CN101896034A - 射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室 - Google Patents

Abstract

一种应用于等离子体反应腔室上的射频功率源，采用频率合成或射频信号振荡器方式产生N个射频信号，并通过宽带功率放大器将该N个射频信号功率加以放大，随后分离该经过放大的信号。于是射频系统的输出是具有多种频率的射频功率。可选地，这些频率是可以切换的，这样使用者就可以选择射频功率源系统所输出的频率。本发明进一步公开了一种使用该射频功率源的等离子体反应腔室。

Description

射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室

本案是申请号为200710039453.5，申请日为2007年4月13日，名称为“射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室”的专利申请的分案申请。

【技术领域】

本发明涉及应用于等离子体反应腔室中的射频功率源，特别涉及可以产生多种频率的射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室。

【背景技术】

现有技术中已经有使用两种射频频率(双频)的等离子体反应腔室。一般来说，双频等离子体反应腔室接收的射频偏置功率(RF bias power)的频率低于约15MHz，射频源功率(RF source power)的频率较高，一般在40-200MHz。射频偏置功率是指用以控制离子能量和能量分布的射频功率，而射频源功率是指用以控制等离子体中的离子解离(plasma ion dissociation)或等离子体密度(plasma density)的射频功率。在某些特定应用中，人们运用偏置频率为2MHz或13MHz、源频率为27MHz、60MHz、100MHz或更高的频率在等离子体反应腔室中进行蚀刻工艺处理。

最近有人提出了一种让等离子体反应腔室工作在一个偏置频率和两个源频率下的方式。例如，有人提出让等离子体蚀刻反应腔室工作在2MHz偏置频率和27MHz和60MHz两个源频率下。在这种方式下，不同类型的离子的解离可以通过两个源射频(source RF)的功率加以控制。但是，在现有技术中的这些应用，每种频率都是通过一个独立的射频功率源(或射频功率发生器)来提供的。比如，若等离子体蚀刻反应腔室需要工作在三种频率下，则现有技术的反应腔室就必须提供三台独立工作的射频功率源来满足工作需要。众所周知，射频功率源的费用非常昂贵，大大地增加了使用者的使用成本。欲获得进一步的信息，请参看美国专利号6,281,469和7,144,521，以及美国申请专利公开号2005/0264218。

在等离子体反应腔室实际工作过程中，有时需要反应腔室同时工作在2MHZ偏置频率和60MHZ的源频率下；而有时又需要反应腔室同时工作在13MHZ偏置频率和60MHZ的源频率下。现有技术的做法是给等离子体反应腔室提供三台独立的射频功率源(或射频功率发生器)，通过分别控制每一个独立的射频功率源来提供不同的频率组合。但这种设计价格昂贵且设备占地体积大。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的可以产生多种频率的射频功率源，其可以大大节省使用者的成本，并且可靠性高。

本发明的另一目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的具有可切换的多种频率的射频功率源，其不仅可以大大节省使用者的成本、可靠性高，而且可以通过切换射频，使等离子体反应腔室能够选择性地选择工作频率，满足不同的应用(different applications)或工艺步骤(recipe steps)。

本发明是通过以下技术方法实现的：

一种射频功率源系统，包括：输出具有N个频率的N个射频信号的射频源，其中N是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信号；放大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过放大的射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号。

一种射频功率源系统，包括：第一射频源，输出具有第一频率的第一射频信号；第二射频源，输出具有第二频率的第二射频信号；射频功率合成器，将第一和第二射频信号合成，输出一个合成的射频信号；宽带放大器，用以放大该合成的射频信号，以提供一个经过放大的信号；射频功率分离器，用以接收该经过放大的信号，并提供第一放大射频功率和第二放大射频功率；匹配电路，用以接收该第一放大射频功率和该第二放大射频功率。

