CN109196960A - 匹配器及等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够实现高速匹配动作的匹配器。一实施方式的匹配器具备串联部、并联部及一个以上的可变直流电源。串联部包含具有可变电容的第1二极管，且设置于高频输入端与高频输出端之间。并联部包含具有可变电容的第2二极管，且设置于输入端与输出端之间的节点及地之间。一个以上的可变直流电源以对第1二极管及第2二极管施加可变反向偏置电压的方式而设置。

Description

匹配器及等离子体处理装置
技术领域
本发明的实施方式涉及一种匹配器及等离子体处理装置。
背景技术
在称为半导体器件的电子器件的制造中，为了对被加工物进行等离子体处理，例如为了等离子体蚀刻而使用等离子体处理装置。等离子体处理装置具备腔室主体、电极、高频电源、及匹配器。腔室主体提供其内部空间作为腔室。电极用于在腔室内生成等离子体或生成偏置电压的电极。高频电源产生高频。高频电源经由匹配器而连接于电极。匹配器具有匹配高频电源的输出阻抗与负荷阻抗的电路。
等离子体处理装置所使用的匹配器的电路通常具有可机械性地变更电容的可变电容器。这种可变电容器无法高速变更电容。从而，匹配器无法进行高速的匹配动作。作为用于实现匹配器的高速匹配动作的对策，专利文献1中记载有一种取代可变电容器而使用场效应晶体管的技术。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第6,887,339号说明书
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，场效应晶体管的高频耗损大。从而，需要一种匹配器，其具有取代可机械性地变更电容的可变电容器的其他元件，并能够实现高速的匹配动作。
用于解决技术课题的手段
一方式中提供一种等离子体处理装置用于阻抗匹配的匹配器。匹配器具备串联部、并联部、及多个直流电源。串联部包含具有可变电容的第1二极管，并设置于高频输入端与高频输出端之间。并联部包含具有可变电容的第2二极管，并设置于输入端与输出端之间的节点及地之间。多个直流电源以对第1二极管及第2二极管分别施加反向偏置电压的方式而设置。
一方式涉及的匹配器中，并非使用可机械性地变更电容的可变电容器，而是使用为PN接合二极管的第1二极管及第2二极管。第1二极管及第2二极管的个别电容(接合电容)对应于反向偏置电压而高速变化。从而，提供一种能够实现高速匹配动作的匹配器。
一实施方式中，串联部还包含串联连接于第1二极管的第1电容器，并联部还包含串联连接于第2二极管的第2电容器。第1电容器在节点与第1二极管之间被连接。第2电容器在地与第2二极管之间被连接。根据该实施方式，直流电位在地与第2二极管之间被分离，且直流电位在串联部与并联部之间被分离。
一实施方式中，串联部包含多个第1二极管及多个第1电容器。多个第1二极管包含上述第1二极管，且为具有可变电容的二极管。多个第1二极管相对于上述第1电容器而设置于输出端侧。多个第1电容器包含上述第1电容器。多个第1元件组在输入端与输出端之间依次连接。多个第1元件组分别包含多个第1二极管中的一个第1二极管、及串联连接于多个第1电容器中的一个第1二极管的一个第1电容器。多个直流电源中的一个直流电源以对多个第1二极管施加反向偏置电压的方式而设置。
一实施方式中，在多个第1二极管中串联连接的两个第1二极管之间设置有多个第1电容器中的一个第1电容器。另外，串联连接的两个第1二极管在输入端与输出端之间朝向同一方向。即，串联连接的两个第1二极管的各自的阳极及阴极中的一个连接于输入端侧，另一个则连接于输出端侧。该实施方式中，串联连接的两个第1二极管间的直流电位被分离。从而，能够使用一个可变直流电源对两个第1二极管施加反向偏置电压。因此，可变直流电源的个数变少。
一实施方式中，多个第1二极管中反向串联而连接的两个第1二极管直接连结。另外，以反向串联而连接的两个第1二极管在输入端与输出端之间相互朝向相反方向。即，该实施方式中，两个第1二极管的阳极彼此或阴极彼此直接连结。能够使用一个可变直流电源对反向串联的两个第1二极管施加反向偏置电压。从而，可变直流电源的个数变少。
一实施方式中，并联部包含多个第2二极管及多个第2电容器。多个第2二极管包含上述第2二极管，且为具有可变电容的二极管。多个第2二极管相对于上述第2电容器而设置于上述节点侧。多个第2电容器包含上述第2电容器。多个第2元件组在节点与地之间依次连接。多个第2元件组包含多个第2二极管中的一个第2二极管、及串联连接于多个第2电容器中的一个第2二极管的一个第2电容器。多个直流电源中的另一个直流电源以对多个第2二极管施加反向偏置电压的方式而设置。
一实施方式中，在多个第2二极管中串联连接的两个第2二极管之间设置有多个第2电容器中的一个第2电容器。另外，串联连接的两个第2二极管在节点与地之间朝向同一方向。即，串联连接的两个第2二极管的各自的阳极及阴极中的一个连接于节点侧，另一个则连接于地侧。该实施方式中，串联连接的两个第2二极管间的直流电位被分离。从而，能够使用一个可变直流电源对两个第2二极管施加反向偏置电压。从而，可变直流电源的个数变少。
