JP2000049000A

JP2000049000A - 周波数整合器

Info

Publication number: JP2000049000A
Application number: JP10216768A
Authority: JP
Inventors: Shimao Yoneyama; 詩麻夫米山; Kazufumi Kaneko; 和史金子
Original assignee: KEM KK
Current assignee: KEM KK
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP4120051B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置などの高周波共振装置の負
荷インピーダンスの変動に追従して高周波電源の発振周
波数を整合させることにより、高い転送効率で電源から
電力を供給させ得る周波数整合器を提供する。【解決手段】本発明の周波数整合器は、高周波共振装
置（１）に電力供給する高周波電源（２）の発振周波数
を高周波共振装置（１）の負荷インピーダンスに整合さ
せる。周波数整合器（３）は、反射波パワーメータ
（６）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。また、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周波数整合器に関する
ものであり、詳しくは、プラズマ処理装置などの高周波
共振装置の負荷インピーダンスの変動に追従して高周波
電源の発振周波数を整合させる周波数整合器であって、
当該周波数整合器自体による電力損失がなく、かつ、高
周波共振装置に対し、極めて高い転送効率で電源から電
力を供給させ得る周波数整合器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平３−３２２５０１号、特開平６−
１６８８９６号、特開平６−１６８９１０号、特開平８
−８２３４号、特開平８−１４８５４０号、特開平９−
１８４３３８号などの公報には、半導体基板にドライエ
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を施すための高周波共振装置と
してのプラズマ処理装置が記載されている。

【０００３】上記プラズマ装置は、概略、ガス導入管と
真空系に連結されたガス排出管とを有する反応容器（真
空チャンバー）、および、反応容器の内部に配置された
金属円筒体から主として構成され、金属円筒体を内部電
極またはエッチトンネルとして利用し、高周波電力が供
給されることによって反応容器内でプラズマを励起する
装置である。

【０００４】そして、上記プラズマ処理装置の様な高周
波共振装置には、通常、真空チャンバー側のプラズマ発
生回路（プラズマ源）におけるプラズマ励起時のインピ
ーダンスの変動に対応して電力の転送効率を高めるた
め、可変式コンデンサを含むＬＣ回路によって構成され
たマッチング装置（周波数整合回路）が付設される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記マッチ
ング装置は、可変式コンデンサの駆動によって負荷イン
ピーダンスを調整するため、実際、応答速度が遅く、電
源側に対するインピーダンスの完全な整合が得られな
い。その結果、マッチング装置によっては、負荷インピ
ーダンスに完全に一致した周波数の電力を供給し難く、
電力の転送効率が低いと言う問題がある。特に、上記プ
ラズマ処理装置などにおいては、プラズマ状態が常に変
動するため、電源側との周波数のずれにより、安定した
プラズマが保持できない場合もある。また、上記マッチ
ング装置においては、可変コンデンサ自体による電力損
失も生じる。

【０００６】本発明は、上記の実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、高周波共振装置の負荷インピー
ダンスの変動に追従して高周波電源の発振周波数を整合
させる周波数整合器であって、当該周波数整合器自体に
よる電力損失がなく、かつ、高周波共振装置に対し、極
めて高い転送効率で電源から電力を供給させ得る周波数
整合器を提供することにある。また、本発明の目的は、
プラズマ放電中に負荷インピーダンスが変動し易いプラ
ズマ処理装置に好適な周波数整合器を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は２つ
の要旨から成り、その第１の要旨は、高周波共振装置に
電力供給する高周波電源の発振周波数を前記高周波共振
装置の負荷インピーダンスに整合させる周波数整合器で
あって、当該周波数整合器は、前記高周波電源の出力側
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、前記高周波電源の発振周波
数を調整する機能を備えていることを特徴とする周波数
整合器に存する。

【０００８】上記の周波数整合器は、反射波パワーメー
タによって検出された反射波電力が最小となる様に、高
周波電源の発振周波数を調整し、高周波共振装置におけ
る負荷インピーダンスのずれを高周波電源側で補完させ
る。

【０００９】また、本発明の第２の要旨は、高周波共振
装置に電力供給する高周波電源の発振周波数を前記高周
波共振装置の負荷インピーダンスに整合させる周波数整
合器であって、当該周波数整合器は、前記高周波電源の
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、前記高周波電源の発
振周波数を調整する機能を備えていることを特徴とする
周波数整合器に存する。

