CN110379700B - 生成等离子体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生成等离子体的方法，能够快速抑制高频电力的反射。在一个实施方式的方法中，从高频电源经由匹配器向电极供给高频电力，以在腔室中生成等离子体。在供给高频电力的期间，根据反映腔室内的等离子体的产生的一个以上的参数来判定在腔室内是否生成了等离子体。在判定为没有生成等离子体的情况下，调整由高频电源输出的高频电力的频率，以将高频电源的负载侧电的抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零。

Description

生成等离子体的方法

技术领域

本公开的实施方式涉及一种生成等离子体的方法。

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。从高频电源向电极提供高频电力，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。

作为匹配器，通常使用机械控制式的匹配器。机械控制式的匹配器具有由马达进行驱动来变更其静电容量的电容器。机械控制式的匹配器的阻抗的控制速度受到马达对电容器的静电容量的控制速度的限制。

作为其它的匹配器，已知电子控制式的匹配器。电子控制式的匹配器具有多个第一串联电路和多个第二串联电路。多个第一串联电路彼此并联连接。多个第二串联电路彼此并联连接。在多个第一串联电路和多个第二串联电路的各串联电路中，电容器与开关元件串联连接。关于电子控制式的匹配器，能够通过对多个第一串联电路的各个第一串联电路的开关元件和多个第二串联电路的各个第二串联电路的开关元件进行电子控制来变更阻抗。因而，电子控制式的匹配器的阻抗的控制速度高。关于电子控制式的匹配器，在专利文献1中有所记载。

专利文献1：日本专利第5578374号说明书

发明内容

发明要解决的问题

在具备电子控制式的匹配器的等离子体处理装置中，有时即使向电极供给高频电力也不生成等离子体。在没有生成等离子体时，高频电力没有被充分利用于等离子体的生成，而是被反射。因而，在发生了没有生成等离子体的现象的情况下，需要在短时间内抑制高频电力的反射。

用于解决问题的方案

在一个方式中，提供一种在等离子体处理装置的腔室内生成等离子体的方法。等离子体处理装置具备腔室、高频电源、电极以及匹配器。电极与高频电源电连接，以在腔室内生成等离子体。匹配器设置在高频电源与电极之间，以使高频电源的负载侧的阻抗与高频电源的输出阻抗匹配。匹配器具有多个第一串联电路和多个第二串联电路。多个第一串联电路彼此并联连接。多个第二串联电路彼此并联连接。多个第一串联电路和多个第二串联电路的各串联电路分别包括电容器和开关元件。在多个第一串联电路和多个第二串联电路的各串联电路中，电容器与开关元件串联连接。

一个方式所涉及的方法包括以下工序，以在腔室中生成等离子体，所述工序包括：(i)从高频电源经由匹配器向电极供给高频电力；(ii)在供给高频电力的工序的执行期间，根据反映腔室内的等离子体的产生的一个以上的参数来判定在腔室内是否生成了等离子体；以及(iii)利用匹配器使负载侧的阻抗与高频电源的输出阻抗匹配。在进行判定的工序中判定为在腔室内没有生成等离子体的情况下，执行以下工序：调整由高频电源输出的高频电力的频率，以将高频电源的负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零。

在一个方式所涉及的方法中，在发生了没有生成等离子体的现象的情况下，调整高频电源所产生的高频电力的频率，以将高频电源的负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零。高频电源能够快速调整高频电力的频率。因而，在发生了没有生成等离子体的现象的情况下，在短时间内抑制高频电力的反射。

在一个实施方式中，方法还包括以下工序：在执行调整高频电力的频率的工序之后，在根据一个以上的参数判定为在腔室内没有生成等离子体的情况下，变更由高频电源输出的高频电力的频率，以决定使腔室内产生等离子体的高频电力的频率。

在变更高频电力的频率的工序的一个实施方式中，对高频电力的频率进行扫描。在变更高频电力的频率的工序的其它实施方式中，将高频电力的频率依次设定为多个频率。

在一个实施方式中，一个以上的参数是从高频电力的电压的峰值、高频电力的电压与电流的相位差、负载侧的阻抗的大小、行波的电力水平、反射波的电力水平以及腔室内的发光量中选择出的一个以上的参数。

发明的效果

如以上所说明的那样，在发生了没有生成等离子体的现象的情况下，能够在短时间内抑制高频电力的反射。

附图说明

图1是示出一个实施方式所涉及的生成等离子体的方法的流程图。

图2是示出一个实施方式所涉及的生成等离子体的方法的流程图。

图3是概要地示出能够应用图1和图2所示的方法的一例的等离子体处理装置的图。

图4是示出图3所示的等离子体处理装置的高频电源36和匹配器40的结构的一例的图。

图5是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器40的匹配电路的一例的图。

图6是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器40的传感器的结构的一例的图。

图7是示出图3所示的等离子体处理装置的高频电源38和匹配器42的结构的一例的图。

图8是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器42的匹配电路的一例的图。

图9是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器42的传感器的结构的一例的图。

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标记。

图1和图2是示出一个实施方式所涉及的生成等离子体的方法的流程图。为了在等离子体处理装置的腔室内生成等离子体而执行图1和图2所示的方法MT。

图3是概要地示出能够应用图1和图2所示的方法的一例的等离子体处理装置的图。图3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。对腔室主体12的内壁面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，该基板W通过开口12p。能够通过闸阀12g来对开口12p进行打开和关闭。闸阀12g沿着腔室主体12的侧壁设置。

