JPH0796710B2 - High frequency automatic matching device - Google Patents
High frequency automatic matching deviceInfo
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- JPH0796710B2 JPH0796710B2 JP25508388A JP25508388A JPH0796710B2 JP H0796710 B2 JPH0796710 B2 JP H0796710B2 JP 25508388 A JP25508388 A JP 25508388A JP 25508388 A JP25508388 A JP 25508388A JP H0796710 B2 JPH0796710 B2 JP H0796710B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波グロー放電を利用した成膜装置の高周
波自動整合装置に関するものである。The present invention relates to a high-frequency automatic matching device for a film forming apparatus using high-frequency glow discharge.
高周波放電を用いた成膜装置または薄膜処理装置におい
て高周波グロー放電の放電インピーダンスを高周波電源
のインピーダンスに整合させることは、成膜または薄膜
処理を行なう上で、必須の条件である。Matching the discharge impedance of a high frequency glow discharge to the impedance of a high frequency power source in a film forming apparatus or a thin film processing apparatus using high frequency discharge is an essential condition for performing film forming or thin film processing.
通常、高周波放電中の放電インピーダンスは、真空容器
中のガス圧の変化や磁界の変化により数十％程度変動す
る。これに対し、高周波電源の出力インピーダンスは規
格化されており、50Ω（または75Ω）である。また、伝
送テーブル類もこの規格値となっている。従って、放電
インピーダンスと出力インピーダンスとの差が大きい
と、高周波電力の進行波が減少し、反射波が増加する。
このため、負荷である高周波放電に電力が供給されなく
なると共に異常な高電圧が発生し、反射電力により高周
波電源装置が故障する恐れがある。Normally, the discharge impedance during high-frequency discharge fluctuates by several tens of percent due to changes in the gas pressure in the vacuum container and changes in the magnetic field. On the other hand, the output impedance of the high frequency power supply is standardized and is 50Ω (or 75Ω). In addition, the transmission tables also have this standard value. Therefore, when the difference between the discharge impedance and the output impedance is large, the traveling wave of the high frequency power decreases and the reflected wave increases.
For this reason, electric power is not supplied to the high-frequency discharge, which is a load, an abnormally high voltage is generated, and the high-frequency power supply device may fail due to reflected power.
このため、放電インピーダンスと出力インピーダンスと
を整合させる高周波自動整合装置が提案されている。こ
の高周波自動整合装置は、種類により手動で整合するも
のと、自動で整合するものとがある。Therefore, a high-frequency automatic matching device that matches the discharge impedance and the output impedance has been proposed. This high-frequency automatic matching device includes a manual matching device and an automatic matching device, depending on the type.
第２図は従来の自動で放電インピーダンスの整合行なう
高周波自動整合装置を示すブロック図である。図におい
て、１は高周波電源、2aは高周波自動整合装置、３は高
周波グロー放電により成膜または薄膜処理を行なう真空
容器である。ここで、高周波自動整合装置2aは、高周波
電力の進行波成分と反射波成分とを検出する方向性結合
器４、この方向性結合器４からの信号を入力して真空容
器３内の反射波電力が最小となるように同調用バリコン
CV1,整合用バリコンCV2を駆動用モータM1,M2を介して制
御するオートマッチングコントローラから構成されてい
る。なお、Ｌは整合用バリコンCV2に直列に接続された
整合用のコイルである。次に、高周波自動整合装置2aの
動作について説明する。まず、放電開始後に真空容器３
内の高周波放電インピーダンスが磁界条件や作動ガス圧
等によって変動すると、方向性結合器４は真空容器３内
の反射波成分と進行波成分との割合が変化したことを検
出する。次に、オートマッチングコントローラ７は方向
性結合器４からの信号（S1は進行波成分の信号、S2は反
射波成分の信号）に基づいて、放電インピーダンスの値
を規格値に整合するため、駆用動モータM1,M2を制御し
て同調用バリコンCV1,および整合用バリコンCV2を調整
する。これにより、真空容器３内の放電インピーダンス
と高周波電源および伝送系のインピーダンスの整合がと
