CN108476584A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置，其具有：处理容器；高频电源，其向所述处理容器供给高频电力，来在所述处理容器的内部形成等离子体；规定的连接部，其设置于所述高频电源与所述处理容器之间；以及负载变动稳定化电路，其通过所述连接部而与所述处理容器并联连接，用于抑制从所述连接部看向下游侧时的负载阻抗的变动。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置。
背景技术
在PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition：等离子体增强原子层沉积)等在两个以上的工序之间高速地切换来进行成膜的方法中，能够进行高质量的成膜，因此其重要性增加。在上述两个以上的工序之间的设定压力不同的情况下，优选在使处理容器的内部稳定为设定压力后进行各工序。然而，在以原子层级别进行成膜的ALD中，在循环地执行两个以上的工序来进行成膜的方法中，成膜速度慢，生产率的改善成为课题。因此，为了提高生产率，不等到压力稳定就高速地切换各工序，高速地对等离子体进行开和关来进行成膜。
在周期中的一次的等离子体施加时间短到几秒并且工艺中的压力在各工序间大幅度变动的情况下，如何实现高速的等离子体点火和各工序中的处理容器内的压力的稳定化成为课题。
针对该课题，要是使用可变电容器等通常的匹配器，则难以进行响应于上述各工序的高速切换的阻抗匹配。相对于此，提出将频率可变电源使用于阻抗匹配(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平6-243992号公报
发明内容
发明要解决的问题
频率可变电源具有使输出频率变化的功能，相比匹配器而言阻抗的匹配速度快。然而，频率可变电源的匹配范围窄，针对等离子体侧的负载阻抗中的虚数成分(X成分＝电抗)只能以窄范围的变化进行匹配，另外，无法对实数成分(R成分)进行匹配。因此，在频率可变电源中，尤其是在匹配范围外向等离子体供给高频电力时，产生大的反射，很多情况下功率不传递到等离子体侧。因此，仅通过频率可变电源的功能难以使等离子体稳定地点火并且难以维持等离子体。
针对上述课题，本发明的一个方式的目的在于抑制等离子体侧的负载阻抗的变动。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，根据一个方式，提供一种等离子体处理装置，其具有：处理容器；高频电源，其向所述处理容器供给高频电力，来在所述处理容器的内部形成等离子体；规定的连接部，其设置于所述高频电源与所述处理容器之间；以及负载变动稳定化电路，其通过所述连接部而与所述处理容器并联连接，用于抑制从所述连接部看向下游侧时的负载阻抗的变动。
发明的效果
根据本发明的一个方式，能够抑制等离子体侧的负载阻抗的变动。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的一例的图。
图2A是表示一个实施方式所涉及的包括LC串联电路的负载变动稳定化电路的一例的图。
图2B是表示一个实施方式所涉及的包括LC并联电路的负载变动稳定化电路的一例的图。
图3是用于说明一个实施方式所涉及的等离子体处理装置的各阻抗的图。
图4是用于说明一个实施方式所涉及的等离子体侧的负载变动的抑制效果的图。
图5A是表示一个实施方式所涉及的负载变动稳定化电路的电抗依赖性的第一图。
图5B是表示一个实施方式所涉及的负载变动稳定化电路的电抗依赖性的第二图。
图5C是表示一个实施方式所涉及的负载变动稳定化电路的功率效率的图。
图6A是用于说明一个实施方式所涉及的功率恒定控制的第一图。
图6B是用于说明一个实施方式所涉及的功率恒定控制的第二图。
图7A是用于说明LC串联电路的谐振频率的图。
图7B是用于说明LC并联电路的谐振频率的图。
图8是表示一个实施方式所涉及的反射波与功率效率的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明用于实施本发明的方式。此外，在本说明书和附图中，对实质上相同的结构标注相同的标记，由此省略重复的说明。
(引言)
在PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition：等离子体增强原子层沉积)等在两个以上的工序之间高速地切换来进行成膜的方法中，能够进行高质量的成膜，因此其重要性增加。在周期中的一次的等离子体生成时间短到几秒并且工艺中的压力在各工序之间大幅度变动的情况下，如何实现高速的等离子体点火和处理容器内的压力的稳定化成为课题。
因此，本实施方式所涉及的等离子体处理装置实现：在存在大的压力变动的环境中在各工序之间高速地切换来进行成膜的情况下，抑制高频在等离子体侧的反射来向等离子体供给足够的功率从而稳定地生成等离子体。
