(57)【要約】【課題】  装置寸法が小さく、メンテナンスが不要で、整合可能な負荷範囲が広い整合器を提供する。【解決手段】  この整合器３は、２つの空洞型同軸共振器１０，２０と、それらの間に接続された同軸線２３を備える。同軸線２３は、高周波電圧の線路内波長の８分の１の長さを有する。したがって、空洞型同軸共振器１０のスミスチャート上のインピーダンスの軌跡を同軸線２３によってπ／２だけ時計の回転方向に回転させることができので、空洞型同軸共振器２０によって負荷のリアクタンスをキャンセルし、空洞型同軸共振器１０によってインピーダンスを調整することができ、広い負荷範囲で整合をとることができる。【選択図】        図３
2005184734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源と負荷の整合をとるための整合器であって、
その入力端子が前記高周波電源から出力された高周波電圧を受ける第１の空洞型同軸共振器、
その一方端が前記第１の空洞型同軸共振器の出力端子に接続され、前記高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍の長さを有する第１の同軸線路、および
その入力端子が前記第１の同軸線路の他方端に接続され、その出力端子が前記負荷に接続される第２の空洞型同軸共振器を備える、整合器。
【請求項２】
さらに、その入力端子が前記高周波電源から出力された高周波電圧を受ける第３の空洞型同軸共振器、
前記第３の空洞型同軸共振器の出力端子と前記第１の空洞型同軸共振器の入力端子との間に接続され、前記高周波電圧の線路内波長の４分の１の奇数倍の長さを有する第２の同軸線路を備える、請求項１に記載の整合器。
【請求項３】
さらに、その入力端子が前記高周波電源から出力された高周波電圧を受ける第３の空洞型同軸共振器、
その一方端が前記第１の空洞型同軸共振器の出力端子に接続され、前記高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍の長さを有する第２の同軸線路、
その入力端子が前記第１の同軸線路の他方端に接続された第４の空洞型同軸共振器、および
前記第４の空洞型同軸共振器の出力端子と前記第１の空洞型同軸共振器の入力端子との間に接続され、前記高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍の長さを有する第３の同軸線路を備える、請求項１に記載の整合器。
【請求項４】
前記負荷は複数設けられ、
前記第１の空洞型同軸共振器は、各負荷に対応して設けられた出力端子を含み、
前記第１の同軸線路および前記第２の空洞型同軸共振器は、各負荷に対応して設けられ、前記第１の空洞型同軸共振器の対応の出力端子と対応の負荷との間に直列接続される、請求項１に記載の整合器。
【請求項５】
前記第１および第２の空洞型同軸共振器の各々は、
基準電位が与えられるシールドケース、および
その先端面が前記シールドケースの内面に対向されて前記シールドケース内に立設され、その側面の一部が入力端子と電気的に結合され、その側面の他の部分が出力端子と電気的に結合された柱状電極を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の整合器。
【請求項６】
前記第１および第２の空洞型同軸共振器の各々のインピーダンスは調整可能になっている、請求項５に記載の整合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は整合器に関し、特に、高周波電源と負荷の整合をとるための整合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０は、従来のスタブ方式の整合器１００の構成を示すブロック図である。図２０において、この整合器１００は、主同軸管１０１および可変長同軸管１０６〜１０８を備える。主同軸管１０１は、内部導体１０２および外部導体１０３と、内部導体１０２の一方端部および他方端部にそれぞれ設けられた入力端子１０４および出力端子１０５とを含む。入力端子１０４は高周波電源１１２からの高周波電力を受け、出力端子１０５は負荷１１３に接続される。
【０００３】
