(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定値以上の電圧が陽極に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器と、
前記発振器が発振する第１の直流高電圧を出力する第１の高電圧電源回路と、
前記発振器が発振しない第２の直流高電圧を出力する第２の高電圧電源回路と、
前記二種類の直流高電圧の何れか１つを選択して、前記発振器の陽極に印加する選択回路と、
を備える半導体製造装置用のマイクロ波電源システムであって、
前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有し、前記選択回路によって前記第２の直流高電圧が選択された場合に、前記発振器の陽極に帯電していた電荷を吸収することで当該電荷を放電させる放電回路を備えることを特徴とする半導体製造装置用のマイクロ波電源システム。
【請求項２】
前記放電回路は、コンデンサであることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置用のマイクロ波電源システム。
【請求項３】
所定値以上の電圧が陽極に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する変圧回路と、
前記変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された直流電圧を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路により平滑された直流電圧から、前記発振器が発振する第１の直流高電圧と、前記発振器が発振しない第２の直流高電圧と、を設定する分圧回路と、
前記分圧回路で設定された二種類の直流高電圧の何れか１つを選択して、前記発振器の陽極に印加する選択回路と、
を備える半導体製造装置用のマイクロ波電源システムであって、
前記平滑回路は、直列接続された第１及び第２のコンデンサを有し、前記選択回路によって前記第１の直流高電圧が選択された場合に前記第１及び第２のコンデンサで前記整流された直流電圧を平滑し、前記第２の直流高電圧が選択された場合に前記第２のコンデンサで前記整流された直流電圧を平滑する回路であり、
前記第２のコンデンサは、前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有し、前記選択回路によって前記第２の直流高電圧が選択された場合に、前記発振部の陽極に帯電していた電荷を吸収する、
ことを特徴とすることを特徴とする半導体製造装置用のマイクロ波電源システム。
【請求項４】
所定値以上の電圧が陽極に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する第１の変圧回路と、
前記第１の変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する第１の整流回路と、
前記第１の整流回路により整流された直流電圧を平滑する第１の平滑回路と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する第２の変圧回路と、
前記第２の変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する第２の整流回路と、
前記第２の整流回路により整流された直流電圧を平滑する第２の平滑回路と、
前記第１の平滑回路及び第２の平滑回路を直列接続して、前記第１の平滑回路により平滑された直流電圧に前記第２の平滑回路により平滑された直流電圧を加えた第１の直流高電圧を前記発振器の陽極に印加する第１の接続と、前記第２の平滑回路により平滑された直流電圧を第２の直流高電圧として前記発振器の陽極に印加する第２の接続との切替を選択する選択回路と、
を備え、前記第１の直流高電圧が前記発振器の発振する電圧であり、前記第２の直流高電圧が前記発振器の発信しない電圧である半導体製造装置用のマイクロ波電源システムであって、
前記第２の平滑回路は、前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量のコンデンサを有し、前記選択回路によって前記第２の接続が選択された場合に、前記発振部の陽極に帯電していた電荷を吸収することを特徴とすることを特徴とする半導体製造装置用のマイクロ波電源システム。
【請求項５】
前記選択回路は、前記選択を行うトランジスタを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体製造装置用のマイクロ波電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置においてプラズマ生成用に用いられるマイクロ波電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体の製造工程にて用いられるドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等の半導体製造装置において、プロセスチャンバー内で低圧反応ガスを励起させてプラズマを発生させるために、マイクロ波電源システムが使用されている。
【０００３】
マイクロ波電源システムは、高圧直流電源と、発振ユニットとによって構成されている（図示省略）。そして、高圧直流電源から出力される高圧直流電圧を、発振ユニット内のマグネトロンの陽極に印加することによって、マグネトロンが発振し、マイクロ波が出力する。
