JP2886941B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理装置Info
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- JP2886941B2 JP2886941B2 JP2107573A JP10757390A JP2886941B2 JP 2886941 B2 JP2886941 B2 JP 2886941B2 JP 2107573 A JP2107573 A JP 2107573A JP 10757390 A JP10757390 A JP 10757390A JP 2886941 B2 JP2886941 B2 JP 2886941B2
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- Japan
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- microwave
- plasma processing
- processing apparatus
- microwave plasma
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波を用いてプラズマを発生させ、エ
ッチング，デポジション，重合，酸化，焼結あるいは表
面改質などを行うプラズマ処理装置に係り、特にこれら
の各処理装置に用いるプラズマとして好適な発生手段を
具備するプラズマ処理装置に関するものである。
ッチング，デポジション，重合，酸化，焼結あるいは表
面改質などを行うプラズマ処理装置に係り、特にこれら
の各処理装置に用いるプラズマとして好適な発生手段を
具備するプラズマ処理装置に関するものである。
従来、半導体ウェハ等の被処理物をプラズマ処理する
方法として、マイクロ波により効果よくプラズマを発生
させて行う方法が知られている。このプラズマ処理性能
を更に向上させる方法としてマイクロ波をパルス状にし
て印加する方法も、特開平１−214122号公報等において
述べられている。
方法として、マイクロ波により効果よくプラズマを発生
させて行う方法が知られている。このプラズマ処理性能
を更に向上させる方法としてマイクロ波をパルス状にし
て印加する方法も、特開平１−214122号公報等において
述べられている。
上記従来技術においては、マイクロ波をパルス化する
方法においては論じられていない。
方法においては論じられていない。
マイクロ波の発生源として、磁電管（マグネトロン）
が一般に用いられている。
が一般に用いられている。
第10図は磁電管の高圧電流（Ｉ）−高圧電圧（Ｖ）特
性を示す。マイクロ波出力電力は、高圧電流にほぼ比例
しており、マイクロ波出力電力を、特開平１−214122号
公報に述べられているように、ON/OFFする場合、第10図
のＡ点とＢ点間でスイッチングを行うことになる。この
場合、磁電管には、１パルス毎に０VHの大きな電圧変
化と、マイクロ波発振のON/OFFを繰返すことになる。
性を示す。マイクロ波出力電力は、高圧電流にほぼ比例
しており、マイクロ波出力電力を、特開平１−214122号
公報に述べられているように、ON/OFFする場合、第10図
のＡ点とＢ点間でスイッチングを行うことになる。この
場合、磁電管には、１パルス毎に０VHの大きな電圧変
化と、マイクロ波発振のON/OFFを繰返すことになる。
ところで、磁電管は、発振をOFF→ONにする時に、異
常モード発振等により劣化が生じやすい性質があり、短
かい周期でON/OFFを繰返すと、磁電管の寿命が大幅に短
かくなる欠点があった。
常モード発振等により劣化が生じやすい性質があり、短
かい周期でON/OFFを繰返すと、磁電管の寿命が大幅に短
かくなる欠点があった。
また、１パルス毎に大きな電圧変化が生じるため、磁
電管の陽極と陰極間に存在するフィルタ用キャパシタ
（数百ピコ・ファラッド）の充・放電電流が大きくな
り、早い変化は困難であった。
電管の陽極と陰極間に存在するフィルタ用キャパシタ
（数百ピコ・ファラッド）の充・放電電流が大きくな
り、早い変化は困難であった。
第11図に従来の磁電管１の駆動電源10の例を示す。フ
ィラメント電源4,電流検出器3,高圧制御電源２からな
り、電流検出器３と高圧制御電源２とにより、高圧定電
流電源２′が構成される。高圧定電流電源２′の出力
は、フィラメント回路の片側に接続されている。高圧制
御電源２の設定信号として、ON/OFFのパルス繰返し信号
を加えれば、パルス化マイクロ波出力を得ることは可能
であるが、前に述べたように、磁電管の寿命が短い、早
い応答が困難という欠点があった。
ィラメント電源4,電流検出器3,高圧制御電源２からな
り、電流検出器３と高圧制御電源２とにより、高圧定電
流電源２′が構成される。高圧定電流電源２′の出力