一实施方式中，多个第2二极管中反向串联连接的两个第2二极管直接连结。另外，以反向串联而连接的两个第2二极管在节点与地之间相互朝向相反方向。即，该实施方式中，两个第2二极管的阳极彼此或阴极彼此直接连结。能够使用一个可变直流电源对反向串联的两个第2二极管施加反向偏置电压。从而，可变直流电源的个数变少。
在其他方式中提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置具备腔室主体、高频电源、及电极。腔室主体提供其内部空间作为腔室。电极用于在腔室内生成等离子体或生成偏置电压，且电连接于高频电源。等离子体处理装置还具备上述一方式或各种实施方式中任一个方式的匹配器。匹配器连接于高频电源与电极之间。
发明效果
如以上说明，能提供一种能够实现高速匹配动作的匹配器。
附图说明
图1是概略地表示一实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。
图2是表示一实施方式所涉及的匹配器的图。
图3是表示其他实施方式所涉及的匹配器的图。
图4是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。
图5是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。
图6是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。
图7是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。
图8是表示与匹配器的电路布局相关的规则的图。
图9是表示与匹配器的电路布局相关的规则的图。
图10是表示与匹配器的电路布局相关的规则的图。
图11是表示参考例所涉及的匹配器的图。
图12是表示其他参考例所涉及的匹配器的图。
图13是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。
具体实施方式
以下，参考附图对各种实施方式进行详细说明。另外，各附图中对相同或对应的部分赋予相同符号。
图1是概略地表示一实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。图1是概略地表示一实施方式所涉及的等离子体处理装置的纵截面的结构。图1所示的等离子体处理装置10为电容耦合型等离子体蚀刻装置。
等离子体处理装置10具备腔室主体12。腔室主体12具有大致圆筒形状。腔室主体12提供其内部空间作为腔室12c。腔室主体12例如由铝构成。在腔室主体12的内壁面，即划分出该腔室12c的壁面形成有具有耐等离子体性的膜。该膜可以为通过阳极氧化处理所形成的膜，或为氧化钇等陶瓷制的膜。并且，在腔室主体12的一侧壁设置有用于搬送被加工物W的开口12g。该开口12g能有通过闸阀14进行开闭。该腔室主体12被接地。
在腔室12c内，支承部15从腔室主体12的底部向上方延伸。支承部15具有大致圆筒形状，且由石英等绝缘材形成。并且，腔室12c内设置有载置台16。载置台16以在其上表面保持被加工物W的方式构成。被加工物W可以如晶圆般具有圆盘形状。载置台16包含下部电极18及静电吸盘20。该载置台16被支承部15支承。
下部电极18包含第1板18a及第2板18b。第1板18a及第2板18b由例如铝等金属形成，且具有大致圆盘形状。第2板18b设置于第1板18a上，并电连接于第1板18a。
在第2板18b上设置有静电吸盘20。静电吸盘20具有绝缘层及内置于该绝缘层内的电极。静电吸盘20的电极经由开关23电连接有直流电源22。在对静电吸盘20的电极施加来自直流电源22的直流电压时，静电吸盘20会产生库伦力(Coulomb force)等的静电力。静电吸盘20通过该静电力来吸附被加工物W而保持该被加工物W。
在第2板18b周缘部上以围绕被加工物W边缘及静电吸盘20的方式配置有聚焦环FR。聚焦环FR是为了提高等离子体处理的均匀性而设置。聚焦环FR能够根据等离子体处理由适当选择的材料形成，例如能够由石英构成。
在第2板18b的内部设置有流路18f。流路18f从设于腔室主体12外部的冷却单元经由配管26a供给冷媒。供给于流路18f的冷媒经由配管26b而返回到冷却单元。这样，流路18f以循环于该流路18f内的方式被供给冷媒。通过控制该冷媒的温度，控制由静电吸盘20支承的被加工物W的温度。
并且，等离子体处理装置10中设置有气体供给管线28。气体供给管线28将来自传热气体供给机构的传热气体、例如He气体供给至静电吸盘20的上表面与被加工物W的背面之间。
等离子体处理装置10还具备上部电极30。上部电极30设置于载置台16的上方，且设置为相对于下部电极18大致平行。上部电极30和构件32共同封闭腔室主体12的上部开口。构件32具有绝缘性。上部电极30经由该构件32而支承于腔室主体12的上部。