【０００４】
前記半導体製造装置は、その用途（エッチング、アッシング、成膜等）によってマイクロ波電源システムから見た負荷（前記プロセスチャンバー）の特性が多様である。このため、マイクロ波電源システムは、それぞれの負荷特性に適した形態でマイクロ波を供給（出力）する必要がある。
ここで、マイクロ波の出力形態としては、連続波出力と、パルス波出力とがある。
【０００５】
マイクロ波の連続波は、高圧直流電源から出力する高圧直流電圧を、発振ユニット内のマグネトロンの陽極に連続的に印加することによって出力される。
また、マイクロ波のパルス波は、切替スイッチ（図示省略）のＯＮ／ＯＦＦを制御して高圧直流電源から出力される高圧直流電圧を所定のパルス電圧にし、そのパルス電圧を発振ユニット内のマグネトロンの陽極に印加することによって出力される。
【０００６】
従来、パルス波を出力するマイクロ波電源システムとして、特開昭６４−３９８０５号公報に開示された電源装置がある。図５（ａ）の該略図を参照して、この電源装置について簡単に説明する。
図５（ａ）において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がともにＯＮの時には、高電圧ＥがマグネトロンＺに直接印加され、マグネトロンＺからマイクロ波が出力する。
また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がともにＯＦＦの時には、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によって電圧が消費され、カットオフ電圧（マグネトロンが発振しない程度の低電圧）がマグネトロンＺに印加される。この時、マグネトロンＺからマイクロ波は出力されない。
このように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をともに切り換えることによって、マイクロ波のパルス波を出力していた。
【０００７】
ところで、近年の半導体集積回路の微細化に伴って半導体製造装置も複雑化している。そして、半導体製造装置では、数百ＫＨｚのパルス波を出力可能なマイクロ波電源システムが必要とされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電源装置のマグネトロンＺは、図５（ｂ）に示すように、容量がＣである容量性負荷の特性を有する。
このため、食品加熱を目的としたマイクロ波のようにパルス波の周波数が十分に低い場合（数１０ｋＨｚ以下）、電源装置はパルス波出力が可能であるが、周波数が数１０ｋＨｚ以上になると、前記容量性負荷に帯電した電荷が放電されないためパルス波を出力できない。
つまり、半導体製造装置で要求されるように周波数が数百ｋＨｚ程度のパルス波を出力させようとすると、マグネトロンＺへの印加電圧がカットオフ電圧まで下がらず、マイクロ波は連続出力してしまう。
【０００９】
また、容量性負荷に帯電した電荷は、抵抗Ｒ３と、マグネトロンＺの容量Ｃとの時定数τに従って放電するが、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ小さくすることにより時定数τを小さくして放電を早くさせようとすると、電力損失が増大してかえって効率が悪くなる。
【００１０】
また、パルス波出力装置は、特開昭５３−３９５３３号公報や、特開平５−２８３１５７号公報にも開示されているが、上述の電源装置と同様に、周波数が数１０ｋＨｚ以下での食品の加熱を主目的とする。
従って、マグネトロン陽極に帯電する電荷を放電する回路を備えておらず、半導体製造装置で要求される数１０ｋＨｚ以上の周波数（例えば、数百ｋＨｚ程度）のパルス波を、安定して出力できない。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、マグネトロンに帯電する電荷の放電回路を備えることによって、連続波と、数百ｋＨｚのパルス波の両方を安定して出力制御可能な半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、所定値以上の電圧が陽極に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器（例えば、図１に示すマグネトロン９）と、
前記発振器が発振する第１の直流高電圧（例えば、図１に示す直流高電圧Ｅ１）を出力する第１の高電圧電源回路（例えば、図１に示す高圧電源５）と、
前記発振器が発振しない第２の直流高電圧（例えば、図１に示す直流高電圧Ｅ２）を出力する第２の高電圧電源回路（例えば、図１に示す高圧電源６）と、
前記二種類の直流高電圧の何れか１つを選択して、前記発振器の陽極に印加する選択回路（例えば、図１に示す高圧電源５用切替スイッチ７、高圧電源６用切替スイッチ８）と、
を備える半導体製造装置用のマイクロ波電源システム（例えば、図１に示すマイクロ波電源システム１００）であって、
