(57)【要約】【課題】  共通の接地極に対して複数の高周波電源を用いて複数の電極から高周波電力を供給するとき、当該電極間に発生する相互干渉を防止する高周波電源装置を提供する。【解決手段】  本発明の高周波電源装置によれば、誘導素子２９を自動整合部２の２つの出力端間に挿入することによって、浮遊静電容量Ｃｐにより他方に流入する複素電流が位相の異なる誘導素子の複素電流によって打ち消され、隣接する電極１００間の相互干渉を防止することができる。したがって、一対構成の自動整合部２は、それぞれ独立した自動整合動作を行うことができ、再現性の良いプラズマプロセスを得ることが可能となる。【選択図】  図１ 
2005071872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの接地極と対向する複数の電極から所定の周波数を有する高周波電力をそれぞれ供給する高周波電源装置であって、
前記高周波電力を前記複数の電極に対応してそれぞれ発生させる複数の高周波電源部と、
前記複数の高周波電源部から出力される高周波電力それぞれに応じて、当該高周波電源部側のインピーダンスとそれに対応する負荷側のインピーダンスとを整合し、当該高周波電力をそれぞれ対応する前記電極に供給する整合部と、
所定の自己インダクタンスを有し、隣接する前記電極間および当該電極にそれぞれ接続される前記整合部の出力端間の少なくとも一方を接続する誘導素子とを備える、高周波電源装置。
【請求項２】
前記誘導素子の自己インダクタンスＬｐは、前記高周波電力の周波数をｆ、当該誘導素子が接続される電極間の浮遊静電容量をＣｐ、および円周率をπとしたとき、
Ｌｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝
で設定されることを特徴とする、請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項３】
前記誘導素子は、自己インダクタンスをその位置に応じて変化させる可変機構を含むことを特徴とする、請求項１に記載の高周波電源装置。
【請求項４】
隣接する一方の前記電極における電圧を検出する電圧検出器と、
前記誘導素子が有する可変機構の位置を検出する位置検出器と、
前記電圧検出器および前記位置検出器がそれぞれ検出した結果に応じて、前記可変機構の動作を制御する制御部とを、さらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、
隣接する他方の前記電極のみに高周波電力を供給したとき、前記可変機構をその移動範囲内で動作させる移動手段と、
前記移動手段による前記可変機構の移動に応じて、前記位置検出器で検出した前記可変機構の位置と対応した前記電圧検出器で検出した電圧をそれぞれ格納するメモリと、
前記メモリに格納された最小の電圧を検索し、当該最小の電圧に対応する前記可変機構の位置を抽出する最小電圧位置検出手段と、
前記最小電圧位置検出手段で抽出された位置に前記可変機構を移動させ、前記誘導素子の自己インダクタンスを固定するインダクタンス固定手段とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の高周波電源装置。
【請求項６】
１つの接地極と対向する複数の電極から所定の周波数を有する高周波電力をそれぞれ供給する高周波電力供給方法であって、
前記高周波電力を前記複数の電極に対応してそれぞれ発生させ、
出力する前記高周波電力それぞれに応じて、電源側のインピーダンスとそれに対応する負荷側のインピーダンスとを整合して、当該高周波電力をそれぞれ対応する前記電極に供給し、
所定のインダクタンスを、隣接する前記電極間および当該電極にそれぞれ接続される線路間の少なくとも一方に挿入することを特徴とする、高周波電力供給方法。
【請求項７】
前記インダクタンスＬｐは、前記高周波電力の周波数をｆ、前記隣接する電極間の浮遊静電容量をＣｐ、および円周率をπとしたとき、
Ｌｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝
で設定されることを特徴とする、請求項６に記載の高周波電力供給方法。
【請求項８】
前記インダクタンスは、可変であることを特徴とする、請求項６に記載の高周波電力供給方法。
【請求項９】
さらに、前記隣接する電極の一方のみに高周波電力を供給して前記可変のインダクタンスを所定の範囲内で変化させ、
前記インダクタンスの変化に応じて、前記隣接する電極の他方の電圧を検出し、
前記インダクタンスの変化に対応した前記電圧をそれぞれ格納し、
格納された最小の電圧を検索し、当該最小の電圧と対応するインダクタンスに前記可変のインダクタンスを固定することを特徴とする、請求項８に記載の高周波電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電源装置および高周波電力供給方法に関し、より特定的には、複数の電極を介して高周波電力を供給する高周波電源装置および高周波電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理装置等に電力を供給する交流電源として、高周波電源が用いられる。この高周波電源は、交流電源の中で出力電力の周波数が数ＭＨｚ以上を出力し、一般的に、半導体式高周波電源の出力容量は、最大１０ｋＷ〜１５ｋＷである。この高周波電源が用いられるプラズマ処理には、例えば、大気圧環境でプラズマを発生させることによるシート状の高分子材料の表面処理がある。この高分子材料は、高周波電源から高周波電力が供給される電極と接地極との間に配置されることによって、当該高分子材料が電極から発生するプラズマによって表面処理される。
