JP2018026752A - 高周波ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】高周波ノイズの周波数に対する入力インピーダンスを高くしつつ、フィルタサイズの小型化が可能な高周波ノイズフィルタを提供する。【解決手段】導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタＬ１０と、インダクタＬ１０を貫通するように中空内部に挿通される絶縁被覆された複数の電線１１〜１６と、複数の電線の両端の各々とインダクタとをそれぞれ静電結合させ、かつ、所定の周波数に対して、複数の電線のインピーダンスよりも低インピーダンスとなる複数の第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６と、インダクタＬ１０を交流接地させ、かつ、所定の周波数に対して低インピーダンスとなる第２コンデンサＣ１７とを備える、高周波ノイズフィルタ。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波電源機器を使用する半導体製造装置などに用いられる高周波ノイズフィルタに関する。

高周波電源機器を使用する半導体製造装置などにおいて、電極に印加される高周波電圧を発生源とする高周波ノイズによる電流制御ユニットへの影響を防止するため、電極の温度を制御する加熱ユニットと加熱ユニットを制御する制御ユニットとの間に、高周波ノイズフィルタを挿入する構成が採用されている。例えば、特許文献１を参照。

特開２０１１−１５１０８１号公報

しかしながら、例えば図４に示すような、電極１３１の温度を制御する加熱ユニット１２０に含まれる複数の電熱器１２１ａ、１２１ｂ、及び１２１ｃと制御ユニット１４０との間に、同相インダクタを用いた高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃをそれぞれ挿入する従来の構成による半導体製造装置１０１では、インダクタ同士の混触や相互インダクタンスの影響を考慮して、高周波ノイズフィルタ間に空間を設ける必要がある。このため、従来の構成による半導体製造装置１０１では、高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃ全体のサイズ（設置スペース）が大型化するという課題がある。

特に、この従来の構成による半導体製造装置１０１では、高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃには、制御ユニット１４０から出力される制御電流と高周波ノイズの電流との両方を流す必要があり、高周波ノイズの電流によるジュール損失を考慮すると、高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃ個々のサイズも大きくなるという課題がある。

また、上記従来の構成による半導体製造装置１０１では、高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃが電極１３１と制御ユニット１４０との間に並列に接続されているため、高周波ノイズの周波数に対して、電極１３１から高周波ノイズフィルタ１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃを見たときの入力インピーダンスが低下するという課題がある。

それ故に、本発明の目的は、高周波ノイズの周波数に対する入力インピーダンスを高くしつつ、フィルタサイズの小型化が可能な高周波ノイズフィルタを提供することである。

本発明の第１の態様は、高周波ノイズフィルタであって、導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタと、インダクタを貫通するように中空内部に挿通される絶縁被覆された複数の電線と、複数の電線の両端の各々とインダクタとをそれぞれ静電結合させ、かつ、所定の周波数に対して、複数の電線のインピーダンスよりも低インピーダンスとなる複数の第１コンデンサと、インダクタを交流接地させ、かつ、所定の周波数に対して低インピーダンスとなる第２コンデンサと、を備える、ことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、インダクタと並列に接続される第３コンデンサをさらに備える、ことを特徴とする。

さらに、本発明の第３の態様は、高周波電源機器を使用する半導体製造装置に用いられ、高周波電源機器から高周波電圧が印加される電極の温度を調整する加熱ユニットと加熱ユニットを制御する制御ユニットとの間に接続される、高周波ノイズフィルタであって、導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタと、インダクタを貫通するように中空内部に挿通される絶縁被覆された複数の電線と、複数の電線の加熱ユニットが接続される一方端の各々とインダクタの一方端とを、及び複数の電線の制御ユニットが接続される他方端の各々とインダクタの他方端とを、それぞれ静電結合させ、かつ、高周波電源機器から発生する所定の周波数に対して、複数の電線のインピーダンスよりも低インピーダンスとなる複数の第１コンデンサと、インダクタの他方端を交流接地させ、かつ、所定の周波数に対して低インピーダンスとなる第２コンデンサと、を備える、ことを特徴とする。

また、本発明の第４の態様は、第３の態様において、インダクタと並列に接続される第３コンデンサをさらに備える、ことを特徴とする。

上記本発明の第１及び第３の態様によれば、複数の電線の両端とインダクタとを、複数の第１コンデンサでそれぞれ静電結合させている。そして、例えば電極への高周波電圧の印加によって生じる高周波ノイズなどの所定の周波数に対して、第１コンデンサのインピーダンスを複数の電線のインピーダンスよりも十分に低く設定しているので、例えば電極から加熱ユニットを介して複数の電線に流入してくる高周波ノイズの電流のほとんどを、複数の第１コンデンサを介してインダクタの表面に流すことができる。

