JP2003037101A

JP2003037101A - プラズマ生成用の螺旋共振装置

Info

Publication number: JP2003037101A
Application number: JP2001221598A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Kaneko; 和史金子; Noboru Shirokura; 昇白倉; Shimao Yoneyama; 詩麻夫米山; Georgi Vinogradov; ゲオルギービノグラードフ; Vladimir Menagarichiviri; ウラジーミルメナガリチヴィリ
Original assignee: KEM KK
Current assignee: KEM KK
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP4042363B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板などにエッチング、アッシング、
ＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装置に適用されるプ
ラズマ生成用の螺旋共振装置であって、処理条件の変更
に対応して簡単に共振特性を適合させ得る様に改良され
たプラズマ生成用の螺旋共振装置を提供する。【解決手段】プラズマ生成用の螺旋共振装置は、減圧
可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
（１１）と、共振コイル（１２）と、電気的に接地され
た外側シールド（１３）とから成る共振器（１）、なら
びに、共振コイル（１２）に高周波電力を供給する高周
波電源（２）を備えている。共振コイル（１２）は、共
振器（１）の負荷インピーダンスが高周波電源（２）側
のインピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて接
地位置を選択可能に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板などに
エッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施すプラズ
マ処理装置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置
であって、処理条件の変更に対応して簡単に共振特性を
適合させ得るプラズマ生成用の螺旋共振装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理装置は、例えば、半導体基
板に対するドライエッチング、イオンエッチング、アッ
シング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理に使用され
る。この種の処理の中、例えば、ＣＶＤ処理において
は、ラジカルによる反応を促進し、イオンダメージを極
力低減することが要求される。すなわち、過剰なイオン
は、基板における層間での材料の混合、酸化物の破壊、
汚染物質の侵入、形質変化などを惹起する。また、高精
度に選択比を規定するエッチング処理などにおいては、
低選択性をもたらすイオン衝撃を避けるのが好ましい。

【０００３】本発明者等は、電位の低いプラズマを得る
ことを主眼に鋭意検討した結果、特に全波長モードで共
振するコイル（螺旋共振コイル）によって定在波を誘導
し、減圧容器内に誘導電界を発生させることにより、位
相電圧と逆位相電圧を互いに相殺し、位相電圧の切り替
わり点、すなわち、電位が略ゼロのノードにおいて、誘
導性結合によって極めて電位の低いプラズマを励起し得
る螺旋共振装置に関する技術を見出し、先に、「誘導結
合によるプラズマ放電処理方法」として特許出願済みで
ある（特表２０００−５０１５６８号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の様な
螺旋共振装置においては、一種類の処理のみに適用する
場合は予め共振特性（共振周波数およびインピーダン
ス）を一定に設定しておけばよいが、実際、幾つかの処
理に適用せんとした場合、プラズマ自体の抵抗成分、な
らびに、共振コイルの電圧部とプラズマとの間の容量結
合がプラズマの種類（処理条件）によって異なるため、
処理条件の変更により共振器の共振特性にずれが生じ、
プラズマ電位が高くなると言う問題がある。特に、プラ
ズマの容量結合や誘導結合によるプラズマ発生回路の負
荷インピーダンスの電源側インピーダンスに対する不整
合は実効負荷電力の低下を惹起する。

【０００５】もっとも、従来の同軸給電型や対向電極型
のプラズマ装置では、容器側のプラズマ発生回路におけ
るインピーダンスの変動を調整し、電力の転送効率を高
めるためのＬＣネットワーク回路（マッチング回路）が
設けられている。しかしながら、マッチング回路は、そ
れ自体がプラズマ発生回路の一部として機能するために
電力を消費し、また、可変コンデンサの応答速度が遅く
且つプラズマ状態も常に変動するため、インピーダンス
整合回路によっては完全な整合が得られていないのが実
情である。