は、フィラメント回路の片側に接続されている。高圧制
御電源２の設定信号として、ON/OFFのパルス繰返し信号
を加えれば、パルス化マイクロ波出力を得ることは可能
であるが、前に述べたように、磁電管の寿命が短い、早
い応答が困難という欠点があった。
本発明の目的は、高信頼性を有するパルス化マイクロ
波を発生させることのできるマイクロ波プラズマ処理装
置を提供することにある。
波を発生させることのできるマイクロ波プラズマ処理装
置を提供することにある。
上記目的は、パルス状のマイクロ波発生手段と、マイ
クロ波発生手段からのマイクロ波を反応室内に導入する
伝達手段と、反応室に連結されたガス供給手段および排
気手段と、反応室内に設けた試料台とを備え、反応室内
にプラズマを発生させて試料を処理するマイクロ波プラ
ズマ処理装置において、マイクロ波発生手段を、マイク
ロ波発生用のマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器に
接続されたフィラメント回路と、マイクロ波発生器に接
続された高圧定電流回路と、高圧定電流回路の出力とフ
ィラメント回路との間に設けられ高レベル電流と低レベ
ル電流とを所定周期で切り換える電流切換部とから構成
することにより、達成される。
クロ波発生手段からのマイクロ波を反応室内に導入する
伝達手段と、反応室に連結されたガス供給手段および排
気手段と、反応室内に設けた試料台とを備え、反応室内
にプラズマを発生させて試料を処理するマイクロ波プラ
ズマ処理装置において、マイクロ波発生手段を、マイク
ロ波発生用のマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器に
接続されたフィラメント回路と、マイクロ波発生器に接
続された高圧定電流回路と、高圧定電流回路の出力とフ
ィラメント回路との間に設けられ高レベル電流と低レベ
ル電流とを所定周期で切り換える電流切換部とから構成
することにより、達成される。
上記のように、磁電管（マイクロ波発生器）用高圧定
電流回路と、磁電管フィラメント回路間に電流切換部を
設け、高レベル電流／低レベル電流間で所定周期で変化
させる。それによって磁電管の発振は中断されることな
く、また、磁電管の陽極−陰極間に加わる電圧の変化は
少なくなるため、高速でかつ、高信頼のパルス化マイク
ロ波出力が得られ、これを用いた高信頼で高性能のプラ
ズマ・プロセス処理が可能となる。
電流回路と、磁電管フィラメント回路間に電流切換部を
設け、高レベル電流／低レベル電流間で所定周期で変化
させる。それによって磁電管の発振は中断されることな
く、また、磁電管の陽極−陰極間に加わる電圧の変化は
少なくなるため、高速でかつ、高信頼のパルス化マイク
ロ波出力が得られ、これを用いた高信頼で高性能のプラ
ズマ・プロセス処理が可能となる。
すなわち、磁電管（マイクロ波発生器）に加える高圧
電流を高レベル／低レベルで変化させることにより、磁
電管の発振を中断させず、磁電管に加わる高圧電圧の変
化を少なくさせ、磁電管の寿命を大幅に長くするもので
ある。
電流を高レベル／低レベルで変化させることにより、磁
電管の発振を中断させず、磁電管に加わる高圧電圧の変
化を少なくさせ、磁電管の寿命を大幅に長くするもので
ある。
ここで、マイクロ波の高出力レベルにおける高圧電流
IH（第10図Ａ点）に対し、マイクロ波の低出力レベルに
おける高圧電流IL（第10図Ｃ点）の比IL/IHを1/200〜1/
3に設定することにより、パルス性マイクロ波によるプ
ロセス性能向上が失なわれることなく、磁電管の安定な
動作が得られる。IL/IHが1/200以下では磁電管の安定な
動作が困難であり、IL/IHが1/3以上ではパルス性マイク
ロ波によるプロセス性能向上が大幅に失なわれる。
IH（第10図Ａ点）に対し、マイクロ波の低出力レベルに
おける高圧電流IL（第10図Ｃ点）の比IL/IHを1/200〜1/
3に設定することにより、パルス性マイクロ波によるプ
ロセス性能向上が失なわれることなく、磁電管の安定な
動作が得られる。IL/IHが1/200以下では磁電管の安定な
動作が困難であり、IL/IHが1/3以上ではパルス性マイク
ロ波によるプロセス性能向上が大幅に失なわれる。
また、第１図に示すように高圧定電流電源２′の出力
と磁電管のフィラメント回路間に電流切換部５を設け、
電流切換部５内には、第２図に示すよう、低レベル電流
を流す低レベル電流制御回路６と、高レベル電流を流す
高レベル電流制御回路７とを並列に設け、少なくとも高
レベル電流制御回路７には所定のパルス周期でON/OFFを
行う機能を有し、高圧定電流電源２′の定電流制御の応
答時間を上記パルス周期より長くするようにし、高レベ
ル電流IHに対し低レベル電流ILの比IL/IHを1/200〜1/3
に設定する。
と磁電管のフィラメント回路間に電流切換部５を設け、