【０００３】
ここで、上述したプラズマ処理においては、その処理内容によって２０ｋＷ以上の出力容量を有する高周波電源が必要となる場合がある。この場合、１台の高周波電源では要求される出力容量を満たせないため、複数の高周波電源を用いてプラズマ処理が行われる。以下、図６を参照して、従来の複数の高周波電源を有する複数電極高周波プラズマ放電システムについて説明する。なお、図６は、従来の複数電極高周波プラズマ放電システムの概略構成を示す回路図である。
【０００４】
図６において、当該複数電極高周波プラズマ放電システムは、従来の高周波電源装置が互いに独立して複数設けられている。図６では、２台の高周波電源装置が設置された一例を示している。そして、一方の高周波電源装置は、高周波電源部１ａおよび自動整合部２００ａを有しており、自動整合部２００ａの出力端に電極１００ａが接続されている（例えば、特許文献１参照。）。また、他方の高周波電源装置も同様に高周波電源部１ｂおよび自動整合部２００ｂを有しており、自動整合部２００ｂの出力端に電極１００ｂが接続される。なお、それぞれの高周波電源装置および電極の構成は同様であるため、それぞれの構成部を総称して以下の説明を行う。なお、一方の高周波電源装置および電極の構成部を示す参照符号には「ａ」を付与し、他方の高周波電源装置および電極の構成部を示す参照符号には「ｂ」を付与することによって、それぞれを区別して説明する。また、それぞれの構成部を総称して説明を行う場合、それぞれの構成部に付与した参照符号「ａ」および「ｂ」を省略する。
【０００５】
高周波電源装置は、高周波電源部１および自動整合部２００を有しており、自動整合部２００に電極１００が接続される。そして、高周波電源装置は、電極１００と対向して設けられている接地極１０１との間にプラズマを発生させる。電極１００および接地極１０１は、そのプラズマ処理の条件によって所定のチャンバ内に設けられ、放電プラズマ発生器を構成する。そして、プラズマ処理の被処理体は、電極１００および接地極１０１の間に配置される。
【０００６】
高周波電源部１は、発振器１１、高周波電力増幅器１２、方向性結合器１３、誤差増幅器１４、および電力設定器１５を有している。発振器１１の発振周波数は、所定の周波数ｆ0に固定されており、当該周波数ｆ0を高周波電力増幅器１２に供給する。また、電力設定器１５は、高周波電源装置の電力を設定し、電力設定器１５から出力される設定電力と方向性結合器１３から出力される反射電力情報との差分が誤差増幅器１４に出力される。誤差増幅器１４は、上記差分された出力と方向性結合器１３から帰還される進行波電力情報との偏差を検出し、当該偏差を電力増幅率として高周波電力増幅器１２に出力する。高周波電力増幅器１２は、誤差増幅器１４から出力される電力増幅率に基づいて、発振器１１の発振周波数を電力増幅して高周波電力を方向性結合器１３へ出力する。方向性結合器１３は、高周波電力増幅器１２から出力された高周波電力を自動整合部２００へ出力する。そして、方向性結合器１３は、自動整合部２００へ出力する上記高周波電力を示す電圧を進行波電力情報として誤差増幅器１４へ出力する。また、自動整合部２００から高周波電源部１へ入力する反射電力を示す電圧を反射電力情報として出力する。
【０００７】
自動整合部２００は、自動整合回路２０１と、２つのモータドライバ２７および２８を有している。そして、自動整合回路２０１は、フェーズ／マグ検出器２１、ロードバリアブルコンデンサ（ＬＯＡＤ  ＶＣ）２２、チューンバリアブルコンデンサ（ＴＵＮＥ  ＶＣ）２３、コイル２４、ＶＣ２２を駆動するＶＣ駆動モータ２５、およびＶＣ２３を駆動するＶＣ駆動モータ２６を含んでいる。フェーズ／マグ検出器２１は、高周波電源部１の出力端（方向性結合器１３）と、ＶＣ２２および２３の一方端との間に設けられ、所定の信号をそれぞれモータドライバ２７および２８に出力する。そして、モータドライバ２７および２８は、それぞれフェーズ／マグ検出器２１から出力される上記信号に応じて、それぞれＶＣ駆動モータ２５および２６の動作を制御する。ＶＣ２２および２３は、所定の回動部を廻すことで自身のキャパシタンスＣの値が変化する可変容量コンデンサである。ＶＣ２２の他方端は接地され、ＶＣ駆動モータ２５によって上記回動部が制御される。また、ＶＣ２３の他方端はコイル２４の一方端と接続され、ＶＣ駆動モータ２６によって上記回動部が制御される。そして、コイル２４の他方端は電極１００と接続される。
【０００８】
