CN111434022A - 用于电源电路的铁笼射频隔离器 - Google Patents

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Abstract

电源电路的RF隔离包括围绕成对线圈的一个或多个铁氧体笼，一个线圈连接到电源输入，另一个线圈连接到负载(例如加热器)。该铁氧体笼为线圈提供了通用的隔离，从而不需要特别调谐的滤波器或更复杂的线圈布置。成对的介电盘支撑相应的线圈。一方面，铁氧体笼由铁氧体片构成，这些铁氧体片从介电盘的中央部分呈扇形散开，并在介电盘的外围和介电盘的中央部分连接。一方面，扇形铁氧体片包括锰锌或镁锌铁氧体，连接扇形铁氧体片的铁氧体片包括镍锌铁氧体。

Description

用于电源电路的铁笼射频隔离器
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年11月30日提交的美国实用专利申请No.15/828,258的优先权。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及衬底处理系统，更具体地，涉及用于衬底处理系统的静电卡盘，并且还更具体地，涉及用于衬底处理系统中的静电卡盘的加热系统。还更具体地，本公开涉及在衬底处理系统中的静电卡盘的加热器中所使用的电源电路的RF隔离。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的发明人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
衬底处理系统可以用于对诸如半导体晶片之类的衬底执行蚀刻和/或其他处理。可以将衬底布置在衬底处理系统的处理室中的静电卡盘(ESC)上或与ESC附接的基座上。可以使用几十伏到数千伏范围内的射频电压和几十kHz到几百MHz范围内的RF频率，用射频信号对ESC进行偏置。由于ESC也可以用作工件保持器，因此对ESC温度的适当控制是确保可重复处理结果的重要考虑因素。
一个或多个电加热器可以将ESC的温度保持在期望的范围内。加热器可以与ESC集成或耦合。通常通过适当的控制电路从线路AC电压获得通向加热器的电功率，以将ESC维持在所需的温度范围内。举例来说，一个或多个电加热器可以由DC、线路频率(例如50/60HzAC)或kHz范围的AC功率供电。加热器可以根据工艺要求、腔室条件等同时或在不同时间操作，以维持工艺的温度分布。维持该温度分布有助于在衬底处理中更好的均匀性和蚀刻速率。
在该配置中，DC/低频功率需要耦合至ESC组件，该组件也同时通过杂散耦合或直接连接而经受相当大的RF功率电平的作用。为了防止不良的明显的RF接地短路、RF功率的损失和高水平的信号干扰，甚至防止通过电加热器电源和/或控制电路造成的损坏，需要进行RF隔离。
已经设计了独立的滤波器，以根据射频抑制频率的要求，在不同的工具上阻止从加热器到其电源的射频电流路径。RF滤波器的设计非常繁琐，因为除其他事项外，有必要在谐波频率之间仔细设置寄生谐振，以避免意外的RF电流。另外，随着蚀刻速率和均匀性要求的改变，RF抑制要求也反复变化。蚀刻速率和均匀性要求不断变化，因此可以预期射频抑制要求也将继续变化。
结果，代替用于特定要求的特定滤波器，已经寻求用于RF隔离的通用解决方案。一种这样的解决方案是通过设计宽带和高功率RF隔离器来替换所有RF滤波器，该隔离器通过提供电容性抑制响应来过滤频率。
USP 8,755,204公开了一种提供RF隔离的方法。该专利提出例如通过在隔离变压器的次级绕组和铁芯之间提供屏蔽来减少次级绕组至铁芯(secondary-to-core)的电容耦合。该专利还提出通过例如在初级绕组和铁芯之间提供屏蔽来减少初级绕组至铁芯的电容耦合。
图1示出了根据上述参考专利的隔离变压器实现方式的相关部分，该隔离变压器实现方式用于向也耦合至一个或多个高频RF信号的负载提供高DC或AC线路功率。在图1中，负载是用于等离子体处理室中的RF耦合卡盘的加热器。AC线路电压和频率(例如50Hz或60Hz)形式的电源信号通过导线202和204提供给整流器/滤波器电路206，该电路206将AC线路输入功率信号转换为准DC功率信号，如果需要，可以随后将该准DC功率信号滤波成平滑的DC。