上部电极30包含顶板34及支承体36。顶板34面向腔室12c。顶板34设置有多个气体喷出孔34a。该顶板34并未进行限定，能够例如由硅构成。或者，顶板34能够具有在铝制母材表面设置有耐等离子体性膜的结构。另外，该膜可以为通过阳极氧化处理形成的膜，或氧化钇等陶瓷制的膜。
支承体36装卸自如地支承顶板34，并能够由例如铝等导电性材料构成。支承体36的内部设置有气体扩散室36a。多个气体孔36b从该气体扩散室36a延伸至下方，该多个气体孔36b分别连通于多个气体喷出孔34a。并且，支承体36形成有向气体扩散室36a导入处理气体的气体导入口36c，该气体导入口36c连接有气体供给管38。
气体供给管38上经由阀组42及流量控制器组44连接有气源组40。气源组40具有多个气源。阀组42包含多个阀，流量控制器组44包含质量流量控制器等多个流量控制器。气源组40的多个气源分别经由阀组42对应的阀及流量控制器组44对应的流量控制器连接于气体供给管38。该离子体处理装置10能够将来自气源组40的多个气源中所选择的一个以上气源的气体以被单独调整后的流量供给至腔室主体12内。
并且，等离子体处理装置10中，沿着腔室主体12内壁设置有屏蔽构件46。屏蔽构件46也设置于支承部15的外周。屏蔽构件46防止如因等离子体处理(例如蚀刻)而产生的反应生成物等物质附着于腔室主体12。屏蔽构件46可以由Y2O3等陶瓷包覆铝制母材而形成。
在腔室12c内及支承部15与腔室主体12的侧壁之间设置有挡板48。挡板48例如能够由氧化钇等陶瓷包覆铝材来形成。该挡板48形成有多个通孔。排气管52在挡板48的下方连接于腔室主体12底部。该排气管52连接有排气装置50。排气装置50具有涡轮分子泵等真空泵，且将腔室12c进行减压。
并且，等离子体处理装置10还具备第1高频电源61及第2高频电源62。第1高频电源61为产生等离子体生成用的第1高频的电源。第1高频的频率并无特别限定，为27～100MHz范围内的频率，例如为40MHz。第1高频电源61经由匹配器63而连接于下部电极18。匹配器63具有用于匹配第1高频电源61的输出阻抗与负荷侧(下部电极18侧)的输入阻抗的电路。在该实施方式，即第1高频电源61电连接于下部电极18的实施方式中，上部电极30被接地。另外，第1高频电源61也能够经由匹配器63连接于上部电极。
第2高频电源62为产生用于将离子拉引至被加工物W、即偏置电压用的第2高频的电源。第2高频的频率并无特别限定，为400kHz～13.56MHz范围内的频率，例如为3.2MHz。第2高频电源62经由匹配器64而连接于下部电极18。匹配器64具有用于匹配第2高频电源62的输出阻抗与负荷侧(下部电极18侧)的输入阻抗的电路。
一实施方式中，等离子体处理装置10还具备控制部Cnt。控制部Cnt为具备处理器、存储装置、输入装置、及显示装置等的电脑，并控制等离子体处理装置10的各部。具体而言，控制部Cnt执行存储于存储装置的控制程序，而基于存储于该存储装置的方案数据来控制等离子体处理装置10的各部。由此，等离子体处理装置10能够执行由方案数据指定的程序。
在使用该离子体处理装置10执行等离子体处理时，来自从气源组40的多个气源中被选择的气源的气体被供给至腔室12c。并且，腔室12c通过排气装置50而被减压。然后，供给至腔室12c的气体通过来自第1高频电源61的第1高频所产生的高频电场而被激发。由此，在腔室12c内生成等离子体。通过这样生成的等离子体中的离子和/或自由基处理被加工物W。另外，也能够对下部电极18供给第2高频。在将第2高频供给至下部电极18时，等离子体中的离子朝向被加工物W被加速。
以下，针对能够采用匹配器63及匹配器64中的一个或两个的、用于进行阻抗匹配的匹配器的多个实施方式进行说明。
图2是表示一实施方式所涉及的匹配器的图。图2所示的匹配器100具备串联部102、并联部104、直流电源106、及直流电源108。匹配器100还具备阻抗传感器110及电源控制部112。
串联部102设置于匹配器100的输入端100a与输出端100b之间的供电线路118上。输入端100a为输入高频的端子。即，输入端100a为连接于高频电源的端子。输出端100b为用于输出高频的端子。即，输出端100b为连接于腔室主体12侧的负荷上的端子。串联部102包含第1二极管121。第1二极管121为具有可变电容的二极管。第1二极管121也可以是PN接合二极管、肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode)或可变电容二极管。并且，第1二极管121也可以是在P型区域与N型区域之间包含低浓度半导体区域的二极管。一实施方式中，第1二极管121的阳极会连接于输入端100a，第1二极管121的阴极会连接于输出端100b。