一种等离子体反应腔室，包括：真空反应腔室，用来在其中产生等离子体；射频功率源，可提供频率为f1的射频功率；射频源，可以输出具有N个不同频率的N个射频信号，其中N是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信号；放大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过放大的射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号；匹配电路，用以将该频率f1以及该N个频率中的至少一个频率的射频功率耦合到该真空反应腔室中。

本发明的不同方面提供了具有单个频率源射频功率和双频射频偏置功率的等离子体反应腔室。利用该发明系统，离子的轰击能量以及能量分布可以通过两个不同的频率来控制。例如，若需要高轰击能量，反应腔室可用2MHz射频偏置功率驱动，而需要较柔和的离子轰击时，反应腔室可工作于13MHz射频偏置功率下。当然，反应腔室也可同时加载相同或不同功率级别的两种射频偏置。

作为本发明的其它方面，提供一个射频功率源，可以实现可切换的多种频率的射频功率。该系统采用频率合成或射频信号振荡器方式产生N个射频信号，并通过宽带功率放大器将该N个射频信号功率加以放大，随后分离该经过放大的信号。于是系统的输出是具有多种频率的射频功率。这些频率是可以切换的，这样使用者就可以选择系统所输出的频率。

【附图说明】

本说明书中包含的附图，作为本说明书的一部分，示出了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释和描述本发明的原理和实施。附图旨在以一种概略的方式描绘所述实施例的主要特征。附图的目的并不在于描述实际实施方式的每一详细特征，也不在于描绘所述元件的真正尺寸，并且元件不是按比例绘制。

图1是现有技术中多频率等离子体反应腔室的示意图，其连接有一个偏置射频功率和两个源射频功率发生器。

图2是本发明多频率等离子体反应腔室的第一种实施方式的示意图，其连接有两个偏置射频功率和一个源射频功率发生器。

图3描绘了一种利用单射频功率源提供可切换的多种频率的射频功率的实施方式。

图4A和4B描绘了本发明中提供一个合成的双频射频系统和独立的射频功率源的实施方式。

图5描绘的是采用单个射频信号发生器提供多种频率的实施方式。

图6提供了本发明多频率系统的另一种实施方式。

图7提供了本发明多频率系统的又一种实施方式。

图8提供了本发明中多频率系统的一种不使用合成器的实施方式。

图9是根据本发明一种实施方式采用两个偏置频率进行工艺处理的实施方式。

图10所示为本发明多频率系统的再一种实施方式。

图11所示为图10所示中的切换电路与匹配电路的电路连接方式。

【具体实施方式】

图1是现有技术中的多频率等离子体反应腔室的示意图，其连接有一个射频偏置功率源或射频偏置功率发生器(one RF bias power generator)和两个源射频功率源或源射频功率发生器(two source RF power generators)。具体而言，图1所示的等离子体反应腔室100具有一个上电极105、下电极110和在两个电极之间产生的等离子体120。通常，上电极105一般嵌设于反应腔室顶盖上，而下电极110一般嵌设于下方的阴极组件上，所述阴极组件上用于放置待处理的半导体工艺件，如，半导体晶片。如图1中所示，偏置射频功率源125通过匹配电路140为反应腔室100提供射频功率。射频偏置频率为f1，一般为2MHz或约13MHz(更精确地，是13.56MHz)，一般加载到下电极110上。图1同时示出了两个射频源功率源130和135，工作频率分别为f2和f3。比如，f2可设为27MHz，f3可设为60MHz。所述射频源功率源130和135分别通过匹配网络145和150向反应腔室100提供功率。射频源功率可以加载到下电极110或上电极105上。需要注意的是，在本专利中的所有的图示中，所有匹配网络的输出都被表示为合成到一个指向反应腔室中的箭头，这是一种示意性的表示，用于包括所有通过匹配网络到等离子体的耦合，无论是通过下电极、顶盖上的电极、或是通过感性耦合线圈等等耦合的都被包括在内。例如，偏置功率可以通过下电极耦合，而源功率可以通过气体喷头中的电极或电感线圈耦合。相反地，偏置功率和源功率也可以通过下电极耦合。