前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有し、前記選択回路によって前記第２の直流高電圧が選択された場合に、前記発振器の陽極に帯電していた電荷を吸収することで当該電荷を放電させる放電回路（例えば、図１に示す放電回路Ｃ６）を備えることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記放電回路は、例えば、請求項２に記載するように、コンデンサである。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、発振器が発振する第１の直流高電圧と、発振器が発振しない第２の直流高電圧の何れか１つを選択回路により選択し、発振器の陽極に印加することによって、パルス波と、連続波の両方が出力可能である。
また、選択回路により第２の直流高電圧が選択された場合には、発振器の陽極に帯電していた電荷を、発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有する放電回路が吸収することにより放電させる。すなわち、高周波数のパルス波出力を制御する際に、発振器の陽極に帯電した電荷によって連続波出力しない。
【００１５】
従って、連続波と、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚレベルのパルス波の両方を安定して出力制御可能な半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、所定値以上の電圧が陽極（例えば、図３に示す陽極２６ｂ）に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器（例えば、図３に示すマグネトロン２６）と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する変圧回路（例えば、図３に示す変圧器１５）と、
前記変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する整流回路（例えば、図３に示す整流回路１６）と、
前記整流回路により整流された直流電圧を平滑する平滑回路（例えば、図３に示す平滑回路１７、平滑回路１８）と、
前記平滑回路により平滑された直流電圧から、前記発振器が発振する第１の直流高電圧（例えば、図３に示す直流高電圧Ｅ１）と、前記発振器が発振しない第２の直流高電圧（例えば、図３に示す直流高電圧Ｅ２）とを設定する分圧回路（例えば、図３に示す分圧抵抗１９、分圧抵抗２０）と、
前記分圧回路で設定された二種類の直流高電圧の何れか１つを選択して、前記発振器の陽極に印加する選択回路（例えば、図３に示す切替スイッチ２１、切替スイッチ２２）と、
を備える半導体製造装置用のマイクロ波電源システム（例えば、図３に示すマイクロ波電源システム２００）であって、
前記平滑回路は、直列接続された第１（例えば、図３に示す平滑回路１８）及び第２のコンデンサ（例えば、図３に示す平滑回路１７）を有し、前記選択回路によって前記第１の直流高電圧が選択された場合に前記第１及び第２のコンデンサで前記整流された直流電圧を平滑し、前記第２の直流高電圧が選択された場合に前記第２のコンデンサで前記整流された直流電圧を平滑する回路であり、
前記第２のコンデンサは、前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有し、前記選択回路によって前記第２の直流高電圧が選択された場合に、前記発振部の陽極に帯電していた電荷を吸収する、
ことを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、発振器が発振する第１の直流高電圧と、発振器が発振しない第２の直流高電圧とを分圧回路によって設定した。そして、この二種類の直流高電圧のうち何れか１つを選択回路で選択して、発振器の陽極に印加することによって、マイクロ波の連続波出力とパルス波出力が制御可能である。
また、選択回路により第２の直流高電圧が選択された場合には、発振器の陽極に帯電していた電荷を、発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有する平滑回路の第２のコンデンサによって吸収する。このため、高周波数のパルス波出力を制御する際に、発振器の陽極に帯電した電荷によって連続波出力しない。
【００１８】
従って、連続波と、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚレベルのパルス波の両方を安定して出力制御可能な半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供することができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明は、
所定値以上の電圧が陽極（例えば、図４に示す陽極２６ｂ）に印加されると、発振してマイクロ波を半導体製造装置に出力する発振器（例えば、図４に示すマグネトロン２６）と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する第１の変圧回路（例えば、図４に示す変圧器１５ｂ）と、
前記第１の変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する第１の整流回路（例えば、図４に示す整流回路２８）と、
前記第１の整流回路により整流された直流電圧を平滑する第１の平滑回路（例えば、図４に示す平滑回路１８）と、
一次交流電圧から二次交流電圧へ変圧する第２の変圧回路（例えば、図４に示す変圧器１５ａ）と、
前記第２の変圧回路の二次側に接続され、二次交流電圧を整流する第２の整流回路（例えば、図４に示す整流回路２７）と、
