JP2003077893A

JP2003077893A - プラズマリアクター

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Publication number: JP2003077893A
Application number: JP2001263157A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Kaneko; 和史金子; Taira Murakami; 平村上
Original assignee: KEM KK
Current assignee: KEM KK
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-14
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP4178775B2

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リアクターであって、設
置時や処理条件の変更時に共振周波数やインピーダンス
の機械的調整を一層容易に行い得るプラズマリアクター
を提供する。【解決手段】プラズマリアクターは、反応容器（１
１）、共振コイル（１２）及び外側シールド（１３）か
ら成る螺旋共振器（１）、被処理物（Ｗ）を収容する処
理室（５）、共振コイル（１２）に高周波電力を供給す
る高周波電源（２）、ならびに、高周波電源（２）の発
振周波数を制御する周波数整合器（３）を備えている。
そして、高周波電源（２）に出力される周波数信号の値
を螺旋共振器（１）の共振周波数の値として表示可能で
且つ螺旋共振器（１）からの反射波電力の値を表示可能
な表示装置（８）により、螺旋共振器（１）の共振周波
数を視認できる様になされている。

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
マリアクターであって、共振周波数およびインピーダン
スの機械的調整を容易に行うためにプラズマ生成時の共
振特性を表示する様にしたプラズマリアクターに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマリアクターは、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、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、形質変化などを防止するため、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。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
ン衝撃を避けることが望まれる。

【０００３】従来のプラズマリアクターは、組立設置後
はマッチングボックス（インピーダンス整合用のネット
ワーク回路）により共振周波数およびインピーダンスを
電源側に整合させているため、電源から供給される高周
波電力は、マッチングボックスとプラズマリアクターで
消費される。すなわち、従来のプラズマリアクターにお
いては、機械組付けの誤差による電気的な特性のばらつ
きをマッチングボックスにより吸収しており、実際にプ
ラズマリアクターで消費する電力はばらついている。従
って、一様な処理を安定して行うのが難しいと言う問題
がある。

【０００４】これに対し、本発明者等は、先に、電位の
一層低いプラズマを生成可能な「プラズマ生成用の螺旋
共振装置」ならびにこれを利用したプラズマリアクター
（プラズマ処理装置）を提案している（特開平１１−１
６２６９７号公報））。斯かるプラズマリアクターは、
減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される反
応容器と、反応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螺旋共振器、反応容器に連続
して設けられ且つ被処理物を収容する処理室、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から
主に構成される。

【０００５】上記の螺旋共振器は、特定の波長モードで
共振する螺旋共振コイルによって定在波を誘導し、反応
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。しか
も、螺旋共振器は、従来の平行平板型などの共振器では
実現できない、プラズマ発生回路の電気特性を機械的に
調整する機構を備えている。

【０００６】更に、上記の公報に記載のプラズマリアク
ターにおいては、実際にプラズマを発生させた場合に生
じる螺旋共振器の共振特性の変動を電源側で補完するた
めの電源制御手段としての周波数整合器が設けられてい
る。斯かる周波数整合器は、プラズマが発生した際の螺
旋共振器からの反射波電力を検出し、反射波電力が最小
となる様に高周波電源の周波数を増減させる機能を有す
る。

【０００７】すなわち、プラズマを発生させた場合に
は、螺旋共振器とプラズマとの間の容量結合や誘導結合
により、僅かではあるが、螺旋共振器の本来の共振特性
に対して共振状態のずれが発生し、その結果、共振コイ
ル側の定在波が乱れ、プラズマ電位が若干高くなり、更
に、プラズマによる容量結合や誘導結合の変動により、
電源側とのインピーダンスの整合性を損うため、電源か
ら共振コイルに至る伝送線路において反射波電力により
実効負荷電力の低下を惹起するが、上記の周波数整合器
を使用した場合には、高周波電源の発振周波数を螺旋共
振器の実際の共振周波数に整合させることが出来るた
め、電力の転送効率を高めることが出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の様な
プラズマリアクターにおいては、周波数整合器によって
高周波電源の発振周波数を制御するにせよ、電力の転送
効率をより高め、電位のより一層低いプラズマを発生さ
せるためには、本来、螺旋共振器の共振特性と高周波電
源の電気的特性（発振周波数およびインピーダンス）は
一致しているのが好ましい。従って、プラズマリアクタ
ーの最初の設置時や処理条件の変更時には、プラズマを
励起した状態の螺旋共振器の特性が高周波電源の特性に
整合する様に正確に調整すべきである。

