JPH07191764A - 高周波電源装置及びプラズマ発生装置 - Google Patents

高周波電源装置及びプラズマ発生装置

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JPH07191764A
JPH07191764A JP5330663A JP33066393A JPH07191764A JP H07191764 A JPH07191764 A JP H07191764A JP 5330663 A JP5330663 A JP 5330663A JP 33066393 A JP33066393 A JP 33066393A JP H07191764 A JPH07191764 A JP H07191764A
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Ryusuke Ota
竜介 太田
Yoshihiro Sekizawa
義広 関沢
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Fujitsu Integrated Microtechnology Ltd
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Fujitsu Ltd
Fujitsu Integrated Microtechnology Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波電源装置及びプラズマ発生装置の改善
に関し、プラズマ発生用の高周波電力やチューナ位置を
自動調整して、電力検出器の固体差と経時的なドリフト
とを解消すること、及び、プラズマ以外で損失される電
力を極力低減すること。 【構成】 電源装置は、規定周波数の入力信号を増幅す
る増幅器１１と、増幅された高周波電力の情報を検出す
る電力検出器１２と、検出された高周波電力の情報を二
値化した電力検出データＤ11と予め設定された初期特性
データＤＲ及び電力設定データＤthから利得制御データ
Ｄ12を求め、利得制御データＤ12に基づいて増幅器１１
の出力制御をする制御器１３とを備える。発生装置は、
プラズマを発生するチャンバに設けられた電極と、この
電極に高周波電力を供給する高周波電源とを備え、この
高周波電源が、本発明の高周波電源装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】〔目次〕 産業上の利用分野 従来の技術（図17） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１〜４） 作用 実施例 （１）第１の実施例の説明（図５〜８） （２）第２の実施例の説明（図９〜10） （３）第３の実施例の説明（図11） （４）各実施例の応用例の説明（図12〜14） （５）第４の実施例の説明（図15，16） 発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波電源装置及びプ
ラズマ発生装置に関するものであり、更に詳しく言え
ば、プラズマ発生に要する高周波電力等を発生する装置
及びその応用装置に改善に関するものである。近年，半
導体集積回路（以下ＬＳＩという）の高集積化及び高密
度化の要求に伴い、ＬＳＩ、液晶等の製造時に、薄膜の
形成やそれを加工するＲＦ（高周波）スパッタ装置，プ
ラズマＣＶＤ装置，ドライエッチング装置及びアッシン
グ装置等が使用されている。これら装置はいずれも、プ
ラズマが利用される。
【０００３】これらプラズマを利用した装置では、例え
ば、数百ｋHz〜数ＧHzの周波数が用いられている。ＲＦ
領域では、規定周波数の正弦波を固体素子又は真空管で
増幅し、数１０Ｗから数ＫＷの高周波電力をプラズマ発
生用の電極に供給している。また、マイクロ波の領域で
は、クライストロンやマグネトロンに低周波又は直流の
電力を供給することにより、ＧHzオーダーのマイクロ波
の電力を発生し、これをプラズマ発生用の電極に供給し
ている。
【０００４】しかし、これら電極に供給する高周波電力
やマイクロ波の電力が必ずしも一定していない。そこ
で、プラズマ発生用の高周波電力やチューナ位置を自動
調整して、電力検出器の固体差と経時的なドリフトとを
解消すること、及び、プラズマ以外で損失される電力を
極力低減することができる装置及びその応用装置が望ま
れている。
【０００５】
【従来の技術】図17は、従来例に係るプラズマ発生用の
高周波電源装置の構成図を示している。例えば、半導体
ウエハ８をプラズマ処理するＣＶＤ装置の高周波電源装
置は、図17に示すように、水晶発振器１，高周波増幅器
２，電力検出器３，整合器４及び電力検出計６を備え
る。
【０００６】当該装置の機能は、周波数13.56 ＭHzの高
周波信号が水晶発振器１により発生されると、この信号
が高周波増幅器２により増幅される。この高周波電力
は、電力検出器３及び整合器４を介して電極５Ａ，５Ｂ
間に供給される。電極５Ａ，５Ｂは、ウエハ８をプラズ
マ処理する真空チャンバ７内に設けられる。ここで、高
周波電力を負荷のインピーダンスに整合させる場合に
は、ユーザは、電力検出計６を参照しながら、整合器４
のバリコンを調整する。なお、電力検出計６は電力検出
器３により検出された反射波又は入射波から高周波電力
を指示する。これにより、電極５Ａ，５Ｂに供給する高
周波電力を調整することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例によ
れば、電極５Ａ，５Ｂに供給する高周波電力が必ずしも
一定していない。このため、真空チャンバ７内のプラズ
マ密度が変化することから、薄膜の成長速度やカバレー
ジ，膜質，あるいは、薄膜のエッチング速度や形状選択
比等が変動するという恐れがある。
【０００８】この原因の一つには、電力検出器３の固体
差及びその経時的なドリフトのために、電極５Ａ，５Ｂ
に供給する高周波電力が電力検出計６毎に、あるいは、
使用時間によって相違するというものである。この固体
差は、構成部品のバラ付きにより生ずる。例えば、熱電
対の結合度のバラ付きや熱電対の起電力のバラ付き、周
波数特性のバラ付き又は電力検出計６のバラ付き等であ
る。経時的なドリフトは、構成部品の熱的劣化，変形に
よる結合度のずれや電力検出計６の指示ずれ等である。
【０００９】これにより、実際の製造プロセスにおいて
は、供給電力の定期的な手動による校正（誤差修正）が
余儀無くされている。もう一つの原因は、プラズマ以外
で電力が損失されることにより、電極５Ａ，５Ｂに供給
される正味の電力が変動するというものである。例え
ば、電極５Ａ，５Ｂの汚れによる電力リークや、導体の
接触抵抗による発熱等により電力が損失する。
【００１０】これにより、当該高周波電源装置を応用し
たＲＦスパッタ装置，プラズマＣＶＤ装置，ドライエッ
チング装置又はアッシング装置等の信頼性の低下を招く
という問題がある。本発明は、かかる従来例の問題点に
鑑み創作されたものであり、プラズマ発生用の高周波電
力やチューナ位置を自動調整して、電力検出器の固体差
と経時的なドリフトとを解消すること、及び、プラズマ
以外で損失される電力を極力低減することが可能となる
高周波電源装置及びプラズマ発生装置の提供を目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】図１〜３は、本発明に係
る高周波電源装置の原理図（その１〜３）であり、図４
は、本発明に係るプラズマ発生装置の原理図をそれぞれ
示している。本発明の第１の高周波電源装置は、図１に
示すように、規定周波数の入力信号を増幅する増幅器１
１と、前記増幅された高周波電力の情報を検出する電力
検出器１２と、前記検出された高周波電力の情報を二値
化した電力検出データＤ11と予め設定された初期特性デ
