JP2005150260A - プラズマｃｖｄ装置の給電システム及び給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力分配部による高周波電力の分配が不均一になったことを検知し、また、電力分配部を保護し、且つ高周波電力の供給を均一にすることができるプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法を提供すること。
【解決手段】本発明によるプラズマＣＶＤ装置１０の給電システム２０は、高周波電源２１と、高周波電源２１に接続された電力分配部２２と、電力分配部２２に接続された制御部２３とを備える。電力分配部２２は、入力部２４と、複数の出力部２５と、監視部２６とを備える。高周波電源２１は、高周波電力を入力部２４に供給する。電力分配部２２は、供給された高周波電力を複数の出力部２５に分配する。監視部２６は、高周波電力が複数の出力部２５に不均一に分配されたことを知らせる第一信号２８を制御部２３に出力する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関し、特にプラズマＣＶＤ装置の給電システム、及びプラズマＣＶＤ装置への給電方法に関する。

太陽電池などの製造工程における半導体層の製膜時に使用される装置としてプラズマＣＶＤ装置が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、放電電極と、その放電電極に対向するように配置される接地電極を、真空容器内に備える。接地電極にはヒータが内蔵される。半導体膜が蒸着される被処理体としての基板は、その接地電極上に保持される。放電電極には高周波電源により高周波電圧が印加される。所望の半導体膜の材料を含む材料ガスを真空容器に導入し、放電電極に高周波電圧を印加すると、放電電極と基板との間の領域の材料ガスがプラズマ状態になる。気相の材料ガスが活性化されることにより、基板表面に所望の半導体膜、例えばアモルファスシリコン膜が蒸着する。

プラズマＣＶＤ装置内の放電電極として、ラダー電極が知られている。ラダー電極は複数の電極棒を有し、その複数の電極棒が梯子状に組み立てられている。ラダー電極は、高周波電圧の制御、また電界分布の均一化において優れた特性を有する。

特許文献１は、プラズマＣＶＤ装置の給電システムを開示している。その特許文献１において、プラズマＣＶＤ装置はラダー電極１０５を備え、ラダー電極１０５は均等に配置された複数の給電端子を備える。図１は、その給電システムの一部を示す概略図である。図１において、給電端子１０８ａ〜１０８ｃが、ラダー電極１０５の適所に配置されている。インピーダンス変換器１０９ａ〜１０９ｃは、電力分配器１１０を介して高周波電源１１１に接続されている。また、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）モニタ１１２が、インピーダンス変換器１０９ａ〜１０９ｃの各々に接続される。ＲＦモニタ１１２は、入射電力、反射電力、プラズマ電位などのプラズマ情報を監視する。また、ＲＦモニタ１１２は、そのプラズマ情報を制御器１１３に出力する。制御器１１３は、そのプラズマ情報に基づくフィードバック制御信号を電力分配器１１０に送信する。つまり、電力分配器１１０から各インピーダンス変換器を介して各給電端子へ出力される入射電力および反射電力は、フィードバック制御される。

特開２００１−３２０７７号公報

本発明の課題は、電力分配器による高周波電力の分配が不均一になったことを検知することができるプラズマＣＶＤ装置、及びその給電システムを提供することである。

本発明の他の課題は、電力分配器を保護することができるプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法を提供することである。

