TWI700724B - 電漿處理裝置之基座之電位的控制方法 - Google Patents

電漿處理裝置之基座之電位的控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種電漿處理裝置之基座之電位的控制方法，抑制通過基板與基座之間的空間之異常放電。一實施形態之方法，自第1射頻波電源及第2射頻波電源的至少一方將經脈波調變之調變射頻波對基座供給。此外，自電壓施加部，對基座施加與調變射頻波同步而經脈波調變之調變直流電壓。調變直流電壓的電壓値，設定為使載置於靜電吸盤上的基板之電位與基座之電位的差減少。

Description

電漿處理裝置之基座之電位的控制方法
本發明之實施形態，係關於電漿處理裝置之基座之電位的控制方法。
在半導體元件等各種電子元件的製造中，藉由對基板之電漿處理，施行乾蝕刻、氧化、成膜等各種電漿處理。此等電漿處理，使用生成處理氣體之電漿的電漿處理裝置。
電漿處理裝置，典型上具備處理容器、基座、靜電吸盤、第1及第2射頻波電源、及氣體供給部。處理容器，提供可真空排氣之內部空間。氣體供給部，對處理容器內之空間供給處理氣體。基座及靜電吸盤，設置於處理容器內。
靜電吸盤，設置於基座上。靜電吸盤，構成為吸附保持載置於其上之基板。具體而言，靜電吸盤，於介電材料膜中具有電極。以藉由對此一電極施加正極性的直流電壓所產生之靜電力，將基板保持於靜電吸盤。
此外，在基座及靜電吸盤，形成用於使升降銷升降移動之貫通孔。升降銷，在其前端往靜電吸盤之上方突出的狀態下，於該升降銷之前端支持處理前的基板。而後，藉由使升降銷下降而將基板載置於靜電吸盤上。此外，在基板之電漿處理後，藉由使升降銷上升，而將基板推離靜電吸盤。
此外，於基座之內部，為了控制電漿處理之實行中的基板溫度，而設置冷媒用之第1流路。此外，於靜電吸盤，設置用於將基板加熱之加熱器元件等。進一步，為了將基座的溫度效率良好地往基板傳遞，而於基座及靜電吸盤形成第2流路，第2流路用於將傳熱用之背面氣體（一般為He氣）往基板背面與靜電吸盤頂面之間供給。
此外，一般而言，基座兼作射頻電極，即下部電極。在電漿處理的實行中，自第1射頻波電源及第2射頻波電源通過匹配器對基座供給射頻波（High Frequency Wave）。另，第1射頻波電源，產生電漿生成用之第1射頻波；第2射頻波電源，產生離子導入用之第2射頻波。電漿處理之實行中，在基板吸附於靜電吸盤的狀態下，藉由對處理容器內供給來自氣體供給部的處理氣體，對基座供給來自第1及第2射頻波電源的射頻，而產生處理氣體之電漿。
而上述電漿處理裝置，若對靜電吸盤內之電極施加正極性且高壓的直流電壓，則基板與基座之間發生異常放電，而有發生基板受到損害之現象的情況。此處，參考圖1，具體地說明此一現象。如圖1所示，一般而言，靜電吸盤ESC，藉由黏接劑AH設置於基座LE上。基板W，載置於靜電吸盤ESC上，此外，於該基板W及靜電吸盤ESC之周圍，配置對焦環FR。
基板W，以藉由自直流電源DCP對靜電吸盤ESC之電極CE給予正極性的直流電壓所產生之靜電力，而吸附於靜電吸盤ESC。圖1所示之狀態中，靜電吸盤ESC，如同圖1中與靜電吸盤ESC重疊描繪之「＋」所示，具有正極性的高電位，例如1000V以上的電位。此外，基座LE，對接地之處理容器呈電性浮動狀態，在基座LE與處理容器之間，可視為電容（圖中以參考符號CA顯示）存在。此外，在基座LE與靜電吸盤ESC的電極CE之間亦可視為電容（圖中以參考符號CB顯示）存在。因此，基座LE，如在圖1中與基座LE重疊描繪之「＋」所示，具有與靜電吸盤ESC同極性的電位，即正極性的電位。而後，若為了電漿的產生，而將來自第1及第2射頻波電源的射頻給予基座，則基板W暴露於電漿，該基板W之電位，在圖1中，如與基板W重疊描繪之「－」所示地，下降至與自偏壓相等的負極性之電位（例如－500V）以下。此一結果，在基板W與基座LE之間，產生大的電位差。
此外，如同上述，於基座LE及靜電吸盤ESC，形成背面氣體用之第2流路、上升銷用之貫通孔等空間DS。此空間DS內可能存在氣體，故可能因上述電位差而在基板W與基座LE之間發生異常放電（參考圖中之箭頭A）。
為了抑制此等異常放電，於專利文獻1，記載在基板與略同電位的對焦環與基座之間設置電流限制元件，藉由該電流限制元件使電荷在基座與對焦環之間移動，而使基座之電位與基板之電位接近的技術。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2011－210958號公報
[本發明所欲解決的問題] 在如同上述地將基座與對焦環藉由電流限制元件電性連接之電漿處理裝置中，對焦環係消耗性之更換零件，故現實上，無法將電流限制元件藉由熔接或焊接等接合於對焦環，而不得不採用藉由彈簧加壓等接觸式連接以獲得電性連接之構成。但接觸式連接，難以在對焦環與電流限制元件之間獲得良好的電傳導，容易在接觸界面產生大的電位差。因此，難以使電流限制元件發揮原本的功能。因而，本案發明人進行以下技術的開發：藉由對基座直接施加電壓，而減少基座之電位與基板之電位的差，施行抑制異常放電的發生。
而電漿處理，有對基座供給經脈波調變之射頻的情形。亦即，有使應對基座供給之射頻交互地ON／OFF的情形。若如此地對基座供給經脈波調變之射頻，則基板之電位變動。因此，即便為使用經脈波調變之射頻的情況，仍必須藉由對基座直接地施加電壓，而減少基座之電位與基板之電位的差，抑制異常放電的發生。 [解決問題之技術手段]
一態樣中，提供電漿處理裝置之基座之電位的控制方法。此一方法所使用之電漿處理裝置，具備處理容器、基座、靜電吸盤、第1射頻波電源、第2射頻波電源、及電壓施加部。基座，由導體構成，設置於處理容器內。靜電吸盤，設置於基座上。第1射頻波電源，產生用於離子導入之第1射頻波。第2射頻波電源，產生電漿生成用之第2射頻波。直流電源，對靜電吸盤之電極施加正極性的直流電壓。電壓施加部，對基座施加電壓。本方法包含以下步驟：（a）自第1射頻波電源及第2射頻波電源的至少一方將經脈波調變之調變射頻波對基座供給的步驟（下稱「調變射頻波供給步驟」）；以及（b）自電壓施加部，對基座施加與調變射頻波同步而經脈波調變，且電壓値設定為載置於靜電吸盤上的基板之電位與基座之電位的差減少之該調變直流電壓的步驟「下稱調變直流電壓施加步驟」）。
一態樣之方法中，將與經脈波調變之射頻即調變射頻波同步而調變，且具有使基板之電位與基座之電位的差減少之電壓値的直流電壓，即調變直流電壓，對基座施加。因此，即便為在第1射頻波及第2射頻波中之至少一方使用調變射頻波的情況，仍可減少基座之電位與基板之電位的差，抑制異常放電的發生。
一實施形態中，電壓施加部，自第1射頻波電源或第2射頻波電源接收與調變射頻波同步之脈波訊號。此脈波訊號，在調變射頻波具有第1功率之第1期間中具備第1訊號位準，在調變射頻波具有較第1功率更小的第2功率之第2期間中具備第2訊號位準。電壓施加部，對基座施加與該脈波訊號同步而經調變之調變直流電壓。
一實施形態中，在調變射頻波供給步驟中，藉由將第1射頻波脈波調變，而對該基座供給該調變射頻波。此一實施形態之調變直流電壓施加步驟中，電壓施加部，在第1期間中對基座施加直流電壓，在第2期間中未對該基座施加直流電壓。亦即，此一實施形態中，藉由與第1射頻波之脈波調變同步的直流電壓之ON／OFF控制而生成調變射頻波電壓，對基座施加該調變射頻波電壓。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間中對基座施加直流電壓，直流電壓具有將調變射頻波供給至基座之傳輸線上的電壓振幅越大則絕對值變得越大之電壓値。該傳輸線上的電壓振幅，若自偏壓所產生的基板之電位的絕對值越大則變得越大。此一實施形態中，可抑制基板與基座的電位差之調變直流電壓的電壓値，係依據此電壓振幅而決定。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間中對基座施加直流電壓，直流電壓具有與第1射頻波之功率、第2射頻波之功率、及調變射頻波之調變頻率在資料表中對應的電壓値。此一實施形態中，將給予基座之電壓的電壓値，與對基板之電位造成影響的參數對應而預先準備作為資料表之紀錄。藉由使用此一資料表，而決定對基座施加之直流電壓的電壓値。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間中對基座施加因應基板之自偏壓電位的測定値之直流電壓。
