JPH09289100A - 安定性向上のための技術と結合したｒｆプラズマ電源 - Google Patents
安定性向上のための技術と結合したｒｆプラズマ電源Info
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発振の問題を解決する。
【解決手段】 スプリッタ、２つの分枝回路及び結合器
を有するＲＦ電力増幅器。スプリッタは、ＲＦ信号を受
容する入力線と、ＲＦ信号から誘導される第１の出力信
号を伝送する第１の出力線と、ＲＦ信号から誘導される
第２の出力信号を伝送する第２の出力線とを有してい
る。第１の分枝回路は、第１の出力信号を受容して、そ
こから第１の誘導信号を発生させる。第２の分枝回路
は、第２の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる。第１の分枝回路は、第１の電力増幅器
と、位相移動要素とを有している。第２の分枝回路は、
第２の電力増幅器を有している。第１の誘導信号を受容
する第１の入力と第２の誘導信号を受容する第２の入力
とを有する結合器は、この第１の誘導信号と第２の誘導
信号とを結合させて出力信号を発生させる。位相移動要
素は、第１の電力増幅器の出力線と結合器の第１の出力
との間に接続されて、第１の電力増幅器から結合器へと
通過する信号における位相移動を第２の電力増幅器から
結合器へと通過する信号と相対的に行う。
を有するＲＦ電力増幅器。スプリッタは、ＲＦ信号を受
容する入力線と、ＲＦ信号から誘導される第１の出力信
号を伝送する第１の出力線と、ＲＦ信号から誘導される
第２の出力信号を伝送する第２の出力線とを有してい
る。第１の分枝回路は、第１の出力信号を受容して、そ
こから第１の誘導信号を発生させる。第２の分枝回路
は、第２の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる。第１の分枝回路は、第１の電力増幅器
と、位相移動要素とを有している。第２の分枝回路は、
第２の電力増幅器を有している。第１の誘導信号を受容
する第１の入力と第２の誘導信号を受容する第２の入力
とを有する結合器は、この第１の誘導信号と第２の誘導
信号とを結合させて出力信号を発生させる。位相移動要
素は、第１の電力増幅器の出力線と結合器の第１の出力
との間に接続されて、第１の電力増幅器から結合器へと
通過する信号における位相移動を第２の電力増幅器から
結合器へと通過する信号と相対的に行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理チャ
ンバに用いられる等のＲＦ電源に関する。
ンバに用いられる等のＲＦ電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＲＦ励起プラズマチャンバでは、ＲＦ電
源とプラズマとの間に発振現象(oscillation phenomeno
n)を示すことがある。ＲＦ励起プラズマシステムでは、
プラズマのインピーダンスは迅速に変化することがあ
る。プラズマへ供給された電力が変化すれば、インピー
ダンスも変化する。同様に、負荷インピーダンスの変化
が生じれば、ＲＦ電源の出力電力が変化するだろう。こ
れらの変化が協同して、急速な「脱走」のシナリオある
いは発振を生じることとなる。
源とプラズマとの間に発振現象(oscillation phenomeno
n)を示すことがある。ＲＦ励起プラズマシステムでは、
プラズマのインピーダンスは迅速に変化することがあ
る。プラズマへ供給された電力が変化すれば、インピー
ダンスも変化する。同様に、負荷インピーダンスの変化
が生じれば、ＲＦ電源の出力電力が変化するだろう。こ
れらの変化が協同して、急速な「脱走」のシナリオある
いは発振を生じることとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】発振は、ＲＦ信号の振
幅変調として認識することができ、これは、ＲＦ電源が
急速インピーダンス（そして即ち急速出力電力）のエク
スカーションに応答するような様式による動作周波数よ
りも低い周波数であれば、ほぼ、どの周波数においても
生じ得る。進行電力又は反射保護制御ループ(reflected
protection control loop)によって、「脱走」の環境
が制限され妨げられれば、そのループ対応周波数で発振
が生じるだろう。「脱走」の環境が、ＲＦ電源の電力増
幅器の蓄積エネルギーの一時的な空乏を生じさせるだけ
であるならば、もっと高い周波数で発振を生じさせるこ
とができる。
幅変調として認識することができ、これは、ＲＦ電源が
急速インピーダンス（そして即ち急速出力電力）のエク
スカーションに応答するような様式による動作周波数よ
りも低い周波数であれば、ほぼ、どの周波数においても
生じ得る。進行電力又は反射保護制御ループ(reflected
protection control loop)によって、「脱走」の環境
が制限され妨げられれば、そのループ対応周波数で発振
が生じるだろう。「脱走」の環境が、ＲＦ電源の電力増
幅器の蓄積エネルギーの一時的な空乏を生じさせるだけ
であるならば、もっと高い周波数で発振を生じさせるこ
とができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】ＲＦ電源の新しい構成
は、急速に変化する非線形インピーダンスに対しての電
源の対応の方法を変えている。この新たな構成の電源
は、５０オーム実部(50 ohms real)の抵抗の完全整合点
に近い単位から、最大進行電力を使用可能にする。この
ことが、プラズマインピーダンスが変化した際に、電源
からの供給電力が高くなることを防止するため、相互作
用による発振が開始することはない。
は、急速に変化する非線形インピーダンスに対しての電
源の対応の方法を変えている。この新たな構成の電源
は、５０オーム実部(50 ohms real)の抵抗の完全整合点
に近い単位から、最大進行電力を使用可能にする。この
ことが、プラズマインピーダンスが変化した際に、電源
からの供給電力が高くなることを防止するため、相互作
用による発振が開始することはない。
【０００５】概説的に、１つの特徴としては、本発明
は、スプリッタ(splitter)と、２つの分枝回路と、結合
器(combiner)とを備えるＲＦ電源である。スプリッタ
は、ＲＦ信号を受容する入力線と、ＲＦ信号から誘導さ
れる第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、ＲＦ信
号から誘導される第２の出力信号を伝送する第２の出力
線とを有している。第１の分枝回路は、第１の出力信号
を受容して、そこから第１の誘導信号を発生させる。第
２の分枝回路は、第２の出力信号を受容して、そこから
第１の誘導信号を発生させる。第１の分枝回路は、第１
の電力増幅器と、位相移動要素とを有している。第２の
分枝回路は、第２の電力増幅器を有している。第１の誘
導信号を受容する第１の入力と第２の誘導信号を受容す
る第２の入力とを有する結合器は、この第１の誘導信号
と第２の誘導信号とを結合させて出力信号を発生させ
る。位相移動要素は、第１の電力増幅器の出力線と結合
器の第１の出力との間に接続されて、第１の電力増幅器
から結合器へと通過する信号における位相移動を第２の
電力増幅器から結合器へと通過する信号と相対的に行
う。
は、スプリッタ(splitter)と、２つの分枝回路と、結合
器(combiner)とを備えるＲＦ電源である。スプリッタ
は、ＲＦ信号を受容する入力線と、ＲＦ信号から誘導さ
れる第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、ＲＦ信
号から誘導される第２の出力信号を伝送する第２の出力
線とを有している。第１の分枝回路は、第１の出力信号
を受容して、そこから第１の誘導信号を発生させる。第
２の分枝回路は、第２の出力信号を受容して、そこから
第１の誘導信号を発生させる。第１の分枝回路は、第１
の電力増幅器と、位相移動要素とを有している。第２の
分枝回路は、第２の電力増幅器を有している。第１の誘
導信号を受容する第１の入力と第２の誘導信号を受容す
る第２の入力とを有する結合器は、この第１の誘導信号
と第２の誘導信号とを結合させて出力信号を発生させ
る。位相移動要素は、第１の電力増幅器の出力線と結合
器の第１の出力との間に接続されて、第１の電力増幅器
から結合器へと通過する信号における位相移動を第２の
電力増幅器から結合器へと通過する信号と相対的に行
う。
【０００６】概説的に、１つの特徴としては、本発明
は、上述の電源を用いて、電力をプラズマ処理チャンバ
へと供給している。
は、上述の電源を用いて、電力をプラズマ処理チャンバ
へと供給している。