图2是本发明第一种实施方式多频率等离子体反应腔室的示意图，它具有两个射频偏置功率发生器和一个射频源功率发生器。图中，两个射频偏置功率源225和255分别通过匹配电路240和245向反应腔室200提供射频偏置功率。射频偏置频率为f1，其中心频率一般是2MHz，而射频偏置频率f2的中心频率一般为13MHz。两个射频偏置一般都加载到下电极210上。这样，就可以实现改进的离子能量以及能量分布的控制。例如，对于需要较高的轰击能量的场合下，例如前端蚀刻应用，可使用2MHz功率源，而对于需要较柔和的轰击能量的场合下，例如后端蚀刻应用，则采用13MHz。图2同时示出了一个源射频功率源235，工作频率为f3，如27MHz、60MHz、100MHz等等。源功率235通过匹配网络250直接送入至反应腔室200。源功率可以加载到下电极210或上电极205上。源功率被用来控制等离子体密度，即，等离子体的离子解离。

在本发明中，采用匹配电路来将射频功率耦合到反应腔室中。该匹配电路一般可以包括若干个匹配网络，并且任何合适的匹配网络都可以使用。然而，为了获得较好的使用效果以及实现不同功率源之间至少15db以上功率的相互隔离，推荐采用申请人拥有的专利申请序列号为11/350,022、申请日为2006年2月8日的美国专利申请中提及的匹配网络。

如前文所述，在现有技术中，各种射频偏置功率和源功率是通过独立的射频功率源产生(separate RF power suppliers)的。然而，射频功率源中的功率放大器相对昂贵，并且多个射频功率源造成制造成本升高和可靠性降低的问题，由此，根据本发明的不同方面，本发明提供一种改进的架构，实现产生多种射频功率，可以降低成本，并提高系统的可靠性。

根据本发明的一个方面，采用多个射频信号发生器，例如晶体振荡器或频率合成器，从这些射频信号发生器产生的信号经过合成再通过宽带放大器(wide-band amplifier，如，FET放大器)进行放大。经过放大的信号再经过分离并送入适当的射频系统匹配网络。控制器用来决定激励哪一个频率信号发生器，于是就可以选择系统所输出的频率，这样就节省了放大器的数量。简而言之，本发明的系统采用单个射频功率发生器来提供可切换的、多种频率的射频功率。此外，传统的射频放大器需要高质量的直流电源才能正常地工作。而本发明仅使用一个射频放大器，可以节省由于使用多个直流电源而带来的开支。

图3显示了一种采用单射频功率源(single RF power)提供多种频率的射频功率(multiple-frequency RF power)的实施方式。在图3中，射频信号发生器325、330和335分别提供频率为f1、f2和f3的射频信号。射频信号发生器可以是振荡器(比如，晶体振荡器)、频率合成器，比如，直接式数字频率合成器(Direct digital frequency synthesizer，DDS)或锁相环合成器(Phase locked loop frequency synthesizers)等等。在一种实施方式中，f1设置为2MHz，f2设置为13MHz，而f3设置为60MHz。三个信号发生器325、330和335的输出随后由合成器355进行合成，再送给宽带功率放大器(wide-band power amplifier，WBPA)360。宽带功率放大器360将合成的射频信号放大，并输出一个合成的经过放大的具有三个频率f1、f2和f3的射频信号。该合成的经过放大的射频信号随后利用射频功率分离器得出不同的频率输出。所述射频功率分离器可以是低通滤波器365、带通滤波器370和高通滤波器380滤波，接着，不同滤波器的输出，比如f1、f2和f3，分别施加到匹配网络340、345和350。这样，只要使用一个放大器，系统就可以提供三路射频功率信号。在使用时，控制器385用来控制射频信号发生器的激励。需要说明的是，在图3中，示出了三个射频信号发生器325、330和335用于分别产生不同的射频频率，这仅是为了便于阅读人员的理解而作出的示意性的绘图，应当理解，也可以仅采用单个的射频信号发生器(比如，直接式数字频率合成器，或未来发明出的更佳的单个的射频信号发生器)就可以产生三个或若干个不同的射频频率，采用该单个的射频信号发生器可靠性更高。

