【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プラズマ処理装置に用いて好適な高周波電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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の重要性がますます高まってきている。
従来のプラズマ処理装置として、周波数の異なる２つの高周波電力を真空容器内に設けられたアンテナに印加することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内の基板電極上に載置された基板に対してプラズマ処理するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１３０７１９号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【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に用いる高周波電源装置においては、次ような問題がある。
すなわち、アンテナに２つの異なる周波数の高周波電力を印加すると、２つの周波数が振幅変調されてしまい、その高い方の周波数の左右に側帯波が発生して高周波電源の反射波を精度良く検出することができない。特に、プラズマの持つ非線形特性のため、アンテナに印加している２つの高周波電力の周波数に高調波が発生し、振幅変調で現れる側波帯が広い周波数範囲で大量に発生する。このようなこともあって、高周波電源の反射波を精度良く検出できない。
【０００５】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、アンテナに高周波電力を印加することにより生ずる反射波を精度良く検出することができる高周波電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の高周波電源装置は、自己の発生する高周波電力の周波数よりも低い周波数の高周波電力を発生する第２高周波電源装置とともに負荷に高周波電力を印加する高周波電源装置において、前記負荷に高周波電力を印加することで生ずる反射波を受信して表示する反射波表示手段と、本装置が出力する高周波電力の周波数をｆ１、前記第２高周波電源装置が出力する高周波電力の周波数をｆ２として、ｆ１＋ｆ２以上の周波数範囲とｆ１−ｆ２以下の周波数範囲での減衰率が−３０ｄＢ以上で且つｆ１±０．４×ｆ２内の周波数範囲で減衰率が−３ｄＢ以内の特性を持つバンドパスフィルタとを具備し、このバンドパスフィルタを前記反射波表示手段の入力側に設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、バンドパスフィルタによって、周波数ｆ１の高周波電力波の左右に発生する側帯波を低減させるので、アンテナ等の負荷からの反射波を精度良く検出することが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る発明のプラズマ処理装置は、請求項１に係る発明の高周波電源装置を具備することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、アンテナからの反射波を精度良く検出することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る高周波電源装置を装備したプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【００１１】
この図において、プラズマ処理装置は真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力を保ちながら、高周波電源装置４ａからは周波数ｆ１＝１００ＭＨｚの高周波電力を、高周波電源装置４ｂからは周波数ｆ２＝５００ＫＨｚの高周波電力を真空容器１内に突出して設けられたアンテナ５に供給する構成である。この場合、アンテナ５への高周波電力の給電を、給電棒９を介してアンテナ５の中心付近に行う。
アンテナ５に高周波電力を給電することで真空容器１内にプラズマが発生し、真空容器１内の基板電極６上に載置した基板７に対してプラズマ処理を行うことができる。
【００１２】
アンテナ５の表面にはカバー１１を設けている。アンテナ５と真空容器１の内壁面との間には誘電板１０を設けて、この誘電板１０に開けた貫通孔を挿通する給電棒９によってアンテナ５と高周波電源装置４ａ及び４ｂとを接続している。誘電板１０と離間した誘電板１０の周辺部には誘電体リング１２を設け、また、アンテナ５（カバー１１）と離間したアンテナ５の周辺部には導体リング１３を設けて、誘電体リング１２及び導体リング１３とアンテナ５、カバー１１及び誘電板１０との間の溝状空間にプラズマトラップ１４を形成している。基板電極６は真空容器１の側壁内面より突出した支柱１８によって、真空容器１内に固定している。基板電極６には、基板電極用高周波電源装置８から高周波電力を供給して、基板７に到達するイオンエネルギーのエネルギー量が制御される。
【００１３】
ターボ分子ポンプ３を真空容器１の下方に形成した排気口１５の直下に設け、排気口１５の上方には調圧弁１６を設けている。調圧弁１６は、基板電極６の直下でかつターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁であり、真空容器１を所定の圧力に制御する。真空容器１の側壁内側には石英等で形成したチャンバ１７を設けてプラズマ処理による真空容器１内の汚れを防止している。高周波電源装置４ａ及び４ｂと給電棒９との間には整合回路１９を設けて、アンテナ５のインピーダンスを同軸線路としての同軸管２０の特性インピーダンスに整合させるようにしている。
【００１４】
図２は、高周波電源装置４ａの概略構成を示すブロック図である。
この図において、１００ＭＨｚの高周波電力を出力する高周波電源装置４ａは、出力端子２１、方向性結合器２２、進行波表示器２３、バンドパスフィルタ２４及び反射波表示器２５を備えている。
なお、５００ＫＨｚの高周波電力を出力する第２高周波電源装置４ｂは、バンドパスフィルタ２４を備えていない点と、出力する高周波電力の周波数が異なる以外、高周波電源装置４ａと同様の構成を採る。
【００１５】
