高频电源及其控制方法、和等离子体处理装置.pdf

提供一种高频电源，它能够通过高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分而防止误动作，同时，对等离子体处理装置施加适当的高频功率。高频电源包括由方向性结合器21、混频器22、100kHz的低通滤波器23、低频检波器24、和振荡器25构成的功率监视器，通过混频器22将包含由方向性结合器21取出的调制波成分等频率100MHz的高频波和由振荡器25振荡的频率99.9MHz的高频波相加，并通过低通滤波器23及低频检波器24将该输出变换成100kHz后进行检波。

1、  一种高频电源，包括：
高频功率产生源，产生用于在等离子体处理装置的容器中生成等离子体的高频功率；和控制部件，从由所述高频功率产生源产生的高频功率中除掉所述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分，来控制所述高频功率，其特征在于，
所述控制部件将由所述高频功率产生源产生的高频功率变换成规定的频率的低频功率，并根据该低频功率进行检波。

2、  根据权利要求1所述的高频电源，其特征在于，
所述控制部件包括：高频功率取出部件，从由所述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率；振荡部件，振荡与所述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率；乘法部件，将由所述高频功率取出部件取出的第一高频功率及由所述振荡部件振荡的第二高频功率相乘；和检波部件，检波由所述乘法部件相乘后的高频功率中所述规定频率的低频功率。

3、  根据权利要求2所述的高频电源，其特征在于，
所述检波部件包括高频衰减部件，衰减由所述乘法部件相乘后的高频功率中规定的高频部分。

4、  根据权利要求1所述的高频电源，其特征在于，
所述规定频率在10HZ～500kHz的范围内。

5、  根据权利要求3所述的高频电源，其特征在于，
所述规定频率在10Hz～500kHz的范围内。

6、  一种高频电源的控制方法，该高频电源包括：
高频电源产生源，产生用于在等离子体处理装置的容器内生成等离子体的高频功率；和控制部件，从由所述高频功率产生源产生的高频功率中，除掉在所述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分来控制所述高频功率，其特征在于，包括以下工序：
从由所述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率的高频功率取出工序；振荡与所述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率的振荡工序；乘法工序，将由所述高频功率取出工序取出的第一高频功率及由所述振荡工序振荡的第二高频功率相乘；高频衰减工序，衰减由所述乘法工序相乘后的高频功率中规定的高频部分；和检波工序，检波由所述高频衰减工序衰减后的高频功率中规定频率的低频功率。

7、  一种高频电源，包括：
合成至少两个高频功率的功率合成部件；和控制由所述功率合成部件合成的高频功率的控制部件，将由所述控制部件控制的高频功率作为入射功率供给等离子体处理装置，其特征在于，所述功率合成部件包括：分支部件，分支对应于供给所述等离子体处理装置的入射功率的反射功率；和消耗由所述分支部件分支后的反射功率的消耗部件。

8、  根据权利要求7所述的高频电源，其特征在于，
所述分支部件通过铁氧体构成的至少两个循环器并列连接于所述控制部件而构成。

9、  根据权利要求7或8所述的高频电源，其特征在于，
所述消耗部件由分别连接于所述循环器的电阻构成。

10、  根据权利要求7所述的高频电源，其特征在于，
具备多个至少合成两个高频功率，并供给所述功率合成部件的其他的功率合成部件。

11、  根据权利要求9所述的高频电源，其特征在于，
具备多个至少合成两个高频功率，并供给所述功率合成部件的其他的功率合成部件。

12、  一种高频电源，包括：
高频功率产生源，产生用于在等离子体处理装置的容器内生成等离子体的高频部分；和控制部件，从以由所述高频功率产生源产生的第一频率为主频率的高频部分中，除掉在所述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分，来控制所述高频部分，其特征在于，
所述控制部件包括：振荡部件，振荡由与所述第一频率不同的第二频率构成的高频部分；乘法部件，将以所述第一频率为主频率的高频部分及由所述第二频率构成的高频部分相乘；和检波部件，将所述乘法部件的输出变换成由第三频率构成的高频部分后进行检波。

