JP2012142285A - 可変キャパシター、プラズマインピーダンスマッチング装置、及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマインピーダンスマッチングにおいて、より正確に、速やかなマッチングが行われるようにする基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板処理装置１０００は、工程チャンバー１１００と、この内に供給されたガスからプラズマを発生させる電極と、高周波電力を出力する高周波電源１２００と、高周波電源１２００から前記電極へ高周波電力を伝送する伝送ライン１２１０と、伝送ライン１２１０に連結されてプラズマインピーダンスをマッチングするインピーダンス整合器と、当該インピーダンス整合器へ制御信号を送出する制御器１３２０と、を含み、前記インピーダンス整合器は、複数のキャパシター１４０１の各々にスイッチ１４０２を連結し、スイッチ１４０２を制御器１３２０の制御信号にしたがって断続してキャパシタンスを調節する可変キャパシター１４００を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は可変キャパシター、プラズマインピーダンスマッチング装置、及び基板処理装置に関し、より詳細には、キャパシタンスを調節するための可変キャパシター、半導体製造設備のプラズマを利用する工程装置でプラズマのインピーダンスをマッチングさせるプラズマインピーダンスマッチング装置、及び基板処理装置に関することである。

高周波電力を利用するプラズマインピーダンスマッチング装置は、高周波電源の電力をプラズマ工程チャンバー内に最大に伝達するためのインピーダンス整合器として、プラズマを生成し、維持するのに重要な核心装置である。

プラズマを発生させるための工程チャンバーに、高周波電源装置の電力を伝達する時、反射波無しで最大電力が伝達されるためには電源装置のインピーダンスとプラズマのインピーダンスとが同一でなければならない。このような電気的な特性を有するようにインピーダンスを調節することをインピーダンスマッチングと称する。

プラズマは圧力、高周波電力、ソース気体等の発生条件にしたがって電気的な特性であるインピーダンスが変化するが、プラズマインピーダンスが高周波電源の電力のインピーダンスにマッチングされない場合、一定の電力が伝達されないので、工程中にプラズマ密度が変わり、これによって工程結果の偏差が高くなる問題が発生する。このように、高周波電力を工程チャンバー内へ一定に伝達するためには、インピーダンスマッチングを考慮しなければならず、高周波電源と工程チャンバー内のプラズマ発生装置との間にインピーダンスマッチング装置が設けられる。

一般的にインピーダンスマッチング装置は、可変キャパシターとインダクタとで構成され、可変キャパシターを調節して高周波電源のインピーダンスと工程チャンバーのインピーダンスとを同一にすることによってインピーダンスのマッチングを具現する。

一般的なインピーダンスマッチング装置の可変キャパシターは、ステッピングモーターとギヤ端とが結合された駆動手段を利用してキャパシターの間隔を調節することによって、キャパシタンスを変化させて高周波電源のインピーダンスを変化させる。

しかし、機械式駆動手段によってキャパシターを調節するので、機械式駆動手段の作動時間によりタイムディレイが長くなり、高精度な制御が難しい。特に、高周波電源がパルスモードで電力を供給する場合、高速のパルスではプラズマ状態の変化が速いので、速やかなインピーダンスマッチングが難しいのみでなく、高周波電源電圧によって時間にしたがって周期的にオン／オフされるパルスモードで高周波電力が供給される場合、パルスモードがオフ状態である場合にも可変キャパシターに残っている電力が工程チャンバーへ供給されるといった問題が発生する。

韓国特許公開第１０−２００８−０１１３９６２号公報

本発明の目的は、工程チャンバー内の電極に高周波電力を効果的に供給することにある。

また、本発明の目的は、プラズマインピーダンスマッチングにおいて、より正確で、速やかなマッチングが行われるプラズマインピーダンスマッチング装置、及び基板処理装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする課題はここに制限されなく言及されないその他の課題は下の記載から当業者は明確に理解できる。

本発明は基板処理装置を提供する。

本発明の基板処理装置は、工程チャンバーと、前記工程チャンバー内に供給されたガスからプラズマを発生させる電極と、高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電源から前記電極へ前記高周波電力を伝送する伝送ラインと、前記伝送ラインに連結されてプラズマインピーダンスをマッチングするインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器へ制御信号を送出する制御器と、を含み、前記インピーダンス整合器は、複数のキャパシターの各々にスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御器の制御信号にしたがって断続してキャパシタンスを調節する可変キャパシターを含む。

前記可変キャパシターは、ｎ個のグループ（ｎは２以上の自然数）に集まった複数のキャパシターと、前記キャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる。

前記各グループは複数のキャパシターを包む。

前記各グループは互いに並列に連結される。

前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される。

前記同一グループ内のキャパシターは同一なキャパシタンスを有する。

前記各グループ内のキャパシターは９個である。

前記グループのキャパシターの間のキャパシタンス比率は１０^０：１０^１：１０^２：１０^３、・・・、：１０^ｎ−１でなされる。

前記高周波電源はパルスモードで電力を供給する。

前記伝送ラインは、前記可変キャパシターと前記工程チャンバーとを連結する第１伝送ライン、及び前記第１伝送ラインから分岐されて接地される第２伝送ラインを含み、前記制御器は、前記高周波電源のパルスモードにしたがって、前記第１伝送ラインに設けられる第１伝送スイッチ、及び前記第２伝送ラインに設けられる第２伝送スイッチへ、オン／オフ信号を出力する。

前記第１伝送スイッチは、前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとの間の分岐点の次に位置する。

