JP2710467B2 - プロセシング・プラズマのａｃ特性を特徴付ける装置 - Google Patents

プロセシング・プラズマのａｃ特性を特徴付ける装置

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Description

【発明の詳細な説明】 I.技術分野 本発明は、例えば薄膜プロセスに用いられるプロセシ
ング・プラズマに交番電流により電力を転送することに
関する。特に、本発明は、電力がスイッチ・モード電源
により供給されるときに、しばしば経験される振動及び
不安定の発生を克服することに関する。
II.背景技術 プラズマを利用した材料処理の技術は、多年にわたっ
て知られていた。一応用には、プラズマの作用により表
面に複数の薄膜の作成を含めることができ、他方では、
これもプラズマの作用により、これらの薄膜のエッチン
グを含めることができる。最近、マイクロチップ及び他
の半導体デバイスの製作への応用が改良されたことによ
り、関連する装置に対する商業的な要求が著しく増加し
た。基本的に、この技術は、プラズマに電気的な出力を
適用して、プロセシング（処理用）・プラズマの点弧及
び維持をすることに関連している。その場合に、プラズ
マは導入されたガス及び関連する表面と相互作用をして
所望の処理を行わせる。
潜在的に重要な関連分野の特色は、この分野が関連す
る回路ではなく、プラズマそのものに第１の焦点を合わ
せていたことである。当該技術分野に習熟する者は電気
回路及びその機能に一定の改良を望んでいたが、一般的
に、交流発電装置及びプラズマ処理用の取り扱い装置の
供給者は、いつも非線形プラズマ負荷と、線形アンテナ
（通信装置における通常の負荷）との間の相違を認識す
ることなく、通信の分野で以前から知られていた技術を
適用していた。一方、プラズマ指向の物理学者及び化学
者は関連するプロセスの理解を大いに深めたが、供給さ
れる交流電力及び関連する回路に関しては同じ程度まで
進歩することはなかった。
利用されている処理用・プラズマの性質は、当該技術
分野に習熟する者は理解するに至ってはいるが、交流回
路において簡単な回路素子として容易にモデル化するに
は至っていない。むしろ、交流回路にプラズマを含める
ことは、詳細な回路知識によっても、本質的に困難であ
る。これは、大抵の処理プロセス環境においてプラズマ
が単なる活性素子として、即ちその特性がガス圧及び温
度のように他の装置パラメータに依存しているものとし
て作用しているのではではなく、高度の非線形かつダイ
ナミック素子として作用しているからである。プラズマ
は、非線形素子として作動レンジ及び環境を通じて離散
的な形式で供給される電力に基づいてその電気特性が変
化する。当然、チャンバは、プラズマが消弧されると高
インピーダンスとなり、点弧されると低インピーダンス
となり得る。しかし、プラズマは、点弧されている間で
も大きく変化する。この作用は、交流電力、電圧又は電
流の１サイクル内であってもプラズマの特性が大きく変
化し得るので、交流電力を利用している場合は特に激し
いものとなる。プラズマの非線形特性は伝統的な回路解
析を極端に困難なものにし、更に不安定及び振動は理解
するのを困難にしていた。プラズマは、ダイナミックな
素子としてその特性を電力の１サイクル内であっても変
化させることがある。ここでも発生する問題を理解する
のを更に困難にするものであった。これらの困難は、ス
イッチ・モード電源を用いるときに複雑化される。プラ
ズマを励起するために交流電力発電機が長い間用いられ
ていたが、信頼性のため及び小型のために固体のスイッ
チ・モード発電機を利用したいという願望は、ある種の
新しい問題を発生させた。
非常に変化しやすいプラズマの性質は、しばしば安定
した連続的な動作とならない特性にしてしまう恐れがあ
る。この問題は特にスイッチ・モード電源を利用する状
況において深刻である。このような場合では、交流電力
が突然かつ説明のつかない中断をし、又はある形式によ
り変更することがまれではない。これらの状況は、オペ
レータが介入するまで存在することがあり、又はいくつ
かの場合ではこれらの状況そのものが突然かつ説明のつ
かない消滅に至ることがある。本発明までは、これらの
条件の正確な原因を理解していなかった。むしろ、当該
技術分野に習熟する者は、プラズマが非常に変化し易い
性質のために、プラズマに伴う偶発的なものと単純にみ
なしていた。しかし、当該技術分野に習熟する者は、こ
れらの作用が異なる２つの方法を表していると認識する
ことは可能であった。その第１は、スイッチ・モード電
源が発振を起こすことがある。その第２は、効率を低下
させるような電源の波形が影響されることがある。これ
は、異なった級の動作に至る程にもなり得る。多分、後
者の２つの表れの結果として、当該技術分野に習熟する
者の対応はスイッチ・モード電源を回避することにより
まとめて問題を解決することにあった。非スイッチ・モ
ード級（典型的にはＢ級動作）において動作している電
源を利用することにより、これらの作用は殆ど回避され
