JP6832800B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理装置に関するものである。
従来から、半導体ウエハなどの被処理基板に対してプラズマを用いて、エッチングなどのプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置は、被処理基板を載置する載置台に、被処理基板を伝熱で所定温度に制御する温度制御機能を有している。この温度制御機能としては、載置台に通電により発熱する発熱体を組み込み、発熱体の発生するジュール熱を制御するヒータ方式が多く用いられている。
しかしながら、プラズマ処理装置は、ヒータ方式が採られると、プラズマを生成するために高周波電源より載置台に印加される高周波の一部がノイズとして発熱体からヒータ給電ラインに入り込む。
そこで、本出願人は、高周波のノイズを減衰または阻止するフィルタをヒータ給電ライン上に設ける技術を特許文献１に提案している。このフィルタは、空芯コイルと、空芯コイルを収容または包囲する筒形の外導体と、空芯コイルの各々の巻線ギャップに選択的に挿入される絶縁性の櫛歯部材とを有する。フィルタの空芯コイルには、巻線ギャップを変えることで、周波数−インピーダンス特性において、特定の１つまたは複数の並列共振周波数をシフトさせる有効区間がある。フィルタは、遮断対象のノイズの周波数に対応した並列共振周波数が得られるように空芯コイルに有効区間に巻線ギャップの櫛歯部材を挿入している。
特開２０１５−１７３０２７公報
しかしながら、プラズマ処理装置は、機種や載置台に印加される高周波の周波数などによってノイズの周波数が異なる。このため、特許文献１の技術では、それぞれのノイズの周波数に対応した異なる並列共振周波数を得るには、巻線ギャップの幅の異なるフィルタを作り直す必要がある。
本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、ノイズの周波数毎にフィルタを作り直す手間を軽減できるフィルタを備えたプラズマ処理装置を提供する。
開示するプラズマ処理装置は、１つの実施態様において、プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、電気的部材から外部回路に向かって線路に入ってくるノイズを線路上に設けたフィルタによって減衰または阻止する。フィルタは、コイルと、筒形の外導体と、可動子とを有する。コイルは、一定の口径と一定のコイル長を有する。外導体は、コイルを収容または包囲し、コイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する。可動子は、コイルに対してコイルの長さ方向に存在する有効区間であって、コイルの巻線ギャップが変更されることで、フィルタの周波数−インピーダンス特性において特定の１つまたは複数の並列共振周波数に高いまたは低い周波数領域側へシフトが生じる１つまたは複数の有効区間内に配置され、コイルの各々の巻線ギャップを変更する。
開示するプラズマ処理装置の１つの態様によれば、ノイズの周波数毎にフィルタを作り直す手間を軽減できる。
図１は、プラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。 図２は、発熱体の構成の一例を示す図である。 図３は、サセプタに電力を供給する回路構成の一例を示す図である。 図４は、空芯コイルの概略的な構成の一例を示す図である。 図５は、空芯コイル部分を上方から見た概略的な構成の一例を示す図である。 図６は、巻線ギャップのパターンの一例を示す図である。 図７Ａは、「密１」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図７Ｂは、「密２」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図７Ｃは、「密３」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図７Ｄは、「密４」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図７Ｅは、「密５」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図７Ｆは、「密６」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ａは、「粗１」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ｂは、「粗２」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ｃは、「粗３」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ｄは、「粗４」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ｅは、「粗５」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。 図８Ｆは、「粗６」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマ処理装置の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。また、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
［プラズマ処理装置全体の構成］
図１は、プラズマ処理装置の構成の一例を示す図である。実施形態に係るプラズマ処理装置１は、下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型のチャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２が下部電極として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びるたとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。チャンバ１０内には、絶縁性筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から、垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６と、チャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８とが形成されている。排気路１８の底には、排気口２０が設けられている。排気口２０には、排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内の処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。
サセプタ１２には、第１および第２の高周波電源２８，３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。第１および第２の高周波電源２８，３０は、後述する制御部７５からの制御により、それぞれ供給する高周波電力のパワーおよび周波数の変更が可能とされている。ここで、第１の高周波電源２８は、主としてプラズマの生成に寄与する所定周波数（通常２７ＭＨｚ以上、好ましくは６０ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦを出力する。一方、第２の高周波電源３０は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対するイオンの引き込みに寄与する所定周波数（通常１３ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦを出力する。マッチングユニット３２には、第１および第２の高周波電源２８，３０とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための整合回路が収容されている。
給電棒３４は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、給電棒３４の周りを囲む円筒形の導体カバー３５が設けられている。