【００１０】上記の第２の要旨に係る周波数整合器は、
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、高周波電源の発振周波数を調整し、高周
波共振装置における負荷インピーダンスのずれを高周波
電源側で補完させる。

【００１１】また、上記の第２の要旨に係る周波数整合
器は、高周波電源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、
前記高周波電源の発振周波数を調整する機能を備えてい
てもよい。斯かる態様において、周波数整合器は、反射
波電力が最小となる様に且つ電圧と電流の位相差が０°
となる様に、高周波電源の発振周波数を調整し、高周波
共振装置における負荷インピーダンスのずれを高周波電
源側で補完させる。

【００１２】上記の各周波数整合器における好ましい態
様は、高周波共振装置がプラズマ処理装置である。そし
て、プラズマ処理装置の場合、周波数整合器は、高周波
電源の発振周波数をプラズマ励起前には負荷インピーダ
ンスが最大となる反共振周波数に調整し、プラズマの励
起と共に共振周波数に調整する機能を備えていることに
より、プラズマ処理装置の作動開始の際に一層効率的に
電力を供給できる。

【００１３】更に、上記の各態様において、プラズマ処
理装置には、真空チャンバーの真空度を検出する圧力検
出手段が設けられ、周波数整合器は、予め記憶させた真
空度に対する共振周波数の関係に基づき、前記圧力検出
手段によって検出された真空度に応じて高周波電源の発
振周波数を調整する機能を備えていることにより、より
迅速な応答が可能である。

【００１４】高周波共振装置がプラズマ処理装置の場合
の各態様においては、より短時間でプラズマを励起させ
るため、周波数整合器は、予め記憶した供給電力に対す
る共振周波数の関係に基づき、高周波電源の出力に応じ
て発振周波数を調整する機能を備えていてもよい。

【００１５】更に、上記の各態様において、周波数整合
器は、高周波電源の出力側に設置された反射波パワーメ
ータ及び進行波パワーメータによって検出される反射波
電力および進行波電力に基づき、前記高周波電源の異常
を検出する機能を備えていてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る周波数整合器の実施
形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は、周波数
整合器の各種態様を示すブロック図であり、各々、図１
は、反射波電力によって電源の発振周波数を調整する態
様の図、図２は、電圧と電流の位相差によって電源の発
振周波数を調整する態様の図、図３は、反射波電力なら
びに電圧と電流の位相差によって電源の発振周波数を調
整する態様の図、図４は、真空度によって電源の発振周
波数を調整する態様ならびに反射波電力および進行波電
力によって電源の異常を検出する態様の図である。

【００１７】また、図５〜図９は、高周波共振装置の共
振の諸条件を示す参考のグラフであり、各々、図５は、
高周波共振装置の共振特性の一例を示すグラフ、図６
は、高周波共振装置の共振周波数の変動を示すグラフ、
図７は、高周波共振装置としてのプラズマ処理装置にお
けるチャンバーの真空度とプラズマ周波数の関係を示す
グラフ、図８は、チャンバーの所定真空度における供給
電力と共振周波数の関係を示すグラフ、図９は、反射波
電力および進行波電力の発生状態の一例を示すグラフで
ある。

【００１８】本発明の周波数整合器は、図１に符号
（３）で示す様に、高周波共振装置（１）に電力供給す
る高周波電源（２）の発振周波数を高周波共振装置
（１）の負荷インピーダンスに整合させる周波数整合器
であり、斯かる周波数整合器（３）は、特定の条件を満
足する様に、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。

【００１９】高周波共振装置（１）としては、例えば、
高輝度放電ランプ、誘導加熱装置などが挙げられるが、
典型的には、上記の従来例で示した各公報に記載のプラ
ズマ処理装置が挙げられる。プラズマ処理装置は、プラ
ズマリアクター、ウェハー処理装置、基板処理装置、熱
処理装置、加熱処理装置などの呼称で知られた装置であ
り、基板の処理方式によってバッチ方式、枚葉方式があ
るが、電極を中心としたプラズマの発生構造から、同軸
給電型、対向電極型などの装置が一般的である。

【００２０】また、エッチング、アッシング、蒸着など
の基板処理において、ラジカルによる反応を促進し且つ
イオンダメージを極力低減したり、あるいは、エッチン
グ処理などにおいて、高精度に選択比を規定するために
イオン衝撃を避ける必要がある場合には、全波長モード
で共振する共振コイルを使用した螺旋共振装置が好適で
ある。

