JP3080385B2 - マイクロ波発生装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents
マイクロ波発生装置及びプラズマ処理装置Info
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- JP3080385B2 JP3080385B2 JP02057926A JP5792690A JP3080385B2 JP 3080385 B2 JP3080385 B2 JP 3080385B2 JP 02057926 A JP02057926 A JP 02057926A JP 5792690 A JP5792690 A JP 5792690A JP 3080385 B2 JP3080385 B2 JP 3080385B2
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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、マイクロ波発生装置及びプラズマ処理装置
に関するものである。
に関するものである。
マイクロ波をパルス的に発生させる装置としては、例
えば、極超短波工学,A・Ｂ・ブロンウェル,R・Ｅ・ビー
ム著，岡村総吾訳，近代科学社刊（昭和27年８月５日発
行），第162頁ないし第163頁に記載されているような、
パルス用マグネトロン（磁電管）を用いるものが知られ
ている。
えば、極超短波工学,A・Ｂ・ブロンウェル,R・Ｅ・ビー
ム著，岡村総吾訳，近代科学社刊（昭和27年８月５日発
行），第162頁ないし第163頁に記載されているような、
パルス用マグネトロン（磁電管）を用いるものが知られ
ている。
一方、半導体素子基板等の試料をマイクロ波プラズマ
を利用してエッチング処理や成膜処理等する技術として
は、例えば、特開昭56−13480号公報，特開昭57−13363
6号公報，特公昭56−5574号公報，特開昭62−218575号
公報等に記載の技術が知られている。
を利用してエッチング処理や成膜処理等する技術として
は、例えば、特開昭56−13480号公報，特開昭57−13363
6号公報，特公昭56−5574号公報，特開昭62−218575号
公報等に記載の技術が知られている。
上記従来技術でのマイクロ波発生装置は、通信装置用
であり、パルスのデューティ比が1/500程度以下で、従
って、ピーク電力が高く、平均電力が低い。
であり、パルスのデューティ比が1/500程度以下で、従
って、ピーク電力が高く、平均電力が低い。
従って、このようなマイクロ波発生装置を、上記した
マイクロ波プラズマ処理装置に適用した場合、試料に与
えられる電気的ダメージが大きく、また、処理速度が小
さくなり、有効に適用し得ないといった問題を有してい
る。
マイクロ波プラズマ処理装置に適用した場合、試料に与
えられる電気的ダメージが大きく、また、処理速度が小
さくなり、有効に適用し得ないといった問題を有してい
る。
また、マイクロ波プラズマを利用した試料の処理にお
いては、処理速度の向上が強く望まれているが、しか
し、上記従来の技術では、マイクロ波源として、通常、
マグネトロン（磁電管）が用いられ、その駆動装置の出
力として直流若しくは商用周波数を平滑化した電圧が用
いられており、このため、この要求に十分に応え得るも
のとはなっていない。
いては、処理速度の向上が強く望まれているが、しか
し、上記従来の技術では、マイクロ波源として、通常、
マグネトロン（磁電管）が用いられ、その駆動装置の出
力として直流若しくは商用周波数を平滑化した電圧が用
いられており、このため、この要求に十分に応え得るも
のとはなっていない。
本発明の目的は、マイクロ波プラズマ処理装置に有効
に適用し得るマイクロ波発生装置を提供することにあ
る。
に適用し得るマイクロ波発生装置を提供することにあ
る。
また、本発明の他の目的は、マイクロ波プラズマを利
用した試料の処理速度を向上できるプラズマ処理装置を
提供することにある。
用した試料の処理速度を向上できるプラズマ処理装置を
提供することにある。
上記目的は、マグネトロンと、マグネトロンのフィラ
