CN110379699A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置，能够减少调制高频电力的反射。在一个实施方式的等离子体处理装置中，高频电源构成为输出以以下方式生成的调制高频电力，第一期间的电力水平比与第一期间交替的第二期间的电力水平高。匹配器构成为将第一期间内的监视期间的高频电源的负载侧的阻抗设定为与高频电源的输出阻抗不同的阻抗。监视期间是在从第一期间的开始时间点起经过规定时间长度后开始的期间。高频电源构成为，调整调制高频电力的电力水平，以使行波的电力水平与反射波的电力水平之差、即负载功率水平成为指定的电力水平。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本公开的实施方式涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造中使用等离子体处理装置。等离子体处理装置具备腔室、电极、高频电源以及匹配器。从高频电源向电极供给高频电力，以激励腔室内的气体来生成等离子体。匹配器构成为使高频电源的负载侧的阻抗与高频电源的输出阻抗匹配。
提出有在等离子体处理装置中使用以以下方式进行了调制的高频电力(以下称作“调制高频电力”)，高频电力的电力水平交替地增减。更详细而言，以以下方式生成调制高频电力，第一期间的调制高频电力的电力水平比与第一期间交替的第二期间的调制高频电力的电力水平高。关于调制高频电力的利用，在专利文献1中有所记载。
在使用调制高频电力的情况下，匹配器以使在第一期间内的监视期间测定出的负载侧的阻抗与高频电源的输出阻抗(例如50+j0[Ω]的匹配点)匹配的方式动作。监视期间是在从第一期间的开始时间点起经过规定时间长度后开始的期间。像这样设定监视期间是因为在第一期间刚刚开始时反射波电力大。
专利文献1：日本特开2013-125892号公报
发明内容
发明要解决的问题
在使用调制高频电力的情况下，即使将负载侧的阻抗调整为匹配点，有时也因高频电力的反射而导致高频电力不与等离子体耦合的期间持久。因而，要求能够减少调制高频电力的反射。
用于解决问题的方案
在一个方式中提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置具备腔室、高频电源、电极以及匹配器。电极与所述高频电源电连接，以在腔室内生成等离子体。匹配器连接在高频电源与电极之间。高频电源构成为，输出以以下方式生成的高频电力(以下称作“调制高频电力”)，第一期间的电力水平比与第一期间交替的第二期间的电力水平高。匹配器构成为，将第一期间内的监视期间的高频电源的负载侧的阻抗设定为与高频电源的输出阻抗不同的阻抗。监视期间是在从第一期间的开始时间点起经过规定时间长度后开始的期间。高频电源构成为，调整高频电力的电力水平以使行波的电力水平与反射波的电力水平之差即负载功率水平成为指定的电力水平。
在一个方式中，在等离子体处理装置中，在使用调制高频电力的情况下，将监视期间的负载侧的阻抗设定为与高频电源的输出阻抗(匹配点)不同的阻抗。其结果，调制高频电力的反射减少。在负载侧的阻抗与匹配点不同的情况下，虽然无法完全消除反射，但是调整高频电力的电力水平以使负载功率水平成为指定的电力水平，因此指定的电力水平的调制高频电力与等离子体耦合。
在一个实施方式中，匹配器以使高频电力的反射系数的绝对值成为指定的值的方式设定负载侧的阻抗。在一个实施方式中，指定的值为0.3以上且0.5以下的范围内的值。
发明的效果
如以上说明的那样，能够减少调制高频电力的反射。
附图说明
图1是概要地表示一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。
图2是表示第一模式的时间图的一例的图。
图3是表示第二模式的时间图的一例的图。
图4是表示第三模式的时间图的一例的图。
图5是例示图1所示的等离子体处理装置1的高频电源36和匹配器40的结构的一例的图。
图6是表示图1所示的等离子体处理装置1的匹配器40的传感器的结构的一例的图。
图7是表示图1所示的等离子体处理装置1的高频电源38和匹配器42的结构的一例的图。
图8是表示图1所示的等离子体处理装置1的高频电源38的传感器的结构的一例的图。
图9的(a)是说明在实验中测定出的值的图，图9的(b)是表示实验结果的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明各种实施方式。此外，在各附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。
图1是概要地表示一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。图1所示的等离子体处理装置1是电容耦合型的等离子体处理装置。等离子体处理装置1具备腔室10。腔室10提供内部空间。
腔室10包括腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形状。在腔室主体12的内侧提供腔室10的内部空间。腔室主体12由铝之类的材料形成。腔室主体12的内壁面被实施了阳极氧化处理。腔室主体12接地。在腔室主体12的侧壁形成有开口12p。在腔室10的内部空间与腔室10的外部之间搬送基板W时，基板W通过开口12p。能够通过闸阀12g来使开口12p打开和关闭。闸阀12g沿腔室主体12的侧壁设置。