方向性結合器２２は、高周波電源装置４ａ本体から高周波電力を出力したときの進行波とアンテナ５より反射されて戻ってくる反射波を分離する。方向性結合器２２によって分離された進行波は進行波表示器２３に入力されて、その大きさを示す表示が行われる。一方、方向性結合器２２によって分離された反射波はバンドパスフィルタ２４にて不要な成分が除去された後、反射波表示器２５に入力される。
【００１６】
バンドパスフィルタ２４は、中心周波数が１００ＭＨｚ、挿入損失が−６ｄＢ、−３ｄＢ通過帯域幅が３６０ＫＨｚ、１００ＭＨｚ＋５００ＫＨｚ以上の周波数で−４０ｄＢ以上の減衰率、１００ＭＨｚ−５００ＫＨｚ以下の周波数で−４０ｄＢ以上の減衰率を持つものである。
このような特性を持つバンドパスフィルタ２４を反射波表示器２５の入力側に設けることで、第２高周波電源装置４ｂが出力する高周波電力よりも高い周波数（ｆ１）の高周波電力を出力する高周波電源装置４ａの高周波電力波の左右に、従前より発生していた側帯波を減衰させることができる。これにより、高周波電源装置４ａの反射波表示器２５には、アンテナ５からの反射波が正確に表示される。
【００１７】
すなわち、従来技術では、高周波電源装置４ａ及び４ｂからの周波数の異なる２つの高周波電力をアンテナ５に印加することで２つの周波数が相互に干渉して振幅変調されてしまい、その高い方の周波数、つまり高周波電源装置４ａの高周波電力波の左右に側帯波が発生するが、その側帯波をバンドパスフィルタ２４で除去することで、アンテナ５からの反射波を精度良く検出でき、反射波表示器２５には正確な値の反射波が表示される。
なお、バンドパスフィルタ２４は、受動素子で構成することでコストの上昇を最小限に抑えることができるが、割高になるが能動素子で構成することも可能である。
【００１８】
ここで、図３はバンドパスフィルタ２４の入力端子でのスペクトル波形であり、図４はバンドパスフィルタ２４の出力端子でのスペクトル波形である。これらの図から分かるように、バンドパスフィルタ２４の入力端子では反射波の他に様々な周波数成分の信号が見受けられるが、出力端子では反射波のみが得られる。
【００１９】
このように、本実施の形態のプラズマ処理装置は、周波数の高い高周波電力を出力する高周波電源装置４ａの反射波表示器２５の入力側に、中心周波数が１００ＭＨｚ、挿入損失が−６ｄＢ、−３ｄＢ通過帯域幅が３６０ＫＨｚ、１００ＭＨｚ＋５００ＫＨｚ以上の周波数で−４０ｄＢ以上の減衰率、１００ＭＨｚ−５００ＫＨｚ以下の周波数で−４０ｄＢ以上の減衰率を持つバンドパスフィルタ２４を設けたので、高周波電源装置４ａの高周波電力波の左右に発生する側帯波を減衰でき、アンテナ５からの反射波の値を正確に反射波表示器２５にて表示することが可能となる。
【００２０】
なお、本実施の形態では、１００ＭＨｚの高周波電力と５００ＫＨｚの高周波電力に適合する特性を持ったバンドパスフィルタ２４を用いたが、２つの高周波電力の周波数をｆ１（Ｈｚ）とｆ２（Ｈｚ）とした場合、ｆ１＋ｆ２以上の周波数範囲とｆ１−ｆ２以下の周波数範囲での減衰率が−３０ｄＢ以上、かつｆ１±０．４×ｆ２内の周波数範囲で減衰率が−３ｄＢ以内の特性を満たせば、いかなる周波数の高周波電力に適合する特性を持つバンドパスフィルタを実現することができる。
【００２１】
また、本実施の形態では、アンテナ５に印加する高周波電力の周波数ｆ１とｆ２が１００ＭＨｚと５００ＫＨｚである場合について説明したが，振幅変調が可能であるどのような周波数の組み合わせであっても本発明は有効であることは言うまでもない。
【００２２】
また、本実施の形態では、バンドパスフィルタ２４を高周波電源装置４ａに内蔵させている場合について説明したが、高周波電源装置４ａの外部に設けるようにしても良い。
【００２３】
また、本実施の形態では、真空容器１の形状、アンテナ４の形状及び配置、バンドパスフィルタ２４の配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎず、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の高周波電源装置によれば、周波数の低い高周波電力を出力する高周波電源装置と同時使用した場合に発生する高周波電力波の側帯波を低減できるので、アンテナ等の負荷に高周波電力を印加することにより発生する反射波を正確に表示することができる。
【００２５】
請求項２に係る発明のプラズマ処理装置によれば、アンテナに高周波電力を印加することにより発生する反射波を正確に表示することが可能なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の高周波電源の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の高周波電源のバンドパスフィルタ入力端子でのスペクトル波形図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るプラズマ処理装置の高周波電源のバンドパスフィルタ出力端子でのスペクトル波形図である。
【符号の説明】
１ 真空容器
４ａ、４ｂ 高周波電源装置
５ アンテナ
６ 基板電極
７ 基板
２２ 方向性結合器
２４ バンドパスフィルタ
２５ 反射波表示器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency power supply device suitable for use in a plasma processing apparatus used for manufacturing electronic devices such as semiconductors and liquid crystals and micromachines.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the manufacture of electronic devices such as semiconductors and liquid crystals, and micromachines, the importance of a thin film processing technique using plasma processing has been increasing more and more.