可変長同軸管１０６〜１０８は、それぞれλ／２（ただし、λは高周波電圧の線路内波長である）の線路長を有し、互いにλ／４の間隔をあけて、主同軸管１０１に垂直に立設されている。可変長同軸管１０６〜１０８の各々は、内部導体１０９、外部導体１１０およびリング状電極１１１を含む。内部導体１０９および外部導体１１０は、それぞれ主同軸管１０１の内部導体１０２および外部導体１０３に接続されている。リング状電極１１１は、内部導体１０９の外周面と外部導体１１０の内周面との間に挿入され、可変長同軸管１０６〜１０８の長さ方向に摺動自在に設けられている。内部導体１０９と外部導体１１０は、リング状電極１１１によって短絡される。
【０００４】
リング状電極１１１の位置を変えると、整合器１００のインピーダンスが変化する。整合器１００の入力端子１０４から負荷１１３側を見たインピーダンスを高周波電源１１２と入力端子１０４の間の送電線路（図示せず）の特性インピーダンスに一致させることにより、高周波電力を反射させることなく負荷１１３に供給することができる（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
また、可変長同軸管１０６〜１０８の間隔をλ／８にしたものもある（たとえば特許文献２参照）。
【０００６】
また、従来の他の整合器としては、１台の空洞型同軸共振器を含むキャビティ方式の整合器もある（たとえば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−１５０３０６号公報
【特許文献２】特開平２−２４９３０１号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のスタブ方式の整合器１００では、高周波電力が１００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの比較的低い周波数である場合は、主同軸管１０１および可変長同軸管１０６〜１０８が長くなり、装置寸法が大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、リング状電極１１１と導体１０９，１１０との摺動によってそれらが摩耗したりダストが発生し、装置のメンテナンスの手間が大きかった。
【０００９】
また、キャビティ方式の整合器は、装置寸法が小さく、メンテナンスが不要である一方、整合可能な負荷範囲が狭いという問題があった。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、装置寸法が小さく、メンテナンスが不要で、整合可能な負荷範囲が広い整合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る整合器は、高周波電源と負荷の整合をとるための整合器であって、その入力端子が高周波電源から出力された高周波電圧を受ける第１の空洞型同軸共振器と、その一方端が第１の空洞型同軸共振器の出力端子に接続され、高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍の長さを有する第１の同軸線路と、その入力端子が第１の同軸線路の他方端に接続され、その出力端子が負荷に接続される第２の空洞型同軸共振器とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る整合器では、２つの空洞型同軸共振器の間を高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍の長さを有する同軸線路で接続したので、一方の空洞型同軸共振器のスミスチャート上のインピーダンスの軌跡を同軸線路によってπ／２だけ回転させることができる。したがって、一方の空洞型同軸共振器によって負荷のリアクタンスをキャンセルし、他方の空洞型同軸共振器によってインピーダンスを調整することができるので、広い負荷範囲で整合をとることができる。また、空洞型同軸共振器を使用するので、装置寸法が小さくなり、メンテナンスが不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による半導体プラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、この半導体プラズマ処理装置は、高周波電源１、高周波センサ２、整合器３、処理室４、コントローラ５、および駆動装置６を備える。
【００１４】
高周波電源１は、１００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の所定の周波数（ここでは１００ＭＨｚとする）および電力の高周波電力を発生する。高周波電源１で発生された高周波電力は、高周波センサ２および整合器３を介して処理室４に与えられる。高周波電力の一部は処理室４で反射し、送電線路（図示せず）には進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐｒが発生する。
