(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源と負荷の整合をとるための整合装置であって、
基準電位が与えられるシールドケース、
その先端面が前記シールドケースの内面に対向されて前記シールドケース内に立設され、その側面の一部分が前記高周波電源に接続され、その側面の他の部分が前記負荷に接続される柱状電極、および
前記柱状電極の先端面と前記シールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、前記柱状電極の先端面と前記シールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材を備える、整合装置。
【請求項２】
前記誘電体部材は、前記柱状電極の先端面と平行な平面に沿って移動可能に設けられ、
前記容量値は、前記誘電体部材と前記柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される、請求項１に記載の整合装置。
【請求項３】
さらに、その一方端部が前記誘電体部材に結合され、その他方端部が前記シールドケース外に突出され、前記誘電体部材を回転移動させるための回転軸を備える、請求項２に記載の整合装置。
【請求項４】
さらに、前記回転軸の他方端部に結合され、前記回転軸を所望の角度だけ回転させるための駆動部を備える、請求項３に記載の整合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は整合装置に関し、特に、高周波電源と負荷の整合をとるための整合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の整合器３０の構成を示すブロック図である。図６において、この整合器３０は、３スタブチューナと称され、主同軸管３１および可変長同軸管３６〜３８を備える。主同軸管３１は、内部導体３２および外部導体３３と、内部導体３２の一方端部および他方端部にそれぞれ設けられた入力端子３４および出力端子３５とを含む。入力端子３４は高周波電源４２からの高周波電力を受け、出力端子３５は負荷４３に接続される。
【０００３】
可変長同軸管３６〜３８は、それぞれλ／２（ただし、λは高周波電力の波長である）の線路長を有し、互いにλ／４の間隔をあけて、主同軸管３１に垂直に立設されている。可変長同軸管３６〜３８の各々は、内部導体３９、外部導体４０およびリング状電極４１を含む。内部導体３６および外部導体４０は、それぞれ主同軸管３１の内部導体３２および外部導体３３に接続されている。リング状電極４１は、内部導体３９の外周面と外部導体４０の内周面との間に挿入され、可変長同軸管３６〜３８の長さ方向に摺動自在に設けられている。内部導体３９と外部導体４０は、リング状電極４１によって短絡される。
【０００４】
リング状電極４１の位置を変えると、整合器３０のインピーダンスが変化する。整合器３０の入力端子３４から負荷４３側を見たインピーダンスを高周波電源４２と入力端子３４の間の送電線路（図示せず）の特性インピーダンスに一致させることにより、高周波電力を反射させることなく負荷４３に供給することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の整合器３０では、高周波電力が１００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの比較的低い周波数である場合は、主同軸管３１および可変長同軸管３６〜３８が長くなり、装置寸法が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、３つのリング状電極４１を個別に動かす必要があったので、整合をとるのが容易でなく、負荷変動に対する応答速度が遅かった。
【０００７】
また、リング状電極４１と導体３９，４０との摺動によってそれらが摩耗したりダストが発生し、装置のメンテナンスの手間が大きかった。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、装置寸法が小さく、応答速度が速く、メンテナンスが不要な整合装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る整合装置は、高周波電源と負荷の整合をとるための整合装置であって、基準電位が与えられるシールドケースと、その先端面がシールドケースの内面に対向されてシールドケース内に立設され、その側面の一部分が高周波電源に接続され、その側面の他の部分が負荷に接続される柱状電極と、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材とを備えたものである。
【００１０】
好ましくは、誘電体部材は、柱状電極の先端面と平行な平面に沿って移動可能に設けられ、容量値は、誘電体部材と柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される。
【００１１】
また好ましくは、さらに、その一方端部が誘電体部材に結合され、その他方端部がシールドケース外に突出され、誘電体部材を回転移動させるための回転軸が設けられる。
【００１２】