13、  一种等离子体处理装置，包括：
容纳被处理基板的容器；和向所述容器供给高频功率的高频电源，通过所述高频功率在所述容器中生成等离子体后对所述被处理基板进行等离子体处理。其特征在于，
所述高频电源包括：高频功率产生源，产生用于生成所述等离子体的高频功率；高频功率取出部件，从由所述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率；振荡部件，振荡与所述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率；乘法部件，将由所述高频功率取出部件取出的第一高频功率及由所述振荡部件振荡的第二高频功率相乘；高频衰减部件，衰减所述乘法部件相乘后的高频功率中规定的高频部分；检波部件，检波所述高频衰减部件衰减后的高频功率中规定频率的低频功率；控制部件，将所述高频功率变换成所述规定频率的低频功率，并根据该低频功率除掉所述高次谐波成分及所述调制波，控制所述高频功率。

14、  一种等离子体处理装置，包括：
容纳被处理基板的容器；和向所述容器供给高频功率的高频电源，通过所述高频功率在所述容器中生成等离子体后对所述被处理基板进行等离子体处理，其特征在于，
所述高频电源包括：合成至少两个高频功率的功率合成部件；控制由所述功率合成部件合成的高频功率的控制部件；供给由所述控制部件控制的高频功率作为入射功率的供给部件；分支对应于供给所述等离子体处理装置的入射功率的反射功率的分支部件；和消耗由所述分支部件分支的反射功率的消耗部件。

