JP5788616B1 - 高周波電源装置、及びデュアルカソード用電源 - Google Patents
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Abstract
Description
Va= [ (Cb+Clb)/{(Ca+Cla)+(Cb+Clb)} ]・Vab ・・・(1)
ここで、Ca=Cb、Cla=Clbとすると、式(1)は式(2)で表される。
Va= { (Ca+Cla)/2(Ca+Cla) }・Vab=Vab/2 ・・・(2)
(a)高電圧と低電圧の異なる電圧値を必要に応じて切り換えて出力することができない、
という問題がある他、
(b)出力端の電圧が高周波出力回路の出力電圧の1/2の波高値に低下する、
という問題があり、
プラズマ負荷に電圧を供給する際には、
(c)負荷側の電極に印加する電圧の波高値は高周波出力回路の出力電圧の1/2となり、プラズマ着火に支障をきたす恐れがある、
という問題がある。
(a)高電圧と低電圧の異なる電圧値を選択的に出力すること、
を目的とし、また
(b)高周波電源装置の出力端において、高電圧出力時には高周波出力回路の出力電圧からの低下を抑制すること、
を目的とし、
(c)プラズマ負荷に電圧を供給する際において、プラズマ着火時にはプラズマを着火するに十分な高電圧を出力し、プラズマ維持時にはプラズマを維持するに十分な低電圧を出力すること、
を目的とする。
本願の切換回路の第1の形態は、第1の容量性素子と第2の容量性素子とを直列接続してなる直列回路の2つの容量性素子の少なくとも何れか一方の容量性素子の両端間において、高周波出力回路の一方の容量性素子側の出力端と接地電位との間を短絡又は開放する開閉回路を備える。なお、短絡動作は開閉回路を閉じる動作であり、開放動作は開閉回路を開く動作である。
本願の切換回路の第2の形態は、直列回路の2つの容量性素子の中点及び高周波出力回路の一方の容量性素子側の出力端に対して、接地電位を切り換えて接続する切換スイッチを備える。
本願の切換回路の第3の形態は、直列回路の2つの容量性素子の何れか一方の容量性素子に対して第3の容量性素子を直列接続する切換スイッチを備える。
本願の切換回路の第4の形態は、直列回路の2つの容量性素子の何れか一方の容量性素子に対して第4の容量性素子を並列接続する切換スイッチを備える。
本願発明の高周波電源装置は、プラズマチャンバ内の2つの電極に互いに逆相の交流電圧を印加するデュアルカソード用電源に適用することができる。本願発明のデュアルカソード用電源は、前記した高周波電源装置と、プラズマチャンバ内でプラズマを着火させるイグニッション動作状態と、着火したプラズマを維持するプラズマ維持状態との動作状態を制御する制御回路とを備える。
図1は本願発明の高周波電源装置の概略構成を説明するための図であり、図1(a)は概略構成を示し、図1(b),(c)は高周波電源装置からプラズマ負荷に電圧供給する際において、プラズマを着火させるイグニッション動作時及びプラズマ着火後にプラズマを維持する状態を示している。
図1(b)はイグニッション動作時を示している。電圧本願発明の高周波電源装置では、イグニッション動作によるチャンバ内のプラズマ着火において、チャンバ内に配置した一対の電極の少なくとも何れか一方の電極において着火状態となれば足りるため、分圧回路4で分圧された出力電圧が出力される出力端A,Bの内の何れか一方の出力端から出力される出力電圧を高電圧とし、この高電圧を一方の電極に印加することによってプラズマ着火を行う。
図1(c)はプラズマ維持状態を示している。イグニッション動作によってチャンバ内にプラズマが生成された後、チャンバ内の一対の電極にプラズマ維持電圧を印加して生成されたプラズマを維持する。このとき印加するプラズマ維持電圧は生成したプラズマを維持するためであるため、イグニッション動作時に印加した高電圧である必要はなく低電圧で足りる。
図2は本願発明の切換回路の第1の構成例及び動作を説明するための図である。図2は高周波出力回路を省略し、分圧回路が備える直列回路と切換回路の構成例について示している。
