(57)【要約】【要  約】【課  題】  従来の自動インピーダンス整合器を高性能化するには、整合速度に対しては高速油圧駆動装置が必要であり、整合度に対しては高性能コンピュータが必要となる。このような装置は極めて高価になるため実用化されていないのが現状である。【解決手段】  入力端子と出力端子間に振幅調整用の可変コンデンサと位相調整用の可変コンデンサとを含むインピーダンス整合回路を備え、両可変コンデンサの値を調整して整合を取るインピーダンス整合器であって、前記可変コンデンサの少なくとも一方に直列接続された第１のコンデンサと、前記一方の可変コンデンサに並列接続された第１のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第１のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第１のスイッチを、出力端子に接続される負荷の初期立ち上がりまでの時間直後にオフ状態とする手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
2006139949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子間に振幅調整用の可変コンデンサと位相調整用の可変コンデンサとを含むインピーダンス整合回路を備え、両可変コンデンサの値を調整して整合を取るインピーダンス整合器であって、
前記可変コンデンサの少なくとも一方に直列接続された第１のコンデンサと、
前記一方の可変コンデンサに並列接続された第１のスイッチと、
入力端子に高周波電力が供給されていない時に第１のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第１のスイッチを、出力端子に接続される負荷の初期立ち上がりまでの時間直後にオフ状態とする手段と、
を備えたことを特徴とするインピーダンス整合器。
【請求項２】
前記可変コンデンサの他方に直列接続された第２のコンデンサと、前記他方の可変コンデンサに並列に接続された第２のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第２のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第２のスイッチを、出力端子に接続される負荷の初期立ち上がりまでの時間直後にオフ状態とする手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１記載のインピーダンス整合器。
【請求項３】
入力端子と前記インピーダンス整合回路との間に入力端子におけるインピーダンスを低下させる回路を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のインピーダンス整合器。
【請求項４】
入力端子と出力端子間に振幅調整用の可変コンデンサと位相調整用の可変コンデンサとを含むインピーダンス整合回路を備えたインピーダンス整合器と、入力端子に接続された高周波電源と、出力端子に負荷として接続されたプラズマ処理室とを備え、両可変コンデンサの値を調整して高周波電源とプラズマ処理室との整合を取るプラズマ処理装置であって、
前記可変コンデンサの少なくとも一方に直列接続された第１のコンデンサと、
前記一方の可変コンデンサに並列接続された第１のスイッチと、
入力端子に高周波電力が供給されていない時に第１のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第１のスイッチを、プラズマ処理室の着火後直ちにオフ状態とする手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記可変コンデンサの他方に直列接続された第２のコンデンサと、前記他方の可変コンデンサに並列に接続された第２のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第２のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第２のスイッチを、プラズマ処理室の着火後直ちにオフ状態とする手段をさらに設けたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
入力端子と前記インピーダンス整合回路との間に入力端子におけるインピーダンスを低下させる回路を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