高频电源及其控制方法、和等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及高频电源及其控制方法、和等离子体处理装置，尤其是涉及对半导体晶片进行等离子体处理的高频电源及其控制方法、和等离子体处理装置。
背景技术
目前，在半导体器件的制造过程中，使用在较为低压的环境下生成高密度的等离子体，对半导体晶片(下面简称为晶片)进行蚀刻的等离子体处理装置。例如，在平行平板等离子体处理装置中，在等离子体容器内配置由上部电极和下部电极构成的一对平行平板电极，并向该容器内导入等离子体处理用气体，同时，向上部电极和下部电极之一施加高频功率，在电极间生成高频电场，并通过该高频电场生成等离子体处理用气体的等离子体，对晶片进行蚀刻等等离子体处理。
这种等离子体处理装置为了有效进行蚀刻，重叠并同时向下部电极施加用于生成等离子体的高频功率和等离子体中的用于引入离子的偏压用的高频功率。具体而言，经匹配电路(下面称为匹配器)将等离子体生成用的高频电源连接于下部电极上，施加等离子体生成用高频功率，同时，经匹配器将偏压用高频电源连接于下部电极上，施加偏压用高频功率，并使两个高频功率重叠。考虑到等离子体生成效率，将等离子体生成用高频功率设定成为100MHz，另一方面，偏压用高频功率设定成为3.2MHz。
图6是表示现有等离子体处理装置中的输入输出的调制波频谱的图，图6A是入射波，图6B是反射波。
在图6A和图6B中，在上述等离子体处理装置中生成等离子体时，产生分别对应于作为主频率的100MHz、3.2MHz的高次谐波成分或调制波成分，这些高次谐波成分或调制波成分出现在入射波(Pf)的主频率附近，同时，还出现在反射波(Pr)的主频率附近，在匹配器或高频电源中引起误操作等。因此，高频电源具备检测入射波和反射波并控制高频功率的功率监视器。
图7是表示现有等离子体处理装置中的功率监视器的内部结构示意图。
图7中，功率监视器包括方向性结合器300、LC电路构成的带通滤波器310和高频检波器320，通过由带通滤波器310和高频检波器320构成的检波电路来去除上述高次谐波成分或调制波成分。
但是，在上述现有的具备检波电路的高频电源中，若作为入射波的等离子体生成用高频功率与偏压用高频功率的频率差变大，则反射波中包含的高频率成分的频率与调制波成分等的频率差会变小，不能由LC电路构成的带通滤波器充分衰减调制波成分等，结果，有可能会将调制波成分等视为反射波，高频电源引起误操作。
另外，若不能充分衰减调制波成分等，则难以在等离子体生成时施加适当的高频功率。
另外，在上述现有的等离子体处理装置中，由从高频电源向等离子体容器输出的入射波(入射功率：Pf)产生的反射波(反射功率：Pr)通过改变等离子体生成时的负载阻抗，从等离子体容器返回，所以为保护高频电源不受该反射波的影响，例如采用检测反射波后降低入射波的方法或在高频电源与等离子体容器之间插入用于除掉反射波的循环器的方法等。尤其是在生成等离子体用的高频电源中，为了确保等离子体生成时的点火极限，在高频电源与等离子体容器之间插入循环器的方法是有效的。
图8是表示现有的等离子体处理装置的结构概略框图。
在图8中，等离子体处理装置200包括：容纳晶片的等离子体容器221；由用于使等离子体容器221侧的输入阻抗与高频电源226侧的输出阻抗一致，以使上述反射波成为最少的匹配电路构成的匹配器222；检测入射波及反射波，对供给等离子体容器221的高频功率进行控制的功率监视器223；由磁体构成的循环器224；作为终端电阻的伪负载225；和生成等离子体用的高频电源226。
高频电源226具备：具有与功率监视器223相同功能的功率监视器227和合成功率后输出的多个功率合成器228～234，例如，作为入射波，输出100MHz、3kW的生成等离子体用的高频功率。
循环器224将从高频电源226侧输出的入射波Pf向等离子体容器221侧输出(Pf′)，另外将从等离子体容器221侧返回的反射波Pr向伪负载225输出。伪负载225消耗从循环器224输出的反射波。
在等离子体处理装置200中，通过循环器224防止由于等离子体生成时的负载阻抗的改变而从等离子体容器221产生的反射波直接返回高频电源226，保护高频电源226不受反射波影响。
但是，在上述现有的等离子体处理装置200中，由于在高频电源226的外部配置大功率用的循环器224及伪负载225，所以必须大量占据与之相应的装置用空间。
