CN108270412A - 一种等离子体处理装置及其射频滤波电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射频滤波电路和应用该射频滤波电路的等离子体处理装置，其中，所述射频滤波电路包括，一级滤波器和二级滤波器，所述二级滤波器包括两个或两个以上的滤波器并行连接，所述一级滤波器通过一开关可选择地和二级滤波器中的其中之一相连；所述射频滤波电路还包括一加热装置及一直流电源，所述直流电源用于对所述加热装置进行加热；所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述加热装置及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述加热装置进入所述直流电源。利用本发明的射频滤波电路可以大大降低调节难度，提高射频滤波电路的准确性。

Description

一种等离子体处理装置及其射频滤波电路
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信号的射频滤波电路以及包括该射频滤波电路的等离子体处理装置。
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，需要设置与需要滤除的射频信号数量相等级数的滤波器，如图1所示，当需要滤除的射频信号数量为3个时，需要设置首尾串联的三级滤波器,以实现对3个射频信号的逐级滤除。由于各级滤波器之间进行调节时会互相影响，每多引入一级过滤器即会大大提高滤波器的调节设置难度，因此，本领域技术人员急需一种能够降低调节难度的滤波电路。
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。包括，一级滤波器和二级滤波器，所述二级滤波器包括两个或两个以上的滤波器并行连接，所述一级滤波器通过一开关可选择地和二级滤波器中的其中之一相连。
优选的，所述射频滤波电路还包括一加热装置及一直流电源，所述直流电源用于对所述加热装置进行加热；所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述加热装置及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述加热装置进入所述直流电源。
所述射频滤波电路还包括一直流电极及一直流电源，所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述直流电极及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述直流电极进入所述直流电源。
优选的，所述一级滤波器和二级滤波器分别包括至少一组共模电感。
优选的，所述加热装置设置在所述一级滤波器的输入端。
优选的，所述直流电源设置在所述二级滤波器的输出端。
优选的，所述二级滤波器并联的两个或两个以上的滤波器用于过滤不同频率的射频信号。
优选的，所述一级滤波器和二级滤波器分别用于过滤不同频率的射频信号。
优选的，所述一级滤波器用于过滤源射频信号，所述二级滤波器用于过滤偏置射频信号。
优选的，所述一级滤波器用于过滤偏置射频信号，所述二级滤波器用于过滤源射频信号。
优选的，所述第一滤波器用于过滤60MHZ的射频信号，所述二级滤波器分别用于过滤2MHZ和13.56MHZ的射频信号。
进一步的，本发明还公开了一种等离子体处理装置，所述处理装置包括：
一反应腔，一静电卡盘设置在所述反应腔内；
射频功率源，用于对所述反应腔提供至少两个不同频率的射频信号；
所述静电卡盘内部设置一加热装置，一直流电源用于对所述加热装置施加直流电源；
所述加热装置与所述直流电源之间设置一射频滤波电路，所述射频滤波电路包括上文所述的技术特征。
进一步的，一种等离子体处理装置，所述处理装置包括：
一反应腔，一静电卡盘设置在所述反应腔内；
射频功率源，用于对所述反应腔提供至少两个不同频率的射频信号；
所述静电卡盘内部设置一直流电极，一直流电源用于对所述直流电极施加直流电源；
所述直流电极与所述直流电源之间设置一射频滤波电路，所述射频滤波电路具有上文所述的技术特征。
本发明的优点在于：本发明通过设置一级滤波器和二级滤波器，所述二级滤波器包括两个或两个以上的滤波器并行连接，所述一级滤波器通过一开关可选择地和二级滤波器中的其中之一相连；所述射频滤波电路还包括一加热装置及一直流电源，所述直流电源用于对所述加热装置进行加热；所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述加热装置及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述加热装置进入所述直流电源。利用本发明的射频滤波电路可以大大降低调节难度，提高射频滤波电路的准确性。
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是本发明实施例等离子体处理装置结构示意图；
图3是本发明所述射频滤波电路示意图。
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。