可以理解，根据本发明的一种实施方式，可以运用射频信号发生器325和330来提供射频偏置功率，而信号发生器335用来提供射频源功率。在这种配置下，控制器385会激励信号发生器335至合适的功率来产生所期望的离子解离。控制器385还可以激励射频信号发生器325和330中的一个或两个来获得所期望的离子轰击能量。例如，对于需要得到高轰击能量的场合，控制器385可以只激励射频信号发生器325，而对于需要得到低轰击能量的场合，控制器385可以只激励射频信号发生器330。

另一方面，这一配置也可以用于使用两个射频源功率为系统提供功率。在这种配置方式下，射频信号发生器325可设为如2MHz或13MHz来提供偏置功率，而射频信号发生器330可设为如27MHz，射频信号发生器335可被设为60MHz，这样就可提供两个频率源功率来控制等离子体密度。在这种配置方式下，控制器385会激励射频信号发生器325以提供偏置功率，并激励射频信号发生器330和335以提供源功率。

图4A描述了本发明的一种实施方式，提供一个合成的双频射频系统以及独立的高频功率源。图4A中，频率f3如传统上使用的方式运用传统的射频功率源435连接至传统的匹配网络450上。然而，频率f1和f2是用本发明的一种实施方式来提供的，即用合成器455将射频信号发生器425和430的输出合成，并用宽带功率放大器460放大，随后用低通滤波器465和带通滤波器470进行分离。经过放大的射频信号再输入匹配网络440和445。

图4A的实施方式可以通过单偏置和双源频率来改善现有技术的多频率反应腔室。在这一设置中，射频功率源435的频率f3设定为偏置频率，如，2MHz。源频率由射频信号发生器425和430提供，并设定频率f1和f2，如27MHz和60MHz。

相反地，根据本发明主旨，图4A所示设置可被用于驱动一个反应腔室，其中两个偏置频率和单个源频率配合使用。在这种配置方式下，射频功率源435的频率f3设为源频率，比如60MHz。另一方面，频率f1和f2设定为偏置频率，比如2MHz和13MHz。如图3所示实施方式一样，控制器485控制射频信号发生器425和430以及射频功率源435的工作。

图4B描述了图4A所示实施方式的一个变形。图4B的配置与图4A很相似，除了添加了切换开关490用以在频率f1和f2之间切换。切换开关490可以是射频功率真空继电器(RF power vacuum relay)或是PIN二极管(PIN diode)。利用这一配置，所述两个频率可用共同的AC/DC功率源、共同的射频功率放大器和共同的通信系统来产生，由此降低了成本。

图5示出了一种利用单个射频信号发生器来提供多种频率的实施方式。在图5中，射频信号发生器525提供频率为f1的射频信号。射频信号发生器525可以与图2-4中所示的射频信号发生器相似，例如一个晶体振荡器、一个频率合成器，等等。射频信号发生器525的信号经过分割，一部分提供给合成器555，另一部分加载到第一射频频率倍频器或分频器530。正如所知那样，射频频率倍频器或分频器(RF frequency multipliers or dividers)是可以产生频率比相应输入信号频率乘上一个预设因子的输出信号的设备。射频频率倍频器或分频器530的输出信号频率为f2，其中一部分输入给合成器555，而另一部分输入到第二射频频率倍频器或分频器535。在这一实施方式中，第二射频频率倍频器或分频器535的输出也同时输入到合成器555中。如图3所示实施方式，合成器555的输出信号再经过放大和滤波。