在腔室10的壁部、例如腔室主体12的侧壁设置有窗10w。窗10w由光学透明的构件形成。在腔室10中发出的光透过窗10w而被输出到腔室10的外部。等离子体处理装置1还具备光学传感器74。光学传感器74以面向窗10w的方式配置于腔室10的外侧。光学传感器74构成为监视腔室10的内部空间(例如，后述的处理区域PS)的发光量。光学传感器74例如能够是发射光谱分析仪。此外，光学传感器74也可以设置于腔室10中。

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构成为对载置在该静电卡盘18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为导电膜，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。当从直流电源24向电极20施加直流电压时，在基板W与静电卡盘18之间产生静电引力。通过所产生的静电引力，基板W被吸附于静电卡盘18，且被静电卡盘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被配置为包围基板W的边缘。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涡旋状地延伸。从设置于腔室10的外部的供给装置(例如冷却单元)经由配管32a来向流路14f供给热交换介质cw(例如冷却水之类的制冷剂)。被供给到流路14f的热交换介质经由配管32b被回收到供给装置。利用供给装置来调整热交换介质的温度，由此调整基板W的温度。并且，在等离子体处理装置1中设置有气体供给管线34。气体供给管线34是为了向静电卡盘18的上表面与基板W的背面之间供给传热气体(例如，He气体)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与后述的上部电极而不是与下部电极连接。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的组合及高频电源38和匹配器42的组合中的任一组合。

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f_B1例如为100MHz。高频电源38输出用于从等离子体向基板W引入离子的高频电力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f_B2例如为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分别为电子控制式的匹配器。在后文中分别叙述匹配器40和匹配器42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被设置为将腔室主体12的上端的开口关闭。腔室10的内部空间包括处理区域PS。处理区域PS为上部电极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与上部电极46而不是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由铝形成，是以能够装卸的方式支承顶板48的构件，该支承体50的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延伸来与多个气体喷出孔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以及多个气体喷出孔48a被供给到腔室10的内部空间。利用流量控制器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且腔室主体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的内部空间减压到所指定的压力。

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、光学传感器74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)。利用主控制部70来控制等离子体处理装置1的各部，由此执行后述的方法MT。

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内并载置到静电卡盘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，从直流电源24向静电卡盘18的电极20施加直流电压来使基板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。

下面，参照图4～图9来详细说明高频电源36、匹配器40、高频电源38以及匹配器42。图4是示出图3所示的等离子体处理装置的高频电源36和匹配器40的结构的一例的图。图5是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器40的匹配电路的一例的图。图6是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器40的传感器的结构的一例的图。图7是示出图3所示的等离子体处理装置的高频电源38和匹配器42的结构的一例的图。图8是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器42的匹配电路的一例的图。图9是示出图3所示的等离子体处理装置的匹配器42的传感器的结构的一例的图。

如图4所示，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利用由主控制部70和功率传感器36c提供的信号来向振荡器36a和功率放大器36b分别提供控制信号，以控制振荡器36a和功率放大器36b。

由主控制部70向电源控制部36e提供的信号为第一电力水平设定信号和第一频率设定信号。第一电力水平设定信号为用于指定高频电力RF1的电力水平的信号，第一频率设定信号为用于指定高频电力RF1的设定频率的信号。

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设定频率的高频信号。振荡器36a的输出与功率放大器36b的输入连接。从振荡器36a输出的高频信号被输入到功率放大器36b。功率放大器36b将所输入的高频信号放大，以基于该高频信号生成具有根据第一电力水平设定信号指定的电力水平的高频电力RF1。功率放大器36b输出所生成的高频电力RF1。

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。在功率传感器36c中，定向耦合器向行波检测器提供高频电力RF1的行波的一部分，向反射波检测器提供反射波。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的频率的信号。功率传感器36c的行波检测器生成行波的全部频率分量中的具有与高频电力RF1的设定频率相同的频率的分量的电力水平的测定值、即行波的电力水平的测定值P_f11。测定值P_f11被提供给电源控制部36e，用于进行功率反馈。

功率传感器36c的反射波检测器生成反射波的全部频率分量中的具有与高频电力RF1的频率相同的频率的分量的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值P_r11。另外，功率传感器36c的反射波检测器生成反射波的全部频率分量的总的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值P_r12。测定值P_r11被提供给主控制部70，用于进行监视器显示。测定值P_r12被提供给电源控制部36e，用于保护功率放大器36b。

