JPS6246960B2 - - Google Patents
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- JPS6246960B2 JPS6246960B2 JP56000182A JP18281A JPS6246960B2 JP S6246960 B2 JPS6246960 B2 JP S6246960B2 JP 56000182 A JP56000182 A JP 56000182A JP 18281 A JP18281 A JP 18281A JP S6246960 B2 JPS6246960 B2 JP S6246960B2
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はプラズマ発生用高周波電源（以下高周
波電源という）よりプラズマ発生器（たとえばプ
ラズマ炉）に高周波電力を送つてプラズマを安定
に発生させ、しかもこのプラズマ用電力を効率よ
く負荷に伝送する自動整合装置に関する。
波電源という）よりプラズマ発生器（たとえばプ
ラズマ炉）に高周波電力を送つてプラズマを安定
に発生させ、しかもこのプラズマ用電力を効率よ
く負荷に伝送する自動整合装置に関する。
近年半導体製造工業において半導体デバイスの
処理（たとえばGaAsやGaPのウエハの表面酸化
やエツチング等）にプラズマを使用することが多
くなつている。高周波電源の出力を負荷に効率よ
く伝送するには公知のように整合装置をその中間
に挿入して用いる。高周波電源と整合装置は普通
特性インピーダンス50Ωの同軸ケーブルによつて
接続されるものとする。整合装置はその制御の方
式によつて手動式と自動式に分類される。このう
ち手動式はリアクテイブな整合素子をπ回路ある
いは逆Ｌ回路に構成し、２つの可変素子を調整し
て整合を行う。また自動式は手動式の２つの可変
素子を２個の検出器すなわち位相差とインピーダ
ンス差の各検出器よりの出力信号で制御された駆
動部で変化させて整合を行う。負荷すなわちプラ
ズマの等価インピーダンスはプラズマ炉に流れる
ガスの種類、ガス圧力、加える電力によつて変化
する。たとえばプラズマエツチング装置の処理プ
ロセスにはプリエツチング、エツチング、アフタ
ーエツチング、表面処理、アツシング等があり、
各プロセスにおけるプラズマ等価インピーダンス
は変化するから、安定なプラズマによるデバイス
処理に当つては動作の安定な自動整合装置が必要
である。同様にプラズマCVD（気相成長）やプ
ラズマスパツタリングの各装置においても安定な
自動整合装置が必要である。
処理（たとえばGaAsやGaPのウエハの表面酸化
やエツチング等）にプラズマを使用することが多
くなつている。高周波電源の出力を負荷に効率よ
く伝送するには公知のように整合装置をその中間
に挿入して用いる。高周波電源と整合装置は普通
特性インピーダンス50Ωの同軸ケーブルによつて
接続されるものとする。整合装置はその制御の方
式によつて手動式と自動式に分類される。このう
ち手動式はリアクテイブな整合素子をπ回路ある
いは逆Ｌ回路に構成し、２つの可変素子を調整し
て整合を行う。また自動式は手動式の２つの可変
素子を２個の検出器すなわち位相差とインピーダ
ンス差の各検出器よりの出力信号で制御された駆
動部で変化させて整合を行う。負荷すなわちプラ
ズマの等価インピーダンスはプラズマ炉に流れる
ガスの種類、ガス圧力、加える電力によつて変化
する。たとえばプラズマエツチング装置の処理プ
ロセスにはプリエツチング、エツチング、アフタ
ーエツチング、表面処理、アツシング等があり、
各プロセスにおけるプラズマ等価インピーダンス
は変化するから、安定なプラズマによるデバイス
処理に当つては動作の安定な自動整合装置が必要
である。同様にプラズマCVD（気相成長）やプ
ラズマスパツタリングの各装置においても安定な
自動整合装置が必要である。
第１図は従来の自動整合装置の構成例図であ
る。この図中のP1は高周波電源よりの入力端子、
P2は整合装置の出力端子、１は位相差とインピー
ダンス差の検出器、２および３は整合用可変素子
でたとえば真空可変コンデンサ、４は整合用イン
ダクタンス、５と６はコンデンサの駆動部（モー
タ）、１０はプラズマ炉、ＲLはＣLは炉１０の等
価インピーダンスを表わす抵抗と静電容量であ
る。従来の自動整合装置は検出器１で検出された
インピーダンス差および位相差の各出力で制御さ
