(57)【要約】      （修正有）【課題】軽重量、少損傷、水冷不要である故、製造と使用コストを節約できる真空反応室の無線周波数ＲＦマッチングネットワーク及びその配置方法の提供。【解決手段】真空反応室のRFマッチングネットワークは、第1個〜ｎ個のRF電源を含み、各RF電源は各々異なる周波数を有しており、第1から第ｎ個のRF入力ポートの周波数は順次に減少していき、第ｉ周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路は出力ポートにおいて第ｉ周波数以外の全てのRF電源周波数に対して高インピーダンスを持ち、又、第ｉ回路と第ｉ周波数RF電源が接続された後は、出力ポートから第ｉ回路方向の測定値は、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートから前述第ｉ回路方向と逆方向の測定値は、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1個から第ｎ個の無線周波数RFのインプット入力ポートとアウトプット出力ポートとを含み、前記第1個から第ｎ個の無線周波数RFのインプット入力ポートはそれぞれ第１個から第ｎ個の無線周波数源RF電源と接続されており、各無線周波数源RF電源はそれぞれ異なる周波数を有しており、前記アウトプット出力ポートは複数の無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力し、第1から第ｎ個の無線周波数RFのインプット入力ポートの周波数は順次に減少していく真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークにおいて、
第ｉ周波数の無線周波数RFのインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路はアウトプット出力ポートにおいて、第ｉ周波数以外の全ての無線周波数源RF電源の周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、
第ｉ回路と第ｉ周波数の無線周波数源RF電源が接続された後は、アウトプット出力ポートから第ｉ回路方向へ観察測定して、の測定値は第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びにアウトプット出力ポートから前述第ｉ回路方向と逆方向へ観察測定して、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングすることを特徴とする真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項２】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項３】
各回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項４】
前記コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項３に記載真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項５】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項３に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項６】
ｎは2以上の自然数であり、ｉは2以上ｎ以下の自然数であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項７】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項８】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項９】
第一周波数の無線周波数源RF電源と接続される第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポート、第二周波数の無線周波数源RF電源と接続される第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポート、及びマルチ無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポートを含み、第一周波数は第二周波数より高くなっており、
第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第一回路が構成されており、この第一回路はアウトプット出力ポートにおいて、第二周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、
第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第二回路が構成されており、この第二回路はアウトプット出力ポートにおいて、第一周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、
第一回路と第一周波数の無線周波数源RF電源が接続された後、アウトプット出力ポートから第一回路方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに、アウトプット出力ポートから前記第一回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングすることを特徴とする真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１０】
第一回路及び第二回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、前記コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されていることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１１】
第一回路のアウトプット出力ポートと真空反応室間には更に導電性接続体が直列接続され、その上端は一つもしくは複数に分岐して真空反応室の下電極と接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１２】
第二回路のインダクタンスは、そのアウトプット出力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離が第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１３】
コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１４】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項１３に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１５】
第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１６】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１７】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク。
【請求項１８】
次のステップを含む真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法において、
(a)第一周波数の無線周波数源RF電源に接続するように第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートを設置し、第二周波数の無線周波数源RF電源に接続するように第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートを設置し、並びにマルチ無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するようにアウトプット出力ポートを設置し、その中、第一周波数は第二周波数より高くなっており、
(b)第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第一回路を構成し、この第一回路はアウトプット出力ポートにおいて第二周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、
(c)第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第二回路を構成し、この第二回路はアウトプット出力ポートおいて、第一周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、
第一回路と第一周波数無線周波数源RF電源が接続された後、アウトプット出力ポートから第一回路方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びにアウトプット出力ポートから前述第一回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングすることを特徴とする真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項１９】
第一回路及び第二回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２０】
第一回路のアウトプット出力ポートと真空反応室間には更に導電性接続体が直列接続され、その上端は一つもしくは多数に分岐して真空反応室の下電極と接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２１】
