JP2770573B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents
プラズマ発生装置Info
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- JP2770573B2 JP2770573B2 JP3004293A JP429391A JP2770573B2 JP 2770573 B2 JP2770573 B2 JP 2770573B2 JP 3004293 A JP3004293 A JP 3004293A JP 429391 A JP429391 A JP 429391A JP 2770573 B2 JP2770573 B2 JP 2770573B2
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- impedance
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Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波励振によるプラ
ズマ発生装置に関するものである。
ズマ発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、プラズマ装置は反応室（以下、
チャンバと称する）内に電極が配置され、この電極に整
合回路（マッチングボックス）を介して高周波電源が供
給される。マッチングボックスはチャンバ内のプラズマ
インピーダンス（容量性）および電極の浮遊容量インピ
ーダンスとの合成インピーダンスに対して電力最大伝送
条件を満足さすため整合を取るものである。
チャンバと称する）内に電極が配置され、この電極に整
合回路（マッチングボックス）を介して高周波電源が供
給される。マッチングボックスはチャンバ内のプラズマ
インピーダンス（容量性）および電極の浮遊容量インピ
ーダンスとの合成インピーダンスに対して電力最大伝送
条件を満足さすため整合を取るものである。
【０００３】図４に示すようにチャンバ１の中に反応ガ
スを所定の圧力で導入し、上電極３と下電極２を持ち、
高周波電源６よりマッチングボックス５を経て、給電ケ
ーブル４を介して高周波電力が給電され、チャンバ１内
にプラズマが発生する。マッチングボックス５は出力側
から負荷を見たインピーダンスと、電源側を見たインピ
ーダンスが複素共役インピーダンスになるように動作す
る。例えば出力側から負荷側（給電ケーブル４とプラズ
マインピーダンス）を見たインピーダンスＺLをＺL＝Ｒ
−ｊＸとし、この時のマッチングボックスの出力側から
マッチングボックス内側を電源インピーダンスを含めた
インピーダンスＺGがＺG＝Ｒ＋ｊＸとなるように自動的
にコントロールされる。これにより最大電力伝送条件
（複素共役インピーダンス）は成立する。
スを所定の圧力で導入し、上電極３と下電極２を持ち、
高周波電源６よりマッチングボックス５を経て、給電ケ
ーブル４を介して高周波電力が給電され、チャンバ１内
にプラズマが発生する。マッチングボックス５は出力側
から負荷を見たインピーダンスと、電源側を見たインピ
ーダンスが複素共役インピーダンスになるように動作す
る。例えば出力側から負荷側（給電ケーブル４とプラズ
マインピーダンス）を見たインピーダンスＺLをＺL＝Ｒ
−ｊＸとし、この時のマッチングボックスの出力側から
マッチングボックス内側を電源インピーダンスを含めた
インピーダンスＺGがＺG＝Ｒ＋ｊＸとなるように自動的
にコントロールされる。これにより最大電力伝送条件
（複素共役インピーダンス）は成立する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の装置は、プラズマインピーダンスの電極間に形
成されるコンデンサおよび電極とチャンバ１の壁との浮
遊容量、電極構造によってはセラミック絶縁等が採用さ
れ、無視できない容量を形成することがある。これらの
容量はプラズマインピーダンスの抵抗と等価的に並列に
接続されることになり、プラズマインピーダンスの値が
下がり、かつ容量性負荷となるため、電力伝送には伝送
電流が増えることになり、ケーブル等でジュール熱の発
生があり、損失が増す。また、プラズマインピーダンス
の容量とマッチングボックス内のインダクタンスとの間
で無効電力の往復が発生する。
な従来の装置は、プラズマインピーダンスの電極間に形
成されるコンデンサおよび電極とチャンバ１の壁との浮
遊容量、電極構造によってはセラミック絶縁等が採用さ
れ、無視できない容量を形成することがある。これらの
容量はプラズマインピーダンスの抵抗と等価的に並列に
接続されることになり、プラズマインピーダンスの値が
下がり、かつ容量性負荷となるため、電力伝送には伝送
電流が増えることになり、ケーブル等でジュール熱の発
生があり、損失が増す。また、プラズマインピーダンス
の容量とマッチングボックス内のインダクタンスとの間
で無効電力の往復が発生する。
【０００５】このため最大電力伝送条件（複素共役イン
ピーダンス）は満足していても、プラズマインピーダン
スの容量性の対策がないため、プラズマインピーダンス
が低くなり、電力伝送のための駆動電流が大きくなり、
伝送路のジュール熱が発生するので、ケーブルを太くし
なければならないという課題を有していた。本発明はこ
のような状況に鑑みてなされたもので、伝送路における
ジュール熱の発生を低くしたプラズマ発生装置を提供す
るものである。
ピーダンス）は満足していても、プラズマインピーダン
スの容量性の対策がないため、プラズマインピーダンス
が低くなり、電力伝送のための駆動電流が大きくなり、
伝送路のジュール熱が発生するので、ケーブルを太くし
なければならないという課題を有していた。本発明はこ
のような状況に鑑みてなされたもので、伝送路における