【０００９】しかしながら、例えば、螺旋共振器の共振
周波数の調整は、シグナルジェネレーターあるいは周波
数カウンターの様な周波数の変更可能な測定器で稼働時
の反射波の周波数を計測し、共振コイルの接地位置を調
整しなければならず、また、インピーダンスの調整は、
反射波電力計（パワーメーター）で稼働時の反射波電力
を計測し、共振コイルに対する給電位置を調整しなけれ
ばならない。換言すれば、何れの調整においても、計測
作業に熟練を必要とし、そして、多くの手間を必要とす
る。

【００１０】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、プラズマ生成用の螺旋共振を使
用し、半導体基板などにエッチング、アッシング、ＣＶ
Ｄ等の処理を施すプラズマリアクターであって、設置時
や処理条件の変更時に共振周波数および負荷インピーダ
ンスの機械的調整を一層容易に行うことが出来、螺旋共
振器の電気的特性のばらつきをなくして一層安定したプ
ラズマを生成し得るプラズマリアクターを提供すること
にある。

【００１１】

【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リアクターは、減圧可能に構
成され且つプラズマ用ガスが供給される反応容器と、当
該反応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
ールドとから成る螺旋共振器、前記反応容器に連続して
設けられ且つ被処理物を収容する処理室、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、な
らびに、前記螺旋共振器からの反射電力が最小となる様
に前記高周波電源の発振周波数を制御する周波数整合器
を備えたプラズマリアクターであって、前記周波数整合
器から前記高周波電源に出力される周波数信号の値を前
記螺旋共振器の共振周波数の値として表示可能で且つ当
該周波数信号における螺旋共振器からの反射波電力の値
を表示可能な表示装置が設けられていることを特徴とす
る。

【００１２】すなわち、上記プラズマリアクターにおい
ては、特定の表示装置により、プラズマ発生状態におけ
る螺旋共振器の共振特性としての共振周波数および螺旋
共振器からの反射波電力を直ちに視認できる。従って、
表示装置に表示される共振周波数の値に基づき、共振コ
イルの接地位置を簡単に調整でき、螺旋共振器の共振周
波数を所定値に正確に設定できる。また、反射波電力が
０Ｗとなる様に給電位置を調整でき、螺旋共振器のイン
ピーダンスを所定値に正確に設定できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマリアクター
の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、プラズ
マリアクターの構造の概要を示す縦断面図および螺旋共
振器の共振周波数を表示する表示装置の構成を示すブロ
ック図である。図２は、高周波電源に設けられた周波数
整合器の構成例を示すブロック図である。図３は、表示
装置における螺旋共振器の共振周波数の表示の一例を示
す図である。図４は、表示装置における螺旋共振器の反
射波電力の表示の一例を示す図である。

【００１４】本発明のプラズマリアクターは、半導体基
板や半導体素子にエッチング、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リアクタ
ーである。斯かるプラズマリアクターは、図１に示す様
に、プラズマを生成するための螺旋共振器（１）、半導
体基板などの被処理物（Ｗ）を収容する処理室（５）、
螺旋共振器（１）に高周波電力を供給する高周波電源
（２）、および、高周波電源（２）の発振周波数を制御
する周波数整合器（３）を備えており、例えば、架台と
しての水平なベースプレート（４）の上部に前記の螺旋
共振器（１）を配置し、ベースプレート（４）の下部に
処理室（５）を配置して構成される。