【００２１】上記の螺旋共振装置（プラズマ処理装置）
によれば、共振コイルにより定在波を誘導し、チャンバ
ー内部に発生させさた誘導電界によって位相電圧と逆位
相電圧を互いに相殺し、電位がゼロのノードにおいて誘
導性結合により極めて電位の低いプラズマを励起でき
る。螺旋共振装置に関する技術は、国際公開ＷＯ９７
／２１３３２号公報の「誘導結合によるプラズマ放電処
理方法」において開示されている。なお、上記の各プラ
ズマ処理装置におけるインピーダンスは、使用基準など
から、通常は５０オームに設定される。

【００２２】高周波電源（２）としては、高周波共振装
置（１）に必要な電圧および周波数の電力を供給できる
電源である限り、Ｒｆゼネレータ等の適宜の電源を使用
し得る。例えば、上記の共振コイル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。

【００２３】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。

【００２４】高周波電源（２）は、図中に回路の一部が
示されており、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（図示省略）と、所定出力に
増幅するための増幅器（４）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（図示省略）を通じて予め設定された出力条件に基づ
いて増幅器（４）の出力を制御し、増幅器（４）は、高
周波共振装置（１）に伝送線路（５）を介して一定の高
周波電力を出力する。

【００２５】本発明の周波数整合器（３）は、図１
（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（３
２）、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。

【００２６】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
１（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。

【００２７】すなわち、図１中、ブロック図（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、ブロック図（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２〜図４中におけるブロック図の
（ａ）及び（ｂ）の区分も図１と同様の態様区分を示
す。

【００２８】本発明の第１の態様において、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（６）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。これにより、実効負荷電力の
低下を確実に補完できる。

【００２９】具体的には、増幅器（４）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
（６）が設けられ、伝送線路（５）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、高周波共振装置（１）で生じた共振点
のずれ等によるインピーダンスの不整合を高周波電源
（２）側で補完できる。

【００３０】例えば、高周波共振装置（１）としての上
記の螺旋共振装置においては、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（６）は、プラズマの容量
性結合などによる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（５）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。

【００３１】そして、図１（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（４）に与える。一方、図１（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（４）に与える。その結果、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、電気的ポテンシ
ャルの極めて低い安定したプラズマを維持できる。

【００３２】上記の様に、本発明の周波数整合器（３）
は、高周波共振装置（１）の作動時における共振状態の
ずれ、すなわち、インピーダンスの変動に対応し、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
転送効率を最大限に高めることが出来る。また、機械的
な駆動部分がなく且つ伝送線路（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。

【００３３】また、本発明の周波数整合器（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２に示す様に、本発明の第２の態様におい
て、周波数整合器（３）は、高周波共振装置（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。

【００３４】具体的には、高周波電源（２）の出力側に
は、位相検出器（７）が介装され、伝送線路（５）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、高周波共振装置（１）におけるインピーダンスの変
動を高周波電源（２）側で補完することが出来る。

【００３５】上記と同様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
（７）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
相当する周波数のずれ分を演算し、伝送線路（５）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。

【００３６】そして、図１の回路と同様に、図２（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（４）に与え
る。同様に、図２（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（４）に与える。その結果、上記の螺旋共振装
置においては、一層正確な定在波を形成でき、電気的ポ
テンシャルの極めて低い安定したプラズマを形成でき
る。

【００３７】すなわち、図２に示す本発明の周波数整合
器（３）は、図１の態様と同様に、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、電
力の転送効率を最大限に高めることが出来る。

【００３８】また、図３に示す様に、本発明の周波数整
合器（３）は、図２に例示した態様において、図１に示
す機能を併用して高周波電源（２）の発振周波数を調整
する様になされていてもよい。すなわち、本発明の第３
の態様は、図２に示した周波数整合器（３）において、
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（６）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。

【００３９】図３に示す周波数整合器（３）は、図１及
び図２に示す整合器の各構成を備えたものであり、斯か
る構成により、高周波共振装置（１）の作動時における
インピーダンスの変動に一層正確に応答でき、より正確
な共振周波数の高周波電力を高周波電源（２）に出力さ
せることが出来るため、電力の転送効率を一層高めるこ
とが出来る。

【００４０】上記の様な図１〜図３に示す周波数整合器
は、周波数の不整合によって大きな影響を受ける高周波
共振装置に特に好適であり、本発明の第４の態様として
は、高周波共振装置（１）がプラズマ処理装置である場
合が挙げられる。