また、上記本発明の第１及び第３の態様によれば、インダクタを第２コンデンサで交流接地させている。そして、例えば電極に印加される高周波電圧の周波数などの所定の周波数に対して第２コンデンサを低インピーダンスに設定しているので、インダクタの表面を流れる高周波ノイズを除去することができる。

これにより、例えば高周波電源機器を使用する半導体製造装置などでは、複数の電線が、加熱ユニットを制御するために制御ユニットから出力される直流（又は低周波交流）の電流を流すだけでよくなる。従って、高周波電流によるジュール損失を考慮する必要がなく各電線の線径（断面積）を小さくすることができるので、高周波ノイズフィルタのサイズを小型化することが可能となる。

さらに、上記本発明の第１及び第３の態様によれば、螺旋チューブ状のインダクタの中空内部に、複数の電線がまとめて挿通されている構造であるため、高周波ノイズを除去するためのインダクタが１つで済む。

これにより、例えば電極から加熱ユニットを介して複数の電線に流入してくる高周波ノイズなどの所定の周波数に対して、外部から高周波ノイズフィルタを見たときの入力インピーダンスを高くしつつ、高周波ノイズフィルタのサイズを小型化することが可能となる。また、例えば加熱ユニットが有する所定のエネルギー変換手段（熱電素子や電熱器など）の数が増加したとしても、インダクタの中空内部に挿通させる小径の電線を増やすだけで良いため、インダクタのサイズ、すなわち高周波ノイズフィルタのサイズが大型化することを抑制できる。

上記本発明の第２及び第４の態様によれば、第１及び第３の態様の構成に加えて、インダクタの一方端とインダクタの他方端との間に、インダクタと並列に第３コンデンサを接続させている。よって、第３コンデンサを適切に設定すれば、所定の周波数で共振させることができる。

これによっても、外部から高周波ノイズフィルタを見たときの入力インピーダンスを、例えば電極から加熱ユニットを介して複数の電線に流入してくる高周波ノイズなどの所定の周波数に対して高くすることができる。

このように、本発明の高周波ノイズフィルタによれば、高周波ノイズの周波数に対する入力インピーダンスを高くしつつ、フィルタサイズの小型化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る高周波ノイズフィルタを適用した半導体製造装置の概略構成を示す図 高周波ノイズフィルタの詳細な構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る応用例の高周波ノイズフィルタを適用した半導体製造装置の概略構成を示す図 従来の高周波ノイズフィルタを適用した半導体製造装置の概略構成を示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明を行う。
図１は、本発明の一実施形態に係る高周波ノイズフィルタ１０を適用した半導体製造装置１の概略構成を示す図である。図１において、半導体製造装置１は、高周波ノイズフィルタ１０と、加熱ユニット２０と、電極３１と、高周波電源機器３２と、制御ユニット４０と、を含んで構成されている。

図１に示した半導体製造装置１は、高周波電源機器３２において発生させた所定の周波数ＲＦを有する高周波電圧を電極３１に印加し、被加熱体となるウェハ基板（図示せず）などを加工して、半導体を製造する装置である。電極３１は、加熱ユニット２０によって表面温度が均一になるように制御される。

加熱ユニット２０は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換するエネルギー変換手段を有し、このエネルギー変換手段によって電極３１の加熱や抜熱を行い、電極３１の表面温度が所定値となるように制御する。この加熱ユニット２０は、電極３１の表面温度を精度よく短時間に制御するため、複数のエネルギー変換手段で構成されてもよい。エネルギー変換手段には、例えば、ヒーターなどの電熱器やペルチェ素子などの熱電素子を使用することができる。図１に例示する本実施形態の加熱ユニット２０は、エネルギー変換手段として複数の電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃを有している。複数の電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃは、後述する高周波ノイズフィルタ１０を介して制御ユニット４０と接続され、制御ユニット４０から出力される制御電流（直流又は交流）によって個々に制御される。

電極３１に印加される高周波電圧は、加熱ユニット２０の寄生容量２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃを介して、複数の電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃを流れる制御電流に高周波ノイズとして重畳する。しかし、この高周波ノイズを制御ユニット４０にそのまま入力してしまうと、制御ユニット４０に動作や性能に障害を与え、複数の電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃの制御が不安定になるおそれがある。

そこで、本発明では、上述の高周波ノイズが制御ユニット４０に障害を与えることがないように、以下に説明する特徴的な高周波ノイズフィルタ１０を使用している。

［高周波ノイズフィルタの構成］
図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る高周波ノイズフィルタ１０を説明する。図２は、高周波ノイズフィルタ１０の詳細な構造を説明するための図である。

高周波ノイズフィルタ１０は、例えば高周波除去用の同相ノイズフィルタであり、高域減衰能力（ローパスフィルタ機能）を有すると共に、高周波電圧の周波数ＲＦに対して、電極３１から高周波ノイズフィルタ１０を見たときの入力インピーダンスを高くすることによって、高周波除去性能を実現している。この高周波ノイズフィルタ１０は、例えば回路基板などに実装することができる。