【００１５】螺旋共振器（１）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反応容器（１１）と、
当該反応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）とから構成される。

【００１６】反応容器（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。反応容器（１１）は、通常、軸線が垂直に
なる様に配置され、トッププレート（４２）及び処理室
（５）によって上下端を気密に封止される。反応容器
（１１）の下方の処理室（５）には、真空ポンプに接続
され且つ反応容器（１１）及び処理室（５）の内部を真
空引きするための排気管（４１）が設けられ、反応容器
（１１）の上部のトッププレート（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。

【００１７】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。

【００１８】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、反応容器（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。

【００１９】共振コイル（１２）の両端は電気的に接地
されるが、共振コイル（１２）の少なくとも一端は、装
置の最初の設置の際または処理条件の変更の際に当該共
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、装置の最初の設置の
際または処理条件の変更の際に共振コイル（１２）のイ
ンピーダンスを微調整するため、共振コイル（１２）の
接地された両端の間には、可動タップ（２８）によって
給電部が構成される。

【００２０】すなわち、共振コイル（１２）は、電気的
に接地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源
（２）から電力供給される給電部を各グランド部の間に
備え、しかも、少なくとも一方のグランド部は、位置調
整可能な可変式グランド部とされ、そして、給電部は、
位置調整可能な可変式給電部とされる。共振コイル（１
２）が可変式グランド部および可変式給電部を備えてい
る場合には、後述する様に、螺旋共振器（１）の共振周
波数および負荷インピーダンスを調整するにあたり、よ
り一層簡便に調整することが出来る。

【００２１】更に、共振コイル（１２）の一端（もしく
は他端または両端）には、位相およ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、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（１
２）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。

【００２２】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形成される。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。

【００２３】被処理物（Ｗ）を収容する上記の処理室
（５）は、例えば短軸の略有底円筒状に形成され、そし
て、共振器（１）の下方にベースプレート（４）の開口
部を介して反応容器（１）と連続的する状態で設けられ
る。処理室（５）には、被処理物（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）によって被処理物（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、被処理
物（Ｗ）の装填および排出は、処理室（６）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。

【００２４】高周波電源（２）としては、共振コイル
（１２）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
でき、例えば、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。

【００２５】具体的には、高周波電源（２）としては、
コムデル社（Comdel Inc）製の商品名「ＣＸ−３００
０」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、ＩＦＩ社製の商品名「ＴＣＣＸ３５００」として
知られる高出力の高帯域増幅器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０〜５
０ＭＨｚのパルス発生器と共に使用することにより、８
００ｋＨｚ〜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。

【００２６】高周波電源（２）は、図２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（２４）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（２４）の出力を制御し、増幅器（２４）
は、螺旋共振器（１）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、増幅器（２４）の出力
側には、高周波電源（２）の一部としての伝送線路（２
５）における反射波電力を検出するための反射波電力計
（反射波パワーメーター）（２６）が設けられる。

【００２７】また、本発明のプラズマリアクターにおい
ては、高周波電源（２）の発振周波数を制御する周波数
整合器（３）が設けられる。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。

【００２８】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。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。

【００２９】上記の周波数整合器（３）は、螺旋共振器
（１）からの反射電力が最小となる様に高周波電源
（２）の発振周波数を制御する機能を備えている。すな
わち、高周波電源（２）の出力側に設置された反射波電
力計（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。これにより、実効負荷電力の低下を低減
することが出来る。

【００３０】具体的には、増幅器（２４）の出力側に
は、上記の反射波電力計（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、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）側で補完することが出
来る。