As a conventional plasma processing apparatus, two high-frequency powers having different frequencies are applied to an antenna provided in a vacuum vessel to generate plasma in the vacuum vessel and mounted on a substrate electrode in the vacuum vessel. 2. Description of the Related Art An apparatus that performs plasma processing on a substrate is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-130719 (page 4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the high-frequency power supply used in the conventional plasma processing apparatus has the following problems.
That is, when high-frequency power of two different frequencies is applied to the antenna, the two frequencies are amplitude-modulated, and sidebands are generated on the left and right of the higher frequency to accurately detect the reflected wave of the high-frequency power supply. Can not. In particular, due to the non-linear characteristics of the plasma, harmonics are generated at the frequencies of the two high-frequency powers applied to the antenna, and a large number of sidebands appearing in amplitude modulation are generated in a wide frequency range. For these reasons, the reflected wave of the high-frequency power supply cannot be detected accurately.
[0005]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a high-frequency power supply device that can accurately detect a reflected wave generated by applying high-frequency power to an antenna.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The high-frequency power supply according to claim 1 is a high-frequency power supply that applies high-frequency power to a load together with a second high-frequency power supply that generates a high-frequency power having a frequency lower than the frequency of the high-frequency power generated by itself. A reflected wave display means for receiving and displaying a reflected wave generated by applying high-frequency power to the device, a frequency f1 of the high-frequency power output from the apparatus, and a frequency f2 of the high-frequency power output from the second high-frequency power supply. A band-pass filter having an attenuation rate of -30 dB or more in a frequency range of f1 + f2 or more and a frequency range of f1-f2 or less and an attenuation rate of -3 dB or less in a frequency range of f1. +-. 0.4.times.f2. Wherein the band-pass filter is provided on the input side of the reflected wave display means.
[0007]
According to this configuration, the bandpass filter reduces sidebands generated on the left and right of the high-frequency power wave of the frequency f1, so that it is possible to accurately detect a reflected wave from a load such as an antenna.
[0008]
A plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention includes the high-frequency power supply device according to the first aspect of the present invention.
