JP4042363B2

JP4042363B2 - プラズマ生成用の螺旋共振装置

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Publication number: JP4042363B2
Application number: JP2001221598A
Authority: JP
Inventors: 和史金子; 昇白倉; 詩麻夫米山; ゲオルギービノグラードフ; ウラジーミルメナガリチヴィリ
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: JP2003037101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板などにエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置であって、処理条件の変更に対応して簡単に共振特性を適合させ得るプラズマ生成用の螺旋共振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ処理装置は、例えば、半導体基板に対するドライエッチング、イオンエッチング、アッシング、プラズマ蒸着などの種々の乾式処理に使用される。この種の処理の中、例えば、ＣＶＤ処理においては、ラジカルによる反応を促進し、イオンダメージを極力低減することが要求される。すなわち、過剰なイオンは、基板における層間での材料の混合、酸化物の破壊、汚染物質の侵入、形質変化などを惹起する。また、高精度に選択比を規定するエッチング処理などにおいては、低選択性をもたらすイオン衝撃を避けるのが好ましい。
【０００３】
本発明者等は、電位の低いプラズマを得ることを主眼に鋭意検討した結果、特に全波長モードで共振するコイル（螺旋共振コイル）によって定在波を誘導し、減圧容器内に誘導電界を発生させることにより、位相電圧と逆位相電圧を互いに相殺し、位相電圧の切り替わり点、すなわち、電位が略ゼロのノードにおいて、誘導性結合によって極めて電位の低いプラズマを励起し得る螺旋共振装置に関する技術を見出し、先に、「誘導結合によるプラズマ放電処理方法」として特許出願済みである（特表２０００−５０１５６８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の様な螺旋共振装置においては、一種類の処理のみに適用する場合は予め共振特性（共振周波数およびインピーダンス）を一定に設定しておけばよいが、実際、幾つかの処理に適用せんとした場合、プラズマ自体の抵抗成分、ならびに、共振コイルの電圧部とプラズマとの間の容量結合がプラズマの種類（処理条件）によって異なるため、処理条件の変更により共振器の共振特性にずれが生じ、プラズマ電位が高くなると言う問題がある。特に、プラズマの容量結合や誘導結合によるプラズマ発生回路の負荷インピーダンスの電源側インピーダンスに対する不整合は実効負荷電力の低下を惹起する。
【０００５】
もっとも、従来の同軸給電型や対向電極型のプラズマ装置では、容器側のプラズマ発生回路におけるインピーダンスの変動を調整し、電力の転送効率を高めるためのＬＣネットワーク回路（マッチング回路）が設けられている。しかしながら、マッチング回路は、それ自体がプラズマ発生回路の一部として機能するために電力を消費し、また、可変コンデンサの応答速度が遅く且つプラズマ状態も常に変動するため、インピーダンス整合回路によっては完全な整合が得られていないのが実情である。
【０００６】
本発明は、上記の螺旋共振装置における効用を一層高めるべくなされたものであり、その目的は、半導体基板などにエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の処理を施すプラズマ処理装置に適用されるプラズマ生成用の螺旋共振装置であって、処理条件の変更に対応して簡単に共振特性を適合させ得る様に改良されたプラズマ生成用の螺旋共振装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振装置は、減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器と、当該容器の外周に巻回された共振コイルと、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールドとから成る共振器、ならびに、前記共振コイルに所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