(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定数が変更されるインピーダンス整合器を介して高周波電力を負荷に出力する高周波電源であって、
前記高周波電力を出力する出力部と、
ユーザによって作成された指令データを格納するデータ格納部と、
前記データ格納部に格納された前記指令データに基づいて前記出力部および前記インピーダンス整合器を制御する制御部と、
を備え、
前記指令データは、時間に沿って並んだ複数の制御単位期間に対応した複数のレコードで構成され、
前記複数のレコードのそれぞれは、出力すべき前記高周波電力の電力値に関する電力指令データと、前記インピーダンス整合器の動作の有無に関する整合動作指令データとを含み、
前記制御部は、前記複数のレコードの前記電力指令データに基づいて生成した電力信号を前記出力部に送るとともに、前記複数のレコードの前記整合動作指令データに基づいて生成した同期信号を前記インピーダンス整合器に送る
ことを特徴とする高周波電源。
【請求項２】
前記複数のレコードのそれぞれは、他の高周波電源を連動させるための連動指令データをさらに含み、
前記制御部は、前記複数のレコードの前記連動指令データに基づいて生成した連動信号を他の高周波電源に送る
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電源。
【請求項３】
前記データ格納部は、前記高周波電力の基準電力値をさらに格納し、
前記電力指令データは、前記基準電力値に対する、出力すべき前記高周波電力の電力値の割合である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波電源。
【請求項４】
前記整合動作指令データは、インピーダンス整合状態の取得の有無に関する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高周波電源。
【請求項５】
前記データ格納部は、前記ユーザによって作成された複数の指令データを格納し、
前記制御部は、前記複数の指令データを構成する前記複数のレコードのうち、前記ユーザによって指定された範囲に基づいて前記出力部および前記インピーダンス整合器を制御する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高周波電源。
【請求項６】
前記出力部は、進行波および反射波の電力値を検出する検波器を含み、
前記制御部は、前記検波器によって検出された前記進行波および前記反射波の両方または一方の電力値に基づいて前記電力信号を変化させる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の高周波電源。
【請求項７】
前記負荷としてのプラズマ処理装置に前記高周波電力を出力する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高周波電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定数が変更されるインピーダンス整合器を介して高周波電力を負荷に供給する高周波電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングや薄膜形成といった半導体製造工程では、プラズマ処理装置と該プラズマ処理装置に高周波電力を供給する高周波電源システムとが用いられる。高周波電源システムは、通常、プラズマ処理装置への電力の供給を安定的かつ効率的に行うために、プラズマ処理装置とのインピーダンス整合を図る機能を有している。
【０００３】
図９に、インピーダンス整合機能を有するシステムの一例として、特許文献１に記載の高周波電源システム１００を示す。同図に示すように、高周波電源システム１００は、高周波電源１０１と、整合装置１０２と、インピーダンス整合器１０３とを備えている。整合装置１０２は、高周波電源１０１と負荷４０（プラズマ処理装置）との間におけるインピーダンス整合状態に応じて、高周波電源１０１の発振周波数を所定のルールにしたがって変更するように構成されている。また、インピーダンス整合器１０３は、機械的／電気的に定数が変更される受動素子から構成されている。
【０００４】
この高周波電源システム１００によれば、整合可能な範囲は狭いが整合速度が速い発振周波数の変更によるインピーダンス整合と、整合可能な範囲は広いが整合速度が遅い定数の変更によるインピーダンス整合とを協働させることができる。
【０００５】
