JP4312877B2 - マイクロ波放電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケミカル・ドライ・エッチング装置のマイクロ波放電に係り、とくにマイクロ波放電の始動を容易化するための励起を行う方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスの一つに、タングステンエッチバック処理がある。この処理は、マイクロ波放電下で行うが、圧力などのプロセス条件が放電の始動を難しくするものであり、マイクロ波放電の始動が容易ではない。
【０００３】
そこで、従来、マイクロ波放電の容易化のために、励起手段として紫外線照射手段を設け、放電管内に紫外線を照射して励起状態とし、マイクロ波放電が起き易くなるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ケミカル・ドライ・エッチングのタングステンエッチバック処理ではプロセス条件に自由度が少なく、紫外線照射方式では励起が十分に行えない条件となるため、放電始動が必ずしも確実に行われなかった。
【０００５】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、ケミカル・ドライ・エッチング処理装置におけるマイクロ波放電を容易かつ確実にするための電気的な励起方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題解決のための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
処理室と、
前記処理室に連通した放電管と、
前記放電管の周囲に設けられた一対の電極と、
前記電極に高周波、高電圧のパルス状電圧を供給し前記放電管内のガスを励起して励起ガスを生成し、グロー放電を行わせるパルス電源と、
前記励起ガスにマイクロ波を与えるマイクロ波源と、
をそなえ、前記マイクロ波源からのマイクロ波が与えられて前記励起ガスを前記処理室内に供給するようにしたマイクロ波放電装置において、
前記パルス電源は、
パルス信号源と、
このパルス信号源からの信号に応じてスイッチング動作し、パルス電圧を形成するスイッチング素子と、
を有することを特徴とするマイクロ波放電装置、
を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るマイクロ波放電装置の構成を示したものである。この図１において、図の中央左右方向に延びるのが放電管ＤＴであり、この放電管ＤＴの左端上方からプロセスガスＧが供給され、右端からエッチング処理室に抜けていく。そして、放電管ＤＴの中央がマイクロ波放電室であり、その左側にグロー放電装置が設けられる。グロー放電装置は、放電管ＤＴの管壁に密着した状態で設けられた一対の電極Ｅと、この電極Ｅに高周波、高電圧のパルス電圧を供給するスタータ基板とにより構成されている。
【０００８】
電極Ｅは、図示の例では放電管ＤＴの長手方向に沿った細長いグロー放電を形成するために放電管ＤＴの長手方向に沿って設けられているが、長手方向と直角方向に並置されてもよい。スタータ基板には直流電源ＤＣが給電され、パルス電圧に変換してトランスＴｒを介して電極Ｅに供給する。
【０００９】
これにより、放電管ＤＴの左端上方から送り込まれたプロセスガスＧが図示左側部分で励起されてグロー放電が開始し、これにより励起されたプロセスガスＧが図示直ぐ右側の放電室に送り込まれ、マイクロ波が与えられてマイクロ波放電を行う。
【００１０】
図２は、図１のマイクロ波放電装置の回路構成を示したものである。この回路は、直流電源ＤＣに対しフィルタを介して接続されている。フィルタは、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，Ｃ２を有するコモンモード・フィルタＣＭＦとして構成されている。フィルタを経た直流電圧が、まず大容量のコンデンサＣ３に充電され、次いでトランスＴｒの１次側巻線の一端と、スイッチング素子であって逆流阻止用ダイオードＤを介しトランスＴｒに接続された電界効果トランジスタＦＥＴとの直列回路に供給される。コンデンサＣ３としては、タンタルコンデンサなどが適当である。
【００１１】
このＦＥＴは、パルス発生回路の出力を抵抗Ｒ２を介して受け、スイッチング動作することにより、大容量コンデンサＣ３に充電された電荷をトランスＴｒの１次側巻線にパルス状に通電し、２次側巻線にパルス状電圧を形成して電極Ｅに供給する。
【００１２】
ここで、トランスＴｒは事実上インダクタンスおよび漂遊容量を有するから、出力電圧を減衰振動性のものに変換し、この減衰振動性の電圧を電極Ｅに供給する。これにより、放電管ＤＴの管内には減衰振動性の電界が与えられ、グロー放電が励起する。
【００１３】