【０００７】好ましい具体例では、以下の特徴を有して
いる。電力がプラズマへと供給された際のＲＦ電源の発
振による不安定性を防止するためには、第１の増幅器の
出力において位相移動があれば充分である。更に具体的
には、位相移動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）であ
り、ｎは整数で、０゜結合器が用いられると仮定する。
第１の分枝回路は更に、スプリッタの第１の出力と第１
の電力増幅器との間に接続された第２の位相移動要素を
有している。この第２の位相移動要素は、第２の位相移
動を生じさせるが、これが、第１番目に述べた位相移動
要素の位相移動へ加えられた時に、第２の誘導信号に対
して所定の位相関係を有するような第１の誘導信号を生
じさせる。この所定の位相関係は、結合器の要求項目に
よって決定される。０゜電力結合器及びスプリッタを用
いた場合は、第１番目に述べた位相移動及び第２番目の
位相移動によって、第１の誘導信号が第２の誘導信号と
同調するようになる。例えば、第１番目に述べた位相移
動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）で
あり、ｎ及びｍは整数、また、第２の位相移動はおよそ
２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋ
は整数である。１８０゜結合器と０゜スプリッタを用い
た場合は、第１番目に述べた位相移動及び第２の位相移
動により、第１の誘導信号は第２の誘導信号に対して１
８０゜位相がずれるようになる。例えば、第１番目に述
べた位相移動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３
６０゜）であり、ｎ及びｍは整数、また、第２の位相移
動はおよそ２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）
であり、ｋは整数である。
いる。電力がプラズマへと供給された際のＲＦ電源の発
振による不安定性を防止するためには、第１の増幅器の
出力において位相移動があれば充分である。更に具体的
には、位相移動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）であ
り、ｎは整数で、０゜結合器が用いられると仮定する。
第１の分枝回路は更に、スプリッタの第１の出力と第１
の電力増幅器との間に接続された第２の位相移動要素を
有している。この第２の位相移動要素は、第２の位相移
動を生じさせるが、これが、第１番目に述べた位相移動
要素の位相移動へ加えられた時に、第２の誘導信号に対
して所定の位相関係を有するような第１の誘導信号を生
じさせる。この所定の位相関係は、結合器の要求項目に
よって決定される。０゜電力結合器及びスプリッタを用
いた場合は、第１番目に述べた位相移動及び第２番目の
位相移動によって、第１の誘導信号が第２の誘導信号と
同調するようになる。例えば、第１番目に述べた位相移
動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）で
あり、ｎ及びｍは整数、また、第２の位相移動はおよそ
２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋ
は整数である。１８０゜結合器と０゜スプリッタを用い
た場合は、第１番目に述べた位相移動及び第２の位相移
動により、第１の誘導信号は第２の誘導信号に対して１
８０゜位相がずれるようになる。例えば、第１番目に述
べた位相移動はおよそ９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３
６０゜）であり、ｎ及びｍは整数、また、第２の位相移
動はおよそ２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）
であり、ｋは整数である。
【０００８】また、好ましい具体例では、位相移動要素
は、所定の長さを有するケーブルのセグメントである。
は、所定の長さを有するケーブルのセグメントである。
【０００９】概説的に、また１つの特徴においては、本
発明は、ＲＦ信号を増幅する方法である。この方法は、
以下のステップを有している：ＲＦ信号を第１の出力信
号と第２の出力信号とに分割するステップと；第１の出
力信号の電力を増幅して、第１の増幅電力を生じさせる
ステップと；第１の出力信号の電力を増幅して、第１の
増幅電力を生じさせるステップと；第２の増幅信号を第
１の増幅信号に対して位相移動させて、位相移動信号を
生じさせるステップと；第１の増幅信号と位相移動信号
とを結合させて電力出力信号を生じさせるステップと。
発明は、ＲＦ信号を増幅する方法である。この方法は、
以下のステップを有している：ＲＦ信号を第１の出力信
号と第２の出力信号とに分割するステップと；第１の出
力信号の電力を増幅して、第１の増幅電力を生じさせる
ステップと；第１の出力信号の電力を増幅して、第１の
増幅電力を生じさせるステップと；第２の増幅信号を第
１の増幅信号に対して位相移動させて、位相移動信号を
生じさせるステップと；第１の増幅信号と位相移動信号
とを結合させて電力出力信号を生じさせるステップと。
【００１０】本発明は、実施が容易であり、また、特
に、プラズマチャンバ内のプラズマへ電力を供給するＲ
Ｆ電力供給器においてしばしば生じる発振の問題を解決
する。
に、プラズマチャンバ内のプラズマへ電力を供給するＲ
Ｆ電力供給器においてしばしば生じる発振の問題を解決
する。
【００１１】その他の利点及び特徴は、下記の好ましい
具体例によって更に明らかになるであろう。
具体例によって更に明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、半導体デ
バイスの製造に用いることもできる典型的なＲＦ処理シ
ステムの基本要素は、ＲＦ電源２と、プラズマチャンバ
４と、ＲＦ整合回路６とを有している。ＲＦ電源は、同
軸ケーブル８を介してプラズマチャンバへとＲＦ電力信
号を供給して、プラズマを発生させる。このケーブル
は、整合回路を介して、プラズマチャンバ内部のプラズ
マ発生要素（例えばコイル又は電極）に接続されるが、
この整合回路は、プラズマ発生要素の近くのチャンバに
適正に載置されていることが好ましい。整合回路はプラ
ズマチャンバのインピーダンスを、ＲＦ電源の出力イン
ピーダンスと典型的には５０オームである同軸ケーブル
のインピーダンスとに整合させる。電源の出力に認めら
れるインピーダンスが５０オーム(50 ohms real)と全く
等しい（即ち、完全に抵抗的である）場合にチャンバ内
のプラズマへ移動される電力が最大になる。同軸ケーブ
ルを通じた電源に認められるインピーダンスがこのシス
テムの特性インピーダンス、例えば５０オーム、でない
場合は、不整合が生じて、チャンバへと送られる電力の
一部が電源へと反射し返される。
バイスの製造に用いることもできる典型的なＲＦ処理シ
ステムの基本要素は、ＲＦ電源２と、プラズマチャンバ
４と、ＲＦ整合回路６とを有している。ＲＦ電源は、同
軸ケーブル８を介してプラズマチャンバへとＲＦ電力信
号を供給して、プラズマを発生させる。このケーブル
は、整合回路を介して、プラズマチャンバ内部のプラズ
マ発生要素（例えばコイル又は電極）に接続されるが、
この整合回路は、プラズマ発生要素の近くのチャンバに
適正に載置されていることが好ましい。整合回路はプラ
ズマチャンバのインピーダンスを、ＲＦ電源の出力イン
ピーダンスと典型的には５０オームである同軸ケーブル
のインピーダンスとに整合させる。電源の出力に認めら
れるインピーダンスが５０オーム(50 ohms real)と全く
等しい（即ち、完全に抵抗的である）場合にチャンバ内
のプラズマへ移動される電力が最大になる。同軸ケーブ
ルを通じた電源に認められるインピーダンスがこのシス
テムの特性インピーダンス、例えば５０オーム、でない
場合は、不整合が生じて、チャンバへと送られる電力の
一部が電源へと反射し返される。
【００１３】従来からのデザインの整合回路は、所望の
整合の条件を実現するよう調整可能な、可変リアクティ
ヴ要素(variable reactive element)を有している。整
合回路を包含するユニットの内部に配置される検出回路
１０が、整合回路における電圧及び電流をモニタし、整
合回路が最適な整合条件を実現したかどうかを決定す
る。この事は、典型的には、整合回路の入力電流及び入
力電圧をサンプリングしてこれらから入力インピーダン
スを決定することによってなされる。検出回路は、整合
が最適ではないことを検知したときには、整合回路内部
のリアクティブ要素を変化させて回路を最適な整合状態
に移すための信号を発生させる。
整合の条件を実現するよう調整可能な、可変リアクティ
