专利名称：高频电源装置及高频功率供给方法
技术领域：
本发明涉及一种高频电源装置及高频功率供给方法，更具体来说，涉及
用于半导体装置的制造等中所采用的等离子体处理所需要的高频电源装置及 高频功率供给方法。
背景技术：
等离子体的产生如下向等离子体发生装置内导入生成等离子体的气体， 并向该等离子体发生装置内供给高频功率，从而形成高频电场，在高频电场 内产生等离子体。为了在半导体叠层膜上形成高纵横比的陡峭且深的孔，需 要随动性良好地响应控制指令，从而向等离子体处理室提供高频功率，并且 要能够良好地控制从低密度到高密度的各种密度水平的等离子体的产生、 稳定维持及消灭。另外，在上述半导体装置的氧化膜或氮化膜的形成中，虽 然与蚀刻处理无关，也可以采用等离子体处理。由于这种对等离子体处理装 置的高频功率供给的控制性，成为实现半导体装置的小型化(高精准化)及 高性能化方面的重要的因素，因此业界一直以来都在积极地对此进行改善。关于向等离子体处理室提供高频功率的控制，在高频电源装置中，采取 下述的两种控制手法(1)其一方法是对反射波(反射高频功率Pr)进行检 波并向功率放大器反馈的手法。即，利用方向性耦合器，将从高频功率供给 的等离子体处理装置返回的反射波与入射波(入射或行波高频功率Pf)分 开并进行检波，并将其向功率放大器反馈的方法，它是一种控制高频功率本 身的手法。(2)另一种方法是利用阻抗匹配器取得所供给的高频功率的匹配 的手法。阻抗匹配器包括检测部，其4全测高频功率的电压和电流的相位差cp及阻抗Z;阻抗匹配部，由电容C及电感L构成；伺服电机控制部，其将 在4全测部检测出的相位差置为零，并且以使电压与电流的比变为传输线路的 特性阻抗的方式，自动地调整上述的电容C及电感L。伺服电机控制部也可 以使用标度盘机构以手动方式进行控制。采用阻抗匹配器的方法，是对下述 效率进行控制的方法，该效率指将供给的高频功率有效地利用于等离子体生 成中的效率。利用上述(1)及(2)两种方法，就可以实现等离子体生成中 所用的高频功率供给的控制。但是，关于上述(2)方法中利用阻抗匹配的控制，存在以下问题。在等 离子体处理装置中，在等离子体产生前后，负载阻抗会急剧地发生大的变动。 所以，即使利用伺服电机机构而由阻抗匹配器取得了匹配(matching )，但是 由于随动速度不够充分，会产生各种不佳情况。即，由于受到伺服电机的惯 性等的影响，在调整时间的缩短上存在极限，其结果是，会发生无法迅速、 稳定地产生等离子体的情况。另外，在某种情况下还会有即使产生了等离子 体也会在中途停止的问题。为了解决上述问题，专利文献日本特开平9-161994号公报(现有技术一 )中提出过如下的方法，即，使高频振荡部的振 荡频率可变，并且另外设置等离子体产生;f全测器，其对等离子体处理室内的 等离子体的产生进行检测，在使用该等离子体产生检测器检测到了等离子体 的产生时，使高频振荡部的振荡频率变化为预先确定的规定的固定频率，在 等离子体生成过程中以该固定频率进行振荡。在等离子体产生前，采用如下 的手法，即，接收来自阻抗匹配部的相位差检测器的相位差信号，改变高频 振荡部的振荡频率，以将相位差置为零。根据该方法，在等离子体产生后， 可以立即地以电子形式调整为最佳的固定频率，并供给高频功率，/人而可以 进入稳定状态。等离子体生成后，高频振荡器以固定频率进行振荡，从而可 以利用阻抗匹配器实现匹配。但是，在上述(l)的将反射波向高频放大器反馈的方法中，存在如下问 题。在等离子体处理室的电极上，不仅施加等离子体产生用的高频功率，而 且为了控制基板附近的离子的运动，还要重叠施加低频率的控制离子用高频 功率。因此，来自等离子体处理室的反射波就会由下述频镨形成，即用于 等离子体生成的高频率的高频信号和控制离子用的低频率的反射波混合，含 有调频波及高次谐波。即，生成包括以用于等离子体生成的高频率的高频信 号为中心，仅离开上述控制离子用高频功率的频率数的旁峰(side peak)的 频谱，由于无法将这些峰分离并进行检波，因此成为功率放大器的控制误差
