JPH0964611A - インピーダンス制御方法および装置ならびにそれを用いたマイクロ波処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御アルゴリズムを複雑にすることなく、広
範囲で安定したインピーダンス整合を実現する。 【構成】 マグネトロン２から発生するマイクロ波を、
アイソレータ３、方向性結合器４、インピーダンス制御
装置１を介して真空処理室５に導入するマイクロ波処理
装置において、インピーダンス制御装置１を、外筒導波
管１ａ、外筒導波管１ａに対して軸方向に変位自在に嵌
合する内筒導波管１ｂ、内筒導波管１ｂに固定される駆
動アーム１ｄ、駆動アーム１ｄが螺合する送りネジ１
ｅ、送りネジ１ｅを任意の方向に任意に回転量で駆動す
るモータ１ｆを含む構成とし、内筒導波管１ｂの軸方向
の変位によって、マグネトロン２から真空処理室５に至
るマイクロ波の伝播経路の長さを調整してインピーダン
ス整合（制御）を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インピーダンス制御技
術およびマイクロ波処理技術に関し、特に、安定したイ
ンピーダンス整合を必要とされる種々のマイクロ波プラ
ズマ処理等に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体装置の製造プロセスで
は、マイクロ波エネルギを援用したプラズマ化学気相成
長による薄膜形成、マイクロ波ドライエッチング、アッ
シング装置など、マイクロ波を利用したプラズマの生成
処理が多数存在し、マイクロ波インピーダンスの整合安
定は、このプラズマで処理を行うシステムには重要なプ
ロセスパラメータの一つとなっている。

【０００３】従来、このようなマイクロ波インピーダン
ス整合には、たとえば、株式会社電気書院、昭和６１年
１２月２５日発行、「工業用マイクロ波応用技術」Ｐ１
９８等の文献にも記載されているように、一般的にスタ
ブ整合器と呼ばれている位置固定型容量ねじ整合器が用
いられていた。このスタブ整合器は、λ／８もしくはλ
／４間隔で設けられた２本、または３本の容量性ポスト
の導波管側壁から内部への挿入量で調整し、整合を取る
構造となっている。また、ＥＨ整合器は、Ｅ分岐、Ｈ分
岐をそれぞれ２から３の可動短絡端を移動させること
で、アドミタンスを変化させ、インピーダンス整合を実
現するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術のように、複数の容量性ポスト（スタブ）または可動
短絡端の組み合わせで整合を取る技術では、制御要素が
二〜三次元の制御となり、アルゴリズムが複雑となると
いう問題がある。また、その操作は高度な技術、経験が
必要となり、熟練者でなければ的確な操作が困難であっ
た。さらに、スタブの挿入などで導波管を伝達されるマ
イクロ波を乱し、処理室へ到達するマイクロ波によって
形成されるプラズマが不均一となって、処理結果にばら
つきを生じる懸念があった。

【０００５】本発明の目的は、簡単なアルゴリズムでイ
ンピーダンスを広い範囲で的確に制御することが可能な
インピーダンス制御技術を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、高度な技術、経験を
必要とせずに広い範囲で安定したインピーダンス制御を
行うことが可能なインピーダンス制御技術を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、簡単なアルゴ
リズムで導波路のインピーダンスを広い範囲で的確に制
御することが可能なマイクロ波処理技術を提供すること
にある。

【０００８】本発明のさらに他の目的は、高度な技術、
経験を必要とせずに広い範囲で安定した導波路のインピ
ーダンス制御を行うことが可能なマイクロ波処理技術を
提供することにある。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、導波路におけ
るマイクロ波の伝播状態を乱すことなく、導波路のイン
ピーダンス制御を行うことが可能なマイクロ波処理技術
を提供することにある。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、導波路におけ
るマイクロ波の伝播状態を乱すことなく、導波路のイン
ピーダンスを的確に制御して、均一な処理結果を得るこ
とが可能なマイクロ波処理技術を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】本発明のインピーダンス制御方法は、少な
くとも二つの第１および第２の導波管の少なくとも一部
が重なり合うように軸方向に変位自在に結合し、前記第
１および第２の導波管を軸方向に相対的に変位させるこ
とによって前記第１および第２の導波管を含むマイクロ
波伝達系のインピーダンスを制御するものである。