为此，在本实施方式中，提出一种满足以下三个条件的等离子体处理装置。
1.在存在大的压力变动时高速且稳定地(不存在大的高频的反射)对等离子体进行开和关
2.即使供给13MHz以上的频率的高频电力也能够抑制负载阻抗的变动
3.能够使系统成本低(不使用高性能的匹配器等)
下面，参照图1来说明满足上述条件的等离子体处理装置的结构的一例。
[等离子体处理装置的结构]
等离子体处理装置1具有频率可变电源10、负载变动稳定化电路20、供电线30以及处理容器40。在本实施方式中，对被供给高频电力的等离子体处理装置1使用电容耦合型等离子体处理装置。
但是，关于本实施方式所涉及的等离子体处理装置1，不仅能够使用电容耦合型等离子体(CCP：Capacitively Coupled Plasma)装置，也能够使用电感耦合型等离子体(ICP：Inductively Coupled Plasma)装置等。
另外，在本说明书中，作为等离子体处理对象，对半导体晶圆W进行说明，但等离子体处理对象不限于此。作为等离子体处理对象的其它例，能够列举使用于LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示器)、FPD(Flat Panel Display：平板显示器)等的各种基板、光掩模、CD基板、印刷电路板等。
频率可变电源10为供给被控制为期望的恒定的功率的13MHz以上的高频的电力的电源的一例。频率可变电源10具有通过使输出频率变化来与等离子体侧的负载阻抗之间进行匹配的功能。此外，作为供给高频的电力的电源，也可以使用不具有使输出频率变化的功能的高频电源来代替频率可变电源10。
针对处理容器40，从频率可变电源10向设置于处理容器40的电极或等离子体激励用天线(ICP的情况)供给规定频率的高频电力。被供给到处理容器40的内部的气体通过高频电力而发生电离以及离解，由此在上部电极101与下部电极102之间的等离子体处理空间形成等离子体。利用等离子体对载置于下部电极102的半导体晶圆W实施蚀刻、成膜等微细加工。
在频率可变电源10与处理容器40之间设置有作为电基点的连接部C(规定的连接部)。负载变动稳定化电路20通过连接部C而与用于进行等离子体处理的处理容器40并联连接，用于抑制从连接部C看向等离子体侧(下游侧或低电位侧)时的负载阻抗(以下也称作“等离子体侧电路的负载阻抗”或“等离子体侧电路的负载”。)的变动。在图1的例子中，等离子体侧电路是指具备包括从连接部C起至等离子体为止的供电线30的处理容器侧负载、以及以与处理容器侧负载并联连接的形式配置的负载变动稳定化电路20的结构。
在此，所谓处理容器侧负载是指不仅包括等离子体的负载阻抗还包括从等离子体起至连接部C为止的供电线30的阻抗的负载。通常，等离子体为C(电容)成分。在此，作为高频供电线的供电线30由金属线材(铜制)构成，金属线材自身具有L(电感)成分。因此，根据以何处为基点，处理容器侧负载的符号可能会改变。因此，在本实施方式中，将与频率可变电源10连接的供电线上的、处理容器40与负载变动稳定化电路20之间的连接部C设为看向等离子体侧时的负载阻抗、即等离子体侧负载和处理容器侧负载的基点。由此，处理容器侧负载为等离子体的负载阻抗与从等离子体起至连接部C为止的供电线30的阻抗相加所得的值。
如图2A和图2B所示，负载变动稳定化电路20由可变电容器21与线圈22中的任一方构成或者由可变电容器21与线圈22的组合构成。在图2A和图2B中，负载变动稳定化电路20由可变电容器21和线圈22构成。可变电容器21与线圈22既可以如图2A所示那样串联连接，也可以如图2B所示那样并联连接。
另外，构成负载变动稳定化电路20的元件既可以为可变元件，也可以为固定元件。也就是说，构成负载变动稳定化电路20的元件不限于可变电容器21、线圈22，也可以为固定的电容器、可变的线圈，也可以为它们的组合。
在负载变动稳定化电路20中使用可变电容器和可变线圈的情况下，相比于使用固定元件的情况，性能高，但成本也高。另外，关于可变电容器和可变线圈，需要由用户进行设定操作，比较麻烦。因此，例如只要能够通过不取决于工艺制程(设定有压力/功率/气体系的制程)而在某种程度上恒定的阻抗来抑制等离子体侧的负载变动即可，也可以由固定元件构成。
另外，在需要按每个工艺制程进行调整等情况下，也可以使负载变动稳定化电路20的线圈和电容器中的至少一方可变。该情况下的可变元件无需进行高速的变动，因此能够通过以往的电动机驱动来使可变元件动作。
[负载变动稳定化电路]
接着，对负载变动稳定化电路20的动作详细地进行说明。如图3所示，关于相对于连接部C并联连接的负载变动稳定化电路20的阻抗Za和处理容器侧电路的负载阻抗Zp(即从连接部C观察包括等离子体的处理容器侧时的负载阻抗)，用以下的式子表示。
负载变动稳定化电路的阻抗Za＝Ra+iXa
处理容器侧的负载阻抗Zp＝Rp+iXp
关于对负载变动稳定化电路的阻抗与处理容器侧的负载阻抗进行合计所得的总的阻抗(等离子体侧的负载)Ztot，用以下的式子表示。