ると理解されていた。これは特に比較的に効率の悪い電
力増幅器で真となる。なぜならば、プラズマにおけるイ
ンピーダンスの変化が全システムに対して比較的に低い
百分率を示すためである。
しかし、本発明以前では、スイッチ・モード電源を利
用する装置用に、これらの不安定性の影響を確実に除去
する解決方法は、存在していなかった。一般的に電源を
安定化する技術は、最初、リンビル（Linvill）及びス
ターン（Stern）により進められた論理を含むことが周
知であったが、これらの解決方法は、スイッチ・モード
増幅器を用いるプラズマ装置に適切に適用されなかっ
た。これらの解決方法は、線形素子を前提としており、
通常広帯域増幅器に適用される。本発明の適用は非扇形
素子を含むばかりでなく、狭帯域装置も提供するもので
あり、従って従来の安定論理を用いて経験される問題を
解決するための努力は成功しなかった。当該技術分野に
習熟する者はスイッチ・モード電源応用のためにこれら
の問題を克服する必要性を長い間表明していたが、実際
に行なわれた解決方法は、第１に比較的に高い効率のス
イッチ・モード電源の使用を回避したことで、実際には
所望の方向と異なることを教えるものであった。本発明
が開示するように、当該技術分野に習熟する者による努
力は、解決方法を実行するのに十分なだけ問題を理解で
きていなかったので、不適切であった。これは、本発明
の比較的に簡単な性質により、及び前記問題を解決する
ことが証明された期待以上に簡単な実施により、明確に
示された。しかし、本発明までは、これらの簡単な解決
方法は当該技術分野に習熟する者には得ることができな
かったものである。
III.発明の開示 従って、本発明はプロセシング・プラズマ装置におけ
る不安定を十分に回避すると共に、スイッチ・モード電
源を引き続き使用することができる技術を提供する。こ
のプロセシング・プラズマ装置は、基本周波以外の動作
ではエネルギを吸収するように作用して、前記スイッチ
・モード電源の一次スイッチング素子上で基本周波が影
響されないようにする回路素子を備える。このプロセス
・プラズマ装置における異なる複数点で前記吸収が可能
な異なる複数の実施例を開示する。更に、特定の厄介な
応用に適応するために多数の素子を開示する。多数のス
イッチ・モード級の動作、特にＤ級動作、Ｅ級動作、更
にはAE級と呼ばれている米国特許第5187580号に開示さ
れた比較的に新しい動作であってもこれらとの組合わせ
により、これらの回路素子及び技術の使用について開示
する。
従って、本発明の目的は、スイッチ・モード電源を使
用したときにプロセシング・プラズマに交流電力を供給
する際の不安定を回避することである。この一般的な目
的を維持すると共に、前記スイッチ・モード電源におけ
る振動を発生させる作用を克服することがその目的であ
る。同様に、使用している電力増幅器の級の動作におけ
る非効率さ、又は変化を発生させる作用を回避すること
もその目的である。従って、提案する解決方法の目的
は、前記プロセシング・プラズマ装置における望ましく
ない作用を発生させるエネルギのみを吸収することにあ
る。
本発明の一般的な他の目的は、遭遇する問題に対して
解決方法を提供することである。この一般的な目的を保
持すると共に、その目的は関連するスイッチ・モード電
源、又は既存の装置に容易に実施できる簡単な解決方法
を開示することである。
更に他の目的は可能な限り問題の範囲を広くすること
を目的とする。従って、その目的は実施における種々の
変形を開示することにより、関連する特定のプロセス環
境に基づいてこれらの変形を選択することができる。そ
の目的は、異なる設計を可能にさせて所望により特定の
応用で発生する前記周波数のみで吸収させること及び解
決させることを可能にさせることである。従って、最大
レベルの効率を保持する目的も達成する。同様に、その
目的は、厄介な特定の応用に多重吸収の可能性に対して
備えることである。他の目的は、種々の応用において解
決方法が得られることを保証するために、吸収素子間で
位相を変化をさせることにより、最大の可変性を得るこ
とである。
本発明の他の目的は種々の級の動作により容易に実施
可能とされる素子を提供することである。従って、Ｄ
級、Ｅ級及びAE電力増幅器を動作させる解決方法を得る
目的が達成される。
当然、本発明の他の目的は、明細書及び請求の範囲の
他の記載を通して開示される。
IV.図面の簡単な説明 第１図は本発明に関連した伝送線上のプロセス・プラ
ズマ装置の概略図である。
第２図はAE級のスイッチ・モード電源内に関連された
本発明を示す他の実施例の概略図である。
第３図は伝送線上の素子を示す並列素子の実施例の回
路図である。
第４図は伝送線上の素子を示す直列素子の回路図であ
る。
第５図は特定長の伝送線の使用を示す並列素子の実施
例の回路図である。
第６図は特定長の伝送線の使用を示す直列素子の実施
例の回路図である。
第７図は第４図に示すものと同様のスイッチの２つの
接続間の素子を示すスイッチ素子の実施例の回路であ
る。
第８図はスイッチの異なる２つの接続に跨り第３図に
示すものと同様の素子を示すスイッチ素子の実施例の回
