高頻電源裝置以及等離子體點火方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及對等離子體等負載供給高頻電力的高頻電源裝置W及通過供給高頻 電力使等離子體點火的等離子體點火方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體制造裝置或電子設(shè)備制造裝置等的等離子體處理裝置、0)2激光加工機 等的等離子體產(chǎn)生裝置中，已知使用通過高頻(RF)生成的等離子體。已知使用高頻電源(RF 電源)通過CW驅(qū)動(Continuous wave:無調(diào)變連續(xù)波)或脈沖驅(qū)動進行等離子體生成。
[0003] 圖24為用于說明通過高頻電源(RF電源)進行等離子體負載的驅(qū)動的概要圖。在圖 24中，從高頻電源(RF電源）100輸出的脈沖輸出，經(jīng)由匹配器101被供給至等離子體處理裝 置、C〇2激光加工機等負載102,生成等離子體。
[0004] 在通過高頻電源(RF電源）的脈沖驅(qū)動進行的等離子體生成中，因斷續(xù)地對等離子 體負載供給脈沖輸出的行波電壓，所W在等離子體負載中，等離子體重復(fù)進行點亮和焰滅。
[0005] 通過高頻電源的脈沖驅(qū)動進行的脈沖輸出是W數(shù)化~數(shù)百kHz重復(fù)斷開狀態(tài)和導(dǎo) 通狀態(tài)的高頻(RF)輸出。在高頻(RF)輸出從導(dǎo)通狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)，或從斷開狀態(tài)切換 至導(dǎo)通狀態(tài)時，即使等離子體的脈沖驅(qū)動狀態(tài)為正常，也會過渡性地產(chǎn)生反射波。作為反射 波的產(chǎn)生原因，例如有匹配器的固有振動、等離子體的點火動作等，在從高頻(RF)輸出從斷 開狀態(tài)切換至導(dǎo)通狀態(tài)的時間點開始至等離子體點火為止的期間，反射系數(shù)r幾乎成為1 (r 3 1)而產(chǎn)生不匹配狀態(tài)，暫時性地成為全反射狀態(tài)。此時，從等離子體負載朝向高頻電 源產(chǎn)生反射波。在等離子體負載側(cè)的過程開始時，在等離子體未點火的狀態(tài)下，反射波電力 一般處于增大的傾向。再者，在從導(dǎo)通狀態(tài)切換至斷開狀態(tài)的時間點，直到在導(dǎo)通狀態(tài)時間 點供給的RF的能量消滅為止，殘留有殘留反射。
[0006] 當(dāng)反射波從等離子體負載返回至高頻電源時，存在W下的情況：由于產(chǎn)生由輸出 電纜長度而決定的駐波，由于反射波的高電壓和反射波的大電流導(dǎo)致高頻電源所具備的RF 電力放大元件損壞。
[0007] 為了防止運樣的由于反射波電力而導(dǎo)致的元件損壞，已知根據(jù)反射波的檢測，使 高頻電源的輸出（行波電力)垂下或降低。當(dāng)為了保護高電源不受反射波電力的影響而降低 行波電力時，向負載的施加電壓變低，因此由于限定氣壓、氣體種類的配方條件不同，存在 由于等離子體的點火失敗而無法進行脈沖驅(qū)動的問題。
[000引作為使等離子體點火的結(jié)構(gòu)，例如已知W下的現(xiàn)有技術(shù)。
[0009] (a)已知如下的結(jié)構(gòu):除了在穩(wěn)定狀態(tài)下對等離子體供給驅(qū)動電力的電源外，還設(shè) 置用于產(chǎn)生放電電壓的點火裝置來作為等離子體點火用電源。具備點火裝置的高頻電源通 過軟啟動功能，可W不需要用于保護電子元件不受全反射電力的影響的保護功能。（專利文 獻1)
[0010] 此外，作為與等離子體點火有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，已知W下的技術(shù)。
[0011] (b)為了即使低功率也容易點火，部分地縮短電極間距離的技術(shù)。（專利文獻2)
[0012] (C)在高頻電源和負載之間連接匹配器(匹配箱），通過匹配器的預(yù)設(shè)置功能，在從 斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移至導(dǎo)通狀態(tài)的等離子體點火時，從導(dǎo)通狀態(tài)下的電力穩(wěn)定供給時的匹配點挪 動匹配器的匹配點，促進產(chǎn)生點火電壓（引燃電壓）。（專利文獻3)
