JP2023064972A

JP2023064972A - インピーダンス整合装置、及び処理装置

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Publication number: JP2023064972A
Application number: JP2021175466A
Authority: JP
Inventors: 邦夫小島; Kunio Kojima; 正興田中; Masaoki Tanaka; 敦志今井; Atsushi Imai; 定雄森; Sadao Mori; 芳彦立和名; Yoshihiko Tatewana
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd; Denso Corp; Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd; Denso Corp; Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-05-12
Anticipated expiration: 2041-10-27
Also published as: JP7353609B2

Abstract

【課題】インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替える回路に対する信号の変動を抑制する。
【解決手段】インピーダンス整合装置は、高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路を有するインピーダンス整合装置であって、インピーダンス整合回路を制御する制御回路と、フォトカプラを有し、外部からフォトカプラを介して伝達された信号に基づいて制御回路の動作と非動作とを切り替える切替回路と、切替回路が実装された回路基板と、インピーダンス整合回路を収容する導電性の筐体と、筐体に設けられ、回路基板を支持する非導電性のスタット、フォトカプラの出力端子とグランドとの間に配置されたコンデンサと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、インピーダンス整合装置、及び処理装置に関する。

従来、高周波電源装置と負荷との間にインピーダンス整合装置を配置し、高周波電源装置から負荷に対して高周波電力を供給する技術がある（例えば、特許文献１）。高周波電源装置は、高周波電力を連続的、又は周期的に出力する。インピーダンス整合装置は、高周波電力が出力される期間にインピーダンス整合を行う。

特開２０１０－４１５５８号公報

インピーダンス整合装置は、高周波電力が周期的に出力される場合に、高周波電力が出力される期間と出力されない期間とで、インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替えてもよい。ここで、インピーダンス整合装置では、高周波電力を連続的、又は周期的に出力する場合の双方において、インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替える切替回路に対する信号が高周波電力の影響を受けて変動すると、インピーダンス整合が不良となる場合がある。

また、インピーダンス整合装置では、回路構成によっては、切替回路の回路基板のグランドパターンに、負荷から高周波電源装置へのリターン電流が流れ込む場合がある。かかる場合、インピーダンス整合装置では、切替回路における基準電位の変動により、切替回路に対する信号が変動して、インピーダンス整合が不良となる場合がある。

本発明は、インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替える回路に対する信号の変動を抑制するインピーダンス整合装置、及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路を有するインピーダンス整合装置であって、インピーダンス整合回路を制御する制御回路と、フォトカプラを有し、外部からフォトカプラを介して伝達された信号に基づいて制御回路の動作と非動作とを切り替える切替回路と、切替回路が実装された回路基板と、インピーダンス整合回路を収容する導電性の筐体と、筐体に設けられ、回路基板を支持する非導電性のスタットと、フォトカプラの出力端子とグランドとの間に配置されたコンデンサと、を備える、インピーダンス整合装置が提供される。

本発明の態様に従えば、上記態様のインピーダンス整合装置と、インピーダンス整合装置を介して供給された高周波電力に基づきプラズマを発生させるプラズマ装置と、を有する、処理装置が提供される。

本発明の態様によれば、インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替える回路に対する信号の変動を抑制できる。

実施形態に係るインピーダンス整合装置、及び処理装置を有するプラズマ処理システムの構成例を示す図である。実施形態に係る回路基板の構成例を示す図である。従来技術に係るリターン電流の流れの例を説明する図である。本実施形態に係るリターン電流の流れの例を説明する図である。フォトカプラの出力信号の波形データの例を示す図である。フォトカプラの出力信号の波形データの例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明は、以下で説明する実施形態に限定されない。また、図面は、実施形態の説明のために、一部を大きく又は強調して、或いは一部を簡略化して表しており、実際の構造又は形状、縮尺等が異なる場合がある。実施形態において、「接続」は、電気的な接続を意味する。従って、「接続」は、「直接的に」等と記載しない限り、直接的に接続される状態に加えて、間接的に接続される状態を含む。間接的に接続される状態とは、例えば、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタ、及びスイッチング素子等の素子や、ねじ、及びステー等の金属材料を介して間接的に接続される状態を指す。

図１は、実施形態に係るインピーダンス整合装置、及び処理装置を有するプラズマ処理システムの構成例を示す図である。図１に示すように、プラズマ処理システム１は、高周波電源装置２と、処理装置３とを有する。これらのうち、処理装置３は、プラズマ装置４と、インピーダンス整合装置５とを有する。なお、プラズマ装置４は、「負荷」の一例である。