并联部104设置于节点100n与地之间。节点100n在输入端100a与输出端100b之间设置于供电线路118上。一实施方式中，节点100n设置于第1二极管121与输入端100a之间，且设置于供电线路118上。并联部104包含第2二极管122。第2二极管122为具有可变电容的二极管。第2二极管122能够为PN接合二极管、肖特基势垒二极管或可变电容二极管。并且，第2二极管122也能够为在P型区域与N型区域之间包含低浓度半导体区域的二极管。一实施方式中，第2二极管122的阳极连接于地，第2二极管122的阴极连接于节点100n。
直流电源106为可变直流电源，并以对第1二极管121施加反向偏置电压的方式而设置。直流电源106的正极连接于第1二极管121的阴极，直流电源106的负极连接于地。
直流电源108为可变直流电源，并以对第2二极管122施加反向偏置电压的方式而设置。直流电源108的正极经由电阻元件连接于第2二极管122的阴极，直流电源108的负极连接于地。
阻抗传感器110在节点100n与输入端100a之间设置于供电线路118上。阻抗传感器110为以测量负荷阻抗(腔室主体12侧的阻抗)的方式构成的传感器。阻抗传感器110将测量到的负荷阻抗输出至电源控制部112。电源控制部112，例如具有处理器。电源控制部112以使输入的负荷阻抗和既定阻抗(例如50Ω)接近或一致的方式控制直流电源106及直流电源108。由此，调整施加于第1二极管121的反向偏置电压及施加于第2二极管122的反向偏置电压，并调整第1二极管121的电容和/或电感，调整第2二极管122的电容和/或电感。
该匹配器100A并非使用可机械性地变更电容的可变电容器，而是使用第1二极管121及第2二极管122。第1二极管121及第2二极管122的各自的电容(接合电容)对应于反向偏置电压而高速变化。从而，匹配器100能够实现高速的匹配动作。
图3是表示其他实施方式所涉及的匹配器的图。以下，就匹配器100A相对于匹配器100的不同点进行说明，并省略重复说明。
图3所示的匹配器100A中，串联部102还具有第1电容器131，并联部104还具有第2电容器132。第1电容器131与第1二极管121串联连接。第1电容器131连接于节点100n与第1二极管121之间。第2电容器132连接于第2二极管122与地之间。直流电源106的正极经由电阻元件连接于第1二极管121的阴极。直流电源106的负极经由电阻元件连接于第1二极管121的阳极。并且，直流电源108的正极经由电阻元件连接于第2二极管122的阴极。直流电源108的负极经由电阻元件R3连接于第2二极管122的阳极。另外，也可以省略电阻元件R3及第2电容器132。匹配器100A中，在地与第2二极管122之间直流电位被分离，并在串联部102与并联部104之间直流电位被分离。
以下，参考图4～图7，针对其他几种实施方式所涉及的匹配器进一步进行说明。图4～图7所示的匹配器中的电路布局遵循第1～第3规则。关于该第1～第3规则，参考图8～图10进行说明。图8～图10是表示与匹配器的电路布局相关的规则的图。另外，图8～图10中，将匹配器的输入端、输出端、输入端与输出端之间的节点、串联部、并联部、第1二极管、第2二极管、第1电容器、及第2电容器分别以附图标记“T1”、“T2”、“N”、“SU”、“PU”、“D1”、“D2”、“C1”、“C2”来表示。
串联部SU具有一个以上的第1元件组G1。图8～图10所示的例子中，串联部SU具有多个第1元件组G1。多个第1元件组G1依次连接于输入端T1与输出端T2之间。多个第1元件组G1分别包含第1二极管D1及串联连接于该第1二极管D1的第1电容器C1。并联部PU具有一个以上的第2元件组G2。图8～图10所示的例子中，并联部PU具有多个第2元件组G2。多个第2元件组G2依次连接于节点N与地之间。多个第2元件组G2分别包含第2二极管D2及串联连接于该第2二极管D2的第2电容器C2。另外，第1二极管D1及第2二极管D2可以分别是PN接合二极管、肖特基势垒二极管或可变电容二极管。并且，第1二极管D1及第2二极管D2分别能够为在P型区域与N型区域之间包含低浓度半导体区域的二极管。
如图8～图10所示，第1规则为并联部PU包含的一个第2电容器C2在该并联部PU包含的全部第2二极管D2与地之间分离直流电位。从而，并联部PU包含的全部第2二极管D2相对于该一个第2电容器C2而设置于节点N侧。该第1规则包含例外。第1规则的例外为，将并联部PU包含的全部第2二极管D2中，位于节点N与地之间的并联部PU的电气路径上最靠近地侧的一个第2二极管D2的一边的端子(阳极或阴极)的电位设定为地的电位，并且该一边的端子相对于另一边的端子(阴极或阳极)在该电气路径上位于地侧的情况下，该一个第2二极管D2的一边的端子与地可以省略它们之间的第2电容器C2而直接连结。根据第1规则的例外，则图8所示的第2电容器C82在第2二极管D82的阳极电位被设定为地电位的情况下可以省略。并且，图9所示的第2电容器C92a在第2二极管D92a的阳极电位被设定为地电位的情况下可以省略。并且，图10所示的第2电容器C102a在第2二极管D102a的阴极电位被设定为地电位的情况下可以省略。