メントに接続されるマグネトロン用ヒータ電源と、フィ
ラメントとアノードとの間に接続されたマグネトロンに
マイクロ波発振用の電圧を供給する定電流制御電圧源
と、パルスのデューティ比が1/2ないし1/50のパルス電
圧を発生するパルス源を有し、定電流制御電圧源による
マイクロ波発振用の電圧が印加されたフィラメントとア
ノードとの間にパルス電圧を印加するパルス重畳回路と
を具備することにより、達成される。
メントに接続されるマグネトロン用ヒータ電源と、フィ
ラメントとアノードとの間に接続されたマグネトロンに
マイクロ波発振用の電圧を供給する定電流制御電圧源
と、パルスのデューティ比が1/2ないし1/50のパルス電
圧を発生するパルス源を有し、定電流制御電圧源による
マイクロ波発振用の電圧が印加されたフィラメントとア
ノードとの間にパルス電圧を印加するパルス重畳回路と
を具備することにより、達成される。
また、上記他の目的は、処理室と、処理室内を減圧排
気する手段と、処理室内に処理ガスを導入する手段と、
パルス放電を発生させ処理ガスをプラズマ化する手段
と、プラズマを利用して処理される試料を保持する手段
とから成り、プラズマ化手段が、定電流制御電圧源を有
するマグネトロン用直流電源が接続された連続波用マグ
ネトロンと、デューティ比が1/2ないし1/50のパルス電
圧を発生する手段と、パルス電圧をマグネトロン用直流
電源が接続された連続波用マグネトロンのアノードとフ
ィラメント間に印加する手段とを具備したマイクロ波発
生装置を備え、マグネトロン用直流電源によるマグネト
ロンへのマイクロ波発振用の電圧にパルス電圧を加えて
印加プラズマを発生させることにより、達成される。
気する手段と、処理室内に処理ガスを導入する手段と、
パルス放電を発生させ処理ガスをプラズマ化する手段
と、プラズマを利用して処理される試料を保持する手段
とから成り、プラズマ化手段が、定電流制御電圧源を有
するマグネトロン用直流電源が接続された連続波用マグ
ネトロンと、デューティ比が1/2ないし1/50のパルス電
圧を発生する手段と、パルス電圧をマグネトロン用直流
電源が接続された連続波用マグネトロンのアノードとフ
ィラメント間に印加する手段とを具備したマイクロ波発
生装置を備え、マグネトロン用直流電源によるマグネト
ロンへのマイクロ波発振用の電圧にパルス電圧を加えて
印加プラズマを発生させることにより、達成される。
パルス電圧発生手段により、パルスのデューティ比が
1/2ないし1/50のパルス電圧が発生させられる。該発生
したパルス電圧は、パルス誘起手段により連続波用マグ
ネトロンのフィラメントと陽極間に誘起される。これに
より連続波用マグネトロンからは、パルスのデューティ
比が1/2ないし1/50のパルス性マイクロ波が発振させら
れる。該マイクロ波では、ピーク電力が、プラズマ処理
される試料に与えられる電気的ダメージを小さく抑制し
得る程に低く、また、平均電力は、処理速度を充分に大
きく維持し得る程に高い。連続波用マグネトロンから発
振されたパルス性マイクロ波による電界によりパルス放
電が発生させられる。減圧排気された処理室内の処理ガ
スは、パルス放電によりプラズマ化され、試料保持手段
に保持された試料は、該プラズマを利用して処理され
る。
1/2ないし1/50のパルス電圧が発生させられる。該発生
したパルス電圧は、パルス誘起手段により連続波用マグ
ネトロンのフィラメントと陽極間に誘起される。これに
より連続波用マグネトロンからは、パルスのデューティ
比が1/2ないし1/50のパルス性マイクロ波が発振させら
れる。該マイクロ波では、ピーク電力が、プラズマ処理
される試料に与えられる電気的ダメージを小さく抑制し
得る程に低く、また、平均電力は、処理速度を充分に大
きく維持し得る程に高い。連続波用マグネトロンから発
振されたパルス性マイクロ波による電界によりパルス放
電が発生させられる。減圧排気された処理室内の処理ガ
スは、パルス放電によりプラズマ化され、試料保持手段
に保持された試料は、該プラズマを利用して処理され
る。
以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明