前記第２の整流回路により整流された直流電圧を平滑する第２の平滑回路（例えば、図４に示す平滑回路１７）と、
前記第１の平滑回路及び第２の平滑回路を直列接続して、前記第１の平滑回路により平滑された直流電圧に前記第２の平滑回路により平滑された直流電圧を加えた第１の直流高電圧を前記発振器の陽極に印加する第１の接続と、前記第２の平滑回路により平滑された直流電圧を第２の直流高電圧として前記発振器の陽極に印加する第２の接続との切替を選択する選択回路（例えば、図４に示す切替スイッチ２１、切替スイッチ２２）と、
を備え、前記第１の直流高電圧が前記発振器の発振する電圧であり、前記第２の直流高電圧が前記発振器の発信しない電圧である半導体製造装置用のマイクロ波電源システムであって、
前記第２の平滑回路は、前記発振器の陽極の容量に比べて大きい容量のコンデンサを有し、前記選択回路によって前記第２の接続が選択された場合に、前記発振部の陽極に帯電していた電荷を吸収することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、選択回路により第１の接続と第２の接続との切替が選択されることにより、発振器が発振する第１の直流高電圧と、発振器が発振しない第２の直流高電圧とのうち何れかが発振器の陽極に印加されることによって、マイクロ波の連続波出力とパルス波出力が制御可能である。
また、選択回路により第２の接続が選択され、第２の直流高電圧が印加された場合には、発振器の陽極に帯電していた電荷を、発振器の陽極の容量に比べて大きい容量を有する第２の平滑回路によって吸収する。このため、高周波数のパルス波出力を制御する際に、発振器の陽極に帯電した電荷によって連続波出力しない。
また、二種類の直流高電圧は第１及び第２の変圧回路により生成されるため、より安定した電圧を発振器の陽極に印加できることとなり、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚ程度の周波数で、かつ高速で選択回路が動作する場合であっても、マイクロ波のパルス波を安定して出力可能である。
【００２１】
また、請求項５記載の発明のように、前記選択回路に、例えば、トランジスタのような半導体素子を使用することによって、選択回路のスイッチングロスを低減でき、選択回路の耐久性が向上する。
また、小型化や低コストに対応した半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、半導体製造装置用のマイクロ波電源システムの実施の形態について説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１及び図２を参照して、第１の実施の形態のマイクロ波電源システム１００について詳細に説明する。
【００２４】
まず、構成を説明する。
図１に示すように、マイクロ波電源システム１００は、高圧直流電源１と、発振ユニット２と、によって概略構成されている。
【００２５】
ここで、高圧直流電源１は、高圧電源５と、高圧電源６と、高圧電源５用切替スイッチ７と、高圧電源６用切替スイッチ８と、放電回路Ｃ６によって構成されている。また、発振ユニット２は、マグネトロン９と、フィラメント電源１０と、によって構成されている。
【００２６】
高圧電源５は、その陽極が高圧電源５用切替スイッチ７に接続され、陰極が高圧電源６と、放電回路Ｃ６と、発振ユニット２内のマグネトロン９の図示しない陰極と、に接続されている電源である。
高圧電源５は、マイクロ波を出力する際に、外部の図示しない制御部により高圧電源５用切替スイッチ７をＯＮし、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＦＦにすることによって選択される。そして、高圧電源５は、マグネトロン９の陽極に印加する高圧直流電源１の出力電圧Ｖｏｕｔとして、直流高電圧Ｅ１を出力する。
【００２７】
高圧電源６は、その陽極が高圧電源６用切替スイッチ８に接続され、陰極が高圧電源５と、放電回路Ｃ６と、発振ユニット２内のマグネトロン９の陰極と、に接続されている。
高圧電源６は、マイクロ波を出力しない際に、外部の図示しない制御部により高圧電源５用切替スイッチ７をＯＦＦし、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＮにすることによって選択され、出力電圧Ｖｏｕｔとして、直流高電圧Ｅ２を出力する。
【００２８】
高圧電源５用切替スイッチ７は、一端部が高圧電源５に接続され、他端部が高圧電源６用切替スイッチ８と、発振ユニット２内のマグネトロン９の陽極９ｂと、に接続された切替スイッチである。
高圧電源５用切替スイッチ７は、外部の図示しない制御部により高圧電源５を選択する際にＯＮ、高圧電源６を選択する際にＯＦＦされる。
【００２９】
高圧電源６用切替スイッチ８は、一端部が高圧電源６と放電回路Ｃ６とに接続され、他端部が高圧電源５用切替スイッチ７と、発振ユニット２内のマグネトロン９の陽極９ｂと、に接続された切替スイッチである。
高圧電源６用切替スイッチ８は、外部の図示しない制御部により高圧電源５を選択する際にＯＦＦ、高圧電源６を選択する際にＯＮされる。
【００３０】
放電回路Ｃ６は、マイクロ波出力をＯＮ→ＯＦＦ状態にする際に、マグネトロン９の陽極９ｂに帯電した電荷を放電するためのコンデンサである。
【００３１】
