(57)【要約】【課題】アンテナコイルの両端部の最大電圧を均すことができ、真空容器の損耗を抑えることができるプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、プラズマ電位の基準となる基準電位に接続されており、アンテナコイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、アンテナコイル及び高周波電源間に設けられた共振回路とを備える誘導結合型のプラズマ発生装置であって、共振回路は、アンテナコイルの一端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第１直列リアクタンス素子と、アンテナコイルの他端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第２直列リアクタンス素子とを備え、一端部側及び他端部側の回路構成は電気的に対称的である。【選択図】図１
2020057464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、基準電位に接続されており、該アンテナコイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記アンテナコイル及び前記高周波電源間に設けられた共振回路とを備える誘導結合型のプラズマ発生装置であって、
前記共振回路は、
前記アンテナコイルの一端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第１直列リアクタンス素子と、
前記アンテナコイルの他端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第２直列リアクタンス素子と
を備え、
前記アンテナコイルの一端部と前記高周波電源との間の前記共振回路の回路構成と、前記アンテナコイルの他端部と前記高周波電源との間の前記共振回路の回路構成とは、容量成分を除いて電気的に同じ回路構成である
プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子はコンデンサである
請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記アンテナコイルの一端部の最大電圧値と前記アンテナコイルの他端部の最大電圧値とが略同一となるように、前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子のリアクタンスが定まっている
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子は可変である
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記真空容器は、
材料ガスの流入口及び流出口を両端側に有する管状であり、
前記アンテナコイルは、
前記一端部が前記流入口側、前記他端部が前記流出口側になるように前記真空容器の外周側に巻回されており、前記第１直列リアクタンス素子の容量成分は前記第２直列リアクタンス素子の容量成分よりも大きい
請求項１〜請求項４までのいずれか一項に記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導結合型のプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおいては、プラズマを用いた半導体ウェハの成膜処理、エッチング処理等が行われている。特許文献１及び２には、誘導結合プラズマ（ICP:Inductively Coupled Plasma）型のプラズマ発生装置が開示されている。プラズマ発生装置は、筒状の真空容器に巻回されたアンテナコイルと、アンテナコイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、アンテナコイル及び高周波電源間のインピーダンスを整合させる整合器とを備える。整合器は、コイル及び可変コンデンサを直並列接続してなる回路である。
【０００３】
図３は、従来のプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。
高周波電源３は、直流電圧を出力する直流電源３０と、直流電源３０から出力される直流電圧を高周波帯域の周波数（例えば上記のような１〜３ＭＨｚ程度）を有する高周波電圧に変換して出力するフルブリッジインバータ回路３１とを備える。フルブリッジインバータ回路３１は、第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄで構成される。なお、第２及び第４スイッチング素子３１ｂ、３１ｄのソースは基準電位、例えばプラズマ発生装置の筐体に接続されている。
【０００４】
第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのオンオフは、図示しない制御部によって制御され、第１及び第４スイッチング素子３１ａ、３１ｄをオン状態にした導通状態と、第２及び第３スイッチング素子３１ｂ、３１ｃをオン状態にした導通状態とを交互に切り替えることにより、フルブリッジインバータ回路３１から高周波電圧が出力される。
なお、第１スイッチング素子３１ａのソースと第２スイッチング素子３１ｂのドレインとの接続点を第１出力端部３２、第３スイッチング素子３１ｃのソースと第４スイッチング素子３１ｄのドレインとの接続点を第２出力端部３３とする。
【０００５】