【０００６】本発明は、上記の螺旋共振装置における効
用を一層高めるべくなされたものであり、その目的は、
半導体基板などにエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の
処理を施すプラズマ処理装置に適用されるプラズマ生成
用の螺旋共振装置であって、処理条件の変更に対応して
簡単に共振特性を適合させ得る様に改良されたプラズマ
生成用の螺旋共振装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振装置は、減
圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
と、当該容器の外周に巻回された共振コイルと、当該共
振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側
シールドとから成る共振器、ならびに、前記共振コイル
に所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源を備
え、かつ、前記共振コイルの電気的長さが前記所定周波
数における１波長の整数倍または半波長もしくは１／４
波長に相当する長さに設定されたプラズマ生成用の螺旋
共振装置において、前記共振コイルは、前記共振器の負
荷インピーダンスが前記高周波電源側のインピーダンス
に整合する様に、処理条件に応じて接地位置を選択可能
に構成されていることを特徴とする。

【０００８】すなわち、共振コイルにおいて接地位置を
選択可能に構成された構造は、処理条件に応じて共振器
の負荷インピーダンスを高周波電源側のインピーダンス
に直ちに整合させることが出来るため、共振器において
最適な共振特性が得られ、しかも、高周波電力を最大限
に供給できる。

【０００９】また、上記プラズマ生成用の螺旋共振装置
においては、より簡便に共振コイルの接地位置を選択す
るため、共振コイルと外側シールドの間に介装された真
空リレーにより、前記共振コイルの接地位置を切替可能
に構成されているのが好ましい。

【００１０】更に、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振
装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高
周波電源には、その出力側に設置された反射波パワーメ
ータによって検出される反射波電力が最小となる様に発
振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよ
い。

【００１１】また、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振
装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高
周波電源には、その出力側に設置された位相検出器によ
って検出される電圧と電流の位相差が０°となる様に発
振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよ
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ生成用の螺
旋共振装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１
は、プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の螺旋
共振装置の概要を示す縦断面図である。図２は、共振コ
イルにおける接地位置の選択手段の一例を示すブロック
図である。図３〜図５は、共振コイルの接地位置と共振
器の電気的特性の関係を示す波形図である。図６及び図
７は、各々、高周波電源に設けられた周波数整合器の構
成例を示す回路ブロック図である。以下、実施形態の説
明においては、プラズマ生成用の螺旋共振装置を「螺旋
共振装置」と略記する。また、被処理物としての半導体
基板または半導体素子を「基板」と略記する。

【００１３】本発明の螺旋共振装置は、主にプラズマ処
理装置に適用される装置であり、図１に示す様に、減圧
可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器
（１１）と、当該容器の外周に巻回された共振コイル
（１２）と、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気
的に接地された外側シールド（１３）とから成る共振器
（１）、ならびに、共振コイル（１２）に所定周波数の
高周波電力を供給する高周波電源（２）を備えている。

【００１４】容器（１１）は、通常、高純度の石英硝子
やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバー
である。容器（１１）は、プラズマ処理装置に適用する
場合、通常、軸線が垂直になる様に配置され、後述のプ
ラズマ処理装置のトッププレート（４２）及び基板処理
室（５）によって上下端を気密に封止される。容器（１
１）の下方（プラズマ装置の基板処理室）には、真空ポ
ンプに接続され且つ容器（１１）内部を真空引きするた
めの排気管（４１）が設けられ、容器（１１）の上部
（トッププレート（４２））には、材料ガス供給設備か
ら伸長され且つ所要のプラズマ用ガスを供給するための
ガス供給管（４３）が付設される。

【００１５】共振コイル（１２）は、所定の波長の定在
波を形成するため、一定波長モードで共振する様に巻
径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コ
イル（１２）の電気的長さは、高周波電源（２）から供
給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１
倍，２倍，…）又は半波長もしくは１／４波長に相当す
る長さに設定される。