自動整合部２００は、高周波電源部１から放電プラズマ発生器（電極１００）へ供給される高周波電力の周波数を、放電プラズマ発生器の負荷インピーダンスの共振周波数に整合させる。具体的には、上記高周波電力が有する電圧および電流の位相差φが０となったときに整合し、自動整合部２００の入力端子側から放電プラズマ発生器側を見たインピーダンスが高周波電源部１および自動整合部２００間の線路の特性インピーダンスＺ0と等しくなると、放電プラズマ発生器で反射して自動整合部２００および高周波電源部１に入力する反射電力が最小となる。
【０００９】
自動整合部２００の動作を説明すると、フェーズ／マグ検出器２１は、上記高周波電力が有する電圧および電流の位相差φおよびインピーダンスＺを検出する。そして、フェーズ／マグ検出器２１は、位相差φに比例する信号と、上記特性インピーダンスＺ0に対する上記インピーダンスＺのずれに相当する信号とを、それぞれモータドライバ２７および２８に供給する。そして、モータドライバ２７および２８は、フェーズ／マグ検出器２１から出力される信号がそれぞれ最小値になるようにＶＣ駆動モータ２５および２６を介してＶＣ２２および２３のキャパシタンスＣを調整する。
【特許文献１】特開平９−１６１９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、プラズマ処理装置において、上述した複数の高周波電源装置から高周波電力を供給するスペースが限られている場合等、プラズマ処理の条件に応じてそれぞれの電極１００が配置される。したがって、プラズマ処理装置に配置される複数の電極１００は、互いに接近する場合が多い。しかしながら、電極１００が接近している場合（例えば、電極１００ａおよび１００ｂの間隔が１５０ｍｍ）、それら電極間に浮遊静電容量Ｃｐが発生する（図６参照）。つまり、一方の電極１００ａに高周波電圧を印加した場合、他方の電極１００ｂに浮遊静電容量Ｃｐを介して高周波電流が流入することになる。また、その逆も同様に高周波電流が流入する。
【００１１】
他の高周波電源装置から流入する高周波電流は、位相差φおよびインピーダンスＺを検出するフェーズ／マグ検出器２１に対して不要な信号として表れ、自動整合部２００が目的とする自動整合動作を著しく損なうことになる。また、流入した高周波電流は、高周波電源の進行波電力および反射電力を検出している方向性結合器１３に対しても、誤信号として現れる。方向性結合器１３は、一般的に、高周波電源部１からの出力を安定化するための進行波電力情報や反射電力情報の監視を行っており、過大な反射電力に対し高周波電源を保護する機能を有している。そのため方向性結合器１３から得られる情報は高周波電源にとっては安定動作に必要な信号でなければならない。つまり、この情報が他の高周波電源装置から流入する高周波電力によって不確かな情報として現れることは、再現性の良いプラズマプロセスを得ることが困難となる。
【００１２】
それ故に、本発明の目的は、共通の接地極に対して複数の高周波電源を用いて複数の電極から高周波電力を供給するとき、当該電極間に発生する相互干渉を防止する高周波電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１４】
本発明の高周波電源装置は、１つの接地極（１０１）と対向する複数の電極（１００ａ、１００ｂ）から所定の周波数（ｆ）を有する高周波電力をそれぞれ供給する。高周波電源装置は、複数の高周波電源部（１ａ、１ｂ）、整合部（２、３）、および誘導素子（２９、３１）を備える。複数の高周波電源部は、高周波電力を複数の電極に対応してそれぞれ発生させる。整合部は、複数の高周波電源部から出力される高周波電力それぞれに応じて、その高周波電源部側のインピーダンスとそれに対応する負荷側のインピーダンスとを整合し、その高周波電力をそれぞれ対応する電極に供給する。誘導素子は、所定の自己インダクタンス（Ｌｐ）を有し、隣接する電極間およびそれら電極にそれぞれ接続される整合部の出力端間（コイル２４ａおよび電極１００ａとコイル２４ｂおよび電極１００ｂとの間）の少なくとも一方を接続する。
【００１５】
例えば、誘導素子（２９）の自己インダクタンスＬｐは、高周波電力の周波数をｆ、その誘導素子が接続される電極間の浮遊静電容量をＣｐ、および円周率をπとしたとき、Ｌｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝で設定される。
【００１６】
また、上記誘導素子（誘導可変素子３１）は、自己インダクタンスをその位置（自己インダクタンスを変化させる回動部の角度や磁性体の位置）に応じて変化させる可変機構を含んでいてもかまわない。この場合、上記高周波電源装置は、電圧検出器（４３）、位置検出器（４２）、および制御部（ＭＣ４４）を、さらに備えていてもよい。電圧検出器は、隣接する一方の電極（１００ｂ）における電圧を検出する。位置検出器は、誘導素子が有する可変機構の位置を検出する。制御部は、電圧検出器および位置検出器がそれぞれ検出した結果に応じて、可変機構の動作を制御する（モータドライバ４５、モータ４１）。そして、一例として、制御部は、移動手段（ステップＳ３を処理するＭＣ４４；以下、単にステップ番号のみを記載する）、メモリ、最小電圧位置検出手段（Ｓ８）、およびインダクタンス固定手段（Ｓ９）を含む。移動手段は、隣接する他方の電極（１００ａ）のみに高周波電力を供給したとき（Ｓ１）、可変機構をその移動範囲内で動作させる。メモリは、移動手段による可変機構の移動に応じて、位置検出器で検出した可変機構の位置と対応した電圧検出器で検出した電圧（Ｓ４）をそれぞれ格納する（Ｓ５）。最小電圧位置検出手段は、メモリに格納された最小の電圧を検索し、その最小の電圧に対応する可変機構の位置を抽出する。インダクタンス固定手段は、最小電圧位置検出手段で抽出された位置に可変機構を移動させ、誘導素子の自己インダクタンスを固定する。