匹配器40具有匹配电路40a、传感器40b、控制器40c、分压电路40d以及电压监视器40v。匹配电路40a为电子控制式的匹配电路。如图5所示，匹配电路40a具有多个串联电路401(多个第一串联电路)和多个串联电路402(多个第二串联电路)。

多个串联电路401彼此并联连接。在图5所示的例子中，多个串联电路401并联连接在结点与地之间，该结点为高频电源36与负载侧的电极(例如下部电极)之间的结点。多个串联电路401的各串联电路401分别包括电容器401c和开关元件401s。电容器401c与开关元件401s串联连接。开关元件401s例如为PIN二极管。

多个串联电路402彼此并联连接。在图5所示的例子中，多个串联电路402并联连接在高频电源36与负载侧的电极(例如下部电极)之间。在其它例子中，多个串联电路402也可以并联连接在其它结点与地之间，该其它结点为高频电源36与负载侧的电极(例如下部电极)之间的结点。多个串联电路402的各串联电路402分别包括电容器402c和开关元件402s。电容器402c与开关元件402s串联连接。开关元件402s例如为PIN二极管。此外，匹配电路40a也可以还包括电感器等。

再次参照图4。控制器40c例如由处理器构成。控制器40c在主控制部70的控制下进行动作。控制器40c利用从传感器40b提供的测定值。

如图6所示，传感器40b具有电流检测器102A、电压检测器104A、滤波器106A以及滤波器108A。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，输出表示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从电压波形数字信号仅提取根据来自主控制部70的信号确定的高频电力RF1的设定频率的分量，由此生成过滤电压波形信号。由滤波器106A生成的过滤电压波形信号被提供给控制器40c。此外，滤波器106A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。

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，输出表示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。而且，滤波器108A从电流波形数字信号仅提取根据来自主控制部70的信号确定的高频电力RF1的设定频率的分量，由此生成过滤电流波形信号。由滤波器108A生成的过滤电流波形信号被提供给控制器40c。此外，滤波器108A例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。

返回到图4。控制器40c求高频电源36的负载侧的阻抗(以下称为“阻抗Z₁”)。控制器40c控制匹配电路40a的多个开关元件401s和多个开关元件402s，以使求出的阻抗Z₁接近高频电源36的输出阻抗(匹配点)。

控制器40c使用从滤波器106A提供的过滤电压波形信号和从滤波器108A提供的过滤电流波形信号来求阻抗Z₁。具体地说，控制器40c通过以下的(1)式来求阻抗Z₁。

Z₁＝V₁/I₁ …(1)

在(1)式中，V₁为根据从滤波器106A提供的过滤电压波形信号确定出的电压，I₁为根据从滤波器108A提供的过滤电流波形信号确定出的电流。

控制器40c构成为，判定在从高频电源36供给高频电力RF1的期间在腔室10内是否生成了等离子体。即，控制器40c构成为，在从高频电源36开始供给高频电力RF1且在传感器40b中检测到高频电力RF1之后，判定在腔室10内是否生成了等离子体。

在判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，控制器40c指示电源控制部36e调整高频电力RF1的频率，以将负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零。根据阻抗Z₁来确定负载侧的电抗。控制器40c直接向电源控制部36e发送指示，或者经由主控制部70向电源控制部36e发送指示。具体地说，控制器40c在判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，在史密斯圆图上求用于将负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零的设定频率。控制器40c向电源控制部36e发送指示，以将高频电力RF1的频率调整为求出的设定频率。电源控制部36e控制振荡器36a，以将输出的高频信号的频率调整为由控制器40c指示的设定频率。通过将由振荡器36a输出的高频信号的频率调整为设定频率，来将高频电力RF1的频率调整为设定频率。

在即使将高频电力RF1的频率调整为了设定频率也判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，进一步变更高频电力RF1的频率，以决定在腔室10内产生等离子体的高频电力RF1的频率。具体地说，控制器40c在即使将高频电力RF1的频率调整为了设定频率也判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，指示电源控制部36e变更高频电力RF1的频率。电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制振荡器36a，以变更所输出的高频信号的频率。通过变更由振荡器36a输出的高频信号的频率，来使高频电力RF1的频率也变更。在变更高频电力RF1的频率的期间，在规定的范围内对高频电力RF1的频率进行扫描。或者，在变更高频电力RF1的频率的期间，将高频电力RF1的频率依次设定为多个频率。

如上所述，控制器40c构成为判定在腔室10内是否生成了等离子体。控制器40c求反映腔室10内的等离子体的产生的一个以上的参数。一个以上的参数为从相位差阻抗Z₁的大小|Z₁|、反射系数Γ₁、行波的电力水平P_f1、反射波的电力水平P_r1、电压的峰值V_pp1以及腔室10内的发光量中选择出的一个以上的参数。控制器40c通过将一个以上的参数与对应的阈值进行比较，来判定是否生成了等离子体。此外，在使用多个参数的情况下，可以是，在将多个参数的全部参数与对应的参数进行比较的结果表示在腔室10内生成了等离子体的情况下，判定为在腔室10内生成了等离子体。或者，也可以是，在将多个参数中的一个以上的参数与对应的参数进行比较的结果表示在腔室10内生成了等离子体的情况下，判定为在腔室10内生成了等离子体。