在腔室主体12的底部上设置有绝缘板13。绝缘板13例如由陶瓷形成。在绝缘板13上设置有支承台14。支承台14具有大致圆柱形状。在支承台14上设置有基座16。基座16由铝之类的导电性的材料形成。基座16构成下部电极。基座16能够与后述的高频电源电连接，以在腔室10内生成等离子体。
在基座16上设置有静电卡盘18。静电卡盘18构成为对载置于其上的基板W进行保持。静电卡盘18具有主体和电极20。静电卡盘18的主体由绝缘体形成，具有大致圆盘形状。电极20是导电膜，设置在静电卡盘18的主体中。电极20经由开关22而与直流电源24电连接。当向电极20施加来自直流电源24的直流电压时，在基板W与静电卡盘18之间产生静电引力。通过产生的静电引力，使基板W被吸附于静电卡盘18，被静电卡盘18保持。
在静电卡盘18的周围且基座16上配置有聚焦环26。聚焦环26以包围基板W的边缘的方式配置。在基座16和支承台14的外周面安装有圆筒状的内壁构件28。内壁构件28例如由石英形成。
在支承台14的内部形成有流路14f。流路14f例如相对于沿铅垂方向延伸的中心轴线呈漩涡状地延伸。从设置于腔室10的外部的供给装置(例如冷却装置)经由配管32a向流路14f供给换热介质cw(例如冷却水之类的制冷剂)。供给到流路14f的换热介质经由配管32b被回收到供给装置。利用供给装置来调整换热介质的温度，由此调整基板W的温度。并且，在等离子体处理装置1设置有气体供给管线34。气体供给管线34是为了将传热气体(例如，He气体)供给到静电卡盘18的上表面与基板W的背面之间而设置的。
基座16与导体44(例如供电棒)连接。导体44经由匹配器40而与高频电源36连接。导体44经由匹配器42而与高频电源38连接。即，高频电源36经由匹配器40及导体44而与下部电极连接。高频电源38经由匹配器42及导体44而与下部电极连接。高频电源36也可以经由匹配器40而与后述的上部电极连接，不与下部电极连接。此外，等离子体处理装置1也可以不具备高频电源36和匹配器40的组合以及高频电源38和匹配器42的组合中的一个组合。
高频电源36输出用于生成等离子体的高频电力RF1。高频电力RF1的基本频率fB1例如是100MHz。高频电源38输出用于从等离子体向基板W吸引离子的高频电力RF2。高频电力RF2的频率比高频电力RF1的频率低。高频电力RF2的基本频率fB2例如是13.56MHz。
匹配器40具有用于使高频电源36的负载侧(例如下部电极侧)的阻抗与高频电源36的输出阻抗匹配的电路。匹配器42具有用于使高频电源38的负载侧(下部电极侧)的阻抗与高频电源38的输出阻抗匹配的电路。匹配器40和匹配器42分别是电子控制式的匹配器。在后文中叙述匹配器40及匹配器42各自的详细内容。
匹配器40和导体44构成供电线43的一部分。高频电力RF1经由供电线43被供给到基座16。匹配器42和导体44构成供电线45的一部分。高频电力RF2经由供电线45被供给到基座16。
腔室10的顶部由上部电极46构成。上部电极46以将腔室主体12的上端的开口关闭的方式设置。腔室10的内部空间包括处理区域PS。处理区域PS是上部电极46与基座16之间的空间。等离子体处理装置1通过在上部电极46与基座16之间产生的高频电场来在处理区域PS生成等离子体。上部电极46接地。此外，在高频电源36经由匹配器40而与上部电极46连接且不与下部电极连接的情况下，上部电极46不接地，上部电极46与腔室主体12电分离。
上部电极46具有顶板48和支承体50。在顶板48形成有多个气体喷出孔48a。顶板48例如由Si、SiC之类的硅系材料形成。支承体50是以能够装卸的方式支承顶板48的构件，支承体50由铝形成，其表面被实施了阳极氧化处理。
在支承体50的内部形成有气体缓冲室50b。另外，在支承体50形成有多个气孔50a。多个气孔50a分别从气体缓冲室50b延伸而与多个气体喷出孔48a连通。气体缓冲室50b与气体供给管54连接。气体供给管54经由流量控制器58(例如，质量流量控制器)及开闭阀60而与气体源56连接。来自气体源56的气体经由流量控制器58、开闭阀60、气体供给管54、气体缓冲室50b及多个气体喷出孔48a被供给到腔室10的内部空间。由流量控制器58来调整从气体源56向腔室10的内部空间供给的气体流量。
在基座16与腔室主体12的侧壁之间的空间的下方，在腔室主体12的底部设置有排气口12e。排气口12e与排气管64连接。排气管64与排气装置66连接。排气装置66具有压力调整阀和涡轮分子泵之类的真空泵。排气装置66将腔室10的内部空间减压为指定的压力。
等离子体处理装置1还具备主控制部70。主控制部70包括一个以上的微型计算机。主控制部70能够具有处理器、存储器之类的存储装置、键盘之类的输入装置、显示装置、信号的输入输出接口等。主控制部70的处理器执行存储装置中保存的软件(程序)，按照制程信息来控制等离子体处理装置1的各部例如高频电源36、高频电源38、匹配器40、匹配器42、流量控制器58、开闭阀60、排气装置66等各部的动作以及等离子体处理装置1的装置整体的动作(顺序)。
