(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された筐体内に、入力端子、第１可変リアクタンス素子、第１固定リアクタンス素子、第２固定リアクタンス素子、第２可変リアクタンス素子、ストリップ線路、及び出力端子を配置し、
前記入力端子に前記第１可変リアクタンス素子の一端を接続し、
該第１可変リアクタンス素子の他端を直列に接続された前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子の間に接続し、
前記第１固定リアクタンス素子を前記筐体に接続して接地し、
前記第２固定リアクタンス素子を前記第２可変リアクタンス素子の一端に接続するとともに、前記ストリップ線路の一端に接続し、
前記第２可変リアクタンス素子の他端を前記筐体に接続して接地し、
前記ストリップ線路の他端を前記出力端子に接続し、
前記ストリップ線路を前記筐体に沿って配置し、前記筐体と平行平板を形成するようにしたことを特徴とする整合回路。
【請求項２】
前記入力端子に印加する高周波電力の波長をλ（ｍ）としたとき、前記出力端子から該出力端子に接続されるアンテナまでの長さＤ１（ｍ）と前記ストリップ線路の長さＤ２（ｍ）との合計Ｄ１＋Ｄ２が、
【数１】
0004132016.tif 000006
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項３】
前記Ｄ１＋Ｄ２が、
【数２】
0004132016.tif 000007
を満たすことを特徴とする請求項２に記載の整合回路。
【請求項４】
前記第１可変リアクタンス素子が、可変コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項５】
前記第２可変リアクタンス素子が、可変コンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項６】
前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子とが、それぞれコイルであり、各コイルを直列に接続した１つの固定コイルであることを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項７】
前記第１固定リアクタンス素子を、可変リアクタンス素子に置き換えたことを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項８】
前記第２固定リアクタンス素子を、可変リアクタンス素子に置き換えたことを特徴とする請求項１に記載の整合回路。
【請求項９】
真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内に設けられ処理する基板を載置する基板電極と、該基板電極に高周波電力を供給する基板電極用高周波電源と、前記基板電極に対向して配置されたアンテナと、該アンテナに高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源と、前記アンテナと前記アンテナ用高周波電源との間に配置された整合回路からなり、
該整合回路は、
接地された筐体内に、入力端子、第１可変リアクタンス素子、第１固定リアクタンス素子、第２固定リアクタンス素子、第２可変リアクタンス素子、ストリップ線路、及び出力端子を配置し、
前記アンテナ用高周波電源が接続される前記入力端子に前記第１可変リアクタンス素子の一端を接続し、
該第１可変リアクタンス素子の他端を直列に接続された前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子の間に接続し、
前記第１固定リアクタンス素子を前記筐体に接続して接地し、
前記第２固定リアクタンス素子を前記第２可変リアクタンス素子の一端に接続するとともに、前記ストリップ線路の一端に接続し、
前記第２可変リアクタンス素子の他端を前記筐体に接続して接地し、
前記ストリップ線路の他端を前記出力端子に接続し、
前記ストリップ線路を前記筐体に沿って配置し、前記筐体と平行平板を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記入力端子に印加する高周波電力の波長をλ（ｍ）としたとき、前記出力端子から該出力端子に接続されるアンテナまでの長さＤ１（ｍ）と前記ストリップ線路の長さＤ２（ｍ）との合計Ｄ１＋Ｄ２が、
【数３】
0004132016.tif 000008
