JP3251087B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JP3251087B2 JP04999493A JP4999493A JP3251087B2 JP 3251087 B2 JP3251087 B2 JP 3251087B2 JP 04999493 A JP04999493 A JP 04999493A JP 4999493 A JP4999493 A JP 4999493A JP 3251087 B2 JP3251087 B2 JP 3251087B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
し、特に、RF電力の供給電路に用いられるインピーダ
ンス整合構造に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、半導体素子製造プロセス
に用いられるプラズマ処理装置においては、生成される
プラズマに対するRF出力の効率を最適化する目的で、
RF電源側と負荷側に相当する対向電極側との間のイン
ピーダンスを整合したうえで対向電極の一方あるいは両
方に供給している。
【0003】このようなRF電力を供給するための一例
としては、例えば、図6に示す構造がある。
【0004】すなわち、図6において、RF電力供給装
置は、RF電源部100と整合部120とから構成され
ている。そして、整合部には、対向電極に接続された電
路中に、インピーダンス差と位相差とを検出する検出器
140、整合用コンデンサ160、インダクタンスコイ
ル180、位相差補正用コンデンサ200がそれぞれ設
けられている。整合用コンデンサ160および位相差補
正用コンデンサ200はいずれもバリコン等の可変コン
デンサであり、インダクタンスコイル180は固定値に
設定されている。
【0005】このような構成においては、RF電源部1
00から出力された電力が整合器120を経て負荷に相
当する電極に供給されるが、整合器120中の検出器1
40によって、この位置で流れる電流と出力電圧との位
相差が検出され、その位相差がなくなるように位相差補
正用コンデンサ200の容量を調整される。また、検出
器140では、RF電源部側の出力インピーダンスと整
合器120側の入力インピーダンスとを比較し、差があ
る場合には、その差をなくすように整合用コンデンサ1
60の容量を加減調整するようにもなっている。そし
て、このような可変コンデンサの容量調整は、例えば、
検出器に電気的接続された駆動部によって駆動されるス
テッピングモータ260により行われる。このような可
変コンデンサの容量調整によって整合器120側の入力
インピーダンスがRF電源部100側の出力インピーダ
ンスに等しくされことになる。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】ところで、上記した
整合回路においては、RF電源部での高周波数が一定値
であることを前提として、可変コンデンサの容量調整に
よりインピーダンス整合が行われるようになっている
が、このような構成には次のような問題があった。
【0007】すなわち、可変コンデンサの容量調整は、
上述したように、ステッピングモータ等の機械的な駆動
量を設定することにより行われている。従って、要求さ
れる容量に調整されるまでの応答性が悪い。このような
応答性に関しては、例えば、可変コンデンサの駆動制御
をフィードバック制御で行なうようにした場合、微調整
の繰り返しが生じることもあり、これによっても、所定
のインピーダンス整合が完了するまでの応答性が悪くな
る。しかも、位相差の調整用とインピーダンスの整合用
としての可変コンデンサ自体がかなり大きいことに併せ
てそれぞれ独自の駆動源を必要とすることから装置が大
型化するとともに、これら駆動源を駆動するための制御
構造も複雑化することになる。
【0008】また、整合部が大型化した場合には、設置
位置が限られてしまうことがあり、大きさによっては、
RF電源部から離れた位置に設置されることもある。従
って、整合部の検出器に至る電路も長くなりがちである
ことから、その間での漏洩による出力損失が大きくな
り、これによってインピーダンスの調整量も多くなる。
従って、整合用コンデンサでの調整量も多くなり、この
ことが応答性をさらに悪化させる原因となる。また、可
変コンデンサの容量調整のためにモータを動かす回数が
増えると、その分、機構部品からの塵等の不純物が発生
することによって被処理体への悪影響を及ぼしかねな
い。
【0009】そこで本発明の目的は、上記従来のプラズ
マ処理装置における問題に鑑み、構造の大型化を防止す
るとともに簡単な構造によって応答性を向上させたイン
ピーダンスの整合が可能なプラズマ処理装置を提供する
ことにある。
【0010】
【問題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、RF電源部からRF電力を