在等离子体处理装置1中进行等离子体处理的情况下，首先，打开闸阀12g。接着，经由开口12p将基板W搬入到腔室10内，并载置在静电卡盘18上。然后，关闭闸阀12g。接着，从气体源56向腔室10的内部空间供给处理气体，使排气装置66进行工作来将腔室10的内部空间的压力设定为指定的压力。并且，向基座16供给高频电力RF1和/或高频电力RF2。另外，向静电卡盘18的电极20施加来自直流电源24的直流电压，来使基板W被静电卡盘18保持。然后，通过在基座16与上部电极46之间形成的高频电场来激励处理气体。其结果，在处理区域PS内生成等离子体。
等离子体处理装置1构成为能够从高频电源36和高频电源38中的至少一方输出调制高频电力。更具体而言，在等离子体处理装置1中，通过主控制部70基于制程进行控制来以第一模式～第三模式中的任一模式控制高频电源36和高频电源38。在第一模式中，控制高频电源36以输出调制高频电力MRF1来作为高频电力RF1，控制高频电源38以输出连续高频电力CRF2来作为高频电力RF2。在第二模式中，控制高频电源36以输出连续高频电力CRF1来作为高频电力RF1，控制高频电源38以输出调制高频电力MRF2来作为高频电力RF2。在第三模式中，控制高频电源36以输出调制高频电力MRF1来作为高频电力RF1控制，高频电源38以输出调制高频电力MRF2来作为高频电力RF2。此外，在下面的说明中，将调制高频电力MRF1和连续高频电力CRF1统称为高频电力RF1，将调制高频电力MRF2和连续高频电力CRF2统称为高频电力RF2。
图2是表示第一模式的时间图的一例的图，图3是表示第二模式的时间图的一例的图，图4是表示第三模式的时间图的一例的图。下面，适当地参照图2～图4。
如图2和图4所示，高频电源36构成为在第一模式及第三模式下输出调制高频电力MRF1。以以下方式对调制高频电力MRF1进行调制，第一期间T1的调制高频电力MRF1的电力水平比第二期间T2的调制高频电力MRF1的电力水平高。第二期间T2是与第一期间交替的期间。第一期间T1与继该第一期间T1之后的第二期间T2构成一个周期Tc。能够将第一期间T1在一个周期Tc所占的时间长度之比(占空比)控制为任意的比。例如，能够将占空比控制在10％以上且90％以下的范围内的比。另外，能够将调制高频电力MRF1的调制频率、即一个周期Tc的倒数控制为任意的调制频率。能够将调制高频电力MRF1的调制频率例如控制为1kHz以上且100kHz以下的范围内的频率。
在第一模式和第三模式中，第二期间T2中的调制高频电力MRF1的电力水平可以是0[W]。即，在第一模式和第三模式中，在第二期间T2中可以不向电极(例如下部电极)供给调制高频电力MRF1。或者，在第一模式和第三模式中，第二期间T2中的调制高频电力MRF1的电力水平也可以比0[W]大。
高频电源36构成为在第二模式中输出连续高频电力CRF1。如图3所示，连续高频电力CRF1的电力水平没有被调制。在连续高频电力CRF1中，电力水平大致固定地连续。
如图3和图4所示，高频电源38构成为在第二模式和第三模式下输出调制高频电力MRF2。调制高频电力MRF2被调制为第一期间T1的调制高频电力MRF2的电力水平比第二期间T2的调制高频电力MRF2的电力水平高。在第二模式和第三模式中，第二期间T2中的调制高频电力MRF2的电力水平可以是0[W]。即，在第二模式和第三模式中，在第二期间T2中可以不向电极(下部电极)供给调制高频电力MRF2。或者，在第二模式和第三模式中，第二期间T2中的调制高频电力MRF2的电力水平也可以比0[W]大。
高频电源38构成为在第一模式下输出连续高频电力CRF2。如图2所示，连续高频电力CRF2的电力水平没有被调制。在连续高频电力CRF2中，电力水平大致固定地连续。
下面，参照图5～图8来详细地说明高频电源36、匹配器40、高频电源38以及匹配器42。图5是表示图1所示的等离子体处理装置1的高频电源36和匹配器40的结构的一例的图。图6是表示图1所示的等离子体处理装置1的匹配器40的传感器的结构的一例的图。图7是表示图1所示的等离子体处理装置1的高频电源38和匹配器42的结构的一例的图。图8是表示图1所示的等离子体处理装置1的匹配器42的传感器的结构的一例的图。
如图5所示，在一个实施方式中，高频电源36具有振荡器36a、功率放大器36b、功率传感器36c以及电源控制部36e。电源控制部36e由CPU之类的处理器构成，电源控制部36e利用从主控制部70提供的信号和从功率传感器36c提供的信号向振荡器36a、功率放大器36b以及功率传感器36c分别提供控制信号，来控制振荡器36a、功率放大器36b以及功率传感器36c。
从主控制部70向电源控制部36e提供的信号包括模式设定信号和第一频率设定信号。模式设定信号是从所述的第一模式、第二模式以及第三模式中指定模式的信号。第一频率设定信号是指定高频电力RF1的频率的信号。在高频电源36以第一模式和第三模式动作的情况下，从主控制部70向电源控制部36e提供的信号包括第一调制设定信号和第一调制电力水平设定信号。第一调制设定信号是指定调制高频电力MRF1的调制频率和占空比的信号。第一调制电力水平设定信号是指定调制第一期间T1的高频电力MRF1的电力水平和第二期间T2的调制高频电力MRF1的电力水平的信号。在高频电源36以第二模式进行动作的情况下，从主控制部70向电源控制部36e提供的信号包括指定连续高频电力CRF1的功率的第一电力水平设定信号。