总的阻抗(等离子体侧的负载)Ztot＝Rtot+iXtot
(a)优选的是，本实施方式所涉及的负载变动稳定化电路20的R(电阻)成分即Ra极小。这是因为当负载变动稳定化电路20的Ra大时，负载变动稳定化电路20中的高频电力的损失大，被供给到等离子体侧的高频电力减少，功率效率下降。
(b)另外，本实施方式所涉及的负载变动稳定化电路20的X(电抗)成分即Xa与处理容器侧的负载阻抗的X成分即Xp的符号相同，并且负载变动稳定化电路20的Xa为与处理容器侧电路的负载阻抗的Xp相同的值或相对于Xp处于规定大小的范围内的值。另外，负载变动稳定化电路20的Xa的符号与处理容器侧电路的负载阻抗的Xp的符号均为正。
在本实施方式所涉及的等离子体处理装置1中，重要的是使在图3中位于连接部C的右侧的由虚线围起来的处理容器侧电路的负载与位于连接部C的左侧的由虚线围起来的负载变动稳定化电路20侧的负载的符号相同。另外，负载变动稳定化电路20的Xa与处理容器侧的Xp的大小相同或Xa的大小相对于Xp处于规定范围内。由此，即使不设置高性能且高成本的匹配电路，也能够利用负载变动稳定化电路20来减小等离子体侧的负载变动。下面，对负载变动稳定化电路20与处理容器侧的负载的X的符号相同的必要性进行说明。
[负载变动稳定化电路与等离子体侧的负载的X成分的符号相同的必要性]
关于处理容器侧电路的负载阻抗Zp与负载变动稳定化电路20的阻抗Za相加所得的总的阻抗Ztot，用下以的式(1)表示。
[数1]
基于式(1)，在处理容器侧电路的负载阻抗Zp的X成分即Xp与负载变动稳定化电路20的阻抗Za的X成分即Xa的符号不同的情况下，总的阻抗Ztot的第一项和第二项的分母变小(也就是(Xp+Xa)2变小)。由此，第一项和第二项的分子相对地变大。因此，在处理容器侧电路的负载阻抗Zp中的R成分的Rp、X成分的Xp发生了变化的情况下，即使追加负载变动稳定化电路20，总的阻抗Ztot也大幅地变动。
下面，导出将式(1)简化而成的式(2)。此外，将以下的式(1)简化而成的式(2)是为了便于说明而进行的简化，实际的阻抗Ztot、Za、Zp是基于没有简化的式(1)计算出的。
基于上述(a)的条件，负载变动稳定化电路20为低损失。由此，能够使负载变动稳定化电路20的Ra大致等于“0”。因而，将“0”代入式(1)的负载变动稳定化电路20的阻抗Za的实数成分Ra中。
相比于虚数成分Xp与负载变动稳定化电路的虚数成分Xa之和，处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp非常小。因而，Rp<<Xp+Xa的式子成立。基于以上的条件，根据式(1)导出式(2)。
[数2]
即使处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp发生变化，频率可变电源10也能够响应，但当处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp发生变化时，频率可变电源10无法响应，产生反射波。因而，基于式(2)，频率可变电源10能够响应于第二项所示的等离子体侧的负载变动，在此只着眼于第一项来进行说明。但是，只着眼于第一项来进行说明是为了使说明易于理解，在实际的控制中，负载变动稳定化电路20以根据包括第二项在内的处理容器侧电路的负载阻抗Zp来抑制等离子体侧负载的变动的方式发挥功能。
在处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp增加了5成的情况下，包括负载变动稳定化电路20在内的总的阻抗Ztot增加与{Xa2/(Xp+Xa)2}×0.5相应的量。
只要负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa与处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp为“相同符号”，并且负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa处于处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp的0.5倍到1.5倍的范围内，就能够减小等离子体侧的负载的变动幅度。当负载变动稳定化电路20的阻抗Za小时，几乎所有的电流流过负载变动稳定化电路20，不再有电流流过处理容器40，在等离子体侧消耗的功率减少，功率效率下降。
图4表示在处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp从1Ω起增加5成而变为1.5Ω的情况下，包括负载变动稳定化电路20在内的总的阻抗Ztot中的实数成分Rtot的变化的一例。将处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp设为-100Ω、将负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa设为-100Ω。
