TW201811123A - 匹配器及電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種可實現高速匹配動作之匹配器。
一實施形態之匹配器係具備串聯部、並聯部以及一個以上之可變直流電源。串聯部係包含具有可變電容之第1二極體，且設於高頻之輸入端與高頻之輸出端之間。並聯部係包含具有可變電容之第2二極體，且設於輸入端與該輸出端之間的節點及接地點之間。一個以上之可變直流電源係以對第1二極體以及第2二極體施加可變逆偏壓電壓的方式來加以設置。

Description

匹配器及電漿處理裝置
本發明之實施形態係關於一種匹配器及電漿處理裝置。
在稱為半導體元件的電子元件之製造中，為了對被加工物進行電漿處理(例如電漿蝕刻)會使用電漿處理裝置。電漿處理裝置係具備有腔室本體、電極、高頻電源以及匹配器。腔室本體係提供其內部空間來做為腔室。電極係用以於腔室內生成電漿或是生成偏壓的電極。高頻電源係產生高頻。高頻電源會透過匹配器而連接於電極。匹配器係具有匹配高頻電源之輸出阻抗與負荷之阻抗的電路。
電漿處理裝置所使用之匹配器的電路一般而言係具有可機械性變更電容之可變電容器。此種可變電容器卻無法高速變更電容。從而，匹配器便無法進行高速的匹配動作。在用以實現匹配器之高速匹配動作的對策上，專利文獻1中記載有一種取代可變電容器而使用場效電晶體之技術。
【先前技術文獻】
專利文獻1：美國專利第6,887,339號說明書
但是，場效電晶體之高頻耗損大。從而，便需要一種匹配器，係具有取代可機械性變更電容之可變電容器的其他元件，而可實現高速的匹配動作。
一態樣中係提供一種電漿處理裝置用以阻抗匹配的匹配器。匹配器係具備有串聯部、並聯部以及複數之直流電源。串聯部係包含具有可變電容之第1二極體，並設置於高頻之輸入端與高頻之輸出端之間。並聯部係包含具有可變電容之第2二極體，並設置於輸入端與輸出端之間之節點及接地點之間。複數之直流電源係以對第1二極體以及第2二極體分別施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。
一態樣相關之匹配器中，係非可機械性變更電容之可變電容器，而是使用為PN接合二極體之第1二極體以及第2二極體。第1二極體以及第2二極體的個別電容(接合電容)係對應於逆偏壓電壓而高速變化。從而，便提供一種可實現高速匹配動作之匹配器。
一實施形態中，串聯部係進而包含有串聯連接於第1二極體之第1電容器，並聯部係進而包含串聯連接於第2二極體之第2電容器。第1電容器係於節點與第1二極體之間加以連接。第2電容器係於接地點與第2二極體之間加以連接。依據此實施形態，直流電位會於接地點與第2二極體之間被分離，直流電位會於串聯部與並聯部之間被分離。
一實施形態中，串聯部係包含有複數之第1二極體以及複數之第1電容器。複數之第1二極體係包含上述第1二極體，且為具有可變電容之二極體。複數之第1二極體係相對於上述第1電容器而設置於輸出端之側。複數之第1電容器係包含上述第1電容器。複數之第1元件群係於輸入端與輸出端之間依序連接。複數之第1元件群分別包含：複數之第1二極體中的一個第1二極體；以及串聯連接於複數之第1電容器中的一個第1二極體的一個第1電容器。複數之直流電源中的一個直流電源係以對複數之第1二極體施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。
一實施形態中，於複數之第1二極體中串聯連接的二個第1二極體之間係設有複數之第1電容器中的一個第1電容器。另外，串聯連接的二個第1二極體會在輸入端與輸出端之間朝向同一方向。亦即，串聯連接的二個第1二極體之個自的陽極以及陰極中之一者會連接於輸入端之側，另一者則會連接於輸出端之側。此實施形態中，串聯連接的二個第1二極體間之直流電位會被分離。從而，便可使用一個可變直流電源來對二個第1二極體施加逆偏壓電壓。是以，可變直流電源之個數便會變少。
一實施形態中，複數之第1二極體中反向串聯所連接的二個第1二極體會直接連結。另外，以反向串聯所連接的二個第1二極體係於輸入端與輸出端之間相互朝向相反方向。亦即，此實施形態中，二個第1二極體之陽極彼此或是陰極彼此會直接連結。可使用一個可變直流電源來對反向串聯的二個第1二極體施加逆偏壓電壓。從而，可變直流電源之個數便會變少。
一實施形態中，並聯部係包含複數之第2二極體以及複數之第2電容 器。複數之第2二極體係包含上述第2二極體，且為具有可變電容之二極體。複數之第2二極體係相對於上述第2電容器而設於上述節點之側。複數之第2電容器係包含上述第2電容器。複數之第2元件群係於節點與接地點之間依序連接。複數之第2元件群係包含：複數之第2二極體中的一個第2二極體；以及串聯連接於複數之第2電容器中的一個第2二極體的一個第2電容器。複數之直流電源中的另一個直流電源係以對複數之第2二極體施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。