【００１６】具体的には、共振コイル（１２）は、印加
する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外
形などを勘案し、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、
０．５〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガ
ウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００mm²の
有効断面積であって且つ２００〜５００mmのコイル直径
に構成され、容器（１）の外周側に２〜６０回程度巻回
される。共振コイル（１２）を構成する素材としては、
銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウ
ム薄板、ポリマーベルトに銅またはアルミニウムを蒸着
した素材などが使用される。共振コイル（１２）は、絶
縁性材料にて平板状に形成され且つ後述するプラズマ処
理装置のベースプレート（４）の上端面に鉛直に立設さ
れた複数のサポートによって支持される。

【００１７】また、共振コイル（１２）の両端は固定グ
ランドとして電気的に接地されるが、通常、その一端
は、最初の装置組立の際に当該共振コイルの電気的長さ
を微調整するため、可動タップ（１５）を介して接地さ
れる。図１中の符号（１４）は他方の固定グランドを示
す。更に、位相及び逆位相電流が共振コイル（１２）の
電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル（１
２）の一端（若しくは他端または両端）には、コイル及
びシールドから成る波形調整回路が挿入されてもよい。
斯かる波形調整回路は、共振コイル（１２）の端部を電
気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設
定することにより開路に構成される。また、共振コイル
（１２）の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地と
し、固定基準電位に直流接続されてもよい。

【００１８】外側シールド（１３）は、共振コイル（１
２）の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成す
るのに必要な容量成分を共振コイル（１２）との間に形
成するために設けられる。外側シールド（１３）は、一
般的には、アルミニウム合金、銅または銅合金などの導
電性材料を使用して円筒状に構成される。外側シールド
（１３）は、共振コイル（１２）の外周から５〜１５０
ｍｍ程度隔てて配置される。そして、通常、外側シール
ド（１３）は、共振コイル（１２）の両端と電位が等し
くなる様に接地されるが、共振コイル（１２）の共振数
を正確に設定するため、外側シールド（１３）の一端ま
たは両端は、タップ位置を調整可能になされたり、ある
いは、共振コイル（１２）と外側シールド（１３）の間
には、トリミングキャパシタンスが挿入されてもよい。

【００１９】高周波電源（２）としては、共振器（１）
に必要な電圧および周波数の電力を供給し得る電源であ
る限り、Ｒｆジェネレータ等の各種の電源を使用し得
る。例えば、上記の共振器（１）を備えたプラズマ処理
装置に対しては、周波数８０ｋＨｚ〜８００ＭＨｚで
０．５〜５ＫＷ程度の電力を供給可能な高周波発生器が
使用される。

【００２０】具体的には、上記の電源としては、コムデ
ル社（Comdel Inc）製の商品名「ＣＸ−３０００」とし
て知られる固定周波数型の高周波電源（周波数：２７．
１２ＭＨｚ、出力：３ＫＷ）が挙げられる。また、ＩＦ
Ｉ社製の商品名「ＴＣＣＸ３５００」として知られる高
出力の高帯域増幅をヒューレットパッカード社製の商品
名「ＨＰ１１６Ａ」として知られる０〜５０ＭＨｚのパ
ルス発生器と共に使用することにより、８００ｋＨｚ〜
５０ＭＨｚの周波数域で２ｋＷの出力が可能な可変周波
数電源を構成できる。

【００２１】高周波電源（２）は、通常、少なくとも出
力を規定するためのプリアンプを含む制御回路と、所定
出力に増幅するための増幅器とを備えている。すなわ
ち、高周波電源（２）において、制御回路は、操作パネ
ルを通じて予め設定された出力条件に基づいて増幅器の
出力を制御し、増幅器は、共振装置（１）の共振コイル
（１２）に伝送線路（２５）を介して一定の高周波電力
を出力する。なお、伝送線路（２５）は、最初の装置組
立の際に給電位置を微調整するため、共振コイル（１
２）の接地された両端の間の所定位置に可動タップ（２
８）を介して接続されてもよい。

【００２２】ところで、共振コイル（１２）によって構
成される共振器（１）のプラズマ発生回路は、ＲＬＣの
並列共振回路であり、高周波電源（２）の波長と共振コ
イル（１２）の電気的長さを同じにした場合、共振器
（１）の共振条件は、共振器（１）の容量成分や誘導成
分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、
純抵抗になることである。しかしながら、共振器（１）
においては、共振コイル（１２）の電圧部と発生するプ
ラズマとの間の容量結合あるいは容器（１１）とプラズ
マとの間の誘導結合が処理条件（プラズマの種類）によ
って相違するため、処理条件を変更する都度、共振器
（１）における実際のインピーダンスが僅かながら変動
する。

【００２３】そこで、本発明においては、処理条件の変
更に迅速に対応するため、共振コイル（１２）は、共振
器（１）の負荷インピーダンスが高周波電源（２）側の
インピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて接地
位置を選択可能に構成されている。すなわち、本発明の
螺旋共振装置においては、図２に示す様に、予め設定さ
れた幾つかのプロセス条件に対応させて共振コイル（１
２）の接地端子が固定グランドを含めて複数設けられて
おり、稼働に際してプロセス条件に応じて共振コイル
（１２）の接地端子を選択する様になされている。斯か
る構成により、本発明の螺旋共振装置においては、プロ
セス条件の変更に拘わらず、共振器（１）側の負荷イン
ピーダンスを最適に保持することが出来る。

【００２４】具体的には、図２に示す様に、共振コイル
（１２）の接地位置は、共振コイル（１２）と外側シー
ルド（１３）の間に介装された真空リレー（１６）によ
り切替可能になされている。真空リレー（１６）は、周
知の通り、ソレノイド及び接点を真空容器に収容した継
電器であり、外部の制御回路の一般リレーの作動により
開閉する様に回路構成されている。斯かる真空リレー
（１６）は、共振コイル（１２）と外側シールド（１
３）の間の例えば２箇所に挿入される。挿入位置は、予
定されたプロセス条件に応じて、各々、共振器（１）の
インピーダンスが例えば５０オームとなる位置とされ
る。これにより、固定グランド（１４）を含め、共振コ
イル（１２）の接地位置を処理条件の変更に合わせて例
えば３つの中から選択できる。

【００２５】本発明の螺旋共振装置は、基板などにエッ
チング、アッシング、ＣＶＤ等の乾式処理を施す高周波
無電極放電型のプラズマ処理装置に適用される。プラズ
マ処理装置は、図１に示す様に、架台として構成された
水平なベースプレート（４）上に上記の螺旋共振装置の
共振器（１）を配置して構成される。そして、共振器
（１）の下方には、基板（Ｗ）を収容するために例えば
短軸の略有底円筒状に形成された基板処理室（５）がベ
ースプレート（４）の開口部を介して容器（１１）と連
続的する状態で設けられる。

【００２６】基板処理室（５）には、基板（Ｗ）を水平
に保持する短軸円柱状のサセプタ（６）が設けられる。
サセプタ（６）には、一般に使用される静電チャックが
備えられていてもよい。また、サセプタ（６）は、基板
搬送機構（図示省略）によって基板（Ｗ）を装填・排出
するため、昇降可能に構成されていてもよい。なお、基
板（Ｗ）の装填および排出は、基板処理室（５）の周面
に設けられたゲートバルブ（図示省略）を介して行われ
る様になされている。

【００２７】螺旋共振装置の容器（１１）の内部および
基板処理室（５）は、当該基板処理室の底部に取り付け
られた上記の排気管（４１）を通じて所定の真空度に減
圧可能に構成される。また、容器（１１）の内部および
基板処理室（５）は、容器（１１）上端のトッププレー
ト（４２）に設けられた上記のガス供給管（４３）を通
じてプラズマ生成用の材料ガスが供給される様になされ
ている。