[0013] (d)將等離子體產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力調(diào)整為容易點火的壓力的技術(shù)。（專利文獻4)
[0014] (e)通過使行波電力的占空比從零按順序增加至100%，在增加平均行波電力的期 間，使等離子體點火的技術(shù)。（專利文獻5)
[0015] 現(xiàn)有技術(shù)文件
[0016] 專利文獻
[0017] 專利文獻1:日本特開2006-185876號公報(段落[0004]、段落[0037]、段落[0046]) [001引專利文獻2:日本特開2011-134636號公報(段落[0008]、段落[0009])
[0019] 專利文獻3:日本特開2011-119268號公報(段落[0034]、段落[0049]、段落[0050])
[0020] 專利文件4:日本特開2005-129666號公報(段落[0029])
[0021 ]專利文獻5:國際公開2011/016266號公報(段落[0247])

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明要解決的課題
[0023] 在上述與等離子體點火有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中存在W下的問題。
[0024] (a)在使用點火電源時，除了在穩(wěn)定狀態(tài)下進行電力供給的電源外，還需要另外準 備點火電源，因此除了有成本增加的問題外，當(dāng)進行脈沖驅(qū)動時的脈沖信號的頻率變高時， 點火電源無法應(yīng)對高頻，所W存在需要另外的點火功能的問題。
[0025] (b)在部分性地縮短電極間距離的技術(shù)中，需要部分性地提高電極的電場強度而 容易放電的電極形狀，除電極形狀的開發(fā)需要花費成本的問題外，還存在為了使電場集中 在部分性縮短后的電極之間必須考慮破壞電場的問題。
[0026] (C)在匹配器中，在通過從匹配點偏離的阻抗條件進行匹配處理的情況下，阻抗匹 配所需的時間變長，所W存在不適合過程短的等離子體處理和脈沖驅(qū)動的問題，此外在點 火前的等離子體阻抗與點火時的值大幅不同的情況下存在無法點火的問題。
[0027] (d)除了等離子體產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力調(diào)整需要花費時間W外，還存在擔(dān)屯、在等離 子體處理中產(chǎn)生故障的問題。
[0028] (e)的平均行波電力的抑制不需要匹配電路的不必要的匹配動作，是W使等離子 體負載穩(wěn)定為目的(專利文獻5,段落[001引），并非W由于占空比的增加反射波也增加的等 離子體負載為對象，所W并非W等離子體點火中的高頻電源的保護為目的。
[0029] 如上所述，在等離子體點火中，存在當(dāng)為了保護高頻電源不受反射波電力的影響 而降低行波電力時，難W進行等離子體點火的問題，在W往針對該等離子體點火困難而提 出的技術(shù)中，存在不適合于通過脈沖驅(qū)動進行的等離子體點火的問題。
[0030] 在此，本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有的問題點，其目的在于，在通過脈沖驅(qū)動進行的等 離子體點火中，解決當(dāng)為了保護高頻電源不受反射波電力的影響而降低行波電力時等離子 體難W點火的問題，保護高頻電源不受反射波電力的影響，并且謀求切實地進行等離子體 的點火。
[0031] 用于解決課題的手段
[0032] 本發(fā)明鑒于上述課題，在從高頻電源裝置施加高頻電力而使等離子體點火的等離 子體點火中，高頻電源裝置具備:供給用于進行等離子體點火的脈沖電力的等離子體點火 工序、供給用于維持所產(chǎn)生的等離子體的驅(qū)動電力的驅(qū)動電力供給工序，在等離子體點火 的動作中，通過作為本發(fā)明的特征而具備的點火脈沖輸出動作解決課題，保護高頻電源不 受反射波電力的影響，并且切實地進行等離子體的點火。
[0033] 本發(fā)明的等離子體點火工序是在點火脈沖輸出動作中，進行抑制W使在未點火時 產(chǎn)生的平均反射波電力不會超過高頻電源裝置對于反射波電力的容許損失。由促進點火的 主脈沖和在主脈沖的之前階段施加的，電力比主脈沖低的預(yù)脈沖構(gòu)成在點火脈沖輸出動作 中施加的點火脈沖，由此進行抑制使該平均反射電力在容許損失內(nèi)。