第二回路のインダクタンスは、そのアウトプット出力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離が第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離より大きいことを特徴とする請求項１９に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２２】
前記コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項に１９記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２３】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項２２に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２４】
第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２５】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２６】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体もしくは集積回路製造分野に関するものであり、特に、真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク及びその配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空反応室の動作原理は、真空反応室内に反応気体を導入させた後、その真空反応室に無線周波数RFのエネルギーを導入し、そのエネルギーの導入によって反応気体が起動励起され、真空反応室内にプラズマが形成され、半導体工程ワークの処理を行う。この過程において、従来の技術は、真空反応室の下電極に単周波数の無線周波数RFのエネルギーを導入する方法であり、米国の関連国家基準では１３．５６MHzである。
【０００３】
半導体工程ワークのプロズマ処理技術の発展に伴い、最近では二重無線周波数RFのエネルギー導入技術が真空反応室内の反応気体の起動励起に応用され、プロズマの半導体工程ワークに対する処理効果を向上させている。二重無線周波数RFのエネルギー導入とは、二種の異なる周波数を持つ無線周波数RFのエネルギーを同時に真空反応室に導入する方法であり、例えば現在の低周波２MHz及び高周波６０MHz等の異なる二つの周波数の組合せを言う。
【０００４】
真空反応室にエネルギーを導入する時、無線周波数RFエネルギーの全てがスムーズに導入されることではない。真空反応室は一般には上電極、下電極の容量性インピーダンスを持つ。それは無線周波数RFのエネルギー導入に対して一定の反射率反射係数を持つため、一部のエネルギーは導入不可能であり、エネルギーの浪費となる。更に困った問題は、この一部のエネルギーはインプット入力回路に戻されてインプット入力回路の熱が上昇し、ひいては焼却に至ることもある。
【０００５】
無線周波数源RF電源では、真空反応室は容量性インピーダンスの負荷に等価とすることもでき、よってそのインピーダンス値は複素数インピーダンスとなる。理論には、インプット入力回路のインピーダンス値とその複素数インピーダンスが相互に共役複素数インピーダンスになる時、その反射率反射係数は最低で、エネルギーは十分に導入されることを証明されている。そのため、インプット入力ネットワークに適当な値のコンデンサとインダクタンスを加え、真空反応室のインピーダンスと相互に共役するマッチングに形成する。このコンデンサとインダクタンスからなるインプット入力ネットワークはマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークと言われている。
【０００６】
これに伴って発生する問題は、高周波と低周波のインプット入力が同時に真空反応室に入力されるため、その真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークが相互接続することを避けることができない。高周波と低周波のインプット入力が一点に集めると、エネルギーの一部は真空反応室にインプット入力されるのではなく、相手に相互に進入してしまい、相手の無線周波数源RF電源を焼却させる。高周波及び低周波がインプット入力される真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークに対して隔離を行うのは、現在ではその隔離レベルは、相手の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークへのインプット入力と真空反応室へのインプット入力のパワー比が-20デジベル(db)、即ち1％に達している。
【０００７】
現在、二つの無線周波数源RF電源のインプット入力周波数の差が比較的大きい場合の問題解決法は、二つの無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの接続点の前にそれぞれフィルタを設ける方法であり、低周波インプット入力側に高周波フィルタを設け、高周波インプット入力側に低周波フィルタを設ける。このようにして相互に相手の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークにインプット入力されたエネルギーはフィルタによって除去される。
【０００８】
しかしながら、前記解決法には少なくとも二つの大欠点がある。エネルギーを直接除去することは大量のエネルギー浪費となり、インプット入力効率を低下させる。次には、エネルギーの除去によりフィルタの熱上昇をもたらす。並びにこの大パワーのエネルギー除去そのものには大規模なフィルタが必要となるために、設備大規模化及び重量増大を引き起こし設計及び製造のコストの向上となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来のマルチ無線周波数源RF電源間の隔離技術問題を克服し、重点的に高周波と低周波の無線周波数源RF電源間のエネルギーが相互に流れ込んで熱の上昇を招き、ひいては焼却してしまう問題を解決する真空反応室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の技術手段によってこの目的を実現する。本発明の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークは、第１個から第ｎ個の無線周波数源RF電源にそれぞれ接続され、各無線周波数源RF電源のそれぞれが異なる周波数を有している第1個から第ｎ個の無線周波数RFインプット入力ポートと、複数の前記無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポートとを含み、周波数は順次に減少していき、第ｉ周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路はアウトプット出力ポートにおいて、入力された周波数のうちの第ｉ周波数以外の全ての周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、第ｉ回路と第ｉ周波数の無線周波数源RF電源が接続された後は、アウトプット出力ポートから第ｉ回路方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びにアウトプット出力ポートから前述第ｉ回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングする。
【００１１】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数は低い周波数の大きさの比は5倍以上である。また、各前記回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンス及び接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されている。各前記回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型又はπ型とすることができる。ｎは2以上の自然数であり、ｉは2以上ｎ以下のある自然数である。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００１２】
本発明のもう一つの技術手段において、真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークは、第一周波数の無線周波数源RF電源に接続される第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポート、第二周波数の無線周波数源RF電源に接続される第二周波数の無線周波数源RF電源インプット入力ポート、及びマルチ無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポートを含み、第一周波数は第二周波数より高く、第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第一回路が構成されており、この第一回路はアウトプット出力ポートにおいて、第二周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第二回路が構成されており、この第二回路はアウトプット出力ポートにおいて、第一周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、第一回路は第一周波数の無線周波数源RF電源に接続された後、アウトプット出力ポートから第一回路方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに、アウトプット出力ポートから前記第一回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングする。
【００１３】