図３は、トランスＴｒの１次側巻線における電圧Ｖｐ、電流Ｉｐおよび２次側巻線の電圧Ｖｓの各波形を示している。すなわち、１次側巻線の電圧ＶｐはＦＥＴ（図２）のスイッチング動作により形成されたパルス電圧であり、電流Ｉｐは時間の経過とともに直線的に上昇する鋸歯状電流であり、また２次側巻線の電圧Ｖｓは１次側巻線のパルス状電圧と同タイミングで逆極性のパルス状電圧に続いて減衰振動性の電圧である。これは、１次側巻線にパルス状電圧を供給したときに、１次側巻線に流れる電流、および２次側巻線に生じる電圧としての、一般的な挙動の下における電圧、電流波形である。
【００１４】
この図３に示したトランスＴｒの各部波形を、回路理論的に述べると次の通りである。
【００１５】
トランスＴｒの１次側巻線に直流電圧Ｖｉｎを与えたときに１次側巻線に流れる電流Ｉｐは、
Ｉｐ＝（Ｖｉｎ−Ｌ１・ｄｉ／ｄｔ）／Ｒｗ１
ただし、Ｌ１：トランスＴｒの１次側巻線インダクタンス、
Ｒｗ１：１次側巻線抵抗。
となる。このとき２次側巻線は開放状態であるため、電流が流れず入力エネルギは磁気エネルギとしてトランスＴｒのコアに蓄積される。このとき蓄積されるエネルギＥは、
Ｅ＝１／２・Ｌ１・Ｉｐ2
となる。
【００１６】
次いでＦＥＴをオフにして１次側の電流を遮断すると、トランスＴｒのコアに蓄積されたエネルギＥが１次側巻線、２次側巻線に電圧Ｖｐ、Ｖｓとして形成される。
このときの２次側巻線電圧Ｖｓは、上記エネルギＥの式
Ｅ＝１／２・Ｌ１・Ｉ2
＝１／２・Ｃｓ・Ｖｓ2
ただし、Ｃｓ：トランスＴｒの２次側巻線漂遊容量
の関係式から求まる値となる。
【００１７】
そして、トランスＴｒの２次側電圧は、Ｌ２つまりトランスＴｒの２次側巻線インダクタンスと漂遊容量Ｃｓとにより決まる周波数
ｆ0＝１／｛２π（Ｌ２・Ｃｓ）｝1 ／ 2
で振動し、２次側巻線抵抗で消費されるため減衰振動波形となる。
【００１８】
図４は、図３に示した減衰振動性の２次側巻線電圧を形成する原因をなすトランスＴｒの漂遊容量を示したものである。すなわち、トランスＴｒの巻線の各ターン相互間には１次側巻線に漂遊容量Ｃｓ１が、２次側巻線にＣｓ２が存在し、これら両漂遊容量がトランスＴｒのインダクタンス分と協働して振動動作を行う。この結果、２次側巻線に誘起する電圧は振動性のものとなる。
【００１９】
図５は、図１の実施例に使用するのに適したトランスＴｒの巻線構成を示したもので、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側断面図であり、図５（ｂ）の左端の目盛および数値「３」は３ｍｍを表している。このトランスＴｒは、ボビンＢの一端寄りに１次側巻線Ｗｐが巻装され、残りの部分における１次側巻線Ｗｐとは分離した位置に２次側巻線Ｗｓが巻装されている。そして、２次側巻線Ｗｓは層状に巻装されており、各層間には難燃絶縁性を持つポリイミドフィルム（商品名：カプトンテープ）による絶縁を施す。そして、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間の距離は３ｍｍとなっている。
【００２０】
この絶縁構成により、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間に１０ｋＶp-p の電位差が生じるが、この電位差に起因して放電が起きることはない。そして、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間のインピーダンスを、周波数１００ｋＨｚ時に４００ｋΩ以上にすることができる。また、２次側巻線Ｗｓの線間容量を１０ｐＦ以下にすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上述のように、マイクロ波放電によりエッチング処理を行う処理室に連通した放電管に一対の電極を設け、この電極間に高周波、高電圧のパルス状電圧を供給するようにしたグロー放電装置を設けたため、マイクロ波放電の安定的な火種としてのグロー放電を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るマイクロ波放電装置の構成を示す説明図。
【図２】図２は、図１のマイクロ波放電装置の回路構成を示す図。
【図３】図３は、図２におけるトランスＴｒの１次側巻線における電圧Ｖｐ、電流Ｉｐおよび２次側巻線の電圧Ｖｓの各波形を示す波形図。
【図４】図４は、図３に示した減衰振動性の２次側巻線電圧を形成する原因をなすトランスＴｒの漂遊容量を示す説明図。
【図５】図５は、図１の実施例に使用するのに適したトランスＴｒの巻線構成を示したもので、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側断面図。
【符号の説明】
ＤＴ 放電管
Ｅ 電極
Ｇ プロセスガス
Ｍ マイクロ波
Ｔｒ トランス
ＣＭＦ コモンモードフィルタ
ＦＥＴ 電界効果トランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｖｐ トランスＴｒの１次側電圧
