(57)【要約】      （修正有）【課題】動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできるマイクロ波発生装置を提供する。【解決手段】マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部６８と、スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部７０と、スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部７１と、増幅信号からスイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部７２と、マイクロ波を検出する出力信号検出部７４と、出力信号検出部の検出結果に基づいて可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部７６とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、
前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、
該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、
前記増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部と、
前記マイクロ波を検出する出力信号検出部と、
該出力信号検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置。
【請求項２】
マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、
前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、
該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、
前記増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部と、
前記正弦波信号によって生ぜしめられたプラズマの発光を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置。
【請求項３】
前記マイクロ波選択部は、高Ｑ値を有するバンドパスフィルタまたは共振器よりなることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ波発生装置。
【請求項４】
前記バンドパスフィルタは、表面弾性波フィルタ、チューブラフィルタ、ウェーブガイドフィルタ、ランプドエレメントフィルタ及びキャビティフィルタよりなる群より選択される１つよりなることを特徴とする請求項３記載のマイクロ波発生装置。
【請求項５】
マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、
前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、
該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、
前記増幅信号によって生ぜしめられたプラズマの発光を検出する光検出部と、
前記光検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置。
【請求項６】
前記スイッチング電力増幅部は、ＨＥＭＴ及び／又はＨＢＴよりなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のマイクロ波発生装置。
【請求項７】
前記基本周波数は、２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波発生装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロ波発生装置と、
該マイクロ波発生装置に伝送路を介して接続されたマッチング回路と、
該マッチング回路に伝送路を介して接続されてマイクロ波を放射するアンテナ部と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波供給装置。
【請求項９】
前記アンテナ部は、前記マイクロ波発生装置から供給されるマイクロ波に対して高Ｑ値となるように設定されていることを特徴とする請求項８記載のマイクロ波供給装置。
【請求項１０】
真空引き可能になされた処理容器と、
被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、
前記処理容器内へ所定のガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを立てるための請求項８または９に記載されたマイクロ波供給装置と、