図2(b)に示す例は、切換回路16の出力電圧をVa<Vbとして、出力端Aから低電圧の出力電圧Vaを出力し、出力端Bから高電圧の出力電圧Vbを出力する例を示している。イグニッション動作時には、切換回路16は開閉回路を閉状態(ON状態)として出力端Aを接地電位に切り換える。この切り換えによって、出力端Aの出力電圧Vaは接地電圧となり、出力端Bからは高周波出力回路の出力電圧Vabの波高値で位相が逆相の出力電圧Vbが出力される。
図2(c)はプラズマ維持状態を示している。イグニッション動作によってチャンバ内にプラズマが生成された後、チャンバ内の一対の電極にプラズマ維持電圧を印加して生成されたプラズマを維持する。プラズマ維持状態では、切換回路16は開閉回路を開状態(OFF状態)として出力端Aを接地電位から分離する。この切り換えによって、出力端Aからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が同相の出力電圧Vaが出力され、出力端Bからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が逆相の出力電圧Vbが出力される。
本願発明の切換回路の第1の構成例の開閉回路の変形例について図3を用いて説明する。切換回路の第1の構成例の開閉回路は、開閉回路の高周波回路への接続において電気的に等価な複数の形態で構成することができる。
本願発明の高周波電源装置を備えたデュアルカソード用電源の構成及び制御について図4を用いて説明する。
切換回路6のスイッチング素子Q1の制御は、イグニッション動作時にスイッチング素子Q1を閉じてON状態とし(S1)、出力端Bから高周波出力回路の出力電圧Vabを出力端Bからプラズマ発生装置10の一方の電極に印加し、イグニッション動作を開始する(S2)。
図6は本願発明の切換回路の第2の構成例及び動作を説明するための図である。図6は高周波出力回路を省略し、分圧回路が備える直列回路と切換回路の構成例について示している。
図6(b)に示す例は、切換回路26の接点S2を接地電位に接続して、出力端Aを接地電位とし、出力端Bから高周波出力回路の出力電圧Vabと同波高値の出力電圧Vbを出力する例を示している。
図6(c)はプラズマ維持状態を示している。イグニッション動作によってチャンバ内にプラズマが生成された後、チャンバ内の一対の電極にプラズマ維持電圧を印加して生成されたプラズマを維持する。プラズマ維持状態では、切換回路26は接点S1を接地電位に接続し、出力端Aを接地電位から分離する。この切り換えによって、出力端Aからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が同相の出力電圧Vaが出力され、出力端Bからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が逆相の出力電圧Vbが出力される。
図6(d)に示す構成例では、切換回路26Bを出力端Bと接地電位との間に設け、出力端Bと接地電位との間を接続/分離する。図6(d)に示す構成例では、切換回路26Bは接点S2を接地電位に接続して出力端Bを接地電位に切り換える。この切り換えによって、出力端Bの出力電圧Vbは接地電圧となり、出力端Aからは高周波出力回路の出力電圧Vabの波高値で位相が逆相の出力電圧Vaが出力される。
図7は本願発明の切換回路の第3の構成例及び動作を説明するための図である。図7は高周波出力回路を省略し、分圧回路が備える直列回路と切換回路の構成例について示している。
図7(b)に示す例は、切換回路36の接点S2側に接地電位を接続して、第1の容量性素子Caと第3の容量性素子Ccの直列回路と第2の容量性素子Cbとを接地電位を中点として接続する直列回路を形成する例を示している。
図7(c)はプラズマ維持状態を示している。イグニッション動作によってチャンバ内にプラズマが生成された後、チャンバ内の一対の電極にプラズマ維持電圧を印加して生成されたプラズマを維持する。プラズマ維持状態では、切換回路36は接点S1側に接地電位を接続する。この切り換えによって、出力端Aの出力電圧Vaと出力端Bの出力電圧Vbは、高周波出力回路の出力電圧Vabを第1の容量性素子Caと第2の容量性素子Cbとの容量比に基づいて分圧した波高値となり、出力端Aからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が同相の出力電圧Vaが出力され、出力端Bからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が逆相の出力電圧Vbが出力される。