电源控制部36e控制振荡器36a，以输出具有根据第一频率设定信号指定的频率(例如基本频率fB1)的高频信号。振荡器36a的输出与功率放大器36b的输入连接。功率放大器36b通过对从振荡器36a输出的高频信号进行放大来生成高频电力RF1，并输出该高频电力RF1。功率放大器36b由电源控制部36e来控制。
电源控制部36e在根据模式设定信号确定出的模式为第一模式和第三模式中的某一方的情况下，控制功率放大器36b以根据来自主控制部70的第一调制设定信号和第一调制电力水平设定信号来基于高频信号生成调制高频电力MRF1。另一方面，电源控制部36e在根据模式设定信号确定出的模式为第二模式的情况下，控制功率放大器36b以根据来自主控制部70的第一电力水平设定信号来基于高频信号生成连续高频电力CRF1。
在功率放大器36b的后级设置有功率传感器36c。功率传感器36c具有定向耦合器、行波检测器以及反射波检测器。定向耦合器将高频电力RF1中的行波的一部分提供给行波检测器，将反射波提供给反射波检测器。从电源控制部36e向功率传感器36c提供用于确定高频电力RF1的设定频率的第一频率确定信号。行波检测器生成行波的全部频率成分中的具有与根据第一频率确定信号确定出的设定频率相同的频率的成分的电力水平的测定值、即行波的电力水平的测定值Pf11。测定值Pf11被提供给电源控制部36e。
从电源控制部36e向反射波检测器也提供第一频率确定信号。反射波检测器生成反射波的全部频率成分中的具有与根据第一频率确定信号确定出的设定频率相同的频率的成分的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值Pr11。测定值Pr11被提供给电源控制部36e。另外，反射波检测器生成反射波的全部频率成分的总的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值Pr12。测定值Pr12被提供给电源控制部36e，用于保护功率放大器36b。
在第一模式和第三模式中，电源控制部36e控制功率放大器36b来调整第一期间T1的调制高频电力MRF1的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P1成为指定的电力水平。在第二模式中，电源控制部36e控制功率放大器36b来调整连续高频电力CRF1的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P1成为指定的电力水平。电力水平由主控制部70来指定。负载功率水平P1是监视期间MP1的行波的电力水平与反射波的电力水平之差。求出监视期间MP1的测定值Pf11与测定值Pr11之差来作为负载功率水平P1。也可以求出监视期间MP1的测定值Pf11的平均值与测定值Pr11的平均值之差来作为负载功率水平P1。或者，还可以求出多个监视期间MP1的测定值Pf11的移动平均值与测定值Pr11的移动平均值之差来作为负载功率水平P1。此外，也可以是，在第二模式中，电源控制部36e控制功率放大器36b来调整连续高频电力CRF1的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P1与监视期间MP2的负载功率水平P1的平均值成为指定的电力水平。在后文中叙述监视期间MP1和监视期间MP2。
在一个实施方式中，匹配器40具有匹配电路40a、传感器40b、控制器40c、执行器40d以及执行器40e。匹配电路40a包括可变电抗元件40g和可变电抗元件40h。可变电抗元件40g和可变电抗元件40h例如分别是可变电容器。此外，匹配电路40a还可以包括电感器等。
控制器40c在主控制部70的控制下动作。控制器40c根据从传感器40b提供的高频电源36的负载侧的阻抗的测定值来调整高频电源36的负载侧的阻抗。控制器40c控制执行器40d和执行器40e来调整可变电抗元件40g和可变电抗元件40h各自的电抗，由此调整高频电源36的负载侧的阻抗。执行器40d和执行器40e例如是马达。
如图6所示，传感器40b构成为获取高频电源36的负载侧的阻抗的测定值。在一个实施方式中，获取移动平均值来作为高频电源36的负载侧的阻抗的测定值。在一个实施方式中，传感器40b具有电流检测器102A、电压检测器104A、滤波器106A、滤波器108A、平均值运算器110A、平均值运算器112A、移动平均值运算器114A、移动平均值运算器116A以及阻抗运算器118A。