高周波電源装置２は、高周波の電力（以下、「高周波電力」と呼ぶ場合がある）Ｗを、インピーダンス整合装置５を介してプラズマ装置４に供給する。高周波電源装置２は、同軸ケーブルＣ１を介してインピーダンス整合装置５と接続される。高周波電源装置２は、同軸ケーブルＣ１を介して高周波電力Ｗをインピーダンス整合装置５に出力する。具体的には、高周波電源装置２は、出力端子２ａと、グランド端子２ｂとを備える。出力端子２ａとグランド端子２ｂとは、同軸ケーブルＣ１を介してインピーダンス整合装置５と接続される。グランド端子２ｂは、グランド（ＧＮＤ）と接続される。高周波電源装置２は、出力端子２ａから高周波電力Ｗを出力する。

高周波電源装置２における高周波電力Ｗの出力に関しては、例えば、連続運転モードとパルス運転モードとにより実現する。連続運転モードは、高周波電力Ｗを連続的に出力するモードである。パルス運転モードは、高周波電力Ｗを所定の周期Ｔで出力するモードである。すなわち、パルス運転モードは、高周波電力Ｗを出力する期間と、高周波電力Ｗを出力しない期間とを、所定の周期Ｔで切り替えるモードである。ここで、高周波電力Ｗの周波数ｆ１は、例えば、１３．５６ＭＨｚである。パルス運転モードにおける高周波電力Ｗの周期Ｔの周波数ｆ２（１／Ｔ）は、周波数ｆ１よりも低い周波数であって、例えば数ｋＨｚ～数十ｋＨｚである。高周波電源装置２の出力インピーダンスＲ１は、例えば、５０Ωである。

プラズマ装置４は、高周波電源装置２からの高周波電力Ｗの供給によりプラズマを発生させる。そして、プラズマ装置４は、発生させたプラズマを用いて所定の処理を行う。所定の処理は、例えば、基板やウェハのレジスト膜をアッシング（剥離）する、いわゆるドライエッチング等が挙げられるが、プラズマを用いた処理であればどのような処理でもよい。

プラズマ装置４は、第１電極４ａと、第２電極４ｂとを備える。第１電極４ａと第２電極４ｂとのそれぞれは、インピーダンス整合装置５と接続される。第１電極４ａと第２電極４ｂとには、高周波電源装置２からインピーダンス整合装置５を介して高周波が印加される。プラズマ装置４は、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に高周波が印加されると、プラズマ装置４内のチャンバ内にプラズマを発生させる。プラズマ装置４で発生されるプラズマは、容量結合型プラズマ（CCC：Capacitive Coupled Plasma）であってもよいし、誘導結合型プラズマ（ICP：Inductive Coupled Plasma）であってもよい。

インピーダンス整合装置５は、高周波電源装置２の出力インピーダンスＲ１と、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２とを整合する。インピーダンス整合装置５は、同軸コネクタ１０と、第１接続部１１と、第２接続部１２と、筐体１３と、インピーダンス整合回路１４と、第１出力端子１５と、第２出力端子１６とを備える。加えて、インピーダンス整合装置５は、回路基板１７と、第３接続部１８と、第４接続部１９と、位相検出回路２０と、切替回路２１と、制御回路２２と、スタット２３とを備える。

同軸コネクタ１０は、同軸ケーブルＣ１の同軸コネクタ（不図示）と嵌合する構造を有する。例えば、同軸コネクタ１０は、中心導体１０ａと、外部導体１０ｂとを有する。中心導体１０ａは、軸方向に延在する導体である。また、中心導体１０ａは、外部導体１０ｂに対して絶縁されている。外部導体１０ｂは、第１外部導体１０ｃと、第２外部導体１０ｄとを備える。第１外部導体１０ｃは、中心導体１０ａを同心円状に囲うように配置された筒状（円筒状）の導体である。また、第１外部導体１０ｃは、第２外部導体１０ｄと導通する。第２外部導体１０ｄは、板状の導体である。例えば、第１外部導体１０ｃと第２外部導体１０ｄとは、一体で形成される。中心導体１０ａは、同軸コネクタ１０と同軸ケーブルＣ１の同軸コネクタ（不図示）とが嵌合することで、出力端子２ａと接続される。外部導体１０ｂは、同軸コネクタ１０と同軸ケーブルＣ１の同軸コネクタ（不図示）とが嵌合することで、グランド端子２ｂと接続される。

第１接続部１１は、中心導体１０ａとインピーダンス整合回路１４とを接続する。第１接続部１１は、例えばケーブルである。但し、第１接続部１１は、ケーブルに限定されず、中心導体１０ａとインピーダンス整合回路１４とを電気的に接続する構成を有していればよい。第２接続部１２は、外部導体１０ｂと筐体１３とを接続する。第２接続部１２は、例えば、ケーブルであってもよいし、外部導体１０ｂと筐体１３とを接合する金属材料の金具であってもよい。かかる金具は、ねじであってもよいし、板状のプレートであってもよい。第２接続部１２は、ボックス形状の部材であってもよい。第２接続部１２は、筐体１３と一体で形成されてもよい。第２接続部１２は、外部導体１０ｂと筐体１３とを電気的に接続する構成を有していればよい。