ジュール熱の発生を低くしたプラズマ発生装置を提供す
るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、高周波電力を供給する電極と別に先
端が高周波的に短絡された可変長同軸管を接続するよう
にしたものである。短絡されたチャンバ１内のプラズマ
インピーダンスおよび電極回りの浮遊容量を含めた容量
性成分を打ち消すため誘導性リアクタンスを挿入して並
列共振回路を形成し、給電線４と下電極２の接合点から
プラズマインピーダンスが抵抗性成分のみになるように
スタブ長を調整するようにしたものである。
るために本発明は、高周波電力を供給する電極と別に先
端が高周波的に短絡された可変長同軸管を接続するよう
にしたものである。短絡されたチャンバ１内のプラズマ
インピーダンスおよび電極回りの浮遊容量を含めた容量
性成分を打ち消すため誘導性リアクタンスを挿入して並
列共振回路を形成し、給電線４と下電極２の接合点から
プラズマインピーダンスが抵抗性成分のみになるように
スタブ長を調整するようにしたものである。
【０００７】
【作用】可変長同軸管が可変インダクタンスを構成し、
これが調整されることにより並列共振状態とすることが
でき、プラズマインピーダンスはその共振回路が共振状
態に調整されたとき大きな抵抗成分のみになる。これに
よりプラズマインピーダンスは大きなインピーダンスと
なり、駆動電流を小さくすることができる。
これが調整されることにより並列共振状態とすることが
でき、プラズマインピーダンスはその共振回路が共振状
態に調整されたとき大きな抵抗成分のみになる。これに
よりプラズマインピーダンスは大きなインピーダンスと
なり、駆動電流を小さくすることができる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
り、下電極２には給電ケーブル４が接続されるとともに
可変長同軸管８が短絡スタブとして接続される。可変長
同軸管８の先端は単純短絡ではなく、コイル９とコンデ
ンサ１０により直列共振条件を満足させる。この回路は
交流的には短絡となるが、直流はカットされる。これは
平行平板高周波プラズマでは自己バイアス法としてマッ
チングボックス５に内蔵されるコンデンサ７に直流電圧
をチャージする必要があり、可変長同軸管８の先端でコ
ンデンサにより直流カットを行う。
り、下電極２には給電ケーブル４が接続されるとともに
可変長同軸管８が短絡スタブとして接続される。可変長
同軸管８の先端は単純短絡ではなく、コイル９とコンデ
ンサ１０により直列共振条件を満足させる。この回路は
交流的には短絡となるが、直流はカットされる。これは
平行平板高周波プラズマでは自己バイアス法としてマッ
チングボックス５に内蔵されるコンデンサ７に直流電圧
をチャージする必要があり、可変長同軸管８の先端でコ
ンデンサにより直流カットを行う。
【０００９】高周波電源６はマッチングボックス５に接
続され、マッチングボックスの出力側で負荷側インピー
ダンスと複素共役関係が成立するようにすれば、マッチ
ングボックスの出力は給電ケーブル４を介してチャンバ
１内の下電極２に供給され、上電極３との間で放電し、
プラズマが発生する。
続され、マッチングボックスの出力側で負荷側インピー
ダンスと複素共役関係が成立するようにすれば、マッチ
ングボックスの出力は給電ケーブル４を介してチャンバ
１内の下電極２に供給され、上電極３との間で放電し、
プラズマが発生する。
【００１０】一般に高周波ケーブルではケーブルの特性
インピーダンスと負荷インピーダンスが等しくないと反
射が起こり、定在波が発生するこの時負荷インピーダン
スをＺL、負荷端よりＬだけ離れたところから負荷側を
見たインピーダンスＺは次の(1)式で表される。
インピーダンスと負荷インピーダンスが等しくないと反
射が起こり、定在波が発生するこの時負荷インピーダン
スをＺL、負荷端よりＬだけ離れたところから負荷側を
見たインピーダンスＺは次の(1)式で表される。
【００１１】 Ｚ＝Ｚ0（ＺL＋ｊＺ0tanβＬ）／（Ｚ0＋ｊＺLtanβＬ）・・・・・(1) 先端短絡の場合はＺL＝０となるのでこれを(1)式に代
入すると(2)式のようになる。 Ｚ＝ｊＺ0tanβＬ・・・・・・・・(2)。 したがってインピーダンスＺは誘導性となり、その長さ
を変化させることにより可変インダクタンスとして動作
させることができる。このインダクタンスを利用してリ
アクタンス成分を除去する手法を第２図に示す。
入すると(2)式のようになる。 Ｚ＝ｊＺ0tanβＬ・・・・・・・・(2)。 したがってインピーダンスＺは誘導性となり、その長さ
を変化させることにより可変インダクタンスとして動作
させることができる。このインダクタンスを利用してリ
アクタンス成分を除去する手法を第２図に示す。
【００１２】図２(a)はプラズマが発生しているときの
等価的インピーダンス構成を示す。１１は等価的抵抗、
１２は電極間容量、１３は高周波電力印加電極の浮遊容
量である。図２(b)で１５は可変長同軸管８のインダク
タンス、１４は合成容量を示し、この両者が並列共振し
たときは図２(c)に示すように抵抗成分のみとなる。
等価的インピーダンス構成を示す。１１は等価的抵抗、
１２は電極間容量、１３は高周波電力印加電極の浮遊容
量である。図２(b)で１５は可変長同軸管８のインダク
タンス、１４は合成容量を示し、この両者が並列共振し
たときは図２(c)に示すように抵抗成分のみとなる。
【００１３】具体的手法は図３のスミスチャートによっ
て説明する。スミスチャートは規格化インピーダンスで
示され、例えばプラズマインピーダンスＺPがＺP＝２５
−ｊ６０であれば５０Ω系で規格化してその規格化イン
ピーダンスをＺPnとすればＺPn＝（２５／５０）−ｊ
（６０／５０）＝０．５−ｊ１．２となり、図３に図示
すればＡ点となる。
て説明する。スミスチャートは規格化インピーダンスで
示され、例えばプラズマインピーダンスＺPがＺP＝２５