ヴ要素(variable reactive element)を有している。整
合回路を包含するユニットの内部に配置される検出回路
１０が、整合回路における電圧及び電流をモニタし、整
合回路が最適な整合条件を実現したかどうかを決定す
る。この事は、典型的には、整合回路の入力電流及び入
力電圧をサンプリングしてこれらから入力インピーダン
スを決定することによってなされる。検出回路は、整合
が最適ではないことを検知したときには、整合回路内部
のリアクティブ要素を変化させて回路を最適な整合状態
に移すための信号を発生させる。
【００１４】ＲＦ励起チャンバにおいて、ＲＦ電源とプ
ラズマとの間に生じる発振現象については、まだ完全に
解明されてはいないが、その一部はＲＦ電源の進行電力
を変調する非線形プラズマインピーダンスによって生じ
ることを、我々は示してきた。上記に指摘したように、
ＲＦ励起プラズマシステムにおいては、プラズマのイン
ピーダンスが急速に変化し、また、プラズマへ供給され
る電力が変化した載にもこれがプラズマのインピーダン
スを変化させる。そして、電源の負荷インピーダンスに
おけるこれら上記の変化によって、ＲＦ電源の出力電力
を変化させることになる。電力の関数としてのプラズマ
インピーダンス非線形性の傾斜が、ＲＦ電源に固有な形
にある場合は、プラズマインピーダンスが変化すること
により、これに対応して電源の出力電力も上昇し、急速
な「脱走」のシナリオを生じさせるだろう。この環境に
対しての制御は、典型的なＲＦ電源の進行電力ループ又
は不整合保護回路だけであり、これは最終的には、その
ループ時間定数に従って応答し、電源出力に引き入れ返
す。そして、プラズマインピーダンスは始点に戻り、プ
ロセスが再度開始して、電力／インピーダンス発振を持
続させる。また、この発振は、「脱走」状態を支持する
ために供給可能な瞬時エネルギーの量を制限する電源の
要素に蓄積された、エネルギーの量によって決まる周波
数で、生じ得ることとなる。
ラズマとの間に生じる発振現象については、まだ完全に
解明されてはいないが、その一部はＲＦ電源の進行電力
を変調する非線形プラズマインピーダンスによって生じ
ることを、我々は示してきた。上記に指摘したように、
ＲＦ励起プラズマシステムにおいては、プラズマのイン
ピーダンスが急速に変化し、また、プラズマへ供給され
る電力が変化した載にもこれがプラズマのインピーダン
スを変化させる。そして、電源の負荷インピーダンスに
おけるこれら上記の変化によって、ＲＦ電源の出力電力
を変化させることになる。電力の関数としてのプラズマ
インピーダンス非線形性の傾斜が、ＲＦ電源に固有な形
にある場合は、プラズマインピーダンスが変化すること
により、これに対応して電源の出力電力も上昇し、急速
な「脱走」のシナリオを生じさせるだろう。この環境に
対しての制御は、典型的なＲＦ電源の進行電力ループ又
は不整合保護回路だけであり、これは最終的には、その
ループ時間定数に従って応答し、電源出力に引き入れ返
す。そして、プラズマインピーダンスは始点に戻り、プ
ロセスが再度開始して、電力／インピーダンス発振を持
続させる。また、この発振は、「脱走」状態を支持する
ために供給可能な瞬時エネルギーの量を制限する電源の
要素に蓄積された、エネルギーの量によって決まる周波
数で、生じ得ることとなる。
【００１５】電源において認められるプラズマ非線形性
の位相及び傾斜が重要な因子であるため、発振の存在
は、プラズマ−電源間の同軸ケーブルの長さ（即ち、電
気的長さ）の関数である。このことは、実験において、
チャンバのためのＲＦシステムが特定のケーブル長さで
だけ安定であるということで、繰り返し示されてきた。
望ましくないことに、安定したＲＦ動作に必要なケーブ
ル長さはＲＦ整合回路網の関数であり、プラズマインピ
ーダンスの性質の関数であり、また、電源の性質の関数
である。従って、最適な長さはシステム間で一定ではな
い。この事により、製造の環境において問題を引き起こ
す。
の位相及び傾斜が重要な因子であるため、発振の存在
は、プラズマ−電源間の同軸ケーブルの長さ（即ち、電
気的長さ）の関数である。このことは、実験において、
チャンバのためのＲＦシステムが特定のケーブル長さで
だけ安定であるということで、繰り返し示されてきた。
望ましくないことに、安定したＲＦ動作に必要なケーブ
ル長さはＲＦ整合回路網の関数であり、プラズマインピ
ーダンスの性質の関数であり、また、電源の性質の関数
である。従って、最適な長さはシステム間で一定ではな
い。この事により、製造の環境において問題を引き起こ
す。
【００１６】上述の発振の問題を解決する電源のデザイ
ンの内部構造を説明する前に、まず、本発明が排除する
不安定性を、何が生じさせるのかを、更に詳しく理解す
ることが有用である。この最後に、ＲＦ電源２０の基本
構造を示す図２を参照することとする。電源２０は、Ｒ
Ｆ信号を発生させるＲＦ信号ソース２２と、チャンバ内
にプラズマを発生させるために要するレベルまでＲＦ信
号を増幅する電力増幅器２４とを有している。この図及
び残りの図においては、プラズマチャンバ内のプラズマ
は、負荷、ＺL 、としてモデル化されている。この最も
シンプルな形態では、電力増幅器２４は、シングルステ
ージのＲＦトランジスタ電力増幅器である。進行電力、
ＰFWD 、は、負荷ＺL に入射する電力として定義され
る。このようなシステムに対しては、ＺL に対する進行
電力の典型的な性質は、図３（ａ）のスミス図表に与え
られる。
ンの内部構造を説明する前に、まず、本発明が排除する
不安定性を、何が生じさせるのかを、更に詳しく理解す
ることが有用である。この最後に、ＲＦ電源２０の基本
構造を示す図２を参照することとする。電源２０は、Ｒ
Ｆ信号を発生させるＲＦ信号ソース２２と、チャンバ内
にプラズマを発生させるために要するレベルまでＲＦ信
号を増幅する電力増幅器２４とを有している。この図及
び残りの図においては、プラズマチャンバ内のプラズマ
は、負荷、ＺL 、としてモデル化されている。この最も
シンプルな形態では、電力増幅器２４は、シングルステ
ージのＲＦトランジスタ電力増幅器である。進行電力、
ＰFWD 、は、負荷ＺL に入射する電力として定義され
る。このようなシステムに対しては、ＺL に対する進行
電力の典型的な性質は、図３（ａ）のスミス図表に与え
られる。
【００１７】背景としては、スミス図表は、ＲＦ伝送線
回路を解析するために、いわゆる当業者間で広く用いら
れている便利な道具である。簡単に言えば、これは、反
射係数面（即ちΓ−面）における規格化抵抗及びリアク
タンスのグラフプロットである。反射係数、Γ、は、特
性インピーダンスＺ0 を有するロスの小さな伝送線が終
了するところにある負荷ＺL での反射電圧の複素振幅と
入射電圧の複素振幅との比で定義される。
回路を解析するために、いわゆる当業者間で広く用いら
れている便利な道具である。簡単に言えば、これは、反
射係数面（即ちΓ−面）における規格化抵抗及びリアク
タンスのグラフプロットである。反射係数、Γ、は、特
性インピーダンスＺ0 を有するロスの小さな伝送線が終
了するところにある負荷ＺL での反射電圧の複素振幅と
入射電圧の複素振幅との比で定義される。
【００１８】これは数学的に、以下のように表現され
る：
る：
【数１】 ここで、ｊ＝（−１）1/2 である。その例が図３（ｂ）
に示されているスミス図表は、Γ−空間のプロットであ
り、水平軸がΓr を与え、垂直軸がΓj を与える。規格
化負荷ＺL ／Ｚ0 と称されるもう一つの有用な量は、以
下に等しく：
に示されているスミス図表は、Γ−空間のプロットであ
り、水平軸がΓr を与え、垂直軸がΓj を与える。規格
化負荷ＺL ／Ｚ0 と称されるもう一つの有用な量は、以
下に等しく：
【数２】 スミス図表にプロットされた場合のｒの異なる値は、Γ
r 軸に沿って配置される中心をそれぞれ有し、且つ全て
がΓ＝１．０∠０゜を通過する、半径の異なる円の一群
として示されている。スミス図表にプロットされた場合
のｘの異なる値は、Γr ＝１の線に沿って配置される中
心をそれぞれ有し、且つ全てがΓ＝１．０を通過する、
半径の異なる円の別の一群として示されている。従っ
て、スミス図表によれば、反射係数に対する負荷インピ
ーダンスを図から非常に簡単に読み取ることができ、そ
の逆も同様である。じきに明らかになることであろう
が、電力増幅器に認められるインピーダンスに対して遅
れ線や位相移動器が持つ効果を迅速に決定することも容
易になる。
r 軸に沿って配置される中心をそれぞれ有し、且つ全て
がΓ＝１．０∠０゜を通過する、半径の異なる円の一群
として示されている。スミス図表にプロットされた場合
のｘの異なる値は、Γr ＝１の線に沿って配置される中
心をそれぞれ有し、且つ全てがΓ＝１．０を通過する、
半径の異なる円の別の一群として示されている。従っ