可以理解，图5所示实施方式可被用于改进现有技术的多种源功率系统，或用来驱动本发明的多偏置系统。例如，当运行一个具有多个源功率的配置方式的系统时，信号发生器525可被设为提供一个2MHz的信号，第一射频频率倍频器或分频器530的倍频系数可设为13，以提供频率为26MHz的第一源输出，而第二射频频率倍频器或分频器535的倍频系数可设为2，以提供频率为52MHz的第二源输出。另一方面，当系统采用双偏置功率等离子体反应腔室时，信号发生器525可设为提供一个约为2MHz(精确地，为2.2MHz)的信号，第一射频频率倍频器或分频器530的倍频系数可设为6，以提供频率为13MHz的第二偏置输出，第二射频频率倍频器或分频器535的倍频系数可设为5，以提供66MHz的源输出。

在图5所示的级联配置方式中，除非射频频率倍频器或分频器530同时工作，射频频率倍频器或分频器535是不能工作的。为了使控制更为灵活，系统可设为如图5虚线595所示的方式。在这种情况下，射频频率倍频器或分频器535可以选择倍频由射频频率倍频器或分频器530接收到的频率为f2的信号，或由射频信号发生器525接收到的频率为f1的信号。在此配置下，尽管射频系统频率发生器525在工作时须一直开启，但倍频器或分频器530和535中的一个或两个可以开或关。例如，假设射频信号发生器工作在2.2MHz频率下，射频频率倍频器或分频器530的倍频系数设为6，倍频器535的倍频系数设为15。那么，当通过连线590提供倍频器535的输入时，输出f3为165MHz，而当通过连线595提供倍频器535的输入时，输出f3为33MHz。于是，这一配置方式使得等离子体反应腔室可以具有双频偏置功率和双频源功率。当然，如果不需要使用四个频率，可以将连线590省去而提供三个频率。

图6提供了本发明多频率系统的又一种实施方式。在图6中，单个射频信号发生器625提供一个频率为f1的信号。该信号被加载到倍频器或分频器630和倍频器或分频器635上。来自倍频器或分频器635的信号经过功率放大器675放大，再通过匹配网络690加载到等离子体反应腔室上。另一方面，射频信号发生器625和倍频器或分频器630的输出在合成器655中合成，并经过宽带放大器660放大，采用低通滤波器665和带通滤波器670分离，再通过匹配网络640和645加载到等离子体反应腔室上。这样，频率f2可以选择性地是否加载到等离子体反应腔室600上，而与频率f1和f3的加载无关。

图7提供了本发明中再一种多频率系统的实施方式。在图7所示实施方式中，一个射频信号发生器725提供一个频率为f1的信号，再输入到合成器755和倍频器或分频器730。倍频器或分频器730的信号也提供给合成器755。合成后的信号经过宽带放大器760放大，经过放大的信号再经过低通滤波器765和带通滤波器770分离，通过匹配网络740和745加载到反应腔室700上。另一方面，还可以利用一个独立的射频功率源735提供第三频率f3，该功率源可以是一个传统的射频功率源。

根据本发明的发明精神，图8提供了一种不使用合成器的多频率系统的实施方式。在图8中，射频信号发生器825提供一个频率为f1的射频信号。信号通过切换开关865送给功率放大器855并送给倍频器或分频器830。功率放大器855输出的经过放大的信号通过匹配网络840耦合到等离子体反应腔室800。倍频器或分频器830提供一个射频输出f2，该射频输出f2是频率f1的一种倍频或分频。经过倍频或分频的信号f2通过切换开关870送给放大器860，该经过放大的输出信号再通过匹配网络845连接到反应腔室800。此外，射频功率源835提供另一频率为f3的射频信号，通过匹配网络850送给反应腔室800。

在此配置方式下，可以将一个、两个或三个频率信号送给反应腔室800。例如，射频信号发生器825可被设置为提供2.2MHz的射频信号，若倍频器或分频器830的倍频系数设为6，则f2为13MHz。射频功率源835可提供例如频率为60MHz的信号。在这种情况下，采用一种双偏置(dual bias)架构，其中控制器885可以激励射频功率源835以提供射频源功率，并开通切换开关865控制2.2MHz偏置功率，或开通切换开关870控制13MHz偏置功率，或开通两个切换开关865和870控制2.2MHz和13MHz的双偏置功率。相反地，为了提供一个双源频率反应腔室，倍频器或分频器830的倍频系数可设为如12，从而得到源频率的输出是26.4MHz。