高周波電源より高周波電力を入力端子に加える前に前記両可変コンデンサの値を前記高周波電源と前記プラズマ処理室との整合が取れる値にプリセットしておくことを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造等に使用されるプラズマ処理装置に高周波電力を供給する場合等に用いられるインピーダンス整合器及びこれを用いたプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラズマ処理装置は大型化し、微細加工を要求されてきている。このプラズマ処理装置に高周波電力を供給する高周波電源とプラズマ処理装置との間に自動インピーダンス整合器が設けられるが、このインピーダンス整合器も高性能のものが要求されている。プラズマ処理時間は１０秒と言う短いものがあり、この１０秒の間に整合のために１〜２秒も取られるとこの１〜２秒の間に製品であるウエハにダメージが多く生じる。
【０００３】
このような意味から、整合速度を速く、かつ整合度を安定化する要求がある。従来、例えば特開２００３−２４９４００号公報に示されるように、高周波電源とプラズマ処理室との間にインピーダンス整合器を設けたシステムにおいて、高周波電源とインピーダンス整合器との間にインピーダンス変換回路を設けて、プラズマ処理室のインピーダンスの変動に対して微調整を可能とするものが知られている。
【特許文献１】特開２００３−２４９４００号公報  また、従来の自動インピーダンス整合器は、Ｌ型整合回路が多く、モータで駆動する真空可変コンデンサが用いられている。整合状態がずれると、位相・振幅検出回路で位相、振幅の変化が検出され、その変化でモータが駆動されて、真空コンデンサが調整される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記公開公報に示される従来の装置は、プラズマ処理室のインピーダンスの変動に対して微調整を可能としているが、自動インピーダンス整合器の整合速度、整合度については改善されていない。また、上記従来の自動インピーダンス整合器を高性能化するには、整合速度に対しては大型の駆動モータや高速油圧駆動装置が必要であり、整合度に対しては高性能コンピュータが必要となる。このような装置は極めて高価になるため実用化されていないのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明は整合速度を速くし、整合度を良くしたインピーダンス整合器及びこれを用いたプラズマ処理装置を安価に実現し提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のインピーダンス整合器は、入力端子と出力端子間に振幅調整用の可変コンデンサと位相調整用の可変コンデンサとを含むインピーダンス整合回路を備え、両可変コンデンサの値を調整して整合を取るインピーダンス整合器であって、前記可変コンデンサの少なくとも一方に直列接続された第１のコンデンサと、前記一方の可変コンデンサに並列接続された第１のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第１のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第１のスイッチを、出力端子に接続される負荷の初期立ち上がりまでの時間直後にオフ状態とする手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記可変コンデンサの他方に直列接続された第２のコンデンサと、前記他方の可変コンデンサに並列に接続された第２のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第２のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第２のスイッチを、出力端子に接続される負荷の初期立ち上がりまでの時間直後にオフ状態とする手段をさらに設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、入力端子と前記インピーダンス整合回路との間に入力端子におけるインピーダンスを低下させる回路を設けたことを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、入力端子と出力端子間に振幅調整用の可変コンデンサと位相調整用の可変コンデンサとを含むインピーダンス整合回路を備えたインピーダンス整合器と、入力端子に接続された高周波電源と、出力端子に負荷として接続されたプラズマ処理室とを備え、両可変コンデンサの値を調整して高周波電源とプラズマ処理室との整合を取るプラズマ処理装置であって、前記可変コンデンサの少なくとも一方に直列接続された第１のコンデンサと、前記一方の可変コンデンサに並列接続された第１のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第１のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第１のスイッチを、プラズマ処理室の着火後直ちにオフ状態とする手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記可変コンデンサの他方に直列接続された第２のコンデンサと、前記他方の可変コンデンサに並列に接続された第２のスイッチと、入力端子に高周波電力が供給されていない時に第２のスイッチをオン状態とし、高周波電力が供給されると第２のスイッチを、プラズマ処理室の着火後直ちにオフ状態とする手段をさらに設けたことを特徴とする。