路である。
第９図は２つの素子間に接続された位相を変化させる
手段として２つの安定化素子及びフィルタの使用を示し
たプロセス装置の概略図である。
V.本発明を実施するために最良の態様 本発明の基本的な考え方は、図から理解されるよう
に、種々の方法により実現可能である。本発明の特定の
実施例を説明するが、本発明の広い観点から逸脱するこ
となく、複数の変更及び変形を行なうことができるのは
明らかとなる。第１図を参照すると、本発明は、どのよ
うにして典型的なプラズマ処理装置に容易に関連され得
るかが明らかである。第１図は本発明の一実施例による
プラズマ処理システムの概略を含むものであり、概要的
なプラズマ処理及び本発明について共に詳細に示す。
図示のように、本発明に関連するプロセス・プラズマ
装置は、スイッチ・モード交流電源（１）を有し、この
スイッチ・モード交流電源（１）はある交番信号（典型
的には正弦波の電圧波形及び電流波形）を発生してプロ
セス・プラズマ（２）に給電する。この交番信号は単一
の基本周波数で動作するように条件付けられている。こ
の分野では、通常、スイッチ・モード交換電源（１）が
ある種の調節条件のために13.56MHz、27.12MHz又は40.6
8MHzにおける基本周波数で動作する。しかし、本発明が
教える基本的な要旨は、スイッチ・モード交流電源
（１）の基本周波数に大きく依存しているものではない
ことを理解すべきである。
これまで、一型式の固体発電機はプラズマ負荷を駆動
するために支配的に用いられていた。これはＢ級プッシ
ュ・プル出力増幅器段を特徴付けるものである。これ
は、出力段及びその相対的な非効率に関するある種の観
点により、最も満足すべき型式の増幅器段であった。こ
のように増幅器の最大出力効率は約60％である。出力段
における電力損失は、いま述べた２つの問題に支配され
るときは、増幅器の安定化を可能にさせる有益な作用が
ある。多くの変形が存在するが、一般的に不整合負荷に
おいて又は高度に非線形の負荷に対して、増幅器がより
効率的であれば、それだけ不安定となる。本発明はこの
制限を克服している。このスタビライザはスイッチ・モ
ード型式の増幅器が90％の効率を獲得可能にさせる。こ
の相違は、プラズマ励起に用いられるRF発生器の寸法、
重量、及びコストをかなり低下可能にさせる。
前述のように、スイッチ・モード交流電源（１）は交
番信号を発生し、これをある転送手段を介してプロセス
・プラズマ（２）に導く。この転送手段は同軸ケーブル
又は単に２線の伝送線（５）であってもよい。プロセス
・プラズマ（２）に適した条件を保持するために、プロ
セス・プラズマ（２）は、圧力、成分及び他のパラメー
タを制御することができるプロセス・チャンバ（３）に
内蔵される。プロセス・プラズマ（２）に一定レベルの
電力転送を維持する際の困難さのうちの一つは、プロセ
ス・プラズマ（２）における大きなインピーダンス変動
である。典型的には、プロセス・プラズマ（２）は点弧
する前は特性的に非常に高いインピーダンスを有する。
点弧されると、プロセス・プラズマ（２）のインピーダ
ンスは不連続的に減少する傾向がある。処理中でも、プ
ロセス・プラズマ（２）のインピーダンスは、電力、電
圧、電流、圧力、ガス型式及び他の変数に基づいて変化
する。固有なこれらのばらつき、及びスイッチ・モード
交流電源（１）が50オームの特定のインピーダンス負荷
で最適に動作するように典型的に設計されているという
ことは、当該技術分野に習熟する者に、スイッチ・モー
ド交流電源（１）及びこれが負担する負荷に適するとし
て回路を相互に協調させるように、整合回路網（４）を
備えさせることになるものであった。
第１図に概要的に示すように、一実施例において、本
発明は伝送線（５）のある点に挿入された安定化素子
（６）であってもよい。容易に理解できるように、前述
の作用を発生させるのを回避するために望ましくないエ
ネルギを吸収する目的を達成する限り、種種の位置に安
定化素子（６）を設けることができる。更なる安定性の
ために、以下で説明するように、ハーモニック・フィル
タの前後に、スタビライザを配置することができる。こ
の構成は、一つのスタビライザがいくつかの非同調負荷
に対して作動し、かつ他のスタビライザがその他のもの
に対して作動するときに付加的な安定性をもたらす。フ
ィルタの移相及び非同調負荷の負荷角はいずれのスタビ
ライザが最も効果があるかについて判断する。
前述のように、プロセス・プラズマ（２）は高度に非
線形である。これは、プロセス・プラズマ（２）の瞬時
的なインピーダンスが各交番信号において連続的に変化
かも知れないことを意味する。即ち、これは基本周波数
の調波を発生させる。これらの調波はスイッチ・モード
交流電源（１）に向かって伝搬し、瞬時的な負荷インピ
ーダンスを変化させる、動作の級を変化させる、又は増
幅器を発振させてしまう。更に、プロセス・プラズマ
（２）のダイナミックな性質のために、整合回路網
（４）がスイッチ・モード交流電源（１）に適正な負荷
を接続させることができない場合が起こる。この整合不