所有上述实施方式都可用来控制等离子体反应腔室，以进行具有在第一偏置频率(a first bias frequency)下工作的第一阶段和第二偏置频率(a second bias frequency)下工作的第二阶段的加工工艺。例如，反应腔室可工作在较低的偏置频率(如约2MHZ)来进行主蚀刻步骤；然而，为了在过蚀刻时产生“软着陆”效果，系统可以切换到较高的偏置频率(如约13MHz)下工作。根据本发明的一种实施方式，图9提供了一种采用两个偏置频率实现工艺的实施方式。这个工艺过程可以是蚀刻一片半导体晶片。在步骤900中，源射频功率被激励，从而轰击等离子体。源射频功率的频率可以是如27MHz、60MHz、100MHz、160MHz等等。在步骤910中，激励第一偏置频率并将其加载到反应腔室上，以产生解离离子来在第一处理步骤(步骤920)中轰击晶片。当第一处理步骤完成后，进行步骤930，将第一偏置功率解除，而在步骤940中，激励第二偏置功率以进行步骤950中的第二次处理。在这种情况下，第一偏置频率可以是例如2MHZ，而第二偏置频率约为13MHz。

图10所示为本发明多频率系统的再一种实施方式。图10的配置与图3很相似，除了在匹配电路与滤波器之间添加了切换电路390。请结合参考图11，图11所示为图10所示中的切换电路390与匹配电路340和345的具体电路连接方式。如图11所示，切换电路390包括切换开关1090和一并联电容(shunt capacitor)1042与两个匹配电路340、345的串联部分相连接，用以实现两个频率f1、f2之间的切换以及射频功率发生器与等离子体反应腔室之间的匹配，将射频功率发生器的功率以最小反射功率的方式传输入等离子体反应腔室以及等离子体。在图10中，通过切换电路390的作用，可以依等离子体反应时的实际应用或工艺步骤的需要，得出不同的频率组合：f1与f3或f2与f3。在图11中，一个单一的并联电容1042与切换开关1090相连接。切换开关1090的每一个输出腿与匹配电路340或345相连接。匹配电路340至少包括电容元件1061和电感元件1062；匹配电路345至少包括电容元件1071和电感元件1072。两个匹配电路的输出可以被连接在一起与等离子体反应腔室的下阴极相连接。这种连接方式是通过切换开关和并联电容实现的，这可以防止能量从断开的电路(disconnected circuit)中损失。亦就是说，如图11所示，当切换开关1090与电路345相连接时，没有能量通过电路340损失，因为并联电容是连接在开关输入端的前端。因此，所有能量都被输送到等离子体反应腔室的下阴极。可以理解，该实施方式也可以用于本发明图示中的其他实施方式，比如，与图4A、图4B、图5、图6、图7、图8相连接。另外，在图10中，仅是示意性地将切换电路390连接于低通滤波器365、带通滤波器370和匹配电路340、345之间，在本发明的技术领域内的熟悉本发明的技术人员也可以很容易地想到，切换电路390也可以选择性地连接于其他滤波器和匹配电路之间；或者，切换电路390也可以变形为匹配电路的一部分。

在实际应用中，本发明图示中的各种滤波器、宽带功率放大器、合成器、倍频器或分频器、射频信号发生器均可以被集成在一个单一的射频发生器(RF generator)中，因此，本发明可以通过一个单一的射频发生器产生多种频率的输出，并且进一步地，通过射频发生器内部的切换开关或切换电路的配置，不仅可以共享射频发生器内部工作元件，从而大大节省射频发生器，而且可以根据等离子体反应时的实际应用或工艺步骤的需要，有选择性地组合输出不同的工作频率组合。因此，与现有技术中的一种频率由一个独立的射频功率源来提供的配置相比，本发明具有较多成本和应用上的优势。

