JP2003179029A - 高周波電源 - Google Patents

高周波電源

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、プラズマ処理装置における装置用
スペースを削減すると共に、装置の全体構成を簡略化
し、入射波の損失を防止することができる高周波電源を
提供する。 【解決手段】 高周波電源4は、プラズマチャンバ2側
に供給する高周波電力を合成する電力合成器6〜12
と、該合成された高周波電力を制御するパワーモニタ5
とを備え、該電力合成器6に内蔵され、パワーモニタ5
に対して並列に接続されたフェライトから成るサーキュ
レータ13,14によりプラズマチャンバ2側からの反
射波を分岐してダミーロード15,16へ出力し、該ダ
ミーロード15,16により反射波を消費する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電源に関
し、特に、半導体ウエハに対してプラズマ処理を行うプ
ラズマ処理装置用の高周波電源に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造プロセスで
は、高密度のプラズマを生成して半導体ウエハにエッチ
ングを行うプラズマ処理装置が用いられている。プラズ
マ処理装置は、高周波電源によりプラズマチャンバ内に
配置された電極にプラズマ生成用の高周波とプラズマ中
のイオンを引き込むためのバイアス用の高周波とを重畳
して印加する。
【0003】プラズマ処理装置では、高周波電源からプ
ラズマチャンバに出力された入射波(入射電力:Pf)
に対して、プラズマ生成時の負荷インピーダンスの変動
によりプラズマチャンバから反射波(反射電力:Pr)
が戻ってくるので、該反射波から高周波電源を保護する
ために、例えば、反射波を検出して入射波を低下させる
方法や高周波電源とプラズマチャンバ間に反射波を除去
するためのサーキュレータを挿入する方法等が採られて
いる。特に、プラズマ生成用の高周波電源には、プラズ
マ生成時の着火マージンを確保するために高周波電源と
プラズマチャンバ間にサーキュレータを挿入する方法が
有効である。
【0004】図3は、従来のプラズマ処理装置の概略構
成を示すブロック図である。
【0005】図3において、プラズマ処理装置20は、
本体装置であるプラズマチャンバ21と、反射波を最も
少なくするようにプラズマチャンバ21側の入力インピ
ーダンスを高周波電源26側の出力インピーダンスに合
わせるための整合回路であるマッチングボックス22
と、入射波及び反射波を検出してプラズマチャンバ21
に供給する高周波電力の制御を行うパワーモニタ23
と、磁性体から成るサーキュレータ24と、終端抵抗で
あるダミーロード25と、プラズマ生成用の高周波電源
26とを備える。
【0006】高周波電源26は、パワーモニタ23と同
様の機能を備えるパワーモニタ27と、電力を合成して
出力する複数の電力合成器28〜34とを備え、例え
ば、入射波として100MHz、3kWのプラズマ生成
用の高周波を出力する。
【0007】サーキュレータ24は、高周波電源26側
から出力された入射波Pfをプラズマチャンバ21側へ
出力する(Pf´)一方、プラズマチャンバ21側から
戻ってくる反射波Prをダミーロード25に出力する。
ダミーロード25は、サーキュレータ24から出力され
た反射波を消費する。
【0008】プラズマ処理装置20では、プラズマ生成
時の負荷インピーダンスの変動によりプラズマチャンバ
21から発生した反射波が直接高周波電源26に戻って
くることをサーキュレータ24により防止して反射波か
ら高周波電源26を保護している。
【0009】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来のプラズマ処理装置20では、高周波電源26の
外部に大電力用のサーキュレータ24及びダミーロード
25を配置するので、それらに対応する装置用スペース
を広く採る必要があった。
【0010】また、サーキュレータ24は磁性体から成
るので、高周波電源26からの入射波(Pf)がサーキ
ュレータ24を通過すると磁気損失等によりわずかに減
衰(ΔPf=Pf−Pf′)し、その結果、プラズマチ
ャンバ21側に入力する入射波を精度よく制御するため
に、マッチングボックス22の前段にパワーモニタ23
を設置する必要があった。
【0011】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、プラズマ処理装置における装置用スペースを削
減すると共に、装置の全体構成を簡略化し、入射波の損
失を防止することができる高周波電源を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の高周波電源は、少なくとも2つの高
周波電力を合成する電力合成手段と、前記電力合成手段
により合成された高周波電力を制御する制御手段とを備
え、前記制御手段により制御された高周波電力を入射電