[0009]
According to this configuration, it is possible to provide a plasma processing apparatus that can accurately detect a reflected wave from the antenna.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus equipped with a high-frequency power supply according to one embodiment of the present invention.
[0011]
In this figure, a plasma processing apparatus exhausts gas by a turbo molecular pump 3 as an exhaust device while introducing a predetermined gas from a gas supply device 2 into a vacuum vessel 1, while maintaining a predetermined pressure inside the vacuum vessel 1. The high-frequency power supply device 4a supplies high-frequency power having a frequency f1 = 100 MHz, and the high-frequency power supply device 4b supplies high-frequency power having a frequency f2 = 500 KHz to an antenna 5 protruding into the vacuum vessel 1. In this case, high-frequency power is supplied to the antenna 5 via the power supply rod 9 near the center of the antenna 5.
By supplying high-frequency power to the antenna 5, plasma is generated in the vacuum vessel 1, and plasma processing can be performed on the substrate 7 placed on the substrate electrode 6 in the vacuum vessel 1.
[0012]
A cover 11 is provided on the surface of the antenna 5. A dielectric plate 10 is provided between the antenna 5 and the inner wall surface of the vacuum vessel 1, and the antenna 5 and the high-frequency power supply devices 4a and 4b are connected by a feed rod 9 inserted through a through hole formed in the dielectric plate 10. ing. A dielectric ring 12 is provided around the dielectric plate 10 distant from the dielectric plate 10, and a conductor ring 13 is provided around the antenna 5 distant from the antenna 5 (cover 11). A plasma trap 14 is formed in a groove-shaped space between the conductor ring 13 and the antenna 5, the cover 11, and the dielectric plate 10. The substrate electrode 6 is fixed in the vacuum vessel 1 by a column 18 projecting from the inner surface of the side wall of the vacuum vessel 1. High frequency power is supplied to the substrate electrode 6 from the high frequency power supply device 8 for the substrate electrode, and the amount of ion energy reaching the substrate 7 is controlled.
[0013]
The turbo molecular pump 3 is provided immediately below an exhaust port 15 formed below the vacuum vessel 1, and a pressure regulating valve 16 is provided above the exhaust port 15. The pressure regulating valve 16 is an elevating valve located immediately below the substrate electrode 6 and directly above the turbo molecular pump 3, and controls the vacuum vessel 1 to a predetermined pressure. A chamber 17 made of quartz or the like is provided inside the side wall of the vacuum vessel 1 to prevent contamination in the vacuum vessel 1 due to plasma processing. A matching circuit 19 is provided between the high-frequency power supply devices 4a and 4b and the feeding rod 9 so that the impedance of the antenna 5 is matched with the characteristic impedance of the coaxial tube 20 as a coaxial line.
[0014]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the high-frequency power supply device 4a.
In this figure, a high-frequency power supply 4a that outputs high-frequency power of 100 MHz includes an output terminal 21, a directional coupler 22, a traveling-wave display 23, a band-pass filter 24, and a reflected-wave display 25.
The second high-frequency power supply 4b that outputs high-frequency power of 500 KHz has a configuration similar to that of the high-frequency power supply 4a except that the second high-frequency power supply 4b does not include the bandpass filter 24 and that the frequency of the high-frequency power to be output is different.
[0015]
The directional coupler 22 separates a traveling wave when high-frequency power is output from the high-frequency power supply device 4a main body and a reflected wave that is reflected back from the antenna 5 and returned. The traveling wave separated by the directional coupler 22 is input to the traveling wave display 23, and a display indicating its magnitude is performed. On the other hand, the reflected wave separated by the directional coupler 22 is input to the reflected wave display 25 after unnecessary components are removed by the band-pass filter 24.
[0016]
The band-pass filter 24 has a center frequency of 100 MHz, an insertion loss of -6 dB, a -3 dB pass bandwidth of 360 kHz, an attenuation rate of -40 dB or more at a frequency of 100 MHz + 500 kHz or more, and an attenuation rate of -40 dB or more at a frequency of 100 MHz-500 kHz or less. With
By providing the band-pass filter 24 having such characteristics on the input side of the reflected wave display 25, a high-frequency power supply that outputs high-frequency power (f1) higher than the high-frequency power output from the second high-frequency power supply device 4b It is possible to attenuate the sideband generated before and to the left and right of the high-frequency power wave of the device 4a. Thus, the reflected wave from the antenna 5 is accurately displayed on the reflected wave display 25 of the high-frequency power supply 4a.