て、スミス図表によれば、反射係数に対する負荷インピ
ーダンスを図から非常に簡単に読み取ることができ、そ
の逆も同様である。じきに明らかになることであろう
が、電力増幅器に認められるインピーダンスに対して遅
れ線や位相移動器が持つ効果を迅速に決定することも容
易になる。
【００１９】この背景をもって、図３（ａ）に示されて
いる電力カーブに戻ることにする。スミス図表の中心
は、伝送線特性インピーダンスと電力供給出力インピー
ダンスＺ0 に等しく、このケースでは５０オーム実部(5
0 ohms real)である。縦軸は、Γ−面（Ｚ−面とも称す
る）に垂直であるが、これはＰFWD 軸である。負荷イン
ピーダンスＺL の関数としての進行電力ＰFWD のプロッ
トは、図示されるように、略傾斜した、比較的平坦な面
５０である。ＺL＝Ｚ0である整合点では、電力増幅器に
より与えられる進行電力は、５２で標識されるように示
され、即ち、ＰFW D 軸は電力カーブ５０と交差する。実
際、ＺL が５０オーム実部(50 ohm real)のインピーダ
ンスの値から一定の方向に遠ざかる場合に、進行電力は
著しく増加する。この特性は、前述したような不安定な
状態を導き得る。
いる電力カーブに戻ることにする。スミス図表の中心
は、伝送線特性インピーダンスと電力供給出力インピー
ダンスＺ0 に等しく、このケースでは５０オーム実部(5
0 ohms real)である。縦軸は、Γ−面（Ｚ−面とも称す
る）に垂直であるが、これはＰFWD 軸である。負荷イン
ピーダンスＺL の関数としての進行電力ＰFWD のプロッ
トは、図示されるように、略傾斜した、比較的平坦な面
５０である。ＺL＝Ｚ0である整合点では、電力増幅器に
より与えられる進行電力は、５２で標識されるように示
され、即ち、ＰFW D 軸は電力カーブ５０と交差する。実
際、ＺL が５０オーム実部(50 ohm real)のインピーダ
ンスの値から一定の方向に遠ざかる場合に、進行電力は
著しく増加する。この特性は、前述したような不安定な
状態を導き得る。
【００２０】プラズマ処理チャンバに典型的に用いられ
るような高い電力レベルを実現させるためには、マルチ
ステージのＲＦ増幅器を並列に結合させることがしばし
ば必要になる。図４には、２ステージに係る従来からの
並列の構成の例を例示する。図示のように、２つの別々
の増幅器６０ａ及び６０ｂが、電力スプリッタ６２及び
電力結合器６４を用いて接続されている（電力スプリッ
タ及び電力結合器の設計及び動作の説明は、標準的なハ
ンドブック、例えば、Single-Sideband Systems and ci
rcuit, Ed. Williams E. Sabin and Edger O. Scoenke,
McGraw-Hill Book Company, ４２５〜４４７頁、等を
参照）。
るような高い電力レベルを実現させるためには、マルチ
ステージのＲＦ増幅器を並列に結合させることがしばし
ば必要になる。図４には、２ステージに係る従来からの
並列の構成の例を例示する。図示のように、２つの別々
の増幅器６０ａ及び６０ｂが、電力スプリッタ６２及び
電力結合器６４を用いて接続されている（電力スプリッ
タ及び電力結合器の設計及び動作の説明は、標準的なハ
ンドブック、例えば、Single-Sideband Systems and ci
rcuit, Ed. Williams E. Sabin and Edger O. Scoenke,
McGraw-Hill Book Company, ４２５〜４４７頁、等を
参照）。
【００２１】電力スプリッタ６２は、ＲＦソースからＲ
Ｆ信号ＰIN を受容して、そこから、電力の等しい２つ
の同一の信号を発生する。増幅器６０ａ及び６０ｂのそ
れぞれは、電力スプリッタ６２からの信号の対応する一
方を増幅する。そして、これらの増幅器の出力は、電力
結合器６４に接続されて、電力増幅器６０ａの出力電力
及び６０ｂの出力電力の合計と等しい電力を有する出力
信号を発生させる。
Ｆ信号ＰIN を受容して、そこから、電力の等しい２つ
の同一の信号を発生する。増幅器６０ａ及び６０ｂのそ
れぞれは、電力スプリッタ６２からの信号の対応する一
方を増幅する。そして、これらの増幅器の出力は、電力
結合器６４に接続されて、電力増幅器６０ａの出力電力
及び６０ｂの出力電力の合計と等しい電力を有する出力
信号を発生させる。
【００２２】ここに説明される具体例では、電力結合器
６４は、逆に動作される点を除いて、電力スプリッタ６
２と同じタイプのデバイスである。即ち、電力結合器の
入力線は電力スプリッタの出力線となり、また、電力結
合器の出力線は電力スプリッタの入力線となる。また、
これらのデバイスは、第３のポートに接続された電力抵
抗器Ｒ1 を有している。電力結合器は、電力抵抗器Ｒ1
に吸収されるあらゆる増幅度又は位相不均衡で、２つの
入力信号を等しく結合する。図４では、電力スプリッタ
６２及び電力結合器６４は、０゜(degree)デバイスであ
る。即ち、これら２つの線に現れている信号は、相互に
同調している。また、１８０゜デバイスも商業的に入手
可能である。しかし、用いるタイプに関係なく、電力増
幅器６０ａの出力に認められるインピーダンスは、電力
増幅器６０ｂに認められるインピーダンスと同一であ
る。従って、０゜デバイス又は１８０゜デバイスを用い
た場合は、増幅器６０ａと６０ｂの進行電力対ＺL 特性
は、図３に示されるシングルステージと同じである。従
って、プラズマインピーダンスの変化によって一方の増
幅器の電力出力が増加するならば、他方の増幅器の電力
も増加する。
６４は、逆に動作される点を除いて、電力スプリッタ６
２と同じタイプのデバイスである。即ち、電力結合器の
入力線は電力スプリッタの出力線となり、また、電力結
合器の出力線は電力スプリッタの入力線となる。また、
これらのデバイスは、第３のポートに接続された電力抵
抗器Ｒ1 を有している。電力結合器は、電力抵抗器Ｒ1
に吸収されるあらゆる増幅度又は位相不均衡で、２つの
入力信号を等しく結合する。図４では、電力スプリッタ
６２及び電力結合器６４は、０゜(degree)デバイスであ
る。即ち、これら２つの線に現れている信号は、相互に
同調している。また、１８０゜デバイスも商業的に入手
可能である。しかし、用いるタイプに関係なく、電力増
幅器６０ａの出力に認められるインピーダンスは、電力
増幅器６０ｂに認められるインピーダンスと同一であ
る。従って、０゜デバイス又は１８０゜デバイスを用い
た場合は、増幅器６０ａと６０ｂの進行電力対ＺL 特性
は、図３に示されるシングルステージと同じである。従
って、プラズマインピーダンスの変化によって一方の増
幅器の電力出力が増加するならば、他方の増幅器の電力
も増加する。
【００２３】ＲＦ増幅器をこの方法で結合すれば上述し
たＲＦ電源−プラズマの相互作用による発振を生じさせ
ることが、知られていた。プラズマインピーダンスがあ
る方向に変化したときに双方の分枝において進行電力が
増加し得るため、発振が開始してしまう。
たＲＦ電源−プラズマの相互作用による発振を生じさせ
ることが、知られていた。プラズマインピーダンスがあ
る方向に変化したときに双方の分枝において進行電力が
増加し得るため、発振が開始してしまう。
【００２４】図５の回路で示される変形を行うことによ
り、不安定となる可能性が完全に排除される。この変形
回路は、位相移動要素７２及び７４が、増幅器６０ａの
前後に付加されている点を除けば、図４の回路と同じで
ある。更に具体的には、ここに説明される具体例では、
２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）の位相移動
要素７２が電力増幅器６０ａの前に付加され、９０゜＋
ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）位相移動要素７４が電
力増幅器６０ａに付加されている。ここで、ｎ、ｍ及び
ｋは整数であり、いかなる正の値又はゼロをとることが
できる。位相移動要素７４は、電力増幅器６０ａに認め
られるインピーダンスを、電力増幅器６０ｂに認められ
るインピーダンスに関して回転させる。位相移動要素７
２は、下側の分枝からの入力信号と同調する信号を電力
結合器６４の入力において発生させる（即ち、これら２
つの入力の間の位相差が３６０゜の整数倍となる）に充
分な位相移動を、上側の分枝に加える。
り、不安定となる可能性が完全に排除される。この変形
回路は、位相移動要素７２及び７４が、増幅器６０ａの
前後に付加されている点を除けば、図４の回路と同じで
ある。更に具体的には、ここに説明される具体例では、
２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）の位相移動