相位差为电压V₁与电流I₁之间的相位差。控制器40c能够通过以下的(2)式来求相位差/>

用以下的(3)式来定义(2)式中的X₁和R₁。

Z₁＝R₁+jX₁ …(3)

此外，在(3)式中，“j”为虚数。

控制器40c能够通过以下的(4)式来求反射系数Γ₁。

Γ₁＝(Z₁-Z₀₁)/(Z₁+Z₀₁) …(4)

在(4)式中，Z₀₁为供电线43的特性阻抗，一般为50Ω。

行波的电力水平P_f1为供电线43上的行波的电力水平。反射波的电力水平P_r1为供电线43上的反射波的电力水平。控制器40c能够通过以下的(5)式来求行波的电力水平P_f1。控制器40c能够通过以下的(6)式来求反射波的电力水平P_r1。

P_f1＝P₁/(1-|Γ₁|²) …(5)

P_r1＝|Γ₁|²P₁/(1-|Γ₁|²) …(6)

在(5)式和(6)式中，P₁为行波的电力水平与反射波的电力水平之差，即负载功率的水平。用以下的式(7)来定义负载功率的水平P₁。

电压的峰值V_pp1为供电线43上的电压的峰值。控制器40c能够从电压监视器40v获取峰值V_pp1。由电压监视器40v来测定峰值V_pp1。如图4所示，电压监视器40v根据通过分压电路40d分压后的电压的测定值来求峰值V_pp1。并且，控制器40c能够从光学传感器74获取腔室10内的发光量。

控制器40c当判定为在腔室10内生成了等离子体时，向电源控制部36e发送指示，以将高频电力RF1的设定频率设定为基本频率f_B1。电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制振荡器36a，以将所输出的高频信号的频率设定为基本频率f_B1。通过将由振荡器36a输出的高频信号的频率设定为基本频率f_B1，来将高频电力RF1的频率设定为基本频率f_B1。另外，控制器40c当判定为在腔室10内生成了等离子体时，控制匹配电路40a以使高频电源36的负载侧的阻抗与高频电源36的输出阻抗(匹配点)匹配。

如图7所示，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利用由主控制部70和功率传感器38c提供的信号来向振荡器38a和功率放大器38b分别提供控制信号，以控制振荡器38a和功率放大器38b。

由主控制部70向电源控制部38e提供的信号为第二电力水平设定信号和第二频率设定信号。第二电力水平设定信号为用于指定高频电力RF2的电力水平的信号，第二频率设定信号为用于指定高频电力RF2的设定频率的信号。

电源控制部38e控制振荡器38a，以输出具有根据第二频率设定信号指定的设定频率的高频信号。振荡器38a的输出与功率放大器38b的输入连接。从振荡器38a输出的高频信号被输入到功率放大器38b。功率放大器38b将所输入的高频信号放大，以基于该高频信号生成具有根据第二电力水平设定信号指定的电力水平的高频电力RF2。功率放大器38b输出所生成的高频电力RF2。

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。在功率传感器38c中，定向耦合器向行波检测器提供高频电力RF2的行波的一部分，向反射波检测器提供反射波。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的频率的信号。功率传感器38c的行波检测器生成行波的全部频率分量中的具有与高频电力RF2的设定频率相同的频率的分量的电力水平的测定值、即行波的电力水平的测定值P_f21。测定值P_f21被提供给电源控制部38e，用于进行功率反馈。

功率传感器38c的反射波检测器生成反射波的全部频率分量中的具有与高频电力RF2的频率相同的频率的分量的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值P_r21。另外，功率传感器38c的反射波检测器生成反射波的全部频率分量的总的电力水平的测定值、即反射波的电力水平的测定值P_r22。测定值P_r21被提供给主控制部70，用于进行监视器显示。测定值P_r22被提供给电源控制部38e，用于保护功率放大器38b。

匹配器42具有匹配电路42a、传感器42b、控制器42c、分压电路42d以及电压监视器42v。匹配电路42a为电子控制式的匹配电路。如图8所示，匹配电路42a具有多个串联电路421(第一串联电路)和多个串联电路422(第二串联电路)。

多个串联电路421彼此并联连接。在图8所示的例子中，多个串联电路421并联连接在结点与地之间，该结点为高频电源38与负载侧的电极(下部电极)之间的结点。多个串联电路421的各串联电路421分别包括电容器421c和开关元件421s。电容器421c与开关元件421s串联连接。开关元件421s例如为PIN二极管。