的主要原因。为了解决上述问题，专利文献日本特开2003 - 179030号公报(现 有技术二)中提出了如下方法，即，使用规定频率的高频，来进行外差式检 波，该规定频率为低于用于等离子体生成的高频功率的频率、且高于等控制 离子用的高频的频率。根据该外差式检波法，会在上述频率的高频信号的周 围，生成离开控制离子用的高频的频率数的旁峰的频语，从而可以用简单的 构成来实现从该频谱中选出具有频率的高频信号的滤波器。利用该外差式检
波法，可以无误差地捕捉反射波的高频信号，并向功率放大器发送输出信号。
发明内容
根据上述构成，第一控制部在接受到高精度的外差式检波信号后，能在 考虑了振荡频率和功率放大相互影响等的基础上，利用电子机构瞬间地进行 两者的最优化。由此，就可以根据外部操作而精度优良地向等离子体处理室 内提供高频功率，并且可以提高其随动速度。即，本发明中，虽然第一高频 电源部及第二高频电源部都需要阻抗匹配部，但是可以在利用该阻抗匹配部 的伺服电机机构对电容等进行控制之前，利用电子形式的机构，瞬间地控制 振荡频率而取得匹配。而且，由于是在瞬间实现投入等离子体的高频功率的 效率和该高频功率的输出的两者最佳化，因此利用振荡频率的最佳化，使得 高频功率的供电效率提高，其结果是，可以将功率放大部的功率元件的容许
功率容量抑制得很低。
lio]在上述的高精准化了的半导体装置的制造中，特别需要精度优良地进行
低等离子体密度状态下的控制，然而在低等离子体密度的情况下，由于投入 功率也减小，因此来自等离子体处理室的反射波的主峰降低，容易产生与旁 峰的强度相同或者更低的情况。另外，由于如上所述地进行振荡频率的控制， 因此反射波的主峰也会根据状况发生频率偏移。在这种情况下，外差式检波 可以特别有效地发挥作用，精度优良地对该降低的、频率发生偏移的主峰进 行检波，第一控制部接收该外差式检波信号，并可以下达频率指令，该频率 适于阻抗匹配部的匹配。由此，反射波更加降低，然而尽管如此，第一控制 部可以以该降低强度后的反射波的外差式检波信号为基础，在短时间内实现 最佳的振荡频率及功率放大的高频功率的供电。在高精准化的半导体装置的 制造中，提高所有种类的等离子体的控制性(随动速度、精度及作为结果得 到的稳定性)十分重要，特別是低等离子体密度状态下的高控制性尤为重要， 通过应用本发明的外差式检波和频率控制，就可以理想地进行高精准化半导 体装置的制造。另外，理所当然的是，通过利用外差式检波的反射波的检波，提高了检 波信号的可靠性，因此可以仅依赖该检波信号来控制振荡频率及输出。其结 果是，例如就不需要另外设置其他的检测装置(等离子体发生检测装置等)。 而且，行波信号既可以从第一方向性耦合器直接输入第一控制部，也可以经 过滤波器等的行波第 一检波部输入第 一控制部。另外，也可以设为如下构成，即，在上述的第一高频电源部中设置行波