【００２８】上記の様なプラズマ処理装置においては、
先ず、被処理物としての基板（Ｗ）が基板処理室（５）
に装填されてサセプタ（６）上に保持される。次いで、
真空ポンプの駆動により、排気管（４１）を通じて減圧
され、容器（１１）及び基板処理室（５）の内部が例え
ば１０〜２０００ミリトールまで減圧される。そして、
容器（１１）内の真空度を維持しつつ、ガス供給管（４
３）を通じてプラズマ用ガスが供給される。

【００２９】プラズマ用ガスとしては、従来の処理装置
と同様に、処理に応じて各種の材料ガスが使用される。
例えば、アッシング処理の場合は、酸素、水素、アルゴ
ン、水などが使用され、また、エッチング処理の場合
は、フッ素、臭素、塩素などが使用される。そして、高
周波電源（２）から共振器（１）の共振コイル（１２）
に例えば２７．１２ＭＨｚ、２ＫＷの高周波電力が供給
される。その結果、共振コイル（１２）が１波長のとき
には周囲に誘導電界が発生し、共振コイル（１２）の電
気的中点に相当する例えば容器（１１）の中間高さの位
置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。

【００３０】上記の様なプラズマ処理装置においては、
プロセスの変更に伴い、供給するプラズマ用ガスの種類
と流量、共振器（１）の容器（１１）の真空度、印加す
る高周波電力が変更される。その結果、プラズマ発生時
の共振器（１）における負荷インピーダンスが異なって
くる。因に、図３は、固定グランドを使用した状態で負
荷インピーダンスが５０オームに調整された共振器
（１）の電気的特性を示しており、図４は、処理条件が
変更されて負荷インピーダンスが６０オームに変化した
共振器（１）の電気的特性を示している。

【００３１】これに対し、本発明の螺旋共振装置は、処
理条件（プロセス条件）に応じて共振コイル（１２）の
接地位置を選択することが出来るため、迅速に対応する
ことが出来る。すなわち、螺旋共振装置においては、処
理条件を変更する都度、共振器（１）におけるインピー
ダンスが変動するが、本発明においては、予め設定され
た幾つかのプロセス条件に対応して複数設けられた共振
コイル（１２）の接地端子を真空リレー（１６）の切替
操作によって選択できるため、プロセス条件の変更に応
じて、プラズマ発生時の共振器（１）側の負荷インピー
ダンスを例えば５０オームに直ちに再設定できる。

【００３２】換言すれば、本発明の螺旋共振装置におい
て、共振コイル（１２）において接地位置を選択可能に
構成された構造は、処理条件に応じて共振器（１）の負
荷インピーダンスを高周波電源（２）側のインピーダン
スに直ちに整合させることが出来る。従って、処理条件
を変更する都度に初期調整を行う必要がなく、共振器
（１）において最適な共振特性が得られ、高周波電力を
最大限に供給できる。因に、図５は、処理条件の変更に
応じて真空リレーをオンにすることにより、負荷インピ
ーダンスが５０オームに再設定されした共振器（１）の
電気的特性を示している。

【００３３】ところで、螺旋共振装置における共振コイ
ル（１２）の電気的な長さは、例えば２７．１２ＭＨｚ
の場合、全波長モードで約１１ｍであるのに対し、共振
器（１）の負荷インピーダンスの調整は、共振コイル
（１２）の給電位置と一方の接地位置との間の約２０ｃ
ｍの長さの間に１ｃｍ程度の間隔で予め設定されたグラ
ンド用端子（固定グランド（１４）、真空リレー（１
６，１６））の選択によって行われる。従って、斯かる
負荷インピーダンスの調整においては、電気的特性の共
振周波数には殆ど影響を与えることなく、インピーダン
スだけを整合させることが出来る。