ータＤＲ及び電力設定データＤth１から利得制御データ
Ｄ12を求め、前記利得制御データＤ12に基づいて増幅器
１１の出力制御をする制御器１３とを備えることを特徴
とする。
【００１２】本発明の第１の高周波電源装置において、
前記制御器１３は、前記初期特性データＤＲ及び初期利
得データＤＧを記憶するメモリ13Ａと、前記初期特性デ
ータＤＲ及び前記電力検出データＤ11から制御目標デー
タを求め、前記制御目標データと電力設定データＤth１
との差から利得制御データＤ12を演算する比較演算部13
Ｂとを有することを特徴とする。
【００１３】また、本発明の第１の高周波電源装置にお
いて、前記比較演算部13Ｂは、利得制御データＤ12と初
期利得データＤＧとを比較して警報信号ＳＡ１を発生す
ることを特徴とする。本発明の第２の高周波電源装置
は、図２に示すように、高周波電力の情報を検出する電
力検出器１４と、前記高周波電力を負荷のインピーダン
スに整合させる整合器１５と、前記検出された高周波電
力の情報を二値化した電力検出データＤ21から前記整合
器１５のチューナー位置を調整する整合位置データＤ22
を求め、前記整合位置データＤ22に基づいて整合器１５
の出力制御をする制御器１６とを備えることを特徴とす
る。
【００１４】本発明の第２の高周波電源装置において、
前記制御器１６は、前記整合器１５のチューナー位置の
情報を二値化した位置検出データＤ23を記憶するメモリ
16Ａと、前記位置検出データＤ23及び前記整合位置デー
タＤ22から制御目標データを求め、前記制御目標データ
と位置設定データＤth２とを比較して警報信号ＳＡ２を
発生する比較演算部16Ｂとを備えることを特徴とする。
【００１５】なお、本発明の第２の高周波電源装置にお
いて、前記比較演算部16Ｂは、前記検出された高周波電
力の情報を二値化した電力検出データＤ21から前記整合
器１５のチューナー位置を調整する整合位置データＤ22
を求めることを特徴とする。本発明の第３の高周波電源
装置は、図３に示すように、高周波電力を負荷のインピ
ーダンスに整合させる整合器１７と、前記整合器１７の
出力波形の情報を二値化した波形検出データＤ31をサン
プルホールドし、前記サンプルホールドされた波形検出
データＤ31から前記整合器１７の出力波形のピーク電圧
の平均値及び標準偏差を演算する制御器１８を備えるこ
とを特徴とする。
【００１６】本発明の第３の高周波電源装置において、
前記制御器１８は、前記整合器１７の波形検出データＤ
31を記憶するメモリ18Ａと、前記メモリ18Ａの波形検出
データＤ31をサンプルホールドし、前記ホールドホール
ドされた波形検出データＤ31から前記整合器１７の出力
波形のピーク電圧の平均値及び標準偏差を演算する比較
演算部18Ｂとを有することを特徴とする。
【００１７】なお、本発明の第３の高周波電源装置にお
いて、前記比較演算部18Ｂは、前記整合器１７の出力波
形のピーク電圧の平均値又は標準偏差が、予め設定され
た閾値設定データＤth３を越えるときに、警報信号ＳＡ
３を発生することを特徴とする。本発明の第１のプラズ
マ発生装置は、図４（Ａ）に示すように、プラズマを発
生するチャンバに設けられた電極１９と、前記電極１９
に高周波電力を供給する高周波電源２０とを備え、前記
高周波電源１９が、本発明の第１〜第３の高周波電源装
置を有することを特徴とする。
【００１８】また、本発明の第２のプラズマ発生装置
は、図４（Ｂ）に示すように、規定周波数の入力信号又
は直流信号を増幅する増幅器２１と、前記増幅されたマ
イクロ波の電力を検出する電力検出器２２と、前記マイ
クロ波の電力を負荷のインピーダンスに整合させる整合
器２３と、前記増幅器２１，電力検出器２２及び整合器
２３の入出力を制御する制御装置２４とを備え、前記制
御装置２４は、本発明の第１〜第３の高周波電源装置の
制御器１３，１６又は１８を有することを特徴とし、上
記目的を達成する。
【００１９】
【作 用】まず、本発明の第１の高周波電源装置の動作
を説明する。例えば、規定周波数の入力信号が増幅器１
１により増幅されると、この増幅された高周波電力が電
力検出器１２により検出される。また、電力検出器１２
によって検出された高周波電力の情報は二値化され、こ
の電力検出データＤ11は、予め設定された初期特性デー
タＤＲ及び電力設定データＤthに基づいて演算され、こ
の演算結果から利得制御データＤ12が求められる。この
利得制御データＤ12は、例えば、Ｄ／Ａ変換され、それ
が制御器１３から増幅器１１に出力される。
【００２０】この際に、制御器１３のメモリ13Ａから初
期特性データＤＲが読み出され、この初期特性データＤ
Ｒと電力検出データＤ11から制御目標データが比較演算
部13Ｂにより求められる。この制御目標データは、比較
演算部13Ｂにより電力設定データＤth１と比較され、こ
の差に基づいて利得制御データＤ12が当該演算部13Ｂに
より演算される。
【００２１】このため、利得制御データＤ12に基づいて
増幅器１１の出力を自動調整することにより、電力検出
器１２の固体差を解消することが可能となる。また、利
得制御データＤ12と初期利得データＤＧとが比較演算部
13Ｂにより比較される。この比較結果が制御目標から大
きくずれた場合には、警報信号ＳＡ１が発生される。
【００２２】このため、電力検出器１２の経時的なドリ
フトの発生を告知することができ、安定した高周波電力
を負荷に供給することができる。なお、メンテナンスの
到来を早期に促すことが可能となる。これにより、当該
高周波電源装置を応用したＲＦスパッタ装置，プラズマ
ＣＶＤ装置，ドライエッチング装置又はアッシング装置
等の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００２３】次に、本発明の第２の高周波電源装置の動
作を説明する。例えば、プラズマ発生用の高周波電力が
電力検出器１４により検出されると、この検出信号を二
値化した電力検出データＤ21が制御器１６に出力され
る。また、高周波電力は整合器１５により、負荷のイン
ピーダンスに整合される。この際に、制御器１６の比較
演算部16Ｂにより、電力検出データＤ21から整合位置デ
ータＤ22が求められ、この整合位置データＤ22が制御器
１６から整合器１５に出力される。これにより、整合器
１５のチューナー位置を自動調整することが可能とな
る。
【００２４】また、負荷変動を伴わない正常時に、予
め、整合器１５のチューナー位置が検出され、その位置
検出データＤ23が制御器１６のメモリ16Ａに記憶され
る。通常使用時には、メモリ16Ａから読み出された位置
検出データＤ23が比較演算部16Ｂにより演算される。こ
の際の演算は、位置検出データＤ23と整合位置データＤ
22との差であり、この制御目標データと位置設定データ
Ｄth２とが比較演算部16Ｂにより比較される。
【００２５】このため、通常使用時に取得した整合器１
５のチューナー位置が、正常時に取得した整合器１５の
チューナー位置から大きくずれている場合には、警報信
号ＳＡ２を発生することが可能となる。ここで、警報信
号ＳＡ２は、制御目標データが電力設定データＤth２を
越えるときに、「負荷のインピーダンスが変動してい
る」ことを示すこととなる。
【００２６】これにより、負荷のインピーダンスの変動
を早期に検出することができ、第１の高周波電源装置と
同様に、安定した高周波電力を負荷に供給することがで
きる。また、メンテナンスの必要性を促すこと、及び、
従来例のような無駄な電力損失を低減することが可能と
なる。次に、本発明の第３の高周波電源装置の動作を説
明する。例えば、整合器１７により高周波電力が負荷の
インピーダンスに整合されると、この整合器１７の出力
波形が検出される。この際の出力波形は二値化され、こ
の整合器１７の波形検出データＤ31が制御器１８のメモ
リ18Ａに記憶される。