总的阻抗Ztot的实数成分Rtot是基于式(1)计算出来的。据此，即使在处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp从1Ω起增加5成而变为1.5Ω的情况下，也能够将总的阻抗Ztot的实数成分Rtot的变动抑制为处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp的变动的1/4。根据以上可知，能够利用负载变动稳定化电路20来抑制等离子体侧的负载阻抗Zp的变动。
图5A～5C表示负载变动稳定化电路20的电抗依赖性和功率效率的一例。功率效率是指从频率可变电源10输出的总的功率中的、被输入到等离子体侧的功率所占的比例。此外，本实施方式所涉及的频率可变电源10将功率控制为恒定。例如，当从频率可变电源10输出被控制为100W的高频电力时，如图6A所示，在不存在负载变动稳定化电路20且等离子体侧的负载为1Ω的情况下，在处理容器40(等离子体)中流过10A的电流。在与频率可变电源10连接的供电线中也流过10A的电流。
如图6B所示，在将阻抗被设定为1Ω的负载变动稳定化电路20与处理容器侧电路并联连接的情况下，当通过功率恒定控制使频率可变电源10输出100W的高频电力时，在负载变动稳定化电路20中流过10A的电流。在负载变动稳定化电路20中，电阻Ra≒0，因此功率损失几乎为0，在功率恒定控制的情况下，在处理容器侧电路中，在等离子体处理装置1中流过100W、10A的电流。也就是说，在功率恒定控制中，在将负载变动稳定化电路20与处理容器侧电路并联连接的情况下，在与频率可变电源10连接的供电线中流过的电流为20A，相对于没有并联地连接负载变动稳定化电路20时的10A增加了，但实际消耗的功率为100W，与没有连接负载变动稳定化电路20的情况相同。
在图5A和图5B中表示基于以上所说明的频率可变电源10的功率恒定控制的、负载变动稳定化电路20的电抗依赖性和负载变动的抑制效果，在图5C中表示功率效率。
在使处理容器侧电路的负载阻抗Zp的实数成分Rp从1Ω变化为1.5Ω的情况下，基于式(1)计算图5A所示的总的阻抗Ztot的实数成分Rtot。此时，处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp被设定为-100Ω，负载变动稳定化电路20的阻抗Za的实数成分Ra被设定为0.01Ω。
首先，如图5C所示，在负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa为“0”及接近“0”的区域A中，功率效率低，因此无法使用。
另外，在图5B所示的总的阻抗Ztot的实数成分Rtot的变化剧烈、即负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa与处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp的符号相反的区域B中，阻抗的变动幅度ΔRtot大，负载变动反而增大，因此无法使用。
另外，如图7A所示，在LC串联电路(电容器与线圈串联连接)的情况下，在频率f接近0的区域中，由于C成分而LC串联电路的电抗X在负侧变为∞。另外，在频率f高的区域中，由于L成分而电抗X在正侧变为∞。在谐振频率下L成分与C成分的X取得平衡，X＝0。
因而，根据图5A可知，作为负载变动稳定化电路20的虚数成分Xa，优选与处理容器侧电路的虚数成分Xp为相同符号，并且处于虚数成分Xp的0.5倍到1.5倍的范围内。
根据以上说明，功率效率高且阻抗的变化平缓的区域、即负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa与等离子体侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp相同或负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa相对于等离子体侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp处于规定范围时，相当于实际的使用区域。在本实施方式的情况下，0.5Xp≤Xa≤1.5Xp，但负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa与处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp相同或负载变动稳定化电路20的阻抗Za的虚数成分Xa相对于处理容器侧电路的负载阻抗Zp的虚数成分Xp处于规定范围内时相当于实际的使用区域。