れる。FIG. 2 is a block diagram showing a conventional high-frequency automatic matching device for automatically matching discharge impedance. In the figure, 1 is a high-frequency power source, 2a is a high-frequency automatic matching device, and 3 is a vacuum container for performing film formation or thin film processing by high-frequency glow discharge. Here, the high-frequency automatic matching device 2a includes a directional coupler 4 that detects a traveling wave component and a reflected wave component of high-frequency power, and a signal from the directional coupler 4 is input to the reflected wave inside the vacuum container 3. Tuning variable capacitor to minimize power
It consists of an auto matching controller that controls CV1 and matching variable capacitor CV2 via drive motors M1 and M2. In addition, L is a matching coil connected in series to the matching variable capacitor CV2. Next, the operation of the high frequency automatic matching device 2a will be described. First, the vacuum container 3 after the start of discharge
When the high-frequency discharge impedance in the chamber changes due to magnetic field conditions, working gas pressure, etc., the directional coupler 4 detects that the ratio of the reflected wave component and the traveling wave component in the vacuum container 3 has changed. Next, the auto matching controller 7 matches the discharge impedance value with the standard value based on the signal from the directional coupler 4 (S1 is a traveling wave component signal and S2 is a reflected wave component signal). Control the drive motors M1 and M2 to adjust the tuning variable capacitor CV1 and the matching variable capacitor CV2. As a result, the discharge impedance in the vacuum container 3 and the impedance of the high frequency power supply and the transmission system can be matched.
しかしながら従来の高周波自動整合装置2aは、放電イン
ピーダンスの変化を方向性結合器４が検出し、その信号
に基づいてインピーダンスの変化に追従するフィードバ
ック制御でるため、整合が完了するまでの整合時間（５
秒前後）を生じる。このため、整合時間を高周波自動整
合装置2aの応答時間より速くすることができないという
欠点があった。例えば、プラズマリングの径を大，中，
小と切り換えて各プラズマモードで操作する場合、この
操作の周期を高周波自動整合装置2aの応答時間より速く
することができなくなり、速く設定しようとすると、ハ
ンチングを生じてしまい異常な高電圧を発生する恐れが
あった。However, in the conventional high-frequency automatic matching device 2a, the directional coupler 4 detects the change in the discharge impedance, and the feedback control follows the change in the impedance based on the signal, so that the matching time (5
About a second). Therefore, there is a drawback that the matching time cannot be made faster than the response time of the high frequency automatic matching device 2a. For example, the diameter of the plasma ring is large, medium,
When switching to small and operating in each plasma mode, it is impossible to make the cycle of this operation faster than the response time of the high frequency automatic matching device 2a, and if you try to set it faster, hunting will occur and abnormally high voltage will be generated. I was afraid to do it.
なお、プラズマリングとは、磁界条件により高密度でプ
ラズマが発生している領域のことである。The plasma ring is a region where plasma is generated at high density under magnetic field conditions.
本発明に係る高周波自動整合装置は、各磁界条件におけ
る放電インピーダンスを整合するための複数のプリセッ
ト用コンデンサと、この複数のプリセット用コンデンサ
中より、各磁界条件における放電インピーダンスに応じ
て電気接触器により所定のプリセット用コンデンサを選
択し、主コンデンサに並列に接続する制御装置とを備え
ている。The high-frequency automatic matching device according to the present invention includes a plurality of preset capacitors for matching the discharge impedance under each magnetic field condition, and an electric contactor according to the discharge impedance under each magnetic field condition among the plurality of preset capacitors. And a controller for selecting a predetermined preset capacitor and connecting it in parallel with the main capacitor.