【００１７】
本発明の高周波電力供給方法は、１つの接地極と対向する複数の電極から所定の周波数を有する高周波電力をそれぞれ供給する。高周波電力供給方法は、高周波電力を複数の電極に対応してそれぞれ発生させ、出力する高周波電力それぞれに応じて、電源側のインピーダンスとそれに対応する負荷側のインピーダンスとを整合して、その高周波電力をそれぞれ対応する電極に供給し、所定のインダクタンス（誘導素子２９、誘導可変素子３１）を、隣接する電極間およびそれら電極にそれぞれ接続される線路間の少なくとも一方に挿入する。
【００１８】
例えば、上記インダクタンスＬｐは、高周波電力の周波数をｆ、隣接する電極間の浮遊静電容量をＣｐ、および円周率をπとしたとき、Ｌｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝で設定する。
【００１９】
また、上記インダクタンスは、可変であってもかまわない。この場合、高周波電力供給方法は、さらに、隣接する電極の一方（１００ａ）のみに高周波電力を供給して（Ｓ１）可変のインダクタンスを所定の範囲内で変化させ（Ｓ３）、インダクタンスの変化に応じて、隣接する電極の他方（１００ｂ）の電圧を検出し（Ｓ４）、インダクタンスの変化に対応した電圧をそれぞれ格納し（Ｓ５）、格納された最小の電圧を検索し（Ｓ８）、その最小の電圧と対応するインダクタンスに可変のインダクタンスを固定してもよい（Ｓ９）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の高周波電源装置によれば、誘導素子を自動整合部の２つの出力端間に挿入することによって、浮遊静電容量により他方に流入する複素電流が位相の異なる誘導素子の複素電流によって打ち消され、隣接する電極間の相互干渉を防止することができる。したがって、一対構成の自動整合部は、それぞれ独立した自動整合動作を行うことができ、再現性の良いプラズマプロセスを得ることが可能となる。
【００２１】
また、自己インダクタンスをＬｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝で設定する場合、隣接する電極間の相互干渉を防止するために挿入する自己インダクタンスを、高周波電力の周波数および電極間の浮遊静電容量を求めるのみで、容易に設定することができる。
【００２２】
また、上記誘導素子の自己インダクタンスを可変に構成することによって、設定環境に応じて固有に発生する浮遊静電容量に限定されることなく、その浮遊静電容量に応じて自己インダクタンスを調整できるため、汎用的に用いることができる。さらに、電圧検出器、位置検出器、および制御部を備えることによって、電極間の浮遊静電容量を事前に測定する必要がないため測定の手間を省くことができ、自己インダクタンスの調整が容易となる。また、制御部が、移動手段、メモリ、最小電圧位置検出手段、およびインダクタンス固定手段を含むことによって、自己インダクタンスの調整を自動的に行うことができる。
【００２３】
また、本発明の高周波電力供給方法によれば、上述した本発明の高周波電源装置と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置について説明する。当該高周波電源装置は、高周波電源部を複数有しており、それらの高周波電源部に対応した電極が設けられる。ここでは、説明を具体的にするために、当該高周波電源装置に２つの高周波電源部および２つの電極が設置された一例を用いる。なお、図１は、当該高周波電源装置の概略構成を示す回路図である。
【００２５】
高周波電源装置は、プラズマ処理装置等に電力を供給する交流電源として用いられ、出力電力の周波数が数ＭｋＨｚ以上を出力する。そして、複数の高周波電源部を有することによって出力容量が２０ｋＷ以上を満たし、２つの電極から供給される高周波電力の周波数が例えば同一となる。この高周波電源装置が用いられるプラズマ処理には、例えば、大気圧環境でプラズマを発生させることによるシート状の高分子材料の表面処理がある。この高分子材料は、高周波電源装置から高周波電力が供給される複数の電極と接地極との間に配置されることによって、当該高分子材料が電極から発生するプラズマによって表面処理される。
【００２６】
