(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波と、前記マイクロ波により発生するプラズマとのインピーダンス整合の制御を行っているプラズマ発生装置において、
マイクロ波発生部と
前記マイクロ波発生部からのマイクロ波のインピーダンスを変化させるインピーダンス調整部と、
インピーダンスを調整された前記マイクロ波を受けてプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記マイクロ波発生部からのマイクロ波と、前記プラズマで反射したマイクロ波とのモノダイン干渉による干渉波を得るモノダイン干渉部と、
モノダイン干渉部からの信号を処理して、整合制御信号を得る制御部と
を備え、前記制御部からの整合制御信号を前記インピーダンス調整部に印加して、インピーダンスを調整することにより、マイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をとることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ発生装置において、
前記制御部は、モノダイン干渉部からの信号の位相を検出することで、前記整合制御信号を得ていることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプラズマ発生装置において、
前記モノダイン干渉部は、
反射したマイクロ波の正弦成分と余弦成分とを得る９０度結合器と、
得られた前記正弦成分と余弦成分のそれぞれと、マイクロ波発生部からのマイクロ波とを混合する２つのミキサーと、
混合した正弦成分と余弦成分の高周波成分を除去するローパス・フィルターとを備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のプラズマ発生装置において、
前記インピーダンス調整部は、複数のスタブから選択することによりインピーダンス調整を行うことを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波生成プラズマと印加するマイクロ波とのインピーダンス整合制御を行っているプラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイスのいろいろな作製プロセスに、マイクロ波生成プラズマが使用されている。安定なプラズマの生成にはマイクロ波源と負荷であるプラズマとの間でインピーダンス整合をとる必要がある。プラズマは負荷としては不安定であり、常時インピーダンスを制御する必要がある。
図１にマイクロ波生成のプラズマを示す。この様なマイクロ波生成プラズマ内には、入射波と反射波により不整合時に発生する定在波が生じている。プラズマのインピーダンス整合の測定には、現状ではプラズマ中にプローブを挿入する４探針法を用いて、上述のプラズマ中の定在波を直接測定して行っている。しかしながら、
（１）プラズマはマイクロ波回路の負荷としては不安定であること
（２）プラズマからのマイクロ波の反射が小さいため、整合域近傍では検出レベルが小さくなり、ノイズとの区別が判然としなくなる（Ｓ／Ｎ比が悪くなる）こと
（３）各探針の加工精度や組立精度に由来する誤差が検出精度に影響すること
などのために、インピーダンス整合の制御精度が悪くなり、プラズマを安定させることが困難になる場合があるという問題を抱えている。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、インピーダンス整合の検出を精度よく行い、これにより、入力するプラズマ生成用マイクロ波の制御を行うことである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、マイクロ波と、前記マイクロ波により発生するプラズマとのインピーダンス整合の制御を行っているプラズマ発生装置において、マイクロ波発生部と、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波のインピーダンスを変化させるインピーダンス調整部と、インピーダンスを調整された前記マイクロ波を受けてプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記マイクロ波発生部からのマイクロ波と、前記プラズマで反射したマイクロ波とのモノダイン干渉による干渉波を得るモノダイン干渉部と、モノダイン干渉部からの信号を処理して、整合制御信号を得る制御部とを備え、前記制御部からの整合制御信号を前記インピーダンス調整部に印加して、インピーダンスを調整することにより、マイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をとることを特徴する。
【０００４】
前記制御部は、モノダイン干渉部からの信号の位相を検出することで、前記整合制御信号を得ることができる。
前記モノダイン干渉部は、反射したマイクロ波の正弦成分と余弦成分とを得る９０度結合器と、得られた前記正弦成分と余弦成分のそれぞれと、マイクロ波発生部からのマイクロ波とを混合する２つのミキサーと、混合した正弦成分と余弦成分の高周波成分を除去するローパス・フィルターとで構成することができる。