なお、作業ガス圧を一定に保つ自動圧力制御または真空
容器３への作動ガス導入量を一定に保つ自動流量制御装
置を併用しない場合は、ガス圧変動による放電インピー
ダンス変化に整合させる電動駆動式可変コンデンサ（バ
リコン）を使用し、真空計（圧力計）の信号により、可
変コンデンサ（バリコン）を制御する制御装置を併用す
る。When the automatic pressure control for keeping the working gas pressure constant or the automatic flow rate control device for keeping the working gas introduction amount to the vacuum container 3 constant is not used together, the electric drive type variable that matches the discharge impedance change due to the gas pressure change. A condenser (varicon) is used, and a control device for controlling the variable condenser (varicon) is also used by the signal of the vacuum gauge (pressure gauge).
制御装置は、磁界条件が変化したことを認識すると、電
磁接触器により所定のプリセット用コンデンサを選択
し、主コンデンサに並列に接続する。When the control device recognizes that the magnetic field condition has changed, the control device selects a predetermined preset capacitor by the electromagnetic contactor and connects it to the main capacitor in parallel.
以下、本発明の実施例を図について説明する。第１図は
本発明に係る実施例を示した高周波自動整合装置のブロ
ック図である。図において、第２図と同一部分には同一
符号を付する。２は高周波自動整合装置、６は制御装
置、MC1,MC2はプリセット用コンデンサ選択用電磁接触
器（以下リレーという）、CPL1,CPH1は同調側プリセッ
ト用コンデンサ、CPL2,CPH2は整合側プリセット用コン
デンサである。また、７は磁界制御設定部、８は磁界制
御電源部、9,10は磁界調整用の電磁石、11は進行波電力
と反射波電力とを表示する指示計器である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a high frequency automatic matching apparatus showing an embodiment according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. 2 is a high-frequency automatic matching device, 6 is a control device, MC1 and MC2 are electromagnetic contactors for selecting preset capacitors (hereinafter referred to as relays), CPL1 and CPH1 are tuning side preset capacitors, and CPL2 and CPH2 are matching side preset capacitors. is there. Further, 7 is a magnetic field control setting unit, 8 is a magnetic field control power supply unit, 9 and 10 are electromagnets for magnetic field adjustment, and 11 is an indicator instrument for displaying traveling wave power and reflected wave power.
なお、CV1,CV2は、作動ガス圧または真空容器３中への
作動ガス導入量を一定に保つ自動制御装置が無い場合
に、ガス圧変動による放電インピーダンス変化に整合さ
せる可変コンデンサ（以下バリコンという）であり、CV
1は同調用の主コンデンサ、CV2は整合用の主コンデンサ
として用いる。Note that CV1 and CV2 are variable capacitors (hereinafter referred to as variable capacitors) that match the change in discharge impedance due to changes in gas pressure when there is no automatic control device that keeps the working gas pressure or the amount of working gas introduced into the vacuum container 3 constant. And CV
1 is used as the main capacitor for tuning, and CV2 is used as the main capacitor for matching.
次に、高周波自動整合装置の整合手順について説明す
る。まず、磁界条件をプラズマモードＩ（例えばプラズ
マリングを大に設定）に設定し、リレーMC1をオンさせ
て同調側プリセット用コンデンサCPL1および整合側プリ
セット用コンデンサCPL2を同調用バリコンCV1,整合用バ
リコンCV2のそれぞれに並列に接続する。その後、実際
に高周波放電させて、指示計器11を見ながらプラズマモ
ードＩのときの放電インピーダンスZ1に手動または電動
で整合する。このとき、バリコンCV1,CV2は全可働範囲
の1/5の角度に固定し、これらの静電容量を小さい値に
する。Next, a matching procedure of the high frequency automatic matching device will be described. First, the magnetic field condition is set to plasma mode I (for example, the plasma ring is set to large), the relay MC1 is turned on, and the tuning side preset capacitor CPL1 and the matching side preset capacitor CPL2 are set to the tuning variable capacitor CV1 and the matching variable capacitor CV2. In parallel with each. After that, a high-frequency discharge is actually performed, and while observing the indicating instrument 11, the discharge impedance Z 1 in the plasma mode I is matched manually or electrically. At this time, the variable capacitors CV1 and CV2 are fixed at an angle of 1/5 of the entire working range, and their electrostatic capacitances are set to small values.