また、入力端子と前記インピーダンス整合回路との間に入力端子におけるインピーダンスを低下させる回路を設けたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、高周波電源より高周波電力を入力端子に加える前に前記両可変コンデンサの値を前記高周波電源と前記プラズマ処理室との整合が取れる値にプリセットしておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のインピーダンス整合器及びプラズマ処理装置によると、位相調整用可変コンデンサ及びまたは振幅調整用可変コンデンサに直列にコンデンサを、並列にスイッチを接続するといった簡単な構成で、整合速度を高速にすることができ、また、入力端子とインピーダンス整合回路との間にインピーダンスを低下させる回路を設けるといった簡単な構成で、より良好な整合度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例のインピーダンス整合器を含むプラズマ処理装置の回路図である。図１に示すように、高周波電源１の高周波出力（１３．５ＭＨｚ）はインピーダンス整合器２を介してプラズマ処理室３に供給されている。高周波電源１とインピーダンス整合器２とは同軸ケーブルで接続されている。インピーダンス整合器２とプラズマ処理室３とは直接接続（５００Ｗ以下では同軸ケーブル、５００Ｗ以上では銅板などのバーを用いる。）されている。Ｔ１，Ｔ２は高周波電源１側の接続点（入力端子）、Ｔ３、Ｔ４はプラズマ処理室３側の接続点（出力端子）である。Ｔ２，Ｔ４がアース（ＧＮＤ）側である。
【００１３】
インピーダンス整合器２は一般的なＬＣ回路のものを基本としている。具体回路について説明する。インピーダンス整合器２には位相・振幅検出器４が設けられている。検出器４にはコイルＬ２とコンデンサＣ２の一端が接続され、コンデンサＣ２の他端はアースに、コイルＬ２の他端Ｔ５はコイルL1の一端と可変コンデンサVC１に直列接続されたコンデンサＣ４の一端に接続されている。可変コンデンサVC1の他端は接地されており、さらにスイッチＳＷ１が並列に接続されている。コイルL１の他端は可変コンデンサVC２とスイッチSW２との並列回路を介してコンデンサC3の一端に接続されている。コンデンサC3の他端は抵抗Rmを介して接続点T3に接続されている。抵抗Ｒｍはこのインピーダンス整合器２の全ての抵抗分を寄せ集めたものを代表して表した実抵抗である。
【００１４】
インピーダンス整合器２には制御部５が設けられ、ここに、位相・振幅検出器４の位相と振幅の情報が加えられる。可変コンデンサVC１,VC２を可変制御するモータ６，７が設けられ、これらのモータ６，７が制御部５の出力で制御される。
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は高周波電源１から電力が出力されていない時にはオン状態にあり、上記電力が出力されて、制御部５がプラズマ処理室３の着火を検出するとオフ状態になるよう構成されている。このために、０．１秒程度の遅延回路８を設け、上記電力が出力されてから、０．１秒後にはプラズマ処理室３が着火したとして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２はオフする。遅延回路８に加える信号は、制御部５の信号でなくてもよく、高周波電源１のパワースイッチ（電力を実際に出力させるスイッチ）の投入を検出した信号でもよい。要するに、高周波電源１からの高周波電力が入力端子Ｔ１に加えられると、瞬時（０．１秒と言った遅延を持つ瞬時、プラズマ処理室３が着火するまでの時間直後、負荷の初期立ち上がりまでの時間直後）にスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフする手段を設ければよい。スイッチＳＷ１、ＳＷ２はプラズマ処理室３が着火したことを検出してオフにしても良いし、これに匹敵する時間０．１秒程度を設定しておいてオフにしても良い。一般的に言うと、負荷に高周波電力が供給されてプラズマが立ち上がった後直ちに（負荷の初期立ち上がりまでの時間直後）スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフにすれば良い。
【００１５】