装置全体を制御する装置制御手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１１】
マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号をスイッチング電力増幅して増幅信号を形成し、該増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するようにしたマイクロ波発生方法において、
前記マイクロ波を検出すると共に、該検出値に基づいて前記スイッチング電力増幅を行う際の増幅用の駆動電圧を可変的に制御するようにしたことを特徴とするマイクロ波発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体をマイクロ波により発生させたプラズマで処理するプラズマ処理装置及びこれに用いるマイクロ波発生装置、マイクロ波供給装置及びマイクロ波発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体集積回路を形成するには、半導体ウエハ等の被処理体に対して、成膜処理、改質処理、酸化拡散処理、エッチング処理等の各種の処理が行われる。半導体集積回路の形成時に堆積される各種の薄膜には、素子の動作速度の高速化の要求等の理由により、配線部にはより低い、或いはトランジスタのゲート部、ＤＲＡＭのキャパシタ部にはより高い比誘電率の薄膜が求められる傾向にある。これらの薄膜は、耐熱性が比較的劣ることから、この種の薄膜の特性劣化を防止するために、比較的低温でも所定のプロセスを行うことができるプラズマ処理装置が多用される傾向にある。
【０００３】
このプラズマ処理装置の種類には、高周波電力を用いてプラズマを発生させる処理装置やマイクロ波を用いてプラズマを発生させる処理装置がある。そして、例えばマイクロ波を用いたプラズマ処理装置を例にとれば、プラズマ処理に必要とされる数１００ワット程度の大電力のマイクロ波を発生させるために、従来のプラズマ処理装置では真空管を備えたマグネトロンが用いられており、これにより制御性良くマイクロ波を発生させるようにしていた。このように真空管を利用する理由は、数ＧＨｚ程度のマイクロ波帯域において上記したような大出力が可能な半導体素子がほとんど存在しないからである。
【０００４】
そこで、このような真空管を備えたマグネトロンは構造が複雑で装置コストも高騰することから、この装置コストの削減化を目指して、真空管を用いないで半導体素子を主体として構成された大出力のマイクロ波を発生できるマイクロ波発生装置が提案された（特許文献１）。
【０００５】
ここで上記マイクロ波発生装置について図７を参照して説明する。図７はプラズマ処理装置に用いられる従来のマイクロ波発生装置を示す概略ブロック構成図である。
図示するように、正弦波発振器２により数ＧＨｚのマイクロ波帯域の正弦波（サイン波）を発生させ、この正弦波を可変増幅率のアテネータ４に通した後、Ａ級、或いはＡＢ級アンプ６にて増幅させる。このＡ／ＡＢ級アンプ６には電源８より一定の電圧が駆動電圧として供給されている。上記Ａ／ＡＢ級アンプ６にて増幅された信号は、分配器１０にて複数に分配され、分配された各信号はそれぞれＡ／ＡＢ級半導体増幅素子１２により並列的に更に増幅される。上記各Ａ／ＡＢ級半導体増幅素子１２により増幅された各信号は、合成器１４によって合成される。そして、この合成によって発生したマイクロ波は、導波管１６内を伝搬され、途中でマッチング回路１８を通過した後に、プラズマ処理容器に設けたアンテナ部材２０に到り、このアンテナ部２０より処理容器へマイクロ波が放射されて発生したプラズマにより半導体ウエハがプラズマ処理されることになる。
【０００６】
一方、上記合成器１４から出力されるマイクロ波の電力は検出器２２により検出され、この検出結果に基づいて、制御部２４はアテネータ４にて増幅率を調整することにより、所定の電力のマイクロ波を処理容器へ供給するようになっている。ここで半導体増幅素子１２にてＡ級またはＡＢ級増幅動作させる理由は、素子動作周波数近くまで使用するためであり、また複数の半導体増幅素子１２を用いる理由は、マイクロ波帯域の周波数の電力増幅を行う高パワーで且つ高速動作のパワーデバイスが現状では存在しないからである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２８１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記した従来のマイクロ波発生装置では、半導体増幅素子１２は、Ａ級或いはＡＢ級増幅動作を行っているために、動作効率が２５〜５０％程度になってかなり低く、その分、発熱量も増大していた。