另一方面，如图7B所示，在LC并联电路(电容器与线圈并联连接)的情况下，在频率为0到谐振频率的期间，基于L成分的、LC并联电路的阻抗的虚数成分X的变化处于支配地位。另外，在频率f比谐振频率高的区域中，基于C成分的、阻抗的虚数成分X的变化处于支配地位。此外，关于谐振频率下的X，基于L成分的+∞和基于C成分的-∞共存，因此导致负载变动非常大。因此，在并联谐振频率下无法进行阻抗的匹配。
因而，频率可变电源10的输出频率被设定为，负载变动稳定化电路20所具有的阻抗Za与从连接部C看向处理容器侧时的负载阻抗Zp在匹配频率下不产生并联谐振。
[实验例]
最后，参照图8来说明从频率可变电源10输出频率13MHz±1MHz(可变)、功率500W的频率电力的情况下的实验结果。在该实验例中，等离子体处理装置1向处理容器40的内部供给400sccm的O2气体，来生成等离子体。另外，在本实验例中，处理容器40的内部的上部电极101与下部电极102之间的间隔为15.8mm。在本实验例中，将直径300mm的半导体晶圆W载置在下部电极102上，利用上部电极101与下部电极102之间的等离子体处理空间中形成的O2等离子体对半导体晶圆W实施了等离子体处理。
在本实施方式的等离子体处理装置1中本来不需要匹配电路。在使用频率可变电源10的情况下，实际上不使用匹配电路而使用具有适当的常数的固定电路。然而，在本实验例中，为了便于进行实验，固定地使用图8所示的匹配电路11的电路元件来代替准备这样的具有适当的常数的固定电路。另外，在本实验中本来应该表示即使压力高速地变动、频率可变电源10也高速地响应以示出高速的匹配使得反射被抑制得很小，但频率可变电源10的高速性是被广泛周知的。因而，不是着眼于频率可变电源10的高速响应性来进行本实验，而是着眼于针对循环地执行前述的两个工序的工艺中的压力变动的响应性来进行本实验。
在进行实验时，对匹配电路11的元件进行调整以及固定，使得在1.2T(160Pa)下反射波的功率(Pr)为0W。在此基础上，随着压力变动(升高)，出现以下现象：未能匹配而使得高频电力不被供给到等离子体(处理容器)侧而被反射，从而反射波的功率(Pr)上升。
在没有在等离子体处理装置1中安装负载变动稳定化电路20的情况(图8的上图的曲线图中的无电路的情况)下，反射波的功率(Pr)急剧地变大，并且在压力为6T(800Pa)及其附近的情况下，相对于500W的输入功率产生了200W的反射。
相对于此，在等离子体处理装置1中安装有负载变动稳定化电路20的情况(图8的上图的曲线图中的有电路的情况)下，即便使压力变化到8T(1067Pa)反射波的功率(Pr)也被抑制在50W以下。也就是说，可知：相比于没有安装负载变动稳定化电路20的情况，在安装有负载变动稳定化电路20的情况下，能够将反射波功率的差D1抑制为约200W。
通过使负载变动稳定化电路20中流过与处理容器侧电路相同程度的电流，能够实现该效果。因此，基于负载变动稳定化电路20的功率损失成为课题。因此，在图8的系统图的等离子体侧电路的供电线30与处理容器40之间安装电流传感器200，来评价流过等离子体侧电路的电流，由此评价由于负载变动稳定化电路20而产生的功率损失的程度。在图8的下图的曲线图中表示其结果。
在由于负载变动稳定化电路20而产生了功率损失的情况下，由等离子体消耗的功率减少与该功率损失相应的量，结果是流过等离子体侧电路的电流值也减少。当实际地进行测定时，在反射为0W的区域(1.2T)中，不论有无负载变动稳定化电路，电流值均没有差异。这代表由于负载变动稳定化电路20而引起的功率损失非常小。
可知：在此基础上，随着压力的升高，在安装有负载变动稳定化电路20的情况(有电路)下流通的电流比没有安装负载变动稳定化电路20的情况(无电路)下流通的电流多出与差D2相应的量。这代表在不存在负载变动稳定化电路20的情况下产生大的反射，功率不被传递到处理容器侧，电流减少。另一方面，在存在负载变动稳定化电路20的情况下，反射得到抑制，因此相比于没有安装负载变动稳定化电路20的情况，能够向等离子体侧流通更多的电流。
这样，证明出通过将负载变动稳定化电路20与处理容器侧电路并联连接能够实现以下的状态：即使存在大的压力变动，相比于没有安装负载变动稳定化电路20的情况也能够抑制反射波的功率，并且负载变动稳定化电路20内的功率损失也不会成为问题。
在本实施方式中，将负载变动稳定化电路20与等离子体侧电路并联连接，由此负载变动稳定化电路20中也流过电流，因此从频率可变电源10看还存在等离子体的生成以外消耗的功率。然而，在等离子体的生成以外消耗的功率相比于反射的电力是少量的，不会引起问题。因而，可以说，根据本实施方式所涉及的负载变动稳定化电路20，对于从频率可变电源10输出的功率的利用效率显著提高。另外，通过负载变动稳定化电路20而反射波的功率减少，因此能够将从频率可变电源10输出的功率充分地供给到等离子体负载侧。
以上，通过上述实施方式对等离子体处理装置进行了说明，但本发明所涉及的等离子体处理装置不限定为上述实施方式，能够在本发明的范围内进行各种变形和改进。上述多个实施方式所记载的事项在能够不矛盾的范围内进行组合。