する。
する。
第１図は、いわゆる有磁場型のマイクロ波プラズマエ
ッチング装置の構成図で、マイクロ波発振源であるマグ
ネトロン1,マイクロ波発振源駆動装置であるマグネトロ
ン用直流電源2,パルス重畳回路3,導波管４〜6,真空封止
用石英チャンバ（放電管）7,磁場発生用コイル8,コイル
駆動装置9,試料台10,バイアス電源40,試料50,真空容器6
0,ガス導入配管70,ガス導入バルブ71,排気用配管80等を
備えている。
ッチング装置の構成図で、マイクロ波発振源であるマグ
ネトロン1,マイクロ波発振源駆動装置であるマグネトロ
ン用直流電源2,パルス重畳回路3,導波管４〜6,真空封止
用石英チャンバ（放電管）7,磁場発生用コイル8,コイル
駆動装置9,試料台10,バイアス電源40,試料50,真空容器6
0,ガス導入配管70,ガス導入バルブ71,排気用配管80等を
備えている。
第１図で、パルス重畳回路３は、マグネトロン１とマ
グネトロン用直流電源２との間に介在させられており、
例えば、第２図に示すように構成されている。従って、
マイクロ波発生装置は、この場合、マグネトロン1,マグ
ネトロン用直流電源2,パルス重畳回路３により構成され
ている。
グネトロン用直流電源２との間に介在させられており、
例えば、第２図に示すように構成されている。従って、
マイクロ波発生装置は、この場合、マグネトロン1,マグ
ネトロン用直流電源2,パルス重畳回路３により構成され
ている。
第２図で、パルス重畳回路３は、パルス源30,第１の
コイル〜第３のコイル31〜33,コンデンサ34,35を備えて
いる。パルス源30としては、この場合、パルスのデュー
ティ比:1/2〜1/50,パルス幅（ピーク電流の半値幅）:0.
1〜20μｓのパルス電圧を発生するものが使用される。
なお、パルスのデューティ比が上記下限値より小さくな
ると平均電力が低下し、また、パルス幅が上記上限値よ
り広くなると第１のコイル〜第３のコイル31〜33が大型
化するため好ましくない。マグネトロン用直流電源２に
は、直流検出器21,定電流制御回路22,定電流制御電圧源
23,マグネトロンヒータ用電源24が内蔵されている。
コイル〜第３のコイル31〜33,コンデンサ34,35を備えて
いる。パルス源30としては、この場合、パルスのデュー
ティ比:1/2〜1/50,パルス幅（ピーク電流の半値幅）:0.
1〜20μｓのパルス電圧を発生するものが使用される。
なお、パルスのデューティ比が上記下限値より小さくな
ると平均電力が低下し、また、パルス幅が上記上限値よ
り広くなると第１のコイル〜第３のコイル31〜33が大型
化するため好ましくない。マグネトロン用直流電源２に
は、直流検出器21,定電流制御回路22,定電流制御電圧源
23,マグネトロンヒータ用電源24が内蔵されている。
第２図で、マグネトロン１とマグネトロン用直流電源
２との間の高圧に浮いたヒータ結線の部分に第１のコイ
ル31,第２のコイル32および第1,第２コイル31,32と磁気
的に結合した第３のコイル33が挿入されている。コンデ
ンサ34は、この場合、耐圧数Ｖ〜数十V,0.1〜1000マイ
クロファラッドのものであり、第１のコイル31と第２の
コイル32の直流電源側の端子間に設けられている。コン
デンサ35は、この場合、耐圧数KV〜20KV,0.01〜10マイ
クロファラッドのものであり、マグネトロン１のアノー
ド11と上記いずれかの端子間に設けられている。
２との間の高圧に浮いたヒータ結線の部分に第１のコイ
ル31,第２のコイル32および第1,第２コイル31,32と磁気
的に結合した第３のコイル33が挿入されている。コンデ
ンサ34は、この場合、耐圧数Ｖ〜数十V,0.1〜1000マイ
クロファラッドのものであり、第１のコイル31と第２の
コイル32の直流電源側の端子間に設けられている。コン
デンサ35は、この場合、耐圧数KV〜20KV,0.01〜10マイ
クロファラッドのものであり、マグネトロン１のアノー
ド11と上記いずれかの端子間に設けられている。
なお、第２図で、第１のコイル31と第２のコイル32の
巻き線は、密着させて巻くバイファイラー巻きが好まし
い。また、第３のコイル33と第1,第２のコイル31,32と