更に、複数個の半導体増幅素子１２を用いなければならないことから、装置コストも高騰するのみならず、装置自体も大型化する、といった不都合があった。
また更に、電気的に並列して接続されている各半導体素子１２の動作のバランス調整がかなり困難になる、といった問題もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできるマイクロ波発生装置、マイクロ波供給装置、プラズマ処理装置及びマイクロ波発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、前記増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部と、前記マイクロ波を検出する出力信号検出部と、該出力信号検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置である。
【００１０】
このように、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号に基づいて、スイッチング電力増幅部でスイッチング電力増幅を行い、この増幅動作の時に駆動電圧を可変的に制御し、得られた増幅信号からマイクロ波選択部において上記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力することができる。
従って、従来用いられていたＡ級、或いはＡＢ級動作と比較して、動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、前記増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部と、前記正弦波信号によって生ぜしめられたプラズマの発光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置である。
この場合、例えば請求項３に規定するように、前記マイクロ波選択部は、高Ｑ値を有するバンドパスフィルタまたは共振器よりなる。
また例えば請求項４に規定するように、前記バンドパスフィルタは、表面弾性波フィルタ、チューブラフィルタ、ウェーブガイドフィルタ、ランプドエレメントフィルタ及びキャビティフィルタよりなる群より選択される１つよりなる。
【００１２】
請求項５に係る発明は、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号を発生するスイッチ信号発生部と、前記スイッチ信号に基づいてスイッチング電力増幅を行って増幅信号を出力するスイッチング電力増幅部と、該スイッチング電力増幅部に増幅用の駆動電圧を可変的に供給することができる可変電圧供給部と、前記増幅信号によって生ぜしめられたプラズマの発光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づいて前記可変電圧供給部を制御する駆動電圧制御部と、を備えたことを特徴とするマイクロ波発生装置である。
このように、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号に基づいて、スイッチング電力増幅部でスイッチング電力増幅を行い、この増幅動作の時に駆動電圧を可変的に制御し、得られた増幅信号をマイクロ波として出力することができる。
従って、従来用いられていたＡ級、或いはＡＢ級動作と比較して、動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできる。
【００１３】
この場合、例えば請求項６に規定するように、前記スイッチング電力増幅部は、ＨＥＭＴ及び／又はＨＢＴよりなる。
また例えば請求項７に規定するように、前記基本周波数は、２．４５ＧＨｚである。
請求項８に係る発明は、上記いずれかに記載のマイクロ波発生装置と、該マイクロ波発生装置に伝送路を介して接続されたマッチング回路と、該マッチング回路に伝送路を介して接続されてマイクロ波を放射するアンテナ部と、を備えたことを特徴とするマイクロ波供給装置である。
この場合、例えば請求項９に規定するように、前記アンテナ部は、前記マイクロ波発生装置から供給されるマイクロ波に対して高Ｑ値となるように設定されている。
