KR20120132642A - 유도 결합 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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capacitor
inductively coupled
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KR1020127028346A
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류이치 마츠다
세이지 니시카와
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능한 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 그를 위해서, 고주파 전원 (11) 으로부터의 고주파를, 임피던스를 정합시키는 정합기 (12) 를 개재하여 안테나 (14) 에 공급하고, 안테나 (14) 로부터의 전자파에 의해 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서, 정합기 (12) 로서 L 형 정합 회로를 사용함과 함께, 당해 L 형 정합 회로 중의 콘덴서 (C1, C2) 보다 안테나 (14) 에 가까운 위치에 안테나 (14) 와 병렬로 콘덴서 (C3) 를 설치한다.

Description

유도 결합 플라즈마 발생 장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA GENERATION DEVICE}
본 발명은 진공 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조시에는 원반상 기판 (웨이퍼) 에 대하여 플라즈마 처리를 실시함으로써, 박막의 형성이나 에칭 등이 실시되고 있다. 그 중에서도 전자파를 유도 결합에 의해 공급하는 유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma ; ICP) 형 플라즈마 발생 장치는, 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다는 점에서 고효율의 플라즈마 발생 장치로서 알려져 있다.
일본 공개특허공보 2006-221852호
종래의 ICP 형 플라즈마 발생 장치의 회로 구성을 도 10 에 나타낸다.
이 ICP 형 플라즈마 발생 장치에 있어서, 고주파 전원 (51) 은 RF 전원 (PS) (예를 들어, 주파수 13.56 ㎒) 과 내부 저항 (R) (50 Ω) 으로 나타내고, 안테나부 (53) 의 안테나 (54) 는 코일로 나타낸다. 고주파 전원 (51) 은 임피던스를 정합시키는 정합기 (52) 를 개재하여 안테나부 (53) 와 접속되어 있는데, 정합기 (52) 로는 반고정 코일 (L1) 및 가변 콘덴서 (C1) 와 반고정 코일 (L2) 및 가변 콘덴서 (C2) 가 L 형으로 배치된, 소위 L 형 정합 회로로 불리는 정합기가 사용되고 있다.
이와 같은 구성에 의해 전자파를 안테나 (54) 로부터 플라즈마 처리 장치의 진공 용기 내에 공급하고, 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하는데, 생성된 플라즈마의 전기적인 플라즈마 부하 (55) 는 안테나 (54) 를 1 차 권선, 플라즈마를 코일, 저항으로 이루어지는 2 차 권선으로 하는 트랜스 결합으로 간주할 수 있다.
종래의 ICP 형 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 어떠한 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건이라도 플라즈마를 생성할 수 있도록 정합 범위를 넓게 확보할 수 있는 L 형 정합 회로의 정합기 (52) 가 사용되어 왔다. 예를 들어, 도 10 에 나타낸 회로 구성에 대하여, 조정 가능한 정합 범위 (A1) 와 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건을 커버하는 정합 범위 (A2) 를 임피던스의 정합 계산에 사용하는 스미스 차트를 사용하여 나타내면, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같은 범위가 된다. 정합 범위 (A2) 로 나타내는 범위이면, 정합 범위로는 충분히 넓어 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용할 수 있다. 그 때문에, 다종의 정합기를 준비할 필요가 없어 장치로서의 품종 관리가 용이해진다.
그런데, 도 10 에 나타내는 바와 같은 회로 구성의 경우, 정합기 (52) 보다 하류측의 안테나 (54) 및 플라즈마 부하 (55) 의 임피던스 (부하 임피던스) 가 작으면 많은 전류가 코일 (L1, L2) 에 흐르기 때문에, 코일 (L1, L2) 의 순저항에 의해 발생되는 줄열이 커져, 투입 전력의 손실이 크다. 최근, 처리 대상, 요컨대 원반상 기판의 대형화가 진행되고 있지만, 기판이 대형화될수록 코일이나 전송 선로의 냉각이 대규모가 되기 위해, 투입 전력의 손실 저감이 요망되고 있다.
정합기 (52) 에 있어서, 코일 (L1, L2) 이 없으면 주된 줄열 발생원이 없어져, 투입 전력의 손실 저감이 가능하다. 그러나, 이 경우에 있어서 그 조정 가능한 정합 범위 (A3) 와 안테나 형상을 커버하는 정합 범위 (A4) 를 스미스 차트를 사용하여 나타내면, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같은 범위가 되어 정합 범위 (A4) 는 매우 좁아진다. 이것은 안테나 형상마다 콘덴서 용량 (C1, C2) 을 조정할 필요가 있다는 것을 의미한다. 그 때문에, 안테나 형상마다 다종류의 정합기를 준비할 필요가 있어 장치의 재고 품종 관리가 용이하지 않게 된다. 당연히 플라즈마 처리 조건에 대한 정합 범위도 안테나 형상을 커버하는 정합 범위 (A4) 에 의해 더욱 제한을 받는 것이 된다.
이와 같이, 종래의 ICP 형 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 과제가 되고 있었다.
여기서, 본 발명과 유사한 특허문헌 1 에 대하여 그 차이를 기술하여 둔다. 특허문헌 1 에는 직렬로 접속된 2 개 이상의 안테나 중 적어도 1 개와 병렬로 콘덴서를 접속하는 구성이 나타나 있다. 이것은 2 개 이상의 안테나로 흐르는 고주파 전류를, 접속한 콘덴서에 의해 비율 조정하는 것을 목적으로 하고, 이로써 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키고 있다 (특허문헌 1 의 단락 0015, 0016, 0024 등 참조). 이것은 후술하는 본 발명과는 목적, 그리고 작용 효과가 완전히 상이하다.