の間には高圧（数KV）が加わるため、耐圧を持たせる必
要がある。また、第１のコイル31と第２のコイル32のマ
グネトロン側端子間に更にコンデンサ36を設けると、第
１のコイル31と第２のコイル32との間の不平衡による電
圧が、マグネトロン１のフィラメント12に加わらないた
め、好ましい。また、第２図で、コンデンサ34,35を有
するため、パルス印加によるノイズがマグネトロン用直
流電源側には与えられないので、安定した動作が可能で
ある。ただし、パルスの洩れを更に低下させるために、
第1,第２のコイル31,32とマグネトロン用直流電源２間
に高周波チョークコイルを用いても良い。
巻き線は、密着させて巻くバイファイラー巻きが好まし
い。また、第３のコイル33と第1,第２のコイル31,32と
の間には高圧（数KV）が加わるため、耐圧を持たせる必
要がある。また、第１のコイル31と第２のコイル32のマ
グネトロン側端子間に更にコンデンサ36を設けると、第
１のコイル31と第２のコイル32との間の不平衡による電
圧が、マグネトロン１のフィラメント12に加わらないた
め、好ましい。また、第２図で、コンデンサ34,35を有
するため、パルス印加によるノイズがマグネトロン用直
流電源側には与えられないので、安定した動作が可能で
ある。ただし、パルスの洩れを更に低下させるために、
第1,第２のコイル31,32とマグネトロン用直流電源２間
に高周波チョークコイルを用いても良い。
第１図，第２図で、パルス源30からパルスのデューテ
ィ比が1/2〜1/50,パルス幅が0.1〜20μｓのパルス電圧
が発生させられる。該発生したパルス電圧は、パルス重
畳回路３によりマグネトロン１のアノード11とフィラメ
ント12間に印加される。これにより、マグネトロン１か
らは、パルスのデューティ比が1/2〜1/50のパルス性マ
イクロ波が発振させられる。該マイクロ波では、ピーク
電力が、プラズマ処理される試料に与えられる電気的ダ
メージを小さく抑制し得る程に低く、また、平均電力
は、処理速度に充分に大きく維持し得る程に高い。つま
り、この場合、第１のコイル31,第２のコイル32と磁気
的に結合した第３のコイル33にパルス電源30よりパルス
性電圧若しくは電流を印加することにより、第１のコイ
ル31,第２のコイル32に同相のパルスが容易に誘起せし
められる。また、これと共に、第１のコイル31,第２の
コイル32の一方若しくは両方の電源側端子とマグネトロ
ン１のアノード11との間にバイパス用のコンデンサ34,3
5を設けることで、パルス性電流が電源側に流れるのを
容易に阻止できる。なお、マグネトロン１の電圧−電流
特性は、その一例を第３図に示すように、電流が極めて
低い部分を除けば低い微分抵抗（数百オーム程度）を有
するため、比較的低い（数百ボルト程度）電圧の変化で
数倍の電流を流すことができる。また、第１のコイル3
1,第２のコイル32は、コモンコードとなるように巻いて
あるので、ヒータの電流（通常、10〜20A）に対して磁
界が打ち消され磁性体の飽和は生じない。更に、第１の
コイル31および第２のコイル32と第３のコイル33間には
高圧（数KV）がかかるため、耐圧的考慮が必要である。
ィ比が1/2〜1/50,パルス幅が0.1〜20μｓのパルス電圧
が発生させられる。該発生したパルス電圧は、パルス重
畳回路３によりマグネトロン１のアノード11とフィラメ
ント12間に印加される。これにより、マグネトロン１か
らは、パルスのデューティ比が1/2〜1/50のパルス性マ
イクロ波が発振させられる。該マイクロ波では、ピーク
電力が、プラズマ処理される試料に与えられる電気的ダ
メージを小さく抑制し得る程に低く、また、平均電力
は、処理速度に充分に大きく維持し得る程に高い。つま
り、この場合、第１のコイル31,第２のコイル32と磁気
的に結合した第３のコイル33にパルス電源30よりパルス
性電圧若しくは電流を印加することにより、第１のコイ
ル31,第２のコイル32に同相のパルスが容易に誘起せし
められる。また、これと共に、第１のコイル31,第２の
コイル32の一方若しくは両方の電源側端子とマグネトロ
ン１のアノード11との間にバイパス用のコンデンサ34,3