图2示出一种等离子体处理装置的结构示意图，包括真空反应腔100，真空反应腔包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁105，反应腔侧壁105上方设置一绝缘窗口130，绝缘窗口130上方设置电感耦合线圈140，电感耦合线圈140连接一源射频功率源145。反应腔侧壁105靠近绝缘窗口130的一端设置气体喷入口150，气体喷入口150连接气体供应装置10。气体供应装置10中的反应气体经过气体喷入口150进入真空反应腔100，源射频功率源145的射频功率驱动电感耦合线圈140产生较强的高频交变磁场，使得低压的反应气体被电离产生等离子体160。在真空反应腔100的下游位置设置一基座110，基座上放置静电卡盘115用于对基片120进行支撑和固定。等离子体160中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子，上述活性粒子可以和待处理基片的表面发生多种物理和化学反应，使得基片表面的形貌发生改变，即完成刻蚀过程。真空反应腔100的下方还设置一排气泵125，用于将反应副产物排出真空反应腔内。
除了用于将反应气体解离为等离子体的源射频功率源145，为了控制等离子体对基片120的轰击能量，通常真空反应腔100内还需要施加至少一个偏置功率源，例如，本发明将两个偏置功率源146和147施加到基座110上。不同偏置功率源146和147的射频频率不同，可以实现在不同工艺步骤中控制入射到基片的离子能量及其能量分布不同。多个偏置射频功率源在等离子体处理基片工艺中通常是择一选择的。
为了控制基片的刻蚀速率和刻蚀均匀性，静电卡盘115内通常设置一加热装置116，用于对基片的温度进行调节控制，一直流电源118设置用于对加热装置116进行加热。等离子体在对基片进行处理时，施加到反应腔内的源射频功率和偏置射偏功率作用于静电卡盘上方，为了避免源射频功率和偏置射偏功率的射频信号对直流电源118的干扰，需要在等离子体处理装置内设置射频滤波电路，以过滤反应腔内的射频信号，实现对直流电源118的保护。
为了保证静电卡盘115在基片处理过程中对基片的夹持，静电卡盘内部还设置有直流电极117，一直流电源119对直流电极117提供直流电流，用于在基片与静电卡盘表面产生吸附力，与上文所述的加热装置具有类似的情况，施加到反应腔内的源射频功率和偏置射偏功率作用于静电卡盘上方，为了避免源射频功率和偏置射偏功率的射频信号对直流电源119的干扰，需要在等离子体处理装置内设置射频滤波电路，以过滤反应腔内的射频信号，实现对直流电源119的保护。
图3示出本发明所述的一种射频滤波电路，包括，一级滤波器182，二级滤波器184和186，其中，二级滤波器184和186并行连接，一级滤波器182的输出端设置一开关185如继电器，开关185可选择地与两个二级滤波器中的其中一个滤波器电连接。二级滤波器184和186分别用于滤除不同频率的射频信号，由于反应腔100内多个频率的射频功率源并非同时工作，当反应腔需要与三个射频信号源连接，而同时施加到反应腔的射频信号低于三个时，相比起将三级射频信号串联滤波，逐级滤除三个频率的射频信号，利用本发明的射频滤波电路可以大大降低调节难度，提高射频滤波的准确性。
具体的原理为：
当滤波器为一级时，其滤波器阻抗为：
当滤波器为二级时，其滤波器阻抗为：
上述公式中，L1，L2，L3分别代表各级滤波器的电感大小；C1，C2，C3分别代表各级滤波器的电容大小；由上述计算滤波器阻抗的公式可以明显看出，当将三级滤波器将至二级滤波器时，滤波器的阻抗计算难度大大降低，通常情况下，在对滤波器进行调节时，电容数值固定不动，只对电感进行调节，因此，本发明提供的滤波电路只需要对两级滤波器的电感进行调节即能实现对射频信号的滤除，大大降低了调节难度。
利用本发明的射频滤波电路可以实现对等离子体处理装置的多种组合的射频信号滤除。在等离子体处理装置中，一种常用的射频功率源的组合方式为：射频源功率源采用射频频率为60MHZ的射频信号，两个偏置功率源分别采用2MHZ和13.56MHZ的射频信号，两个偏置功率源可以提供不同的等离子体能量分布，以适应不同刻蚀工艺需求。当上述两个偏置功率源在同一时刻择一的施加至等离子体处理装置时，采用本发明的射频滤波电路将会有效降低滤波器的调节难度。
在某些特殊的刻蚀步骤中，也存在只施加偏置功率信号或源功率信号至反应腔的应用，下文将详细描述本发明射频滤波电路对各种组合的射频信号的滤除过程。
图3所示的射频滤波电路中，设置一级滤波器182用于滤除源射频滤波信号，设置二级滤波器184和186用于滤除偏置射频信号。当反应腔内需要滤除的射频信号只有源射频信号时，继电器185可以任意与二级滤波器184和186之一相连，选定二级滤波器后，根据接入的二级滤波器对射频滤波电路的影响，只需要调整一级滤波器182的电感L1使其实现对源射频信号的滤除即保证射频滤波电路对直流电源118的保护。当反应腔内需要滤除的射频信号只有一个偏置射频信号时，根据需要滤除的射频信号频率将继电器185选择与二级滤波器184或186连接，根据接入的一级滤波器182对射频滤波电路的影响，只需要调整选定的二级滤波器184或186的电感大小，即可实现对该偏置射频信号的滤除。当反应腔内需要滤除的射频信号包括源射频信号和偏置射频信号时，根据需要滤除的射频信号频率将继电器185选择与二级滤波器184或186连接，根据上文二级滤波器的阻抗值公式，调节一级滤波器182和选定的二级滤波器的电感大小，使其同时实现对源射频信号和偏置射频信号的滤除，当工艺改变，需要更换偏置射频功率源时，只需要控制继电器185与另一二级滤波器连接，同时调节一级滤波器182和更换后的二级滤波器的电感大小，使其同时实现对源射频信号和该更换后偏置射频信号的滤除即可。