然后，由整流器电路206输出的DC功率信号被提供给驱动电路208，该驱动电路208将在导线210和212上接收的DC功率信号转换为具有中间频率的中间信号，中间频率例如，在约10kHz至约1MHz，或在约10kHz至约几百kHz的范围内，和/或在约10kHz至约200kHz的范围内。结果，中频故意高于50-60Hz的AC线路频率，但低于要阻塞的RF频率(该频率往往在数MHz范围内)。因为中频高于AC线路频率，所以可以使用更小的隔离变压器220。
然后，由驱动电路208输出的中间信号被提供给隔离变压器220的初级绕组222。初级绕组222被示出为缠绕在铁芯224的一部分上。铁芯224可以由锰锌(MnZn)或镍锌(NiZn)或其他合适的高磁导率材料(例如，μ(mu)在2000范围内)形成。可以在铁芯224中设置气隙230，在这种情况下，初级绕组222可以缠绕在气隙230的侧面上而不是在气隙230上方，以便减少绕组中的耗散。
未通过传导直接耦合至初级绕组222的次级绕组236也缠绕在铁芯224周围。为了减小初级绕组222与次级绕组236之间的电容耦合并提供高程度的隔离，特别是对于较高的频率RF信号提供高程度的隔离，次级绕组236可与初级绕组222分开定位。例如，次级绕组236可围绕铁芯224与初级绕组222相对定位，如图1所示。
在刚刚描述的方法中，铁芯被加工成U形，并且需要以下元件来减少次级绕组与铁芯以及初级绕组与次级绕组之间的电容耦合：i)较大直径的次级绕组，其可能卷绕在塑料圆筒体上-其内径将填充铁氧体；ii)初级绕组和次级绕组，其在物理上彼此分开放置，但仍通过同一铁芯磁耦合。
关于这种方法存在一些挑战。首先，从系统角度而言，加工足够大的U形铁氧体片块以将初级绕组与次级绕组分开以及加工塑料圆筒体(在外表面上具有精确的凹槽，并具有用于冷却内部铁氧体的孔)的成本可能有难度。其次，当将铁氧体填充到缠绕有次级绕组的塑料圆筒体中时，设计高效的冷却机构可能是挑战性的。
期望提供更全面的并且不需要特别调谐的电路，也不需要复杂和/或昂贵的组装和/或制造的RF隔离。
发明内容
用于衬底处理系统中的电源电路的RF隔离包括围绕供电的线圈的铁氧体笼。铁氧体笼的正确结构可以消除杂散电容，并在很宽的频率范围内提供所需的RF隔离。该铁氧体笼为线圈提供了通用的隔离，从而不需要特别调谐的滤波器或更复杂的线圈布置。成对的介电盘支撑相应的线圈。一方面，铁氧体笼由铁氧体片构成，这些铁氧体片从介电盘的中央部分呈扇形散开，并在介电盘的外围和介电盘的中央部分连接。一方面，扇形铁氧体片包括锰锌或镁锌铁氧体，连接扇形铁氧体片的铁氧体片包括镍锌铁氧体。
根据详细描述、权利要求和附图，本公开内容的适用性的进一步的范围将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是RF隔离方法的图；
图2是根据本公开的一方面的RF隔离装置的平面图；
图3是根据本公开的一方面的RF隔离装置的顶部的平面图；
图4是根据本公开的一方面的RF隔离装置的底部的平面图；
图5是示出根据本公开的一方面的RF隔离装置的RF隔离效果的曲线图；
图6是示出磁耦合与线圈分离的函数关系的曲线图；
图7描绘了没有周围的铁氧体笼的情况下的线圈的场线；
图8描绘了具有环绕的铁氧体笼的情况下的线圈的场线，其线圈间距与图7中的相同；
图9描绘了没有周围铁氧体笼的情况下的线圈的场线，其中线圈间距更大；以及
图10描绘了具有环绕的铁氧体笼的情况下的线圈的场线，其线圈间隔与图9中的相同。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
图2示出了根据本公开的一方面的RF隔离装置。一方面，该装置是铁氧体笼100。如图2所示，铁氧体笼100包括上和下介电盘110、120，其上分别设置有线圈170、180，如将在下面更详细地讨论的。在下面的讨论中，线圈170是从电源汲取功率的初级绕组，线圈180是将能量输送到负载的次级绕组。一方面，负载由用于ESC的加热器构成。为了便于描述，线圈170将被称为初级，线圈180将被称为次级。