電流切換部５内には、第２図に示すよう、低レベル電流
を流す低レベル電流制御回路６と、高レベル電流を流す
高レベル電流制御回路７とを並列に設け、少なくとも高
レベル電流制御回路７には所定のパルス周期でON/OFFを
行う機能を有し、高圧定電流電源２′の定電流制御の応
答時間を上記パルス周期より長くするようにし、高レベ
ル電流IHに対し低レベル電流ILの比IL/IHを1/200〜1/3
に設定する。
また、高レベル電流制御回路７中のON/OFFと、磁電管
の陽極電圧（Ｖ）波形、陽極電流（Ｉ）波形を第３図に
示す。
の陽極電圧（Ｖ）波形、陽極電流（Ｉ）波形を第３図に
示す。
なお、磁電管に流す電流として二つのレベルの場合を
述べたが、三つ以上のレベルの電流を用いる場合におい
ても、最低レベル電流と最高レベル電流とが前記の高レ
ベル電流，低レベル電流の性質を有すれば、本発明に含
まれることはもちろんである。
述べたが、三つ以上のレベルの電流を用いる場合におい
ても、最低レベル電流と最高レベル電流とが前記の高レ
ベル電流，低レベル電流の性質を有すれば、本発明に含
まれることはもちろんである。
以下、本発明の一実施例を第４図に示す。
磁電管１はフィラメント電源４によりフィラメント電
流を供給される。電流検出器３と高圧制御電源２とで構
成される高圧定電流電源２′の出力とフィラメント回路
間の電流切換部５を設ける。電流切換部５には、パルス
発生部８により、高レベル電流のON/OFFを行う高レベル
電流制御回路７と、低レベル電流を設定する低レベル電
流制御回路6,高速で電流変化を制御する電流切換部５と
比較的低速で平均電流を制御する高圧定電流電源２′と
の整合をとるための高耐圧コンデンサ9,を設置する。高
耐圧コンデンサ９は、高圧定電流電源２′中に内蔵させ
ることもできるが、パルス性電流を吸収するたゆ、高レ
ベル電流制御回路６の近傍に設置することが望ましい。
流を供給される。電流検出器３と高圧制御電源２とで構
成される高圧定電流電源２′の出力とフィラメント回路
間の電流切換部５を設ける。電流切換部５には、パルス
発生部８により、高レベル電流のON/OFFを行う高レベル
電流制御回路７と、低レベル電流を設定する低レベル電
流制御回路6,高速で電流変化を制御する電流切換部５と
比較的低速で平均電流を制御する高圧定電流電源２′と
の整合をとるための高耐圧コンデンサ9,を設置する。高
耐圧コンデンサ９は、高圧定電流電源２′中に内蔵させ
ることもできるが、パルス性電流を吸収するたゆ、高レ
ベル電流制御回路６の近傍に設置することが望ましい。
低レベル電流制御回路6,高レベル電流制御回路7,パル
ス発生部８の実例を第５図に示す。低レベル電流制御回
路６は抵抗6aで構成する。高レベル電流制御回路７は、
高耐圧MOSトランジスタ7aとサージ吸収素子7b,抵抗7cで
構成される。なお抵抗7cは、磁電管１自身の内部抵抗を
利用して、削除することもできる。
ス発生部８の実例を第５図に示す。低レベル電流制御回
路６は抵抗6aで構成する。高レベル電流制御回路７は、
高耐圧MOSトランジスタ7aとサージ吸収素子7b,抵抗7cで
構成される。なお抵抗7cは、磁電管１自身の内部抵抗を
利用して、削除することもできる。
パルス信号源8aからの信号をトランジスタにより増幅
後、絶縁用トランス7dの１次側に入力し、絶縁されたパ
ルス出力を7dの２次側より出力し、高耐圧MOSトランジ
スタ7aのゲート−ソース間に加えて高耐圧MOSトランジ
スタ7aのON/OFFを行う。第５図は高耐圧MOSトランジス
タ7aのOFF期間の電流をコンデンサ7eに蓄えることによ
り高耐圧MOSトランジスタ7aのゲート用回路の電源を省
略している。なお、高圧電流切換時にフィラメント間に
異常な電圧を生じさせないために、フィラメント回路間
にコンデンサ11を設置している。
後、絶縁用トランス7dの１次側に入力し、絶縁されたパ
ルス出力を7dの２次側より出力し、高耐圧MOSトランジ
スタ7aのゲート−ソース間に加えて高耐圧MOSトランジ
スタ7aのON/OFFを行う。第５図は高耐圧MOSトランジス
タ7aのOFF期間の電流をコンデンサ7eに蓄えることによ
り高耐圧MOSトランジスタ7aのゲート用回路の電源を省
略している。なお、高圧電流切換時にフィラメント間に
異常な電圧を生じさせないために、フィラメント回路間
にコンデンサ11を設置している。
また、第６図に第４図中の高圧レベル電流制御回路７
とパルス発生部８の他の例を示す。発光ダイオードと、
この光によりMOSトランジスタをON/OFFする機能、なら
びに発光ダイオードとMOSトランジスタ間を絶縁する機
能を有する光励起MOSトランジスタ7fを用いると、パル
ス源信号源8aの信号入力により、簡単な構成でパルス発
生部８と高レベル電流制御回路７とを構成することがで
きる。
とパルス発生部８の他の例を示す。発光ダイオードと、
この光によりMOSトランジスタをON/OFFする機能、なら