マイクロ波出力をＯＦＦ状態にする際には、図示しない制御部からの信号によってスイッチ７がＯＦＦとなり、スイッチ８がＯＮとなる。この時、カットオフ電圧以下の電圧Ｅ２を、マグネトロン陽極９ｂに印加することによって、マグネトロン９が発振しないため、出力がＯＦＦ状態となる。
ここで、高周波のパルス波を出力する際に、マグネトロン陽極９ｂに帯電した電荷を除去しないと、マグネトロン陽極９ｂへの印加電圧がカットオフ電圧以下に下がらず、出力をＯＦＦ状態にできない場合がある。
そこで、本発明のマイクロ波電源システムは、マイクロ波の出力をＯＦＦ状態にする時、マグネトロン陽極９ｂに帯電した電荷を吸収するために放電回路Ｃ６を備えた。
【００３２】
スイッチ７，８を切替制御して出力をＯＦＦ状態にする際に、マグネトロン陽極９ｂから高圧直流電源６へ放出されるエネルギーＪは、マグネトロン陽極９ｂの容量をＣとすると、
Ｊ＝（１／２）・Ｃ・（Ｅ１−Ｅ２）２
となる。
つまり、このエネルギーＪを、放電回路Ｃ６によって吸収する。
【００３３】
また、エネルギーＪを吸収した際に、直流高電圧Ｅ２が変動しないように、放電回路Ｃ６の容量は、マグネトロン陽極９ｂの容量と比べて大きい値とする。
【００３４】
マグネトロン９は、陽極９ｂが高圧電源５用切替スイッチ７と、高圧電源６用切替スイッチ８とに接続され、図示しない陰極が高圧電源５および高圧電源６の各陰極と、放電回路Ｃ６に接続された発振器である。
また、マグネトロン９内のフィラメント９ａは、フィラメント電源１０に接続され、マグネトロン９の図示しない出力部には、方形導波管３の一端部が接続され、方形導波管３の他端部は負荷４と接続されている。
マグネトロン９は、その陽極９ｂに、高電圧が印加されると発振してマイクロ波を出力し、上述したようにある電圧以下の高電圧（カットオフ電圧）が印加されると発振せずマイクロ波を出力しない。
また、マグネトロン９内のフィラメント９ａは、フィラメント電源１０から出力される電圧が印加され、温められている。
【００３５】
フィラメント電源１０は、マグネトロン９内のフィラメント９ａに接続された電源であり、フィラメント９ａを温めるために使用される。
【００３６】
次に、動作を説明する。
【００３７】
図２に示すタイミングチャートを参照して、マイクロ波電源システム１００の動作原理について説明する。
【００３８】
まず、時刻ｔ１において、高圧電源５用切替スイッチ７をＯＮ（高圧電源６用切替スイッチ８は、ＯＦＦ）にすると高圧電源５から、高圧直流電源１の出力電圧Ｖｏｕｔとして、直流高電圧Ｅ１が出力される。この直流高電圧Ｅ１は、発振ユニット２内のマグネトロン９の陽極９ｂに印加され、マグネトロン９が発振することによってマイクロ波を出力する。出力されたマイクロ波は、マグネトロン９の出力部に接続された方形導波管３によって負荷４に供給される。
【００３９】
次に、時刻ｔ２において、高圧電源５用切替スイッチ７をＯＦＦに、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＮに各々瞬時に切り替えると、前述したようにマグネトロン陽極９ｂに帯電した電荷が放電され、そのエネルギーＪを放電回路Ｃ６が吸収する（図示省略）とともに、高圧電源６から、出力電圧Ｖｏｕｔとして、直流高電圧Ｅ２が出力される。
この直流高電圧Ｅ２はマグネトロン９の陽極９ｂに印加されるが、マグネトロン９が発振しないカットオフ電圧以下の電圧であるからマイクロ波は出力されない。
【００４０】
そして、時刻ｔ３において、高圧電源５用切替スイッチ７をＯＮに、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＦＦに瞬時に各々切り替えると、時刻ｔ１と同様に、再度マイクロ波が出力される。
【００４１】
次に、時刻ｔ４において、高圧電源５用切替スイッチ７をＯＦＦに、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＮに切り替えると、時刻ｔ２と同様に、マイクロ波は出力されない。
【００４２】
このように、高圧電源５用切替スイッチ７と高圧電源６用切替スイッチ８の切り替えを制御し、出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１と直流高電圧Ｅ２を交互にマグネトロン９陽極９ｂに印加させることによって、マイクロ波の出力のＯＮ／ＯＦＦを制御し、パルス波出力が可能である。
また、カットオフ電圧以下の直流高電圧Ｅ２をマグネトロン陽極９ｂに印加する際に、該陽極９ｂに帯電した電荷を放電回路Ｃ６によって吸収した。
【００４３】
従って、半導体製造装置で要求される数百ｋＨｚの周波数であっても、任意のデューティー比のパルス波が出力可能となる。
なお、この周波数は、使用するマグネトロン９によって決定される任意の周波数であってよい。
【００４４】
また、高圧電源５の出力切替を行う高圧電源５用切替スイッチ７には、その両端部間に電圧Ｅ１−Ｅ２しかかからない。
よって、切り替え電圧Ｅ１−Ｅ２が小さいため、直流高電圧Ｅ１の全電圧を切り替えるよりも、マイクロ波のパルス波の立ち上がり時間を高速化できる。そして、切替スイッチとして例えば半導体素子を使用することによって、スイッチングロスを減少させ、スイッチ素子の耐久性を向上させることができる。
【００４５】
また、高圧電源５用切替スイッチ７をＯＮに、高圧電源６用切替スイッチ８をＯＦＦにして、出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１が出力される状態を保持することによって、マイクロ波の連続波が出力される。
【００４６】