电压检测器104A检测在供电线43上传输的高频电力RF1的电压波形，输出呈现该电压波形的电压波形模拟信号。该电压波形模拟信号被输入到滤波器106A。滤波器106A将所输入的电压波形模拟信号数字化，由此生成电压波形数字信号。而且，滤波器106A从电源控制部36e接受所述的第一频率确定信号，从电压波形数字信号中仅提取与根据第一频率确定信号确定出的频率对应的频率成分，由此生成过滤电压波形信号。此外，滤波器106A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由滤波器106A生成的过滤电压波形信号被输出到平均值运算器110A。从主控制部70向平均值运算器110A提供指定监视期间MP1的监视期间设定信号。如图2～图4所示，监视期间MP1是第一期间T1内的期间。监视期间MP1是在从第一期间T1的开始时间点起经过规定时间长度后开始的期间。平均值运算器110A根据过滤电压波形信号求出各第一期间T1内的监视期间MP1的电压的平均值VA11。
在第二模式中，也可以从主控制部70向平均值运算器110A提供指定监视期间MP2的监视期间设定信号。监视期间MP2可以是与第二期间T2一致的期间。在该情况下，平均值运算器110A也可以根据过滤电压波形信号求出监视期间MP2的电压的平均值VA12。此外，平均值运算器110A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由平均值运算器110A求出的平均值VA11被输出到移动平均值运算器114A。移动平均值运算器114A求出已经得到的多个平均值VA11中的根据最近的规定个数的监视期间MP1的高频电力RF1的电压得到的平均值VA11的移动平均值VMA11。移动平均值VMA11被输出到阻抗运算器118A。
在第二模式中，移动平均值运算器114A还可以求出已经得到的多个平均值VA12中的根据最近的规定个数的监视期间MP2的高频电力RF1的电压得到的平均值VA12的移动平均值VMA12。在该情况下，移动平均值VMA12被输出到阻抗运算器118A。
电流检测器102A检测在供电线43上传输的高频电力RF1的电流波形，输出呈现该电流波形的电流波形模拟信号。该电流波形模拟信号被输入到滤波器108A。滤波器108A将所输入的电流波形模拟信号数字化，由此生成电流波形数字信号。然后，滤波器108A从电源控制部36e接受第一频率确定信号，从电流波形数字信号中仅提取与根据第一频率确定信号确定出的频率对应的频率成分，由此生成过滤电流波形信号。此外，滤波器108A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由滤波器108A生成的过滤电流波形信号被输出到平均值运算器112A。从主控制部70向平均值运算器112A提供指定监视期间MP1的监视期间设定信号。平均值运算器112A根据过滤电流波形信号求出各第一期间T1内的监视期间MP1的电流的平均值IA11。
在第二模式中，也可以从主控制部70向平均值运算器112A提供指定监视期间MP2的监视期间设定信号。在该情况下，平均值运算器112A也可以根据过滤电流波形信号求出监视期间MP2的电流的平均值IA12。此外，平均值运算器112A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由平均值运算器112A求出的平均值IA11被输出到移动平均值运算器116A。移动平均值运算器116A求出已经得到的多个平均值IA11中的根据最近的规定个数的监视期间MP1的高频电力RF1的电流得到的平均值IA11的移动平均值IMA11。移动平均值IMA11被输出到阻抗运算器118A。
在第二模式中，移动平均值运算器116A还也可以求出已经得到的多个平均值IA12中的根据最近的规定个数的监视期间MP2的高频电力RF1的电流得到的平均值IA12的移动平均值IMA12。在该情况下，移动平均值IMA12被输出到阻抗运算器118A。
阻抗运算器118A根据移动平均值IMA11和移动平均值VMA11求出高频电源36的负载侧的阻抗的移动平均值ZMA11。由阻抗运算器118A求出的移动平均值ZMA11被输出到控制器40c。控制器40c使用移动平均值ZMA11来调整高频电源36的负载侧的阻抗。具体而言，控制器40c通过执行器40d和执行器40e来调整可变电抗元件40g和可变电抗元件40h各自的电抗，以将根据移动平均值ZMA11确定出的高频电源36的负载侧的阻抗设定为与高频电源36的输出阻抗不同的阻抗。
在一个实施方式中，控制器40c以使高频电力RF1的反射系数Γ1的绝对值|Γ1|成为指定的值的方式设定高频电源36的负载侧的阻抗。在一例中，指定的值为0.3以上且0.5以下的范围内的值。此外，用下面的(1)式定义反射系数Γ1。
Γ1＝(Z1-Z01)/(Z1+Z01)…(1)
在(1)式中，Z01是供电线43的特性阻抗，一般为50Ω。在(1)式中，Z1是高频电源36的负载侧的阻抗。作为(1)式的Z1，能够使用移动平均值ZMA11。控制器40c保持有用于决定反射系数Γ1的绝对值|Γ1|与高频电源36的负载侧的阻抗的关系的函数或表。控制器40c也可以使用该函数或表来调整高频电源36的负载侧的阻抗。
在一个实施方式中，也可以是，在第二模式中，阻抗运算器118A除了求出移动平均值ZMA11以外，还根据移动平均值IMA12和移动平均值VMA12求出高频电源36的负载侧的阻抗的移动平均值ZMA12。移动平均值ZMA12与移动平均值ZMA11一同被输出到控制器40c。在该情况下，控制器40c通过执行器40d和执行器40e来调整可变电抗元件40g和可变电抗元件40h各自的电抗，以使根据移动平均值ZMA11与移动平均值ZMA12的平均值确定出的高频电源36的负载侧的阻抗同高频电源36的输出阻抗(匹配点)一致或接近。