請求項１０に係る発明は、真空引き可能になされた処理容器と、被処理体を載置するために前記処理容器内に設けられた載置台と、前記処理容器内へ所定のガスを供給するためのガス供給手段と、前記処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを立てるための請求項８または９に記載されたマイクロ波供給装置と、装置全体を制御する装置制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号をスイッチング電力増幅して増幅信号を形成し、該増幅信号から前記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力するようにしたマイクロ波発生方法において、前記マイクロ波を検出すると共に、該検出値に基づいて前記スイッチング電力増幅を行う際の増幅用の駆動電圧を可変的に制御するようにしたことを特徴とするマイクロ波発生方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るマイクロ波発生装置、マイクロ波供給装置、プラズマ処理装置及びマイクロ波発生方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１〜４、６〜１１に係る発明によれば、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号に基づいて、スイッチング電力増幅部でスイッチング電力増幅を行い、この増幅動作の時に駆動電圧を可変的に制御し、得られた増幅信号からマイクロ波選択部において上記スイッチ信号の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号を取り出してマイクロ波として出力することができる。
従って、従来用いられていたＡ級、或いはＡＢ級動作と比較して、動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、マイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号に基づいて、スイッチング電力増幅部でスイッチング電力増幅を行い、この増幅動作の時に駆動電圧を可変的に制御し、得られた増幅信号をマイクロ波として出力することができる。
従って、従来用いられていたＡ級、或いはＡＢ級動作と比較して、動作効率が高く、しかも装置自体も小型化されて低コストで、バランス調整も不要にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るマイクロ波発生装置、マイクロ波供給装置、プラズマ処理装置及びマイクロ波発生方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るマイクロ波発生装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図、図２は本発明に係るマイクロ波発生装置及びマイクロ波供給装置の第１実施例を示すブロック構成図、図３はマイクロ波発生装置の主要部の一例を示す回路原理図である。
【００１８】
図示するように、このプラズマ処理装置３０は、実際にプラズマ処理を行う装置本体３２と、この装置本体３２にマイクロ波を供給するための図２にも示すようなマイクロ波供給装置３４とにより主に構成されている。また、このマイクロ波供給装置３４は、マイクロ波発生装置３６と、伝送路である同軸導波管３８を介して接続されるアンテナ部４０と、上記同軸導波管３８の途中に介設されるマッチング回路４２とにより主に構成されている。また上記マッチング回路４２とアンテナ部４０との間の同軸導波管３８には、マイクロ波の振動モードを変換するためのモード変換器４３が介在されている。
【００１９】
まず、図１を参照して装置本体３２について説明する。この装置本体３２は、例えば耐食アルミニウムにより筒体状に成形された処理容器４４を有している。この処理容器４４内には、例えば容器底部より起立させて設けた載置台４６が設けられており、この載置台４６上に被処理体である半導体ウエハＷを載置して保持し得るようになっている。この載置台４６には、図示しない静電チャックやヒータが必要に応じて設けられる。また、この処理容器４４の底部には排気口４８が設けられており、この排気口４８には、途中に図示しない圧力制御弁や真空ポンプが介設された真空排気系５０が接続されて、上記処理容器４４内を真空引きして所定の圧力に維持できるようになっている。
【００２０】
この処理容器４４の側壁には、ウエハＷの搬出入時に開閉されるゲートバルブ５２が設けられると共に、容器内の状況をモニタするための例えば透明な石英ガラスよりなる観察窓５４がシール部材５６を介して取り付けられている。更に、この処理容器４４の側壁の上部には、この容器内に必要な処理ガスを導入するためのガス供給手段５８が設けられており、必要な処理ガスを導入できるようになっている。ここでは、ガス供給手段５８の一例として１つのガスノズル５８Ｂを設けているが、必要に応じて複数ノズルを設けたり、またシャワーヘッド構造にすることもできる。
【００２１】
また処理容器４４の天井部は開口されており、この開口部にはマイクロ波に対して透明な例えば石英ガラスよりなる天井板６０がシール部材６２を介して気密に取り付けられている。そして、この天井板６０の上面側に、例えば銅板よりなる円板状の上記アンテナ部４０が設けられており、のアンテナ部４０には、多数の細長い穴状のスロット４０Ａが設けられ、後述するようにこのスロット４０Ａより下方に向けてマイクロ波を放射できるようになっている。