また、本発明はプラズマインピーダンスマッチング装置を提供する。

本発明のプラズマインピーダンスマッチング装置は、高周波電力の伝送ラインに連結されてプラズマインピーダンスをマッチングさせるインピーダンス整合器と、前記インピーダンス整合器へ制御信号を送出する制御器と、を含み、前記インピーダンス整合器は、複数のキャパシターの各々にスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御器の制御信号にしたがって断続してキャパシタンスを調節する可変キャパシターを含む。

前記可変キャパシターは、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のグループに集まった複数のキャパシターと、前記キャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる。

前記各グループは複数のキャパシターを包む。

前記各グループは互いに並列に連結される。

前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される。

前記同一グループ内のキャパシターは同一なキャパシタンスを有する。

前記各グループ内のキャパシターは９個である。

前記スイッチはピンダイオードでなされる。

前記複数のキャパシターは互いに並列に連結される。

前記可変キャパシターは、前記制御器の制御信号を受信して機械的な駆動手段によってキャパシタンスを調節する第１可変キャパシターと、複数のキャパシターにスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御部の制御信号にしたがってオン／オフしてキャパシタンスを電気的に調節する第２可変キャパシターと、を包む。

本発明は可変キャパシターを提供する。

本発明の可変キャパシターは、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のグループに集まった複数のキャパシターと、前記複数のキャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる。

前記各グループは複数のキャパシターを包む。

前記各グループは互いに並列に連結される。

前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される。

前記同一グループに属するキャパシターは同一なキャパシタンスを有する。

前記他のグループに属する複数のキャパシターは互いに異なるキャパシタンスを有する。

前記各グループ内のキャパシターは９個である。

前記グループのキャパシターの間のキャパシタンス比率は１０^０：１０^１：１０^２：１０^３、・・・、：１０^ｎ−１でなされる。

前記スイッチはピンダイオードでなされる。

本発明によると、キャパシタンスをより正確に、速やかに調節できる。

また、本発明によると、プラズマインピーダンスマッチングを効果的に遂行することによって反射パワーを最小化できる。

また、本発明によると、工程チャンバー内の電極に高周波電力を効果的に供給できる。

また、本発明によると、高周波電源のパルスモードにしたがって工程チャンバー内に供給される高周波電力を効果的に制御できる。

また、本発明によると、反射パワーを最小化することによって基板の工程不良を最小化できる。

本発明の一実施形態による基板処理装置の構成図である。 図１の基板処理装置の変形形態の構成図である。 図１の基板処理装置の変形形態の構成図である。 本発明の一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置の構成図である。 図４のプラズマインピーダンスマッチング装置の変形形態の構成図である。 図４のプラズマインピーダンスマッチング装置の動作に関する順序図である。 本発明の他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置の構成図である。 図７の可変キャパシターの回路図である。 図８の可変キャパシターの変形形態の回路図である。 図７のプラズマインピーダンスマッチング装置の変形形態の構成図である。 本発明のさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置の構成図である。 図１１のプラズマインピーダンスマッチング装置の動作に関する順序図である。 図１１のプラズマインピーダンスマッチング装置の動作に関する順序図である。 図１１のプラズマインピーダンスマッチング装置の動作に関する順序図である。 本発明の他の実施形態による基板処理装置の構成図である。 パルスモードでの高周波電力の供給にしたがったプラズマ状態の変化を示したグラフである。

本発明の実施形態は様々な形態に変形できるので、本発明の範囲が以下で叙述する実施形態に限定されると解釈されてはならない。

本実施形態は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での構成要素の形状等は、より明確な説明を強調するために誇張されたものである。

（基板処理装置１）
以下では本発明の一実施形態による基板処理装置１０００について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による基板処理装置１０００の構成図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態による基板処理装置１０００は、工程チャンバー１１００、高周波電源１２００、伝送ライン１２１０、及びプラズマインピーダンスマッチング装置１３００を含む。基板処理装置１０００は、工程チャンバー１１００内の気体をプラズマ状態に変化させ、これを利用して基板を処理する装置である。

（工程チャンバー）
工程チャンバー１１００は、プラズマを利用する基板の処理工程を遂行する。工程チャンバー１１００は電極１１１０を含む。

（電極）
電極１１１０は、工程チャンバー１１００に流入される気体がイオン化されてプラズマ状態に変化されるように電気エネルギーを供給する。

電極１１１０は、工程チャンバー１１００内で平行な２つの電極平板でなされた容量結合形プラズマソース（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）であり得る。容量結合形プラズマソースは、蓄電電気場を利用して工程チャンバー１１００内へ流入された気体の電子に電気エネルギーを伝達する。

再び、図１を参照すれば、容量結合形プラズマソースは、２つの電極平板のうちいずれか１つの電極平板に高周波電源１２００が連結された形態を有し得る。

ここで、電極１１１０の形態及び高周波電源１２００の連結形態はこれと異なり得る。

図２及び図３は各々、図１の基板処理装置１０００の変形形態の構成図である。

図２を参照すれば、容量結合形プラズマソースは、２つの電極平板の各々に高周波電源１２００が連結された形態を有し得る。ここで、高周波電源１２００は各々、互いに異なる周波数の高周波電力を印加できる。

また、電極１１１０は、工程チャンバー１１００外部の誘導コイルでなされた誘導結合形プラズマソース（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）であり得る。図３を参照すれば、誘導結合形プラズマソースは、誘導電気場を利用して工程チャンバー１１００内へ流入される気体の電子に電気エネルギーを伝達する。誘導結合形プラズマソースは、工程チャンバー１１００の上部に別に結合されたプラズマ発生装置によって流入された気体をプラズマ状態に変化させ、そのプラズマをダウンストリーム（Ｄｏｗｎ Ｓｔｒｅａｍ）方式で工程チャンバー１１００に提供する。