源を備え、かつ、前記共振コイルの電気的長さが前記所定周波数における１波長の整数倍または半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定されたプラズマ生成用の螺旋共振装置において、前記共振コイルの両端は、固定グランドにより電気的に接地され、前記共振コイルと前記外側シールドの間には、１つ以上の真空リレーが介装され、前記共振コイルは、前記共振器の負荷インピーダンスが前記高周波電源側のインピーダンスに整合する様に、前記固定グランドの一方および前記真空リレーの中からの選択により接地位置を切替可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、共振コイルにおいて固定グランドの一方および前記真空リレーの中からの選択により接地位置を切替可能に構成された構造は、処理条件に応じて共振器の負荷インピーダンスを高周波電源側のインピーダンスに直ちに整合させることが出来るため、共振器において最適な共振特性が得られ、しかも、高周波電力を最大限に供給できる。
【００１０】
更に、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高周波電源には、その出力側に設置された反射波パワーメータによって検出される反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよい。
【００１１】
また、上記の各プラズマ生成用の螺旋共振装置においては、電力の転送効率を一層高めるため、高周波電源には、その出力側に設置された位相検出器によって検出される電圧と電流の位相差が０°となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付設されていてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の螺旋共振装置の概要を示す縦断面図である。図２は、共振コイルにおける接地位置の選択手段の一例を示すブロック図である。図３〜図５は、共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の関係を示す波形図である。図６及び図７は、各々、高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例を示す回路ブロック図である。以下、実施形態の説明においては、プラズマ生成用の螺旋共振装置を「螺旋共振装置」と略記する。また、被処理物としての半導体基板または半導体素子を「基板」と略記する。
【００１３】
本発明の螺旋共振装置は、主にプラズマ処理装置に適用される装置であり、図１に示す様に、減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器（１１）と、当該容器の外周に巻回された共振コイル（１２）と、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールド（１３）とから成る共振器（１）、ならびに、共振コイル（１２）に所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源（２）を備えている。
【００１４】
容器（１１）は、通常、高純度の石英硝子やセラミックスにて円筒状に形成された所謂チャンバーである。容器（１１）は、プラズマ処理装置に適用する場合、通常、軸線が垂直になる様に配置され、後述のプラズマ処理装置のトッププレート（４２）及び基板処理室（５）によって上下端を気密に封止される。容器（１１）の下方（プラズマ装置の基板処理室）には、真空ポンプに接続され且つ容器（１１）内部を真空引きするための排気管（４１）が設けられ、容器（１１）の上部（トッププレート（４２））には、材料ガス供給設備から伸長され且つ所要のプラズマ用ガスを供給するためのガス供給管（４３）が付設される。
【００１５】
共振コイル（１２）は、所定の波長の定在波を形成するため、一定波長モードで共振する様に巻径、巻回ピッチ、巻数が設定される。すなわち、共振コイル（１２）の電気的長さは、高周波電源（２）から供給される電力の所定周波数における１波長の整数倍（１倍，２倍，…）又は半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定される。
【００１６】