なお、図９に示した高周波電源１０１および整合装置１０２は、同一の筐体に収容されることが多い。このため、本明細書では、これらをまとめて「高周波電源」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６４９７７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記高周波電源には、プリセットされた幾つかの単純な経時変化パターンの中からユーザが一のパターンを選択すると、そのパターンにしたがって高周波電力の振幅（以下、これを「高周波電力の電力値」という。「高周波電力の電力値」は、瞬時値ではない点に注意されたい）を経時変化させるタイプがある。しかしながら、出願人の知る限り、出力する高周波電力の電力値の経時変化パターンをユーザが任意に設定することが可能な高周波電源は存在しない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、出力する高周波電力の電力値の経時変化パターンをユーザが任意に設定することが可能な高周波電源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る高周波電源は、定数が変更されるインピーダンス整合器を介して高周波電力を負荷に出力するものであって、高周波電力を出力する出力部と、ユーザによって作成された指令データを格納するデータ格納部と、データ格納部に格納された指令データに基づいて出力部およびインピーダンス整合器を制御する制御部と、を備え、指令データは、時間に沿って並んだ複数の制御単位期間に対応した複数のレコードで構成され、複数のレコードのそれぞれは、出力すべき高周波電力の電力値に関する電力指令データと、インピーダンス整合器の動作の有無に関する整合動作指令データとを含み、制御部は、複数のレコードの電力指令データに基づいて生成した電力信号を出力部に送るとともに、複数のレコードの整合動作指令データに基づいて生成した同期信号をインピーダンス整合器に送る、との構成を有している。
【００１０】
上記高周波電源の複数のレコードのそれぞれは、他の高周波電源を連動させるための連動指令データをさらに含み、制御部は、複数のレコードの連動指令データに基づいて生成した連動信号を他の高周波電源に送るように構成されていてもよい。
【００１１】
上記高周波電源のデータ格納部は、高周波電力の基準電力値をさらに格納していてもよい。この場合、電力指令データは、基準電力値に対する、出力すべき高周波電力の電力値の割合であってもよい。
【００１２】
上記高周波電源の整合動作指令データは、インピーダンス整合状態の取得の有無に関するものであってもよい。
【００１３】
上記高周波電源のデータ格納部は、ユーザによって作成された複数の指令データを格納していてもよい。この場合、制御部は、複数の指令データを構成する複数のレコードのうち、ユーザによって指定された範囲に基づいて出力部およびインピーダンス整合器を制御することが好ましい。
【００１４】
上記高周波電源の出力部は、進行波および反射波の電力値を検出する検波器を含んでいてもよい。この場合、制御部は、検波器によって検出された進行波および反射波の両方または一方の電力値に基づいて電力信号を変化させるよう構成されていてもよい。
【００１５】
上記高周波電源は、例えば、負荷としてのプラズマ処理装置に高周波電力を出力するために使用することができるが、用途はこれに限定されない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、出力する高周波電力の電力値の経時変化パターンをユーザが任意に設定することが可能な高周波電源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例に係る高周波電源を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、インピーダンス整合器の具体的な構成の例を示す回路図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第１実施例における指令データの一例であり、（Ｂ）は、（Ａ）に基づく制御の結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施例に係る高周波電源が出力する高周波電力の一例を示す波形図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第１実施例における指令データの別の一例であり、（Ｂ）は、（Ａ）に基づく制御の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施例に係る高周波電源が出力する高周波電力の別の一例を示す波形図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る高周波電源を示すブロック図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の第２実施例における指令データの一例であり、（Ｂ）は、（Ａ）に基づく制御の結果を示すグラフである。