【００１４】また、本発明のインピーダンス制御装置
は、第１の導波管と、この第１の導波管の内側または外
側に二重構造で覆われる第２の導波管とを軸方向に移動
自在に重ね合わせて一体の導波管を形成し、その一方の
軸方向の変位を制御する機構を持つようにしたものであ
る。

【００１５】また、本発明のマイクロ波処理装置は、た
とえば、マイクロ波発生源、マイクロ波のエネルギを援
用して処理を実行する処理室（負荷）、マイクロ波発生
源から得られるマイクロ波を処理室に導く導波路、この
導波路の一部に設けられ、マイクロ波の電力を検出する
マイクロ波電力検出手段とを含む立体回路の負荷側の終
端に、第１の導波管と、この第１の導波管の内側または
外側に二重構造で覆われる第２の導波管とを軸方向に移
動自在に重ね合わせて一体の導波管を形成し、その一方
の軸方向の変位を制御する機構を配置したものである。
または既存インピーダンス整合装置と負荷となる処理室
の間に軸方向に可動な導波管を設置し、この導波管を軸
方向に変移させてインピーダンス制御を行うようにした
ものである。

【００１６】

【作用】上記した本発明のインピーダンス制御技術およ
びマイクロ波処理技術によれば、第１の導波管と、その
第１の導波管に覆われる、第２の導波管の重なり合う部
分をスライドすることで内部を伝達されるマイクロ波の
インピーダンス整合を取る。このように本発明の整合方
式は、一つの構成要素の変位方向および変位量の制御で
インピーダンス整合が可能となる。これにより、制御が
一次元ですみ、特にコンピュータによる自動制御系を構
築する場合等においては、複雑なアルゴリズムを必要と
せず、制御方法の簡略化やソフトウェアの作成の容易化
を実現できる。また、手動操作による場合でも、高度な
技術、経験を必要とせずに安定した導波路のインピーダ
ンス制御を行うことが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明の一実施例で
あるインピーダンス制御方法が実施されるインピーダン
ス制御装置を用いたマイクロ波処理装置の構成の一例を
示す一部破断図であり、図２は、インピーダンス制御装
置を取り出して示す断面図である。

【００１９】本実施例におけるマイクロ波処理装置は、
たとえばマイクロ波ドライエッチング、マイクロ波アッ
シングやプラズマ化学気相成長による薄膜形成などが行
える真空処理室５、マイクロ波を発生するマグネトロン
２、反射波を吸収するアイソレータ３、マイクロ波電力
の検出を行う方向性結合器４、この方向性結合器４と真
空処理室５の途中に設けられたインピーダンス制御装置
１とで構成されている。

【００２０】この場合、インピーダンス制御装置１は、
外筒導波管１ａ（第１の導波管）と、この外筒導波管１
ａの内側に軸方向に移動自在に挿入される内筒導波管１
ｂ（第２の導波管）を含んでおり、アイソレータ３と真
空処理室５を接続している。外筒導波管１ａの側面に
は、長手方向にスリット１ｃが形成されており、このス
リット１ｃを通じて駆動アーム１ｄの内端部が内側の内
筒導波管１ｂに固定されている。駆動アーム１ｄの外端
部は、モータ１ｆによって回転駆動される送りネジ１ｅ
に螺合しており、モータ１ｆの回転方向および回転量の
制御によって内筒導波管１ｂを外筒導波管１ａに対して
軸方向に相対的に移動させる制御動作が行われる。

【００２１】すなわち、本実施例では、図２に例示され
るように、外筒導波管１ａは、マイクロ波処理装置にお
ける立体回路システムの一部を成す形となり、方向性結
合器４と負荷となる真空処理室５とを接続して固定させ
ている。一方、内筒導波管１ｂは、固定された外筒導波
管１ａの内側に二重構造をとり一体形成される。この内
筒導波管１ｂは、方向性結合器４から、マイクロ波電力
の検出信号に基づいて駆動用のモータ１ｆの回転方向お
よび回転量を制御することにより、送りネジ１ｅ、駆動
アーム１ｄを介して、図２の上下方向にスライドし、マ
イクロ波処理装置におけるマグネトロン２から真空処理
室５に至るマイクロ波伝達経路のインピーダンスが制御
される。