另外，由于循环器224由磁体构成，所以一旦来自高频电源226的入射波(Pf)通过循环器224，就会由于磁损失等而略微衰减(ΔPf＝Pf-Pf′)，结果，为了高精度地控制输入等离子体容器221侧的入射波，需要在匹配器222的前级设置功率监视器223。
本发明地第一目的在于提供高频电源及其控制方法和等离子体处理装置，可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止误动作，同时能对等离子体处理装置施加适当的高频功率。
本发明的第二目的在于提供高频电源及其控制方法和等离子体处理装置，可削减等离子体处理装置中的装置用空间，同时简化装置的整体结构，防止入射波的损失。
发明内容
为了实现上述第一目的，根据本发明的第一方式，提供一种高频电源，包括：高频功率产生源，产生用于在等离子体处理装置的容器内生成等离子体的高频功率；和控制部件，从上述高频功率产生源产生的高频功率中，除掉在上述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分来控制上述高频功率。其特征在于，上述控制部件将上述高频功率产生源产生的高频功率变换成规定频率的低频功率，并根据该低频功率进行检波。
另外，在根据第一方式的高频电源中，优选是上述控制部件包括：从上述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率的高频功率取出部件；振荡与上述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率的振荡部件；将由上述高频功率取出部件取出的第一高频功率及由上述振荡部件振荡的第二高频功率相乘的乘法部件；检波由上述乘法部件相乘后的高频功率中上述规定频率的低频功率的检波部件。
另外，在根据第一方式的高频电源中，优选是上述检波部件包括衰减由上述乘法部件相乘后的高频功率中规定的高频部分的高频衰减部件。
另外，在根据第一方式的高频电源中，优选是上述规定频率在10Hz～500kHz的范围内。
为了实现上述第一目的，根据本发明的第二方式，提供一种高频电源的控制方法，该高频电源包括：高频功率产生源，产生用于在等离子体处理装置的容器内生成等离子体的高频功率；和控制部件，从上述高频功率产生源产生的高频功率中，除掉上述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分来控制上述高频功率，其特征在于，包括以下工序：从上述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率的高频功率取出工序；振荡与上述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率的振荡工序；将由上述高频功率取出工序取出的第一高频功率及由上述振荡工序振荡的第二高频功率相乘的乘法工序；衰减由上述乘法工序相乘后的高频功率中规定高频部分的高频衰减工序；和检波由上述高频衰减工序衰减后的高频功率中规定频率的低频功率的检波工序。
为了实现上述的第二目的，根据本发明的第三方式，提供一种高频电源，包括：至少合成两个高频功率的功率合成部件；和控制由上述功率合成部件合成的高频功率的控制部件，向等离子体处理装置供给由上述控制部件控制的高频功率作为入射功率，其特征在于，上述功率合成部件包括：分支对应于供给上述等离子体处理装置的入射功率的反射功率的分支部件；和消耗由上述分支部件分支的反射功率的消耗部件。
另外，在根据第三方式的高频电源中，优选是上述分支部件通过铁氧体构成的至少两个循环器并列连接于上述控制部件而构成。
另外，在根据第三方式的高频电源中，优选是上述消耗部件由分别连接于上述循环器的电阻构成。
另外，在根据第三方式的高频电源中，优选是包括多个至少合成两个高频功率并供给上述功率合成部件的其他功率合成部件。
为了实现上述第一目的，根据本发明的第四方式，提供一种高频电源，包括：高频功率产生源，在等离子体处理装置的容器内产生生成等离子体的高频部分；和控制部件，从以上述高频功率产生源产生的第一频率为主频率的高频部分中，除掉上述等离子体生成时产生的高次谐波成分及调制波成分来控制上述高频部分，其特征在于，上述控制部件包括：振荡由与上述第一频率不同的第二频率构成的高频部分的振荡部件；将以上述第一频率为主频率的高频部分及由上述第二频率构成的高频部分相乘的乘法部件；和将上述乘法部件的输出变换成由第三频率构成的高频部分后进行检波的检波部件。