前記第一回路及び第二回路は少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続されており、更に接地コンデンサと直列接続されている。コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサである。各前記回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前記第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上である。第一回路のアウトプット出力ポートと真空反応室間に更に導電性接続体が直列接続されており、その上端は一つもしくは多数に分岐されて真空反応室の下電極と接続されることができる。第二回路のインダクタンスはそのアウトプット出力ポート側に近いのラインとライン巻線間の距離が第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポート側に近いのラインとライン巻線間の距離より大きい。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００１４】
本発明のもう一つの目的は、高周波と低周波の無線周波数源RF電源間のエネルギーが相互に流れ込んで熱の上昇を招き、ひいては焼却してしまう問題を解決する真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法を提供することにある。
【００１５】
この目的を達成するために、本発明は次の技術方法を提案している。真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの配置方法は、次のステップを含み、
(a) 第一周波数の無線周波数源RF電源に接続されるように第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートを設置し、第二周波数無線周波数源RF電源に接続されるように第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートとを設置し、並びにマルチ無線周波数源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するようにアウトプット出力ポートを設置し、第一周波数は第二周波数より高く、(b)第一周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第一回路を構成し、この第一回路はアウトプット出力ポートにおいて、第二周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、(c)第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第二回路を構成し、この第二回路はアウトプット出力ポートにおいて、第一周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持ち、第一回路は第一周波数の無線周波数源RF電源に接続された後、アウトプット出力ポートから第一回路方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びにアウトプット出力ポートから前述第一回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングする。
【００１６】
前記第一回路及び第二回路は少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続されており、更に接地コンデンサと直列接続されている。前記コンデンサと接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサである。各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前記第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上である。前記第一回路のアウトプット出力ポートと真空反応室間に更に導電性接続体が直列接続されており、その上端は一つもしくは複数に分岐されて真空反応室の下電極と接続されている。第二回路のインダクタンスはそのアウトプット出力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離が第二周波数の無線周波数RFインプット入力ポート側に近いラインとライン巻線間の距離より大きい。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、マッチング回路を設置することによってマッチング回路のインピーダンスと真空反応室のインピーダンスを相互にマッチングさせ、最良のエネルギーインプット入力の比率を獲得し、エネルギーインプット入力の効率を向上させ、回路熱の発生を減少させる。また、本発明はマッチングネットワークを構成する部品のインピーダンス値の組み合せを巧妙に利用して、それにそれぞれハイパスフィルタとローパスフィルタを形成させる。回路のインピーダンス値によってエネルギーのインプット入力方向を引導する。インプット入力エネルギーを十分に活用でき浪費を避ける。同時に、高周波と低周波の無線周波数源RF電源間のエネルギーが相互流れ込んで熱の発生を招き、ひいては焼却されるのを防ぐ。本発明の構造は合理的で、ラインとライン巻線の間隔が異なるインダクタンス設計を採用して、インダクタンスの寄生容量を低減させ、インダクタンスの熱上昇を避けるとともに、インダクタンス設計のコンパクト性を保っている。本発明は軽重量、少損失、水冷不要であるため、製造、使用のコストが削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の詳しい内容及び技術的説明について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図１に示すように、図１は本発明に係る真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの構造を示す概略図。本発明の実施例には二つの無線周波数RFインプット入力を備えており、一つは高周波インプット入力部、その他の一つは低周波インプット入力部である。無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク全体には三つのポートを備えており、そのうちの二つはインプット入力、即ち高周波の無線周波数源RF電源と接続される高周波インプット入力ポート2と、低周波の無線周波数源RF電源と接続される低周波インプット入力ポート1であり、及びその他の一つはマルチ無線周波源RF電源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポート3である。その真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークは低周波部と高周波部に分けられ、これらは接続点によってアウトプット出力ポート3に結合される。高周波部は、接地コンデンサC1’、コンデンサC2’、インダクタンスL’により構成され、低周波部は、接地コンデンサC1が接地され、この接地コンデンサC1のその他の一端にはコンデンサC2が接続され、このコンデンサC2はインダクタンスLに直列接続され、インダクタンスLを介してアウトプット出力ポート3に接続されている。低周波部では、インダクタンスL、接地コンデンサC1とコンデンサC2によってローパスフィルタを構成している。
【００２０】
高周波部では、インダクタンスL’、接地コンデンサC1’とコンデンサC2’によりハイパスフィルタを構成している。高周波インプット入力の周波数は低周波インプット入力の周波数よりかなり高い場合、即ち高周波インプット入力は少なくとも低周波インプット入力の20倍である場合に、ハイパスフィルタの特性及び高周波インプット入力時の真空反応室のインピーダンス特性によって、高周波部にかなり小さなインダクタンス値があれば、マッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの全体と真空反応室が共役インピーダンスを実現することができる。従って、高周波部には特別なインダクタンスを設けなくてもよく、これに対応する箇所は、導線接続用の導電板と、周波数アウトプット出力端から真空反応室の下電極までの導電性接続体により構成される。導電板及び導電性接続体の自己インダクタンス値によりインダクタンスと等価する。この場合、接地コンデンサC1’は、導電板と導電性接続体がグランドに対して発生する寄生容量によって代わられる。接地コンデンサC1’とインダクタンスL’は調節され難く且つ値が小さいため、高周波部における接地コンデンサC２’は、回路のインピーダンスを調節するように可変コンデンサに設けられることもできる。
【００２１】
高周波部及び低周波部の周波数に基づいてコンデンサとインダクタンスの大きさを予測することもでき、接地コンデンサC1の値を選択することにより理想的なインピーダンス値を得ることもできる。また、これらコンデンサとインダクタンスによって構成されるネットワークは、そのもの複素数インピーダンスを備え、回路部品及び導線自身の抵抗を加えて、マッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク中の部品の値を選択調節すると、低周波部が低周波の周波数源に接続された後、アウトプット出力ポート3から低周波部方向へ観測測定して、低周波でのインピーダンス値を備え、並びにアウトプット出力ポート3から低周波部と反方向へ観測測定して、低周波での別のインピーダンス値を備え、この二つのインピーダンス値は略共役共役マッチングすることができる（実際の使用において、二つのインピーダンス値が100％共役マッチングすることはできない）。高周波部が高周波の周波源に接続された後、アウトプット出力ポート3から高周波部方向へ観測測定して、高周波での一つのインピーダンス値を備え、並びにアウトプット出力ポート3から高周波部と反方向へ観測測定して、高周波での別のインピーダンス値を備え、この二つのインピーダンス値もほぼ共役マッチングする。
【００２２】