従って、本発明のマイクロ波電源システムは、マイクロ波の連続波と、半導体製造装置で要求される数百ｋＨｚのパルス波との両方を、安定して供給できる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図３を参照して、第２の実施の形態のマイクロ波電源システム２００について詳細に説明する。
【００４８】
まず、構成を説明する。
【００４９】
図３に示すように、マイクロ波電源システム２００は、高圧直流電源１１と、発振ユニット１２と、によって概略構成されている。
【００５０】
ここで、高圧直流電源１１は、変圧器１５と、整流回路１６と、平滑回路１７，１８と、分圧抵抗１９，２０と、切替スイッチ２１，２２と、によって構成されている。
【００５１】
変圧器１５は、一次側と、二次側の巻き線によって構成されている単相変圧器であり、一次側の巻き線は外部図示しない電源に接続され、二次側の巻き線は整流回路１６の後述するダイオード１６ａとダイオード１６ｂの接続点、及びダイオード１６ｃとダイオード１６ｄの接続点に接続されている。
変圧器１５は、一次側の交流電圧から所定の二次側の交流電圧に変換する。
【００５２】
整流回路１６は、整流素子であるダイオード１６ａ〜１６ｄを用いたブリッジ式単相両波整流回路であり、ダイオード１６ａのカソードとダイオード１６ｂのアノードが接続され、ダイオード１６ｃのカソードとダイオード１６ｄのアノードが接続される。また、ダイオード１６ａ、１６ｃの各アノードは互いに接続され、ダイオード１６ｂ、１６ｄの各カソードは互いに接続されている。
整流回路１６は、変圧器１５から入力された交流電圧を直流電圧に変換する。
【００５３】
平滑回路１７は、一端部が平滑回路１８と、分圧抵抗１９と分圧抵抗２０と切替スイッチ２２の接続点と、に接続され、他端部が整流回路１６のダイオード１６ａとダイオード１６ｃの接続点と、分圧抵抗１９と、発振ユニット１２内のマグネトロン２６の図示しない陰極と、に接続されたコンデンサである。
平滑回路１７は、整流回路１６によって整流された直流電圧を、リップル電圧の小さい直流電圧に平滑する。
【００５４】
また、平滑回路１７は、第１の実施の形態における放電回路Ｃ６と同様の機能を有する。すなわち、マイクロ波出力をＯＦＦ状態にする際に、マグネトロン２６の陽極２６ｂに帯電した電荷を吸収する。
従って、半導体製造装置で要求される数百ｋＨｚレベルの高周波のパルス波であっても、該マグネトロン陽極２６ｂへの印加電圧を、カットオフ電圧以下の直流高電圧Ｅ２まで下げることができるため出力制御可能である。
【００５５】
平滑回路１８は、一端部が平滑回路１７と、分圧抵抗１９と分圧抵抗２０と切替スイッチ２２の接続点と、に接続され、他端部が、整流回路１６のダイオード１６ｂとダイオード１６ｄの接続点と、分圧抵抗２０と、切替スイッチ２１と、に接続されたコンデンサである。
平滑回路１８は、整流回路１６によって整流された直流電圧を、リップル電圧の小さい直流電圧に平滑する。
【００５６】
また、平滑回路１７、１８の容量の仕様は、マイクロ波のパルス波の最小周波数及び最大周波数を考慮して決定されている。ここで、平滑回路１７の容量は、マイクロ波出力をＯＦＦ状態にする時、すなわち、平滑回路１７がマグネトロン陽極２６ｂに帯電して電荷を吸収した際に、分圧抵抗１９によって設定された直流高電圧Ｅ２が変動しないように、マグネトロン陽極２６ｂの容量と比較して大きい値とする。
【００５７】
分圧抵抗１９は、一端部が平滑回路１７と平滑回路１８の接続点と、分圧抵抗２０と、切替スイッチ２２と、に接続され、他端部が整流回路１６のダイオード１６ａとダイオード１６ｃの接続点と、平滑回路１７と、発振ユニット１２内のマグネトロン２６の陰極と、に接続されている。
【００５８】
分圧抵抗２０は、一端部が、平滑回路１７と平滑回路１８の接続点と、分圧抵抗１９と、切替スイッチ２２と、に接続され、他端部が整流回路１６のダイオード１６ｂとダイオード１６ｄの接続点と、平滑回路１８と、切替スイッチ２１のエミッタと、に接続されている。
【００５９】
ここで、分圧抵抗１９によって直流高電圧Ｅ２が設定され、分圧抵抗１９と分圧抵抗２０の合成抵抗によって直流高電圧Ｅ１が設定される。
【００６０】
切替スイッチ２１は、たとえばトランジスタであり、そのコレクタが、整流回路１６のダイオード１６ｂとダイオード１６ｄの接続点と、平滑回路１８と、分圧抵抗２０と、に接続され、そのエミッタが切替スイッチ２２と、発振ユニット１２内のマグネトロン２６の図示しない陽極と、に接続されている。また、切替スイッチ２１のベースには、電圧信号が外部の図示しない制御部から印加される。
【００６１】
切替スイッチ２２は、たとえばトランジスタであり、そのエミッタが、平滑回路１７と平滑回路１８の接続点と、分圧抵抗１９と、分圧抵抗２０と、に接続され、そのコレクタが、切替スイッチ２１と、発振ユニット１２内のマグネトロン２６の陽極と、に接続されている。また、切替スイッチ２２のベースには、電圧信号が外部の図示しない制御部から印加される。
【００６２】
また、発振ユニット１２は、変圧器２３と、整流回路２４と、平滑回路２５と、マグネトロン２６と、によって構成されている。
【００６３】
変圧器２３は、一次側と、二次側の巻き線で構成されている単相変圧器であり、一次側の巻き線は外部図示しない電源に接続され、二次側の巻き線は整流回路２４の後述するダイオード２４ａとダイオード２４ｂの接続点、及びダイオード２４ｃとダイオード２４ｄの接続点に接続されている。