びに発光ダイオードとMOSトランジスタ間を絶縁する機
能を有する光励起MOSトランジスタ7fを用いると、パル
ス源信号源8aの信号入力により、簡単な構成でパルス発
生部８と高レベル電流制御回路７とを構成することがで
きる。
動作例を以下に示す。
IH＝600mA IL＝10mA IL＝IH＝1/60 VH＝4KV,VH−VL＝200V,周波数:2.45GHz TR＝500μs,TW＝100μｓ TR,TWの最適値は使用プロセス条件により大幅に異な
る。
る。
４図ないし第６図に示したマイクロ波源駆動部10を適
用するプラズマ処理装置の例を第７図および第８図に示
す。
用するプラズマ処理装置の例を第７図および第８図に示
す。
マイクロ波源駆動部10により磁電管等で代表されるマ
イクロ波源１を駆動し、発生したマイクロ波電力を導波
管13を経由し、真空封止用ガラス20を通り、反応室14に
入力される。反株室には被処理用の試料15が設置され、
ガス供給部18ならびに排気装置17に結合されている。な
お、プラズマの発生を低ガス圧化で効率よく行うため
に、磁場コイル16により電子サイクロトロン共鳴（EC
R）を生じさせる場合がある。また、導波管13または反
応室14の一部でマイクロ波を共鳴させるための共振器を
構成させる場合があり、第８図で反射板19はその目的で
設置される。
イクロ波源１を駆動し、発生したマイクロ波電力を導波
管13を経由し、真空封止用ガラス20を通り、反応室14に
入力される。反株室には被処理用の試料15が設置され、
ガス供給部18ならびに排気装置17に結合されている。な
お、プラズマの発生を低ガス圧化で効率よく行うため
に、磁場コイル16により電子サイクロトロン共鳴（EC
R）を生じさせる場合がある。また、導波管13または反
応室14の一部でマイクロ波を共鳴させるための共振器を
構成させる場合があり、第８図で反射板19はその目的で
設置される。
他の実施例を第９図により説明する。第９図はプロセ
ス性能の向上のため、複数個の磁電管を用いる時の図で
ある。複数個の磁電管1a,1b,複数個のフィラメント電源
4a,4b,複数個の電流切換部5a,5bと１個の高圧定電流電
源２′とからなる。磁電管1aの出力は導波管13aを経由
して導波管13′に入力される。同様に磁電管1bの出力は
導波管13bを経由して導波管13′に入力される。
ス性能の向上のため、複数個の磁電管を用いる時の図で
ある。複数個の磁電管1a,1b,複数個のフィラメント電源
4a,4b,複数個の電流切換部5a,5bと１個の高圧定電流電
源２′とからなる。磁電管1aの出力は導波管13aを経由
して導波管13′に入力される。同様に磁電管1bの出力は
導波管13bを経由して導波管13′に入力される。
電流切換部3aによって生じる電流パルスの位相と電流
切換部5bによって生じる電流パルスの位相を異なるよう
にすれば、複数の磁電管に対して、１個の高圧定電流電
源で構成できる。高圧定電流電源は高価なため、個数を
少なくできることは大きな利点となる。
切換部5bによって生じる電流パルスの位相を異なるよう
にすれば、複数の磁電管に対して、１個の高圧定電流電
源で構成できる。高圧定電流電源は高価なため、個数を
少なくできることは大きな利点となる。
なお、これまでマイクロ波源として磁電管（マグネト
ロン）について説明したが、他のマイクロ波源を用いた
場合について同様に適用できる。
ロン）について説明したが、他のマイクロ波源を用いた
場合について同様に適用できる。
本発明によれば、高信頼性を有しかつ高速のパルス性
マイクロ波出力を得ることができるので、高信頼かつ高
性能のプラズマ処理装置を得ることができる。
マイクロ波出力を得ることができるので、高信頼かつ高
性能のプラズマ処理装置を得ることができる。
第１図は本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の磁電管
駆動部の構成図、第２図は本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置の電流切換部の構成図、第３図は磁電管に加わ
る電圧−電流パルスのパターン図、第４図は第１図およ
び第２図を組み合わせた本発明の一実施例を示す構成
図、第５図は第４図の詳細を示す構成図、第６図は第４
図の高圧レベル電流制御回路とパルス発生部との他の実
施例を示す構成図、第７図ないし第９図は本発明のマイ
クロ波プラズマ処理装置の構成例を示す図、第10図は磁
電管の特性を示す図、第11図は従来の磁電管駆動部を示
す構成図である。 １……磁電管、２……高圧制御電源、２′……高圧定電
流電源、４……フィラメント電源、５……電流切換部、
６……低レベル電流制御回路、７……高レベル電流制御
回路、10……マイクロ波源駆動部、13……導波管、14…
…反応室、17……排気装置、18……ガス供給部