铁氧体笼100还包括铁氧体片130、140、150和160。为了形成铁氧体笼100，铁氧体片130、140、150和160彼此连接，如将要说明的那样，以完成磁路。一方面，铁氧体片130、140和150被胶粘到上和下介电盘110、120的外表面。图2还示出了彼此接触的铁氧体片130、140，其中，铁氧体片130、140在盘状铁氧体片150的周边周围交替，并且铁氧体片130与盘状铁氧体片150接触。一方面，铁氧体片130、140可以接触盘状铁氧体片150，但不能彼此接触。在另一方面，铁氧体片130、140可以彼此接触，但是仅铁氧体片130或140接触盘状铁氧体片150。图2示出了铁氧体片130与盘状铁氧体片150接触，但铁氧体片140未与盘状铁氧体片150接触。
在图2中，铁氧体片130、140被设置在上和下介电盘110、120的外表面上。如前所述，初级线圈170和次级线圈180被设置在相应的介电盘110、120内。在一方面，初级线圈170和次级线圈180可以相对于铁氧体片130、140和150附连到相应的介电盘110、120的相对侧上，使得初级线圈170和次级线圈180在铁氧体笼100内侧。另一个这样的铁氧体片150设置在下盘120的外表面的中心。铁氧体片130从铁氧体片150朝向介电盘110、120的外边缘延伸。在一方面，铁氧体片130、140一直延伸到介电盘110、120的外边缘上，以便于与铁氧体片160接触并完成磁路。下面将进一步描述铁氧体片130、140如何与铁氧体片160接触。然而，铁氧体片130、140不需要一直延伸到上下介电盘110、120的外边缘来接触铁氧体片160并完成磁路。必需的是，初级线圈170和次级线圈180在铁氧体笼100内侧。
在一方面，该布置类似于花，其中条形的铁氧体片130从盘状的铁氧体片150径向延伸。另一种描述这些片的布置的方式是轮毂和辐条式构造，其中盘状的铁氧体片150是毂，而铁氧体片130是辐条。
根据操作要求，盘状铁氧体片150可以具有如图2所示的与介电盘110、120和/或整个铁氧体笼100的半径相关的半径。然而，图2中的铁氧体片150不一定按比例绘制，并且盘状铁氧体片150可以具有不同的半径，这同样取决于操作要求。如前所述，图2示出了向内延伸的铁氧体片130与盘状铁氧体片150接触以完成磁路，但铁氧体片140没有与盘状铁氧体片150接触。一方面，在上盘110的外表面上提供与下盘120的外表面上相同的布置。
图2示出了设置在相邻的铁氧体片130之间的铁氧体片140，其填充了相邻的铁氧体片130之间的一些间隙。根据铁氧体片130的宽度，铁氧体片140可以比铁氧体片130更宽或更窄，或者长度等于或短于铁氧体片130。图2示出了铁氧体片140比铁氧体片130短，并且还示出了具有相似宽度的矩形或条状的铁氧体片130、140。铁氧体片130、140如果形状彼此相似，特别是如果铁氧体片130、140是矩形或条形的，则加工铁氧体片130、140会更容易。一方面，铁氧体片130具有与铁氧体片140的形状不同的形状。
一方面，铁氧体片130的形状可以朝向介电盘110，120的中心变窄，并且朝向介电盘110，120的外径变宽。在最终的布置中，铁氧体片130具有弓形的区段或饼形的区段，或形状与花瓣形状不相似的区段。一方面，对于具有这种非矩形形状的铁氧体片130，可能不需要铁氧体片140，因为铁氧体片130本身可以覆盖足够量的区域，而不需要铁氧体片140“填充”间隙。在另一方面，在一些应用中，即使铁氧体片130具有上述矩形或条形，为了适当地完成铁氧体笼100，铁氧体片140也会不是必要的。铁氧体笼100中的间隙的数量和大小将取决于所寻址的频率范围，并取决于可能产生的杂散电容。
上和下介电盘110、120上的铁氧体片130、140通过另外的铁氧体片160连接。一个铁氧体片160将盘110上的铁氧体片130或140连接到盘120上的相应铁氧体片130或140。在一方面，介电盘110、120中的一个上的一个或多个铁氧体片130可以连接到介电盘中的另一个上的铁氧体片140。即，上介电盘110和下介电盘120上的相应的相同片不必彼此连接。要点是适当地完成磁路，以使铁氧体笼100按预期运行，以在一定频率范围内消除杂散电容并提供所需的RF隔离。