为实现上述第一目的，根据本发明的第五方式，提供一种等离子体处理装置，包括：容纳被处理基板的容器；和向上述容器供给高频功率的高频电源，由上述高频功率在上述容器内生成等离子体，对上述被处理基板进行等离子体处理。其特征在于，上述高频电源包括：产生用于生成上述等离子体的高频功率的高频功率产生源；从上述高频功率产生源产生的高频功率中取出第一高频功率的高频功率取出部件；振荡与上述取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率的振荡部件；将上述高频功率取出部件取出的第一高频功率及上述振荡部件振荡的第二高频功率相乘的乘法部件；衰减上述乘法部件相乘后的高频功率中规定的高频部分的高频衰减部件；检波上述高频衰减部件衰减后的高频功率中规定频率的低频功率的检波部件；和控制部件，将上述高频功率变换成上述规定频率的低频功率，并根据该低频功率除掉上述高次谐波成分及上述调制波成分，控制上述高频功率。
为实现上述第二目的，根据本发明的第六方式，提供一种等离子体处理装置，包括：容纳被处理基板的容器；和向上述容器供给高频功率的高频电源，由上述高频功率在上述容器内生成等离子体后对上述被处理基板进行等离子体处理，其特征在于，上述高频电源包括：合成至少两个高频功率的功率合成部件；控制由上述功率合成部件合成的高频功率的控制部件；供给由上述控制部件控制的高频功率作为入射功率的供给部件；分支对应于供给上述等离子体处理装置的入射功率的反射功率的分支部件；和消耗由上述分支部件分支的反射功率的消耗部件。
附图说明
图1是表示包括根据本发明第一实施方式的高频电源的等离子体处理装置的整体结构框图。
图2是表示图1中功率监视器8的内部结构示意图。
图3是表示图2的功率监视器8中的检波(逐次差拍式)和图7中现有的检波(滤波式)的频率特性图。
图4表示包含根据本发明第二实施方式的高频电源的等离子体处理装置的结构示意框图。
图5是用于说明图4中功率合成器107～112的功率合成方法的图。
图6是表示现有等离子体处理装置中输入输出调制波的波谱图，图6A是入射波，图6B是反射波。
图7是表示现有等离子体处理装置中功率监视器的内部结构的示意图。
图8是表示现有的等离子体处理装置的结构示意框图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1是表示包括根据本发明第一实施方式的高频电源的等离子体处理装置的整体结构框图。
在图1中，等离子体处理装置1的构成如下：容纳半导体晶片(下面简称晶片)等被处理基板的等离子体容器2；与等离子体容器2内未图示的电极连接的第一匹配器3；与第一匹配器3连接的第一高频电源4；经低通滤波器7与等离子体容器2内的电极连接的第二匹配器5；和与第二匹配器5连接的第二高频电源6。
另外，等离子体处理装置1包括：维持等离子体容器2内在规定的减压状态的排气装置(未图示)；和向等离子体容器2内导入用于生成等离子体的等离子体处理用气体的等离子体处理用气体导入装置(未图示)。
等离子体处理装置1配置由上部电极(第一电极)及下部电极(第二电极)构成的一对平行平板电极(未图示)，使其在等离子体容器2内相对，导入等离子体处理用气体，同时，在上部电极及下部电极之一上施加高频功率而在电极间形成高频电场，通过该高频电场将等离子体处理用气体等离子体化，对作为被处理基板的晶片进行蚀刻等等离子体处理。
第一高频电源4包括：功率监视器8，检测向等离子体容器2行进的入射波(入射功率：Pf)及由于等离子体生成时的负载阻抗的改变而从等离子体容器2返回的反射波(反射功率：Pr)，控制高频功率；产生100MHz高频功率的高频功率产生源10。第一高频电源4通过功率监视器8控制由高频功率产生源10产生的高频功率，将100MHz作为等离子体生成用高频功率向第一匹配器3输出。
第一匹配器3包括：检波100MHz高频功率的RF传感器(未图示)；和由可调电容器及线圈等构成的LC电路(未图示)。第一匹配器3由使等离子体容器2侧的负载阻抗与第一高频电源4侧的电源阻抗一致，以使从等离子体容器2返回的反射波最少的匹配电路构成。尤其是，设定成为从第一匹配器3的输入侧看到的负载阻抗与从第一高频电源4的输出侧看到的阻抗相同(50Ω)。