第一外差式检波部，该行波第一外差式检波部对来自第一方向性耦合器的行 波信号进行外差式检波，第一控制部接收该行波信号的外差式检波信号。利 用该构成，即使在来自第 一方向性耦合器的行波信号中也混入了调频波或高 频成分并可能成为噪声从而使控制受到影响的情况下，也可以精度优良地进 行行波信号的检波，以及可以精度优良地进行功率放大的控制。另外，在上述的第二高频电源部中，包括振荡第二频率的高频功率的、 频率可变的第二高频振荡部；接受第二高频振荡部的输出、并将其功率进行 放大的第二功率放大部；输入来自等离子体处理室的反射波及来自第二功率 放大部的行波的第二方向性耦合器；对来自第二方向性耦合器的反射波信号 进行检波的反射波第二检波部；接收在反射波第二检波部进行检波后的检波
信号和来自第二方向性耦合器的行波信号，并对第二高频振荡部的振荡频率 和第二功率放大部的输出进行控制的第二控制部。这样，在向等离子体处理
室供给第一高频功率，并且作为第二高频功率而供给对基板附近的离子的行 为进行控制的控制离子用的高频功率的情况下，可以在利用阻抗匹配部的伺 服电机机构进行控制之前，利用电子机构瞬间地精度优良地进行第二高频功 率的频率和功率值的最佳化，从而提高等离子体的稳定性。等离子体需要在 对象范围内满足电中性条件， 一旦其均衡被破坏，就会引起不稳定因素，但 是通过利用上述构成来控制第二高频电源部，就可以精度优良地在短时间内 控制等离子体(等离子体密度、等离子体压力、等离子体温度等)。另外，在 第二频率低的情况下，就不需要对第二频率的反射波进行外差式检波等，可 以用筒单构成的滤波器精度优良地进行检波，从而进行频率控制。另外，针 对第二高频电源部而配置的阻抗匹配部的伺服电机机构，利用上述的频率控 制而减少了^f吏用频率。与第一高频电源部相同，它可以减小第二功率放大部 的功率元件的容许功率容量。而且，行波信号既可以从第二方向耦合器直接 输入第二控制部，也可以经过滤波器等的行波第二检波部输入第二控制部。另外，可以设为如下的构成，即，上述的反射波第二检波部作为对反射 波信号进行外差式检波的反射波第二外差式检波部，第二控制部接收由该反 射波第二外差式检波部进行检波后的信号，并对第二高频振荡部的振荡频率 和上述第二功率放大部的输出进行控制。利用该构成，在进一步提高第一高 频电源部的频率，并与之付随地提高第二高频电源部的频率的情况下，通过 在第二高频电源部中对反射波也进行外差式检波，就可以接受精度良好的反 射波信号，从而高效并且瞬间地向等离子体处理室提供等离子体的稳定维持 所必需的第二高频功率。另外，也可以如下这样地构成，即，在上述的第二高频电源部中设置行 波第二外差式检波部，该行波第二外差式检波部对来自第二方向性耦合器的 行波信号进行外差式检波，第二控制部接收该行波信号的外差式检波信号。 利用该构成，在进一步提高第一高频电源部的频率，并与之付随地提高第二 高频电源部的频率的情况下，即使有在第二高频电源部的行波信号中也混入 调频波或高次谐波等的噪声的可能性，但是，通过对该行波信号进行外差式 检波，就可以精度优良地检测第二高频电源部的行波信号，从而提高功率放 大的输出精度。另外，可以再设置1个或2个以上的向上述的等离子体处理室供给高频
功率的高频电源部，该1个或2个以上的高频电源部可以输出与第一和第二
频率不同的频率的高频功率。利用该构成，可以进行精度更高的提供高频功 率，可以在高精准化了的半导体装置的制造上作出贡献。本发明的高频功率供给方法是向等离子体处理室至少供给第一频率的一 第一高频功率和低于该第一频率的第二频率的一第二高频功率的高频功率供 给方法。该方法的特征是，包括在第一高频电源部中将第一高频功率进行 功率放大，另外在第二高频电源部中将第二高频功率进行功率放大，并向等 离子体处理室供给的步骤；在第一高频电源部中，对来自等离子体处理室的 反射波进行外差式检波的步骤；接收进行外差式检波后的反射波信号和第一 高频功率的行波的信号，并对第一高频电源部的振荡频率和功率放大进行控 制的步骤；在第二高频电源部中，对来自等离子体处理室的反射波信号和第 二高频功率的行波信号进行检波的步骤；接收进行检波后的反射波信号和行 波信号，并对第二高频电源部的振荡频率和功率放大进行控制的步骤。