본 발명은 상기 과제를 감안한 것으로, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능한 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
고주파 전원으로부터의 고주파를, 임피던스를 정합시키는 정합기를 개재하여 안테나에 공급하고, 당해 안테나로부터의 전자파에 의해 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
상기 정합기로서 L 형 정합 회로를 사용함과 함께, 당해 L 형 정합 회로 중의 콘덴서보다 상기 안테나에 가까운 위치에 상기 안테나와 병렬로 다른 콘덴서를 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
상기 제 1 발명에 기재된 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
시판되는 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
상기 제 1 발명에 기재된 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
상기 안테나의 주위를, 접지된 원통 형상의 케이스로 둘러쌈과 함께, 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로에 상기 케이스와 동축의 원통 부재를 설치하고, 상기 케이스와 상기 원통 부재에 의해 동축 콘덴서를 형성하여, 당해 동축 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
상기 제 1 발명에 기재된 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
상기 안테나에 접속되는 접지측의 전송 선로에 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로를 중심축으로 하는 원통 부재를 설치하고, 상기 고전압측의 전송 선로와 상기 원통 부재에 의해 동축 콘덴서를 형성하여, 당해 동축 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 5 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
상기 제 1 발명에 기재된 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
상기 안테나의 상방에, 접지된 평판 부재를 설치함과 함께, 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로에 상기 평판 부재와 평행하게 다른 평판 부재를 설치하고, 상기 평판 부재와 상기 다른 평판 부재에 의해 평판 콘덴서를 형성하여, 당해 평판 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 6 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는,
상기 제 5 발명에 기재된 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서,
상기 안테나를, 서로 병렬로 접속된 크기가 상이한 복수의 안테나로 구성함과 함께, 상기 복수의 안테나를 동일 평면 상에 동일 중심이 되도록 배치한 것을 특징으로 한다.
제 1 발명에 의하면, 정합기로서 L 형 정합 회로를 사용해도 안테나의 근방에 설치한 다른 콘덴서에 의해, L 형 정합 회로 중의 코일에 흐르는 전류량을 저감시킬 수 있기 때문에, 코일에서의 줄열의 발생을 저감시켜, 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다. 코일과 콘덴서를 조합한 L 형 정합 회로의 정합기는 그 정합 범위가 충분히 넓기 때문에, 이것에 의해 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다. 또, L 형 정합 회로 중의 코일에 흐르는 전류량을 저감시키므로, L 형 정합 회로 중의 콘덴서의 전류 정격 용량과 내(耐)전압도 낮은 것을 선택 가능해져, 정합기의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다. 또, 코일에서의 줄열의 발생을 저감시키므로, 정합기의 냉각 기구를 공랭화하고 그 구조를 간소화하여, 더욱 저비용화를 도모할 수 있다.
제 2 발명에 의하면, 다른 콘덴서로서 시판되는 콘덴서를 사용하므로 종래 장치의 개조가 용이해진다.
제 3 ∼ 제 6 발명에 의하면, 제 1 발명과 동일하게, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해져, 정합기의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다.
이에 더하여, 제 3 ∼ 제 6 발명에 의하면, 고전압측 혹은 접지측의 전송 선로에 설치된 원통 부재, 또는 접지측 및 고전압측의 전송 선로에 설치된 평판 부재 및 다른 평판 부재가 전송 선로를 폭넓은 것으로 하게 되어, 전송 선로의 저항 성분을 낮춰 줄열의 발생을 억제함과 함께, 방열 면적의 증가에 의한 방열 효과가 높아져, 냉각 기구를 간소화할 수 있다. 또, 접지측의 케이스와 원통 부재 혹은 고전압측의 전송 선로와 원통 부재로 이루어지는 동축 콘덴서 또는 평판 부재와 다른 평판 부재로 이루어지는 평판 콘덴서는, 일반적으로 내전압이 높고 허용 전류량도 많이 취하며, 또한 구조가 단순하기 때문에 저렴하고, 고장나지 않기 때문에 메인터넌스도 불필요하다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태의 일례 (실시예 1) 로서 그 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태의 다른 일례 (실시예 2) 로서 그 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 안테나 부분의 상면이다.
도 4 는, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태의 다른 일례 (실시예 3) 로서 그 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 5 는, 도 4 에 나타낸 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 안테나 부분의 상면이다.
도 6 은, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태의 다른 일례 (실시예 4) 로서 그 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 7 은, 도 6 에 나타낸 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 안테나 부분의 상면도이다.
도 8 은, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태의 다른 일례 (실시예 5) 로서 그 개략 구성을 나타내는 측면도이다.
도 9 는, 도 8 에 나타낸 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 안테나 부분의 상면도이다.
도 10 은, 종래의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11 은, 임피던스의 정합 계산에 사용하는 스미스 차트를 나타내는 도면으로, (a) 는 도 10 에 나타낸 회로 구성의 경우이며, (b) 는 도 10 에 나타낸 회로 구성으로부터 코일 (L1, L2) 을 제외한 경우이다.
이하에서는 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 실시형태에 대하여, 그 중 몇 가지를 도 1 ∼ 도 9 를 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서는, 원반상 기판 (웨이퍼) 에 플라즈마 처리를 실시함으로써, 반도체 장치를 제조하는 플라즈마 처리 장치 (예를 들어, 플라즈마 CVD 장치나 플라즈마 에칭 장치 등) 를 전제로 설명을 실시하는데, 본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 플라즈마를 생성하는 장치이면 어떠한 것에도 적용 가능하다. 또, 유도 결합 플라즈마 발생 장치에서 사용하는 안테나의 형상은 유도 결합 타입이면 어떠한 형상 (예를 들어, 직사각형 링상 등) 이어도 되지만, 여기서는 원형 링상의 안테나를 예시하여 설명하고 있다.
(실시예 1)
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 처리 장치 (예를 들어, 플라즈마 CVD 장치나 플라즈마 에칭 장치 등) 의 플라즈마 소스로서 설치된 것이다. 도시는 생략하지만, 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 설명하면 원하는 진공도로 제어됨과 함께, 원하는 가스가 공급되는 진공 용기와, 진공 용기 내부에 웨이퍼를 지지하는 지지대와, 진공 용기 내부에 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치 등을 갖는다.
진공 용기는 후술하는 도 2 에도 나타내는 바와 같이 통상 용기 (도 2 중의 부호 31) 와 통상 용기의 상부를 밀폐하는 천정판 (도 2 중의 부호 32) 으로 이루어진다. 천정판의 상부에는 전자파를 공급하는 안테나가 배치되어 있고, 이 안테나에 임피던스를 정합하는 정합기를 개재하여 고주파 전원이 접속되어 유도 결합 플라즈마 발생 장치가 구성되어 있다.