を満たすことを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶等の電子デバイスやマイクロマシンの製造に使用される整合回路およびプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体、液晶等の電子デバイスやマイクロマシンの製造において、プラズマ処理による薄膜加工技術が使用されている。図４は、典型的なプラズマ処理装置を示す。真空容器１の側壁にはガス供給装置２が設けられ、該ガス供給装置２により所定のガスを内部に供給しつつ、底壁に設けた排気口３を通してターボ分子ポンプ４により排気が行われ、真空容器１内は所定の圧力に保持される。排気口３の上方には真空容器１を所定の圧力に制御する調圧弁５が昇降可能に設けられている。真空容器１内には、プラズマ処理する基板６が載置される基板電極７が４本の支柱８を介して固定され、該基板電極７には基板電極用高周波電源９から周波数５００ＫＨｚの高周波電力が供給される。真空容器１内には、特に基板電極７の周囲に、インナチャンバ１０が設けられ、プラズマ処理によって真空容器１の内壁面が汚れるのを防止している。
【０００３】
また、真空容器１の上壁内面には、円板状のアンテナ１１が、基板電極７と対向するように、誘電板１２を介して固定されている。アンテナ１１の下面はカバー１３によって覆われている。アンテナ１１の周囲には、導体リング１４が誘電体リング１５を介して真空容器１の上壁内面に固定されている。これにより、導体リング１４および誘電体リング１５と、アンテナ１１および誘電板１２との間に、環状のプラズマトラップ１６が設けられている。アンテナ１１には、給電棒１７が誘電板１２および真空容器１の上壁を貫通して設けられ、該給電棒１７にはアンテナ用高周波電源１８から同軸管１９により整合回路２０を介して周波数ｆ＝１００ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【０００４】
真空容器１を排気し所定の圧力下で所定のガスを封入した状態で、基板電極７とアンテナ１１に高周波電力を供給すると、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極７上の基板６にプラズマ処理が行われる。
【０００５】
整合回路２０は、アンテナ１１のインピーダンスを同軸線路としての同軸管１９の特性インピーダンスに整合させて、電力損失を低減するためのもので、図５に示す回路で構成されている。すなわち、同軸管１９が接続される入力端子２１には、第１可変リアクタンス素子としての第１可変コンデンサ２２の一端が、インダクタンスとして作用する銅板２３を介して接続され、当該第１可変コンデンサ２２の他端は筐体２４を介して接地されている。また、第２可変リアクタンス素子としての第２可変コンデンサ２５の一端が、インダクタンスとして作用する銅板２６を介して入力端子２１に接続され、当該第２可変コンデンサ２５の他端はアンテナ１１が接続される整合回路２０の出力端子２７に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置の整合回路２０は、整合可能範囲が狭く、ガスの種類や流量、真空容器内の圧力、高周波電力等の放電条件を変えても、限られた放電条件においてしか整合が確保できなかった。また、プラズマ処理の途中で、ガス種、ガス流量、圧力、高周波電力のいずれかを変化させた場合、その変化前後のアンテナ１１のインピーダンスの変化が大きいと、整合状態に達するまで５〜１０秒程度を要することがあり、アンテナ１１のインピーダンスの変化が大きすぎるときには、整合状態を確保できないことがあった。さらに、アンテナ１１に印加する高周波電力の周波数が高くなると、整合回路２０の第１可変リアクタンス素子２２と第２可変リアクタンス素子２５に過大な電流が流れ、特に第２可変リアクタンス素子２５の端子間に過大電圧が発生する結果、局部的に温度上昇したり、整合状態が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、整合可能範囲が広く、負荷の状態の変化に対して整合状態が安定した整合回路およびプラズマ処理装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明の整合回路は、
接地された筐体内に、入力端子、第１可変リアクタンス素子、第１固定リアクタンス素子、第２固定リアクタンス素子、第２可変リアクタンス素子、ストリップ線路、及び出力端子を配置し、
前記入力端子に前記第１可変リアクタンス素子の一端を接続し、
該第１可変リアクタンス素子の他端を直列に接続された前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子の間に接続し、
前記第１固定リアクタンス素子を前記筐体に接続して接地し、
前記第２固定リアクタンス素子を前記第２可変リアクタンス素子の一端に接続するとともに、前記ストリップ線路の一端に接続し、
前記第２可変リアクタンス素子の他端を前記筐体に接続して接地し、
前記ストリップ線路の他端を前記出力端子に接続し、
前記ストリップ線路を前記筐体に沿って配置し、前記筐体と平行平板を形成するようにした。
【０００９】