【００３４】しかしながら、上記の様に共振コイル（１
２）の接地位置を切り替えた場合には、極めて僅かでは
あるが、結果的に共振コイル（１２）の電気的長さが変
わり、共振周波数も変化することになる。また、プラズ
マを発生させた場合の共振コイル（１２）の電圧部とプ
ラズマとの間の上記の容量結合、容器（１１）とプラズ
マの間の上記の誘導結合の変動などにより、共振周波数
が僅かながら変動する。実際には、共振器（１）の無負
荷状態における共振点よりも僅かに高い周波数で共振す
る。その結果、固定された共振周波数では反射波電力が
発生し、高周波電力の転送効率も僅かではあるが低下す
る。

【００３５】そこで、上記の様な共振周波数の僅かな変
動による高周波電力の転送効率の低下を補完するため、
本発明に係る螺旋共振装置の好ましい態様においては、
図６に示す様に、高周波電源（２）には、その出力側に
設置された反射波パワーメータ（２６）によって検出さ
れる反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する
周波数整合器（３）が付設される。

【００３６】周波数整合器（３）は、図６（ａ）に示す
様に、制御用アナログ信号を周波数信号にデジタル変換
するＡ／Ｄコンバータ（３１）、変換された周波数信号
の値と予め設定記憶された発振周波数の値に基づいて発
振周波数を演算する演算処理回路（３２）、演算処理し
て得られた周波数の値を電圧信号にアナログ変換するＤ
／Ａコンバータ（３３）、および、Ｄ／Ａコンバータ
（３３）からの印加電圧に応じて発振する電圧制御発振
器（３４）によって構成される。

【００３７】また、周波数整合器（３）は、Ｄ／Ａコン
バータ（３３）及び電圧制御発振器（３４）に代え、図
６（ｂ）に示す様に、演算処理して得られた周波数の値
をデジタル出力するデジタルＩ／Ｏ（３５）、および、
デジタルＩ／Ｏ（３５）からの信号に応じてデジタル信
号を合成し、斯かる合成信号に基づいて周波数信号を発
生させる直接デジタル合成方式の周波数発生器（３６）
によって構成されていてもよい。

【００３８】すなわち、図６中、分図（ａ）は、アナロ
グ方式の電圧制御発振器が使用された周波数整合器
（３）の態様を示し、分図（ｂ）は、デジタル方式の周
波数発生器が使用された周波数整合器（３）の態様を示
す。以下、図７中における分図の（ａ）及び（ｂ）の区
分も図６と同様の態様区分を示す。

【００３９】周波数整合器（３）は、高周波電源（２）
の出力側に設置された反射波パワーメータ（２６）によ
って検出される反射波電力が最小となる様に、高周波電
源（２）の発振周波数を調整する機能を備えていること
により、実効負荷電力の低下を確実に補完できる。

【００４０】具体的には、増幅器（２４）の出力側に
は、高周波電源（２）の一部としての反射波パワーメー
タ（２６）が設けられ、伝送線路（２５）における反射
波電力を検出し、その電圧信号を周波数整合器（３）の
Ａ／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする様にな
されている。そして、反射波電力が最小となる様に高周
波電源（２）の周波数を増加または減少させる様になさ
れている。これにより、螺旋共振装置（１）で生じた周
波数の僅かな不整合を高周波電源（２）側で補完でき
る。

【００４１】螺旋共振装置においては、上記の様に、高
周波電源（２）から高周波電力を供給されることにより
プラズマを生成する。その際、反射波パワーメータ（２
６）は、反射波電力を検出し、周波数整合器（３）のＡ
／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする。演算処
理回路（３２）は、反射波電力に相当する共振周波数の
ずれ分を演算し、伝送線路（２５）における反射波電力
がゼロに近づく様に、補正された周波数信号を出力す
る。

