JP2002043281A - 高周波交流パルス発生電源装置 - Google Patents

高周波交流パルス発生電源装置

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JP2002043281A
JP2002043281A JP2000223855A JP2000223855A JP2002043281A JP 2002043281 A JP2002043281 A JP 2002043281A JP 2000223855 A JP2000223855 A JP 2000223855A JP 2000223855 A JP2000223855 A JP 2000223855A JP 2002043281 A JP2002043281 A JP 2002043281A
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voltage
pulse
power supply
frequency
winding
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JP2000223855A
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English (en)
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Tsuyoshi Umemoto
強志 梅本
Katsuhisa Kimura
克久 木村
Yasuo Ogoshi
康雄 大越
Kenichi Towata
健一 砥綿
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Hitachi Ltd
Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Kasado Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造工程におけるドライエッチング装置
の改良に有効な高周波交流パルス発生電源の提供。 【解決手段】本発明によれば、単一の+電圧可変電源を
単一の高周波トランスに入力し、必要とする交流電圧、
電流に対応したパワーMOS FETをON/OFFし、一例として
負荷に負の電圧発生パルス時間が正の電圧発生パルス時
間よりも長い高周波交流パルスを出力することができ
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、特に半導体製造工
程におけるドライエッチング装置の改良に有効な高周波
交流パルス発生電源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】放電ガスが導入される真空処理室と、前
記真空処理室に磁場を発生する手段とプラズマを発生す
る手段及び前記真空処理室内に加工すべき試料を保持す
る試料台を有するドライエッチング装置においては、前
記試料に正の電圧と負の電圧が対称な、発振周波数100k
Hzから13.56MHzの交流正弦波がバイアス電圧として印加
するのが一般的であるが、特公昭56−37311号公
報においては前記試料に印加するバイアス電圧波形は正
弦波でも矩形状の正、負パルスでもよく、正の電圧持続
時間より負の電圧持続時間を長くすることにより大きな
エッチング速度がえられることが記載されている。
【0003】また特開昭62−280378号公報で
は、プラズマ−電極間の電界強度を一定化するパルス状
のイオン制御バイアス波形を発生させ前記試料台に印加
することにより、試料に入射するイオンエネルギーの分
布を狭くでき、エッチングの加工寸法精度や被処理膜と
下地材とのエッチング速度比を数倍にあげることが可能
となることが記載されている。
【0004】しかしながら、前記試料台に正、負のパル
スを供給する電源に関してはその実用的な方法が示され
ていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では正、負
のパルスを供給する方法として、正電圧出力電源と負電
圧出力電源の出力部にスイッチング素子を設置し、前記
スイッチング素子を交互にON/OFFすることで正、
負パルスを発生させる方法もあるが、前記試料台に印加
する電圧は高電圧・大電力を必要とすることが一般的で
あるため、前記正電圧出力電源および負電圧出力電源は
大電力・高電圧出力が必要となり高価で大型なものにな
る。
【0006】また、高周波トランスにスイッチング素子
を設置し、前記スイッチング素子への電力供給に正電圧
出力電源と負電圧出力電源を印加することで正、負パル
スを発生させる方法もあるがやはり正電圧出力電源と負
電圧出力電源の2台の電源を必要とするため、高価で大
型なものになる。
【0007】そこで、以下に示す課題を安価に実現出来
る小型電源が必要とされている。
【0008】(1)電圧発生パルス時間が、正の電圧と
負の電圧で異なる50kHz〜10MHzの矩形波が必要とされて
いる。
【0009】用途によっては正の電圧発生時間が短く、
負の電圧発生時間の長い交流波形が必要とされている。
【0010】(2)発生パルス波形の波高値を0Vから可
変できるものが必要とされている。
【0011】(3)発生パルス波形の電圧波高値で制御
できるものが必要とされている。
【0012】(4)発生パルス波形の電流波高値で制御
できるものが必要とされている。
【0013】(5)負の電圧発生パルス時間と正の電圧
発生パルス時間を可変できるものが必要とされている。
【0014】(6)前記(1)、(2)、(3)、
(4)、(5)を、単一の+電源供給入力で実現できる