多个串联电路422彼此并联连接。在图8所示的例子中，多个串联电路422并联连接在高频电源38与负载侧的电极(下部电极)之间。在其它例子中，多个串联电路422也可以并联连接在其它结点与地之间，该其它结点为高频电源38与负载侧的电极(下部电极)之间的结点。多个串联电路422的各串联电路422分别包括电容器422c和开关元件422s。电容器422c与开关元件422s串联连接。开关元件422s例如为PIN二极管。此外，匹配电路42a也可以还包括电感器等。

再次参照图7。控制器42c例如由处理器构成。控制器42c在主控制部70的控制下进行动作。控制器42c利用从传感器42b提供的测定值。

如图9所示，传感器42b具有电流检测器102B、电压检测器104B、滤波器106B以及滤波器108B。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，输出表示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从电压波形数字信号仅提取根据来自主控制部70的信号确定的高频电力RF2的设定频率的分量，由此生成过滤电压波形信号。由滤波器106B生成的过滤电压波形信号被提供给控制器42c。此外，滤波器106B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。

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，输出表示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。而且，滤波器108B从电流波形数字信号仅提取根据来自主控制部70的信号确定的高频电力RF2的设定频率的分量，由此生成过滤电流波形信号。由滤波器108B生成的过滤电流波形信号被提供给控制器42c。此外，滤波器108B例如能够由FPGA(现场可编程门阵列)构成。

返回到图7。控制器42c求高频电源38的负载侧的阻抗(以下称为“阻抗Z₂”)。控制器42c控制匹配电路42a的多个开关元件421s和多个开关元件422s，以使求出的阻抗Z₂接近高频电源38的输出阻抗(匹配点)。

控制器42c使用从滤波器106B提供的过滤电压波形信号和从滤波器108B提供的过滤电流波形信号来求阻抗Z₂。具体地说，控制器42c通过以下的(8)式来求阻抗Z₂。

Z₂＝V₂/I₂ …(8)

在(8)式中，V₂为根据从滤波器106B提供的过滤电压波形信号确定出的电压，I₂为根据从滤波器108B提供的过滤电流波形信号确定出的电流。

控制器42c构成为，判定在从高频电源38供给高频电力RF2的期间在腔室10内是否生成了等离子体。即，控制器42c构成为，在从高频电源38开始供给高频电力RF2且在传感器42b中检测到高频电力RF2之后，判定在腔室10内是否生成了等离子体。

在判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，控制器42c指示电源控制部38e调整高频电力RF2的频率，以将负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零。根据阻抗Z₂来确定负载侧的电抗。控制器42c直接向电源控制部38e发送指示，或者经由主控制部70向电源控制部38e发送指示。具体地说，控制器42c在判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，在史密斯圆图上求用于将负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零的设定频率。控制器42c向电源控制部38e发送指示，以将高频电力RF2的频率调整为求出的设定频率。电源控制部38e控制振荡器38a，以将输出的高频信号的频率调整为由控制器42c指示的设定频率。通过将由振荡器38a输出的高频信号的频率调整为设定频率，来将高频电力RF2的频率调整为设定频率。

在即使将高频电力RF2的频率调整为了设定频率也判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，进一步变更高频电力RF2的频率，以决定在腔室10内产生等离子体的高频电力RF2的频率。具体地说，控制器42c在即使将高频电力RF2的频率调整为了设定频率也判定为在腔室10内没有生成等离子体的情况下，指示电源控制部38e变更高频电力RF2的频率。电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制振荡器38a，以变更所输出的高频信号的频率。通过变更由振荡器38a输出的高频信号的频率，来使高频电力RF2的频率也变更。在变更高频电力RF2的频率的期间，在规定的范围内对高频电力RF2的频率进行扫描。或者，在变更高频电力RF2的频率的期间，将高频电力RF2的频率依次设定为多个频率。

如上所述，控制器42c构成为判定在腔室10内是否生成了等离子体。控制器42c求反映腔室10内的等离子体的产生的一个以上的参数。一个以上的参数为从相位差阻抗Z₂的大小|Z₂|、反射系数Γ₂、行波的电力水平P_f2、反射波的电力水平P_r2、电压的峰值V_pp2以及腔室10内的发光量中选择出的一个以上的参数。控制器42c通过将一个以上的参数与对应的阈值进行比较，来判定是否生成了等离子体。此外，在使用多个参数的情况下，可以是，在将多个参数的全部参数与对应的参数进行比较的结果表示在腔室10内生成了等离子体的情况下，判定为在腔室10内生成了等离子体。或者，也可以是，在将多个参数中的一个以上的参数与对应的参数进行比较的结果表示在腔室10内生成了等离子体的情况下，判定为在腔室10内生成了等离子体。

相位差为电压V₂与电流I₂之间的相位差。控制器42c能够通过以下的(9)式来求相位差/>

用以下的(10)式来定义(9)式中的X₂和R₂。

Z₂＝R₂+jX₂ …(10)

此外，在(10)式中，“j”为虚数。

控制器42c能够通过以下的(11)式来求反射系数Γ₂。

Γ₂＝(Z₂-Z₀₂)/(Z₂+Z₀₂) …(11)

