(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電チャンバ（７）に交流電力を供給する、プラズマを点火するための点火回路（２０）であって、
該点火回路（２０）は、交流電源（２）と前記ガス放電チャンバ（７）内の電極（５，６）とを接続する線路にそれぞれ接続可能な２つの線路区間（２１，２２）、および、ハウジングアース（８）に接続されている前記ガス放電チャンバ（７）のハウジングに接続するための少なくとも１つのアース接続線路区間（２３）を有しており、
非線形素子（１２，１２．１，１２．２，１２．３，５２．１，５２．２，５２．３，５２．４）およびエネルギ蓄積器（１１，１１．１，１１．２，１１．３，５１．１，５１．２，５１．３，５１．４）からなる少なくとも１つの直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）が、前記線路区間（２１，２２）間に接続されており、
前記アース接続線路区間（２３）が、エネルギ蓄積器（１１，１１．１，１１．２，１１．３，５１．１，５１．２，５１，３，５１．４）と、非線形素子（１２，１２．１，１２．２，１２．３，５２．１，５２．２，５２．３，５２．４）との間の少なくとも１つの接続ノード（１３，１３．１，１３．３，１３．４）に接続されている、
ことを特徴とする点火回路。
【請求項２】
請求項１に記載の点火回路において、
前記アース接続線路区間（２３）は、少なくとも１つの抵抗（１６）を介して前記接続ノード（１３）に接続されている、
ことを特徴とする点火回路（２０）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の点火回路において、
複数の直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）が設けられており、該複数の直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）はそれぞれ、少なくとも１つの非線形素子（１２．１，１２．２，１２．３，５２．１，５２．２，５２．３，５２．４）および少なくとも１つのエネルギ蓄積器（１１．１，１１．２，１１．３，５１．１，５１．２，５１．３，５１．４）を有しており、
前記複数の直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）は、互いにカスケード接続されて電圧逓倍器を構成しており、
前記複数の直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）うちの最初の直列接続部（１０．１）は、前記２つの線路区間（２１，２２）の間に接続されており、前記複数の直列接続部（１０，１０．１，１０．２，１０．３）うちの最後の直列接続部（１０．３）は前記アース接続線路区間（２３）に接続されている、
ことを特徴とする点火回路。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の点火回路において、
接続ノード（１３，１３．１，１３．３，１３．４）と、前記アース接続線路区間（２３）との間の接続部にスイッチ（１７）が設けられている、
ことを特徴とする点火回路。
【請求項５】
プラズマシステムであって、
該プラズマシステムは、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の点火回路（２０）が接続される交流電源（２）と、
前記点火回路（２０）が接続されておりかつ少なくとも１つの電極（５，６）およびハウジングを備えたガス放電チャンバ（７）と、
前記ハウジングをアース接続するためのハウジングアース（８）とを有する、
ことを特徴とするプラズマシステム。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の点火回路（２０）を用いて、少なくとも２つの電極（５，６）を有するガス放電チャンバ（７）に交流電力を供給してプラズマを点火する方法において、
該ガス放電チャンバ（７）では、当該ガス放電チャンバ（７）のハウジングアース（８）と少なくとも１つの電極（５，６）との間で、交流電源（２）のピーク電圧
0005868401.tif 000024
よりも大きな点火電圧が形成され、
前記２つの線路区間（２１，２２）は、前記交流電源（２）および前記ガス放電チャンバ（７）内の前記電極（５，６）を接続する線路にそれぞれ接続可能である、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電チャンバに交流電力を供給することによってプラズマを点火する点火回路に関する。本発明はさらに、ガス放電チャンバに交流電力を供給することによってプラズマを点火する方法に関する。
【０００２】
所定の半導体製造プロセスまたはガラスコーティングプロセスでは、例えば、層を被着するためまたはエッチングを行うため、プラスおよびマイナスイオンのプラズマがガス放電チャンバにおいて形成される。製造プロセス中、殊に複数の新しい基板をプラズマチャンバに導入する場合、プラズマは繰り返し消滅されられて再点火される。殊に１つの基板にいくつかのプロセスが実行されるプロセスでは、プラズマは繰り返し消滅させられて再点火される。これに加えて、殊に不安定なプロセス条件下では、プラズマがそれ自体で消滅することがある。このような事態においても、プラズマを再点火しなければならないことになる。ここでの問題は、プラズマはふつう、点火電圧よりも低い動作電圧を有することである。したがってプラズマを点火するためには、まず閾値を上回る必要がある。
【０００３】
これは、例えば、一層強力なプラズマ発生器（電力供給源）を使用することによって達成可能である。
【０００４】
本発明の課題は、プラズマを点火する方法および点火回路を提供して、付加的かつ一層強力なプラズマ発生器を使用することなく、プラズマを発生できるようにすることである。
【０００５】
この課題は、ガス放電チャンバに交流電力を供給することによってプラズマを点火する点火回路によって解決され、この点火回路は、交流電源に接続するための２つの線路区間と、ガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための少なくとも１つの線路区間とを有しており、非線形素子とエネルギ蓄積器とからなる少なくとも１つの直列接続が、交流電源に接続するための上記の線路区間の間に接続されており、上記のガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための線路区間は、エネルギ蓄積器と非線形素子との間の接続ノードに接続されている。上記の手段により、ガス放電チャンバの少なくとも１つの電極（これらの電極は上記の交流電源に接続されている）の電位をアースに向かってシフトされ、その結果、上記の交流電源のピーク電圧よりも高い電圧がプラズマチャンバに印加されることになる。これに相応して点火電圧は、ガス放電チャンバの１つの電極と、ガス放電チャンバのハウジングまたはアース電位との間に印加される。非線形素子とエネルギ蓄積器とからなる複数の直列接続部を設けることが可能である。上記のハウジングアースに接続される接続ノードは必ずしも、交流電源に接続するための上記の線路区間に接続される直列接続部の接続ノードである必要はない。有利には、ガス放電チャンバに最も近い１つまたは複数の接続ノードであり、かつ、交流電源を接続するための上記の線路区間から最も遠い１つまたは複数の直列接続部の接続ノードが、ガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための上記の線路区間に接続される。付加された直列接続部毎に、エネルギ蓄積器と非線形素子との間の接続ノードにおける電圧をさらに増大させることができる。有利には、最も高い電圧を有する１つまたは複数の直列接続部の接続ノードが、ガス放電チャンバのハウジングアースを接続するための上記の線路区間に接続される。
【０００６】
上記の点火回路は、交流電源の１つのコンポーネント部分とすることが可能である。
【０００７】
択一的には点火回路は、上記の交流電源の出力部に２つの線路区間によって接続され、かつ、ガス放電チャンバに１つの線路区間によって接続される別の装置とすることができ、ここでこの１つの線路区間は、上記のハウジングアースまたはガス放電チャンバが接続されているアース電位点に接続される。殊に点火回路は、ガス放電チャンバの電極に接続される線路区間を有する必要はない。この場合に点火回路は、交流電源側またはガス放電チャンバ側に配置することができる。
【０００８】
エネルギ蓄積器がキャパシタの形態である場合、エネルギ蓄積器の殊に簡単な構成が得られる。
【０００９】