Ｖｓ トランスＴｒの２次側電圧
Ｉｐ トランスＴｒの１次側電流
Ｗｐ トランスＴｒの１次側巻線
Ｗｓ トランスＴｒの２次側巻線
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケミカル・ドライ・エッチング装置のマイクロ波放電に係り、とくにマイクロ波放電の始動を容易化するための励起を行う方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスの一つに、タングステンエッチバック処理がある。この処理は、マイクロ波放電下で行うが、圧力などのプロセス条件が放電の始動を難しくするものであり、マイクロ波放電の始動が容易ではない。
【０００３】
そこで、従来、マイクロ波放電の容易化のために、励起手段として紫外線照射手段を設け、放電管内に紫外線を照射して励起状態とし、マイクロ波放電が起き易くなるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ケミカル・ドライ・エッチングのタングステンエッチバック処理ではプロセス条件に自由度が少なく、紫外線照射方式では励起が十分に行えない条件となるため、放電始動が必ずしも確実に行われなかった。
【０００５】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、ケミカル・ドライ・エッチング処理装置におけるマイクロ波放電を容易かつ確実にするための電気的な励起方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題解決のための手段】
上記目的達成のため、本発明では、
処理室と、
前記処理室に連通した放電管と、
前記放電管の周囲に設けられた一対の電極と、
前記電極に高周波、高電圧のパルス状電圧を供給し前記放電管内のガスを励起して励起ガスを生成し、グロー放電を行わせるパルス電源と、
前記励起ガスにマイクロ波を与えるマイクロ波源と、
をそなえ、前記マイクロ波源からのマイクロ波が与えられて前記励起ガスを前記処理室内に供給するようにしたマイクロ波放電装置において、
前記パルス電源は、
パルス信号源と、
このパルス信号源からの信号に応じてスイッチング動作し、パルス電圧を形成するスイッチング素子と、
を有することを特徴とするマイクロ波放電装置、
を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るマイクロ波放電装置の構成を示したものである。この図１において、図の中央左右方向に延びるのが放電管ＤＴであり、この放電管ＤＴの左端上方からプロセスガスＧが供給され、右端からエッチング処理室に抜けていく。そして、放電管ＤＴの中央がマイクロ波放電室であり、その左側にグロー放電装置が設けられる。グロー放電装置は、放電管ＤＴの管壁に密着した状態で設けられた一対の電極Ｅと、この電極Ｅに高周波、高電圧のパルス電圧を供給するスタータ基板とにより構成されている。
【０００８】
電極Ｅは、図示の例では放電管ＤＴの長手方向に沿った細長いグロー放電を形成するために放電管ＤＴの長手方向に沿って設けられているが、長手方向と直角方向に並置されてもよい。スタータ基板には直流電源ＤＣが給電され、パルス電圧に変換してトランスＴｒを介して電極Ｅに供給する。
【０００９】
これにより、放電管ＤＴの左端上方から送り込まれたプロセスガスＧが図示左側部分で励起されてグロー放電が開始し、これにより励起されたプロセスガスＧが図示直ぐ右側の放電室に送り込まれ、マイクロ波が与えられてマイクロ波放電を行う。
【００１０】
図２は、図１のマイクロ波放電装置の回路構成を示したものである。この回路は、直流電源ＤＣに対しフィルタを介して接続されている。フィルタは、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，Ｃ２を有するコモンモード・フィルタＣＭＦとして構成されている。フィルタを経た直流電圧が、まず大容量のコンデンサＣ３に充電され、次いでトランスＴｒの１次側巻線の一端と、スイッチング素子であって逆流阻止用ダイオードＤを介しトランスＴｒに接続された電界効果トランジスタＦＥＴとの直列回路に供給される。コンデンサＣ３としては、タンタルコンデンサなどが適当である。
【００１１】
このＦＥＴは、パルス発生回路の出力を抵抗Ｒ２を介して受け、スイッチング動作することにより、大容量コンデンサＣ３に充電された電荷をトランスＴｒの１次側巻線にパルス状に通電し、２次側巻線にパルス状電圧を形成して電極Ｅに供給する。
【００１２】
ここで、トランスＴｒは事実上インダクタンスおよび漂遊容量を有するから、出力電圧を減衰振動性のものに変換し、この減衰振動性の電圧を電極Ｅに供給する。これにより、放電管ＤＴの管内には減衰振動性の電界が与えられ、グロー放電が励起する。
【００１３】