具体的には、共振コイル（１２）は、印加する電力や発生させる磁界強度または適用する装置の外形などを勘案し、例えば、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、０．５〜５ＫＷの高周波電力によって０．０１〜１０ガウス程度の磁場を発生し得る様に、５０〜３００mm²の有効断面積であって且つ２００〜５００mmのコイル直径に構成され、容器（１）の外周側に２〜６０回程度巻回される。共振コイル（１２）を構成する素材としては、銅パイプ、銅の薄板、アルミニウムパイプ、アルミニウム薄板、ポリマーベルトに銅またはアルミニウムを蒸着した素材などが使用される。共振コイル（１２）は、絶縁性材料にて平板状に形成され且つ後述するプラズマ処理装置のベースプレート（４）の上端面に鉛直に立設された複数のサポートによって支持される。
【００１７】
また、共振コイル（１２）の両端は固定グランドとして電気的に接地されるが、通常、その一端は、最初の装置組立の際に当該共振コイルの電気的長さを微調整するため、可動タップ（１５）を介して接地される。図１中の符号（１４）は他方の固定グランドを示す。更に、位相及び逆位相電流が共振コイル（１２）の電気的中点に関して対称に流れる様に、共振コイル（１２）の一端（若しくは他端または両端）には、コイル及びシールドから成る波形調整回路が挿入されてもよい。斯かる波形調整回路は、共振コイル（１２）の端部を電気的に非接続状態とするか又は電気的に等価の状態に設定することにより開路に構成される。また、共振コイル（１２）の端部は、チョーク直列抵抗によって非接地とし、固定基準電位に直流接続されてもよい。
【００１８】
外側シールド（１３）は、共振コイル（１２）の外側の電界を遮蔽すると共に、共振回路を構成するのに必要な容量成分を共振コイル（１２）との間に形成するために設けられる。外側シールド（１３）は、一般的には、アルミニウム合金、銅または銅合金などの導電性材料を使用して円筒状に構成される。外側シールド（１３）は、共振コイル（１２）の外周から５〜１５０ｍｍ程度隔てて配置される。そして、通常、外側シールド（１３）は、共振コイル（１２）の両端と電位が等しくなる様に接地されるが、共振コイル（１２）の共振数を正確に設定するため、外側シールド（１３）の一端または両端は、タップ位置を調整可能になされたり、あるいは、共振コイル（１２）と外側シールド（１３）の間には、トリミングキャパシタンスが挿入されてもよい。
【００１９】
高周波電源（２）としては、共振器（１）に必要な電圧および周波数の電力を供給し得る電源である限り、Ｒｆジェネレータ等の各種の電源を使用し得る。例えば、上記の共振器（１）を備えたプラズマ処理装置に対しては、周波数８０ｋＨｚ〜８００ＭＨｚで０．５〜５ＫＷ程度の電力を供給可能な高周波発生器が使用される。
【００２０】
具体的には、上記の電源としては、コムデル社（Comdel Inc）製の商品名「ＣＸ−３０００」として知られる固定周波数型の高周波電源（周波数：２７．１２ＭＨｚ、出力：３ＫＷ）が挙げられる。また、ＩＦＩ社製の商品名「ＴＣＣＸ３５００」として知られる高出力の高帯域増幅をヒューレットパッカード社製の商品名「ＨＰ１１６Ａ」として知られる０〜５０ＭＨｚのパルス発生器と共に使用することにより、８００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数域で２ｋＷの出力が可能な可変周波数電源を構成できる。
【００２１】
高周波電源（２）は、通常、少なくとも出力を規定するためのプリアンプを含む制御回路と、所定出力に増幅するための増幅器とを備えている。すなわち、高周波電源（２）において、制御回路は、操作パネルを通じて予め設定された出力条件に基づいて増幅器の出力を制御し、増幅器は、共振装置（１）の共振コイル（１２）に伝送線路（２５）を介して一定の高周波電力を出力する。なお、伝送線路（２５）は、最初の装置組立の際に給電位置を微調整するため、共振コイル（１２）の接地された両端の間の所定位置に可動タップ（２８）を介して接続されてもよい。
【００２２】
ところで、共振コイル（１２）によって構成される共振器（１）のプラズマ発生回路は、ＲＬＣの並列共振回路であり、高周波電源（２）の波長と共振コイル（１２）の電気的長さを同じにした場合、共振器（１）の共振条件は、共振器（１）の容量成分や誘導成分によって作り出されるリアクタンス成分が相殺され、純抵抗になることである。しかしながら、共振器（１）においては、共振コイル（１２）の電圧部と発生するプラズマとの間の容量結合あるいは容器（１１）とプラズマとの間の誘導結合が処理条件（プラズマの種類）によって相違するため、処理条件を変更する都度、共振器（１）における実際のインピーダンスが僅かながら変動する。