良は、スイッチ・モード交流電源（１）をオンにした
後、及びプロセス・プラズマ（２）を点弧させる前にし
ばしば発生する。更に、整合回路網が瞬時的に適応でき
ないプロセス・プラズマ（２）の特性におけるある種の
変化も存在する。スイッチ・モード交流電源（１）に与
えられる総合的な負荷はスミス・チャート上の任意の位
置が可能であり、30〜１又は50〜１程度のVSWRとするこ
とも可能である。この型式の負荷はスイッチ・モード交
流電源（１）により望ましくない動作をすることがあ
る。スイッチ・モード交流電源を安定化さる種々の技術
が存在していたが、これらの技術は、一般的には、プロ
セス・プラズマと連係して動作するスイッチ・モード電
源にとって不適当である。これらは、典型的には、Ａ
級、Ｂ級の増幅器のような線形の電力増幅器に適用され
る。Ｄ、Ｅ及びAE級増幅器は非線形ばかりでなく、典型
的なサイクル中に活性領域が存在しない。これらの増幅
器は飽和（導通）状態及び遮断（非導通）状態に交互に
バイアスさせるスイッチング素子を使用している。前述
のように、本発明の前に適用された安定化理論は、線形
増幅器を安定化させることのみに有用であった。この安
定化論理は、この解決方法が一般的に活性領域でデバイ
スを制御することを利用しているので、より効率的な
Ｄ、Ｅ及びAE級増幅器に適用されることはなかった。各
線形増幅器は、定義により、電流がこれらを介して流れ
る間に、活性デバイス端の電圧が印加される。いわゆる
Ａ級の構成はサイクルの各点でほぼ同じような電力を消
費しており、一方Ｂ級の回路はサイクル中で電力損失が
変動するが、いずれも常時安定化を不必要に又は容易に
させるに十分な損失がある。デバイスが印加される電圧
により導通となるサイクルの小部分では、回路を少なく
ともある範囲の負荷及び信号源インピーダンスにより安
定化させるのに十分な損失があるが、この損失のおかげ
で適当なフィードバックによる広範な安定化が可能とな
る。
新しいＤ、Ｅ及びAE級はスイッチング素子を線形素子
と逆の使用をする。この回路は、導通状態のときは電圧
をスイッチ端に印加させず、また非導通状態のときはス
イッチを介して電流が流れないように構成される。つま
り、この装置は、２つの状態、即ち完全に導通、及び完
全に非導通のみを取るようにされている。これは一時的
にはスイッチにおいて電力を消費しないことを意味す
る。従来の解決方法は、装置が線形領域で動作している
ときに装置を制御することを利用しているので、従来の
安定化論理はこのような回路に適用しない。同様に、あ
る種の状態では、Ｃ級の回路をＥ級又はAE級の装置の等
価物であるとみてもよく、かつスイッチ・モード増幅器
とみなすことができる。特に、一次スイッチ素子用に比
較的に短い活性領域を有するようにＣ級の回路を動作さ
せるときは、これらの回路は本発明の目的からスイッチ
・モード形式で動作するとみなしてもよい。従って、こ
のような場合に本発明の技術はＣ級の回路に有益である
と思われる。当然、一次スイッチング素子に作用すると
思われる望ましくないエネルギを吸収することが本質で
ある限り、他の回路の変形も可能である。
前述のように、プロセス・プラズマ（２）は、スイッ
チ・モード交流電源（１）の動作に影響す基本周波数の
調波周波数を発生させる恐れがある。これを簡単に実現
するときは、本発明者は、全装置内のある点に安定化素
子（６）を単に備え、これらの調波周波数に含まれるエ
ネルギを吸収させて又は転流させて、このエネルギがス
イッチ・モード電源の動作に影響を与えるのを防止する
解決方法に取っていた。即ち、安定化素子（６）はエネ
ルギ吸収手段として機能する。
他の実施例の概略図の第２図を参照すると、安定化素
子（６）は、伝送線（５）上の（図示したAE級の電源の
ような）スイッチ・モード交流電源（１）内に実際に配
置されてもよい。当該技術分野に習熟する者により良く
理解されるように、スイッチ・モード交流電源（１）は
１以上の一次スイッチング素子（７）を含む。この素子
（しばしば電界効果トランジスタ又はバイポーラ・トラ
ンジスタ）は交番信号を交番させて発生するために基本
周波数でスイッチングする。一次スイッチング素子
（７）のスイッチングは、これに帰還されるエネルギに
より影響を受けることがあるので、スイッチ・モード交
流電源（１）内に示す安定化素子（６）がこのエネルギ
を吸収するように作用し、これには一次スイッチング素
子（７）に作用するのを防止する。この単純な考えを理
解することにより、好ましくない不安定の各出現を大幅
に回避することが明らかになった。スイッチ・モード交
流電源（１）の動作において発振は発生しなくなり、ス
イッチ・モード交流電源（１）により発生した波形への
作用は大幅に回避される。重要なことは、安定化素子
（６）は好ましくないエネルギを確実かつ実質的に吸収
するように作用することである。従って、実質的にあら
ゆる回路が種々の周波数で固有にエネルギを吸収する
が、本発明はスイッチ・モード交流電源（１）に対する
好ましくない作用を回避するのに十分な程度で、この吸
収を意図的に行なう。更に安定化素子（６）は吸収した