例如，在本发明所涉及的等离子体处理装置中，在使用不具有对输出频率以可变的方式进行控制的功能的高频电源来代替频率可变电源10的情况下，优选的是，与负载变动稳定化电路20一并设置匹配电路。但是，在只通过负载变动稳定化电路20来实现阻抗匹配的情况下，也可以不设置匹配电路。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定为上述实施方式，能够在权利要求所记载的范围内进行各种变形。
本申请主张2016年1月19日向日本专利局提出申请的基础申请2016-7909号的优先权，通过参照将该申请的所有的内容引入到本说明书中。
附图标记说明
1：等离子体处理装置；10：频率可变电源；20：负载变动稳定化电路；30：供电线；40：处理容器；101：上部电极；102：下部电极；C：连接部；W：半导体晶圆。

Claims (8)

1.一种等离子体处理装置，具有：
处理容器；
高频电源，其向所述处理容器供给高频电力，来在所述处理容器的内部形成等离子体；以及
负载变动稳定化电路，其通过设置于所述高频电源与所述处理容器之间的规定的连接部而与所述处理容器并联连接，用于抑制从所述连接部看向下游侧时的负载阻抗的变动。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路的电抗的符号与从所述连接部看向所述处理容器侧时的电抗的符号为相同符号。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路的电抗的符号与从所述连接部看向所述处理容器侧时的电抗的符号均为正。
4.根据权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路的电抗处于从所述连接部看向所述处理容器侧时的电抗的0.5倍到1.5倍的范围内。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述高频电源为频率可变电源，具有通过使输出频率变化来与所述负载阻抗之间进行匹配的功能。
6.根据权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路的阻抗与从所述连接部看向所述处理容器侧时的负载阻抗被设定为在匹配频率下不发生并联谐振。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路由电容器和线圈中的至少任一方构成。
8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，
所述负载变动稳定化电路由所述电容器和所述线圈构成，所述电容器与所述线圈串联连接或并联连接。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7018119B2 (ja) * 2018-02-13 2022-02-09 富士フイルム株式会社 大気圧プラズマ発生装置、大気圧プラズマ発生回路、及び、大気圧プラズマ発生方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020125828A1 (en) * 1999-03-09 2002-09-12 Akira Doi Plasma processing apparatus and method
JP2005281718A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Kobe Steel Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2006073723A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
CN101047114A (zh) * 2006-03-30 2007-10-03 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和等离子体处理方法
CN101160014A (zh) * 2002-07-12 2008-04-09 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和可变阻抗装置的校正方法
CN101500370A (zh) * 2008-02-01 2009-08-05 恩益禧电子股份有限公司 等离子体处理设备
CN101853763A (zh) * 2009-03-31 2010-10-06 东京毅力科创株式会社 等离子处理装置和等离子处理方法
CN104694906A (zh) * 2015-02-09 2015-06-10 江南大学 一种非平行板式电容耦合等离子体化学气相沉积方法