【００２３】
そこで、本発明においては、処理条件の変更に迅速に対応するため、共振コイル（１２）は、共振器（１）の負荷インピーダンスが高周波電源（２）側のインピーダンスに整合する様に、処理条件に応じて接地位置を選択可能に構成されている。すなわち、本発明の螺旋共振装置においては、図２に示す様に、予め設定された幾つかのプロセス条件に対応させて共振コイル（１２）の接地端子が固定グランドを含めて複数設けられており、稼働に際してプロセス条件に応じて共振コイル（１２）の接地端子を選択する様になされている。斯かる構成により、本発明の螺旋共振装置においては、プロセス条件の変更に拘わらず、共振器（１）側の負荷インピーダンスを最適に保持することが出来る。
【００２４】
具体的には、図２に示す様に、共振コイル（１２）の接地位置は、共振コイル（１２）と外側シールド（１３）の間に介装された真空リレー（１６）により切替可能になされている。真空リレー（１６）は、周知の通り、ソレノイド及び接点を真空容器に収容した継電器であり、外部の制御回路の一般リレーの作動により開閉する様に回路構成されている。斯かる真空リレー（１６）は、共振コイル（１２）と外側シールド（１３）の間の例えば２箇所に挿入される。挿入位置は、予定されたプロセス条件に応じて、各々、共振器（１）のインピーダンスが例えば５０オームとなる位置とされる。これにより、固定グランド（１４）を含め、共振コイル（１２）の接地位置を処理条件の変更に合わせて例えば３つの中から選択できる。
【００２５】
本発明の螺旋共振装置は、基板などにエッチング、アッシング、ＣＶＤ等の乾式処理を施す高周波無電極放電型のプラズマ処理装置に適用される。プラズマ処理装置は、図１に示す様に、架台として構成された水平なベースプレート（４）上に上記の螺旋共振装置の共振器（１）を配置して構成される。そして、共振器（１）の下方には、基板（Ｗ）を収容するために例えば短軸の略有底円筒状に形成された基板処理室（５）がベースプレート（４）の開口部を介して容器（１１）と連続的する状態で設けられる。
【００２６】
基板処理室（５）には、基板（Ｗ）を水平に保持する短軸円柱状のサセプタ（６）が設けられる。サセプタ（６）には、一般に使用される静電チャックが備えられていてもよい。また、サセプタ（６）は、基板搬送機構（図示省略）によって基板（Ｗ）を装填・排出するため、昇降可能に構成されていてもよい。なお、基板（Ｗ）の装填および排出は、基板処理室（５）の周面に設けられたゲートバルブ（図示省略）を介して行われる様になされている。
【００２７】
螺旋共振装置の容器（１１）の内部および基板処理室（５）は、当該基板処理室の底部に取り付けられた上記の排気管（４１）を通じて所定の真空度に減圧可能に構成される。また、容器（１１）の内部および基板処理室（５）は、容器（１１）上端のトッププレート（４２）に設けられた上記のガス供給管（４３）を通じてプラズマ生成用の材料ガスが供給される様になされている。
【００２８】
上記の様なプラズマ処理装置においては、先ず、被処理物としての基板（Ｗ）が基板処理室（５）に装填されてサセプタ（６）上に保持される。次いで、真空ポンプの駆動により、排気管（４１）を通じて減圧され、容器（１１）及び基板処理室（５）の内部が例えば１０〜２０００ミリトールまで減圧される。そして、容器（１１）内の真空度を維持しつつ、ガス供給管（４３）を通じてプラズマ用ガスが供給される。
【００２９】
プラズマ用ガスとしては、従来の処理装置と同様に、処理に応じて各種の材料ガスが使用される。例えば、アッシング処理の場合は、酸素、水素、アルゴン、水などが使用され、また、エッチング処理の場合は、フッ素、臭素、塩素などが使用される。そして、高周波電源（２）から共振器（１）の共振コイル（１２）に例えば２７．１２ＭＨｚ、２ＫＷの高周波電力が供給される。その結果、共振コイル（１２）が１波長のときには周囲に誘導電界が発生し、共振コイル（１２）の電気的中点に相当する例えば容器（１１）の中間高さの位置にドーナツ状の誘導プラズマが励起される。
【００３０】
上記の様なプラズマ処理装置においては、プロセスの変更に伴い、供給するプラズマ用ガスの種類と流量、共振器（１）の容器（１１）の真空度、印加する高周波電力が変更される。その結果、プラズマ発生時の共振器（１）における負荷インピーダンスが異なってくる。因に、図３は、固定グランドを使用した状態で負荷インピーダンスが５０オームに調整された共振器（１）の電気的特性を示しており、図４は、処理条件が変更されて負荷インピーダンスが６０オームに変化した共振器（１）の電気的特性を示している。