本発明の更に他の課題は、放電電極に高周波電力を均一に供給することができるプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法を提供することである。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）は、高周波電源（２１）と、高周波電源（２１）に接続された電力分配部（２２）と、電力分配部（２２）に接続された制御部（２３）とを備える。電力分配部（２２）は、入力部（２４）と、複数の出力部（２５）と、監視部（２６）とを備える。高周波電源（２１）は、高周波電力を入力部（２４）に供給する。電力分配部（２２）は、供給された高周波電力を複数の出力部（２５）に分配する。監視部（２６）は、高周波電力が複数の出力部（２５）に不均一に分配されたことを知らせる第一信号（２８）を制御部（２３）に出力する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、制御部（２３）は、高周波電源（２１）に接続されてもよい。制御部（２３）は、第一信号（２８）を受信した時、高周波電力の供給を抑制するように高周波電源（２１）を制御する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、制御部（２３）は、高周波電源（２１）に接続されてもよい。制御部（２３）は、第一信号（２８）を受信した時、高周波電力の供給を停止するように高周波電源（２１）を制御する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、電力分配部（２２）は、インピーダンス整合器（２７）を介して高周波電源（２１）と接続される。制御部（２３）は、高周波電源（２１）に接続される。制御部（２３）は、インピーダンス整合器（２７）に接続されてもよい。制御部（２３）は、第一信号（２８）を受信した時、インピーダンスの整合を調整するように高周波電源（２１）を介してインピーダンス整合器（２７）を制御する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、電力分配部（２２）は、複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を備える。複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の各々は、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と接続される第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）と、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と接続される第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）と、第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）と第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）との間に接続されたバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を備える。複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のうち第一分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）は、複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のうち第二分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）及び第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）のいずれかに接続される。電力分配部（２２）の入力部（２４）に供給された高周波電力は、複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のうち一の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）に供給され、複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を通して複数の出力部（２５）に分配される。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、複数の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）は、第１分配器群から第Ｎ分配器群（Ｎは１以上の整数）を構成する。第ｉ分配器群（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、２^ｉ―１個の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を含む。第１分配器群の１個の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）は、入力部（２４）に接続される。第ｊ分配器群（ｊは１以上Ｎ−１以下の整数）の２^ｊ−１個の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のそれぞれの第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）及び第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）は、第ｊ＋１分配器群の２^ｊ個の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のそれぞれの入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）に接続される。第Ｎ分配器群の２^Ｎ−１個の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）のそれぞれの第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）及び第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）は、複数の出力部（２５）にそれぞれ接続される。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、監視部（２６）は、複数のバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度をそれぞれ監視する複数の温度スイッチ（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）を備える。複数の温度スイッチ（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）の各々は、対応するバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度が所定の値を超えた場合、第一信号（２８）を制御部（２３）に出力する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、監視部（２６）は、計算部（４３）と、計算部（４３）に接続される複数の温度センサー（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）を備える。複数の温度センサー（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）のそれぞれは、複数のバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度を測定し、測定された温度を指示する温度データを計算部（４３）に出力する。計算部（４３）は、複数の温度データを演算し、複数のバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の少なくとも一つの温度が所定の値を超えた場合、第一信号（２８）を制御部（２３）に出力する。複数の温度センサー（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）は熱電対を含んでもよい。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の給電システム（２０）において、各々の分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）は、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を冷却する冷却器（５１）を更に備える。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）は、上記の給電システム（２０）と、給電システム（２０）に接続される放電電極（１２）とを備える。放電電極（１２）は、複数の出力部（２５）にそれぞれ接続される複数の給電部（１４）を備える。給電システム（２０）は、高周波電力を複数の給電部（１４）に供給する。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法は、高周波電源（２１）と、高周波電源（２１）に接続された電力分配部（２２）と、電力分配部（２２）に接続された放電電極（１２）と、電力分配部（２２）に接続された制御部（２３）とを備えるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法である。その給電方法は、（ａ）高周波電力を電力分配部（２２）に供給するステップと、（ｂ）高周波電力を放電電極（１２）に分配するステップと、（ｃ）高周波電力の分配の状態を監視するステップと、（ｄ）分配の状態に基づいて第一信号（２８）を制御部（２３）に出力するステップとを備える。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）の電力分配部（２２）は分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を備える。分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）は、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と接続された第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）と、入力端子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と接続された第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）と、第一出力端子（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）と第二出力端子（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）との間に接続されたバランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）とを備える。この時、本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法において、上記（ｃ）監視するステップは、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度を監視するステップである。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法において、上記（ｃ）監視するステップは、（ｃ−１）バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度を測定するステップと、（ｃ−２）温度を指示する温度データを計算機（４３）によって処理するステップとを含んでもよい。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法において、上記（ｄ）出力するステップは、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）の温度が所定の値を超えた場合、第一信号（２８）を制御部（２３）に出力するステップである。

本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法は、（ｅ）バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を冷却するステップを更に備える。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）において、制御部（２３）は、高周波電源（２１）に接続される。この時、本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法は、（ｆ）制御部（２３）が第一信号（２８）を受信した時、高周波電力の供給を抑制するステップを更に備える。また、本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法は、（ｇ）高周波電力の供給を停止するステップを更に備える。