サセプタ１２は、半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面は、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズのウエハ載置部と、ウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されている。サセプタ１２は、ウエハ載置部の上に、処理対象の半導体ウエハＷが載置される。環状周辺部の上には、半導体ウエハＷの口径よりも大きな内径を有するリング状のフォーカスリング３６が取り付けられる。フォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。
サセプタ１２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック３８および発熱体４０が設けられている。静電チャック３８は、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着された膜状または板状の誘電体４２の中にＤＣ電極４４が封入されている。ＤＣ電極４４は、チャンバ１０の外に配置される外付けの直流電源４５がスイッチ４６、高抵抗値の抵抗４８およびＤＣ高圧線５０を介して電気的に接続されている。静電チャック３８は、直流電源４５からの高圧の直流電圧がＤＣ電極４４に印加されることにより、静電力で半導体ウエハＷを吸着保持する。なお、ＤＣ高圧線５０は、被覆線であり、円筒体の給電棒３４の中を通り、サセプタ１２を下から貫通して静電チャック３８のＤＣ電極４４に接続されている。
発熱体４０は、静電チャック３８のＤＣ電極４４と一緒に誘電体４２の中に封入された例えばスパイラル状の抵抗発熱線からなる。図２は、発熱体の構成の一例を示す図である。本実施形態では、発熱体４０は、サセプタ１２の半径方向において内側発熱線４０(IN）と、外側発熱線４０(OUT)とに２分割されている。内側発熱線４０(IN）は、絶縁被覆された給電導体５２(IN)、フィルタユニット５４(IN)および電気ケーブル５６(IN)を介して、チャンバ１０の外に配置される専用のヒータ電源５８(IN)に電気的に接続されている。外側発熱線４０(OUT)は、絶縁被覆された給電導体５２(OUT)、フィルタユニット５４(OUT)および電気ケーブル５６(OUT)を介して、チャンバ１０の外に配置される専用のヒータ電源５８(OUT)に電気的に接続されている。フィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)は、この実施形態における主要な特徴部分であり、その内部の構成および作用については後に詳細に説明する。
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒通路６０が設けられている。冷媒通路６０には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水ｃｗが循環供給される。プラズマ処理装置１は、循環供給する冷媒の温度によってサセプタ１２の温度を下げる方向に制御可能とされている。プラズマ処理装置１は、サセプタ１２に半導体ウエハＷを熱的に結合させるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管およびサセプタ１２内部のガス通路６２を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの接触界面に供給される。
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド６４が設けられている。シャワーヘッド６４は、サセプタ１２と向かい合う電極板６６と、電極板６６を上面側から着脱可能に支持する電極支持体６８とを有する。電極支持体６８の内部には、ガス室７０が設けられている。電極板６６および電極支持体６８には、ガス室７０からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔７２が形成されている。電極板６６とサセプタ１２との間の空間ＳＰが、プラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室７０の上部に設けられるガス導入口７０ａには、処理ガス供給部７４からのガス供給管７６が接続されている。電極板６６はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなる。電極支持体６８はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。
上記構成のプラズマ処理装置１は、制御部７５によって、動作が統括的に制御される。制御部７５は、例えば、コンピュータであり、プラズマ処理装置１の各部を制御する。たとえば、制御部７５は、排気装置２４、高周波電源２８，３０、直流電源４５のスイッチ４６、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部７４等を制御する。制御部７５は、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置１の各部を制御するプロセスコントローラ７５Ａと、ユーザインターフェース７５Ｂと、記憶部７５Ｃとが設けられている。
ユーザインターフェース７５Ｂは、工程管理者がプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部７５Ｃには、プラズマ処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ７５Ａの制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。なお、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。
プロセスコントローラ７５Ａは、記憶部７５Ｃに記憶された制御プログラムを読み出して実行することで、プラズマ処理装置１において所望の処理を実行する。例えば、プロセスコントローラ７５Ａは、レシピを記憶部７５Ｃから呼び出し、レシピに基づいてプラズマ処理を実行することで、エッチングを行う。
プラズマ処理装置１では、エッチングを行なう場合、先ずゲートバルブ２６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３８の上に載置する。そして、プラズマ処理装置１では、処理ガス供給部７４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、プラズマ処理装置１では、第１および第２の高周波電源２８，３０をオンにして第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ（下部電極）１２に印加する。また、プラズマ処理装置１では、伝熱ガス供給部より静電チャック３８と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、静電チャック用のスイッチ４６をオンにして、静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。一方で、プラズマ処理装置１では、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)をオンにして、内側発熱体４０(IN)および外側発熱体４０(OUT)を各々独立したジュール熱で発熱させ、サセプタ１２上面の温度ないし温度分布を設定値に制御する。プラズマ処理装置１では、シャワーヘッド６４より吐出されたエッチングガスは、下部電極として機能するサセプタ１２と、上部電極として機能するシャワーヘッド６４との間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
ところで、プラズマ処理装置１では、プラズマエッチングの最中に、高周波電源２８，３０よりサセプタ１２に印加された第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦの一部が、サセプタ１２に組み込まれている内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)を介して給電導体５２(IN)，５２(OUT)に高周波のノイズとして入り込んでくる。この２周波の高周波のノイズの何れかでもヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)に突入すると、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)は、動作ないし性能が害されるおそれがある。