図１において、高周波電源装置は、２つの高周波電源部１ａおよび１ｂと、自動整合部２とを有しており、自動整合部２の出力端にそれぞれ電極１００ａおよび１００ｂが接続される。そして、高周波電源装置は、電極１００ａおよび１００ｂと対向して設けられている接地極１０１との間にプラズマを発生させる。なお、高周波電源部１ａおよび１ｂと、電極１００ａおよび１００ｂとは、上述した背景技術で説明したものと同様であるため、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。また、一方の高周波電源部および電極を示す参照符号には「ａ」を付与し、他方の高周波電源部および電極を示す参照符号には「ｂ」を付与することによって、それぞれを区別して説明する。また、それぞれを総称して説明を行う場合、付与した参照符号「ａ」および「ｂ」を省略する。
【００２７】
自動整合部２は、自動整合回路２０と、４つのモータドライバ２７ａ、２７ｂ、２８ａ、および２８ｂとを有している。そして、自動整合回路２０は、フェーズ／マグ検出器２１ａおよび２１ｂと、ロードバリアブルコンデンサ（ＬＯＡＤ  ＶＣ）２２ａおよび２２ｂと、チューンバリアブルコンデンサ（ＴＵＮＥ  ＶＣ）２３ａおよび２３ｂと、コイル２４ａおよび２４ｂと、ＶＣ２２ａを駆動するＶＣ駆動モータ２５ａと、ＶＣ２３ａを駆動するＶＣ駆動モータ２６ａと、ＶＣ２２ｂを駆動するＶＣ駆動モータ２５ｂと、ＶＣ２３ｂを駆動するＶＣ駆動モータ２６ｂと、誘導素子２９とを含んでいる。なお、自動整合部２の構成部において、参照符号「ａ」を付した構成部と参照符号「ｂ」を付した構成部は、それぞれ同様で一対の構成を有している。したがって、それぞれの構成部を総称して説明を行う場合、それぞれの構成部に付与した参照符号「ａ」および「ｂ」を省略する。また、以下の説明では、参照符号「ａ」を付した一対構成の一方をその代表として説明し、参照符号「ｂ」を付した一対構成の他方については、詳細な説明を省略する。
【００２８】
フェーズ／マグ検出器２１ａは、高周波電源部１ａの出力端（方向性結合器１３ａ）と、ＶＣ２２ａおよび２３ａの一方端との間に設けられ、所定の信号をそれぞれモータドライバ２７ａおよび２８ａに出力する。そして、モータドライバ２７ａおよび２８ａは、それぞれフェーズ／マグ検出器２１ａから出力される上記信号に応じて、それぞれＶＣ駆動モータ２５ａおよび２６ａの動作を制御する。ＶＣ２２ａおよび２３ａは、所定の回動部を廻すことで自身のキャパシタンスＣの値が変化する可変容量コンデンサである。ＶＣ２２ａの他方端は接地され、ＶＣ駆動モータ２５ａによって上記回動部が制御される。また、ＶＣ２３ａの他方端はコイル２４ａの一方端と接続され、ＶＣ駆動モータ２６ａによって上記回動部が制御される。そして、コイル２４ａの他方端は、誘導素子２９の一方端および電極１００ａと接続される。また、誘導素子２９の他方端は、一対構成の他方を構成するコイル２４ｂの他方端および電極１００ｂとを接続される。つまり、誘導素子２９を介して、一対構成の一方を構成するコイル２４ａの他方端および電極１００ａと、他方を構成するコイル２４ｂの他方端および電極１００ｂとが接続されることになり、これによって、自動整合部２の２つの出力端間が誘導素子２９を介して接続される。
【００２９】
自動整合部２は、高周波電源部１ａおよび１ｂから放電プラズマ発生器（電極１００ａおよび１００ｂ）へ供給されるそれぞれの高周波電力の周波数を、放電プラズマ発生器の負荷インピーダンスの共振周波数に整合させる。具体的には、高周波電源部１ａから出力される高周波電力が有する電圧および電流の位相差φaが０となったときに整合し、自動整合部２が有するフェーズ／マグ検出器２１ａの入力端子側から放電プラズマ発生器側を見たインピーダンスが高周波電源部１ａおよび自動整合部２間の線路の特性インピーダンスＺa0と等しくなると、放電プラズマ発生器で反射して自動整合部２および高周波電源部１ａに入力する反射電力が最小となる。また、高周波電源部１ｂから出力される高周波電力が有する電圧および電流の位相差φbが０となったときに整合し、自動整合部２が有するフェーズ／マグ検出器２１ｂの入力端子側から放電プラズマ発生器側を見たインピーダンスが高周波電源部１ｂおよび自動整合部２間の線路の特性インピーダンスＺb0と等しくなると、放電プラズマ発生器で反射して自動整合部２および高周波電源部１ｂに入力する反射電力が最小となる。
【００３０】
自動整合部２の動作を説明すると、フェーズ／マグ検出器２１ａは、高周波電源部１ａから出力される高周波電力が有する電圧および電流の位相差φaおよびインピーダンスＺaを検出する。そして、フェーズ／マグ検出器２１ａは、位相差φaに比例する信号と、上記特性インピーダンスＺa0に対する上記インピーダンスＺaのずれに相当する信号とを、それぞれモータドライバ２７ａおよび２８ａに供給する。そして、モータドライバ２７ａおよび２８ａは、フェーズ／マグ検出器２１ａから出力される信号がそれぞれ最小値になるようにＶＣ駆動モータ２５ａおよび２６ａを介してＶＣ２２ａおよび２３ａのキャパシタンスＣを調整する。また、フェーズ／マグ検出器２１ｂも同様に、高周波電源部１ｂから出力される高周波電力が有する電圧および電流の位相差φbおよびインピーダンスＺbを検出する。そして、フェーズ／マグ検出器２１ｂは、位相差φbに比例する信号と、上記特性インピーダンスＺb0に対する上記インピーダンスＺbのずれに相当する信号とを、それぞれモータドライバ２７ｂおよび２８ｂに供給する。そして、モータドライバ２７ｂおよび２８ｂは、フェーズ／マグ検出器２１ｂから出力される信号がそれぞれ最小値になるようにＶＣ駆動モータ２５ｂおよび２６ｂを介してＶＣ２２ｂおよび２３ｂのキャパシタンスＣを調整する。