【００３１】
これに対し、本発明の螺旋共振装置は、処理条件（プロセス条件）に応じて共振コイル（１２）の接地位置を選択することが出来るため、迅速に対応することが出来る。すなわち、螺旋共振装置においては、処理条件を変更する都度、共振器（１）におけるインピーダンスが変動するが、本発明においては、予め設定された幾つかのプロセス条件に対応して複数設けられた共振コイル（１２）の接地端子を真空リレー（１６）の切替操作によって選択できるため、プロセス条件の変更に応じて、プラズマ発生時の共振器（１）側の負荷インピーダンスを例えば５０オームに直ちに再設定できる。
【００３２】
換言すれば、本発明の螺旋共振装置において、共振コイル（１２）において接地位置を選択可能に構成された構造は、処理条件に応じて共振器（１）の負荷インピーダンスを高周波電源（２）側のインピーダンスに直ちに整合させることが出来る。従って、処理条件を変更する都度に初期調整を行う必要がなく、共振器（１）において最適な共振特性が得られ、高周波電力を最大限に供給できる。因に、図５は、処理条件の変更に応じて真空リレーをオンにすることにより、負荷インピーダンスが５０オームに再設定されした共振器（１）の電気的特性を示している。
【００３３】
ところで、螺旋共振装置における共振コイル（１２）の電気的な長さは、例えば２７．１２ＭＨｚの場合、全波長モードで約１１ｍであるのに対し、共振器（１）の負荷インピーダンスの調整は、共振コイル（１２）の給電位置と一方の接地位置との間の約２０ｃｍの長さの間に１ｃｍ程度の間隔で予め設定されたグランド用端子（固定グランド（１４）、真空リレー（１６，１６））の選択によって行われる。従って、斯かる負荷インピーダンスの調整においては、電気的特性の共振周波数には殆ど影響を与えることなく、インピーダンスだけを整合させることが出来る。
【００３４】
しかしながら、上記の様に共振コイル（１２）の接地位置を切り替えた場合には、極めて僅かではあるが、結果的に共振コイル（１２）の電気的長さが変わり、共振周波数も変化することになる。また、プラズマを発生させた場合の共振コイル（１２）の電圧部とプラズマとの間の上記の容量結合、容器（１１）とプラズマの間の上記の誘導結合の変動などにより、共振周波数が僅かながら変動する。実際には、共振器（１）の無負荷状態における共振点よりも僅かに高い周波数で共振する。その結果、固定された共振周波数では反射波電力が発生し、高周波電力の転送効率も僅かではあるが低下する。
【００３５】
そこで、上記の様な共振周波数の僅かな変動による高周波電力の転送効率の低下を補完するため、本発明に係る螺旋共振装置の好ましい態様においては、図６に示す様に、高周波電源（２）には、その出力側に設置された反射波パワーメータ（２６）によって検出される反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器（３）が付設される。
【００３６】
周波数整合器（３）は、図６（ａ）に示す様に、制御用アナログ信号を周波数信号にデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ（３１）、変換された周波数信号の値と予め設定記憶された発振周波数の値に基づいて発振周波数を演算する演算処理回路（３２）、演算処理して得られた周波数の値を電圧信号にアナログ変換するＤ／Ａコンバータ（３３）、および、Ｄ／Ａコンバータ（３３）からの印加電圧に応じて発振する電圧制御発振器（３４）によって構成される。
【００３７】
また、周波数整合器（３）は、Ｄ／Ａコンバータ（３３）及び電圧制御発振器（３４）に代え、図６（ｂ）に示す様に、演算処理して得られた周波数の値をデジタル出力するデジタルＩ／Ｏ（３５）、および、デジタルＩ／Ｏ（３５）からの信号に応じてデジタル信号を合成し、斯かる合成信号に基づいて周波数信号を発生させる直接デジタル合成方式の周波数発生器（３６）によって構成されていてもよい。
【００３８】
すなわち、図６中、分図（ａ）は、アナログ方式の電圧制御発振器が使用された周波数整合器（３）の態様を示し、分図（ｂ）は、デジタル方式の周波数発生器が使用された周波数整合器（３）の態様を示す。以下、図７中における分図の（ａ）及び（ｂ）の区分も図６と同様の態様区分を示す。
【００３９】
周波数整合器（３）は、高周波電源（２）の出力側に設置された反射波パワーメータ（２６）によって検出される反射波電力が最小となる様に、高周波電源（２）の発振周波数を調整する機能を備えていることにより、実効負荷電力の低下を確実に補完できる。
