグネトロン１１に供給
して、それに対応したマイクロ波を発生させることもで
きる。

【００５０】（７）上述した各実施例では、プラズマ処
理装置用に用いられる比較的高電圧のパルスをマグネト
ロンに供給するマイクロ波発生ユニットについて説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば、比較的低電圧のパルスによりマイクロ波を発生させ
るものにも適用することができる。これにより、より安
価な半導体スイッチング素子を利用することができ、マ
イクロ波発生ユニットをさらに安価に製造することがで
きる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、マグネトロンの非動作時に
は、蓄電手段によってマグネトロンの動作電圧よりも低
くなるようにマグネトロン側の電圧を維持するととも
に、マグネトロンと電源との間に生じる電圧差を半導体
スイッチング素子の耐電圧よりも小さくしているので、
半導体スイッチング素子を利用してパルス状の電圧をマ
グネトロンに供給することができる。その結果、従来の
ようにトランス構造を用いる場合に比べて、非常に安価
で小型なマイクロ波発生ユニットを製造することができ
る。さらに、半導体スイッチング素子を導通状態にし続
けることで、連続したマイクロ波を発生させることも可
能である。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、各々異な
る動作電圧のパルスをマグネトロンに供給することで、
マグネトロンから多段パルス状のマイクロ波や、多重時
間変調したマイクロ波などを発生させることができる。
その結果、より安定したプラズマを発生させることを可
能にする。

【００５３】請求項３に記載の発明によれば、半導体ス
イッチング素子の非導通状態の時間に関わりなく、バイ
パス抵抗素子によって蓄電手段の電圧、すなわち半導体
スイッチング素子の出力側電圧が維持されるので、長時
間の非導通状態を実現することができる。また、バイパ
ス抵抗素子を設けることで、蓄電手段の容量を小さくす
ることができるので、さらに安価で小型なマイクロ波発
生ユニットを製造することが可能になる。

【００５４】請求項４に記載の発明によれば、クランプ
回路の動作によって、半導体スイッチング素子の耐電圧
以上の電圧差が半導体スイッチング素子の入出力間に発
生するのを防止することができる。

【００５５】請求項５に記載の発明によれば、半導体ス
イッチング素子が非導通状態から導通状態になった際
に、電源からコンデンサまでの間の線路の抵抗またはイ
ンダクタンス成分による電源の電圧の立ち上がりの遅れ
などを、半導体スイッチング素子の近くに設けられたコ
ンデンサの電圧によって補うことができるので、マイク
ロ波をより迅速に発生させることが可能になる。また、
電源だけを離れた場所に配備させることが可能になる。
さらに、導通・非導通状態の切り換えの際に生じるサー
ジ電圧を吸収できるので、半導体スイッチング素子の破
壊を防止することもできる。

【００５６】請求項６に記載の発明によれば、パルス状
のマイクロ波を発生させるために、請求項１から請求項
５のいずれかに記載のマイクロ波発生ユニットを利用し
ているので、安価で小型なプラズマ処理装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るプラズマ処理装置を示す概略図で
ある。

【図２】第１実施例に係るマイクロ波発生ユニットを示
す概略構成図である。

【図３】第１実施例において半導体スイッチング素子の
出力側の電圧変化を示す波形図である。

【図４】第２実施例に係るマイクロ波発生ユニットを示
す概略構成図である。

【図５】第１スイッチング部の出力側の電圧変化を示す
波形図である。

【図６】第２スイッチング部の出力側の電圧変化を示す
波形図である。

【図７】変形例におけるバイパス抵抗素子の接続の様子
を示す図である。

【図８】変形例におけるクランプ回路の接続の様子を示
す図である。

【符号の説明】

１ … マイクロ波発生ユニット ２ … 導波管 ３ … チャンバー ５ … 処理ガス供給源 ６ … ホルダー ７ … ＲＦ電源 １１ … マグネトロン １２ … 主電源 １３ … 半導体スイッチング素子 １４ … 信号源 １５ … 非動作電圧維持コンデンサ １６ … 動作電圧維持コンデンサ ７０ … バイパス抵抗素子 ８１ … ツェナーダイオード ８２ … 抵抗素子 Ｗ … 基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状の電圧をマグネトロンに供給す
   ることによって、前記マグネトロンからパルス状のマイ
   クロ波を発生させるマイクロ波発生ユニットであって、 前記マイクロ波を発生させるマグネトロンと、 前記マグネトロンからマイクロ波を発生させるための動
   作電圧を供給する電源と、 前記電源と前記マグネトロンとの間で、前記電源が入力
   側に接続されるとともに、前記マグネトロンが出力側に
   接続された半導体スイッチング素子と、 前記半導体スイッチング素子にパルス信号を与えて前記
   半導体スイッチング素子を導通／非導通状態に切り換え
   る信号源と、 前記半導体スイッチング素子の出力側に設けられた蓄電
   手段とを備え、 前記蓄電手段は、前記半導体スイッチング素子が導通状
   態の場合には、前記電源からの電圧を蓄電することによ
   り前記マグネトロンに供給する電圧を動作電圧にまで持
   ち上げる一方、前記半導体スイッチング素子が非導通状
   態の場合には、放電することにより前記マグネトロンに
   供給する電圧を前記マグネトロンの最低動作電圧よりも
   低い電圧にまで下げるとともに、前記半導体スイッチン
   グ素子の入出力電圧差が前記半導体スイッチング素子の
   耐電圧よりも小さくなるように、前記半導体スイッチン
   グ素子の出力側電圧を維持することを特徴とするマイク
   ロ波発生ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロ波発生ユニッ
   トにおいて、 前記電源は、前記マグネトロンに各々異なる動作電圧を
   供給するものであり、 前記電源から供給される動作電圧ごとに、少なくとも前
   記半導体スイッチング素子を備えるマイクロ波発生ユニ
   ット。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のマイク
   ロ波発生ユニットにおいて、前記ユニットは、さらに、 前記半導体スイッチング素子に並列に接続されるバイパ
   ス抵抗素子を備えるマイクロ波発生ユニット。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載のマイク
   ロ波発生ユニットにおいて、前記ユニットは、さらに、 前記半導体スイッチング素子の入出電圧差を抑制するク
   ランプ回路を備えるマイクロ波発生ユニット。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のマイクロ波発生ユニットにおいて、前記ユニット
   は、さらに、前記半導体スイッチング素子と前記電源と
   の間で、前記半導体スイッチング素子に比較的近い位置
   に並列接続されて前記マグネトロンの動作電圧を維持す
   る動作電圧維持コンデンサを備えるマイクロ波発生ユニ
   ット。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載のマイクロ波発生ユニットを備えるプラズマ処理装
   置。