この点に関しては、プラズマ処理装置１では、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)と内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)とを電気的に結ぶヒータ給電ライン上にフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)が設けられている。これらのフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)は、以下に詳しく述べるように、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)からヒータ給電ライン上に入ってくる第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦのノイズのいずれに対しても、インピーダンスの十分に高いフィルタ遮断機能を低消費電力で効率的にかつ安定確実に発揮する。これにより、この実施形態のプラズマエッチング装置は、ヒータ方式のウエハ温度制御機能を改善するとともに、チャンバ１０からサセプタ１２内部の発熱体４０を介してヒータ給電ライン上に第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦのパワーが漏れるのを効果的に防止または低減し、プラズマプロセスの再現性・信頼性を向上させている。
［フィルタユニット内の回路構成］
次に、フィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)内の回路構成を説明する。図３は、サセプタに電力を供給する回路構成の一例を示す図である。図３には、サセプタ１２に設けられる発熱体４０に電力を供給するためのヒータ給電部の概略的な回路構成が示されている。本実施形態では、発熱体４０の内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)のそれぞれに対して、実質的に同一の回路構成を有する個別のヒータ給電部を接続し、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)の発熱量または発熱温度を独立に制御している。外側発熱線４０(OUT)、および、内側発熱線４０(IN)に対するヒータ給電部は、実質的に同一の回路構成であるため、以下の説明では、内側発熱線４０(IN)に対するヒータ給電部の構成および作用について述べる。外側発熱線４０(OUT)に対するヒータ給電部の構成および作用は、同様である。
ヒータ電源５８(IN)は、たとえばＳＳＲを用いて商用周波数のスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作を行う交流出力型の電源であり、内側発熱体４０(IN)と閉ループの回路で接続されている。より詳しくは、ヒータ電源５８(IN)の一対の出力端子のうち、第１の出力端子は、第１の給電ライン（電源線）１００(1)を介して内側発熱線４０(IN)の第１の端子ｈ1に電気的に接続され、第２の出力端子は、第２の給電ライン（電源線）１００(2)を介して内側発熱線４０(IN)の第２の端子ｈ2に電気的に接続されている。
フィルタユニット５４(IN)は、複数のフィルタ１０２が設けられている。例えば、フィルタユニット５４(IN)は、第１の給電ライン１００(1)の途中にフィルタ１０２(1)が設けられ、第２の給電ライン１００(2)の途中にフィルタ１０２(2)が設けられている。フィルタ１０２(1)，１０２(2)は、実質的に同一の構成である。
より詳しくは、フィルタ１０２(1)，１０２(2)は、コンデンサ１０６(1)，１０６(2)を介して接地された空芯コイル１０４(1)，１０４(2)をそれぞれ有している。空芯コイル１０４(1)，１０４(2)の一方の端子またはフィルタ端子Ｔ(1)，Ｔ(2)は、一対の給電導体５２(IN)を介して内側発熱線４０(IN)の両端子ｈ1，ｈ2にそれぞれ接続されており、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)の他方の端子と接地電位の導電性部材（たとえばチャンバ１０）との間にコンデンサ１０６(1)，１０６(2)がそれぞれ接続されている。そして、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)とコンデンサ１０６(1)，１０６(2)との間の接続点ｎ(1)，ｎ(2)は、電気ケーブル（ペアケーブル）５６(IN)を介してヒータ電源５８(IN)の第１および第２の出力端子にそれぞれ接続されている。
かかる構成のヒータ給電部において、ヒータ電源５８(IN)より出力される電流は、正極性のサイクルでは、第１の給電ライン１００(1)、つまり電気ケーブル５６(IN)、空芯コイル１０４(1)および給電導体５２(IN)を通って一方の端子ｈ1から内側発熱線４０(IN)に入り、内側発熱線４０(IN)の各部で通電によるジュール熱を発生させる。その後、電流は、他方の端子ｈ2から出た後、第２の給電ライン１００(2)、つまり給電導体５２(IN)、空芯コイル１０４(2)および電気ケーブル５６(IN)を通って帰還する。負極性のサイクルでは、同じ回路を上記と逆方向に電流が流れる。このヒータ交流出力の電流は、商用周波数であるため、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)のインピーダンスまたはその電圧降下は無視できるほど小さく、またコンデンサ１０６(1)，１０６(2)を通ってアースへ抜ける漏れ電流も無視できるほど少ない。
フィルタユニット５４(IN)は、フィルタ１０２(1)の空芯コイル１０４(1)と、フィルタ１０２(2)の空芯コイル１０４(2)とが並列にそれぞれ設けられている。空芯コイル１０４(1)，１０４(2)は、それぞれ一定の口径と一定のコイル長を有するコイルとされている。例えば、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)は、電線またはコイル導体を円筒形に巻いた鉄芯無しのソレノイドコイルであり、ヒータ電源５８(IN)から内側発熱線４０(IN)に十分大きな（たとえば３０Ａ程度の）電流を流す給電線の機能に加えて、発熱（パワーロス）を防ぐ観点からフェライト等の磁芯を持たずに空芯で非常に大きなインダクタンスを得るために、さらには大きな線路長を得るために、太いコイル線またはコイル導体と大きなコイルサイズ（たとえば、直径が２２〜４５ｍｍ、長さ１３０〜２８０ｍｍ）を有している。空芯コイル１０４(1)および空芯コイル１０４(2)は、それぞれ個別に外導体１１０に収容されている。フィルタ１０２(1)，１０２(2)は、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)の巻線ギャップをそれぞれ変更可能に構成されている。フィルタ１０２(1)，１０２(2)は、実質的に同一の構成であるため、以下の説明では、空芯コイル１０４(1)に関する構成および作用について述べる。空芯コイル１０４(2)に関する構成および作用は、同様である。
図４は、空芯コイルの概略的な構成の一例を示す図である。図４には、フィルタ１０２(1)の空芯コイル１０４(1)の巻線が４ターン分示されている。なお、空芯コイル１０４(1)の巻き数は、４ターンに限定されるものではない。
空芯コイル１０４(1)には、コイルの巻線のターンごとに、複数の可動子１２０が設けられている。実施形態に係る空芯コイル１０４(1)には、コイルの巻線のターンごとに２つの可動子１２０が設けられている。図４では、コイルの巻線の各ターンに設けられたそれぞれの可動子１２０の符号に対して、ターン数を示す数字を(ターン数)として付している。例えば、可動子１２０(1)は、コイルの巻線の１ターン目に設けられた可動子１２０である。可動子１２０は、空芯コイル１０４(1)周辺の電界の乱れ、および、高周波による自己発熱を抑えるため、絶縁材質にて形成することが好ましい。可動子１２０に使用可能な絶縁材質としては、例えば、樹脂、セラミック系、ガラス系の部材が挙げられる。
