JP5426811B2 - 高周波電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1における高周波電源装置10を示すブロック図である。図1において、プラズマ処理室5に、第1高周波電源部11から第1の周波数f1の高周波電力を、また第2高周波電源部71から、第1の周波数より低い第2の周波数f2の高周波電力を供給する。図1では、プラズマ処理室5は、電極板5aと電極板5bとを備える平行平板プラズマ処理室が例示されるが、高周波電力を供給されてプラズマを生成するものであればどのような装置形式であってもよく、また図1では、プラズマ処理される基板(たとえば半導体ウエハ)は、電極板5bに装着されているが、電極板5aに装着されてもよい。第1の周波数の高周波電力は、上記の2枚の平行平板5a,5b間に高周波電界を形成して、そこにガスを導入してプラズマを形成する。また、第2の周波数の高周波電力は、電極板近くのイオンの挙動を制御するために供給されるイオン制御用の高周波電力である。第1の周波数f1は60MHz程度(第1制御部14により制御され、所定範囲内で可変である)とし、第2の周波数f2は2MHz程度とするが、第1および第2の周波数は、より高くてもよいし、低くてもよい。本実施の形態では、第2の周波数は、可変でなければならない。また、図1には、電極板に周波数f3の高周波電源部(図示せず)が接続されるように表示してあるが、直流電源部(したがってf3=0)または周波数f3の高周波電源部を接続してもよい。これにより3周波合成タイプの高周波電源装置を構成することができる。ただし、この周波数f3の高周波電源部は無くてもよく、第1および第2の周波数の2周波合成タイプの高周波電源装置であってもよい。
Balanced Mixer)13bで混合され、49.3,60.7および70.3MHzの信号を生成する。ローパスフィルタを通してこのうちの49.3MHzの信号成分のみをとり出し、H3として出力する。ミキサ(DBM)13cには、この信号H3と、第1方向性結合器12で分けられたプラズマ処理室5からの反射波信号Saとが入力され、ミキサ13cからは、合成信号H4が出力される。合成信号H4は、10.7MHzの主ピークの近くに8.7MHzおよび12.7MHzのサイドピークを持つスペクトルを含み、この10.7MHzの主ピークに反射波Saの情報が反映される。水晶発振器13aと、ミキサ13bと、ローパスフィルタと、ミキサ13cと、バンドパスフィルタ13dと、発振部16の一部とが、第1ヘテロダイン検波部13を形成する。
図5は、本発明の実施の形態2の高周波電源装置に用いられる第2高周波電源部71を示すブロック図である。プラズマ生成用の高周波電力を供給する第1高周波電源部には、実施の形態1と同じものを用いる。第2高周波電源部71については、本実施の形態では、イオン制御用の高周波電源部の発振部(第2高周波発振部)76の発振周波数および電力増幅器(第2電力増幅部)75の出力を制御する制御基板(第2制御部)74が設けられ、その第2制御部74が、周波数制御信号K1および出力制御信号K2を、発振部76および電力増幅器75にそれぞれ入力する点に特徴がある。イオン制御用の高周波電力は、プラズマ生成用の電極板にプラズマ中のイオンを引き込むイオン引き込み制御に用いられる。プラズマは電気的中性条件を維持するが、上記のイオンの引き込みは、電気的中性条件の確保に必須であり、このイオン制御が欠けると不安定性を増すことになる。このため、イオン制御用の第2の高周波電力の供給の制御はプラズマ(プラズマ密度、プラズマ圧力、プラズマ温度等)の安定維持に非常に重要である。
Claims (6)
- プラズマ処理室へ、プラズマを生成し制御するための第1の周波数の高周波電力を供給する第1高周波電源部およびイオンを制御するための前記第1の周波数より低い第2の周波数の高周波電力を供給する第2高周波電源部を、少なくとも、備える高周波電源装置であって、
前記第1高周波電源部において、
前記第1の周波数の高周波電力を発振する、周波数可変の第1高周波発振部と、
前記第1高周波発振部の出力を受けて、その電力を増幅する第1電力増幅部と、
前記プラズマ処理室からの反射波および前記第1電力増幅部からの進行波が入力される第1方向性結合器と、
前記第1方向性結合器からの反射波信号をヘテロダイン検波する反射波第1ヘテロダイン検波部と、
前記反射波第1ヘテロダイン検波部で検波された信号および前記第1方向性結合器からの進行波信号を受信することで、前記プラズマの状態変動を反映して変動する該プラズマの信号を検出して前記第1高周波発振部の発振周波数および前記第1電力増幅部の出力を制御する第1制御部とを備え、
前記第2高周波電源部において、
前記第2の周波数の高周波電力を発振する、周波数可変の第2高周波発振部と、
前記第2高周波発振部の出力を受けて、その電力を増幅する第2電力増幅部と、
前記プラズマ処理室からの反射波および前記第2電力増幅部からの進行波が入力される第2方向性結合器と、
前記第2方向性結合器からの反射波信号を検波する反射波第2検波部と、
前記反射波第2検波部で検波された検波信号および前記第2方向性結合器からの進行波信号を受信することで、前記プラズマの状態変動を反映して変動する該プラズマの信号を検出して前記イオン制御用電源である前記第2高周波発振部の発振周波数および前記第2電力増幅部の出力を制御する第2制御部とを備えることを特徴とする、高周波電源装置。 - 前記第1高周波電源部に進行波第1ヘテロダイン検波部を備え、その進行波第1ヘテロダイン検波部は、前記第1方向性結合器からの進行波信号をヘテロダイン検波して、前記第1制御部がその進行波信号のヘテロダイン検波信号を受信することを特徴とする、請求項1に記載の高周波電源装置。
- 前記反射波第2検波部が前記反射波信号をヘテロダイン検波する反射波第2ヘテロダイン検波部であり、前記第2制御部は、その反射波第2ヘテロダイン検波部で検波された信号を受信し、前記第2高周波発振部の発振周波数および前記第2電力増幅部の出力を制御す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装置。
- 前記第2高周波電源部に進行波第2ヘテロダイン検波部を備え、その進行波第2ヘテロダイン検波部は、前記第2方向性結合器からの進行波信号をヘテロダイン検波して、前記第2制御部がその進行波信号のヘテロダイン検波信号を受信することを特徴とする、請求項3に記載の高周波電源装置。
- 前記プラズマ処理室へ高周波電力を供給する高周波電源部を、さらに1つまたは2つ以上備え、当該1つまたは2つ以上の高周波電源部は、前記第1および第2の周波数と異なる周波数の高周波電力を出力することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の高周波電源装置。
- 前記1つまたは2つ以上の高周波電源部の少なくとも1つの高周波電源部は、反射波信号および進行波信号のうち少なくとも反射波信号に対してヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部と、そのヘテロダイン検波部で検波された反射波信号を受信し、当該高周波電源部の発振周波数および出力の制御を行う制御部とを備えることを特徴とする、請求項5に記載の高周波電源装置。
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