[0017]
That is, in the related art, when two high-frequency powers having different frequencies from the high-frequency power supply devices 4a and 4b are applied to the antenna 5, the two frequencies interfere with each other and are amplitude-modulated. In other words, sidebands are generated on the left and right sides of the high-frequency power wave of the high-frequency power supply device 4a. By removing the sidebands with the band-pass filter 24, the reflected wave from the antenna 5 can be detected with high accuracy. Shows a reflected wave of an accurate value.
The band-pass filter 24 can be made up of passive elements to minimize the increase in cost. However, although it is expensive, it can be made up of active elements.
[0018]
Here, FIG. 3 shows a spectrum waveform at the input terminal of the bandpass filter 24, and FIG. 4 shows a spectrum waveform at the output terminal of the bandpass filter 24. As can be seen from these figures, signals of various frequency components can be seen at the input terminal of the bandpass filter 24 in addition to the reflected wave, but only the reflected wave is obtained at the output terminal.
[0019]
As described above, the plasma processing apparatus according to the present embodiment has a center frequency of 100 MHz, an insertion loss of -6 dB, and -3 dB on the input side of the reflected wave display 25 of the high-frequency power supply 4a that outputs high-frequency high-frequency power. Since the band-pass filter 24 having a pass band width of 360 KHz, an attenuation rate of -40 dB or more at a frequency of 100 MHz + 500 KHz or more, and an attenuation rate of -40 dB or more at a frequency of 100 MHz-500 KHz or less is provided, the high frequency power wave of the high frequency power supply device 4a is provided. Can be attenuated, and the value of the reflected wave from the antenna 5 can be accurately displayed on the reflected wave display 25.
[0020]
In this embodiment, the band-pass filter 24 having characteristics suitable for the high-frequency power of 100 MHz and the high-frequency power of 500 KHz is used, but the frequencies of the two high-frequency powers are f1 (Hz) and f2 (Hz). In this case, if the attenuation rate in the frequency range of f1 + f2 or more and the frequency range of f1-f2 or less satisfies the characteristic of −30 dB or more and the attenuation rate in the frequency range of f1 ± 0.4 × f2 within -3 dB, It is possible to realize a bandpass filter having characteristics suitable for high-frequency power of any frequency.
[0021]
Further, in the present embodiment, the case where the frequencies f1 and f2 of the high-frequency power applied to the antenna 5 are 100 MHz and 500 KHz has been described. However, the present invention can be applied to any combination of frequencies capable of amplitude modulation. Is effective.
[0022]
Further, in the present embodiment, the case has been described where the bandpass filter 24 is incorporated in the high-frequency power supply device 4a, but it may be provided outside the high-frequency power supply device 4a.
[0023]
Further, in the present embodiment, only a part of various variations regarding the shape of the vacuum vessel 1, the shape and arrangement of the antenna 4, the arrangement of the band-pass filter 24, and the like are illustrated, and other than the examples illustrated here. Needless to say, various variations are possible.
[0024]
【The invention's effect】
According to the high-frequency power supply device of the first aspect of the present invention, since the sideband of the high-frequency power wave generated when used simultaneously with the high-frequency power supply device that outputs low-frequency high-frequency power can be reduced, a high-frequency A reflected wave generated by applying power can be accurately displayed.
[0025]
According to the plasma processing apparatus of the second aspect, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of accurately displaying a reflected wave generated by applying high-frequency power to an antenna.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a high-frequency power supply of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a spectrum waveform diagram at a band-pass filter input terminal of a high-frequency power supply of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a spectrum waveform diagram at a band-pass filter output terminal of a high-frequency power supply of the plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 4a, 4b High frequency power supply 5 Antenna 6 Substrate electrode 7 Substrate 22 Directional coupler 24 Bandpass filter 25 Reflected wave display