本発明のプラズマＣＶＤ装置（１０）において、電力分配部（２２）は、インピーダンス整合器（２７）を介して高周波電源（２１）に接続される。また、制御部（２３）は、高周波電源（２１）に接続される。この時、本発明によるプラズマＣＶＤ装置（１０）への給電方法は、（ｇ）制御部（２３）が第一信号（２８）を受信した時、高周波電源（２１）を介してインピーダンス整合器（２７）におけるインピーダンスの整合を調整するステップを更に備える。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法によれば、電力分配器による高周波電力の分配が不均一になったことを検知することができる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法によれば、電力分配器を保護することができる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法によれば、放電電極に高周波電力を均一に供給することができる。

添付図面を参照して、本発明によるプラズマＣＶＤ装置、その給電システム、及びそれへの給電方法を説明する。

（第一の実施の形態）
図２は、本発明の第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。プラズマＣＶＤ装置１０は、真空容器１１と、真空容器１１の内部に設置された放電電極１２と、放電電極１２に対向するように配置された接地電極１３とを備える。接地電極１３は接地され、また図示されないヒータを内蔵する。被処理体である基板は、放電電極１２に対向するように接地電極１３により保持される。放電電極１２は、複数の給電部１４を備える。ここで、給電部１４の個数は任意である。例えば、図２において、４つの給電部１４を有する放電電極１２が示される。また、複数の給電部１４は、放電電極１２上に均等に配置される。放電電極１２として、ラダー型電極が用いられると好適である。

放電電極１２は、複数の給電部１４を介して給電システム２０に接続される。給電システム２０は、高周波電源２１と、電力分配部（電力分配器）２２と、制御部２３を備える。電力分配部２２は、マッチングボックス（インピーダンス整合器）２７を介して高周波電源２１に接続される。ここで、マッチングボックス２７は、高周波電源２１と負荷のインピーダンスを整合させる。制御部２３は、電力分配部２２に接続される。電力分配部２２は、入力部２４と、複数の出力部２５と、監視部２６とを備える。入力部２４は、マッチングボックス２７を介して高周波電源２１に接続される。また、複数の出力部２５は、放電電極１２の複数の給電部１４にそれぞれ接続される。

このような構成の給電システム２０において、高周波電源２１は、電力分配部２２の入力部２４に高周波電力を供給する。電力分配部２２は、供給された高周波電力を複数の出力部２５に分配する。分配された高周波電力は、複数の給電部１４を介して放電電極１２に供給される。ここで、電力分配部２２は、高周波電力を均一に分配し、放電電極１２に供給するように設計される。しかしながら、実際の運用にあたり、高周波電力の分配に不均一が生じる可能性がある。そのため、電力分配部２２に設けられた監視部２６は、高周波電力の分配の状態を監視する。そして、高周波電力の分配が不均一になる等、分配の状態に異常を検知した場合、監視部２６は、異常信号２８を制御部２３に出力する。この異常信号２８は、電力分配部２２における高周波電力の分配が不均一になったことを知らせる信号である。

高周波電力の分配の不均一を検出する手段を以下に説明する。図３は、第一の実施の形態に係る電力分配部２２の構成を示す概略図である。電力分配部２２は、以下に示されるように多段に接続された複数の分配器を有する。例えば、図３に示されるように、電力分配部２２は、３つの分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃを有する。また、その分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃとして、ウィルキンソン（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ）型分配器が例示される。

ウィルキンソン型の分配器３０ａは、入力端子３１ａと、第一出力端子３２ａと、第二出力端子３３ａを備える２分配回路である。すなわち、入力端子３１ａに入力された高周波電力は、図３中のＡ点において分岐する。Ａ点とＢ点の間、及びＡ点とＣ点の間には、特性インピーダンスＷを持つインピーダンス変換器（同軸ケーブル）３４がそれぞれ挿入される。分岐した高周波電力は、インピーダンス変換器３４を通して、第一出力端子３２ａと第２出力端子３３ａから出力される。また、Ｂ点とＣ点の間には、バランス抵抗３５ａが挿入される。このバランス抵抗３５ａにより、分配器３０ａのアイソレーション特性が保たれる。インピーダンス変換器３４の伝送線路の長さは、使用する周波数での波長の４分の１である。ここで、第一、第二出力端子３２ａ、３３ａに接続される負荷抵抗をＲ_Ｌとする。また、入力端子３１ａ側より負荷側をみたインピーダンスをＲ_Ｇとする。Ｒ_Ｌが例えば５０Ωの時、Ｗは７0.７Ωであれば、ＲＬとＲＧは整合する。この時、バランス抵抗３５ａの抵抗は１００Ωである。分配器３０ｂ、３０ｃの構成も、分配器３０ａの構成と同様である。