コイルL２とコンデンサC２、Ｃ３、Ｃ４とスイッチＳＷ１，ＳＷ２を除いたものが、従来から知られている自動インピーダンス整合器である。可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２として真空コンデンサが用いられている。この真空コンデンサは１ｃｍのエアーギャップがあれば、１００ＫＶの電圧をかけても放電しないものである。
スイッチＳＷ１，ＳＷ２は真空スイッチを用いる。この真空スイッチは耐圧は１０００Ｗ入力電力では最大１９２２Ｖ／０−Ｐかかり、耐圧は３０００Ｖ、電流は例えば着火電力が１０Ｗのときは最大１．３Ａであるから２Ａ程度のもので充分である。
【００１６】
コンデンサＣ２とコイルＬ２の回路は、インピーダンスを下げる回路であり、他の構成、例えばＲＦトランスでも良い。例えば、端子Ｔ１におけるインピーダンスが例えば５０Ωであるとすると、端子Ｔ５におけるインピーダンスが例えば１０Ωになる回路である。コンデンサＣ２として例えば４５０ｐＦ，コイルＬ２として２２０ｎＨのものを用いる。なお、コンデンサＣ３，Ｃ４は例えば２０００ｐＦ、コイルＬ１はＶＣ２のＬ分を含め６００ｎＨ、可変コンデンサＶＣ１は１６０〜２０００ｐＦ、ＶＣ２は２７３〜６６７ｐＦのものを用いる。また、位相・振幅検出器４の接続Ｌ分は１５０ｎＨである。
【００１７】
位相・振幅検出器４の接続Ｌ分は１５０ｎＨであり、ほとんどロスなく電力を伝達することができる。そして位相および振幅を検出して制御部５に伝えるものであり、一般に知られているものである。
ＺＰ（Ｒ±ｊＸ）はプラズマ処理室３の整合インピーダンスであり、実抵抗をＲＬで表している。接続点Ｔ１，Ｔ２から高周波電源１側を見たインピーダンスを例えば５０Ω、インピーダンス整合器２側を見たインピーダンスも５０Ωとすると、接続点Ｔ１、Ｔ２で整合が取れている。一方、接続点Ｔ３、Ｔ４からインピーダンス整合器２側を見たインピーダンスＺＲを１Ωとする。これは、上記５０ΩをコンデンサＶＣ１，ＶＣ２で１．３Ωに変換することにより、整合インピーダンスＺＲ＝ＲＺ−Ｒｍ＝１．３Ω―０．３Ω＝１Ωとして求められる。なお、Ｒｍを０．３オームと算出できる。
【００１８】
プラズマ処理室３側を見たインピーダンス（抵抗分ＲＬ）を例えば1Ωとすると、インピーダンス整合器２とプラズマ処理室３との整合が取れた状態となる。なお、整合が取れている状態ではＺＲ，Ｚｐの虚数部分は考慮しなくて良く、この状態を共役整合状態にあると云う。
上記の整合状態（５０Ω−５０Ω−１Ω−1Ω）がずれると、図３に示す位相・振幅検出器４で位相・振幅の変化が検出され、制御部５がモータ６，７の回転を制御する。位相がずれると、モータ７が回転してコンデンサＶＣ２が調整される。振幅がずれるとモータ６が回転してコンデンサＶＣ１が調整され、整合状態になる。これが自動インピーダンス整合器と言われるもので、市販されている。上記説明では、新たに加えたコイルL２とコンデンサC２、Ｃ３、Ｃ４とスイッチＳＷ１，ＳＷ２を考慮していない。
【００１９】
インピーダンス整合器２の基本構成は、位相調整用可変コンデンサＶＣ２と振幅調整用可変コンデンサＶＣ１を含むインピーダンス整合回路である。コイルＬ１は負荷であるプラズマ処理室３が容量負荷であるために設けられており、コイル負荷であれば、コイルＬ１の代わりにコンデンサが必要である。特殊な場合（抵抗負荷）には、コイルもコンデンサも必要がない。
【００２０】
次に、整合速度を改善するために新たに加えたコンデンサＣ３、Ｃ４とスイッチＳＷ１、ＳＷ２の作用について説明する。
高周波電源１から電力が出力されていない時にはスイッチＳＷ１，ＳＷ２はオン状態にある。高周波電源１がオンして電力がインピーダンス整合器に２を介してプラズマ処理室３に供給されると、プラズマ処理室３が着火する。この着火に至るまではスイッチＳＷ２はオン状態にあるので可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は動作に関与しない。着火後スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフすると、可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２が加わり、着火状態から直ちに処理状態に変化する。なお、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２は予め所望とする整合が取れるよう所定の値（コンデンサＣ３，Ｃ４との直列回路の値を考慮した値）にプリセットしておく。
【００２１】
次に上記の状態を、図２、図３のスミスチャートを使用して説明する。図２，３において、網状になっている部分は可変コンデンサＶＣ１，ＶＣ２を調整して整合を取ることができる範囲を示している。また、リング状の線は実数を、放射状の線は虚数を示している。