【００２７】この波形検出データＤ31は制御器１８の比
較演算部18Ｂにより、サンプルホールドされる。当該デ
ータＤ31は、少なくとも、３周期以上を対象とし、この
波形検出データＤ31から整合器１７の出力波形のピーク
電圧の平均値及び標準偏差が演算される。このため、整
合器１７の出力波形のピーク電圧の平均値の変動が過大
となるとき、又は、標準偏差が過大になった場合には、
警報信号ＳＡ３を発生することが可能となる。ここで、
警報信号ＳＡ３は、ピーク電圧の平均値や標準偏差が、
予め設定された閾値設定データＤth３を越えるときに、
第２の高周波電源装置と同様に、「負荷のインピーダン
スが変動している」ことを示すこととなる。
【００２８】これにより、負荷のインピーダンスの変動
を早期に検出することができ、第２の高周波電源装置と
同様に、安定した高周波電力を負荷に供給することがで
きる。また、メンテナンスの必要性を促すこと、及び、
従来例のような無駄な電力損失を低減することが可能と
なる。次に、本発明の第１のプラズマ発生装置の動作を
説明する。例えば、本発明の第１〜第３の高周波電源装
置を有する高周波電源２０からチャンバの電極１９に、
高周波電力が供給される。
【００２９】このため、高周波電源２０により、高周波
電力や整合器のチューナ位置が自動調整されることか
ら、電力検出器の固体差や経時的なドリフトが解消さ
れ、安定した高周波電力に基づいてプラズマを発生する
ことができる。また、チャンバ内のプラズマ密度を安定
に維持することができ、プラズマ以外で損失される電力
を低減することができる。
【００３０】これにより、プラズマ処理される薄膜の成
長速度やカバレージ，膜質，あるいは、薄膜のエッチン
グ速度や形状選択比等の安定化を図ることが可能とな
る。次に、本発明の第２のプラズマ発生装置の動作を説
明する。例えば、規定周波数の入力信号又は直流信号が
増幅器２１により増幅されると、この増幅されたマイク
ロ波の電力が電力検出器２２により検出される。また、
マイクロ波の電力は負荷のインピーダンスに整合器２３
により整合される。
【００３１】このため、制御装置２４により、安定した
高周波電力に基づいてプラズマを発生することができ
る。また、利得制御データＤ42に基づいて増幅器２１の
出力を自動調整することにより、電力検出器２２の固体
差を解消することが可能となる。さらに、利得制御デー
タＤ42と初期利得データＤＧとが比較され、この比較結
果が制御目標から大きくずれた場合には、警報信号ＳＡ
４が発生される。
【００３２】このため、電力検出器２２の経時的なドリ
フトの発生を告知することができ、なお、メンテナンス
の必要性を促すことが可能となる。これにより、高信頼
度のプラズマＣＶＤ装置，ドライエッチング装置又はア
ッシング装置等の提供に寄与するところが大きい。
【００３３】
【実施例】次に、図を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明をする。図５〜16は、本発明の実施例に係る高
周波電源装置及びプラズマ発生装置を説明する図であ
る。 （１）第１の実施例の説明 図５は、本発明の第１の実施例に係る高周波電源装置の
構成図であり、図６は、その各実施例に係る電力検出器
及び整合器の構成図である。図７はＣＰＵの機能を説明
する特性図であり、図８は、本発明の第１の実施例に係
るＣＰＵの制御フローチャートをそれぞれ示している。
【００３４】例えば、プラズマ発生装置の高周波電源に
適用可能な電源装置は、図５に示すように、水晶発振器
３０，高周波増幅器３１，電力検出器３２，中央処理装
置（以下単にＣＰＵという）３３，整合器３４，出力表
示回路３５及びアラーム発生回路３６を備える。すなわ
ち、水晶発振器３０は周波数13.56 ＭHzの正弦波信号を
発生するものである。高周波増幅器３１は原理図１の増
幅器１１の一例であり、周波数13.56 ＭHzの正弦波信号
を増幅するものである。高周波増幅器３１は、従来例と
異なり、利得制御信号Ｓ12に基づいて増幅度が可変され
る。
【００３５】電力検出器３２は電力検出器１２の一例で
あり、高周波増幅器３１で増幅された高周波電力の情報
を検出し、電力検出信号Ｓ11をＣＰＵ３３に出力するも
のである。電力検出器３２は、例えば、図６（Ａ）に示
すように、ＣＭ型方向性結合器32Ａ及び電力検出計32
Ｂ，32Ｃから成る。ＣＭ型方向性結合器32Ａは熱電対Ｔ
１，Ｔ２を有し、高周波電力を伝送する５０Ωの同軸ケ
ーブルに接合される。電力検出計32Ｂは入射波を指示
し、電力検出計32Ｃは反射波をそれぞれ指示する。
【００３６】ＣＰＵ３３は制御器１３の一例であり、Ａ
／Ｄ変換器301 ，ＲＡＭ（随時書込み／読出し可能なメ
モリ）13Ａ，比較演算部13Ｂ及びＤ／Ａ変換器301 を有
する。Ａ／Ｄ変換器301 は電力検出信号Ｓ11をアナログ
／デジタル変換して二値化し、この電力検出データＤ11
を比較演算部13Ｂに出力する。ＲＡＭは原理図１のメモ
リ13Ａの一例であり、初期利得データＤＧ及び初期特性
データＤＲを記憶する。初期利得データＤＧは、高周波
増幅器３１の初期の利得Ｇｏ（Ｄ）を示すデータであ
る。
【００３７】初期特性データＤＲは図７（Ａ）に示すよ
うに高周波電力の真の値Ｒと電力検出器３２の電力検出
信号Ｓ11の関係を示すデータである。なお、図７（Ａ）
において、縦軸は電力検出器３２の電力検出量Ｐｆｏで
あり、横軸は高周波電力の真の値ＰｆR である。Ｒは真
の高周波電力と電力検出値との関係を示す特性である。
Ｘは同軸ケーブルに伝送される高周波電力と電力検出器
３２の電力検出信号Ｓ11の関係を示す特性である。
【００３８】比較演算部13Ｂは、演算器302 ，304 及び
比較回路303 ，305 を有する。演算器302 は初期特性デ
ータＤＲ及び電力検出データＤ11から制御目標データＤ
ｆRを求める。例えば、演算器302 は電力検出データＤ1
1から修正データを減算し、制御目標データＤｆR を出
力する。ここで、電力検出データＤ11は同軸ケーブルに
伝送される高周波電力Ｐｆｏを示し、修正データは電力
検出器３２のキャリブレーション量ΔＰｆを示し、制御
目標データＤｆR は真の高周波電力ＰｆR をそれぞれ示
す。キャリブレーション量ΔＰｆと真の高周波電力Ｐｆ
R との関係は、図７（Ｂ）に示される。
【００３９】比較回路303 は制御目標データＤｆR と電
力設定データＤth１とを比較し、この比較結果データＤ
εを演算器304 に出力する。電力設定データＤth１は電
力設定値ＰR を示し、外部から設定される。演算器304
は比較結果データＤεから利得制御データＤ12を演算し
て、それを比較回路305 に出力する。比較回路305 は、
利得制御データＤ12と初期利得データＤＧとを比較して
警報信号ＳＡ１を発生する。Ｄ／Ａ変換器301 は、利得
制御データＤ12をデジタル／アナログ変換し、その利得
制御信号Ｓ12を高周波増幅器３１に出力する。
【００４０】これにより、ＣＰＵ３３は電力検出データ
Ｄ11、初期特性データＤＲ及び電力設定データＤth１か
ら利得制御データＤ12を求め、利得制御データＤ12に基
づいて高周波増幅器３１の出力制御をすることができ
る。なお、整合器３４は高周波電力を負荷のインピーダ
ンスに整合させるものである。例えば、整合器３４は、
図６（Ｂ）に示すように、コイルＬ，カップリング容量
Ｃ及びバリコンＶＣ１，ＶＣ２を備える。本発明の実施
例では、バリコンＶＣ１，ＶＣ２を駆動するモータＭ
１，Ｍ２及びチューナ位置を検出するエンコーダＥ１，
Ｅ２が設けられる。
【００４１】出力表示回路３５は制御目標データＤｆR
に基づいて真の高周波電力ＰｆR を表示するものであ
る。アラーム発生回路３６は警報信号ＳＡ１に基づいて
アラームを発生するものである。次に、図５，８を参照
しながら本実施例の高周波電源装置の動作を説明する。
例えば、周波数13.56 ＭHzの正弦波信号が、図５に示し