負荷となる対向電極の一方あるいは両方に電力を供給す
る構造を備え、上記RF電源部側のインピーダンスと負
荷側の入力インピーダンスとの差を検出して少なくとも
可変容量を調整することで整合を行なうインピーダンス
整合部を備えたプラズマ処理装置において、上記RF電
源に設けられている出力電力の周波数可変部と、上記電
源部および負荷側の間で検出されたインピーダンスの差
に応じて、上記可変容量に併せて上記RF電源部での出
力電力の周波数を制御して整合する制御部と、を備えて
いることを特徴としている。
【0011】
【作用】本発明ではRF電源での発周波数を変化させ
ることができる。つまり、整合部には、RF電源部側の
出力インピーダンスと整合部側の入力インピーダンスと
の差が検出される。そして、この検出器からの検出結果
はに応じて、これらインピーダンス間での差がなくなる
ようにRF電源部での発周波数を変化させて整合す
る。従って、負荷側でのインピーダンスの整合は、整合
部での可変コンデンサを用いた調整よりも応答速度を
めることができる周波数変換で行なえることになる。し
かも、周波数変換によってインピーダンスの変更が可能
になることで、可変コンデンサの数を減らすことができ
る。
【0012】
【実施例】以下、図1乃至図5において、本発明実施例
の詳細を説明する。
【0013】図1は、本発明実施例によるプラズマ処理
装置に用いられるRF電力供給装置10を説明するため
の回路図である。
【0014】RF電力供給装置10は、RF電源部12
と整合部14とで構成されている。
【0015】RF電源部12には、規定周波数の発振増
幅部16が設けられ、この発振増幅部16は、後述する
制御部からの信号によって規定周波数を更新することが
できるようになっている。
【0016】一方、整合部14には、RF電源部12側
の出力インピーダンスに相当する発振増幅器16側の出
力インピーダンス(例えば50Ω)と整合部14側の入
力インピーダンスとを比較するための検出器18が設け
られ、上記インピーダンス同士での差を検出し、この結
果を制御部20に出力するようになっている。なお、符
号22は可変コンデンサを示し、この可変コンデンサ2
2は、ドライバ24に接続されたステッピングモー
6により容量調整されるようになっている。また、符号
28は、直流がRF電源部12に流れるのを阻止するブ
ロッキングコンデンサである。
【0017】制御部20は、この種、整合回路で実行さ
れる場合と同様にRF電源部12と整合部14とのイン
ピーダンスを整合するようになっているが、インピーダ
ンスの整合を、リアクタンスの調整だけでなく、RF電
源部12からの発振周波数を調整することによって行な
うようになっている。
【0018】図2は、整合回路を示す等価回路図であ
り、この回路中で、プラズマの状態によって変化するイ
ンピーダンス(Z0 )は、インダクタンスを調整するた
めの可変コンデンサC2 によって調整されるインダクタ
ンス成分(Z1 )と可変コンデンサC1 の容量リアクタ
ンス成分(Z2 )との和(Z0 =Z1 +Z2 )で求めら
れる。従って、これら各パラメータを基に整合回路での
出力インピーダンスは、プラズマの状態に応じて変化す
る入力インピーダンスと等しくすればよい。そして、上
記インピーダンス(Z0 )に関しては、次の式が成立す
る。
【数1】 但し、R:出力インピーダンス(固定値;50Ω) L:コイル C1 :可変コンデンサ C2 :可変コンデンサ
【数2】 但し、ω=2πf 従って、周波数(f)を変化させることで負荷側のプラ
ズマ状態に応じたインピーダンスに対応してインピーダ
ンス(Z0 )を変化させることができる。
【0019】本実施例ではこのような原理を基に、制御
部20は、検出器18によって得られたRF電源側の出
力インピーダンスと整合部14側の入力インピーダンス
との差をなくすように、インダクタンス成分を固定した
状態でRF電源部12の発振増幅器16での発振周波数
とインピーダンス整合用の可変コンデンサC1 の容量を
変化させて整合部14側の入力インピーダンスを整合す
る。なお、この場合には、周波数の変換に際して位相差
は固定されていることは勿論である。
【0020】本実施例は以上のような構成であるから、
RF電源部12側の出力インピーダンスと整合部14側
の入力インピーダンスとを検出器18において比較す
る。そして、インピーダンス間で差がある場合には、そ
の差をなくすように制御部20を介して発振増幅器16
での周波数の変換を行なう。しかも、制御部20では、
インダクタンス成分を周波数の変換に置き換えることに
よって、可変コンデンサの容量調整を整合用可変コンデ
ンサ22を対象とするだけである。
【0021】このような本実施例によるインピーダンス
整合を実験したところ、図3に示す結果を得られた。
【0022】図3は本実施例において説明したRF電源
からの発振周波数を変換した場合であり、また、図4は
発振周波数を、例えば、13.56MHzに固定した場合を示し