図２は従来の場合のスミスチャートを示しており、図２のＡ１はプラズマ処理室３が着火する前のインピーダンスで、プラズマ処理室３にプラズマが生じないときは、２３０ＰＦ程度のただのコンデンサを示している。高周波電源１から例えば１０００Ｗの電力が出力されたとすると、プラズマ処理室３には最初５〜１０ワットの電力が供給され、プラズマ処理室３は着火する。すると、自動インピーダンス整合器が動作、即ち、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２の値が変化して、プラズマ処理室３へ５０Ｗ，１００Ｗ、３００Ｗ、５００Ｗと徐々に大きな電力が供給される。最終的には、７７０Ｗ近い電力が供給されて、整合状態が形成される。このときのポイントが処理位置Ｂ１である。例えば可変コンデンサＶＣ２だけを調節すると、着火位置Ａ１からポイントＢ１１に達し、次に可変コンデンサＶＣ１を調節するとポイントＢ１１から処理位置Ｂ１に達する。実際には可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２同時に調節されるので、複雑な経路で処理位置Ｂ１に達する。着火位置Ａ１から処理位置Ｂ１に達するまでの整合時間は、１〜２秒と長くかかる。
【００２２】
ところが、本発明では、図３に示すように、着火位置Ａ２でプラズマ処理室３が着火すると、直ちに（０．１秒程度）スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフして、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２が回路に加わる。即ち、ＶＣ１，ＶＣ２の値は整合状態になるようにプリセットされているので、処理位置Ｂ２まで状態が飛ぶ。そして、可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を微調整して整合状態とする。
【００２３】
このようにして、整合までの時間を短くすることが出来、整合までの時間に生じる製品のダメージをほとんど無くすことができる。
なお、図３における着火位置Ａ２は可変コンデンサＶＣ１が最小の値をとるとき、Ａ３はＶＣ１の値が最大の時の着火位置であり、着火位置はこの間を取りうる。
予め、処理位置Ｂ２で着火できれば、問題はないが、処理位置Ｂ２ではプラズマ処理室３に着火に必要とする電力が供給できず（反射が大きすぎる。１０００Ｗ出力しても１Ｗもプラズマ処理室に入らない。）着火しない。
【００２４】
図１、図３ではスイッチＳＷ１，ＳＷ２を同時にオフ状態としたが、どちらかを少し遅らせてもよい。例えば、スイッチＳＷ２をＳＷ１より早くオフにすると、図４に示すように、着火位置Ａ２からポイントＢ２１を経由して、処理位置Ｂ２に達する。スイッチＳＷ１の方を早くオフすると、図５に示すようにポイントＡ２１を経由して処理位置に達する。
【００２５】
次に、図６に示すように、スイッチＳＷ２とコンデンサＣ３を設け、スイッチＳＷ１とコンデンサＣ４をなくした回路も考えられる。この時の状態は、図７に示すように、着火位置Ａ２からポイントＢ２に飛び、その後従来のように可変コンデンサＶＣ１が調節されて処理位置に達する。この場合は、着火位置Ａ２からポイントＢ２１まで飛ぶのは速いが、可変コンデンサＶＣ１の調節に時間がかかるので、図１ほど整合速度は改善されないが、従来と比較すると改善される。スイッチＳＷ１とコンデンサＣ４を設け、スイッチＳＷ２とコンデンサ３を除去した場合も同様に考えられる。
【００２６】
次に、整合度をより良くするために設けたコンデンサＣ２，コイルＬ２の働きについて説明する。
無反射波電力のインピーダンス整合器の効率η＝ZR/(Rm+ZR)=1/(0.3+1)=0．7６９２7=7６．９２%だから、Pf＝１０００ｗのとき伝達電力は７６９．２ｗになる。
高周波電源１から１０００Ｗの電力を供給した時の反射が１０Ｗの場合と、反射が１Ｗの場合では反射が１Ｗの場合の方が整合度が良い。実効入力電力は反射波電力を減じで考えなければならず、１０Ｗの反射の場合、インピーダンス整合器２には９９０Ｗの電力が供給されるが、このような状態では整合インピーダンスZR＝負荷RL（１Ω）の条件では無くなり、RLに対しZRがずれている。
【００２７】
ZRが１Ωよりずれると（ZRは１ΩでｊX  がずれることもある）、インピーダンス整合器の効率η＝ZR/（Rm＋ZR）であるから反射波電力が大きいとZRが大きくずれる可能性がある、この状態を整合インピーダンスZRの不確かさで表すが効率ηも変動する。                  半導体製造のためにウエハを処理する場合、１回目の処理、２回目の処理，３回目の処理における変動は  Pr=10wの時724.4〜794.9w  差-44.8w〜25.7wの間にあることがあり、ウエハの処理に大きなばらつきが生じる可能性がある。  進行波電力Pf、反射波電力Prのとき、VSWR=1+(Pr/Pf)2 / 1-(Pr/Pf)2であるから、Ｐｆ＝１０００ｗ：Pr＝１ｗの時は、VSWR＝１.０６５３：１、で不整合インピーダンスZR’（ZR７’）が無反射波電力整合インピーダンスZRが１Ωの時の１.０６５３分の１、または１.０６５３倍の間にある、だからこの時の不整合インピーダンスZR’は０.９３８７〜１.０６５３Ωの間にある。
