專利名稱：匹配電路和等離子加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路和等離子加工裝置，該電路和等離子加工裝置用于加工半導(dǎo)體，液晶裝置等的電子器件以及微電機(jī)的電子器件。
此外，盤狀天線11通過絕緣板12與襯底電極7相對(duì)地固定在真空容器1上部壁面的內(nèi)部表面上。天線11的下部表面覆蓋有蓋子13。圍繞天線11，導(dǎo)體環(huán)14通過絕緣環(huán)15固定在真空容器1上部壁面的內(nèi)部表面上。采用這種布置，環(huán)形等離子體陷阱16設(shè)置在導(dǎo)體環(huán)14和天線11之間和絕緣環(huán)15和絕緣板12之間。天線11設(shè)有穿過絕緣板12和真空容器1上壁的供給棒17，并且由同軸管19通過匹配電路20從用于天線的高頻電源供給供給棒17頻率為f＝100MHz的高頻電。
如果在真空容器1內(nèi)部排放和充滿規(guī)定壓力的規(guī)定氣體的狀態(tài)下供給襯底電極7和天線11高頻電，那么在真空容器1中產(chǎn)生等離子，使放置在襯底電極7上的襯底6被等離子加工。
匹配電路20通過將天線11的阻抗與用作同軸線的同軸管19的特性阻抗相匹配降低電能損失。匹配電路20由圖5所示的電路構(gòu)成。即，同軸管19連接到輸入端子21，用作第一可變電抗元件的第一可變電容22的一端通過用作電感的銅板23連接到輸入端子21上。第一可變電容22的另一端經(jīng)過外殼24接地。用作第二可變電抗元件的第二可變電容25的一端通過用作電感的銅板26連接到輸入端子21上。第二可變電容25的另一端連接到匹配電路20的輸出端子27上，天線11連接到輸出端子27上。
然而，傳統(tǒng)的等離子加工裝置的匹配電路能夠?qū)崿F(xiàn)匹配的范圍較窄。因此，即使當(dāng)改變氣體的類型和流速的排放條件，真空容器的壓力，高頻電等，匹配電路20僅僅在有限的排放條件能夠確保匹配。此外，如果在等離子加工過程中氣體類型，氣體流速，真空容器中的壓力和高頻電中的任一項(xiàng)被改變，當(dāng)在此變化之前和之后天線11的阻抗變化較大達(dá)到匹配狀態(tài)有時(shí)要花費(fèi)五到十秒。如果天線11的阻抗變化太大，匹配狀態(tài)有時(shí)不能得到。再者，如果供給天線11的高頻電的頻率增加，則過強(qiáng)的電流流過匹配電路20的第一可變電容22和第二可變電容25，并且在其兩端產(chǎn)生過壓，特別是在第二可變電容25的兩端產(chǎn)生過壓。由此導(dǎo)致該問題，即溫度局部升高并且匹配狀態(tài)變得不穩(wěn)定。
作為解決上述問題的方法，本發(fā)明提供一種匹配電路，包括輸入端子；輸出端子；第一固定電抗元件；第二固定電抗元件，第二固定電抗元件串聯(lián)連接到其另一端接地的第一固定電抗元件上；第一可變電抗元件，第一可變電抗元件的一端連接到輸入端子上并且第一可變電抗元件的另一端連接到第一固定電抗元件和第二固定電抗元件之間的點(diǎn)上；第二可變電抗元件，第二可變電抗元件的一端連接到第二固定電抗元件上并且第二可變電抗元件的另一端接地；及帶狀線，帶狀線的一端連接到第二可變電抗元件和第二固定電抗元件上并且?guī)罹€的另一端連接到輸出端子上。
假定施加到輸入端子上的高頻電的波長是λ(m)，則從輸出端子到連接到輸出端子上的天線的長度D1(m)和帶狀線的長度D2(m)的總和D1+D2應(yīng)當(dāng)優(yōu)選滿足下面的表達(dá)式λ/32+λ/2×(n-1)≤D1+D2≤-λ/32+λ/2×n(n＝1，2，3，...)。
更優(yōu)選的方式是，長度D1+D2滿足下面的表達(dá)式λ/16≤D1+D2≤4λ/16。
第一可變電抗元件和第二可變電抗元件可以每一個(gè)是可變電容。優(yōu)選方式是，第一固定電抗元件和第二固定電抗元件中的每一個(gè)是線圈，并且所述元件串聯(lián)連接構(gòu)成一個(gè)固定線圈。第一固定電抗元件和第二固定電抗元件可以每一個(gè)都由可變電抗元件代替。
