JPH0576045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプラズマ放電を行ない、マツチングが
不整合になつても、素子を破壊すとなく発振でき
る高周波電源装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、半導体集積回路プロセスの中にプラズマ
プロセスが応用されてきている。プラズマプロセ
スはウエハのエツチングがドライ化でき、またウ
エハの温度が低い状態でも、ウエハの温度が高い
場合と同様の化学反応を進行させることができ
る。さらには半導体集積回路がLSIから超LSIへ
と集積度と集積密度が大きくなるにつれ、微細パ
ターンエツチングが必要となつてくるが、この面
でも低温のプラズマを用いればアンダーカツトの
問題も少なくなり、微細パターンの作成が容易に
なる。

以上のようにプラズマプロセスは多くの利点を
有しているがプラズマ放電を行なうためには、反
応容器内の電極間に電界をかける電源装置が必要
である。この電源装置としては一般に工業用の周
波数帯として使用できる13.56MHzの高周波電源
が使用される。

以下に従来の高周波電源装置について説明す
る。第１図は従来の高周波電源装置の回路構成例
を示すものであり、１１は発振回路で安定した一
定の周波数で発振される。１２は緩衝増幅回路で
発振回路の出力を増幅するとともに発振回路１１
の負荷の変動による影響を少なくするものであ
る。１３は電力増幅回路で緩衝増幅回路１２の出
力を増幅して高周波高電圧の電力を出力する。１
４は高周波電力検出回路で電力増幅回路１３から
の出力の進行波電力と反射波電力を検出する。１
５は電力制御回路で高周波電力検出回路１４で検
出した進行波電力を入力し、あらかじめ設定され
た進行波電力値と比較して、その設定された進行
波電力と検出された進行波電力が同じになるよう
に電力増幅回路１３を制御する。１６は電源回路
で各回路に電力を供給する。１７は保護回路で高
周波電力検出回路１４で検出した反射波電力があ
る一定以上の値になると電力増幅回路の素子を保
護するために電源回路１６に信号を出力して電力
の供給を停止させる。１の破線で囲まれた部分が
高周波電源装置である。２は負荷でプラズマを発
生させる。３はマツチング回路で高周波電源装置
１の出力と負荷２とのインピーダンスをとる回路
である。

以上のように構成された従来の高周波電源装置
について、以下その動作を説明する。

まず発振回路１１で発生された13.56MHzの高
周波信号は緩衝増幅回路１２、電力増幅回路１３
で増幅され、高周波電力回路１４で進行波電力と
反射波電力が検出されて、同軸ケーブルでマツチ
ング回路３を通り負荷２に供給される。負荷２は
プラズマ反応器で、ガスの種類、真空度、処理条
件によつてプラズマ状態が変化し、そのため放電
中のインピーダンスがそれにともなつて変化する
ので反射波が小さくなるようにマツチング回路３
を調整する。高周波電力検出回路１４で検出され
た進行波電力信号は電力制御回路１５であらかじ
め設定された進行波電力設定値と比較され、進行
波電力が一定になるように電力増幅回路１３の電
力利得を調整する信号を送る。電力増幅回路１３
が真空管式であればグリツド電圧を制御すれば電
力利得を変えられる。このようにして負荷２と高
周波電源装置１の出力とがマツチング回路３で反
射波電力が小さくなるようにマツチングをとる。
マツチングがとれている場合は進行波電力が一定
となり安定にプラズマ放電がおきているが、負荷
のインピーダンスが変化して反射が増えてくる
と、電源回路１６から電力増幅回路１３へ供給さ
れる電力も大きくなり電力増幅回路１３の素子の
損失が大きくなつて破壊に至ることになる。した
がつて高周波電力検出回路１４で検出した反射波
電力がある一定以上の値になつて時には保護回路
１７で電源回路１６に信号を送り各回路への電力
の供給を停止して素子が破壊するのを防ぐ。

しかしながら上記のような構成では、反射波が
大きくなると発振が停止してプラズマ放電が持続
できないのでマツチングがずれた場合にはマツチ
ング回路３が即座にマツチング調整されて反射波
が小さくならないと放電は停止してしまう。また
プラズマ放電中と放電していないときでは負荷２
のインピーダンスは大きく異なり、最初から大き
な電力を加えて発振させようとする場合はマツチ
ング回路３はプラズマ放電中のインピーダンスに
合わされているので起動して放電するまでは反射
波が大きく、すぐに発振が停止してしまうという
ような欠点があつた。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、
負荷のインピーダンスが変化してマツチングがず
れて反射波が大きくなつてもすぐには発振停止す
ることなく、進行波電力を少なくした状態で発振
を持続させ、電力増幅回路の素子の破壊を防ぐ高
周波電源装置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明の高周波電源装置は、一定の周波数の高
周波信号を出力する発振回路と、前記発振回路か
ら出力された高周波信号を増幅して負荷に供給す
る増幅回路と、前記増幅回路より前記負荷への進
行波電力を検出する進行波電力検出回路と、前記
負荷より前記増幅回路への反射波電力を検出する
反射波電力検出回路と、前記進行波電力検出回路
および反射波電力検出回路により検出された進行
波電力と反射波電力との和が、あらかじめ設定さ
れた電力値と等しくなるように、前記増幅回路に
よる高周波信号の増幅を制御する制御回路とから
なり、反射波電力が大きくなつても前記電力増幅
回路の素子を破壊しないように進行波電力を小さ
くして発振を持続することにより負荷と高周波電
源装置出力とのマツチングをとるマツチング回路
の調整を容易にすることができるものである。