【００１５】
高周波センサ２は、高周波電源１と整合器３との間の送電線路の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出し、その検出結果に基づいて、電圧Ｖと電流Ｉの比Ｚの特性インピーダンスＺ0（たとえば５０オーム）に対するずれに相当する信号ＶＺと、電圧Ｖと電流Ｉの位相差φに比例するレベルの信号Ｖφとを出力する。
【００１６】
整合器３は、その入力端子側から処理室４側を見たインピーダンスを高周波電源１および整合器３間の送電線路の特性インピーダンスＺ0に等しくすることにより、反射波電力Ｐｒを最小値にするものである。整合器３のインピーダンスは制御可能になっている。この整合器３については、後に詳述する。
【００１７】
駆動装置６は、モータ、ギアなどを含み、コントローラ５に従って整合器３を駆動させる。コントローラ５は、高周波センサ２からの信号ＶＺ，Ｖφの各々のレベルが最小値になるように、駆動装置６を介して整合器３のインピーダンスを調整する。
【００１８】
処理室４内には、図２に示すように、たとえば２枚の平行平板電極７，８が設けられている。２枚の電極７，８のうちの一方の電極７は高周波電源１からの高周波電力を受け、他方の電極８はたとえば接地される。電極８の表面には、基板９がセットされる。
【００１９】
エッチングまたは成膜時は、まず真空ポンプ（図示せず）によって処理室４内の空気が排出される。次いで所定のガスが所定流量で処理室４内に導入されるとともに、真空ポンプの排気速度が調整されて、処理室４内が所定の圧力に調整される。
【００２０】
次に、高周波電源１がオンされて所定の高周波電力が処理室４に与えられ、電極７，８間のガスが電離されてプラズマ状態になる。このとき、反射波電力Ｐｒが最小値になるように、高周波センサ２、コントローラ５および駆動装置６によって整合器３のインピーダンスが制御される。エッチング用のガス（たとえばＣＦ4）を用いた場合は基板９の表面がエッチングされ、成膜用のガス（たとえばＳｉＨ4）を用いた場合は基板９の表面に膜が堆積する。
【００２１】
図３は、整合器３および駆動装置６の構成を示す断面図である。図３において、この整合器３は空洞型同軸共振器１０，２０および同軸線２３を備え、駆動装置６は駆動軸３１，３４、モータ３２，３５および位置検出器３３，３６を備える。空洞型同軸共振器１０は、上下端が閉蓋された円筒状のシールドケース１１と、シールドケース１１の床面の中央に垂直に立設された円柱状の負荷電極１２とを含む。負荷電極１２の先端面とシールドケース１１の天井面とは、所定の距離を介して平行に設置されている。シールドケース１１は、たとえばアルミ合金で形成され、接地電位ＧＮＤを受けている。負荷電極１２は、たとえば銅で形成され、その下端面はシールドケース１１の床面と導通している。
【００２２】
また、この空洞型同軸共振器１０は、棒状の入力電極１３および出力電極１４を含む。入力電極１３は、シールドケース１１の内周面と負荷電極１２の外周面との間の所定位置に垂直に立設されている。入力電極１３は、たとえば銅で形成され、その一方端はシールドケース１１の床面と導通し、その他方端は直角に折り曲げられてシールドケース１１の円筒部を貫通している。入力電極１３の他方端は、空洞型同軸共振器１０の入力端子１５となる。入力端子１５は、同軸線を介して高周波電源１からの高周波電圧を受ける。
【００２３】
出力電極１４は、負荷電極１２を中心として入力電極１３の反対側において、シールドケース１１の内周面と負荷電極１２の外周面との間の所定位置に垂直に立設されている。出力電極１４は、たとえば銅で形成され、その一方端はシールドケース１１の床面と導通し、その他方端は入力電極１３の逆方向に直角に折り曲げられてシールドケース１１の円筒部を貫通している。出力電極１４の他方端は、空洞型同軸共振器１０の出力端子１６となる。
【００２４】
さらに、この空洞型同軸共振器１０は、負荷電極１２の先端面とシールドケース１１の天井面との間に水平に配置され、垂直方向に移動可能に設けられた円板電極１７を備える。円板電極１７は、たとえば銅で形成されている。円板電極１７と負荷電極１２の先端面とは、可変容量コンデンサを構成する。
【００２５】