（高周波電源）
高周波電源１２００は、伝送ライン１２１０を通じて高周波電力を工程チャンバー１１００内の電極１１１０へ供給して、工程チャンバー１１００内に供給される気体の電子をプラズマ状態に変化させる。高周波電源１２００は、パルスモードで電力を供給できる。例えば、高周波電源１２００は、時間にしたがって周期的にオン／オフされるパルスモードで電力を供給できる。しかし、高周波電源１２００は、これに制限されなく、連続的な周波数の電力を供給することもあり得る。

（高周波伝送ライン）
伝送ライン１２１０は、高周波電源１２００で発生される電力をプラズマインピーダンスマッチング装置１３００を経て工程チャンバー１１００へ伝達する。

（プラズマインピーダンスマッチング装置）
プラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、高周波電源１２００側と工程チャンバー１１００側とのインピーダンスをマッチングする。

（プラズマインピーダンスマッチング装置１）
以下では本発明の一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００について説明する。

プラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、高周波電源１２００と工程チャンバー１１００との間に配置される。プラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、インピーダンス整合器１３１０、制御器１３２０、インピーダンス測定器１３３０、反射パワー測定器１３４０、及びインダクタ１３５０を含む。

（インピーダンス整合器）
インピーダンス整合器１３１０は、可変キャパシター１４００を利用して高周波電源１２００と工程チャンバー１１００との間のインピーダンスを整合させる。

図４は、本発明の一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の構成図である。

インピーダンス整合器１３１０は伝送ライン１２１０に連結され、制御器１３２０から送出される制御信号にしたがってキャパシタンスが変化される。インピーダンス整合器１３１０は、以下図４を参照すれば、後述する可変キャパシター１４００を含む。

（可変キャパシター）
図４を参照すれば、可変キャパシター１４００は、キャパシター１４０１とスイッチ１４０２とを含む。

可変キャパシター１４００は伝送ライン１２１０に連結される。キャパシター１４０１は、伝送ライン１２１０からの高周波電力を供給するスイッチ１４０２に連結される。キャパシター１４０１は複数個で構成され得り、キャパシター１４０１の各々にスイッチ１４０２が連結される。可変キャパシター１４００は、複数のキャパシター１４０１の各々に連結されたスイッチ１４０２を断続してキャパシタンスを調節する。

キャパシター１４０１は、伝送ライン１２１０にスイッチ１４０２を介して複数個連結される。スイッチオンされたキャパシター１４０１のキャパシタンスの組み合わせによって、可変キャパシター１４００のキャパシタンスは調節される。複数のキャパシター１４０１は、互いに並列に連結できる。この時、可変キャパシター１４００のキャパシタンスは、並列に連結された複数のキャパシター１４０１のうちスイッチオンされたキャパシター１４０１のキャパシタンスを単純に合算することによって求められる。そのため、可変キャパシター１４００のキャパシタンスを計算するのが容易である。しかし、可変キャパシター１４００の構成はこれに制限されなく、可変キャパシター１４００では、複数のキャパシター１４０１が互いに直列に連結されることもあり得る。

複数のキャパシター１４０１は全て、同一なキャパシタンスを有するように提供され得る。又は選択的に、複数のキャパシター１４０１の中で一部又は全てが互いに異なるキャパシタンスを有し得る。また、複数のキャパシター１４０１のキャパシタンスは、配列された順に順次的に増加できる。例えば、複数のキャパシター１４０１のキャパシタンスは、２倍ずつ増加できる。

このように複数のキャパシター１４０１のキャパシタンスを組み合わせすることによって可変キャパシター１４００のキャパシタンス値は精密に制御できる。例えば、キャパシター１４０１が８個提供され、キャパシター１４０１のキャパシタンス比率が１：２：４：８：１６：３２：６４：１２８の場合、各々のキャパシター１４０１を組み合せることによって２５６のキャパシタンス値を調節できる。

スイッチ１４０２は、制御信号にしたがって電気的に断続され、スイッチ１４０２がオンされれば、キャパシター１４０１は伝送ライン１２１０から電力を受信する。スイッチ１４０２は電気的に作動する多様な形態を有し得る。

図５は、図４のプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の変形形態の構成図である。

図５を参照すれば、電気的に作動するスイッチ１４０２にはピンダイオード（ＰＩＮ ｄｉｏｄｅ）が使用され得る。

（制御器）
制御器１３２０は、工程チャンバー１１００内のインピーダンスを測定した値、又は伝送ライン１２１０上の高周波電源１２００からの反射電力を測定した値を受信して、インピーダンス整合器１３１０へインピーダンスマッチングのためのキャパシタンス調節値を送出する。

制御器１３２０は、キャパシタンス調節値に対応して可変キャパシター１４００のスイッチ１４０２へオン／オフ制御信号を送出する。特に、制御器１３２０はキャパシタンス調節値にしたがって可変キャパシター１４００の複数のキャパシター１４０１の中からスイッチングするキャパシター１４０１を選択するための制御信号を送出する。すなわち、キャパシタンス調節値にしたがって可変キャパシター１４００の複数のキャパシター１４０１の中から伝送ライン１２１０に連結させるキャパシター１４０１を選択して、選択されたキャパシター１４０１のスイッチ１４０２をオンになるように制御信号をスイッチ１４０２へ送出する。