【００４１】ところで、プラズマ処理装置においては、
最初にプラズマを発生させる際、電圧モードで作動させ
ることによって高い励起エネルギーを与える必要があ
る。例えば、上記の螺旋共振装置においては、共振コイ
ルを含むプラズマ源の共振点が約２９．２ＭＨｚに設定
された処理装置の真空チャンバーに誘導プラズマを形成
する場合、図５に示す様に、約２８．８ＭＨｚに反共振
点、すなわち、負荷インピーダンスが最大となる点が存
在する。そして、共振周波数よりも若干低い反共振点に
相当する周波数の電力を印加することによって容易にプ
ラズマを励起させ得る。

【００４２】そこで、プラズマ処理装置に適用される本
発明の周波数整合器（３）においては、特定の周波数変
更機能が備えられているのが好ましい。すなわち、本発
明の第５の態様において、周波数整合器（３）は、発振
周波数をプラズマ励起前には負荷インピーダンスが最大
となる反共振周波数に調整し、プラズマの励起と共に共
振周波数に調整する機能を備えている。斯かる構成によ
り、本発明の周波数整合器（３）は、より効率的にプラ
ズマを励起でき、しかも、励起後は共振モードの高周波
電力によって安定したプラズマを持続させることが出来
る。

【００４３】また、プラズマ処理装置においては、均一
に基板を処理するため、プラズマ種を生成するための原
料ガス（材料ガス）の供給流量を制御することにより、
真空チャンバー内を一定の真空度に保持し、安定したプ
ラズマを保持する必要がある。そして、真空チャンバー
において励起されたプラズマの周波数は、真空チャンバ
ーの圧力および供給電力が一定の場合、真空チャンバー
の電気的特性に応じて一定の値となる。

【００４４】例えば、図６に示す様に、９標準リットル
／分の流量で酸素を供給し、真空チャンバーの真空度を
２０００ミリトールに維持しつつ、４．５ＫＷの所定周
波数の高周波電力を供給した場合、約２７．０２ＭＨｚ
で誘導結合型プラズマが放電し、数分後は約２７．１２
ＭＨｚ以下の周波数で安定したプラズマを維持する。そ
して、酸素流量の調整により真空チャンバーの圧力を変
化させ、その他は上記と同様の条件でプラズマを励起さ
せた場合には、図７に示す様に、プラズマ周波数の上限
値は圧力の上昇と伴に漸次下降する傾向がある。しか
も、真空チャンバー（プラズマ源）側からの反射波電力
は、真空チャンバーの圧力が約２０００〜４０００ミリ
トールの範囲で最も小さくなる。

【００４５】そこで、プラズマ処理装置に適用する本発
明の好ましい態様においては、真空チャンバーの真空度
によって発振周波数を調整する様になされている。すな
わち、本発明の第６の態様においては、安定したプラズ
マをより短時間で励起させるため、図４に示す様に、高
周波共振装置（１）としてのプラズマ処理装置には、真
空チャンバーの真空度を検出する連成圧力計などの圧力
検出手段（９）が設けられ、そして、周波数整合器
（３）は、予め記憶させた真空度に対する共振周波数の
関係に基づき、圧力検出手段（９）によって検出された
真空度に応じて高周波電源（２）の発振周波数を調整す
る機能を備えている。

【００４６】具体的には、周波数整合器（３）の演算処
理回路（３２）には、データを格納するための記憶部が
設けられており、演算処理回路（３２）には、前記の記
憶部を利用し、真空チャンバーの真空度（圧力）と当該
真空度における適切なプラズマの共振周波数の関係デー
タ、および、真空チャンバーの電気的特性と電源側の発
振周波数の関係データが予め記憶される。

【００４７】上記の周波数整合器（３）は、電力を供給
する際、検出された真空度に応じ、真空チャンバーにお
ける共振周波数が適切な周波数となる様に予め記憶され
たデータに基づいて高周波電源（２）の発振周波数を調
整する。その結果、本発明の周波数整合器（３）は、安
定したプラズマを短時間で励起させことが出来かつ高周
波電力を制御する際により迅速な応答が可能である。

【００４８】また、プラズマ処理装置においては、真空
チャンバーに対する供給電力の大きさによっても励起さ
れたプラズマの周波数が変化する。具体的には、図８に
示す様に、一定の流量で酸素を供給し、真空チャンバー
の真空度を一定に維持しつつ、供給する高周波電力の大
きさを変化させた場合には、プラズマの発生上限の周波
数も変化する。