実施例の説明 第２図は本発明の実施例における高周波電源装
置回路構成を示すものである。

第２図において１は高周波電源装置、２は高周
波電源装置１の負荷、３は高周波電源装置１と負
荷２のインピーダンスをマツチングさせるマツチ
ング回路、１１は発振回路、１２は緩衝増幅回
路、１３は電力増幅回路、１４は進行波電力と反
射波電力を検出する高周波電力検出回路、１８は
反射波電力が小さいときは進行波電力があらかじ
め設定された進行波電力値と同じになるように
し、反射波電力が大きいときには進行波電力を小
さくするように電力増幅回路１３を制御する電力
制御回路、１６は各回路に電力を供給する電源で
ある。

以上のように構成された本実施例の高周波電源
装置について以下その動作を説明する。

発振回路１１は安定した一定の周波数の高周波
信号を出力し、緩衝増幅回路１２は発振回路１２
の出力を増幅するとともに、発振回路１１の負荷
の変動による影響を少なくする。緩衝増幅回路１
２の出力は電力増幅回路１３で増幅され、高周波
電力回路で進行波電力と反射波電力が検出され、
マツチング回路３で負荷２とのインピーダンスマ
ツチングがとられ負荷２に高周波電力を供給す
る。反射波電力が小さいときは従来の高周波電源
装置と同じで設定された進行波電力を負荷２に供
給している。負荷２のインピーダンスが変化して
反射波電力が大きくなると電力増幅回路１３の損
失電力が大きくなつてくるので電力増幅回路１３
の電力利得を下げて進行波電力を少なくし、素子
の破壊を防ぎ、発振を持続させる。マツチング回
路３によつて再び高周波電源装置１と負荷２との
マツチングがとれるとまたもとのように反射波電
力が小さくなり従来の高周波電源装置と同様に進
行波電力が一定になるように制御される。

以上のように本実施例によれば、発振回路と高
周波信号を増幅する電力増幅回路と、電力増幅回
路の出力の進行波電力と反射波電力を検出する高
周波電力検出回路と、反射波電力が小さいときに
は進行波電力が一定になるようにし、反射波電力
が大きくなると進行波電力を小さくなるように電
力増幅回路を制御する電力制御回路を設けること
により、負荷のインピーダンスが変化してマツチ
ングがとれなくなつても進行波電力を小さくし、
電力増幅回路の素子を破壊することなく発振を持
続させているのでマツチング回路の調整を容易に
することができる。

第３図は第２図の電力制御回路１８の回路例で
ある。１０１〜１０９は抵抗、１１０はコンデン
サ、１１１〜１１３は演算増幅器である。

以下その動作を説明する。

１０１〜１０４と１１１で構成される回路は加
算回路で進行波電力信号と反射波電力信号を加算
して増幅する。１０５〜１０７と１１２で構成さ
れる回路は反射増幅器である。１０８〜１１０と
１１３で構成される回路は誤差増幅器で誤差電圧
を小さくするため積分回路で構成している。以上
のように構成される電力制御回路は、進行波電力
信号と反射波電力信号との和が進行波電力設定電
圧と等しくなるように出力信号が出され第２図の
電力増幅回路１３の電力利得を制御する。いま反
射波電力信号が小さいとき進行波電力信号は進行
波電力設定電圧と同じになるが反射波電力信号が
大きくなると進行波電力信号が小さくなつて、そ
れらの和が進行波電力設定電圧と等しくなるよう
に電力増幅回路１３の電力利得を調整する電圧が
出力される。１０１と１０２の抵抗値を変えるこ
とによつて反射波電力が大きくなつたときの進行
波電力の減少量を変更することができる。

第３図では１０２に抵抗を用いているが、ここ
に電圧が小さいときは抵抗値が大きく、電圧が大
きくなると抵抗値が小さくなるような非線形性を
持たせた抵抗を使えば反射波が大きいときと小さ
いときの差が著しくなる。

発明の効果 以上のように、本発明の高周波電源装置は、一
定の周波数の高周波信号を出力する発振回路と、
前記発振回路から出力された高周波信号を増幅し
て負荷に供給する増幅回路と、前記増幅回路より
前記負荷への進行波電力を検出する進行波電力検
出回路と、前記負荷より前記増幅回路への反射波
電力を検出する反射波電力検出回路と、前記進行
波電力検出回路および反射波電力検出回路により
検出された進行波電力と反射波電力との和が、あ
らかじめ設定された電力値と等しくなるように、
前記増幅回路による高周波信号の増幅を制御する
制御回路とからなるもので、負荷のインピーダン
スが急に変化しても発振を停止させないで進行波
電力を小さくし、電力増幅回路の素子を破壊する
ことなく発振を持続させることができ、マツチン
グ回路の調整が容易にできる。さらに高電力での
起動が容易に行なえるという効果を得ることがで
きる高周波電源装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波電源装置の回路構成例を
示すブロツク図、第２図は本発明の一実施例の回
路構成を示すブロツク図、第３図は本発明の一実
施例の電力制御回路図である。 １１……発振回路、１３……電力増幅回路、１
４……高周波電力検出回路、１８……電力制御回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の周波数の高周波信号を出力する発振回
   路と、 前記発振回路から出力された高周波信号を増幅
   して負荷に供給する増幅回路と、 前記増幅回路より前記負荷への進行波電力を検
   出する進行波電力検出回路と、 前記負荷より前記増幅回路への反射波電力を検
   出する反射波電力検出回路と、 前記進行波電力検出回路および反射波電力検出
   回路により検出された進行波電力と反射波電力と
   の和が、あらかじめ設定された電力値と等しくな
   るように、前記増幅回路による高周波信号の増幅
   を制御する制御回路とからなる高周波電源装置。