根据上述的方法，在第一高频电源部中，将反射波的外差式检波信号作 为用于向功率放大器的反馈信号和阻抗匹配的控制信号而使用，下列过程一 起进行在阻抗匹配部中利用伺服电机机构实现匹配；在该伺服电机机构的 匹配之前，可以利用电子的机构，瞬间地、高精度地实现振荡频率和高频功 率值的最佳化。另外，在第二高频电源部中，也可以利用电子的机构，瞬间 地、高精度地实现振荡频率和高频功率值的两个的最佳化。由此，就可以比 以往更加精度优良地应对等离子体(等离子体密度、等离子体压力、等离子 体温度等)的变动，从而瞬间地供给最佳的高频功率。这种提供高频功率方 法对所有种类的等离子体的稳定生成都有效，特别是可以利用外差式检波来
精度优良地接收来自低密度的等离子体生成中的处理室的反射波，并瞬间地 实现最佳的功率放大和振荡频率。由于高频功率供给的效率的提高，并且必
需的功率放大被抑制，因此采用较小的容许功率容量的功率放大装置即可满 足应用。图l是表示本发明的实施方式一的高频电源装置IO的方框图。图l中， 从第一高频电源部11向等离子体处理室5供给第一频率fl的高频功率，另 外从第二高频电源部71向等离子体处理室5供给低于第一频率的第二频率 f2的高频功率。
图1中，等离子体处理室5虽然例示出包括电极板5a和电 极板5b的平行板的等离子体处理室，但是只要是供给高频功率而生成等离子 体的处理室，则无论是何种装置形式都可以，另外，图1中，被进行等离子 体处理的基板(例如半导体晶片)虽然被安装于电极板5b上，但也可以被安 装于电极板5a上。第一频率fl的高频功率在上述的两片平行板5a、 5b之间 形成高频电场，再向其中导入气体而形成等离子体。另外，第二频率的高频 功率是为了控制电极板附近的离子的行为而供给的控制离子用的高频功率。 虽然第一频率fl设为60MHz左右(由第一控制部14控制，在规定范围内可 变)，第二频率f2设为2MHz左右，但是第一和第二频率既可以更高，也可 以更低。本实施方式中，第二频率是否可变都可以。另外，图l中，虽然表 示为在电极板上连接频率fi的高频电源部(未图示)，但是也可以连接直流
电源部(因此￡3=0)或频率f3的高频电源部。这样就可以构成3频合成型的
高频电源装置。不过，也可以没有该频率f3的高频电源部，也可以是第一和 第二频率的2频合成型的高频电源装置。 -第一高频电源部11包括振荡上述第一频率fl的高频，并且被进行频 率控制的频率可变的第一高频振荡部16;将第一高频振荡部所振荡的高频功 率进行放大的第一功率放大部15。另外还包括对第一高频振荡部16的振 荡频率和第一功率放大部15的放大率进行控制的第一控制部14;第一外差 式检波部13,其用于利用第一方向性耦合器12将来自等离子体处理室5的 反射波信号从入射波(行波)中分出，并与由局部振荡器(未图示)振荡的 规定频率的信号进行混频，变换为低频率从而进行检波。上述的第一外差式 检波部13在需要与后面说明的进行行波信号的外差式检波的"行波第一外差 式检波部"区别时，记作"反射波第一外差式检波部"，虽然也有图示，但是在 可能变得繁杂的情况下，以下省略反射波而仅记为"第一外差式检波部13"。经由第一方向性耦合器12，将第一频率fl的高频功率和第二频率f2的 高频功率进行混频后的反射波Sa输入第一外差式检波部13，利用外差式检 波变换为低频率。