JP2015146280A - 高周波電源装置およびプラズマ着火方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)定常状態においてプラズマに駆動電力を供給する電源に加えて、放電電圧を発生させるイグナイタ装置をプラズマ着火用電源として設ける構成が知られている。イグナイタ装置を備える高周波電源は、ソフトスタート機能によって、全反射電力から電力素子を保護するための保護機能を不要とすることができる。(特許文献1)
(b)低パワーでも着火しやすいように、部分的に電極間の距離を縮める技術。(特許文献2)
(c)高周波電源と負荷との間に整合器(マッチングボックス)接続し、整合器のプリセット機能によって、オフ状態からオン状態に転移するプラズマ着火時において整合器のマッチングポイントをオン状態における電力安定供給時のマッチングポイントからずらし、着火電圧(イグニッション電圧)の発生を促す技術。(特許文献3)
(d)プラズマ発生装置内の圧力を着火しやすい圧力に調整する技術。(特許文献4)
(e)進行波電力のデューティー比を零から100%まで順に増加させることで平均進行波電力を増加させる間にプラズマを着火させる技術。(特許文献5)
(a)イグナイタ電源を用いる場合には、定常状態で電力供給を行う電源に加えてイグナイタ電源を別途用意する必要があるためコストが増加するという問題がある他、パルス駆動を行う際のパルス信号の周波数が高くなると、イグナイタ電源は高周波に対応できなくなるため別の着火機能が必要となるという問題がある。
(b)電極間の距離を部分的に縮める技術では、電極の電界強度を部分的に高くして放電しやすい電極形状が必要であり、電極形状の開発にコストがかかるという問題の他、部分的に縮めた電極間に電界が集中するために破壊電界を考慮しなければならないという問題がある。
(c)整合器において、マッチングポイントからずれたインピーダンス条件で整合処理を行う場合には、インピーダンス整合に要する時間が長くなるため、プロセスが短いプラズマ処理やパルス駆動には適していないという問題の他、着火前のプラズマインピーダンスが着火時の値と大幅に異なる場合は着火できないという問題がある。
(d)プラズマ発生装置内の圧力調整には時間がかかる他、プラズマ処理に支障が生じるおそれがあるという問題がある。
本願発明の高周波電源装置のプラズマ着火方法は、高周波電源装置から高周波電力のパルス出力を印加してプラズマを着火させるプラズマ着火方法であり、プラズマ着火工程において、時間的に断続出力するパルス出力によってプラズマを着火し、このプラズマ着火工程によりプラズマ着火した後、プラズマ駆動電力供給工程において、着火したプラズマを維持する駆動電力を供給し、プラズマ維持を行う。
本願発明の高周波電源装置は、高周波電力を印加してプラズマを着火させる高周波電源装置であり、高周波出力のパルス出力を出力するパルス出力部を備える。
以下では、本願発明の高周波電源装置によるプラズマ着火について、図1〜図3を用いて概略動作を説明し、図4を用いて高周波電源装置の概略構成を説明し、図5を用いて高周波電源装置が備える電力制御部の概略構成を説明する。図6〜図18は本願発明の高周波電源装置によるプラズマ着火の2つの動作例を説明するためのフローチャートおよび信号図である。図6〜図14は着火動作期間の終了時に着火状態を判定して、設定着火動作回数の着火動作期間の動作を繰り返す例を示し、図15〜図18は着火動作期間内において着火状態を判定して、設定着火動作回数の着火動作期間の動作を繰り返す例を示している。図19は着火動作期間においてソフトスタートを適応した場合を説明するための図であり、図20〜23は着火状態を判定する一構成例を説明するための図である。
半導体製造装置や電子デバイス製造装置等のプラズマ処理装置、あるいはCO2レーザ加工機等のプラズマ発生装置のプラズマ負荷に対して、高周波電源(RF電源)装置から高周波出力(RF出力)をパルス駆動により供給する。パルス駆動は所定周期のパルス信号によってオン/オフする制御信号によって制御し、オン時間内に高周波電力を負荷に供給し、オフ時間内に高周波電力の供給を停止し、オン/オフのデューティー比(時間比率)によって負荷に供給する電力を制御する。パルス駆動の制御は、電力制御部によって行われる。パルス駆動のパルス信号の周期は、プラズマ負荷に供給する高周波出力(RF出力)の周波数に応じて設定することができる。
図4は本願発明の高周波電源装置の一構成の概略を説明する。高周波電源装置1は、パルス出力の高周波出力を出力する高周波出力部2を備え、インピーダンスを整合する整合器101を介して負荷102に高周波出力を出力する。負荷102は、例えば、チャンバー内で生成されるプラズマ負荷とすることができる。