이와 같은 구성의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 고주파 전원으로부터 고주파가 공급되면 세라믹 등의 유전체 재료로 이루어지는 천정판을 투과하여 안테나로부터 진공 용기 내에 전자파가 공급되게 된다. 그리고 공급된 전자파에 의해 진공 용기 내의 가스가 여기, 전리되어, 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 의해 플라즈마 처리를 기판에 실시하게 된다.
여기서, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 회로 구성에 대하여, 도 1 에 나타내는 회로도를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 고주파 전원 (11), 정합기 (12), 안테나부 (13) 로 이루어진다. 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서, 고주파 전원 (11) 은 RF 전원 (PS) (예를 들어, 주파수 13.56 ㎒) 과 내부 저항 (R) (50Ω) 으로 나타내고, 안테나부 (13) 의 안테나 (14) 는 코일로 나타낸다. 고주파 전원 (11) 은 L 형 정합 회로의 정합기 (12) 를 개재하여 안테나부 (13) 와 접속되어 있다. 정합기 (12) 는 구체적으로는 반고정 코일 (L1) 및 가변 콘덴서 (C1) 와, 반고정 코일 (L2) 및 가변 콘덴서 (C2) 가 L 형으로 배치되어 있다.
이와 같은 구성에 의해 전자파를 안테나 (14) 로부터 진공 용기 내에 공급하여 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하는데, 생성된 플라즈마의 플라즈마 부하 (15)는 안테나 (14) 를 1 차 권선, 플라즈마를 코일, 저항으로 이루어지는 2 차 권선으로 하는 트랜스 결합으로 간주할 수 있다.
요컨대, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치는, 기본적으로는 도 10 에 나타낸 종래의 유도 결합 플라즈마 발생 장치와 동등한 구성을 갖고 있지만, 정합기 (12) 내의 콘덴서 (C1, C2) 보다 안테나 (14) 에 가까운 위치에, 요컨대 안테나 (14) 의 근방에 안테나 (14) 와 병렬로 접속된 고정 콘덴서 (C3) (다른 콘덴서) 를 추가한 점이 상이하다. 고정 콘덴서 (C3) 로는 시판되는 콘덴서이면 된다. 또한, 고정 콘덴서 (C3) 의 배치 위치를 후술하는 도 2 를 참조하여 설명하면, 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 사이의 전송 선로 (16) 와 안테나 (14) 를 접지하는 접지 선로 (17) 의 사이로서, 안테나 (14) 의 근방, 요컨대 후술하는 원통 부재 (20) 가 있는 주변이 좋다.
도 1 에 나타낸 회로 구성에 있어서, 플라즈마 부하 (15) 의 임피던스는 변화하지 않고, 안테나 (14) 에 흐르는 전류는 콘덴서 (C3) 추가 전과 변하지 않도록 정합시킬 수 있다. 이로써, 안테나 (14) 에 흐르는 전류는 정합기 (12) 의 콘덴서 (C2) 와 추가한 고정 콘덴서 (C3) 로부터의 전류의 합계가 되기 때문에, 고정 콘덴서 (C3) 추가 전과 비교하여 콘덴서 (C2) 로부터의 전류량이 저감된다. 그 결과, 콘덴서 (C2) 와 직렬 접속의 코일 (L2) 에 흐르는 전류량도 동일하게 저감됨으로써, 코일 (L1, L2) 에서의 줄열의 발생도 저감되기 때문에, 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다.
또한, L 형 정합 회로의 정합기 (12) 와 고정 콘덴서 (C3) 의 조합은 전기 회로적으로는 π 형 정합 회로로서 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 콘덴서 (C3) 를, 정합기 (12) 내가 아닌 안테나 (14) 의 근방에 설치시키기 때문에, 정합기 (12) 에서는 콘덴서 (C3), 안테나 (14) 를 포함하는 안테나부 (13) 와, 플라즈마 부하 (15) 가 부하로 간주된다. 그 때문에, 정합기 (12) 의 정합 범위로는 전술한 도 11(a) 에서 설명한 바와 같이 충분히 넓어, 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용 가능하다.
또, 콘덴서 (C3) 가 정합기 (12) 내에 있는 π 형 정합 회로의 정합기와 비교하면, 본 실시예의 경우, 콘덴서 (C3) 가 안테나 (14) 의 근방에 있어, 콘덴서 (C3) 로부터 안테나 (14) 까지의 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에서의 선로 (W) 의 길이 (도 1 중 굵은 선 부분) 가 상이하고, 본 실시예 쪽이 명확하게 짧다 (도 1 참조). π 형 정합 회로에서는 선로 (W) 에 해당하는 부분으로 대전류가 흘러 줄열에 의한 손실이 발생되지만, 본 실시예에서는 선로 (W) 의 길이가 짧으므로 줄열에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 폭넓은 정합 범위를 갖는 L 형 정합 회로의 정합기 (12) 라도, 발열에 의한 손실을 억제할 수 있다. 요컨대, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다
이에 더하여, 본 실시예는 이하와 같은 이점 또한 있다.
먼저, 정합기 (12) 내의 전류량이 감소됐기 때문에, 코일 (L2) 및 콘덴서 (C2) 의 양단 전압도 낮아진다. 그 결과, 콘덴서 (C2) 의 선택시에 전류 정격 용량과 내전압이 낮은, 저렴하고 소형인 것을 선택할 수 있게 되어, 정합기 (12) 의 소형화, 저비용화를 도모할 수 있다. 또, 코일 (L1, L2) 은 냉각을 위해 수냉하는 경우가 많은데, 줄열의 발생도 저감시키므로 공랭으로 냉각시킬 수 있게 되어, 정합기 (12) 의 구조가 간소화되어 더욱 저비용화를 도모할 수 있다. 또, 시판되는 콘덴서 (C3) 의 선택은 종래의 장치에도 적용할 수 있고 그 개조는 용이하다.
(실시예 2)
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 실시예 1 의 도 1 에 나타낸 회로 구성을 전제로 하는데, 실시예 1 과는 상이하여, 고정 콘덴서 (C3) 로서 시판되는 콘덴서를 사용하는 것이 아니라, 전송 선로 (16) 의 일부를 가공함으로써 고정 콘덴서 (C3) 에 해당하는 콘덴서를 형성하고 있다. 여기서, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 개략 구성에 대하여 도 2 에 나타내는 측면도, 도 3에 나타내는 상면도를 참조하여 설명을 실시한다. 또한, 실시예 1 과 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.