前記入力端子に印加する高周波電力の波長をλ（ｍ）としたとき、前記出力端子から該出力端子に接続されるアンテナまでの長さＤ１（ｍ）と前記ストリップ線路の長さＤ２（ｍ）との合計Ｄ１＋Ｄ２は、
【数４】
0004132016.tif 000002
を満たすことが好ましい。
【００１０】
前記Ｄ１＋Ｄ２は、
【数５】
0004132016.tif 000003
を満たすことがさらに好ましい。
【００１１】
前記第１可変リアクタンス素子と第２可変リアクタンス素子は、可変コンデンサとすることができる。前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子とは、それぞれコイルであり、各コイルを直列に接続した１つの固定コイルであることが好ましい。前記第１固定リアクタンス素子と第２固定リアクタンス素子は、それぞれ可変リアクタンス素子に置き換えることができる。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、本発明のプラズマ処理装置は、真空容器と、該真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、前記真空容器内を排気する排気装置と、前記真空容器内に設けられ処理する基板を載置する基板電極と、該基板電極に高周波電力を供給する基板電極用高周波電源と、前記基板電極に対向して配置されたアンテナと、該アンテナに高周波電力を供給するアンテナ用高周波電源と、前記アンテナと前記アンテナ用高周波電源との間に配置された整合回路からなり、
該整合回路は、
接地された筐体内に、入力端子、第１可変リアクタンス素子、第１固定リアクタンス素子、第２固定リアクタンス素子、第２可変リアクタンス素子、ストリップ線路、及び出力端子を配置し、
前記アンテナ用高周波電源が接続される前記入力端子に前記第１可変リアクタンス素子の一端を接続し、
該第１可変リアクタンス素子の他端を直列に接続された前記第１固定リアクタンス素子と前記第２固定リアクタンス素子の間に接続し、
前記第１固定リアクタンス素子を前記筐体に接続して接地し、
前記第２固定リアクタンス素子を前記第２可変リアクタンス素子の一端に接続するとともに、前記ストリップ線路の一端に接続し、
前記第２可変リアクタンス素子の他端を前記筐体に接続して接地し、
前記ストリップ線路の他端を前記出力端子に接続し、
前記ストリップ線路を前記筐体に沿って配置し、前記筐体と平行平板を形成するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１４】
図１は、本発明にかかる整合回路３０を示す。この整合回路３０が使用されるプラズマ処理装置は、図４に示す典型的なプラズマ処理装置と同一であるので、その説明および図示を省略する。
【００１５】
この整合回路３０は、プラズマ処理装置のアンテナ１１のインピーダンスを、同軸管１９およびアンテナ用高周波電源１８の特性インピーダンスに整合させるためのものである。アンテナ用高周波電源１８からの同軸管１９が接続される入力端子３１には、第１可変リアクタンス素子としての第１可変コンデンサ３２の一端が接続されている。第１可変コンデンサ３２の他端は、固定コイル３３のタップ３４に接続されている、固定コイル３３は、タップ３４を境にして、第１固定リアクタンス素子３３ａと第２固定リアクタンス素子３３ｂとで構成されている。固定コイル３３のタップ３４は、整合回路３０の入力端子３１からみた入力インピーダンスが５０Ωとなるように、適切な位置に調整されている。固定コイル３３の第１固定リアクタンス素子３３ａ側の一端は、筐体３５に接続されて接地されている。第２固定リアクタンス３３ｂ側の他端は、第２可変リアクタンス素子としての第２可変コンデンサ３６の一端に接続されるとともに、ストリップ線路３７の一端に接続されている。第２可変コンデンサ３６の他端は、筐体３５に接続されて接地されている。ストリップ線路３７の他端は、アンテナ１１に接続される整合回路３０の出力端子３８に接続されている。ストリップ線路３７は、筐体３５に沿って配置され、当該筐体３５と平行平板を形成するようになっている。図２はこの整合回路３０を立体的に示すものである。
【００１６】
入力端子３１と第１可変コンデンサ３２の間には、アンテナ用高周波電源１８からの高周波の進行波と反射波を検出する検出器３９が設けられ、該検出器３９で検出された高周波の進行波と反射波は制御装置４０に入力され、該制御装置４０は、検出器３９で検出された高周波の反射波がゼロになるように、第１可変コンデンサ３２と第２可変コンデンサ３６を制御するようになっている。
【００１７】
本実施形態では、第１可変コンデンサ３２の容量は、Ｃ１＝１０〜６０ｐＦ、第２可変コンデンサ３６の容量はＣ２＝１０〜６０９ｐＦ、固定コイル３３のインダクタンスはＬ＝１．３μＨ、ストリップ線路３７の長さはＤ２＝３２０ｍｍ、整合回路３０の出力端子３８からアンテナ１１までの長さはＤ１＝１１８ｍｍであり、整合回路３０の出力端子３８からアンテナ１１までの長さＤ１とストリップ線路３７の長さＤ２の合計は、Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２＝４３８ｍｍである。