筐体１３は、インピーダンス整合回路１４を収容する導電性の筐体である。筐体１３は、例えば、アルミ部材から成る。筐体１３は、第１接続部１１に対して絶縁されている。筐体１３には、筐体１３の内部から外部へケーブルＣ２を引き出す引出口１３ａが設けられる。

インピーダンス整合回路１４は、高周波電源装置２とプラズマ装置４との間に設けられる。インピーダンス整合回路１４は、高周波電源装置２とプラズマ装置４とのインピーダンスを整合する。すなわち、インピーダンス整合回路１４は、高周波電源装置２の出力インピーダンスＲ１と、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２とを整合する。インピーダンス整合回路１４は、少なくとも、１つの可変リアクタンス素子を有する。また、本実施形態に係るインピーダンス整合回路１４は、ＬＣ回路を備える。具体的には、インピーダンス整合回路１４は、第１可変コンデンサ３０と、第２可変コンデンサ３１と、インダクタ３２と、グランドライン３３とを備える。本実施形態における可変リアクタンス素子は、第１可変コンデンサ３０、及び第２可変コンデンサ３１である。

第１可変コンデンサ３０は、第１接続部１１とグランドライン３３との間に配置される。すなわち、第１可変コンデンサ３０は、第１端部が第１接続部１１と接続され、第２端部がグランドライン３３と接続される。第１可変コンデンサ３０の容量は、制御回路２２によって変更可能である。例えば、第１可変コンデンサ３０の容量は、０．０１μＦ以上である。第１可変コンデンサ３０は、例えばバリコンである。インダクタ３２は、第１端部が第１接続部１１、及び第１可変コンデンサ３０と接続され、第２端部が第２可変コンデンサ３１と接続される。

第２可変コンデンサ３１は、第１端部がインダクタ３２の第２端部と接続され、第２端部が第１出力端子１５と接続される。第２可変コンデンサ３１の容量は、制御回路２２によって変更可能である。第２可変コンデンサ３１は、例えばバリコンである。グランドライン３３は、インピーダンス整合回路１４の基準電位である。グランドライン３３は、筐体１３と直接接続される。これにより、グランドライン３３と筐体１３とは、直接的に接続される。グランドライン３３は、第２出力端子１６と接続される。第１出力端子１５は、ケーブルＣ２を介して第１電極４ａと接続される。第２出力端子１６は、ケーブルＣ２を介して第２電極４ｂと接続される。

回路基板１７は、第１入力端子４０と、第１グランド端子４１と、第２入力端子４２と、第２グランド端子４３と、出力端子４４と、第３グランド端子４５と、グランドパターン４６とを備える。回路基板１７には、位相検出回路２０と、切替回路２１とが実装される。なお、回路基板１７には、制御回路２２が実装されてもよい。回路基板１７は、スタット２３により、筐体１３に支持される。

第１入力端子４０は、第３接続部１８を介して中心導体１０ａと接続される。第１グランド端子４１は、第４接続部１９を介して外部導体１０ｂと接続される。第２入力端子４２は、外部装置と接続される。第２入力端子４２は、切替制御回路２００と接続される。第２入力端子４２は、外部装置によって送信された信号（以下、「外部信号」と呼ぶ場合がある）を切替制御回路２００に伝達する。外部信号は、原則として、パルス運転モードの周期Ｔに同期して、外部装置からインピーダンス整合装置５に出力される。第２グランド端子４３は、外部装置の基準電位と接続される。

出力端子４４は、伝送線を介して制御回路２２と接続される。第３グランド端子４５は、第１グランド端子４１と接続される。第３グランド端子４５は、伝送線を介して制御回路２２と接続される。グランドパターン４６は、回路基板１７に実装される各回路の基準電位となる導体である。グランドパターン４６は、第１グランド端子４１、及び第３グランド端子４５と接続される。

第３接続部１８は、中心導体１０ａと、第１入力端子４０とを接続する。第３接続部１８は、例えばケーブルである。但し、第３接続部１８は、ケーブルに限定されず、中心導体１０ａと第１入力端子４０とを電気的に接続する構成を有していればよい。第４接続部１９は、外部導体１０ｂと第１グランド端子４１とを接続する。第４接続部１９は、例えばケーブルであってもよいし、外部導体１０ｂと第１グランド端子４１とを接合する金属材料の金具であってもよい。かかる金具は、ねじであってもよいし、板状のプレートであってもよい。第４接続部１９は、外部導体１０ｂと第１グランド端子４１とを電気的に接続する構成を有していればよい。