共振回路４’は、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間に直列接続された第１直列リアクタンス素子４１を備える。また、共振回路４’は、アンテナコイル２１に並列接続された並列リアクタンス素子４３を備える。また、アンテナコイル２１の一端部２１ａは、真空容器１の流入口１１側に位置し、アンテナコイル２１の他端部２１ｂは、真空容器１の流出口側に位置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５２０４４７６号公報
【特許文献２】特許第５５９５１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のプラズマ発生装置の構成では、アンテナコイル２１の一端部２１ａに印加される高周波電圧の最大値（基準電位に対する最大値）が非常に高くなってしまう。基準電位に対する電圧値が高くなるほど、アンテナコイル側にプラズマがより多く引き寄せられるので、アンテナコイル２１の一端部２１ａ側に位置する真空容器の内壁部分の損耗の度合いが大きくなってしまうという問題があった。真空容器の全体ではなく一部分であっても損耗の度合いがある程度大きくなると、品質を維持するためにその真空容器は交換せざるを得なくなるので、損耗の度合いが大きいのは問題となる。
【０００８】
本発明の目的は、アンテナコイルの一端部側に印加される電圧の最大値を抑制することにより、アンテナコイルの一端部側に位置する真空容器の内壁部分の損耗の度合いを抑制するプラズマ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプラズマ発生装置は、真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナコイルと、基準電位に接続されており、該アンテナコイルに高周波電圧を印加する高周波電源と、前記アンテナコイル及び前記高周波電源間に設けられた共振回路とを備える誘導結合型のプラズマ発生装置であって、前記共振回路は、前記アンテナコイルの一端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第１直列リアクタンス素子と、前記アンテナコイルの他端部に直列接続された、少なくとも容量成分を有する第２直列リアクタンス素子とを備え、前記アンテナコイルの一端部と前記高周波電源との間の前記共振回路の回路構成と、前記アンテナコイルの他端部と前記高周波電源との間の前記共振回路の回路構成とは、容量成分を除いて電気的に同じ回路構成である。
【００１０】
本発明にあっては、アンテナコイルの一端部と高周波電源との間の共振回路の回路構成と、アンテナコイルの他端部と高周波電源との間の共振回路の回路構成とは、容量成分を除いて電気的に同じ回路構成である。
このようにすると、アンテナコイルの電圧降下は一定のまま（従来のプラズマ発生装置の構成でも、本実施形態の構成でも略同じ）で、アンテナコイルの両端部（一端部及び他端部）の最大電圧が均されるので、アンテナコイルの一端部の電圧の最大値が抑制される。そのため、アンテナコイルの一端部側に位置する真空容器の内壁部分の損耗の度合いを抑制することができる。
【００１１】
本発明に係るプラズマ発生装置は、前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子はコンデンサである。
【００１２】
本発明にあっては、前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子はコンデンサであり、アンテナコイルのインダクタンス成分と共にＬＣ直列共振回路を構成している。従って、高周波電源の電力を効率的にプラズマアンテナに供給することができる。
【００１３】
本発明に係るプラズマ発生装置は、前記アンテナコイルの一端部の最大電圧値と前記アンテナコイルの他端部の最大電圧値とが略同一となるように、前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子のリアクタンスが定まっている。
【００１４】
本発明にあっては、アンテナコイルの一端部の最大電圧値とアンテナコイルの他端部の最大電圧値とが略同一であるため、アンテナコイルの一端部の電圧の最大値を抑制する効果が高まる。そのため、アンテナコイルの一端部側に位置する真空容器の内壁部分の損耗の度合いを抑制する効果が更に高まる。
【００１５】
本発明に係るプラズマ発生装置は、前記第１直列リアクタンス素子及び前記第２直列リアクタンス素子は可変である。
【００１６】
本発明にあっては、第１及び第２直列リアクタンス素子は可変である。そのため、例えば、可変周波数方式の高周波電源のように、高周波電源から出力される高周波電圧の周波数が変化するような場合等、条件の変動があったとしても、アンテナコイルの一端部の最大電圧値とアンテナコイルの他端部の最大電圧値とを略同一にすることができる。
【００１７】
本発明に係るプラズマ発生装置は、前記真空容器は、材料ガスの流入口及び流出口を両端側に有する管状であり、前記アンテナコイルは、前記一端部が前記流入口側、前記他端部が前記流出口側になるように前記真空容器の外周側に巻回されており、前記第１直列リアクタンス素子の容量成分は前記第２直列リアクタンス素子の容量成分よりも大きい。
【００１８】
本発明にあっては、第１直列リアクタンス素子及び第２直列リアクタンス素子の容量成分が同じである場合、アンテナコイルの両端部の最大電圧値が異なるときがある。この場合、第１直列リアクタンス素子の容量成分を第２直列リアクタンス素子の容量成分よりも大きくすることによって、アンテナコイルの両端部の最大電圧値を略同一にすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンテナコイルの電圧降下は一定のまま（従来のプラズマ発生装置の構成でも、本実施形態の構成でも略同じ）で、アンテナコイルの両端部（一端部及び他端部）の最大電圧を均すことができる。これにより、アンテナコイルの一端部の電圧の最大値が抑制される。そのため、アンテナコイルの一端部側に位置する真空容器の内壁部分の損耗の度合いを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。