一實施形態中，於複數之第2二極體中串聯連接的二個第2二極體之間係設有複數之第2電容器中的一個第2電容器。另外，串聯連接的二個第2二極體會於節點與接地點之間朝向同一方向。亦即，串聯連接的二個第2二極體之個自的陽極以及陰極中的一者會連接於節點之側，另一者則會連接於接地點之側。此實施形態中，串聯連接的二個第2二極體間之直流電位會被分離。從而，便可使用一個可變直流電源對二個第2二極體施加逆偏壓電壓。從而，可變直流電源之個數便會變少。
一實施形態中，複數之第2二極體中反向串聯連接的二個第2二極體會直接連結。另外，以反向串聯所連接的二個第2二極體會於節點與接地點之間相互朝向相反方向。亦即，此實施形態中，二個的第2二極體之陽極彼此或是陰極彼此會直接連結。可使用一個可變直流電源來對反向串聯的二個第2二極體施加逆偏壓。從而，可變直流電源之個數便會變少。
於其他態樣中係提供一種電漿處理裝置。電漿處理裝置係具備腔室本體、高頻電源以及電極。腔室本體係提供其內部空間做為腔室。電極係用以於腔室內生成電漿或是生成偏壓之電極，且會電性連接於高頻電源。電漿處理裝置係進而具備上述一態樣或是各種實施形態中任一者之匹配器。匹配器會連接於高頻電源與電極之間。
如以上說明般，便能提供一種可實現高速匹配動作之匹配器。
10‧‧‧電漿處理裝置
12‧‧‧腔室本體
12c‧‧‧腔室
16‧‧‧載置台
18‧‧‧下部電極
20‧‧‧靜電夾頭
30‧‧‧上部電極
50‧‧‧排氣裝置
61‧‧‧第1高頻電源
62‧‧‧第2高頻電源
63‧‧‧匹配器
64‧‧‧匹配器
100,100A,200A,200B,200C,200D,400‧‧‧匹配器
102,202,402‧‧‧串聯部
104,204,404‧‧‧並聯部
106,108,206,208,406,408‧‧‧直流電源
121,221‧‧‧第1二極體
122,222‧‧‧第2二極體
131,231‧‧‧第1電容器
132,232‧‧‧第2電容器
U1‧‧‧第1單元
U2‧‧‧第2單元
圖1係概略顯示一實施形態相關之電漿處理裝置的圖式。
圖2係顯示一實施形態相關之匹配器的圖式。
圖3係顯示其他實施形態相關之匹配器的圖式。
圖4係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。
圖5係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。
圖6係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。
圖7係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。
圖8係顯示匹配器之電路佈局相關之規則的圖式。
圖9係顯示匹配器之電路佈局相關之規則的圖式。
圖10係顯示匹配器之電路佈局相關之規則的圖式。
圖11係顯示參考例相關之匹配器的圖式。
圖12係顯示其他參考例相關之匹配器的圖式。
圖13係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。
以下，便參見圖式針對各種實施形態來詳細說明。另外，各圖式中對於相同或是對應之部分係賦予相同符號。
圖1係概略顯示一實施形態相關之電漿處理裝置的圖式。圖1係概略顯示一實施形態相關的電漿處理裝置之縱截面的構造。圖1所示電漿處理裝置10為電容耦合型電漿蝕刻裝置。
電漿處理裝置10係具備有腔室本體12。腔室本體12係具有大致圓筒形狀。腔室本體12係提供其內部空間做為腔室12c。腔室本體12係例如由鋁所構成。於腔室本體12之內壁面，亦即區劃出該腔室12c之壁面係形成有具耐電漿性之膜。此膜可為以陽極氧化處理所形成之膜，或是所謂氧化釔的陶瓷製膜。又，於腔室本體12之側壁係設有用以搬送被加工物W的開口12g。此開口12g可藉由閘閥14來加以開閉。此腔室本體12會接地。
於腔室12c內，支撐部15會從腔室本體12底部往上方延伸。支撐部15具有大致圓筒形狀，且由所謂石英的絕緣材料所形成。又，腔室12c內係設有載置台16。載置台16係以在其上面保持被加工物W的方式所構成。被加工物W可如晶圓般具有圓盤形狀。載置台16係包含下部電極18以及靜電夾頭20。此載置台16係被支撐部15所支撐。
下部電極18係包含第1板18a以及第2板18b。第1板18a以及第2板18b係由例如所謂鋁的金屬所形成，且具有大致圓盤形狀。第2板18b係設置於第1板 18a上，並電性連接於第1板18a。
於第2板18b上係設有靜電夾頭20。靜電夾頭20係具有絕緣層以及內建於該絕緣層內之電極。靜電夾頭20之電極係透過開關23來電性連接有直流電源22。在對靜電夾頭20之電極施加來自直流電源22之直流電壓時，靜電夾頭20便會產生庫倫力等的靜電力。靜電夾頭20會藉由此靜電力來吸附被加工物W而保持該被加工物W。
於第2板18b周緣部上係以圍繞被加工物W邊緣以及靜電夾頭20的方式來配置有聚焦環24。聚焦環24係為了提高電漿處理之均勻性而加以設置。聚焦環24係由因應於電漿處理所適當選擇之材料所形成，例如可由石英所構成。
於第2板18b之內部係設有流道18f。流道18f係從腔室本體12外部所設置的冷凝器單元透過配管26a來供給有冷媒。供給於流道18f之冷媒會透過配管26b而回到冷凝器單元。如此般，流道18f係以循環於該流道18f內的方式來供給有冷媒。藉由控制此冷媒之溫度，來控制靜電夾頭20所支撐之被加工物W之溫度。