5を設けることで、パルス性電流が電源側に流れるのを
容易に阻止できる。なお、マグネトロン１の電圧−電流
特性は、その一例を第３図に示すように、電流が極めて
低い部分を除けば低い微分抵抗（数百オーム程度）を有
するため、比較的低い（数百ボルト程度）電圧の変化で
数倍の電流を流すことができる。また、第１のコイル3
1,第２のコイル32は、コモンコードとなるように巻いて
あるので、ヒータの電流（通常、10〜20A）に対して磁
界が打ち消され磁性体の飽和は生じない。更に、第１の
コイル31および第２のコイル32と第３のコイル33間には
高圧（数KV）がかかるため、耐圧的考慮が必要である。
第１図で、マグネトロン１から発振されたパルス性マ
イクロ波は、導波管４〜６を伝播し放電管７に吸収さ
れ、これにより、パルス性マイクロ波の電界が発生させ
られる。一方、放電管７内と真空容器60内とで形成され
た空間90は、真空排気装置（図示省略）の作動により排
気用配管80を介して減圧排気される。一方、空間90に
は、ガス源（図示省略）よりガス導入配管70,ガス導入
バルブ71を介して所定の処理ガスが所定流量で導入され
る。空間90に導入された処理ガスの一部は、真空排気装
置の作動により排気用配管80を介して排気され、これに
より空間90の圧力は、所定の処理圧力に調節される。ま
た、コイル駆動装置９を作動させることで磁場発生用コ
イル８からは磁場が生成される。放電管７内の処理ガス
は、パルス性マイクロ波の電界と磁場との相乗作用によ
りプラズマ化される。試料台10に保持されている半導体
素子基板等の試料50の被処理面は、該プラズマを利用し
てエッチング処理される。
イクロ波は、導波管４〜６を伝播し放電管７に吸収さ
れ、これにより、パルス性マイクロ波の電界が発生させ
られる。一方、放電管７内と真空容器60内とで形成され
た空間90は、真空排気装置（図示省略）の作動により排
気用配管80を介して減圧排気される。一方、空間90に
は、ガス源（図示省略）よりガス導入配管70,ガス導入
バルブ71を介して所定の処理ガスが所定流量で導入され
る。空間90に導入された処理ガスの一部は、真空排気装
置の作動により排気用配管80を介して排気され、これに
より空間90の圧力は、所定の処理圧力に調節される。ま
た、コイル駆動装置９を作動させることで磁場発生用コ
イル８からは磁場が生成される。放電管７内の処理ガス
は、パルス性マイクロ波の電界と磁場との相乗作用によ
りプラズマ化される。試料台10に保持されている半導体
素子基板等の試料50の被処理面は、該プラズマを利用し
てエッチング処理される。
本実施例では、次のような効果が得られる。
（１） プラズマ処理される試料に与えられる電気的ダ
メージを小さく抑制し得る程にピーク電力が低く、ま
た、処理速度を充分に大きく維持し得る程に平均電力が
高いパルス性マイクロ波を発振させることができる。
メージを小さく抑制し得る程にピーク電力が低く、ま
た、処理速度を充分に大きく維持し得る程に平均電力が
高いパルス性マイクロ波を発振させることができる。
（２） 電気的ダメージを小さく抑制し、かつ、処理速
度を大きくして試料をプラズマエッチング処理すること
ができる。
度を大きくして試料をプラズマエッチング処理すること
ができる。
なお、上記一実施例では、プラズマ処理装置を有磁場
型のマイクロ波プラズマエッチング装置に適用した例を
説明しているが、この他に、磁場を使用しないタイプの
マイクロ波プラズマ処理（エッチング，成膜）装置、空
洞共振タイプのマイクロ波プラズマ処理（エッチング，
成膜）装置にも同様に適用できることはいうまでもな
い。
型のマイクロ波プラズマエッチング装置に適用した例を
説明しているが、この他に、磁場を使用しないタイプの
マイクロ波プラズマ処理（エッチング，成膜）装置、空
洞共振タイプのマイクロ波プラズマ処理（エッチング，
成膜）装置にも同様に適用できることはいうまでもな
い。
第４図は、本発明の他の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第２図と異なる点は、コンデンサ34a,
34bおよびコンデンサ35が星形に結線されている点であ