【００３１】
次に、誘導素子２９について説明する。上記背景技術で説明したように、電極１００ａおよび１００ｂが接近している場合、電極１００ａおよび１００ｂ間に浮遊静電容量Ｃｐが発生する。誘導素子２９は、自己インダクタンスＬｐを有するコイルであり、好ましくは、コイル２４ａおよび２４ｂと結合しないように所定のシールド等で分離される。そして、誘導素子２９の自己インダクタンスＬｐは、以下の数式を満たすように設定される。
【００３２】
１／（ω・Ｃｐ）＝ω・Ｌｐ
ここで、ωは、高周波電源装置から出力される高周波電力の角周波数であり、当該高周波電力の周波数をｆとすると、ω＝２πｆである。つまり、自己インダクタンスＬｐは、
Ｌｐ＝１／｛（２πｆ）2・Ｃｐ｝
となる。例えば、浮遊静電容量Ｃｐ＝１５０ｐＦ（ピコファラッド）、周波数ｆ＝１３．５６ＭＨｚ（メガヘルツ）のとき、自己インダクタンスＬｐ＝０．９２μＨ（マイクロヘンリー）を有する誘導素子２９を用いることになる。
【００３３】
この誘導素子２９を自動整合部２の２つの出力端間に挿入することによって、浮遊静電容量Ｃｐにより他方に流入する複素電流が位相の異なる誘導素子２９の複素電流によって打ち消され、隣接する電極１００ａおよび１００ｂ間の相互干渉を防止することができる。以下、自動整合部２の入力端間における伝送特性を測定で求めることで得た、誘導素子２９の効果を説明する。
【００３４】
自動整合部２が有する２つの入力端に測定ポートＰａおよびＰｂを設定し（図１参照）、それらの間の伝送特性を測定する。測定条件を上記周波数ｆ＝１３．５６ＭＨｚおよび浮遊静電容量Ｃｐ＝１５０ｐＦとし、横軸を周波数（ＭＨｚ）および縦軸を減衰度（ｄＢ）とした上記伝送特性を図２および図３に示す。なお、図２は誘導素子２９を挿入しない自動整合部２の測定ポートＰａおよびＰｂ間の伝送特性の一例を示すグラフであり、図３は自己インダクタンスＬｐ＝０．９２μＨの誘導素子２９を挿入した自動整合部２の測定ポートＰａおよびＰｂ間の伝送特性の一例を示すグラフである。
【００３５】
図２において、自動整合部２に誘導素子２９を挿入しない（つまり、従来の上記複数電極高周波プラズマ放電システムと同様）場合、周波数ｆ（＝１３．５６ＭＨｚ）をピークとした伝送特性を示している。そして、周波数ｆに対する減衰率は、約−８ｄＢである。一方、図３において、自動整合部２に誘導素子２９を挿入した場合、周波数ｆで凹となる伝送特性を示している。そして、周波数ｆに対する減衰率は、約−５０ｄＢである。したがって、誘導素子２９を挿入することによる減衰率の低減効果は、約−４２ｄＢであり、伝送エネルギとしては１／１０4の低減効果が認められる。
【００３６】
このように、第１の実施形態に係る高周波電源装置によれば、誘導素子を自動整合部の２つの出力端間に挿入することによって、浮遊静電容量により他方に流入する複素電流が位相の異なる誘導素子の複素電流によって打ち消され、隣接する電極間の相互干渉を防止することができる。したがって、一対構成の自動整合部は、それぞれ独立した自動整合動作を行うことができ、再現性の良いプラズマプロセスを得ることが可能となる。
【００３７】
なお、上述した説明では、誘導素子２９を自動整合回路２０の内部に配置し、自動整合回路２０の内部で両端を接続したが、誘導素子２９を接続する場所は、自動整合回路２０内部でなくてもかまわない。一般的に、電極１００がチャンバ内に配置されるため、誘導素子２９を自動整合回路２０内部に設けることになるが、電極１００近傍に制約条件が無い場合、誘導素子２９の両端を直接隣接する電極１００に接続してもかまわない。この場合、上述した効果を同様に得ることができることは言うまでもなく、誘導素子２９の接続部から電極１００までの線路が有するインダクタンスによる影響を除去できるため、さらに相互干渉を防止する効果を期待できる。また、上記誘導素子２９を自動整合回路２０内部、自動整合部２内部、または電極１００の近傍に複数分散させて、必要な容量を確保してもかまわない。
【００３８】
また、上述した説明では、説明を具体的にするために、高周波電源装置に２つの高周波電源部および２つの電極が設置された一例を用いたが、高周波電源装置に３つ以上の高周波電源部および２つの電極を設置してもかまわない。この場合、互いに隣接する電極に対し、それぞれの浮遊静電容量に応じて上記誘導素子を接続すれば、３つ以上の構成でも同様に本発明を実現することができる。また、隣接する電極以外の組合わせで浮遊静電容量が発生する場合、当該電極の組合わせに対して同様に上記誘導素子を接続すれば、同様に本発明を実現できることは言うまでもない。
【００３９】
（第２の実施形態）