作為解決上述問題的方法，本發(fā)明提供一種等離子加工裝置，包括真空容器；用于供給氣體到真空容器中的供氣系統(tǒng)；用于將真空容器內(nèi)部抽真空的排氣系統(tǒng)；襯底電極，所述襯底電極設(shè)置在真空容器的內(nèi)部并且將被加工的襯底放置在襯底電極上；供給襯底電極高頻電的襯底電極高頻電源；與襯底電極相對(duì)地布置的天線；用于供給天線高頻電的天線高頻電源；及布置在天線和天線高頻電源之間的匹配電路，所述匹配電路包括輸入端子；輸出端子；第一固定電抗元件；第二固定電抗元件，第二固定電抗元件串聯(lián)連接到其另一端接地的第一固定電抗元件上；第一可變電抗元件，第一可變電抗元件的一端連接到輸入端子上并且第一可變電抗元件的另一端連接到第一固定電抗元件和第二固定電抗元件之間的點(diǎn)上；第二可變電抗元件，第二可變電抗元件的一端連接到第二固定電抗元件上并且第二可變電抗元件的另一端接地；及帶狀線，帶狀線的一端連接到第二可變電抗元件和第二固定電抗元件上并且?guī)罹€的另一端連接到輸出端子上。


圖1示出了本發(fā)明的匹配電路30。采用匹配電路30的等離子加工裝置與圖4所示的典型的等離子加工裝置相同，因此，既不提供其說明也不提供其圖示。
匹配電路30匹配具有同軸管19的特性阻抗的等離子加工裝置的天線11和天線的高頻電源18的阻抗。從天線高頻電源18來的同軸管19連接到輸入端子31，用作第一可變電抗元件的第一可變電容32的一端連接到輸入端子31上。第一可變電容32的另一端連接到固定線圈33的抽頭34上。固定線圈33由第一固定電抗元件33a和由抽頭34形成邊界的第二固定電抗元件33b構(gòu)成。固定線圈33的抽頭34在適當(dāng)?shù)奈恢谜{(diào)整，以便從匹配電路30的輸入端子31觀測(cè)的輸入阻抗成為50歐。位于第一固定電抗元件33a側(cè)的固定線圈33的一端連接到外殼35上以便接地。位于第二固定電抗元件33b側(cè)的另一端連接到第二可變電容36的一端，第二可變電容36用作第二可變電抗元件并且連接到帶狀線37的一端上。第二可變電容36的另一端連接到外殼35上以便接地。帶狀線37的另一端連接到匹配電路30的輸出端子38上以便連接到天線11上。帶狀線37沿外殼35布置并且形成與外殼35平行的板。圖2以立體平畫的方式示出了該匹配電路30。
用于探測(cè)從天線高頻電源18來的高頻行波和反射波的探測(cè)器39設(shè)置在輸入端子31和第一可變電容32之間。由探測(cè)器39探測(cè)到的高頻行波和反射波輸入到控制器40?？刂破?0控制第一可變電容32和第二可變電容36，以便由探測(cè)器39探測(cè)到的高頻反射波變?yōu)榱恪?br> 在本實(shí)施例中，第一可變電容32的電容C1是10到60pF，第二可變電容36的電容C2是10到609pF，固定線圈33的電感L是1.3μH，帶狀線37的長度D2是320mm，從匹配電路30的輸出端子38到天線11的長度D1是118mm，并且從匹配電路30的輸出端子38到天線11的長度D1和帶狀線37的長度D2的總和D＝D1+D2是438mm。
從匹配電路觀測(cè)的等離子的阻抗不大于約5歐，并且在本實(shí)施例中它是1歐，在負(fù)載端提供一種幾乎短路的狀態(tài)。當(dāng)高頻電通過特征阻抗Z0的帶狀線37施加在短路端上時(shí)，在短路點(diǎn)產(chǎn)生具有節(jié)點(diǎn)的駐波，如圖3所示。此時(shí)，從位于距負(fù)載端λ/4的點(diǎn)觀測(cè)負(fù)載側(cè)的阻抗Zin變?yōu)闊o窮大。因此，當(dāng)高頻電從距負(fù)載端λ/4的點(diǎn)供給時(shí)，電流在負(fù)載端最大，并且在供電端電流最小。
