CN104753486A - 一种射频滤波器及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频滤波器及半导体加工设备，射频滤波器用于对与静电卡盘相连接的射频功率源向与静电卡盘相连接的直流电源回流的射频信号进行滤波，包括电感元件和电容元件，电感元件为磁芯电感。本发明提供的射频滤波器，其可以在对低频的射频信号滤波同时可以对高频的射频信号滤波，从而可以同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，进而可以提高射频滤波器的适用性。

Description

一种射频滤波器及半导体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种射频滤波器及半导体加工设备。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，通常采用静电吸盘（ElectrostaticChuck，以下简称ESC）产生静电引力来吸附位于其上的半导体晶片，以实现在作为基片的该半导体晶片表面上进行沉积、刻蚀等工艺过程。

具体地，在ESC内设置有下电极，且该下电极与直流电源DC电连接，直流电源DC用于向下电极提供一定的直流偏压，以使ESC产生静电引力吸附基片；并且，由于在基片的表面上进行沉积、刻蚀等工艺过程是在等离子体的环境中进行的，因此借助射频功率源RF通过匹配器10与下电极电连接以激发形成等离子体。然而，由于直流电源DC和射频功率源RF均与下电极电连接，为了防止射频功率源RF输出的射频信号回流至直流电源DC中对其造成损坏，如图1所示，通常在直流电源DC的输出端串接射频滤波器11，以对射频功率源RF回流至直流电源DC的射频信号进行滤波。

目前，射频滤波器11通常采用空气芯电感和电容组成。并且，在实际应用中，射频功率源RF往往不仅输出高频功率信号，而且还输出低频功率信号，以借助高频功率信号（例如，40MHz、60MHz）来产生等离子体，借助低频功率信号（例如，20MHz）来控制等离子体入射至基片表面的能量，因此，该射频滤波器11需要同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号进行滤波，但由于空气芯电感本身的特性，增大空气芯电感的电感值可以对低频的射频信号滤波，但会使得射频滤波器的自谐振频率降低，自谐振频率降低使得该射频滤波器不能对高频的射频信号滤波；减小空气芯电感的电感值可以使得射频滤波器的自谐振频率增大，自谐振频率增大使得该射频滤波器可以对高频的射频信号滤波，但由于减小空气芯电感的电感值不能对低频的射频信号滤波。

由上可知，采用空气芯电感的射频滤波器不能同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号进行滤波。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种射频滤波器及半导体加工设备，可以在对低频的射频信号滤波同时可以对高频的射频信号滤波，从而可以同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，进而可以提高射频滤波器的适用性。

本发明提供一种射频滤波器，用于对与静电卡盘相连接的射频功率源向与静电卡盘相连接的直流电源回流的射频信号进行滤波，包括电感元件和电容元件，所述电感元件为磁芯电感。

其中，所述磁芯电感包括磁芯环状电感和磁芯柱状电感。

其中，所述电感元件的数量为两个或者多个时，每个所述磁芯电感为磁芯环状电感。

其中，所述电感元件的数量为一个时，所述磁芯电感为磁芯环状电感或磁芯柱状电感。

其中，当所述射频功率源输出单一低频的射频信号时，或者，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差不大的低频信号时，所述电感元件为低频磁芯电感。

其中，当所述射频功率源输出单一高频的射频信号时，或者，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差不大的高频信号时，所述电感元件为高频磁芯电感。

其中，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差较大的射频信号时，所述电感元件为高频磁芯电感。

其中，所述直流电源输出一路正偏压、一路负偏压和一路基准电压，所述射频滤波器的数量为三个，且对应设置在所述直流电源的每路的输出端。

其中，每个所述射频滤波器中的所述电感元件为磁芯环状电感。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括静电卡盘、射频功率源、直流电源和射频滤波器，所述静电卡盘分别与所述射频功率源、所述直流电源电连接，所述射频滤波器用于对所述射频功率源向所述直流电源回流的射频信号进行滤波，所述射频滤波器采用本发明提供的上述射频滤波器。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的射频滤波器，其电感元件为磁芯电感，用于对与静电卡盘相连接的射频功率源向与静电卡盘相连接的直流电源回流的射频信号进行滤波。由于磁芯电感本身的特性，使得其与现有技术中的空气芯电感在相同的电感值的情况下，具有磁芯电感的射频滤波器的自谐振频率增大，因而可以在对低频的射频信号滤波同时可以对高频的射频信号滤波，从而可以同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，进而可以提高该射频滤波器的适用性。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的射频滤波器，可以同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，从而可以提高半导体加工设备的稳定性。

附图说明

图1为具有射频滤波器的ESC的连接示意图；

图2为本发明实施例提供的射频滤波器的一种滤波电路的电路图；

图3为图2所示的滤波电路中的电感元件的结构示意图；

图4为具有本发明实施例提供的射频滤波器的ESC的连接示意图；以及

图5为采用本实施例提供的射频滤波器对射频信号衰减的曲线图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的射频滤波器及半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的射频滤波器的一种滤波电路的电路图。图3为图2所示的滤波电路中的电感元件的结构示意图。图4为具有本发明实施例提供的射频滤波器的ESC的连接示意图。请一并参阅图2、图3和图4，本发明实施例提供的射频滤波器30，用于将对与静电卡盘ESC相连接的射频功率源RF向与静电卡盘ESC相连接的直流电源DC回流的射频信号进行滤波，包括电感元件L1和L2，还包括电容元件C1、C2和C3，每个电容元件采用ATC电容；滤波电路的一端P连接与静电卡盘ESC相连接的射频功率源RF，另一端Q与静电卡盘ESC相连接的直流电源DC；电感元件L1和L2为磁芯电感20，磁芯电感20包括磁芯21和电感线圈22，磁芯电感20不仅包括磁芯环状电感和磁芯柱状电感，而且还包括其他结构的磁芯电感20，其中，磁芯环状电感如图3所示，磁芯环状电感的磁芯21为闭合的环状结构，电感线圈22环绕该环状磁芯21且沿该环状磁芯21的周向缠绕；另外，磁芯柱状电感的磁芯21为柱形结构，电感线圈22环绕设置在该磁芯21的侧壁外侧。由于磁芯电感20本身的特性，使得其与现有技术中的空气芯电感在相同的电感值的情况下，具有磁芯电感20的射频滤波器30的自谐振频率增大，因而可以在对低频的射频信号滤波同时可以对高频的射频信号滤波，从而可以使得具有磁芯电感20的射频滤波器30同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，进而可以提高该射频滤波器30的适用性。

当采用本实施例提供的射频滤波器30在射频功率源RF输出两路或者多路频率相差较大的射频信号时，可以通过设置磁芯电感20的电感值，不仅可以对低频的射频信号进行滤波，而且增大射频滤波器30的自谐振频率以对高频的射频信号进行滤波，在这种情况下，电感元件为高频磁芯电感20。

容易理解，采用本实施例的射频滤波器30同样可以对射频功率源RF输出单一低频的射频信号滤波，或者，可以对射频功率源RF输出两路或者多路频率相差不大的低频信号滤波，具体地，增大磁芯电感20的电感值即可对一路、二路或者多路的低频信号进行滤波，在这种情况下，电感元件为低频磁芯电感20。

采用本实施例的射频滤波器30同样可以对射频功率源RF输出单一高频的射频信号滤波，或者，可以对射频功率源RF输出两路或者多路频率相差不大的高频信号滤波，具体地，减小磁芯电感20的电感值以增大射频滤波器30的自谐振频率，从而可实现对一路、二路或者多路的高频信号进行滤波掉，在这种情况下，电感元件为高频磁芯电感20。

在本实施例中，由于该滤波电路上有两个电感元件L1和L2，为防止相邻两个电感元件L1和L2之间产生的磁力线相互影响而形成耦合电容，从而影响到射频滤波器30的滤波，优选地，电感元件L1和L2均采用磁芯环状电感，磁芯环状电感产生沿环状磁芯21周向的闭合的磁力线，如图3所示，当电感线圈22中的电流I的方向如图3所示时，该磁芯环状电感产生图3中闭合且方向为顺时针的磁力线L，这与磁芯电感20为磁芯柱状电感时产生非闭合的磁力线相比，可以使得相邻两个电感元件L1和L2产生的磁力线不会相互影响，因而不会产生耦合电容对该射频滤波器30的滤波性能产生影响，从而可以提高静电卡盘ESC的工作的稳定性；另外，在相同电感值的前提下，磁芯环状电感的电感线圈22的匝间距相对磁芯柱状电感的电感线圈的匝间距较大，可以减小磁芯电感20本身的寄生电容，从而可以减小磁芯电感20在高频信号时的容性，进而可以提高该射频滤波器30对高频的射频信号的抑制性。

容易理解，在实际应用中，当射频滤波器30的滤波电路中的电感元件的数量超过两个时，基于上述同样的原因，每个磁芯电感20采用磁芯环状电感。另外，当电感元件的数量为一个时，由于不存在相邻的两个电感元件之间产生的磁力线相互影响，因此，磁芯电感20可以为磁芯环状电感或者磁芯柱状电感，也可以采用其他结构的磁芯电感20。

在本实施例中，如图4所示，直流电源DC输出一路正偏压S、一路负偏压R和一路基准电压T，在这种情况下，射频滤波器30的数量为三个，且对应设置在直流电源DC的每路的输出端。由于通常三个射频滤波器30设置在一个PCB板上，这使PCB板上最少设置有三个电感元件，为了防止各个电感元件产生的磁力线之间的相互影响，从而影响射频滤波器30的滤波效果，因此，每个射频滤波器30中的电感元件均采用磁芯环状电感。

下面通过实验证明采用本实施例提供的射频滤波器30可以同时对两路或者多路频率相差较大的射频信号进行滤波。具体地，磁芯电感20选择高频磁芯环状电感，并同时对两路频率相差较大的射频信号滤波，一路射频信号的频率为2MHz，另一路的射频信号的频率为60MHz，选择高频磁芯环状电感的参数如下：

A(mm)	B(mm)	C(mm)	le(cm)	Ae(cm2)	AL(nH)
						29.3	18.95	7.25	7.52	0.388	7.7

其中，A为磁环内径，B为磁环外径，C为磁环厚度，le为有效磁路长度，Ae为有导磁截面积，AL为电感系数。

为同时对频率为2MHz和60MHz的射频信号滤波，在此，选择两个电感值为40uH的磁芯电感20，根据有关电感值和电感线圈22匝数的计算公式，计算出电感线圈22的匝数为63匝。通过软件模拟采用本实施例提供的射频滤波器30的滤波效果，如图5所示，图5为采用本实施例提供的射频滤波器30对射频信号衰减的曲线图。从图5可以看出，在射频信号的频率为2MHz时，衰减值为-110dB，在射频信号的频率为60MHz时，衰减值为-150dB左右，且在射频频率为60MHz时衰减程度比在射频频率为20MHz时的衰减程度大。

由上可知，采用本实施例提供的射频滤波器30可以同时对两路或者多路频率相差较大的射频信号进行滤波。

需要说明的是，在本实施例中，图2为本发明实施例提供的射频滤波器30的一种滤波电路的电路图。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，并不限定滤波电路的具体电路。

作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种半导体加工设备，包括静电卡盘、射频功率源、直流电源和射频滤波器，静电卡盘分别与射频功率源、直流电源电连接，射频滤波器用于将射频功率源向直流电源回流的射频信号滤波掉，其中，射频滤波器采用上述实施例提供的射频滤波器。

本实施例提供的半导体加工设备，其采用上述实施例提供的射频滤波器，可以同时对两路或者多路频率相差很大的射频信号滤波，从而可以提高半导体加工设备的稳定性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种射频滤波器，用于对与静电卡盘相连接的射频功率源向与静电卡盘相连接的直流电源回流的射频信号进行滤波，包括电感元件和电容元件，其特征在于，所述电感元件为磁芯电感。

2.根据权利要求1所述的射频滤波器，其特征在于，所述磁芯电感包括磁芯环状电感和磁芯柱状电感。

3.根据权利要求2所述的射频滤波器，其特征在于，所述电感元件的数量为两个或者多个时，每个所述磁芯电感为磁芯环状电感。

4.根据权利要求2所述的射频滤波器，其特征在于，所述电感元件的数量为一个时，所述磁芯电感为磁芯环状电感或磁芯柱状电感。

5.根据权利要求1所述的射频滤波器，其特征在于，当所述射频功率源输出单一低频的射频信号时，或者，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差不大的低频信号时，所述电感元件为低频磁芯电感。

6.根据权利要求1所述的射频滤波器，其特征在于，当所述射频功率源输出单一高频的射频信号时，或者，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差不大的高频信号时，所述电感元件为高频磁芯电感。

7.根据权利要求1所述的射频滤波器，其特征在于，当所述射频功率源输出两路或者多路频率相差较大的射频信号时，所述电感元件为高频磁芯电感。

8.根据权利要求1所述的射频滤波器，其特征在于，所述直流电源输出一路正偏压、一路负偏压和一路基准电压，所述射频滤波器的数量为三个，且对应设置在所述直流电源的每路的输出端。

9.根据权利要求8所述的射频滤波器，其特征在于，每个所述射频滤波器中的所述电感元件为磁芯环状电感。

10.一种半导体加工设备，包括静电卡盘、射频功率源、直流电源和射频滤波器，所述静电卡盘分别与所述射频功率源、所述直流电源电连接，所述射频滤波器用于对所述射频功率源向所述直流电源回流的射频信号进行滤波，其特征在于，所述射频滤波器采用权利要求1-9任意一项所述的射频滤波器。