れる駆動部５および６で可変リアクテイブ素子す
なわちバリコンまたは真空可変コンデンサを動か
し、プラズマの等価インピーダンスと入力側の特
性インピーダンスＲOとの整合を行つている。こ
のような回路をたとえばプラズマエツチング装置
に用いた場合には、高周波電源からの電力を自動
整合装置に供給すれば第１図の整合装置は直ちに
動作し可変リアクテイブ素子をプラズマが発生す
るまで動かし続けるが、可変リアクテイブ素子が
動くため電力の伝送が減りプラズマが発生しない
ことがある。またプラズマが発生するとプラズマ
等価インピーダンスが急変するため、可変リアク
テイブ素子の変化範囲が大きくなり安定するまで
の時間が長くなる。これをさらに詳しく説明する
と次のようである。
る。この図中のP1は高周波電源よりの入力端子、
P2は整合装置の出力端子、１は位相差とインピー
ダンス差の検出器、２および３は整合用可変素子
でたとえば真空可変コンデンサ、４は整合用イン
ダクタンス、５と６はコンデンサの駆動部（モー
タ）、１０はプラズマ炉、ＲLはＣLは炉１０の等
価インピーダンスを表わす抵抗と静電容量であ
る。従来の自動整合装置は検出器１で検出された
インピーダンス差および位相差の各出力で制御さ
れる駆動部５および６で可変リアクテイブ素子す
なわちバリコンまたは真空可変コンデンサを動か
し、プラズマの等価インピーダンスと入力側の特
性インピーダンスＲOとの整合を行つている。こ
のような回路をたとえばプラズマエツチング装置
に用いた場合には、高周波電源からの電力を自動
整合装置に供給すれば第１図の整合装置は直ちに
動作し可変リアクテイブ素子をプラズマが発生す
るまで動かし続けるが、可変リアクテイブ素子が
動くため電力の伝送が減りプラズマが発生しない
ことがある。またプラズマが発生するとプラズマ
等価インピーダンスが急変するため、可変リアク
テイブ素子の変化範囲が大きくなり安定するまで
の時間が長くなる。これをさらに詳しく説明する
と次のようである。
プラズマ炉内にプラズマが発生しないと整合装
置の負荷はプラズマ炉の電極間ストレーキヤパシ
テイＣLSのみである。従つて整合装置に電力が供
給されると同時にこのＣLSに整合させるように２
つの駆動部５，６が動き出す。続いてプラズマが
発生する。プラズマが発生すると負荷はＣLSから
ＣLとＲLの合成インピーダンスになり、キヤパシ
テイは増加し抵抗分ＲLは次第に低くなる。プラ
ズマ炉の等価インピーダンスは炉の大きさによつ
て異るが、現在わが国でほとんどこれに限られて
いる割当周波数13.56MHzの炉では、たとえばＣL
は600pF〜1000pF、ＲLは40Ω〜80Ωである。従
つてこれらに整合させるに必要なインダクタンス
４の値が非常に小さくなり変化させることが難し
い。このため実際には大きめのインダクタンスを
用い、直列キヤパシタ３を減少させている。
置の負荷はプラズマ炉の電極間ストレーキヤパシ
テイＣLSのみである。従つて整合装置に電力が供
給されると同時にこのＣLSに整合させるように２
つの駆動部５，６が動き出す。続いてプラズマが
発生する。プラズマが発生すると負荷はＣLSから
ＣLとＲLの合成インピーダンスになり、キヤパシ
テイは増加し抵抗分ＲLは次第に低くなる。プラ
ズマ炉の等価インピーダンスは炉の大きさによつ
て異るが、現在わが国でほとんどこれに限られて
いる割当周波数13.56MHzの炉では、たとえばＣL
は600pF〜1000pF、ＲLは40Ω〜80Ωである。従
つてこれらに整合させるに必要なインダクタンス
４の値が非常に小さくなり変化させることが難し
い。このため実際には大きめのインダクタンスを
用い、直列キヤパシタ３を減少させている。
さて上記のように変化する負荷に対して２つの
駆動部５と６は整合が得られるまで動くことにな
る。整合に近づけば負荷（プラズマ炉）に供給さ
れる電力が増すので、負荷の等価インピーダンス
が変化する。そしてこれが収束するまで好条件の
場合でも10秒程度の時間が必要である。また駆動
部の応答速度が早いと、プラズマが発生する前に
可変キヤパシタがそのリミツト（最小値）まで速
かに変化し、プラズマは永久に発生しないことが
あるという欠点がある。
駆動部５と６は整合が得られるまで動くことにな
る。整合に近づけば負荷（プラズマ炉）に供給さ
れる電力が増すので、負荷の等価インピーダンス
が変化する。そしてこれが収束するまで好条件の