为了完成磁路，如图2所示，在一方面，铁氧体片160延伸穿过上和下介电盘110、120，以便与上和下介电盘110、120两者上都与铁氧体片130、140接触。在该方面140，铁氧体片130、140不需要一直延伸到上和下介电盘110、120的周边。希望片160充分位于介电盘110、120的外边缘内，以便为介电盘提供适当的结构完整性，以及为整个铁氧体笼100提供适当的结构完整性。
一方面，铁氧体片160可以被胶粘在上和下介电盘110、120的周边，以完成磁路。在该方面，为了完成磁路，铁氧体片130、140一直延伸到上和下介电盘110、120的周边。
使用铁氧体片代替实心铁氧体片的一个优点是制造容易和成本。将铁氧体片130、140、150和160组装成铁氧体笼100(诸如图2所示的)与将铁氧体块加工成合适的形状相比，通常是更简单的工艺。另一个优点是减小了电容。
在一方面，上和下介电盘110、120的直径将与初级线圈170和次级线圈180的直径有关。初级线圈170和次级线圈180将装配在铁氧体笼100内，并且具有取决于功率传输要求的尺寸。一方面，上和下介电盘110、120具有约170-200mm的直径。
图3示出了铁氧体片130和初级线圈170的布置的更多内部细节，其中上盘110以略微透明的形式示出，以便使初级线圈170更加可见。在一个方面，如前所述，初级线圈170设置在上盘110的内部。在图3中，铁氧体片130是条状的，并且从上盘110的中心部分径向延伸。一方面，作为完成磁路的一部分，铁氧体片130的边缘或角部朝向上盘110的中心彼此接触。图2中的盘状铁氧体片150没有在此描绘，但在一方面，该铁氧体片150的布置类似于图2中的布置，以完成磁路。该盘状铁氧体片150不仅将与铁氧体片130接触，而且还将与铁氧体片140接触，以完成磁路。
图4示出了铁氧体片130、160和次级线圈180的布置的更多内部细节，其中下盘120以略微透明的形式示出，以便使次级线圈180和铁氧体片130更加可见。一方面，如前所述，次级线圈180设置在下盘110的内部。在图4中，铁氧体片130是条形的，并且从下盘120的中心部分径向延伸。铁氧体片160不仅从下盘120的外半径处从铁氧体片130向上延伸，而且朝向下盘120的中心从铁氧体片130向上延伸。
在图4中以不同于图2的方式出现的一个方面是：在图4中，为了便于说明，仅仅示出了与铁氧体片130一样多的竖直铁氧体片160。在图2中，在介电盘110、120的周边处或周边周围具有的竖直铁氧体片160与具有的铁氧体片130、140一样多，以完成磁路。
在一方面，上和下介电盘110、120由诸如聚醚酰亚胺(PEI)树脂之类的介电材料形成。在ULTEMTM系列树脂中可以找到这类树脂的示例，特别是无定形热塑性PEI树脂。其他合适的材料可以包括聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃纤维，包括G7和G10版本的玻璃纤维。
在一方面，上和下介电盘110、120是实心的。在另一方面，除了为铁氧体片160延伸穿过而形成的槽外，它们是实心的。一方面，介电盘110、120中的一个或两个都具有气孔，以提供层状气流，而不会影响铁氧体笼100的RF隔离特性。
一方面，铁氧体片160是镍锌(NiZn)铁氧体。一方面，盘110的上表面和盘120的下表面上的铁氧体片130、140是锰锌(MnZn)铁氧体或镁锌(MgZn)铁氧体。一方面，盘110的上表面和盘120的下表面上的中心圆形部分150包含NiZn铁氧体，但是它也可以包括MgZn铁氧体。可以使用其他铁氧体材料，具体取决于频率等因素。这种铁氧体的示例包括镍镁(NiMg)铁氧体。通常，铁氧体材料的磁导率与频率不成线性关系。一些铁氧体材料具有很高的磁导率，以致在某些频率(例如功率频率)下几乎像导体一样出现。
一方面，从取决于频率的磁导率、介电常数和损耗特性的角度来看，NiZn可能更适合于铁氧体笼的某些部分。在这方面，NiZn铁氧体具有较低的介电常数，从而在AC和RF端口之间产生较好的隔离。较高的磁导率材料在包含磁场方面可能更有利。但是，该材料也可能具有较高的介电常数，从而降低了AC和RF端口之间的隔离度。MnZn将是这种材料的一个例示例。一方面，材料中的一些可以是NiZn，而一些可以是MnZn。例如，铁氧体片130、140(也许也是铁氧体片150——总体上是水平片)可以是MnZn铁氧体，而铁氧体片160(竖直片)可以是NiZn铁氧体。一方面，作为MnZn铁氧体的补充物或替代物的MgZn铁氧体与NiZn铁氧体一起，在增加初级线圈170和次级线圈180之间的磁耦合方面会是有利的，但不显著降低其电容隔离性。