図8は本願発明の切換回路の第4の構成例及び動作を説明するための図である。図8は高周波出力回路を省略し、分圧回路が備える直列回路と切換回路の構成例について示している。
図8(b)に示す例は、切換回路46のスイッチング素子SWを閉じて第3の容量性素子Ccを第2の容量性素子Cbに並列接続して並列回路を形成し、第1の容量性素子Caと並列回路との直列回路を形成し、第1の容量性素子Caと並列回路に接点を接地電位とする例を示している。
図8(c)はプラズマ維持状態を示している。イグニッション動作によってチャンバ内にプラズマが生成された後、チャンバ内の一対の電極にプラズマ維持電圧を印加して生成されたプラズマを維持する。プラズマ維持状態では、切換回路46はスイッチング素子SWを開く。この切り換えによって、出力端Aの出力電圧Vaと出力端Bの出力電圧Vbは、高周波出力回路の出力電圧Vabを第1の容量性素子Caと第2の容量性素子Cbとの容量比に基づいて分圧した波高値となり、出力端Aからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が同相の出力電圧Vaが出力され、出力端Bからは高周波出力回路の出力電圧Vabの1/2の波高値で位相が逆相の出力電圧Vbが出力される。
Cla,Clb キャパシタンス
Ca 容量性素子
Cb 容量性素子
D1,D2 ダイオード
Ic 電流
Id 設定電流
Ii イグニッション電流
Io 電流
Lla,Llb インダクタンス
M 中点
Q1 スイッチング素子
S1,S2 接点
SW スイッチング素子
SW1 スイッチング素子
SW2 スイッチング素子
Va、Vb 出力電圧
Vab 出力電圧
Vc 所定出力電圧
Vin 直流電圧
a,b 出力端
1 高周波電源装置
2 交流電源
3 高周波出力回路
3a 整流部
3b スナバー回路
3c チョッパ回路
3d インバータ回路
3e 変圧器
4 分圧回路
5 直列回路
6 切換回路
7 制御回路
10 プラズマ発生装置
11a,11b 配線ケーブル
12 切換回路
14 分圧回路
15 直列回路
16 切換回路
16A,16B,16C 開閉回路
24 分圧回路
25 直列回路
26 切換回路
34 分圧回路
35 直列回路
36 切換回路
44 分圧回路
45 直列回路
46 切換回路
101 電極
102 電極
103 高周波電源
104 高周波電源
105 スイッチングユニット
111,112 電極
113 高周波電源
115 スイッチング回路
116 交流電源
121 高周波電源装置
122 高周波出力回路
123 変圧器
124 分圧回路
125,126 容量性素子
130 プラズマ発生装置
131,132 電極
141,142 配線ケーブル
Claims (7)
- 二つの出力端から接地電位に対して互いに逆相の交流電圧を出力する高周波電源装置であり、
交流電源と、
前記交流電源の電源電圧を所定周波数に変換して高周波電圧を出力する高周波出力回路と、
前記高周波出力回路が出力する高周波電圧を接地電位に対して互いに逆相の交流電圧に分圧する分圧回路とを備え、
前記分圧回路は、
前記高周波出力回路の出力端間の中点を接地電位として第1の容量性素子と第2の容量性素子の2つの容量性素子を直列接続した直列回路と、
前記直列回路の少なくとも何れか一方の容量性素子において、当該容量性測定信号の出力端側又は中点側に対して、
前記高周波出力回路の一方の出力端及び/又は接地を切り換えて接続し、前記2つの容量性素子の接地電位に対する両端電圧の電圧比率を可変とし、高電圧と低電圧を切り換えて出力する切換回路とを備えることを特徴とする高周波電源装置。 - 前記切換回路は、
前記直列回路の2つの容量性素子の少なくとも何れか一方の容量性素子の両端間において、前記高周波出力回路の前記一方の容量性素子側の出力端と接地電位との間を短絡又は開放する開閉回路を備え、