又，電漿處理裝置10係設有氣體供給管線28。氣體供給管線28係將來自傳熱氣體供給機構的傳熱氣體(例如He氣體)供給至靜電夾頭20上面與被加工物W內面之間。
電漿處理裝置10係更具備有上部電極30。上部電極30係設置於載置台16上方，且會相對於下部電極18而設置為大致平行。上部電極30會和構件32共同封閉腔室本體12之上部開口。構件32係具有絕緣性。上部電極30係透過此構件32而被支撐於腔室本體12上部。
上部電極30係包含頂板34以及支撐體36。頂板34會面向於腔室12c。頂板34係設有複數氣體噴出孔34a。此頂板34並未限定，可由例如矽所構成。或是，頂板34可具有在鋁製基材表面設有耐電漿性膜之構造。另外，此膜可為藉由陽極氧化處理所形成之膜，或是所謂氧化釔的陶瓷製之膜。
支撐體36係裝卸自如地支撐頂板34者，並例如可由所謂鋁的導電性材料所構成。支撐體36內部係設有氣體擴散室36a。複數氣體孔36b會從此氣體擴散室36a延伸至下方，該複數氣體孔36b會分別連通於複數氣體噴出孔34a。又，支撐體36係形成有對氣體擴散室36a導入處理氣體之氣體導入口36c ，此氣體導入口36c係連接有氣體供給管38。
氣體供給管38係透過閥群42以及流量控制器群44來連接有氣體源群40。氣體源群40係具有複數氣體源。閥群42係包含複數閥，流量控制器群44係包含所謂質流控制器的複數流量控制器。氣體源群40之複數氣體源會分別透過閥群42所對應的閥以及流量控制器群44所對應的流量控制器來連接於氣體供給管38。此電漿處理裝置10可將來自氣體源群40之複數氣體源中所選擇之一個以上氣體源的氣體以個別經過調整後的流量來供給於腔室本體12內。
又，電漿處理裝置10係沿著腔室本體12內壁設有屏蔽構件46。屏蔽構件46也會設置於支撐部15外周。屏蔽構件46係防止所謂因電漿處理(例如蝕刻)所產生之反應生成物的物質會附著於腔室本體12者。屏蔽構件46可藉由於鋁製基材披覆Y2O3等的陶瓷而加以形成。
於腔室12c內及支撐部15與腔室本體12之側壁之間係設有擋板48。擋板48可例如藉由於鋁材披覆氧化釔等的陶瓷來加以形成。此擋板48係形成有多數之貫通孔。排氣管52會在擋板48之下方連接於腔室本體12底部。此排氣管52係連接有排氣裝置50。排氣裝置50係具有渦輪分子泵等的真空泵，且會將腔室12c予以減壓。
又，電漿處理裝置10係更具備有第1高頻電源61以及第2高頻電源62。第1高頻電源61係產生電漿生成用之第1高頻的電源。第1高頻之頻率並無限定，為27~100MHz之範圍內的頻率(例如40MHz)。第1高頻電源61係透過匹配器63而連接於下部電極18。匹配器63係具有用以匹配第1高頻電源61之輸出阻抗與負荷側(下部電極18側)之輸入阻抗之電路。在此實施形態，亦即第1高頻電源61會電性連接於下部電極18之實施形態中，上部電極30會接地。另外，第1高頻電源61也可透過匹配器63來連接於上部電極。
第2高頻電源62係產生用以將離子拉引至被加工物W，亦即偏壓用之第2高頻的電源。第2高頻之頻率並無限定，為400kHz~13.56MHz之範圍內的頻率(例如3.2MHz)。第2高頻電源62會透過匹配器64而連接於下部電極18。匹配器64係具有用以匹配第2高頻電源62之輸出阻抗與負荷側(下部電極18側)之輸入阻抗形成之電路。
一實施形態中，電漿處理裝置10可進而具備控制部Cnt。控制部Cnt 為具備處理器、記憶裝置、輸入裝置、顯示裝置等的電腦，並控制電漿處理裝置10之各部。具體而言，控制部Cnt會實行記憶裝置所記憶之控制程式，而基於該記憶裝置所記憶的配方數據來控制電漿處理裝置10之各部。藉此，電漿處理裝置10乃會實行由配方數據所指定之程序。
在使用此電漿處理裝置10來實行電漿處理時，來自從氣體源群40之複數氣體源中所選擇之氣體源的氣體會被供給至腔室12c。又，腔室12c會藉由排氣裝置50而被減壓。然後，供給至腔室12c之氣體會藉由來自第1高頻電源61之第1高頻所產生的高頻電場而被加以激發。藉此，便會於腔室12c內生成電漿。藉由此般所生成的電漿中的離子及/或自由基來處理被加工物W。另外，也可對下部電極18供給第2高頻。在將第2高頻供給於下部電極18時，電漿中的離子便會朝向被加工物W而加速。
以下，便針對可採用匹配器63以及匹配器64中一者或是兩者之用以進行阻抗匹配的匹配器之數個實施形態來加以說明。
圖2係顯示一實施形態相關之匹配器的圖式。圖2所示匹配器100係具備有串聯部102、並聯部104、直流電源106以及直流電源108。匹配器100可進而具備阻抗感測器110以及電源控制部112。
串聯部102係設置於匹配器100之輸入端100a與輸出端100b之間的供電線路118上。輸入端100a係輸入高頻之端子。亦即，輸入端100a係連接於高頻電源之端子。輸出端100b係用以輸出高頻的端子。亦即，輸出端100b係連接於腔室本體12側之負荷的端子。串聯部102係包含第1二極體121。第1二極體121為具有可變電容的二極體。第1二極體121可為PN接合二極體、蕭特基位障二極體或是可變電容二極體。又，第1二極體121也可為於P型區域與N型區域之間包含低濃度半導體區域的二極體。一實施形態中，第1二極體121之陽極會連接於輸入端100a，第1二極體121之陰極會連接於輸出端100b。