如图7所示，在一个实施方式中，高频电源38具有振荡器38a、功率放大器38b、功率传感器38c以及电源控制部38e。电源控制部38e由CPU之类的处理器构成，电源控制部38e利用从主控制部70提供的信号和从功率传感器38c提供的信号向振荡器38a、功率放大器38b以及功率传感器38c分别提供控制信号，来控制振荡器38a、功率放大器38b以及功率传感器38c。
从主控制部70向电源控制部38e提供的信号包括模式设定信号和第二频率设定信号。模式设定信号是从所述的第一模式、第二模式以及第三模式中指定模式的信号。第二频率设定信号是指定高频电力RF2的频率的信号。在高频电源38以第二模式和第三模式动作的情况下，从主控制部70向电源控制部38e提供的信号包括第二调制设定信号和第二调制电力水平设定信号。第二调制设定信号是指定调制高频电力MRF2的调制频率和占空比的信号。第二调制电力水平设定信号是指定第一期间T1的调制高频电力MRF2的电力水平和第二期间T2的调制高频电力MRF2的电力水平的信号。在高频电源38以第一模式动作的情况下，由主控制部70向电源控制部38e提供的信号包括指定连续高频电力CRF2的功率的第二电力水平设定信号。
电源控制部38e控制振荡器38a，以使振荡器38a输出具有根据第二频率设定信号指定的频率(例如基本频率fB2)的高频信号。振荡器38a的输出与功率放大器38b的输入连接。功率放大器38b通过对从振荡器38a输出的高频信号进行放大来生成高频电力RF2，并输出该高频电力RF2。功率放大器38b由电源控制部38e来控制。
电源控制部38e在根据模式设定信号确定出的模式为第二模式和第三模式中的某一方的情况下，控制功率放大器38b以根据来自主控制部70的第二调制设定信号和第二调制电力水平设定信号来基于高频信号生成调制高频电力MRF2。另一方面，电源控制部38e在根据模式设定信号确定出的模式为第一模式的情况下，控制功率放大器38b以根据来自主控制部70的第二电力水平设定信号来基于高频信号生成连续高频电力CRF2。
在功率放大器38b的后级设置有功率传感器38c。功率传感器38c具有定向耦合器、行波检测器以及反射波检测器。定向耦合器将高频电力RF2中的行波的一部分提供给行波检测器，将反射波提供给反射波检测器。从电源控制部38e向功率传感器38c提供用于确定高频电力RF2的设定频率的第二频率确定信号。行波检测器生成行波的全部频率成分中的具有与根据第二频率确定信号确定出的设定频率相同的频率的成分的电力水平的测定值、即行波的电力水平的测定值Pf21。测定值Pf21被供给到电源控制部38e。
从电源控制部38e向反射波检测器也提供第二频率确定信号。反射波检测器生成反射波的全部频率成分中的具有与根据第二频率确定信号确定出的设定频率相同的频率的成分的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值Pr21。测定值Pr21被提供到电源控制部38e。另外，反射波检测器生成反射波的全部频率成分的总的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值Pr22。测定值Pr22被提供到电源控制部38e，用于保护功率放大器38b。
在第二模式和第三模式中，电源控制部38e控制功率放大器38b来调整第一期间T1的调制高频电力MRF2的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P2成为指定的电力水平。在第一模式中，电源控制部38e控制功率放大器38b来调整连续高频电力CRF2的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P2成为指定的电力水平。电力水平由主控制部70来指定。负载功率水平P2是监视期间MP1的行波的电力水平与反射波的电力水平之差。求出监视期间MP1的测定值Pf21与测定值Pr21之差来作为负载功率水平P2。也可以求出监视期间MP1的测定值Pf21的平均值与测定值Pr21的平均值之差来作为负载功率水平P2。或者，还可以求出多个监视期间MP1的测定值Pf21的移动平均值与测定值Pr21的移动平均值之差来作为负载功率水平P2。此外，也可以是，在第一模式中，电源控制部38e控制功率放大器38b来调整连续高频电力CRF2的电力水平，以使监视期间MP1的负载功率水平P2与监视期间MP2的负载功率水平P2的平均值成为指定的电力水平。
在一个实施方式中，匹配器42具有匹配电路42a、传感器42b、控制器42c、执行器42d以及执行器42e。匹配电路42a包括可变电抗元件42g和可变电抗元件42h。可变电抗元件42g和可变电抗元件42h例如分别是可变电容器。此外，匹配电路42a还可以包括电感器等。
控制器42c在主控制部70的控制下动作。控制器42c根据从传感器42b提供的高频电源38的负载侧的阻抗的测定值来调整高频电源38的负载侧的阻抗。控制器42c控制执行器42d和执行器42e来调整可变电抗元件42g和可变电抗元件42h各自的电抗，由此调整高频电源38的负载侧的阻抗。执行器42d和执行器42e例如是马达。