場合でも10秒程度の時間が必要である。また駆動
部の応答速度が早いと、プラズマが発生する前に
可変キヤパシタがそのリミツト（最小値）まで速
かに変化し、プラズマは永久に発生しないことが
あるという欠点がある。
さらにプラズマ処理装置にはガス圧力を一定に
する自動圧力制御装置が取付けられていて、整合
が不安定な状態ではガス圧力も不安定なため、自
動圧力制御装置との相互干渉によるハンチングを
生じる。ガス圧力あるいは入力電力の変動はプラ
ズマエツチングされる半導体デバイスに大きな悪
影響（デポジツト等の発生）を与える。
する自動圧力制御装置が取付けられていて、整合
が不安定な状態ではガス圧力も不安定なため、自
動圧力制御装置との相互干渉によるハンチングを
生じる。ガス圧力あるいは入力電力の変動はプラ
ズマエツチングされる半導体デバイスに大きな悪
影響（デポジツト等の発生）を与える。
本発明は上記のような従来の欠点を除くために
行つたもので、半導体デバイスの処理にプラズマ
を利用するプラズマ炉内にプラズマをすばやく発
生させ、しかもプラズマ炉内のガス圧力が短時間
が安定となり、半導体のデバイス処理が良好に行
える対策を施した自動整合装置である。
行つたもので、半導体デバイスの処理にプラズマ
を利用するプラズマ炉内にプラズマをすばやく発
生させ、しかもプラズマ炉内のガス圧力が短時間
が安定となり、半導体のデバイス処理が良好に行
える対策を施した自動整合装置である。
第２図は本発明による自動整合装置の構成例図
で、本装置は固定インダクタンス４、２つの可変
コンデンサ２と３、位相差検出器およびインピー
ダンス差検出器をそれぞれ含む差検出器１、プラ
ズマ発生検出器７、制御回路８および２つの駆動
部５と６から構成されている。高周波電源からは
高周波電力が特性インピーダンスＲOがたとえば
50Ωの同軸ケーブルを通じて入力端子P1に供給さ
れ、これは位相差検出器、インピーダンス差検出
器、整合回路、プラズマ発生検出器を経てプラズ
マ炉１０の電極９に電力が伝送される。かくして
密封され内部に一定圧力のガスを流したプラズマ
炉の電極９に高周波電力が供給されるとプラズマ
が発生する。プラズマが発生する前はプラズマ炉
の等価インピーダンスはストレーキヤパシテイの
みに等しくこれに流れる電流は小さい。プラズマ
が発生すると電流は急増するからたとえば第３図
のようなプラズマ発生検出器７でこれを検出す
る。この検出器７は電磁遮蔽のためのケース７ａ
内に収められ、高周波電流の母線すなわちインダ
クタンス４と出力端子P2間の接続線７ｂに流れる
電流を、７ｂ線と電磁結合させた検出線７ｃに流
れる電流をダイオードＤで検波整流させてプラズ
マ発生の有無を検出するものである。この検出電
流は制御回路８に送られ、プラズマ発生の有無に
応じて駆動部５と６の起動と停止を制御する。
で、本装置は固定インダクタンス４、２つの可変
コンデンサ２と３、位相差検出器およびインピー
ダンス差検出器をそれぞれ含む差検出器１、プラ
ズマ発生検出器７、制御回路８および２つの駆動
部５と６から構成されている。高周波電源からは
高周波電力が特性インピーダンスＲOがたとえば
50Ωの同軸ケーブルを通じて入力端子P1に供給さ
れ、これは位相差検出器、インピーダンス差検出
器、整合回路、プラズマ発生検出器を経てプラズ
マ炉１０の電極９に電力が伝送される。かくして
密封され内部に一定圧力のガスを流したプラズマ
炉の電極９に高周波電力が供給されるとプラズマ
が発生する。プラズマが発生する前はプラズマ炉
の等価インピーダンスはストレーキヤパシテイの
みに等しくこれに流れる電流は小さい。プラズマ
が発生すると電流は急増するからたとえば第３図
のようなプラズマ発生検出器７でこれを検出す
る。この検出器７は電磁遮蔽のためのケース７ａ
内に収められ、高周波電流の母線すなわちインダ
クタンス４と出力端子P2間の接続線７ｂに流れる
電流を、７ｂ線と電磁結合させた検出線７ｃに流
れる電流をダイオードＤで検波整流させてプラズ
マ発生の有無を検出するものである。この検出電
流は制御回路８に送られ、プラズマ発生の有無に
応じて駆動部５と６の起動と停止を制御する。
位相差検出器およびインピーダンス差検出器
（または負荷インピーダンスの50Ωからのずれを
検出する負荷誤差弁別回路）はその構成および動
作が公知であるから回路の表示は省略するが、位
相差検出器は第２図の入力側に置かれこれ位置の