たような高周波増幅器３１により増幅されると、この増
幅された高周波電力Ｐｆｏが電力検出器３２により検出
され、この電力検出信号Ｓ11がＡ／Ｄ変換器301 により
二値化される。
【００４２】また、高周波電力Ｐｆｏは電力制御値Ｄと
の関係において、図７（Ｃ）に示すような特性になった
ものとする。図７（Ｃ）において、縦軸は電力検出器３
２により検出される高周波電力Ｐｆｏであり、横軸は高
周波電力Ｐｆｏを制御する電力制御値Ｄである。すなわ
ち、図８のＣＰＵの制御フローチャートに示すように、
まず、ステップＰ１で高周波電力ＰｆｏをＣＰＵ３３に
入力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器301 により電力検
出信号Ｓ11がアナログ／デジタル変換され、その二値化
された電力検出データＤ11が比較演算部13Ｂに出力され
る。
【００４３】次に、ステップＰ２で真の高周波電力Ｐｆ
R ＝Ｐｆｏ−ΔＰｆを演算する。この際に、メモリ13Ａ
から初期特性データＤＲが読み出される。この初期特性
データＤＲと電力検出データＤ11から制御目標データＤ
ｆR が演算器302 により求められる。その後、ステップ
Ｐ３で真の高周波電力ＰｆR と電力設定値ＰR とを比較
する。この際に、電力ＰｆR と設定値ＰR とが一致しな
い場合（ＮＯ）には、ステップＰ４に移行して利得制御
データＤ12の増減をする。具体的には、比較回路303に
より電力設定データＤth１と制御目標データＤｆR とが
比較され、この比較結果に基づいて利得制御データＤ12
が演算器304 により演算される。また、ステップＰ３で
電力ＰｆR と設定値ＰR とが一致する場合（ＹES）に
は、ステップＰ５に移行する。
【００４４】すなわち、ステップＰ５では、高周波増幅
器３１の初期の利得から大きくずれているか否かをＧｏ
（Ｄ）−ｄ＜Ｐｆｏ／Ｄ＜Ｇｏ（Ｄ）＋ｄにより検証す
る。ここで、Ａ＝Ｇｏ（Ｄ）−ｄは利得の下限値であ
り、Ｃ＝Ｇｏ（Ｄ）＋ｄは利得の上限値である。また、
Ｂ＝Ｐｆｏ／Ｄは高周波電力Ｐｆｏを供給する際の高周
波増幅器３１の利得である。Ｇｏ（Ｄ）は初期の利得で
あり、Ｄは電力制御値である。Ｄは利得制御信号Ｓ11に
依存する。
【００４５】この関係式を満たす場合（ＹES）には、初
期の利得からのずれが大きくないので、ステップＰ１に
戻って高周波電力Ｐｆｏを入力してデータ処理を継続す
る。反対に、この関係式を満たさない場合（ＮＯ）に
は、初期の利得からのずれが大きくなっているのでステ
ップＰ６に移行する。ステップＰ６ではアラームコール
を実行する。具体的には利得制御データＤ12と初期利得
データＤＧとが比較演算部13Ｂにより比較される。この
比較結果が制御目標から大きくずれた場合に、警報信号
ＳＡ１がアラーム発生回路３６に出力される。
【００４６】その後、ステップＰ７でデータ処理を終了
する場合（ＹES）には、プラズマＯFF信号で終了する。
なお、データ処理を継続する場合（ＮＯ）には、ステッ
プＰ１に戻って高周波電力ＰｆｏをＣＰＵ３３に入力す
る。このようにして、本発明の第１の実施例に係る高周
波電源装置によれば、図５に示すように、電力検出デー
タＤ11と予め設定された初期特性データＤＲ及び電力設
定データＤthから利得制御データＤ12を求め、この利得
制御データＤ12に基づいて高周波増幅器３１の出力制御
をするＣＰＵ３３を備える。
【００４７】このため、利得制御信号Ｓ12に基づいて高
周波増幅器３１の出力を自動調整することにより、電力
検出器３２の固体差を解消することが可能となる。ま
た、利得制御データＤ12と初期利得データＤＧとが比較
演算部13Ｂにより比較される。この比較結果が制御目標
から大きくずれた場合には、アラーム発生回路３６に警
報信号ＳＡ１が出力される。
【００４８】このため、電力検出器３２の経時的なドリ
フトの発生を告知することができ、安定した高周波電力
を負荷に供給することができる。なお、メンテナンスの
必要性を促すことが可能となる。これにより、電力検出
器３２の誤差補正機能及びその経時的ドリフトの監視機
能が強化された高周波電源装置が提供される。また、当
該高周波電源装置を応用したＲＦスパッタ装置，プラズ
マＣＶＤ装置，ドライエッチング装置又はアッシング装
置等の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００４９】（２）第２の実施例の説明 図９は、本発明の第２の実施例に係る高周波電源装置の
構成図であり、図10は、本発明の第２の実施例に係るＣ
ＰＵの制御フローチャートをそれぞれ示している。第２
の実施例では第１の実施例と異なり、整合位置データＤ
22に基づいて整合器４３の出力制御をするＣＰＵ４４が
設けられる。
【００５０】すなわち、本発明の第２の高周波電源装置
は、図９に示すように、水晶発振器３０，アラーム発生
回路３６，高周波増幅器４１，電力検出器４２，整合器
４３，ＣＰＵ４４，ドライバ４５及び位置表示回路４６
を備える。電力検出器４２は原理図２の電力検出器１４
の一例であり、高周波電力の情報を検出して電力検出信
号Ｓ21をＣＰＵ４４に出力する。整合器４３は整合器１
５の一例であり、図６（Ｂ）に示したように、バリコン
ＶＣ１，ＶＣ２を駆動するモータＭ１，Ｍ２及びチュー
ナ位置を検出するエンコーダＥ１，Ｅ２が設けられる。
これらの入出力を自動制御することにより、高周波電力
を負荷のインピーダンスに整合させる。
【００５１】ＣＰＵ４４は制御器１６の一例であり、Ａ
／Ｄ変換器401 ，404 ，ＲＡＭ16Ａ，比較演算部16Ｂ及
びＤ／Ａ変換器403 ，408 を有する。Ａ／Ｄ変換器401
は電力検出信号Ｓ21をアナログ／デジタル変換して二値
化し、この電力検出データＤ21を比較演算部16Ｂに出力
する。Ａ／Ｄ変換器404 は位置検出信号Ｓ23をアナログ
／デジタル変換して二値化し、この位置検出データＤ23
を比較演算部16Ｂに出力する。ＲＡＭは原理図２のメモ
リ16Ａの一例であり、チューナ位置を示す位置検出デー
タＤ23を記憶する。
【００５２】比較演算部16Ｂは、演算器402 ，405 ，プ
リセット演算回路407 及び比較回路406 を有する。演算
器402 は電力検出データＤ21と位置検出データＤ23から
整合位置データＤ22を求め、これをＤ／Ａ変換器403 に
出力する。Ｄ／Ａ変換器403は整合位置データＤ22をデ
ジタル／アナログ変換して、この整合位置信号Ｓ22をド
ライバ４５に出力する。
【００５３】演算器405 は初期位置データＤＰと位置検
出データＤ23からチューナ位置を求め、この制御目標デ
ータＤＰR を比較回路406 に出力する。プリセット演算
回路407 はプリセットＰＳに基づいてモータ駆動データ
Ｄ24及び初期位置データＤＰを発生し、データＤ24をＤ
／Ａ変換器408 に出力する。Ｄ／Ａ変換器408 はデータ
Ｄ24をデジタル／アナログ変換して、このモータ制御信
号Ｓ24をドライバ４５に出力する。また、演算回路407
はデータＤＰを演算器405 に出力する。比較回路406 は
制御目標データＤＰR と電力設定データＤth２とを比較
して警報信号ＳＡ２を発生し、これをアラーム発生回路
３６に出力する。
【００５４】これにより、ＣＰＵ４４は電力検出データ
Ｄ21から整合位置データＤ22を求め、この整合位置デー
タＤ22に基づいて整合器４３の出力制御をすることがで
きる。ドライバ４５は整合位置信号Ｓ22及びモータ制御
信号Ｓ24に基づいてモータ駆動信号Ｓ25を発生し、それ
をバリコンＶＣ１，ＶＣ２を駆動するモータＭ１，Ｍ２
に供給する。位置表示回路４６は制御目標データＤＰR
に基づいてチューナ位置を表示する。なお、水晶発振器
３０，アラーム発生回路３６，高周波増幅器４１につい
ては、第１の実施例と同じ機能を有するため、その説明
を省略する。
【００５５】次に、図10のＣＰＵの制御フローチャート