【００３１】ところで、前述した様に、電力の転送効率
をより高め、電位のより一層低いプラズマを発生させる
ためには、プラズマリアクターの設置時や処理条件の変
更時に螺旋共振器（１）の共振特性を予め高周波電源の
特性に整合させることが重要である。そこで、本発明に
おいては、螺旋共振器（１）の調整を容易にするため、
図１に示す様に、周波数整合器（３）から高周波電源
（２）に出力される周波数信号の値を螺旋共振器（１）
の共振周波数の値として表示可能で且つ当該周波数信号
における螺旋共振器からの反射波電力の値を表示可能な
表示装置（８）が設けられる。

【００３２】周波数整合器（３）は、上記の様に、螺旋
共振器（１）からの反射電力が最小となる様に高周波電
源（２）の発振周波数を制御する機能を備えている。す
なわち、螺旋共振器（１）を稼働させた場合、周波数整
合器（３）は、そのときの螺旋共振器（１）の共振周波
数と同等の周波数の周波数信号を増幅器（２４）に出力
する。従って、螺旋共振器（１）の共振周波数を調整す
る場合には、周波数整合器（３）から出力される周波数
信号の値を表示装置（８）に表示することにより、これ
を螺旋共振器（１）の共振周波数の値として参照するこ
とが出来る。具体的には、図２に示す各周波数整合器
（３）においては、演算処理回路（３２）で演算された
発振周波数のデジタル信号をＤ／Ａコンバータ（３７）
によりアナログ信号に変換してモニタ信号として出力す
る様になされている。

【００３３】そして、螺旋共振器（１）の負荷インピー
ダンスを調整する場合には、高周波電源（２）の反射波
電力計（２６）から出力される値を表示装置（８）に表
示することにより、これを螺旋共振器（１）のインピー
ダンスの値として参照することが出来る。具体的には、
高周波電源（２）の反射波電力計（２６）の出力信号の
一部をモニタ信号として出力する様になされている。

【００３４】また、螺旋共振器（１）においてプラズマ
を発生させる場合、点火直後から定常状態に至る間は、
プラズマの状態により螺旋共振器（１）の共振周波数お
よび負荷インピーダンスが変動する。そこで、プラズマ
の安定した状態を確認するため、表示装置（８）は、周
波数信号の値および反射波電力の値を時系列に表示可能
に構成されているのが好ましい。

【００３５】具体的には、表示装置（８）を含む表示シ
ステムは、例えば、周波数整合器（３）から出力される
周波数信号の値および反射波電力計（２６）から出力さ
れる反射波電力の値をリアルタイムにコンピュータ
（７）にデータとして取り込み、取り込んだデータをコ
ンピュータ（７）において逐次保持すると共に、周波数
と時間ならびに反射波電力と時間を軸としたグラフとし
て表示装置（８）に画像表示する様に構成される（図３
及び図４参照）。

【００３６】上記の様なプラズマリアクターにおいて
は、先ず、基板などの被処理物（Ｗ）が処理室（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、反応容器（１１）及び処理室（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、反
応容器（１１）内の真空度を維持しつつ、ガス供給管
（４３）を通じてプラズマ用ガスが供給される。

【００３７】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）の周囲に誘導電
界が発生し、反応容器（１１）の内部にドーナツ状の誘
導プラズマが励起される。

【００３８】また、プラズマを発生させた場合、周波数
整合器（３）は、僅かなガスの流量変動や電圧変動によ
る螺旋共振器（１）の共振状態のずれ、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、電力の転送効率を高めること
が出来る。