並聯部104係設置於節點100n與接地點之間。節點100n係於輸入端100a與輸出端100b之間設置在供電線路118上。一實施形態中，節點100n係設置於第1二極體121與輸入端100a之間以及供電線路118上。並聯部104係包含第2二極體122。第2二極體122為具可變電容之二極體。第2二極體122可為PN接合二極體、蕭特基位障二極體或是可變電容二極體。 又，第2二極體122也可為在P型區域與N型區域之間包含低濃度半導體區域的二極體。一實施形態中，第2二極體122之陽極會連接於接地點，第2二極體122之陰極會連接於節點100n。
直流電源106為可變直流電源，並會以對第1二極體121施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。直流電源106之正極會連接於第1二極體121之陰極，直流電源106之負極會連接於接地點。
直流電源108為可變直流電源，並會以對第2二極體122施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。直流電源108之正極會透過電阻元件來連接於第2二極體122之陰極，直流電源108之負極會連接於接地點。
阻抗感測器110係在節點100n與輸入端100a之間設置於供電線路118上。阻抗感測器110係以測量負荷阻抗(腔室本體12側之阻抗)的方式所構成之感測器。阻抗感測器110係將所測量到的負荷阻抗輸出至電源控制部112。電源控制部112係具有例如處理器。電源控制部112會以使得所輸入之負荷阻抗和既定阻抗(例如50Ω)接近或是一致的方式來控制直流電源106以及直流電源108。藉此，來調整施加於第1二極體121的逆偏壓電壓以及施加於第2二極體122的逆偏壓電壓，調整第1二極體121之電容及/或電感，調整第2二極體122之電容及/或電感。
此匹配器100A並非可機械性變更電容之可變電容器，而是使用第1二極體121以及第2二極體122。第1二極體121以及第2二極體122之個別電容(接合電容)會對應於逆偏壓電壓而高速變化。從而，匹配器100便可實現高速的匹配動作。
圖3係顯示其他實施形態相關之匹配器的圖式。以下，便就匹配器100A相對於匹配器100的不同點來加以說明，並省略重複說明。
圖3所示匹配器100A中，串聯部102係進而具有第1電容器131，並聯部104係進而具有第2電容器132。第1電容器131會和第1二極體121串聯連接。第1電容器131係連接於節點100n與第1二極體121之間。第2電容器132係連接於第2二極體122與接地點之間。直流電源106之正極會透過電阻元件來連接於第1二極體121之陰極。直流電源106之負極會透過電阻元件來連接於第1二極體121之陽極。又，直流電源108之正極會透過電阻元件來連接於第2二極體122之陰極。直流電源108之負極會 透過電阻元件R3來連接於第2二極體122之陽極。另外，電阻元件R3以及第2電容器132也可被省略。匹配器100A中，在接地點與第1二極體121之間直流電位會被分離，在串聯部102與並聯部104之間直流電位會被分離。
以下，便參見圖4~圖7，進而針對其他幾種實施形態相關之匹配器來加以說明。圖4~圖7所示匹配器中的電路佈局係遵循第1~第3規則。關於此等第1~第3規則，係參見圖8~圖10來加以說明。圖8~圖10係顯示匹配器之電路佈局相關之規則的圖式。另外，圖8~圖10中，係將匹配器之輸入端、輸出端、輸入端與輸出端之間的節點、串聯部、並聯部、第1二極體、第2二極體、第1電容器、第2電容器分別以參照符號「T1」、「T2」、「N」、「SU」、「PU」、「D1」、「D2」、「C1」、「C2」來加以表示。
串聯部SU係具有一個以上的第1元件群G1。圖8~圖10所示範例中，串聯部SU係具有複數第1元件群G1。複數第1元件群G1係依序連接於輸入端T1與輸出端T2之間。複數第1元件群G1係分別包含第1二極體D1以及串聯連接於該第1二極體D1的第1電容器C1。並聯部PU係具有一個以上之第2元件群G2。圖8~圖10所示範例中，並聯部PU係具有複數第2元件群G2。複數第2元件群G2係依序連接於節點N與接地點之間。複數第2元件群G2係分別包含第2二極體D2以及串聯連接於該第2二極體D2的第2電容器C2。另外，第1二極體D1以及第2二極體D2分別可為PN接合二極體、蕭特基位障二極體或是可變電容二極體。又，第1二極體D1以及第2二極體D2分別可為於P型區域與N型區域之間包含低濃度半導體區域的二極體。