ている。
【0023】そして、図3では、周波数を変化させ、図
2に示したコンデンサC1 を可変、そして、コンデンサ
C2 を固定し、周波数は13,00MHz〜14.00MHzの範囲で変
化させた場合が示してある。
【0024】また、図4では、図2に示したコンデンサ
C1 をパラメータとして変化させ、そして、コンデンサ
C2 はコンデンサC1 を基準に0〜100%変化させた
場合が示してある。
【0025】なお、この測定では、C1 =0〜1500
pFを0〜100%,C2 =0〜500pFを0〜10
0%という形式で各コンデンサを選択してある。
【0026】図3および図4から明らかなように、周波
数を変換した本実施例の場合は、従来実施されていた整
合と同じような範囲のインピーダンスの変化を得ること
ができた。
【0027】以上のように本実施例によれば、可変コン
デンサの容量調整が必要な部分を少なくすることができ
るので、複数の可変コンデンサを対象としていた場合に
比べて、相対的な駆動制御が必要なくなる。従って、所
定のインピーダンスを整合させるための応答速度を早め
ることができる。
【0028】ところで、RF電源部12での発振周波数
を変換する機構としては、図に示す構成がある。
【0029】すなわち、図5に示す実施例は、RF電源
部12の出力側には位相比較器30、VCO32および
分周器34で構成された周波数シンセサイザ36が設け
られている。この例ではRF電源部12での発振増幅器
は、図示しないが基準周波数発振器として機能させる構
造のものに置き換えられ、リファレンス周波数としての
基準周波数と分周器34からの再生出力周波数との位相
差が位相比較器30で比較され、位相差を割出したうえ
で、VCO(voltage-controlled oscillator)32に
入力するようになっている。そして、この分周器30に
は、図1に示した制御部20からの補正信号が入力され
るようになっている。従って、分周器34で再生される
出力周波数は、制御部20からの補正信号が、上述した
インピーダンスを整合させる場合の周波数に対応させる
内容であるので、インピーダンス整合が可能な周波数と
して再生される。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、プラズマ
処理装置に用いられるRF電力供給装置において、電源
側と対向電極側が相当する負荷側とのインピーダンスの
整合を、電源側の発振周波数を変換することによって行
なうことができる。従って、従来、この種、回路に用い
られていた可変コンデンサによるリアクタンス調整を周
波数に置き換えることができるので、可変コンデンサお
よびこの駆動部を不要にすることができる。このため、
機械的な制御部を少なくしてインピーダンスの整合に要
する時間を短縮することが可能になる。
【0031】また、このように構成部品を省略すること
で装置の小型化が可能になり、これによって、整合部と
電源部とを接近されることができる。従って、電源部か
ら整合部に至る電路の長さを短くして、その間での漏洩
電力の発生を抑えて出力損失を少なくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例によるプラズマ処理装置の要部を
示す概略的な回路図である。
【図2】図1に示した整合部の等価回路図である。
【図3】図1に示した要部で得られる整合状態を示す線
図である。
【図4】従来の整合回路によって得られる整合状態を示
す線図である。
【図5】図1に示した要部に用いられる周波数変換機構
を説明する回路図である。
【図6】従来のプラズマ処理装置に用いられるRF電力
供給装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
10 プラズマ処理装置 12 RF電源部 14 整合部 16 発振増幅器 18 検出器 20 制御部 30 位相比較器 34 分周器 36 周波数シンセサイザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 RF電源部からRF電力を負荷となる対
    向電極の一方あるいは両方に電力を供給する構造を備
    え、上記RF電源部側の出力インピーダンスと負荷側の
    入力インピーダンスとの差を検出して少なくとも可変容
    量を調整することで整合を行なうインピーダンス整合部
    を備えたプラズマ処理装置において、 上記RF電源に設けられている出力電力の周波数可変部
    と、 上記電源部および負荷側の間で検出されたインピーダン
    スの差に応じて、上記可変容量に併せて上記RF電源部
    での出力電力の周波数を制御して整合する制御部と、 を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
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