を参照しながら本実施例の高周波電源装置の動作を説明
する。例えば、図10のＣＰＵの制御フローチャートに示
すように、まず、ステップＰ１でプリセット位置にモー
タＭ１，Ｍ２を合わせる。具体的には、図６（Ｂ）に示
したような整合器４３のバリコンＶＣ１，ＶＣ２がモー
タＭ１，Ｍ２により駆動される。ここでは、高周波電力
が負荷されていない状態である。
【００５６】次に、ステップＰ２で高周波電力Ｐｆｏを
ＣＰＵ４４に入力する。ここで、負荷に高周波電力が供
給され、これが電力検出器４２により検出される。電力
検出信号Ｓ21はＣＰＵに出力され、Ａ／Ｄ変換器401 に
より電力検出信号Ｓ21がアナログ／デジタル変換され、
その二値化された電力検出データＤ21が演算器402 に出
力される。
【００５７】次に、ステップＰ３でチューナの整合位置
を演算する。ここでは、予め、負荷変動を伴わない正常
時に、整合器４３のチューナー位置が検出され、その位
置検出信号Ｓ23がＡ／Ｄ変換器404 に出力される。Ａ／
Ｄ変換器404 では信号Ｓ23がＡ／Ｄ変換され、その位置
検出データＤ23がメモリ16Ａに記憶される。整合位置の
演算は、演算器402 により実行される。例えば、電力検
出データＤ21と位置検出データＤ23から整合位置データ
Ｄ22が求められ、この整合位置データＤ22がＤ／Ａ変換
器403 に出力される。このデータＤ22はＤ／Ａ変換され
る。この整合位置信号Ｓ22はドライバ４５に出力され
る。
【００５８】また、ステップＰ４でモータ制御データＤ
24をＤ／Ａ変換器408 に出力する。具体的には、プリセ
ットＰＳに基づいてプリセット演算回路407 からＤ／Ａ
変換器408 にモータ駆動データＤ24が出力される。これ
により、整合器４３のチューナー位置が自動調整され
る。次いで、ステップＰ５で反射波が最小になったか否
かを判断する。この際に、反射波が最小になった場合
（ＹES）には、ステップＰ２に戻って、高周波電力Ｐｆ
ｏをＣＰＵ４４に入力する。また、ステップＰ５で反射
波が最小にならない場合（ＮＯ）には、ステップＰ６に
移行する。
【００５９】すなわち、ステップＰ６では、プリセット
位置と整合位置とのずれを比較する。ここでは、プリセ
ット演算回路407 からの初期位置データＤＰと位置検出
データＤ23とが演算器405 により演算される。この際の
演算は、初期位置データＤＰと位置検出データＤ23との
差及びその修正である。また、この差データを修正した
制御目標データＤＰR は位置設定データＤth２と比較回
路406 により比較される。制御目標データＤＰR は位置
表示回路４６に表示される。
【００６０】この結果、ステップＰ７でプリセット位置
と整合位置とのずれが大きい場合（ＹES）には、ステッ
プＰ８に移行する。また、プリセット位置と整合位置と
のずれが小さい場合（ＮＯ）には、ステップＰ２に戻っ
て、高周波電力ＰｆｏをＣＰＵ４４に入力する。これら
のずれが大きい場合には、ステップＰ８でアラームコー
ルを実行する。この状態は、通常使用時に取得した整合
器４３のチューナー位置が、正常時に取得した整合器４
３のチューナー位置から大きくずれている場合である。
具体的には、比較回路406 からアラーム発生回路３６に
警報信号ＳＡ２が出力される。警報信号ＳＡ２は、制御
目標データＤｆR が位置設定データＤth２を越えるとき
に、「負荷のインピーダンスが変動している」ことを示
す。
【００６１】その後、ステップＰ９でデータ処理を終了
する場合（ＹES）には、プラズマＯFF信号で終了する。
なお、データ処理を継続する場合（ＮＯ）には、ステッ
プＰ２に戻って高周波電力ＰｆｏをＣＰＵ４４に入力す
る。このようにして、本発明の第２の実施例に係る高周
波電源装置によれば、図９に示すように、電力検出デー
タＤ21から整合位置データＤ22を求め、この整合位置デ
ータＤ22に基づいて整合器４３の位置制御をするＣＰＵ
４４を備える。
【００６２】このため、通常使用時に取得した整合器４
３のチューナー位置が、正常時に取得した整合器４３の
チューナー位置から大きくずれている場合には、警報信
号ＳＡ２を発生することが可能となる。このことで、
「負荷のインピーダンスが変動している」ことを確認す
ることができる。これにより、整合器４３のバリコンの
位置検出、位置ずれ監視機能が強化された高周波電源装
置が提供される。このことで、負荷のインピーダンスの
変動を早期に検出することができ、第１の実施例と同様
に、安定した高周波電力を負荷に供給することができ
る。
【００６３】また、メンテナンスの必要性を促すこと、
及び、従来例のような無駄な電力損失を低減することが
可能となる。また、第１の実施例と同様に、当該高周波
電源装置を応用したプラズマ発生装置の信頼性の向上を
図ることが可能となる。 （３）第３の実施例の説明 図11は、本発明の第３の実施例に係る高周波電源装置の
構成図を示している。第３の実施例では第１，第２の実
施例と異なり、整合器５３の出力波形に基づいて負荷の
インピーダンスの変動を検出するＣＰＵ５５が設けられ
る。
【００６４】すなわち、本発明の第３の高周波電源装置
は、図11に示すように、アラーム発生回路３６，整合器
５３，降圧回路５４，ＣＰＵ５５及びデータ表示回路４
６を備える。整合器５３は原理図１の整合器１７の一例
であり、高周波電力を負荷のインピーダンスに整合させ
るものである。整合器５３は従来例のような手動型で
も、本発明の第２の実施例のような自動調整機構のもの
でも良い。
【００６５】降圧回路５４は、抵抗Ｒ１及びＲ２から成
り、両抵抗Ｒ１及びＲ２は直列に接続される。降圧回路
５４は、整合器５３のカップリング容量Ｃの出力側と接
地線との間に接続される。この抵抗Ｒ１及びＲ２の直列
接続点に現れる出力波形をＣＰＵ５５により監視する。
ＣＰＵ５５は制御器１８の一例であり、Ａ／Ｄ変換器50
1 ，ＲＡＭ18Ａ及び比較演算部18Ｂを有する。Ａ／Ｄ変
換器501 は抵抗Ｒ１及びＲ２の直列接続点から得られる
出力波形信号Ｓ31をＡ／Ｄ変換し、この出力波形データ
Ｄ31をＲＡＭ18Ａに出力する。メモリ18Ａは波形検出デ
ータＤ31を記憶する。
【００６６】比較演算部18Ｂはメモリ18Ａの波形検出デ
ータＤ31をサンプルホールドし、このホールドホールド
された波形検出データＤ31から整合器５３の出力波形の
ピーク電圧の平均値及び標準偏差を演算する。また、比
較演算部18Ｂは、整合器５３の出力波形のピーク電圧の
平均値又は標準偏差が、予め設定された閾値設定データ
Ｄth３を越えるときに、警報信号ＳＡ３を発生する。
【００６７】これにより、ＣＰＵ５５は整合器５３の出
力波形から負荷のインピーダンスの変動を監視すること
ができる。なお、データ表示回路４６は表示制御信号Ｓ
32に基づいて出力波形のピーク電圧の平均値及び標準偏
差を表示する。次に、本実施例の高周波電源装置の動作
を説明する。例えば、整合器５３により高周波電力が負
荷のインピーダンスに整合されると、この整合器５３の
出力波形が検出される。この際の出力波形信号Ｓ31はＡ
／Ｄ変換器501 により二値化され、この波形検出データ
Ｄ31がＣＰＵ５５のメモリ18Ａに記憶される。
【００６８】波形検出データＤ31は比較演算部18Ｂによ
りサンプルホールドされる。当該データＤ31は、少なく
とも、３周期以上がサンプリングされる。この波形検出
データＤ31は比較演算部18Ｂにより演算される。演算内
容は、整合器５３の出力波形のピーク電圧の平均値及び
標準偏差である。また、比較演算部18Ｂではピーク電圧
の平均値の変動が過大となるとき、又は、標準偏差が過
大になった場合には、警報信号ＳＡ３を発生する。ここ
で、警報信号ＳＡ３は、ピーク電圧の平均値や標準偏差
が、予め設定された閾値設定データＤth３を越えるとき
である。これにより、ＣＰＵ５５により発振電圧のホー
ルドとピーク電圧のバラツキとが管理される。