这样，就可以输出由带通滤波器选择出的信号Sb。关于第 一外差式检波部13的详细的构成，将在后面进行说明。第一控制部14接收 进行外差式检波后的反射信号Sb和来自第一方向性耦合器12的行波(入射 波)信号Sc。基于这些接收到的信号Sb、 Sc进行运算，并向第一高频振荡 部16发出频率控制信号Sl，及向第一功率放大部15发出输出控制信号S2。 从第一功率放大部15向第一方向性耦合器12输入入射波(行波)，而该入射 波信号Sc如上所述那样地被输入第一控制部14。
24]控制离子用的第二高频电源部71与第一高频电源部11相互分立设置。 该第二高频电源部71包括高频振荡器(未图示)，但是本实施方式中，振荡 频率既可以可变，也可以不可变，例如也可以〗象以往的高频电源装置那样地 进行功率放大器的放大率的控制，其他的控制利用阻抗匹配部而取得匹配。
25]第一高频电源部11和第二高频电源部71分别经由阻抗匹配部35、 95 而连接于等离子体处理室5的上部电极5a。由于第一高频电源部11可以瞬 间地控制振荡频率，以抑制反射波的强度，因此既可以在等离子体处理室5 与第一高频电源部11之间不设置阻抗匹配部35的伺服电机控制机构，另外 也可以设置伺服电机控制机构。在等离子体处理室5中，生成第一和第二频 率的高频功率的调频波和高次谐波，与图1的等离子体处理室5关联性地表 示出其一部分的频谱。生成第一频率fl的主峰、由在其周围离开第二频率数
的调频波而产生的旁峰、第二频率f2的主峰和它们的高次谐波的频谱。上述的进行外差式检波后的检波信号Sb，例如反映下列状态变动而进行 变动等离子体的气体种类或气体压力变更时、或贯穿孔贯穿后紧接着的负 载阻抗(等离子体)的急剧的变动时。控制基板(第一控制部)14可以响应 该检波信号Sb的变动，将上述的振荡部(第一高频振荡部)的振荡频率和 功率》t大率双方都即刻地进行最佳化。如上所述的提高对等离子体处理中的变动的即应性的结果是，由于根据 本发明的高频电源装置和高频功率供给方法，等离子体(等离子体密度、等 离子体压力、等离子体温度等)的控制性(对应速度、精度、等离子体稳定 操作)提高，因此可以稳定而高精准地形成半导体装置的高纵横比的接触孔 或沟槽等。尤其是由于可以提高给低等离子体密度的等离子体的高频功率的 控制性，因此对高精准化半导体装置的制造非常有益。本实施方式的第一高频电源部11中，由于将振荡频率和功率放大双方都 进行了最佳化，因此第一控制部14可以利用频率控制而瞬间地取得阻抗匹 配，由于需要的功率放大率减少，因此可以减小功率放大器的容许功率容量， 从而可以削减功率放大设备的费用。另外，由于对阻抗匹配部35的伺服电机 机构进行驱动的频率减少，因此可以延长由伺服电机机构驱动的真空可变电 容器的寿命。另外，在某种情况下，可以从阻抗匹配部35中去除伺服电机机 构，对削减费用十分有效。而且，也可以预先配置上述的阻抗匹配部35的伺 服电机机构，此外功率放大装置也可以不用特别地进行小容量化。
18的例子的图。行波第一外差式检波部18的构成如图4所示，与图2的反 射波第一外差式检波部13的构成相同，配置有将来自振荡部16的高频信号 与晶体振荡器18a的信号进行混频的混频器18b,在混频器18c中将来自该 混频器18b的信号混频到来自第一方向性耦合器12的行波信号中。利用该混 频可以获得低频率的峰，可以利用简单构成的带通滤波器18d,精度优良地 进行行波信号的检波。其结果是，即使在行波中混入了高次谐波或调频波的 情况下，也可以准确地把握行波的功率值，并非常恰当地进行功率放大率的 控制。另外，也可以如图3中作为频率f3所示，向等离子体处理室的电极板 5b同时供给直流或高频的功率(第三高频功率)。由此就可以构成3频合成 类型的高频功率供给装置。另外，也可以同时供给其他的频率的高频功率而 构成4频合成类型的装置。关于这些3频以上的合成类型的检波，可以至少 对反射波信号进行外差式检波，并用于振荡频率和输出的控制中。另外，也 可以对行波信号也进行外差式检波，并用于振荡频率和输出的控制中。