실시예 1 에서도 설명한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치의 진공 용기는 통상 용기 (31) 와, 통상 용기 (31) 의 상부를 밀폐하는 세라믹 등의 천정판 (32) 으로 이루어진다. 천정판 (32) 의 상부에는 전자파를 공급하는 원형 링상의 안테나 (14) 가 천정판 (32) 의 평면을 따라 배치되어 있고, 이 안테나 (14) 에 정합기 (12) 를 개재하여 고주파 전원이 접속되어, 진공 용기 내부에 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치가 구성되어 있다. 그리고, 유도 결합 플라즈마 발생 장치로부터 공급된 전자파에 의해 진공 용기 내에 플라즈마가 생성되어, 플라즈마 처리를 기판에 실시하게 된다. 또한, 플라즈마 처리 장치에는 진공 용기 내부에 웨이퍼를 지지하는 지지대도 설치되어 있는데, 도 2 에서는 그 도시를 생략하고 있다.
본 실시예에 있어서, 정합기 (12) 는 안테나 (14) 를 갖는 안테나부 (13) 의 상부에 배치되어 있고, 정합기 (12) 와 안테나 (14) 를 접속하는 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 는 안테나 (14) 로부터 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있다. 안테나 (14) 는 원형 링을 대략 C 자 형상으로 한 것이며, 그 양단부에 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 가 각각 접속되어 있다. 또, 안테나부 (13) 의 측면의 케이스 (18) 는 안테나 (14) 의 주위를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어 있고, 접지되어 있다.
그리고, 본 실시예에 있어서는, 연직 상방으로 세워진 고전압측의 전송 선로 (16) 의 일부에 원통 부재 (20) 를 설치하고 있다. 이 원통 부재 (20) 는 상방에서 봤을 때 (도 3 참조), 케이스 (18) 와 동축이 되도록 배치되어 있고, 원통 부재 (20) 의 둘레 상의 1 개 지점을 전송 선로 (16) 에 고정시키고 있다. 통상적으로, 안테나 (14), 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 등은 구리 관으로 형성되어 있기 때문에 이 원통 부재 (20) 도 구리판 등으로 형성되어 있다. 따라서, 원통 부재 (20) 를 전송 선로 (16) 에 고정시킬 때에는 납땜 등의 용접에 의해 고정시키면 된다.
이와 같이, 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 사이의 전송 선로 (16) 에 원통 부재 (20) 을 설치함으로써 이 원통 부재 (20) 를 콘덴서용의 일방의 전극으로 하고, 공기를 매개하여 접지된 케이스 (18) 를 타방의 전극으로 하고 있다. 이로써, 케이스 (18) 와 원통 부재 (20) 사이에서 전기 용량 성분을 갖는 동축 콘덴서 (원통 콘덴서) 의 구성으로 하고 있다. 안테나부 (13) 내부의 공기는 온도 및 습도가 일정한 클린룸 환경의 공기이기 때문에, 공기의 유전율 ε 은 안정되어 있다. 따라서, 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 1 에서 나타낸 고정 콘덴서 (C3) 와 동일한 동작을 갖게 할 수 있어, 시판되는 고정 콘덴서의 대체가 된다. 이 동축 콘덴서는 도 1 을 참조해 보면 도 1 중의 전송 선로 (16) 와 접지 선로 (17) (=케이스 (18)) 의 사이에 안테나 (14) 와 병렬로 설치된 구성이 된다.
원통 부재 (20) 를 설치할 때에는 접지 선로 (17), 케이스 (18) 의 사이에서 이상 방전을 일으키지 않도록 접지 선로 (17), 케이스 (18) 의 사이에 소정의 거리 (d) 를 둘 필요가 있다. 이 거리 (d) 는 규격 IEC60950 (표 2) 에 나타내는 바와 같이, 인가 전압이 최대 10 ㎸ 일 때에는 거리 d=37 ㎜ 이상으로 하는 것이 요망된다.
또, 원통 부재 (20) 의 길이 (L) 는 고정 콘덴서 (C3) 로서 필요한 전기 용량 C 로부터 구할 수 있다. 예를 들어, 고정 콘덴서 (C3) 로서 100 ㎊ 필요한 경우, 케이스 (18) 의 반경 a 를 250 ㎜ 로 하면, 원통 부재 (20) 의 반경 b 는 반경 a 와 거리 d 의 차로부터 213 ㎜ 가 되고, 동축 콘덴서의 전기 용량을 구하는 식 [C=2πεL/ln(a/b)] 을 이용하여, 100㎊=(2×3.14×8.85×10-12×L)/ln(250×10-3/213×10-3) 으로부터 계산하여 길이 L≒0.29 m 가 된다. 여기서, 공기의 유전율 ε 은 진공의 유전율 ε0 과 대략 동일하므로, 유전율로는 진공의 유전율 ε0=8.85×10- 12 를 사용한다. 또한, 이 계산은 일례이며, 원하는 인가 전압, 원하는 전기 용량, 케이스 (18) 의 사이즈 등의 조건에 따라, 적절히 구할 수 있다. 또, 본 실시예의 경우, 원통 부재 (20) 의 내측의 접지 선로 (17) 와도 용량 결합하므로, 이 용량도 콘덴서로서 가산 가능하지만, 이 용량은 케이스 (18) - 원통 부재 (20) 사이의 동축 콘덴서와 비교해 작기 때문에 여기서는 고려하고 있지 않다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 전송 선로 (16) 에 원통 부재 (20) 를 설치하고 케이스 (18) 와의 사이에서 동축 콘덴서를 구성함으로써, 실시예 1 과 동일한 기능을 완수하는 콘덴서 (C3) 를 형성하게 된다. 그 때문에, 실시예 1 과 동일하게 코일 (L2) 에 흐르는 전류량을 저감시키게 되고, 코일 (L1, L2) 에서의 줄열의 발생도 저감되기 때문에 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서도, 콘덴서 (C3) (동축 콘덴서) 를 정합기 (12) 내가 아니라, 안테나 (14) 의 근방에 설치하기 때문에 정합기 (12) 의 정합 범위로는 전술한 도 11(a) 에서 설명한 바와 같이, 충분히 넓어 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용 가능하다.
