CN103023452A - 滤波电路和具有其的双频等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出了一种滤波电路，包括：第一端和第二端；第一电感，所述第一电感的一端与所述第一端相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，且所述第一电容的另一端接地，所述第一电容与所述第一电感形成谐振回路，以滤除调频电源的低频部分；第二电感，所述第二电感的一端与所述第一电感的另一端相连；第二电容，所述第二电容的一端与所述第二电感的另一端相连，且所述第二电容的另一端与所述第二端相连；和第三电感，所述第三电感与所述第二电容并联，形成谐振回路，以滤除调频电源的高频部分。通过本发明实施例的滤波电路能够提供较宽的频带，从而能够在双频应用中使用频率可调电源。

Description

滤波电路和具有其的双频等离子处理装置
技术领域
本发明涉及微电子制造技术领域，特别涉及一种滤波电路和具有其的双频等离子处理装置。
背景技术
在集成电路中的金属材料多通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)方法制备。物理气相沉积或溅射(Sputtering)沉积技术是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺；而在集成电路制造行业中，多特指磁控溅射(Magnetron Sputtering)技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以构成金属接触、金属互连线等。
双频等离子体能量传输技术被广泛应用到PVD反应室中工艺气体的激活中，对提高等离子体刻蚀均匀性有显著的改善。所谓双频能量输入就是将两种不同频率的能量同时输入到反应腔室。通常频率小于10MHz的低频电源用来控制等离子体能量，大于10MHz的高频电源用来控制等离子体浓度。目前常用的低频电源有2MHz等，高频电源有13.56/13.60MHz等。为了将射频电源的能量有效地传输到腔室，需要在高频电源和等离子腔室负载之间安装阻抗匹配装置。由于等离子体的阻抗是实时变化的，为了能实时匹配阻抗，匹配装置通常是自动进行匹配的。为了在目前的PVD腔室中获得更好的工艺效果，几乎都用了两种不同频率的电源，因此需要采取一定的措施来防止两种频率之间的干扰，在不同频率电源的射频回路上增加一些隔离的滤波电路防止这种干扰现象发生。
如图1所示，是专利号为US20040851325的美国专利的等离子体处理装置。该技术的缺点是，用于滤波电路隔离的谐振滤波电路是单一频率的，如下图2所示，只能对2MHz频率的信号进行衰减，其中，1’为衰减特性(横坐标为频率，纵坐标为单位dB)，2’为传输特性，目前使用的低频电源如2MHz(1.765MHz-2.165MHz)电源都是具有调频的功能，因此该设计不能满足频率可调电源的应用。
如图3a和3b所示，是专利号为02815529.7的中国专利的等离子体处理装置的示意图。
综上所述，现有技术的缺点是没有考虑到电源具有的调频作用，因此现有的设计都是针对单一频率电源的。然而，目前使用的电源特别是低频电源都具备调频功能，例如AE公司的HFV8000电源，其工作频率在2.165-1.765MHz，通过频率的调节来实现阻抗匹配。为了让该频段的功率，不进入到另外的电极，该电极常用的频率为13.56MHz。因此，如何为具有调频功能的电源，例如低频电源，提供宽频段的滤波电路成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，特别是解决目前滤波电路无法适应具有调频功能的电源的缺陷。
本发明实施例第一方面提出了一种滤波电路，包括：第一端和第二端；第一电感，所述第一电感的一端与所述第一端相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，且所述第一电容的另一端接地，所述第一电容与所述第一电感形成谐振回路，以滤除频率可调电源的低频部分；第二电感，所述第二电感的一端与所述第一电感的另一端相连；第二电容，所述第二电容的一端与所述第二电感的另一端相连，且所述第二电容的另一端与所述第二端相连；和第三电感，所述第三电感与所述第二电容并联，形成谐振回路，以滤除所述频率可调电源的高频部分。
在本发明的一个实施例中，所述第一端与低频电源相连，所述第二端与高频电源相连，其中，所述低频电源为频率可调电源。
本发明实施例还提出了一种双频等离子处理装置，包括：第一匹配器、第一滤波电路、第二滤波电路和第二匹配器，其中，所述第二滤波电路为如上所述的滤波电路，用于对频率可调电源所提供的功率进行滤波。
在本发明的一个实施例中，还包括：第一电源和第二电源，其中，所述第一电源为频率可调电源；输出端，所述输出端分别与所述第一滤波电路的输出端和所述第二滤波电路的第一端相连；其中：所述第一匹配器的输入端与所述第一电源相连；所述第一滤波电路的输入端与所述第一匹配器的输出端相连，用于对所述第二电源所提供的功率进行滤波；所述第二匹配器的输入端与所述第二电源相连，所述第二匹配器的输出端与所述第二滤波电路的第二端相连。