電圧と電流の位相差を検出し、その出力（一般に
基準電圧に対して位相の異なる電圧）を制御回路
８に伝える。この回路８はこれをほゞ一定振幅で
位相の異なる電圧としてプラズマ発生中なら位相
差駆動部６に送り、整合回路の可変リアクテイブ
素子、この場合にはコンデンサ３を変化させて位
相差をゼロとする。他方インピーダンス差検出器
も入力側に接続され、同軸ケーブルの特性インピ
ーダンスに対する整合回路側のインピーダンスの
差を検出し、これを制御回路８に伝えると、プラ
ズマ発生中ならこの出力はインピーダンス差駆動
部５に送られる。駆動部（モータ）５は可変リア
クテイブ素子、第２図の場合にはコンデンサ２を
変化させて整合回路側のインピーダンスを特性イ
ンピーダンスＲOに近付ける。これら２つの駆動
部の整合動作は繰返し行われ整合が完了する。
（または負荷インピーダンスの50Ωからのずれを
検出する負荷誤差弁別回路）はその構成および動
作が公知であるから回路の表示は省略するが、位
相差検出器は第２図の入力側に置かれこれ位置の
電圧と電流の位相差を検出し、その出力（一般に
基準電圧に対して位相の異なる電圧）を制御回路
８に伝える。この回路８はこれをほゞ一定振幅で
位相の異なる電圧としてプラズマ発生中なら位相
差駆動部６に送り、整合回路の可変リアクテイブ
素子、この場合にはコンデンサ３を変化させて位
相差をゼロとする。他方インピーダンス差検出器
も入力側に接続され、同軸ケーブルの特性インピ
ーダンスに対する整合回路側のインピーダンスの
差を検出し、これを制御回路８に伝えると、プラ
ズマ発生中ならこの出力はインピーダンス差駆動
部５に送られる。駆動部（モータ）５は可変リア
クテイブ素子、第２図の場合にはコンデンサ２を
変化させて整合回路側のインピーダンスを特性イ
ンピーダンスＲOに近付ける。これら２つの駆動
部の整合動作は繰返し行われ整合が完了する。
プラズマ炉では炉内に一定のガスを流した後に
炉付属の自動圧力制御装置で圧力を一定にする。
そしてタイマーで設定された時間が経過すると、
プラズマ炉に高周波電力が供給されプラズマが発
生する。プラズマが発生するとガスの一部がイオ
ン化し、分子がバラバラになるので炉の圧力が上
がる。なおイオン濃度は加えられる電力によつて
変化する。このため自動圧力制御用のコンダクタ
ンスバルブを開いて圧力を設定値に保持する。こ
のように従来の装置では前記のようなハンテイン
グは必ず起きる。しかしプラズマ炉はあらかじめ
稼動中のプラズマ炉の等価インピーダンスに対応
させたインダクタンス４の値と可変キヤパシタ２
と３の可変範囲を決め、２と３のキヤパシテイを
設定しておけば、まずプラズマが発生しないとい
うことはない。そこで本発明ではこれをプラズマ
発生検出器７で検出し、これに応じて制御回路８
が駆動部５と６を駆動するので、プラズマが安定
するまでの時間が短かく、従来の装置より整合装
置の初期変動分だけハンチングが早く収束する。
そして前記２つの整合動作をプラズマが発生した
後に行うため、非常に安定な動作と安定なプラズ
マが得られることが本発明の著しい効果である。
炉付属の自動圧力制御装置で圧力を一定にする。
そしてタイマーで設定された時間が経過すると、
プラズマ炉に高周波電力が供給されプラズマが発
生する。プラズマが発生するとガスの一部がイオ
ン化し、分子がバラバラになるので炉の圧力が上
がる。なおイオン濃度は加えられる電力によつて
変化する。このため自動圧力制御用のコンダクタ
ンスバルブを開いて圧力を設定値に保持する。こ
のように従来の装置では前記のようなハンテイン
グは必ず起きる。しかしプラズマ炉はあらかじめ
稼動中のプラズマ炉の等価インピーダンスに対応
させたインダクタンス４の値と可変キヤパシタ２
と３の可変範囲を決め、２と３のキヤパシテイを
設定しておけば、まずプラズマが発生しないとい
うことはない。そこで本発明ではこれをプラズマ
発生検出器７で検出し、これに応じて制御回路８
が駆動部５と６を駆動するので、プラズマが安定
するまでの時間が短かく、従来の装置より整合装
置の初期変動分だけハンチングが早く収束する。
そして前記２つの整合動作をプラズマが発生した
後に行うため、非常に安定な動作と安定なプラズ
マが得られることが本発明の著しい効果である。
本発明装置を実際のプラズマエツチング装置に
組合わせて使用したところ、動作が安定で自動圧
力制御装置との相互干渉によるハンテイング現象
も見られなかつた。またアルミニウムのプラズマ