図２に、本発明を適用した真空反応室システムを低周波側から見た概略図を示す。図２における真空反応室システムは、低周波の無線周波数源RF電源と高周波の無線周波数源RF電源（未図示）、無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20、及び真空反応室10の三つの部分を含む。低周波の無線周波数源RF電源は無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20に接続されている。無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20は、高周波数部と低周波数部を含んでいる。無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20は真空反応室10と接続されており、周波数のエネルギーを真空反応室10に提供する。真空反応室10は上電極11と下電極12によって構成されており、下電極12の上には処理すべき半導体工程ワーク13が配置されており、上電極11と下電極12間にプラズマ14を形成させ、半導体工程ワーク13に対して処理を行う。無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20と真空反応室10の下電極12との連続導線の下電極12側に近いの一端には、複数の岐路を備える導電性接続体15が下電極12に接続されている。この導電性接続体15は、等価インピーダンスの一部として使用し、周波数マッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20のインピーダンス値の不足を補充する。
【００２３】
図２の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20において、低周波の無線周波数RFのエネルギーは低周波の無線周波数源RF電源から発生された後、インプット入力ポート201を介してコンデンサC2とインダクタンスLにより構成される回路を経てアウトプット出力ポート202に至る。このとき、無線周波数RFの出力には選択可能な岐路が二つあり、即ち、真空反応室10に入力されるもの及び高周波部21に入力されるものがある。この高周波部21は接地コンデンサC1’、コンデンサC2’とインダクタンスL’によって構成された岐路であり、高周波部の接地コンデンサC1’、コンデンサC2’とインダクタンスL’は設定されたものである。低周波の無線周波数RFインプット入力では、その高周波部の岐路にインプット入力されたインピーダンス値は真空反応室10のインピーダンス値よりかなり大きくなる。従って、低周波の無線周波数源RF電源のかなり多くのエネルギーは真空反応室10にインプット入力され、更に、コンデンサC2’の値を適当に選択することにより高周波部にインプット入力されたエネルギーを2％未満にできる。
【００２４】
図３に、本発明を適用した真空反応室システムを高周波側から見た概略図を示す。無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20において、高周波の無線周波数RFのエネルギーは高周波の無線周波数源RF電源から発生された後、インプット入力ポート201’を介してコンデンサC2’とインダクタンスL’により構成される回路を経てアウトプット出力ポート202に至る。このとき、無線周波数RFの出力には選択可能な岐路が二つあり、即ち、真空反応室10に入力されるものと低周波部22に入力されるものがあり、この低周波部22は接地コンデンサC1、コンデンサC2とインダクタンスLによって構成された岐路である。そのうち、インダクタンスLはコンデンサC2に直列接続され、低周波の無線周波数源RF電源（未図示）に接続され、また、接地コンデンサC1の一端はコンデンサC2に接続され、その他の一端は接地されている。このような回路構造配置を通じて、コンデンサ及びインダクタンスの値を予測して、更にコンデンサ値を調節することにより、高周波の無線周波数RFインプット入力にとって、その低周波部の岐路にインプット入力されたインピーダンス値が真空反応室のインピーダンス値よりかなり大きくなる。そのため、高周波の無線周波数源RF電源のかなり多くのエネルギーは真空反応室にインプット入力され、更に、コンデンサC2の値を適当に調節することにより低周波部のエネルギーを2％未満にできる。
【００２５】
以上に述べたコンデンサ及びインダクタンスは、全部または一部分が変化可能であり、且つコンデンサとインダクタンスとの直列接続箇所には各種変化を与えることができる。コンデンサ及びインダクタンスは一つでも複数でもいい。
【００２６】
本発明は、共役複素数インピーダンスを真空反応室と生じる部品の組み合せを作るために、回路自身の相互隔離する機能を用いてエネルギーのインプット入力方向を引導したことを巧妙に利用した。
【００２７】
高周波の無線周波数RFのパワーが比較的大きい場合については、2％未満のエネルギーのみは低周波部にインプット入力されても、低周波部の部品に対する損傷が明らかである。特にインダクタンスLは、高周波インプット入力によりインダクタンスLのラインとライン巻線間においてグランドに対する寄生容量を発生させることができるため、更にインダクタンスLのインピーダンスが増大すると、大量のエネルギーが集中してインダクタンスLで消費されることにより温度は迅速に上昇し、最後にはインダクタンスLを焼却させてしまう。
【００２８】
本発明は前記問題を解決するために、一つの方法は、インダクタンスLのラインとライン巻線間の距離ｄを拡大するものである。これにより、寄生容量値は著しく下降し、インダクタンスLへのエネルギー集中を防止する。しかし、これは本発明のマッチング回路小型化という目標と一致せず、実際においては、高周波インプット入力側に近い一端のインダクタンスコイルのみは寄生容量を減少する必要があり、その他の一端のインダクタンスコイルは高周波インプット入力側に近接して一部のエネルギーをすでに消耗しているため、焼却されることもなく、そのラインとライン巻線間の距離ｄを拡大する必要もない。よって、本発明の一つの良好の実施例は、図４に示すように、インダクタンスLのインプット入力ポート又は高周波インプット入力側に近い一端のラインとライン巻線間の距離ｄを拡大し、インダクタンスLの低周波インプット入力ポート側に近いその他の一端のラインとライン巻線間の距離ｄは変化させない。このようにして不等距離のラインとライン巻線を有するインダクタンスLが形成される。
【００２９】
本発明に述べた真空反応室は、プラズマを用いて半導体工程ワークを処理する各種装置を含む。例えば、プラズマ堆積装置、プラズマエッチング装置等。
【００３０】
本発明はまた、複数の無線周波数RFインプット入力を持つ真空反応室内に適用可能であり、この実施例においては、真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク20はｎ個（ｎは2以上の自然数）の周波数インプット入力ポートを含み、この第1から第ｎ個の周波数インプット入力ポートはそれぞれ第1から第ｎ個の無線周波数源RF電源に接続されており、各無線周波数源RF電源はそれぞれ異なる周波数を持ち、並びに複数の前記周波数源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポートを含み、周波数は順次に減少しており、第ｉ周波数の無線周波数RFインプット入力ポートからアウトプット出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成しており、この第ｉ回路はアウトプット出力ポートにおいて、入力周波数のうちの第ｉ周波数以外の全ての周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持つ。第ｉ回路と第ｉ無線周波数源RF電源が接続された後は、アウトプット出力ポートから第ｉ回路方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持つ。並びにアウトプット出力ポートから前記第ｉ回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングする。
【００３１】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上である。各前述回路は少なくともコンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含む。コンデンサはインダクタンスに直列接続され、更に接地コンデンサに直列接続されている。各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前述真空反応室はプラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００３２】
図５に、本発明に係るマルチ無線周波数RFインプット入力の一実施例を示す概略図である。この実施例の真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークにおいて、第1個から第ｎ個の無線周波数RFのインプット入力ポートp1〜ｐｎを含み、このインプット入力ポートp1〜ｐｎはそれぞれ第１個から第ｎ個の無線周波数源RF電源に接続され、各無線周波数源RF電源はそれぞれ異なる周波数を有する。この異なる周波数はf1からｆｎである。並びに、複数の前述周波数源のエネルギーを真空反応室に出力するアウトプット出力ポートを含み、周波数は順次に減少していき、これは図５の周波数f1＞・・・＞fi・・・＞ｆｎである。隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上である。
【００３３】
第ｉ周波数のインプット入力ポートp1〜ｐｎからアウトプット出力ポートoutまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路はアウトプット出力ポートにおいて、入力周波数の第ｉ周波数fi以外の全ての周波数に対してハイインピーダンス高インピーダンスを持つ。第ｉ回路と第ｉ周波数の無線周波数源RF電源が接続された後、アウトプット出力ポートoutから第ｉ回路方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びにアウトプット出力ポートoutから前述第ｉ回路方向と逆方向へ観察測定しての測定値は、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は略共役共役マッチングする。