【図９】従来の高周波電源システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る高周波電源の実施例について説明する。
【００１９】
［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例に係る高周波電源１０Ａを示す。高周波電源１０Ａは、インピーダンス整合器３０を介して高周波電力を負荷４０に出力するためのものであり、同図に示すように、主制御部１１と、高周波電力制御部１２Ａと、データ格納部１３Ａと、外部インタフェース部１４と、入力部１５と、表示部１６と、出力部２０とを備えている。本実施例では、高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚに設定されているが、これは単なる一例である。
【００２０】
インピーダンス整合器３０は、図２（Ａ）に示すように、定数（容量）が変更され得る２つのコンデンサと、１つのインダクタとを備えている。コンデンサの定数は、インピーダンス整合器３０に内蔵された不図示の整合状態取得部および制御部によって、高周波電源１０Ａと負荷４０との間におけるインピーダンス不整合が改善されるように変更される。この変更は、電動アクチュエータ等を用いて機械的に行われるが、これは単なる一例であり、電気的に行われてもよい。
【００２１】
インピーダンス整合器３０の回路構成は、図２（Ａ）に示したものに限定されず、例えば、同図（Ｂ）〜（Ｄ）に示したものであってもよい。インピーダンス整合器３０の回路構成は、負荷４０の構成等に応じて適宜選択される。
【００２２】
負荷４０は、エッチングや薄膜形成といった半導体製造工程において用いられるプラズマ処理装置（より詳しくは、プラズマ処理装置を構成するプラズマチャンバに巻かれたコイル）である。負荷４０のインピーダンスは、プラズマチャンバ内に導入されるガスの種別および量等に応じて、刻一刻と変動する。
【００２３】
主制御部１１は、高周波電源１０Ａの全体を制御および管理するものである。主制御部１１は、高周波電力制御部１２Ａ、データ格納部１３Ａ、外部インタフェース部１４、入力部１５および表示部１６に接続されている。
【００２４】
主制御部１１は、キー群からなる入力部１５を介して、または外部インタフェース部１４に接続された外部機器を介してユーザが指令データを入力すると、それを不揮発性メモリ等からなるデータ格納部１３Ａに転送する。データ格納部１３Ａは、転送されてきた指令データを格納する。また、主制御部１１は、入力部１５を介して入力されたユーザの出力開始指令、または外部インタフェース部１４に接続された外部機器から送られてきたトリガを受け付けると、高周波電力制御部１２Ａに出力開始の信号を送る。
【００２５】
この他、主制御部１１は、高周波電源１０Ａの動作状態や高周波電力制御部１２Ａから送られてきた各種情報を液晶ディスプレイ等からなる表示部１６に表示させることができる。また、主制御部１１は、高周波電源１０Ａの動作状態等に関する信号を、外部インタフェース部１４を介して外部機器に送ることもできる。
【００２６】
ユーザがデータ格納部１３Ａに格納させる指令データは、ユーザ自身が作成したものであり、図３（Ａ）に示すように、複数のレコードで構成されている。各レコードは、出力する高周波電力の電力値に関する電力指令データ（中段）と、インピーダンス整合器３０の動作の有無に関する整合動作指令データ（下段）とを含んでいる。
【００２７】
ユーザが基準電力値を予め設定している場合、すなわち、データ格納部１３Ａに基準電力値が格納されている場合は、「基準電力値に対する、出力すべき高周波電力の電力値の割合」を電力指令データとすることができる。例えば、基準電力値が１００Ｗに設定されているときに高周波電力の電力値を７０Ｗ→８０Ｗ→８７．３Ｗ→９０Ｗ→８７．３Ｗ→８０Ｗ→７０Ｗ→６０Ｗ・・・のように経時変化させたい場合は（図３（Ｂ）参照）、レコードＮｏ．１，２，３，４，５，６，７，８・・・の電力指令データを７０％，８０％，８７．３％，９０％，８７．３％，８０％，７０％，６０％・・・とすればよい。
【００２８】
なお、図３（Ｂ）に示した制御単位期間は、同図（Ａ）に示したレコードに対応している。制御単位期間は、例えば、１μｓである。
【００２９】
高周波電力制御部１２Ａは、本発明の「制御部」に相当する。高周波電力制御部１２Ａは、主制御部１１から送られてきた出力開始の信号を受け付けると、データ格納部１３Ａに格納された指令データに基づいて出力部２０を制御し、負荷４０に向けて高周波電力を出力させる。より詳しくは、高周波電力制御部１２Ａは、出力開始の信号を受け付けると、指令データを構成する複数のレコードの電力指令データに基づいて電力指令信号を生成するとともに、該信号を出力部２０に送る。