図３において、このような分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃが多段に接続されている。すなわち、分配器３０ｂの入力端子３１ｂは、分配器３０ａの第一出力端子３２ａに接続し、分配器３０ｃの入力端子３１ｃは、分配器３０ａの第二出力端子３３ａに接続する。また、分配器３０ａの入力端子３１ａは、入力部２４に接続される。分配器３０ｂ、３０ｃの第一、第二出力端子３２ｂ、３３ｂ、３２ｃ、３３ｃは、それぞれ４つの出力部２５に接続される。これにより、入力部２４に供給された高周波電力は、４つの出力部２５に分配供給される。ここで、電力分配部２２における分配器の個数は任意であり、その個数は所望の電力分配数に対応した数に設定される。例えば、分配器３０ｂ、３０ｃの第一、第二出力端子３２ｂ、３３ｂ、３２ｃ、３３ｃの各々に、更に新たな分配器が接続されてもよい。この時、７つの分配器によって、入力部２４に供給された高周波電力は、８つの出力部２５に分配供給される。

より一般的に記載すると、複数の分配器は、第１分配器群から第Ｎ分配器群（Ｎは１以上の整数）を構成する。第ｉ分配器群（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、２^ｉ―１個の分配器を含む。第１分配器群の１個の分配器（３０ａ）の入力端子（３１ａ）は、入力部２４に接続される。第ｊ分配器群（ｊは１以上Ｎ−１以下の整数）の２^ｊ−１個の分配器（３０ａ）のそれぞれの第一出力端子（３２ａ）及び第二出力端子（３２ｂ）は、第ｊ＋１分配器群の２^ｊ個のそれぞれの分配器（３０ｂ、３０ｃ）の入力端子（３１ｂ、３１ｃ）に接続される。第Ｎ分配器群の２^Ｎ−１個の分配器（３０ｂ、３０ｃ）のそれぞれの第一出力端子（３２ｂ、３２ｃ）及び第二出力端子（３３ｂ、３３ｃ）は、複数の出力部２５にそれぞれ接続される。

図３に示される電力分配部２２において、複数の温度スイッチが前述の監視部２６として使用される。図３において、温度スイッチ４１ａは、分配器３０ａのバランス抵抗３５ａの温度を監視するように設置される。温度スイッチ４１ｂは、分配器３０ｂのバランス抵抗３５ｂの温度を監視するように設置される。温度スイッチ４１ｃは、分配器３０ｃのバランス抵抗３５ｃの温度を監視するように設置される。これら温度スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの各々は、対応するバランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃの温度が所定の値を超えた場合、自動的に作動する（ＯＮ状態になる、あるいはＯＦＦ状態になる）。

ウィルキンソン型分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、理論上、高周波電力を均一に分配する。しかしながら、実際の運用にあたり、高周波電力の分配に不均一が生じる可能性がある。例えば、分配器３０ａにおいてその分配の不均一が発生した場合、バランス抵抗３５ａに高周波電流が流れる。すると、バランス抵抗３５ａはジュール熱により発熱する。そして、バランス抵抗３５ａの温度が所定の値（例えば８０℃）を超えた時、温度スイッチ４１ａは、自動的に作動し、異常信号２８を制御部２３に出力する（図２参照）。温度スイッチ４１ｂ、４１ｃも、温度スイッチ４１ａと同様に作動する。このように、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける発熱量を監視することによって、高周波電力の分配の不均一を検知することができる。すなわち、本来は分配器の特性を保持するために設けられたバランス抵抗を利用することによって、高周波電力の分配の不均一を検知することが可能になる。

以上のように高周波電力の分配の不均一が検出された後、制御部２３は、給電システム２０を制御することができる。図２に示されたように、本実施の形態において、制御部２３は高周波電源２１に接続される。そして、複数の温度スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの少なくとも一つから上記の異常信号２８を受け取った場合、制御部２３は、高周波電源２１による高周波電力の供給を制御する。