【００３４】
図５に示した各回路は少なくとも、コンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1を含んでおり、前記コンデンサC2はインダクタンスLと直列接続され、更に接地コンデンサC1と 直列接続されている。このコンデンサとインダクタンスは一つもしくは複数を直列接続して構成されてもよく、接続順序が互いに交換してもよい。
【００３５】
図６に示した本発明の各回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1を含んでおり、前記コンデンサC2は インダクタンスLと直列接続され、更に接地コンデンサC1と直列接続される。並びにコンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1の接続方式は多種様々で、例えばL型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型等である。
【００３６】
以上、本発明の最良の実施例のみである。本発明の範囲はこれら実施例に限定されることではない。本発明の装置に対する本技術分野における公知の入替え、組合せ、分立、および本発明の実施ステップに対する本技術分野における公知の同等な変更又は入替えを行うのは本発明の開示及び保護の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る真空反応室の無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの構造概略図である。
【図２】本発明を適用した真空反応室システムを低周波側から見た概略図である。
【図３】本発明を適用した真空反応室システムを高周波側から見た概略図である。
【図４】本発明に係る無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークに用いられるインダクタンスの構造概略図である。
【図５】本発明に係る多無線周波数RFインプット入力を持つ無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークの概略図である。
【図６】本発明に係る無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワークのうち、各回路の各種接続方式の概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          低周波インプット入力ポート
１０        真空反応室
１１        上電極
１２        下電極
１３        半導体工程ワーク
１４        プロズマ
１５        導電性接続体
２          高周波インプット入力ポート
２０        無線周波数RFマッチングカップリングネットワークマッチングネットワーク２０１      インプット入力ポート
２０１’    インプット入力ポート
２０２      アウトプット出力ポート
２１        高周波部
２２        低周波部
３          アウトプット出力ポート
C1          接地コンデンサ
C1’        接地コンデンサ
C2          コンデンサ
C2’        コンデンサ
L          インダクタンス
L’        インダクタンス
ｄ          距離
ｆ１〜ｆｎ  周波数
【図１】
2007080811.tif 000003
【図２】
2007080811.tif 000004
【図３】
2007080811.tif 000005
【図４】
2007080811.tif 000006
【図５】
2007080811.tif 000007
【図６】
2007080811.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月7日(2006.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1個から第ｎ個のRFの入力ポートと出力ポートとを含み、前記第1個から第ｎ個のRFの入力ポートはそれぞれ第１個から第ｎ個のRF電源と接続されており、各RF電源はそれぞれ異なる周波数を有しており、前記出力ポートは複数のRF電源のエネルギーを真空反応室に出力し、第1から第ｎ個のRFの入力ポートの周波数は順次に減少していく真空反応室のRFマッチングネットワークにおいて、
第ｉ周波数のRFの入力ポートから出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路は出力ポートにおいて、第ｉ周波数以外の全てのRF電源の周波数に対して高インピーダンスを持ち、
第ｉ回路と第ｉ周波数のRF電源が接続された後は、出力ポートから第ｉ回路方向へ測定して、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートから前述第ｉ回路方向と逆方向へ測定して、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングすることを特徴とする真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項２】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項３】
各回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項４】
前記コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項３に記載真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項５】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項３に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項６】
ｎは2以上の自然数であり、ｉは2以上ｎ以下の自然数であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項７】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項８】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項９】
第一周波数のRF電源と接続される第一周波数のRF入力ポート、第二周波数のRF電源と接続される第二周波数のRF入力ポート、及びマルチRF電源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポートを含み、第一周波数は第二周波数より高くなっており、
第一周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第一回路が構成されており、この第一回路は出力ポートにおいて、第二周波数に対して高インピーダンスを持ち、
第二周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第二回路が構成されており、この第二回路は出力ポートにおいて、第一周波数に対して高インピーダンスを持ち、
第一回路と第一周波数のRF電源が接続された後、出力ポートから第一回路方向へ測定して、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに、出力ポートから前記第一回路方向と逆方向へ測定して、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングすることを特徴とする真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１０】
第一回路及び第二回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、前記コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されていることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１１】
第一回路の出力ポートと真空反応室間には更に導電性接続体が直列接続され、その上端は一つもしくは複数に分岐して真空反応室の下電極と接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１２】
第二回路のインダクタンスは、その出力ポート側に近い巻線間の距離が第二周波数のRF入力ポート側に近い巻線間の距離より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１３】
コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項１０に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１４】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項１３に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１５】
第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１６】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１７】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワーク。
【請求項１８】
次のステップを含む真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法において、