【００３０】
出力部２０は、高周波信号生成部２１と、増幅器２２と、方向性結合器からなる検波器２３とを含んでいる。高周波信号生成部２１は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号を生成する。このとき、高周波信号生成部２１は、電力指令信号に基づいて高周波信号の振幅を経時変化させる。増幅器２２は、高周波信号生成部２１が生成した高周波信号を所定のゲインで増幅し、増幅後の高周波信号（すなわち、高周波電力）を検波器２３を介してインピーダンス整合器３０に出力する。データ格納部１３Ａに上記の指令データが格納されている場合、出力部２０は、電力値（振幅）が概ね正弦波状に変化する高周波電力を出力する（図４参照）。検波器２３は、進行波および反射波の電力値を検出するとともに、検出結果に応じた信号を高周波電力制御部１２Ａに送る。
【００３１】
高周波電力制御部１２Ａは、検波器２３から送られてきた進行波および反射波の電力値に関する信号を受け付けると、進行波および反射波の両方または一方の電力値に基づいて電力信号を変化させることができる。例えば、高周波電力制御部１２Ａは、反射波の電力値が所定の上限値を超えると、負荷４０に供給される高周波電力が下がるように電力信号を変化させる。
【００３２】
高周波電力制御部１２Ａは、主制御部１１に送る各種情報に進行波および反射波の電力値に関する情報を含めることができる。
【００３３】
このように、本実施例では、高周波電源１０Ａに出力させる高周波電力の電力値の経時変化（波形）パターンをユーザが任意に設定することができる。
【００３４】
高周波電力制御部１２Ａは、主制御部１１から送られてきた出力開始の信号を受け付けると、データ格納部１３Ａに格納された指令データに基づいてインピーダンス整合器３０も制御する。より詳しくは、高周波電力制御部１２Ａは、出力開始の信号を受け付けると、指令データを構成する複数のレコードの整合動作指令データに基づいて同期信号を生成するとともに、該信号をインピーダンス整合器３０に送る。
【００３５】
前述した通り、インピーダンス整合器３０は、高周波電源１０Ａと負荷４０との間におけるインピーダンス整合状態を取得し、不整合が生じていた場合には該不整合が改善されるように定数を機械的／電気的に変更する。インピーダンス整合器３０は、高周波電力制御部１２Ａから送られてきた同期信号にしたがい、整合動作指令データが“０”に設定されているレコードに対応する制御単位期間においてはこの整合状態の取得を行わず、それまでに取得していた最新の整合状態にしたがった定数の変更を継続する。
【００３６】
例えば、インピーダンス整合器３０は、図３（Ａ）に示す指令データに基づいて生成された同期信号を受け付けた場合、レコードＮｏ．３〜５およびレコードＮｏ．１５，１６に対応する期間においては整合状態の取得を行うが、それ以外の期間においては整合状態の取得は行わない。このため、インピーダンス整合器３０は、レコードＮｏ．６〜１４に対応する期間においては、レコードＮｏ．３〜５に対応する期間に取得した整合状態にしたがった定数の変更を継続する。
【００３７】
不整合の改善を高精度に行うという観点から、インピーダンス整合器３０は、高周波電源１０Ａから出力される高周波電力の電力値がなるべく一定で、かつ比較的大きいタイミングを見計らって整合状態を取得することが好ましい。本実施例では、高周波電源１０Ａに出力させる高周波電力の電力値の経時変化（波形）パターンとともに、インピーダンス整合器３０における整合状態の取得のタイミングも任意に設定することができる。つまり、本実施例によれば、ユーザは、インピーダンス整合器３０に高精度なインピーダンス整合を行わせることができる。
【００３８】
図６に示すような、ステップ状に電力値が変化する高周波電力を出力させたい場合、ユーザは、例えば、図５（Ａ）に示した指令データをデータ格納部１３Ａに格納させる。この場合は、不整合の改善を高精度に行うという観点から、高周波電力の電力値が一定で、かつ比較的大きいレコードＮｏ．８〜１３に対応する期間に整合状態を取得させることが好ましい（同図（Ａ），（Ｂ）参照）。
【００３９】
［第２実施例］
図７に、本発明の第２実施例に係る高周波電源１０Ｂを示す。高周波電源１０Ｂは、他の２台の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’と連動して負荷４０に高周波電力を供給するためのものである。高周波電源１０Ｂ，１０Ｂ’は、高周波電力制御部１２Ａの代わりに高周波電力制御部１２Ｂを備えている点と、データ格納部１３Ａの代わりにデータ格納部１３Ｂを備えている点とにおいて高周波電源１０Ａと相違するが、他の点においては高周波電源１０Ａと共通している。
【００４０】