エネルギを確実に放散することもできる。
第３図を参照すると、並列素子の電気回路の実施例を
容易に理解することができる。図示のように、伝送線
（５）は安定化素子（６）に挿入されている。この並列
回路は伝送線（５）の２つの導通素子間に接続されてい
る。安定化素子（６）は抵抗（８）、コンデンサ
（９）、及び伝送線（５）の２本線間に示すように接続
されたインダクタ（10）を含む。このようにして、安定
化素子（６）はプロセス・プラズマ（２）を処理するた
めに電力を伝送する手段に対する好ましくないエネルギ
の吸収を行なう。重要なことは、抵抗（８）、コンデン
サ（９）及びインダクタ（10）の値は、安定化素子
（６）が同調した回路素子として作用するように選択さ
れる。従って、この回路素子はスイッチ・モード交流電
源（１）の基本周波数で共振する。即ち、安定化素子
（６）の“Q"は、（以下で説明する並列の実施例の場合
に）十分に高く、基本周波数における損失を小さなもの
にする。逆に、並列の実施例の場合に、安定化素子
（６）のインピーダンスは望ましくない周波数である。
その結果、抵抗はこれら周波数の負荷となり、このエネ
ルギを消費するある手段として作用してこれが一次スイ
ッチング素子（７）に大きく作用するのを回避させる。
更に、これを回路設計によって確実に実行させることが
できる。同様に、全ての素子は、基本周波数以外の周波
数で発振することにより発生するエネルギを吸収するこ
とになり、従って発生した電力を減衰させるのに寄与
し、望ましくない発振を防止する。調波周波数を発電機
に向かって伝搬させるプラズマ負荷の場合に、並列共振
回路はこれらの周波数で低インピーダンスとなる。従っ
て、抵抗はこれらの調波周波数を負荷し、増幅器により
大きく作用し続ける。
第４図を参照すると、更に、安定化素子（６）を直列
素子の実施例に含めてもよいことが明らかである。第４
図に示すように、直列素子の実施例も同じように抵抗
（８）、コンデンサ（９）及びインダクタ（10）からな
っているが、この場合にこれらは図示のように直列型式
の接続により接続されている。当該技術分野に習熟する
者が容易に理解できるように、直列の実施例の場合に
は、安定化素子（６）のインピーダンスが並列の実施例
の場合のものと大体逆になる。特に、抵抗（８）、コン
デンサ（９）及びインダクタ（10）の値は、安定化素子
（６）が基本周波数で実質的に低インピーダンスとな
り、かつ望ましくない周波数で高インピーダンスとなる
ように、選択される必要がある。これら望ましくない周
波数は特定の一周波数、例えば第２の調波周波数（通常
は、次に大きなレベルのエネルギを有する周波数）であ
ってもよく、又は安定化素子（６）は基本周波数以外の
全ての周波数で低インピーダンスを示すものであっても
よいということは、容易に理解できるであろう。以下で
説明するように、広い周波数帯域にわたってこれらの目
的を達成するために、多数の安定化素子（６）を備える
ことも可能である。
第５図及び第６図を参照すると、安定化素子（６）は
抵抗と特定の長さ（15）の伝送線とのある接続とを利用
することによっても達成可能なことが理解できるであろ
う。第５図に示すように、この伝送線は、単純に一つの
抵抗を特定の長さ（15）の２線ワイヤ又は同軸ケーブル
と直列に接続し、かつその一端で線間に終端接続（16）
を接続したものであってもよい。これは、インピーダン
スが基本周波数で比較的に高くなる並列素子を構成する
ことになる。同様に、第６図に示すように、直列素子を
実現することができる。第６図に示すように、特定の長
さ（15）の伝送線（これも２線ワイヤか、又は同軸ケー
ブル）は、これに直列に抵抗を接続し、かつその一端を
互に接続しない。これは、インピーダンスが基本周波数
で比較的に低くなる直列素子を構成することになる。当
該技術分野に習熟する者は、これらの伝送線を適当な長
さに選択することにより、典型的には吸収するのは望ま
しくない周波数の1/4波長を選択することにより、適当
な素子を作成することが容易に理解されるであろう。こ
のようにして、第５図及び第６図に示す実施例は、特定
の長さの伝送線が1/4波長のほぼ奇数倍で効果的となる
周波数以外の全ての周波数でエネルギを吸収するように
作用する。
第７図及び第８図を参照すると、更にスイッチ・モー
ド交流電源（１）内の一次スイッチング素子に回路素子
を接続することにより、安定化素子（６）を実現するこ
とが容易に理解できる。当該技術分野に習熟する者が容
易に理解するように、このような一次スイッチング素子
は制御接続（11）、出力接続（12）及び共通接続（13）
を備えている。安定化素子（６）を制御接続（11）及び
第７図に示す共通接続（12）端に接続することにより、
またこれに代るものとして制御接続（11）及び共通接続
（13）端に接続することにより、安定化素子（６）は一
次スイッチング素子（７）で望ましくないエネルギを吸
収する目的を達成することができる。第７図及び第８図
から明らかなように、実際に使用される複数の回路素
子、及び安定化素子（６）用の接続は種々の形式を取る
ことができる。第７図に示すように、これらの接続は第