−ｊ６０であれば５０Ω系で規格化してその規格化イン
ピーダンスをＺPnとすればＺPn＝（２５／５０）−ｊ
（６０／５０）＝０．５−ｊ１．２となり、図３に図示
すればＡ点となる。
【００１４】このＡ点を１８０度回転したＢ点はスミス
チャートの特質上、規格化アドミッタンスを示すことが
できる。このＢ点に可変長同軸管８の長さ調整によりイ
ンダクタンス（アドミッタンスでは誘導性）を変え、Ｃ
点へ調整する。Ｃ点はアドミッタンス表示のためこの点
を通る円上で１８０度回転させたＤ点がインピーダンス
表示となる。
チャートの特質上、規格化アドミッタンスを示すことが
できる。このＢ点に可変長同軸管８の長さ調整によりイ
ンダクタンス（アドミッタンスでは誘導性）を変え、Ｃ
点へ調整する。Ｃ点はアドミッタンス表示のためこの点
を通る円上で１８０度回転させたＤ点がインピーダンス
表示となる。
【００１５】この例では規格化インピーダンスＺPnは約
３．３Ωとなり、絶対値インピーダンスＺＰｎ’は３．
３×５０Ωの約１６５Ωとなる。このように、可変長同
軸管８で並列共振させる前はＺ＝２５−ｊ６０で約６５
Ωとなり、抵抗成分のみでその値が大きい方へ変成され
る。これにより高周波駆動電流を小さくすることができ
る。
３．３Ωとなり、絶対値インピーダンスＺＰｎ’は３．
３×５０Ωの約１６５Ωとなる。このように、可変長同
軸管８で並列共振させる前はＺ＝２５−ｊ６０で約６５
Ωとなり、抵抗成分のみでその値が大きい方へ変成され
る。これにより高周波駆動電流を小さくすることができ
る。
【００１６】この装置の応用例としては例えば高周波に
て例振され高周波加熱等の給電効率改善などの用途が考
えられる。
て例振され高周波加熱等の給電効率改善などの用途が考
えられる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明は、可変長同軸管を
調整して回路の容量性成分と並列共振をするようにした
ので、プラズマインピーダンスが抵抗成分のみに変成さ
れ、インピーダンスが大きくなって駆動電流が小さくな
るので、給電系でのジュール熱発生を抑圧することがで
き、ケーブルサイズも小さくすることができるという効
果を有する。
調整して回路の容量性成分と並列共振をするようにした
ので、プラズマインピーダンスが抵抗成分のみに変成さ
れ、インピーダンスが大きくなって駆動電流が小さくな
るので、給電系でのジュール熱発生を抑圧することがで
き、ケーブルサイズも小さくすることができるという効
果を有する。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図
【図２】プラズマインピーダンスの等価回路を示す回路
図
図
【図３】具体的調整手順を示すスミスチャート
【図４】従来装置の一例を示す回路図
１ 反応室（チャンバ） ４ 給電ケーブル ６ 高周波電源 ８ 可変長同軸管
Claims (1)
- 【請求項１】 チャンバ内の電極に給電ケーブルを介し
て供給される高周波電力によってプラズマを発生させる
プラズマ発生装置において、前記電極に前記給電ケーブルとは別に先端をＬＣの直列
共振回路で短絡した可変長の同軸管 を備えたことを特徴
とするプラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3004293A JP2770573B2 (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3004293A JP2770573B2 (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04237940A JPH04237940A (ja) | 1992-08-26 |
| JP2770573B2 true JP2770573B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=11580470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3004293A Expired - Lifetime JP2770573B2 (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770573B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689215A (en) * | 1996-05-23 | 1997-11-18 | Lam Research Corporation | Method of and apparatus for controlling reactive impedances of a matching network connected between an RF source and an RF plasma processor |
| US7582185B2 (en) | 2002-12-26 | 2009-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Plasma-processing apparatus |
| US11195697B2 (en) | 2016-01-22 | 2021-12-07 | Spp Technologies Co., Ltd. | Plasma control apparatus |
-
1991
- 1991-01-18 JP JP3004293A patent/JP2770573B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04237940A (ja) | 1992-08-26 |
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