そして、このアンテナ部４０の上面側には、マイクロ波の波長を短くするための例えばＡｌＮ、Ａｌ２ Ｏ３ 等よりなる遅波材６４が所定の厚さで設けられている。そして、上記マイクロ波供給装置３４の同軸導波管３８の内部ケーブル３８Ａは上記アンテナ部４０の中心部に接続され、外管３８Ｂは容器側壁側に接続されて接地している。そして、このプラズマ処理装置３０の全体動作は、上記マイクロ波供給装置３４も含めて、例えばマイクロコンピュータ等よりなる装置制御手段６６により制御されることになる。
【００２２】
次に、図２及び図３を参照してマイクロ波発生装置３６について説明する。
このマイクロ波発生装置３６は、方形波状のスイッチ信号Ｓ１を発生するスイッチ信号発生部６８と、このスイッチ信号Ｓ１を増幅用の駆動電圧でスイッチング電力増幅して増幅信号Ｓ２を出力するスイッチング電力増幅器７０と、上記スイッチング電力増幅部７０へ可変的に駆動電圧を供給する可変電圧供給部７１と、上記スイッチング電力増幅部７０より出力される上記増幅信号Ｓ２から上記スイッチ信号Ｓ１の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号Ｓ３を取り出してマイクロ波として出力するためのマイクロ波選択部７２と、このマイクロ波選択部７２の出力を検出する出力信号検出部７４と、この出力信号検出部７４の検出結果、すなわちフィードバック信号に基づいて上記可変電圧供給部７１を制御する例えばマイクロコンピュータ等よりなる駆動電圧制御部７６とにより主に構成されている。
【００２３】
具体的には、上記スイッチ信号発生部６８は、上述のように方形波状のスイッチ信号Ｓ１を出力し、このスイッチ信号Ｓ１はマイクロ波帯域（１〜３００ＧＨｚ程度）の基本周波数、例えば２．４５ＧＨｚの基本周波数を有している。上記スイッチング電力増幅部７０は、上記スイッチ信号Ｓ１をスイッチング電力増幅するものであるが、本発明では特に、上記可変電圧供給部７１から供給される増幅用の駆動電圧が可変になされており、出力される方形波状の増幅信号Ｓ２のパルス高さが変動し得るようになされている。本実施例では、上記スイッチング電力増幅部７０として、例えばＥ級増幅器が用いられている。図３に示すように、このＥ級増幅器よりなるスイッチング電力増幅部７０は、スイッチとして動作する例えばＧａＡｓ−ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）７３を有しており、ゲートＧに上記スイッチ信号Ｓ１が印加され、ドレインＤにチョークコイル７８を介して上記可変電圧供給部７１からの駆動電圧が可変的に印加され、ソースＳは接地されている。これにより方形波の高さが増幅された方形波状の増幅信号Ｓ２が出力される。尚、上記スイッチング電力増幅部７０に用いられる半導体素子としては、上記ＧａＡｓ−ＨＥＭＴの他に、ＧａＮ−ＨＥＭＴ、ＳｉＧｅ−ＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩｎＰ−ＨＢＴ、ＧａＡｓ−ＨＢＴ等が好適である。
【００２４】
このスイッチング電力増幅部７０の動作条件は、ドレイン電圧がゼロであり、またドレイン電圧の傾きがゼロの時にＧａＡｓ−ＨＥＭＴをターンオンするというものであり、スイッチング損失が最低になって高効率動作を行うことができる。
上記マイクロ波選択部７２の原理構成は、図３に示すように、上記チョークコイル７８とドレインＤとの接続点と接地との間に介在されて上記ＧａＡｓ−ＨＥＭＴと並列接続される第１コンデンサＣ１と、上記接続点に対して直列接続される第２コンデンサＣ２と第１コイルＬ１とよりなる直列共振回路により構成される。
【００２５】
上記マイクロ波選択部７２としては、高Ｑを持った共振器や高Ｑを持ったバンドパスフィルタを用いることができる。このバンドパスフィルタとしては、チューブラフィルタ（Ｔｕｂｕｌａｒ  Ｆｉｌｔｅｒｓ）、ウェーブガイドフィルタ（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ）、ランプドエレメントフィルタ（Ｌｕｍｐｅｄ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｔｅｒｓ）、キャビティフィルタ（Ｃａｖｉｔｙ  Ｆｉｌｔｅｒｓ）、（以上、「ＳＰＥＣＴＲＵＭ  ＦＳＹ  ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＩＮＣ．」の商品名）や表面弾性フィルタ等を用いることができる。上記のように構成されたマイクロ波選択部７２により、共振作用により、或いはフィルタ作用によって、上述のように上記スイッチ信号Ｓ１の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号Ｓ３がマイクロ波として出力されることになる。すなわち、ここでは基本波以外の高次の高周波正弦信号がカットされるようになっている。そして、ここで得られたマイクロ波が前述した同軸導波管３８を介してアンテナ部４０側へ伝搬されるようになっている。また上記実施例ではマイクロ波選択部７２としてコイル、コンデンサで実現されているが、これらを立体回路で構成してもよい。
このマイクロ波の出力の大きさは、出力信号検出部７４に検出され、この検出値に基づいて、上記駆動電圧制御部７６は、上記可変電圧供給部７１を制御し、必要に応じて上記スイッチング電力増幅部７０へ供給する駆動電圧の大きさを制御するようになっている。
【００２６】
次に、以上のように構成された装置例の動作について説明する。
まず、プラズマ処理装置３０の全体の動作について簡単に説明すると、図１に示すように、マイクロ波発生装置３６より発生したマイクロ波は、例えば同軸導波管３８を介して処理容器４４の天井部に設けた平板状のアンテナ部４０へ供給されて、このアンテナ部４０より処理容器４４内へ導入される。この処理容器４４内には所定の処理ガスが供給されて所定の真空状態が維持されており、上記導入されたマイクロ波により処理ガスがプラズマ化されて載置台４６のウエハＷ上に所定のプラズマ処理が施されることになる。ここでマッチング回路４２の動作により、アンテナ部４０からの反射波がゼロになるようにインピーダンス整合が行われる。本発明は、このプラズマ処理としてプラズマ成膜処理、プラズマエッチング処理、プラズマアッシング処理、プラズマクリーニング処理等のプラズマを用いる全ての処理に対応することができる。
【００２７】
次に、図２及び図３も参照して上記プラズマ処理時におけるマイクロ波の供給動作について説明する。まず、スイッチ信号発生部６８からは、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯域の基本周波数を有する方形波状のスイッチ信号Ｓ１が出力され、このスイッチ信号Ｓ１が例えばＥ級増幅器よりなるスイッチング電力増幅部７０によってスイッチング電力増幅されて方形波状の増幅信号Ｓ２を出力する。この時の増幅用の駆動電圧は、可変電圧供給部７１より可変的に供給されている。上記増幅信号Ｓ２からは、マイクロ波選択部７２の共振作用、或いはフィルタ作用によって、上記スイッチ信号Ｓ１の基本周波数と同じ周波数の正弦波信号Ｓ３がマイクロ波として出力されることになる。
【００２８】
すなわち、周知のように、方形波状の増幅信号Ｓ２は、フーリエ級数によって展開できる基本波を含む高次の高調数によって表すことができ、上記マイクロ波選択部７２によって基本波以外の高次の高調数をカットすることによって上記した正弦波信号Ｓ３を取り出すことができる。この正弦波信号Ｓ３よりなるマイクロ波が前述したように同軸導波管３８を介してアンテナ部４０側へ伝搬されて行くことになる。そして、この正弦波信号Ｓ３の出力の大きさはフィードバック制御を行うべく出力信号検出部７４によって検出され、この検出結果によって、駆動電圧制御部７６は可変電圧供給部７１を制御し、上記スイッチング電力増幅部７０へ供給する駆動電圧の大きさをコントロールする。
【００２９】
これによって、アンテナ部４０側へ供給するマイクロ波の電力を一定に維持する。この場合、上記フィードバック制御を行うには、例えば１秒程度の時間を要するが、半導体ウエハＷを処理するには、１枚当たり少なくとも例えば数秒程度を要するので、十分にプラズマ処理に対応することができる。
このように、半導体集積回路よりなるスイッチング電力増幅部７０として例えばＥ級増幅器を用いて、しかも、この駆動電圧を可変的に制御するようにしたので、大電力のマイクロ波出力が可能なマイクロ波発生装置３６の構造を簡単化でき、装置コストがかからず、しかも、動作効率も大幅に向上させることができる。
【００３０】
また、図７を参照して説明したような複数の半導体増幅素子１２を用いる必要もないので、出力信号を合成する際の煩雑な調整作業も不要にすることができ、装置の取り扱いを容易化することができる。尚、１台のマイクロ波発生装置３６の出力がプラズマ処理装置で必要とされる総電力に不足している場合には、このマイクロ波発生装置３６を複数台並列に設けるようにしてもよい。この場合にも、従来の半導体増幅素子１２と比較してその個数を大幅に削減することができる。
尚、上記スイッチング電力増幅部７０としては、図３に示すように、Ｅ級増幅器を用いたが、これに限定されず、例えば図４に示すようにＤ級増幅器を用いてもよい。このＤ級増幅器では、図３に示すチョークコイル７８に替えて、スイッチ素子として第２のＧａＡｓ−ＨＥＭＴ８０を用いており、先のＧａＡｓ−ＨＥＭＴ７３とこの第２のＧａＡｓ−ＨＥＭＴ８０を交互にオン・オフするようにする。この場合、マイクロ波選択部７２の第１コンデンサＣ１（図３参照）を設けなくてもよい。また、上記２つのＨＥＭＴ７３、８０に代えて、ＨＥＭＴとＨＢＴとの組み合わせ、或いはＨＢＴ同士の組み合わせを用いてもよい。
【００３１】
＜第２実施例＞
上記第１実施例では、駆動電圧制御部７６へ供給するフィードバック信号を求めるために、マイクロ波選択部７２の出力を検出する出力信号検出部７４を設けたが、これに替えて、処理容器４４内で発生するプラズマの発光を検知する光検出器を用いるようにしてもよい。図５は上記したようなマイクロ波発生装置の第２実施例を示すブロック構成図である。尚、図２に示す装置構成と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、ここでは図２に示す出力信号検出部７４に替えて、処理容器４４内で発生するプラズマの発光を検知する光検出器８２を設けており、ここでフィードバック信号を生成するようになっている。この光検出器８２としては、例えば発光分光器を用いて、プラズマの強度によって発光強度が変化する特定波長の光を検出するようにし、供給されるマイクロ波の電力を間接的に検出するようになっている。このような光検出器８２は、図１に示す、例えば観察窓５４の外側に設けるようにすればよい。
【００３２】
＜第３実施例＞
上記第１及び第２実施例では、マイクロ波選択部７２にて出力した正弦波信号Ｓ３をアンテナ部４０側へ供給するようにしたが、このマイクロ波選択部７２の設置を省略し、スイッチング電力増幅部７０の出力をアンテナ部４０側へ供給するようにしてもよい。図６は上記したようなマイクロ波発生装置の第３実施例を示すブロック構成図である。尚、図２及び図５に示す装置構成と同一構成部分につては同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
図６に示すように、この第３実施例ではマイクロ波選択部７２（図５参照）の設置を省略し、この前段のスイッチング電力増幅部７０からの出力である方形波状の増幅信号Ｓ２を、マッチング回路４２、モード変換器４３を介してアンテナ部４０へ伝搬するようにしている。この場合、上記アンテナ部４０は、高Ｑ値となるように予め設計されており、このアンテナ部４０からは上記スイッチ信号Ｓ１の基本周波数と同じ周波数のマイクロ波が、処理容器４４内へ供給されることになる。すなわち、上記アンテナ部４０を、上記スイッチ信号Ｓ１の基本周波数に対して高Ｑ値となるように設計することにより、このアンテナ部４０自体が、上記マイクロ波選択部７２の機能も併せ持つことになる。この場合、設計指針とすれば、アンテナ部のマイクロ波に対するインピーダンスを下げるという事になる。
この実施例の場合には、上記マイクロ波選択部７２の設置を省略することができるので、その分、装置コストを削減することができる。
【００３４】
上記各実施例にあっては、被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、これに限定されず、ガラス基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等に対しても本発明を適用することができる。
また、本発明に係るマイクロ波発生装置及びマイクロ波供給装置は、プラズマ処理装置（半導体製造装置）のみならず、他の装置、例えば電子レンジ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るマイクロ波発生装置を用いたプラズマ処理装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るマイクロ波発生装置及びマイクロ波供給装置の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図３】マイクロ波発生装置の主要部の一例を示す回路原理図である。
【図４】Ｄ級増幅器の一例を示す回路構成図である。
【図５】マイクロ波発生装置の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図６】マイクロ波発生装置の第３実施例を示すブロック構成図である。
【図７】プラズマ処理装置に用いられる従来のマイクロ波発生装置を示す概略ブロック構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
３０  プラズマ処理装置
３２  装置本体
３４  マイクロ波供給装置
３６  マイクロ波発生装置
４０  アンテナ部
４４  処理容器
４６  載置台
５０  真空排気系
５８  ガス供給手段
６６  装置制御手段
６８  スイッチ信号発生部
７０  スイッチング電力増幅部
７１  可変電圧供給部
７２  マイクロ波選択部
７４  出力波信号検出部
７６  駆動電圧制御部
８２  光検出器
Ｓ１  スイッチ信号
Ｓ２  増幅信号
Ｓ３  正弦波信号
Ｗ  半導体ウエハ（被処理体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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