【００６９】このようにして、本発明の第３の実施例に
係る高周波電源装置によれば、図11に示すように、整合
器５３の出力波形の情報を二値化した波形検出データＤ
31をサンプルホールドし、この波形検出データＤ31から
整合器５３の出力波形のピーク電圧の平均値及び標準偏
差を演算するＣＰＵ５５を備える。このため、整合器５
３の出力波形のピーク電圧の平均値の変動が過大となる
とき、又は、標準偏差が過大になった場合には、警報信
号ＳＡ３を発生することが可能となる。このことで、第
２の実施例と同様に、「負荷のインピーダンスが変動し
ている」ことを確認することができる。
【００７０】これにより、負荷のインピーダンスの変動
を早期に検出することができ、第２の実施例と同様に、
安定した高周波電力を負荷に供給することができる。ま
た、メンテナンスの必要性を促すこと、及び、従来例の
ような無駄な電力損失を低減することが可能となる。ま
た、第１，第２の実施例と同様に、当該高周波電源装置
を応用したプラズマ発生装置の信頼性の向上を図ること
が可能となる。
【００７１】（４）各実施例の応用例の説明 図12〜14は、本発明の各実施例に係る高周波電源を応用
したプラズマ発生装置の構成であり、図12は、高周波電
源装置を応用したプラズマＣＶＤ装置の構成図である。
例えば、半導体ウエハ８にＳｉＯ2 膜を成長するＲＦプ
ラズマＣＶＤ装置は、図12に示すように、高周波電源10
0 ，真空チャンバ101 ，電極102 及びヒータ兼用電極10
3 を有する。
【００７２】すなわち、高周波電源100 は原理図４
（Ａ）の高周波電源２０一例であり、電極102 に高周波
電力を供給する電源である。高周波電源100 は本発明の
第１〜第３の実施例の高周波電源装置を有する。この組
み合わせは、任意である。３つの機能を備えればベスト
である。電極102 は真空チャンバ101 に設けられ、反応
ガスＳｉＨ4 ，ＰＨ3 ，Ｎ2 Ｏ等を導入し、それを吹き
出すシャワー板が設けられる。ヒータ兼用電極103 は、
半導体ウエハ８を載置するサセプタを兼用する。
【００７３】ＲＦプラズマＣＶＤ装置の動作を説明す
る。例えば、高周波電源100 からチャンバ内の電極101
及びヒータ兼用電極103 に、高周波電力が供給されと、
両電極102 ，103 間にプラズマＰＺが発生する。この際
に、高周波電力や整合器のチューナ位置が自動調整され
る。このようにして、本発明のプラズマＣＶＤ装置によ
れば、図12に示すように、プラズマ発生用の電極102 に
高周波電力を供給する高周波電源100 が、本発明の第１
〜第３の実施例に係る高周波電源装置を有する。
【００７４】このため、高周波電源100 により、高周波
電力や整合器のチューナ位置が自動調整されることか
ら、電力検出器の固体差や経時的なドリフトが解消さ
れ、安定した高周波電力に基づいてプラズマＰＺを発生
することができる。ここで、本発明の実施例に係るプラ
ズマ発生装置と従来例に係る装置とを比較する。例え
ば、半導体ウエハにＳｉＯ2 膜を成長する場合であっ
て、成膜条件は、ＳｉＨ4 ガスを２０SCCM，Ｏ2 ガスを
５０SCCM，Ｎ2 ガスを３００SCCM，真空度を０．５Ｔｏ
ｒｒ，ウエハ温度を４００°Ｃとし、高周波出力は周波
数13.56ＭＨｚ，出力５０Ｗとした。この場合、本発明
の実施例より処理したウエハと、従来例により処理した
ウエハとを比較すると、膜厚バラツキが８％から２％以
内に減少した。
【００７５】これは、プラズマに供給される正味の高周
波電力が従来例に比べて安定したためである。また、膜
厚や膜質の異常が、ＳｉＨ4 の流量異常（マスフローコ
ントローラのつまり）として採られがちな原因が、バリ
コン位置異常としてとらえることができた。これは、従
来例の装置では、バリコン位置異常が検出することがで
きなかったものが、第１の実施例に係る整合器４３を用
いることで、これが解消されたためである。
【００７６】これにより、チャンバ内のプラズマ密度を
安定に維持することができ、プラズマＰＺ以外で損失さ
れる電力を低減することができる。また、プラズマ処理
される薄膜の成長速度やカバレージ，膜質，あるいは、
薄膜のエッチング速度や形状選択比等の安定化を図るこ
とが可能となる。このことで、高信頼度のＲＦプラズマ
ＣＶＤ装置の提供に寄与するところが大きい。
【００７７】図13は、本発明の各実施例に係る高周波電
源を応用したドライエッチング装置の構成図である。例
えば、半導体ウエハ８上の膜を除去するドライエッチン
グ装置は、図13に示すように、高周波電源200 ，真空チ
ャンバ104 ，カソード電極105 及びヒータ兼用電極106
を有する。すなわち、高周波電源200 は原理図４（Ａ）
の高周波電源２０の一例であり、電極108 に高周波電力
を供給する電源である。高周波電源200 は本発明の第１
〜第３の実施例の高周波電源装置を有する。この組み合
わせはＲＦプラズマＣＶＤ装置の場合と同様に任意であ
る。３つの機能を備えればベストである。
【００７８】カソード電極105 は真空チャンバ104 に設
けられ、それが接地線に接続される。真空チャンバ104
には、反応ガスＣＨ4 ，ＣＨＦ3 ，Ｏ2 等が導入され
る。ヒータ兼用電極106 は、半導体ウエハ８を載置する
サセプタを兼用する。次に、ドライエッチング装置の動
作を説明する。例えば、高周波電源200 からチャンバ内
のカソード電極105 及びヒータ兼用電極106 に、高周波
電力が供給されと、両電極105 ，106 間にプラズマＰＺ
が発生する。この際に、高周波電力や整合器のチューナ
位置が自動調整される。
【００７９】このようにして、本発明のドライエッチン
グ装置によれば、図13に示すように、ヒータ兼用電極10
6 に高周波電力を供給する高周波電源200 が、本発明の
第１〜第３の実施例に係る高周波電源装置を有する。こ
のため、高周波電源200 により、高周波電力や整合器の
チューナ位置が自動調整されることから、電力検出器の
固体差や経時的なドリフトが解消され、安定した高周波
電力に基づいてプラズマＰＺを発生することができる。
【００８０】ここで、本発明の実施例に係るプラズマ発
生装置と従来例に係る装置とを比較する。例えば、シリ
コンのトレンチをＲＩＥエッチングする場合、従来例の
装置では、所定の溝の深さと形状を維持するために３カ
月に一度程度の電力値を校正する必要があった。これに
対して、本発明の実施例の電源装置を用いた場合には、
このような管理が不要になった。また、万が一、カソー
ド電極105 の止めネジ等の緩みにより、異常放電が発生
した場合には、ピーク電圧監視機能により、プラズマの
異常を検知することが可能となった。
【００８１】これにより、チャンバ内のプラズマ密度を
安定に維持することができ、プラズマＰＺ以外で損失さ
れる電力を低減することができる。また、プラズマ処理
の安定化を図ることが可能となる。このことで、高信頼
度のドライエッチング装置の提供に寄与するところが大
きい。図14は、本発明の各実施例に係る高周波電源を応
用したスパッタリング装置の構成図である。例えば、半
導体ウエハ８上に金属原子を成膜するスパッタリング装
置は、図14に示すように、高周波電源300 ，真空チャン
バ107 ，ターゲット電極108 及び載置電極109 を有す
る。
【００８２】すなわち、高周波電源300 は原理図４
（Ａ）の高周波電源２０の一例であり、電極108 に高周
波電力を供給する電源である。高周波電源300 は本発明
の第１〜第３の実施例の高周波電源装置を有する。この
組み合わせはＲＦプラズマＣＶＤ装置の場合と同様に任
意である。３つの機能を備えればベストである。ターゲ
ット電極108 は真空チャンバ107 に設けられ、それが電
源装置300 に接続される。真空チャンバ107 には、反応
ガスＡｒが導入される。載置電極109 は、半導体ウエハ
