JP3786893B2 - Alignment device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は整合装置に関し、特に、高周波電源と負荷の整合をとるための整合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の整合器30の構成を示すブロック図である。図6において、この整合器30は、3スタブチューナと称され、主同軸管31および可変長同軸管36〜38を備える。主同軸管31は、内部導体32および外部導体33と、内部導体32の一方端部および他方端部にそれぞれ設けられた入力端子34および出力端子35とを含む。入力端子34は高周波電源42からの高周波電力を受け、出力端子35は負荷43に接続される。
【0003】
可変長同軸管36〜38は、それぞれλ/2(ただし、λは高周波電力の波長である)の線路長を有し、互いにλ/4の間隔をあけて、主同軸管31に垂直に立設されている。可変長同軸管36〜38の各々は、内部導体39、外部導体40およびリング状電極41を含む。内部導体36および外部導体40は、それぞれ主同軸管31の内部導体32および外部導体33に接続されている。リング状電極41は、内部導体39の外周面と外部導体40の内周面との間に挿入され、可変長同軸管36〜38の長さ方向に摺動自在に設けられている。内部導体39と外部導体40は、リング状電極41によって短絡される。
【0004】
リング状電極41の位置を変えると、整合器30のインピーダンスが変化する。整合器30の入力端子34から負荷43側を見たインピーダンスを高周波電源42と入力端子34の間の送電線路(図示せず)の特性インピーダンスに一致させることにより、高周波電力を反射させることなく負荷43に供給することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の整合器30では、高周波電力が100MHz〜500MHzの比較的低い周波数である場合は、主同軸管31および可変長同軸管36〜38が長くなり、装置寸法が大きくなるという問題があった。
【0006】
また、3つのリング状電極41を個別に動かす必要があったので、整合をとるのが容易でなく、負荷変動に対する応答速度が遅かった。
【0007】
また、リング状電極41と導体39,40との摺動によってそれらが摩耗したりダストが発生し、装置のメンテナンスの手間が大きかった。
【0008】
それゆえに、この発明の主たる目的は、装置寸法が小さく、応答速度が速く、メンテナンスが不要な整合装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る整合装置は、高周波電源と負荷の整合をとるための整合装置であって、基準電位が与えられるシールドケースと、その先端面がシールドケースの内面に対向されてシールドケース内に立設され、その側面の一部分が高周波電源に接続され、その側面の他の部分が負荷に接続される柱状電極と、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材とを備えたものである。
【0010】
好ましくは、誘電体部材は、柱状電極の先端面と平行な平面に沿って移動可能に設けられ、容量値は、誘電体部材と柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される。
【0011】
また好ましくは、さらに、その一方端部が誘電体部材に結合され、その他方端部がシールドケース外に突出され、誘電体部材を回転移動させるための回転軸が設けられる。
【0012】
また好ましくは、さらに、回転軸の他方端部に結合され、回転軸を所望の角度だけ回転させるための駆動部が設けられる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の一実施の形態による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。図1において、この半導体製造装置は、高周波電源1、高周波センサ2、整合器3、反応室4、コントローラ5、および駆動装置6を備える。
【0014】
高周波電源1は、所望の周波数および電力の高周波電力を発生する。高周波電源1で発生された高周波電力は、高周波センサ2および整合器3を介して反応室4に与えられる。高周波電力の一部は反応室4で反射し、送電線路(図示せず)には進行波電力Pfおよび反射波電力Prが発生する。
【0015】
高周波センサ2は、高周波電源1と整合器3との間の送電線路の電圧Vおよび電流Iを検出し、その検出結果に基づいて、電圧Vと電流Iの比Zの特性インピーダンスZ0(たとえば50オーム)に対するずれに相当する信号VZと、電圧Vと電流Iの位相差φに比例するレベルの信号Vφとを出力する。
【0016】
整合器3は、その入力端子側から反応室4側を見たインピーダンスを高周波電源1および整合器3間の送電線路の特性インピーダンスZ0に等しくすることにより、反射波電力Prを最小値にするものである。整合器3のインピーダンスは制御可能になっている。この整合器3については、後に詳述する。
【0017】
駆動装置6は、モータ、ギアなどを含み、コントローラ5に従って整合器3を駆動させる。コントローラ5は、高周波センサ2からの信号VZ,Vφの各々のレベルが最小値になるように、駆動装置6を介して整合記3のインピーダンスを調整する。
【0018】
反応室4内には、図2に示すように、たとえば2枚の平行平板電極7,8が設けられている。2枚の電極7,8のうちの一方の電極7は高周波電源1からの高周波電力を受け、他方の電極8はたとえば接地される。電極8の表面には、基板9がセットされる。
【0019】
エッチングまたは成膜時は、まず真空ポンプ(図示せず)によって反応室4内の空気が排出される。次いで所定のガスが所定流量で反応室4内に導入されるとともに、真空ポンプの排気速度が調整されて、反応室4内が所定の圧力に調整される。
【0020】