前記開閉回路の短絡動作は、前記高周波出力回路の前記一方の容量性素子側の出力端電圧を零電圧とし、他方の容量性素子側の出力端電圧を高周波出力回路の出力電圧とし、
前記開閉回路の開放動作は、前記高周波出力回路の両方の容量性素子側の出力端電圧を、高周波出力回路の出力電圧を前記両容量性素子の容量に応じて分圧した分圧電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。 - 前記開閉回路を、前記高周波出力回路の一方の出力端と接地電位との間、又は前記高周波出力回路の一方の出力端と前記中点との間に設けた、あるいは前記一方の容量性素子に並列接続したことを特徴とする請求項2に記載の高周波電源装置。
- 前記切換回路は、
前記直列回路の2つの容量性素子の中点及び前記高周波出力回路の前記一方の容量性素子側の出力端に対して、接地電位を切り換えて接続する切換スイッチを備え、
前記切換スイッチにおいて、
前記直列回路の2つの容量性素子の中点に対する接地電位の切換は、前記高周波出力回路の前記一方の容量性素子側の出力端電圧を零電圧とし、他方の容量性素子側の出力端電圧を高周波出力回路の出力電圧とし、
前記高周波出力回路の前記一方の容量性素子側の出力端に対する接地電位の切換は、前記高周波出力回路の両方の容量性素子側の出力端電圧を、高周波出力回路の出力電圧を前記両容量性素子の容量に応じて分圧した分圧電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。 - 前記切換回路は、
前記直列回路の2つの容量性素子の何れか一方の容量性素子に対して第3の容量性素子を直列接続する切換スイッチを備え、
前記切換スイッチによる切換において、
前記第3の容量性素子の直列接続は、前記高周波出力回路の他方の容量性素子側の出力端電圧の波高値を前記一方の容量性素子側の出力端電圧の波高値よりも高くし、
前記第3の容量性素子の切り離しは、前記高周波出力回路の両方の容量性素子側の出力端電圧を、高周波出力回路の出力電圧を前記両容量性素子の容量に応じて分圧した分圧電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。 - 前記切換回路は、
前記直列回路の2つの容量性素子の何れか一方の容量性素子に対して第4の容量性素子を並列接続する切換スイッチを備え、
前記切換スイッチによる切換において、
前記第4の容量性素子の並列接続は、前記一方の容量性素子側の出力端電圧の波高値を前記高周波出力回路の他方の容量性素子側の出力端電圧の波高値よりも高くし、
前記第4の容量性素子の切り離しは、前記高周波出力回路の両方の容量性素子側の出力端電圧を、高周波出力回路の出力電圧を前記両容量性素子の容量に応じて分圧した分圧電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の高周波電源装置。 - プラズマチャンバ内の2つの電極に互いに逆相の交流電圧を印加するデュアルカソード用電源であり、
請求項1から6の何れか一つに記載の高周波電源装置と、
プラズマチャンバ内でプラズマを着火させるイグニッション動作状態と、着火したプラズマを維持するプラズマ維持状態との動作状態を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記電極に流れる電流に基づいて前記切換回路を制御してイグニッション動作状態の高電圧を出力する電圧比率と、プラズマ維持状態の低電圧を出力する電圧比率とを変え、
前記イグニッション動作状態において、前記2つの電極の内のプラズマを着火させる電極の電圧比率を高め、
前記プラズマ維持状態において、前記2つの電極の電圧比率を均等化し、
前記イグニッション動作状態において、プラズマを着火させる前記電極に流れる電流が設定値を越えたとき前記切換回路において前記接続状態を切り換え、プラズマ維持状態に切り換えることを特徴とするデュアルカソード用電源。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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