８を載置する電極である。
【００８３】スパッタリング装置の動作を説明する。例
えば、高周波電源300 からチャンバ内のターゲット電極
108 及び載置電極109 に、高周波電力が供給されと、両
電極105 ，106 間にプラズマＰＺが発生する。この際
に、高周波電力や整合器のチューナ位置が自動調整され
る。このようにして、本発明のスパッタリング装置によ
れば、図14に示すように、載置電極109 に高周波電力を
供給する高周波電源300 が、本発明の第１〜第３の実施
例に係る高周波電源装置を有する。
【００８４】このため、高周波電源300 により、高周波
電力や整合器のチューナ位置が自動調整されることか
ら、電力検出器の固体差や経時的なドリフトが解消さ
れ、安定した高周波電力に基づいてプラズマＰＺを発生
することができる。これにより、チャンバ内のプラズマ
密度を安定に維持することができ、プラズマＰＺ以外で
損失される電力を低減することができる。また、プラズ
マ処理の安定化を図ることが可能となる。このことで、
高信頼度のスパッタリング装置の提供に寄与するところ
が大きい。
【００８５】（５）第４の実施例の説明 図15は、本発明の第４の実施例に係る高周波電源（マイ
クロ波）を応用したプラズマ発生装置の構成図であり、
図16は、その各チューナーの構成図をそれぞれ示してい
る。第４の実施例では第１〜第３の実施例の高周波電源
装置を応用したプラズマ発生装置と異なり、マイクロ波
を発生する電源に、本発明の第１〜第３の実施例に係る
ＣＰＵの機能を応用するものである。
【００８６】すなわち、本発明の第４の実施例に係るプ
ラズマ発生装置は、図15に示すように、電源６０，マグ
ネトロン６１，方向性結合器６２，チューナ６３及びＣ
ＰＵ６４及び導波管６５を有するマイクロ波発生源と、
真空チャンバ６６内に載置台６７が設けられて成る。導
波管６５は真空チャンバ６６に接続され、マイクロ波の
電力を真空チャンバ６５に伝播する。
【００８７】電源６０は、ＤＣ電源又は低周波パルス電
源から成る。ＤＣ電源は半波又は全波整流回路を有す
る。電源６０はＣＰＵ６４からの利得制御データＤ42に
基づいてＤＣ電圧又は低周波パルス信号をマグネトロン
６１に出力する。マグネトロン６１は原理図４（Ｂ）の
増幅器２１の一例であり、ＤＣ電圧又は低周波パルス信
号を増幅して、マイクロ波の電力を導波管６５に輻射す
る。方向性結合器６２は電力検出器２２の一例であり、
マイクロ波の電力を検出して、電力検出信号Ｓ43をＣＰ
Ｕ６４に出力するものである。
【００８８】チューナ６３は整合器２３の一例であり、
マイクロ波の電力を真空チャンバ６６に整合させるもの
である。チューナ６３には図16（Ａ）に示すようなスタ
ブチューナを用いる。スタブチューナ６３は金属性の棒
体63Ａとモータ63Ｂを有する。棒体63Ａはモータ63Ｂに
より駆動され、導波管６５に挿入される。これにより、
反射波が真空チャンバ６６に戻される。モータ63ＢはＣ
ＰＵ６４からのモータ駆動信号Ｓ45に基づいて駆動され
る。チューナ６３には図16（Ｂ）に示すようなＥＨチュ
ーナ７３を用いても良い。ＥＨチューナ７３は導波管６
５のＥ面，Ｈ面を可変する可動板73Ａ，73Ｂを有する。
可動板73Ａ，73Ｂはモータにより駆動される。ＥＨチュ
ーナ７３の機能は、導波管６５のＥ面，Ｈ面を可変する
ことにより、導波管６５の長さを変え、反射波を真空チ
ャンバ６６に戻すものである。
【００８９】ＣＰＵ６４は原理図４（Ｂ）の制御装置２
４の一例であり、電源６０，マグネトロン６１，方向性
結合器６２及びチューナ６３の入出力を制御するもので
ある。ＣＰＵ６４は、本発明の第１〜第３の高周波電源
装置のＣＰＵ３３，４４又は５５を利用する。次に、本
実施例のプラズマ発生用高周波電源の動作を説明する。
例えば、ＤＣ電圧又は低周波パルス信号がマグネトロン
６１により増幅されると、この増幅されたマイクロ波の
電力が方向性結合器６２により検出される。また、マイ
クロ波の電力は真空チャンバ６６にチューナ６３を介し
て整合される。この際に、ＣＰＵ６４から利得制御デー
タＤ42が電源６０に出力され、これに基づいてマグネト
ロン６１の出力が自動調整される。
【００９０】これにより、安定したマイクロ波の電力が
真空チャンバ６６に供給され、これに基づいてプラズマ
ＰＺが発生される。このようにして、本発明の第４の実
施例に係る高周波電源（マイクロ波）を応用したプラズ
マ発生装置によれば、マグネトロン６１，方向性結合器
６２及びチューナ６３の入出力を制御するＣＰＵ６４を
備え、当該ＣＰＵ６４が、本発明の第１〜第３の高周波
電源装置のＣＰＵ３３，４４又は４４の機能を有する。
【００９１】このため、ＣＰＵ６４により、安定した高
周波電力に基づいてプラズマを発生することができる。
また、利得制御データＤ42に基づいてマグネトロン６１
の出力を自動調整することにより、方向性結合器６２の
固体差を解消することが可能となる。さらに、ＣＰＵ６
４で利得制御データＤ42と初期利得データとが比較さ
れ、この比較結果が制御目標から大きくずれた場合に
は、警報信号ＳＡ４が発生される。このため、方向性結
合器６２の経時的なドリフトの発生を告知することがで
きる。
【００９２】これにより、マイクロ波を応用した装置の
プラズマ変動に対する監視機能を強化すること可能とな
り、高信頼度のプラズマ発生装置の提供に寄与するとこ
ろが大きい。
【００９３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の高
周波電源装置によれば、電力検出データ、初期特性デー
タ及び電力設定データから利得制御データを求め、当該
利得制御データに基づいて増幅器の出力制御をする制御
器を備える。このため、利得制御データに基づいて増幅
器の出力を自動調整することにより、電力検出器の固体
差を解消することができる。
【００９４】また、利得制御データと初期利得データと
が比較演算部により比較され、その結果が制御目標から
大きくずれた場合には、警報信号が発生される。このた
め、電力検出器の経時的なドリフトの発生を告知するこ
とができ、安定した高周波電力を負荷に供給することが
できる。本発明の第２の高周波電源装置によれば、電力
検出データから整合位置データを求め、この整合位置デ
ータに基づいて整合器のチューナ位置を調整する制御器
を備える。
【００９５】このため、通常使用時に取得した整合器の
チューナー位置が、正常時に取得した整合器のチューナ
ー位置から大きくずれている場合には、警報信号が発生
され、負荷のインピーダンスが変動していることが、早
期に認識できる。本発明の第３の高周波電源装置によれ
ば、整合器の波形検出データをサンプルホールドし、こ
の波形検出データから整合器の出力波形のピーク電圧の
平均値及び標準偏差を演算する制御器を備える。
【００９６】このため、整合器の出力波形のピーク電圧
の平均値の変動が過大となるとき、又は、標準偏差が過
大になった場合には、警報信号が発生され、負荷のイン
ピーダンスが変動していること認識することが可能とな
る。本発明の第１のプラズマ発生装置は、プラズマ発生
用の電極に高周波電力を供給する高周波電源が、本発明
の高周波電源装置を有する。
【００９７】このため、プラズマチャンバ内の異常放電
やガス流量変動等を検出することができ、安定した高周
波電力に基づいてプラズマを発生することができる。ま
た、チャンバ内のプラズマ密度を安定に維持することが
でき、プラズマ以外で損失される電力を低減することが
できる。本発明の第２のプラズマ発生装置によれば、増
幅器，電力検出器及び整合器の入出力を制御する制御装
置を備え、当該制御装置が、本発明の高周波電源装置の
制御器を有する。
【００９８】このため、本発明の高周波電源装置の制御
器により、増幅器及び整合器の自動調整され、安定した
高周波電力に基づいてプラズマを発生することができ