変圧器２３は、一次側の交流電圧から所定の二次側の交流電圧に変換する。
【００６４】
整流回路２４は、整流素子であるダイオード２４ａ〜２４ｄを用いたブリッジ式単相両波整流回路であり、ダイオード２４ａのカソードとダイオード２４ｂのアノードが接続され、ダイオード２４ｃのカソードとダイオード２４ｄのアノードが接続される。また、ダイオード２４ａ、２４ｃの各アノードは互いに接続され、ダイオード２４ｂ、２４ｄの各カソードは互いに接続されている。
整流回路２４は、変圧器２３から入力された交流電圧を直流電圧に変換する。
【００６５】
平滑回路２５は、一端部が整流回路２４のダイオード２４ｂとダイオード２４ｄの接続点と、マグネトロン２６内のフィラメント２６ａと、に接続され、他端部が整流回路２４のダイオード２４ａとダイオード２４ｃの接続点と、マグネトロン２６内のフィラメント２６ａと、に接続されているコンデンサである。
平滑回路２５は、整流回路２４によって整流された直流電圧を、リップル電圧の小さい直流電圧Ｅ３に平滑し、この直流電圧Ｅ３をマグネトロン２６内のフィラメント２６ａに印加する。
【００６６】
マグネトロン２６は、陽極２６ｂが切替スイッチ２１と、切替スイッチ２２と、に接続され、図示しない陰極が整流回路１６のダイオード１６ａとダイオード１６ｃの接続点と、平滑回路１７と、分圧抵抗１９と、に接続された発振器である。マグネトロン２６の図示しない出力部には方形導波管１３の一端部が接続され、方形導波管１３の他端部は負荷１４に接続されている。
また、マグネトロン２６内のフィラメント２６ａは、整流回路２４と、平滑回路２５と、に接続されている。
マグネトロン２６は、その陽極に、高電圧が印加されるとマイクロ波を出力し、ある電圧以下の高電圧が印加されるとマイクロ波を出力しない。また、フィラメント２６ａには、直流電圧Ｅ３が印加され、そのフィラメント２６ａは充分に温められている。
【００６７】
次に、動作について説明する。
【００６８】
変圧器１５は、一次側に入力された交流電圧から所定の交流電圧に変圧し、整流回路１６に出力する。整流回路１６は、整流した直流電圧を平滑回路１７，１８に出力して、平滑回路１７，１８によってリップル電圧の小さい直流電圧に変換される。
【００６９】
そして、分圧抵抗１９によって直流高電圧Ｅ２が設定され、分圧抵抗１９と分圧抵抗２０の合成抵抗によって直流高電圧Ｅ１が設定される。
【００７０】
さらに、第１の実施の形態で説明したように、切替スイッチ２１と切替スイッチ２２のＯＮ，ＯＦＦを、各スイッチのベースに外部の図示しない制御部から電圧を印加して制御し、高圧直流電源１１の出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１と直流高電圧Ｅ２を交互にマグネトロン２６の陽極に印加させることによって、マイクロ波の出力のＯＮ、ＯＦＦを制御する。
【００７１】
このように、切替スイッチ２１と切替スイッチ２２のＯＮ，ＯＦＦを制御し、出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１と直流高電圧Ｅ２を交互にマグネトロン２６の陽極に印加させることによって、マイクロ波の出力のＯＮ、ＯＦＦを制御する。
また、マイクロ波出力をＯＦＦ状態にする際に、マグネトロン陽極２６ｂに帯電した電荷を、平滑回路１７により吸収した。
【００７２】
したがって、半導体製造装置で要求される数百ｋＨｚの周波数であっても、任意のデューティー比のパルス波が出力可能となる。なお、マイクロ波の周波数は、使用するマグネトロンによって決定される任意の周波数であってよい。
【００７３】
また、高圧直流電源Ｅ１の出力制御を行う切替スイッチ２１には、そのコレクタ−エミッタ間に小電圧Ｅ１−Ｅ２しかかからない。
よって、切り替え電圧Ｅ１−Ｅ２が小さいため、直流高電圧Ｅ１の全電圧を切り替えるよりも、マイクロ波のパルス波の立ち上がり時間が高速化できる。
【００７４】
さらに、切替スイッチ２１，２２にトランジスタを用いることによって、スイッチングロスを減少させ、スイッチ素子の耐久性を向上させることができる。
そして、半導体素子を電源回路に使用することによって、小型化や低コストに対応したマイクロ波電源システムを提供することができる。
【００７５】
また、切替スイッチ２１をＯＮに、切替スイッチ２２をＯＦＦにして、出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１が出力される状態を保持することによって、マイクロ波の連続波が出力される。
【００７６】
従って、本発明のマイクロ波電源システムは、マイクロ波の連続波と、半導体製造装置で要求される数百ｋＨｚのパルス波との両方を、安定して供給できる。
【００７７】
（第３の実施の形態）
図４を参照して第３の実施の形態のマイクロ波電源システム３００について詳細に説明する。
マイクロ波電源システム３００は、図４に示すように、高圧直流電源１１ａと、発振ユニット１２とによって構成されている。
【００７８】
本実施の形態では、前述したように周波数が高く（例えば、数百ｋＨｚ程度）、かつ、高速で切替スイッチ２１，２２がＯＮ，ＯＦＦされるマイクロ波のパルス波出力を安定して制御するため、高圧直流電源１１ａ内において、直流高電圧Ｅ１と直流高電圧Ｅ２を設けるために分圧抵抗を用いるのではなく、２つの変圧器１５ａ，１５ｂと、２つの整流回路２７，２８と、を用いている。
【００７９】