３図に示す。並列素子の実施例と同様に設計されてい
る。勿論、他の接続及び他の回路設計も達成することが
できる。必要なことは、これらが望ましくない周波数で
エネルギを吸収するように作用すればよいということだ
けでる。
第９図を参照すると、同様に１以上の安定化素子
（６）を使用してもよいことは明らかである。勿論、こ
れらの安定化素子（６）は、一次スイッチング素子
（７）に影響を与えることなく、エネルギを吸収する目
的を達成する限り、任意点に接続されてもよい。プラズ
マで望ましくないエネルギを発生する条件では、その吸
収を一次スイッチング素子（７）に作用させる前に行な
ってもよい。更に、異なる周波数でエネルギを吸収する
ために、１以上の安定化素子（６）を相互に直列に接続
してもよい。更に、当該技術分野に習熟する者により容
易に理解されるように、直列、並列、又は一次スイッチ
ング素子（７）の端子に回路素子の任意の組合わせを接
続したものを用いてもよい。第９図に示すように、交番
信号の位相を変化させる何らかの手段を２つの安定化素
子（６）の間に接続してもよい。図に示すように、この
手段は、実際には、位相を変化させる、更に具体的に
は、伝送線（５）におけるインピーダンスを変換させる
ある種の手段を利用したフィルタ（14）であり、２以上
の安定化素子（６）は、より変化する条件で望ましくな
い全てのエネルギを正しく吸収できることになる。前述
のように、安定化素子（６）は、これが並列で存在する
のか、又は直列形式で存在するのかによって、基本周波
数において比較的に低いインピーダンス、又は高いイン
ピーダンスを有するように同調されている必要がある。
例えば、並列の実施例のときは、安定化素子（６）は単
に他の少なくとも一つの周波数で比較的に高いインピー
ダンスを有するように選択されてもよい。しかし、エネ
ルギの吸収が最小となるような応用では、問題となる周
波数（例えば、第２の調波周波数）を吸収して吸収する
エネルギ量による影響を最小化することにより望ましく
ない作用を克服することになる。当然、関連する特定の
応用に従い、選択する周波数及び選択する種種のパラメ
ータは変更される。
以上の説明及び以下に記載する請求の範囲は、本発明
の好ましい実施例を説明している。特に請求の範囲に関
して、本発明の要旨から逸脱することなく、変更をし、
組合わせを作成し、かつ要素を変更することが可能なこ
とを理解すべきである。これに関しては、このような変
更であっても本発明の範囲内に含むことを意図してい
る。本発明に対して実現可能とする全てを説明し、かつ
請求することは全く実際的ではない。このような変形
は、本発明の要旨を用いている限り、それぞれ本発明に
含まれる保護の範囲内に当然入るであろう。このこと
は、その基本的な考え及び理解が実際に基本的なことで
あり、かつ広く適用可能とされるので、本発明において
は特に真実となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−36482（ＪＰ，Ａ) 実公 昭63−40922（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許4877999（ＵＳ，Ａ) 欧州公開421430（ＥＰ，Ａ２)

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交番信号によりプロセシング・プラズマに
    電力を安定して転送する方法において、 a.スイッチ・モード電源により基本周波数で交番信号を
    発生するステップと、 b.前記プロセシング・プラズマに前記交番信号を送出す
    るステップと、 c.ほぼ前記基本周波数以外において電気回路により実質
    的にエネルギを断定的に吸収するステップと を含む前記方法。
  2. 【請求項２】前記スイッチ・モード電源は少なくとも一
    つの一次スイッチング素子を有し、かつ前記基本周波数
    以外においほぼエネルギを吸収する前記ステップは、前
    記エネルギが前記一次スイッチング素子に作用する前
    に、実行されることを特徴とする請求項１記載の交番信
    号によりプロセシング・プラズマに電力を安定して転送
    する方法。
  3. 【請求項３】前記スイッチ・モード電源は少なくとも一
    つの一次スイッチング素子を有し、かつ前記基本周波数
    以外においほぼエネルギを吸収する前記ステップは、前
    記一次スイッチング素子において達成されることを特徴
    とする請求項１記載の交番信号によりプロセシング・プ
    ラズマに電力を安定して転送する方法。
  4. 【請求項４】前記一次スイッチング素子は共通接続、出
    力接続及び制御接続を有し、かつ前記基本周波数以外で
    前記スイッチ・モード電源へ反射されるエネルギをほぼ
    吸収する前記ステップは、 a.前記制御接続及び前記共通接続に接続された回路素
    子、又は b.前記出力制御及び前記共通接続に接続された回路素子 により達成されることを特徴とする請求項３記載の交番