33(实施方式二)
图5是表示本发明的实施方式二的高频电源装置中所用的第二高频电源 部71的方框图。在供给等离子体生成用的高频功率的第一高频电源部中，使 用与实施方式一相同的装置。实施方式一中，控制离子用的高频电源部71, 只要可以供给低于第一频率的频率的高频功率，则无论是何种高频电源都可 以。但是，本实施方式的特征在于以下几点，即，设有控制基板(第二控制 部)74,其对控制离子用的高频电源部的振荡部(第二高频振荡部)76的振 荡频率和功率放大器(第二功率放大部)75的输出进行控制，该第二控制部 74向振荡部76和功率放大器75分别输入频率控制信号Kl和输出控制信号 K2。控制离子用的高频功率被用于向等离子体生成用的电极板引入等离子体 中的离子引入控制中。等离子体维持电中性条件，而上述的离子的引入对于 确保等离子体的电中性条件来说是必须的， 一旦缺少该离子控制，则会增大 等离子体的不稳定性。由此，控制离子用的第二控制部74能够提供高频功率 的控制，这对等离子体(等离子体密度、等离子体压力、等离子体温度等) 的稳定维持是非常重要的。图5中，控制离子用的较低的第二频率(例如2MHz)的高频功率，在 第二功率放大器75处被放大，通过第二方向性耦合器72，经过阻抗匹配部 95(参照图1、图3),供给等离子体处理室。来自等离子体处理室的反射波
在第二方向性耦合器72被分开，通过低频带滤波器73a输入控制基板(第二 控制部)74。来自等离子体处理室的反射波包括上述较低的第二频率的单 独峰的频谱、由第一高频电源部所供给的较高的第一频率(例如60MHz)的 主峰和位于第二频率的间隔处的旁峰构成的频谱。可以用简单的构成来制作 从这种信号中筛选出第二频率的单独峰的低频带滤波器。进行反射波的检波 的第二检波部由低频带滤波器73a构成。所选择的反射波的单独峰的信号被 输入控制基板(第二控制部)74中。根据上述的构成，根据等离子体状态(等离子体密度、等离子体压力、 等离子体温度等)的变动，可以对为控制等离子体处理室中的靠近电极板的 位置的离子而供给的控制离子用高频功率，立即地进行响应并控制为最佳的 频率和最佳的功率值。以往，完全没有在控制离子用高频电源中进行频率控
制的设想。但是，利用本发明上述的构成，通过提高电极板附近的离子控制 的随动速度和精度，即使在等离子体处理中产生很多不稳定因素，也可以立 即对应并将等离子体状态维持稳定。下面，给出使用图2所示的第一高频电源部11、图3所示的第二高频电 源部71,在第一高频电源部的A点(信号Sa)和B点(信号Sb)(参照图1 及图2),对反射波信号的频率频谱进行测量后的结果。图8是表示将NF3 用于等离子体气体中，设压力为150mTorr，设行波功率为lkW时的反射波 信号的频率频谙的图。A点是外差式检波之前，反射波功率为20W。此时， 反射波的主峰处于61.4MHz，高于分开了 2MHz左右的旁峰，但是很难与旁 峰分离并取入。以往，由于应用该状态的反射波信号并用于功率放大的反馈 中，因此会将旁峰也取入而接收错误的反射波信号。另外，图9同样地是表 示A点的反射波信号的频率频谱的图，但是为等离子体压力低至70mTorr的 情况。