一實施形態中，在調變射頻波供給步驟中，藉由將第2射頻波脈波調變，而對供給該調變射頻波。此一實施形態，在調變直流電壓施加步驟中，電壓施加部，可在第1期間中對基座施加具有第1電壓値之第1直流電壓，在第2期間中對基座施加具有絕對值較該第1電壓値的絕對值更大的第2電壓値之第2直流電壓。例如在對基座供給第1射頻波的狀態下，將經脈波調變之第2射頻波給予基座的情況，對基座給予第2射頻波之第1期間，基板之電位的絕對值變得較小。另一方面，在未對基座給予第2射頻波之第2期間，基板之電位的絕對值變得較大。因此，藉由在第1期間中對基座施加具有第1電壓値的第1直流電壓，在第2期間中對基座施加具有第2電壓値的第2直流電壓，而可抑制異常放電。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間及第2期間中分別對基座施加直流電壓，直流電壓具有將調變射頻波供給至基座之傳輸線上的電壓振幅越大則絕對值變得越大之電壓値。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間及第2期間中分別對基座施加直流電壓，直流電壓具有與第1射頻波之功率、第2射頻波之功率、及調變射頻波之調變頻率在資料表中對應的電壓値。
一實施形態中，電壓施加部，可在第1期間及第2期間中分別對基座施加因應基板之自偏壓電位的測定値之直流電壓。 [本發明之效果]
如同以上說明，即便為使用經脈波調變之射頻的情況，仍可藉由對基座直接地施加電壓，而減少基座之電位與基板之電位的差，抑制異常放電的發生。
以下，參考附圖對各種實施形態詳細地予以說明。另，對各附圖中同一或相當的部分附加同一符號。
首先，對一實施形態之電漿處理裝置加以說明。圖2為，概略顯示一實施形態之電漿處理裝置的圖。圖2所示之電漿處理裝置1，構成為下部雙頻施加方式之電容耦合型電漿處理裝置。此電漿處理裝置1，具備處理容器10。處理容器10，具有略圓筒形狀，例如由鋁或不鏽鋼等金屬構成。此處理容器10接地。
於處理容器10內，設置基座12。此基座12，構成射頻電極，即下部電極。基座12，例如為鋁製。基座12，藉由支持部14支持。支持部14，例如具有圓筒形狀，自處理容器10之底部起往上方延伸。支持部14，由陶瓷等絶緣體構成。因此，基座12，呈非接地狀態。
此外，自處理容器10之底部起，支持部16沿著支持部14之外周往上方延伸。支持部16為導電性，可具有略圓筒形狀。於此支持部16與處理容器10的內壁面之間，形成排氣路18。排氣路18，與藉由排氣管22提供的排氣口20連接。於排氣管22，連接排氣裝置24。排氣裝置24，具有渦輪分子泵等真空泵，可將處理容器10內之空間減壓至期望的真空度為止。此外，於處理容器10之側壁，安裝開閉基板W之搬出入口的閘閥26。
於基座12，將第1射頻波電源28及第2射頻波電源30，通過匹配單元32及供電棒34而電性連接。第1射頻波電源28，主要輸出有助於對於基座12上之基板W的離子導入之頻率（例如13.56MHz）的第1射頻波LF。另一方面，第2射頻波電源30，主要輸出有助於電漿生成之頻率（例如100MHz）的第2射頻波HF。
匹配單元32，係以用於在第1射頻波電源28及第2射頻波電源30與負載（主要為電漿）之間取得阻抗的匹配之匹配器為主。另，關於匹配器，於後述內容描述。供電棒34，由圓筒形或圓柱形之導體構成。供電棒34之上端，與基座12之底面中心部連接，該供電棒34之下端與匹配單元32內的匹配器之射頻輸出端子連接。此外，於處理容器10的底部與匹配單元32之間，設置包圍供電棒34之周圍的圓筒形之導體蓋35。
基座12具有較基板W大一圈的直徑或口徑。基座12之頂面，為略水平的面，包含中央區域與周邊區域。於此中央區域上，設置靜電吸盤38。此外，於周邊區域上，以包圍靜電吸盤38及基板W的方式，設置對焦環36。對焦環36，隔著環狀的介電材料135，設置於周邊區域上。此對焦環36，因應基板W表面的材料（例如被蝕刻材），以例如Si、SiC、C、SiO2 中之任意材質構成。
靜電吸盤38，設置於基座12之頂面的中央區域上。靜電吸盤38，可對基座12一體形成，或對該中央區域藉由黏接劑等接合亦可。靜電吸盤38，具有介電材料層40及內部電極42。內部電極42，設置於介電材料層40內。此內部電極42，與設置於處理容器10外之直流電源44，通過開關46、電阻器48、及高壓線50而電性連接。藉由自直流電源44對靜電吸盤38之內部電極42施加正極性且高壓（例如2000～3000V）的直流電壓ADC ，而以靜電力將基板W吸附於靜電吸盤38。另，高壓線50係被覆線，自下方貫通基座12而與靜電吸盤38之內部電極42連接。
於基座12之內部，形成冷媒流路52。冷媒流路52，例如，在基座12之內部中，環狀或螺旋狀地延伸。於此冷媒流路52，自急冷器單元起通過冷媒供給管54循環供給既定溫度的冷媒，例如冷卻水CW。藉由如此供給之冷媒的溫度而可控制基座12的溫度。此外，於基座12及靜電吸盤38，形成氣體流路56。於此氣體流路56，通過氣體供給管，而自背面氣體供給部起供給He氣等背面氣體。背面氣體，通過氣體流路56而供給至基板W與靜電吸盤38之間。藉此，使基板W與靜電吸盤38熱耦合。
於基座12及靜電吸盤38，形成貫通該基座12及靜電吸盤38之複數貫通孔。於此等複數貫通孔，插入複數根（例如3根）升降銷58。另，圖2中，描繪分別插入一根升降銷的二個貫通孔60及貫通孔62。升降銷58，例如由樹脂或陶瓷等絶緣體構成。此等升降銷58，被環狀的水平升降板64支持。水平升降板64，與由氣壓缸或滾珠螺桿機構等構成之致動器66的升降驅動軸68結合。升降銷58，在其前端往靜電吸盤38之上方突出的狀態，將基板W支持於該升降銷58之前端。而後，藉由使升降銷58下降而將基板W載置於靜電吸盤38上。此外，在基板W之電漿處理後，藉由使升降銷58上升，而將基板W推離靜電吸盤38。亦即，升降銷58，係供基板W之裝載及卸載所使用。
於處理容器10之頂棚，設置沖淋頭70。沖淋頭70，與基座12隔著空間而設置。此沖淋頭70，兼作上部電極。沖淋頭70，具有電極板72及電極支持體74。電極板72，例如，由Si、SiC、或C構成。電極板72，與處理容器10內之空間S接觸。電極板72與基座12之間的空間S成為電漿生成空間或處理空間。電極支持體，以可自電極板之背面側（上側）裝卸的方式支持電極板72。電極支持體74，例如，由經氧化鋁膜處理的鋁構成。於電極支持體74之內部，形成氣體室76。於電極支持體74及電極板72，形成自氣體室76起貫通至基座12側之多個氣體噴吐孔78。於氣體室76之上部，設置氣體導入口76a。於此氣體導入口76a，通過氣體供給管82而與處理氣體供給部80連接。
電漿處理裝置1，進一步具備主控制部84。主控制部84，包含微電腦及各種介面，依據收納於外部記憶體或內部記憶體之軟體（程式）及配方資訊，而控制電漿處理裝置1內之各部，例如排氣裝置24、第1射頻波電源28、第2射頻波電源30、匹配單元32、開關46、抬升機構之致動器66、急冷器單元、背面氣體供給部、及處理氣體供給部80等各自的動作及裝置全體的動作（程序）。
另，此一實施形態中，雖顯示一個控制單元作為主控制部84，但亦可採用複數控制單元並列地或階層地分擔主控制部84之功能的形態。
電漿處理裝置1中，第1射頻波電源28及第2射頻波電源30的至少一方，生成經脈波調變的射頻，即調變射頻波，將該調變射頻波對基座12供給。
脈波調變，係將第1射頻波LF及第2射頻波HF中之至少一方的射頻，以較第1射頻波LF的頻率及第2射頻波HF的頻率更低之頻率（下稱「調變頻率」）交互地ON／OFF的調變。另，脈波調變，亦可為使該至少一方的射頻之功率交互增減的調變。此脈波調變之調變頻率，因應電漿處理的目的而任意設定。以調變頻率規定之1周期，包含該至少一方的射頻成為ON之期間（下稱「第1期間」）、及該至少一方的射頻成為OFF之期間（下稱「第2期間」）。脈波調變之1周期中第1期間所占的比例（%），亦即能率(duty)，亦因應電漿處理之目的而任意設定。
此處，參考圖3，說明第1射頻波LF之脈波調變的有無、及第1射頻波LF之脈波調變的調變頻率對基板W之電位的影響。圖3之（a），顯示第1射頻波LF（1000W）及第2射頻波HF（1500W）皆未脈波調變而連續地給予基座12時的基板W之電位的時間變化之測定結果。圖3之（b），顯示將調變頻率1kHz且以能率50%調變之第1射頻波LF（1000W），即調變射頻波給予基座12，將第2射頻波HF（1500W）未脈波調變而連續地給予基座12時的基板W之電位的時間變化之測定結果。圖3之（c），顯示將調變頻率0.5kHz且以能率50%調變之第1射頻波LF（1000W），即調變射頻波給予基座12，將第2射頻波HF（1500W）未脈波調變而連續地給予基座12時的基板W之電位的時間變化之測定結果。此外，圖3之（d），顯示將調變頻率0.1kHz且以能率50%調變之第1射頻波LF（1000W），即調變射頻波給予基座12，將第2射頻波HF（1500W）未脈波調變而連續地給予基座12時的基板W之電位的時間變化之測定結果。圖3所示的基板W之電位的時間變化，皆係藉由用於除去第1射頻波的頻率以上之電位的時間變化之濾波器，測定基板W之電位所獲得。另，圖3中，「GND」，顯示接地電位。