또, 콘덴서 (C3) (동축 콘덴서) 를 안테나 (14) 의 근방에 설치하게 되므로, 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에서의 선로 (W) 의 길이가 짧아져, 줄열에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서도, 폭넓은 정합 범위를 갖는 정합기 (12) 라도, 발열에 의한 손실을 억제할 수 있다. 요컨대, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다.
이에 더하여, 본 실시예는 이하와 같은 이점 또한 있다.
본 실시예에서는 고전압측의 전송 선로 (16) 에 원통 부재 (20) 를 설치하고 있기 때문에, 실질적으로는 전송 선로 (16) 를 폭넓은 것으로 하는 것이 된다. 그 결과, 대전류가 흐르는 전송 선로 (16) 의 저항 성분이 낮아져 줄열의 발생이 억제됨과 함께, 방열 면적의 증가에 의한 방열 효과가 높아져 냉각 기구를 간소화할 수 있다. 또, 케이스 (18), 원통 부재 (20) 로부터 형성된 동축 콘덴서는 일반적으로 시판되는 콘덴서보다 내전압이 높고 허용 전류량도 많이 취하며, 또한 구조가 단순하기 때문에 저렴하고, 고장나지 않기 때문에 메인터넌스도 불필요하다.
(실시예 3)
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치도 실시예 1 의 도 1 에 나타낸 회로 구성을 전제로 하지만, 실시예 1 과는 상이하여, 고정 콘덴서 (C3) 로서 시판되는 콘덴서를 사용하는 것이 아니라, 실시예 2 와 동일하게 선로의 일부를 가공 함으로써, 고정 콘덴서 (C3) 에 해당하는 콘덴서를 형성하고 있다. 또, 실시예 2 에서는 전송 선로 (16) 의 일부를 가공하고 있었지만, 본 실시예에서는 접지 선로 (17) 의 일부를 가공하여 고정 콘덴서 (C3) 에 해당하는 콘덴서를 형성하고 있어, 이 점이 실시예 2 와는 상이하다. 여기서, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 개략 구성에 대하여 도 4 에 나타내는 측면도, 도 5 에 나타내는 상면도를 참조하여 설명을 실시하는데, 실시예 1, 2 와 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명에 대해서는 생략한다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 2 와 동일하게 정합기 (12) 는 안테나 (14) 를 갖는 안테나부 (13) 의 상부에 배치되어 있고, 정합기 (12) 와 안테나 (14) 를 접속하는 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 는 안테나 (14) 로부터 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있다. 안테나 (14) 는 원형 링을 대략 C 자 형상으로 한 것으로, 그 양단부에 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 가 각각 접속되어 있다. 또한, 안테나부 (13) 의 측면의 케이스 (18) 는 안테나 (14) 의 주위를 둘러싸는 원통 형상으로 형성되어 접지되어 있는데, 본 실시예에 있어서, 케이스 (18) 는 원통 형상이 아니어도 되고, 또 접지되어 있지 않아도 된다.
그리고, 본 실시예에 있어서는, 연직 상방으로 세워진 접지 선로 (17) 의 일부에 원통 부재 (21) 를 설치하고 있다. 이 원통 부재 (21) 는 상방에서 봤을 때 (도 5 참조), 고전압측의 전송 선로 (16) 를 중심축으로 하도록 배치되어 있고, 원통 부재 (21) 의 둘레 상의 1 개 지점을 접지 선로 (17) 에 고정시키고 있다. 이 원통 부재 (21) 도 구리판 등으로 형성되어 있어 원통 부재 (21) 를 접지 선로 (17) 에 고정시킬 때는 납땜 등의 용접에 의해 고정시키면 된다.
이와 같이, 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 사이의 접지 선로 (17) 에 원통 부재 (21) 를 형성함으로써, 이 원통 부재 (21) 를 콘덴서용의 일방의 전극으로 하고, 공기를 매개하여 전송 선로 (16) 를 타방의 전극으로 하고 있다. 이로써, 전송 선로 (16) 와 원통 부재 (21) 의 사이에서 전기 용량 성분을 갖는 동축 콘덴서 (원통 콘덴서) 의 구성으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 1 에서 나타낸 고정 콘덴서 (C3) 와 동일한 동작을 갖게 할 수 있어 시판되는 고정 콘덴서의 대체가 된다. 이 동축 콘덴서는 도 1 을 참조해 보면, 도 1 중의 전송 선로 (16) 와 접지 선로 (17) 의 사이에 안테나 (14) 와 병렬로 설치된 구성이 된다.
원통 부재 (21) 를 형성할 때에는 전송 선로 (16) 와의 사이에서 이상 방전을 일으키지 않도록 전송 선로 (16) 와의 사이에 소정의 거리 (d) 를 둘 필요가 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 규격 IEC60950 (표 2) 을 참조하여 인가 전압이 최대 10 ㎸ 일 때에는 거리 d=37 ㎜ 이상으로 하는 것이 요망된다.
또, 원통 부재 (21) 의 길이 (L) 도 실시예 2 에서 설명한 계산을 이용하여 원하는 인가 전압, 원하는 전기 용량 등의 조건에 따라 적절히 구할 수 있다. 또한, 원하는 전기 용량이 큰 경우에는 전송 선로 (16) 의 직경을 크게 하거나 전송 선로 (16) 자체에 원통 부재를 형성함과 함께, 이것에 맞추어 원통 부재 (21) 의 직경도 크게 하면 된다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 접지 선로 (17) 에 원통 부재 (21) 를 설치하고, 전송 선로 (16) 와의 사이에서 동축 콘덴서를 구성함으로써, 실시예 1 과 동일한 기능을 완수하는 콘덴서 (C3) 를 형성하게 된다. 그 때문에, 실시예 1 과 동일하게 코일 (L2) 에 흐르는 전류량을 저감되게 되고, 코일 (L1, L2) 에서의 줄열의 발생도 저감되기 때문에 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서도, 콘덴서 (C3) (동축 콘덴서) 를 정합기 (12) 내가 아니라, 안테나 (14) 의 근방에 설치하기 때문에, 정합기 (12) 의 정합 범위로는 전술한 도 11(a) 에서 설명한 바와 같이, 충분히 넓어, 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용 가능하다.