制御器１３２０は、伝送ライン１２１０の電気的な特性を測定した値のアナログ信号をデジタル信号に変換して、可変キャパシター１４００のスイッチ１４０２へ伝達できる。スイッチ１４０２は、デジタル信号にしたがって作動し、キャパシター１４０１と伝送ライン１２１０とを連結する。しかし、制御器１３２０は、これに制限されなく、アナログ制御信号をスイッチ１４０２へ送出することもあり得る。

制御器１３２０は、インピーダンス測定器１３３０及び反射パワー測定器１３４０のうち少なくとも１つから測定された値に応じて、高周波電源１２００と工程チャンバー１１００との間のインピーダンスマッチングのためのキャパシタンス調節値を決定する。

（その他の構成）
インピーダンス測定器１３３０は、工程チャンバー１１００内のプラズマインピーダンスを測定して制御器１３２０へインピーダンス測定値を印加する。

反射パワー測定器１３４０は、伝送ライン１２１０の高周波電力の電気的な特性を測定して制御器１３２０へ印加する。ここで、伝送ライン１２１０上で測定される高周波電力の電気的な特性は電流、電圧、及びこれらの位相値であり得る。この電気的な特性にしたがって反射パワー測定器１３４０は高周波電源１２００から出力される反射電力を測定できる。

インダクタ１３５０は、可変キャパシター１４００から出力される高周波電力の直流成分を除去できる。インダクタ１３５０は、インダクタンスを調節できる可変インダクタで形成されて、インピーダンスマッチングを遂行することもあり得る。

（プラズマインピーダンスマッチング装置１の動作）
以下では上述した本発明の一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作に対して説明する。

図６は、図４のプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作に関する順序図である。

図６を参照すれば、高周波電源１２００は、高周波電力を伝送ライン１２１０を通じて電極１１１０へ供給する。この時、工程チャンバー１１００内へ流入される気体が電気エネルギーによってプラズマ状態に変化される。工程チャンバー１１００は、そのプラズマを利用して基板処理工程を遂行する。インピーダンス測定器１３３０は、工程チャンバー１１００内のプラズマインピーダンスを測定し（Ｓ１１０）、これを制御器１３２０へ印加し、制御器１３２０は、受信したプラズマインピーダンス測定値にしたがってキャパシタンス調節値を決定する（Ｓ１２０）。この時、反射パワー測定器１３４０は、伝送ライン１２１０の電気的な特性を測定して制御器１３２０へ印加する。制御器１３２０は、高周波電力の電気的な特性、例えば電流、電圧又は位相差等をさらに考慮してキャパシタンス調節値を決定することもあり得る。

キャパシタンス調節値にしたがってインピーダンス整合器１３１０の可変キャパシター１４００の動作の可否を決定する（Ｓ１３０）。可変キャパシター１４００の動作が必要とされた場合には、キャパシタンス調節値に対応してキャパシタンスが組み合わされるように、スイッチングするキャパシター１４０１を選択する（Ｓ１４０）。制御器１３２０は、デジタル制御信号を選択されたキャパシター１４０１のスイッチ１４０２へ送出してスイッチ１４０２を作動させる（Ｓ１５０）。スイッチ１４０２が作動されたキャパシター１４０１は各々のキャパシタンスの組み合わせにしたがってプラズマインピーダンスマッチングするのに必要であるキャパシタンス調節値を充足させる（Ｓ１６０）。

このようにして、工程チャンバー１１００内のプラズマインピーダンスと高周波電源１２００のインピーダンスとがマッチングされない場合、プラズマインピーダンスマッチング装置１３００の可変キャパシター１４００を利用してプラズマインピーダンスをマッチングさせる。

（プラズマインピーダンスマッチング装置２）
以下では本発明の他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００について説明する。他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００は上述した一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００と類似に提供されるので、差異点を中心に説明する。

図７は本発明の他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の構成図である。

本発明の他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００では、可変キャパシター１４００は、ｎ個のグループ（ｎは２以上の自然数）に集まった複数のキャパシター１４０１を包含する。即ち、可変キャパシター１４００は、ｎ個の可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、…、１４００−ｎで構成される。各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎは、互いに並列に連結される。

（可変キャパシターグループ）
各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎは、調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる。

プラズマインピーダンスマッチング装置１３００で調節しようとするキャパシタンスが１０^ｎ−１のキャパシタンスを有する時、キャパシタンス調節値の１の位のキャパシタンスは第１可変キャパシターグループ１４００−１が調節し、１０の位のキャパシタンスは第２可変キャパシターグループ１４００−２が調節し、１０^２の位のキャパシタンスは第３可変キャパシターグループ１４００−３が調節し、・・・、１０^ｎ−１の位のキャパシタンスは第ｎ可変キャパシターグループ１４００−ｎが調節するように、各キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、…、１４００−ｎが調節しようとするキャパシタンス範囲を定める。例えば、キャパシタンス調節値が１２３である場合、第１可変キャパシターグループ１４００−１はキャパシター１４０１を利用して３の値を調節し、第２可変キャパシターグループ１４００−２はキャパシター１４０１を利用して２０の値を調節し、第３可変キャパシターグループ１４００−３はキャパシター１４０１を利用して１００の値を調節する。

各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎは、キャパシター１４０１とスイッチ１４０２とを含む。

図８は図７の可変キャパシター１４００の回路図である。

図８を参照すれば、キャパシター１４０１は、伝送ライン１２１０からの高周波電力の供給のために、スイッチ１４０２と連結される。キャパシター１４０１は複数個で構成でき、キャパシター１４０１の各々にスイッチ１４０２が連結される。各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎは、複数のキャパシター１４０１各々に連結されたスイッチ１４０２を断続してキャパシタンスを調節する。

