高频电力供给装置以及点火电压选定方法制造方法及图纸

使负载端电压为高电压，选定等离子体负载的负载端电压为用于产生等离子体放电充分高的点火电压。在从高频电源通过供电部进行的向负载的高频电力的供给中，(a)使高频电源部的内部阻抗为比供电部的特性阻抗低的阻抗，(b)将连接高频电源和负载供给高频电力的供电部的电长度LE相对于高频交流的基本波长λ被选定为预定的关系，由此使负载端电压为高电压。关于供电部的电长度LE的选定，使作为负载的输入端的负载端为开路状态时的电长度LE相对于高频交流的基本波长λ为(2n－1)·(λ/4)－k·λ≤LE≤(2n－1)·(λ/4)+k·λ，n为整数，k为{π－2·cos－1(1/K)}/(4π)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种向负载供给高频电力的高频电源装置以及高频电源装置输出的 电压的选定，该高频电源装置输出的电压的选定用于在从高频电源装置向负载供给高频电 力时，在负载端（负载侧的输入端）发生预定的负载端电压，特别是涉及一种在负载为等离 子体负载时，向等离子体负载供给高频电力使其产生等离子体放电时的打火电压即点火电 压（打火电压）的电压选定。
技术介绍
等离子体处理装置是一种例如向产生等离子体的反应室内设置的电极供给高频 电力使其产生等离子体放电，通过产生的等离子体在基板上实施表面处理的装置，用于半 导体制造等。 图11、12是用于说明等离子体处理装置的一个结构例的图。图11表示简化的等 价电路。图11所示的结构例中，等离子体处理装置100将高频电源101经由供电电缆104 以及匹配器（matchingbox) 103连接在反应室102的电极上，在负载端（负载侧的输入端） 施加点火电压使其产生等离子体，产生等离子体后向等离子体负载供给高频电力。 高频电源101可以等价地由RF电源电压101a(Vg)和内部阻抗101b(Zg)以及低通 滤波器l〇lc(LPF)构成。 匹配器103通过取得高频电源101和负载侧的阻抗匹配来减低从负载侧向高频电 源的反射波电力，提高从高频电源101向负载供给的预定频率的高频电力的供给效率。 图12是使用多个RF电源电压101a(Vg)时的结构例，表示将多个RF电源电压101 的输出电压通过合成器112耦合，经由低通滤波器113输出的普通的高频电源111的结构。 图12所示的电路结构中，将由RF电源电压101a(Vg)和内部阻抗101b(Zg)以及低通滤波器 101c(LPF)组成的各电源部分经由合成器112以及低通滤波器113连接在供电电缆104以 及匹配器103上。 已知对等离子体负载供给电力时，在等离子体的放电开始时负载端的放电电压降 低。因此，在没有施加充分的点火电压时，由于负载端的放电电压的降低造成等离子体的打 火变得不稳定。为了让等离子体打火变得稳定，需要在向等离子体负载供给电力的高频电 源装置中，将充分的高电压作为用于产生等离子体的点火电压（打火电压）施加在负载端 上。 以往，对于高频电源，由于与A级高频电源和B级高频电源相比效率好、能够以简 单的电路放大为大电力，因此主要使用C级高频电源。 另外，已知一般在使用供电电缆进行从高频电源装置向负载的电力供给的电力传 输中，在负载端的电压依存于由供电电缆的电缆长确定的电长度，以及按照高频电力的波 长确定供电电缆的电长度从而满足预定的关系，由此提高负载端的电压。 作为根据供电电缆104的电缆长Lw以及由高频电力的波长确定的电长度LE来进 行阻抗调整和高次谐波成分的匹配的技术，例如以下的文献（专利文献1?3)是公知的。 在专利文献1中，作为以减小针对高频电源的反射波电力来进行电力供给为目的 的阻抗调整器，提出了一种使同轴电缆的长度可变的等离子体CVD装置。 另外，已知由于对于高频电力中的高次谐波成分的不匹配，因传输电缆上混有的 高频成分的行波和反射波而发生驻波，该驻波导致等离子体的生成和分布特性不稳定地变 动，等离子体中的过程的重现性和可靠性降低的问题。