駆動部の構成図、第２図は本発明のマイクロ波プラズマ
処理装置の電流切換部の構成図、第３図は磁電管に加わ
る電圧−電流パルスのパターン図、第４図は第１図およ
び第２図を組み合わせた本発明の一実施例を示す構成
図、第５図は第４図の詳細を示す構成図、第６図は第４
図の高圧レベル電流制御回路とパルス発生部との他の実
施例を示す構成図、第７図ないし第９図は本発明のマイ
クロ波プラズマ処理装置の構成例を示す図、第10図は磁
電管の特性を示す図、第11図は従来の磁電管駆動部を示
す構成図である。 １……磁電管、２……高圧制御電源、２′……高圧定電
流電源、４……フィラメント電源、５……電流切換部、
６……低レベル電流制御回路、７……高レベル電流制御
回路、10……マイクロ波源駆動部、13……導波管、14…
…反応室、17……排気装置、18……ガス供給部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23F 4/00 H05H 1/46 H03B 9/10
Claims (6)
- 【請求項１】パルス状のマイクロ波発生手段と、前記マ
イクロ波発生手段からのマイクロ波を反応室内に導入す
る伝達手段と、前記反応室に連結されたガス供給手段お
よび排気手段と、前記反応室内に設けた試料台とを備
え、前記反応室内にプラズマを発生させて試料を処理す
るマイクロ波プラズマ処理装置において、 前記マイクロ波発生手段は、マイクロ波発生用のマイク
ロ波発生器と、前記マイクロ波発生器に接続されたフィ
ラメント回路と、前記マイクロ波発生器に接続された高
圧定電流回路と、前記高圧定電流回路の出力と前記フィ
ラメント回路との間に設けられ高レベル電流と低レベル
電流とを所定周期で切り換える電流切換部とから構成さ
れてなることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、前記電流切換部として、最低
電流を設定するための回路と並列に、所定周期でON/OFF
するパルス発生回路を有するマイクロ波プラズマ処理装
置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、前記電流切換部により切換え
られる最低電流（IL）と最高電流（IH）との比（IL/
IH）が1/200〜1/3であるマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、複数の前記マイクロ波発生器
と、複数の前記フィラメント回路と、複数の前記電流切
換部および１個の前記高圧定電流回路を有するマイクロ
波プラズマ処理装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、前記電流切換部内に高圧コン
デンサを設置したマイクロ波プラズマ処理装置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プ
ラズマ処理装置において、前記高圧定電流回路の応答時
定数を、前記電流切換部で発生する電流パルスの周期よ
り長くしたマイクロ波プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2107573A JP2886941B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2107573A JP2886941B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH046267A JPH046267A (ja) | 1992-01-10 |
| JP2886941B2 true JP2886941B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=14462601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2107573A Expired - Lifetime JP2886941B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2886941B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004200113A (ja) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | マイクロ波プラズマ発生装置 |
-
1990
- 1990-04-25 JP JP2107573A patent/JP2886941B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH046267A (ja) | 1992-01-10 |
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