在本发明的一个实施例中，所述输出端与PVD设备的静电卡盘相连。
在本发明的一个实施例中，所述第一电源的工作频率小于所述第二电源的工作频率。
在本发明的一个实施例中，第一匹配器进一步包括：第三电容，所述第三电容的一端与所述第一匹配器的输入端相连，且所述第三电容的另一端接地；和第四电容，所述第四电容的一端与所述第一电源相连，且所述第四电容的另一端与所述第一匹配器的输出端相连。
在本发明的一个实施例中，所述第一滤波电路进一步包括：第五电容，所述第五电容的一端与所述第一滤波电路的输入端相连，所述第五电容的另一端与所述第一滤波电路的输出端相连；第四电感，所述第四电感与所述第五电容并联。
在本发明的一个实施例中，所述第二匹配器进一步包括：第六电容，所述第六电容的一端与所述第二匹配器的输入端相连，且所述第六电容的另一端接地；和第七电容，所述第七电容的一端与所述第二电源相连，且所述第七电容的另一端与所述第二匹配器的输出端相连。
通过本发明实施例的滤波电路能够提供较宽的频带，从而能够在双频应用中使用频率可调电源。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术中一种等离子体处理装置的示意图；
图2为现有技术中一种等离子体处理装置的滤波特性示意图；
图3a和3b为现有技术中另一种等离子体处理装置的示意图；
图4为本发明实施例的滤波电路结构图；
图5为本发明一个具体实施例滤波电路中各个元件值的示意图；
图6为本发明实施例的滤波电路的滤波特性曲线示意图；
图7为本发明实施例双频等离子处理装置的结构图；
图8为本发明实施例双频等离子处理装置从低频电源至高频电源的滤波传输衰减特性示意图；
图9为本发明实施例双频等离子处理装置中第二滤波电路对匹配器匹配范围的影响示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图4所示，为本发明实施例的滤波电路结构图。该滤波电路包括第一端、第二端、第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2、第二电容C2和第三电感L3。其中，第一电感L1的一端与第一端相连，第一电容C1的一端与第一电感L1的另一端相连，且第一电容C1的另一端接地。在该实施例中，第一电容C1与第一电感L1形成谐振回路，以滤除频率可调电源的低频部分。其中，第二电感L2的一端与第一电感L1的另一端相连，第二电容C2的一端与第二电感L2的另一端相连，且第二电容C2的另一端与第二端相连，第三电感L3与第二电容C2并联，形成谐振回路，以滤除频率可调电源的高频部分。
在本发明的一个实施例中，第一端可与低频电源相连，第二端可与高频电源相连，其中，低频电源为频率可调电源。本发明可以通过第一电容C1和第一电感L1构成的低频谐振回路对低频电源进行滤波。在该实施例中，图4所示的滤波电路可以使得高频电源的功率通过，而阻止低频电源对高频电源的干扰。需要说明的是，在该实施例中频率可调电源(即低频电源)包括低频部分和高频部分，但是频率可调电源的高频部分的频率依然小于高频电源的频率，此处所述的高频部分仅是相对于低频部分而言的。
此外，在该实施例中，第二电感L2还用于调节滤波电路对于高频电源的通过特性。
如图5所示，为本发明一个具体实施例滤波电路中各个元件值的示意图。参照图5，第一电容C1约为780pF、第一电感L1约为10.45μH、第二电感L2约为0.2μH、第二电容C2约为680pF、第三电感L3约为8.11μH。如图6所示，为该滤波电路的滤波特性曲线示意图。其中，曲线100为反射特性，横坐标为频率，纵坐标为单位dB，从曲线100可以看出在频率为13.56MHz时回波损耗在-40dB以下，并且几乎没有反射。其中，曲线200为传输特性，从曲线200可以看出该滤波电路在1.765-2.165MHz之间有很好的衰减特性。从图6中可以看出，通过图5中对滤波电路中各个元件值的设定，可以使得滤波电路对高频如8MHz以上的频率基本没有衰减，使高频电源的功率通过，而在1.765-2.165MHz之间有很好的衰减特性，从而阻止低频电源对高频电源的干扰。
如图7所示，为本发明实施例双频等离子处理装置的结构图。该双频等离子处理装置包括第一匹配器1300、第一滤波电路1400、第二滤波电路1500、第二端1600、第二匹配器1700。其中，第二滤波电路为如上所述的滤波电路，用于对频率可调电源所提供的功率进行滤波。
在该实施例中，双频等离子处理装置还包括第一电源1100和第二电源1200，其中，第一电源1100为频率可调电源。具体地，第一电源1100的工作频率小于第二电源1200的工作频率，且第一电源1100为频率可调电源，例如工作频率在1.765-2.165MHz之间的频率可调电源，第二电源1200可为高频电源(13.56MHz)。第一匹配器1300的输入端与第一电源1100相连，第一滤波电路1400的输入端与第一匹配器1300的输出端相连，第一滤波电路1400用于对第二电源1200所提供的功率进行滤波。此外，第二滤波电路1500为本发明实施例所述的滤波电路，用于对第一电源1100所提供的功率进行滤波。输出端1600分别与第一滤波电路1400的输出端和第二滤波电路1500的第一端相连，第二匹配器1700的输入端与第二电源1200相连，第二匹配器1700的输出端与第二滤波电路1500的第二端相连。