【図３】従来のプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。
【図４】アンテナコイルの両端部の電位の時間変化を示すグラフである。
【図５】変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。
【図６】実施形態３に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図、図２は本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置は、ＩＣＰ型のプラズマ発生装置である。プラズマ発生装置は、真空容器１内にプラズマを発生させるためのアンテナ部２と、アンテナ部２に高周波電圧を印加する高周波電源３と、アンテナ部２及び高周波電源３間に設けられた共振回路４とを備える。
【００２２】
真空容器１は、材料ガスの流入口１１及び流出口１２を両端側に有する管状である。真空容器１は、例えば石英、アルミナ等の非導電性材料からなる。
【００２３】
アンテナ部２は、真空容器１の外周側、流入口１１側から流出口１２側に亘って巻回されたアンテナコイル２１を備える。アンテナコイル２１は、例えば銅等の導電性材料からなるエッジワイズコイルである。
【００２４】
このようなプラズマ発生装置では、高周波電源３から出力する高周波電圧及び高周波電流が共振回路４を介してアンテナ部２に供給されるので、アンテナ部２のアンテナコイル２１に高周波電流が流れる。一方、真空容器１内には、後述するように材料ガスが供給される。その結果、アンテナコイル２１に流れる高周波電流による誘導結合よって材料ガスがプラズマ化し、プラズマが生成される。このプラズマを利用して、各種の処理（エッチング等）が行われる。
なお、高周波電源３から出力する高周波電圧の周波数は、１〜３ＭＨｚ程度である。しかし、これに限定されるものではなく、プラズマを発生させるために適した周波数であれば、上記に示した周波数以外でもよい。
【００２５】
高周波電源３は、直流電圧を出力する直流電源３０と、直流電源３０から出力される直流電圧を高周波帯域の周波数（例えば上記のような１〜３ＭＨｚ程度）を有する高周波電圧に変換して出力するフルブリッジインバータ回路３１とを備える。フルブリッジインバータ回路３１は、第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄで構成される。第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワーデバイスである。以下、本実施形態では第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをパワーＭＯＳＦＥＴとして説明する。直流電源３０の正極側端子には第１及び第３スイッチング素子３１ａ、３１ｃのドレインが接続している。第１スイッチング素子３１ａ及び第３スイッチング素子３１ｃのソースはそれぞれ第２及び第４スイッチング素子３１ｂ、３１ｄのドレインに接続し、第２及び第４スイッチング素子３１ｂ、３１ｄのソースは基準電位、例えばプラズマ発生装置の筐体に接続されている。第１乃至第４スイッチング素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのオンオフは、図示しない制御部によって制御される。具体的には、制御部は、第１及び第４スイッチング素子３１ａ、３１ｄをオン状態にした導通状態と、第２及び第３スイッチング素子３１ｂ、３１ｃをオン状態にした導通状態とを交互に切り替えることにより、フルブリッジインバータ回路３１から高周波電圧が出力される。
【００２６】
なお、第１スイッチング素子３１ａのソースと第２スイッチング素子３１ｂのドレインとの接続点を第１出力端部３２、第３スイッチング素子３１ｃのソースと第４スイッチング素子３１ｄのドレインとの接続点を第２出力端部３３とする。
【００２７】
共振回路４は、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３（フルブリッジインバータ回路３１）の第１出力端部３２との間に直列接続された第１直列リアクタンス素子４１と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３（フルブリッジインバータ回路３１）の第２出力端部３３との間に直列接続された第２直列リアクタンス素子４２とを備える。
また、共振回路４は、アンテナコイル２１に並列接続された並列リアクタンス素子４３を備える。
【００２８】
より詳細には、第１直列リアクタンス素子４１の一端は、第１スイッチング素子３１ａのソース及び第２スイッチング素子３１ｂのドレインに接続され、第２直列リアクタンス素子４２の一端は、第３スイッチング素子３１ｃのソース及び第４スイッチング素子３１ｄのドレインに接続されている。第１直列リアクタンス素子４１の他端は、並列リアクタンス素子４３の一端及びアンテナコイル２１の一端部２１ａに接続されている。第２直列リアクタンス素子４２の他端は、並列リアクタンス素子４３の他端及びアンテナコイル２１の他端部２１ｂに接続されている。
【００２９】
