[发明专利]可变电容器组

说明书

可变电容器组包括导电壳体和延伸穿过壳体的端口。电气总线被设置在导电壳体内并且被耦合到端口。可变电容器组进一步包括被设置在壳体内的电容器模块。每个电容器模块包括被电气耦合到电气总线的模块输入和被电气耦合到模块输入的开关电容器支路，该开关电容器支路包括电容器以及与电容器串联的开关元件。在某些实施方式中，电容器模块中的一个或多个可以包括至少一个第二开关电容器支路。电容器模块可以进一步包括提供电容器模块的最小电容或其他已知电容的无开关或“底”电容器。每个电容器模块可以进一步通过被电气耦合到导电壳体而被接地。

相关申请的交叉引用

本专利合作条约(PCT)专利申请要求于2018年9月10日提交的题为“VariableCapacitor Bank”的第16/126,955号美国非临时申请的优先权，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开的各个方面涉及可变电容器组，并且特别地涉及用于阻抗匹配系统的可变电容器组。

背景技术

在半导体制造领域以及其他领域中，等离子体腔室具有各种可能的用途。例如，等离子体增强化学气相沉积(CVD)是用于使用等离子体腔室在基板上沉积薄膜的工艺。就高级别而言，射频(RF)电源被耦合到等离子体腔室，以供应电力来在腔室内点燃和维持来自反应气体的等离子体，并且从该等离子体，沉积发生在腔室内的基板上。为了实现在RF电源和等离子体负载之间的高效且准确的功率传输，阻抗匹配网络通常用于将负载阻抗(包括等离子体的阻抗)与电源的输出阻抗相匹配。

RF电源的源阻抗可以根据应用来变化；然而，行业标准是使大多数RF发生器的源阻抗为50欧姆。另一方面，负载阻抗可以基于一系列变量而广泛变化，这些变量包括但不限于发生器频率、功率、腔室压力、气体成分、等离子体点火、以及处理期间等离子体负载的其他变化。因此，在大多数应用中，匹配网络用于调整负载阻抗，使得其保持与源阻抗尽可能接近(例如，在大多数但并非全部情况下为50欧姆)。匹配网络通过改变电气元件以将变化的负载阻抗与发生器的输出阻抗相匹配，来解决负载阻抗的这些变化。

匹配网络通常包含电抗元件，这意味着与耗散电力的电阻性元件相反，在电场和磁场中存储能量的元件。最常见的电抗元件是电容器、电感器和耦合电感器，但是也可以使用诸如分布电路之类的其他元件。匹配网络还可以包括无损元件，包括传输线和变压器。匹配网络中的仅有的电阻性元件通常与以下组件中的损耗相关联：非理想的电抗和无损组件或不参与阻抗变换的组件(例如，用于感测电压、电流、功率或温度的组件)。

匹配网络可以包括多个可变电抗元件。例如，可以使用真空可变电容器。然而，这些是体积庞大且昂贵的。替代地，具有不同电容并且经由电气开关从并联电路中添加或移除的并联电容器组也是典型的。通常，这样的电容器组将高功率PIN二极管(由晶体管控制)用于将电容器切入和切出并联系统。

使用匹配网络的准确的阻抗匹配总体上要求对匹配网络内的电抗元件的特性有透彻的理解。例如，这样的特性可以包括当处于不同的开关状态时可变电容器的电抗的变化。然而，在操作期间，给定的匹配网络内的各种电抗元件的电磁场之间的相互作用可能引起电抗元件特性的不可预测且高度可变的变化。

正是考虑到这些观察结果以及其他方面，对本公开的各个方面进行了构思。

发明内容

在本公开的一个方面中，提供了可变电容器组。可变电容器组包括导电壳体和延伸穿过壳体的端口。电气总线被设置在导电壳体内并且被耦合到端口。可变电容器组进一步包括被设置在壳体内的电容器模块。每个电容器模块包括被电气耦合到电气总线的模块输入和被电气耦合到模块输入的开关电容器支路，该开关电容器支路包括电容器以及与电容器串联的开关元件。在某些实施方式中，电容器模块中的一个或多个可以包括至少一个第二开关电容器支路。电容器模块可以进一步包括提供电容器模块的最小电容或其他已知电容的无开关(unswitched)或“底(floor)”电容器。每个电容器模块可以进一步通过被电气耦合到导电壳体而被接地。