【００２２】以下、本実施例のインピーダンス制御装置
およびマイクロ波処理装置の作用の一例を説明する。

【００２３】インピーダンス制御装置１は、マグネトロ
ン２から真空処理室５に至るマイクロ波電力の反射波を
最少にすることで、マイクロ波電力を負荷に効率よく真
空処理室５に伝搬するために設けられている。マイクロ
波の反射波電力を方向性結合器４で検出し、その検出信
号をインピーダンス制御装置１のモータ１ｆの制御に帰
還させ、送りネジ１ｅおよび駆動アーム１ｄを介して内
筒導波管１ｂを外筒導波管１ａの内部で軸方向にスライ
ドさせ、外筒導波管１ａおよび内筒導波管１ｂによるマ
イクロ波の伝播経路の制御ストローク長Ｌを延び縮みさ
せる。すなわちマイクロ波処理装置においてマイクロ波
が伝播する立体回路の長さを変えることでインピーダン
スを変え、整合を取れるように制御する。これにより、
制御としては、内筒導波管１ｂの一次元方向のスライド
動作だけになり、複雑なアルゴリズムを必要とせずに広
い範囲で簡便かつ精密なインピーダンス整合（制御）が
可能となる。

【００２４】また、本実施例の場合、インピーダンス制
御装置１は、内筒導波管１ｂが外筒導波管１ａに対して
軸方向に相対的に移動する構造であるため、方向性結合
器４およびそれより上側のアイソレータ３、マグネトロ
ン２と、真空処理室５との位置関係を変化させることな
く組み込むことができるので、既存のマイクロ波処理装
置を簡単に改造でき、マイクロ波処理装置の全体の制作
コストを増加させることなく、簡便かつ精密なインピー
ダンス整合を実現することができる。

【００２５】また、内筒導波管１ｂのスライド操作は、
方向性結合器４によって検出されるマイクロ波電力に基
づく自動制御に限らず、手動操作を併用することもでき
る。この手動による操作では、送りネジ１ｅの端部に図
示しないにハンドルなどを取り付け、送りネジ１ｅを所
望の方向に所望の回転量だけ回転させて内筒導波管１ｂ
をスライドさせることによりインピーダンス整合を調整
する。このような手動操作によるインピーダンス整合の
調整においても、内筒導波管１ｂの軸方向の変位という
一次元の単純な制御で済むため、高度の熟練や、曖昧な
勘、経験を必要とせずに、簡便かつ正確にインピーダン
ス整合が可能となる。

【００２６】たとえば、方向性結合器４によって検出さ
れるマイクロ波電力に基づく自動制御によるインピーダ
ンス整合を行う場合、前述の従来の３スタブチューナ方
式では、３本の容量性ポスト（スタブ）を組み合わせる
ために、それぞれの動きをアルゴリズムで関連づけなけ
ればならなかった。また、手動で整合を行う場合、３本
の容量性ポスト（スタブ）を勘と経験で調整しなければ
ならなかった。これに対して、本実施例の場合には、上
述のように制御要素が内筒導波管１ｂの軸方向の変位と
いう一つの単純な制御で済むため、制御ソフトウェア等
におけるアルゴリズムの簡略化、手動操作における調整
操作の簡単化を実現できる。

【００２７】また、マイクロ波が伝播する内筒導波管１
ｂおよび外筒導波管１ａの内部に、スタブ等の突起物が
存在しないので、当該突起物に起因して、マイクロ波に
乱れを生じ、さらに、このマイクロ波の乱れによって真
空処理室５の内部における処理が不均一になる等の弊害
を回避でき、均一かつ良好な処理結果を得ることができ
る、という利点もある。