【００４０】
具体的には、増幅器（２４）の出力側には、高周波電源（２）の一部としての反射波パワーメータ（２６）が設けられ、伝送線路（２５）における反射波電力を検出し、その電圧信号を周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする様になされている。そして、反射波電力が最小となる様に高周波電源（２）の周波数を増加または減少させる様になされている。これにより、螺旋共振装置（１）で生じた周波数の僅かな不整合を高周波電源（２）側で補完できる。
【００４１】
螺旋共振装置においては、上記の様に、高周波電源（２）から高周波電力を供給されることによりプラズマを生成する。その際、反射波パワーメータ（２６）は、反射波電力を検出し、周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする。演算処理回路（３２）は、反射波電力に相当する共振周波数のずれ分を演算し、伝送線路（２５）における反射波電力がゼロに近づく様に、補正された周波数信号を出力する。
【００４２】
そして、図６（ａ）の態様において、演算処理回路（３２）は、Ｄ／Ａコンバータ（３３）を介して電圧制御発振器（３４）に電圧出力し、電圧制御発振器（３４）は、螺旋共振装置に適した共振周波数の周波数信号を増幅器（２４）に与える。一方、図６（ｂ）の態様において、演算処理回路（３２）は、デジタルＩ／Ｏ（３５）を介して周波数発生器（３６）にデジタル出力し、周波数発生器（３６）は、上記と同様の補正された周波数信号を増幅器（２４）に与える。
【００４３】
すなわち、周波数整合器（３）は、螺旋共振装置（１）の作動時における共振状態のずれ、換言すれば、共振周波数の僅かな変動に対応し、信号処理によって迅速に応答して正確に共振する周波数の高周波電力を高周波電源（２）に出力させるため、電力の転送効率を一層最大限に高めることが出来る。また、周波数整合器（３）は、機械的な駆動部分がなく且つ伝送線路（２５）の途中に介在しないため、整合器自体による電力損失がない。従って、本発明の螺旋共振装置においては、実際の共振周波数の電力が供給されるため、一層正確な定在波を形成でき、電位の極めて低い安定したプラズマを維持できる。
【００４４】
また、周波数整合器（３）は、高周波電源（２）から出力される電圧と電流の位相差によって発振周波数を調整する様に構成されていてもよい。すなわち、図７に示す様に、周波数整合器（３）は、共振器（１）との間に設置された伝送線路（５）上の位相検出器（７）によって検出される電圧と電流の位相差が０°となる様に、高周波電源（２）の発振周波数を調整する機能を備えている。
【００４５】
具体的には、高周波電源（２）の出力側には、位相検出器（２７）が介装され、伝送線路（２５）における電圧と電流の位相差を検出し、その電圧信号を周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする様になされている。そして、電圧と電流の位相差が０°となる様に発振周波数を増加または減少させる様になされている。これにより、周波数整合器（３）は、共振器（１）における共振周波数の僅かな変動を高周波電源（２）側で補完することが出来る。
【００４６】
すなわち、上記の螺旋共振装置において、高周波電力によってプラズマを励起させた場合、位相検出器（２７）は、進行波電力の電圧と電流の位相差を検出し、周波数整合器（３）のＡ／Ｄコンバータ（３１）にフィードバックする。演算処理回路（３２）は、位相ずれに相当する共振周波数のずれ分を演算し、伝送線路（２５）における進行波電力の位相差が０°となる様に、前記の所定周波数を増減させる。
【００４７】
そして、図６の回路と同様に、図７（ａ）の態様において、演算処理回路（３２）は、Ｄ／Ａコンバータ（３３）を介して電圧制御発振器（３４）に電圧出力し、補正された周波数信号を増幅器（２４）に与える。同様に、図７（ｂ）の態様において、演算処理回路（３２）は、デジタルＩ／Ｏ（３５）を介して周波数発生器（３６）にデジタル出力し、補正された周波数信号を増幅器（２４）に与える。
【００４８】
換言すれば、図７に示す周波数整合器（３）は、図６の周波数整合器と同様に、電力損失がなく、かつ、信号処理によって迅速に応答し、正確に共振する周波数の高周波を高周波電源（２）に出力させるため、共振器（１）に対する電力の転送効率を最大限に高めることが出来る。その結果、本発明の螺旋共振装置においては、一層正確な定在波を形成でき、電位の極めて低い安定したプラズマを形成できる。