在(11)式中，Z₀₂为供电线45的特性阻抗，一般为50Ω。

行波的电力水平P_f2为供电线45上的行波的电力水平。反射波的电力水平P_r2为供电线45上的反射波的电力水平。控制器42c能够通过以下的(12)式来求行波的电力水平P_f2。控制器42c能够通过以下的(13)式来求反射波的电力水平P_r2。

P_f2＝P₂/(1-|Γ₂|²) …(12)

P_r2＝|Γ₂|²P₂/(1-|Γ₂|²) …(13)

在(12)式和(13)式中，P₂为行波的电力水平与反射波的电力水平之差，即负载功率的水平。用以下的式(14)来定义负载功率的水平P₂。

电压的峰值V_pp2为供电线45上的电压的峰值。控制器42c能够从电压监视器42v获取峰值V_pp2。由电压监视器42v来测定峰值V_pp2。如图7所示，电压监视器42v根据通过分压电路42d分压后的电压的测定值来求峰值V_pp2。并且，控制器42c能够从光学传感器74获取腔室10内的发光量。

控制器42c当判定为在腔室10内生成了等离子体时，向电源控制部38e发送指示，以将高频电力RF2的设定频率设定为基本频率f_B2。电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制振荡器38a，以将所输出的高频信号的频率设定为基本频率f_B2。通过将由振荡器38a输出的高频信号的频率设定为基本频率f_B2，来将高频电力RF2的频率设定为基本频率f_B2。另外，控制器42c当判定为在腔室10内生成了等离子体时，控制匹配电路42a以使高频电源38的负载侧的阻抗与高频电源38的输出阻抗(匹配点)匹配。

下面，再次参照图1和图2，以将方法MT应用于等离子体处理装置1的情况为例来说明方法MT。另外，在以下的说明中，以在等离子体的生成中使用高频电源36和匹配器40以及高频电源38和匹配器42的情况为例来说明方法MT。

在向腔室10的内部空间供给气体且利用排气装置66将腔室10的内部空间内的压力减压到指定的压力的状态下执行方法MT。如图1所示，方法MT以工序ST1开始。在工序ST1中，开始供给高频电力RF1和高频电力RF2。在工序ST1中，将高频电力RF1的频率设定为基本频率f_B1，将高频电力RF2的频率设定为基本频率f_B2。经由匹配器40从高频电源36向下部电极供给高频电力RF1。也可以是，经由匹配器40向上部电极46供给高频电力RF1。经由匹配器42从高频电源38向下部电极供给高频电力RF2。

在后续的工序ST2中，探测高频电力RF1和高频电力RF2。在控制器40c中探测高频电力RF1。控制器40c将传感器40b的上述测定值、行波的电力水平P_f1、负载功率的水平P₁、电压的峰值V_pp1之类的参数中的一个以上的参数与对应的阈值进行比较，由此能够探测高频电力RF1。在控制器42c中探测高频电力RF2。控制器42c将传感器42b的上述测定值、行波的电力水平P_f2、负载功率的水平P₂、电压的峰值V_pp2之类的参数中的一个以上的参数与对应的阈值进行比较，由此能够探测高频电力RF2。

当探测到高频电力RF1和高频电力RF2时，执行后续的工序ST3。在工序ST3中，由控制器40c获取上述的一个以上的参数，由控制器42c获取上述的一个以上的参数，以在后续的工序ST4中判定在腔室10内是否生成了等离子体。由控制器40c获取的一个以上的参数为从相位差阻抗Z₁的大小|Z₁|、反射系数Γ₁、行波的电力水平P_f1、反射波的电力水平P_r1、电压的峰值V_pp1以及腔室10内的发光量中选择出的一个以上的参数。由控制器42c获取的一个以上的参数为从相位差/>阻抗Z₂的大小|Z₂|、反射系数Γ₂、行波的电力水平P_f2、反射波的电力水平P_r2、电压的峰值V_pp2以及腔室10内的发光量中选择出的一个以上的参数。

在后续的工序ST4中，判定在腔室10内是否生成了等离子体。具体地说，在工序ST4中，控制器40c将控制器40c在工序ST3中求出的一个以上的参数与对应的阈值进行比较，由此判定是否生成了等离子体。另外，控制器42c将控制器42c在工序ST3中求出的一个以上的参数与对应的阈值进行比较，由此判定是否生成了等离子体。

在工序ST4中判定为生成了等离子体的情况下，执行工序ST5。在工序ST5中，控制器40c控制匹配电路40a，以使高频电源36的负载侧的阻抗(阻抗Z₁)与高频电源36的输出阻抗(匹配点)匹配。在工序ST5中，控制器42c控制匹配电路42a，以使高频电源38的负载侧的阻抗(阻抗Z₂)与高频电源38的输出阻抗(匹配点)匹配。在方法MT中，在生成了等离子体的状态下执行等离子体处理。在执行等离子体处理之后，结束方法MT。