円板電極１７は、駆動軸３１の一方端に固定され、接地されている。駆動軸３１の他方端は、シールドケース１１の天井部を貫通してモータ３２に結合されている。モータ３２は、図１のコントローラ５によって制御され、駆動軸３１を垂直方向に移動させる。位置検出器３３は、モータ３２の回転角度すなわち円板電極１７の位置を検出する。コントローラ５は、高周波センサ２からの信号ＶＺ，Ｖφおよび位置検出器３３の検出結果に基づいてモータ３２を制御し、円板電極１７の位置を調整する。
【００２６】
もう１つの空洞型同軸共振器２０は、上記空洞型同軸共振器１０の構成に加え、シールドケース１１の床部に設けられた貫通コンデンサ２１を含む。空洞型同軸共振器２０の出力電極１４の一方端は、貫通コンデンサ２１を介してシールドケース１１の外部に突出し、異周波電力用入力端子２２となる。異周波電力入力端子２２には、高周波電源１の周波数（１００ＭＨｚ）よりも充分に低い周波数（たとえば１ＭＨｚ）の電力が与えられる。空洞型同軸共振器２０の出力端子１６は、図２の電極７に接続される。
【００２７】
この空洞型同軸共振器２０の円板電極１７は、駆動軸３４の一方端に固定され、接地されている。駆動軸３４の他方端は、シールドケース１１の天井部を貫通してモータ３５に結合されている。モータ３５は、図１のコントローラ５によって制御され、駆動軸３４を垂直方向に移動させる。位置検出器３６は、モータ３５の回転角度すなわち円板電極１７の位置を検出する。コントローラ５は、高周波センサ２からの信号ＶＺ，Ｖφおよび位置検出器３６の検出結果に基づいてモータ３５を制御し、円板電極１７の位置を調整する。
【００２８】
同軸線２３は、空洞型同軸共振器１０の出力端子１６と空洞型同軸共振器２０の入力端子１５との間に接続される。同軸線２３は、高周波電源１の出力端子と空洞型同軸共振器１０の入力端子１５との間に接続された同軸線と同じ値の特性インピーダンス（たとえば５０Ω）を有する。同軸線２３の長さは、高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍（ここでは１倍とする）に設定されている。この同軸線２３によりインピーダンスをスミスチャート上でπ／２の奇数倍（ここではπ／２）だけ時計回転方向に回転させることができる。
【００２９】
具体的に示すと、１００ＭＨｚの高周波電圧の波長は、光速（３×１０８ｍ/ｓ）を１００ＭＨｚで除算することにより得られ、３００ｃｍとなる。同軸線２３では内部導体と外部導体の間に誘電体が充填されているので、同軸線２３は短縮率（１／√ε≒２／３）を有する。高周波電圧の線路内波長は、３００ｃｍに同軸線２３の短縮率（２／３）を積算することにより得られ、２００ｃｍとなる。高周波電圧の線路内波長の８分の１は、２００ｃｍの８分の１となり、２５ｃｍとなる。
【００３０】
図４は、図３に示した整合器３の等価回路を示す図である。図４において、空洞型同軸共振器１０の入力電極１３は、入力端子１５と接地電位ＧＮＤのラインとの間に接続されたコイル1３ａを構成する。負荷電極１２の外周面のうちの入力電極１３に対向する部分は、コイル１２ａを構成する。コイル1３ａと１２ａは、電磁誘導結合されてトランスを構成する。負荷電極１２の先端面と円板電極１７は、可変容量コンデンサ１２ｃを構成する。負荷電極１２の外周面のうちの出力電極１４に対向する部分は、コイル１２ｂを構成する。コイル１２ａ，１２ｂの一方端子は、ともに接地電位ＧＮＤのラインに接続される。可変容量コンデンサ１２ｃは、コイル１２ａ，１２ｂの他方端子間に接続される。出力電極１４は、出力端子１６と接地電位ＧＮＤのラインとの間に接続されたコイル1４ａを構成する。コイル1２ｂと１４ａは、電磁誘導結合されてトランスを構成する。
【００３１】
もう１つの空洞型同軸共振器２０の等価回路は、空洞型同軸共振器１０の等価回路と同様になる。ただし、コイル１４ａの一方端子が異周波入力端子２２に接続される。また、貫通コンデンサ２１は、コイル１４ａの所定位置のタップと接地電位ＧＮＤのラインとの間に接続されたコンデンサ２１ａを構成する。
【００３２】
今、空洞型同軸共振器１０，２０の各々の中心インピーダンスを５０＋ｊ０Ωとし、整合器３および負荷の入力インピーダンスが５０＋ｊ０Ωのときに整合がとられるものとする。図５は、空洞型同軸共振器１０の入力端子１５に５０＋ｊ０Ωを接続し、空洞型同軸共振器１０の出力端子１６から入力側を見たときのインピーダンスＺ１を示すスミスチャートである。図５において、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値が中心値の場合は、インピーダンスＺ１はスミスチャートの中心点にある。可変容量コンデンサ１２ｃの容量値Ｃを小さくしていくと、インピーダンスＺ１は定コンダクタンス円に沿って反時計回りに変化する。逆に、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値Ｃを大きくしていくと、インピーダンスＺ１は定コンダクタンス円に沿って時計回りに変化する。