要素７２が電力増幅器６０ａの前に付加され、９０゜＋
ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）位相移動要素７４が電
力増幅器６０ａに付加されている。ここで、ｎ、ｍ及び
ｋは整数であり、いかなる正の値又はゼロをとることが
できる。位相移動要素７４は、電力増幅器６０ａに認め
られるインピーダンスを、電力増幅器６０ｂに認められ
るインピーダンスに関して回転させる。位相移動要素７
２は、下側の分枝からの入力信号と同調する信号を電力
結合器６４の入力において発生させる（即ち、これら２
つの入力の間の位相差が３６０゜の整数倍となる）に充
分な位相移動を、上側の分枝に加える。
【００２５】位相移動要素を、代りに、電力増幅器６０
ｂの前に挿入することも可能であることに注意するべき
である。そのケースでは、９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ
（３６０゜）の位相移動を導入することが、電力結合器
６４の入力における位相に求められることを満たす上で
必要である。
ｂの前に挿入することも可能であることに注意するべき
である。そのケースでは、９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ
（３６０゜）の位相移動を導入することが、電力結合器
６４の入力における位相に求められることを満たす上で
必要である。
【００２６】位相移動要素６０ａ及び６０ｂは、適当な
長さを有するケーブル（例えば、約３０”の長さを有す
るケーブルは１３．５６ＭＨｚの信号に対して９０゜の
位相移動を生じさせる）の部分を用いることにより、簡
単に実施可能である。
長さを有するケーブル（例えば、約３０”の長さを有す
るケーブルは１３．５６ＭＨｚの信号に対して９０゜の
位相移動を生じさせる）の部分を用いることにより、簡
単に実施可能である。
【００２７】図５の構成では、ＺL が厳密に５０オーム
実部(50 ohms real)である場合は、電力増幅器６０ａ及
び６０ｂの双方は、５０オーム実部(50 ohms real)の負
荷インピーダンスを与えるだろう。しかし、ＺL が５０
オーム実部(50 ohms real)ではない場合は（即ち、シス
テムが完全な整合状態から離れてしまったならば）、電
力増幅器６０ａは、電力増幅器６０ｂに認められるイン
ピーダンスと１／４波長（即ち９０゜）だけ位相がずれ
たインピーダンスを現すであろう。更に重要なことに、
電力増幅器６０ａの電力カーブも、電力増幅器６０ｂの
電力カーブに比べて１／４波長だけ位相がずれているだ
ろう。換言すれば、図３に示されているような電力増幅
器６０ｂの電力カーブを仮定すれば、電力増幅器６０ａ
の電力カーブは、電力軸の回りに１８０゜（即ち９０゜
を２回）回転されたものであろう。ここで、インピーダ
ンスが整合状態から遠ざかる変化があっても、これが２
つの電力増幅器の電力出力を増加させないだろう。プラ
ズマインピーダンスの変化によって電力増幅器６０ｂの
出力電力が増加した場合は、電力増幅器６０ａの出力が
減少するだろう。このことは、出力増幅器の出力が増幅
器の電源の電流又は電圧の能力に制限されない限り、通
常のクラスＡ、Ｂ及びＣの電力増幅器全ての特徴であ
る。換言すれば、一方の電力増幅器が、他方の電力増幅
器の不安定になる可能性のある応答を、補償する傾向を
有するだろう。
実部(50 ohms real)である場合は、電力増幅器６０ａ及
び６０ｂの双方は、５０オーム実部(50 ohms real)の負
荷インピーダンスを与えるだろう。しかし、ＺL が５０
オーム実部(50 ohms real)ではない場合は（即ち、シス
テムが完全な整合状態から離れてしまったならば）、電
力増幅器６０ａは、電力増幅器６０ｂに認められるイン
ピーダンスと１／４波長（即ち９０゜）だけ位相がずれ
たインピーダンスを現すであろう。更に重要なことに、
電力増幅器６０ａの電力カーブも、電力増幅器６０ｂの
電力カーブに比べて１／４波長だけ位相がずれているだ
ろう。換言すれば、図３に示されているような電力増幅
器６０ｂの電力カーブを仮定すれば、電力増幅器６０ａ
の電力カーブは、電力軸の回りに１８０゜（即ち９０゜
を２回）回転されたものであろう。ここで、インピーダ
ンスが整合状態から遠ざかる変化があっても、これが２
つの電力増幅器の電力出力を増加させないだろう。プラ
ズマインピーダンスの変化によって電力増幅器６０ｂの
出力電力が増加した場合は、電力増幅器６０ａの出力が
減少するだろう。このことは、出力増幅器の出力が増幅
器の電源の電流又は電圧の能力に制限されない限り、通
常のクラスＡ、Ｂ及びＣの電力増幅器全ての特徴であ
る。換言すれば、一方の電力増幅器が、他方の電力増幅
器の不安定になる可能性のある応答を、補償する傾向を
有するだろう。
【００２８】電力結合器６４は、以下の方法で、電源の
安定化を更に促進する。２つの電力増幅器６０ａ及び６
０ｂが、等しい振幅を有する信号を発生させて、同調
し、即ち等しい進行電力を有するときは、電力結合器６
４はこれら２つの信号を結合して、２つの電力増幅器の
進行電力の合計である全進行電力を有する出力信号を作
り出す。電力結合器６４へ至る２つの入力信号が同調し
且つ等しい振幅を有するので、電力抵抗器Ｒ1 は電力を
損失させない。しかし、２つの電力増幅器がバランスし
ていない信号を発生している場合は、電力抵抗器Ｒ1 が
この振幅の不均衡を吸収するだろう。
安定化を更に促進する。２つの電力増幅器６０ａ及び６
０ｂが、等しい振幅を有する信号を発生させて、同調
し、即ち等しい進行電力を有するときは、電力結合器６
４はこれら２つの信号を結合して、２つの電力増幅器の
進行電力の合計である全進行電力を有する出力信号を作
り出す。電力結合器６４へ至る２つの入力信号が同調し
且つ等しい振幅を有するので、電力抵抗器Ｒ1 は電力を
損失させない。しかし、２つの電力増幅器がバランスし
ていない信号を発生している場合は、電力抵抗器Ｒ1 が
この振幅の不均衡を吸収するだろう。
【００２９】位相移動要素７４及び電力結合器６４の正
味の効果は、図６に示されているように、そこに現れて
いる進行電力対ＺL 特性を作り出す。その結果得られた
電源の電力カーブは、最適整合点のところ又はその近く
で最大値８０を示している。しかし、用いられる電力増
幅器の特性によっては、最大値は実際に整合点に配置さ
れないこともある。それでも、得られる電力カーブは最
適整合点の近傍に形状を有しているだろうことから、最
適整合点から遠ざかるいかなる動きも電源の電力出力を
著しく増加させることがない（即ち、前に見られたタイ
プの不安定さを生じさせるほど大きくは増加しない）。
実に、この技術は、上述の電源−プラズマ相互作用発振
の問題を完全に解決することが立証されている。
味の効果は、図６に示されているように、そこに現れて
いる進行電力対ＺL 特性を作り出す。その結果得られた
電源の電力カーブは、最適整合点のところ又はその近く
で最大値８０を示している。しかし、用いられる電力増
幅器の特性によっては、最大値は実際に整合点に配置さ
れないこともある。それでも、得られる電力カーブは最
適整合点の近傍に形状を有しているだろうことから、最
適整合点から遠ざかるいかなる動きも電源の電力出力を
著しく増加させることがない（即ち、前に見られたタイ
プの不安定さを生じさせるほど大きくは増加しない）。
実に、この技術は、上述の電源−プラズマ相互作用発振
の問題を完全に解決することが立証されている。
【００３０】図５の構成は、この目的を達成する構成だ
けではない。重要なことは、一方の電力増幅器の出力の
ところで、充分な位相移動を加えていることである。２
つの電力増幅器のステージの出力で認められるインピー
ダンスに限っては、この技術は、前述のタイプの不安定
さを排除するように機能する。換言すれば、電力増幅器
６０ｂの出力における位相移動は、９０゜である必要は
ない。この電力増幅器が、他方の電力増幅器に応じて生
じ得る不安定さを補償するのであれば、どの量でもよ
い。この量は、用いられている特定の電力増幅器及び特
定の構成に対して、実験的に決定できる。位相移動要素
７２によって与えられる第２の位相移動は、０゜結合器
の入力のところで存在する要求、即ち、相互に同調しな
ければならないことを、容易に満たしている。
けではない。重要なことは、一方の電力増幅器の出力の
ところで、充分な位相移動を加えていることである。２
つの電力増幅器のステージの出力で認められるインピー
ダンスに限っては、この技術は、前述のタイプの不安定
さを排除するように機能する。換言すれば、電力増幅器
６０ｂの出力における位相移動は、９０゜である必要は
ない。この電力増幅器が、他方の電力増幅器に応じて生
じ得る不安定さを補償するのであれば、どの量でもよ