【００２８】
インピーダンス整合器に１０００ｗを加える（入力電力）と１ｗの反射波電力がある時は実効入力電力９９９ｗで不整合インピーダンスZR'であるからη'＝ZR'/(Rm+ZR')になり、先の無反射波電力時のη=7６.９２%  でなくなる。
Pr=1w(0.1%)反射波電力があるときのインピーダンス整合器の効率は、  ZR-LowのときはL-η=0.9387/(0.3+0.9387)=0.7578=75.78%（-1.85%）と    ZR-HigのときはＨ-η（L-η）=1.0653/(0.3+1.0653)=0.7803=78.03% (+1.33%)であるから、１ｗの反射波電力がある時は、９９９ｗ×0.7578=757.0wから999w×0.7803=779.5wの間にある不確かさが生じる。
【００２９】
Pｆ＝１０００ｗ：Pr＝１０ｗの時は、VSWR＝１.２２２２：１、で不整合インピーダンスZR”が無反射波電力整合インピーダンスZRが１Ωの時の１.２２２２分の１、または１.２２２２倍の間にある、だからこの時の不整合インピーダンスZR"は０.８１８２〜１.２２２２Ωの間にある。
インピーダンス整合器に１０００ｗを加える（入力電力）と１０ｗの反射波電力がある時は実効入力電力９９０ｗで不整合インピーダンスZR"であるからη”＝ZR”/(Rm+ZR”)になり、先の無反射波電力時のη=7６.９２%  でなくなる。
【００３０】
Pr=10w(1%)反射波電力があるときのインピーダンス整合器の効率は、ZR-LowのときはL-η＝0.８１８２/(0.3+0.8182)=0.7317=73.17%（-5.83%） とZR-HigのときはＨ-η（L-η）＝1.2222/(0.3+1.2222)=0.8029=80.29% (+3.34%)であるから、１0ｗの反射波電力がある時は、９９0ｗ×0.7317=724.4wから990w×0.8029=794.9wの間にある不確かさが生じる。
【００３１】
よってプラズマ処理供給電力は、Pr＝１ｗ(0.1%)の時は -１.８５〜１.３３％の不確かさを生じ、Pr＝１０ｗ(1%)の時は -５.８３〜３.３４％の不確かさを生じる。
図１において、コンデンサＣ２、コイルＬ２がない場合において、端子Ｔ１のインピーダンスを５０Ω、端子Ｔ３のインピーダンスを１Ωとする。可変コンデンサＶＣ１の値を変化させて、整合を取ろうとすると、この時、可変コンデンサＶＣ１を変化させると本来実抵抗成分だけが変化するのであるが、実際には虚数部分も変化してしまう。この状態を図８のスミスチャートを用いて説明する。
【００３２】
図８において、横軸は実数軸で左端が０Ω、右端が∞Ωである。縦軸は虚数軸である。可変コンデンサＶＣ１をＣ点（図１の端子Ｔ１）から、変化させると、円弧Ｄに沿って可変コンデンサＶＣ１の値が変化する。Ｅ点（図１の端子Ｔ３）を通る１Ωの円弧Ｆと円弧Ｄとの交わる点で整合が取れる。この動きから理解出来るように、値の変化は実数軸上を動くのではなく、円弧Ｄ上を動くので、実数の変化だけでなく虚数も変化する。Ｇ点に達すると整合が取れて停止するのではなく、現実にはＧ点を中心にハンチングを起こす。ハンチングとは値が整合値を上りすぎたり下がりすぎたりして波打つことを言い、整合時間が長くなり制御上好ましくないものを言う。
【００３３】
Ｇ点を中心にしてハンチングが生じている状況を見てみると、円弧Ｄ上をハンチングしているのであるから、左右方向つまり実数軸上の変化よりも、上下方向つまり虚数軸上の変化が大きい。この虚数軸上の変化が大きいほど反射が大きいことに相当するので、虚数軸の変化を小さくすることが望ましい。
そこで本発明では、コンデンサＣ２とコイルＬ２よりなる回路を設けて、これを改善している。上記回路はインピーダンスを変換するものであり、端子Ｔ１のインピーダンスを５０Ωとすると、この実施例では端子Ｔ５におけるインピーダンスを１０Ωに変換している。
【００３４】
５０Ωを１０Ωに変換すると、図４のＨ点が１０Ω点であるので、可変コンデンサＶＣ１を変化させると、円弧Ｉの沿って整合点Ｊに向かって変化する。Ｇ点とＪ点を比較すると分かるように、Ｊ点における虚数軸上の変化は小さい。つまり、反射が小さくなっていることが理解できる。
上記の点を別の観点から説明する。
【００３５】