如圖8~圖10所示，第1規則係並聯部PU所包含之一個第2電容器C2會在該並聯部PU所包含之全部第2二極體D2與接地點之間分離直流電位之規則。從而，並聯部PU所包含之全部第2二極體D2會相對於該一個第2電容器C2而設置於節點N之側。此第1規則係包含例外。第1規則之例外是將並聯部PU所包含之全部第2二極體D2中位於節點N與接地點之間的並聯部PU之電氣路徑上最靠近接地點側之一個第2二極體D2之一邊的端子(陽極或是陰極)之電位設定為接地點電位，而在該一邊的端子相對於另一邊的端子(陰極或是陽極)而會在該電氣路徑上位於接地點側之情況，該一 個第2二極體D2之一邊的端子與接地點便可省略該等之間的第2電容器C2而直接連結的例外。依據第1規則之例外，則圖8所示第2電容器C82便可在第2二極體D82之陽極電位被設定為接地點電位之情況被省略。又，圖9所示的第2電容器C92a可在第2二極體D92a之陽極電位被設定為接地點電位之情況被省略。又，圖10所示的第2電容器C102a可在第2二極體D102a之陰極電位被設定為接地點電位之情況被省略。
第2規則係串聯部SU所包含之一個第1電容器C1會在串聯部SU與並聯部PU之間分離直流電位之規則。從而，串聯部SU所包含之全部第1二極體D1便會相對於該一個第1電容器C1而設置於輸出端T2之側。此第2規則係包含例外。第2規則之例外是在串聯部SU之全部第1二極體D1中在節點N與輸出端T2之間的串聯部SU之電氣路徑上最靠近節點N側之一個第1二極體D1之節點N側端子的電位，與並聯部PU之全部第2二極體D2中在節點N與接地點之間的並聯部PU之電氣路徑上最靠近節點N側之一個第2二極體D2之節點N側端子的電位會被設定為接地點電位之情況，便可省略該一個第1二極體D1與該一個第2二極體D2之間的電容器，而將此等直接連結之例外。依據第2規則之例外，則在圖9所示的第1二極體D91之陽極電位以及第2二極體D92b之陽極電位被設定為接地點電位之情況，便可省略第1電容器C91以及第2電容器C92b。又，在圖10所示的第1二極體D101之陰極電位以及第2二極體D102b之陰極電位被設定在接地點電位之情況，便可省略第1電容器C101以及第2電容器C102b。
第3規則如圖8所示般，係於串聯連接的二個第1二極體D1之間設置一個第1電容器C1，於串聯連接的二個第2二極體D2之間設置一個第2電容器C2之規則。另外，串聯連接的二個第1二極體D1係在輸入端T1與輸出端T2之間朝向同一方向。亦即，串聯連接的二個第1二極體D1之個別的陽極以及陰極中的一者會連接於輸入端T1之側，另一者則會連接於輸出端T2之側。又，串聯連接的二個第2二極體D2會在節點N與接地點之間朝向同一方向。亦即，串聯連接的二個第2二極體D2之個別的陽極以及陰極中的一者會連接於節點N之側，另一者則會連接於接地點之側。
第3規則仍有例外。此例外如圖9以及圖10所示，是以反向串聯所連 接的二個第1二極體D1為直接連結，以反向串聯所連接的二個第2二極體D2為直接連結之例外。另外，以反向串聯所連接的二個第1二極體D1會在輸入端T1與輸出端T2之間相互朝向相反方向。亦即，以反向串聯所連接的二個第1二極體D1之陽極彼此或是陰極彼此為直接連結。又，以反向串聯所連接的二個第2二極體D2會在節點N與接地點之間相互朝向相反方向。亦即，以反向串聯所連接的二個第2二極體D2之陽極彼此或是陰極彼此為直接連結。
又，在輸出端T2與電漿處理裝置之電極(上部電極或是下部電極)之間設有電容器之情況，在串聯部SU之全部第1二極體D1中位於節點N與輸出端T2之間的電氣路徑上最靠近輸出端T2側的一個第1二極體D1與輸出端T2可省略該等之間的第1電容器C1而直接連結。例如，於輸出端T2與電漿處理裝置之電極之間設有電容器之情況，也可省略圖9及圖10所示的全部第1電容器C1中最靠近輸出端T2側之第1電容器C1。
再次參見圖4~圖7。圖4~圖7所示的匹配器係依照此等第1~第3規則所構成。圖4所示的匹配器200A係具備有串聯部202、並聯部204、直流電源206、以及直流電源208。另外，匹配器200A可和匹配器100同樣地進而具備阻抗感測器110以及電源控制部112。
串聯部202會設於輸入端200a與輸出端200b之間的供電線路218上。輸入端200a為輸入高頻之端子。亦即，輸入端200a係連接於高頻電源之端子。輸出端200b係用以輸出高頻之端子。亦即，輸出端200b係連接於腔室本體12側之負荷的端子。
串聯部202係包含複數第1二極體221以及複數第1電容器231。複數第1二極體221為PN接合二極體。複數第1二極體221以及複數第1電容器231係構成複數第1元件群G1。複數第1元件群G1係分別包含有複數第1二極體221中的一個第1二極體以及複數第1電容器231中串聯連接於該一個第1二極體的一個第1電容器。複數第1元件群G1係依序連接於輸入端200a與輸出端200b之間。
串聯部202會遵循第2規則，而以一個第1電容器231會在串聯部202與並聯部204之間分離直流電位的方式來加以設置。從而，串聯部202所包含之全部第1二極體221會相對於該一個第1電容器231而設於輸出端 200b之側。藉此，直流電位便會於串聯部202與並聯部204之間被分離。
於串聯部202中，二個第1二極體221會串聯連接。串聯連接之二個第1二極體221之間係遵循第3規則而設有另一個第1電容器231。
並聯部204會設置於節點200n與接地點之間。節點200n係於輸入端200a與輸出端200b之間設置於供電線路218上。一實施形態中，節點200n係設於串聯部202與輸入端200a之間及供電線路218上。