【００４９】
本発明の螺旋共振装置は、電位の極めて低いプラズマを発生させることが出来るため、従って、また、発生したプラズマを容易に制御できるため、アッシングを含むドライエッチング、イオンエッチング、遠隔プラズマ蒸着、イオンプラズマ化学蒸着等のプラズマ化学蒸着などの広範囲の処理技術に利用可能である。そして、半導体素子、平坦パネルデイスプレイ、微細加工物などのデバイスの他、ダイヤモンド、プラスチック等の素材も処理することが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ生成用の螺旋共振装置によれば、予め設定された幾つかの処理条件に対応して複数設けられた共振コイルの接地位置を選択でき、処理条件の変更に応じて共振器側の負荷インピーダンスを直ちに整合させることが出来るため、処理条件を変更する都度に初期調整を行う必要がなく、プロセスを変更した場合に迅速に対応することが出来、そして、共振器において最適な共振特性が得られ、高周波電力を最大限に供給できる。
【００５１】
また、反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が高周波電源に付設されたプラズマ生成用の螺旋共振装置、ならびに、電圧と電流の位相差が０°となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が高周波電源に付設されたプラズマ生成用の螺旋共振装置によれば、周波数整合器が螺旋共振装置の作動時における共振状態の僅かなずれに対応し、正確に共振する周波数の高周波電力を高周波電源に出力させるため、電力の転送効率を一層最大限に高めることが出来る。従って、一層正確な定在波を形成でき、電位の極めて低い安定したプラズマを維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ処理装置に適用したプラズマ生成用の螺旋共振装置の概要を示す縦断面図
【図２】共振コイルにおける接地位置の選択手段の一例を示すブロック図
【図３】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の関係を示す波形図
【図４】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の関係を示す波形図
【図５】共振コイルの接地位置と共振器の電気的特性の関係を示す波形図
【図６】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例を示す回路ブロック図
【図７】高周波電源に設けられた周波数整合器の構成例を示す回路ブロック図
【符号の説明】
１：共振器
１１：容器
１２：共振コイル
１３：外側シールド
１４：固定グランド
１５：可動タップ（固定グランド）
４１：排気管
４３：ガス供給管
２：高周波電源
２４：増幅器
２６：反射波パワーメータ
２７：位相検出器
３：周波数整合器
５：基板処理室
６：サセプタ
Ｗ：基板

Claims

減圧可能に構成され且つプラズマ用ガスが供給される容器と、当該容器の外周に巻回された共振コイルと、当該共振コイルの外周に配置され且つ電気的に接地された外側シールドとから成る共振器、ならびに、前記共振コイルに所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源を備え、かつ、前記共振コイルの電気的長さが前記所定周波数における１波長の整数倍または半波長もしくは１／４波長に相当する長さに設定されたプラズマ生成用の螺旋共振装置において、前記共振コイルの両端は、固定グランドにより電気的に接地され、前記共振コイルと前記外側シールドの間には、１つ以上の真空リレーが介装され、前記共振コイルは、前記共振器の負荷インピーダンスが前記高周波電源側のインピーダンスに整合する様に、前記固定グランドの一方および前記真空リレーの中からの選択により接地位置を切替可能に構成されていることを特徴とするプラズマ生成用の螺旋共振装置。
高周波電源には、その出力側に設置された反射波パワーメータによって検出される反射波電力が最小となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付設されている請求項１に記載のプラズマ生成用の螺旋共振装置。
高周波電源には、その出力側に設置された位相検出器によって検出される電圧と電流の位相差が０°となる様に発振周波数を調整する周波数整合器が付設されている請求項１に記載のプラズマ生成用の螺旋共振装置。