또, 콘덴서 (C3) (동축 콘덴서) 를 안테나 (14) 의 근방에 설치하게 되므로 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에서의 선로 (W) 의 길이가 짧아져, 줄열에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서도, 폭넓은 정합 범위를 갖는 정합기 (12) 라도 발열에 의한 손실을 억제할 수 있다. 요컨대, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다.
이에 더하여, 본 실시예는 이하와 같은 이점 또한 있다.
본 실시예에서는 접지 선로 (17) 에 원통 부재 (21) 를 설치하고 있으므로, 실질적으로는 접지 선로 (17) 를 폭넓은 것으로 하는 것이 된다. 그 결과, 대전류가 흐르는 접지 선로 (17) 의 저항 성분이 낮아져 줄열의 발생이 억제됨과 함께, 방열 면적의 증가에 의한 방열 효과가 높아져 냉각 기구를 간소화할 수 있다. 또, 전송 선로 (16), 원통 부재 (21) 로 형성한 동축 콘덴서는 일반적으로 시판되는 콘덴서보다 내전압이 높고, 허용 전류량도 많이 취하며, 또한 구조가 단순하기 때문에 저렴하고, 고장나지 않기 때문에 메인터넌스도 불필요하다.
(실시예 4)
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치도 실시예 1 의 도 1 에 나타낸 회로 구성을 전제로 하지만, 실시예 1 과는 상이하여, 고정 콘덴서 (C3) 로서 시판되는 콘덴서를 사용하는 것이 아니라, 실시예 2, 3 과 같이 선로의 일부를 가공함으로써, 고정 콘덴서 (C3) 에 해당하는 콘덴서를 형성하고 있다. 또, 실시예 2, 3 에서는 고정 콘덴서 (C3) 로서 동축 콘덴서를 형성하고 있었는데, 본 실시예에서는 평판 콘덴서를 형성하고 있어 이 점이 실시예 2, 3 과는 상이하다. 이하에서는 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 개략 구성에 대하여, 도 6 에 나타내는 측면도, 도 7 에 나타내는 상면도를 참조하여 설명을 실시하는데, 실시예 1 ∼ 3 과 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명에 대해서는 생략한다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 2, 3 과 동일하게 정합기 (12) 는 안테나 (14) 를 갖는 안테나부 (13) 의 상부에 배치되어 있다. 또, 안테나 (14) 는 도 7 에 나타내는 바와 같이 원형 링을 C 자 형상으로 한 것이다. 또, 안테나 (14) 의 상방에는 케이스 (18) 의 내벽에 수평으로 지지된 원 형상의 접지 원판 (23) (평판 부재) 이 형성되어 있다.
또, 정합기 (12) 의 고전압측과 안테나 (14) 를 접속하는 전송 선로 (16) 는, 안테나 (14) 의 일방의 단부에 접속되어, 접지 원판 (23) 에 설치한 관통공 (23a) 을 지나 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있다. 한편, 정합기 (12) 의 접지측과 안테나 (14) 를 접속시키는 접지 선로 (17) 는, 접지 원판 (23) 의 상면으로부터 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있고, 안테나 (14) 의 타방의 단부는 접지 원판 (23) 의 하면에 접속되어 있다. 요컨대, 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (23) 을 설치한 구성이다.
그리고, 본 실시예에 있어서는, 연직 상방으로 세워진 전송 선로 (16) 의 일부에 원판 부재 (22) (다른 평판 부재) 를 설치하고 있다. 이 원판 부재 (22) 는 측방으로부터 봤을 때 (도 6 참조), 접지 원판 (23) 과 평행이 되도록 수평으로 폭넓게 전송 선로 (16) 와 직교하여 배치되어 있고, 원판 부재 (22) 의 1 개 지점을 전송 선로 (16) 에 고정시키고 있다. 원판 부재 (22), 접지 원판 (23) 도 구리판 등으로 형성되어 있어, 원판 부재 (22), 접지 원판 (23) 을 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에 고정시킬 때는 납땜 등의 용접에 의해 고정시키면 된다.
이와 같이, 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 사이의 전송 선로 (16) 에 원판 부재 (22) 를 설치함과 함께 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (23) 을 설치함으로써, 원판 부재 (22) 를 콘덴서용의 일방의 전극으로 하고, 공기를 매개하여 접지된 접지 원판 (23) 을 타방의 전극으로 하고 있다. 이로써, 원판 부재 (22) 와 접지 원판 (23) 의 사이에서 전기 용량 성분을 갖는 평판 콘덴서의 구성으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 1 에서 나타낸 고정 콘덴서 (C3) 와 동일한 동작을 갖게 할 수 있어 시판되는 고정 콘덴서의 대체가 된다. 이 평판 콘덴서는 도 1 을 참조해 보면, 도 1 중의 전송 선로 (16) 와 접지 선로 (17) 의 사이에 안테나 (14) 와 병렬로 설치된 구성이 된다.
원판 부재 (22) 를 설치할 때에는 접지 선로 (17), 케이스 (18), 접지 원판 (23) 의 사이에서 이상 방전을 일으키지 않도록 접지 선로 (17), 케이스 (18), 접지 원판 (23) 의 사이에 소정의 거리 (d) 를 둘 필요가 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 규격 IEC60950 (표 2) 을 참조하여 인가 전압이 최대 10 ㎸ 일 때에는 거리 d=37 ㎜ 이상으로 하는 것이 요망된다.
또, 원판 부재 (22) (전극 면적이 작은 쪽의 평판 부재) 의 면적 (S) 은 고정 콘덴서 (C3) 로서 필요한 전기 용량 (C) 으로부터 구할 수 있다. 예를 들어, 고정 콘덴서 (C3) 로서 100 ㎊ 필요한 경우에는 평판 콘덴서의 전기 용량을 구하는 식 [C=ε×S/d] 을 이용하여, 100㎊=(8.85×10-12)S/(37×10-3) 으로부터 계산하여 면적 S≒0.4 ㎡ 가 된다. 여기서도, 공기의 유전율 ε 으로서 진공의 유전율 ε0=8.85×10- 12 를 이용하였다. 또한, 이 계산도 일례이며 원하는 인가 전압, 원하는 전기 용량 등의 조건에 따라 적절히 구할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서는, 전송 선로 (16) 에 원판 부재 (22) 를 설치함과 함께 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (23) 을 설치하고, 원판 부재 (22) 와 접지 원판 (23) 의 사이에서 평판 콘덴서를 구성함으로써, 실시예 1 과 동일한 기능을 완수하는 콘덴서 (C3) 를 형성하게 된다. 그 때문에, 실시예 1 과 동일하게 코일 (L2) 에 흐르는 전류량을 저감시키게 되어, 코일 (L1, L2) 에서의 줄열의 발생도 저감되기 때문에, 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서도, 콘덴서 (C3) (평판 콘덴서) 를 정합기 (12) 내가 아니라, 안테나 (14) 의 근방에 설치하기 때문에, 정합기 (12) 의 정합 범위로는 전술한 도 11(a) 에서 설명한 바와 같이, 충분히 넓어, 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용 가능하다.