また好ましくは、さらに、回転軸の他方端部に結合され、回転軸を所望の角度だけ回転させるための駆動部が設けられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施の形態による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。図１において、この半導体製造装置は、高周波電源１、高周波センサ２、整合器３、反応室４、コントローラ５、および駆動装置６を備える。
【００１４】
高周波電源１は、所望の周波数および電力の高周波電力を発生する。高周波電源１で発生された高周波電力は、高周波センサ２および整合器３を介して反応室４に与えられる。高周波電力の一部は反応室４で反射し、送電線路（図示せず）には進行波電力Ｐｆおよび反射波電力Ｐｒが発生する。
【００１５】
高周波センサ２は、高周波電源１と整合器３との間の送電線路の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出し、その検出結果に基づいて、電圧Ｖと電流Ｉの比Ｚの特性インピーダンスＺ0（たとえば５０オーム）に対するずれに相当する信号ＶＺと、電圧Ｖと電流Ｉの位相差φに比例するレベルの信号Ｖφとを出力する。
【００１６】
整合器３は、その入力端子側から反応室４側を見たインピーダンスを高周波電源１および整合器３間の送電線路の特性インピーダンスＺ0に等しくすることにより、反射波電力Ｐｒを最小値にするものである。整合器３のインピーダンスは制御可能になっている。この整合器３については、後に詳述する。
【００１７】
駆動装置６は、モータ、ギアなどを含み、コントローラ５に従って整合器３を駆動させる。コントローラ５は、高周波センサ２からの信号ＶＺ，Ｖφの各々のレベルが最小値になるように、駆動装置６を介して整合記３のインピーダンスを調整する。
【００１８】
反応室４内には、図２に示すように、たとえば２枚の平行平板電極７，８が設けられている。２枚の電極７，８のうちの一方の電極７は高周波電源１からの高周波電力を受け、他方の電極８はたとえば接地される。電極８の表面には、基板９がセットされる。
【００１９】
エッチングまたは成膜時は、まず真空ポンプ（図示せず）によって反応室４内の空気が排出される。次いで所定のガスが所定流量で反応室４内に導入されるとともに、真空ポンプの排気速度が調整されて、反応室４内が所定の圧力に調整される。
【００２０】
次に、高周波電源１がオンされて所定の高周波電力が反応室４に与えられ、電極７，８間のガスが電離されてプラズマ状態になる。このとき、反射波電力Ｐｒが最小値になるように、高周波センサ２、コントローラ５および駆動装置６によって整合器３のインピーダンスが制御される。エッチング用のガス（たとえばＣＦ4）を用いた場合は基板９の表面がエッチングされ、成膜用のガス（たとえばＳｉＨ4）を用いた場合は基板９の表面に膜が堆積する。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）は整合器３の構成を示す断面図であって、特に、同図（ａ）は同図（ｂ）のＹ−Ｙ′線断面図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ′線断面図を示している。図３（ａ）（ｂ）において、この整合器３は、上下端が閉蓋された円筒状のシールドケース１１と、シールドケース１１の床面１２の中央に垂直に立設された円柱状の負荷電極１５とを含む。負荷電極１５の先端面とシールドケース１１の天井面とは、所定の距離を介して平行に接地されている。
【００２２】
シールドケース１１は、たとえばアルミ合金で形成され、接地電位ＧＮＤを受けている。負荷電極１５は、たとえば銅で形成され、その下端面はシールドケース１１の床面１２と導通している。
【００２３】
また、この整合器３は、棒状の入力電極１６および出力電極１７を含む。入力電極１６は、シールドケース１１の円筒部１３を貫通して負荷電極１５の外周面の一方側の所定位置に垂直に設けられている。出力電極１７は、シールドケース１１の円筒部１３を貫通して負荷電極１５の外周面の他方側の所定位置に垂直に設けられている。入力電極１６および出力電極１７は、たとえば銅で形成され、負荷電極１５と導通し、シールドケース１１と絶縁状態にされる。入力電極１６および出力電極１７のシールドケース１１外に突出した部分は、それぞれ整合器３の入力端子１６ａおよび出力端子１７ａになる。入力端子１６ａは高周波電源１からの高周波電力を受け、出力端子１７ａは反応室４の一方電極７に接続される。
【００２４】
さらに、この整合器３は、誘電体板１８および回転軸１９を含む。回転軸１９は、シールドケース１１の上蓋部１４の端部を貫通して誘電体板１８の一方端部に垂直に設けられている。回転軸１９は、シールドケース１１の上蓋部１４に回転自在に支持される。回転軸１９のシールドケース１１外に突出した部分は、駆動装置６に結合される。
【００２５】
誘電体板１８の他方端部は、負荷電極１５の先端面の上方まで延び、負荷電極１５の先端面と同程度かそれ以上の大きさに形成されている。誘電体板１８は、石英、テフロン（Ｒ）のような高誘電率材料で形成されている。回転軸１９は、たとえばプラスチックで形成されている。
【００２６】
回転軸１９を回転させると、誘電体板１８は、負荷電極１５の先端面とシールドケース１４の天井面との間において負荷電極１５の先端面と平行な平面に沿って回転移動をする。誘電体板１８を回転移動させると、図４に示すように、負荷電極１５の先端面と誘電体板１８との重なり面積Ｓ（斜線部）が変化し、負荷電極１５の先端面とシールドケース１１の天井面との間の容量値が変化する。この容量値の変化は、誘電体板１８の誘電率が高いほど大きくなる。