【００４２】そして、図６（ａ）の態様において、演算
処理回路（３２）は、Ｄ／Ａコンバータ（３３）を介し
て電圧制御発振器（３４）に電圧出力し、電圧制御発振
器（３４）は、螺旋共振装置に適した共振周波数の周波
数信号を増幅器（２４）に与える。一方、図６（ｂ）の
態様において、演算処理回路（３２）は、デジタルＩ／
Ｏ（３５）を介して周波数発生器（３６）にデジタル出
力し、周波数発生器（３６）は、上記と同様の補正され
た周波数信号を増幅器（２４）に与える。

【００４３】すなわち、周波数整合器（３）は、螺旋共
振装置（１）の作動時における共振状態のずれ、換言す
れば、共振周波数の僅かな変動に対応し、信号処理によ
って迅速に応答して正確に共振する周波数の高周波電力
を高周波電源（２）に出力させるため、電力の転送効率
を一層最大限に高めることが出来る。また、周波数整合
器（３）は、機械的な駆動部分がなく且つ伝送線路（２
５）の途中に介在しないため、整合器自体による電力損
失がない。従って、本発明の螺旋共振装置においては、
実際の共振周波数の電力が供給されるため、一層正確な
定在波を形成でき、電位の極めて低い安定したプラズマ
を維持できる。

【００４４】また、周波数整合器（３）は、高周波電源
（２）から出力される電圧と電流の位相差によって発振
周波数を調整する様に構成されていてもよい。すなわ
ち、図７に示す様に、周波数整合器（３）は、共振器
（１）との間に設置された伝送線路（５）上の位相検出
器（７）によって検出される電圧と電流の位相差が０°
となる様に、高周波電源（２）の発振周波数を調整する
機能を備えている。

【００４５】具体的には、高周波電源（２）の出力側に
は、位相検出器（２７）が介装され、伝送線路（２５）
における電圧と電流の位相差を検出し、その電圧信号を
周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）にフィ
ードバックする様になされている。そして、電圧と電流
の位相差が０°となる様に発振周波数を増加または減少
させる様になされている。これにより、周波数整合器
（３）は、共振器（１）における共振周波数の僅かな変
動を高周波電源（２）側で補完することが出来る。

【００４６】すなわち、上記の螺旋共振装置において、
高周波電力によってプラズマを励起させた場合、位相検
出器（２７）は、進行波電力の電圧と電流の位相差を検
出し、周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）
にフィードバックする。演算処理回路（３２）は、位相
ずれに相当する共振周波数のずれ分を演算し、伝送線路
（２５）における進行波電力の位相差が０°となる様
に、前記の所定周波数を増減させる。

【００４７】そして、図６の回路と同様に、図７（ａ）
の態様において、演算処理回路（３２）は、Ｄ／Ａコン
バータ（３３）を介して電圧制御発振器（３４）に電圧
出力し、補正された周波数信号を増幅器（２４）に与え
る。同様に、図７（ｂ）の態様において、演算処理回路
（３２）は、デジタルＩ／Ｏ（３５）を介して周波数発
生器（３６）にデジタル出力し、補正された周波数信号
を増幅器（２４）に与える。

【００４８】換言すれば、図７に示す周波数整合器
（３）は、図６の周波数整合器と同様に、電力損失がな
く、かつ、信号処理によって迅速に応答し、正確に共振
する周波数の高周波を高周波電源（２）に出力させるた
め、共振器（１）に対する電力の転送効率を最大限に高
めることが出来る。その結果、本発明の螺旋共振装置に
おいては、一層正確な定在波を形成でき、電位の極めて
低い安定したプラズマを形成できる。