位相検出回路２０は、高周波電源装置２から供給された高周波の電圧、及び電流の位相差Δθを検出する。そして、位相検出回路２０は、検出した位相差Δθを示す位相差信号Ｐを切替回路２１に出力する。切替回路２１は、外部信号に基づいて、制御回路２２の動作と非動作とを切り替える。切替回路２１は、信号切替回路１００と、切替制御回路２００とを備える。

信号切替回路１００は、位相検出回路２０からの位相差信号Ｐを制御回路２２に出力する。制御回路２２は、位相差信号Ｐを受信することで動作する。但し、信号切替回路１００は、切替制御回路２００から制御信号を取得した場合に、位相差信号Ｐを制御回路２２に出力しない。制御回路２２は、信号切替回路１００から位相差信号Ｐが出力されない状況においては動作しない。すなわち、信号切替回路１００は、切替制御回路２００による制御のもと、制御回路２２に対する位相差信号Ｐの出力と出力停止とを切り替え可能である。

切替制御回路２００は、外部信号に基づいて、信号切替回路１００が備えるスイッチング素子（後述する第１アナログスイッチ１１２、及び第２アナログスイッチ１１４）の導通と非導通とを制御する。例えば、切替制御回路２００は、信号切替回路１００が備えるスイッチング素子を導通状態に制御することで、制御回路２２を動作させる。また、切替制御回路２００は、信号切替回路１００が備えるスイッチング素子を非導通状態に制御することで、制御回路２２の動作を停止させた状態とする。

制御回路２２は、第１可変コンデンサ３０、及び第２可変コンデンサ３１の少なくとも一方の容量を調整することで、高周波電源装置２の出力インピーダンスＲ１と、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２とを整合させるインピーダンス整合動作を実行する。制御回路２２は、位相差信号Ｐに基づいて、インピーダンス整合動作を実行する。従って、制御回路２２は、位相検出回路２０から切替回路２１を介して位相差信号Ｐが入力されない場合に、インピーダンス整合動作を実行しない。なお、インピーダンス整合動作は、高周波電源装置２の出力インピーダンスＲ１と、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２とを整合させる動作であれば、どのような動作であってもよい。

インピーダンス整合動作の一例として、制御回路２２は、位相制御及び絶対値制御を行う。位相制御では、位相差信号Ｐが示す位相差がなくなるように、第２可変コンデンサ３１の容量が制御される。絶対値制御では、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２の絶対値が目標値（例えば、５０Ω等）になるように、第１可変コンデンサ３０の制御が行われる。なお、制御回路２２は、プラズマ装置４の入力インピーダンスＲ２の絶対値を検出するインピーダンス検出回路を備えてもよい。

スタット２３は、筐体１３に設けられ、回路基板１７を支持する。スタット２３は、非導電性である。例えば、本実施形態では、４つのスタット２３が回路基板１７を支持する。但し、スタット２３の数は４つに限定されない。スタット２３は、例えば、樹脂製であるが、非導電性であれば材質については特に限定されない。例えば、スタット２３の抵抗値は、６９．３×１０^１５Ω以上である。非導電性のスタット２３には、電流が流れない。従って、スタット２３は、筐体１３からグランドパターン４６へ直接的にリターン電流が流れることを抑制する。

図２は、実施形態に係る回路基板の構成例を示す図である。図２に示すように、位相検出回路２０は、電圧検出回路３００と、電流検出回路４００と、位相比較回路５００とを備える。電圧検出回路３００は、第１入力端子４０から入力された高周波の電圧値を示す電圧信号を検出し、検出した電圧信号を位相比較回路５００に出力する。電流検出回路４００は、第１入力端子４０から入力された高周波の電流値を示す電流信号を検出し、検出した電流信号を位相比較回路５００に出力する。位相比較回路５００は、電圧信号の位相θ１と、電流信号の位相θ２とを比較する。位相比較回路５００は、電圧信号の位相θ１と電流信号の位相θ２との位相差Δθを示す信号である位相差信号Ｐを信号切替回路１００に出力する。

信号切替回路１００は、反転増幅回路１１０と、オフセット調整回路１２０と、フィルタ回路１３０とを備える。反転増幅回路１１０は、抵抗器１１１と、第１アナログスイッチ１１２と、オペアンプ１１３と、第２アナログスイッチ１１４と、抵抗器１１５と、コンデンサ１１６とを備える。