第二高频电源6包括：检测上述入射波和反射波来控制高频功率的功率监视器9；和高频功率产生源11，产生与高频功率产生源10产生的高频功率的频率不同的3.2MHz的高频功率。第二高频电源6通过功率监视器9控制由高频功率产生源11产生的高频功率，将3.2MHz作为偏压用高频功率向第二匹配器5输出。
第二匹配器5包括：检波3.2MHz高频功率的RF传感器(未图示)；和由可调电容器及线圈等构成的LC电路(未图示)。第二匹配器5由使等离子体容器2侧的负载阻抗与第二高频电源6侧的电源阻抗一致，以使从等离子体容器2返回的反射波最小的匹配电路构成。低通滤波器7保护第二匹配器5及第二高频电源6不受作为反射波从等离子体容器2返回的主频率100MHz的高频功率的影响，并衰减该反射波。
在等离子体处理时，将从第一高频电源4输出的等离子体生成用高频功率和由第二高频电源6输出、用于引进等离子体放电中的离子的偏压用高频功率重叠，施加在等离子体容器2内的下部电极上(未图示)。
图2是表示图1中的功率监视器8的内部结构的概略图。
在图2中，电源控制8包括：方向结合器21、作为两输入一输出的乘法器(DBM：双平衡混频器)的混频器22、100MHz的低通滤波器23、低频检波器24和振荡规定频率的振荡器25。该功率监视器8是除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分和调制波成分来进行检波，同时在等离子体生成时向等离子体容器2施加规定频率的高频功率的控制装置。
方向性结合器21从输入的高频功率中取出主频率100MHz的高频功率(高频部分)输入到混频器22，同时防止来自等离子体容器2的反射波等射入高频功率产生源10、11等。振荡器25包括：放大器(未图示)或2倍频率倍增器(未图示)、49.95MHz晶体振荡器(未图示)等，向混频器22输入99.9MHz的高频功率(高频部分)。混频器22将由方向性结合器21取出的高频功率和由振荡器25输入的高频功率相乘来进行频率混合。低通滤波器23衰减混频器22输出中的高频部分。低频检波器24包括：放大器(未图示)或100kHz的理想检波器(未图示)等，检波低通滤波器23的输出中100kHz的低频功率(低频部分)，变成DC输出(检波输出)。在图3中表示图2的功率监视器8中的检波(逐次差拍式)和图7的现有检波(滤波式)的频率特性。
下面，说明功率监视器8的动作。
例如，包含通过调制等离子体容器2内的等离子体负载生成的±3.2MHz边频带成分的主频率100MHz的高频功率经方向性结合器21输入到混频器22中。另一方面，将来自振荡器25的99.9MHz的高频功率输入到混频器22中。混频器22将这些输入的高频功率相乘，结果，向低通滤波器23输出包含199.9±3.2MHz、0.1+3.2MHz等频率成分的高频功率。
在混频器22的输出中，频率为199.9±3.2MHz或3.2MHz的高频部分由低通滤波器23衰减除掉，输出到低频检波器24。低频检波器24将作为低通滤波器23的输出的频率100kHz(0.1MHz)的低频功率作为DC输出向误差放大电路(未图示)输出。在该误差放大电路中，将来自低频检波器24的直流电压(DC)与用于设定输出的基准电压相比较，对应于该比较结果，向高频放大器(未图示)提供比较电压，进行输出控制。从而，可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止第一高频电源4的误动作，同时对等离子体处理装置1施加适当的高频功率。
通过对高频功率中的主频率100MHz的高频功率选择由振荡器25振荡的99.9MHz的高频功率，由于等离子体容器2内的等离子体负载的变换而生成的高频功率中包含的边频带成分变成充分远离低频滤波器23的截止频率的频率，所以即便低通滤波器23是简易的结构，也可充分除掉边频带成分。另外，即便在调制波的频率接近主频率时，也可通过选择低通滤波器23的截止频率为相对于调制频率充分低的值来除掉调制波成分。
根据上述第一实施方式，因为将包含由方向性结合器21取出的调制波成分等主频率100MHz的高频功率和由振荡器25振荡的频率99.9MHz的高频功率通过混频器22相加，并将该输出通过低通滤波器23及低频检波器24变换成100kHz后进行检波，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止第一高频电源4的误动作，同时，向等离子体容器2施加适当的高频功率。