次に、高周波電源1がオンされて所定の高周波電力が反応室4に与えられ、電極7,8間のガスが電離されてプラズマ状態になる。このとき、反射波電力Prが最小値になるように、高周波センサ2、コントローラ5および駆動装置6によって整合器3のインピーダンスが制御される。エッチング用のガス(たとえばCF4)を用いた場合は基板9の表面がエッチングされ、成膜用のガス(たとえばSiH4)を用いた場合は基板9の表面に膜が堆積する。
【0021】
図3(a)(b)は整合器3の構成を示す断面図であって、特に、同図(a)は同図(b)のY−Y′線断面図を示し、同図(b)は同図(a)のX−X′線断面図を示している。図3(a)(b)において、この整合器3は、上下端が閉蓋された円筒状のシールドケース11と、シールドケース11の床面12の中央に垂直に立設された円柱状の負荷電極15とを含む。負荷電極15の先端面とシールドケース11の天井面とは、所定の距離を介して平行に接地されている。
【0022】
シールドケース11は、たとえばアルミ合金で形成され、接地電位GNDを受けている。負荷電極15は、たとえば銅で形成され、その下端面はシールドケース11の床面12と導通している。
【0023】
また、この整合器3は、棒状の入力電極16および出力電極17を含む。入力電極16は、シールドケース11の円筒部13を貫通して負荷電極15の外周面の一方側の所定位置に垂直に設けられている。出力電極17は、シールドケース11の円筒部13を貫通して負荷電極15の外周面の他方側の所定位置に垂直に設けられている。入力電極16および出力電極17は、たとえば銅で形成され、負荷電極15と導通し、シールドケース11と絶縁状態にされる。入力電極16および出力電極17のシールドケース11外に突出した部分は、それぞれ整合器3の入力端子16aおよび出力端子17aになる。入力端子16aは高周波電源1からの高周波電力を受け、出力端子17aは反応室4の一方電極7に接続される。
【0024】
さらに、この整合器3は、誘電体板18および回転軸19を含む。回転軸19は、シールドケース11の上蓋部14の端部を貫通して誘電体板18の一方端部に垂直に設けられている。回転軸19は、シールドケース11の上蓋部14に回転自在に支持される。回転軸19のシールドケース11外に突出した部分は、駆動装置6に結合される。
【0025】
誘電体板18の他方端部は、負荷電極15の先端面の上方まで延び、負荷電極15の先端面と同程度かそれ以上の大きさに形成されている。誘電体板18は、石英、テフロン(R)のような高誘電率材料で形成されている。回転軸19は、たとえばプラスチックで形成されている。
【0026】
回転軸19を回転させると、誘電体板18は、負荷電極15の先端面とシールドケース14の天井面との間において負荷電極15の先端面と平行な平面に沿って回転移動をする。誘電体板18を回転移動させると、図4に示すように、負荷電極15の先端面と誘電体板18との重なり面積S(斜線部)が変化し、負荷電極15の先端面とシールドケース11の天井面との間の容量値が変化する。この容量値の変化は、誘電体板18の誘電率が高いほど大きくなる。
【0027】
この整合器3は、100MHz〜900MHzの高周波電力に対して分布定数回路を構成する。負荷電極15の外周面とシールドケース11の内周面との間には分布キャパシタンスが発生し、負荷電極15の先端面とシールドケース11の天井面との間には分布キャパシタンスが発生し、負荷電極15の長さ方向には分布インダクタンスが発生する。回転軸19を回転させると、上記重なり面積Sが変化して負荷電極15の先端面とシールドケース11の天井面との間の分布キャパシタンスが変化し、整合器3のインピーダンスが変化する。
【0028】
図5は、整合器3における重なり面積Sと出力インピーダンスとの関係を示すスミスチャートである。整合器3の出力インピーダンスは、入力端子16aを50Ωの抵抗素子を介して接地し、出力端子17aに接続したインピーダンスアナライザによって測定した。図5では、重なり面積Sは、最大値に対する比(%)で表わされている。重なり面積Sは、図中A,B,C点でそれぞれ0,50,100%になっている。この図5から、整合器3の出力インピーダンスのリアクタンスをマイナス側からプラス側まで連続的に変えることができ、負荷のリアクタンスがプラス側からマイナス側に変化しても、整合をとることが可能であることがわかる。
【0029】
この実施の形態では、図6で示した従来の整合器30のように同軸管31,36〜38を使用しないので、高周波電力の周波数が低い場合でも、装置寸法が大型化することがない。
【0030】
また、誘電体板18を回転させるだけで整合をとることができるので、3つのリング状電極41の位置を調整する必要があった従来に比べ、容易に整合させることができ、負荷変動に対する応答速度が速くなる。
【0031】
また、リング状電極41と導体39,40の摺動部のような金属同士の摺動部がなく、摺動部の摩耗やダストが発生しないので、メンテナンスを行なう必要がない。
【0032】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る整合装置では、基準電位が与えられるシールドケースと、その先端面がシールドケースの内面に対向されてシールドケース内に立設され、その側面の一部分が高周波電源に接続され、その側面の他の部分が負荷に接続される柱状電極と、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材とが設けられる。したがって、従来のように同軸管を用いないので、高周波電力の周波数が低い場合でも、装置寸法が大型化することがない。また、誘電体部材を移動させて柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するだけで整合をとることができるで、負荷変動に対する応答速度が速くなる。また、従来のように金属同士の摺動部がなく、摺動部の摩耗やダストが発生しないので、メンテナンスを行なう必要がない。
【0034】