如图8所示，传感器42b构成为获取高频电源38的负载侧的阻抗的测定值。在一个实施方式中，获取移动平均值来作为高频电源38的负载侧的阻抗的测定值。在一个实施方式中，传感器42b具有电流检测器102B、电压检测器104B、滤波器106B、滤波器108B、平均值运算器110B、平均值运算器112B、移动平均值运算器114B、移动平均值运算器116B以及阻抗运算器118B。
电压检测器104B检测在供电线45上传输的高频电力RF2的电压波形，输出呈现该电压波形的电压波形模拟信号。该电压波形模拟信号被输入到滤波器106B。滤波器106B将所输入的电压波形模拟信号数字化，由此生成电压波形数字信号。而且，滤波器106B从电源控制部38e接受所述的第二频率确定信号，从电压波形数字信号中仅提取与根据第二频率确定信号确定出的频率对应的频率成分，由此生成过滤电压波形信号。此外，滤波器106B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由滤波器106B生成的过滤电压波形信号被输出到平均值运算器110B。从主控制部70向平均值运算器110B提供指定监视期间MP1的监视期间设定信号。平均值运算器110B根据过滤电压波形信号求出各第一期间T1内的监视期间MP1的电压的平均值VA21。
在第一模式中，也可以从主控制部70向平均值运算器110B提供指定监视期间MP2的监视期间设定信号。在该情况下，平均值运算器110B也可以根据过滤电压波形信号求出监视期间MP2的电压的平均值VA22。此外，平均值运算器110B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由平均值运算器110B求出的平均值VA21被输出到移动平均值运算器114B。移动平均值运算器114B求出已经得到的多个平均值VA21中的根据最近的规定个数的监视期间MP1的高频电力RF2的电压得到的平均值VA21的移动平均值VMA21。移动平均值VMA21被输出到阻抗运算器118B。
在第一模式中，移动平均值运算器114B还可以求出已经得到的多个平均值VA22中的根据最近的规定个数的监视期间MP2的高频电力RF2的电压得到的平均值VA22的移动平均值VMA22。在该情况下，移动平均值VMA22被输出到阻抗运算器118B。
电流检测器102B检测在供电线45上传输的高频电力RF2的电流波形，输出呈现该电流波形的电流波形模拟信号。该电流波形模拟信号被输入到滤波器108B。滤波器108B将所输入的电流波形模拟信号数字化，由此生成电流波形数字信号。然后，滤波器108B从电源控制部38e接受第二频率确定信号，从电流波形数字信号中仅提取与根据第二频率确定信号确定出的频率对应的频率成分，由此生成过滤电流波形信号。此外，滤波器108B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由滤波器108B生成的过滤电流波形信号被输出到平均值运算器112B。从主控制部70向平均值运算器112B提供指定监视期间MP1的监视期间设定信号。平均值运算器112B根据过滤电流波形信号求出各第一期间T1内的监视期间MP1的电流的平均值IA21。
在第一模式中，也可以从主控制部70向平均值运算器112B提供指定监视期间MP2的监视期间设定信号。在该情况下，平均值运算器112B也可以根据过滤电流波形信号求出监视期间MP2的电流的平均值IA22。此外，平均值运算器112B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。
由平均值运算器112B求出的平均值IA21被输出到移动平均值运算器116B。移动平均值运算器116B求出已经得到的多个平均值IA21中的根据最近的规定个数的监视期间MP1的高频电力RF1的电流得到的平均值IA21的移动平均值IMA21。移动平均值IMA21被输出到阻抗运算器118B。
在第一模式中，移动平均值运算器116B还可以求出已经得到的多个平均值IA22中的根据最近的规定个数的监视期间MP2的高频电力RF2的电流得到的平均值IA22的移动平均值IMA22。在该情况下，移动平均值IMA22被输出到阻抗运算器118B。
阻抗运算器118B根据移动平均值IMA21和移动平均值VMA21求出高频电源38的负载侧的阻抗的移动平均值ZMA21。由阻抗运算器118B求出的移动平均值ZMA21被输出到控制器42c。控制器42c使用移动平均值ZMA21来调整高频电源38的负载侧的阻抗。具体而言，控制器40c通过执行器42d和执行器42e来调整可变电抗元件42g和可变电抗元件42h各自的电抗，以将根据移动平均值ZMA21确定出的高频电源38的负载侧的阻抗设定为与高频电源38的输出阻抗不同的阻抗。
在一个实施方式中，控制器42c以使高频电力RF2的反射系数Γ2的绝对值|Γ2|成为指定的值的方式设定高频电源38的负载侧的阻抗。在一例中，指定的值为0.3以上且0.5以下的范围内的值。此外，用下面的(2)式定义反射系数Γ2。