[0034] 可W通過構(gòu)成預(yù)脈沖的脈沖輸出的占空比調(diào)整預(yù)脈沖的平均電力。進行基于占空 比的平均電力的調(diào)整，W使通過預(yù)脈沖生成的反射波電力成為不超過在點火脈沖輸出動作 中容許的電力元件的平均容許損失的程度。通過抑制點火動作時的不匹配狀態(tài)下的平均反 射波電力，保護高頻電源不受反射波電力影響。
[0035] 此外，本發(fā)明在點火脈沖輸出動作中，在基于主脈沖的點火動作之前的階段，施加 電力比主脈沖低的預(yù)脈沖，由此減少提供給負載的電力來抑制平均反射波電力，并且形成 容易等離子體點火的氣氛，提高等離子體點火的確實性。
[0036] [高頻電源裝置的等離子體點火方法]
[0037] 本發(fā)明的高頻電源裝置的等離子體點火方法是從高頻電源裝置施加高頻電力的 脈沖輸出而使等離子體點火的等離子體點火方法，在等離子體點火工序中，通過時間上斷 續(xù)輸出的脈沖輸出使等離子體點火，在通過該等離子體點火工序使等離子體點火后，在等 離子體驅(qū)動電力供給工序中，供給用于維持已點火的等離子體的驅(qū)動電力，進行等離子體 維持。
[0038] 等離子體點火工序具有輸出用于使等離子體點火的點火脈沖的點火脈沖輸出動 作。在點火脈沖輸出動作中輸出的各點火脈沖具有：電力小于主脈沖的，在主脈沖之前的階 段輸出的任意個數(shù)的預(yù)脈沖和在預(yù)脈沖后輸出的初始的主脈沖?？蓸?gòu)成為除了點火脈沖動 作W外，還具有在預(yù)定時間的期間不輸出點火脈沖W及驅(qū)動脈沖的輸出停止動作。在具有 點火脈沖輸出動作和輸出停止動作時，在第一次的點火脈沖輸出動作后，在等離子體未點 火時，重復(fù)進行輸出停止動作和點火脈沖輸出動作。
[0039] 預(yù)脈沖是在點火脈沖輸出動作中，通過在主脈沖之前的階段施加預(yù)脈沖，形成容 易使等離子體點火的氣氛從而提升等離子體點火的確實性。再者，預(yù)脈沖的電力比主脈沖 低，減少供給至負載的電力從而抑制平均反射波電力。
[0040] 可W通過占空比調(diào)整預(yù)脈沖的電力。設(shè)定預(yù)脈沖的占空比，W使通過預(yù)脈沖的脈 沖輸出所產(chǎn)生的全反射波電力的每次點火脈沖輸出動作的平均反射波電力收納在構(gòu)成高 頻電源裝置的電力元件的每次點火脈沖輸出動作的平均容許損失W內(nèi)或不滿平均容許損 失的范圍內(nèi)。
[0041] 在進行點火脈沖輸出動作的期間內(nèi)，可W任意地設(shè)定預(yù)脈沖的輸出間隔。在點火 脈沖輸出動作內(nèi)，繼預(yù)脈沖之后進行1次主脈沖的脈沖輸出。關(guān)于主脈沖的脈沖輸出，將通 過該主脈沖而產(chǎn)生的全反射波電力的每一點火脈沖輸出動作的平均反射波電力設(shè)定為構(gòu) 成高頻電源裝置的電力元件的每次點火脈沖輸出動作的平均容許損失W內(nèi)或不滿平均容 許損失，由此可W保護電力元件不受反射波電力的影響。
[0042] 在通過等離子體點火工序等離子體點火之后，轉(zhuǎn)移到供給用于維持點火的等離子 體的驅(qū)動電力的等離子體驅(qū)動電力供給工序。
[0043] 在等離子體驅(qū)動電力供給工序中，在等離子體已點火的狀態(tài)下，對等離子體負載， 通過驅(qū)動脈沖或連續(xù)輸出供給用于維持等離子體的驅(qū)動電力。雖然驅(qū)動脈沖的脈沖輸出的 占空比可W任意選定，但一般而言，選擇比在點火脈沖輸出動作中輸出的點火脈沖的占空 比的平均大的占空比。再者，通過將占空比設(shè)為100%而連續(xù)驅(qū)動來進行連續(xù)輸出。
[0044] 高頻電源裝置執(zhí)行包含點火脈沖輸出動作的脈沖點火工序及等離子體驅(qū)動電力 供給工序的各工序來進行等離子體的點火及維持。
[0045] 脈沖點火工序除了輸出點火脈沖的點火脈沖動作W外，還可具備不輸出點火脈沖 及驅(qū)動脈沖的輸出停止動作(切斷動作）。在點火判定時，當(dāng)判定在通過點火脈沖輸出動作 的點火狀態(tài)下，等離子體為未點火狀態(tài)時，重復(fù)進行輸出停止動作和點火脈沖輸出動作。重 復(fù)處理的次數(shù)通過設(shè)定動作次數(shù)N來進行設(shè)定。
[0046] 在點火脈沖輸出動作和輸出停止動作的重復(fù)中，通過設(shè)定動作次數(shù)N限制點火脈 沖輸出動作的次數(shù)，在將點火脈沖輸出動作執(zhí)行了設(shè)定動作次數(shù)N次之后，在等離子體未點 火時，設(shè)為點火異常。在將點火脈沖輸出動作重復(fù)進行設(shè)定動作次數(shù)N次之前，在等離子體 成為點火狀態(tài)時，不判定點火異常地供給驅(qū)動電力，且維持等離子體。
[0047] 輸出停止動作的時間幅度不限于