また、アンテナコイル２１の一端部２１ａは、真空容器１の流入口１１側に位置し、アンテナコイル２１の他端部２１ｂは、真空容器１の流出口側に位置している。つまり第１直列リアクタンス素子４１は、アンテナコイル２１の流入口１１側の一端部２１ａに接続され、第２直列リアクタンス素子４２は、アンテナコイル２１の流出口１２側の他端部２１ｂに接続されている。
このようにすると、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成は、同じ回路構成となる。
別の表現をすると、アンテナコイル２１から見た場合、アンテナコイル２１から第１直列リアクタンス素子４１を介して高周波電源３の第１出力端部３２に至る回路構成と、アンテナコイル２１から第２直列リアクタンス素子４２を介して高周波電源３の第２出力端部３３に至る回路構成とは、対称の回路構成となる。
【００３０】
その結果、基準電位に対するアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧の最大値とアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧の最大値とは略同じとなる。アンテナコイル２１における電圧降下は、従来のプラズマ発生装置の構成でも、本実施形態の構成でも略同じであるので、両端部での電圧の最大値の差異が小さくなることによってアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧の最大値が抑制される。
そのため、アンテナコイル２１の一端部２１ａ側に位置する真空容器１の内壁部分の損耗の度合いを抑制できる。その結果、真空容器１の寿命を従来よりも長くすることができる。
【００３１】
なお、同じ回路構成とは、同じ種類の回路素子が電気回路的に同じように配置されていることを示し、物理的な配置位置が同じという意味ではない。
また、第１直列リアクタンス素子４１は、物理的に１つの素子でなくてもよい。例えば、第１直列リアクタンス素子４１がコンデンサであれば、２つのコンデンサの合計容量が所望の値になればよい。すなわち、所望のリアクタンス値になればよい。
第２直列リアクタンス素子４２も同様に、同じ種類の回路素子が電気回路的に同じように配置されていることを示し、物理的な配置位置が同じという意味ではない。
また、第２直列リアクタンス素子４２も同様に、物理的に１つの素子でなくてもよい。
【００３２】
第１直列リアクタンス素子４１及び第２直列リアクタンス素子４２、並びに並列リアクタンス素子４３は、少なくとも容量成分を有するリアクタンス素子である。そのため、各リアクタンス素子は、必ずしもコンデンサだけを示すものではないが、本実施形態１に係る各リアクタンス素子は図２に示すようにコンデンサとしている。そのため、図２では、第１直列リアクタンス素子４１及び第２直列リアクタンス素子４２、並びに並列リアクタンス素子４３をコンデンサを表す電気記号で示している。もちろん、各リアクタンス素子にインダクタンス成分が含まれる場合もある。
【００３３】
また、本実施形態１では、第１直列リアクタンス素子４１及び第２直列リアクタンス素子４２は略同一の容量を有する。より具体的には、第１及び第２直列リアクタンス素子４１，４２の容量は下記式（１）で表される。
【００３４】
すなわち、高周波電圧の周波数及びアンテナコイル２１のインダクタンスは既知である。そのため、下記式（１）に基づいて、第１直列リアクタンス素子４１，第２直列リアクタンス素子４２及び並列リアクタンス素子４３の容量の合計値を算出することができる。この合計値に適用するように、各容量を定めればよい。
ｆ＝１／π√｛２Ｌ（Ｃ＋２Ｃ’）｝…（１）
但し、
ｆ：高周波電圧の周波数
Ｌ：アンテナコイル２１のインダクタンス
Ｃ：第１直列リアクタンス素子４１の容量
第２直列リアクタンス素子４２の容量
Ｃ’：並列リアクタンス素子４３の容量
【００３５】
以下、本実施形態１に係るプラズマ発生装置の作用効果を図３に示した従来のプラズマ発生装置と対比させて説明する。
図３に示す従来のプラズマ発生装置は、実施形態１と同様のアンテナ部２、高周波電源３及び共振回路４’を備えている。但し、本実施形態１に係る第２直列リアクタンス素子４２に相当する回路素子を備えない構成であるために、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４’の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４’の回路構成は、同じ回路構成とならない。
別の表現をすると、アンテナコイル２１から見た場合、アンテナコイル２１から第１直列リアクタンス素子４１を介して高周波電源３の第１出力端部３２に至る回路構成と、アンテナコイル２１から高周波電源３の第２出力端部３３に至る回路構成とは、非対称の回路構成となる。
【００３６】
図４はアンテナコイル２１の両端部の電位の時間変化を示すグラフである。図４Ａは、本実施形態１に係る共振回路４に正弦波の高周波電圧が印加された場合における、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２とを示したグラフである。同様に、図４Ｂは、比較従来例に係る共振回路４’に正弦波の高周波電圧が印加された場合における、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２とを示したグラフである。各グラフの横軸は時間、縦軸は電圧である。
なお、共振回路４，４’を介してアンテナコイル２１に印加する電圧及び周波数の値は、シミュレーション上の値であり、必ずしも実際に印加する値では無い。
また、主なシミュレーション条件は、次の通りである。
・高周波電源３から出力される高周波電圧の周波数：２［ＭＨｚ］
・直流電源３０から出力される直流電圧（直流電源電圧Ｖｄｃ）：３０［Ｖ］
・基準電位：０［Ｖ］