図４は、第一の実施の形態に係る給電システム２０による給電方法を示すフローチャートである。まず、高周波電源２１からの高周波電力は、電力分配部２２により分配され、放電電極１２に均一に供給される（ステップＳ１）。その電力分配のバランスが保たれている時（ステップＳ２；Ｎｏ）、高周波電源２１は状態を維持する。その電力分配のバランスが崩れた時（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、上述のように、少なくとも一つのバランス抵抗が発熱する。そのバランス抵抗の温度が所定の値を超えた時、温度スイッチは、自動的に異常信号２８を制御部２３に送信する（ステップＳ３）。

異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、まず高周波電力の供給を抑制するように高周波電源２１を自動的に制御する（ステップＳ４）。これは、供給する高周波電力の出力を一時的に下げることによって、電力分配のバランスが回復する場合があることが経験的に知られているからである。また、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける温度の上昇を抑制することによって、電力分配部２２（分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が故障することを防止することができるからである。高周波電力の供給を抑制することによって、電力の分配を均一にし、且つ電力分配器２２を保護することが可能になる。

電力分配のバランスが回復した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を流れる電流は減少する。よって、バランス抵抗の温度は減少し始める。バランス抵抗の温度が所定の温度以下になると、異常信号２８の送信は自動的に停止する（ステップＳ６）。その後、高周波電源２１からの高周波電力は、元の状態に戻り、放電電極１２に再び均一に供給される。高周波電力を放電電極１２に均一に供給することによって、製膜時の膜質の不良や、膜厚分布の不均一を防止することが可能になる。電力分配のバランスが回復しない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御部２３は、高周波電力の供給を停止するように高周波電源２１を自動的に制御する（ステップＳ７）。これにより、電力分配部２２の故障は防止され、また電力分配部２２は保護される。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る給電システムおいて、複数の温度スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが、複数の分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃのそれぞれが有する複数のバランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃに対応するように、それぞれ設置される。これら複数の温度スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが監視部２６の役割を果たす。すなわち、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける発熱量に基づいて、高周波電力の分配の不均一を検知することが可能である。また、その分配の不均一を示す異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、高周波電源２１による高周波電力の供給を制御する。これにより、その分配の不均一は解消される、あるいは、電力分配部２２は保護され、製品の不良は防止される。

（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、電力分配部２２における監視部２６の構成の点において、第一の実施の形態に係るものと異なる。プラズマＣＶＤ装置１０のその他の構成は、図２に示された構成と同様であり、その説明は省かれる。

図５は、第ニの実施の形態に係る電力分配部２２の構成を示す概略図である。電力分配部２２は、第一の実施の形態による場合と同様に、多段に接続された複数の分配器を有する。その複数の分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃの構成や接続は、第一の実施の形態による場合と同様である。

第二の実施の形態において、監視部２６は、計算部４３と複数の温度センサーを含む。図５において、複数の温度センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃが計算部４３に接続されている。温度センサー４２ａは、分配器３０ａのバランス抵抗３５ａの温度を測定する。温度センサー４２ｂは、分配器３０ｂのバランス抵抗３５ｂの温度を測定する。温度センサー４２ｃは、分配器３０ｃのバランス抵抗３５ｃの温度を測定する。これら温度センサーとして、熱電対が使用されてもよい。この時、熱電対とバランス抵抗は、絶縁物を挟んで接続されてもよい。

温度センサー４２ａは、バランス抵抗３５ａの温度に対応する温度データを計算部４３に出力する。温度センサー４２ｂは、バランス抵抗３５ｂの温度に対応する温度データを計算部４３に出力する。温度センサー４２ｃは、バランス抵抗３５ｃの温度に対応する温度データを計算部４３に出力する。計算部４３は、受け取った温度データを演算し、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃのそれぞれの温度を常時監視する。バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃの少なくとも一つの温度が所定の値（例えば８０℃）を超えた場合、計算部４３は、異常信号２８を制御部２３に出力する。第一の実施の形態における場合と同様に、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける発熱量を監視することによって、高周波電力の分配の不均一を検知することができる。すなわち、本来は分配器の特性を保持するために設けられたバランス抵抗を利用することによって、高周波電力の分配の不均一を検知することが可能になる。

図６は、第ニの実施の形態に係る給電システム２０による給電方法を示すフローチャートである。まず、高周波電源２１からの高周波電力は、電力分配部２２により分配され、放電電極１２に均一に供給される（ステップＳ１１）。計算部４３は、複数の温度センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃを用いることによって、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける温度を常時監視する（ステップＳ１２）。電力分配のバランスが保たれている時（ステップＳ１３；Ｎｏ）、高周波電源２１は状態を維持する。その電力分配のバランスが崩れると、少なくとも一つのバランス抵抗の温度が上昇する。そして、そのバランス抵抗の温度が所定の値を超えた時（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、計算部４３は、異常信号２８を制御部２３に送信する（ステップＳ１４）。