並聯部204係包含複數第2二極體222以及複數第2電容器232。複數第2二極體222為PN接合二極體。複數第2二極體222以及複數第2電容器232會構成複數第2元件群G2。複數第2元件群G2係分別包含複數第2二極體222中一個第2二極體以及複數第2電容器232中串聯連接於該一個第2二極體的一個第2電容器。複數第2元件群G2係依序連接於節點200n與接地點之間。
並聯部204會遵循第1規則，而將複數之第2二極體222相對於並聯部204所包含之一個第2電容器232來設於節點200n之側。藉此，直流電位便會於並聯部204之全部第2二極體222與接地點之間被分離。
並聯部204中，二個第2二極體222會串聯連接。於串聯連接之二個第2二極體222之間係遵循第3規則來設有另一個第2電容器232。
直流電源206係可變直流電源。直流電源206係以對串聯部202之複數第1二極體221施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。直流電源206之正極會透過複數電阻元件而分別連接於複數第1二極體221之陰極。直流電源206之負極會透過複數電阻元件而分別連接於複數第1二極體221之陽極。
直流電源208為可變直流電源。直流電源208係以對並聯部204之複數第2二極體222施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。直流電源208之正極會透過複數電阻元件而分別連接於複數第2二極體222之陰極。直流電源208之負極會透過複數電阻元件而分別連接於複數第2二極體222之陽極。
此匹配器200A並非為可機械性變更電容之可變電容器，而是使用複數第1二極體221以及複數第2二極體222。複數第1二極體221以及複數第2二極體222之個別電容(接合電容)會對應於逆偏壓電壓來高速變化。從而，匹配器200A便可實現高速的匹配動作。
如上述，匹配器200A之電路佈局會遵循第1~第3規則。從而，便可藉 由一個直流電源206來對串聯部202之複數第1二極體221施加逆偏壓電壓。又，可藉由一個直流電源208來對並聯部204之複數第2二極體222施加逆偏壓電壓。從而，依據匹配器200A，可變直流電源之個數便會變少。另外，圖4中以參照符號「R4」所示的電阻元件可被省略。又，遵循第1規則之例外，以參照符號「C4」所示的第2電容器232也可被省略。
其次，參見圖5。以下，說明圖5所示的匹配器200B有別於匹配器200A之點，並省略重複說明。匹配器200B中，串聯部202之二個第1二極體221會以反向串聯來加以連接。二個第1二極體221會遵循第3規則之例外而直接連結。具體而言，二個第1二極體221之陰極彼此會直接連結。此匹配器200B中，直流電源206之正極會透過電阻元件而連接於二個第1二極體221之陰極。
又，匹配器200B中，並聯部204之二個第2二極體222會以反向串聯來加以連接。二個第2二極體222會遵循第3規則之例外而直接連結。具體而言，二個第2二極體222之陰極彼此會直接連結。此匹配器200B中，直流電源208之正極會透過電阻元件而連接於二個第2二極體222之陰極。
另外，圖5中，以參照符號「R5」所示的電阻元件可被省略。又，遵循第l規則之例外，以參照符號「C521」所示的第2電容器232也可被省略。又，遵循第2規則之例外，以參照符號「C51」所示的第1電容器231以及以參見符號「C522」所示的第2電容器232也可被省略。
其次，參見圖6。以下，說明圖6所示的匹配器200C有別於匹配器200A之點，並省略重複說明。匹配器200C中，串聯部202之二個第1二極體221會以反向串聯來連接著。二個第1二極體221會遵循第3規則之例外而直接連結。具體而言，二個第1二極體221之陽極彼此會直接連結。此匹配器200C中，直流電源206之負極會透過電阻元件而連接於二個第1二極體221之陽極。
又，匹配器200C中，並聯部204之二個第2二極體222會以反向串聯來加以連接。二個第2二極體222會遵循第3規則之例外而直接連結。具體而言，二個第2二極體222之陽極彼此會直接連結。此匹配器200C中，直流電源208之負極會透過電阻元件而連接於二個第2二極體222之陽極。
其次，參見圖7。以下，說明圖7所示的匹配器200D有別於匹配器200A 之點，並省略重複說明。匹配器200D中，串聯部202係具有三個第1元件群G1，並聯部204係具有一個第2元件群G2。
匹配器200D之串聯部202中，節點200n側的二個第1二極體221會串聯連接。串聯連接的二個第1二極體221之間係設有一個第1電容器231。又，輸出端200b側之二個第1二極體221會以反向串聯來加以連接。以反向串聯所連接的二個第1二極體221係互相直接連結。亦即，以反向串聯所連接的二個第1二極體221之間並未設置有電容器。直流電源206之正極會透過電阻元件而連接於複數第1二極體221之陰極，直流電源206之負極會透過電阻元件而連接於複數第1二極體221之陽極。
匹配器200D之並聯部204係如上述般具有一個第2元件群G2。直流電源208之正極會透過電阻元件而連接於第2二極體222之陰極，直流電源208之負極會透過電阻元件而連接於第2二極體222之陽極。