上記の非線形素子は、パッシブコンポーネントまたは自己制御コンポーネントとすることが可能である。パッシブコンポーネントを使用することの利点は、上記の非線形素子に駆動回路が必要でないことである。上記の非線形素子により、上記のエネルギ蓄積器が自動的に放電されてしまうことを回避することができる。考慮の対象となる自己制御コンポーネントは、例えば、その出力がその制御入力側にフィードバックされるトランジスタである。この場合も別の駆動回路は必要ない。
【００１０】
考慮の対象となるパッシブ非線形素子の殊に簡単な構成は、ダイオードである。この場合、殊にこのダイオードのカソードを上記のエネルギ蓄積器に接続することができる。これによって電荷の逆流を回避することができ、ひいてはこのキャパシタに蓄積されたエネルギの逆流を回避することができる。
【００１１】
ガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための上記の線路区間は、少なくとも１つの非線形素子を介して、殊にダイオードを介して上記の接続ノードに接続することができる。有利には上記のダイオードのカソードは、ガス放電チャンバ側に配置される。択一的または付加的にガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための上記の線路区間は、少なくとも１つの抵抗を介して上記の接続ノードに接続することができる。
【００１２】
それぞれが少なくとも１つの非線形素子および少なくとも１つのエネルギ蓄積器を有する複数の直列接続部が設けられている場合、一層高い点火電圧を得ることが可能である。これによってプラズマの確実な点火を保証することができる。
【００１３】
上記の点火回路が、電圧逓倍器を有する場合にはさらに高い点火電圧を供給することが可能であり、ここでこの電圧逓倍器が形成した形成した出力電圧は、プラズマを点火するために少なくとも１つの電極と、ハウジングアースとの間に印加される。この電圧逓倍器は有利には、それぞれ少なくとも１つの非線形素子およびエネルギ蓄積器を有するカスケード接続された複数の直列接続部を有する。
【００１４】
接続ノードと、ガス放電チャンバのハウジングアースに接続するための上記の線路区間との間に接続部にスイッチが設けられる場合、殊に大きな利点が得られる。このスイッチは、プラズマの点火が必要な場合に閉じられる。プラズマが点火された場合、このスイッチは開かれ、これによって点火回路がガス放電チャンバのハウジングから切り離されて、その動作が停止する。
【００１５】
本発明の範囲には交流電源を有するプラズマシステムも含まれており、ここでこの交流電源には本発明による点火回路が接続されている。またプラズマシステムはガス放電チャンバを有しており、このガス放電チャンバは、少なくとも１つの電極を有しており、この電極に上記の点火回路が接続されている。このようなプラズマシステムは、従来使用されていた交流電源によりも低い出力電力を供給する交流電源を使用することができる。それは、本発明による点火回路は、これまで一層強力な交流電源を使用することによってのみ供給することができた一層高い点火電圧を供給できるからである。
【００１６】
さらに本発明の範囲には、少なくとも２つの電極を有するガス放電チャンバに交流電力を供給することによってプラズマを点火する方法が含まれており、このガス放電チャンバでは、このガス放電チャンバの電極に接続された交流電源のピーク電圧よりも大きな点火電圧が、交流電源およびガス放電チャンバに接続された点火回路により、少なくとも１つの電極と、ガス放電チャンバのハウジングアースとの間で形成される。「より大きい」または「より高い」という表現は、ここでは「絶対値が大きい」または「絶対値が高い」ことを意味し、すなわち、符号を調整した値なのである。したがって本発明による方法によれば、交流電源によって供給されかつプラズマを維持するのに十分な出力電圧から出発して、上記の出力電圧のピーク電圧よりも高い電圧を、殊に少なくともこのピーク電圧の２倍の電圧を供給することができるため、十分な点火電圧も利用可能にすることができるのである。
【００１７】
上記の点火電圧は、少なくとも１つの自己制御またはパッシッブ非線形コンポーネントを使用して、殊にダイオードを使用して形成することができる。すなわち、上記の点火電圧は、数少ない安価なコンポーネントによって形成できるのである。殊にパッシッブコンポーネントを使用する場合、駆動回路を省略することができる。
【００１８】