高周波ノイズフィルタ１０は、図１に示すように、複数の電線１１〜１６と、複数の第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６と、第２コンデンサＣ１７と、インダクタＬ１０と、を備えている。

インダクタＬ１０は、導電性を有する材料、例えば銅やアルミニウムなどからなる。このインダクタＬ１０は、図２に示すように、導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタである。インダクタＬ１０の材料、円筒の直径、巻回する回数などは、電線の本数や第１コンデンサの容量値などを考慮して、上述した高周波除去性能を満足するように適宜設定される。

複数の電線１１〜１６は、例えば銅やアルミニウムなどの金属線が絶縁被覆された構造である。この電線１１〜１６は、加熱ユニット２０が有するエネルギー変換手段である電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃの各々に対して２本一対で設けられ、接続される。具体的には、電熱器２１ａの一方端に電線１１の一方端が、電熱器２１ａの他方端に電線１２の一方端が、対として接続される。電熱器２１ｂの一方端に電線１３の一方端が、電熱器２１ｂの他方端に電線１４の一方端が、対として接続される。電熱器２１ｃの一方端に電線１５の一方端が、電熱器２１ｃの他方端に電線１６の一方端が、対として接続される。電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃが接続されていない電線１１〜１６の他方端は、制御ユニット４０の該当する制御端子にそれぞれ接続される。

この複数の電線１１〜１６は、図２に示すように、インダクタＬ１０の中空内部に挿通され、インダクタＬ１０を貫通している。よって、複数の電線１１〜１６は、インダクタＬ１０の形状に沿って同様に螺旋状に巻回されるため、図１に示すように、中空内部でインダクタンス成分Ｌ１１〜Ｌ１６を有することになる。

複数の第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６は、複数の電線１１〜１６のそれぞれの一方端とインダクタＬ１０とを電気的に接続し、静電結合させる。具体的には、電線１１の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１１で接続する。電線１２の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１２で接続する。電線１３の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１３で接続する。電線１４の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１４で接続する。電線１５の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１５で接続する。電線１６の一方端とインダクタＬ１０の一方端とを、第１コンデンサＣ１６で接続する。

また、複数の第１コンデンサＣ２１〜Ｃ２６は、複数の電線１１〜１６のそれぞれの他方端とインダクタＬ１０とを電気的に接続し、静電結合させる。具体的には、電線１１の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２１で接続する。電線１２の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２２で接続する。電線１３の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２３で接続する。電線１４の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２４で接続する。電線１５の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２５で接続する。電線１６の他方端とインダクタＬ１０の他方端とを、第１コンデンサＣ２６で接続する。

上記複数の第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６による静電結合によって、複数の電線１１〜１６の一方端と他方端とが同電位となる。この第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６のインピーダンス（１／ωＣ）は、電極３１に印加される高周波電圧の周波数ＲＦ、すなわち除去すべき高周波ノイズの周波数ＲＦに対して、複数の電線１１〜１６のインダクタンス成分Ｌ１１〜Ｌ１６によるインピーダンス（ωＬ）よりも十分に低く設定される（１／ωＣ＜＜ωＬ）。これにより、高周波ノイズが、複数の第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６を通過し易くしている。

第２コンデンサＣ１７は、インダクタＬ１０の他方端をグラウンドに交流接地する、所謂バイパスコンデンサである。第２コンデンサＣ１７のインピーダンスは、電極３１に印加される高周波電圧の周波数ＲＦ、すなわち除去すべき高周波ノイズの周波数ＲＦに対して、十分に低く設定される。これにより、インダクタＬ１０を流れる高周波ノイズの電流がグラウンドに流れ、高周波ノイズが除去され易くしている。

［高周波ノイズフィルタの作用・効果］
上述したように、本実施形態に係る高周波ノイズフィルタ１０では、複数の電線１１〜１６の両側を第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６で静電結合し、高周波ノイズの周波数ＲＦに対して、電線１１〜１６の（インダクタンス成分Ｌ１１〜Ｌ１６による）インピーダンスよりも第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６のインピーダンスを十分に低く設定している。

このため、電極３１から加熱ユニット２０を介して複数の電線１１〜１６に流入してくる高周波ノイズの電流のほとんどを、第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６を介してインダクタＬ１０の表面に流すことができる。そして、インダクタＬ１０の表面には、高周波ノイズの周波数ＲＦに対して低インピーダンスの第２コンデンサＣ１７が交流接地されている。よって、インダクタＬ１０の表面に流れる高周波ノイズの電流がグラウンドに流れて、高周波ノイズを除去することができる。