【００３３】
次に図６は、空洞型同軸共振器２０の入力端子１５から入力側を見たときのインピーダンスＺ２を示すスミスチャートである。高周波電圧の線路内波長の８分の１の長さの同軸線２３を設けたことにより、インピーダンスＺ１の軌跡を時計の回転方向にπ／２だけ回転させたものがインピーダンスＺ２の軌跡となる。つまり、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じてサセプタンスのみ変化していたインピーダンスＺ１が、同軸線２３により、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じて主としてレジスタンスが変化するインピーダンスＺ２に変換される。
【００３４】
さらに図７は、空洞型同軸共振器２０の出力端子１６から入力側を見たときのインピーダンスＺ３を示すスミスチャートである。空洞型同軸共振器２０の可変容量コンデンサ１２ｃの容量値を変えることにより、インピーダンスＺ２の軌跡の全点から５０Ωを中心としてサセプタンスを変化させることができる。空洞型同軸共振器２０の出力端子１６から負荷側を見たときのインピーダンスがインピーダンスＺ３の共役複素数となる場合に整合がとられる。したがって、インピーダンスＺ３の軌跡は、整合しうる負荷インピーダンス範囲として捉えることができ、広い範囲で整合をとることができる。
【００３５】
また、図２０で示した従来の整合器１００のように同軸管１０１，１０６〜１０８を使用しないので、高周波電力の周波数が低い場合でも、装置寸法が大型化することがない。
【００３６】
また、２つの可変容量コンデンサ１２ｃの容量値を調整するだけで整合をとることができるので、３つのリング状電極１１１の位置を調整する必要があった従来に比べ、容易に整合させることができ、負荷変動に対する応答速度が速くなる。
【００３７】
また、リング状電極１１１と導体１０９，１１０の摺動部のような金属同士の摺動部がなく、摺動部の摩耗やダストが発生しないので、メンテナンスを行なう必要がない。
【００３８】
また、同軸線２３の長さは高周波電圧の線路内波長の８分の１の奇数倍でよいので、同軸線２３の長さをたとえば２５×５＝１２５ｃｍにすることにより、２段目の空洞型同軸共振器２０のみを処理室４の近傍に配置し、初段の空洞型同軸共振器１０を処理室４から１２５ｃｍだけ離れた位置に配置することができ、処理室４の周囲に他の機器を配置するスペースを確保することができる。
【００３９】
以下、この実施の形態１の種々の変更例について説明する。図７では、Ｚ２の軌跡とＺ３の１つの軌跡とが２つの点で交差している。これは、自動制御によって整合をとる場合は好ましくない。そこで、この変更例では、図８に示すように、空洞型同軸共振器１０の可変容量コンデンサ１２ｃの容量値を所定値以下に制限し、Ｚ２の軌跡とＺ３の１つの軌跡とが２つの点で交差することを防止する。可変容量コンデンサ１２ｃの容量値を所定値
にしたＺ２の軌跡上の点Ｌでは、Ｚ２の軌跡がＺ３の軌跡のうちの最小の等コンダクタンス円の接線になっている。
【００４０】
空洞型同軸共振器１０，２０の各々を以下の空洞型同軸共振器で置換しても実施の形態１と同じ効果が得られる。図９の空洞型同軸共振器４０は、空洞型同軸共振器１０の円板電極１７を除去し、負荷電極１２を垂直方向に伸縮自在の負荷電極４１で置換したものである。負荷電極４１の高さを変えることにより、負荷電極１２の先端面とシールドケース１１の天井面とで構成される可変容量コンデンサの容量値を変えることができる。
【００４１】
図１０の空洞型同軸共振器４５は、空洞型同軸共振器１０のシールドケース１１を上部が伸縮自在のシールドケース４６で置換したものである。シールドケース４６の天井面の高さを変えることにより、負荷電極１２の先端面とシールドケース４６の天井面とで構成される可変容量コンデンサの容量値を変えることができる。
【００４２】
図１１の空洞型同軸共振器５０は、空洞型同軸共振器１０の円板電極１７を誘電体板５１で置換したものである。誘電体板５１の端部には、回転軸５２が垂直に設けられている。回転軸５２を介して誘電体板５１を回転移動させると、図１２に示すように、負荷電極１２の先端面と誘電体板５１との重なり面積Ｓ（斜線部）が変化し、負荷電極１２の先端面とシールドケース１１の天井面とで構成される可変容量コンデンサの容量値が変化する。
【００４３】
図１３の空洞型同軸共振器５５は、空洞型同軸共振器１０の円板電極１７を除去し、伸縮自在のコイル５６を設けたものである。コイル５６の一方端子は負荷電極１２の先端面に接続され、その他方端は図３で説明した駆動軸３１を介して接地される。コイル５６の長さを変えることにより、負荷電極１２の先端面と接地電位ＧＮＤのラインとの間のインダクタンスを変えることができる。
【００４４】
図１４の空洞型同軸共振器６０は、空洞型同軸共振器１０の円板電極１７を除去し、垂直方向に移動可能な床部６１を設けたものである。床部６１の高さを変えることにより、負荷電極１２、入力電極１３および出力電極１４の長さすなわち図４で示したコイル１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ａのインダクタンスを変えることができる。
【００４５】
[実施の形態２]
図１５は、この発明の実施の形態２による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器６５および駆動装置６６の構成を示す断面図であって、図３と対比される図である。図１５を参照して、整合器６５は、整合器３に空洞型同軸共振器７０および同軸線７１を追加したものであり、駆動装置６６は、駆動装置６に駆動軸７２、モータ７３および位置検出器７４を追加したものである。
【００４６】
空洞型同軸共振器７０は、空洞型同軸共振器１０と同じ構成である。空洞型同軸共振器７０の入力端子１５は、同軸線を介して高周波電源１からの高周波電圧を受ける。この空洞型同軸共振器７０の円板電極１７は、駆動軸７２の一方端に固定され、接地されている。駆動軸７２の他方端は、シールドケース１１の天井部を貫通してモータ７３に結合されている。モータ７３は、図１のコントローラ５によって制御され、駆動軸７２を垂直方向に移動させる。位置検出器７４は、モータ７３の回転角度すなわち円板電極１７の位置を検出する。コントローラ５は、高周波センサ２からの信号ＶＺ，Ｖφおよび位置検出器７４の検出結果に基づいてモータ７３を制御し、円板電極１７の位置を調整する。初段の空洞型同軸共振器７０の円板電極１７と２段目の空洞型同軸共振器１０の円板電極１７は、同じ位置に調整される。
【００４７】
同軸線７１は、空洞型同軸共振器７０の出力端子１６と空洞型同軸共振器１０の入力端子１５との間に接続される。同軸線７１は、高周波電源１の出力端子と空洞型同軸共振器７０の入力端子１５との間に接続された同軸線と同じ値の特性インピーダンス（たとえば５０Ω）を有する。同軸線７１の長さは、高周波電圧の線路内波長の４分の１の奇数倍（ここでは１倍とする）に設定されている。この同軸線２３によりインピーダンスをスミスチャート上でπの奇数倍（ここではπ）だけ時計回転方向に回転させることができる。上述のように、同軸線２３の長さは２５ｃｍであるので、同軸線７１の長さは５０ｃｍとなる。
【００４８】
図１６（ａ）は、２段目の空洞型同軸共振器１０の入力端子１５から入力側を見たときのインピーダンスＺ４を示すスミスチャートである。高周波電圧の線路内波長の４分の１の長さの同軸線７１を設けたことにより、図５で示したインピーダンスＺ１の軌跡を時計の回転方向にπだけ回転させたものがインピーダンスＺ４の軌跡となる。つまり、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じてサセプタンスが変化していたインピーダンスＺ１が、同軸線７１により、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じてリアクタンスが変化するインピーダンスＺ４に変換される。
【００４９】
また図１６（ｂ）は、２段目の空洞型同軸共振器１０のみのインピーダンスＺ５を示すスミスチャートである。インピーダンスＺ５の軌跡は、図５で示したインピーダンスＺ１の軌跡と同じになる。
【００５０】
さらに図１６（ｃ）は、２段目の空洞型同軸共振器１０の出力端子１６から入力側を見たときのインピーダンスＺ６を示すスミスチャートである。インピーダンスＺ６は、インピーダンスＺ４とＺ５を加算したものとなる。Ｚ４とＺ５が虚軸を中心として完全に対称になっている場合は、Ｚ６の軌跡は虚軸に重なる。図１６では、Ｚ４の実数部の絶対値がＺ５の実数部の絶対値よりもやや大きい場合が示されている。インピーダンスＺ６は、１＋ｊ０点を中心とし、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値Ｃを小さくすると虚軸に沿って