另一方面，在工序ST4中判定为没有生成等离子体的情况下，执行工序ST11。在工序ST11中，调整高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率。具体地说，在工序ST11中，控制器40c指示电源控制部36e调整高频电力RF1的频率，以将负载侧的电抗(X₁)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₁)接近零。更具体地说，在工序ST11中，控制器40c在史密斯圆图上求用于将负载侧的电抗(X₁)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₁)接近零的设定频率。控制器40c向电源控制部36e发送指示，以将高频电力RF1的频率调整为求出的设定频率。电源控制部36e控制振荡器36a，以将输出的高频信号的频率调整为由控制器40c指示的设定频率。通过将由振荡器36a输出的高频信号的频率调整为设定频率，来将高频电力RF1的频率调整为设定频率。

另外，在工序ST11中，控制器42c指示电源控制部38e调整高频电力RF2的频率，以将负载侧的电抗(X₂)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₂)接近零。更具体地说，在工序ST11中，控制器42c在史密斯圆图上求用于将负载侧的电抗(X₂)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₂)接近零的设定频率。控制器42c向电源控制部38e发送指示，以将高频电力RF2的频率调整为求出的设定频率。电源控制部38e控制振荡器38a，以将输出的高频信号的频率调整为由控制器42c指示的设定频率。通过将由振荡器38a输出的高频信号的频率调整为设定频率，来将高频电力RF2的频率调整为设定频率。

继工序ST11之后执行工序ST12。在工序ST12中，与工序ST3同样地由控制器40c来获取上述的一个以上的参数，由控制器42c来获取上述的一个以上的参数。

继工序ST12之后执行工序ST13。在工序ST13中，与工序ST4同样地由控制器40c和控制器42c来判定在腔室10内是否生成了等离子体。

在工序ST13中判定为生成了等离子体的情况下，执行工序ST14。在工序ST14中，将高频电力RF1的频率设定为基本频率f_B1，将高频电力RF2的频率设定为基本频率f_B2。由电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制高频电力RF1的频率。由电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制高频电力RF2的频率。在执行工序ST14之后，将处理移到工序ST5。

另一方面，在工序ST13判定为没有生成等离子体的情况下，执行工序ST21。在工序ST21中，变更高频电力RF1的频率且变更高频电力RF2的频率，以决定在腔室10内产生等离子体的高频电力RF1的频率。

具体地说，在工序ST21中，控制器40c指示电源控制部36e变更高频电力RF1的频率。电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制振荡器36a，以变更输出的高频信号的频率。通过变更由振荡器36a输出的高频信号的频率，来使高频电力RF1的频率也变更。另外，控制器42c指示电源控制部38e变更高频电力RF2的频率。电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制振荡器38a，以变更输出的高频信号的频率。通过变更由振荡器38a输出的高频信号的频率，来使高频电力RF2的频率也变更。

在继工序ST21之后的工序ST22中，与工序ST3同样地由控制器40c来获取上述的一个以上的参数，由控制器42c来获取上述的一个以上的参数。

在继工序ST22之后的工序ST23中，与工序ST4同样地由控制器40c和控制器42c来判定在腔室10内是否生成了等离子体。

在工序ST23中判定为生成了等离子体的情况下，执行工序ST24。在工序ST24中，将高频电力RF1的频率设定为基本频率f_B1，将高频电力RF2的频率设定为基本频率f_B2。由电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制高频电力RF1的频率。由电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制高频电力RF2的频率。在执行工序ST24之后，将处理移到工序ST5。

另一方面，在工序ST23中判定为没有生成等离子体的情况下，执行工序ST25。在工序ST25中，判定是否结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更。在一个实施方式中，在重复执行包括工序ST21、工序ST22、工序ST23以及工序ST25的顺序的期间，在规定的范围内对高频电力RF1的频率进行扫描且在其它规定的范围内对高频电力RF2的频率进行扫描，来判定是否生成了等离子体。在该实施方式中，在工序ST25中，在对高频电力RF1的频率的扫描没有完成或者对高频电力RF2的频率的扫描没有完成的情况下，判定为不结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更。在对高频电力RF1的频率的扫描完成且对高频电力RF2的频率的扫描完成的情况下，判定为结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更。

在其它实施方式中，在重复执行包括工序ST21、工序ST22、工序ST23以及工序ST25的顺序的期间，将高频电力RF1的频率依次设定为多个频率且将高频电力RF2的频率依次设定为多个其它频率，来判定是否生成了等离子体。在该实施方式中，在工序ST25中，在高频电力RF1的频率向多个频率的变更没有完成或者高频电力RF2的频率向多个其它频率的变更没有完成的情况下，判定为不结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更。在高频电力RF1的频率向多个频率的变更完成且高频电力RF2的频率向多个其它频率的变更完成的情况下，判定为结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更。