此时，主峰为59.65MHz,与旁峰同等或略低。较低的等离子体压力， 在微细加工中十分重要，但是由于主峰变低，因此反射波信号就特别容易产 生误差，容易进行错误的控制。另外，将图1中的第一控制部14从第一方向性耦合器12接收的行波信 号Sc的频谱表示于图10中。由于第一方向性耦合器12的行波与反射波的分 离得不够充分，因此在行波信号Sc中重叠有反射波信号，并被认为是与反射 波信号Sa相同的旁峰。但是，由于与反射波信号Sa不同，主峰的强度与旁 峰相比较高，因此在检波中难以产生大的误差。但是，主峰的强度还没有高 到可以完全忽略旁峰的影响的程度。将进行外差式检波后的B点的反射波信号Sb的频率频谱表示于图11中。 图11中的等离子体的条件与图8的情况相同。根据图11,主峰基本上处于 10.6MHz,旁峰被利用带通滤波器13d除去。由此，虽然是10mW这样小的 反射波功率，并且因被进行频率控制而第一高频功率的主峰的频率发生偏移， 但是外差式检波后的信号并未发生频率偏移，可以精度优良地只接收第一高 频功率的反射波信号，第一控制部基于该反射波信号，可以立即实现最佳的 振荡频率和功率放大。另外，通过对行波信号也进行外差式检波，可以提高 检波的精度， 一其结果是，可以可靠地提高控制的精度。特别是，为了在半导 体装置中制造高纵横比的接触孔等，对低等离子体压力的等离子体提供控制 性高的高频功率十分重要，而利用如上述的图11所示的外差式检波信号，可 以精度优良地检测反射波强度，并立即执行最佳的控制。另外，根据上述的本发明的方法，由于可以立即取得阻抗匹配，并高效
地向等离子体处理室供给高频功率，因此可以将功率放大设备进行小容量化。 另外，由于减少了阻抗匹配部的伺服电机机构的使用频率，因此可以延长真 空可变电容器的寿命，另外，在某种情况下，可以将真空可变电容器换为固 定电容器从而去除伺服电机机构。
性的。本发明的范围^是由1述说明而是由专利申请的范围给出，、应当包含 与专利申请的范围等价的主旨和专利申请范围内的全部变更。工业上的利用可能性
使用本发明的高频电源装置及高频功率供给方法，可以在等离子体产生 开始到停止的全部期间中，精度优良地接收高频信号，在短时间内将用于等 离子体生成的高频功率的频率和功率放大总是控制为最佳。本发明对所有种 类的等离子体的稳定生成的控制性都有益，尤其是在低密度等离子体的控制 性上更佳，因此可以期待在各种半导体装置的小型化上作出特殊的贡献。
权利要求
1.一种高频电源装置，其至少包括向等离子体处理室供给第一频率的高频功率的第一高频电源部、和向等离子体处理室供给低于上述第一频率的第二频率的高频功率的第二高频电源部，其特征在于，在上述第一高频电源部中，包括振荡上述第一频率的高频功率的、频率可变的第一高频振荡部；接受上述第一高频振荡部的输出，并将其功率进行放大的第一功率放大部；输入来自上述等离子体处理室的反射波和来自上述第一功率放大部的行波的第一方向性耦合器；对来自上述第一方向性耦合器的反射波信号进行外差式检波的反射波第一外差式检波部；以及接收在上述反射波第一外差式检波部进行检波后的信号和来自上述第一方向性耦合器的行波信号，并对上述第一高频振荡部的振荡频率和上述第一功率放大部的输出进行控制的第一控制部。
2. 根据权利要求1所述的高频电源装置，其特征在于，在上述第一高频电源部中设置行波第一外差式检波部，该行波第一外差 式检波部对来自上述第一方向性耦合器的行波信号进行外差式检波；上述第 一控制部接收该行波信号的外差式检波信号。