ものが必要とされている。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の高周波交流パルス発生電源装置は、 (1)1次側巻線に正の電圧を発生する巻線と負の電圧
を発生する巻線を、2次側に矩形波状の出力電圧を出力
する巻線を設けた高周波トランスの1次巻線に正の持続
時間と負の持続時間を制御するパルス信号発生回路に従
いON/OFFするスイッチング素子を接続し、前記高周波
トランスの1次側巻線の正の電圧を発生する巻線数と負
の電圧を発生する巻線数の比を前記パルス信号発生回路
から出力する正の持続時間と負の持続時間の比に比例と
しかつ、2次側巻線数を2次側に必要とする電圧を発生
する巻線数比に設定することで図1の様な矩形波状の出
力電圧を発生させる。
【0016】(2)高周波トランスの1次側に入力する
単一の+電圧可変電源の出力電圧を可変することで発生
パルス波形の波高値を可変させる機能を付加させる。
【0017】(3)発生パルス波形の電圧波高値を検出
し単一の+電圧可変電源の出力電圧を制御することで、
パルス波形の電圧波高値制御する機能を付加させる。
【0018】(4)発生パルス波形の電流波高値を検出
し単一の+電圧可変電源の出力電圧を制御することで、
パルス波形の電流波高値制御する機能を付加させる。
【0019】(5)前記高周波トランスの負の電圧を発
生させる巻線とスイッチング回路の間に高周波トランス
の磁気飽和を防止するためのリセット抵抗を設け、前記
パルス信号発生回路にパルス幅可変機能を付加させる。
【0020】前記目的を達成するため1次側に正の電圧
を発生する巻線と負の電圧を発生する巻線を設け、2次
側に矩形の出力を発生する巻線を設けた高周波トランス
において、1次側の巻線数の比をパルス信号発生回路か
ら正の電圧保持時間が正の電圧保持時間と負の電圧保持
時間の比に比例の関係とする。前記1次巻線の正の電圧
を発生する巻線の巻きはじめと負の電圧を発生する巻線
の巻きおわりに、又はこの逆に、単一の+電圧可変供給
電源を入力し前記各巻線の他方にパワーMOS FET又はバ
イポーラトランジスタを用いたスイッチング回路を設置
し、パルス信号発生回路から正の電圧を発生するパルス
と負の電圧を発生するパルスを交互に50kHz〜10MHzの周
期でON/OFFし、高周波トランスの2次巻線に高周波ト
ランスを飽和させることなく単一の+電圧可変供給電源
から高周波交流パルスを発生させることができる。
【0021】前記高周波交流パルスの電圧波高値は1次
巻線と2次巻線の巻数比を変えるか、+電圧可変電源の
電圧を変えるか、又はこの複合により任意の電圧を得る
ことが可能となる。さらに発生した高周波交流パルスの
電圧波高値を検出し、前記検出信号により単一の+電圧
可変電源の出力電圧を制御することで波高値制御するこ
とができる。
【0022】また、負の電圧を発生する巻線または正の
電圧を発生する巻線と前記スイッチング回路の間にリセ
ット抵抗を設けることで、高周波トランスを飽和させる
ことなく正の電圧と負の電圧のパルス幅を可変する機能
が付加できる。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の実施例1を図2により説
明する。
【0024】実施例1の図2において、単一の+電圧可
変電源1の+DCを高周波トランス2に設けた1次側巻線の
n1巻線の巻きはじめとn2巻線の巻き終わりに入力する。
スイッチング部は高速パワーMOS FET 3をパルス信号発
生回路4の信号によりON/OFFする。なお、高周波トラン
スのn1巻線とn2巻線の巻数比は、パルス発生信号回路の
パルス幅の比に比例するように設定しており、n2巻線の
巻きはじめと高速パワーMOS FET 3の間には高周波トラ
ンスの飽和を防止するリセット抵抗5を設置している。
【0025】高周波トランス2の2次側には、チョーク
コイル7及び直流成分カット用コンデンサ8を設ける。
【0026】上記のように構成したパルス発生装置にお
いて、 (1)高周波トランス2のn1巻線につながるパワーMOS F
ETがONすると、高周波トランスの2次側巻線n3には、チ
ョークコイル7→直流成分カット用コンデンサ8を通り
負荷11に電流が流れるような電圧が誘起される。これに
より負荷11には正の電圧が印加される。
【0027】(2)高周波トランス2のn1巻線につなが
るパワーMOS FETがOFFし、高周波トランス2のn2巻線に
つながるパワーMOS FETがONすると、高周波トランスの
2次側巻線には、直流成分カット用コンデンサ8→チョ
ークコイル7→高周波トランス2を通り、負荷11に電流
が流れるように電圧が誘起されるため負荷11には負の電
圧が印加される。
【0028】パルス発生信号回路から、高周波トランス
2のn1とn2の巻数比に比例したパルス幅の50kHz〜10MHz
のパルスを加えることにより、高周波交流パルスを発生
することができる。これによって高周波トランスを飽和
させることなく、n1巻線よりn2巻線を多く設定すること
で、単一の+電圧可変電源から負の電圧発生パルス時間
が正の電圧発生パルス時間よりも長い高周波交流パルス
を発生させることができる。また、高周波トランス2の
1次巻線のn1、n2と2次巻線n3の巻数比を変えるか、+
電圧可変電源の電圧を可変するか、また、その複合によ
り任意の電圧波高値を発生することができる。
【0029】また、高周波交流パルスの電圧波高値をコ
ンデンサ9、コンデンサ10で分圧し、高周波パルス波高
値整流回路12で検出し、この検出電圧を+電圧可変電源
のフィードバック信号として使えば、高周波交流パルス
の電圧波高値で制御することもできる。
【0030】また、n1巻線かn2巻線の何れかに強制的に
高周波トランスが偏磁するようにリセット抵抗5を設け
ることにより、高周波トランスを飽和から防ぐこともで
きる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、単一の+電圧可変電源