【００３９】上記の様なプラズマ処理装置においては、
例えば、処理条件を変更する場合、供給するプラズマ用
ガスの種類と流量、螺旋共振器（１）の反応容器（１
１）の真空度、印加する高周波電力などを変更するた
め、螺旋共振器（１）の本来の共振特性が異なってく
る。すなわち、共振コイル（１２）の電圧部とプラズマ
との間の容量結合あるいは反応容器（１１）とプラズマ
との間の誘導結合が変化する。その結果、プラズマを発
生させた場合には、螺旋共振器（１）の共振周波数が許
容範囲（２７．１２±０．０１ＭＨｚ）から外れること
がある（図３（ｂ）及び（ｃ）参照）。そこで、処理条
件を変更した場合には、プラズマ発生状態（定常状態）
における螺旋共振器（１）の共振周波数を表示装置
（８）によって確認した後、必要に応じて螺旋共振器
（１）の共振コイル（１２）の固定グランド（１４）と
可動タップ（１５）の間であるグランド間の長さを調整
する。

【００４０】例えば、図３（ｂ）に示す様に、表示装置
（８）に表示された螺旋共振器（１）の共振周波数が上
記の許容範囲よりも低い場合には、共振コイル（１２）
の両端のグランド部の間の距離を短くする。具体的に
は、可変式グランド部としての可動タップ（１５）を操
作し、可動タップ（１５）と固定グランド（１４）の間
の距離を短くする。これにより、螺旋共振器（１）の共
振周波数を高めて上記の許容範囲に設定することが出来
る（図３（ａ）参照）。

【００４１】これに対し、図３（ｃ）に示す様に、表示
装置（８）に表示された螺旋共振器（１）の共振周波数
が上記の許容範囲よりも高い場合には、共振コイル（１
２）の両端のグランド部の間の距離を長くする。すなわ
ち、可変式グランド部としての可動タップ（１５）を操
作し、可動タップ（１５）と固定グランド（１４）の間
の距離を長くする。これにより、螺旋共振器（１）の共
振周波数を高めて上記の許容範囲に設定することが出来
る（図３（ａ）参照）。

【００４２】また、上記の様に螺旋共振器（１）の共振
周波数を調整した後は、螺旋共振器（１）の負荷インピ
ーダンスを高周波電源（２）のインピーダンスに一致さ
せる。螺旋共振器（１）の負荷インピーダンスの調整
は、表示装置（８）によって反射波電力を確認した後、
螺旋共振器（１）の共振コイル（１２）における給電部
の位置調整によって行う。螺旋共振器（１）の負荷イン
ピーダンスが高周波電源（２）のインピーダンス（例え
ば５０Ω）よりも高い場合あるいは低い場合には反射波
が発生し、その値は例えば５０Ωよりも小さくなればな
るほど又は大きくなればなるほど大きな値となり表示装
置（８）に表示される（図４（ａ）参照）。

【００４３】螺旋共振器（１）の負荷インピーダンスが
例えば５０Ωよりも高い場合は、共振コイル（１２）の
給電部としての可動タップ（２８）を操作し、固定グラ
ンド（１４）と可動タップ（２８）の距離を短くするこ
とにより、反射波電力の値が０Ｗとなる様に螺旋共振器
（１）の負荷インピーダンスを下げる。他方、螺旋共振
器（１）の負荷インピーダンスが例えば５０Ωよりも低
い場合は、可動タップ（２８）を操作し、固定グランド
（１４）と可動タップ（２８）の距離を長くすることに
より、反射波電力の値が０Ｗとなる様に螺旋共振器
（１）の負荷インピーダンスを上げる。斯かる操作によ
り、螺旋共振器（１）の負荷インピーダンスを高周波電
源（２）のインピーダンスに一致させることが出来る
（図４（ｂ）参照）。

【００４４】上記の様に、本発明のプラズマリアクター
においては、表示装置（８）により、プラズマ発生状態
における螺旋共振器（１）の共振特性としての共振周波
数および反射波電力を直ちに視認できるため、表示装置
（８）の表示に基づいて共振コイル（１２）の接地位置
および給電位置を極めて簡単に調整でき、設置当初や処
理条件変更時における螺旋共振器（１）の共振周波数な
らびに負荷インピーダンスを正確に設定できる。