此外，本发明图示中的射频功率源的各种频率输出均连接在等离子体反应腔室的下电极上，可以理解，本发明的射频功率源的各种频率输出也可以依实际应用需要部分地或全部地连接到等离子体反应腔室的上电极上，或同时部分地连接至上电极和下电极上。

本发明图示中的射频功率源可以运用于各种需要施加射频功率源的反应腔室，比如，等离子体反应腔室，可以包括但不限于：等离子体蚀刻腔室(plasma etching reactor)、等离子体增强型化学气相沉积反应腔室(plasma enhanced chemical vapor deposition reactor)、等离子体辅助型化学气相沉积反应腔室(plasma assisted chemical vapor deposition reactor)。

最后，应当理解，此处所述的工艺和技术并不与任何特定的装置直接相关，它可以用任何合适的元件组合来实现。此外，可以根据本发明所教示的内容，各种类型的通用器件均可以被应用。也可以制造专门的器材来实现本专利所述的方法及步骤，并且具有一定的优势。本发明是参照具体的实施方式来描述的，其所有方面都应为示意性的解释而非限定性的。本领域的技术人员会意识到，不同的硬件、软件和固件的组合都可适用于实施本发明。比如，所述的软件可以用很多种程序或脚本语言来描述，比如汇编、C/C++、perl、shell、PHP、Java等等。

本发明是参照具体实施方式描述的，但其所有方面都应为示意性而非限定性的。此外，通过研究本专利所揭露的发明特征和实施，熟悉本发明领域的技术人员也可以较为容易地想出其他实施方式。本专利所述实施方式的各种方面和/或元件可以在等离子体腔室技术中单独或以任意组合使用。说明书和附图中的说明的特征和实施方式应仅理解为示例性质，而本发明的真正范围和精神则是由下列权利要求书中所定义的。

Claims (29)

1.一种射频匹配连接电路，其用于给等离子体反应腔室的电极提供可切换的射频频率，所述射频匹配连接电路包括：

切换开关，其包括一输入端和一第一输出端和一第二输出端；

第一匹配电路，其包括一与所述切换开关的第一输出端相连接的输入端以及一与所述电极相连接的输出端，所述第一匹配电路被调谐工作于一第一频率；

第二匹配电路，其包括一与所述切换开关的第二输出端相连接的输入端以及一与所述电极相连接的输出端，所述第二匹配电路被调谐工作于一第二频率；

并联电容，连接于大地与所述切换开关的输入端之间。

2.如权利要求1所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述并联电容为可变的并联电容。

3.如权利要求1所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述第一匹配电路和所述第二匹配电路分别包括电容元件和电感元件。

4.如权利要求1所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述电极为所述等离子体反应腔室的上电极或下电极。

5.如权利要求1所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述切换开关的输入端进一步与一具有多种频率输出的射频功率源相连接。

6.如权利要求5所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述射频功率源包括相互连接的射频信号发生器、合成器以及宽带功率放大器。

7.如权利要求6所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述射频功率源进一步包括一倍频器或分频器与所述射频信号发生器连接。

8.如权利要求6所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述射频信号发生器包括振荡器或直接式数字频率合成器或锁相环合成器。

9.如权利要求5所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述具有多种频率输出的射频功率源为一单个射频信号发生器。

10.如权利要求9所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述单个射频信号发生器为直接式数字频率合成器，用以输出若干个不同的射频频率。