い。この量は、用いられている特定の電力増幅器及び特
定の構成に対して、実験的に決定できる。位相移動要素
７２によって与えられる第２の位相移動は、０゜結合器
の入力のところで存在する要求、即ち、相互に同調しな
ければならないことを、容易に満たしている。
【００３１】更に、この技術は、２つ以上のステージを
有する電源に用いられてもよい。２以上の電源が用いら
れた場合は、これらを２つのグループに分け、各グルー
プを、上述のような２ステージの構成の単一の電力増幅
器として取り扱うことが可能である。あるいは、電力増
幅器は、別々に取り扱われてもよい。例えば、図７に示
されるように４つの電力増幅器がある場合は、これらの
電力増幅器のうちの３つの出力のところにはそれぞれ、
４５゜、９０゜及び１３５゜の位相移動要素を用いるこ
とが可能である。これらの位相移動要素は、その隣に対
して一方の電力増幅器から９０゜だけ、電力カーブを回
転させるように動作する。
有する電源に用いられてもよい。２以上の電源が用いら
れた場合は、これらを２つのグループに分け、各グルー
プを、上述のような２ステージの構成の単一の電力増幅
器として取り扱うことが可能である。あるいは、電力増
幅器は、別々に取り扱われてもよい。例えば、図７に示
されるように４つの電力増幅器がある場合は、これらの
電力増幅器のうちの３つの出力のところにはそれぞれ、
４５゜、９０゜及び１３５゜の位相移動要素を用いるこ
とが可能である。これらの位相移動要素は、その隣に対
して一方の電力増幅器から９０゜だけ、電力カーブを回
転させるように動作する。
【００３２】一般的には、ｘステージ（ｘは典型的には
偶数の整数である）が用いられている場合は、ｒ（１８
０゜／ｘ）の位相移動要素を用いる１つのアプローチが
ある。ここで、ｒはステージを特定し、ｒ＝１，２，・
・・，ｘである。
偶数の整数である）が用いられている場合は、ｒ（１８
０゜／ｘ）の位相移動要素を用いる１つのアプローチが
ある。ここで、ｒはステージを特定し、ｒ＝１，２，・
・・，ｘである。
【００３３】図８に示される別の具体例では、１８０゜
電力結合器６５が用いられている。このケースでは、前
述の２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）の位相
移動要素の代りに、９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６
０゜）の位相移動要素が電力増幅器６０ａの前に用いら
れている。１８０゜電力結合器の入力に到達する信号
が、位相が１８０゜ずれていなければならないため、こ
れが必要である。
電力結合器６５が用いられている。このケースでは、前
述の２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）の位相
移動要素の代りに、９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６
０゜）の位相移動要素が電力増幅器６０ａの前に用いら
れている。１８０゜電力結合器の入力に到達する信号
が、位相が１８０゜ずれていなければならないため、こ
れが必要である。
【００３４】また、異なるデザインの、それぞれが他方
の増幅器の電力カーブを補償する電力カーブを有してい
る、２つの電力増幅器を用いることも可能である。
の増幅器の電力カーブを補償する電力カーブを有してい
る、２つの電力増幅器を用いることも可能である。
【００３５】ここ説明されている具体例で用いられる典
型的な電力レベルは、１３．５６ＭＨｚで１ｋＷであ
る。しかし、この技術は、プラズマチャンバ内で用いら
れるだろうあらゆる周波数（例えばＲＦ）及び電力レベ
ルで機能する。
型的な電力レベルは、１３．５６ＭＨｚで１ｋＷであ
る。しかし、この技術は、プラズマチャンバ内で用いら
れるだろうあらゆる周波数（例えばＲＦ）及び電力レベ
ルで機能する。
【００３６】上述の具体例に対して、電力スプリッタの
出力と電力増幅器の入力の間、又は、電力増幅器の出力
と結合器の入力との間に、何か接続があれば、それは典
型的には信号に位相移動を導入するだろう。この導入さ
れた位相移動の量は、回路の長さによって小さくもなれ
ば大きくもなるだろう。従って、図には、全ての分枝の
全ての増幅器の入力及び出力の両方に位相移動要素があ
ることが暗黙である。しかし、説明を簡単にし、且つ、
重要な位相移動の相対差を強調するため、これらは示さ
れない。
出力と電力増幅器の入力の間、又は、電力増幅器の出力
と結合器の入力との間に、何か接続があれば、それは典
型的には信号に位相移動を導入するだろう。この導入さ
れた位相移動の量は、回路の長さによって小さくもなれ
ば大きくもなるだろう。従って、図には、全ての分枝の
全ての増幅器の入力及び出力の両方に位相移動要素があ
ることが暗黙である。しかし、説明を簡単にし、且つ、
重要な位相移動の相対差を強調するため、これらは示さ
れない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電源
では、プラズマインピーダンスが変化した際に、電源か
らの供給電力の増加が防止されるため、相互作用による
発振が開始することはない。
では、プラズマインピーダンスが変化した際に、電源か
らの供給電力の増加が防止されるため、相互作用による
発振が開始することはない。
【００３８】従って、ＲＦ電力供給器においてしばしば
生じる発振の問題を解決することが可能となる。
生じる発振の問題を解決することが可能となる。
【図１】ＲＦプラズマシステムのブロック線図である。
【図２】典型的なシングルステージＲＦトランジスタ電
力増幅器及び負荷のブロック線図である。
力増幅器及び負荷のブロック線図である。
【図３】（ａ）は典型的なＲＦトランジスタ増幅器の進
行電力出力対負荷のインピーダンスのグラフであり、
（ｂ）はスミス図表である。
行電力出力対負荷のインピーダンスのグラフであり、
（ｂ）はスミス図表である。
【図４】従来から用いられる典型的な高出力ＲＦ電源の
ブロック線図である。
ブロック線図である。
【図５】本発明に従って構成されるＲＦ電源のブロック
線図である。
線図である。
【図６】図４の電源に関する進行電力の出力の等高線図
である
である
【図７】４つの電力増幅器を用いた、本発明の具体例の
ブロック線図である。
ブロック線図である。
【図８】１８０゜電力結合器を用いた別の具体例のブロ
ック線図である。
ック線図である。
２…ＲＦ電源、４…プラズマチャンバ、６…ＲＦ整合回
路、８…同軸ケーブル、１０…検出回路、２０…ＲＦ電
源、２２…ＲＦ信号ソース、２４…電力増幅器、５０…
電力カーブ、６０ａ，６０ｂ…増幅器、６２…電力スプ
リッタ、６４，６５…電力結合器、７２，７４…位相移
動要素、８０…最大値。
路、８…同軸ケーブル、１０…検出回路、２０…ＲＦ電
源、２２…ＲＦ信号ソース、２４…電力増幅器、５０…
電力カーブ、６０ａ，６０ｂ…増幅器、６２…電力スプ
リッタ、６４，６５…電力結合器、７２，７４…位相移
動要素、８０…最大値。
フロントページの続き (71)出願人 596031653 コムデル アールエフ パワー システム ズ Ｃｏｍｄｅｌ ＲＦ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓ ｔｅｍｓ アメリカ合衆国， マサチューセッツ州 01915， ビバリー， ソヒアー ロード 126 126 Ｓｏｈｉｅｒ Ｒｏａｄ Ｂｅｖｅ ｒｌｙ， ＭＡ 01915 (72)発明者 ブラッドリー オー． スティムソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94040， マウンテン ヴュー， ドュー イ プレイス 1105 (72)発明者 ポール ダブリュー． ランメル アメリカ合衆国， マサチューセッツ州 01902， リン， ビーコン ヒルズ コ ート 58
Claims (40)
- 【請求項１】 ＲＦ電力増幅器であって、 ＲＦ信号を受容する入力線と、前記ＲＦ信号から誘導さ
れる第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、前記Ｒ
Ｆ信号から誘導される第２の出力信号を伝送する第２の
出力線と有するスプリッタと、 前記第１の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる第１の分枝回路であって、前記第１の分
枝回路は、第１の電力増幅器と位相移動要素とを備え、
前記第１の電力増幅器は出力線を有する、前記第１の分
枝回路と、 前記第２の出力信号を受容して、そこから第２の誘導信
号を発生させる第２の分枝回路であって、前記第２の分
枝回路は、出力線を有する第２の電力増幅器を備える、
前記第２の分枝回路と、 第１の入力と第２の入力とを備える結合器であって、前