Γ2＝(Z2-Z02)/(Z2+Z02)…(2)
在(2)式中，Z02是供电线45的特性阻抗，一般为50Ω。在(2)式中，Z2是高频电源38的负载侧的阻抗。作为(2)式的Z2，能够使用移动平均值ZMA21。控制器42c保持有用于决定反射系数Γ2的绝对值|Γ2|与高频电源38的负载侧的阻抗的关系的函数或表。控制器42c也可以使用该函数或表来调整高频电源38的负载侧的阻抗。
在一个实施方式中，也可以是，在第一模式中，阻抗运算器118B除了求出移动平均值ZMA21以外，还根据移动平均值IMA22和移动平均值VMA22求出高频电源38的负载侧的阻抗的移动平均值ZMA22。移动平均值ZMA22与移动平均值ZMA21一同被输出到控制器42c。在该情况下，控制器42c通过执行器42d和执行器42e来调整可变电抗元件42g和可变电抗元件42h各自的电抗，以使根据移动平均值ZMA21与移动平均值ZMA22的平均值确定出的高频电源38的负载侧的阻抗同高频电源38的输出阻抗(匹配点)一致或者接近。
在等离子体处理装置1中使用调制高频电力的情况下，将监视期间MP1的负载侧的阻抗设定为与高频电源的输出阻抗(匹配点)不同的阻抗。其结果，调制高频电力的反射减少。在负载侧的阻抗与匹配点不同的情况下，虽然无法完全消除反射，但是调整高频电力的电力水平以使负载功率水平成为指定的电力水平，因此指定的电力水平的调制高频电力与等离子体耦合。
以上，对各种实施方式进行了说明，但不限定于所述的实施方式，能够构成各种变形方式。例如，等离子体处理装置1是电容耦合型的等离子体处理装置，但本公开的思想能够应用于构成为向电极供给来自高频电源的调制高频电力的任意的等离子体处理装置。作为这样的等离子体处理装置，例如例示电感耦合型的等离子体处理装置。
另外，在所述说明中，示出等离子体处理装置1使用高频电力RF1和高频电力RF2这两方来进行等离子体处理，也可以仅使用高频电力RF1和高频电力RF2中的一方来进行等离子体处理。
下面，对为了评价等离子体处理装置1而进行的实验进行说明。此外，本公开不被下面说明的实验限定。
在实验中，使用等离子体处理装置1，向基座16供给连续高频电力CRF1和调制高频电力MRF2，由此在腔室10内生成等离子体。而且，在第一期间T1的开始时间点TS和结束时间点TE分别测定了调制高频电力MRF2的行波的电力水平Pf和反射波的电力水平Pr(参照图9的(a))。在实验中，将调制高频电力MRF2的反射系数Γ的绝对值|Γ|设定为各种值。下面，示出实验的其它条件。
<实验条件>
连续高频电力CRF1：60MHz，1200W
调制高频电力MRF2的频率：40.68MHz
调制高频电力MRF2的调制频率：10kHz
调制高频电力MRF2的占空比：50％
第一期间T1的调制高频电力MRF2的设定电力水平：1000W
第二期间T2的调制高频电力MRF2的设定电力水平：0W
腔室10内的压力：2.67Pa
向腔室10的内部空间供给的气体：CF4气体(50sccm)、Ar气体(600sccm)。
在图9的(b)中示出实验的结果。在图9的(b)的曲线图中，横轴表示反射系数Γ的绝对值|Γ|。在图9的(b)的曲线图中，纵轴表示第一期间T1的开始时间点TS或第一期间T1的结束时间点TE的、行波的电力水平Pf相对于反射波的电力水平Pr的比例(下面仅称作“比例”)。实验的结果是，在反射系数Γ的绝对值|Γ|分别被设定为0、0.1、0.2的情况下，在结束时间点TE，反射波的电力水平Pr不稳定，根据情况，比例大约为100％。另一方面，在反射系数Γ的绝对值|Γ|被设定为0.3以上且0.5以下的值的情况下，确认到比例变得相当小，反射波减少。此外，在反射系数Γ的绝对值|Γ|比0.5大的情况下，为了确保负载功率水平，需要使用具有相当大的额定输出的高频电源。因而，通过将反射系数Γ的绝对值|Γ|设定为0.3以上且0.5以下，能够减少高频电力的反射波，并且，使用具有比较小的额定输出的高频电源也能够确保所需的负载功率水平。

Claims (3)

1.一种等离子体处理装置，具备：
腔室；
高频电源；
电极，其与所述高频电源电连接，以在所述腔室内生成等离子体；以及
匹配器，其连接在所述高频电源与所述电极之间，
所述高频电源构成为，输出以以下方式生成的高频电力，第一期间的电力水平比与该第一期间交替的第二期间的电力水平高，
所述匹配器构成为，将所述第一期间内的监视期间的所述高频电源的负载侧的阻抗设定为与所述高频电源的输出阻抗不同的阻抗，所述监视期间是在从所述第一期间的开始时间点起经过规定时间长度后开始的期间，
所述高频电源构成为，调整所述高频电力的电力水平以使行波的电力水平与反射波的电力水平之差即负载功率水平成为指定的电力水平。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述匹配器以使所述高频电力的反射系数的绝对值成为指定的值的方式设定所述负载侧的阻抗。
3.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述指定的值为0.3以上且0.5以下的范围内的值。
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