図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置について説明する。上述した第１の実施形態に係る高周波電源装置では、電極１００ａおよび１００ｂ間に発生する浮遊静電容量Ｃｐに応じて、誘導素子２９を挿入した。これに対して、第２の実施形態に係る高周波電源装置は、挿入する誘導素子の自己インダクタンスを自動的に調整する。なお、第２の実施形態に係る高周波電源装置も、高周波電源部を複数有しており、それらの高周波電源部に対応した電極が設けられる。ここでも、説明を具体的にするために、当該高周波電源装置に２つの高周波電源部および２つの電極が設置された一例を用いる。なお、図４は、当該高周波電源装置の概略構成を示す回路図である。
【００４０】
図４において、高周波電源装置は、２つの高周波電源部１ａおよび１ｂと、自動整合部３とを有しており、自動整合部３の出力端にそれぞれ電極１００ａおよび１００ｂが接続される。そして、高周波電源装置は、電極１００ａおよび１００ｂと対向して設けられている接地極１０１との間にプラズマを発生させる。なお、高周波電源部１ａおよび１ｂと、電極１００ａおよび１００ｂとは、上述した背景技術で説明したものと同様であるため、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。また、一方の高周波電源部および電極を示す参照符号には「ａ」を付与し、他方の高周波電源部および電極を示す参照符号には「ｂ」を付与することによって、それぞれを区別して説明する。また、それぞれを総称して説明を行う場合、付与した参照符号「ａ」および「ｂ」を省略する。
【００４１】
自動整合部３は、自動整合回路３０と、５つのモータドライバ２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ、および４５と、モータ４１と、誘導可変素子位置検出器４２と、高周波電圧検出器４３と、マイクロコントローラ（ＭＣ）４４とを有している。そして、自動整合回路３０は、フェーズ／マグ検出器２１ａおよび２１ｂと、ＶＣ２２ａ、２２ｂ、２３ａ、および２３ｂと、コイル２４ａおよび２４ｂと、ＶＣ駆動モータ２５ａ、２５ｂ、２６ａ、および２６ｂと、誘導可変素子３１とを含んでいる。なお、自動整合部３に含まれるモータドライバ２７ａ、２７ｂ、２８ａ、および２８ｂと、自動整合回路３０に含まれるフェーズ／マグ検出器２１ａおよび２１ｂと、ＶＣ２２ａ、２２ｂ、２３ａ、および２３ｂと、コイル２４ａおよび２４ｂと、ＶＣ駆動モータ２５ａ、２５ｂ、２６ａ、および２６ｂとは、上述した第１の実施形態と同様であるため、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
誘導可変素子３１について説明する。上記背景技術で説明したように、電極１００ａおよび１００ｂが接近している場合、電極１００ａおよび１００ｂ間に浮遊静電容量Ｃｐが発生する。誘導可変素子３１は、可変機構によって変化する可変インダクタンスを有する素子であり、一般的な可変インダクタや挿入する磁性体の位置が可変するソレノイドコイル等で構成される。そして、誘導可変素子３１は、モータ４１によって上記可変機構の動作が制御され、その自己インダクタンスが変化する。
【００４３】
誘導可変素子３１は、誘導素子２９と同様に、一対構成の一方を構成するコイル２４ａの他方端および電極１００ａと、他方を構成するコイル２４ｂの他方端および電極１００ｂとを接続し、これによって、自動整合部３の２つの出力端間が誘導可変素子３１を介して接続される。なお、誘導可変素子３１は、好ましくは、コイル２４ａおよび２４ｂと結合しないように所定のシールド等で分離される。
【００４４】
次に、第２の実施形態で追加されたモータ４１、誘導可変素子位置検出器（以下、単に位置検出器と記載する）４２、高周波電圧検出器（以下、単に電圧検出器と記載する）４３、ＭＣ４４、およびモータドライバ４５について説明する。位置検出器４２は、誘導可変素子３１が有する可変機構の位置（例えば、自己インダクタンスを変化させる回動部の角度や磁性体の位置）を検出し、その結果をＭＣ４４に出力する。電圧検出器４３は、コイル２４ｂおよび電極１００ｂの間の線路に接続され、当該線路から電極１００ｂへ供給される高周波電圧を検出し、その結果をＭＣ４４に出力する。ＭＣ４４は、メモリを備えた一般的なコンピュータシステムである。そして、ＭＣ４４は、位置検出部４２および電圧検出器４３から出力されたそれぞれの結果に応じて、所定の信号をモータドライバ４５に出力する。モータドライバ４５は、ＭＣ４４から出力される上記信号に応じて、それぞれモータ４１の動作を制御する。そして、モータ４１は、誘導可変素子３１が有する可変機構をモータドライバ４５の指示に応じて動作させる。
【００４５】
次に、図５を参照して、高周波電源装置が誘導可変素子３１の自己インダクタンスを調整する動作について説明する。なお、図５は、高周波電源装置が誘導可変素子３１の自己インダクタンスを調整する動作を示すフローチャートである。
【００４６】
図５において、まず、高周波電源部１ａから自動整合部３を介して電極１００ａに高周波電力を印加する（ステップＳ１）。そして、ＭＣ４４は、当該フローチャートにおける一時定数ｉを初期値１に設定し（ステップＳ２）、処理を次のステップに進める。
【００４７】
次に、ＭＣ４４は、モータドライバ４５およびモータ４１を介して、誘導可変素子３１の可変機構を位置ｉに移動させる（ステップＳ３）。ここで、位置ｉとは誘導可変素子３１の可変機構の移動範囲を所定の間隔で分割したそれぞれの位置を示しており、当該可動範囲は、位置ｉ＝１〜ｍに対応している。