第2规则为，串联部SU包含的一个第1电容器C1在串联部SU与并联部PU之间分离直流电位。从而，串联部SU包含的全部第1二极管D1相对于该一个第1电容器C1而设置于输出端T2侧。该第2规则包含例外。第2规则的例外为，在串联部SU的全部第1二极管D1中，在节点N与输出端T2之间的串联部SU的电气路径上最靠近节点N侧的一个第1二极管D1的节点N侧端子的电位，与并联部PU的全部第2二极管D2中，在节点N与地之间的并联部PU的电气路径上最靠近节点N侧的一个第2二极管D2的节点N侧端子的电位被设定为地电位的情况下，可以省略该一个第1二极管D1与该一个第2二极管D2之间的电容器，而将它们直接连结。根据第2规则的例外，则在图9所示的第1二极管D91的阳极电位及第2二极管D92b的阳极电位被设定为地电位的情况下，可以省略第1电容器C91及第2电容器C92b。并且，在图10所示的第1二极管D101的阴极电位及第2二极管D102b的阴极电位被设定在地电位的情况下，可以省略第1电容器C101及第2电容器C102b。
如图8所示，第3规则为，在串联连接的两个第1二极管D1之间设置有一个第1电容器C1，在串联连接的两个第2二极管D2之间设置有一个第2电容器C2。另外，串联连接的两个第1二极管D1在输入端T1与输出端T2之间朝向同一方向。即，串联连接的两个第1二极管D1的个别的阳极及阴极中的一个连接于输入端T1侧，另一个则连接于输出端T2侧。并且，串联连接的两个第2二极管D2会在节点N与地之间朝向同一方向。即，串联连接的两个第2二极管D2的各自的阳极及阴极中的一个连接于节点N侧，另一个则连接于地侧。
第3规则也有例外。如图9及图10所示，该例外为以反向串联而连接的两个第1二极管D1直接连结，且以反向串联而连接的两个第2二极管D2直接连结。另外，以反向串联而连接的两个第1二极管D1在输入端T1与输出端T2之间相互朝向相反方向。即，以反向串联而连接的两个第1二极管D1的阳极彼此或阴极彼此直接连结。并且，以反向串联而连接的两个第2二极管D2在节点N与地之间相互朝向相反方向。即，以反向串联而连接的两个第2二极管D2的阳极彼此或阴极彼此直接连结。
并且，在输出端T2与等离子体处理装置的电极(上部电极或下部电极)之间设置有电容器的情况下，在串联部SU的全部第1二极管D1中位于节点N与输出端T2之间的电气路径上最靠近输出端T2侧的一个第1二极管D1与输出端T2可以省略它们之间的第1电容器C1而直接连结。例如，在输出端T2与等离子体处理装置的电极之间设置有电容器的情况下，可以省略图9及图10所示的全部第1电容器C1中最靠近输出端T2侧的第1电容器C1。
再次参考图4～图7。图4～图7所示的匹配器按照这些第1～第3规则而构成。图4所示的匹配器200A具备串联部202、并联部204、直流电源206、及直流电源208。另外，匹配器200A与匹配器100同样地，还可以具备阻抗传感器110及电源控制部112。
串联部202设置于输入端200a与输出端200b之间的供电线路218上。输入端200a为输入高频的端子。即，输入端200a为连接于高频电源的端子。输出端200b为用于输出高频的端子。即，输出端200b为连接于腔室主体12侧的负荷的端子。
串联部202包含多个第1二极管221及多个第1电容器231。多个第1二极管221为PN接合二极管。多个第1二极管221及多个第1电容器231构成多个第1元件组G1。多个第1元件组G1分别包含多个第1二极管221中的一个第1二极管及多个第1电容器231中串联连接于该一个第1二极管的一个第1电容器。多个第1元件组G1依次连接于输入端200a与输出端200b之间。
串联部202遵循第2规则，而以一个第1电容器231在串联部202与并联部204之间分离直流电位的方式而设置。从而，串联部202包含的全部第1二极管221相对于该一个第1电容器231而设置于输出端200b侧。由此，直流电位在串联部202与并联部204之间被分离。
串联部202中，两个第1二极管221串联连接。串联连接的两个第1二极管221之间遵循第3规则而设置有另一个第1电容器231。
并联部204设置于节点200n与地之间。节点200n在输入端200a与输出端200b之间设置于供电线路218上。一实施方式中，节点200n设置于串联部202与输入端200a之间且供电线路218上。
并联部204包含多个第2二极管222及多个第2电容器232。多个第2二极管222为PN接合二极管。多个第2二极管222及多个第2电容器232构成多个第2元件组G2。多个第2元件组G2分别包含多个第2二极管222中的一个第2二极管及多个第2电容器232中串联连接于该一个第2二极管的一个第2电容器。多个第2元件组G2依次连接于节点200n与地之间。
并联部204遵循第1规则，而将多个第2二极管222相对于并联部204所包含的一个第2电容器232设置于节点200n侧。由此，直流电位在并联部204的全部第2二极管222与地之间被分离。