在某些等离子体处理工艺中，有时需要施加不止一个源射频信号，此时，射频滤波电路同时需要滤除该多个源射频信号，如果偏置射频信号只有一个，可以采用图3所示的射频滤波电路，将二级滤波器设置为过滤源射频信号，一级滤波器设置为过滤偏置射频信号。当同时工作的源射频信号只有一个时，采用图3所示的射频滤波电路可以大大降低各个滤波器调节难度，提高射频滤波电路的准确性。
在某些等离子体处理工艺中，有时需要施加的偏置射频信号超过两个，如三个或三个以上，只要在同一时刻工作的偏置射频信号数量为一，即可以如图3所示的射频滤波电路所示，将三个或三个以上偏置射频信号滤波器并联，通过继电器选择所需的的偏置射频信号滤波器，具体原理与图3所示的实施例相同，此处不再赘述。
在本发明图3所示的射频滤波电路中，直流电源118输出的直流信号在该射频滤波电路中形成电流回路，为了防止直流电流在经过各级滤波器的电感线圈时产生的磁场能互相抵消，本发明各级滤波器的电感分别采用共模电感，即将两个匝数和相位都相同的电感线圈缠绕到一个铁芯上，当电路中的直流电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消。
与加热装置116与直流电源118之间设置的滤波电路180具有相同的原理，直流电极117和直流电源119之间设置与滤波电路180相同的滤波电路190，其工作原理和电路的具体连接方式与图3公开的射频滤波电路相同，只需要将加热装置116替换成直流电极117即可实现，此处不再赘述。
本发明公开的射频滤波电路可以适用于多种需要进行射频滤波的处理装置，除了图2所示的电感耦合等离子体处理装置，还可以应用于电容耦合等离子体处理装置。在电容耦合等离子体处理装置中，源射频信号和偏置射频信号分别施加到等离子体处理装置的上电极和下电极上，或者同时施加到等离子体处理装置的下电极上，此时，为了避免为静电卡盘内的加热装置提供电流的直流电源的损毁，也需要在加热装置与直流电源之间设置射频滤波电路。具体原理同上文所述。
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 (14)

1.一种射频滤波电路，其特征在于，包括，一级滤波器和二级滤波器，所述二级滤波器包括两个或两个以上的滤波器并行连接，所述一级滤波器通过一开关可选择地和二级滤波器中的其中之一相连。
2.如权利要求1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一加热装置及一直流电源，所述直流电源用于对所述加热装置进行加热；所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述加热装置及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述加热装置进入所述直流电源。
3.如权利要求1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一直流电极及一直流电源，所述一级滤波器和二级滤波器设置于所述直流电极及所述直流电源之间，用于过滤射频信号自所述直流电极进入所述直流电源。
4.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述一级滤波器和二级滤波器分别包括至少一组共模电感。
5.如权利要求2所述的射频滤波电路，其特征在于，所述加热装置设置在所述一级滤波器的输入端。
6.如权利要求3所述的射频滤波电路，其特征在于，所述直流电极设置在所述一级滤波器的输入端。
7.如权利要求2或3所述的射频滤波电路，其特征在于，所述直流电源设置在所述二级滤波器的输出端。
8.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述二级滤波器并联的两个或两个以上的滤波器用于过滤不同频率的射频信号。
9.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述一级滤波器和二级滤波器分别用于过滤不同频率的射频信号。
10.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述一级滤波器用于过滤源射频信号，所述二级滤波器用于过滤偏置射频信号。
11.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述一级滤波器用于过滤偏置射频信号，所述二级滤波器用于过滤源射频信号。
12.如权利要求1所述的射频滤波电路，其特征在于，所述第一滤波器用于过滤60MHZ的射频信号，所述二级滤波器分别用于过滤2MHZ和13.56MHZ的射频信号。
13.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：
一反应腔，一静电卡盘设置在所述反应腔内；
射频功率源，用于对所述反应腔提供至少两个不同频率的射频信号；
所述静电卡盘内部设置一加热装置，一直流电源用于对所述加热装置施加直流电源；
所述加热装置与所述直流电源之间设置一射频滤波电路，所述射频滤波电路具有如权利要求1-12任一项所述的特征。
14.一种等离子体处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：
一反应腔，一静电卡盘设置在所述反应腔内；
射频功率源，用于对所述反应腔提供至少两个不同频率的射频信号；
所述静电卡盘内部设置一直流电极，一直流电源用于对所述直流电极施加直流电源；
所述直流电极与所述直流电源之间设置一射频滤波电路，所述射频滤波电路具有如权利要求1-12任一项所述的特征。
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