【００４８】
次に、電圧検出器４３は、コイル２４ｂおよび電極１００ｂ間の線路の高周波電圧を検出し、その結果をＭＣ４４に出力する（ステップＳ４）。そして、ＭＣ４４は、上記ステップＳ３で移動させた位置ｉに対応させて、上記ステップＳ４で検出した高周波電圧をメモリに格納して（ステップＳ５）、処理を次のステップに進める。ここで、高周波電源部１ｂが高周波電力を電極１００ｂに印加していないため、電圧検出器４３が検出している高周波電圧は、浮遊静電容量Ｃｐにより電極１００ａから電極１００ｂに流入する複素電流によるものである。つまり、ＭＣ４４は、誘導可変素子３１の可変機構を位置、すなわち可変する誘導可変素子３１の自己インダクタンスの値に応じて、浮遊静電容量Ｃｐにより他方に流入する複素電流の電圧を検出した結果をメモリに格納していることになる。
【００４９】
次に、ＭＣ４４は、現在の一時変数ｉがｍか否かを判断する（ステップＳ６）。そして、ｉ＝ｍの場合、ＭＣ４４は、誘導可変素子３１の可変機構の位置がその可動範囲の終点に到達したと判断して、処理を次のステップＳ８に進める。一方、ｉ≠ｍの場合、ＭＣ４４は、誘導可変素子３１の可変機構の位置がその可動範囲の途中であると判断して、現在の一時変数ｉを＋１し（ステップＳ７）、上記ステップＳ３に戻って処理を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ８において、ＭＣ４４は、上記ステップＳ５でメモリに格納した高周波電圧のうち最小値を検索し、その最小値に対応する位置を抽出する。そして、ＭＣ４４は、モータドライバ４５およびモータ４１を介して、誘導可変素子３１の可変機構を上記ステップＳ８で抽出した位置に移動させて（ステップＳ９）、その位置に可変機構を固定する。この可変機構の移動によって、高周波電源装置は、浮遊静電容量Ｃｐにより他方に流入する複素電流を最小にする自己インダクタンスに誘導可変素子３１を調整することになる。そして、高周波電源装置は、当該フローチャートによる動作を終了する。
【００５１】
このように、第２の実施形態の高周波電源装置によれば、誘導可変素子を自動整合部の２つの出力端間に挿入し、当該誘導可変素子の自己インダクタンスを自動調整することによって、浮遊静電容量により他方に流入する複素電流が位相の異なる誘導可変素子の複素電流によって打ち消され、隣接する電極間の相互干渉を防止することができる。したがって、一対構成の自動整合部は、それぞれ独立した自動整合動作を行うことができ、再現性の良いプラズマプロセスを得ることが可能となる。また、第２の実施形態の高周波電源装置は、第１の実施形態の高周波電源装置と比較すると、電極間の浮遊静電容量を事前に測定する必要がないため、測定の手間を省くことができる。さらに、第２の実施形態の高周波電源装置は、プラズマ処理装置固有に発生する浮遊静電容量に限定されることなく、その浮遊静電容量に応じて自動的に自己インダクタンスを調整するため、汎用的な高周波電源装置として用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る高周波電源装置および高周波電力供給方法は、共通の接地極に対して複数の高周波電源を用いて複数の電極から高周波電力を供給する用途等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高周波電源装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１の誘導素子２９を挿入しない自動整合部２の測定ポートＰａおよびＰｂ間の伝送特性の一例を示すグラフである。
【図３】自己インダクタンスＬｐ＝０．９２μＨを有する図１の誘導素子２９の挿入した自動整合部２の測定ポートＰａおよびＰｂ間の伝送特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る高周波電源装置の概略構成を示す回路図である。
【図５】図４の高周波電源装置が誘導可変素子３１の自己インダクタンスを調整する動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の複数電極高周波プラズマ放電システムの概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…高周波電源部
１１…発振器
１２…高周波電力増幅器
１３…方向性結合器
１４…誤差増幅器
１５…電力設定器
２、３…自動整合部
２０、３０…自動整合回路
２１…フェーズ／マグ検出器
２２、２３…ＶＣ
２４…コイル
２５、２６…ＶＣ駆動モータ
２７、２８、４５…モータドライバ
２９…誘導素子
３１…誘導可変素子
４１…モータ
４２…誘導可変素子位置検出器
４３…高周波電圧検出器
４４…ＭＣ
１００…電極
１０１…接地極
【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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