【００２７】
この整合器３は、１００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚの高周波電力に対して分布定数回路を構成する。負荷電極１５の外周面とシールドケース１１の内周面との間には分布キャパシタンスが発生し、負荷電極１５の先端面とシールドケース１１の天井面との間には分布キャパシタンスが発生し、負荷電極１５の長さ方向には分布インダクタンスが発生する。回転軸１９を回転させると、上記重なり面積Ｓが変化して負荷電極１５の先端面とシールドケース１１の天井面との間の分布キャパシタンスが変化し、整合器３のインピーダンスが変化する。
【００２８】
図５は、整合器３における重なり面積Ｓと出力インピーダンスとの関係を示すスミスチャートである。整合器３の出力インピーダンスは、入力端子１６ａを５０Ωの抵抗素子を介して接地し、出力端子１７ａに接続したインピーダンスアナライザによって測定した。図５では、重なり面積Ｓは、最大値に対する比（％）で表わされている。重なり面積Ｓは、図中Ａ，Ｂ，Ｃ点でそれぞれ０，５０，１００％になっている。この図５から、整合器３の出力インピーダンスのリアクタンスをマイナス側からプラス側まで連続的に変えることができ、負荷のリアクタンスがプラス側からマイナス側に変化しても、整合をとることが可能であることがわかる。
【００２９】
この実施の形態では、図６で示した従来の整合器３０のように同軸管３１，３６〜３８を使用しないので、高周波電力の周波数が低い場合でも、装置寸法が大型化することがない。
【００３０】
また、誘電体板１８を回転させるだけで整合をとることができるので、３つのリング状電極４１の位置を調整する必要があった従来に比べ、容易に整合させることができ、負荷変動に対する応答速度が速くなる。
【００３１】
また、リング状電極４１と導体３９，４０の摺動部のような金属同士の摺動部がなく、摺動部の摩耗やダストが発生しないので、メンテナンスを行なう必要がない。
【００３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る整合装置では、基準電位が与えられるシールドケースと、その先端面がシールドケースの内面に対向されてシールドケース内に立設され、その側面の一部分が高周波電源に接続され、その側面の他の部分が負荷に接続される柱状電極と、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間に移動可能に設けられ、柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するための誘電体部材とが設けられる。したがって、従来のように同軸管を用いないので、高周波電力の周波数が低い場合でも、装置寸法が大型化することがない。また、誘電体部材を移動させて柱状電極の先端面とシールドケースの内面との間の容量値を調整するだけで整合をとることができるで、負荷変動に対する応答速度が速くなる。また、従来のように金属同士の摺動部がなく、摺動部の摩耗やダストが発生しないので、メンテナンスを行なう必要がない。
【００３４】
好ましくは、誘電体部材は、柱状電極の先端面と平行な平面に沿って移動可能に設けられ、容量値は、誘電体部材と柱状電極の先端面との重なり面積を調整することによって調整される。この場合は、容量値を容易に変えることができる。
【００３５】
また好ましくは、さらに、その一方端部が誘電体部材に結合され、その他方端部がシールドケース外に突出され、誘電体部材を回転移動させるための回転軸が設けられる。この場合は、最も簡単な構成で誘電体部材を移動させることができる。
【００３６】
また好ましくは、さらに、回転軸の他方端部に結合され、回転軸を所望の角度だけ回転させるための駆動部が設けられる。この場合は、所望の角度だけ回転軸を容易かつ正確に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態による半導体製造装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１に示した反応室の構成を示す図である。
【図３】  図１に示した整合器の構成を示す断面図である。
【図４】  図３に示した整合器の動作を説明するための図である。
【図５】  図３に示した整合器の動作を説明するための他の図である。
【図６】  従来の整合器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４２  高周波電源、２  高周波センサ、３，３０  整合器、４  反応室、５  コントローラ、６  駆動装置、７，８  平行平板電極、９  基板、１１  シールドケース、１２  床面、１３  円筒部、１４  上蓋部、１５  負荷電極、１６  入力電極、１６ａ，３４  入力端子、１７  出力電極、１７ａ，３５  出力端子、１８  誘電体板、１９  回転軸、３１  主同軸管、３２，３９  内部導体、３３，４０  外部導体、３６〜３８  可変長同軸管、４１  リング状電極、４３  負荷。
【図１】
0003786893.tif 000002
【図２】
0003786893.tif 000003
【図３】
0003786893.tif 000004
【図４】
0003786893.tif 000005
【図５】
0003786893.tif 000006
【図６】
0003786893.tif 000007