ユーザがデータ格納部１３Ｂに格納させる指令データの各レコードは、図８（Ａ）に示すように、出力する高周波電力の電力値に関する電力指令データと、インピーダンス整合器３０の動作の有無に関する整合動作指令データとに加え、他の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’を連動させるための連動指令データをさらに含んでいる。
【００４１】
高周波電力制御部１２Ｂは、指令データを構成する複数のレコードの電力指令データおよび整合動作指令データに基づいて電力指令信号および同期信号を生成するとともに、指令データを構成する複数のレコードの連動指令データに基づいて連動信号を生成する。そして、高周波電力制御部１２Ｂは、生成した連動信号を他の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’の高周波電力制御部１２Ｂに送る。
【００４２】
図８（Ａ）に示す指令データの一例では、レコードＮｏ．７，１４の連動指令データが“１”に設定されている。このため、連動信号を受け取った他の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’は、高周波電源１０ＢがレコードＮｏ．７，１４に関する出力を行うタイミングで動作状態を切り替えることができる。例えば、他の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’は、高周波電源１０Ｂが出力する高周波電力の電力値が９０Ｗであるときに限って高周波電力を出力することができる。あるいは、他の高周波電源１０Ｂ’，１０Ｂ’は、高周波電源１０Ｂが出力する高周波電力の電力値が９０Ｗであるときとそうでないときとで、出力する高周波電力の電力値を変化させることもできる。
【００４３】
［変形例］
以上、本発明に係る高周波電源装置の第１実施例および第２実施例について説明してきたが、本発明に係る高周波電源装置の構成はこれらに限定されない。
【００４４】
例えば、データ格納部１３Ａ，１３Ｂは、複数の指令データα，β・・を格納していてもよい。この場合、高周波電力制御部１２Ａ，１２Ｂは、例えば、指令データαの全レコードに基づいて生成した電力信号を出力部２０に送った後、指令データβの一部のレコードに基づいて生成した電力信号を出力部２０に送り、さらにその後、指令データαの全レコードに基づいて生成した電力信号を再び出力部２０に送ることができる。どの指令データのどのレコードをどのような順序で使用するのかは、入力部１５または外部インタフェース部１４に接続された外部機器を介してユーザが指定可能であることが好ましい。
【００４５】
出力部２０は、一定の振幅を有する高周波信号を出力する高周波信号生成部と、電力信号にしたがってゲインが変化するように構成された増幅器とで構成されていてもよい。
【００４６】
検波器２３は、方向性結合器に限定されず、電圧、電流およびこれらの位相差から進行波および反射波の電力値を検出するように構成されたものであってもよい。
【００４７】
また、指令データの電力指令データは、基準電力値に対する割合（例えば、７０％，８０％，８７．３％・・・）ではなく目標電力値（例えば、７０Ｗ，８０Ｗ，８７．３Ｗ・・・）であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０Ａ，１０Ｂ    高周波電源
１１    主制御部
１２Ａ，１２Ｂ    高周波電力制御部
１３Ａ，１３Ｂ    データ格納部
１４    外部インタフェース部
１５    入力部
１６    表示部
２０    出力部
２１    高周波信号生成部
２２    増幅器
２３    検波器
３０    インピーダンス整合器
４０    負荷
【要約】
【課題】出力する高周波電力の電力値の経時変化パターンをユーザが任意に設定することが可能な高周波電源を提供する。
【解決手段】本発明に係る高周波電源１０Ａは、インピーダンス整合器３０を介して高周波電力を負荷４０に出力する出力部２０と、ユーザによって作成された指令データを格納するデータ格納部１３Ａと、データ格納部１３Ａに格納された指令データに基づいて出力部２０およびインピーダンス整合器３０を制御する制御部１２Ａとを備える。指令データを構成する複数のレコードのそれぞれは、出力すべき高周波電力の電力値に関する電力指令データと、インピーダンス整合器３０の動作の有無に関する整合動作指令データとを含み、制御部は、電力指令データに基づいて生成した電力信号を出力部に送るとともに、整合動作指令データに基づいて生成した同期信号をインピーダンス整合器に送る。
【選択図】図１【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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