力としてプラズマ処理装置に供給する高周波電源におい
て、前記電力合成手段は、前記プラズマ処理装置に供給
された入射電力に対する反射電力を分岐する分岐手段
と、前記分岐手段により分岐された反射電力を消費する
消費手段とを備えることを特徴とする。
【0013】請求項2記載の高周波電源は、請求項1記
載の高周波電源によれば、前記分岐手段は、フェライト
から成る少なくとも2つのサーキュレータが前記制御手
段に対して並列に接続されて成ることを特徴とする。
【0014】請求項3記載の高周波電源は、請求項1又
は2記載の高周波電源について、前記消費手段は、前記
サーキュレータそれぞれに接続された抵抗から成ること
を特徴とする。
【0015】請求項4記載の高周波電源は、請求項1乃
至3のいずれか1項に記載の高周波電源において、少な
くとも2つの高周波電力を合成し、前記電力合成手段に
供給する他の電力合成手段を複数備えることを特徴とす
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0017】図1は、本発明の実施の形態に係る高周波
電源を含むプラズマ処理装置の概略構成を示すブロック
図である。
【0018】図1において、プラズマ処理装置1は、本
体装置であるプラズマチャンバ2と、プラズマチャンバ
2に接続されたマッチングボックス3と、プラズマ生成
用の高周波電源4とを備える。
【0019】プラズマ処理装置1は、プラズマチャンバ
2内に不図示の一対の平行平板電極(上部電極及び下部
電極)を配置して処理ガスを導入すると共に、当該電極
の一方に高周波電源4により高周波を印加して電極間に
高周波電界を形成し、この高周波電界によりプラズマを
生成して半導体ウエハ(以下「ウエハ」という。)にプ
ラズマ処理を行う。
【0020】マッチングボックス3は、可変コンデンサ
及びコイル等から成る回路(不図示)を備え、プラズマ
チャンバ2側の入力インピーダンスを高周波電源4側の
出力インピーダンスに合わせるための整合回路である。
特に、マッチングボックス3の入力側をみたインピーダ
ンスと高周波電源4の出力側をみたインピーダンスとが
同じ(50Ω)になるように設定されている。
【0021】高周波電源4は、プラズマチャンバ2に進
行する入射波(入射電力:Pf)及びプラズマ生成時の
負荷インピーダンスの変動によりプラズマチャンバ2か
ら戻ってくる反射波(反射電力:Pr)を検出して高周
波電力を制御するパワーモニタ5と、電力を合成する複
数の電力合成器6〜12とを備え、入射波として100
MHz、3kWのプラズマ生成用の高周波を出力する。
【0022】一般に、高周波電源で大電力を得るには、
一つの増幅素子の出力が200〜300W程度と限られ
ているので電力合成が必要となる。特に、100MH
z、3kWの高周波を出力する場合は、図示した数に限
られず、複数の電力合成器6〜12を複数段接続して電
力合成を行う。
【0023】電力合成器7〜12は、ウィルキンソン型
合成器から成る。電力合成器6は、他の電力合成器7〜
12と異なり、フェライト(磁性体)から成るサーキュ
レータ13,14と、終端抵抗であるダミーロード1
5,16とで構成される。電力合成器6は、サーキュレ
ータ13,14を図示のようにパワーモニタ5に対して
並列に接続することにより電力合成器として機能し、電
力合成器7からの出力と電力合成器8からの出力とを合
成して出力する。
【0024】図2は、図1における電力合成器7〜12
の電力合成方法を説明する説明図である。本合成方法
は、一般に、1/4波長(1/4λ)の同軸ケーブルに
よるインピーダンス変換を応用したウィルキンソン型合
成・分配方式と呼ばれている。
【0025】図2において、30,31は1/4λでイ
ンピーダンスが70Ωの同軸ケーブルである。Rxは、
P1〜P2間のアイソレーションを保つために配置され
た抵抗分である。図示のように、電力合成器7〜12を
接続することにより電力を合成することができる。
【0026】図1に戻って、サーキュレータ13,14
は、電力合成器7,8から入力された各高周波電力を合
成して入射波としてパワーモニタ5へ出力する一方、プ
ラズマチャンバ2からパワーモニタ5を介して戻ってく
る反射波をフェライトの磁気共鳴現象を利用してダミー
ロード15,16にそれぞれ出力する。ダミーロード1
5,16へ出力された反射波は、ダミーロード15,1
6内の各抵抗分により消費される。
【0027】このように、プラズマ生成時の負荷インピ
ーダンス変動によりプラズマチャンバ2から発生した反
射波をサーキュレータ13,14を介してダミーロード
15,16により消費させることで反射波から最終段で
ある高周波電源4を保護すると共に、プラズマチャンバ
2に対して安定したエネルギを供給することができる。
【0028】サーキュレータ13,14が高周波電源4
の外部にある場合は、高周波電源4の出力が負荷である
プラズマチャンバ2の状態に関わらず一定出力となるの
で、入射波の制御においてはマッチングボックス3の入
力側にパワーモニタ5を設けて高周波電源4本体とのパ