可動子１２０は、空芯コイル１０４(1)側に巻線に太さに対応した凹部１２１が形成されており、凹部１２１に空芯コイル１０４(1)の巻線がはめ込まれている。可動子１２０は、空芯コイル１０４(1)の軸方向に対してそれぞれ個別に移動可能とされている。可動子１２０には、動力を伝達する動力伝達部（不図示）が設けられている。動力伝達部は、線膨張係数の低い材料で形成することが好ましい。例えば、動力伝達部は、セラミック系またはガラス系の材料で形成されている。動力伝達部は、空芯コイル１０４(1)の軸方向に移動する直動機構を介してモータなどの動力部（不図示）に接続され、動力部の動力により軸方向に移動する。動力部は、可動子を動作させる共に、可動子の位置の検出が可能とされている。例えば、動力部は、ステッピングモータ、または、サーボモータとされており、プロセスコントローラ７５Ａからの制御により指定された角度だけ回転すると共に、回転した回転角度をプロセスコントローラ７５Ａへフィードバックする。プロセスコントローラ７５Ａは、フィードバックされるモータの回転角度から可動子の位置を検出する。
フィルタ１０２(1)では、プロセスコントローラ７５Ａに制御に基づき、各可動子１２０が移動することにより、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップが変更可能とされている。
図５は、空芯コイル部分を上方から見た概略的な構成の一例を示す図である。空芯コイル１０４(1)には、コイルの巻線のターンごとに、巻線の周方向に対して１８０°の角度差で２つの可動子１２０が設けられている。また、空芯コイル１０４(1)には、コイルの巻線のターンごとに、それぞれ隣接するターンに対して巻線の周方向に対する配置位置を変えて２つの可動子１２０が設けられている。図５の例では、可動子１２０(1)、１２０(2)、１２０(3)、１２０(4)がそれぞれ１８０°の角度差で設けられている。また、可動子１２０(1)、１２０(2)、１２０(3)、１２０(4)が、周方向に対する配置位置を４５°ずつ順に変えて設けられている。図５の例では、１ターン目から４ターン目の４ターン分の配置を示したが、５ターン目以降も同様の配置を繰り返して配置する。例えば、５ターン目の可動子１２０は、１ターン目の可動子１２０と同様に配置位置に配置する。なお、図４および図５では、空芯コイル１０４(1)に対して、ターンごとに可動子１２０を巻線の周方向に対して１８０°の角度差で２つ設けた場合を例示した。しかし、ターンごとに設ける可動子１２０の数、角度差はこれに限定されるものではない。例えば、空芯コイル１０４(1)に対して、ターンごとに可動子１２０を巻線の周方向に対して１２０°の角度差で３つ設けてもよい。
空芯コイル１０４(1)の周囲には、外導体１１０が設けられている。外導体１１０は、たとえばアルミニウムからなり、円筒形に構成されている。空芯コイル１０４(1)は、外導体１１０の中に同軸で収容されている。外導体１１０は、空芯コイル１０４(1)と組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する。
一般的に、伝送線路の特性インピーダンスＺoは、無損失の場合には単位長さあたりの静電容量Ｃ、インダクタンスＬを用いて、Ｚo＝√（Ｌ／Ｃ）で与えられる。また、波長λは、次の式（１）で与えられる。
λ＝２π／（ω√（ＬＣ） ・・・・（１）
一般的な分布定数線路（特に同軸線路）では線路の中心が棒状の円筒導体であるのに対して、このフィルタユニット５４(IN)では、円筒状の空芯コイルを中心導体にしている点が異なる。単位長さあたりのインダクタンスＬは主にこの円筒状コイルに起因するインダクタンスが支配的になると考えられる。一方、単位長さあたりの静電容量は、コイル表面と外導体がなすコンデンサの静電容量Ｃで規定される。したがって、このフィルタユニット５４(IN)においても、単位長さあたりのインダクタンスおよび静電容量をそれぞれＬ，Ｃとしたときに、特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）で与えられる分布定数線路が形成されていると考えることができる。
このような分布定数線路を有するフィルタユニットを端子Ｔ側からみると、反対側が大きな容量（たとえば５０００ｐＦ）を有するコンデンサで疑似的に短絡されているため、一定の周波数間隔で大きなインピーダンスを繰り返すような周波数−インピーダンス特性が得られる。このようなインピーダンス特性は、波長と分布線路長が同等のときに得られる。
このフィルタユニット５４(IN)では、空芯コイル１０４(1)，１０４(2)の巻線長ではなく、軸方向のコイルの長さが分布線路長となる。そして、中心導体に空芯コイル１０４(1)，１０４(2)を用いたことで、棒状の円筒導体の場合に比べてＬをはるかに大きくしてλを小さくすることができるため、比較的短い線路長（コイルの長さ）でありながら波長と同等以上の実効長を実現することが可能であり、比較的短い周波数間隔で大きなインピーダンスをもつことを繰り返すようなインピーダンス特性を得ることができる。
また、本出願人が、特許文献１に開示したように、フィルタユニット５４(IN)では、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを変えることで、周波数−インピーダンス特性において、ピークとなる並列共振周波数をシフトさせることができる。また、空芯コイル１０４(1)には、周波数−インピーダンス特性において、ピークとなる特定の１つまたは複数の並列共振周波数をシフトさせる有効区間がある。
ここで、巻線ギャップを変えたことによる並列共振周波数の変化を説明する。図６は、巻線ギャップのパターンの一例を示す図である。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)が２２ターンの巻線のコイルであるものとし、各巻線間の間隔（巻線ギャップ）を個別に変更可能であるものとする。図６の「ターン番号」は、巻線の位置をターン数で示している。図６では、各パターンの巻線間の間隔を、間隔の両端となる２つの巻線のうち、ターン数の少ない方の巻線のターン番号に対応させて示している。例えば、ターン番号の「１」には、１ターン目と２ターン目の巻線間の間隔を示す。また、ターン番号の「２１」は、２１ターン目と２２ターン目の巻線間の間隔を示す。「合計長」は、空芯コイル１０４(1)の軸方向のコイルの長さを示している。また、図６には、巻線ギャップの変更するパターン「標準」、「密１」〜「密６」、「粗１」〜「粗６」が示されている。「標準」は、標準とする巻線間の間隔を示している。図６の例では、空芯コイル１０４(1)の２２ターンについて、それぞれ巻線の間隔が１１ｍｍの場合を標準としている。「標準」では、コイルの長さが２３１ｍｍとなる。「密１」〜「密６」、「粗１」〜「粗６」は、それぞれ一部または全部の巻線間の間隔を変えた場合を示している。
例えば、「密１」では、ターン番号が「１」〜「６」、「１６」〜「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「７」〜「１５」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密１」では、コイルの長さが２３１ｍｍとなる。
「密２」では、ターン番号が「１」〜「４」、「１０」〜「１２」、「１８」〜「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「９」、「１３」の巻線間の間隔を１１．５ｍｍとし、ターン番号が「５」〜「８」、「１４」〜「１７」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密２」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「密３」では、ターン番号が「１」、「２」、「６」〜「９」、「１３」〜「１６」、「２０」、「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「３」〜「５」、「１０」〜「１２」、「１７」〜「１９」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密３」では、コイルの長さが２３１ｍｍとなる。
「密４」では、ターン番号が「１」、「２」、「６」、「７」、「１０」〜「１２」、「１５」、「１６」、「２０」、「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「５」、「１７」の巻線間の間隔を１１．５ｍｍとし、ターン番号が「３」、「４」、「８」、「９」、「１３」、「１４」、「１８」、「１９」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密４」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「密５」では、ターン番号が「１」、「４」、「５」、「８」〜「１０」、「１２」〜「１４」、「１７」、「１８」、「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「２」、「３」、「６」、「７」、「１１」、「１５」、「１６」、「１９」、「２０」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密５」では、コイルの長さが２３１ｍｍとなる。