如圖3之（a）所示，在將第1射頻波LF及第2射頻波HF雙方連續地給予基座12的情況，基板W之電位，成為略一定的負極性之電位。因此，藉由將略一定的負極性之直流電壓給予基座12，而抑制通過基板W與基座12之間的空間，例如氣體流路56、貫通孔60、及貫通孔62等空間之異常放電。
另一方面，如圖3之（b）、（c）、及（d）所示，若將經脈波調變之第1射頻波LF，亦即調變射頻波給予基座12，則基板W之電位周期性地變動。特別是，脈波調變的頻率未滿1kHz之情況，基板W之電位追蹤調變射頻波而大幅變動。因此，即便將負極性且一定的直流電壓，例如與基板W之有效電位同等且一定的直流電壓給予基座12，仍可能發生通過基板W與基座12之間的空間之異常放電。此等現象，在將第2射頻波HF脈波調變的情況、及將第1射頻波LF及第2射頻波HF雙方脈波調變的情況，亦可能發生。另，如同上述，基板W之電位追蹤調變射頻波的現象，在脈波調變之頻率未滿既定頻率的値之情況中變得顯著。本實施例獲得在脈波調變之頻率未滿1kHz中該現象變得顯著的驗證結果。該現象變得顯著的脈波調變之頻率，取決於電漿處理裝置的雜散電容，即電漿處理裝置中存在於射頻通過之路徑的雜散電容，係可藉由電漿處理裝置改變的値。
電漿處理裝置1，即便如同上述地藉由將調變射頻波給予基座12而使基板W之電位變動，仍為了抑制通過基板W與基座12之間的空間之異常放電，而進一步具備電壓施加部DA。電壓施加部DA，構成為對基座12施加與調變射頻波同步而經脈波調變之直流電壓，即調變直流電壓。此外，調變直流電壓的電壓値，設定為使自偏壓所產生的基板W之電位（負極性之電位）與基座12之電位（正極性之電位）間的電位差減少。電漿處理裝置1中，此電壓施加部DA，亦可藉由主控制部84控制。
以下，參考圖2及圖4，說明電漿處理裝置1中之實行電漿處理時的動作，並一同說明一實施形態的電漿處理裝置之基座之電位的控制方法。圖4為，顯示一實施形態之電漿處理裝置的基座之電位的控制方法之流程圖。
電漿處理裝置1中之基板W的電漿處理，首先，開啟閘閥26，藉由搬運臂自鄰室之真空預備室或傳送室將基板W搬入處理容器10內。
其次，施行裝載動作。裝載動作為，使致動器66作動，使升降銷58上升。而後，升降銷58自搬運臂承接基板W。接著，升降銷58降下，將基板W載置於靜電吸盤38上。
而後，自處理氣體供給部80將處理氣體（一般為混合氣體）以既定流量導入處理容器10內。此外，藉由排氣裝置24調整處理容器10內的壓力。進一步，自第1射頻波電源28輸出第1射頻波LF，自第2射頻波電源30輸出第2射頻波HF，第1射頻波LF及第2射頻波HF通過匹配單元32及供電棒34而對基座12供給。此外，藉由將開關46切換為ON狀態，而以靜電力將基板W保持於靜電吸盤38。而後，藉由背面氣體供給部將傳熱用之背面氣體供給至靜電吸盤38與基板W之間。接著，藉由將自沖淋頭70供給至空間S的處理氣體，以射頻放電激發，而生成電漿。藉由從如此地生成之電漿供給的自由基、離子，施行對基板W之電漿處理，例如蝕刻。
此電漿處理裝置1中，對基座12供給將第1射頻波LF及第2射頻波的至少一方脈波調變之射頻，即調變射頻波（圖4的步驟ST1）。此外，藉由電壓施加部DA，對基座12施加與調變射頻波同步而經脈波調變之調變直流電壓（圖4的步驟ST2）。此調變直流電壓，為具有以下述方式設定的電壓値之直流電壓：使自偏壓所產生的基板W之電位（負極性之電位）與基座12之電位（正極性的電位）間的電位差減少。因此，基板W與基座12間的電位差減少，而抑制通過基板W與基座12間的空間，例如氣體流路56、貫通孔60、及貫通孔62等空間之異常放電發生的情形。因此，抑制基板W因異常放電而產生的損害，提高電漿處理之良率。
以下，對於可作為電漿處理裝置1之匹配單元32及電壓施加部DA使用的各種匹配單元及電壓施加部加以說明。此外，亦對第1射頻波LF及第2射頻波HF之脈波調變的各種例子、以及關於與調變射頻波同步的調變直流電壓之施加的各種例子加以說明。
[匹配單元及電壓施加部之第1例]
圖5為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第1例的圖。圖6為，例示調變射頻波LFPM 之功率、藉由第1射頻波電源28輸出之脈波訊號PS、基板之電位VDC （0V以下）、及電壓施加部之調變直流電壓BDC 的時序圖之圖。圖5所示之第1例的電路構成，因應第1射頻波LF的電壓振幅VPP ＿ LF （peak-to-peak, 峰對峰）而控制調變射頻波電壓的電壓値。此處，第1射頻波LF的電壓振幅VPP ＿ LF ，係第1射頻波LF的電壓之最大峰值與最小峰值的差。此第1例的電路構成，在基座12中之第2射頻波HF的電壓振幅為可忽略之小振幅的情況可予以利用，該電路構成，可僅將第1射頻波LF脈波調變，亦可將第1射頻波LF及第2射頻波HF雙方脈波調變。以下，以僅將第1射頻波LF脈波調變的情況為例，對第1例的電路構成加以說明。
第1例的電路構成，包含匹配單元321及電壓施加部DA1。匹配單元321，作為圖2之匹配單元32使用，電壓施加部DA1作為圖2之電壓施加部DA使用。匹配單元321，具有第1匹配器100、及第2匹配器102。第1匹配器100，將自第1射頻波電源28輸出之第1射頻波LF，以無反射或反射少的方式效率良好地往處理容器10內之電漿負載傳遞而動作。第1匹配器100與第1射頻波電源28，形成第1射頻波供電部108。第2匹配器102，將自第2射頻波電源30輸出之第2射頻波HF，以無反射或反射少的方式效率良好地往處理容器10內之電漿負載傳遞而動作。第2匹配器102與第2射頻波電源30，形成第2射頻波供電部110。
第1匹配器100，具有可變電容之電容器112、可變電容之電容器114、及電感器116。電容器114及電感器116，串聯連接在第1射頻波電源28的輸出端子與負載之間。電容器112，連接於電容器114的輸入側端子與接地電位構件之間。此等電容器112、電容器114、及電感器116，形成L型之匹配電路。
此外，第1匹配器100，進一步具有自動匹配機構。此自動匹配機構，於一例中，具有步進馬達等馬達212與馬達214、以及匹配控制器216。此外，第1匹配器100，進一步具有阻抗感測器210。阻抗感測器210，測定第1射頻波電源28輸出第1射頻波LF時，可自第1射頻波電源28側觀察到之負載側的阻抗，即負載阻抗ZL ＿ LH ，輸出該負載阻抗ZL ＿ LH 之測定値MZL ＿ LH 。負載阻抗ZL ＿ LH ，係將處理容器10內之負載（主要為電漿）的阻抗，與第1匹配器100的L型之匹配電路的阻抗合成之阻抗。
匹配控制器216，具有微電腦，通過馬達212及馬達214的旋轉控制而控制電容器112及電容器114之位置（可變電容階距）PC1 、PC2 ，以使自阻抗感測器210輸出的測定値MZL ＿ LH 與相當於第1射頻波電源28之輸出阻抗的匹配點（通常為50Ω）一致或接近。
第2匹配器102，於一次側中，具有線圈118、及可變電容之電容器120，於二次側中，具有線圈122、及可變電容之電容器124。線圈118及電容器120，在第2射頻波電源30的輸出端子與接地電位構件之間串聯連接。線圈118，與線圈122變壓器耦合。電容器124，串聯連接在線圈122與負載之間。此等線圈118、電容器120、線圈122、及電容器124，構成電感耦合型之匹配電路。
此外，第2匹配器102，進一步具有自動匹配機構。此自動匹配機構，於一例中，具有步進馬達等馬達312與馬達314、以及匹配控制器316。此外，第2匹配器102，進一步具有阻抗感測器310。阻抗感測器310，測定第2射頻波電源30輸出第2射頻波HF時，可自第2射頻波電源30側觀察到之負載側的阻抗，即負載阻抗ZL ＿ HF ，輸出該負載阻抗ZL ＿ HF 之測定値MZL ＿ HF 。負載阻抗ZL ＿ HF ，係將處理容器10內之負載（主要為電漿）的阻抗，與第2匹配器102的電感耦合型之匹配電路的阻抗合成之阻抗。
匹配控制器316，具有微電腦，通過馬達312及馬達314的旋轉控制而控制電容器120及電容器124之位置（可變電容階距）PC3 、PC4 ，以使自阻抗感測器310輸出的測定値MZL ＿ HF 與相當於第2射頻波電源30之輸出阻抗的匹配點（通常為50Ω）一致或接近。