然而，如果阻抗Zin為無窮大，則不能實(shí)現(xiàn)與高頻電源18的阻抗匹配。因此，除了帶狀線37之外匹配電路30的元件距離負(fù)載端由下面表達(dá)式表示的長度布置。即，從匹配電路30的輸出端子38到天線11的長度D1和帶狀線37的長度D2的總和D＝D1+D2設(shè)定在下面的表達(dá)式的范圍內(nèi)λ/32+λ/2×(n-1)≤D1+D2≤-λ/32+λ/2×n(n＝1，2，3，...)長度D1+D2的優(yōu)選范圍由下面的表達(dá)式表示λ/16≤D1+D2≤4λ/16如上文所述，通過提供帶狀線37和設(shè)定長度D1+D2在上述的范圍內(nèi)，流過第二可變電容36的電流減小。從匹配電路30觀測(cè)的負(fù)載阻抗由帶狀線37的長度支配并且當(dāng)氣體類型，氣體流速的排放條件，壓力，高頻電燈改變時(shí)不被天線11的阻抗變化影響。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)的匹配范圍變寬，并且匹配狀態(tài)穩(wěn)定。
在上述的實(shí)施例中的真空容器1的形狀和天線11的形狀每一個(gè)都僅僅作為例子示出，并且不必說，本發(fā)明的這些形狀能夠以各種方式改變和修改。
在上述的實(shí)施例中，施加在電線11上的高頻電的頻率設(shè)為100MHz。然而，匹配電路30中的帶狀線37有效運(yùn)行的頻率不低于約50MHz。因此，施加在電線11上的高頻電的頻率需要不低于約50MHz。
盡管在前面的實(shí)施例中可變電容32和36用作第一可變電抗元件和第二可變電抗元件，但采用其它可變?cè)?，例如可變電感也是可接受的。盡管第一固定電抗元件和第二固定電抗元件由一個(gè)固定線圈33提供，但它們可以由單獨(dú)的元件提供。再者，第一固定電抗元件和第二固定電抗元件可以由可變電感或可變電容提供，而不是固定元件。
需要注意，在用于電感耦合等離子源的線圈和用于表面波等離子源的電磁輻射天線的情形中本發(fā)明仍然有效。
從上述內(nèi)容可以看出，根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)定從匹配電路的輸出端子到天線的長度D1和帶狀線的長度D2的總和D1+D2在上述的范圍內(nèi)，流過第二可變電抗的電流減小，并且能夠抑制局部溫度升高。從匹配電路觀測(cè)的負(fù)載阻抗由帶狀線的長度支配并且當(dāng)氣體類型，氣體流速的排放條件，壓力，高頻電燈改變時(shí)不被天線的阻抗變化影響。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)的匹配范圍變寬，并且匹配狀態(tài)穩(wěn)定。
盡管參照附圖，結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，充分描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)注意，多種改變和修改對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是非常明顯的。因此除非這種變化和修改偏離本發(fā)明的精神和范圍，否則，這種變化和修改被理解為在本發(fā)明權(quán)力要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種匹配電路，包括輸入端子；輸出端子；第一固定電抗元件；第二固定電抗元件，第二固定電抗元件串聯(lián)連接到其另一端接地的第一固定電抗元件上；第一可變電抗元件，第一可變電抗元件的一端連接到輸入端子上并且第一可變電抗元件的另一端連接到第一固定電抗元件和第二固定電抗元件之間的點(diǎn)上；第二可變電抗元件，第二可變電抗元件的一端連接到第二固定電抗元件上并且第二可變電抗元件的另一端接地；及帶狀線，帶狀線的一端連接到第二可變電抗元件和第二固定電抗元件上并且?guī)罹€的另一端連接到輸出端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中，假定施加到輸入端子上的高頻電的波長是λ(m)，則從輸出端子到連接到輸出端子上的天線的長度D1(m)和帶狀線的長度D2(m)的總和D1+D2滿足下面的表達(dá)式λ/32+λ/2×(n-1)≤D1+D2≤-λ/32+λ/2×n(n＝1，2，3，...)