「密６」では、ターン番号が「１」、「３」、「４」、「７」、「８」、「１１」、「１４」、「１５」、「１８」、「１９」、「２１」の巻線間の間隔を１２．５ｍｍとし、ターン番号が「５」、「１０」、「１２」、「１７」の巻線間の間隔を１０ｍｍとし、ターン番号が「２」、「６」、「９」、「１３」、「１６」、「２０」の巻線間の間隔を９ｍｍとする。「密６」では、コイルの長さが２３２ｍｍとなる。
「粗１」では、ターン番号が「１」〜「６」、「１６」〜「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「７」〜「９」、「１３」〜「１５」の巻線間の間隔を１３．５ｍｍとし、ターン番号が「１０」〜「１２」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗１」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「粗２」では、ターン番号が「１」〜「４」、「９」〜「１３」、「１８」〜「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「５」〜「８」、「１４」〜「１７」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗２」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「粗３」では、ターン番号が「１」、「２」、「６」〜「９」、「１３」〜「１６」、「２０」、「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「３」、「５」、「１０」、「１２」、「１７」、「１９」の巻線間の間隔を１３．５ｍｍとし、ターン番号が「４」、「１１」、「１８」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗３」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「粗４」では、ターン番号が「１」、「２」、「５」〜「７」、「１０」〜「１２」、「１５」〜「１７」、「２０」、「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「３」、「４」、「８」、「９」、「１３」、「１４」、「１８」、「１９」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗４」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「粗５」では、ターン番号が「１」、「４」、「５」、「８」〜「１０」、「１２」〜「１４」、「１７」、「１８」、「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「２」、「３」、「６」、「７」、「１５」、「１６」、「１９」、「２０」の巻線間の間隔を１３．５ｍｍとし、ターン番号が「１１」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗５」では、コイルの長さが２３１ｍｍとなる。
「粗６」では、ターン番号が「１」、「３」、「４」、「７」、「８」、「１０」〜「１２」、「１４」、「１５」、「１８」、「１９」、「２１」の巻線間の間隔を９ｍｍとし、ターン番号が「２」、「５」、「６」、「９」、「１２」、「１６」、「１７」、「２０」の巻線間の間隔を１４．５ｍｍとする。「粗６」では、コイルの長さが２３３ｍｍとなる。
「密１」〜「密６」のパターンは、「標準」のパターンと比較して、周波数−インピーダンス特性において、ピークとなる１つまたは複数の並列共振周波数が周波数の高い側へシフトする。「粗１」〜「粗６」のパターンは、「標準」のパターンと比較して、周波数−インピーダンス特性において、ピークとなる１つまたは複数の並列共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
並列共振周波数のシフトを説明する。図７Ａは、「密１」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ａには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密１」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ａには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、規則的な周波数間隔でインピーダンスが角（つの）状にピークとなる並列多重共振の周波数−インピーダンス特性が得られる。また、フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密１」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した２次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図７Ｂは、「密２」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ｂには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密２」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ｂには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密２」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した３次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図７Ｃは、「密３」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ｃには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密３」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ｃには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密３」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した４次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図７Ｄは、「密４」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ｄには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密４」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ｄには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密４」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した５次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図７Ｅは、「密５」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ｅには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密５」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ｅには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密５」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した６次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図７Ｆは、「密６」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図７Ｆには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「密６」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図７Ｆには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「密６」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、７次の共振周波数が周波数の高い側へシフトする。