(a) 第一周波数のRF電源に接続するように第一周波数のRF入力ポートを設置し、第二周波数のRF電源に接続するように第二周波数のRF入力ポートを設置し、並びにマルチRF電源のエネルギーを真空反応室に出力するように出力ポートを設置し、その中、第一周波数は第二周波数より高くなっており、
(b)第一周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第一回路を構成し、この第一回路は出力ポートにおいて第二周波数に対して高インピーダンスを持ち、
(c)第二周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第二回路を構成し、この第二回路は出力ポートおいて、第一周波数に対して高インピーダンスを持ち、
第一回路と第一周波数RF電源が接続された後、出力ポートから第一回路方向へ測定して、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートから前述第一回路方向と逆方向へ測定して、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングすることを特徴とする真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項１９】
第一回路及び第二回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２０】
第一回路の出力ポートと真空反応室間には更に導電性接続体が直列接続され、その上端は一つもしくは多数に分岐して真空反応室の下電極と接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２１】
第二回路のインダクタンスは、その出力ポート側に近い巻線間の距離が第二周波数のRF入力ポート側に近い巻線間の距離より大きいことを特徴とする請求項１９に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２２】
前記コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサであることを特徴とする請求項に１９記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２３】
各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型であることを特徴とする請求項２２に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２４】
第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２５】
前記真空反応室は、プラズマ堆積装置であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【請求項２６】
前記真空反応室は、プラズマエッチング装置であることを特徴とする請求項１８に記載の真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体もしくは集積回路製造分野に関するものであり、特に、真空反応室のRFマッチングネットワーク及びその配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空反応室の動作原理は、真空反応室内に反応気体を導入させた後、その真空反応室にRFのエネルギーを導入し、そのエネルギーの導入によって反応気体が励起され、真空反応室内にプラズマが形成され、半導体工程ワークの処理を行う。この過程において、従来の技術は、真空反応室の下電極に単周波数のRFのエネルギーを導入する方法であり、米国の関連国家基準では１３．５６MHzである。
【０００３】
半導体工程ワークのプロズマ処理技術の発展に伴い、最近では二重RFのエネルギー導入技術が真空反応室内の反応気体の励起に応用され、プロズマの半導体工程ワークに対する処理効果を向上させている。二重RFのエネルギー導入とは、二種の異なる周波数を持つRFのエネルギーを同時に真空反応室に導入する方法であり、例えば現在の低周波２MHz及び高周波６０MHz等の異なる二つの周波数の組合せを言う。
【０００４】
真空反応室にエネルギーを導入する時、RFエネルギーの全てがスムーズに導入されることではない。真空反応室は一般には上電極、下電極の容量性インピーダンスを持つ。それはRFのエネルギー導入に対して一定の反射係数を持つため、一部のエネルギーは導入不可能であり、エネルギーの浪費となる。更に困った問題は、この一部のエネルギーは入力回路に戻されて入力回路の熱が上昇し、ひいては焼却に至ることもある。
【０００５】
RF電源では、真空反応室は容量性インピーダンスの負荷に等価とすることもでき、よってそのインピーダンス値は複素数インピーダンスとなる。理論には、入力回路のインピーダンス値とその複素数インピーダンスが相互に共役複素数インピーダンスになる時、その反射係数は最低で、エネルギーは十分に導入されることを証明されている。そのため、入力ネットワークに適当な値のコンデンサとインダクタンスを加え、真空反応室のインピーダンスと相互に共役するマッチングに形成する。このコンデンサとインダクタンスからなる入力ネットワークはマッチングネットワークと言われている。
【０００６】
これに伴って発生する問題は、高周波と低周波の入力が同時に真空反応室に入力されるため、その真空反応室のRFマッチングネットワークが相互接続することを避けることができない。高周波と低周波の入力が一点に集めると、エネルギーの一部は真空反応室に入力されるのではなく、相手に相互に進入してしまい、相手のRF電源を焼却させる。高周波及び低周波が入力される真空反応室のRFマッチングネットワークに対して隔離を行うのは、現在ではその隔離レベルは、相手の真空反応室のRFマッチングネットワークへの入力と真空反応室への入力のパワー比が-20デジベル(db)、即ち1％に達している。
【０００７】
現在、二つのRF電源の入力周波数の差が比較的大きい場合の問題解決法は、二つのRFマッチングネットワークの接続点の前にそれぞれフィルタを設ける方法であり、低周波入力側に高周波フィルタを設け、高周波入力側に低周波フィルタを設ける。このようにして相互に相手のRFマッチングネットワークに入力されたエネルギーはフィルタによって除去される。
【０００８】
しかしながら、前記解決法には少なくとも二つの大欠点がある。エネルギーを直接除去することは大量のエネルギー浪費となり、入力効率を低下させる。次には、エネルギーの除去によりフィルタの熱上昇をもたらす。並びにこの大パワーのエネルギー除去そのものには大規模なフィルタが必要となるために、設備大規模化及び重量増大を引き起こし設計及び製造のコストの向上となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来のマルチRF電源間の隔離技術問題を克服し、重点的に高周波と低周波のRF電源間のエネルギーが相互に流れ込んで熱の上昇を招き、ひいては焼却してしまう問題を解決する真空反応室を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の技術手段によってこの目的を実現する。本発明の真空反応室のRFマッチングネットワークは、第１個から第ｎ個のRF電源にそれぞれ接続され、各RF電源のそれぞれが異なる周波数を有している第1個から第ｎ個のRF入力ポートと、複数の前記RF電源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポートとを含み、周波数は順次に減少していき、第ｉ周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路は出力ポートにおいて、入力された周波数のうちの第ｉ周波数以外の全ての周波数に対して高インピーダンスを持ち、第ｉ回路と第ｉ周波数のRF電源が接続された後は、出力ポートから第ｉ回路方向へ測定して、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートから前述第ｉ回路方向と逆方向へ測定して、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。
【００１１】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数は低い周波数の大きさの比は5倍以上である。また、各前記回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサ、インダクタンス及び接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続され、更に接地コンデンサと直列接続されている。各前記回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型又はπ型とすることができる。ｎは2以上の自然数であり、ｉは2以上ｎ以下のある自然数である。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００１２】
本発明のもう一つの技術手段において、真空反応室のRFマッチングネットワークは、第一周波数のRF電源に接続される第一周波数のRF入力ポート、第二周波数のRF電源に接続される第二周波数のRF電源入力ポート、及びマルチRF電源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポートを含み、第一周波数は第二周波数より高く、第一周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第一回路が構成されており、この第一回路は出力ポートにおいて、第二周波数に対して高インピーダンスを持ち、第二周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第二回路が構成されており、この第二回路は出力ポートにおいて、第一周波数に対して高インピーダンスを持ち、第一回路は第一周波数のRF電源に接続された後、出力ポートから第一回路方向へ測定して、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに、出力ポートから前記第一回路方向と逆方向へ測定して、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。