【００４９】図８は、真空度を１５００ミリトールに保
持し、高周波電源（２）の電力を２．５〜４．５ＫＷの
範囲で漸次大きくした場合、プラズマ周波数が約２７．
０８〜２７．１８ＭＨｚの範囲で変化し、また、真空度
を２０００ミリトールに保持し、電力を同様の範囲で大
きくした場合、プラズマ周波数が約２７．０８〜２７．
１３ＭＨｚの範囲で変化することを示している。

【００５０】そこで、本発明の更に好ましい態様におい
ては、供給電力の大きさによって発振周波数を調整する
様になされている。すなわち、本発明の第７の態様に係
る周波数整合器（３）においては、上記と同様にプラズ
マをより一層短時間で励起させるため、周波数整合器
（３）は、予め記憶した供給電力に対する共振周波数の
関係に基づき、高周波電源（２）の出力に応じて発振周
波数を調整する機能を備えている。

【００５１】具体的には、周波数整合器（３）の演算処
理回路（３２）には、上記の記憶部を利用し、供給電力
とプラズマの共振周波数の関係データ、および、真空チ
ャンバーの電気的特性と電源側の発振周波数の関係デー
タが予め記憶される。そして、周波数整合器（３）は、
高周波電源（２）から高周波電力を供給する際、出力さ
れる電力の大きさに応じて真空チャンバーにおける共振
周波数が適切な周波数となる様に発振周波数を調整す
る。その結果、本発明の周波数整合器（３）は、より一
層短時間でプラズマを励起させことが出来る。

【００５２】上記の各態様に係る本発明の周波数整合器
（３）は、演算処理回路（３２）の演算処理によって発
振周波数を制御するため、当該周波数整合器自体による
電力損失がなく、しかも、負荷インピーダンスの変動に
追従して発振周波数を適切な共振周波数に制御するた
め、高周波共振装置（１）に対して極めて高い転送効率
で高周波電力を供給することが出来る。従って、本発明
の周波数整合器（３）は、特に、安定したプラズマが要
求され且つ励起したプラズマによって負荷インピーダン
スが容易に変動するプラズマ処理装置などに好適であ
り、また、プラズマ処理装置などにおいては、可変コン
デンサを利用したマッチング装置を設ける必要がない。

【００５３】更に、上述の各態様に示す様に、本発明の
周波数整合器（３）は、発振周波数を制御し、高周波共
振装置（１）の共振状態の変動を電源側で補完するもの
であるが、周波数整合器（３）の上記の様な機能から、
高周波電源（２）の異常を検出することも出来る。すな
わち、本発明の周波数整合器（３）は、図４に示す様
に、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（６）及び進行波パワーメータ（８）によって
検出される反射波電力、進行波電力および供給電力の設
定に基づき、高周波電源（２）の異常を検出する機能を
備えていてもよい。

【００５４】本発明の周波数整合器によって高周波電源
（２）の発振周波数を制御し、例えば上記プラズマ処理
装置に高周波電力を供給してプラズマを励起させた場
合、伝送線路（５）（図４参照）における進行波電力お
よび反射波電力は、図９に示す様な経時変化を示す。す
なわち、設定出力を４．５ＫＷに設定した場合、安定し
たプラズマが発生した後は、進行波電力が略４．５ＫＷ
となり、反射波電力が略０となる。

【００５５】そこで、例えば、高周波電源（２）の４．
５ＫＷの設定出力に対し、１０００ｍｓ経過後、進行波
電力の値が４４５５〜４５４５Ｗの範囲（±１％の範
囲）にない場合、または、反射波電力の値が進行波電力
の値の３％以上に達した場合は、高周波電源（２）の異
常と判別することが出来る。すなわち、本発明の周波数
整合器（３）においては、高周波電源（２）の出力に応
じた一定時間経過後の設定出力に対する進行波電力およ
び反射波電力の許容値を予め設定することにより、高周
波電源（２）の異常を検出することが出来る。更に、進
行波電力と反射波電力から実効負荷電力を検出し、高周
波共振装置（１）の異常を検出することも出来る。