第1射頻波供電部108，於第1匹配器100與供電棒34之間，具有低通濾波器130。低通濾波器130，係L型之低通濾波器，具有電感器126及電容器128。電感器126，連接於第1匹配器100與供電棒34之間；電容器128，連接於電感器126之第1匹配器100側的端子與接地電位構件之間。此低通濾波器130，使來自第1匹配器100之第1射頻波LF及來自電壓施加部DA1之調變直流電壓BDC 通往基座12側，切斷來自第2射頻波供電部110之第2射頻波HF。
另，第2射頻波供電部110內，在第2匹配器102內變壓器耦合的線圈118及線圈122，切斷來自第1射頻波供電部108之第1射頻波LF。
一實施形態中，於匹配單元32，設置主要為保全接地用之繼電器開關132。此繼電器開關132之一方的端子，通過電阻器134而與接地電位構件連接，該繼電器開關132之另一方的端子，通過射頻波切斷濾波器140，而與第1匹配器100內的射頻傳輸線（圖示之例子為電容器114與電感器116之間的連接點NA）連接。射頻波切斷濾波器140，具有電感器136及電容器138。電感器136，連接於繼電器開關132與連接點NA之間。電容器138，連接於電感器136之繼電器開關132側的端子與接地電位構件之間。此射頻波切斷濾波器140，具有使調變直流電壓BDC 通過，切斷第1射頻波LF等其他射頻之濾波特性。
使繼電器開關132為OFF時，第1匹配器100內之連接點NA呈電性（尤其是直流）浮動狀態。因此，基座12亦處於浮動狀態。若使繼電器開關132為ON，則在此之前蓄積於基座12的電荷暫時地通過連接點NA、射頻波切斷濾波器140、繼電器開關132及電阻器134而流往接地電位構件。另，繼電器開關132為OFF的時間點，係在將基板載置於基座12上，對處理容器10內供給來自處理氣體供給部80之處理氣體後，至輸出第2射頻波HF為止之間的時間點。此外，繼電器開關132為ON的時間點，係為了將基板自處理容器10搬出，而使升降銷58上升之前的時間點。此等繼電器開關132的ON與OFF，係藉由自匹配控制器216給予繼電器開關132之控制訊號控制。
第1例中，第1射頻波電源28，輸出經脈波調變之第1射頻波，即調變射頻波LFPM （參考圖6）。脈波調變的1周期，如圖6所示，分割為第1期間T1與接續該第1期間的第2期間T2。如圖6之調變射頻波LFPM 的時序圖所示，第1期間T1，對基座12供給第1射頻波LF（圖6中為「ON」）；第2期間T2停止第1射頻波LF之對基座12的供給（圖6中為「OFF」）。另，亦可第1期間T1，對基座12供給第1功率之第1射頻波LF；第2期間T2，對基座12供給較第1功率更低的第2功率之第1射頻波LF。此第1射頻波電源28，輸出與調變射頻波LFPM 同步之脈波訊號PS。此脈波訊號PS，在第1期間T1具有第1訊號位準LV1，在第2期間T2具有第2訊號位準LV2。
若將調變射頻波LFPM 給予基座12，則如圖6所示，基板W之電位VDC ，與調變射頻波LFPM 同步而時間變動。亦即，基板W之電位VDC ，在第1期間T1成為負極性之電位，在第2期間成為略0（V）之電位。為了減少此等基板W之電位與基座12之電位的差，如圖5所示，將電壓施加部DA1與繼電器開關132並列設置。此電壓施加部DA1，輸出調變直流電壓BDC 。
具體而言，電壓施加部DA1，與繼電器開關132並聯地，通過電阻器142而與射頻波切斷濾波器140連接，通過該射頻波切斷濾波器140而與連接點NA連接。電阻器142，構成為將有自前段之射頻波切斷濾波器140漏洩的情形之第1射頻波LF等其他射頻確實地切斷的次段之射頻波切斷濾波器。
電壓施加部DA1，包含直流電源104、切換元件SW1、及時間常數調整電路TC1。直流電源104，係產生負極性之直流電壓的可變直流電源，可調整輸出之直流電壓的電壓値。此直流電源104，與電阻器142連接。切換元件SW1，具有第1端子、第2端子、及控制端子。切換元件SW1，係藉由輸入至其控制端子之電訊號而切換第1端子與第2端子間的導通狀態之元件。切換元件SW1，例如可使用電場效應電晶體。若為電場效應電晶體，則相較於機械性開關，可增長切換元件SW的使用壽命。此切換元件SW1的第1端子，通過時間常數調整電路TC1，而和電阻器142與直流電源104之間的節點NA1連接。切換元件SW1的第2端子，與接地電位構件連接。自第1射頻波電源28起，將脈波訊號PS給予切換元件SW1的控制端子。
若在第1期間T1中將第1訊號位準LV1之脈波訊號PS給予切換元件SW1之控制端子，則切換元件SW1的第1端子與第2端子之間的導通被切斷。因此，直流電源104的直流電壓被施加至基座12。亦即，如圖6所示，第1期間T1中之調變直流電壓BDC 的電壓値，成為負極性之BDC （T1）。另一方面，若在第2期間T2中將第2訊號位準LV2之脈波訊號PS給予切換元件SW1的控制端子，則切換元件SW1的第1端子與第2端子導通。藉此，直流電源104的直流電壓之對基座12的施加停止。亦即，如圖6所示，第2期間T2中之調變直流電壓BDC 的電壓値，成為例如略0（V）之BDC （T2）。
如圖6所示，基板W之電位VDC ，雖與調變射頻波LFPM 同步，但其下降及上升發生延遲。為了與此延遲對應，藉由時間常數調整電路TC1，調整調變直流電壓BDC 之下降及上升。另，時間常數調整電路TC1，例如可為連接於節點NA1與切換元件SW1之間的電阻元件。
此第1例的電路構成，利用基板W之電位VDC 與第1射頻波LF之電壓振幅VPP 成比例關係的現象，因應第1射頻波LF（本例中，調變射頻波LFPM ）的電壓振幅VPP ＿ LF 而控制調變直流電壓BDC 的電壓値。因此，於第1射頻波供電部108之射頻傳輸線上，設置用於測定第1射頻波LF之電壓振幅VPP ＿ LF 的振幅測定部146。一實施形態中，亦可於該射頻傳輸線上，進一步設置用於測定第1射頻波LF之行進波功率Pf ＿ LF 及反射波功率Pr ＿ LF 的RF功率監測器148。另，RF功率監測器148，可包含例如方向性耦合器。
振幅測定部146，將該射頻傳輸線上的電壓振幅VPP ＿ LF 之測定値MVPP ＿ LF 往電壓控制部144輸出。電壓控制部144，可構成主控制部84之一部分。電壓控制部144，接收脈波訊號PS，在脈波訊號PS具有第1訊號位準LV1時，自第1期間T1中的測定値MVPP ＿ LF ，即測定値MVPP ＿ LF （T1），求出調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T1）。例如，電壓控制部144，藉由下式（1），求出負値的電壓値BDC （T1）。此處，K1為正的係數。 BDC （T1）＝－K1×MVPP ＿ LF （T1）       …（1）
電壓控制部144，控制直流電源104，以使在第1期間T1中直流電源104輸出之直流電壓的電壓値，成為BDC （T1）。因此，第1期間T1中，電壓振幅VPP ＿ LF 越大，調變直流電壓BDC 的電壓値之絕對值變得越大。
而若電漿處理開始時或電漿處理中電漿的負載變動，則在基板W的電位VDC 與電壓振幅VPP ＿ LF 之間比例關係瓦解，有電位VDC 的絕對值變得較K×VPP ＿ LF 更小之情況。此一情況，RF功率未被電漿負載充分吸收，反射波功率Pr ＿ LF 增大。
為了處理此等電漿負載之變動，電壓控制部144，可利用測定値MVPP ＿ LF （T1）、及第1期間T1中之RF功率監測器148的反射波功率之測定値MPr ＿ LF ，即MPr ＿ LF （T1），而求出電壓値BDC （T1）。具體而言，電壓控制部144，可藉由下式（2）或下式（3），求出電壓値BDC （T1）。另，J1及D1為正的係數。 BDC （T1）＝－（K1×MVPP ＿ LF （T1）－J1×MPr ＿ LF （T1））       …（2） BDC （T1）＝－（K1－D1×MPr ＿ LF （T1））×MVPP ＿ LF （T1）            …（3）
進一步，電壓控制部144，為了進一步提高對於電漿負載變動之調變直流電壓BDC 的電壓値之可變控制的穩定性及精密度，亦可在測定値MVPP ＿ LF （T1）及測定値MPr ＿ LF （T1）以外，使用第1期間T1中之RF功率監測器148的行進波功率Pf ＿ LF 之測定値MPf ＿ LF ，即MPf ＿ LF （T1），而求出電壓値BDC （T1）。例如，電壓控制部144亦可藉由下式（4），求出電壓値BDC （T1）。另，E1為正的係數。 BDC （T1）＝－K1＊MVPP ＿ LF （T1）＊E1＊（MPf ＿ LF （T1）－MPr ＿ LF （T1））／MPf ＿ LF （T1）          …（4）