異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、まず高周波電力の供給を抑制するように高周波電源２１を自動的に制御する（ステップＳ１５）。これは、供給する高周波電力の出力を一時的に下げることによって、電力分配のバランスが回復する場合があることが経験的に知られているからである。また、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける温度の上昇を抑制することによって、電力分配部２２（分配器３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が故障することを防止することができるからである。高周波電力の供給を抑制することによって、電力の分配を均一にし、且つ電力分配器２２を保護することが可能になる。

電力分配のバランスが回復した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を流れる電流は減少する。よって、バランス抵抗の温度は減少し始める。バランス抵抗の温度が所定の温度以下になると、計算部４３は、異常信号２８の送信を停止する（ステップＳ１７）。その後、高周波電源２１からの高周波電力は、元の状態に戻り、放電電極１２に再び均一に供給される。高周波電力を放電電極１２に均一に供給することによって、製膜時の膜質の不良や、膜厚分布の不均一を防止することが可能になる。電力分配のバランスが回復しない場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、制御部２３は、高周波電力の供給を停止するように高周波電源２１を自動的に制御する（ステップＳ１８）。これにより、電力分配部２２の故障は防止され、また電力分配部２２は保護される。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る給電システムおいて、監視部２６は、計算部４３と複数の温度センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含む。計算部４３は、複数の温度センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃを用い、複数のバランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃの温度を常時監視する。このように、バランス抵抗３５ａ、３５ｂ、３５ｃにおける発熱量に基づいて、高周波電力の分配の不均一を検知することが可能である。また、その分配の不均一を示す異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、高周波電源２１による高周波電力の供給を制御する。これにより、その分配の不均一は解消される、あるいは、電力分配部２２は保護され、製品の不良は防止される。

（第三の実施の形態）
図７は、本発明の第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置１０の構成を示す概略図である。第三の実施の形態において、制御部２３は、高周波電源２１を介してマッチングボックス２７を制御する。その他の構成は、図２に示された構成と同様であり、その詳細な説明はここでは省かれる。また、電力分配部２２の構成は、図３あるいは図５に示された電力分配部２２の構成と同様であり、その詳細な説明はここでは省かれる。

図８は、第三の実施の形態に係る給電システム２０による給電方法を示すフローチャートである。まず、高周波電源２１からの高周波電力は、電力分配部２２により分配され、放電電極１２に均一に供給される（ステップＳ２１）。その電力分配のバランスが保たれている時（ステップＳ２２；Ｎｏ）、高周波電源２１は状態を維持する。その電力分配のバランスが崩れた時（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、上述のように、少なくとも一つのバランス抵抗が発熱する。そのバランス抵抗の温度が所定の値を超えた時、監視部２６（図３、図５を参照）は、異常信号２８を制御部２３に送信する（ステップＳ２３）。

異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、マッチングポイントを調整するように高周波電源２１を介してマッチングボックス２７を自動的に制御する（ステップＳ２４）。例えば、制御部２３は、マッチングボックス２７に自動マッチング処理（オートマッチング）を再度実行させる。この処理により電力分配のバランスが回復した場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、バランス抵抗（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）を流れる電流は減少する。よって、バランス抵抗の温度は減少し始める。バランス抵抗の温度が所定の温度以下になると、監視部２６は、異常信号２８の送信を停止する（ステップＳ２６）。その後、高周波電源２１からの高周波電力は、元の状態に戻り、放電電極１２に再び均一に供給される。電力分配のバランスが回復しない場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、監視部２６からの異常信号２８は停止せず、制御部２３は、マッチングボックス２７を再度制御する。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る給電システムおいて、マッチングボックス２７が制御される。つまり、異常信号２８を受け取った時、制御部２３は、マッチングポイントを調整するように高周波電源２１を介してマッチングボックス２７を自動的に制御する。このような制御により、高周波電力の分配の不均一は解消され得る。高周波電力を放電電極１２に均一に供給することによって、製膜時の膜質の不良や、膜厚分布の不均一を防止することが可能になる。