    信号によりプロセシング・プラズマに電力を安定して転
    送する方法。
  5. 【請求項５】前記スイッチで前記基本周波数以外におい
    エネルギをほぼ吸収する前記ステップは、 a.コンデンサとインダクタとを並列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと直列に接続された抵抗
    と、又は b.コンデンサとインダクタとを直列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと並列に接続された抵抗
    と を使用することにより達成されることを特徴とする請求
    項３記載の交番信号によりプロセシング・プラズマに電
    力を安定して転送する方法。
  6. 【請求項６】前記プラズマに前記電力を転送する前記ス
    テップは、転送する手段により達成され、かつ前記基本
    周波数以外でほぼエネルギを吸収する前記ステップは、
    前記転送する手段により達成されることを特徴とする請
    求項１記載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力
    を安定して転送する方法。
  7. 【請求項７】前記基本周波数以外でほぼエネルギを吸収
    する前記ステップは、前記電力の転送を１以上の吸収す
    る手段に印加するステップを備えていることを特徴とす
    る請求項６記載の交番信号によりプロセシング・プラズ
    マに電力を安定して転送する方法。
  8. 【請求項８】前記基本周波数以外でほぼエネルギを吸収
    する前記ステップは、更に、少なくとも２つの前記吸収
    する手段間において前記交番信号の位相を変化させる手
    段を備えていることを特徴とする請求項７記載の交番信
    号によりプロセシング・プラズマに電力を安定して転送
    する方法。
  9. 【請求項９】前記吸収する手段は、 a.コンデンサとインダクタとを並列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと直列に接続された抵
    抗、又は b.コンデンサとインダクタとを直列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと並列に接続された抵
    抗、又は c.一端で互いに接続された２つの導電素子、及び前記導
    電素子のうちの一つと直列に接続された抵抗を有する特
    定の長さの伝送線、又は d.一端で非接続の２つの導電素子、及び他端で特定の長
    さの伝送線端に接続された抵抗を有する前記特定の長さ
    の伝送線 を備えていることを特徴とする請求項６記載の交番信号
    によりプロセス・プラズマに電力を安定して転送する方
    法。
  10. 【請求項１０】前記基本周波数以外でほぼエネルギを吸
    収する前記ステップは、同調した回路素子を使用するス
    テップを備えていることを特徴とする請求項１、３、
    ６、８又は９記載の交番信号によりプロセス・プラズマ
    に電力を安定して転送する方法。
  11. 【請求項１１】前記同調した回路素子は前記基本周波数
    で高インピーダンスであることを特徴とする請求項10記
    載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力を安定し
    て転送する方法。
  12. 【請求項１２】前記同調した回路素子は前記基本周波数
    で比較的に低インピーダンスであることを特徴とする請
    求項10記載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力
    を安定して転送する方法。
  13. 【請求項１３】前記同調した回路素子は前記第２の調波
    周波数で比較的に低インピーダンスであることを特徴と
    する請求項11記載の交番信号によりプロセス・プラズマ
    に電力を安定して転送する方法。
  14. 【請求項１４】前記基本周波数以外でほぼエネルギを吸
    収する前記ステップは、１以上の吸収する手段に前記交
    番信号を印加するステップを備えていることを特徴とす
    る請求項１記載の交番信号によりプロセス・プラズマに
    電力を安定して転送する方法。
  15. 【請求項１５】前記基本周波数以外でほぼエネルギを吸
    収する前記ステップは、更に、少なくとも２つの前記吸
    収する手段間で前記交番信号の位相を変化させるステッ
    プを備えていることを特徴とする請求項14記載の交番信
    号によりプロセス・プラズマに電力を安定して転送する
    方法。
  16. 【請求項１６】前記交流電力信号を発生する前記ステッ
    プは、 a.比較的に短い活性領域を有し、Ｃ級動作による電力増
    幅、又は b.D級動作による電力増幅、又は c.E級動作による電力増幅、又は d.AE級動作による電力増幅 するステップを備えていることを特徴とする請求項１、