前記インピーダンス調整部は、複数のスタブから選択することによりインピーダンス調整を行うことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は本発明の構成を示す図である。本発明は、図２に示すように、整合測定のための検出として、プラズマ生成用マイクロ波とその反射波に対するモノダイン干渉を用いている。モノダイン干渉により得られる干渉波を解析することで、入射波と反射波との位相差や反射波の振幅を得ることができ、これにより励起マイクロ波の発生・制御系を制御することで、生成用マイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合を行うことができる。
この方法は、特に精度良くしかも瞬時に位相検出を行うことができ、位相の変化からプラズマの特性を算出するものであり、整合域近傍でもノイズとの区別が可能である。モノダインという名前が示すように、干渉を取るためのマイクロ波としてプラズマ生成用マイクロ波を使用するため、マイクロ波源の周波数が変動しても精度を損なうことが無い。
【０００６】
図３は、具体的な制御構成の例を示すブロック図である。図３において、マイクロ波源（図示せず）からの信号は、方向性結合器１４０、整合条件調整用のスリースタブ１５０を経て負荷であるプラズマ１０に印加されている。プラズマ１０から反射してきた信号は、方向性結合器１４０をへて、９０度ハイブリッド１１２で正弦波成分、余弦波成分の二つに分けられる。この反射した信号は、方向性結合器１４０からのマイクロ波源信号とミキサー１１４，１１６でミキシングされる。ミキシングされた信号から、ローパス・フィルター１２２，１２４で低周波数成分を取り出す。計算制御回路１３０において、この低周波数成分から計算される、入射波と反射波の位相のずれや同時に得られる反射波の振幅を用いて、目標値である基準信号とを比較して、整合条件を満たすように制御信号を出力する。この制御信号によりスリースタブ調整器１５０を自動操作して、生成用マイクロ波とプラズマ１０との間のインピーダンス整合をとる。
【０００７】
上述のように、９０度結合器１１２で、正弦成分とそれと９０度位相が異なる余弦成分のマイクロ波を取り出しているのは、次に説明するように、計算制御器１３０における計算が簡便となるためである。
９０度結合器１１２の出力は、ミキサー１１４，１１６において以下のような出力が得られる。
【数１】
0003865289.tif 000002
これらの出力された信号は、ローパス・フィルター１２２、１２４で、２ω成分が除去されて、（Ａ／２）ｃｏｓθおよび（Ａ／２）ｓｉｎθの信号が得られる。これを計算制御器１３０で、それぞれの信号を自乗して加えることで、以下のように反射波の振幅を得ることができる。
【数２】
0003865289.tif 000003
この振幅を用いることで、（Ａ／２）ｃｏｓθ又は（Ａ／２）ｓｉｎθの信号から、正確な位相θを求めることができる。
この位相θを用いて、この位相θと基準信号（目標値）と比較して、例えば３つの一端が短絡された伝送線路で構成されたスタブを選択することで、負荷であるプラズマと入力するマイクロ波とのインピーダンス整合を取ることができる。このときに、位相を用いているのは、反射波が微弱となる整合域近傍でも、干渉さえ起きていれば位相を検出することができ、Ｓ／Ｎ比がよく精度の高い制御が可能であるからである。なお、反射波の振幅を検出して制御することも可能である。
【０００８】
上述の回路を用いて、実際にマイクロ波のインピーダンス整合の制御を行った場合の例を以下の表に示す。
【表１】
0003865289.tif 000004
不整合がもっと大きい領域では、４探針法でも２ｓｅｃ以下位で制御できるが、上記の表に示す様なマイクロ波の反射率が低い領域（整合域近傍）では、４探針法では上手く制御することはできない。表に示すように、モノダイン干渉法ならこのような領域でも制御することができる。
上述の計算制御器１３０は、入力信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号とすることで、マイクロ・コンピュータで構成することができる。
【０００９】
【発明の効果】
プラズマのような不安定な負荷であっても、モノダイン干渉法を用いることにより、雑音の影響を極力避けてプラズマの特性を計測することができる。得られたデータをコンピュータ等で演算処理することにより、インピーダンス整合を精度良く取ることが出来る。この結果、プラズマ装置を安定にデバイス・プロセスに使用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマと入射マイクロ波との関係を説明する図である。
【図２】本発明の基本構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０            プラズマ
１１０            モノダイン干渉器
１１２            ９０度結合器
１１４，１１６        ミキサー
１２２，１２４        ローパス・フィルター
１３０            計算制御回路
１４０            方向性結合器
１５０            スリースタブ調整器
【図１】
0003865289.tif 000005
【図２】
0003865289.tif 000006
【図３】
0003865289.tif 000007