CN111385915B - 等离子反应器及其加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子反应器及其加热装置，加热装置包括可编程电源、加热器组件以及带通滤波器组件，设置所述加热器组件通过带通滤波器组件与可编程电源连接，带通滤波器组件包括多个带通滤波器，所述可编程电源可以基于输出的交流加热功率与所述带通滤波器的导通频率的匹配关系，选择设定的所述加热器单元输入交流加热功率，以实现分区温控功能，电路结构简单，无需开关元件，控制方式简单。

Description

等离子反应器及其加热装置
技术领域
本发明涉及半导体器工艺设备技术领域，更具体的说，涉及一种等离子反应器及其加热装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展，越来越多的电子设备应用到人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。
半导体芯片是电子设备实现各种功能的主要部件。半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，等离子反应器能够在晶圆上形成各种微米甚至纳米级尺寸的通孔或沟槽，再结合其它化学气相沉积等工艺，最终形成各种半导体芯片成品。随着刻蚀工艺要求日益提高，等离子处理过程中对晶圆或基片温度的控制精度要求也越来越高，故现有等离子反应器一般采用具有多区温控功能的加热装置。
现有的等离子反应器中，其加热装置通过为每个加热器单元分别设置一电子开关实现分区温控功能，电路结构复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明技术方案提供了一种等离子反应器及其加热装置，可以通过可编程电源以及带通滤波器实现分区温控功能，电路结构简单，无需开关元件，控制方式简单。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种加热装置，所述加热装置包括：
可编程电源，所述可编程电源用于提供交流加热功率；
加热器组件，所述加热器组件包括多个加热器单元，所述加热器组件通过带通滤波器组件与所述可编程电源连接；所述带通滤波器组件包括多个带通滤波器；
其中，所述可编程电源基于输出的交流加热功率与所述带通滤波器的导通频率的匹配关系，选择为设定的所述加热器单元输入交流加热功率，进行加热。
优选的，在上述加热装置中，所述可编程电源的输出端口连接电流供应线，其回流端口连接电流回线；
所述电流回线通过所述带通滤波器与所述加热器单元的一个电极端口连接，所述电流供应线与所述加热器单元的另一个电极端口连接。
优选的，在上述加热装置中，所述电流供应线均通过第一射频滤波器与所述可编程电源的输出端口连接，所述电流回线均通过第二射频滤波器与所述可编程电源的回流端口连接。
优选的，在上述加热装置中，所述加热器组件具有M行×N列个所述加热器单元；
同一行的所述加热器单元通过同一个所述带通滤波器与同一所述电流回线连接；不同行的所述加热器单元连接不同的所述带通滤波器以及不同的所述电流回线。
优选的，在上述加热装置中，所述可编程电源包括N个输出端口，同一列的所述加热器单元通过同一所述电流供应线与同一所述输出端口连接，不同列的所述加热器单元通过不同的所述电流供应线与不同的所述输出端口连接。
优选的，在上述加热装置中，所述加热器组件具有M行×N列个所述加热器单元；
每一个所述加热器单元分别通过一个所述带通滤波器与一所述电流回线连接，不同所述加热器单元连接不同所述带通滤波器，同一行所述加热器单元与同一所述电流回线连接。
优选的，在上述加热装置中，同一列的所述加热器单元连接同一所述电流供应线，所有所述电流供应线连接所述可编程电源的同一输出端口。
优选的，在上述加热装置中，所有所述电流回线连接所述可编程电源的同一回流端口。
优选的，在上述加热装置中，所述可编程电源能够输出多个中心频率不同的交流加热功率，所有交流加热功率的带宽相同；
任意两个交流加热功率的频率范围不交叠。
本发明还提供各类一种等离子反应器，其特征在于，包括：上述任一项所述的加热装置。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的等离子反应器及其加热装置中，设置所述加热器组件通过带通滤波器组件与可编程电源连接，带通滤波器组件包括多个带通滤波器，所述可编程电源可以基于输出的交流加热功率与所述带通滤波器的导通频率的匹配关系，选择设定的所述加热器单元输入交流加热功率，以实现分区温控功能，电路结构简单，无需开关元件，控制方式简单。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种加热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种加热装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种等离子反应器的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种加热装置的结构示意图，该加热装置可以用于等离子反应器，也可以用于其他需要加热的设备。所述加热装置包括：可编程电源11，所述可编程电源11用于提供交流加热功率；加热器组件12，所述加热器组件12包括多个加热器单元121，所述加热器组件121通过带通滤波器组件13与所述可编程电源11连接；所述带通滤波器组件13包括多个带通滤波器BPF。