る。また電力検出器の固体差を解消すること、及び、経
時的なドリフトの発生を告知することができる。これに
より、誤差補正機能，位置ずれ監視機能及びピーク電圧
監視機能が強化された高周波電源装置を提供すること、
及び、これを応用した高信頼度のＲＦスパッタ装置，プ
ラズマＣＶＤ装置，ドライエッチング装置及びアッシン
グ装置等の提供に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波電源装置の原理図（その
１）である。
【図２】本発明に係る高周波電源装置の原理図（その
２）である。
【図３】本発明に係る高周波電源装置の原理図（その
３）である。
【図４】本発明に係るプラズマ発生装置の原理図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施例に係るプラズマ発生用の
高周波電源装置の構成図である。
【図６】本発明の各実施例に係る電力検出器及び整合器
の構成図である。
【図７】本発明の実施例に係るＣＰＵの機能を説明する
特性図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るＣＰＵの制御フロ
ーチャートである。
【図９】本発明の第２の実施例に係る高周波電源装置の
構成図である。
【図10】本発明の第２の実施例に係るＣＰＵの制御フロ
ーチャートである。
【図11】本発明の第３の実施例に係る高周波電源装置の
構成図である。
【図12】本発明の各実施例に係る高周波電源を応用した
プラズマＣＶＤ装置の構成図である。
【図13】本発明の各実施例に係る高周波電源を応用した
ドライエッチング装置の構成図である。
【図14】本発明の各実施例に係る高周波電源を応用した
スパッタリング装置の構成図である。
【図15】本発明の第４の実施例に係る高周波電源（マイ
クロ波）を応用したプラズマ発生装置の構成図である。
【図16】本発明の第４の実施例に係る各チューナの構成
図である。
【図17】従来例に係るプラズマ発生用の高周波電源の構
成図である。
【符号の説明】
１１…増幅器、 １２，１４，２２…電力検出器、 １３，１６，１８，２４…制御器、 １５，１７，２３…整合器、 13Ａ，16Ａ，18Ａ…メモリ、 13Ｂ，16Ｂ，18Ｂ…比較演算部、 １９…電極、 ２０…高周波電源、 ２１…電源、 Ｄ11，Ｄ21…電力検出データ、 Ｄ12，Ｄ42…利得制御データ、 Ｄ22…整合位置データ、 Ｄ23…位置検出データ、 Ｄ31…波形検出データ、 ＤＲ…初期特性データ、 ＤＧ…初期利得データ、 ＤＰ…初期位置データ、 ＳＡ１〜ＳＡ４…警報信号、 Ｄth１…電力設定データ、 Ｄth２…位置設定データ、 Ｄth３…閾値設定データ。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 規定周波数の入力信号を増幅する増幅器
    （１１）と、前記増幅された高周波電力の情報を検出す
    る電力検出器（１２）と、前記検出された高周波電力の
    情報を二値化した電力検出データ（Ｄ11）と予め設定さ
    れた初期特性データ（ＤＲ）及び電力設定データ（Ｄth
    １）から利得制御データ（Ｄ12）を求め、前記利得制御
    データ（Ｄ12）に基づいて増幅器（１１）の出力制御を
    する制御器（１３）とを備えることを特徴とする高周波
    電源装置。
  2. 【請求項２】 前記制御器（１３）は、初期特性データ
    （ＤＲ）及び初期利得データ（ＤＧ）を記憶するメモリ
    （13Ａ）と、前記初期特性データ（ＤＲ）及び前記電力
    検出データ（Ｄ11）から制御目標データを求め、前記制
    御目標データと電力設定データ（Ｄth１）との差から利
    得制御データ（Ｄ12）を演算する比較演算部（13Ｂ）と
    を有することを特徴とする請求項１記載の高周波電源装
    置。
  3. 【請求項３】 前記比較演算部（13Ｂ）は、利得制御デ
    ータ（Ｄ12）と初期利得データ（ＤＧ）とを比較して警
    報信号（ＳＡ１）を発生することを特徴とする請求項２
    記載の高周波電源装置。
  4. 【請求項４】 高周波電力の情報を検出する電力検出器
    （１４）と、前記高周波電力を負荷のインピーダンスに
    整合させる整合器（１５）と、前記検出された高周波電
    力の情報を二値化した電力検出データ（Ｄ21）から前記
    整合器（１５）のチューナー位置を調整する整合位置デ
    ータ（Ｄ22）を求め、前記整合位置データ（Ｄ22）に基
    づいて整合器（１５）の位置制御をする制御器（１６）
    とを備えることを特徴とする高周波電源装置。
  5. 【請求項５】 前記制御器（１６）は、前記整合器（１
    ５）のチューナー位置の情報を二値化した位置検出デー
    タ（Ｄ23）を記憶するメモリ（16Ａ）と、前記位置検出
    データ（Ｄ23）及び前記整合位置データ（Ｄ22）から制
    御目標データを求め、前記制御目標データと位置設定デ
    ータ（Ｄth２）を比較して警報信号（ＳＡ２）を発生す
    る比較演算部（16Ｂ）とを備えることを特徴とする請求
    項１記載の高周波電源装置。
  6. 【請求項６】 前記比較演算部（16Ｂ）は、前記高周波
    電力の情報を二値化した電力検出データ（Ｄ21）から前
    記整合器（１５）のチューナー位置を調整する整合位置
    データ（Ｄ22）を求めることを特徴とする請求項５記載
    の高周波電源装置。
  7. 【請求項７】 高周波電力を負荷のインピーダンスに整
    合させる整合器（１７）と、前記整合器（１７）の出力
    波形の情報を二値化した波形検出データ（Ｄ31）をサン
    プルホールドし、前記サンプルホールドされた波形検出
    データ（Ｄ31）から前記整合器（１７）の出力波形のピ
    ーク電圧の平均値及び標準偏差を演算する制御器（１
    ８）を備えることを特徴とする高周波電源装置。
  8. 【請求項８】 前記制御器（１８）は、前記整合器（１
    ７）の波形検出データ（Ｄ31）を記憶するメモリ（18
    Ａ）と、前記メモリ（18Ａ）の波形検出データ（Ｄ31）
    をサンプルホールドし、前記ホールドホールドされた波
    形検出データ（Ｄ31）から前記整合器（１７）の出力波
    形のピーク電圧の平均値及び標準偏差を演算する比較演
    算部（18Ｂ）とを有することを特徴とする高周波電源装
    置。
  9. 【請求項９】 前記比較演算部（18Ｂ）は、前記整合器
    （１７）の出力波形のピーク電圧の平均値又は標準偏差
    が、予め設定された閾値設定データ（Ｄth３）を越える
    ときに、警報信号（ＳＡ３）を発生することを特徴とす
    る請求項８記載の高周波電源装置。
  10. 【請求項10】 プラズマを発生するチャンバに設けられ
    た電極（１９）と、前記電極（１９）に高周波電力を供
    給する高周波電源（２０）とを備え、前記高周波電源
    （１９）は、請求項１〜９記載の高周波電源装置を有す
    ることを特徴とするプラズマ発生装置。
  11. 【請求項11】 規定周波数の入力信号又は直流信号を増
    幅する増幅器（２１）と、前記増幅されたマイクロ波の
    電力を検出する電力検出器（２２）と、前記マイクロ波
    の電力を負荷のインピーダンスに整合させる整合器（２
    ３）と、前記増幅器（２１），電力検出器（２２）及び
    整合器（２３）の入出力を制御する制御装置（２４）と
    を備え、前記制御装置（２４）は、請求項２〜９記載の
    制御器（１３），（１６）又は（１８）を有することを
    特徴とするプラズマ発生装置。
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