    ３、６又は８記載の交番信号によりプロセス・プラズマ
    に電力を安定して転送する方法。
  17. 【請求項１７】前記交流電力信号を発生する前記ステッ
    プは、 a.比較的に短い活性領域を有し、Ｃ級動作による電力増
    幅、又は b.D級動作による電力増幅、又は c.E級動作による電力増幅、又は d.AE級動作による電力増幅 するステップを備えていることを特徴とする請求項13記
    載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力を安定し
    て転送する方法。
  18. 【請求項１８】交番信号によりプロセス・プラズマに電
    力を転送する回路において、 a.基本周波数で交流電力信号を発生し得るスイッチ・モ
    ード電源と、 b.前記プロセス・プラズマに前記交流電力信号を送出す
    る手段と、 c.前記基本周波数以外において断定的にエネルギを吸収
    する手段と を備えていることを特徴とする交番信号によりプロセス
    ・プラズマに電力を安定して転送する回路。
  19. 【請求項１９】前記吸収する手段は、 a.コンデンサとインダクタとを並列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと直列に接続された抵
    抗、又は b.コンデンサとインダクタとを直列に接続すると共に、
    該コンデンサ及び該インダクタと並列に接続された抵
    抗、又は c.一端で互いに接続された２つの導電素子、及び前記導
    電素子のうちの一つと直列に接続された抵抗を有する特
    定の長さの伝送線、又は d.一端で非接続の２つの導電素子、及び他端で特定の長
    さの伝送線端に接続された抵抗を有する前記特定の長さ
    の伝送線 を備えていることを特徴とする請求項18記載の交番信号
    によりプロセス・プラズマに電力を転送する回路。
  20. 【請求項２０】前記一次スイッチング素子は共通接続、
    出力接続及び制御接続を有し、かつ前記基本周波数以外
    で前記スイッチ・モード電源へ反射されるエネルギをほ
    ぼ吸収する前記手段は、 a.前記制御制御及び前記共通接続端に接続された回路素
    子、又は b.前記出力制御及び前記共通接続端に接続された回路素
    子 を備えていることを特徴とする請求項18記載の交番信号
    によりプロセス・プラズマに電力を転送する回路。
  21. 【請求項２１】前記基本周波数以外においほぼエネルギ
    を吸収する前記手段は、同調した回路素子を備えている
    いることを特徴とする請求項18記載の交番信号によりプ
    ロセス・プラズマに電力を転送する回路。
  22. 【請求項２２】前記同調した回路素子は前記基本周波数
    で高インピーダンスを有することを特徴とする請求項21
    記載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力を転送
    する回路。
  23. 【請求項２３】前記同調した回路素子は少なくとも他の
    調波周波数で比較的に低インピーダンスを有することを
    特徴とする請求項22記載の交番信号によりプロセス・プ
    ラズマに電力を転送する回路。
  24. 【請求項２４】前記同調した回路素子は前記第２の調波
    周波数で比較的に低インピーダンスを有することを特徴
    とする請求項22記載の交番信号によりプロセス・プラズ
    マに電力を転送する回路。
  25. 【請求項２５】更に、前記基本周波数以外でエネルギを
    ほぼ吸収する第２の手段を備えているいることを特徴と
    する請求項18、21又は22記載の交番信号によりプロセス
    ・プラズマに電力を転送する回路。
  26. 【請求項２６】更に、位相を変化させる少なくとも一つ
    の手段を備え、前記位相を変更する前記手段は、前記吸
    収する手段間に接続されているいることを特徴とする請
    求項25記載の交番信号によりプロセス・プラズマに電力
    を転送する回路。
  27. 【請求項２７】前記スイッチ・モード電源は、 a.比較的に短い活性領域を有し、Ｃ級動作による電力増
    幅器、又は b.D級動作による電力増幅器、又は c.E級動作による電力増幅器、又は d.AE級動作による電力増幅器 を備えていることを特徴とする請求項18、19又は24記載
    の交番信号によりプロセス・プラズマに電力を転送する
    回路。
  28. 【請求項２８】前記スイッチ・モード電源は、 a.比較的に短い活性領域を有し、Ｃ級動作による電力増
    幅器、又は b.D級動作による電力増幅器、又は c.E級動作による電力増幅器、又は d.AE級動作による電力増幅器 を備えていることを特徴とする請求項27記載の交番信号
    によりプロセス・プラズマに電力を転送する回路。
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