【００４５】特に、周波数整合器（３）から高周波電源
（２）に出力される周波数信号の値を螺旋共振器（１）
の共振周波数の値として時系列に表示可能で且つ螺旋共
振器（１）からの反射波電力の値を時系列に表示可能に
表示装置（８）が構成されている場合には、プラズマの
定常状態を確認できるため、その条件下での螺旋共振器
（１）の本来の共振周波数および負荷インピーダンスを
より正確に設定できる。その結果、本発明のプラズマリ
アクターにおいては、電気的特性のばらつきを最小限に
抑えることが可能であり、電力の転送効率をより高め、
電位のより一層低い安定したプラズマを発生させること
が出来る。

【００４６】なお、本発明のプラズマリアクターにおい
ては、表示装置（８）によって高周波電源から供給され
る電力、反応容器（１１）内の圧力、ガスの種類および
流量などを表示することにより、機械的調整や運転制御
に利用することが出来る。高周波電源（２）の発振を制
御する周波数整合器（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、周波数整合
器（３）は、伝送線路（２５）上に設置されたの位相検
出器（図示省略）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てもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係るプラズマリアクターによれ
ば、特定の表示装置により、プラズマ発生状態における
螺旋共振器の共振周波数および反射波電力を直ちに視認
できるため、共振コイルの接地位置および給電位置を極
めて簡単に調整でき、設置当初や処理条件変更時におけ
る螺旋共振器の共振周波数および負荷インピーダンスを
正確に設定できる。特に、表示装置が周波数整合器の周
波数信号の値を時系列に表示可能で且つ螺旋共振器から
の反射波電力の値を時系列に表示可能に構成されている
場合には、プラズマの定常状態を確認できるため、螺旋
共振器の共振周波数および負荷インピーダンスをより正
確に設定できる。従って、本発明に係るプラズマリアク
ターによれば、電気的特性のばらつきを最小限に抑える
ことが可能であり、電力の転送効率をより高め、電位の
より一層低い安定したプラズマを発生させることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマリアクターの構造の概要を示す縦断面
図および螺旋共振器の共振周波数を表示する表示装置の
構成を示すブロック図

【図２】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例
を示すブロック図

【図３】表示装置における螺旋共振器の共振周波数の表
示の一例を示す図

【図４】表示装置における螺旋共振器の反射波電力の表
示の一例を示す図

【符号の説明】

１：螺旋共振器１１：反応容器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（可変式グランド）４１：排気管４３：ガス供給管２：高周波電源２４：増幅器２６：反射波電力計２８：可動タップ（可変式給電部）３：周波数整合器５：処理室６：サセプタＷ：被処理物

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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
が供給される反応容器と、当該反応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螺旋共振
器、前記反応容器に連続して設けられ且つ被処理物を収
容する処理室、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、ならびに、前記螺旋共振器か
らの反射電力が最小となる様に前記高周波電源の発振周
波数を制御する周波数整合器を備えたプラズマリアクタ
ーであって、前記周波数整合器から前記高周波電源に出
力される周波数信号の値を前記螺旋共振器の共振周波数
の値として表示可能で且つ当該周波数信号における螺旋
共振器からの反射波電力の値を表示可能な表示装置が設
けられていることを特徴とするプラズマリアクター。
【請求項２】表示装置は、周波数信号および反射波電
力の値を時系列に表示可能に構成されている請求項１に
記載のプラズマリアクター。
【請求項３】螺旋共振器の共振コイルの電気的長さ
が、高周波電源の発振周波数における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
れている請求項１又は２に記載のプラズマリアクター。
【請求項４】螺旋共振器の共振コイルは、電気的に接
地されたグランド部を両端に備え且つ高周波電源から電
力供給される給電部を各グランド部の間に備え、しか
も、少なくとも一方のグランド部は、位置調整可能な可
変式グランド部であり、そして、給電部は、位置調整可
能な可変式給電部である請求項１〜３の何れかに記載の
プラズマリアクター。