如匹配器200D般，串聯部202之第1元件群G1的個數與並聯部204之第2元件群G2的個數可不同。又，串聯部202之第1元件群G1的個數以及並聯部204之第2元件群G2的個數可為1以上之任意個數。又，串聯部202中，第1二極體221間之連接可為串聯連接，也可為反向串聯之連接。並聯部204也同樣地，第2二極體222間之連接可為串聯連接，也可為反向串聯之連接。再者，串聯部202中，第1二極體221間之連接係可包含串聯連接與反向串聯之連接的兩者。並聯部204也同樣地，第2二極體222間之連接係可包含串聯連接與反向串聯之連接的兩者。
另外，圖7中以參照符號「R7」所示的電阻元件可被省略。又，遵循第1規則之例外，以參照符號「C7」所示的第2電容器232也可被省略。
以下，參見圖11以及圖12。圖11以及圖12係顯示參考例相關之匹配器。圖11所示的匹配器300A以及圖12所示的匹配器300B係從圖7所示的匹配器200D移除三個第1電容器231以及第2電容器232者，且並未遵循第1~第3規則。因此，如圖11所示般，在匹配器300A以及匹配器300B中，為了對三個第1二極體221以及第2二極體222施加逆偏壓電壓，便需要有三個直流電源301、302、303。另一方面，圖7所示的匹配器200D中，可藉由二個直流電源206、208來對三個第1二極體221以及第2二極體222施加逆偏壓電壓。如此般，具有遵循第1~第3規則之佈局電路的匹 配器便可減少直流電源之個數。
又，圖11所示的匹配器300A中，直流電源302之負極以及直流電源303之負極會連接於直流電源301之正極。亦即，直流電源302之負極以及直流電源303之負極並未電性連接於接地點，而是從接地點浮接。從而，匹配器300A之直流電源302以及直流電源303便無法使用增幅式的直流電源，而必須使用切換式之直流電源。切換式之直流電源在電壓之轉移上需要較多的時間。從而，在匹配器300A之匹配動作上便需要較多的時間。另一方面，於實施形態相關之匹配器中可使用能高速回應之增幅式的直流電源。從而，實施形態相關之匹配器便可實現高速的匹配動作。
針對又一其他實施形態之匹配器來加以說明。圖13係顯示又一其他實施形態相關之匹配器的圖式。圖13所示的匹配器400係具備有串聯部402、並聯部404、直流電源406以及直流電源408。另外，匹配器400和匹配器100同樣地可進而具備阻抗感測器110以及電源控制部112。
串聯部402係設置於輸入端400a與輸出端400b之間。輸入端400a係輸入高頻之端子。亦即，輸入端400a係連接於高頻電源之端子。輸出端400b係用以輸出高頻之端子。亦即，輸出端400b係連接於腔室本體12側之負荷的端子。
串聯部402係具有複數第1單元U1。複數第1單元U1係並聯連接於輸入端400a與輸出端400b之間。複數第1單元U1係分別具有一個以上之第1元件群G1。圖13所示的範例中，複數第1單元U1係分別具有複數第1元件群G1。複數第1元件群G1會依序連接。另外，第1元件群G1係包含第1二極體以及串聯連接於該第1二極體之第1電容器。
並聯部404係設於節點400n與接地點之間。節點400n係於輸入端400a與輸出端400b之間設置在供電線路418上。一實施形態中，節點400n係設於串聯部402與輸入端400a之間及供電線路418上。
並聯部404係具有複數第2單元U2。複數第2單元U2係於節點400n與接地點之間並聯連接。複數第2單元U2係分別具有一個以上之第2元件群G2。圖13所示的範例中，複數第2單元U2係分別具有複數第2元件群G2。複數第2元件群G2會依序連接。另外，第2元件群G2係包含第2二極體以及串聯連接於該第2二極體之第2電容器。
匹配器400中，電路佈局也遵循第1~第3規則。亦即，各複數第2單元U2中，全部第2二極體會相對於一個第2電容器而設置在節點400n之側。又，各複數第1單元U1中，全部第1二極體會相對於一個第1電容器而設置在輸出端400b之側。又，以各複數第1單元U1中，係在二個第1二極體會串聯連接的情況，於該二個第1二極體之間設置一個第1電容器。又，各複數第1單元U1中，係在二個第1二極體會以反向串聯來連接的情況，該二個第1二極體會相互直接連結。又，各複數第2單元U2中，係在二個第2二極體會串聯連接的情況，於該二個第2二極體之間設置一個第2電容器。又，各複數第2單元U2中，係在二個第2二極體會以反向串聯來連接的情況，該二個第2二極體會相互直接連結。
依據相關匹配器400，便可藉由單一直流電源406來對複數第1單元U1所包含之複數第1二極體施加可變之逆偏壓電壓。又，可藉由單一直流電源408來對複數第2單元U2所包含之複數第2二極體施加可變之逆偏壓電壓。
如上述說明，依據各種實施形態之匹配器，便能實現高速的匹配動作。又，依據各種實施形態之匹配器，便可將阻抗變更串聯部用直流電源之逆偏壓電壓的可變更段數與並聯部直流電源之逆偏壓電壓的可變更段數之乘積的量。從而，依據各種實施形態之匹配器，相較於使用可機械性變化電容之電容器的匹配器，將能以更多的段數來變更阻抗。