【００２８】（実施例２）図３は、本発明の他の実施例
であるインピーダンス制御装置の構成の一例を示す断面
図である。この実施例２のインピーダンス制御装置１０
の場合、真空処理室５に一端が固定された内筒導波管１
０ｂの外側に、方向性結合器４にフランジ１０ｃを介し
て一端が固定される外筒導波管１０ａを軸方向に変位自
在に嵌合させている。外筒導波管１０ａのフランジ１０
ｃには駆動アーム１０ｄが固定され、この駆動アーム１
０ｄは、モータ１０ｆによって回転される送りネジ１０
ｅに螺合している。

【００２９】そして、モータ１０ｆの回転方向および回
転量を制御することにより、送りネジ１０ｅ、駆動アー
ム１０ｄ、フランジ１０ｃを介して、外筒導波管１０ａ
および、当該外筒導波管１０ａが接続される方向性結合
器４などの立体回路系全体を上下動させ、外筒導波管１
０ａおよび内筒導波管１０ｂによって構成されるマイク
ロ波の伝播経路の制御ストローク長Ｌを調整することに
よりインピーダンス制御を行う。

【００３０】また、本実施例２のインピーダンス制御装
置１０の場合には、内筒導波管１０ｂにおいて、マイク
ロ波の到来方向に対向する端部には、面取り加工部１０
ｇが形成されており、外筒導波管１０ａと内筒導波管１
０ｂの内径の段差に起因するマイクロ波の乱れを少なく
するように配慮されている。

【００３１】このように本実施例２のインピーダンス制
御装置１０の場合にも、外筒導波管１０ａの内筒導波管
１０ｂに対する軸方向の相対的な変位を調整することに
より、外筒導波管１０ａおよび内筒導波管１０ｂを介し
て真空処理室５に導入されるマイクロ波に対するインピ
ーダンス整合を実現でき、インピーダンス整合等の制御
を広い範囲で極めて簡単に行うことができる、という利
点がある。

【００３２】また、内筒導波管１０ｂにおける面取り加
工部１０ｇの形成により、マイクロ波の乱れを最少限に
抑止して、真空処理室５におけるマイクロ波の援用によ
る所望の処理を均一に遂行することができる、という効
果が得られる。

【００３３】なお、図４に例示されるように、内筒導波
管１０ｂと外筒導波管１０ａの位置関係を逆にして、方
向性結合器４に接続される内筒導波管１０ｂを駆動する
ようにしてもよい。この図４の場合には、マイクロ波の
進行方向から見て、内筒導波管１０ｂと外筒導波管１０
ａとの段差が見えないので、当該段差に起因するマイク
ロ波の乱れを少なくすることができる、という効果が得
られる。この場合にも、内筒導波管１０ｂの下端側に、
当該段差を滑らかにする面取り加工を施してもよいこと
言うまでもない。

【００３４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３５】たとえば、マグネトロン、アイソレータ、
方向性結合器、真空処理室、等の構成は、前述の実施例
に例示したものに限らず、任意の構成のものを用いるこ
とができる。

【００３６】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるマイ
クロ波処理装置に適用した場合について説明したが、こ
れに限らず、マイクロ波の伝播を制御する一般の技術に
広く適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３８】本発明のインピーダンス制御方法および装
置によれば、簡単なアルゴリズムでインピーダンスを広
い範囲で的確に制御することができ、自動化が容易とな
る、という効果が得られる。

【００３９】また、本発明のインピーダンス制御方法お
よび装置によれば、高度な技術、経験を必要とせずに広
い範囲で安定したインピーダンス制御を行うことができ
る、という効果が得られる。

【００４０】また、本発明のマイクロ波処理装置によれ
ば、簡単なアルゴリズムで導波路のインピーダンスを広
い範囲で的確に制御することができ、自動化が容易とな
る、という効果が得られる。

【００４１】また、本発明のマイクロ波処理装置によれ
ば、高度な技術、経験を必要とせずに広い範囲で安定し
た導波路のインピーダンス制御を行うことができる、と
いう効果が得られる。