好ましくは、誘電体部材は、柱状電極の先端面と平行な平面に沿って移動可能に設けられ、容量値は、誘電体部材と柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される。この場合は、容量値を容易に変えることができる。
【0035】
また好ましくは、さらに、その一方端部が誘電体部材に結合され、その他方端部がシールドケース外に突出され、誘電体部材を回転移動させるための回転軸が設けられる。この場合は、最も簡単な構成で誘電体部材を移動させることができる。
【0036】
また好ましくは、さらに、回転軸の他方端部に結合され、回転軸を所望の角度だけ回転させるための駆動部が設けられる。この場合は、所望の角度だけ回転軸を容易かつ正確に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施の形態による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示した反応室の構成を示す図である。
【図3】 図1に示した整合器の構成を示す断面図である。
【図4】 図3に示した整合器の動作を説明するための図である。
【図5】 図3に示した整合器の動作を説明するための他の図である。
【図6】 従来の整合器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,42 高周波電源、2 高周波センサ、3,30 整合器、4 反応室、5 コントローラ、6 駆動装置、7,8 平行平板電極、9 基板、11 シールドケース、12 床面、13 円筒部、14 上蓋部、15 負荷電極、16 入力電極、16a,34 入力端子、17 出力電極、17a,35 出力端子、18 誘電体板、19 回転軸、31 主同軸管、32,39 内部導体、33,40 外部導体、36〜38 可変長同軸管、41 リング状電極、43 負荷。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a matching device, and more particularly to a matching device for matching a high-frequency power source and a load.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a
[0003]
Each of the variable length
[0004]
When the position of the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the
[0006]
Moreover, since it was necessary to move the three ring-
[0007]
Further, sliding between the ring-
[0008]
Therefore, a main object of the present invention is to provide an aligning device that has a small device size, a high response speed, and does not require maintenance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A matching device according to the present invention is a matching device for matching a high-frequency power supply and a load, and a shield case to which a reference potential is applied and a tip end surface thereof are opposed to the inner surface of the shield case and stand in the shield case. Provided, a part of the side surface is connected to the high-frequency power source, the other part of the side surface is connected to the load, and is provided movably between the tip surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case, A dielectric member for adjusting the capacitance value between the tip surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case is provided.
[0010]
Preferably, the dielectric member is provided to be movable along a plane parallel to the tip surface of the columnar electrode, and the capacitance value is adjusted by adjusting an overlapping area between the dielectric member and the tip surface of the columnar electrode. The
[0011]
Further preferably, one end portion thereof is coupled to the dielectric member, and the other end portion thereof is projected out of the shield case, and a rotation shaft for rotating the dielectric member is provided.