記第１の入力は前記第１の誘導信号を受容し、前記第２
の入力は前記第２の誘導信号を受容し、前記結合器は前
記第１の誘導信号と前記第２の誘導信号とを結合してそ
こから電力出力信号を作り出す、前記結合器と、を備
え、前記位相移動要素は、該第１の電力増幅器の該出力
線と該結合器の該第１の入力との間に接続され、該第１
の電力増幅器から該結合器へと通過する信号を、該第２
の電力増幅器から該結合器へ通過する信号に関連して位
相移動させる、ＲＦ電力増幅器。 - 【請求項２】 該位相移動が、プラズマへ電力を供給し
たときに、該ＲＦ電力増幅器における発振による不安定
性を防止するに充分である請求項１に記載のＲＦ電力増
幅器。 - 【請求項３】 該位相移動が、約４５゜＋ｎ（１８０
゜）であり、ｎは整数である請求項１に記載のＲＦ電力
増幅器。 - 【請求項４】 該位相移動が、約９０゜＋ｎ（１８０
゜）であり、ｎは整数である請求項１に記載のＲＦ電力
増幅器。 - 【請求項５】 前記第１の分枝回路が更に、該スプリッ
タの該第１の出力と該第１の電力増幅器との間に接続さ
れた第２の位相移動要素を備え、前記第２の位相移動要
素は、第１番目に述べられた位相移動要素の位相移動に
加えられたときに、該第１の誘導信号は該第２の誘導信
号に対して所定の位相関係を有するようになり、前記所
定の位相関係は、該結合器の要求によって決定される、
請求項１に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項６】 該第１番目に述べられた位相移動と第２
の位相移動とにより、該第１の誘導信号が該第２の誘導
信号と同調する請求項５に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項７】 該第１番目に述べられた位相移動が約９
０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）であり、ｎ及び
ｍは整数、また、第２の位相移動は約２７０゜＋ｎ（１
８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋは整数である、請
求項６に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項８】 該第１番目に述べられた位相移動と該第
２の位相移動とにより、該第１の誘導信号が、該第２の
誘導信号と１８０゜位相がずれる請求項５に記載のＲＦ
電力増幅器。 - 【請求項９】 該第１番目に述べられた位相移動が、約
９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）であり、ｎ及
びｍは整数、また、第２の位相移動は約９０゜＋ｎ（１
８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋは整数である、請
求項８に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項１０】 該位相移動要素が、所定の長さのケー
ブルのセグメントである請求項５に記載のＲＦ電力増幅
器。 - 【請求項１１】 該第２の位相移動要素が、所定の長さ
のケーブルのセグメントである請求項１０に記載のＲＦ
電力増幅器。 - 【請求項１２】 該結合器が０゜結合器である請求項５
に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項１３】 該結合器が１８０゜結合器である請求
項５に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項１４】 前記第２の分枝回路が更に、該スプリ
ッタの該第２の出力と該第２の電力増幅器との間に接続
された第２の位相移動要素を備え、前記第２の位相移動
要素によって該第２の誘導信号は該第１の誘導信号に対
して所定の位相関係を有するようになり、前記所定の位
相関係は、該結合器の要求によって決定される、請求項
１に記載のＲＦ電力増幅器。 - 【請求項１５】 ＲＦ電力増幅器であって、 ＲＦ信号を受容する入力線と、前記ＲＦ信号から与えら
れる第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、前記Ｒ
Ｆ信号から与えられる第２の出力信号を伝送する第２の
出力線と有するスプリッタと、 前記第１の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる第１の分枝回路であって、前記第１の分
枝回路は、第１の電力増幅器を備える、前記第１の分枝
回路と、 前記第２の出力信号を受容して、そこから第２の誘導信
号を発生させる第２の分枝回路であって、前記第２の分
枝回路は、出力線を有する第２の電力増幅器を備える、
前記第２の分枝回路と、 第１の入力と第２の入力と出力とを備える結合器であっ
て、前記第１の入力は前記第１の誘導信号を受容し、前
記第２の入力は前記第２の誘導信号を受容し、前記結合
器は前記第１の誘導信号と前記第２の誘導信号とを結合
してそこから電力出力信号を作り出す、前記結合器と、
を備え、該結合器の出力に接続される負荷において、該
第１の電力増幅器は第１の進行電力カーブ面に特性を有
し、該第２の電力増幅器は第２の進行電力カーブ面に特
性を有し、該第１の電力増幅器の進行電力のレベルを増
加させる負荷の変化が該第２の電力増幅器の進行電力の
レベルを減少させるように、該第１の電力カーブ面と該
第２の電力カーブ面とが相互に向きが与えられ、その逆
も成り立つ、ＲＦ電力増幅器。 - 【請求項１６】 プラズマ処理装置であって、 プラズマ処理チャンバと、 該プラズマ処理チャンバへ電力を供給するＲＦ電力増幅
器と、 前記ＲＦ電力増幅器に接続されてＲＦ信号を供給するＲ
Ｆ発信器と、を備え、 前記ＲＦ電力増幅器が、 ＲＦ信号を受容する入力線と、前記ＲＦ信号から与えら
れる第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、前記Ｒ
Ｆ信号から与えられる第２の出力信号を伝送する第２の
出力線と有するスプリッタと、 前記第１の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる第１の分枝回路であって、前記第１の分
枝回路は、第１の電力増幅器と位相移動要素とを備え、
前記第１の電力増幅器は出力線を有する、前記第１の分
枝回路と、 前記第２の出力信号を受容して、そこから第２の誘導信
号を発生させる第２の分枝回路であって、前記第２の分
枝回路は、出力線を有する第２の電力増幅器を備える、
前記第２の分枝回路と、 第１の入力と第２の入力とを備える結合器であって、前
記第１の入力は前記第１の誘導信号を受容し、前記第２
の入力は前記第２の誘導信号を受容し、前記結合器は前
記第１の誘導信号と前記第２の誘導信号とを結合してそ
こから電力出力信号を作り出す、前記結合器と、 を備え、 前記位相移動要素は、該第１の電力増幅器の該出力線と
該結合器の該第１の入力との間に接続され、該第１の電
力増幅器から該結合器へと通過する信号を、該第２の電
力増幅器から該結合器へ通過する信号に関連して位相移
動させる、 ＲＦ電力増幅器である、プラズマ処理装置。 - 【請求項１７】 該位相移動が、約４５゜＋ｎ（１８０
゜）であり、ｎは整数である請求項１６に記載のプラズ
マ処理装置。 - 【請求項１８】 該位相移動が、約９０゜＋ｎ（１８０
゜）であり、ｎは整数である請求項１６に記載のプラズ
マ処理装置。 - 【請求項１９】 前記第１の分枝回路が更に、該スプリ
ッタの該第１の出力と該第１の電力増幅器との間に接続
された第２の位相移動要素を備え、前記第２の位相移動
要素は、第１番目に述べられた位相移動要素の位相移動
に加えられたときに、該第１の誘導信号は該第２の誘導
信号に対して所定の位相関係を有するようになり、前記
所定の位相関係は、該結合器の要求によって決定され
る、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２０】 該第１番目に述べられた位相移動と第
２の位相移動とにより、該第１の誘導信号が該第２の誘
導信号と同調する請求項１９に記載のプラズマ処理装
置。 - 【請求項２１】 該第１番目に述べられた位相移動が約
９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）であり、ｎ及
びｍは整数、また、第２の位相移動は約２７０゜＋ｎ
（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋは整数であ
る、請求項１６に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２２】 該第１番目に述べられた位相移動と該