（第四の実施の形態）
図９は、本発明の第四の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置における、電力分配部２２中の分配器の構成を示す概略図である。以下に示される構造を有する分配器は、前述の第一から第三の実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置のいずれにも適用され得る。

図９において、分配器３０の回路構成は、前述の実施の形態における分配器（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の回路構成と同様である。すなわち、分配器３０は、入力端子３１と、第一出力端子３２と、第二出力端子３３を備える２分配回路である。入力端子３１に入力された高周波電力は、図中のＡ点において分岐する。Ａ点とＢ点の間、及びＡ点とＣ点の間には、特性インピーダンスＷを持つインピーダンス変換器３４がそれぞれ挿入される。分岐した高周波電力は、インピーダンス変換器３４を通して、第一出力端子３２と第２出力端子３２から出力される。また、Ｂ点とＣ点の間には、バランス抵抗３５が挿入される。このバランス抵抗３５により、分配器３０のアイソレーション特性が保たれる。インピーダンス変換器３４の伝送線路の長さは、使用する周波数での波長の４分の１である。

本実施の形態において、分配器３０は、バランス抵抗３５を冷却する冷却器５１を更に備える。冷却器５１は、バランス抵抗３５を直接的に冷却してもよいし、間接的に冷却してもよい。つまり、冷却器５１は、水冷式の冷却器であってもよいし、空冷ファンのような空冷式の冷却器であってもよい。高周波電力の分配が不均一になった場合、この冷却器５１は、バランス抵抗３５の温度上昇を抑制、またはバランス抵抗３５を冷却することができる。これにより、電力分配部２２は保護され、電力分配部２２の故障、製品の不良は防止される。

図１は、従来のプラズマＣＶＤ装置における給電システムの構成を示す概略図である。 図２は、第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図３は、第一の実施の形態に係る電力分配器の構成を示す概略図である。 図４は、第一の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置への給電方法を示すフローチャートである。 図５は、第ニの実施の形態に係る電力分配器の構成を示す概略図である。 図６は、第ニの実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置への給電方法を示すフローチャートである。 図７は、第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。 図８は、第三の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置への給電方法を示すフローチャートである。 図９は、第四の実施の形態に係る電力分配器の構成を示す概略図である。

符号の説明

１０ プラズマＣＶＤ装置
１１ 真空容器
１２ 放電電極
１３ 接地電極
１４ 給電部
２０ 給電システム
２１ 高周波電源
２２ 電力分配部
２３ 制御部
２４ 入力部
２５ 出力部
２６ 監視部
２７ マッチングボックス
２８ 異常信号

Claims (20)