在本发明的一个实施例中，输出端1600与PVD设备的静电卡盘相连。当然在本发明的其他实施例中，输出端1600也可与PVD设备的其他部分相连。
在本发明的一个实施例中，第一匹配器1300进一步包括第三电容C3和第四电容C4。其中，第三电容C3的一端与第一匹配器1300的输入端相连，且第三电容C3的另一端接地，第四电容C4的一端与第一电源1100相连，且第四电容C4的另一端与第一匹配器1300的输出端相连。
在本发明的一个实施例中，第一滤波电路1400进一步包括第五电容C5和第四电感L4。其中，第五电容C5的一端与第一滤波电路1400的输入端相连，第五电容C5的另一端与第一滤波电路1400的输出端相连，第四电感L4与第五电容C5并联。在本发明的具体实施例中，第五电容C5可为275pF，第四电感L4可为0.5μH。
在本发明的一个实施例中，第二匹配器1700进一步包括第六电容C6和第七电容C7。其中，第六电容C6的一端与第二匹配器1700的输入端相连，且第六电容C6的另一端接地，第七电容C7的一端与第二电源1200相连，且第七电容C7的另一端与第二匹配器1700的输出端相连。
如图8所示，为本发明实施例双频等离子处理装置从低频电源至高频电源的滤波传输衰减特性示意图。从该图中可以看出，该滤波电路对2MHz频率附件的一段频率都具有良好的衰减作用，而在13.56MHz附近基本没有衰减，少量有衰减的原因是滤波网络对匹配有一定影响所造成的，通过调整匹配器的电容即可消除。
如图9所示，为本发明实施例双频等离子处理装置中第二滤波电路对匹配器匹配范围的影响示意图。其中，曲线300为原有匹配范围，曲线400为添加第二滤波电路之后的匹配范围，从图中可以看出增加了第二滤波电路之后对匹配范围几乎没有影响。
通过本发明实施例的滤波电路能够提供较宽的频带，从而能够在双频应用中使用频率可调电源。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种滤波电路，其特征在于，包括：
第一端和第二端；
第一电感，所述第一电感的一端与所述第一端相连；
第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端相连，且所述第一电容的另一端接地，所述第一电容与所述第一电感形成谐振回路，以滤除频率可调电源的低频部分；
第二电感，所述第二电感的一端与所述第一电感的另一端相连；
第二电容，所述第二电容的一端与所述第二电感的另一端相连，且所述第二电容的另一端与所述第二端相连；和
第三电感，所述第三电感与所述第二电容并联，形成谐振回路，以滤除所述频率可调电源的高频部分。
2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一端与低频电源相连，所述第二端与高频电源相连，其中，所述低频电源为所述频率可调电源。
3.一种双频等离子处理装置，包括：第一匹配器、第一滤波电路、第二滤波电路和第二匹配器，其特征在于，所述第二滤波电路为根据权利要求1或2所述的滤波电路，用于对频率可调电源所提供的功率进行滤波。
4.根据权利要求3所述的双频等离子处理装置，其特征在于，还包括：
第一电源和第二电源，其中，所述第一电源为频率可调电源；
输出端，所述输出端分别与所述第一滤波电路的输出端和所述第二滤波电路的第一端相连；
其中：
所述第一匹配器的输入端与所述第一电源相连；
所述第一滤波电路的输入端与所述第一匹配器的输出端相连，用于对所述第二电源所提供的功率进行滤波；
所述第二匹配器的输入端与所述第二电源相连，所述第二匹配器的输出端与所述第二滤波电路的第二端相连。
5.根据权利要求4所述的双频等离子处理装置，其特征在于，所述输出端与PVD设备的静电卡盘相连。
6.根据权利要求4所述的双频等离子处理装置，其特征在于，所述第一电源的工作频率小于所述第二电源的工作频率。
7.根据权利要求6所述的双频等离子处理装置，其特征在于，第一匹配器进一步包括：
第三电容，所述第三电容的一端与所述第一匹配器的输入端相连，且所述第三电容的另一端接地；和
第四电容，所述第四电容的一端与所述第一电源相连，且所述第四电容的另一端与所述第一匹配器的输出端相连。
8.根据权利要求6所述的双频等离子处理装置，其特征在于，所述第一滤波电路进一步包括：
第五电容，所述第五电容的一端与所述第一滤波电路的输入端相连，所述第五电容的另一端与所述第一滤波电路的输出端相连；
第四电感，所述第四电感与所述第五电容并联。
9.根据权利要求6所述的双频等离子处理装置，其特征在于，所述第二匹配器进一步包括：
第六电容，所述第六电容的一端与所述第二匹配器的输入端相连，且所述第六电容的另一端接地；和
第七电容，所述第七电容的一端与所述第二电源相连，且所述第七电容的另一端与所述第二匹配器的输出端相连。
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