抵抗器１１１は、第１端部が位相比較回路５００の出力端と接続され、第２端部が第１アナログスイッチ１１２と接続される。第１アナログスイッチ１１２は、第１端子１１２ａと、第２端子１１２ｂとを備える。第１アナログスイッチ１１２は、切替制御回路２００からの制御信号に基づいて、第１端子１１２ａと第２端子１１２ｂとの間を、導通状態から非導通状態、又は非導通状態から導通状態に切り替える。第１端子１１２ａは、抵抗器１１１の第２端部と接続される。第２端子１１２ｂは、オペアンプ１１３の反転入力端子と接続される。オペアンプ１１３は、反転入力端子が第２アナログスイッチ１１４と接続され、非反転入力端子がグランドパターン４６と接続される。

第２アナログスイッチ１１４は、第１端子１１４ａと、第２端子１１４ｂとを備える。第２アナログスイッチ１１４は、切替制御回路２００からの制御信号に基づいて、第１端子１１４ａと第２端子１１４ｂとの間を、導通状態から非導通状態、又は非導通状態から導通状態に切り替える。第１端子１１４ａは、オペアンプ１１３の非反転入力端子と接続される。第２端子１１４ｂは、抵抗器１１５と接続される。抵抗器１１５は、第１端部が第２端子１１４ｂと接続され、第２端部がオペアンプ１１３の出力端子と接続される。コンデンサ１１６は、オペアンプ１１３の反転入力端子、及びオペアンプ１１３の出力端子と接続される。

オフセット調整回路１２０は、複数の抵抗器（例えば、抵抗器１２１、抵抗器１２２、及び抵抗器１２３）を備え、複数の抵抗器で抵抗分圧した電圧を反転入力端子に対して印加する。これにより、オフセット調整回路１２０は、オペアンプ１１３の出力端子から出力される位相差信号Ｐの初期オフセット電圧を除去する。

フィルタ回路１３０は、位相差信号Ｐのノイズを除去する。フィルタ回路１３０は、抵抗器１３１と、コンデンサ１３２と、抵抗器１３３とを備える。抵抗器１３１は、第１端部がオペアンプ１１３の出力端子と接続され、第２端部がコンデンサ１３２の第１端部と接続される。コンデンサ１３２は、第１端部が抵抗器１３３と接続され、第２端部がグランドパターン４６と接続される。抵抗器１３３は、第１端部がコンデンサ１３２の第１端部と接続され、第２端部が出力端子４４と接続される。

切替制御回路２００は、フィルタ回路２１０と、フォトカプラ２２０と、抵抗器２３０と、コンデンサ２４０と、ダイオード２５０と、抵抗器２６０と、コンデンサ２７０と、信号調整回路２８０とを備える。フィルタ回路２１０は、第２入力端子４２に入力された外部信号のノイズを低減する。フィルタ回路２１０は、例えば、抵抗器２１１とコンデンサ２１２とを有するＲＣ回路である。フォトカプラ２２０は、第２入力端子４２に入力された外部信号を切替回路２１に伝達する。フォトカプラ２２０は、外部装置の基準電位と、切替回路２１の基準電位とが異なる場合であっても、外部信号を切替回路２１へ伝達可能である。フォトカプラ２２０は、外部装置と切替回路２１とを相互に絶縁したまま、外部装置からの外部信号を切替制御回路２００の内部に伝達する。

フォトカプラ２２０は、発光ダイオード２２１と、フォトトランジスタ２２２とを備える。発光ダイオード２２１は、アノードがフィルタ回路２１０を介して第２入力端子４２と接続され、カソードがフィルタ回路２１０を介して第２グランド端子４３と接続される。発光ダイオード２２１は、外部信号が入力されると、電流が流れることで発光する。フォトトランジスタ２２２は、コレクタが抵抗器２３０を介して第１制御電源Ｅ１と接続され、エミッタがグランドパターン４６と接続される。フォトトランジスタ２２２は、発光ダイオード２２１が発光すると、発光による光によってオン状態となる。オン状態とは、フォトトランジスタ２２２のコレクタとエミッタとの間が導通状態であることを指す。従って、フォトカプラ２２０は、フォトトランジスタ２２２がオン状態であれば、Ｌレベルの信号を出力する。換言すると、フォトカプラ２２０は、外部信号が入力される状態において、Ｌレベルの信号を出力する。一方、フォトカプラ２２０は、外部信号が入力されない状態において、Ｈレベルの信号を出力する。

第１制御電源Ｅ１は、第１制御電圧Ｖ１を出力する。第１制御電源Ｅ１は、回路基板１７に実装される。抵抗器２３０は、フォトトランジスタ２２２のコレクタと第１制御電源Ｅ１との間に設けられる。コンデンサ２４０は、フォトカプラ２２０の出力端子とグランドとの間に配置される。具体的には、コンデンサ２４０は、フォトカプラ２２０の出力端子、及びグランドパターン４６と接続される。フォトカプラ２２０の出力端子は、フォトトランジスタ２２２のコレクタである。コンデンサ２４０は、第１端部がフォトトランジスタ２２２のコレクタと接続され、第２端部がグランドパターン４６と接続される。コンデンサ２４０は、フォトカプラ２２０の出力端子とグランドパターン４６との間の電圧変動を抑制可能である。