その後、磁界条件をプラズマモードII（例えばプラズマ
リングを小に設定）に設定し、リレーMC2をオンさせて
同調側プリセット用コンデンサCPH1および整合側プリセ
ット用コンデンサCPH2を同調用バリコンCV1,整合用バリ
コンCV2のそれぞれに並列に接続する。その後、実際に
高周波放電させて、指示計器11を見ながらプラズマモー
ドIIのときの放電インピーダンスZ2に手動または電動で
整合する。このとき、バリコンCV1,CV2は、プラズマモ
ードＩと同様に全可動範囲の1/5の角度に固定し、これ
らの静電容量を小さい値にする。そして、上記のプラズ
マモードＩおよびIIの放電インピーダンスZ1,Z2に整合
した後、磁界制御設定部７の磁界制御を周期運転または
プログラム運転に切り換えて整合手順を終了する。After that, set the magnetic field condition to plasma mode II (for example, set the plasma ring to small), turn on relay MC2, and set tuning side preset capacitor CPH1 and matching side preset capacitor CPH2 to tuning variable capacitor CV1 and matching variable capacitor CV2. In parallel with each. After that, a high-frequency discharge is actually performed, and while observing the indicating instrument 11, the discharge impedance Z 2 in the plasma mode II is matched manually or electrically. At this time, the variable capacitors CV1 and CV2 are fixed at an angle of 1/5 of the entire movable range as in the plasma mode I, and the electrostatic capacitances thereof are set to small values. Then, after matching the discharge impedances Z 1 and Z 2 of the plasma modes I and II, the magnetic field control of the magnetic field control setting unit 7 is switched to the periodic operation or the program operation, and the matching procedure is completed.
次に、高周波自動整合装置２の動作について説明する。
まず、放電開始後に真空容器３の放電インピーダンスが
磁界条件によって放電インピーダンスZ1,Z2が変動す
る。このとき、制御装置６は磁界制御設定部７から送ら
れてきたプラズマモード信号S3により、上記の整合手順
で設定した静電容量となるようにプリセット用コンデン
サ選択用電磁接触器MC1またはMC2をオン状態にする。こ
れにより、真空容器３内の放電インピーダンス、高周波
電源、および伝送系のインピーダンスの整合がとれる。Next, the operation of the high frequency automatic matching device 2 will be described.
First, the discharge impedance of the vacuum vessel 3 fluctuates discharge impedance Z 1, Z 2 by the magnetic field conditions after the discharge starts. At this time, the control device 6 turns on the preset capacitor selecting electromagnetic contactor MC1 or MC2 by the plasma mode signal S3 sent from the magnetic field control setting unit 7 so that the capacitance is set by the matching procedure described above. Put in a state. As a result, the discharge impedance in the vacuum container 3, the high frequency power supply, and the impedance of the transmission system can be matched.
また、ガス圧による放電インピーダンスの変化に対応す
るため、真空容器３内の真空計（圧力計）12が設けてあ
り、この真空計からの信号S4は制御装置６へ送信され
る。制御装置６は、この信号を予め設定してあるガス圧
変動に対する放電インピーダンスの相関式と対比させ、
この相関式に従ってバリコン駆動用モータM1,M2を駆動
する。これにより、同調用バリコンCV1および整合用バ
リコンCV2が調整され放電インピーダンスが整合され
る。Further, a vacuum gauge (pressure gauge) 12 in the vacuum container 3 is provided in order to respond to a change in discharge impedance due to gas pressure, and a signal S4 from this vacuum gauge is transmitted to the control device 6. The control device 6 compares this signal with a preset correlation expression of discharge impedance with respect to gas pressure fluctuation,
The variable condenser drive motors M1 and M2 are driven according to this correlation equation. As a result, the tuning variable capacitor CV1 and the matching variable capacitor CV2 are adjusted to match the discharge impedance.