【００１３】
前記第一回路及び第二回路は少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続されており、更に接地コンデンサと直列接続されている。コンデンサ及び接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサである。各前記回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前記第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上である。第一回路の出力ポートと真空反応室間に更に導電性接続体が直列接続されており、その上端は一つもしくは多数に分岐されて真空反応室の下電極と接続されることができる。第二回路のインダクタンスはその出力ポート側に近い巻線間の距離が第二周波数のRF入力ポート側に近い巻線間の距離より大きい。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００１４】
本発明のもう一つの目的は、高周波と低周波のRF電源間のエネルギーが相互に流れ込んで熱の上昇を招き、ひいては焼却してしまう問題を解決する真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法を提供することにある。
【００１５】
この目的を達成するために、本発明は次の技術方法を提案している。真空反応室のRFマッチングネットワークの配置方法は、次のステップを含み、
(a) 第一周波数のRF電源に接続されるように第一周波数のRF入力ポートを設置し、第二周波数RF電源に接続されるように第二周波数のRF入力ポートとを設置し、並びにマルチRF電源のエネルギーを真空反応室に出力するように出力ポートを設置し、第一周波数は第二周波数より高く、(b)第一周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第一回路を構成し、この第一回路は出力ポートにおいて、第二周波数に対して高インピーダンスを持ち、(c)第二周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第二回路を構成し、この第二回路は出力ポートにおいて、第一周波数に対して高インピーダンスを持ち、第一回路は第一周波数のRF電源に接続された後、出力ポートから第一回路方向へ測定して、第一周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートから前述第一回路方向と逆方向へ測定して、第一周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。
【００１６】
前記第一回路及び第二回路は少なくとも、コンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含んでおり、コンデンサはインダクタンスと直列接続されており、更に接地コンデンサと直列接続されている。前記コンデンサと接地コンデンサの全部もしくは一部は可変コンデンサである。各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前記第一周波数の大きさと第二周波数の大きさの比は5以上である。前記第一回路の出力ポートと真空反応室間に更に導電性接続体が直列接続されており、その上端は一つもしくは複数に分岐されて真空反応室の下電極と接続されている。第二回路のインダクタンスはその出力ポート側に近い巻線間の距離が第二周波数のRF入力ポート側に近い巻線間の距離より大きい。前記真空反応室は、プラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、マッチング回路を設置することによってマッチング回路のインピーダンスと真空反応室のインピーダンスを相互にマッチングさせ、最良のエネルギー入力の比率を獲得し、エネルギー入力の効率を向上させ、回路熱の発生を減少させる。また、本発明はマッチングネットワークを構成する部品のインピーダンス値の組み合せを巧妙に利用して、それにそれぞれハイパスフィルタとローパスフィルタを形成させる。回路のインピーダンス値によってエネルギーの入力方向を引導する。入力エネルギーを十分に活用でき浪費を避ける。同時に、高周波と低周波のRF電源間のエネルギーが相互流れ込んで熱の発生を招き、ひいては焼却されるのを防ぐ。本発明の構造は合理的で、巻線の間隔が異なるインダクタンス設計を採用して、インダクタンスの寄生容量を低減させ、インダクタンスの熱上昇を避けるとともに、インダクタンス設計のコンパクト性を保っている。本発明は軽重量、少損失、水冷不要であるため、製造、使用のコストが削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の詳しい内容及び技術的説明について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図１に示すように、図１は本発明に係る真空反応室のRFマッチングネットワークの構造を示す概略図。本発明の実施例には二つのRF入力を備えており、一つは高周波入力部、その他の一つは低周波入力部である。RFマッチングネットワーク全体には三つのポートを備えており、そのうちの二つは入力、即ち高周波のRF電源と接続される高周波入力ポート2と、低周波のRF電源と接続される低周波入力ポート1であり、及びその他の一つはマルチRF電源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポート3である。その真空反応室のRFマッチングネットワークは低周波部と高周波部に分けられ、これらは接続点によって出力ポート3に結合される。高周波部は、接地コンデンサC1’、コンデンサC2’、インダクタンスL’により構成され、低周波部は、接地コンデンサC1が接地され、この接地コンデンサC1のその他の一端にはコンデンサC2が接続され、このコンデンサC2はインダクタンスLに直列接続され、インダクタンスLを介して出力ポート3に接続されている。低周波部では、インダクタンスL、接地コンデンサC1とコンデンサC2によってローパスフィルタを構成している。
【００２０】
高周波部では、インダクタンスL’、接地コンデンサC1’とコンデンサC2’によりハイパスフィルタを構成している。高周波入力の周波数は低周波入力の周波数よりかなり高い場合、即ち高周波入力は少なくとも低周波入力の20倍である場合に、ハイパスフィルタの特性及び高周波入力時の真空反応室のインピーダンス特性によって、高周波部にかなり小さなインダクタンス値があれば、マッチングネットワークの全体と真空反応室が共役インピーダンスを実現することができる。従って、高周波部には特別なインダクタンスを設けなくてもよく、これに対応する箇所は、導線接続用の導電板と、周波数出力端から真空反応室の下電極までの導電性接続体により構成される。導電板及び導電性接続体の自己インダクタンス値によりインダクタンスと等価する。この場合、接地コンデンサC1’は、導電板と導電性接続体がグランドに対して発生する寄生容量によって代わられる。接地コンデンサC1’とインダクタンスL’は調節され難く且つ値が小さいため、高周波部における接地コンデンサC２’は、回路のインピーダンスを調節するように可変コンデンサに設けられることもできる。
【００２１】
高周波部及び低周波部の周波数に基づいてコンデンサとインダクタンスの大きさを予測することもでき、接地コンデンサC1の値を選択することにより理想的なインピーダンス値を得ることもできる。また、これらコンデンサとインダクタンスによって構成されるネットワークは、そのもの複素数インピーダンスを備え、回路部品及び導線自身の抵抗を加えて、マッチングネットワーク中の部品の値を選択調節すると、低周波部が低周波の周波数源に接続された後、出力ポート3から低周波部方向へ観測測定して、低周波でのインピーダンス値を備え、並びに出力ポート3から低周波部と反方向へ観測測定して、低周波での別のインピーダンス値を備え、この二つのインピーダンス値は共役マッチングすることができる（実際の使用において、二つのインピーダンス値が100％共役マッチングすることはできない）。高周波部が高周波の周波源に接続された後、出力ポート3から高周波部方向へ観測測定して、高周波での一つのインピーダンス値を備え、並びに出力ポート3から高周波部と反方向へ観測測定して、高周波での別のインピーダンス値を備え、この二つのインピーダンス値もほぼ共役マッチングする。
【００２２】
図２に、本発明を適用した真空反応室システムを低周波側から見た概略図を示す。図２における真空反応室システムは、低周波のRF電源と高周波のRF電源（未図示）、RFマッチングネットワーク20、及び真空反応室10の三つの部分を含む。低周波のRF電源はRFマッチングネットワーク20に接続されている。RFマッチングネットワーク20は、高周波数部と低周波数部を含んでいる。RFマッチングネットワーク20は真空反応室10と接続されており、周波数のエネルギーを真空反応室10に提供する。真空反応室10は上電極11と下電極12によって構成されており、下電極12の上には処理すべき半導体工程ワーク13が配置されており、上電極11と下電極12間にプラズマ14を形成させ、半導体工程ワーク13に対して処理を行う。RFマッチングネットワーク20と真空反応室10の下電極12との連続導線の下電極12側に近いの一端には、複数の岐路を備える導電性接続体15が下電極12に接続されている。この導電性接続体15は、等価インピーダンスの一部として使用し、周波数マッチングネットワーク20のインピーダンス値の不足を補充する。
【００２３】