对于该问题，提出了一种使传输线路 的线路长相对于高频电力的第3高次谐波的波长A比A/2或者3A/4短的等离子体处理 装置（参照专利文献2)、以及预先按照过程条件确定电缆长度，使得反射波电力的高次谐 波成分的等级为基本波的等级以下的等离子体处理装置（参照专利文献3)。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2003-178989号公报（权利要求9,段落) 专利文献2 :日本特开2004-247401公报（权利要求1、2、3,段落) 专利文献3 :日本特开2010-177525公报（段落，段落)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 如上所述，在利用高频电源的电力供给中有时要求提高负载端电压。例如，等离子 体负载的情况下，为了使负载从无放电状态开始放电，变为等离子体放电的状态，需要在负 载端施加产生等离子体的充分高的电压。 如
技术介绍
中所示，已知在等离子体负载中放电开始时放电电压降低这一问题， 另外，已知一种根据供电电缆的电缆长改变电长度来提高负载端电压的技术，所以对于在 负载端施加对于产生等离子体足够高的电压这一课题，设想采用基于供电电缆的电缆长的 负载端的电压上升技术。 然而，在现有使用的C级高频电源装置中，在应用根据供电电缆的电缆长改变电 长度，升高负载端的电压的技术的情况下，存在以下所示的负载端电压的限制和高频电源 装置的自身振荡等问题，因此难以对负载端施加为了产生等离子体足够高的电压。因此，无 法通过采用基于供电电缆的电缆长的负载端的电压上升技术来在负载端施加高电压。 [负载端电压的限制] 以往的高频电源装置有负载端电压被限制在电源电压以下这一问题点。C级高频 电源由于其放大方式的特性使得负载端电压被限制在电源电压以下，因此无法获得对于等 离子体点火充分的点火电压（打火电压），等离子体的打火性能受到限制。 图13表示图11的C级的高频电源101的等价电路。C级高频电源是将C级放大 电路的电力放大元件作为降压器动作，通过等价地改变内部阻抗28来使电力可变。 这里，一般在高频电源101的内部阻抗&和从高频电源看去的负载阻抗Zin相匹 配的状态下，为了将额定输出时向负载供给的电力为最大，通常，将C级高频电源的内部阻 抗冗8设定为负载阻抗Zin。 例如，负载阻抗&的阻抗为50 [欧姆]，另外，电缆的特性阻抗ZQ也为50 [欧姆] 的情况下，为了使得负载阻抗Zin为50[欧姆]，将C级高频电源的内部阻抗Zg设定为在电 源的额定输出时为50 [欧姆]。 Zin = 时向负载阻抗&的供给电力1\为最大，例如可以从以下的式子导出。 向负载阻抗&的供给电力用以下的式子（1)表示。 PL= {Vg/(Zg+ZL)}2XZL...... (1) 为了该供给电力为最大，可以根据将式子（1)用负载阻抗4进行微分的（dpy dZj为0的条件得出。 (dPL/dZL) =Vg2X{l/(Zg+ZL)2 - 2ZL/(Zg+ZL)3} = 0……（2) Zg =ZL......(3) 上述式子（3)表示供给电力为最大是内部阻抗Zg与负载阻抗& 一致的情况。 因此，在假设负载阻抗&是电压驻波比（VSWR)为无穷大的负载时的情况下，C级 高频电源输出的负载端电压 '的最大值被限制为RF电源电压Vg。 例如，在负载为额定负载& = 50 [欧姆]的情况下，C级高频电源能够输出的负载 端电压 '是将RF电源电压Vg用内部阻抗Zg和负载阻抗&分压后的Vg/2,该电压为额定 电压。另外，负载为开路状态时，能够由C级高频电源输出的负载端电压'为RF电源电压 Vg，即使为最大也只能将负载端电压上升到额定电压（Vg/2)的2倍。 