このように本実施例における高周波自動整合装置は、成
膜前に各プラズマモードにおける静電容量に合致するよ
うに同調側プリセット用コンデンサCPL1,CPH1およ整合
側プリセット用コンデンサCPL2,CPH2を設定し、成膜時
において、各プラズマモードに対応して各コンデンサを
切り換えているため、殆ど整合時間を要することなく
（数十msec）周期的に変動する放電インピーダンスに整
合させることができる。また、ガス圧による放電インピ
ーダンスの変化に充分対応することができる。As described above, in the high frequency automatic matching apparatus in this embodiment, the tuning side preset capacitors CPL1 and CPH1 and the matching side preset capacitors CPL2 and CPH2 are set so as to match the electrostatic capacitance in each plasma mode before film formation. At the time of film formation, since each capacitor is switched according to each plasma mode, it is possible to match with the discharge impedance which changes periodically with almost no matching time (several tens of msec). Further, it is possible to sufficiently cope with the change in the discharge impedance due to the gas pressure.
なお、さらにガス圧による放電インピーダンスの変化に
対応するため、真空容器３内にガス圧を自動的に一定に
保つ自動圧力制御装置またはガス導入量を自動的に一定
に保つ自動流量制御装置（マスフローコントローラ）を
設け、その制御信号により同調用バリコンと整合用バリ
コンとを調整してもよい。Further, in order to cope with the change in the discharge impedance due to the gas pressure, an automatic pressure control device for automatically keeping the gas pressure in the vacuum container 3 constant or an automatic flow control device for keeping the gas introduction amount automatically constant (mass flow). A controller) may be provided, and the tuning variable capacitor and the matching variable capacitor may be adjusted by the control signal.
一般に成膜中（スパッタ装置やプラズマCVD装置）や薄
膜処理中（エッチング装置やアッシング装置）における
ガス圧の変動はできるだけ抑えているが、僅かに変動し
ている。しかし、その変化は磁気条件によるプラズマモ
ードの切り換えによる変化よりも緩やかであるので、電
動駆動式バリコンを調整しても充分整合をとることがで
きる。そこで、上記実施例のように磁界条件による放電
インピーダンス変化に対してはプリセット用コンデンサ
による高速切り換え動作を行ない、緩やかなガス圧変化
によるインピーダンス変化に対しては電動駆動式バリコ
ンの角度調整動作を行なうことにより、常に安定した放
電インピーダンスの整合を行なうことができる。Generally, fluctuations in gas pressure during film formation (sputtering apparatus or plasma CVD apparatus) or during thin film processing (etching apparatus or ashing apparatus) are suppressed as much as possible, but slightly changed. However, the change is slower than the change due to the switching of the plasma mode due to the magnetic condition, and therefore, even if the electrically driven variable capacitor is adjusted, the matching can be sufficiently achieved. Therefore, as in the above embodiment, the preset capacitor performs a high-speed switching operation in response to the discharge impedance change due to the magnetic field condition, and the angle adjustment operation of the electric drive type variable capacitor is performed in response to the impedance change due to the gradual gas pressure change. Thus, stable discharge impedance matching can be performed at all times.
なお、スイッチSWを切り換えることにより、方向性結合
器４からの信号S1,S2で、バリコンCV1,CV2を駆動するフ
ィードバック制御させ、従来方式の高周波自動整合装置
として機能させることもできる。By switching the switch SW, the signals S1 and S2 from the directional coupler 4 can be feedback-controlled to drive the varicaps CV1 and CV2 to function as a conventional high-frequency automatic matching device.
また、上記実施例では、プラズマモードが２つの場合を
説明したが、２つを越える場合は、その数に合ったプリ
セット用コンデンサを準備することにより、上記実施例
と同様な効果を期待できる。Further, in the above-described embodiment, the case where the number of plasma modes is two has been described. However, when the number of plasma modes exceeds two, the same effect as that of the above-described embodiment can be expected by preparing the preset capacitors corresponding to the number.