【００４９】本発明の螺旋共振装置は、電位の極めて低
いプラズマを発生させることが出来るため、従って、ま
た、発生したプラズマを容易に制御できるため、アッシ
ングを含むドライエッチング、イオンエッチング、遠隔
プラズマ蒸着、イオンプラズマ化学蒸着等のプラズマ化
学蒸着などの広範囲の処理技術に利用可能である。そし
て、半導体素子、平坦パネルデイスプレイ、微細加工物
などのデバイスの他、ダイヤモンド、プラスチック等の
素材も処理することが出来る。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振
装置によれば、予め設定された幾つかの処理条件に対応
して複数設けられた共振コイルの接地位置を選択でき、
処理条件の変更に応じて共振器側の負荷インピーダンス
を直ちに整合させることが出来るため、処理条件を変更
する都度に初期調整を行う必要がなく、プロセスを変更
した場合に迅速に対応することが出来、そして、共振器
において最適な共振特性が得られ、高周波電力を最大限
に供給できる。

【００５１】また、反射波電力が最小となる様に発振周
波数を調整する周波数整合器が高周波電源に付設された
プラズマ生成用の螺旋共振装置、ならびに、電圧と電流
の位相差が０°となる様に発振周波数を調整する周波数
整合器が高周波電源に付設されたプラズマ生成用の螺旋
共振装置によれば、周波数整合器が螺旋共振装置の作動
時における共振状態の僅かなずれに対応し、正確に共振
する周波数の高周波電力を高周波電源に出力させるた
め、電力の転送効率を一層最大限に高めることが出来
る。従って、一層正確な定在波を形成でき、電位の極め
て低い安定したプラズマを維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の
螺旋共振装置の概要を示す縦断面図

【図２】共振コイルにおける接地位置の選択手段の一例
を示すブロック図

【図３】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図

【図４】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図

【図５】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の
関係を示す波形図

【図６】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例
を示す回路ブロック図

【図７】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例
を示す回路ブロック図

【符号の説明】

１：共振器１１：容器１２：共振コイル１３：外側シールド１４：固定グランド１５：可動タップ（固定グランド）４１：排気管４３：ガス供給管２：高周波電源２４：増幅器２６：反射波パワーメータ２７：位相検出器３：周波数整合器５：基板処理室６：サセプタＷ：基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米山詩麻夫山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−８ケーイーエム株式会社山梨事業所内 (72)発明者ビノグラードフゲオルギー山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−８ケーイーエム株式会社山梨事業所内 (72)発明者メナガリチヴィリウラジーミル山梨県中巨摩郡白根町下今諏訪907−８ケーイーエム株式会社山梨事業所内Ｆターム(参考） 4K030 FA04 KA15 KA30 5F004 AA01 BA20 BB11 BD01 BD04 CA03 5F045 AA08 BB02 BB16 EH11 EH19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧可能に構成され且つプラズマ用ガス
が供給される容器と、当該容器の外周に巻回された共振
コイルと、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気的
に接地された外側シールドとから成る共振器、ならび
に、前記共振コイルに所定周波数の高周波電力を供給す
る高周波電源を備え、かつ、前記共振コイルの電気的長
さが前記所定周波数における１波長の整数倍または半波
長もしくは１／４波長に相当する長さに設定されたプラ
ズマ生成用の螺旋共振装置において、前記共振コイル
は、前記共振器の負荷インピーダンスが前記高周波電源
側のインピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて
接地位置を選択可能に構成されていることを特徴とする
プラズマ生成用の螺旋共振装置。
【請求項２】共振コイルと外側シールドの間に介装さ
れた真空リレーにより、前記共振コイルの接地位置を切
替可能に構成されている請求項１に記載のプラズマ生成
用の螺旋共振装置。
【請求項３】高周波電源には、その出力側に設置され
た反射波パワーメータによって検出される反射波電力が
最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付
設されている請求項１又は２に記載のプラズマ生成用の
螺旋共振装置。
【請求項４】高周波電源には、その出力側に設置され
た位相検出器によって検出される電圧と電流の位相差が
０°となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付
設されている請求項１又は２に記載のプラズマ生成用の
螺旋共振装置。