【００３７】
まず図３に示す従来のプラズマ発生装置では以下のように動作する。
第１スイッチング素子３１ａ及び第４スイッチング素子３１ｄがオンのときには、アンテナコイル２１の他端部２１ｂが第４スイッチング素子３１ｄを介して基準電位に接続されるので、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２は約０［Ｖ］になる。
また、高周波電源３の第１出力端部３２は、第１スイッチング素子３１ａを介して直流電源３０に接続されるので、高周波電源３の第１出力端部３２の電圧は、直流電源電圧Ｖｄｃの３０［Ｖ］になる。
また、高周波電源３の第１出力端部３２から出力される高周波電圧は、共振回路４の作用により略正弦波状の電圧波形を有する共振電圧Ｖｐとなって、アンテナコイル２１の一端部２１ａに印加される。
このとき、第１スイッチング素子３１ａ及び第４スイッチング素子３１ｄがオンなので、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１は正の値となる。すなわち、図４Ｂに示すアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の電圧波形の上側の半波に相当する。なお、図４Ｂに示した例では、上側の半波の電圧の最大値が約７０［Ｖ］であり、これに対応するアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２が約０［Ｖ］なので、アンテナコイル２１における電圧降下の最大値（絶対値）は約７０［Ｖ］（７０−０＝７０［Ｖ］）となっている。
【００３８】
第２スイッチング素子３１ｂ及び第３スイッチング素子３１ｃがオンのときには、アンテナコイル２１の一端部２１ａが第１直列リアクタンス素子４１及び第２スイッチング素子３１ｂを介して基準電位に接続される。
そのため、高周波電源３の第１出力端部３２の電圧は０［Ｖ］になる。また、アンテナコイル２１の他端部２１ｂは、第３スイッチング素子３１ｃを介して直流電源３０に接続されるので、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２は約３０［Ｖ］になる。
また、高周波電源３の第２出力端部３３から出力される高周波電圧が共振回路４の作用により略正弦波状の電圧波形を有する共振電圧Ｖｐとなって、アンテナコイル２１の他端部２１ｂに印加される。
このとき、第２スイッチング素子３１ｂ及び第３スイッチング素子３１ｃがオンなので、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１は負の値となる。すなわち、図４Ｂに示すアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の電圧波形の下側の半波に相当する。なお、図４Ｂに示した例では、下側の半波の電圧の最大値が約−４０［Ｖ］であり、これに対応するアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２が約３０［Ｖ］なので、アンテナコイル２１における電圧降下の最大値（絶対値）は約７０［Ｖ］（３０−（−４０）＝７０［Ｖ］）となっている。
【００３９】
すなわち、アンテナコイル２１における電圧降下の最大値（絶対値）は、第１スイッチング素子３１ａ及び第４スイッチング素子３１ｄがオンのときも、第２スイッチング素子３１ｂ及び第３スイッチング素子３１ｃがオンのときも略同じであることがわかる。
【００４０】
また、上記のように、アンテナコイル２１の他端部２１ｂは、基準電位と直流電源３０とに交互に接続されるので、図４Ｂに示すように、約０［Ｖ］と約３０［Ｖ］の付近を交互に繰り返すことになる。そのため、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１は、基準電位に対して約１５［Ｖ］オフセットされている。
【００４１】
このように、図３に示す従来のプラズマ発生装置では、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成とが同じ回路構成でないので、図４Ｂに示すように、アンテナコイル２１の両端部それぞれの電圧値Ｖ１，Ｖ２の最大電圧値はアンバランスとなっている。具体的には、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１のピークピーク値（Peak-to-peak value）は、＋７０Ｖ〜−４０［Ｖ］程度であり、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２のピークピーク値は＋３０Ｖ〜０［Ｖ］程度となっている。
すなわち、電圧値Ｖ１と電圧値Ｖ２との電圧差は約４０Ｖとなり、大きな差異が生じていることが分かる。
【００４２】
また、基準電位に対する電位差が大きい程、真空容器１の内壁部分にプラズマが引き寄せられる傾向にあるので、アンテナコイル２１の一端部２１ａの方が、他端部２１ｂよりもプラズマを引き寄せてしまう。また、最大電圧が大きいので、アンテナコイル２１の一端部２１ａは、プラズマによって損耗され易く、ひいては、真空容器１の寿命が短くなってしまう。
【００４３】
これに対して本実施形態１においては、上記のように、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成は、同じ回路構成となる。
【００４４】
そのため、本実施形態１のプラズマ発生装置では以下のように動作する。
第１スイッチング素子３１ａ及び第４スイッチング素子３１ｄがオンのときには、アンテナコイル２１の他端部２１ｂが第１直列リアクタンス素子４１及び第４スイッチング素子３１ｄを介して基準電位に接続されているので、高周波電源３の第２出力端部３３は０［Ｖ］になる。また、高周波電源３の第１出力端部３２は、第１スイッチング素子３１ａを介して直流電源３０に接続されるので、高周波電源３の第１出力端部３２の電圧は、約３０［Ｖ］になる。
また、高周波電源３の第１出力端部３２から出力される高周波電圧は、共振回路４の作用により略正弦波状の電圧波形を有する共振電圧Ｖｐとなって、アンテナコイル２１の一端部２１ａに印加される。
このとき、第１スイッチング素子３１ａ及び第４スイッチング素子３１ｄがオンなので、一端部２１ａの電圧Ｖ１は正の値となる。すなわち、図４Ａに示すアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の電圧波形の上側の半波に相当する。また、その振幅は、図３に示す比較従来例の場合よりも小さくて済む。
【００４５】
上述したように、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成は、同じ回路構成なので、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２は、一端部２１ａの電圧Ｖ１とは逆極性となる。そのため、図４Ａに示すアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の電圧波形の下側の半波に相当する。
すなわち、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１が正の値の間は、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２が負の値であり、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１とアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の振幅は同程度になる。
【００４６】
なお、図４Ａに示した例では、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の電圧波形の上側の半波の電圧の最大値が約３５［Ｖ］であり、これに対応するアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の電圧波形の下側の半波の最大値が約−３５［Ｖ］なので、アンテナコイル２１における電圧降下の最大値（絶対値）は約７０［Ｖ］（３５−（−３５）＝７０［Ｖ］）となっている。
【００４７】
第２スイッチング素子３１ｂ及び第３スイッチング素子３１ｃがオンのときには、アンテナコイル２１の一端部２１ａが第１直列リアクタンス素子４１及び第２スイッチング素子３１ｂを介して基準電位に接続されている。
また、高周波電源３の第２出力端部３３は、第３スイッチング素子３１ｃを介して直流電源３０に接続されるので、高周波電源３の第２出力端部３３の電圧は、直流電源電圧Ｖｄｃの３０［Ｖ］になる。
また、高周波電源３の第２出力端部３３から出力される高周波電圧は、共振回路４の作用により略正弦波状の電圧波形を有する共振電圧Ｖｐとなって、アンテナコイル２１の他端部２１ｂに印加される。
【００４８】
このとき、第２スイッチング素子３１ｂ及び第３スイッチング素子３１ｃがオンなので、他端部２１ｂの電圧Ｖ２は正の値となる。すなわち、図４Ａに示すアンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の電圧波形の上側の半波に相当する。
【００４９】
上述したように、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成は、同じ回路構成なので、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１は、他端部２１ｂの電圧Ｖ２とは逆極性となる。そのため、図４Ａに示すアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の電圧波形の下側の半波に相当する。
すなわち、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２が正の値の間は、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１が負の値であり、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２とアンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の振幅は同程度になる。
【００５０】
このように、図２に示す本実施形態１のプラズマ発生装置では、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成とが同じ回路構成なので、図４Ａに示すように、アンテナコイル２１の両端部それぞれの電圧値Ｖ１，Ｖ２の最大電圧値は同程度でありバランスがとれている。
【００５１】
具体的には、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１のピークピーク値も、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２のピークピーク値も、＋３５〜−３５［Ｖ］程度となっている。すなわち、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の最大電圧値は殆ど同じであることが分かる。
【００５２】
そのため、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大電圧値は、比較従来例に比べて小さいので、アンテナコイル２１の一端部２１ａ側に位置する真空容器１の内壁部分の摩耗の度合いを抑制することができる。
【００５３】
以上のように構成されたプラズマ発生装置によれば、アンテナコイル２１の両端部の最大電圧を均し、真空容器１の損耗を低減させることができる。その結果、真空容器１の長寿命化を図ることができる。また、最大電圧値を小さくできるので、図示しないチャンバー又はウェハへのダメージを低減することができる。
【００５４】
本実施形態１に係る共振回路４は、第１直列リアクタンス素子４１及び第２直列リアクタンス素子４２の容量が略同一であり、各素子がアンテナコイル２１から見て対称的に構成されているため、より効果的にアンテナコイル２１の両端部の電位を均すことができる。
【００５５】
図５は変形例に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。上記の実施形態とは異なり、図５に示すシングルエンド型の高周波電源３’を用いてもよい。シングルエンド型の高周波電源３’は、フルブリッジインバータ回路３１の出力端が共振回路３４及びトランス３５に接続されている高周波電源３’であるので、トランス３５によって一次側と二次側とが絶縁がされる。
トランス３５の一次側では、第１出力端部３２側と第２出力端部３３側とが非対称の回路構成となるので電圧値が異なる。しかし、トランス３５の二次側では、一次側の電圧非対称が無くなる。また、上記の実施形態と同様に、アンテナコイル２１の一端部２１ａと高周波電源３’の第１出力端部３２との間の共振回路４の回路構成と、アンテナコイル２１の他端部２１ｂと高周波電源３’の第２出力端部３３との間の共振回路４の回路構成は、同じ回路構成となる。
従って、上記の実施形態と同様に、アンテナコイル２１の一端部２１ａ側に位置する真空容器１の内壁部分の損耗の度合いを抑制できる。その結果、真空容器１の寿命を従来よりも長くすることができる。
【００５６】
（実施形態２）
実施形態２に係るプラズマ発生装置は、第１直列リアクタンス素子４１及び第２直列リアクタンス素子４２の容量のみが実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。
なお、その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、図２を用いて説明する。また、以下の説明では、実施形態１と同様の符号を用い、詳細な説明を省略している。
【００５７】
実施形態１同様、第１直列リアクタンス素子４１は、アンテナコイル２１の流入口１１側の一端部２１ａに接続され、第２直列リアクタンス素子４２は、アンテナコイル２１の流出口１２側の他端部２１ｂに接続されている。実施形態２に係る第１直列リアクタンス素子４１の容量は第２直列リアクタンス素子４２の容量に比べて大きく設定されている。
【００５８】
以下、本実施形態２に係るプラズマ発生装置の作用効果を説明する。
上述したように、アンテナコイル２１の一端部２１ａに印加される電圧Ｖ１の最大値が他端部２１ｂに印加される電圧Ｖ２の最大値よりも大きい場合は、アンテナコイル２１の一端部２１ａ側に位置する真空容器１の内壁部分にプラズマがより多く引き寄せられる結果、アンテナコイル２１の一端部側２１ａの真空容器１の内壁部分の損耗の度合いが他端部側２１ｂよりも大きくなる傾向がある。換言すると、アンテナコイル２１に生じる電圧値が高い箇所に位置する真空容器１の内壁部分の損耗の度合いが大きい傾向にある。
【００５９】
そこで、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値の方が他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値よりも大きい場合には、第２直列リアクタンス４２の容量を第１直列リアクタンス４１の容量よりも大きく設定する。
この理由について説明する。第２直列リアクタンス４２の容量を大きくする程、当該第２直列リアクタンス４２における電圧降下の度合いが小さくなる。そして、第２直列リアクタンス４２における電圧降下の度合いが小さくなるにつれて、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値が相対的に高くなっていき、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値が相対的に低くなっていくからである。
【００６０】
反対に、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値の方が一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値よりも大きい場合には、第１直列リアクタンス４１の容量を第２直列リアクタンス４２の容量よりも大きく設定する。
この理由は、第１直列リアクタンス４１の容量を大きくする程、当該第１直列リアクタンス４１における電圧降下の度合いが小さくなる。そして、第１直列リアクタンス４１における電圧降下の度合いが小さくなるにつれて、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値が相対的に高くなっていき、アンテナコイル２１の他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値が相対的に低くなっていくからである。
【００６１】
従って、第１直列リアクタンス素子４１の容量と第２直列リアクタンス素子４２の容量とを同一にした場合に、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値と他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値に差異が生じる場合は、その差異が小さくなるように（好ましくは差異が無くなるように）、第１直列リアクタンス素子４１の容量及び第２直列リアクタンス素子４２の容量を定めればよい。
【００６２】
（実施形態３）
実施形態３に係るプラズマ発生装置は、第１直列リアクタンス素子３４１及び第２直列リアクタンス素子３４２並びに並列リアクタンス素子３４３の構成及び容量制御に係る構成のみが実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６３】
図６は実施形態３に係るプラズマ発生装置の構成例を示す回路図である。実施形態３に係る第１直列リアクタンス素子３４１及び第２直列リアクタンス素子３４２、並びに並列リアクタンス素子３４３は可変コンデンサである。プラズマ発生装置は、各可変コンデンサの容量を制御する容量制御回路５を備える。
容量制御回路５は、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１を検出する電圧検出部６１及び他端部２１ｂの電圧Ｖ２を検出する電圧検出部６２から出力される電圧検出信号を入力し、その電圧検出信号に基づいて、第１直列リアクタンス素子３４１の容量、第２直列リアクタンス素子３４２の容量及び並列リアクタンス素子３４３の容量を調整する機能を有する。
また、高周波電源３（フルブリッジインバータ回路３１）から出力される高周波電圧の周波数の設定値（周波数設定値）を入力し、その周波数設定値に基づいて、第１直列リアクタンス素子３４１の容量、第２直列リアクタンス素子３４２の容量及び並列リアクタンス素子３４３の容量を調整する機能を有する。
なお、周波数設定値は、図示しない高周波電源３のフルブリッジインバータ回路３１の容量制御回路５で分かっているので、その周波数設定値を用いればよい。または、図示しない上位の制御装置から与えられる周波数設定値を用いてもよい。
【００６４】
以下、本実施形態３に係るプラズマ発生装置の作用効果を説明する。
実施形態２で説明したように、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値と他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値が同程度になるように、第１直列リアクタンス素子３４１の容量及び第２直列リアクタンス素子３４２の容量を調整する方が好ましい。
【００６５】
また、上記の式（１）で示したように、高周波電源３（フルブリッジインバータ回路３１）から出力される高周波電圧の周波数によって、第１直列リアクタンス素子３４１の容量、第２直列リアクタンス素子３４２の容量及び並列リアクタンス素子３４３の容量の適正値が異なる。そのため、例えば、可変周波数方式の高周波電源のように、高周波電源３から出力される高周波電圧の周波数が変化するような場合には、これらのリアクタンス素子の容量を調整できるように構成すると有用である。
【００６６】
そこで、図６の構成のように、第１直列リアクタンス素子３４１、第２直列リアクタンス素子３４２及び並列リアクタンス素子３４３を可変コンデンサとし、これらの可変コンデンサの容量を調整できるようにしている。
【００６７】
このように構成すると、アンテナコイル２１の一端部２１ａの電圧Ｖ１の最大値と他端部２１ｂの電圧Ｖ２の最大値とに差異が生じる場合であっても、その差異が小さくなるように、第１直列リアクタンス素子３４１の容量及び第２直列リアクタンス素子３４２の容量を調整することができる。また必要に応じて並列リアクタンス素子３４３の容量を調整することができる。
なお、第１直列リアクタンス素子３４１の容量及び第２直列リアクタンス素子３４２の容量だけでなく、並列リアクタンス素子３４３の容量も調整できるようにしておくと、共振周波数の調整がし易くなるので好ましい。
【００６８】
また、一旦、第１直列リアクタンス素子３４１の容量及び第２直列リアクタンス素子３４２の容量を適切に調整しても、回路素子の経年変化によって、その特性が変化する場合が考えられる。本実施形態３では、このような場合にも対応できるので、容量が固定のコンデンサを用いる場合よりも、メンテナンスが容易となる。
【００６９】
更に、高周波電源３から出力される高周波電圧の周波数が変化した場合にも、その変化に応じて、第１直列リアクタンス素子３４１の容量、第２直列リアクタンス素子３４２の容量及び並列リアクタンス素子３４３の容量を調整することができる。そのため、例えば、可変周波数方式の高周波電源にも適用できる。
【００７０】
なお、容量制御回路５を設ける例を説明したが、容量制御回路５を設けず、手動で共振周波数を調整するように構成しても良い。
また上記では、フルブリッジインバータ回路３１を用いる場合について説明したが、当然ながら、他の方式のインバータ回路（例えば、ハーフブリッジ回路）を用いることができる。
【００７１】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１  真空容器
２  アンテナ部
３  高周波電源
４，３０４  共振回路
５  容量制御回路
１１  流入口
１２  流出口
２１  アンテナコイル
２１ａ  一端部
２１ｂ  他端部
３０  直流電源
３１  フルブリッジインバータ回路
４１，３４１  第１直列リアクタンス素子
４２，３４２  第２直列リアクタンス素子
４３，３４３  並列リアクタンス素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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