1. 高周波電源と、
   前記高周波電源に接続された電力分配部と、
   前記電力分配部に接続された制御部とを具備し、
   前記電力分配部は、
   入力部と、
   複数の出力部と、
   監視部とを具備し、
   前記高周波電源は、高周波電力を前記入力部に供給し、
   前記電力分配部は、供給された前記高周波電力を前記複数の出力部に分配し、
   前記監視部は、前記高周波電力が前記複数の出力部に不均一に分配されたことを知らせる第一信号を前記制御部に出力する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、前記高周波電源に接続され、前記第一信号を受信した時、前記高周波電力の供給を抑制するように前記高周波電源を制御する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記制御部は、前記高周波電源に接続され、前記第一信号を受信した時、前記高周波電力の供給を停止するように前記高周波電源を制御する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
4. 請求項１において、
   前記電力分配部は、インピーダンス整合器を介して前記高周波電源と接続され、
   前記制御部は、前記高周波電源に接続され、前記第一信号を受信した時、インピーダンスの整合を調整するように前記高周波電源を介して前記インピーダンス整合器を制御する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記電力分配部は、複数の分配器を具備し、
   前記複数の分配器の各々は、
   入力端子と、
   前記入力端子と接続される第一出力端子と、
   前記入力端子と接続される第二出力端子と、
   前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に接続されたバランス抵抗を備え、
   前記複数の分配器のうち第一分配器の前記入力端子は、前記複数の分配器のうち第二分配器の前記第一出力端子及び前記第二出力端子のいずれかに接続され、
   前記電力分配部の前記入力部に供給された前記高周波電力は、前記複数の分配器のうち一の分配器の前記入力端子に供給され、前記複数の分配器を通して前記複数の出力部に分配される
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
6. 請求項５において、
   前記複数の分配器は、第１分配器群から第Ｎ分配器群（Ｎは１以上の整数）を構成し、
   第ｉ分配器群（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、２^ｉ―１個の前記分配器を含み、
   第１分配器群の１個の前記分配器の前記入力端子は、前記入力部に接続され、
   第ｊ分配器群（ｊは１以上Ｎ−１以下の整数）の２^ｊ−１個の前記分配器のそれぞれの前記第一出力端子及び前記第二出力端子は、第ｊ＋１分配器群の２^ｊ個の前記分配器のそれぞれの前記入力端子に接続され、
   第Ｎ分配器群の２^Ｎ−１個の前記分配器のそれぞれの前記第一出力端子及び前記第二出力端子は、前記複数の出力部にそれぞれ接続される
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
7. 請求項５又は６において、
   前記監視部は、複数の前記バランス抵抗の温度をそれぞれ監視する複数の温度スイッチを備え、
   前記複数の温度スイッチの各々は、対応する前記バランス抵抗の温度が所定の値を超えた場合、前記第一信号を前記制御部に出力する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
8. 請求項５又は６において、
   前記監視部は、
   計算部と、
   前記計算部に接続される複数の温度センサーを備え、
   前記複数の温度センサーのそれぞれは、複数の前記バランス抵抗の温度を測定し、測定された温度を指示する温度データを前記計算部に出力し、
   前記計算部は、複数の前記温度データを演算し、前記複数のバランス抵抗の少なくとも一つの温度が所定の値を超えた場合、前記第一信号を前記制御部に出力する
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
9. 請求項８において、
   前記複数の温度センサーは熱電対を含む
   プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
10. 請求項５乃至９のいずれかにおいて、
    前記各々の分配器は、前記バランス抵抗を冷却する冷却器を更に具備する
    プラズマＣＶＤ装置の給電システム。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の給電システムと、
    前記給電システムに接続される放電電極とを具備する
    プラズマＣＶＤ装置。
12. 請求項１１において、
    前記放電電極は、前記複数の出力部にそれぞれ接続される複数の給電部を備え、
    前記給電システムは、前記高周波電力を前記複数の給電部に供給する
    プラズマＣＶＤ装置。
13. 高周波電源と、前記高周波電源に接続された電力分配部と、前記電力分配部に接続された放電電極と、前記電力分配部に接続された制御部とを具備するプラズマＣＶＤ装置において、
    （ａ）高周波電力を前記電力分配部に供給するステップと、
    （ｂ）前記高周波電力を前記放電電極に分配するステップと、
    （ｃ）前記高周波電力の分配の状態を監視するステップと、
    （ｄ）前記分配の状態に基づいて第一信号を前記制御部に出力するステップ
    とを具備する
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
14. 請求項１３において、
    前記電力分配部は分配器を備え、前記分配器は、入力端子と、前記入力端子と接続された第一出力端子と、前記入力端子と接続された第二出力端子と、前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に接続されたバランス抵抗とを備え、
    前記（ｃ）監視するステップは、前記バランス抵抗の温度を監視するステップである
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
15. 請求項１４において、
    前記（ｃ）監視するステップは、
    （ｃ−１）前記バランス抵抗の温度を測定するステップと、
    （ｃ−２）前記温度を指示する温度データを計算機によって処理するステップと
    を含む
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
16. 請求項１４又は１５において、
    前記（ｄ）出力するステップは、前記温度が所定の値を超えた場合、前記第一信号を前記制御部に出力するステップである
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
17. 請求項１４乃至１６のいずれかにおいて、
    （ｅ）前記バランス抵抗を冷却するステップを更に具備する
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
18. 請求項１３乃至１７のいずれかにおいて、
    前記制御部は、前記高周波電源に接続され、
    （ｆ）前記制御部が前記第一信号を受信した時、前記高周波電力の供給を抑制するステップを更に具備する
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
19. 請求項１８において、
    （ｇ）前記高周波電力の供給を停止するステップを更に具備する
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。
20. 請求項１３乃至１７のいずれかにおいて、
    前記電力分配部は、インピーダンス整合器を介して前記高周波電源に接続され、
    前記制御部は、前記高周波電源に接続され、
    （ｇ）前記制御部が前記第一信号を受信した時、前記高周波電源を介して前記インピーダンス整合器におけるインピーダンスの整合を調整するステップを更に具備する
    プラズマＣＶＤ装置への給電方法。

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