ダイオード２５０は、アノードがコンデンサ２４０の第１端部と接続され、カソードが信号調整回路２８０と接続される。抵抗器２６０は、ダイオード２５０のカソード、及びグランドパターン４６と接続される。コンデンサ２７０は、第１制御電源Ｅ１、及びグランドパターン４６と接続される。

信号調整回路２８０は、フォトカプラ２２０から出力された信号である出力信号の電圧レベルを調整する。信号調整回路２８０は、調整後の出力信号を制御信号として、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とに出力する。本実施形態において、信号調整回路２８０は、出力信号がＨレベルである場合に、第１制御電源Ｅ１から出力される第１制御電圧Ｖ１の制御信号を、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とに出力する。一方、信号調整回路２８０は、出力信号がＬレベルである場合に、第２制御電源Ｅ２から出力される第２制御電圧Ｖ２の制御信号を、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とに出力する。

第１制御電圧Ｖ１は、第１アナログスイッチ１１２、及び第２アナログスイッチ１１４を導通状態に制御する電圧である。第１制御電圧Ｖ１は、例えば、＋５Ｖである。第２制御電圧Ｖ２は、第１アナログスイッチ１１２、及び第２アナログスイッチ１１４を非導通状態に制御する電圧である。第２制御電圧Ｖ２は、例えば、－５Ｖ等の負の電圧である。

信号調整回路２８０は、ＮＯＴ回路２８１と、抵抗器２８２と、抵抗器２８３と、抵抗器２８４と、トランジスタ２８５とを備える。ＮＯＴ回路２８１は、フォトカプラ２２０により出力された出力信号の信号レベルを反転して出力する。抵抗器２８２は、ＮＯＴ回路２８１、及びトランジスタ２８５と接続される。抵抗器２８３は、トランジスタ２８５のゲート、及び第２制御電圧Ｖ２を出力する第２制御電源Ｅ２と接続される。抵抗器２８４は、第１制御電源Ｅ１の出力端子、及びトランジスタ２８５のドレインと接続される。

トランジスタ２８５は、電界効果トランジスタである。トランジスタ２８５のコレクタは、第１アナログスイッチ１１２、及び第２アナログスイッチ１１４と接続される。トランジスタ２８５のソースは、第２制御電源Ｅ２と接続される。トランジスタ２８５は、ＮＯＴ回路２８１からのＬレベルの出力信号がゲートに入力される場合に、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とに第１制御電圧Ｖ１を出力する。この結果、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とは、導通状態に制御される。トランジスタ２８５は、ＮＯＴ回路２８１からのＨレベルの出力信号がゲートに入力される場合に、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とに第２制御電圧Ｖ２を出力する。この結果、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とは、非導通状態に制御される。

ここで、インピーダンス整合装置５の連続運転モードとパルス運転モードとの動作を説明する。連続運転モードにおいて、高周波電源装置２は、高周波電力Ｗを連続的に出力する。連続運転モードにおいて、外部装置は、インピーダンス整合装置５に対して外部信号を出力しない。外部装置が外部信号を出力しない場合は、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とが常に導通状態に制御され、位相差信号Ｐが常に制御回路２２に出力される。この結果、制御回路２２は、連続運転モードにおいて、インピーダンス整合動作を常に実行する。

一方、パルス運転モードにおいて、高周波電源装置２は、高周波電力Ｗを所定の周期Ｔで出力する。パルス運転モードにおいて、外部装置は、高周波電源装置２が高周波電力Ｗを出力しない期間に、インピーダンス整合装置５に対して外部信号を出力する。切替回路２１は、フォトカプラ２２０を介して外部から伝達された外部信号に基づいて、制御回路２２の動作と非動作とを切り替える。制御回路２２の動作とは、インピーダンス整合動作が実行されている（実行される）状態を指す。一方、制御回路２２の非動作とは、インピーダンス整合動作の実行が停止されている（停止される）状態を指す。

切替回路２１は、フォトカプラ２２０を介して外部信号が伝達された場合に、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とを非導通状態に制御する。位相差信号Ｐは、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とが非導通状態である場合、制御回路２２に出力されない。従って、制御回路２２は、パルス運転モードにおいて、高周波電源装置２が高周波電力Ｗを出力している期間にだけ、インピーダンス整合動作を実行する。