エツチングを行つたところ、デバイスの処理が非
常に良い結果が得られた。
組合わせて使用したところ、動作が安定で自動圧
力制御装置との相互干渉によるハンテイング現象
も見られなかつた。またアルミニウムのプラズマ
エツチングを行つたところ、デバイスの処理が非
常に良い結果が得られた。
第１図は従来の自動整合装置の構成例図、第２
図は本発明による自動整合装置の構成例図、第３
図はプラズマ発生検出器の構成例図である。 １…位相差とインピーダンス差の検出器、２，
３，４…整合回路素子、５，６…駆動器、７…プ
ラズマ発生検出器、７ａ…遮蔽ケース、７ｂ…母
線、７ｃ…結合線、８…制御回路、９…プラズマ
炉電極、１０…プラズマ炉、Ｄ…検波器、P1…入
力端子、P2…出力端子。
図は本発明による自動整合装置の構成例図、第３
図はプラズマ発生検出器の構成例図である。 １…位相差とインピーダンス差の検出器、２，
３，４…整合回路素子、５，６…駆動器、７…プ
ラズマ発生検出器、７ａ…遮蔽ケース、７ｂ…母
線、７ｃ…結合線、８…制御回路、９…プラズマ
炉電極、１０…プラズマ炉、Ｄ…検波器、P1…入
力端子、P2…出力端子。
Claims (1)
- １ プラズマ発生器とプラズマ用高周波電源間に
挿入するインピーダンス自動整合装置の出力側に
プラズマ炉のプラズマ発生検出器を付設し、プラ
ズマ炉のプラズマ発生時にのみ得られる上記プラ
ズマ発生検出器の出力の有無によつて自動整合装
置の可変整合素子駆動部のオンオフを行わせるこ
とを特徴とするプラズマ発生器用自動整合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000182A JPS57113599A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Automatic matching device for plasma generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000182A JPS57113599A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Automatic matching device for plasma generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57113599A JPS57113599A (en) | 1982-07-15 |
| JPS6246960B2 true JPS6246960B2 (ja) | 1987-10-05 |
Family
ID=11466851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56000182A Granted JPS57113599A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Automatic matching device for plasma generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57113599A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5973900A (ja) * | 1982-10-18 | 1984-04-26 | 株式会社日立国際電気 | プラズマ発生器用インピ−ダンス自動整合装置 |
| JPS6327034U (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-22 | ||
| US7879185B2 (en) * | 2003-12-18 | 2011-02-01 | Applied Materials, Inc. | Dual frequency RF match |
-
1981
- 1981-01-06 JP JP56000182A patent/JPS57113599A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57113599A (en) | 1982-07-15 |
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