所以，在等离子体负载中，无法使负载端电压产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频电力供给装置，其特征在于，具备：通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流的高频电源部；以及连接在所述高频电源部的输出端和作为负载的输入端的负载端之间，将所述高频交流提供给负载的供电部，所述高频电源部的内部阻抗是比所述供电部的特性阻抗低的阻抗，所述供电部在所述负载端为开路状态时的电长度LE是相对于所述高频交流的基本波长λ被选定为(2n－1)·(λ/4)－k·λ≤LE≤(2n－1)·(λ/4)+k·λ的值，n为整数，k是在0～λ/4的范围内决定的常数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.18 JP 2012-1371401. 一种高频电力供给装置，其特征在于，具备： 通过开关动作将直流电源的直流变换为高频交流的高频电源部；以及 连接在所述高频电源部的输出端和作为负载的输入端的负载端之间，将所述高频交流 提供给负载的供电部， 所述高频电源部的内部阻抗是比所述供电部的特性阻抗低的阻抗， 所述供电部在所述负载端为开路状态时的电长度Le是相对于所述高频交流的基本波 长 λ 被选定为（2n - 1) · ( λ /4) - k · λ < Le < (2n - 1) · (λ /4) +k · λ 的值，η 为整 数，k是在O?λ/4的范围内决定的常数。2. 根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述供电部是将所述高频电源部的输出端和所述负载的负载端电连接的供电电缆， 所述高频电源部的内部阻抗是比所述供电电缆的特性阻抗低的阻抗， 所述供电电缆的电缆长度是使所述负载的负载端为开路状态时的电长度Le为相 对于所述高频交流的基本波长λ被选定为（2η - 1) ·( λ /4) - k · λ彡Le彡（2η - I) · (λ/4)+k· λ的电长度的长度，η为整数，k是在O?λ/4的范围内决定的常数。3. 根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述供电部是将所述高频电源部的输出端和所述负载的负载端电连接的、由电容器及 电抗器的串联共振电路构成的滤波电路， 所述高频电源部的内部阻抗是比所述滤波电路的特性阻抗低的阻抗， 关于所述滤波电路的电长度Le，使所述负载端为开路状态时的电长度Le为相对于所述 高频交流的基本波长λ被选定为（2η - 1) · ( λ /4) - k · λ彡Le彡（2η - 1) · ( λ /4) +k · λ 的电长度，η为整数，k是在O?λ /4的范围内决定的常数。4. 根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述供电部是将所述高频电源部的输出端和所述负载的负载端电连接的、由电容器及 电抗器的电路构成的滤波电路和供电电缆的串联电路， 所述高频电源部的内部阻抗是比所述串联电路的特性阻抗低的阻抗， 关于所述串联电路的电长度Le，使所述负载端为开路状态时的电长度Le为相对于所述 高频交流的基本波长λ被选定为（2η - 1) · ( λ /4) - k · λ彡Le彡（2η - 1) · ( λ /4) +k · λ 的电长度，η为整数，k是在O?λ /4的范围内决定的常数。5. 根据权利要求1至4中的任意一项所述的高频电力供给装置，其特征在于， 所述常数k为{> - 2 · cos - 1 (1/Κ)}八4 π )，是用于决定使负载端电压Vz为RF电源 电压Vg的K倍的电长度Le的范围的常数，z = Le。6. -种点火电压选定方法，其用于选定在作为等离子体负载的输入端的负载端，使等 离子体负载产生等离子体放电的点火电压， 所述点火电压选定方法的特征在于， 在通过供电部...

【专利技术属性】
技术研发人员：让原逸男，相川谕，国玉博史，
申请(专利权)人：株式会社京三制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP