CN104733363B - 一种射频滤波电路和静电夹盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频滤波电路和静电夹盘，其中，所述射频滤波电路至少包括，第一电感线圈和第二电感线圈，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈上的中间抽头连接，所述第一电感线圈在工作时产生驻波效应，所述中间抽头位于所述驻波的电压最低处；其中，所述第一电感线圈用于限制第一频率的射频能量，所述第二电感线圈用于限制第二频率的射频能量，所述第一频率高于第二频率。本发明提供的射频滤波电路能够充分地屏蔽第一频率的射频能量，提高了射频滤波器的可靠性。

Description

一种射频滤波电路和静电夹盘

技术领域

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种能够滤除多个射频功率的射频能量的射频滤波电路以及包括该射频滤波电路的静电夹盘。

背景技术

在射频技术领域中，通常需要滤除多余的射频能量，为此，需要设置射频滤波器。而且，在一些加工工艺如等离子体加工工艺中，通常会采用多个射频频率的射频源来控制等离子体加工的不同特性。为了滤除多个不同射频频率的射频能量，现有的射频滤波器的电路图如图1所示。

图1所示的滤波电路中包括三个电感线圈L’1、L’2、L’3，其中，电感线圈L’1用于屏蔽高频率射频能量，如60MHz，电感线圈L’2和L’3用于屏蔽较低频率的射频能量，如13MHz和2MHz。如图1所示，电感线圈L’1、L’2和L’3首尾串联连接，该滤波电路能够滤除差别很大的多个射频能量。在该滤波电路中，用于屏蔽低频射频能量的滤波线圈L’2连接在用于屏蔽低频射频能量的滤波线圈L’1的末端，由于在用于屏蔽高频射频能量的滤波线圈L’1的末端通常会存在较高的电压幅度，所以，该较高幅度的电压会流向用于屏蔽低频射频能量的滤波线圈L’2和L’3，造成用于屏蔽低频射频能量的滤波线圈L’2和L’3发热甚至烧毁。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种可靠的射频滤波电路。

基于本发明的第一方面，本发明的第二方面提供了一种包括上述射频滤波电路的静电夹盘。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种射频滤波电路，至少包括，第一电感线圈和第二电感线圈，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈上的中间抽头连接，所述第一电感线圈在工作时产生第一驻波效应，所述中间抽头位于第一驻波电压的最低处；

其中，所述第一电感线圈用于限制第一频率的射频能量，所述第二电感线圈用于限制第二频率的射频能量，所述第一频率高于第二频率。

较优的，所述第一电感线圈的末端连接有固定电容，所述固定电容接地。

较优的，所述射频滤波电路还包括，第三电感线圈，所述第二电感线圈在工作时产生第二驻波效应，所述第三电感线圈与所述第二电感线圈的中间抽头连接，所述第二电感线圈的中间抽头位于所述第二驻波电压的最低处；

所述第三电感线圈用于限制第三频率的射频能量，所述第三频率低于所述第二频率。

较优的，所述第一电感线圈为空气芯电感线圈。

较优的，所述第二电感线圈为铁芯电感线圈。

较优的，所述第三电感线圈为铁芯电感线圈。

较优的，所述第一射频频率大于40MHz，所述第二射频频率低于20MHz。

较优的，所述第三射频频率低于20MHz。

一种静电夹盘，所述静电夹盘用于等离子体加工工艺中，所述等离子体加工工艺采用的射频能量为多个射频功率的射频能量，所述静电夹盘内设置有加热片和用于测量加热片温度的热电偶，所述加热片由加热电源加热，在所述加热片和所述加热电源之间设置有第一射频滤波器，在所述热电偶和连接所述热电偶的测量电路之间设置有第二射频滤波器，所述第一射频滤波器和/或第二射频滤波器的滤波电路为如上述任一项所述的滤波电路。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明实施例提供的射频滤波电路，工作时，在用于限制高频射频能量的第一电感线圈的末端产生寄生电容，该寄生电容能够反射入射到第一电感线圈内的射频能量，从而在第一电感线圈的内部产生驻波效应。与第一电感线圈连接的第二电感线圈连接在第一电感线圈上的中间抽头上，并且该中间抽头位于驻波电压的最低处，这样，第一电感线圈能够最大程度地滤除第一频率的射频能量，从而经由第一电感线圈和第二电感线圈的连接处传输到第二电感线圈的能量就大幅减少，从而降低了第一频率的射频能量对第二电感线圈的发热甚至烧毁的不良影响。可见，本发明提供的射频滤波电路能够充分地屏蔽第一频率的射频能量，提高了射频滤波器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中射频滤波电路示意图；

图2是本发明实施例的包括两个电感线圈的射频滤波电路示意图；

图3是本发明实施例的第一电感线圈内的电压与线圈匝数之间的关系示意图；

图4是本发明实施例的包括三个电感线圈的射频滤波电路示意图；

图5是本发明实施例的带有射频滤波器电路的静电夹盘结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了避免高频射频能量的不完全滤除，从而导致高频射频能量流向用于限制低频射频能量的电感线圈，本发明提供了一种可靠的射频滤波电路。

本发明提供的射频滤波电路如图2所示。该射频滤波电路能够用于滤除两个不同射频功率的射频能量。如图2所示，该射频滤波电路包括第一电感线圈L1和第二电感线圈L2，其中，第二电感线圈L2连接在第一电感线圈L1的中间抽头J上，第二电感线圈L2的末端悬空，当采用该射频滤波电路时，第二电感线圈L2的末端连接在其要滤除射频能量的线路上。在本发明实施例中，第一电感线圈L1用于限制高频射频能量（第一频率的射频能量），第二电感线圈L2用于限制低频射频能量（第二频率的射频能量）。在工作时，第一电感线圈L1的末端会产生寄生电容C，由于承载该射频滤波电路的装置接地，所以产生的寄生电容C接地。该寄生电容C能够反射第一电感线圈L1内的入射射频能量，因而在第一电感线圈L1内产生了频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波。该两列波叠加后形成驻波效应（第一驻波效应）。由于入射射频能量和反射射频能量的波形呈驻波时，在第一电感线圈L1内不同位置处的射频能量不同，从而使得第一电感线圈L1内不同位置处的射频电压不同，如图3所示。图3所示为第一电感线圈内的电压与线圈匝数的关系图。从图3中可以看出，不同匝数对应不同的电压值，并且第一电感线圈L1内的最低电压处于第一电感线圈的中间区域，而不是首尾两端，而且在第一电感线圈L1的两端处的电压值较高。所以，为了降低第一电感线圈L1内的射频能量流入到与其连接的第二电感线圈内，本发明实施例将第二电感线圈连接在第一电感线圈的中间抽头J上，并且该中间抽头J处的电压为第一电感线圈L1内的驻波（第一驻波）的最低电压。该第一电感线圈L1各处的电压值可以通过实验测量获得，从而通过实验测量的方法可以获得第一电感线圈L1内的电压最低的位置，即中间抽头J的位置。

本发明的发明人经过多次试验发现，第一电感线圈L1内的最低电压值靠近电感线圈的末端。例如，当第一电感线圈L1的匝数为20时，最低电压值很有可能位于第15匝的线圈处。当第一电感线圈L1的匝数为15时，最低电压值可能位于第12匝的线圈处。

由于第一电感线圈L1和第二电感线圈L2的连接处的电压最低，这样，由第一电感线圈L1流向第二电感线圈L2的第一频率的射频能量的能量最少，所以，第一电感线圈L1滤除第一频率的射频能量的效果最好，而且，由于流向第二电感线圈L2的第一频率的射频能量最少，所以导致第二电感线圈产生的热量也最少，因而降低了第二电感线圈由于发热带来的烧毁的风险，提高了射频滤波电路的可靠性。

需要说明的是，用于限制低频射频能量的电感线圈与第二电感线圈L2串联连接。图4所示为包括三个电感线圈的射频滤波电路。图4所述的射频滤波电路在图2所述的射频滤波电路的基础上增加了一个第三电感线圈L3。该第三电感线圈L3可以与第二电感线圈L2的一端连接，形成第一电感线圈L1、第二电感线圈L2以及第三电感线圈L3的串联连接。

由于第二电感线圈L2在工作时，由于射频能量的入射和反射也会在第二电感线圈L2的内部产生驻波效应（第二驻波效应），所以，同第一电感线圈相同，第二电感线圈L2的内部不同位置处的电压不同，且在线圈中间某位置处的电压最小。为了避免第二电感线圈L2内的射频能量流入第三电感线圈L3，优选，将第三电感线圈L3连接在第二电感线圈L2内的中间抽头处，且该第二电感线圈L2的中间抽头处的电压为第二驻波电压的最小值。

图4所示的射频滤波电路可以用于限制三个不同射频频率的射频能量。其中，第二电感线圈L2和第三电感线圈L3用于限制低频射频能量，其射频频率可以为13MHz和2MHz。

在本发明实施例中，所述的高频射频能量的频率即第一频率可以大于60MHz，所述低频射频能量的频率即第二频率、第三频率、第四频率等等可以小于20MHz，例如该低频射频能量的频率可以为13MHz，也可以为2MHz等等。选择的射频能量的频率的高低可以根据应用中的实际需要来确定。

由于高频射频能量会使电感线圈产生较高的能量，为了防止电感线圈由于产生较多的热量而被烧毁，本发明实施例中的第一电感线圈可以采用空气芯电感线圈。

进一步地，为了减少整个射频滤波器的体积，对于用于限制低频射频能量的电感线圈如第二电感线圈、第三电感线圈、第四电感线圈等等可以采用铁芯电感线圈。因为铁芯电感线圈的感量相较于空气芯电感的感量较大，当需要获得能够限制相同频率的射频能量的电感线圈时，铁芯电感线圈的匝数小于空气芯电感线圈的匝数。因而，采用铁芯电感线圈，有利于减少整个射频滤波器的体积、降低射频滤波器的制造成本。而且铁芯电感线圈的电感值很容易就得到提高，具有更高的适应性，能够应该不同频率的射频系统。

上述实施例所述的射频滤波电路是利用第一电感线圈末端的寄生电容反射第一电感线圈内的射频能量，为了获得更好的反射效果，还可以如图4所示在第一电感线圈的末端设置有一个第一固定电容C’1，并且该第一固定电容C’1接地。该第一固定电容C’1用于反射第一电感线圈L1内的射频能量，从而在第一电感线圈L1内产生驻波效应。进一步地，还可以在第二电感线圈L2的末端设置有第二固定电容C’2，并且第二固定电容C’2接地。该第二固定电容C’2用于反射第二电感线圈L2内的射频能量，从而在第二电感线圈L2内产生驻波效应。

需要说明的是，本发明实施例提供的滤波电路不限于仅包括上述所述的第一电感线圈和第二电感线圈的实施例或仅包括第一电感线圈、第二电感线圈和第三电感线圈的实施例。实际上，本发明实施例提供的滤波电路中的电感线圈的个数与用于滤除的射频功率的频率的数量相同。也就是说，当需要滤除的射频能量的频率有N个时，滤波电路中的电感线圈的个数也为N个。不同电感线圈用于滤除不同频率的射频能量。

上述实施例所述的射频滤波电路可以应用在多种场合，如可以用于滤除等离子体加工系统的静电夹盘（Electronic Static Chuck，ESC）上的相差很大的不同射频频率的射频功率。

在半导体器件的等离子体加工工艺中，为了固定作为基板的半导体器件，一般通过静电夹盘产生静电引力来固定和支撑待处理的半导体器件。

现有技术中经常采用多个不同频率的射频电源来控制等离子体加工的不同特性，所以，作为射频能量下电极的静电夹盘上也具有多个不同频率的射频能量。这样设计在静电夹盘内的射频滤波器就需要设计成能够滤除多个差别很大的射频能量的滤波器，否则，这些射频能量有可能会流向静电夹盘内的加热线路和/或测温线路，造成交流电加热电源和/或热偶测温线路的损坏。

为了防止静电夹盘内的加热电源或测温部件由于发热被损坏，本发明提供了一种静电夹盘，该静电夹盘用于等离子体加工工艺中。该静电夹盘可以是动态静电夹盘，其包括加热线路和热电偶测温两个线路。在加热线路中包括加热片和加热电源，其中，加热片设置在静电夹盘的内部，通常由多个环状加热子片组成，加热电源一般为交流电源。热电偶线路用于测量加热片的温度，以控制静电夹盘的温度。

由于静电夹盘内的射频功率的频率较高，很容易使设置于静电夹盘内的加热片和热电偶由于温度过高而存在被损坏的风险。所以，需要将静电夹盘内多余的射频功率滤除。

为了滤除静电夹盘内多余的射频功率，本发明实施例提供了一种新的静电夹盘。该静电夹盘的结构示意图如图5所示。该静电夹盘50内设置有用于给静电夹盘加热的加热片01以及用于测量加热片温度的热电偶02。所述加热片01由静电夹盘外部的加热电源03加热，所述热电偶02与所述热电偶02的外部测量电路04连接。为了防止静电夹盘内的射频功率对加热电源03和测量电路04造成损坏，在加热片01和加热电源03之间设置有第一射频滤波器05，在热电偶和连接所述热电偶02得测量电路04之间设置有第二射频滤波器06。此外，该静电夹盘50上还设置有射频功率的入口51。

当该等离子体加工工艺采用的射频能量为多个射频功率的射频能量，所以流经作为射频能量下电极的静电夹盘的射频能量具有多个射频频率。为了能够滤除不同频率的射频能量，在该静电夹盘内设置的第一射频滤波器和第二射频滤波器的滤波电路为上述任一实施例所述的滤波电路。当采用上述图4所示的滤波电路时，该滤波电路与其它部件的连接位置关系如图5的右图所示：第一电感线圈L1连接在加热片01上，第三电感线圈的末端与加热电源03连接。

其中，用于限制高频射频能量的电感线圈（第一电感线圈L1）连接在静电夹盘内的加热片01或热电偶02上，滤波电路中最末端的电感线圈即距离第一电感线圈L1最远的电感线圈的末端与加热电源03或测量电路04连接。

由于上述实施例所述的滤波电路中用于限制低频射频能量的电感线圈连接在用于限制高频射频能量的电感线圈的电压的最低处，这样高频能量几乎不能流入到用于限制低频射频能量的电感线圈，防止了用于限制低频射频能量的电感线圈由于发热而被损坏的风险，进而能够防止射频电能流入测量电路或者加热电源，防止了这些线路过热或者烧毁。提高了静电夹盘的性能，延长了静电夹盘的使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种射频滤波电路，其特征在于，至少包括，第一电感线圈和第二电感线圈，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈上的中间抽头连接，所述第一电感线圈在工作时产生第一驻波效应，所述中间抽头位于第一驻波电压的最低处；

其中，所述第一电感线圈用于限制第一频率的射频能量，所述第二电感线圈用于限制第二频率的射频能量，所述第一频率高于第二频率。

2.根据权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第一电感线圈的末端连接有固定电容，所述固定电容接地。

3.根据权利要求1或2所述的射频滤波电路，其特征在于，所述射频滤波电路还包括，第三电感线圈，所述第二电感线圈在工作时产生第二驻波效应，所述第三电感线圈与所述第二电感线圈的中间抽头连接，所述第二电感线圈的中间抽头位于第二驻波电压的最低处；

所述第三电感线圈用于限制第三频率的射频能量，所述第三频率低于所述第二频率。

4.根据权利要求1或2所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第一电感线圈为空气芯电感线圈。

5.根据权利要求1或2所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第二电感线圈为铁芯电感线圈。

6.根据权利要求3所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第三电感线圈为铁芯电感线圈。

7.根据权利要求1或2所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第一频率大于40MHz，所述第二频率低于20MHz。

8.根据权利要求3所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第三频率低于20MHz。

9.一种静电夹盘，所述静电夹盘用于等离子体加工工艺中，所述等离子体加工工艺采用的射频能量为多个射频功率的射频能量，所述静电夹盘内设置有加热片和用于测量加热片温度的热电偶，所述加热片由加热电源加热，在所述加热片和所述加热电源之间设置有第一射频滤波器，在所述热电偶和连接所述热电偶的测量电路之间设置有第二射频滤波器，其特征在于，所述第一射频滤波器和/或第二射频滤波器的滤波电路为如权利要求1-8任一项所述的滤波电路。