次に、本実施形態に係る作用、効果を説明する。作用、効果の一つは、コンデンサ２４０がフォトカプラ２２０の出力端子とグランド（グランドパターン４６）との間に設けられることの作用、効果である。

高周波電源装置２から供給される高周波電力Ｗは、インピーダンス整合装置５を介してプラズマ装置４に供給される。このとき、フォトカプラ２２０の出力である出力信号は、高周波電力Ｗの影響を受けて変動する場合がある。フォトカプラ２２０の出力が変動する場合は、連続運転モードであるにもかかわらず、制御回路２２の動作と非動作とが切り替わってしまう可能性がある。すなわち、フォトカプラ２２０の出力が変動する場合は、連続運転モードであるにもかかわらず、第１アナログスイッチ１１２と第２アナログスイッチ１１４とが非導通状態に制御されてしまう可能性がある。これらの結果、インピーダンス整合は、高周波電力Ｗの影響を受けてフォトカプラ２２０の出力である出力信号が変動すると、不良になってしまう。なお、インピーダンス整合の不良は、パルス運転モードにおいても同様に起こり得る。

本実施形態に係るインピーダンス整合装置５は、上述したように、フォトカプラ２２０の出力端子とグランドとの間にコンデンサ２４０を備える。コンデンサ２４０は、出力信号に含まれる高周波成分を低減する。すなわち、インピーダンス整合装置５は、フォトカプラ２２０の出力の変動を抑制できる。この結果、インピーダンス整合装置５は、インピーダンス整合が不良となることを抑制できる。

また、作用、効果の一つは、非導電性のスタット２３が回路基板１７を支持することの作用、効果である。

図３は、従来技術に係るリターン電流の流れの例を説明する図である。図３では、筐体１３に対して金属等の導電性のスタットＳで回路基板１７を支持する場合を例に挙げる。かかる場合、回路基板１７の基準電位、すなわち回路基板１７のグランドパターンは、スタットＳを介して筐体１３と接続される。高周波電源装置２からプラズマ装置４へ高周波電力Ｗを供給すると、高周波の電流（駆動電流）Ｉｓは、同軸コネクタ１０の中心導体１０ａ、第１接続部１１、インピーダンス整合回路１４を経由して、プラズマ装置４に供給される。

また、プラズマ装置４から高周波電源装置２へ向かうリターン電流Ｉｒは、第１リターンパスＲＰａと、第２リターンパスＲＰｂとの２つのリターンパスに分かれて高周波電源装置２へ流れる。具体的には、第１リターンパスＲＰａは、リターン電流Ｉｒが筐体１３、スタットＳ、グランドパターン４６、第４接続部１９、外部導体１０ｂを経由して高周波電源装置２へ流れるリターンパスである。また、第２リターンパスＲＰｂは、リターン電流Ｉｒが筐体１３、第２接続部１２、外部導体１０ｂを経由して高周波電源装置２へ流れるリターンパスである。ここで、第１リターンパスＲＰａを流れる高周波のリターン電流Ｉｒａは、グランドパターン４６に流れ込む。この結果、切替制御回路２００の基準電位が変動する。そして、フォトカプラ２２０の出力は、切替制御回路２００の基準電位の変動に伴って変動する。

図４は、本実施形態に係るリターン電流の流れの例を説明する図である。図４に示すように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置５において、回路基板１７は、導電性のスタットＳではなく、非導電性のスタット２３によって筐体１３に支持される。この結果、リターン電流Ｉｒは、非導電性のスタット２３を介することなく（図３に示した第１リターンパスＲＰａを流れることなく）、高周波電源装置２へ流れる。すなわち、高周波のリターン電流Ｉｒは、筐体１３からグランドパターン４６に流れ込まない。従って、インピーダンス整合装置５は、切替制御回路２００の基準電位の変動が抑制されるので、フォトカプラ２２０の出力の変動を抑制できる。これらの結果、インピーダンス整合装置５は、インピーダンス整合が不良となることを抑制できる。

次に、上述した作用、効果の検証結果を説明する。図５及び図６は、フォトカプラの出力信号の波形データの例を示す図である。

図５では、コンデンサ２４０が設けられておらず、回路基板１７が導電性のスタットＳに支持されるときのフォトカプラ２２０の出力信号の波形データの例を示す。図５に示すように、コンデンサ２４０が設けられておらず、回路基板１７が導電性のスタットＳに支持される場合、フォトカプラ２２０の出力信号の変動幅は４．７６Ｖとなった。４．７６Ｖという変動幅は、出力信号がＨレベルとＬレベルとに交互に切り替わることを表す。つまり、インピーダンス整合動作は、連続的ではなく間欠的に行われてしまう。