以上説明のように本発明は、放電インピーダンスを整合
するための複数のプリセット用コンデンサと、この複数
のプリセット用コンデンサ中より、各磁界条件における
放電インピーダンスに応じて磁界接触器により所定のプ
リセット用コンデンサを選択し、主コンデンサに並列に
接続する制御装置とを備えているため、殆ど整合時間を
要することなく磁界条件により周期的に変動する放電イ
ンピーダンスに整合させることができる。As described above, according to the present invention, a plurality of preset capacitors for matching the discharge impedance, and a predetermined preset capacitor by the magnetic field contactor according to the discharge impedance in each magnetic field condition among the plurality of preset capacitors. And a control device connected in parallel to the main capacitor are provided, so that it is possible to match the discharge impedance that periodically changes depending on the magnetic field condition with almost no matching time.
第１図は本発明に係る実施例を示した高周波自動整合装
置のブロック図、第２図は従来の高周波自動整合装置の
ブロック図である。 １……高周波電源、２……高周波自動整合装置、３……
真空容器、４……方向性結合器、６……制御装置、７…
…磁界制御設定部、８……磁界制御電源部、CV1……同
調用バリコン、CV2……整合用バリコン、CPL1,CPH1……
同調側プリセット用コンデンサ、CPL2,CPH2……整合側
プリセット用コンデンサ、M1,M2……バリコン駆動用モ
ータ、MC1,MC2……プリセット用コンデンサ選択用電磁
接触器（リレー）。FIG. 1 is a block diagram of a high-frequency automatic matching device showing an embodiment according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a conventional high-frequency automatic matching device. 1 ... High-frequency power source, 2 ... High-frequency automatic matching device, 3 ...
Vacuum container, 4 ... Directional coupler, 6 ... Control device, 7 ...
… Magnetic field control setting part, 8 …… Magnetic field control power supply part, CV1… Tuning variable capacitor, CV2… Matching variable capacitor, CPL1, CPH1…
Tuning side preset capacitors, CPL2, CPH2 ... Matching side preset capacitors, M1, M2 ... Varicon drive motors, MC1, MC2 ... Preset capacitor selection electromagnetic contactor (relay).
Claims (1)
マ領域を磁界条件により変化させる成膜装置または薄膜
処理装置の放電インピーダンスを主コンデンサの容量値
を調整することにより高周波電源のインピーダンスに自
動で整合させる高周波自動整合装置において、 前記放電インピーダンスを整合するための複数のプリセ
ット用コンデンサと、 この複数のプリセット用コンデンサ中より、各磁界条件
における放電インピーダンスに応じて電磁接触器により
所定のプリセット用コンデンサを選択し、前記主コンデ
ンサに並列に接続する制御装置と を備えたことを特徴とする高周波自動整合装置。1. A discharge impedance of a film forming apparatus or a thin film processing apparatus that changes a plasma region generated by a high frequency glow discharge according to a magnetic field condition is automatically matched to an impedance of a high frequency power source by adjusting a capacitance value of a main capacitor. In the high-frequency automatic matching device, a plurality of preset capacitors for matching the discharge impedance, and a predetermined preset capacitor is selected from the plurality of preset capacitors by an electromagnetic contactor according to the discharge impedance under each magnetic field condition. And a control device connected in parallel to the main capacitor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25508388A JPH0796710B2 (en) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | High frequency automatic matching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25508388A JPH0796710B2 (en) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | High frequency automatic matching device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101165A JPH02101165A (en) | 1990-04-12 |
| JPH0796710B2 true JPH0796710B2 (en) | 1995-10-18 |
Family
ID=17273896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25508388A Expired - Lifetime JPH0796710B2 (en) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | High frequency automatic matching device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0796710B2 (en) |
Families Citing this family (4)
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| US6579426B1 (en) * | 1997-05-16 | 2003-06-17 | Applied Materials, Inc. | Use of variable impedance to control coil sputter distribution |
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| JP2006010034A (en) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Fuji Heavy Ind Ltd | Gear device |
-
1988
- 1988-10-11 JP JP25508388A patent/JPH0796710B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH02101165A (en) | 1990-04-12 |
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