図９ａはコンデンサＣ２、コイルＬ２のない従来の回路、図９ｂはコンデンサＣ２，コイルＬ２を有する本発明の回路であり、Ｌは可変コンデンサＶＣ１の接続脚のインダクタンス分である。１３．５６ＭＨｚの信号を用い、Ｓパラメータ解析ソフトによりシミュレーションをした結果が図１０の表に示すものである。図１０は可変コンデンサＶＣ１を５０ｐＦから１０００ｐＦまで５０ｐＦ刻みに、従来の回路（図９ａ）の可変コンデンサのＶＣ１の値Ｒ１，ｊＸ１、本発明の回路（図９ｂ）の可変コンデンサＶＣ１の値Ｒ２、ｊＸ２を算出し、Ｘ１／Ｒ１、Ｘ２／Ｒ２を計算して示したものである。この図１０を元にグラフ化したものが図１１である。図１１におけるＫは図９ａの従来の回路のグラフ、Ｌは本発明の回路のグラフである。このグラフからも分かるように、Ｒ＝１Ωにおいて、ｊＸが従来のものではＲの７倍、本発明ではＲの３倍とｊＸの変動幅が本発明で小さくなっている。同じ倍率ではＲの値（目標整合値）は従来の回路で３Ωであるのに対し、０．５Ωと小さくなっており、整合が本発明の方が良好に取れることが理解できる。
【００３６】
次に、図１２を用いて、さらに詳述する。
図１２はコンデンサＣ２、コイルＬ２及びコンデンサＣ３、Ｃ４、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のない従来の回路におけるデータ、図１３は図１に示す本発明の回路のデータである。図１２，１３のＭ、Ｏは高周波電源１から出る電力、Ｎ，Ｐは高周波電源１に戻ってくる反射電力を夫々示している。
【００３７】
図１２において、０秒で高周波電源１から出力が出る。直ちにプラズマ処理室は着火し、インピーダンス整合器２が動作して着火点の低いＲ（０Ω）より整合点に向けて動作を開始する。反射電力が多いときは高周波電源１を保護するために、２００ワット（定格出力の２０％）程度に保持する。この時はまだほとんどの電力が反射するが整合が取れるに従って高周波電源１の出力が大きくなり反射も小さくなり始める。
【００３８】
この時、上述した着火点の低いＲより整合するためハンチング（図１２のＱの部分）が生じる。図では一例として粗く描いているが、もっと細かく長い時間の場合もある。残反射電力値はハンチング量と制御性能により可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を停止して反射が１０ワット（１パーセント）のところで整合を取る。以上が従来の装置の動きであるが、本発明では、図１３に示すように、高周波電源１の出力が出て、プラズマ処理室３が着火すると、上述のようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフになり直ちに整合状態に入る。そして、図１３のＲ部分を経て例えば１ワット（０．１％）の反射を残して可変コンデンサＶＣ１、ＶＣ２を停止状態とする。もし、反射電力が５ワットあるときは整合し、１ワットで停止する。上記Ｒ部分にはこの例ではハンチング無しとして示したが、実際には細かなハンチングが生じている。このように本発明では、整合のスピードを向上させることができるとともに、良好な整合（反射電力が少ない）を取ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は特に半導体の製造時に用いるプラズマ処理装置、これに用いるインピーダンス整合装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例におけるインピーダンス整合装置を用いたプラズマ処理装置の回路図である。
【図２】同整合装置説明のための従来の場合のスミスチャートである。
【図３】同整合装置説明のためのスミスチャートである。
【図４】同整合装置説明のためのスミスチャートである。
【図５】同整合装置説明のためのスミスチャートである。
【図６】同他の実施例の回路図である。
【図７】同整合装置説明のためのスミスチャートである。
【図８】図１の整合装置説明のためのスミスチャートである。
【図９】ａ、ｂは従来の整合装置と同整合装置のシミュレーションのための回路図である。
【図１０】図９の回路のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１】図１０の結果をグラフ化した図である。
【図１２】従来のインピーダンス整合器説明のための特性図である。
【図１３】本発明のインピーダンス整合器説明のための特性図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・高周波電源
２・・・インピーダンス整合器
３・・・プラズマ処理室
４・・・位相・振幅検出器
５・・・制御部
６、７・・・モータ
８・・・遅延回路
ＶＣ１、ＶＣ２・・・可変コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２・・・スイッチ
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４・・・コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２・・・コイル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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