其中，所述可编程电源11基于输出的交流加热功率与所述带通滤波器BPF的导通频率的匹配关系，选择为设定的所述加热器单元输入交流加热功率，进行加热。
所述可编程电源11的输出端口连接电流供应线21，其回流端口连接电流回线22；所述电流回线22通过所述带通滤波器BPF与所述加热器单元121的一个电极端口连接，所述电流供应线21与所述加热器单元121的另一个电极端口连接。
所述可编程电源能11够输出多个中心频率不同的交流加热功率，所有交流加热功率的带宽相同，带宽均为B；任意两个交流加热功率的频率范围不交叠。如一个交流加热功率的频率为[fa-B，fa+B]，另一个交流加热功率频率为[fb-B，fb+B]，fa和fb分别为该两个交流加热功率的中心频率，fa不等于fb，则两个中心频率的差值需要大于2B，以使得二者的频率范围不交叠。这样，可以避免不同中心频率的交流加热功率发生频率交叠，以便于通过对应的所述带通滤波器BPF为设定的加热器单元121供电，有选择的选择一个或是多个加热器单元121导通加热，实现分区温控的功能。
本发明实施例所述加热装置中，所述电流供应线均21通过第一射频滤波器31与所述可编程电源11的输出端口连接，所述电流回线22均通过第二射频滤波器32与所述可编程电源11的回流端口连接，通过射频滤波器阻挡线路中的射频信号，保证系统安全可靠性。
在图1所示方式中，所述加热器组件12具有M行×N列个所述加热器单元121；M和N均为正整数，二者至少一个大于1。图1以M=N=3为例进行说明。可以根据加热装置加热尺寸以及加热分区需求选择M和N的取值，包括但不局限于图1所示方式。设定p为不大于M的正整数，q为不大于N的正整数，任意一加热器单元121可以表示为第p行第q列加热器单元p-q。
同一行的所述加热器单元121通过同一个所述带通滤波器BPF与同一所述电流回线22连接；不同行的所述加热器单元121连接不同的所述带通滤波器BPF以及不同的所述电流回线22。如图1所示方式中，第1行加热器单元121均通过第1带通滤波器BPF1与对应的一条电流回线22连接，第2行加热器单元121均通过第2带通滤波器BPF2与对应的一条电流回线22连接，第3行加热器单元121均通过第3带通滤波器BPF3与对应的一条电流回线22连接。
在图1所示方式中，所述可编程电源11包括N个输出端口。同一列的所述加热器单元121通过同一所述电流供应线21与同一所述输出端口连接，不同列的所述加热器单元121通过不同的所述电流供应线21与不同的所述输出端口连接。如图1所示，所述可编程电源11具有第一输出端口1、第二输出端口2和第三输出端口3，第一列加热器单元121通过一条对应的电流供应线21与第一输出端口1连接，第二列加热器单元121通过一条对应的电流供应线21与第二输出端口2连接，第三列加热器单元121通过一条对应的电流供应线21与第三输出端口3连接。
每个输出端口至少可以输出M个不同中心频率的交流加热功率。每一个带通滤波器BPF的导通频率均单独匹配一个中心频率的交流加热功率。这样，通过一个输出端口为一列加热器单元121提供交流加热功率时，仅有该列中的一个加热器单元121对应连接的带通滤波器BPF导通，从而实现分区温控功能。
图1所示加热装置中，每个输出端口可以输出M个不同中心频率的交流加热功率，依次为第1交流加热功率F1-第M交流加热功率FM，第i交流加热功率Fi的中心频率为fi，i为不大于M的正整数。同一输出端口同一时刻仅输出一个交流加热功率。第i交流加热功率的频率范围是[fi-B,fi+B]，B为带宽，如可以为50Hz。带通滤波器组件13具有M个带通滤波器BPF，依次为第1带通滤波器BPF1-第M带通滤波器BPFM，第i交流加热功率与第i带通滤波器BPFi的导通频率匹配，可以使得第i带通滤波器BPFi导通。如第1交流加热功率的中心频率为1000 Hz，第2交流加热功率的中心频率为1150 Hz，第3交流加热功率的中心频率为1350Hz。
图1所示加热装置中，一种方式，可以逐一驱动各个加热器单元121进行加热。此时，同一时刻，仅有一个输出端口输出交流加热功率，这样，可以控制一个加热器单元121对应连接的带通滤波器BPF导通，仅通过该加热器单元121加热。根据预设时序的交流加热功率，可以依次导通各个加热器单元121进行加热，同一时刻仅有一个加热器单元121处于导通加热状态，即该时刻仅有一个输出端口输出第i交流加热功率，以使得该输出端口连接的第i行的加热器单元121导通加热。如需要第一行第一列的加热器单元1-1导通，需要通过第一输出端口1输出第1交流加热功率F1，使得仅第1带通滤波器BPF1导通，从而可以通过第一行第一列的加热器单元1-1导通加热。如需要第二行第二列加热器单元2-2导通，需要通过的第二输出端口2输出第2交流加热功率F2，使得仅第2带通滤波器BPF2导通加热。