另外，上述第一实施方式中的功率监视器8虽将高频功率中100MHz的主频率变换成100kHz后进行检波，但不限于此，除100MHz以外，例如，也可将70MHz以上的主频率变换成100kHz后进行检波。而且，也可将进行检波的频率变成除100kHz以外的频率，例如10Hz～500kHz范围的频率。另外，若想作为控制环路得到充分快的应答速度时，期望是设定在15Hz～500kHz左右的值。
另外，上述第一实施方式中第一匹配器3及第二匹配器5中的匹配电路由可调电容器及线圈构成，但例如在施加70MHz以上的高频功率时，也可用特开2001-118700号公报中公开的匹配器构成。
另外，功率监视器8内置于第一高频电源4内，但也可内置于第一匹配器5中以代替第一高频电源4，此时，也可使用位相检测电路或演算电路以代替检波电路作为RF传感器使用。
图4是表示包含根据本发明第二实施方式的高频电源的等离子体处理装置的构成概略框图。
在图4中，等离子体处理装置100包括：容纳半导体晶片(下面简称晶片)的等离子体容器102；与等离子体容器102连接的匹配器103；和等离子体生成用的高频电源104。
另外，等离子体处理装置100包括：维持等离子体容器102内在规定的减压状态的排气装置(未图示)；和向该等离子体容器102内导入用于生成等离子体的等离子体处理用气体的等离子体处理用气体导入装置(未图示)。
等离子体处理装置100配置由上部电极(第一电极)及下部电极(第二电极)构成的一对平行平板电极(未图示)使其在等离子体处理装置102中相对，导入等离子体处理用气体，同时通过高频电源104对上部电极及下部电极之一施加高频功率而在电极间形成高频电场，并通过该高频电场将等离子体处理用气体等离子体化，对作为被处理基板的晶片进行蚀刻等等离子体处理。
匹配器103包括包括由可调电容器及线圈构成的LC电路(未图示)，由用于使等离子体容器102侧的输入阻抗与高频电源104侧的输出阻抗一致的匹配电路构成。尤其是，设定成为从匹配器103的输入侧看到的阻抗与从高频电源104的输出侧看到的阻抗相同(50Ω)。
高频电源104包括：功率监视器105，检测在等离子体容器102中行进的入射波(入射功率：Pf)及由于等离子体生成时的负载阻抗的变化而从等离子体容器102返回的反射波(反射功率：Pr)，来控制高频功率；和合成功率的多个功率合成器106～112。高频电源104输出作为入射波的100MHz、3kW的等离子体生成用的高频功率。
通常，在通过高频电源获得大功率时，因为一个放大元件的输出限制为200～300W，所以必需合成功率。尤其是在输出100MHz、3kW的高频功率时，不限于图示数量，多级连接多个功率合成器106～112来进行功率合成。
功率合成器107～112由威尔金森型合成器构成。功率合成器106与其他的功率合成器107～112不同，由铁氧体(磁体)构成的循环器113、114和作为终端电阻的伪负载115、116构成。功率合成器106如图所示通过并列连接循环器113、114于功率监视器105上，起到功率合成器的作用，合成功率合成器107的输出和功率合成器108的输出后输出。
图5是用于说明图4中功率合成器107～112的功率合成方法的图。本功率合成方法通常被称为应用1/4波长(1/4λ)的同轴电缆造成的阻抗变换的威尔金森型合成·分配方式。
在图5中，30、31是1/4波长、阻抗为70Ω的同轴电缆。Rx是为了保持P1～P2间的绝缘而配置的电阻成分。如图所示，可通过连接功率合成器107～112来合成功率。
回到图4，循环器113、114合成从功率合成器107、108输入的各高频功率后作为入射波输出到功率监视器105，另外，利用铁氧体的磁共振现象，分别向伪负载115、116输出从等离子体容器102经功率监视器105返回的反射波。向伪负载115、116输出的反射波由伪负载115、116内的各电阻成分消耗。
这样，可通过经循环器113、114由伪负载115、116来消耗由于等离子体生成时的负载阻抗的改变而从等离子体容器102产生的反射波，保护作为最终级的高频电源104不受反射波的影响，同时向等离子体容器102供给稳定的能源。