并联部204中，两个第2二极管222串联连接。在串联连接的两个第2二极管222之间遵循第3规则而设置有另一个第2电容器232。
直流电源206为可变直流电源。直流电源206以对串联部202的多个第1二极管221施加反向偏置电压的方式而设置。直流电源206的正极经由多个电阻元件而分别连接于多个第1二极管221的阴极。直流电源206的负极经由多个电阻元件而分别连接于多个第1二极管221的阳极。
直流电源208为可变直流电源。直流电源208以对并联部204的多个第2二极管222施加反向偏置电压的方式而设置。直流电源208的正极经由多个电阻元件而分别连接于多个第2二极管222的阴极。直流电源208的负极经由多个电阻元件而分别连接于多个第2二极管222的阳极。
该匹配器200A并非使用可机械性地变更电容的可变电容器，而是使用多个第1二极管221及多个第2二极管222。多个第1二极管221及多个第2二极管222的个别电容(接合电容)对应于反向偏置电压而高速变化。从而，匹配器200A能够实现高速的匹配动作。
如上所述，匹配器200A的电路布局遵循第1～第3规则。从而，能够通过一个直流电源206对串联部202的多个第1二极管221施加反向偏置电压。并且，能够通过一个直流电源208对并联部204的多个第2二极管222施加反向偏置电压。从而，根据匹配器200A，可变直流电源的个数变少。另外，可以省略图4中以附图标记“R4”表示的电阻元件。并且，遵循第1规则的例外，也可以省略以附图标记“C4”表示的第2电容器232。
其次，参考图5。以下，说明图5所示的匹配器200B相对于匹配器200A的不同之处，并省略重复说明。匹配器200B中，串联部202的两个第1二极管221以反向串联进行连接。两个第1二极管221遵循第3规则的例外而直接连结。具体而言，两个第1二极管221的阴极彼此直接连结。该匹配器200B中，直流电源206的正极经由电阻元件而连接于两个第1二极管221的阴极。
并且，匹配器200B中，并联部204的两个第2二极管222以反向串联的方式进行连接。两个第2二极管222遵循第3规则的例外而直接连结。具体而言，两个第2二极管222的阴极彼此直接连结。该匹配器200B中，直流电源208的正极经由电阻元件而连接于两个第2二极管222的阴极。
另外，图5中，可以省略以附图标记“R5”所示的电阻元件。并且，遵循第l规则的例外，也可以省略以附图标记“C521”所示的第2电容器232。并且，也可以遵循第2规则的例外省略以附图标记“C51”所示的第1电容器231及以附图标记“C522”所示的第2电容器232。
其次，参考图6。以下，说明图6所示的匹配器200C相对于匹配器200A的不同之处，并省略重复说明。匹配器200C中，串联部202的两个第1二极管221以反向串联的方式进行连接。两个第1二极管221遵循第3规则的例外而直接连结。具体而言，两个第1二极管221的阳极彼此直接连结。该匹配器200C中，直流电源206的负极经由电阻元件而连接于两个第1二极管221的阳极。
并且，匹配器200C中，并联部204的两个第2二极管222以反向串联的方式进行连接。两个第2二极管222遵循第3规则的例外而直接连结。具体而言，两个第2二极管222的阳极彼此直接连结。该匹配器200C中，直流电源208的负极经由电阻元件而连接于两个第2二极管222的阳极。
其次，参考图7。以下，说明图7所示的匹配器200D相对于匹配器200A的不同之处，并省略重复说明。匹配器200D中，串联部202具有三个第1元件组G1，并联部204具有一个第2元件组G2。
匹配器200D的串联部202中，节点200n侧的两个第1二极管221串联连接。串联连接的两个第1二极管221之间设置有一个第1电容器231。并且，输出端200b侧的两个第1二极管221以反向串联的方式进行连接。以反向串联进行连接的两个第1二极管221相互直接连结。即，以反向串联连接的两个第1二极管221之间并未设置有电容器。直流电源206的正极经由电阻元件而连接于多个第1二极管221的阴极，直流电源206的负极经由电阻元件而连接于多个第1二极管221的阳极。
匹配器200D的并联部204如上述般具有一个第2元件组G2。直流电源208的正极经由电阻元件而连接于第2二极管222的阴极，直流电源208的负极经由电阻元件而连接于第2二极管222的阳极。
如匹配器200D那样，串联部202的第1元件组G1的个数与并联部204的第2元件组G2的个数可以不同。并且，串联部202的第1元件组G1的个数及并联部204的第2元件组G2的个数可以是1以上的任意个数。并且，串联部202中，第1二极管221间的连接可以是串联连接，也可以是反向串联连接。并联部204也相同地，第2二极管222间的连接能够为串联连接，也能够为反向串联连接。此外，串联部202中，第1二极管221间的连接可以包含串联连接与反向串联连接这两者。并联部204也同样，作为第2二极管222间的连接可以包含串联连接与反向串联连接这两者。