図３は、トランスＴｒの１次側巻線における電圧Ｖｐ、電流Ｉｐおよび２次側巻線の電圧Ｖｓの各波形を示している。すなわち、１次側巻線の電圧ＶｐはＦＥＴ（図２）のスイッチング動作により形成されたパルス電圧であり、電流Ｉｐは時間の経過とともに直線的に上昇する鋸歯状電流であり、また２次側巻線の電圧Ｖｓは１次側巻線のパルス状電圧と同タイミングで逆極性のパルス状電圧に続いて減衰振動性の電圧である。これは、１次側巻線にパルス状電圧を供給したときに、１次側巻線に流れる電流、および２次側巻線に生じる電圧としての、一般的な挙動の下における電圧、電流波形である。
【００１４】
この図３に示したトランスＴｒの各部波形を、回路理論的に述べると次の通りである。
【００１５】
トランスＴｒの１次側巻線に直流電圧Ｖｉｎを与えたときに１次側巻線に流れる電流Ｉｐは、
Ｉｐ＝（Ｖｉｎ−Ｌ１・ｄｉ／ｄｔ）／Ｒｗ１
ただし、Ｌ１：トランスＴｒの１次側巻線インダクタンス、
Ｒｗ１：１次側巻線抵抗。
となる。このとき２次側巻線は開放状態であるため、電流が流れず入力エネルギは磁気エネルギとしてトランスＴｒのコアに蓄積される。このとき蓄積されるエネルギＥは、
Ｅ＝１／２・Ｌ１・Ｉｐ2
となる。
【００１６】
次いでＦＥＴをオフにして１次側の電流を遮断すると、トランスＴｒのコアに蓄積されたエネルギＥが１次側巻線、２次側巻線に電圧Ｖｐ、Ｖｓとして形成される。
このときの２次側巻線電圧Ｖｓは、上記エネルギＥの式
Ｅ＝１／２・Ｌ１・Ｉ2
＝１／２・Ｃｓ・Ｖｓ2
ただし、Ｃｓ：トランスＴｒの２次側巻線漂遊容量
の関係式から求まる値となる。
【００１７】
そして、トランスＴｒの２次側電圧は、Ｌ２つまりトランスＴｒの２次側巻線インダクタンスと漂遊容量Ｃｓとにより決まる周波数
ｆ0＝１／｛２π（Ｌ２・Ｃｓ）｝1 ／ 2
で振動し、２次側巻線抵抗で消費されるため減衰振動波形となる。
【００１８】
図４は、図３に示した減衰振動性の２次側巻線電圧を形成する原因をなすトランスＴｒの漂遊容量を示したものである。すなわち、トランスＴｒの巻線の各ターン相互間には１次側巻線に漂遊容量Ｃｓ１が、２次側巻線にＣｓ２が存在し、これら両漂遊容量がトランスＴｒのインダクタンス分と協働して振動動作を行う。この結果、２次側巻線に誘起する電圧は振動性のものとなる。
【００１９】
図５は、図１の実施例に使用するのに適したトランスＴｒの巻線構成を示したもので、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側断面図であり、図５（ｂ）の左端の目盛および数値「３」は３ｍｍを表している。このトランスＴｒは、ボビンＢの一端寄りに１次側巻線Ｗｐが巻装され、残りの部分における１次側巻線Ｗｐとは分離した位置に２次側巻線Ｗｓが巻装されている。そして、２次側巻線Ｗｓは層状に巻装されており、各層間には難燃絶縁性を持つポリイミドフィルム（商品名：カプトンテープ）による絶縁を施す。そして、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間の距離は３ｍｍとなっている。
【００２０】
この絶縁構成により、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間に１０ｋＶp-p の電位差が生じるが、この電位差に起因して放電が起きることはない。そして、１次側巻線Ｗｐと２次側巻線Ｗｓとの間のインピーダンスを、周波数１００ｋＨｚ時に４００ｋΩ以上にすることができる。また、２次側巻線Ｗｓの線間容量を１０ｐＦ以下にすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上述のように、マイクロ波放電によりエッチング処理を行う処理室に連通した放電管に一対の電極を設け、この電極間に高周波、高電圧のパルス状電圧を供給するようにしたグロー放電装置を設けたため、マイクロ波放電の安定的な火種としてのグロー放電を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るマイクロ波放電装置の構成を示す説明図。
【図２】図２は、図１のマイクロ波放電装置の回路構成を示す図。
【図３】図３は、図２におけるトランスＴｒの１次側巻線における電圧Ｖｐ、電流Ｉｐおよび２次側巻線の電圧Ｖｓの各波形を示す波形図。
【図４】図４は、図３に示した減衰振動性の２次側巻線電圧を形成する原因をなすトランスＴｒの漂遊容量を示す説明図。
【図５】図５は、図１の実施例に使用するのに適したトランスＴｒの巻線構成を示したもので、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う側断面図。
【符号の説明】
ＤＴ 放電管
Ｅ 電極
Ｇ プロセスガス
Ｍ マイクロ波
Ｔｒ トランス
ＣＭＦ コモンモードフィルタ
ＦＥＴ 電界効果トランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｖｐ トランスＴｒの１次側電圧