すなわち、変圧器１５ａと、整流回路２７と、平滑回路１７と、によって直流高電圧Ｅ２が設定され、変圧器１５ｂと、整流回路２８と、平滑回路１８と、によって電圧Ｅ１−Ｅ２が設定され、その二種類の電圧を合成することによって直流高電圧Ｅ１が設定されている。
そして、それぞれの電源回路は、前記設定された直流電圧を一定電圧に保つように制御されるため、切替スイッチ２１のコレクタ−エミッタ間にかかる電圧Ｅ１−Ｅ２も一定に保たれる。
【００８０】
また、マイクロ波電源システム３００は、第２の実施の形態のマイクロ波電源システム２００と、概略構成が同じである。
よって、図３に示したマイクロ波電源システム２００と同一の構成要素については、同一の符号を付しており、符号が重複している箇所については、説明を省略する。
また、マイクロ波電源システム３００の動作原理については、第２の実施の形態とほぼ同様であるので説明を省略する。
【００８１】
以上のように、２つの電源回路によって切り替え電圧Ｅ１，Ｅ２を一定に保つことができる。従って、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚ程度の周波数で、かつ高速で切替スイッチがＯＮ，ＯＦＦされる場合であっても、マイクロ波のパルス波を安定して出力可能である。
【００８２】
また、高圧直流電源Ｅ１の出力制御を行う切替スイッチ２１には、そのコレクタ−エミッタ間に小電圧Ｅ１−Ｅ２しかかからないので、切り替え電圧Ｅ１−Ｅ２が小さいため、直流高電圧Ｅ１の全電圧を切り替えるよりも、マイクロ波のパルス波の立ち上がり時間が高速化できる。
また、切替スイッチ２１をＯＮに、切替スイッチ２２をＯＦＦにして、出力電圧Ｖｏｕｔとして直流高電圧Ｅ１が出力される状態を保持することによって、マイクロ波の連続波が出力されるので、マイクロ波の連続波出力とパルス波出力の両方を安定して制御可能とするマイクロ波電源システムが得られる。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１から３の何れかに記載の発明によれば、連続波と、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚレベルのパルス波の両方を安定して出力制御可能な半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供することができる。
【００８４】
請求項４記載の発明によれば、分圧回路を使用するよりも、二種類の直流高電圧を安定して設定できるため、半導体製造装置に要求される数百ｋＨｚ程度の周波数で、かつ高速で選択回路が動作する場合であっても、マイクロ波のパルス波を安定して出力可能である。
【００８５】
請求項５記載の発明によれば、選択回路に半導体素子を使用しているため、選択回路のスイッチングロスを低減でき、選択回路の耐久性が向上する。また、小型化や低コストに対応した半導体製造装置用のマイクロ波電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるマイクロ波電源システム１００の回路構成を示す図である。
【図２】図１に回路構成を示すマイクロ波電源システム１００の動作原理を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態であるマイクロ波電源システム２００の回路構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるマイクロ波電源システム３００の回路構成を示す図である。
【図５】従来のマイクロ波電源システムの原理を示す図である。
【符号の説明】
１              高圧直流電源
２              発振ユニット
３              方形導波管
４              負荷
５              高圧電源
６              高圧電源
７              高圧電源５用切替スイッチ
８              高圧電源６用切替スイッチ
９              マグネトロン
９ａ            フィラメント
９ｂ            陽極
１０            フィラメント電源
１１            高圧直流電源
１２            発振ユニット
１３            方形導波管
１４            負荷
１５            変圧器
１５ａ，１５ｂ  変圧器
１６            整流回路
１６ａ〜１６ｄ  ダイオード
１７，１８      平滑回路
１９，２０      分圧抵抗
２１，２２      切替スイッチ
２３            変圧器
２４            整流回路
２４ａ〜２４ｄ  ダイオード
２５            平滑回路
２６            マグネトロン
２６ａ          フィラメント
２６ｂ          陽極
２７，２８      整流回路
２７ａ〜２７ｄ  ダイオード
２８ａ〜２８ｄ  ダイオード
１００，２００，３００  マイクロ波電源システム
Ｃ６            放電回路
【図１】
0003576462.tif 000002
【図２】
0003576462.tif 000003
【図３】
0003576462.tif 000004
【図４】
0003576462.tif 000005
【図５】
0003576462.tif 000006