[0012]
Further preferably, a drive unit is provided that is coupled to the other end portion of the rotation shaft and rotates the rotation shaft by a desired angle.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the semiconductor manufacturing apparatus includes a high-
[0014]
The high
[0015]
The
[0016]
The matching unit 3 makes the reflected wave power Pr the minimum value by making the impedance of the
[0017]
The driving device 6 includes a motor, a gear, and the like, and drives the matching unit 3 according to the controller 5. The controller 5 adjusts the impedance of the matching register 3 via the driving device 6 so that the levels of the signals VZ and Vφ from the high-
[0018]
In the
[0019]
At the time of etching or film formation, first, air in the
[0020]
Next, the high-
[0021]
3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views showing the configuration of the matching device 3. In particular, FIG. 3 (a) shows a cross-sectional view taken along line YY 'of FIG. ) Shows a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 3A and 3B, the matching unit 3 includes a
[0022]
The
[0023]
The matching unit 3 includes a rod-shaped
[0024]
Further, the matching unit 3 includes a
[0025]
The other end of the
[0026]
When the
[0027]
The matching unit 3 constitutes a distributed constant circuit for high frequency power of 100 MHz to 900 MHz. A distributed capacitance is generated between the outer peripheral surface of the
[0028]
FIG. 5 is a Smith chart showing the relationship between the overlapping area S and the output impedance in the matching unit 3. The output impedance of the matching unit 3 was measured by an impedance analyzer in which the
[0029]
In this embodiment, since the
[0030]
In addition, since the alignment can be achieved only by rotating the
[0031]
Further, there is no sliding portion between the metals such as the sliding portions of the
[0032]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, in the matching device according to the present invention, the shield case to which the reference potential is applied, and the front end surface of the shield case are opposed to the inner surface of the shield case and are erected in the shield case. A columnar electrode connected to the other side of the side surface of the columnar electrode, and movable between the front end surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case; and the front end surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case; And a dielectric member for adjusting a capacitance value between them. Therefore, since the coaxial tube is not used as in the prior art, the size of the apparatus does not increase even when the frequency of the high frequency power is low. In addition, it is possible to achieve matching only by moving the dielectric member and adjusting the capacitance value between the tip end surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case, and the response speed with respect to load fluctuation is increased. Further, there is no sliding portion between metals as in the prior art, and no wear or dust is generated on the sliding portion, so that maintenance is not required.
[0034]
Preferably, the dielectric member is provided to be movable along a plane parallel to the tip surface of the columnar electrode, and the capacitance value is adjusted by adjusting an overlapping area between the dielectric member and the tip surface of the columnar electrode. The In this case, the capacitance value can be easily changed.
[0035]
Further preferably, one end portion thereof is coupled to the dielectric member, and the other end portion thereof is projected out of the shield case, and a rotation shaft for rotating the dielectric member is provided. In this case, the dielectric member can be moved with the simplest configuration.
[0036]
Further preferably, a drive unit is provided that is coupled to the other end portion of the rotation shaft and rotates the rotation shaft by a desired angle. In this case, the rotation axis can be easily and accurately rotated by a desired angle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a reaction chamber shown in FIG.
3 is a cross-sectional view showing a configuration of the matching device shown in FIG. 1. FIG.
4 is a diagram for explaining the operation of the matching device shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is another diagram for explaining the operation of the matching unit shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional matching device.
[Explanation of symbols]
1,42 High-frequency power source, 2 High-frequency sensor, 3,30 Matching device, 4 Reaction chamber, 5 Controller, 6 Driving device, 7, 8 Parallel plate electrode, 9 Substrate, 11 Shield case, 12 Floor surface, 13 Cylindrical part, 14 Top cover, 15 Load electrode, 16 Input electrode, 16a, 34 Input terminal, 17 Output electrode, 17a, 35 Output terminal, 18 Dielectric plate, 19 Rotating shaft, 31 Main coaxial tube, 32, 39 Internal conductor, 33, 40 External conductor, 36-38 variable length coaxial tube, 41 ring electrode, 43 load.
Claims (4)
基準電位が与えられるシールドケース、
その先端面が前記シールドケースの内面に対向されて前記シールドケース内に立設され、その側面の一部分が前記高周波電源に接続され、その側面の他の部分が前記負荷に接続される柱状電極、および
前記柱状電極の先端面と前記シールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、前記柱状電極の先端面と前記シールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材を備える、整合装置。A matching device for matching a high frequency power source and a load,
A shield case to which a reference potential is applied,
A columnar electrode whose front end face is opposed to the inner surface of the shield case and is erected in the shield case, a part of the side surface is connected to the high-frequency power source, and the other part of the side surface is connected to the load; And a dielectric member provided so as to be movable between the tip surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case, and for adjusting a capacitance value between the tip surface of the columnar electrode and the inner surface of the shield case. A matching device.
前記容量値は、前記誘電体部材と前記柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される、請求項1に記載の整合装置。The dielectric member is provided to be movable along a plane parallel to the tip surface of the columnar electrode,
The matching device according to claim 1, wherein the capacitance value is adjusted by adjusting an overlapping area between the dielectric member and a tip surface of the columnar electrode.
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