図２のRFマッチングネットワーク20において、低周波のRFのエネルギーは低周波のRF電源から発生された後、入力ポート201を介してコンデンサC2とインダクタンスLにより構成される回路を経て出力ポート202に至る。このとき、RFの出力には選択可能な岐路が二つあり、即ち、真空反応室10に入力されるもの及び高周波部21に入力されるものがある。この高周波部21は接地コンデンサC1’、コンデンサC2’とインダクタンスL’によって構成された岐路であり、高周波部の接地コンデンサC1’、コンデンサC2’とインダクタンスL’は設定されたものである。低周波のRF入力では、その高周波部の岐路に入力されたインピーダンス値は真空反応室10のインピーダンス値よりかなり大きくなる。従って、低周波のRF電源のかなり多くのエネルギーは真空反応室10に入力され、更に、コンデンサC2’の値を適当に選択することにより高周波部に入力されたエネルギーを2％未満にできる。
【００２４】
図３に、本発明を適用した真空反応室システムを高周波側から見た概略図を示す。RFマッチングネットワーク20において、高周波のRFのエネルギーは高周波のRF電源から発生された後、入力ポート201’を介してコンデンサC2’とインダクタンスL’により構成される回路を経て出力ポート202に至る。このとき、RFの出力には選択可能な岐路が二つあり、即ち、真空反応室10に入力されるものと低周波部22に入力されるものがあり、この低周波部22は接地コンデンサC1、コンデンサC2とインダクタンスLによって構成された岐路である。そのうち、インダクタンスLはコンデンサC2に直列接続され、低周波のRF電源（未図示）に接続され、また、接地コンデンサC1の一端はコンデンサC2に接続され、その他の一端は接地されている。このような回路構造配置を通じて、コンデンサ及びインダクタンスの値を予測して、更にコンデンサ値を調節することにより、高周波のRF入力にとって、その低周波部の岐路に入力されたインピーダンス値が真空反応室のインピーダンス値よりかなり大きくなる。そのため、高周波のRF電源のかなり多くのエネルギーは真空反応室に入力され、更に、コンデンサC2の値を適当に調節することにより低周波部のエネルギーを2％未満にできる。
【００２５】
以上に述べたコンデンサ及びインダクタンスは、全部または一部分が変化可能であり、且つコンデンサとインダクタンスとの直列接続箇所には各種変化を与えることができる。コンデンサ及びインダクタンスは一つでも複数でもいい。
【００２６】
本発明は、共役複素数インピーダンスを真空反応室と生じる部品の組み合せを作るために、回路自身の相互隔離する機能を用いてエネルギーの入力方向を引導したことを巧妙に利用した。
【００２７】
高周波のRFのパワーが比較的大きい場合については、2％未満のエネルギーのみは低周波部に入力されても、低周波部の部品に対する損傷が明らかである。特にインダクタンスLは、高周波入力によりインダクタンスLの巻線間においてグランドに対する寄生容量を発生させることができるため、更にインダクタンスLのインピーダンスが増大すると、大量のエネルギーが集中してインダクタンスLで消費されることにより温度は迅速に上昇し、最後にはインダクタンスLを焼却させてしまう。
【００２８】
本発明は前記問題を解決するために、一つの方法は、インダクタンスLの巻線間の距離ｄを拡大するものである。これにより、寄生容量値は著しく下降し、インダクタンスLへのエネルギー集中を防止する。しかし、これは本発明のマッチング回路小型化という目標と一致せず、実際においては、高周波入力側に近い一端のインダクタンスコイルのみは寄生容量を減少する必要があり、その他の一端のインダクタンスコイルは高周波入力側に近接して一部のエネルギーをすでに消耗しているため、焼却されることもなく、その巻線間の距離ｄを拡大する必要もない。よって、本発明の一つの良好の実施例は、図４に示すように、インダクタンスLの入力ポート又は高周波入力側に近い一端の巻線間の距離ｄを拡大し、インダクタンスLの低周波入力ポート側に近いその他の一端の巻線間の距離ｄは変化させない。このようにして不等距離の巻線を有するインダクタンスLが形成される。
【００２９】
本発明に述べた真空反応室は、プラズマを用いて半導体工程ワークを処理する各種装置を含む。例えば、プラズマ堆積装置、プラズマエッチング装置等。
【００３０】
本発明はまた、複数のRF入力を持つ真空反応室内に適用可能であり、この実施例においては、真空反応室のRFマッチングネットワーク20はｎ個（ｎは2以上の自然数）の周波数入力ポートを含み、この第1から第ｎ個の周波数入力ポートはそれぞれ第1から第ｎ個のRF電源に接続されており、各RF電源はそれぞれ異なる周波数を持ち、並びに複数の前記周波数源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポートを含み、周波数は順次に減少しており、第ｉ周波数のRF入力ポートから出力ポートまでの間には第ｉ回路が構成しており、この第ｉ回路は出力ポートにおいて、入力周波数のうちの第ｉ周波数以外の全ての周波数に対して高インピーダンスを持つ。第ｉ回路と第ｉRF電源が接続された後は、出力ポートから第ｉ回路方向へ測定して、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持つ。並びに出力ポートから前記第ｉ回路方向と逆方向へ測定して、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。
【００３１】
隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上である。各前述回路は少なくともコンデンサ、インダクタンスと接地コンデンサを含む。コンデンサはインダクタンスに直列接続され、更に接地コンデンサに直列接続されている。各回路の接続方法は、L型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型とすることができる。前述真空反応室はプラズマ堆積装置もしくはプラズマエッチング装置である。
【００３２】
図５に、本発明に係るマルチRF入力の一実施例を示す概略図である。この実施例の真空反応室のRFマッチングネットワークにおいて、第1個から第ｎ個のRFの入力ポートp1〜ｐｎを含み、この入力ポートp1〜ｐｎはそれぞれ第１個から第ｎ個のRF電源に接続され、各RF電源はそれぞれ異なる周波数を有する。この異なる周波数はf1からｆｎである。並びに、複数の前述周波数源のエネルギーを真空反応室に出力する出力ポートを含み、周波数は順次に減少していき、これは図５の周波数f1＞・・・＞fi・・・＞ｆｎである。隣接する二つの周波数のうち、高い周波数と低い周波数の大きさの比は5以上である。
【００３３】
第ｉ周波数の入力ポートp1〜ｐｎから出力ポートoutまでの間には第ｉ回路が構成されており、この第ｉ回路は出力ポートにおいて、入力周波数の第ｉ周波数fi以外の全ての周波数に対して高インピーダンスを持つ。第ｉ回路と第ｉ周波数のRF電源が接続された後、出力ポートoutから第ｉ回路方向へ測定して、第ｉ周波数での第一インピーダンス値を持ち、並びに出力ポートoutから前述第ｉ回路方向と逆方向へ測定して、第ｉ周波数での第二インピーダンス値を持ち、この第一インピーダンス値と第二インピーダンス値は共役マッチングする。
【００３４】
図５に示した各回路は少なくとも、コンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1を含んでおり、前記コンデンサC2はインダクタンスLと直列接続され、更に接地コンデンサC1と 直列接続されている。このコンデンサとインダクタンスは一つもしくは複数を直列接続して構成されてもよく、接続順序が互いに交換してもよい。
【００３５】
図６に示した本発明の各回路はそれぞれ少なくとも、コンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1を含んでおり、前記コンデンサC2は インダクタンスLと直列接続され、更に接地コンデンサC1と直列接続される。並びにコンデンサC2、インダクタンスLと接地コンデンサC1の接続方式は多種様々で、例えばL型、逆L型、Ｔ型もしくはπ型等である。
【００３６】
以上、本発明の最良の実施例のみである。本発明の範囲はこれら実施例に限定されることではない。本発明の装置に対する本技術分野における公知の入替え、組合せ、分立、および本発明の実施ステップに対する本技術分野における公知の同等な変更又は入替えを行うのは本発明の開示及び保護の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る真空反応室のRFマッチングネットワークの構造概略図である。
【図２】本発明を適用した真空反応室システムを低周波側から見た概略図である。
【図３】本発明を適用した真空反応室システムを高周波側から見た概略図である。
【図４】本発明に係るRFマッチングネットワークに用いられるインダクタンスの構造概略図である。
【図５】本発明に係るRF入力を持つRFマッチングネットワークの概略図である。
【図６】本発明に係るRFマッチングネットワークのうち、各回路の各種接続方式の概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          低周波入力ポート
１０        真空反応室
１１        上電極
１２        下電極
１３        半導体工程ワーク
１４        プロズマ
１５        導電性接続体
２          高周波入力ポート
２０        RFマッチングネットワーク
２０１      入力ポート
２０１’    入力ポート
２０２      出力ポート
２１        高周波部
２２        低周波部
３          出力ポート
C1          接地コンデンサ
C1’        接地コンデンサ
C2          コンデンサ
C2’        コンデンサ
L          インダクタンス
L’        インダクタンス
ｄ          距離
ｆ１〜ｆｎ  周波数
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007080811.tif 000011
【図４】
2007080811.tif 000012
【図５】
2007080811.tif 000013
【図６】
2007080811.tif 000014