【００４２】また、本発明のマイクロ波処理装置によれ
ば、導波路におけるマイクロ波の伝播状態を乱すことな
く、導波路のインピーダンス制御を行うことができる、
という効果が得られる。

【００４３】また、本発明のマイクロ波処理装置によれ
ば、導波路におけるマイクロ波の伝播状態を乱すことな
く、導波路のインピーダンスを的確に制御して、均一な
処理結果を得ることができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるインピーダンス制御方
法が実施されるインピーダンス制御装置を用いたマイク
ロ波処理装置の構成の一例を示す一部破断図である。

【図２】本発明の一実施例であるインピーダンス制御装
置を取り出して示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例であるインピーダンス制御
装置の構成の一例を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例であるインピーダンス制御
装置の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ インピーダンス制御装置 １ａ 外筒導波管（第１の導波管） １ｂ 内筒導波管（第２の導波管） １ｃ スリット １ｄ 駆動アーム １ｅ 送りネジ １ｆ モータ（駆動手段） ２ マグネトロン（マイクロ波発生源） ３ アイソレータ ４ 方向性結合器（マイクロ波電力検出手段） ５ 真空処理室 １０ インピーダンス制御装置 １０ａ 外筒導波管（第１の導波管） １０ｂ 内筒導波管（第２の導波管） １０ｃ フランジ １０ｄ 駆動アーム １０ｅ 送りネジ １０ｆ モータ（駆動手段） １０ｇ 面取り加工部 Ｌ 制御ストローク長

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも二つの第１および第２の導波
   管の少なくとも一部が重なり合うように軸方向に変位自
   在に結合し、前記第１および第２の導波管を軸方向に相
   対的に変位させることによって前記第１および第２の導
   波管を含むマイクロ波伝達系のインピーダンスを制御す
   ることを特徴とするインピーダンス制御方法。
2. 【請求項２】 第１の導波管と、この第１の導波管の内
   側または外側に軸方向に変位自在に重なり合う第２の導
   波管と、前記第１および第２の導波管を軸方向に相対的
   に変位させる駆動手段とを含むことを特徴とするインピ
   ーダンス制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のインピーダンス制御装置
   において、マイクロ波が到来する側の導波路の内径と外
   側の第１の導波管の内径が等しくされ、前記第１の導波
   管の内部に位置する前記第２の導波管の前記マイクロ波
   の到来方向に対向する端部には、前記第１の導波管と前
   記第２の導波管の内径差による段差を解消する面取り部
   が形成されていることを特徴とするインピーダンス制御
   装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のインピーダンス制御装置
   において、内側の第２の導波管の内径を、マイクロ波が
   到来する側の導波路の内径と等しくしたことを特徴とす
   るインピーダンス制御装置。
5. 【請求項５】 マイクロ波発生源と、前記マイクロ波の
   エネルギを援用して処理を実行する処理室と、前記マイ
   クロ波発生源から得られるマイクロ波を前記処理室に導
   く導波路と、前記導波路の一部に設けられ、前記マイク
   ロ波の電力を検出するマイクロ波電力検出手段とを含む
   マイクロ波処理装置であって、 前記導波路の少なくとも一部を構成し、相互に内側また
   は外側に軸方向に変位自在に重なり合う第１の導波管お
   よび第２の導波管と、前記第１および第２の導波管を軸
   方向に相対的に変位させる駆動手段とを含むことを特徴
   とするマイクロ波処理装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のマイクロ波処理装置にお
   いて、軸方向に移動する側の前記第１または第２の導波
   管の一端を前記処理室の内部に挿入し、当該第１または
   第２の導波管の軸方向の変位による挿入長さの変化によ
   って前記導波路におけるインピーダンスを制御すること
   を特徴とするマイクロ波処理装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載のマイクロ波処理装置にお
   いて、前記マイクロ波電力検出手段の測定結果を前記駆
   動手段に帰還することにより前記導波路のインピーダン
   スを制御して、前記処理室に入力される前記マイクロ波
   の電力を所望の値に自動的に制御することを特徴とする
   マイクロ波処理装置。