第２の位相移動とにより、該第１の誘導信号が、該第２
の誘導信号と１８０゜位相がずれる請求項１９に記載の
プラズマ処理装置。 - 【請求項２３】 該第１番目に述べられた位相移動が、
約９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）であり、ｎ
及びｍは整数、また、第２の位相移動は約９０゜＋ｎ
（１８０゜）＋ｋ（３６０゜）であり、ｋは整数であ
る、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２４】 該位相移動要素が、所定の長さのケー
ブルのセグメントである請求項１９に記載のプラズマ処
理装置。 - 【請求項２５】 該第２の位相移動要素が、所定の長さ
のケーブルのセグメントである請求項２４に記載のプラ
ズマ処理装置。 - 【請求項２６】 該結合器が０゜結合器である請求項１
９に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２７】 該結合器が１８０゜結合器である請求
項１９に記載のプラズマ処理装置。 - 【請求項２８】 ＲＦ信号を増幅する方法であって、
前記方法は、 該ＲＦ信号を第１の出力信号と第２の出力信号とにスプ
リットさせるステップと、 該第１の出力信号を電力増幅して第１の増幅信号を発生
させるステップと、 該第２の出力信号を電力増幅して第２の増幅信号を発生
させるステップと、 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号に対して位相移動
させて、位相移動信号を発生させるステップと、 該第１の増幅信号と該位相移動信号とを結合して、そこ
から電力出力信号を発生させるステップと、を有する方
法。 - 【請求項２９】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて位相移動信号を発生させる該ス
テップが、約４５゜よりも大きな位相移動を生じさせる
請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３０】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて位相移動信号を発生させる該ス
テップが、約９０゜よりも大きな位相移動を生じさせる
請求項２８に記載の方法。 - 【請求項３１】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて位相移動信号を発生させる該ス
テップが、約９０゜＋ｎ（３６０゜）の位相移動を生じ
させ、ｎは整数である、請求項３０に記載の方法。 - 【請求項３２】 前記第２の出力信号を増幅する前に、
該第２の出力信号を該第１の出力信号に対して位相移動
させるステップを、更に有する請求項２８に記載の方
法。 - 【請求項３３】 該第２の出力信号を該第１の出力信号
に対して位相移動させるステップと、該第２の増幅信号
を該第１の増幅信号に対して位相移動させて、位相移動
信号を発生させるステップとにより、該位相移動信号が
該第１の増幅信号と所定の位相関係を有するようにな
り、該所定の位相関係は、該結合器の応急によって決定
される、請求項３２に記載の方法。 - 【請求項３４】 該第２の出力信号を該第１の出力信号
に対して位相移動させるステップと、該第２の増幅信号
を該第１の増幅信号に対して位相移動させて、位相移動
信号を発生させるステップとにより、該位相移動信号が
該第１の増幅信号と同調するようになる請求項３３に記
載の方法。 - 【請求項３５】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて、位相移動信号を発生させるス
テップが、約９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）
の位相移動を導き、ｎ及びｍは整数であり、また、該第
２の出力信号を該第１の出力信号に対して位相移動させ
るステップが、約２７０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６
０゜）の位相移動を導き、ｋは整数である、請求項３４
に記載の方法。 - 【請求項３６】 該第２の出力信号を該第１の出力信号
に対して位相移動させるステップと、該第２の増幅信号
を該第１の増幅信号に対して位相移動させて、位相移動
信号を発生させるステップとにより、該位相移動信号が
該第１の増幅信号に対して１８０゜位相がずれることに
なる請求項３３に記載の方法。 - 【請求項３７】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて、位相移動信号を発生させるス
テップが、約９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｍ（３６０゜）
の位相移動を導き、ｎ及びｍは整数であり、また、該第
２の出力信号を該第１の出力信号に対して位相移動させ
るステップが、約９０゜＋ｎ（１８０゜）＋ｋ（３６０
゜）の位相移動を導き、ｋは整数である、請求項３６に
記載の方法。 - 【請求項３８】 該第２の増幅信号を該第１の増幅信号
に対して位相移動させて、位相移動信号を発生させるス
テップが、所定の長さを有するケーブルのセグメントを
用いて前記位相移動を行う工程を有する請求項３２に記
載の方法。 - 【請求項３９】 該第２の出力信号を該第１の出力信号
に対して位相移動させるステップが、第２の所定の長さ
を有するケーブルの第２のセグメントを用いて前記位相
移動を行う工程を有する請求項３８に記載の方法。 - 【請求項４０】 ＲＦ電源であって、 ＲＦ信号を発生するＲＦ発信器と、 前記ＲＦ信号を受容する入力と、前記ＲＦ信号から誘導
される第１の出力信号を伝送する第１の出力線と、前記
ＲＦ信号から誘導される第２の出力信号を伝送する第２
の出力線と有するスプリッタと、 前記第１の出力信号を受容して、そこから第１の誘導信
号を発生させる第１の分枝回路であって、前記第１の分
枝回路は、第１の電力増幅器と位相移動要素とを備え、
前記第１の電力増幅器は出力線を有する、前記第１の分
枝回路と、 前記第２の出力信号を受容して、そこから第２の誘導信
号を発生させる第２の分枝回路であって、前記第２の分
枝回路は、出力線を有する第２の電力増幅器を備える、
前記第２の分枝回路と、 第１の入力と第２の入力とを備える結合器であって、前
記第１の入力は前記第１の誘導信号を受容し、前記第２
の入力は前記第２の誘導信号を受容し、前記結合器は前
記第１の誘導信号と前記第２の誘導信号とを結合してそ
こから電力出力信号を作り出す、前記結合器と、を備
え、前記位相移動要素は、該第１の電力増幅器の該出力
線と該結合器の該第１の入力との間に接続され、該第１
の電力増幅器から該結合器へと通過する信号を、該第２
の電力増幅器から該結合器へ通過する信号に関連して位
相移動させる、ＲＦ電源。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/398,426 US5712592A (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | RF plasma power supply combining technique for increased stability |
| US08/398426 | 1995-03-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09289100A true JPH09289100A (ja) | 1997-11-04 |
| JP4124836B2 JP4124836B2 (ja) | 2008-07-23 |
Family
ID=23575338
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04936096A Expired - Lifetime JP4124836B2 (ja) | 1995-03-06 | 1996-03-06 | 安定性向上のための技術と結合したｒｆプラズマ電源 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5712592A (ja) |
| EP (1) | EP0731559B1 (ja) |
| JP (1) | JP4124836B2 (ja) |
| KR (1) | KR100318788B1 (ja) |
| AT (1) | ATE208544T1 (ja) |
| DE (1) | DE69616620T2 (ja) |
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