또, 콘덴서 (C3) (평판 콘덴서) 를 안테나 (14) 의 근방에 설치하는 것이 되므로, 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에서의 선로 (W) 의 길이가 짧아져, 줄열에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서도, 폭넓은 정합 범위를 갖는 정합기 (12) 라도 발열에 의한 손실을 억제할 수 있다. 요컨대, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다.
또, 본 실시예는 고전압측의 전송 선로 (16) 에 원판 부재 (22) 를 설치함과 함께 접지측의 접지 선로 (17) 에도 접지 원판 (23) 을 설치하고 있으므로, 실질적으로는 전송 선로 (16) 및 접지 선로 (17) 를 폭넓은 것으로 하는 것이 된다. 그 결과, 대전류가 흐르는 전송 선로 (16) 및 접지 선로 (17) 의 저항 성분이 낮아져, 줄열의 발생이 억제됨과 함께, 방열 면적의 증가에 의한 방열 효과가 높아져, 냉각 기구를 간소화할 수 있다. 또, 원판 부재 (22), 접지 원판 (23) 으로부터 형성한 평판 콘덴서는 일반적으로 시판되는 콘덴서보다 내전압이 높고, 허용 전류량도 많이 취하며, 또한 구조가 단순하기 때문에 저렴하고, 고장나지 않기 때문에 메인터넌스도 불필요하다.
(실시예 5)
본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치도, 실시예 1 의 도 1 에 나타낸 회로 구성을 전제로 하지만, 실시예 1 과는 상이하여, 고정 콘덴서 (C3) 로서 시판되는 콘덴서를 사용하는 것이 아니라, 실시예 2 ∼ 4 와 같이 선로의 일부를 가공함으로써, 고정 콘덴서 (C3) 에 해당하는 콘덴서를 형성하고 있다. 또, 실시예 2, 3 에서는 고정 콘덴서 (C3) 로서 동축 콘덴서를 형성하고 있었지만, 본 실시예에서는 실시예 4 와 동일하게 평판 콘덴서를 형성하고 있어 이 점이 실시예 2, 3 과는 상이하고, 또 실시예 4 와는 안테나의 수를 복수로 한 점이 상이하다. 이하에서는 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 개략 구성에 대하여, 도 8 에 나타내는 측면도, 도 9 에 나타내는 상면도를 참조하여 설명을 실시하는데, 실시예 1 ∼ 4 와 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명에 대해서는 생략한다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 2 ∼ 4 와 동일하게 정합기 (12) 는 안테나 (14) 를 갖는 안테나부 (13) 의 상부에 배치되어 있다. 그러나, 안테나로는 크기가 상이한 2 개의 안테나 (14a, 14b) 를 전기적으로 서로 병렬로 접속함과 함께, 동일 평면 상에 동일 중심이 되도록 배치하고 있어, 도 8 에 나타내는 바와 같이 각각 원형 링을 C 자 형상으로 한 것이다. 또, 안테나 (14a, 14b) 의 상방에는 케이스 (18) 의 내벽에 수평으로 지지된 원 형상의 접지 원판 (25) (평판 부재) 이 형성되어 있다.
또, 각 안테나 (14a, 14b) 의 일방의 단부에 접속된 각 전송 선로 (16a, 16b) 는 접지 원판 (25) 에 각각 설치된 관통공 (25a, 25b) 을 지나, 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있다. 각 전송 선로 (16a, 16b) 는, 정합기 (12) 의 고전압측에서의 전송 선로 (16) 와는, 수평 방향으로 배치된 접속 선로 (16c) 에 의해 접속되어 있고, 이와 같은 선로 구성에 의해 정합기 (12) 의 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 를 접속하고 있다. 한편, 정합기 (12) 의 접지측과 안테나 (14) 를 접속하는 접지 선로 (17) 는 접지 원판 (25) 의 상면으로부터 연직 상방으로 세워지도록 배치되어 있고, 안테나 (14a, 14b) 의 타방의 단부는 각각 접지 원판 (25) 의 하면에 접속되어 있다. 요컨대, 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (25) 을 설치한 구성이다.
그리고, 본 실시예에 있어서도, 전송 선로 (16) 의 일부에 평판 부재 (24) (다른 평판 부재) 를 설치하도록 하고 있는데, 수평 방향으로 배치된 접속 선로 (16c) 를 이용하여, 이 접속 선로 (16c) 로부터 수평 방향으로 폭넓게 되도록 형성되어 있다. 이 평판 부재 (24) 는 측방으로부터 봤을 때 (도 8 참조), 접지 원판 (25) 과 평행이 되도록 접속 선로 (16c) 의 길이 방향과 동일 평면에 (전송 선로 (16) 와는 직교하여) 배치되어 접속 선로 (16c) 에 고정되어 있다. 평판 부재 (24), 접지 원판 (25) 도 구리판 등으로 형성되어 있어, 평판 부재 (24), 접지 원판 (25) 을 접속 선로 (16c), 접지 선로 (17) 에 고정시킬 때는 납땜 등의 용접에 의해 고정시키면 된다.
이와 같이, 콘덴서 (C2) 와 안테나 (14) 사이의 접속 선로 (16c) 에 평판 부재 (24) 를 형성함과 함께 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (25) 을 형성함으로써, 평판 부재 (24) 를 콘덴서용의 일방의 전극으로 하고, 공기를 매개하여 접지된 접지 원판 (25) 을 타방의 전극으로 하고 있다. 이로써, 평판 부재 (24) 와 접지 원판 (25) 의 사이에서 전기 용량 성분을 갖는 평판 콘덴서의 구성으로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도 1 에서 나타낸 고정 콘덴서 (C3) 와 동일한 동작을 갖게 할 수 있어 시판되는 고정 콘덴서의 대체가 된다. 이 평판 콘덴서는 도 1 을 참조해 보면, 도 1 중의 전송 선로 (16) 와 접지 선로 (17) 의 사이에 안테나 (14) 와 병렬로 설치된 구성이 된다.