[匹配單元及電壓施加部之第2例]
圖7為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第2例的圖。第2例的電路構成，係在不可忽視基座12中之第2射頻波HF的電壓振幅之情況所利用的第1例之變形例的電路構成。以下，對於第2例之電路構成，說明其與第1例之電路構成相異的點。
如圖7所示，第2例的電路構成之匹配單元322，在設置振幅測定部202取代振幅測定部146的點上，與匹配單元321相異。振幅測定部202，在低通濾波器130與供電棒34之間設置於射頻傳輸線上。振幅測定部202，例如，使用超外差(superheterodyne)方式之濾波電路區別並測定第1射頻波LF的電壓振幅VPP ＿ LF 及第2射頻波HF的電壓振幅VPP ＿ HF 。振幅測定部202，將電壓振幅VPP ＿ LF 之測定値MVPP ＿ LF 及電壓振幅VPP ＿ HF 之測定値MVPP ＿ HF 給予電壓控制部144。
電壓控制部144，在脈波訊號PS具有第1訊號位準LV1時，自測定値MVPP ＿ LF （T1），及第1期間T1中的測定値MVPP ＿ HF ，即MVPP ＿ HF （T1），藉由下式（5），求出第1期間T1中之調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T1）。另，K2為正的係數。 BDC （T1）＝－K1×MVPP ＿ LF （T1）－K2×MVPP ＿ HF （T1）           …（5）
一實施形態，於第2例的電路構成，可進一步設置RF功率監測器348。RF功率監測器348，測定第2射頻波HF之行進波功率Pf ＿ HF 及反射波功率Pr ＿ HF 。此RF功率監測器348，將行進波功率Pf ＿ HF 之測定値MPf ＿ HF 及反射波功率Pr ＿ HF 之測定値MPr ＿ HF 給予電壓控制部144。此一實施形態中，電壓控制部144，在脈波訊號PS具有第1訊號位準LV1時，藉由下式（6）～（8）之任一，求出第1期間T1中之調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T1）。另，J2、D2、E2，為正的係數。此外，MPf ＿ HF （T1），為第1期間T1中之測定値MPf ＿ HF ；MPr ＿ HF （T1），為第1期間T1中之測定値MPr ＿ HF 。 BDC （T1）＝－（K1×MVPP ＿ LF （T1）－J1×MPr ＿ LF （T1））－（K2×MVPP ＿ HF （T1）－J2×MPr ＿ HF （T1））             …（6） BDC （T1）＝－（K1－D1×MPr ＿ LF （T1））×MVPP ＿ LF （T1）－（K2－D2×MPr ＿ HF （T1））×MVPP ＿ HF （T1）           …（7） BDC （T1）＝－K1＊MVPP ＿ LF （T1）＊E1＊（MPf ＿ LF （T1）－MPr ＿ LF （T1））／MPf ＿ LF （T1）－K2＊MVPP ＿ HF （T1）＊E2＊（MPf ＿ HF （T1）－MPr ＿ HF （T1））／MPf ＿ HF （T1）            …（8）
[匹配單元及電壓施加部之第3例]
圖8為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第3例的圖。圖9為，例示調變射頻波、脈波訊號、基板之電位、及電壓施加部之調變直流電壓的時序圖之圖。第3例的電路構成，包含與第2例的電路構成之匹配單元相同的匹配單元322。
此第3電路構成為，將第1射頻波LF未脈波調變而連續地給予基座12，僅將第2射頻波HF脈波調變。亦即，第2射頻波電源30，輸出經脈波調變之第2射頻波HF，即調變射頻波HFPM （參考圖9）。第1期間T1，對基座12供給第2射頻波HF（圖9中為「ON」），第2期間T2停止第2射頻波HF之對基座12的供給（圖9中為「OFF」）。另，亦可為第1期間T1，對基座12供給第1功率之第2射頻波HF，第2期間T2，對基座12供給較第1功率更低的第2功率之第2射頻波HF。此第2射頻波電源30，輸出與調變射頻波HFPM 同步之脈波訊號PS。
若將調變射頻波HFPM 給予基座12，則如圖9所示，基板W之電位VDC ，與調變射頻波HFPM 同步而時間變動。具體而言，基板W之電位VDC ，第1期間T1成為負極性之電位V1DC ，第2期間成為負極性之電位V2DC 。電位V2DC 的絕對值，較電位V1DC 的絕對值變得更大。為了減少此等基板W之電位與基座12之電位的差，如圖8所示，第3電路構成中，將電壓施加部DA3與繼電器開關132並列設置。此電壓施加部DA3，作為圖2之電漿處理裝置1的電壓施加部DA使用，輸出調變直流電壓BDC 。
電壓施加部DA3，包含直流電源104、直流電源105、切換元件SW1、切換元件SW2、時間常數調整電路TC1、及時間常數調整電路TC2。直流電源104，為產生負極性之直流電壓的可變直流電源，可調整輸出之直流電壓的電壓値。直流電源104，於第1期間T1輸出給予基座12之直流電壓（電壓値BDC （T1））。直流電源105，為產生負極性之直流電壓的可變直流電源，可調整輸出之直流電壓的電壓値。直流電源105，於第2期間T2輸出給予基座12之直流電壓（電壓値BDC （T2））。直流電源104及直流電源105，對電阻器142並聯。
切換元件SW2，與切換元件SW1同樣地，具有第1端子、第2端子、及控制端子。切換元件SW2，係藉由輸入至其控制端子之電訊號而切換第1端子與第2端子間的導通狀態之元件。切換元件SW2，例如可使用電場效應電晶體。切換元件SW2的第1端子，通過時間常數調整電路TC2，而和電阻器142與直流電源105之間的節點NA2連接。切換元件SW2的第2端子，與接地電位構件連接。自第2射頻波電源30起，將脈波訊號PS給予切換元件SW2的控制端子。
若在第1期間T1中將第1訊號位準LV1之脈波訊號PS給予切換元件SW1的控制端子，則切換元件SW1的第1端子與第2端子之間的導通被切斷。另一方面，若在第1期間T1中將第1訊號位準LV1之脈波訊號PS給予切換元件SW2的控制端子，則切換元件SW2的第1端子與第2端子導通。因此，第1期間T1中，對基座12僅施加直流電源104之直流電壓。藉此，如圖9所示，第1期間T1中之調變直流電壓BDC 的電壓値，成為負値之BDC （T1）。
若在第2期間T2中將第2訊號位準LV2之脈波訊號PS給予切換元件SW1的控制端子，則切換元件SW1的第1端子與第2端子導通。另一方面，若在第2期間T2中將第2訊號位準LV2之脈波訊號PS給予切換元件SW2的控制端子，則切換元件SW2的第1端子與第2端子之間的導通被切斷。因此，第2期間T2中，對基座12僅施加直流電源105之直流電壓。藉此，如圖9所示，第2期間T2中之調變直流電壓BDC 的電壓値，成為負値之BDC （T2）。另，BDC （T2）的絕對值，較BDC （T1）的絕對值更大。
如圖9所示，基板W之電位VDC ，雖與調變射頻波HFPM 同步，但其下降及上升發生延遲。為了與此延遲對應，藉由時間常數調整電路TC1及時間常數調整電路TC2，調整調變直流電壓BDC 之下降及上升。另，時間常數調整電路TC2，例如可為連接於節點NA2與切換元件SW2之間的電阻元件。
此第3例的電路構成中，調變直流電壓BDC 的電壓値，係因應第1射頻波LF的電壓振幅VPP ＿ LF 及第2射頻波HF（本例中為調變射頻波HFPM ）的電壓振幅VPP ＿ HF 而控制。因此，第3例的電路構成中，自振幅測定部202，將電壓振幅VPP ＿ LF 之測定値MVPP ＿ LF 及電壓振幅VPP ＿ HF 之測定値MVPP ＿ HF 給予電壓控制部144。
電壓控制部144，接收脈波訊號PS，在脈波訊號PS具有第1訊號位準LV1時，亦即在第1期間T1中，依據式（5），求出BDC （T1）。電壓控制部144，控制直流電源104，以使在第1期間T1中直流電源104輸出之直流電壓的電壓値成為BDC （T1）。
此外，電壓控制部144，接收脈波訊號PS，在脈波訊號PS具有第2訊號位準LV2時，自第2期間T2中之測定値MVPP ＿ LF 及測定値MVPP ＿ HF ，即測定値MVPP ＿ LF （T2）及測定値MVPP ＿ HF （T2），藉由下式（9），求出調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T2）。電壓控制部144，控制直流電源105，以使在第2期間T2中直流電源105輸出之直流電壓的電壓値成為BDC （T2）。 BDC （T2）＝－K1×MVPP ＿ LF （T2）－K2×MVPP ＿ HF （T2）           …（9）