Ｖｓ トランスＴｒの２次側電圧
Ｉｐ トランスＴｒの１次側電流
Ｗｐ トランスＴｒの１次側巻線
Ｗｓ トランスＴｒの２次側巻線
Claims (5)
- 処理室と、
前記処理室に連通した放電管と、
前記放電管の周囲に設けられた一対の電極と、
前記電極に高周波、高電圧のパルス状電圧を供給し前記放電管内のガスを励起して励起ガスを生成し、グロー放電を行わせるパルス電源と、
前記励起ガスにマイクロ波を与えるマイクロ波源と、
をそなえ、前記マイクロ波源からのマイクロ波が与えられて前記励起ガスを前記処理室内に供給するようにしたマイクロ波放電装置において、
前記パルス電源は、
パルス信号源と、
このパルス信号源からの信号に応じてスイッチング動作し、パルス電圧を形成するスイッチング素子と、
を有することを特徴とするマイクロ波放電装置。 - 請求項１記載のマイクロ波放電装置において、
前記スイッチング素子は、直列接続された逆流阻止ダイオードを有するマイクロ波放電装置。 - 請求項１記載のマイクロ波放電装置において、
前記パルス電源は、
前記スイッチング素子からのスイッチング出力を１次側巻線の入力とし、２次側巻線にパルス状電圧を生じるトランスを有するマイクロ波放電装置。 - 請求項３記載のマイクロ波放電装置において、
前記トランスは、
前記１次側巻線と前記２次側巻線とが分離して配置され、両巻線間が難燃性絶縁膜により絶縁されたマイクロ波放電装置。 - 請求項４記載のマイクロ波放電装置において、
前記２次側巻線は、層状に巻装され、各層間は前記難燃性絶縁膜により絶縁されたマイクロ波放電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11522899A JP4312877B2 (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | マイクロ波放電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11522899A JP4312877B2 (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | マイクロ波放電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000306892A JP2000306892A (ja) | 2000-11-02 |
| JP4312877B2 true JP4312877B2 (ja) | 2009-08-12 |
Family
ID=14657532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11522899A Expired - Lifetime JP4312877B2 (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | マイクロ波放電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP4746804B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2011-08-10 | 株式会社ハイデン研究所 | プラズマ発生方法及びプラズマ発生装置 |
| CN103397304B (zh) * | 2013-08-21 | 2015-05-27 | 南京浩穰环保科技有限公司 | 微弧离子镀方法 |
| US11826718B2 (en) | 2021-08-18 | 2023-11-28 | Lyten, Inc. | Negative emission, large scale carbon capture during clean hydrogen fuel synthesis |
| US11613817B2 (en) * | 2021-08-18 | 2023-03-28 | Lyten, Inc. | Negative emission, large scale carbon capture for clean fossil fuel power generation |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11522899A patent/JP4312877B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000306892A (ja) | 2000-11-02 |
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Legal Events
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