各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内のキャパシター１４０１は、互いに並列に連結できる。この時、各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内のキャパシタンスは、並列に連結された複数のキャパシター１４０１のうちスイッチオンされたキャパシター１４０１のキャパシタンスを単純に合算することによって求められる。

同一グループ内のキャパシター１４０１は、同一なキャパシタンスを有し得る。また、各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内のキャパシター１４０１がＣ_［ｎ］１〜Ｃ_［ｎ］９の９個であり得る。

第１可変キャパシターグループ１４００−１は、キャパシタンスが１であるキャパシター１４０１が９個提供され得り、第２可変キャパシターグループ１４００−２は、キャパシタンスが１０であるキャパシター１４０１が９個提供され得り、第３可変キャパシターグループ１４００−３は、キャパシタンスが１０^２であるキャパシター１４０１が９個提供され得り、第ｎ可変キャパシターグループ１４００−ｎは、キャパシタンスが１０^ｎ−１であるキャパシター１４０１が９個提供され得る。

これにより、第１可変キャパシターグループ１４００−１は、キャパシタンスが１であるキャパシター１４０１の中からスイッチ１４０２がオンされたキャパシター１４０１を組み合わせすることで１から９までのキャパシタンスを調節でき、第２可変キャパシターグループ１４００−２は、キャパシタンスが１０であるキャパシター１４０１の中からスイッチ１４０２がオンされたキャパシター１４０１を組み合わせることで１０から９０までのキャパシタンスを調節でき、第３可変キャパシターグループ１４００−３は、キャパシタンスが１０２であるキャパシター１４０１の中からスイッチ１４０２がオンされたキャパシター１４０１を組み合わせることで１０^２から９×１０^２までのキャパシタンスを調節でき、第ｎ可変キャパシターグループ１４００−ｎは、キャパシタンスが１０^ｎ−１であるキャパシター１４０１の中からスイッチ１４０２がオンされたキャパシター１４０１を組み合わせることで１０^ｎ−１から９×１０^ｎ−１までのキャパシタンスを調節できる。例えば、キャパシタンス調節値が１２３である場合、第１可変キャパシターグループ１４００−１は、キャパシタンスが１であるキャパシター１４０１の３つをスイッチオンして３を調節し、第２可変キャパシターグループ１４００−２は、キャパシタンスが１０であるキャパシター１４０１の２つをスイッチオンして２０を調節し、第３可変キャパシターグループ１４００−３は、キャパシタンスが１００であるキャパシター１４０１の１つをスイッチオンして１００を調節する。

このように、各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内の複数のキャパシター１４０１のキャパシタンスを組み合わせすることで、可変キャパシター１４００のキャパシタンス値を精密に制御できる。

本実施形態では、制御器１３２０は、キャパシタンス調節値にしたがって、可変キャパシター１４００の複数のキャパシター１４０１のうちスイッチングするキャパシター１４０１を選択するための制御信号を送出する。特に、この制御信号は、キャパシタンス調節値にしたがって選択された各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内の複数のキャパシター１４０１の中から伝送ライン１２１０に連結されるキャパシター１４０１を選択して、選択されたキャパシター１４０１のスイッチ１４０２がオンになるようにスイッチ１４０２に送出される。

ここで、スイッチ１４０２は、上述したように電気的スイッチが使用され得る。

図９は、図７の可変キャパシター１４００の変形形態の回路図である。

図９を参照すれば、スイッチ１４０２にはピンダイオードが使用され得る。ｎ個のグループでなされた可変キャパシター１４００は１つ以上存在できる。

図１０は、図７のプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の変形形態の構成図である。

図１０を参照すれば、プラズマインピーダンスマッチング装置には、２つの可変キャパシター１４００ａ、１４００ｂが設けられ、１つの可変キャパシター１４００ａは、ｎ個の可変キャパシターグループ１４００ａ−１、１４００ａ−２、…、１４００ａ−ｎを含み、他の１つの可変キャパシター１４００ｂは、ｍ（ｍは自然数）個の可変キャパシターグループ１４００ｂ−１、１４００ｂ−２、…、１４００ｂ−ｍを包含できる。ここで、ｍはｎと同一であるか、或いは異なり得る。また、複数の可変キャパシター１４００ａ、１４００ｂは、互いに並列に連結できる。

（プラズマインピーダンスマッチング装置２の動作）
以下では上述した本発明の他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作に対して説明する。他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、上述した一実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００と類似に動作できるので、差異点を中心に説明する。

上述した段階Ｓ１１０から段階Ｓ１３０を遂行し、可変キャパシター１４００の動作が決定された場合には、キャパシタンス調節値に対応して各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内からスイッチングするキャパシター１４０１を選択する。制御器１３２０は、デジタル制御信号を選択されたキャパシター１４０１のスイッチ１４０２に送出してスイッチ１４０２を作動させる。スイッチ１４０２が作動されたキャパシター１４０１は各々のキャパシタンスが組み合わさって、プラズマインピーダンスマッチングに必要であるキャパシタンス調節値を充足させる。

特に、各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内からキャパシター１４０１を選択する時には、キャパシタンス調節値が１０ｎ−１（ｎは２以上の自然数）のキャパシタンスを有する場合に、キャパシタンス調節値の１の位のキャパシタンスは第１可変キャパシターグループ１４００−１が調節するように、１０の位のキャパシタンスは第２可変キャパシターグループ１４００−２が調節するように、１０^２の位のキャパシタンスは第３可変キャパシターグループ１４００−３が調節するように、・・・、１０^ｎ−１の位のキャパシタンスは第ｎ可変キャパシターグループ１４００−ｎが調節するように、各可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎの作動の可否を決定する。その後、作動の可否が決定された可変キャパシターグループ１４００−１、１４００−２、・・・、１４００−ｎ内からスイッチングするキャパシター１４０１を選択する。