第1の動作例はプラズマの着火判定をメインパルスによる反射波で行う例である。高周波電源装置の着火動作の第1の動作例を、図6のフローチャート、図7の構成図、および図8〜図14の信号図を用いて説明する。図7はプリパルスおよびメインパルスを形成する構成例を説明するための構成図であり、図8〜図10はn個のプリパルスを出力する場合を説明するための信号図であり、図11〜図13はプリパルスを出力しない場合を説明するための信号図である。図14はプリパルスの出力動作を説明するための信号図である。
第2の動作例はプラズマの着火状態の判定を着火パルス期間内のメインパルス出力時およびプリパルス出力時で行う例である。高周波電源装置の着火動作の第2の動作例を、図15のフローチャート、および図16〜図18の信号図を用いて説明する。図16〜図18は着火パルスが複数のプリパルスを含む例を示している。なお、第2の動作例では、プラズマ着火状態の判定を判定トリガに基づいて行う例を示している。
本願発明のプラズマの着火判定について、図20〜図22を用いて概略構成を説明し、図23のフローチャートを用いて概略工程を説明する。
2 高周波出力部
3 電力制御部
3a 平均進行波電力制御部
3b ピーク進行波電力制御部
3c 平均処理部
4 デューティー制御部
5 方向性結合器
6 進行波電力検出部
7 反射波電力検出部
10 着火判定出部
11 換算手段
11A 第1換算手段
11B 第2換算手段
11C 第3換算手段
12 比較手段
20 パルス出力部
20A パルス出力部
20B パルス出力部
20C パルス出力部
21 パルストリガ形成手段
21a プリパルストリガ形成手段
21b メインパルストリガ形成手段
22 着火パルス形成部
22a プリパルス形成手段
22b メインパルス形成手段
22c 駆動パルス形成手段
22d メインパルス駆動パルス形成手段
23a パルスゲート手段
23b パルスゲート手段
23c パルスゲート手段
24 出力停止手段(遮断手段)
25 パルス形成手段
101 整合器
102 負荷
Don デューティー
Hac 蓄熱換算量
n 設定パルス数
N 設定動作回数
T 一周期
Vf 進行波電圧
Vfail 着火判定信号
Vr 反射波電圧
Γ 反射係数
Claims (6)
- 高周波電源装置から高周波電力を印加してプラズマを着火させるプラズマ着火方法であって、
前記高周波電源装置は、時間的に断続出力するパルス出力によってプラズマを着火するプラズマ着火工程と、当該プラズマ着火工程によりプラズマ着火した後、着火したプラズマを維持する駆動電力を供給するプラズマ駆動電力供給工程とを有し、
前記プラズマ着火工程は、プラズマを着火させるための着火パルスを出力する着火パルス出力動作と、
前記各着火パルスは、メインパルスよりも小さい電力であってメインパルスの前段階で出力する任意の個数のプリパルスと、プリパルス後に出力する最初のメインパルスとを有し、
前記プラズマ着火工程によりプラズマが着火した後、着火したプラズマを維持する駆動電力を供給するプラズマ駆動電力供給工程に移行することを特徴とする高周波電源装置のプラズマ着火方法。 - 前記着火パルス出力動作を行う期間内において、前記プリパルスの出力間隔は任意に設定自在であることを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置のプラズマ着火方法。
- 前記プリパルスのパルス出力の電力は、当該パルス出力により発生する反射電力の平均反射電力が高周波電源を構成する電力素子の許容損失以下又は未満であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波電源装置のプラズマ着火方法。
- 高周波電力を印加してプラズマを着火させる高周波電源装置であって、
高周波出力のパルス出力を出力するパルス出力部を備え、
前記パルス出力部は、
時間的に断続出力するパルス出力によってプラズマを着火させる着火パルスを形成する着火パルス形成部と、
前記着火パルスによりプラズマ着火した後、着火したプラズマを維持する駆動電力を供給する駆動パルスを形成する駆動パルス形成部とを備え、
各着火パルスは、メインパルスよりも小さい電力であってメインパルスの前段階で出力する任意の個数のプリパルスと、プリパルス後に出力する最初のメインパルスとを有し、
前記駆動パルス形成部は、前記着火パルスによりプラズマが着火した後、着火したプラズマを維持する駆動電力を供給することを特徴とする高周波電源装置。 - 前記着火パルス形成部は、
前記着火パルスの形成において、前記プリパルスの出力間隔を任意に設定自在であることを特徴とする請求項4に記載の高周波電源装置。 - 前記着火パルス形成部は、
前記プリパルスのパルス出力の電力において、当該パルス出力により発生する反射電力の平均反射電力を高周波電源を構成する電力素子の許容損失以下又は未満とすることを特徴とする請求項4又は5に記載の高周波電源装置。
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