11.如权利要求1所述的射频匹配连接电路，其特征在于：所述切换开关是射频功率真空继电器或PIN二极管。

12.一种射频功率源系统，用于给等离子体反应腔室提供可切换的射频频率，包括：

第一射频功率发生器，提供具有频率为f1的射频功率信号；

第二射频功率发生器，提供具有频率为f2的射频功率信号；

切换开关，与所述第一和第二射频功率发生器相连接，并提供对所述频率f1和f2之间的切换；

第一匹配电路，其与所述切换开关的第一输出端相连接，并包括一电容元件和一电感元件；

第二匹配电路，其与所述切换开关的第二输出端相连接，并包括一电容元件和一电感元件；

控制器，与所述切换开关相连接，用于选择性地将所述切换开关的输出端连接至所述第一匹配电路或第二匹配电路。

13.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：还包括一并联电容与所述切换开关相连接。

14.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：所述第一匹配电路和所述第一匹配电路进一步与所述等离子体反应腔室的一电极相连接。

15.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：所述切换开关是射频功率真空继电器或PIN二极管。

16.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：所述频率f1和f2由一共同的AC/DC功率源产生。

17.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：还包括一共同的射频功率放大器来放大所述频率f1和f2。

18.如权利要求12所述的射频功率源系统，其特征在于：还包括：

第三射频功率发生器，提供具有频率f3的射频功率信号；以及

第三匹配电路，其与所述第三射频功率发生器相连接。

19.一种等离子体反应腔室系统，包括：

第一电极；

与所述第一电极相对设置的第二电极；

第一射频功率发生器，提供具有频率为f1的射频功率信号；

第二射频功率发生器，提供具有频率为f2的射频功率信号；

第三射频功率发生器，提供具有频率为f3的射频功率信号；

切换开关，与所述第一和第二射频功率发生器相连接，并提供对所述频率f1和f2的切换；

第一匹配电路，其与所述切换开关的第一输出端和所述第一电极相连接，并包括一电容元件和一电感元件；

第二匹配电路，其与所述切换开关的第二输出端和所述第一电极相连接，并包括一电容元件和一电感元件；

控制器，与所述切换开关相连接，用于选择性地将所述切换开关的输出端连接至所述第一匹配电路或第二匹配电路；以及

第三匹配电路，其与所述第三射频功率发生器连接，并和所述第一电极或所述第二电极中的一个相连接。

20.如权利要求19所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：还包括一并联电容与所述切换开关相连接。

21.如权利要求19所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：所述切换开关是射频功率真空继电器或PIN二极管。

22.如权利要求19所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：还包括一合成器与所述第一射频功率发生器、第二射频功率发生器以及所述切换开关相连接。

23.如权利要求22所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：还包括一宽带功率放大器与所述合成器、所述切换开关相连接。

24.如权利要求19所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：所述第一电极为下电极，所述第二电极为上电极。

25.如权利要求19所述的等离子体反应腔室系统，其特征在于：所述第一电极为上电极，所述第二电极为下电极。

26.一种可切换的射频功率源系统，用于给等离子体反应腔室提供可切换的多个低频率和一高频率，包括：

一低频率功率发生器，用于在其输出端提供低频率功率信号，并输出至少两个可选择的频率；

一高频率功率发生器，用于提供高频率功率信号；

一匹配电路，与所述低频率功率发生器的输出端连接，所述匹配电路包括：

切换开关，其包括一输入端和至少两个输出端，其输入端与所述低频率功率发生器的输出端相连接；

一可变的关联电容与所述切换开关的输入端相连接；

一第一匹配网络，与所述切换开关的一个输出端相连接；

一第二匹配网络，与所述切换开关的另外一个输出端相连接；以及

控制器，与所述切换开关相连接，用于选择性地将所述低频率功率发生器的输出端连接至所述第一匹配网络和所述第二匹配网络中的一个。

27.如权利要求26所述的射频功率源系统，其特征在于：所述第一匹配网络和第二匹配网络中的每一个分别包括一电容元件和一电感元件。

28.如权利要求26所述的射频功率源系统，其特征在于：所述切换开关是射频功率真空继电器或PIN二极管。

29.如权利要求26所述的射频功率源系统，其特征在于：还包括一功率放大器对所述低频率功率信号放大。

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