る。なお、第４図で、その他第２図と同一装置等は同一
符号で示す説明を省略する。
の一実施例を示す第２図と異なる点は、コンデンサ34a,
34bおよびコンデンサ35が星形に結線されている点であ
る。なお、第４図で、その他第２図と同一装置等は同一
符号で示す説明を省略する。
本実施例では、上記一実施例に比べパルス重量回路の
構成を更に簡単化できる。
構成を更に簡単化できる。
本発明によれば、マイクロ波プラズマ処理装置に有効
に適用し得るマイクロ波発生装置を提供できる効果があ
る。
に適用し得るマイクロ波発生装置を提供できる効果があ
る。
また、本発明によれば、電気的ダメージを小さく抑制
して試料の処理速度を向上できる効果がある。
して試料の処理速度を向上できる効果がある。
第１図は、本発明の一実施例の有磁場型のマイクロ波プ
ラズマエッチング装置の装置構成図、第２図は、第１図
の要部回路構成図、第３図は、マグネトロンの電圧−電
流特性線図、第４図は、本発明の他の実施例の第２図と
同一部位の回路構成図である。 １……マグネトロン、２……マグネトロン用直流電源、
３……パルス重量回路、４ないし６……導波管、７……
放電管、８……磁場発生用コイル、９……コイル駆動装
置、10……試料台、50……試料、60……真空容器、70…
…ガス導入配管、71……ガス導入バルブ、80……排気用
配管
ラズマエッチング装置の装置構成図、第２図は、第１図
の要部回路構成図、第３図は、マグネトロンの電圧−電
流特性線図、第４図は、本発明の他の実施例の第２図と
同一部位の回路構成図である。 １……マグネトロン、２……マグネトロン用直流電源、
３……パルス重量回路、４ないし６……導波管、７……
放電管、８……磁場発生用コイル、９……コイル駆動装
置、10……試料台、50……試料、60……真空容器、70…
…ガス導入配管、71……ガス導入バルブ、80……排気用
配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00
Claims (3)
- 【請求項１】マグネトロンと、 前記マグネトロンのフィラメントに接続されるマグネト
ロン用ヒータ電源と、 前記フィラメントとアノードとの間に接続され前記マグ
ネトロンにマイクロ波発振用の電圧を供給する定電流制
御電圧源と、 パルスのデューティ比が1/2ないし1/50のパルス電圧を
発生するパルス源を有し、前記定電流制御電圧源による
マイクロ波発振用の電圧が印加された前記フィラメント
と前記アノードとの間に前記パルス電圧を印加するパル
ス重畳回路とを具備したことを特徴とするマイクロ波発
生装置。 - 【請求項２】請求項１記載のマイクロ波発生装置におい
て、前記パルス重畳回路はパルストランスが用いられ、
前記パルス重畳回路を介して前記定電流制御電圧源と前
記マグネトロンが接続されて成るマイクロ波発生装置。 - 【請求項３】処理室と、該処理室内を減圧排気する手段
と、前記処理室内に処理ガスを導入する手段と、パルス
放電を発生させ前記処理ガスをプラズマ化する手段と、
前記プラズマを利用して処理される試料を保持する手段
とから成り、前記プラズマ化手段が、定電流制御電圧源
を有するマグネトロン用直流電源が接続された連続波用
マグネトロンと、デューティ比が1/2ないし1/50のパル
ス電圧を発生する手段と、前記パルス電圧を前記マグネ
トロン用直流電源が接続された連続波用マグネトロンの
アノードとフィラメント間に印加する手段とを具備した
マイクロ波発生装置を備え、前記マグネトロン用直流電
源による前記マグネトロンへのマイクロ波発振用の電圧
に前記パルス電圧を加えて印加しプラズマを発生させる
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02057926A JP3080385B2 (ja) | 1990-03-12 | 1990-03-12 | マイクロ波発生装置及びプラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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