ワーフィードバックを行わなければならない。本実施の
形態では、サーキュレータ13,14による電力合成に
より高周波電源4内部にて入射波の処理を行うことがで
き、装置全体の構成がシンプルとなる。
【0029】上記実施の形態によれば、高周波電源4内
の電力合成器6に備わるフェライトから成るサーキュレ
ータ13,14によりプラズマチャンバ2側からの反射
波を分岐してダミーロード15,16へ出力し、該ダミ
ーロード15,16により反射波を消費するので、プラ
ズマ処理装置における装置用スペースを削減すると共
に、装置の全体構成を簡略化し、入射波の損失を防止す
ることができる。
【0030】また、電力合成器6内では、2つのサーキ
ュレータ13,14をパワーモニタ5に対して並列に接
続しているので、電力合成器を利用することなく2つの
高周波電力を合成して取り出すことができる。さらに、
サーキュレータ13,14に接続されたダミーロード1
5,16を高周波電源4の電力増幅部(不図示)の冷却
装置内に取り付けることができるので、装置用スペース
を削減することができる。
【0031】上記実施の形態では、サーキュレータ1
3,14を別個に設けているが一体としてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1記
載の高周波電源によれば、少なくとも2つの高周波電力
を合成する電力合成手段において、分岐手段がプラズマ
処理装置に供給された入射電力に対する反射電力を分岐
し、消費手段が分岐された反射電力を消費するので、プ
ラズマ処理装置における装置用スペースを削減すると共
に、装置の構成を簡略化し、入射波の損失を防止するこ
とができる。
【0033】請求項2記載の高周波電源によれば、分岐
手段は、フェライトから成る少なくとも2つのサーキュ
レータが制御手段に対して並列に接続されて成るので、
電力合成器を利用することなく2つの高周波電力を合成
して取り出すことができる。
【0034】請求項3記載の高周波電源によれば、消費
手段は、前記サーキュレータにそれぞれ接続された抵抗
から成るので、高周波電源内の電力増幅部の冷却装置内
に取り付けて使用することができ、装置用スペースを削
減することができる。
【0035】請求項4記載の高周波電源によれば、少な
くとも2つの高周波電力を合成し、前記電力合成手段に
供給する他の電力合成手段を複数備えるので、所望の高
周波電力を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る高周波電源を含むプ
ラズマ処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】図1における電力合成器7〜12の電力合成方
法を説明する説明図である。
【図3】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
1 プラズマ処理装置 2 プラズマチャンバ 3 マッチングボックス(整合回路) 4 高周波電源 5 パワーモニタ 6,7,8,9,10,11,12 電力合成器 13,14 サーキュレータ 15,16 ダミーロード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大瀬 剛 東京都港区赤坂五丁目3番6号 TBS放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 高平 淳一 埼玉県新座市畑中3丁目1番1号 株式会 社東京ハイパワー内 Fターム(参考) 5F004 AA16 BA04 BB11

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2つの高周波電力を合成する
    電力合成手段と、前記電力合成手段により合成された高
    周波電力を制御する制御手段とを備え、前記制御手段に
    より制御された高周波電力を入射電力としてプラズマ処
    理装置に供給する高周波電源において、 前記電力合成手段は、前記プラズマ処理装置に供給され
    た入射電力に対する反射電力を分岐する分岐手段と、 前記分岐手段により分岐された反射電力を消費する消費
    手段とを備えることを特徴とする高周波電源。
  2. 【請求項2】 前記分岐手段は、フェライトから成る少
    なくとも2つのサーキュレータが前記制御手段に対して
    並列に接続されて成ることを特徴とする請求項1記載の
    高周波電源。
  3. 【請求項3】 前記消費手段は、前記サーキュレータそ
    れぞれに接続された抵抗から成ることを特徴とする請求
    項1又は2記載の高周波電源。
  4. 【請求項4】 少なくとも2つの高周波電力を合成し、
    前記電力合成手段に供給する他の電力合成手段を複数備
    えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に
    記載の高周波電源。
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