プラス方向に移動し、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値Ｃを大きくすると虚軸に沿ってマイナス方向に移動する。
【００５１】
さらに図１７は、３段目の空洞型同軸共振器２０の入力端子１５から入力側を見たときのインピーダンスＺ７と、３段目の空洞型同軸共振器２０の出力端子１６から入力側を見たときのインピーダンスＺ８を示すスミスチャートである。高周波電圧の線路内波長の８分の１の長さの同軸線２３を設けたことにより、インピーダンスＺ６の軌跡を時計の回転方向にπ／２だけ回転させたものがインピーダンスＺ７の軌跡となる。つまり、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じて虚軸に沿って変化していたインピーダンスＺ６が、同軸線２３により、可変容量コンデンサ１２ｃの容量値の変化に応じて実軸に沿って変化するインピーダンスＺ７に変換される。
【００５２】
３段目の空洞型同軸共振器２０の可変容量コンデンサ１２ｃの容量値を変えることにより、インピーダンスＺ７の軌跡の全点から５０Ωを中心としてサセプタンスを変化させることができる。空洞型同軸共振器２０の出力端子１６から負荷側を見たときのインピーダンスがインピーダンスＺ８の共役複素数となる場合に整合がとられる。したがって、インピーダンスＺ８の軌跡は、整合しうる負荷インピーダンス範囲として捉えることができ、広い範囲で整合をとることができる。
【００５３】
この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、Ｚ７の軌跡とＺ８の１つの軌跡とが１点でしか交差しないので、整合器６５の自動制御を容易に行なうことができる。
【００５４】
[実施の形態３]
図１８は、この発明の実施の形態３による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器７５の構成を示す図である。図１８を参照して、この整合器７５は、図３の整合器３に空洞型同軸共振器７６，７７および同軸線７８，７９を追加したものである。空洞型同軸共振器７６，７７の各々は図３の空洞型同軸共振器１０と同じ構成であり、同軸線７８，７９の各々は図３の同軸線２３と同じものである。
【００５５】
空洞型同軸共振器７６の入力端子は、同軸線を介して高周波電源１の出力電圧を受ける。同軸線７８は、空洞型同軸共振器７６の出力端子と空洞型同軸共振器７７の入力端子との間に接続される。同軸線７９は、空洞型同軸共振器７７の出力端子と空洞型同軸共振器１０の入力端子との間に接続される。
【００５６】
この整合器７５では、空洞型同軸共振器７６のインピーダンスが同軸線７８，７９によってスミスチャート上で時計の回転方向にπだけ回転されて空洞型同軸共振器１０のインピーダンスに加算される。また、空洞型同軸共振器７７のインピーダンスが同軸線７９，２３によってスミスチャート上で時計の回転方向にπだけ回転されて空洞型同軸共振器２０のインピーダンスに加算される。したがって、実施の形態１と同じ効果が得られる他、空洞型同軸共振器１０，２０のＱを下げることができ、安定に整合をとることができる。
【００５７】
[実施の形態４]
図１９は、この発明の実施の形態４による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器８０の構成を示す図である。図１９を参照して、この整合器８０は、図３の整合器３の空洞型同軸共振器１０を空洞型同軸共振器８１で置換し、空洞型同軸共振器２０および同軸線２３をもう１組追加したものである。空洞型同軸共振器８１は、２本の出力電極１４，１４を含む。一方の出力電極１４は、一方の組の同軸線２３および空洞型同軸共振器２０を介してある負荷に接続され、他方の出力電極１４は、他方の組の同軸線２３および空洞型同軸共振器２０を介して他の負荷に接続される。
【００５８】
この整合器８０では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、１台の高周波電源１の出力電力を複数の負荷に分配することができる。
【００５９】
今回開示された実施の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説明ではなくて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およ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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体プラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した処理室の構成を示す図である。