【００１８】
前記整合回路３０からみたプラズマのインピーダンスは概ね５Ω以下、本実施形態では概ね１Ωであり、負荷端を短絡した状態に近い。短絡端に特性インピーダンスＺ０のストリップ線路３７を介して高周波を印加すると、図３に示すように、短絡点を節とする定在波が発生する。このとき、負荷端からλ／４長離れたところから負荷側をみたインピーダンスＺｉｎは無限大になる。したがって、負荷端からλ／４長離れたところから高周波電力を印加すると、負荷端で電流が最大、印加端で電流が最小になる。
【００１９】
しかしながら、インピーダンスＺｉｎが無限大では、高周波電源１８とのインピーダンス整合ができない。そこで、負荷端から次式で示す長さだけ離れたところに、ストリップ線路３７を除く整合回路３０の構成部品を配置する。すなわち、整合回路３０の出力端子３８からアンテナ１１までの長さＤ１とストリップ線路３７の長さＤ２の合計Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２を次式の範囲に定める。
【数６】
0004132016.tif 000004
【００２０】
前記Ｄ１＋Ｄ２の好ましい範囲は、次式の通りである。
【数７】
0004132016.tif 000005
【００２１】
前述のように、ストリップ線路３７を設け、Ｄ１＋Ｄ２を前記範囲に定めることで、第２可変リアクタンス３６に流れる電流が少なくなり、局部的な温度上昇を抑制できる。そして、整合回路３０からみた負荷インピーダンスは、ストリップ線路３７の長さが支配的になり、ガス種、ガス流量、圧力、高周波電力などの放電条件を変えたときのアンテナ１１のインピーダンス変化に影響を受けず、整合可能範囲が広くなり、整合状態が安定する。
【００２２】
前記実施形態における真空容器１の形状やアンテナ１１の形状は、一例を示すものであり、本発明はこれらの形状について様々に変更し、修正することができることは言うまでもない。
【００２３】
前記実施形態では、アンテナ１１に印加する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚとしたが、整合回路３０内のストリップ線路３７が有効に作用する周波数は概ね５０ＭＨｚ以上であるので、本発明のアンテナ１１に印加する高周波電力の周波数は５０ＭＨｚ以上であればよい。
【００２４】
前記実施形態では、第１可変リアクタンス素子や第２可変リアクタンス素子として可変コンデンサ３２，３６を用いたが、他の可変素子、例えば可変インダクタとしてもよい。また、第１固定リアクタンス素子と第２固定リアクタンス素子は、１つの固定コイル３３としたが、別個の素子としてもよい。さらに、第１固定リアクタンス素子と第２固定リアクタンス素子は、それぞれ固定素子でなく、可変インダクタまたは可変コンデンサとしてもよい。
【００２５】
なお、本発明は、誘導結合プラズマ源におけるコイルや、表面波プラズマ源における電磁波放射アンテナを用いる場合にも、有効である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、整合回路の出力端からアンテナまでの長さＤ１とストリップ線路の長さＤ２の合計Ｄ１＋Ｄ２を前記範囲に定めることで、第２可変リアクタンスに流れる電流が少なくなり、局部的な温度上昇を抑制できる。そして、整合回路からみた負荷インピーダンスは、ストリップ線路の長さが支配的になり、ガス種、ガス流量、圧力、高周波電力などの放電条件を変えたときのアンテナのインピーダンス変化に影響を受けず、整合可能範囲が広くなり、整合状態が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる整合回路の回路図。
【図２】  図１の整合回路の構成部品の配置を示す立体斜視図。
【図３】  負荷に作用する定在波の状態を示す原理図。
【図４】  プラズマ処理回路の概略構成図。
【図５】  従来の整合回路の回路図。
【符号の説明】
１  真空装置
２  ガス供給装置
４  ターボ分子ポンプ
６  基板
７  基板電極
９  基板電極用高周波電源
１１  アンテナ
１８  アンテナ用高周波電源
３０  整合回路
３１  入力端子
３２  第１可変コンデンサ
３２ａ  第１固定リアクタンス
３２ｂ  第２固定リアクタンス
３３  固定コイル
３６  第２可変コンデンサ
３７  ストリップ線路
３８  出力端子
【図１】
0004132016.tif 000009
【図２】
0004132016.tif 000010
【図３】
0004132016.tif 000011
【図４】
0004132016.tif 000012
【図５】
0004132016.tif 000013