【００５６】なお、本発明の周波数整合器は、別個に設
けられた電圧制御発振器や周波数発生器に出力したり、
あるいは、周波数制御可能な発振器を高周波電源に予め
設け、これを制御する様に構成してもよい。また、本発
明の周波数整合器は、高周波電源装置の制御回路の一部
として構成することも出来、更に、本発明を利用し、高
周波共振装置に応じて周波数を自動調整可能な高周波電
源装置を構成することも出来る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の周波数整合
器によれば、演算処理によって発振周波数を制御するた
め、当該周波数整合器自体による電力損失がなく、しか
も、負荷インピーダンスの変動に追従して高周波電源の
発振周波数を適切な共振周波数に制御するため、高周波
共振装置に対して極めて高い転送効率で高周波電力を供
給し得る。従って、本発明の周波数整合器は、特に、安
定したプラズマが要求され且つ励起したプラズマによっ
て負荷インピーダンスが容易に変動するプラズマ処理装
置などに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射波電力によって電源の発振周波数を調整す
る周波数整合器の周波数制御手段を示すブロック図

【図２】電圧と電流の位相差によって電源の発振周波数
を調整するを示すブロック図

【図３】反射波電力ならびに電圧と電流の位相差によっ
て電源の発振周波数を調整するを示すブロック図

【図４】真空度によって電源の発振周波数を調整する周
波数整合器の周波数制御手段ならびに電源の異常を検出
する周波数制御手段を示すブロック図

【図５】高周波共振装置の共振特性の一例を示すグラフ

【図６】高周波共振装置の共振周波数の変動を示すグラ
フ

【図７】プラズマ処理装置におけるチャンバーの真空度
とプラズマ周波数の関係を示すグラフ

【図８】チャンバーの所定真空度における供給電力と共
振周波数の関係を示すグラフ

【図９】反射波電力および進行波電力の発生状態の一例
を示すグラフ

【符号の説明】

１：高周波共振装置２：高周波電源３：周波数整合器３２：演算処理回路３３：Ｄ／Ａコンバータ３４：電圧制御発振器３５：デジタルＩ／Ｏ３６：周波数発生器４：増幅器（ＲＦ増幅器）５：伝送線路６：反射波パワーメータ７：位相検出器８：進行波パワーメータ９：圧力検出手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０３Ｂ 1/00 Ｈ０３Ｂ 28/00 Ｚ 28/00 Ｈ０１Ｌ 21/302 ＢＦターム(参考） 4K030 FA01 FA03 FA04 JA05 JA18 JA19 KA30 KA39 KA41 5F004 BA04 BB11 BB13 BD01 CA03 5F045 AA08 BB20 EH13 EH19 GB06 GB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波共振装置に電力供給する高周波電
源の発振周波数を前記高周波共振装置の負荷インピーダ
ンスに整合させる周波数整合器であって、当該周波数整
合器は、前記高周波電源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、前記高周波電源の発振周波数を調整する機能を備
えていることを特徴とする周波数整合器。
【請求項２】高周波共振装置に電力供給する高周波電
源の発振周波数を前記高周波共振装置の負荷インピーダ
ンスに整合させる周波数整合器であって、当該周波数整
合器は、前記高周波電源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、前記高周波電源の発振周波数を調整する機能を備
えていることを特徴とする周波数整合器。
【請求項３】請求項２に記載の周波数整合器であっ
て、当該周波数整合器は、高周波電源の出力側に設置さ
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、前記高周波電源の発振周波数を調整
する機能を備えている周波数整合器。
【請求項４】高周波共振装置がプラズマ処理装置であ
る請求項１〜３の何れかに記載の周波数整合器。
【請求項５】周波数整合器は、高周波電源の発振周波
数をプラズマ励起前には負荷インピーダンスが最大とな
る反共振周波数に調整し、プラズマの励起と共に共振周
波数に調整する機能を備えている請求項４に記載の周波
数整合器。
【請求項６】プラズマ処理装置には、真空チャンバー
の真空度を検出する圧力検出手段が設けられ、周波数整
合器は、予め記憶させた真空度に対する共振周波数の関
係に基づき、前記圧力検出手段によって検出された真空
度に応じて高周波電源の発振周波数を調整する機能を備
えている請求項４又は５に記載の周波数整合器。
【請求項７】周波数整合器は、予め記憶した供給電力
に対する共振周波数の関係に基づき、高周波電源の出力
に応じて発振周波数を調整する機能を備えている請求項
４〜６の何れかに記載の周波数整合器。
【請求項８】周波数整合器は、高周波電源の出力側に
設置された反射波パワーメータ及び進行波パワーメータ
によって検出される反射波電力および進行波電力に基づ
き、前記高周波電源の異常を検出する機能を備えている
請求項１〜７の何れかに記載の周波数整合器。