を単一の高周波トランスに入力し、必要とする交流電
圧、電流に対応したパワーMOS FETをON/OFFし、一例と
して負荷に負の電圧発生パルス時間が正の電圧発生パル
ス時間よりも長い高周波交流パルスを出力することがで
きる。
【0032】また、高周波トランスの1次巻線と2次巻
線の巻数比を変えるか、+電圧可変電源の電圧を可変す
るか、又はこの複合にすることで任意の電圧波高値の高
周波交流パルスを得ることができる。
【0033】また、高周波交流パルスの電圧波高値を検
出し、この検出電圧を+電圧可変電源のフィードバック
信号とすれば、電圧波高値制御が可能となる。
【0034】高周波トランスの1次側の電圧発生用巻線
とスイッチング回路の間に、高周波トランスの飽和を防
止するリセット抵抗を設けることで、正の電圧発生パル
ス時間と負電圧発生パルス時間の変化による高周波トラ
ンスの飽和を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】設定及び出力パルス波形図(パルス設定は、t1
<t2を設定することで行う。出力電圧はV2=(n3/n
1+n3/n2)×V1となり、電圧波高値は可変出力さ
れる)。
【図2】本発明の高周波交流パルス発生電源装置のパル
ス発生スイッチング回路の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…+電圧可変電源、2…高周波トランス、3…スイッチ
ング回路(パワーMOS FET)、4…パルス信号発生回路、5
…リセット抵抗、6…ダミー抵抗、7…チョークコイル、
8…直流成分カット用コンデンサ、9…電圧波高値分圧用
コンデンサ、10…電圧波高値分圧用コンデンサ、11…実
機負荷、12…高周波パルス波高値整流回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 克久 山口県下松市大字東豊井794番地 日立笠 戸エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大越 康雄 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 砥綿 健一 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Fターム(参考) 5F004 AA02 AA16 CA03 5H007 BB00 CA02 CB06 CC12 CC32 DA06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正の持続時間と負の持続時間を制御する
    パルス信号発生回路と、前記パルス信号発生回路に従い
    ON/OFFするスイッチング素子を用いたスイッチング回
    路と、1次側巻線に正の電圧を発生する巻線と負の電圧
    を発生する巻線を、2次側に矩形波状の出力電圧を出力
    する巻線を設けた高周波トランスと、前記スイッチング
    回路に電力を供給する単一の+電圧可変電源を設けた高
    周波交流パルス発生電源装置において、 前記高周波トランスの1次側巻線の正の電圧を発生する
    巻線数と負の電圧を発生する巻線数の比を前記パルス信
    号発生回路から出力する正の持続時間と負の持続時間の
    比に比例としかつ、2次側巻線数を2次側に必要とする
    矩形波状の出力電圧が発生する1次側巻線数との比に設
    定したことを特徴とする高周波交流パルス発生電源装
    置。
  2. 【請求項2】 前記高周波交流パルス発生電源装置にお
    いて、出力電圧波高値をフィードバック制御信号として
    検出し、前記単一の+電圧可変電源の電圧を制御するこ
    とを特徴とした請求項1の高周波交流パルス発生電源装
    置。
  3. 【請求項3】 前記高周波交流パルス発生電源装置にお
    いて、出力電流波高値をフィードバック制御信号として
    検出し、前記単一の+電圧可変電源の電圧を制御するこ
    とを特徴としたの請求項1の高周波交流パルス発生電源
    装置。
  4. 【請求項4】 前記高周波交流パルス発生電源装置にお
    いて、前記高周波トランスの負の電圧を発生させる巻線
    と、前記スイッチング回路の間に前記高周波トランスの
    磁気飽和を防止するためのリセット抵抗を設けることを
    特徴とする請求項1の高周波交流パルス発生電源装置。
  5. 【請求項5】 前記高周波トランスの負の電圧を発生さ
    せる巻線と、前記スイッチング回路の間に前記高周波ト
    ランスの磁気飽和を防止するためのリセット抵抗を設け
    た高周波パルス発生電源装置において、正の持続時間と
    負の持続時間を制御する前記パルス信号発生回路にパル
    ス幅可変機能を設け、正の電圧と負の電圧のパルス幅を
    可変可能とすることを特徴とした請求項1の高周波交流
    発生電源装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012525712A (ja) * 2009-05-01 2012-10-22 アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド イオンエネルギー分布を制御するための方法および装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012525712A (ja) * 2009-05-01 2012-10-22 アドバンスト・エナジー・インダストリーズ・インコーポレイテッド イオンエネルギー分布を制御するための方法および装置

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