另，電壓控制部144，亦可藉由式（6）～（8）之任一，求出電壓値BDC （T1）。此外，電壓控制部144，亦可藉由下式（10）～（12）之任一，求出電壓値BDC （T2）。另，MPf ＿ HF （T2）為第2期間T2中之測定値MPf ＿ HF ，MPr ＿ LF （T2）為第2期間T2中之測定値MPr ＿ LF 。 BDC （T2）＝－（K1×MVPP ＿ LF （T2）－J1×MPr ＿ LF （T2））－（K2×MVPP ＿ HF （T2）－J2×MPr ＿ HF （T2））             …（10） BDC （T2）＝－（K1－D1×MPr ＿ LF （T2））×MVPP ＿ LF （T2）－（K2－D2×MPr ＿ HF （T2））×MVPP ＿ HF （T2）           …（11） BDC （T2）＝－K1＊MVPP ＿ LF （T2）＊E1＊（MPf ＿ LF （T2）－MPr ＿ LF （T2））／MPf ＿ LF （T2）－K2＊MVPP ＿ HF （T2）＊E2＊（MPf ＿ HF （T2）－MPr ＿ HF （T2））／MPf ＿ HF （T2）            …（12）
[匹配單元及電壓施加部之第4例]
上述第1例～第3例中，雖依據電壓振幅求出調變直流電壓BDC 的電壓値，但作為調變直流電壓BDC 的電壓値，可使用預先登錄於資料表的電壓値。資料表中之電壓値，作為可抑制放電之調變直流電壓的電壓値而藉由預備實驗等求出。此等資料表，可記憶於電壓控制部144可參考之任意記憶裝置。
圖10為，顯示資料表之一例的圖。於圖10所示之資料表DT，記錄調變直流電壓BDC 的電壓値，以作為與脈波調變之調變頻率、第1射頻波LF之功率、第2射頻波HF之功率對應的紀錄。圖10中，PLF （p）為第1射頻波LF之功率，PHF （q）為第2射頻波HF之功率。p、q為索引值。此外，圖10中，BDC （r、p、q）為調變直流電壓BDC 的電壓値。r為索引值，係與調變頻率對應之索引值。
登錄於圖10所示之資料表DT的電壓値BDC （r、p、q），可作為電壓値BDC （T1）使用。電壓控制部144，可藉由實際利用的脈波調變之調變頻率、第1射頻波LF之功率、及第2射頻波HF之功率，而特定出資料表DT中之紀錄，將特定出的記錄，作為電壓値BDC （T1）使用。另，在電壓値BDC （T2）為必要之情況，除了資料表DT以外，可利用藉由預備實驗等作成的電壓値BDC （T2）用之其他資料表。
[匹配單元及電壓施加部之第5例]
第5例，自基板W之電位的測定値求出調變直流電壓的電壓値。此第5例中，電漿處理裝置1，如圖11所示地變形。圖11為，顯示另一實施形態之電漿處理裝置的圖。以下，說明電漿處理裝置1與圖11所示之電漿處理裝置1A的相異點。另，以下說明中，亦與圖11一同參考圖12。圖12為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第5例的圖。
電漿處理裝置1A，於介電材料135與基座12的周邊區域之間設置電極板170。電極板170，例如，藉由由陶瓷構成之絶緣體172而與基座12電性絕緣。此電極板170，通過棒狀的導體174及電容器176，而與接地電位構件連接。導體174，通過形成在基座12的貫通孔，與該基座12絕緣。
在基板W及對焦環36的表面產生自偏壓時，亦即，處理容器10內生成電漿時，基板W及對焦環36的表面成為與自偏壓相等之負的電位VDC 。一般而言，對焦環36，為如同Si之由單一物質構成的物體，故對焦環36全體構成電極板。亦即，將介電材料135夾設於其等之間的對焦環36與電極板170，形成電容器180。藉此，對焦環36的表面之電位藉由串聯連接的電容器180及電容器176分壓，於電容器180與電容器176之間的節點NB獲得與對焦環之電位成比例的分壓電壓VNB （負値）。此處，若分別使電容器180及電容器176的靜電電容為C180 、C176 ，則在節點NB獲得之分壓電壓VNB ，以下式（13）表示。 VNB ＝VDC ×C180 ／（C180 ＋C176 ）            …（13）
第5例之電路構成中，電壓測定電路182與節點NB連接。另，此第5例之匹配單元325的構成，係自第1例的匹配單元320省略振幅測定部146及RF功率監測器148的構成。
電壓測定電路182，測定節點NB之分壓電壓VNB ，自式（13）的關係依據分壓電壓VNB ，算出電位VDC 之測定値MVDC ，即自偏壓電位之測定値MVDC 。電壓控制部144，控制電壓施加部DA1之直流電源104，以在第1期間T1中對基座12施加與測定値MVDC 相等的電壓値BDC （T1）之直流電壓。另，此第5例中，對基座12供給經脈波調變之第1射頻波LF，即調變射頻波LFPM 。可將第2射頻波HF連續地給予基座12，或亦可與第1射頻波LF之脈波調變同步而將其脈波調變，對基座12供給。因此，此第5例中，電壓施加部DA1在第2期間T2中輸出之直流電壓的電壓値BDC （T2），可設定為略等於0V的値。
[匹配單元及電壓施加部之第6例]
圖13為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第6例的圖。第6例，與第5例同樣地，自基板W之電位的測定値求出調變直流電壓的電壓値。第6例中，對基座12供給經脈波調變之第2射頻波HF，即調變射頻波HFPM 。第6例的電路構成中之匹配單元326的構成，為自圖8所示之匹配單元322省略振幅測定部202、RF功率監測器148、及RF功率監測器348的構成。
第6例中，電壓控制部144，控制電壓施加部DA3之直流電源104，以在第1期間T1中對基座12施加與第1期間T1中之電位VDC 的測定値MVDC （T1）相等的電壓値BDC （T1）之直流電壓。此外，電壓控制部144，控制電壓施加部DA3之直流電源105，以在第2期間T2中對基座12施加與第2期間T2中之電位VDC 的測定値MVDC （T2）相等的電壓値BDC （T2）之直流電壓。
[匹配單元及電壓施加部之第7例]
圖14為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第7例的圖。第7例中，依據自電容器112之位置（可變電容階距）PC1 及電容器114之位置（可變電容階距）PC2 認定的對於第1射頻波LF之電漿阻抗ZPL ，而求出第1射頻波LF的電壓振幅VPP ＿ LF 之計算値CVPP ＿ LF ，自該CVPP ＿ LF 求出調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T1）。此第7例中，對基座12供給經脈波調變之第1射頻波LF，即調變射頻波LFPM 。可將第2射頻波HF連續地給予基座12，或亦可與第1射頻波LF之脈波調變同步而將其脈波調變，對基座12供給。
第7例的電路構成所採用之匹配單元327的構成，為自圖5所示之匹配單元321省略振幅測定部146的構成。但於匹配控制器216，連接記憶有資料表的記憶裝置218。
在記憶於記憶裝置218之資料表，將電容器112的位置PC1 及電容器114的位置PC2 加以對應，而登錄電漿阻抗ZPL 。
匹配控制器216，將與第1期間T1中之電容器112的位置PC1 及電容器114的位置PC2 對應之電漿阻抗取得作為電漿阻抗ZPL （T1），將該電漿阻抗ZPL （T1）往電位演算部220輸出。
電位演算部220，使用電漿阻抗ZPL （T1），藉由下式（14），算出第1期間T1中之電壓振幅VPP ＿ LF 的計算値CVPP ＿ LF （T1）。此處，RL （T1）為電漿阻抗ZPL （T1）之實部，XL （T1）為電漿阻抗ZPL （T1）之虛部。 CVPP ＿ LF （T1）＝｛8×（MPf ＿ LF （T1）－MPr ＿ LF （T1））×（RL （T1）＋XL （T1）2 ／RL （T1））｝1 ／ 2 …   （14）
電壓控制部144，使用計算値CVPP ＿ LF （T1），求出電壓値BDC （T1）。電壓控制部144，控制電壓施加部DA1之直流電源104，以使調變直流電壓BDC 在第1期間T1中具有電壓値BDC （T1）。另，電壓控制部144，在式（1）～（4）之任一中，可藉由使用計算値CVPP ＿ LF （T1）取代測定値MVPP ＿ LF （T1），而求出電壓値BDC （T1）。此外，第2期間T2中之調變直流電壓BDC 的電壓値BDC （T2），可設定為略0V的電壓値。