图1所示加热装置中，另一种方式，逐行驱动加热器单元121进行加热。此时，同一时刻，所有输出端口均输出相同的交流加热功率，这样，使得一个带通滤波器BPF导通，可以连接该带通滤波器BPF的同一行的加热器单元121均加热。根据预设时序的交流加热功率，可以依次导通各行加热器单元121进行加热。同一时刻仅有一行加热器单元121处于导通加热装置。如需要第一行加热器单元121导通，需要所有输出端口输出第1交流加热功率F1，使得仅第1带通滤波器BPF1导通，从而使得第一行各个加热器单元121均可以通过对应连接的输出端口获取第1交流加热功率F1，以通过第一行的所有加热器单元121进行加热。如需要第三行加热器单元121导通，需要所有输出端口输出第3交流加热功率F3，使得具有第3带通滤波器BPF3导通，从而使得第三行各个加热器单元121均可通过对应连接的输出端口获取第3交流加热功率F3，以通过第三行的所有加热器单元121进行加热。
本发明实施例所述加热装置还包括控制器14。所述控制器14与所述可编程电源11连接，用于控制所述可编程电源11的输出端口输出对应交流加热功率。通过所述控制器14可以控制所述可编程电源11输出预设时序的交流加热功率，以实现自动分区加热功能。
参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种加热装置的结构示意图，该加热装置中，同样包括可编程电源11、加热器组件12以及带通滤波器组件13。所述加热器组件12具有M行×N列个所述加热器单元121。同样，设定p为不大于M的正整数，q为不大于N的正整数，任意一加热器单元121可以表示为第p行第q列加热器单元p-q。
与图1所示方式不同在于，每一个加热器单元121分别通过一个所述带通滤波器BPF与一所述电流回线22连接，不同所述加热器单元121连接不同所述带通滤波器BPF，同一行所述加热器单元121与同一所述电流回线22连接。此时需要M×N个所述带通滤波器BPF，带通滤波器BPF与加热器单元121一一对应连接，如对于第p行第q列加热器单元p-q，其连接第p行第q列带通滤波器BPFp-q。
图2所示方式中，同一列的所述加热器单元121连接同一所述电流供应线21，所有所述电流供应线21连接所述可编程电源11的同一输出端口。可编程电源11可以仅设置一个输出端口。其他方式中，也可以设置多个输出端口，每个输出端口对应连接一加热器组件12。
在本发明实施例中，所有所述电流回线22连接所述可编程电源11的同一回流端口。可编程电源11可以仅设置一个回流端口。其他方式中，也可以设置多个回流端口，每个回流端口对应连接一加热器组件12。
图2所示加热装置中，可编程电源11的输出端口至少可以输出M×N个中心频率的交流加热功率。每一个带通滤波器BPF的导通频率均单独匹配一个中心频率的交流加热功率。这样，将通过一个输出端口为一列加热器单元121提供交流加热功率时，每个加热器单元121连接的带通滤波器BPF在于其导通频率匹配的交流加热功率控制下导通，从而使得其对应连接的加热器单元121导通加热，从而实现分区温控功能。
输出M×N个中心频率的交流加热功率，依次为第1交流加热功率F1-第M×N交流加热功率，第j交流加热功率的中心频率为fj，j为不大于M×N的正整数。第j交流加热功率可以控制第m行第n列加热器单元m-n对应连接的第m行第n列带通滤波器m-n导通，j=（m-1）×N+n。
图2所示加热装置中，一种方式，可以逐一驱动各个加热器单元121进行加热。此时，同一时刻，输出端口仅输出一个交流加热功率，仅可以使得一个对应的带通滤波器BPF导通，使得该带通滤波器BPF对应连接的加热器单元121导通加热。根据预设时序的交流加热功率，可以依次导通各个加热器单元121进行加热，同一时刻仅有一个加热器单元121处于导通加热状态。如需要对m行第n列加热器单元m-n导通加热，需要通过输出端口输出第j交流加热功率，使得第m行第n列带通滤波器m-n导通即可。如是，可以逐一使得各个加热器单元121导通加热。
图2所示加热装置中，另一种方式，还是可以同时驱动多个加热器单元121进行加热。此时，同一时刻，所述输出端口输出混频信号，该混频信号包括多个不同中心频率的交流加热功率。该多个交流加热功率可以控制各自匹配的带通滤波器BPF导通，从而使得对应的多个加热器单元121导通加热。