図８Ａは、「粗１」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ａには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗１」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ａには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗１」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した２次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
図８Ｂは、「粗２」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ｂには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗２」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ｂには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗２」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した３次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
図８Ｃは、「粗３」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ｃには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗３」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ｃには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗３」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した４次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
図８Ｄは、「粗４」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ｄには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗４」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ｄには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗４」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した５次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
図８Ｅは、「粗５」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ｅには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗５」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ｅには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗５」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した６次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
図８Ｆは、「粗６」のパターンでの並列共振周波数のシフトの一例を示す図である。図８Ｆには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「粗６」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。また、図８Ｆには、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを「標準」のパターンとした場合のフィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性が示されている。フィルタ１０２(1)は、空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを一部変更することで、１つまたは複数の共振周波数がシフトする。例えば、「粗６」のパターンでは、「標準」のパターンと比較して、矢印に示した７次の共振周波数が周波数の低い側へシフトする。
このように、空芯コイル１０４(1)には、特定のＮ次（Ｎは自然数）の並列共振周波数をシフトさせる有効区間がそれぞれ存在する。例えば、空芯コイル１０４(1)のターン番号が「７」〜「１５」の区間は、周波数−インピーダンス特性において、２次の並列共振周波数を高い側へシフトする有効区間である。なお、有効区間は、空芯コイル１０４(1)の巻き数や、コイル長などによって変化する。有効区間は、空芯コイルにおいて、特定のＮ次（Ｎは自然数）の並列共振周波数に対してＮ個存在する。
プラズマ処理装置１は、機種やサセプタ１２に印加される高周波の周波数などによってノイズの周波数が異なる。しかし、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０を動作させて空芯コイル１０４(1)の巻線ギャップを変更するにより、フィルタ１０２(1)の共振周波数をシフトさせることができるため、ノイズの周波数に対応するように共振周波数をシフトさせることで、フィルタ１０２(1)によりノイズを減衰または阻止するができる。これにより、プラズマ処理装置１は、ノイズの周波数毎にフィルタ１０２(1)を作り直す手間を軽減できる。
プラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップの指定を外部から受付けてもよい。例えば、プラズマ処理装置１は、ユーザインターフェース７５Ｂから空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップの指定を受付け、プロセスコントローラ７５Ａが、指定された巻線ギャップとなるように、各可動子１２０を移動させる動力部を制御してもよい。また、例えば、プラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップを示すギャップ情報を記憶部７５Ｃに記憶する。例えば、プラズマ処理装置１は、ギャップ情報として、図６に示した「標準」、「密１」〜「密６」、「粗１」〜「粗６」のようなパターンを記憶する。プラズマ処理装置１は、ユーザインターフェース７５Ｂから巻線ギャップのパターンの指定を受付け、プロセスコントローラ７５Ａが、指定されたパターンの巻線ギャップとなるように、各可動子１２０を移動させる動力部を制御して各可動子１２０を移動させてもよい。