另，本例中，雖參考資料表求出電漿阻抗ZPL ，但匹配控制器216，亦可藉由使用電容器112之當下的靜電電容及電容器114之當下的靜電電容，在史密斯圖上追隨軌跡，藉而推定電漿阻抗ZPL 。
此外，匹配控制器216，亦可自第1期間T1中之電容器112的靜電電容及電容器114的靜電電容，求出第1匹配器100的阻抗Z100 （T1），使用該阻抗Z100 （T1）及第1期間T1中之負載阻抗ZL ＿ LH 的測定値MZL ＿ LH （T1），藉由下式（15），求出電漿阻抗ZPL （T1）。 ZPL （T1）＝MZL ＿ LH （T1）－Z100 （T1）          …（15）
[匹配單元及電壓施加部之第8例]
圖15為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第8例的圖。第8例中，與第7例同樣地，自電漿阻抗求出射頻的電壓振幅之計算値，自該計算値求出調變直流電壓BDC 之電壓値。但第8例中，將第1射頻波LF未脈波調變而連續地對基座12供給，並將經脈波調變之第2射頻波HF，即調變射頻波HFPM 對基座12供給。
第8例的電路構成所採用之匹配單元328的構成，為自圖8所示之匹配單元322省略振幅測定部202的構成。但與第7例同樣地，於匹配控制器216，連接記憶有資料表的記憶裝置218。此外，於匹配控制器316，連接記憶有資料表的記憶裝置219。
在記憶於記憶裝置219之資料表，將電容器120的位置PC3 及電容器124的位置PC4 加以對應，而登錄電漿阻抗ZPH 。
匹配控制器216， 取得與第1期間T1中之電容器112的位置PC1 及電容器114的位置PC2 對應之電漿阻抗ZPL （T1），將該電漿阻抗ZPL （T1），往電位演算部220輸出。此外，匹配控制器216，取得與第2期間T2中之電容器112的位置PC1 及電容器114的位置PC2 對應之電漿阻抗ZPL （T2），將該電漿阻抗ZPL （T2），往電位演算部220輸出。
同樣地，匹配控制器316，取得與第1期間T1中之電容器120的位置PC3 及電容器124的位置PC4 對應之對於第2射頻波HF的電漿阻抗ZPH （T1），將該電漿阻抗ZPH （T1），往電位演算部220輸出。此外，匹配控制器316，取得與第2期間T2中之電容器120的位置PC3 及電容器124的位置PC4 對應之電漿阻抗ZPH （T2），將該電漿阻抗ZPH （T2），往電位演算部220輸出。
電位演算部220，使用電漿阻抗ZPL （T1），藉由式（14），算出第1期間T1中之電壓振幅VPP ＿ LF 的計算値CVPP ＿ LF （T1）。此外，電位演算部220，使用電漿阻抗ZPH （T1），藉由下式（16），算出第1期間T1中之電壓振幅VPP ＿ HF 的計算値CVPP ＿ HF （T1）。此處，RH （T1）為電漿阻抗ZPH （T1）之實部，XH （T1）為電漿阻抗ZPH （T1）之虛部。 CVPP ＿ HF （T1）＝｛8×（MPf ＿ HF （T1）－MPr ＿ HF （T1））×（RH （T1）＋XH （T1）2 ／RH （T1））｝1 ／ 2 …（16）
電壓控制部144，使用計算値CVPP ＿ LF （T1）及計算値CVPP ＿ HF （T1），求出電壓値BDC （T1）。電壓控制部144，控制電壓施加部DA3之直流電源104，以使調變直流電壓BDC 在第1期間T1中具有電壓値BDC （T1）。另，電壓控制部144，在式（5）～（8）之任一中，可藉由使用計算値CVPP ＿ LF （T1）取代測定値MVPP ＿ LF （T1），使用計算値CVPP ＿ HF （T1）取代測定値MVPP ＿ HF （T1），而求出電壓値BDC （T1）。
此外，電位演算部220，使用電漿阻抗ZPL （T2），藉由下式（17），算出第2期間T2中之電壓振幅VPP ＿ LF 的計算値CVPP ＿ LF （T2）。此外，電位演算部220，使用電漿阻抗ZPH （T2），藉由下式（18），算出第2期間T2中之電壓振幅VPP ＿ HF 的計算値CVPP ＿ HF （T2）。此處，RL （T2）為電漿阻抗ZPL （T2）之實部，XL （T2）為電漿阻抗ZPL （T2）之虛部。此外，RH （T2）為電漿阻抗ZPH （T2）之實部，XH （T2）為電漿阻抗ZPH （T2）之虛部。 CVPP ＿ LF （T2）＝｛8×（MPf ＿ LF （T2）－MPr ＿ LF （T2））×（RL （T2）＋XL （T2）2 ／RL （T2））｝1 ／ 2 …（17） CVPP ＿ HF （T2）＝｛8×（MPf ＿ HF （T2）－MPr ＿ HF （T2））×（RH （T2）＋XH （T2）2 ／RH （T2））｝1 ／ 2 …（18）
電壓控制部144，使用計算値CVPP ＿ LF （T2）及計算値CVPP ＿ HF （T2），求出電壓値BDC （T2）。電壓控制部144，控制電壓施加部DA3之直流電源104，以使調變直流電壓BDC 在第2期間T2中具有電壓値BDC （T2）。另，電壓控制部144，在式（9）～（12）之任一中，可藉由使用計算値CVPP ＿ LF （T2）取代測定値MVPP ＿ LF （T2），使用計算値CVPP ＿ HF （T2）取代測定値MVPP ＿ HF （T2），而求出電壓値BDC （T2）。
另，本例中，雖參考資料表求出電漿阻抗ZPL 及電漿阻抗ZPH ，但匹配控制器216，亦可藉由使用電容器112之當下的靜電電容及電容器114之當下的靜電電容，在史密斯圖上追隨軌跡，而推定電漿阻抗ZPL ；匹配控制器316，亦可藉由使用電容器120之當下的靜電電容及電容器124之當下的靜電電容，在史密斯圖上追隨軌跡，而推定電漿阻抗ZPH 。
此外，匹配控制器216，亦可自第1期間T1中之電容器112的靜電電容及電容器114的靜電電容，求出第1匹配器100的阻抗Z100 （T1），使用該阻抗Z100 （T1）及第1期間T1中之負載阻抗ZL ＿ LH 的測定値MZL ＿ LH （T1），求出電漿阻抗ZPL （T1）。此外，匹配控制器216，亦可自第2期間T2中之電容器112的靜電電容及電容器114的靜電電容，求出第1匹配器100的阻抗Z100 （T2），使用該阻抗Z100 （T2）及第2期間T2中之負載阻抗ZL ＿ LH 的測定値MZL ＿ LH （T2），求出電漿阻抗ZPL （T2）。此外，匹配控制器316，亦可自第1期間T1中之電容器120的靜電電容及電容器124的靜電電容，求出第2匹配器102的阻抗Z102 （T1），使用該阻抗Z102 （T1）及第1期間T1中之負載阻抗ZL ＿ HF 的測定値MZL ＿ HF （T1），求出電漿阻抗ZPH （T1）。進一步，匹配控制器316，亦可自第2期間T2中之電容器120的靜電電容及電容器124的靜電電容，求出第2匹配器102的阻抗Z102 （T2），使用該阻抗Z102 （T2）及第2期間T2中之負載阻抗ZL ＿ HF 的測定値MZL ＿ HF （T2），求出電漿阻抗ZPH （T2）。
[匹配單元及電壓施加部之第9例]
圖16為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第9例的圖。第9例為第7例的變形例。第9例中，電位演算部220，自測定出之電漿阻抗ZPL 求出電壓値BDC （T1）。
具體而言，第9例的電路構成中之匹配單元329，在射頻傳輸線上於第1匹配器100之後段設置阻抗感測器222。阻抗感測器222，將測定出的電漿阻抗ZPL 往電位演算部220輸出。電位演算部220，可使用第1期間T1中之電漿阻抗ZPL （T1），與第7例同樣地求出計算値CVPP ＿ LF （T1）。
[匹配單元及電壓施加部之第10例]
圖17為，顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第10例的圖。第10例為第8例的變形例。第10例中，電位演算部220，自測定出之電漿阻抗ZPL 、及測定出之電漿阻抗ZPH ，求出電壓値BDC （T1）及電壓値BDC （T2）。
具體而言，第10例的電路構成中之匹配單元3210，與第9例同樣地於射頻傳輸線上在第1匹配器100之後段設置阻抗感測器222。進一步，於射頻傳輸線上在第2匹配器102之後段設置阻抗感測器223。阻抗感測器223，將測定出的電漿阻抗ZPH 往電位演算部220輸出。
電位演算部220，可使用在第1期間T1中測定出之電漿阻抗ZPL （T1）及在第1期間T1中測定出之電漿阻抗ZPH （T1），與第8例同樣地求出計算値CVPP ＿ LF （T1）及計算値CVPP ＿ HF （T1）。此外，可使用在第2期間T2中測定出之電漿阻抗ZPL （T1）及在第2期間T2中測定出之電漿阻抗ZPH （T1），與第8例同樣地求出計算値CVPP ＿ LF （T2）及計算値CVPP ＿ HF （T2）。
以上，雖對各種之實施形態加以說明，但並未限定於上述實施形態，可構成為各種變形態樣。
例如，上述電壓施加部DA1及電壓施加部DA3，具有無法輸出經脈波調變之直流電壓的直流電源，但若為可輸出經脈波調變之直流電壓的直流電源，則不需要電壓施加部DA1及電壓施加部DA3的切換元件。此外，第1匹配器100及第2匹配器102之匹配電路，亦未限定於上述匹配電路。例如，第1匹配器100，可採用由電感可變之二個電感器與固定電容之電容器構成的T型之匹配電路，作為該第1匹配器100之匹配電路。
1、1A‧‧‧電漿處理裝置 10‧‧‧處理容器 12、LE‧‧‧基座 14、16‧‧‧支持部 18‧‧‧排氣路 20‧‧‧排氣口 22‧‧‧排氣管 24‧‧‧排氣裝置 26‧‧‧閘閥 28‧‧‧第1射頻波電源 30‧‧‧第2射頻波電源 32、320、321、322、325、326、327、328、329、3210‧‧‧匹配單元 34‧‧‧供電棒 35‧‧‧導體蓋 36‧‧‧對焦環 38、ESC、FR‧‧‧靜電吸盤 40‧‧‧介電材料層 42‧‧‧內部電極 44、104、105、DCP‧‧‧直流電源 46‧‧‧開關 48、134、142‧‧‧電阻器 50‧‧‧高壓線 52‧‧‧冷媒流路 54‧‧‧冷媒供給管 56‧‧‧氣體流路 58‧‧‧升降銷 60、62‧‧‧貫通孔 64‧‧‧水平升降板 66‧‧‧致動器 68‧‧‧升降驅動軸 70‧‧‧沖淋頭 72、170‧‧‧電極板 74‧‧‧電極支持體 76‧‧‧氣體室 76a‧‧‧氣體導入口 78‧‧‧氣體噴吐孔 80‧‧‧處理氣體供給部 82‧‧‧氣體供給管 84‧‧‧主控制部 100‧‧‧第1匹配器 102‧‧‧第2匹配器 108‧‧‧第1射頻波供電部 110‧‧‧第2射頻波供電部 112、114、120、124、128、138、176、180‧‧‧電容器 116、126、136‧‧‧電感器 118、122‧‧‧線圈 130‧‧‧低通濾波器 132‧‧‧繼電器開關 135‧‧‧介電材料 140‧‧‧射頻波切斷濾波器 144‧‧‧電壓控制部 146、202‧‧‧振幅測定部 148、348‧‧‧RF功率監測器 172‧‧‧絕緣體 174‧‧‧導體 182‧‧‧電壓測定電路 216、316‧‧‧匹配控制器 218、219‧‧‧記憶裝置 220‧‧‧電位演算部 210、222、223、310‧‧‧阻抗感測器 212、214、312、314‧‧‧馬達 AH‧‧‧黏接劑 CE‧‧‧電極 CW‧‧‧冷卻水 DA、DA1、DA3‧‧‧電壓施加部 DS、S‧‧‧空間 DT‧‧‧資料表 NA‧‧‧連接點 NA1、NB‧‧‧節點 PC1、PC2、PC3、PC4‧‧‧位置 ST1、ST2‧‧‧步驟 SW、SW1、SW2‧‧‧切換元件 TC1、TC2‧‧‧時間常數調整電路 W‧‧‧基板
圖1係用於說明基座與基板之間的異常放電之發生原理的圖。 圖2係概略顯示一實施形態之電漿處理裝置的圖。 圖3(a)~(d)係例示基板之電位的時間變化之測定結果的圖。 圖4係顯示一實施形態之電漿處理裝置的基座之電位的控制方法之流程圖。 圖5係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第1例的圖。 圖6係例示調變射頻波、脈波訊號、基板的電位、及電壓施加部的調變直流電壓之時序圖的圖。 圖7係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第2例的圖。 圖8係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第3例的圖。 圖9係例示調變射頻波、脈波訊號、基板的電位、及電壓施加部的調變直流電壓之時序圖的圖。 圖10係顯示資料表之一例的圖。 圖11係顯示另一實施形態之電漿處理裝置的圖。 圖12係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第5例的圖。 圖13係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第6例的圖。 圖14係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第7例的圖。 圖15係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第8例的圖。 圖16係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第9例的圖。 圖17係顯示匹配單元及電壓施加部的電路構成之第10例的圖。
ST1、ST2‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種電漿處理裝置之基座之電位的控制方法， 該電漿處理裝置，具備： 處理容器； 基座，由導體構成，設置於該處理容器內； 靜電吸盤，設置於該基座上； 第1射頻波電源，產生用於離子導入之第1射頻波； 第2射頻波電源，產生電漿生成用之第2射頻波； 直流電源，用於對該靜電吸盤之電極施加正極性的直流電壓；以及 電壓施加部，用於對該基座施加電壓； 該方法包含以下步驟： 自該第1射頻波電源及該第2射頻波電源的至少一方將經脈波調變之調變射頻波對該基座供給的步驟；以及 自該電壓施加部，對該基座施加與該調變射頻波同步而經脈波調變，且電壓値設定為使載置於該靜電吸盤上的基板之電位與該基座之電位的差減少之調變直流電壓的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中， 該電壓施加部，自該第1射頻波電源及該第2射頻波電源的該至少一方，接收與該調變射頻波同步之脈波訊號，對該基座施加與該脈波訊號同步而經調變之該調變直流電壓，該脈波訊號在該調變射頻波具有第1功率之第1期間中具備第1訊號位準，在該調變射頻波具有較第1功率更小的第2功率之第2期間中具備第2訊號位準。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中， 對該基座供給該調變射頻波的該步驟，藉由將該第1射頻波脈波調變，而對該基座供給該調變射頻波； 在對該基座施加該調變直流電壓的該步驟中，該電壓施加部，於該第1期間中對該基座施加直流電壓，於該第2期間中未對該基座施加直流電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間中對該基座施加直流電壓，該直流電壓具有將該調變射頻波供給至該基座之傳輸線上的電壓振幅越大則絕對值變得越大之電壓値。
  5. 如申請專利範圍第3項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間中對該基座施加直流電壓，該直流電壓具有與該第1射頻波之功率、該第2射頻波之功率、及該調變射頻波之調變頻率在資料表中對應的電壓値。
  6. 如申請專利範圍第3項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間中對該基座施加因應該基板之自偏壓電位的測定値之直流電壓。
  7. 如申請專利範圍第2項之方法，其中， 對該基座供給該調變射頻波的該步驟，藉由將該第2射頻波脈波調變，而對該基座供給該調變射頻波； 在對該基座施加該調變直流電壓的該步驟中，該電壓施加部，於該第1期間中對該基座施加具有第1電壓値的第1直流電壓，在該第2期間中對該基座施加具有絕對值較該第1電壓値的絕對值更大之第2電壓値的第2直流電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間及該第2期間中分別對該基座施加直流電壓，該直流電壓具有將該調變射頻波供給至該基座之傳輸線上的電壓振幅越大則絕對值變得越大之電壓値。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間及該第2期間中分別對該基座施加直流電壓，該直流電壓具有與該第1射頻波之功率、該第2射頻波之功率、及該調變射頻波之調變頻率在資料表中對應的電壓値。
  10. 如申請專利範圍第7項之方法，其中， 該電壓施加部，在該第1期間及該第2期間中分別對該基座施加因應該基板之自偏壓電位的測定値之直流電壓。
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