3. 根据权利要求1或2所述的高频电源装置，其特征在于， 在上述第二高频电源部中，包括振荡上述第二频率的高频功率的、频率可变的第二高频振荡部； 接受上述第二高频振荡部的输出，并将其功率进行放大的第二功率放大部；输入来自上述等离子体处理室的反射波和来自上述第二功率放大部的行 波的第二方向性耦合器；对来自上述第二方向性耦合器的反射波信号进行检波的反射波第二检波部；以及接收在上述反射波第二检波部进行检波后的检波信号和来自上述第二方 向性耦合器的行波信号，并对上述第二高频振荡部的振荡频率和上述第二功 率放大部的输出进行控制的第二控制部。
4. 根据权利要求3所述的高频电源装置，其特征在于，上述反射波第二检波部是对上述反射波信号进行外差式检波的反射波第 二外差式检波部；上述第二控制部接收在该反射波第二外差式检波部进行检波后的信号， 并对上述第二高频振荡部的振荡频率和上述第二功率放大部的输出进行控制。
5. 根据权利要求4所述的高频电源装置，其特征在于，在上述第二高频电源部中设置行波第二外差式检波部，该行波第二外差 式检波部对来自上述第二方向耦合器的行波信号进行外差式检波，上述第二控制部接收该行波信号的外差式检波信号。
6. 根据权利要求3 5中任意一项所述的高频电源装置，其特征在于，还设置1个或2个以上的向上述等离子体处理室供给高频功率的高频电 源部，该l个或2个以上的高频电源部输出与上述第一及第二频率不同的频 率的高频功率。
7. 根据权利要求6所述的高频电源装置，其特征在于，上述1个或2个以上的高频电源部的至少1个高频电源部包括外差式 检波部，其对反射波信号和行波信号中的至少反射波信号进行外差式检波； 以及控制部，其接收在该外差式检波部进行检波后的反射波信号，并对该高 频电源部的振荡频率和输出进行控制。
8. —种高频功率供给方法，其向一等离子体处理室至少供给一第一频率 的第一高频功率和低于该第一频率的一第二频率的第二高频功率，其特征在 于，包括如下步骤将上述第一高频功率在一第一高频电源部中进行功率放大，另外将第二 高频功率在一第二高频电源部中进行功率放大，并向上述等离子体处理室供给的步骤；在上述第一高频电源部中，对来自上述等离子体处理室的反射波进行外差式检波的步骤；接收进行上述外差式检波步骤后的反射波信号和上述第一高频功率的行 波的信号，并对上述第一高频电源部的振荡频率和功率放大进行控制的步骤；在上述第二高频电源部中，对来自上述等离子体处理室的反射波和上述 第二高频功率的行波进行检波的步骤；接收进行上述检波后的反射波信号和行波信号，并对上述第二高频电源 部的振荡频率和功率放大进行控制的步骤。
全文摘要
本发明提供一种高频电源装置及高频功率供给方法，其可以精度优良地在短时间内控制并供给等离子体生成所需要的有效的高频功率。其至少包括向等离子体处理室(5)供给第一频率f1的高频功率的第一高频电源部(11)；及供给第二频率f2(f1＞f2)的高频功率的第二高频电源部(71)。在第一高频电源部(11)中包括振荡第一频率的高频功率的频率可变的第一高频振荡部(16)；接受第一高频振荡部的输出，并将其功率进行放大的第一功率放大部(15)；对反射波进行外差式检波的外差式检波部(13)；接收由外差式检波部检波后的信号和行波信号，并对第一高频振荡部的振荡频率和第一功率放大部的输出进行控制的第一控制部(14)。
文档编号H05H1/46GK101188901SQ20071018837
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年11月22日
发明者中村刚, 前川泰范, 早野英一, 陈金元, 饭塚浩 申请人:巴尔工业株式会社;中微半导体设备(上海)有限公司