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HIGH-FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE AND PLASMA GENERATOR achieved

Patent code P110004398
File No. Y03-P346-1
Posted date Jul 13, 2011
Application number P2009-298645
Publication number P2010-157511A
Patent number P4852140
Date of filing Dec 28, 2009
Date of publication of application Jul 15, 2010
Date of registration Oct 28, 2011
Priority data
  • P2003-008648 (Jan 16, 2003) JP
Inventor
  • (In Japanese)節原 裕一
  • (In Japanese)庄司 多津男
  • (In Japanese)釜井 正善
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title HIGH-FREQUENCY POWER SUPPLY DEVICE AND PLASMA GENERATOR achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency power supply device and a plasma generator which reduce the variations of high-frequency voltages generated by antennas to be capable of generating uniform plasma even if a plasma generating unit is increased in bore diameter and volume, thus stabilizes plasma-based thin film formation and plasma ion implantation.
SOLUTION: The high-frequency power supply device includes two or more inductive antennas 1, high-frequency power supplies 2 and 4 which supply power to each of the antennas 1, high-frequency power amplifiers 4 each included in each of the high-frequency power supplies 2 and 4 and corresponding to each of the antennas 1, and an impedance matching passive circuit and a line that are disposed between the high-frequency output end of each high-frequency power amplifier 4 and each antenna 1. In order to avoid the generation of a standing wave at each antenna 1, the length between the output end of the passive circuit and a given point on the corresponding antenna 1 is determined to be less than 1/4 of the wavelength of high-frequency power when the high-frequency power propagates through each line and antenna 1 as a power wave.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

高周波電力を用いた誘導結合方式のプラズマ発生装置は、高密度のプラズマを発生できることから高いスループットを実現でき、基板の薄膜形成処理やプラズマイオン注入処理に使用されるようになってきた。

高周波電力を用いた誘導結合方式のプラズマ発生装置では、少なくとも1つのアンテナに印加される高周波電圧の対地振幅が大きくなると異常放電を生じ易くなると共にプラズマの電位変動が大きくなってプラズマダメージを生じることから、アンテナに発生する高周波電圧を低減することが求められている。

このため、従来では、図25に示すように、高周波電源51からの高周波電力を高周波電力伝送用分布定数線路(50Ω)52およびインピーダンス整合器53を介して、複数の負荷としてのアンテナ54に供給するようになっている。また、高周波電源51においては、発振器55からの高周波信号を複数の増幅器56でそれぞれ増幅してそれぞれ高周波電力とし、それら高周波電力を位相整合器57にて合わせて出力するようになっている。

このようなアンテナ54への高周波電力の供給方式において、2つ以上のアンテナ54を用いる誘導結合方式のプラズマ発生装置では、図26に示すようにアンテナ54の各々への高周波電力を配線部58により直列ではなく並列にて供給する方式が用いられていた(特許文献1)。

これは、有限のインダクタンスを有する2つ以上のアンテナ54の各々へ高周波電力を直列に供給した場合と並列に供給した場合を比較すると、各々のアンテナ54の端子間に発生する高周波電圧は各々のアンテナ54のインダクタンスと高周波電流の積に比例する点では両者とも同じであるが、合成インダクタンスは直列に高周波電力を供給する場合に比べて並列に高周波電力を供給する方が低減可能であるためである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、特に大面積基板の薄膜形成処理やプラズマイオン注入法における長尺部材のイオン注入処理に適する、高周波電力供給装置およびプラズマ発生装置に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
誘導性の電気的に互いに独立した各負荷としての各アンテナ導体を2つ以上設けた高周波電力供給装置において、
電気的に互いに独立した各アンテナ導体に対して高周波電力を供給するための高周波電源が、対応する各アンテナ導体にそれぞれ設けられ、
上記各高周波電源は、それぞれ、対応するアンテナ導体に対する高周波電力増幅器を増幅周波数2~50MHzにて備え、
上記高周波増幅器の高周波出力と上記アンテナ導体との間にインピーダンス整合用の受動回路設けられ、
上記各アンテナ導体での定在波の発生を回避するために、
上記受動回路から対応する上記アンテナ導体を通り上記受動回路に戻るまでの長さが、上記高周波電力が各アンテナ導体を波として伝搬する際の上記高周波電力の波長の1/4未満であることを特徴とする高周波電力供給装置。

【請求項2】
 
請求の範囲第1項に記載の高周波電力供給装置において、
各々のアンテナ導体に供給される高周波電流の周波数をそれぞれ制御するための周波数変調制御部が、各々のアンテナ導体に取り付けられた個々の高周波電源で独立に、かつ1種類以上の周波数の高周波電流が2つ以上のアンテナ導体に同時に供給されると共に、それぞれのアンテナ導体に供給される高周波電流の周波数変調によりそれぞれのアンテナ導体に対するインピーダンス整合が図られるように設けられている高周波電力供給装置。

【請求項3】
 
請求の範囲第1項に記載の高周波電力供給装置において、
各々のアンテナ導体に供給される高周波電流の位相を、それぞれ制御するための位相変調制御部が、各々のアンテナ導体に取り付けられた個々の高周波電源で独立に、かつ同位相または位相の異なる高周波電流が2つ以上のアンテナ導体に同時に供給されるように設けられている高周波電力供給装置。

【請求項4】
 
請求の範囲第1項に記載の高周波電力供給装置において、
各々のアンテナ導体に供給される高周波電力を、それぞれ制御するための電力制御部が、各々のアンテナ導体に対応した個々の電源で独立に、かつ1種類以上の高周波電力が2つ以上のアンテナ導体に同時に供給されるように設けられている高周波電力供給装置。

【請求項5】
 
請求の範囲第1項ないし第4項の何れか1項に記載の高周波電力供給装置と、
上記高周波電力供給装置のアンテナ導体が高周波電力の印加によりプラズマを発生するように取り付けられた真空容器とを備えたプラズマ発生装置。

【請求項6】
 
請求の範囲第5項に記載のプラズマ発生装置において、
高周波電力の高周波電流、高周波電圧、位相およびアンテナ導体近傍のプラズマ状態の逐次測定値をフィードバックし、位相変調、周波数変調、ないし振幅変調の何れかにより2つ以上のアンテナ導体に供給する高周波電力を独立かつ能動的に制御することによってそれぞれのアンテナ導体に対するインピーダンス整合の制御と、真空容器内のプラズマの均一性および再現性の制御とを行う制御システムが設けられ、
プラズマ状態を現すモニターが設けられているプラズマ発生装置。

【請求項7】
 
請求の範囲第5項に記載のプラズマ発生装置において、
それぞれのアンテナ導体に供給されるパルス状の高周波電力に基づき発生する各プラズマの空間分布パターンを互いに変化させるように各高周波電源をそれぞれ制御する電源制御部が設けられているプラズマ発生装置。

【請求項8】
 
請求の範囲第5項に記載のプラズマ発生装置において、
上記電源制御部は、各プラズマの空間分布パターンを周期的ないし互いに独立に変化させるものであるプラズマ発生装置。

【請求項9】
 
請求の範囲第5項に記載のプラズマ発生装置において、
アンテナ導体を互いに隣り合う複数のグループに分け、
上記電源制御部は、隣り合う各グループ間でのパルス動作をずらすようになっているプラズマ発生装置。

【請求項10】
 
請求の範囲第9項に記載のプラズマ発生装置において、
上記電源制御部は、隣り合う各グループ間でのパルスのON/OFF動作を互いに排他的にずらすようになっているプラズマ発生装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2009298645thum.jpg
State of application right Registered
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