上記の点火電圧は、自己制御またはパッシッブ非線形コンポーネントを介してエネルギ蓄積器を充電し、このコンポーネントとエネルギ蓄積器との間の接続ノードと、ハウジングアースとを導電的に接続することによって形成することができる。さらに上記のコンポーネントとエネルギ蓄積器との間の上記の接続ノードは、別の自己制御またはパッシッブ非線形コンポーネントによって、殊にダイオードによって、上記のハウジングアースに接続可能である。点火が発生した場合、上記の接続ノードとハウジングアースとの間の導電的な接続を開くことができ、これによって点火回路の動作を停止する。
【００１９】
この方法は、上記の点火電圧が、少なくとも１つの電極と、ガス放電チャンバのハウジングアースとの間で形成されるという事実によって特徴付けることができる。これにより、電極間の電圧を変更する必要なしに点火が保証されるのである。
【００２０】
この方法は、プラズマが点火するまで、少なくとも１つの電極と、ガス放電チャンバのハウジングアースとの間の点火電圧が、交流電力の半波毎に増大するという事実によって特徴付けることができる。半波から半波への緩慢な増大により、危険な過電圧のなしに安全な点火を保証することができる。
【００２１】
本発明の別の特徴および利点は、本発明にとって重要な詳細を示す図面を参照して行われる本発明の実施例の以下の説明および特許請求の範囲から明らかになる。個々の特徴は、本発明の変形実施形態において、個別に実現するまたはそのうちの複数を任意の組み合わせで実現することができる。
【００２２】
本発明の有利な実施形態を図面に略示し、以下、この図面の図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】従来の交流プラズマシステムの概略図である。
【図１ｂ】交流電力プラズマシステムの電極における典型的な電圧曲線を示す線図である。
【図２ａ】交流電源の出力電圧よりも高い電圧を形成する回路を有する交流電力プラズマシステムの概略図である。
【図２ｂ】図２ａの交流システムの種々異なる点における電圧曲線を示す線図である。
【図３ａ】点火回路を有する交流電圧プラズマシステムの概略図である。
【図３ｂ】図３ａの交流システムの種々異なる点における電圧曲線を示す線図である。
【図４】点火回路を有する交流電力プラズマシステムの第２実施形態を示す図である。
【図５】点火回路を有する交流電力プラズマの第３実施形態を示す図である。
【００２４】
図１ａは、交流プラズマシステム１の簡略図であり、これは殊に中波プラズマシステムである。システム１は中波（ＭＦ  medium-frequency）電力発生器の形態の交流電源２を有しており、この交流電源２は、出力端子３，４によってガス放電チャンバ７の電極５，６にそれぞれ接続されている。ガス放電チャンバ７はアース接続部８に接続されている。これにより、ハウジング、殊にガス放電チャンバ７のハウジングはアース８に接続される。電極５，６と、プラズマチャンバ７のハウジングとの間には、寄生容量Ｃ1，Ｃ2が存在する。アースを基準にした電極５，６における電圧曲線は、図１ｂにおいてＵC1，ＵC2で示されている。したがってＵMF＝ＵC1−ＵC2であり、ただしＵMFは、交流電源２の出力電圧である。
【００２５】
ＵC1，ＵC2に対する電圧曲線は、対称的なレイアウトのケースではふつうであるようにＣ1とＣ2の大きさが同じ場合に図１ｂに示したようになる。電圧ＵC1，ＵC2は、ガス放電チャンバ７内でプラズマを点火するのに十分ではない。
【００２６】
図２ａに示した図では、交流電源２の出力部３，４は、キャパシタの形態のエネルギ蓄積器１１と、ダイオードの形態の非線形素子１２とからなる直列接続部１０を介して接続されている。したがって直列接続部１０はまた、ガス放電チャンバ７内のプラズマ負荷に対して並列に配置されているのである。非線形コンポーネント１２とエネルギ蓄積器１１との間の接続ノード１３における電圧曲線は、図２ｂに電圧ＵVとして示されている。電圧ＵMF＝ＵC1−ＵC2のマイナスの電圧ピーク毎にキャパシタ１１は、ダイオード１２を介し、ＵMFからピーク電圧
0005868401.tif 000002
に充電される。このキャパシタは、もはや放電されず、一定の電圧ＵC＝
0005868401.tif 000003
を維持する。この場合に電圧ＵVは、ＵV＝ＵC＋ＵC1＝
0005868401.tif 000004
＋ＵC1によって得られる。
【００２７】
電圧ＵVは、上記のピーク電圧
0005868401.tif 000005
よりも大きな値であるとする。図２ａにおいてエネルギ蓄積ユニット１３を設けても電圧ＵC1，ＵC2にはまだなんの影響もない。この回路装置によってまだ点火を行うことはできない。
【００２８】
図３ａの構成において示したように、直列接続部１０の接続ノード１３は、ダイオードの形態の非線形コンポーネント１５と抵抗１６との直接接続を介してガス放電チャンバ７のハウジングに接続されており、ひいてはアース８に接続されている。このことが意味するのは、接続ノード１３における電位は、上記のハウジングアースの電位をもはや上回らないことである。したがって電圧ＵV，ＵC1，ＵC2は、図３ｂからわかるようにシフトされているのである。キャパシタ１１はまだ放電することができない。
【００２９】
したがってＵC1＝ＵV−
0005868401.tif 000006
であり、ただしＵVはゼロライン以下にシフトされる。
【００３０】
ここではいまや、ハウジングアースを基準にして約２×
0005868401.tif 000007
の、電極５，６の最大電圧差分が得られる。すなわち、交流信号源２のピーク電圧の２倍が得られるのである。この電圧は、電極５，６とハウジングアースとの間でプラズマの点火を可能にするのに十分である。接続ノード１３とガス放電チャンバ７との間の接続部におけるスイッチ１７により、ガス放電チャンバ７に至る接続ノード１３の電気接続を遮断することができるため、殊にプラズマが点火された場合には、上記の電位のシフトを打ち切ることができる。
【００３１】
これに相応して参照符号２０は、図１ａの回路との比較のために加えられた点火回路を示している。点火回路２０は、交流電源の１つのコンポーネントとすることができるか、または必要な場合に既存の交流電圧システムに付加することの可能な付加回路または付加的なコンポーネントとすることができる。点火回路２０は、交流電源２に接続するための線路区間２１，２２と、ガス放電チャンバ７のハウジングアースに接続するための線路区間２３とを有している。
【００３２】
プラズマが点火した場合、プラズマチャンバにおける諸条件が変化する。電極５，６とハウジングアースとの間に導電性のプラズマが発生し、結果的に寄生キャパシタＣ１，Ｃ２はもはやいかなる作用も及ぼさなくなる。キャパシタ１１は放電可能である。上記の点火電圧は放散される。このことはこの回路の重要な利点である。それは、このことが、点火の直後にスイッチ１７を開く必要がないことを意味するからである。スイッチ１７を開く前に、上記の点火を確かに検出するまでの十分な時間が残っている。原理的にはスイッチ１７は全く必要ない。しかしながら、抵抗１６からハウジングアースに至る接続がある限り、電流は抵抗１６を介して流れ、エネルギは不要に熱に変換される。このような理由から、スイッチ１７を設け、プラズマの点火が確かに検出された場合にこのスイッチを開くことは理にかなっている。
【００３３】
ハウジングアースを基準にして電圧ＵC1およびＵC2がシフトされる速度は、抵抗１６およびキャパシタ１１によって調整することができる。殊にこの速度は、上記のプラズマプロセスの要求にしたがって選択することができる。上昇が十分に遅い場合、危険な過電圧を形成することなく、またプラズマ内にアークを直ちに発生させることなくプラズマが点火される。
【００３４】
図４に示した構成において、点火回路２０は、３つの直列接続部１０．１，１０．２および１０．３を有しており、これらの直列接続部はそれぞれキャパシタの形態のエネルギ蓄積部１１．１，１１．２，１１．３と、ダイオードの形態の非線形素子１２．１，１２．２，１２．３とを有する。第１直列接続部１０．１は、交流電源２との接続のための線路区間２１，２２に接続されており、接続ノード１３．１は、線路区間２３に接続されている。簡単にいうと、点火回路２０の動作はつぎのように説明することができる。交流電源２の出力電圧ＵMFのマイナスのピーク
0005868401.tif 000008
を有する第１の半波により、非線形素子１２．１を介してエネルギ蓄積部１１．１がピーク電圧
0005868401.tif 000009
まで充電される。エネルギ蓄積器１１．１および別のすべてのエネルギ蓄積器ならびに図４および５のキャパシタの横の矢印は、プラスの方向におけるエネルギ蓄積器またはキャパシタにおける電圧を示すためのものである。
【００３５】
これに続くのは、プラスのピーク
0005868401.tif 000010
を有する半波である。この場合にエネルギ蓄積器１１．１および１１．２の電圧と共に、非線形素子１２．３を介してエネルギ蓄積器１１．３が、上記の電圧の２倍、２×
0005868401.tif 000011
まで充電される。
【００３６】
これにマイナスのピーク
0005868401.tif 000012
を有する半波が続く。この場合にエネルギ蓄積器１１．１および１１．２の電圧と共に、非線形素子１２．３を介してキャパシタ１１．３も上記の電圧の２倍、２×ＵMFまで充電される。
【００３７】
これに続くのは、プラスのピーク
0005868401.tif 000013
を有する半波である。接続点１３．１における電圧は、この極性逆転に追従し、エネルギ蓄積器１１．１および１１．３における電圧がこれに加算される。したがってここでは接続点１３．１において電圧ＵV4＝３×
0005868401.tif 000014
＋ＵMFが印加されるのである。
【００３８】
図３の回路に類似して上記の電圧は、いまや非線形素子１５および抵抗１６を介してガス放電チャンバ７のハウジングに接続される。このようにして上記の出力電圧のピーク電圧の４倍までの、上記のハウジングアース８を基準にした電極５，６の電圧が形成されるのである。
【００３９】
図５の構成には点火回路２０の択一的な回路構成が示されている。交流電源２の出力電圧ＵMFのマイナスのピーク
0005868401.tif 000015
を有する第１の半波は、ダイオードの形態の非線形素子５２．１を介してエネルギ蓄積器５１．１を出力電圧
0005868401.tif 000016
に充電する。キャパシタの形態のエネルギ蓄積器５１．１およびダイオードの形態の非線形素子５２．１は、第１の直列接続部を構成する。
【００４０】
これに続くのは、プラスのピーク
0005868401.tif 000017
を有する半波である。後者により、エネルギ蓄積器５１．２は、ダイオードの形態の非線形素子５２．２を介してピーク電圧
0005868401.tif 000018
に充電される。同時にエネルギ蓄積器５１．１の電圧と共に、エネルギ蓄積器５１．３は、ダイオードの形態の非線形素子５２．３を介して電圧
0005868401.tif 000019
に充電される。キャパシタの形態のエネルギ蓄積器５１．２およびダイオードの形態の非線形素子５２．２、ならびに、キャパシタの形態のエネルギ蓄積器５１．３およびダイオードの形態の非線形素子５２．３は、それぞれ直列接続部を構成している。
【００４１】
これにマイナスのピーク
0005868401.tif 000020
を有する半波が続く。エネルギ蓄積器５１．２の電圧と共に、キャパシタの形態のエネルギ蓄積器５１．４はいまや、ダイオードの形態の非線形素子５２．４を介して電圧
0005868401.tif 000021
に充電される。後者の２つの素子はまた直列接続を構成している。
【００４２】
この場合に接続点１３．３および１３．４には電圧ＵV13.3およびＵV13.4がそれぞれ印加され、ただし
ＵV13.3＝２×
0005868401.tif 000022
＋ＵMFおよびＵV13.4＝２×
0005868401.tif 000023
＋ＵMF
である。
【００４３】
これらの２つの電圧は、相応するダイオードまたはこれに相当する非線形コンポーネントを介して接続点６０において合成することができる。これに相応して最も高い電圧が印加されている、ガス放電チャンバ７に最も近い直列接続部の接続点１３．３および１３．４は、非線形素子５６，５７および抵抗１６およびスイッチ１７を介してガス放電チャンバ７のハウジングにそれぞれ接続される。このようにしてハウジングアース８を基準にして、上記の出力電圧ＵMFのピーク電圧の３倍までの電極５，６の電圧が形成される。点火回路２０にはこれに相応して、コンポーネント５１．１，５１．２，５１．３，５１．４，５２．１，５２．２，５２．３，５２．４を有する電圧逓倍器が含まれている。
【図１ａ】
0005868401.tif 000025
【図１ｂ】
0005868401.tif 000026
【図２ａ】
0005868401.tif 000027
【図２ｂ】
0005868401.tif 000028
【図３ａ】
0005868401.tif 000029
【図３ｂ】
0005868401.tif 000030
【図４】
0005868401.tif 000031
【図５】
0005868401.tif 000032