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的匹配電路，其中，長度D1+D2滿足下面的表達(dá)式λ/16≤D1+D2≤4λ/16。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中第一可變電抗元件是可變電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中第二可變電抗元件是可變電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中第一固定電抗元件和第二固定電抗元件中的每一個(gè)都是線圈，并且所述元件串聯(lián)連接構(gòu)成一個(gè)固定線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中第一固定電抗元件由可變電抗元件代替。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匹配電路，其中第二固定電抗元件由可變電抗元件代替。
9.一種等離子加工裝置，包括真空容器；用于供給氣體到真空容器中的供氣系統(tǒng)；用于將真空容器內(nèi)部抽真空的排氣系統(tǒng)；襯底電極，所述襯底電極設(shè)置在真空容器的內(nèi)部并且將被加工的襯底放置在襯底電極上；供給襯底電極高頻電的襯底電極高頻電源；與襯底電極相對(duì)地布置的天線；用于供給天線高頻電的天線高頻電源；及布置在天線和天線高頻電源之間的匹配電路，所述匹配電路包括輸入端子；輸出端子；第一固定電抗元件；第二固定電抗元件，第二固定電抗元件串聯(lián)連接到其另一端接地的第一固定電抗元件上；第一可變電抗元件，第一可變電抗元件的一端連接到輸入端子上并且第一可變電抗元件的另一端連接到第一固定電抗元件和第二固定電抗元件之間的點(diǎn)上；第二可變電抗元件，第二可變電抗元件的一端連接到第二固定電抗元件上并且第二可變電抗元件的另一端接地；及帶狀線，帶狀線的一端連接到第二可變電抗元件和第二固定電抗元件上并且?guī)罹€的另一端連接到輸出端子上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的匹配電路，其中，假定施加到輸入端子上的高頻電的波長是λ(m)，則從輸出端子到連接到輸出端子上的天線的長度D1(m)和帶狀線的長度D2(m)的總和D1+D2滿足下面的表達(dá)式λ/32+λ/2×(n-1)≤D1+D2≤-λ/32+λ/2×n(n＝1，2，3，...)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種匹配電路，該匹配電路能夠?qū)崿F(xiàn)很寬的匹配范圍并且相對(duì)于負(fù)荷狀態(tài)的變化穩(wěn)定。第一可變電抗元件(32)的一端連接到匹配電路(30)的輸入端子(31)上。第一可變電抗元件(32)的另一端連接到串聯(lián)的第一固定電抗元件(33a)和第二固定電抗元件(33b)之間的點(diǎn)上。第一固定電抗元件(33a)接地，并且第二固定電抗元件(33b)連接到第二可變電抗元件(36)的一端上并且連接到帶狀線(37)的一端上。第二可變電抗元件(36)的另一端接地，并且?guī)罹€(37)的另一端連接到輸出端子(38)上。
文檔編號(hào)H01J37/32GK1430247SQ0215881
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者住田賢二, 奧村智洋, 前川幸弘, 中山一郎, 筱原己拔, 神田稔, 又村慎一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社