另外，可以省略图7中以附图标记“R7”表示的电阻元件。并且，遵循第1规则的例外，也可以省略以附图标记“C7”表示的第2电容器232。
以下，参考图11及图12。图11及图12表示与参考例相关的匹配器。图11所示的匹配器300A及图12所示的匹配器300B为从图7所示的匹配器200D中移除三个第1电容器231及第2电容器232的匹配器，且并未遵循第1～第3规则。因此，如图11及图12所示，在匹配器300A及匹配器300B中，为了对三个第1二极管221及第2二极管222施加反向偏置电压，则需要有三个直流电源301、302、303。另一方面，图7所示的匹配器200D中，能够通过两个直流电源206、208对三个第1二极管221及第2二极管222施加反向偏置电压。这样，具有遵循第1～第3规则的布局电路的匹配器可以减少直流电源的个数。
并且，图11所示的匹配器300A中，直流电源302的负极及直流电源303的负极连接于直流电源301的正极。即，直流电源302的负极及直流电源303的负极并未电连接于地，而是悬置于地之上。从而，匹配器300A的直流电源302及直流电源303无法使用增幅式的直流电源，而必须使用切换式的直流电源。切换式的直流电源在电压的转移上需要较多的时间。从而，在匹配器300A的匹配动作上需要较多的时间。另一方面，在实施方式所涉及的匹配器中可以使用能高速响应的增幅式的直流电源。从而，实施方式所涉及的匹配器能够实现高速的匹配动作。
针对又一其他实施方式的匹配器进行说明。图13是表示又一其他实施方式所涉及的匹配器的图。图13所示的匹配器400具备串联部402、并联部404、直流电源406、及直流电源408。另外，匹配器400和匹配器100相同地，还可以具备阻抗传感器110及电源控制部112。
串联部402设置于输入端400a与输出端400b之间。输入端400a为输入高频的端子。即，输入端400a为连接于高频电源的端子。输出端400b为用于输出高频的端子。即，输出端400b为连接于腔室主体12侧的负荷的端子。
串联部402具有多个第1单元U1。多个第1单元U1并联连接于输入端400a与输出端400b之间。多个第1单元U1分别具有一个以上的第1元件组G1。图13所示的例子中，多个第1单元U1分别具有多个第1元件组G1。多个第1元件组G1依次连接。另外，第1元件组G1包含第1二极管及串联连接于该第1二极管的第1电容器。
并联部404设置于节点400n与地之间。节点400n在输入端400a与输出端400b之间设置在供电线路418上。一实施方式中，节点400n设置于串联部402与输入端400a之间及供电线路418上。
并联部404具有多个第2单元U2。多个第2单元U2在节点400n与地之间并联连接。多个第2单元U2分别具有一个以上的第2元件组G2。图13所示的例子中，多个第2单元U2分别具有多个第2元件组G2。多个第2元件组G2依次连接。另外，第2元件组G2包含第2二极管及串联连接于该第2二极管的第2电容器。
匹配器400中，电路布局也遵循第1～第3规则。即，多个第2单元U2的每个中，全部第2二极管相对于一个第2电容器设置在节点400n侧。并且，多个第1单元U1的每个中，全部第1二极管相对于一个第1电容器设置在输出端400b侧。并且，多个第1单元U1的每个中，在两个第1二极管串联连接的情况下，在该两个第1二极管之间设置一个第1电容器。并且，多个第1单元U1的每个中，在两个第1二极管以反向串联来连接的情况下，该两个第1二极管相互直接连结。并且，多个第2单元U2的每个中，在两个第2二极管串联连接的情况下，在该两个第2二极管之间设置一个第2电容器。并且，多个第2单元U2的每个中，在两个第2二极管以反向串联来连接的情况下，两个第2二极管相互直接连结。
根据相关匹配器400，可以通过单一的直流电源406对多个第1单元U1包含的多个第1二极管施加可变的反向偏置电压。并且，可以通过单一的直流电源408对多个第2单元U2包含的多个第2二极管施加可变的反向偏置电压。
如上述说明，根据各种实施方式的匹配器，能实现高速的匹配动作。并且，根据各种实施方式的匹配器，可将阻抗变更一定量，即变更串联部用直流电源的反向偏置电压的可变更段数与并联部的直流电源的反向偏置电压的可变更段数的乘积的量。从而，根据各种实施方式的匹配器，相较于使用可机械性地变更电容的电容器的匹配器，能后以更多的段数来变更阻抗。
以下，针对作为各种实施方式的匹配器的第1二极管及第2二极管而优选的二极管的选定基准进行说明。上述实施方式的匹配器对第1二极管及第2二极管施加反向偏置电压。并且，第1二极管及第2二极管也被施加来自高频电源的高频电压。从而，第1二极管及第2二极管的反向耐电压VR优选满足下式(1)。其中，VDC为反向偏置电压的最大值，Vp为高频电压的峰值Vpp的1/2。
VR＞VDC+VP……(1)
另外，在等离子体处理装置10的匹配器中所使用的二极管优选为例如具有1000V以上的反向耐电压VR。