【図３】図１に示した整合器および駆動装置の構成を示す断面図である。
【図４】図３に示した整合器の等価回路を示す回路図である。
【図５】図４に示した整合器の動作を説明するためのスミスチャートである。
【図６】図４に示した整合器の動作を説明するための他のスミスチャートである。
【図７】図４に示した整合器の動作を説明するためのさらに他のスミスチャートである。
【図８】この実施の形態１の変更例を示すスミスチャートである。
【図９】この実施の形態１の他の変更例を示す断面図である。
【図１０】この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図１１】この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した空洞型同軸共振器の動作を説明するための図である。
【図１３】この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図１４】この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器の構成を示す断面図である。
【図１６】図１５に示した整合器の動作を説明するためのスミスチャートである。
【図１７】図１５に示した整合器の動作を説明するための他のスミスチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態３による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器の構成を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態４による半導体プラズマ処理装置に含まれる整合器の構成を示す図である。
【図２０】従来の整合器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，１１２  高周波電源、２  高周波センサ、３，６５，７５，８０，１００  整合器、４  処理室、５  コントローラ、６，６６  駆動装置、７，８  平行平板電極、９  基板、１０，２０，４０，４５，５０，５５，６０，７０，７６，７７，８１  空洞型同軸共振器、１１，４５  シールドケース、１２，４１  負荷電極、１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１４ａ，５６  コイル、１２ｃ  可変容量コンデンサ、１３  入力電極、１４  出力電極、１５  入力端子、１６  出力端子、１７  円板電極、２１  貫通コンデンサ、２１ａ  コンデンサ、２２  異周波入力端子、２３，７１，７８，７９  同軸線、３１，３４，７２  駆動軸、３２，３５，７３  モータ、３３，３６，７４  位置検出器、５１  誘電体板、５２  回転軸、６１  床部、１０１  主同軸管、１０２，１０９  内部導体、１０３，１１０  外部導体、１０６〜１０８  可変長同軸管、１１１  リング状電極、１１３  負荷。
【図１】
2005184734.tif 000003
【図２】
2005184734.tif 000004
【図３】
2005184734.tif 000005
【図４】
2005184734.tif 000006
【図５】
2005184734.tif 000007
【図６】
2005184734.tif 000008
【図７】
2005184734.tif 000009
【図８】
2005184734.tif 000010
【図９】
2005184734.tif 000011
【図１０】
2005184734.tif 000012
【図１１】
2005184734.tif 000013
【図１２】
2005184734.tif 000014
【図１３】
2005184734.tif 000015
【図１４】
2005184734.tif 000016
【図１５】
2005184734.tif 000017
【図１６】
2005184734.tif 000018
【図１７】
2005184734.tif 000019
【図１８】
2005184734.tif 000020
【図１９】
2005184734.tif 000021
【図２０】
2005184734.tif 000022