このようにして、工程チャンバー１１００内のプラズマインピーダンスと高周波電源１２００のインピーダンスがマッチングされない場合には、プラズマインピーダンスマッチング装置１３００の可変キャパシター１４００を利用してプラズマインピーダンスをマッチングさせる。

（プラズマインピーダンスマッチング装置３）
以下では本発明のさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００について説明する。さらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、上述した一実施形態及び他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００と類似に提供されるので、差異点を中心に説明する。

図１１は、本発明のさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の構成図である。

図１１を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、機械式可変キャパシター１４５０をさらに包含できる。

（機械式可変キャパシター）
機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とは互いに並列に連結できる。高周波電源１２００から工程チャンバー１１００へ高周波電力を伝送するために、機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とは、伝送ライン１２１０に並列に連結される。但し、機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とは互いに直列に連結されることもあり得る。

機械式可変キャパシター１４５０は、キャパシター１４５１と機械式駆動手段１４５２とを含む。

機械式可変キャパシター１４５０は、機械式駆動手段１４５２によってキャパシター１４５１のキャパシタンスを調節する。機械式駆動手段１４５２は、ステッピングモーターとギヤ端が結合されたような形態等の機械的な駆動手段であり、モーターは伝達された制御信号にしたがって回転駆動し、モーターによって回転されるギヤ端はキャパシター１４５１の間隔を調節する。

機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とは、主従関係で動作できる。可変キャパシター１４００は、制御信号にしたがって機械式可変キャパシター１４５０に従属的に作動できる。高周波電源１２００のインピーダンスを調節するために必要なキャパシタンス調節値にしたがって、機械式可変キャパシター１４５０が機械的な駆動手段によってキャパシタンスを粗く調節した後、可変キャパシター１４００によって、残りのキャパシタンスを微細に調節できる。機械式駆動手段１４５２によってキャパシタンスを調節する機械式可変キャパシター１４５０によって精密に調節されなかったキャパシタンスは、電気的信号によってスイッチオンされた可変キャパシター１４００の複数のキャパシター１４０１のキャパシタンスを組み合わせることで、精密に調節できる。

さらには、高周波電源１２００の電力が大きい範囲で変動される時には、機械式可変キャパシター１４５０が使用され、小さい範囲で変動される時には、可変キャパシター１４００が使用され得る。例えば、最初の工程が開始される時のように、供給される工程ガスの状態が大きく変動する場合に、機械式可変キャパシター１４５０が使用され、その後、可変キャパシター１４００によって微細に調整される。

本実施形態では、制御器１３２０は、キャパシタンス調節値に対応して機械式可変キャパシター１４５０の機械式駆動手段１４５２の駆動制御信号を送出し、可変キャパシター１４００のスイッチ１４０２のオン／オフ制御信号を送出する。

（プラズマインピーダンスマッチング装置３の動作）
以下では上述した本発明のさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作に対して説明する。さらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、上述した一実施形態及び他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００と類似に動作できるので、差異点を中心に説明する。

図１２乃至図１４は１０のプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作に関する順序図である。

図１２を参照すれば、段階Ｓ２１００乃至段階Ｓ２２００は、上述した段階Ｓ１１０乃至段階Ｓ１２０と類似に遂行され得る。上述した段階にしたがってキャパシタンス調節値が決定されれば、機械式可変キャパシター１４５０及び可変キャパシター１４００の動作の可否を決定する（Ｓ２３００）。機械式可変キャパシター１４５０の作動が必要である場合には、制御器１３２０はキャパシタンス調節値に対応して機械式駆動手段１４５２へ動作制御信号を送出する（Ｓ２３１０）。あるいは、可変キャパシター１４００の作動が必要である場合には、制御器１３２０はキャパシタンス調節値に対応して複数のキャパシター１４０１の各々のスイッチ１４０２へ動作制御信号を送出する（Ｓ２３２０）。ここで、機械式可変キャパシター１４５０及び可変キャパシター１４００の作動の必要がない場合には、上述した段階が省略され得る。

図１３を参照すれば、可変キャパシター１４００が複数のキャパシター１４０１で構成される場合には、可変キャパシター１４００の作動の可否を決定した後、キャパシタンス調節値に対応してスイッチングするキャパシター１４０１を選択する（Ｓ２３３０）。即ち、スイッチ１４０２をオン／オフして、スイッチングされたキャパシター１４０１を伝送ライン１２１０に連結することで、可変キャパシター１４００は、スイッチングされたキャパシター１４０１のキャパシタンスを組み合せてキャパシタンス調節値を充足させ得る。制御器１３２０は、選択されたキャパシター１４０１のスイッチ１４０２へ動作制御信号を送出する（Ｓ２３４０）。

また、上述したように、機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とは主従関係で制御できる。

図１４を参照すれば、制御器１３２０は、まず機械式可変キャパシター１４５０の作動の可否を決定できる（Ｓ２４００）。機械式可変キャパシター１４５０の動作が必要である場合には、段階Ｓ２５００で機械式可変キャパシター１４５０のキャパシタンスを調節する。その次に、機械式可変キャパシター１４５０によって調節されたキャパシタンスに対応して可変キャパシター１４００の作動の可否を決定し（Ｓ２６００）、可変キャパシター１４００の動作が必要である場合には、段階Ｓ２７００で可変キャパシター１４００のキャパシタンスを調節する。ここで、制御器１３２０は、機械式可変キャパシター１４５０によって粗い（ｃｏａｒｓｅ）調節をした後のキャパシタンス調節値に対応して、可変キャパシター１４００を微細に調節して、プラズマインピーダンスマッチングするのに必要なキャパシタンス調節値を充足させる。