また、プラズマ処理装置１は、ノイズを減衰または阻止するように、空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップを自動で変更してもよい。プラズマ処理装置１は、機種やサセプタ１２に印加される高周波の周波数などによって、給電導体５２(IN)，５２(OUT)に発生のノイズの周波数が異なるが、それぞれ発生する周波数が定まっている。プラズマ処理装置１は、ノイズの周波数、または、サセプタ１２に印加される交流電力の周波数に対応して、ノイズを減衰または阻止に適した並列共振周波数が生じるコイルの各々の巻線ギャップを示すギャップ情報を記憶部７５Ｃに記憶する。例えば、プラズマ処理装置１は、ギャップ情報として、ノイズの周波数、または、サセプタ１２に印加される第１の高周波電源２８および第２の高周波電源３０の高周波の周波数の組み合わせに対応して、空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップを記憶する。空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップは、図６に示した「標準」、「密１」〜「密６」、「粗１」〜「粗６」のようなパターンとして記憶してもよい。プロセスコントローラ７５Ａは、ギャップ情報に基づき、ノイズの周波数、または、サセプタ１２に印加される高周波の周波数の組み合わせに対応した巻線ギャップとなるように各可動子１２０を移動させる動力部を制御して各可動子１２０を移動させてもよい。プラズマ処理装置１は、給電導体５２(IN)，５２(OUT)に発生のノイズを実際に測定してノイズの周波数を求めてもよい。また、プラズマ処理装置１は、サセプタ１２に印加される交流電力の周波数等から演算によりノイズの周波数を求めてもよい。また、プラズマ処理装置１は、サセプタ１２に印加される交流電力の周波数等に対応して予めノイズの周波数を記憶させてもよい。例えば、プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源２８および第２の高周波電源３０の高周波の周波数の組み合わせごとに、発生するノイズの周波数を記憶部７５Ｃに記憶してもよい。また、プラズマ処理装置１は、例えば、プラズマ処理においてサセプタ１２に印加される交流電力の周波数が変更されるタイミングなど、フィルタ１０２(1)の特性の変更するタイミングを示すタイミング情報と、変更する特性に応じたコイルの各々の巻線ギャップを示すギャップ情報を記憶部７５Ｃに記憶する。プロセスコントローラ７５Ａは、タイミング情報により示される変更タイミングで、ギャップ情報に基づき、各可動子１２０を移動させる動力部を制御して各可動子１２０を移動させてもよい。
このように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、各可動子１２０を移動させることで、フィルタ１０２(1)を作り直すことなくノイズに対するフィルタ１０２(1)の特性を動的に変更できる。これにより、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理ごと、あるいは、プラズマ処理中に、フィルタ１０２(1)の特性を動的に変更することもできる。例えば、プラズマ処理装置１は、プラズマ処理中に、サセプタ１２に印加する高周波の周波数が変化し、発生するノイズの周波数が変化するものとする。この場合でも、プラズマ処理装置１は、ノイズを減衰または阻止するように、フィルタ１０２(1)の特性をプラズマ処理中に変更することができる。
［効果］
以上説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、プラズマ処理が行われるチャンバ１０内の内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０に、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)を介して電気的に接続されるヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)を有する。プラズマ処理装置１は、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０からヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)に向かって内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)に入ってくるノイズを、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)上に設けたフィルタ１０２によって減衰または阻止している。フィルタ１０２は、空芯コイル１０４(1)と、外導体１１０と、可動子１２０とを有する。空芯コイル１０４は、一定の口径と一定のコイル長を有する。外導体１１０は、筒形とされ、空芯コイル１０４(1)を収容または包囲し、空芯コイル１０４(1)と組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する。可動子１２０は、フィルタ１０２(1)の周波数−インピーダンス特性において特定の１つまたは複数の並列共振周波数に高いまたは低い周波数領域側へシフトが生じる１つまたは複数の有効区間内に配置され、空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップを変更する。これにより、プラズマ処理装置１は、ノイズの周波数毎にフィルタを作り直す手間を軽減できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０が、空芯コイル１０４(1)の巻線のターンごとに、それぞれ隣接するターンに対して巻線の周方向に対する配置位置を変えて設けられている。これにより、プラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)の巻線のターンごとに可動子１２０の配置する場合に、ターンごとに、空芯コイル１０４(1)の軸方向に対して、可動子１２０の配置可能な空間を広く確保できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０を絶縁材質で形成している。これにより、プラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)周辺の電界の乱れ、および、高周波による自己発熱を抑えることができる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０が空芯コイル１０４(1)のターンごとに、空芯コイル１０４(1)の周方向に対して所定の角度差で複数設けられ、ターンごとに同期して巻線ギャップを変更する動作を行う。これにより、プラズマ処理装置１は、ターンごとに巻線ギャップを変更できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０が空芯コイル１０４(1)のターンごとに、空芯コイル１０４(1)の周方向に対して１８０°の角度差で２つ設けられている。これにより、プラズマ処理装置１は、ターンごとに巻線ギャップを精度よく制御できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、可動子１２０へ動力を伝達する動力伝達部が、セラミック系またはガラス系の材料で形成されている。これにより、プラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)の発熱や自己誘導熱の位置精度への影響を抑制できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、空芯コイル１０４(1)の軸方向に移動する直動機構を介して、可動子の位置の検出可能な動力部が接続されている。これにより、プラズマ処理装置１は、動力部により、可動子１２０を動作させる共に、可動子の位置の検出できる。
また、本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、ノイズの周波数、または、プラズマ処理で印加される交流電力の周波数に対応して、ノイズを減衰または阻止に適した並列共振周波数が生じる空芯コイル１０４(1)の各々の巻線ギャップを示すギャップ情報を記憶部７５Ｃに記憶する。プラズマ処理装置１は、プロセスコントローラ７５Ａが、記憶部７５Ｃに記憶されたギャップ情報に基づき、線路に入るノイズの周波数、または、プラズマ処理で印加される交流電力の周波数に対応した巻線ギャップとなるように可動子１２０を制御する。これにより、プラズマ処理装置１は、発生するノイズの周波数が変わる場合でも、ノイズを減衰または阻止できる。
［他の実施形態または変形例］