평판 부재 (24) 를 설치할 때에는 접지 선로 (17), 케이스 (18), 접지 원판 (25) 의 사이에서 이상 방전을 일으키지 않도록, 접지 선로 (17), 케이스 (18), 접지 원판 (25) 의 사이에 소정의 거리 (d) 를 둘 필요가 있다. 본 실시예에 있어서는 예를 들어 도 9 에 나타내는 바와 같이, 접지 선로 (17) 와의 거리를 두기 위하여, 평판 부재 (24) 에 오목부 (24a) 를 형성하도록 하고 있다. 거리 (d) 로는 예를 들어 전술한 바와 같이, 규격 IEC60950 (표 2) 을 참조하여, 인가 전압이 최대 10 ㎸ 일 때에는 거리 d=37 ㎜ 이상으로 하는 것이 요망된다. 또, 평판 부재 (24) (전극 면적이 작은 쪽의 평판 부재) 의 면적 (S) 도 실시예 4 에서 설명한 계산을 이용하여, 원하는 인가 전압, 원하는 전기 용량 등의 조건에 따라 적절히 구할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서도, 전송 선로 (16) (접속 선로 (16c)) 에 평판 부재 (24) 를 설치함과 함께, 접지 선로 (17) 에 접지 원판 (25) 을 설치하고, 평판 부재 (24) 와 접지 원판 (25) 의 사이에서 평판 콘덴서를 구성함으로써, 실시예 1 과 동일한 기능을 완수하는 콘덴서 (C3) 를 형성하게 된다. 그 때문에, 실시예 1 과 동일하게 코일 (L2) 에 흐르는 전류량을 저감시키게 되어, 코일 (L1, L2) 에서의 줄열의 발생도 저감되기 때문에, 투입 전력의 손실을 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서도, 콘덴서 (C3) (평판 콘덴서) 를 정합기 (12) 내가 아니라, 안테나 (14) 의 근방에 설치하기 때문에, 정합기 (12) 의 정합 범위로는 전술한 도 11(a) 에서 설명한 바와 같이, 충분히 넓어, 안테나 형상이나 플라즈마 처리 조건 (가스 종, 압력 등) 에 관계없이 사용 가능하다.
또, 콘덴서 (C3) (평판 콘덴서) 를 안테나 (14) 의 근방에 설치하게 되므로, 전송 선로 (16), 접지 선로 (17) 에서의 선로 (W) 의 길이가 짧아져, 줄열에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 있어서도, 폭넓은 정합 범위를 갖는 정합기 (12) 라도, 발열에 의한 손실을 억제할 수 있다. 요컨대, 넓은 정합 범위와 손실 저감의 양립이 가능해진다.
또, 본 실시예는 실시예 4 와 동일하게 고전압측의 전송 선로 (16) (접속 선로 (16c)) 에 평판 부재 (24) 를 설치함과 함께 접지측의 접지 선로 (17) 에도 접지 원판 (25) 을 설치하고 있으므로, 실질적으로는 전송 선로 (16) 및 접지 선로 (17) 를 폭넓은 것으로 하는 것이 된다. 그 결과, 대전류가 흐르는 전송 선로 (16) 및 접지 선로 (17) 의 저항 성분이 낮아져, 줄열의 발생이 억제됨과 함께, 방열 면적의 증가에 의한 방열 효과가 높아져 냉각 기구를 간소화할 수 있다. 또, 평판 부재 (24), 접지 원판 (25) 으로부터 형성된 평판 콘덴서는 일반적으로 시판되는 콘덴서보다 내전압이 높고, 허용 전류량도 많이 취하며, 또한 구조가 단순하기 때문에 저렴하고, 고장나지 않기 때문에 메인터넌스도 불필요하다.
산업상 이용가능성
본 발명에 관련된 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 특히 반도체 장치의 제조에 사용되는 플라즈마 처리 장치 (플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 에칭 장치 등) 에 바람직한 것이다.
11 … 고주파 전원
12 … 정합기
13 … 안테나부
14, 14a, 14b … 안테나
16 … 전송 선로
17 … 접지 선로
18 … 케이스
20, 21 … 원통 부재
22 … 원판 부재 (다른 평판 부재)
23 … 접지 원판 (평판 부재)
24 … 평판 부재 (다른 평판 부재)
25 … 접지 원판 (평판 부재)
C3 … 고정 콘덴서 (다른 콘덴서)

Claims (6)

  1. 고주파 전원으로부터의 고주파를, 임피던스를 정합시키는 정합기를 개재하여 안테나에 공급하고, 당해 안테나로부터의 전자파에 의해 진공 용기 내에 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치로서,
    상기 정합기로서 L 형 정합 회로를 사용함과 함께, 당해 L 형 정합 회로 중의 콘덴서보다 상기 안테나에 가까운 위치에 상기 안테나와 병렬로 다른 콘덴서를 형성한 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    시판되는 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 주위를, 접지된 원통 형상의 케이스로 둘러쌈과 함께, 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로에 상기 케이스와 동축의 원통 부재를 설치하고, 상기 케이스와 상기 원통 부재에 의해 동축 콘덴서를 형성하여, 당해 동축 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나에 접속되는 접지측의 전송 선로에 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로를 중심축으로 하는 원통 부재를 설치하고, 상기 고전압측의 전송 선로와 상기 원통 부재에 의해 동축 콘덴서를 형성하여, 당해 동축 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 상방에, 접지된 평판 부재를 설치함과 함께, 상기 안테나에 접속되는 고전압측의 전송 선로에 상기 평판 부재와 평행으로 다른 평판 부재를 설치하고, 상기 평판 부재와 상기 다른 평판 부재에 의해 평판 콘덴서를 형성하여, 당해 평판 콘덴서를 상기 다른 콘덴서로서 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 안테나를, 서로 병렬로 접속된 크기가 상이한 복수의 안테나로 구성함과 함께, 상기 복수의 안테나를 동일 평면 상에 동일 중심이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
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