このようにして、工程チャンバー１１００内のプラズマインピーダンスと高周波電源１２００のインピーダンスがマッチングされない場合には、プラズマインピーダンスマッチング装置１３００の機械式可変キャパシター１４５０と可変キャパシター１４００とを利用してプラズマインピーダンスをマッチングさせる。

（基板処理装置２）
以下では、本発明の他の実施形態による基板処理装置１０００について説明する。他の実施形態による基板処理装置１０００は、上述した一実施形態による基板処理装置１０００と類似に提供されるので、差異点を中心に説明する。

図１５は本発明の他の実施形態による基板処理装置１０００の構成図である。

図１５を参照すれば、本発明の他の実施形態による基板処理装置１０００では、高周波伝送ライン１２１０は、第１伝送ライン１２２０と第２伝送ライン１２３０とを含む。また、基板処理装置１０００は、第１伝送ライン１２２０に設けられる第１伝送スイッチ１２２５と、第２伝送ライン１２３０に設けられる第２伝送スイッチ１２３５とをさらに包含できる。

第１伝送ライン１２２０は、可変キャパシター１４００と工程チャンバー１１００とを連結する。第１伝送ライン１２２０には、第１伝送スイッチ１２２５が設けられる。第１伝送スイッチ１２２５は、スイッチ断続によって高周波電力を工程チャンバー１１００に供給又は遮断する。第１伝送スイッチ１２２５はピンダイオードであり得る。

第２伝送ライン１２３０は、第１伝送ライン１２２０から分岐されて接地面に接地される。第２伝送ライン１２３０には、第２伝送スイッチ１２３５が設けられる。第２伝送スイッチ１２３５は、スイッチ断続によって電力を接地面へ放電する。第２伝送スイッチ１２３５はピンダイオードであり得る。

第２伝送ライン１２３０は、第１伝送スイッチ１２２５に電力が到達する前に、第１伝送ライン１２２０から分岐され得る。即ち、第１伝送スイッチ１２２５は、第１伝送ライン１２２０と第２伝送ライン１２３０との間の分岐点の次に位置する。

本実施形態では、制御器１３２０は、高周波電源１２００のパルスモードにしたがって第１伝送スイッチ１２２５及び第２伝送スイッチ１２３５へオン／オフ信号を出力する。

高周波電源１２００のパルスモードがオン状態である場合には、制御器１３２０は第１伝送スイッチ１２２５にオン信号を出力し、第２伝送スイッチ１２３５にオフ信号を出力する。高周波電源１２００のパルスモードがオフ状態である場合には、制御器１３２０は第１伝送スイッチ１２２５にオフ信号を出力し、第２伝送スイッチ１２３５にオン信号を出力する。

（基板処理装置２の動作）
以下では、上述した本発明の他の実施形態による基板処理装置１０００の動作に対して説明する。他の実施形態による基板処理装置１０００は、上述した一実施形態、他の実施形態及びさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００と類似に動作できるので、差異点を中心に説明する。

高周波電源１２００は、伝送ライン１２１０を通じて高周波電力をパルスモードで供給する。制御器１３２０は、高周波電源１２００のパルスモードを受信して、その受信したパルスモードにしたがって、第１伝送スイッチ１２２５及び第２伝送スイッチ１２３５にスイッチ断続信号を出力する。第１伝送スイッチ１２２５及び第２伝送スイッチ１２３５のスイッチ断続信号は互いに異なり得る。

制御器１３２０は、高周波電源１２００のパルスモードがオン状態である場合には、第１伝送スイッチ１２２５にオン信号を出力し、第２伝送スイッチ１２３５にオフ信号を出力する。したがって、高周波電源１２００からの高周波電力は、可変キャパシター１４００を経て、第１伝送ライン１２２０を通じて工程チャンバー１１００の電極１１１０へ供給される。この時、工程チャンバー１１００内へ流入される気体に、電気エネルギーが伝達されて、その気体がプラズマ状態に変化される。プラズマが流入された工程チャンバー１１００は、そのプラズマを利用して基板処理工程を遂行する。

このようにパルスモードがオン状態である場合には、プラズマインピーダンスマッチング装置１３００がインピーダンスをマッチングする。これは上述した一実施形態、他の実施形態及びさらに他の実施形態によるプラズマインピーダンスマッチング装置１３００の動作と類似に遂行され得る。

図１６は、パルスモードでの高周波電力の供給にしたがったプラズマ状態の変化を示したグラフである。

図１６を参照すれば、プラズマインピーダンスマッチング装置１３００は、高周波電源１２００からパルスモードで高周波電力が供給される時、供給されたパルス高周波電力に相応するようにインピーダンスを調節して、プラズマインピーダンスが最適化されるようにする。

また、制御器１３２０は、高周波電源１２００のパルスモードがオフ状態である場合には、第１伝送スイッチ１２２５にオフ信号を出力し、第２伝送スイッチ１２３５にオン信号を出力する。したがって、高周波電源１２００から高周波電力が供給されることなく、可変キャパシター１４００に残留する電力は、第２伝送ライン１２３０を通じて接地面へ流れて放電される。これにより、高周波電力が高周波電源１２００から供給されない場合にも、可変キャパシター１４００内に残留する電力によって工程チャンバー１１００の電極１１１０へ電力が供給されることを防止することができる。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないので、本発明が属する技術分野で通常の知識を有するものであれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術思想を限定することなく単に説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されることではない。本発明の保護範囲は請求の範囲によって解釈されなければならないし、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれることを解釈されなければならない。