従って、高周波ノイズフィルタ１０を適用した半導体製造装置１では、加熱ユニット２０を介して流入してくる高周波ノイズによって制御ユニット４０に障害が発生してしまうおそれを抑制することができる。

一方、制御ユニット４０から出力される制御電流は、直流又は高周波ノイズの周波数ＲＦよりも低い低周波交流の電流である。このため、制御電流は、第１コンデンサＣ１１〜Ｃ１６及びＣ２１〜Ｃ２６ではなく、電線１１〜１６（のインダクタンス成分Ｌ１１〜Ｌ１６）を流れことになる。従って、制御ユニット４０は、電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃ（エネルギー変換手段）を支障なく制御することができる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る高周波ノイズフィルタ１０によれば、高周波ノイズの周波数ＲＦに対する入力インピーダンスを高くしつつ、フィルタサイズを小型化することが可能となる。

［応用例］
図３に示す半導体製造装置１’における高周波ノイズフィルタ１０’のように、インダクタＬ１０と並列に第３コンデンサＣ１８を接続させても良い。つまり、インダクタＬ１０の一方端と他方端とを、第３コンデンサＣ１８で接続する。この第３コンデンサＣ１８によって、高周波ノイズフィルタ１０’を所定の周波数で共振させることができる。

これにより、外部から高周波ノイズフィルタ１０’を見たときの入力インピーダンスを、電極１３から複数の電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃ（エネルギー変換手段）を介して複数の電線１１〜１６に流入してくる高周波ノイズなどの所定の周波数ＲＦに対して高くすることができる。

なお、上記実施形態では、インダクタＬ１０を導電性のある円筒を螺旋状に巻回して形成された中空の形状とし、インダクタＬ１０の中空内部に複数の電線１１〜１６を挿通する構造を説明した。しかし、この構造以外にも、例えば複数の電線１１〜１６を導電性のある箔や編組材で巻いたものを螺旋状に巻回した構造であっても良い。

また、上記実施形態で説明した電線１１〜１６の数は、あくまで一例であって、加熱ユニット２０が有する電熱器２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃ（エネルギー変換手段）の数に応じて適宜増減することが可能である。

本発明の高周波ノイズフィルタは、高周波電源機器を使用する半導体製造装置などに利用可能であり、高周波ノイズの周波数に対する入力インピーダンスを高くしつつ、フィルタサイズを小型化したい場合などに適している。

１、１’、１０１ 半導体製造装置
１０、１０’、１１０ａ，１１０ｂ、１１０ｃ 高周波ノイズフィルタ
１１〜１６ 電線
２０、１２０ 加熱ユニット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ 電熱器
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 寄生容量
３１、１３１ 電極
３２ 高周波電源機器
４０、１４０ 制御ユニット
Ｃ１１〜Ｃ１８、Ｃ２１〜Ｃ２６ コンデンサ
Ｌ１０ インダクタ
Ｌ１１〜Ｌ１６ インダクタンス成分

Claims (4)

1. 高周波ノイズフィルタであって、
   導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタと、
   前記インダクタを貫通するように中空内部に挿通される絶縁被覆された複数の電線と、
   前記複数の電線の両端の各々と前記インダクタとをそれぞれ静電結合させ、かつ、所定の周波数に対して、前記複数の電線のインピーダンスよりも低インピーダンスとなる複数の第１コンデンサと、
   前記インダクタを交流接地させ、かつ、前記所定の周波数に対して低インピーダンスとなる第２コンデンサと、
   を備える、高周波ノイズフィルタ。
2. 前記インダクタと並列に接続される第３コンデンサをさらに備える、請求項１に記載の高周波ノイズフィルタ。
3. 高周波電源機器を使用する半導体製造装置に用いられ、当該高周波電源機器から高周波電圧が印加される電極の温度を調整する加熱ユニットと当該加熱ユニットを制御する制御ユニットとの間に接続される、高周波ノイズフィルタであって、
   導電性を有する円筒を螺旋状に巻回して形成された中空のインダクタと、
   前記インダクタを貫通するように中空内部に挿通される絶縁被覆された複数の電線と、
   前記複数の電線の前記加熱ユニットが接続される一方端の各々と前記インダクタの一方端とを、及び前記複数の電線の前記制御ユニットが接続される他方端の各々と前記インダクタの他方端とを、それぞれ静電結合させ、かつ、前記高周波電源機器から発生する所定の周波数に対して、前記複数の電線のインピーダンスよりも低インピーダンスとなる複数の第１コンデンサと、
   前記インダクタの他方端を交流接地させ、かつ、前記所定の周波数に対して低インピーダンスとなる第２コンデンサと、
   を備える、高周波ノイズフィルタ。
4. 前記インダクタの一方端と前記インダクタの他方端との間に接続される第３コンデンサをさらに備える、請求項３に記載の高周波ノイズフィルタ。

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