図６Ａでは、コンデンサ２４０が設けられており、回路基板１７が導電性のスタットＳに支持されるときのフォトカプラ２２０の出力信号の波形データの例を示す。図６Ａに示すように、コンデンサ２４０が設けられている場合、フォトカプラ２２０の出力信号の変動幅は１．４Ｖとなった。１．４Ｖという変動幅は、出力信号が常にＨレベルに維持されることを表す。つまり、インピーダンス整合動作は、連続的に実行される。

図６Ｂでは、コンデンサ２４０が設けられておらず、回路基板１７が非導電性のスタット２３に支持されるときのフォトカプラ２２０の出力信号の波形データの例を示す。図６Ｂに示すように、回路基板１７がスタット２３に支持される場合、フォトカプラ２２０の出力信号の変動幅は１．３２Ｖとなった。１．３２Ｖという変動幅は、出力信号が常にＨレベルに維持されることを表す。つまり、インピーダンス整合動作は、連続的に実行される。

図６Ｃでは、コンデンサ２４０が設けられており、回路基板１７が非導電性のスタット２３に支持されるときのフォトカプラ２２０の出力信号の波形データの例を示す。図６Ｃは、本実施形態に対応するフォトカプラ２２０の出力信号の波形データの例である。図６Ｃに示すように、フォトカプラ２２０の出力信号の変動幅は０．８８Ｖとなった。０．８８Ｖという変動幅は、出力信号が常にＨレベルに維持されることを表す。つまり、インピーダンス整合動作は、連続的に実行される。さらに、本実施形態に係るインピーダンス整合装置５は、上記の作用、効果を奏し、フォトカプラ２２０の出力信号の変動を大幅に抑制できる。換言すると、本実施形態に係るインピーダンス整合装置５は、インピーダンス整合の実施と不実施とを切り替える回路に対する信号の変動を抑制できる。

上述してきたように、本実施形態に係るインピーダンス整合装置５は、筐体１３に設けられ、回路基板１７を支持する非導電性のスタット２３を備える。この構成により、プラズマ装置４からインピーダンス整合装置５を介して高周波電源装置２に戻るリターン電流は、回路基板１７に流れ込まない。この結果、インピーダンス整合装置５は、フォトカプラ２２０の出力信号の変動を抑制できる。また、本実施形態に係るインピーダンス整合装置５は、フォトカプラ２２０の出力端子とグランドとの間に配置されたコンデンサ２４０を備える。この構成により、インピーダンス整合装置５は、フォトカプラ２２０の出力信号の変動をより抑制できる。

インピーダンス整合装置５では、連続運転モードにおいて、スイッチング素子をオン、オフすることは好ましくない（常にオンにしたい）。そして、インピーダンス整合装置５では、信号の変動によってスイッチング素子をオン、オフしてしまうと、インピーダンス整合すべきときに整合しない期間が発生してしまうために、整合不良が発生する。従って、インピーダンス整合装置５は、特に、連続運転モードにおいて上記の効果を発揮する。また、インピーダンス整合装置５では、パルス運転モードにおいて、高周波電力Ｗとほぼ同一の周波数のノイズによってスイッチング素子をオン、オフすることとなるが、外部信号とノイズとが必ずしも同期するわけではないため、整合不良が発生し得る。従って、インピーダンス整合装置５は、パルス運転モードにおいても上記の効果を発揮する。

以上、本発明を実施形態により説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲に限定されない。本発明は、上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えた形態についても、本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

なお、明細書の全体において、任意の部分が任意の構成要素を「含む」、「有する」、「備える」とするとき、特記がない限り、他の構成要素を除くことを意味せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

２高周波電源装置
３処理装置
４プラズマ装置
５インピーダンス整合装置
１３筐体
１４インピーダンス整合回路
１７回路基板
２１切替回路
２２制御回路
２３スタット
２２０フォトカプラ
２４０コンデンサ

Claims

高周波電源と負荷とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合回路を有するインピーダンス整合装置であって、
前記インピーダンス整合回路を制御する制御回路と、
フォトカプラを有し、外部から前記フォトカプラを介して伝達された信号に基づいて、前記制御回路の動作と非動作とを切り替える切替回路と、
前記切替回路が実装された回路基板と、
前記インピーダンス整合回路を収容する導電性の筐体と、
前記筐体に設けられ、前記回路基板を支持する非導電性のスタットと、
前記フォトカプラの出力端子とグランドとの間に配置されたコンデンサと、
を備える、インピーダンス整合装置。
前記回路基板は、前記高周波電源の端子を介して前記グランドに接続される、請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
前記スタットは樹脂製である、請求項１又は請求項２に記載のインピーダンス整合装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置と、
前記インピーダンス整合装置を介して供給された高周波電力に基づきプラズマを発生させるプラズマ装置と、を有する、処理装置。