１０００・・・基板処理装置
１１００・・・工程チャンバー
１１１０・・・電極
１２００・・・高周波電源
１２１０・・・伝送ライン
１２２０・・・第１伝送ライン
１２２５・・・第１伝送スイッチ
１２３０・・・第２伝送ライン
１２３５・・・第２伝送スイッチ
１３００・・・インピーダンスマッチング装置
１３１０・・・インピーダンス整合器
１３２０・・・制御器
１３３０・・・インピーダンス測定器
１３４０・・・反射パワー測定器
１３５０・・・インダクタ
１４００・・・可変キャパシター
１４０１・・・キャパシター
１４０２・・・スイッチ
１４００−１、１４００−２、…１４００−ｎ・・・可変キャパシターグループ
１４５０・・・機械式可変キャパシター
１４５１・・・キャパシター
１４５２・・・機械式駆動手段

Claims (30)

1. 工程チャンバーと、
   前記工程チャンバー内に供給されたガスからプラズマを発生させる電極と、
   高周波電力を出力する高周波電源と、
   前記高周波電源から前記電極へ前記高周波電力を伝送する伝送ラインと、
   前記伝送ラインに連結されてプラズマインピーダンスをマッチングするインピーダンス整合器と、
   前記インピーダンス整合器へ制御信号を送出する制御器と、を含み、
   前記インピーダンス整合器は、
   複数のキャパシターの各々にスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御器の制御信号にしたがって断続してキャパシタンスを調節する可変キャパシターを含む基板処理装置。
2. 前記可変キャパシターは、
   ｎ個のグループ（ｎは２以上の自然数）に集まった複数のキャパシターと、
   前記キャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、
   各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記各グループは複数のキャパシターを含む請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記各グループは互いに並列に連結される請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される請求項４に記載の基板処理装置。
6. 前記同一グループ内のキャパシターは同一なキャパシタンスを有する請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記各グループ内のキャパシターは９個である請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記グループのキャパシターの間のキャパシタンス比率は１０^０：１０^１：１０^２：１０^３、・・・、：１０^ｎ−１でなされる請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記高周波電源はパルスモードで電力を供給する請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記伝送ラインは、前記可変キャパシターと前記工程チャンバーとを連結する第１伝送ライン、及び前記第１伝送ラインから分岐されて接地される第２伝送ラインを含み、
    前記制御器は、前記高周波電源のパルスモードにしたがって、前記第１伝送ラインに設けられる第１伝送スイッチ、及び前記第２伝送ラインに設けられる第２伝送スイッチへ、オン／オフ信号を出力する請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記第１伝送スイッチは前記第１伝送ラインと前記第２伝送ラインとの間の分岐点の次に位置する請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 高周波電力の伝送ラインに連結されてプラズマインピーダンスをマッチングさせるインピーダンス整合器と、
    前記インピーダンス整合器へ制御信号を送出する制御器と、を含み、
    前記インピーダンス整合器は、
    複数のキャパシターの各々にスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御器の制御信号にしたがって断続してキャパシタンスを調節する可変キャパシターを含むプラズマインピーダンスマッチング装置。
13. 前記可変キャパシターは、
    ｎ（ｎは２以上の自然数）個のグループに集まった複数のキャパシターと、
    前記キャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、
    各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる請求項１２に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
14. 前記各グループは複数のキャパシターを含む請求項１３に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
15. 前記各グループは互いに並列に連結される請求項１４に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
16. 前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される請求項１５に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
17. 前記同一グループ内のキャパシターは同一なキャパシタンスを有する請求項１６に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
18. 前記各グループ内のキャパシターは９個である請求項１７に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
19. 前記スイッチはピンダイオードでなされる請求項１２に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
20. 前記複数のキャパシターは互いに並列に連結される請求項１２に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
21. 前記可変キャパシターは、
    前記制御器の制御信号を受信して機械的な駆動手段によってキャパシタンスを調節する第１可変キャパシターと、
    複数のキャパシターにスイッチを連結し、前記スイッチを前記制御部の制御信号にしたがってオン／オフしてキャパシタンスを電気的に調節する第２可変キャパシターと、を含む請求項１２に記載のプラズマインピーダンスマッチング装置。
22. ｎ（ｎは２以上の自然数）個のグループに集まった複数のキャパシターと、
    前記複数のキャパシターの各々に連結されて制御信号にしたがって断続されるスイッチと、を含み、
    各グループ毎に調節できるキャパシタンス範囲が互いに異なる可変キャパシター。
23. 前記各グループは複数のキャパシターを含む請求項２２に記載の可変キャパシター。
24. 前記各グループは互いに並列に連結される請求項２３に記載の可変キャパシター。
25. 前記各グループ内の複数のキャパシターは互いに並列に連結される請求項２４に記載の可変キャパシター。
26. 前記同一グループに属するキャパシターは同一なキャパシタンスを有する請求項２５に記載の可変キャパシター。
27. 前記他のグループに属する複数のキャパシターは互いに異なるキャパシタンスを有する請求項２５に記載の可変キャパシター。
28. 前記各グループ内のキャパシターは９個である請求項２６に記載の可変キャパシター。
29. 前記グループのキャパシターの間のキャパシタンス比率は１０^０：１０^１：１０^２：１０^３、・・・、：１０^ｎ−１でなされる請求項２８に記載の可変キャパシター。
30. 前記スイッチはピンダイオードでなされる請求項２２に記載の可変キャパシター。

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