上記の実施形態では、ヒータ給電線等の電源線用のフィルタに本発明を適用した場合を例に説明した。しかし、本発明は、ヒータ給電線等の電源線用のフィルタに限定されるものでは決してなく、チャンバ内に設けられる所定の電気的部材とチャンバの外に設けられる電力系または信号系の外部回路とを電気的に接続する一対の線路または単一の線路上に設けられる任意のフィルタまたは伝送回路に適用可能である。
特に、実施形態のプラズマ処理装置１は、共振周波数の調整を必要とする他の任意のコイルに対しても、上記と同様の可動子１２０を装着することで、共振周波数の左シフト調整または右シフト調整を行うことができる。たとえば、高周波電源２８，３０とチャンバ１０内のサセプタ１２との間の高周波給電ライン上にノイズを減衰または阻止するフィルタを設ける場合、当該フィルタに本発明を適用してもよい。また、高周波電源２８，３０とチャンバ１０内のサセプタ１２との間の高周波給電ライン上に、高周波電源とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための整合回路に本発明を適用してもよい。
上記実施形態は、空芯コイル１０４(1)の巻線の各ターンに可動子１２０を設けた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。可動子１２０は、シフトさせる次数の並列共振周波数に対して有効区間内となる巻線のターンにのみ設けてもよい。また、可動子１２０は、有効区間内の巻線の各ターンに必ずしも設けなくてもよい。例えば、可動子１２０は、有効区間の両端となる巻線のターンにそれぞれ設けてもよい。これにより、巻線に配置する可動子１２０の数を減らずことができる。
上記実施形態は、チャンバ１０内のサセプタ１２にプラズマ生成用の第１高周波ＨＦとイオン引き込み用の第２高周波ＬＦとを重畳して印加する下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置において、サセプタ１２に組み込まれる発熱体４０とチャンバ１０の外に設置されるヒータ電源５８とを電気的に接続する一対の給電ライン１００(1)，ライン１００(2)上に両周波数のノイズを減衰させるためのフィルタに係わるものであった。しかしながら、上部電極として機能するシャワーヘッド６４にプラズマ生成用の第１高周波ＨＦを印加し、サセプタ１２にイオン引き込み用の第２高周波ＬＦを印加する上下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置、あるいはサセプタ１２に単一の高周波を印加する下部１周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においても、上記実施形態のフィルタまたはフィルタユニットをそのまま好適に適用することができる。
本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理装置にも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１２ サセプタ（下部電極）
２８ （プラズマ生成用）高周波電源
３０ （イオン引き込み用）高周波電源
４０(IN) 内側発熱線
４０(OUT) 外側発熱線
５４(IN)，５４(OUT) フィルタユニット
５８(IN)，５８(OUT) ヒータ電源
７５ 制御部
７５Ａ プロセスコントローラ
７５Ｂ ユーザインターフェース
７５Ｃ 記憶部
１００(1)，１００(2) 給電ライン
１０２，１０２(1)，１０２(2) フィルタ
１０４(1)，１０４(2) 空芯コイル
１０６(1)，１０６(2) コンデンサ
１１０ 外導体
１２０ 可動子

Claims (11)

  1. プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくるノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰または阻止するプラズマ処理装置であって、
    前記フィルタが、
    一定の口径と一定のコイル長を有するコイルと、
    前記コイルを収容または包囲し、前記コイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒形の外導体と、
    前記コイルに対して前記コイルの長さ方向に存在する有効区間であって、前記コイルの巻線ギャップが変更されることで、前記フィルタの周波数−インピーダンス特性において特定の１つまたは複数の並列共振周波数に高いまたは低い周波数領域側へシフトが生じる１つまたは複数の前記有効区間内に配置され、前記コイルの巻線のターンごとに、それぞれ隣接するターンに対して巻線の周方向に対する配置位置を変えて設けられ、前記コイルの各々の巻線ギャップを変更する可動子と、
    を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 前記可動子は、絶縁材質で形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記可動子は、前記コイルの巻線のターンごとに、巻線の周方向に対して所定の角度差で複数設けられ、ターンごとに同期して巻線ギャップを変更する動作を行う
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記可動子は、前記コイルの巻線のターンごとに、巻線の周方向に対して１８０°の角度差で２つ、または、巻線の周方向に対して１２０°の角度差で３つ設けられている
    ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記可動子は、前記有効区間の両端となる巻線のターンにそれぞれ設けられている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記可動子へ動力を伝達する動力伝達部は、セラミック系またはガラス系の材料で形成されている
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記プラズマ処理装置は、
    前記可動子に直動機構を介して接続され、前記可動子を動作させる共に、前記可動子の位置の検出する動力部
    をさらに有することを特徴とする請求項１から６の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記プラズマ処理装置は、
    前記ノイズの周波数、または、プラズマ処理で印加される交流電力の周波数に対応して、ノイズを減衰または阻止に適した並列共振周波数が生じる前記コイルの各々の巻線ギャップを示すギャップ情報を記憶した記憶部と、
    前記記憶部に記憶されたギャップ情報に基づき、前記線路に入るノイズの周波数、または、プラズマ処理で印加される交流電力の周波数に対応した巻線ギャップとなるように前記可動子を制御する制御部と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１から７の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記有効区間は、前記コイルにおいて、特定のＮ次（Ｎは自然数）の前記並列共振周波数に対してＮ個存在する
    ことを特徴とする請求項１から８の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  10. 前記電気的部材は、プラズマ処理のために所定周波数の高周波を印加される高周波電極の内部または周囲に設けられる発熱体であり、
    前記外部回路は、前記発熱体に発熱用の電力を供給するためのヒータ電源であり、
    前記線路は、前記ヒータ電源と前記発熱体とを電気的に接続する給電ラインである、
    ことを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記電気的部材は、被処理基板を支持する載置台の中に設けられる高周波電極であり、
    前記外部回路は、前記高周波電極にプラズマ処理に用いる高周波を供給するための高周波電源を含み、
    前記線路上に、前記高周波電源とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための整合回路が設けられる、
    ことを特徴とする請求項１から９の何れか１つに記載のプラズマ処理装置。
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