并且，作为上述实施方式的匹配器的第1二极管及第2二极管使用的二极管优选为具有10A以上的额定电流。额定电流影响二极管的可变阻抗范围及二极管的高频电阻。
并且，作为上述实施方式的匹配器的第1二极管及第2二极管使用的二极管优选为具有引线端子以外的端子形状的二极管。具有引线端子的二极管因该引线端子细，而有对数十MHz这样高频率的高频具有高电阻的倾向。这样的高电阻对可变阻抗范围造成影响。
并且，作为上述实施方式的匹配器的第1二极管及第2二极管使用的二极管，在高频的频率为40.68MHz的情况下，优选进一步满足以下所示的基准。即，相关二极管优选满足以下事项：二极管电阻在0～1Ω的范围内；在期望的可变阻抗范围内包含可变电容范围；可变电容范围在10pF～10000pF的范围；相对于可变电容范围的反向偏置电压范围相对于该二极管的反向耐电压而具有15％～90％的裕度；及在二极管电阻的条件与可变电容范围的条件之间存在重复范围。另外，满足选定基准的二极管的一例为Vishay公司制造的VS-85HF160。
以上，对各种实施方式进行了说明，但并不限定于上述实施方式，而能够构成各种的变形方式。例如，上述各种实施方式的匹配器不仅可利用于电容耦合型的等离子体处理装置，也可利用于其他类型的等离子体处理装置。上述各种实施方式的匹配器可利用于例如电感耦合型的等离子体处理装置、利用所谓的微波等的表面波的等离子体处理装置。
符号说明
10-等离子体处理装置，12-腔室主体，12c-腔室，16-载置台，18-下部电极，20-静电吸盘，30-上部电极，50-排气装置，61-第1高频电源，62-第2高频电源，63-匹配器，64-匹配器，100、100A、200A、200B、200C、200D、400-匹配器，102、202、402-串联部，104、204、404-并联部，106、108、206、208、406、408-直流电源，121、221-第1二极管，122、222-第2二极管，131、231-第1电容器，132、232-第2电容器，U1-第1单元，U2-第2单元。

Claims (9)

1.一种匹配器，其用于等离子体处理装置的阻抗匹配，所述匹配器具备：
串联部，包含具有可变电容的第1二极管，且设置于高频输入端与高频输出端之间；
并联部，包含具有可变电容的第2二极管，且设置于所述输入端与所述输出端之间的节点及地之间；及
多个直流电源，其为以对所述第1二极管及所述第2二极管的每个施加反向偏置电压的方式而设置的可变直流电源。
2.根据权利要求1所述的匹配器，其中，
所述串联部还包含串联连接于所述第1二极管的第1电容器；
所述并联部还包含串联连接于所述第2二极管的第2电容器；
所述第1电容器连接于所述节点与所述第1二极管之间；
所述第2电容器连接于所述地与所述第2二极管之间。
3.根据权利要求2所述的匹配器，其中，
所述串联部包含：
多个第1二极管，分别为具有可变电容的二极管，且为包含所述第1二极管的多个第1二极管，该多个第1二极管相对于所述第1电容器设置于所述输出端侧；及
多个第1电容器，包含所述第1电容器，
在所述输入端与所述输出端之间，依次连接有多个第1元件组，所述多个第1元件组分别包含所述多个第1二极管中的一个第1二极管及所述多个第1电容器中串联连接于所述一个第1二极管的一个第1电容器，
所述多个直流电源中的一个直流电源以对所述多个第1二极管施加反向偏置电压的方式而设置。
4.根据权利要求3所述的匹配器，其中，
在所述多个第1二极管中串联连接的两个第1二极管之间设置有所述多个第1电容器中的一个第1电容器。
5.根据权利要求3或4所述的匹配器，其中，
所述多个第1二极管中反向串联连接的两个第1二极管直接连结。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的匹配器，其中，
所述并联部包含：
多个第2二极管，分别为具有可变电容的二极管，且为包含所述第2二极管的多个第2二极管，该多个第2二极管相对于所述第2电容器设置于所述节点侧；及
多个第2电容器，包含所述第2电容器，
在所述节点与所述地之间，依次连接有多个第2元件组，所述多个第2元件组分别包含所述多个第2二极管中的一个第2二极管及所述多个第2电容器中串联连接于所述一个第2二极管的一个第2电容器，
所述多个直流电源中的另一个直流电源以对所述多个第2二极管施加反向偏置电压的方式而设置。
7.根据权利要求6所述的匹配器，其中，
在所述多个第2二极管中串联连接的两个第2二极管之间设置有所述多个第2电容器中的一个第2电容器。
8.根据权利要求6或7所述的匹配器，其中，
所述多个第2二极管中反向串联连接的两个第2二极管直接连结。
9.一种等离子体处理装置，其具备：
腔室主体，提供腔室；
高频电源；
电极，用于在所述腔室内生成等离子体或生成偏置电压，且电连接于所述高频电源；及
匹配器，为权利要求1至8中任一项所述的匹配器，该匹配器连接于所述高频电源与所述电极之间。
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