在循环器113、114处在高频电源104的外部的情况下，因为高频电源104的输出与作为负载的等离子体容器102的状态无关，成为恒定输出，所以在入射波的控制中，必须在匹配器103的输入侧设置功率监视器105来与高频电源104主体进行功率反馈。在本实施方式中，可通过循环器113、114的功率合成，在高频电源104的内部进行入射波的处理，使装置整体的结构变得简单。
根据上述第二实施方式，由于通过高频电源104内的功率合成器106包含的、由铁氧体构成的循环体113、114，分支来自等离子体容器102侧的反射光，输出到伪负载115、116，并由该伪负载115、116消耗反射波，所以可削减等离子体处理装置中的装置用空间，同时简化装置的整体结构，防止入射波的损失。
另外，在功率合成器106内，对于功率监视器105而言，由于并列连接两个循环器113、114，所以可不利用功率合成器而合成两个高频功率并取出。而且，因为可在高频电源104的功率放大部(未图示)的冷却装置中安装连接于循环器113、114的伪负载115、116，所以可削减装置用空间。
在上述第二实施方式中可分别设置循环器113、114，但也可为一体。
在上述第一及第二实施方式中，虽然说明的是平行平板等离子体处理装置1，但也可适用于例如微波等离子体处理装置、ECR(electroncoupling resonance)等离子体处理装置等具有各种等离子体源的等离子体处理装置，被处理基板也不只限于半导体晶片，可适用于玻璃基板等各种被处理基板。
产业上的可利用性
如以上详细说明，根据本发明第一方式的高频电源，控制部件将由高频功率产生源产生的高频功率变换成规定频率的低频功率，并根据该低频功率进行检波，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止误动作，同时向等离子体处理装置施加适当的高频功率。
另外，由于将从高频功率取出的第一高频功率及与取出的第一高频功率不同频率的第二高频功率相乘，并检波相乘后的高频功率中规定的频率的低频功率，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分。
另外，因为规定的频率在10Hz～500kHz的范围内，所以可通过简易的滤波器除掉高次谐波成分或调制波成分。
根据本发明的第二方式的控制方法，由于将从高频功率取出的第一高频功率及与第一高频功率的频率不同频率的第二高频功率相乘，并衰减相乘后的高频功率中规定的高频部分，检波衰减后的高频功率中规定的频率的低频功率，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分，同时向等离子体处理装置施加适当的高频功率。
根据本发明的第三方式的高频电源，由于在合成至少两个高频功率的功率合成部件中，分支部件分支对应于供给等离子体处理装置的入射功率的反射功率，消耗部件消耗分支了的反射功率，所以可削减等离子体处理装置中的装置用空间，同时简化装置的结构，防止入射波的损失。
另外，因为分支部件由铁氧体构成的至少两个循环器并列连接于控制部件而形成，所以可不利用功率合成器地合成两个高频功率并取出。
另外，消耗部件由分别连接于所述循环器的电阻构成，所以可安装在高频电源内功率放大部的冷却装置中使用，能够削减装置用空间。
另外，因为包含多个至少合成两个高频功率，并供给所述功率合成部件的其他功率合成部件，所以可输出期望的高频功率。
根据本发明的第四方式的高频电源，由于控制部件振荡由与第一频率不同的第二频率构成的高频部分，并将以第一频率为主频率的高频部分及由第二频率构成的高频部分相乘，将相乘后的输出变换成由第三频率构成的高频部分后进行检波，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止误动作，同时向等离子体处理装置施加适当的高频功率。
根据本发明的第五方式的等离子体处理装置，由于高频电源在将高频功率的频率变换成规定的频率之后，除掉高次谐波成分及调制波成分后进行检波，所以可高精度地除掉等离子体生成时产生的高次谐波成分或调制波成分来防止误动作，同时向等离子体处理装置施加适当的高频功率。
根据本发明的第六方式的等离子体处理装置，由于高频电源至少合成两个高频功率，并控制合成后的高频功率，分支对应于入射功率的反射功率，消耗分支后的反射功率，所以可削减等离子体处理装置的装置用空间，同时简化装置的结构，防止入射波的损失。