以下，針對作為各種實施形態之匹配器的第1二極體以及第2二極體所希望之二極體的選定基準來加以說明。上述實施形態之匹配器係對第1二極體以及第2二極體施加逆偏壓電壓。又，於第1二極體以及第2二極體也被施加有來自高頻電源的高頻電壓。從而，第1二極體以及第2二極體之逆向耐電壓VR便期待會滿足下式(1)。此處VDC為逆偏壓電壓之最大值，Vp為高頻電壓之峰值Vpp的1/2。
VR>VDC+VP...(1)
另外，於電漿處理裝置10之匹配器所使用之二極體最好是例如具有1000V以上之逆向耐電壓VR。
又，做為上述實施形態之匹配器的第1二極體以及第2二極體所使用之二極體最好是具有10A以上之額定電流。額定電流會影響二極體之可變阻 抗範圍以及二極體之高頻電阻。
又，做為上述實施形態之匹配器的第1二極體以及第2二極體所使用之二極體最好是具有引線端子以外之端子形狀的二極體。具有引線端子之二極體會因該引線端子細而有對於數十MHz之高頻具有高電阻的傾向。如此之高電阻會對可變阻抗範圍造成影響。
又，做為上述實施形態之匹配器的第1二極體以及第2二極體所使用之二極體，在高頻之頻率為40.68MHz之情況，最好是進而滿足以下所示的基準。亦即，相關二極體最好是能滿足以下事項：二極體電阻在0~1Ω之範圍內；於所欲之可變阻抗範圍內包含可變電容範圍；可變電容範圍在10pF~10000pF之範圍；相對於可變電容範圍的逆偏壓電壓範圍會相對於該二極體之逆向耐電壓而具有15%~90%之裕度；以及於二極體電阻之條件與可變電容範圍之條件之間存在重複範圍。另外，滿足選定基準之二極體一例為Vishay公司製造之VS-85HF160。
以上，雖已針對各種實施形態來加以說明，但不限定於上述實施形態，而可構成各種的變形態樣。例如，上述各種實施形態之匹配器不僅電容耦合型電漿處理裝置，也可利用於其他類型的電漿處理裝置。上述各種實施形態之匹配器可利用於例如感應耦合型電漿處理裝置、利用稱為微波的表面波之電漿處理裝置。
100‧‧‧匹配器
100a‧‧‧輸入端
100b‧‧‧輸出端
100n‧‧‧節點
102‧‧‧串聯部
104‧‧‧並聯部
106‧‧‧直流電源
108‧‧‧直流電源
110‧‧‧阻抗感測器
112‧‧‧電源控制部
118‧‧‧供電線路
121‧‧‧第1二極體
122‧‧‧第2二極體

Claims (10)

  1. 一種匹配器，係電漿處理裝置用以阻抗匹配的匹配器，具備：串聯部，係包含具有可變電容之第1二極體，且設置於高頻之輸入端與高頻之輸出端之間；並聯部，係包含具有可變電容之第2二極體，且設置於該輸入端與該輸出端之間的節點及接地點之間；以及複數之直流電源，係以對於各該第1二極體以及該第2二極體施加逆偏壓電壓的方式來設置之可變直流電源。
  2. 如申請專利範圍第1項之匹配器，其中該串聯部進而包含串聯連接於該第1二極體之第1電容器；該並聯部進而包含串聯連接於該第2二極體之第2電容器；該第1電容器係連接於該節點與該第1二極體之間；該第2電容器係連接於該接地點與該第2二極體之間。
  3. 如申請專利範圍第2項之匹配器，其中該串聯部係包含：複數之第1二極體，係分別為具有可變電容之二極體，且為包含該第1二極體的該複數之第1二極體，並相對於該第1電容器而設於該輸出端之側；以及複數之第1電容器，係包含該第1電容器；分別包含有該複數之第1二極體中的一個第1二極體，以及該複數之第1電容器中串聯連接於該一個第1二極體的一個第1電容器之複數的第1元件群，係在該輸入端與該輸出端之間依序連接；該複數之直流電源中的一個直流電源係以對該複數之第1二極體施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。
  4. 如申請專利範圍第3項之匹配器，其中於該複數之第1二極體中串聯連接的二個第1二極體之間係設有該複數之第1電容器中的一個第1電容器。
  5. 如申請專利範圍第3項之匹配器，其中該複數之第1二極體中以反向串聯所連接的二個第1二極體係直接連結。
  6. 如申請專利範圍第4項之匹配器，其中該複數之第1二極體中以反向串聯所連接的二個第1二極體係直接連結。
  7. 如申請專利範圍第2至6項中任一項之匹配器，其中該並聯部係包含有：複數之第2二極體，係分別具有可變電容之二極體，且為包含該第2二極體的該複數之第2二極體，相對於該第2電容器而設於該節點之側；以及複數之第2電容器，係包含該第2電容器；分別包含有該複數之第2二極體中的一個第2二極體，以及該複數之第2電容器中串聯連接於該一個第2二極體的一個第2電容器的複數之第2元件群，係在該節點與該接地點之間依序連接；該複數之直流電源中的另一個直流電源係以對該複數之第2二極體施加逆偏壓電壓的方式來加以設置。
  8. 如申請專利範圍第7項之匹配器，其中於該複數之第2二極體中串聯連接的二個第2二極體之間係設有該複數之第2電容器中的一個第2電容器。
  9. 如申請專利範圍第6項之匹配器，其中該複數之第2二極體中反向串聯連接的二個第2二極體係直接連結。
  10. 一種電漿處理裝置，具備：腔室本體，係提供腔室；高頻電源；電極，係用以於該腔室內生成電漿或是生成偏壓的電極，且會電性連接於該高頻電源；以及匹配器，係如申請專利範圍第1至8項中任一項之匹配器，且會連接於該高頻電源與該電極之間。
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