当在工序ST25中判定为不结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更时，再次执行工序ST21。另一方面，当在工序ST25中判定为结束对高频电力RF1的频率和高频电力RF2的频率的变更时，执行工序ST31。

在工序ST31中，将高频电力RF1的频率设定为基本频率f_B1，将高频电力RF2的频率设定为基本频率f_B2。由电源控制部36e根据来自控制器40c的指示来控制高频电力RF1的频率。由电源控制部38e根据来自控制器42c的指示来控制高频电力RF2的频率。

在继工序ST31之后的工序ST32中，与工序ST5同样地控制匹配电路40a，以使高频电源36的负载侧的阻抗(阻抗Z₁)与高频电源36的输出阻抗(匹配点)匹配。另外，在工序ST32中，控制匹配电路42a，以使高频电源38的负载侧的阻抗(阻抗Z₂)与高频电源38的输出阻抗(匹配点)匹配。

在继工序ST32之后的工序ST33中，与工序ST3同样地由控制器40c来获取上述的一个以上的参数，由控制器42c来获取上述的一个以上的参数。

在继工序ST33之后的工序ST34中，与工序ST4同样地由控制器40c和控制器42c来判定在腔室10内是否生成了等离子体。在工序ST34中判定为没有生成等离子体的情况下，在工序ST41中，方法MT由于错误而停止。另一方面，在工序ST34中判定为生成了等离子体的情况下，在生成了等离子体的状态下执行等离子体处理。然后，在执行等离子体处理之后，结束方法MT。

关于方法MT，在发生了在腔室10中没有生成等离子体的现象的情况下，调整高频电力RF1的频率，使得将高频电源36的负载侧的电抗(X₁)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₁)接近零。另外，在发生了在腔室10中没有生成等离子体的现象的情况下，调整高频电力RF2的频率，使得将高频电源38的负载侧的电抗(X₂)设定为零或者使该负载侧的电抗(X₂)接近零。高频电源36和高频电源38的各高频电源能够快速调整高频电力的频率。因而，在发生了没有生成等离子体的现象的情况下，在短时间内抑制高频电力RF1和高频电力RF2的反射。

以上说明了各种实施方式，但不限定于上述的实施方式，能够构成各种变形方式。例如，在上述说明中将方法MT应用于等离子体处理装置1，但方法MT能够应用于构成为从高频电源向电极供给高频电力以生成等离子体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，在方法MT中，也可以是，仅使用高频电源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来生成等离子体。在该情况下，利用一个组合中所包括的高频电源和匹配器来执行方法MT的工序ST2以后的各工序。另外，也可以是，在使用高频电源36和匹配器40的组合以及高频电源38和匹配器42的组合这两个组合的情况下，仅利用高频电源36和匹配器40的组合执行方法MT的工序ST2以后的各工序，来生成等离子体。

Claims (4)

1.一种生成等离子体的方法，用于在等离子体处理装置的腔室内生成等离子体，所述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，其设置在所述高频电源与所述电极之间，以使所述高频电源的负载侧的阻抗与所述高频电源的输出阻抗匹配，

其中，所述匹配器具有：

彼此并联连接的多个第一串联电路，各所述第一串联电路分别包括电容器以及与该电容器串联连接的开关元件；以及

彼此并联连接的多个第二串联电路，各所述第二串联电路分别包括电容器以及与该电容器串联连接的开关元件，

该方法包括以下工序：

从所述高频电源经由所述匹配器以基本频率向所述电极供给高频电力，以在所述腔室中生成等离子体；

在供给所述高频电力的所述工序的执行期间，根据反映所述腔室内的等离子体的产生的一个以上的参数来判定在所述腔室内是否生成了等离子体；以及

利用所述匹配器使所述负载侧的阻抗与所述高频电源的输出阻抗匹配，

其中，在进行判定的所述工序中判定为在所述腔室内没有生成等离子体的情况下，执行以下工序：调整由所述高频电源输出的所述高频电力的频率，以将所述高频电源的所述负载侧的电抗设定为零或者使该负载侧的电抗接近零，之后，变更由所述高频电源输出的所述高频电力的频率，

在供给变更后的频率的所述高频电力的工序的执行期间，判定在所述腔室内是否生成了等离子体，在判定为在所述腔室内生成了等离子体的情况下，将所述高频电力的变更后的频率设定为所述基本频率，在判定为在所述腔室内没有生成等离子体的情况下，判定为错误并停止所述方法。

2.根据权利要求1所述的生成等离子体的方法，其特征在于，

在变更所述高频电力的频率的所述工序中，对该频率进行扫描。

3.根据权利要求1所述的生成等离子体的方法，其特征在于，

在变更所述高频电力的频率的所述工序中，将该频率依次设定为多个频率。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的生成等离子体的方法，其特征在于，

所述一个以上的参数为从所述高频电力的电压的峰值、所述高频电力的电压与电流的相位差、所述负载侧的阻抗的大小、行波的电力水平、反射波的电力水平以及所述腔室内的发光量中选择出的一个以上的参数。