本发明实施例所述加热装置中，可以通过控制交流加热功率的幅值控制加热器单元121的加热功率，通过控制交流加热功率的频率范围选择设定加热器单元121的导通，实现分区温控。各个加热器单元121可以通过可编程电源11以及带通滤波器BPF实现各个加热器单元121对应区域的精细温度控制，不涉及任何开关器件，电路结构简单，控制方式简单。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种等离子反应器，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种等离子反应器的结构示意图，该离子反应器包括上述实施例所述加热装置。具体的，所述离子反应器包括：反应腔体41，设置在反应腔体41内的支撑装置46，支撑装置46顶部固定有导电基板47，导电基板47上设置有静电夹盘44，静电夹盘44上由于固定待处理基材45，如晶圆。
该静电夹盘44包括所述加热装置的加热器组件。反应腔体41底部设置有第一滤波器组件42和第二滤波器组件43。第一滤波器组件42包括上述射频滤波器。第二滤波器组件43包括上述带通滤波器组件。可编程电源11和控制器14位于反应腔体41外部。
本发明实施例嗾使等离子反应器，具有上述实施例所述加热装置，可以通过控制交流加热功率的幅值控制加热器单元的加热功率，通过控制交流加热功率的频率范围选择设定加热器单元的导通，实现分区温控。各个加热器单元可以通过该可编程电源以及带通滤波器实现各个加热器单元对应区域的精细温度控制，不涉及任何开关器件，电路结构简单，控制方式简单。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的等离子反应器而言，由于其与实施例公开的加热装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见加热装置对应部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种加热装置，其特征在于，所述加热装置包括：
可编程电源，所述可编程电源用于提供交流加热功率；
加热器组件，所述加热器组件包括多个加热器单元，所述加热器组件通过带通滤波器组件与所述可编程电源连接；所述带通滤波器组件包括多个带通滤波器；
其中，所述可编程电源基于输出的交流加热功率的频率与所述带通滤波器的导通频率的匹配关系，选择为设定的所述加热器单元输入交流加热功率，进行加热，具体的，通过控制交流加热功率的幅值控制所述加热器单元的加热功率，通过控制加热功率的频率范围选择设定加热器单元导通，实现分区温控。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述可编程电源的输出端口连接电流供应线，其回流端口连接电流回线；
所述电流回线通过所述带通滤波器与所述加热器单元的一个电极端口连接，所述电流供应线与所述加热器单元的另一个电极端口连接。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述电流供应线均通过第一射频滤波器与所述可编程电源的输出端口连接，所述电流回线均通过第二射频滤波器与所述可编程电源的回流端口连接。
4.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述加热器组件具有M行×N列个所述加热器单元；
同一行的所述加热器单元通过同一个所述带通滤波器与同一所述电流回线连接；不同行的所述加热器单元连接不同的所述带通滤波器以及不同的所述电流回线。
5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述可编程电源包括N个输出端口，同一列的所述加热器单元通过同一所述电流供应线与同一所述输出端口连接，不同列的所述加热器单元通过不同的所述电流供应线与不同的所述输出端口连接。
6.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述加热器组件具有M行×N列个所述加热器单元；
每一个所述加热器单元分别通过一个所述带通滤波器与一所述电流回线连接，不同所述加热器单元连接不同所述带通滤波器，同一行所述加热器单元与同一所述电流回线连接。
7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，同一列的所述加热器单元连接同一所述电流供应线，所有所述电流供应线连接所述可编程电源的同一输出端口。
8.根据权利要求2-7任一项所述的加热装置，其特征在于，所有所述电流回线连接所述可编程电源的同一回流端口。
9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述可编程电源能够输出多个中心频率不同的交流加热功率，所有交流加热功率的带宽相同；
任意两个交流加热功率的频率范围不交叠。
10.一种等离子反应器，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的加热装置。
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