CN105097396A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种阻抗匹配装置及半导体加工设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298024A (ja) * 1989-05-12 1990-12-10 Tadahiro Omi リアクティブイオンエッチング装置
JP3251087B2 (ja) 1993-02-16 2002-01-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US5478429A (en) 1993-01-20 1995-12-26 Tokyo Electron Limited Plasma process apparatus
US6259334B1 (en) * 1998-12-22 2001-07-10 Lam Research Corporation Methods for controlling an RF matching network
JP4514911B2 (ja) * 2000-07-19 2010-07-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP3728281B2 (ja) * 2001-08-28 2005-12-21 キヤノン株式会社 電子源基板及び画像形成装置
JP4370789B2 (ja) * 2002-07-12 2009-11-25 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び可変インピーダンス手段の校正方法
KR101054558B1 (ko) * 2002-07-12 2011-08-04 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 가변 임피던스 수단의 교정 방법
JP2013251129A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Panasonic Corp 大気圧プラズマ発生装置および大気圧プラズマ発生方法
EP2675064B1 (en) * 2012-06-15 2020-02-12 Ecole Polytechnique Electrical circuit to impedance match a source and a load at multiple frequencies, method to design such a circuit
KR101471549B1 (ko) * 2013-05-31 2014-12-11 세메스 주식회사 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020125828A1 (en) * 1999-03-09 2002-09-12 Akira Doi Plasma processing apparatus and method
CN101160014A (zh) * 2002-07-12 2008-04-09 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和可变阻抗装置的校正方法
JP2005281718A (ja) * 2004-03-26 2005-10-13 Kobe Steel Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2006073723A (ja) * 2004-09-01 2006-03-16 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置
CN101047114A (zh) * 2006-03-30 2007-10-03 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置和等离子体处理方法
CN101500370A (zh) * 2008-02-01 2009-08-05 恩益禧电子股份有限公司 等离子体处理设备
CN101853763A (zh) * 2009-03-31 2010-10-06 东京毅力科创株式会社 等离子处理装置和等离子处理方法
CN105097396A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 一种阻抗匹配装置及半导体加工设备
CN104694906A (zh) * 2015-02-09 2015-06-10 江南大学 一种非平行板式电容耦合等离子体化学气相沉积方法

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