[发明专利]自动匹配装置和等离子体处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及在高频电源与负载之间自动取得阻抗匹配的自动匹配装置和使用其它的等离子体处理装置。

背景技术

半导体器件和FPD(Flat Panel Display，平板显示)的制造工艺中，多使用利用等离子体进行蚀刻、堆积、氧化、溅射等处理的等离子体处理装置。在等离子体处理装置中，在生成等离子体时使用高频的情况下，在腔室中或腔室外配置高频电极(或天线)，从高频供电部将一定频率(通常是13.56MHz以上)的高频供给到该高频电极。另外，对从等离子体射入被处理基板的离子的能量自由控制的情况下，在支承基板的载置台使用高频电极，从高频供电部将一定频率(通常是13.56MHz以下)的高频供给到该高频电极。

在这种高频供电部中，不仅输出高频的高频电源，而且还使用用于在高频电源侧的阻抗与负载侧(电极、等离子体、腔室)的阻抗之间取得匹配(matching)的匹配装置。由于高频电源和传输电缆被设计为通常50Ω的纯电阻输出，所以设定或调节匹配装置内的阻抗，以使得匹配电路所包含的负载侧的阻抗也是50Ω即反射波的电力为最小。

一般，在等离子体处理装置中所用的匹配装置，包含多个可变电抗元件，通过由步进电动机等选择可变电抗元件的值或阻抗、位置，构成为能够可变地控制负载侧阻抗的自动匹配装置。

这种自动匹配装置，在等离子体处理中由于压力变化等而等离子体负载的阻抗发生变化时，对该可变电抗元件的阻抗、位置进行可变调整并自动修正负载侧阻抗以配合匹配点(50Ω)。由于进行该自动匹配，自动匹配装置包括测定负载侧阻抗的电路和以使负载侧阻抗的测定值与匹配点(50Ω)一致的方式通过步进电动机对各可变电抗元件的阻抗、位置进行可变控制的控制器等。

一般来讲，这种自动匹配装置，在匹配电路内具有相对于高频电源而与负载并联且串联各自连接的两个可变电容器作为可变电抗元件。在此，与负载并联连接的第一可变电容器的静电电容，对可变地调整负载侧阻抗的绝对值起支配性作用。另一方面，与负载串联连接的第二可变电容器的静电电容，对可变地调整负载侧阻抗的相位(RF电压和RF电流的相位差)起支配性作用。

典型的现有的自动匹配装置，将通过阻抗测定电路得到的负载侧阻抗的绝对值和相位的测定值分别与匹配点的值即绝对值基准值和相位基准值比较，求得绝对值误差和相位误差，以使绝对值误差接近零的方式使第一可变电容器的静电电容(电容位置)可变，以使相位误差接近零的方式使第二可变电容器的静电电容(电容位置)可变(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献：日本特开平10-209789号公报

发明内容

发明要解决的课题

在等离子体处理装置中，由于腔室内的压力变化等，等离子体负载的阻抗容易动态且不确定地变化。因此，自动匹配装置要求能够迅速且精确地跟踪负载侧阻抗的变化的自动匹配动作。

在这一点上，如上所述如现有的自动匹配装置那样，计算阻抗的绝对值误差和相位误差，以使它们接近零的方式正交地分担作用可变地控制第一和第二可变电容器的自动匹配方式，由于较大地偏离负载侧阻抗的调整中两可变电容器的作用的实态，所以在短时间内可靠地进行向匹配点附近的收敛比较困难。

即，实际上，第一可变电容器不仅作用于负载侧阻抗的绝对值也作用于相位，第二可变电容器不仅作用于负载侧阻抗的相位也作用于绝对值。因此，以使绝对值误差接近零的方式使第一可变电容器的电容位置可变时，负载侧阻抗的动作点在绝对值上接近匹配点，但是在相位上则远离匹配点。另一方面，以使相位误差接近零的方式使第二可变电容器的电容位置可变时，负载侧阻抗的动作点在相位上接近匹配点，但是在绝对值上则远离匹配点。上述的正交型自动匹配方式不会根据两可变电容器的作用的实态，而且也没有使动作点总是稳定地收敛在匹配点附近的可靠的算法，因此会发生小振荡(hunting)，或者到取得匹配为止耗费时间多。

本发明解决上述现有技术的问题，提供在自动匹配动作中不会导致不必要的速度降低和小振荡，在短时间内能够高效地确立实质的匹配状态的自动匹配装置和使用该自动匹配装置的等离子体处理装置。