一方面，在较高的频率，例如几十或几百兆赫兹范围内的频率下，由铁氧体或金属粉尘制成的条是优选的。在用于功率传输的频率下，在一方面，在100kHz至1MHz下，使用铁氧体，例如NiMg或MgZn铁氧体，或NiZn铁氧体。另外，尽管铁氧体一直是本文描述和讨论的重点，但是铁或铁磁性材料(例如铁粉和钢条)是可被认为用于铁氧体笼100的材料类别。
再次参考图2，初级线圈170和次级线圈180被设置在铁氧体笼100内，并且具体地，被设置在相应的上和下介电盘110、120内。在一方面，初级线圈170和次级线圈180是平坦或煎饼状线圈。在各个方面，煎饼状线圈构造可以具有不止一层，或者可以在发射端或接收端上使用印刷电路板(PCB)。初级线圈170和次级线圈180彼此适当地间隔开以允许用于发电(在一方面，为10-15kW)的适当耦合。监视初级线圈侧的电流量将能够监测次级线圈侧的功率输出。
该平坦或煎饼状线圈构造不依赖于磁性材料来进行磁通耦合。该方法还避免了饱和，因为没有磁性材料会饱和。铁氧体笼100有助于将磁通量集中在初级线圈170和次级线圈180之间。
尽管有前述规定，但是实现的磁通耦合可能不是最佳的。为了适当地补偿，可以使初级侧和次级侧中的任何一者或两者共振，以将系统调谐到工作频率。即使产生磁通损失，这种谐振也可以有效地传输功率。有源调谐电路可用于跟踪谐振。
与以上参考的美国专利中示出的线圈布置相比，本文所示的线圈布置提供了更好的RF隔离。在磁通耦合效率存在任何权衡的情况下，这种布置的总功率传输效率是有吸引力的，这将在下面讨论。连接器175接收初级线圈170的相对端172、174。连接器185接收线圈180的相对端182、184。
初级线圈170将连接到例如RF电源，对此输入可以是DC，也可以是多个频率中的任何频率下的AC，并通过适当的整流器和其他电路转换为在适当的频率下的电源以提供给初级线圈。次级线圈180将连接到负载，例如，用于ESC的加热器。ESC可以采用多个加热器，每个加热器尤其根据衬底处理要求和衬底处理室内的条件来加热ESC的特定区域。上述美国专利8,755,204提供了如图1所示的连接到初级的整流器和驱动电路装置的示例。在该图中，一方面，整流器电路206是桥式整流器和/或可以采用三端双向可控硅开关、SSR或晶闸管控制。整流器电路206将AC线输入功率信号转换为准DC功率信号，如果需要，其可以随后被滤波为平滑DC。在图1中，导线202/204上的AC电源信号根据需要可以是单相信号或三相信号，并且整流器电路206相应地是单相或三相整流器。如果DC功率信号可用作输入功率，则可能无需整流。如果从AC线路将大电流汲取到输入滤波器中，则可能需要功率因数校正电路。在一个或多个方面，驱动电路208是开关模式电源，其脉宽将接收到的DC功率信号调制为期望的中频。在一个或多个实施方案中，脉宽调制之后的占空比可以从略高于零到约50％变化。如果需要，适当的驱动电路208可以将接收到的DC功率信号调制为具有中频的AC正弦信号。以这种方式降低谐波含量可以防止干扰和噪声问题，并简化任何滤波要求。包括零交叉和开/关控制的替代功率调制方案也可以单独实施或组合实施。
在一个或多个方面，可以采用滤波器以允许将高频RF信号(即，要被阻止的RF信号)作为共模信号提供给隔离变压器220。再次回看图1，电容器245分别耦合到导线244和246，以实现将高频RF信号作为共模信号提供给隔离变压器220的目的。也可以使用本领域技术人员众所周知的其他设计的滤波器。图1示出了由电容器240和242表示的杂散电容。在美国专利8,755,204中，这些杂散电容可以由电容器245控制，以用于确保输出信号RF耦合是共模信号的目的。然而，根据本公开的方面的铁氧体笼100提供的RF隔离避免了杂散电容。结果，如果设置电容器245以提供共模信号，则避免在临界频率下的谐振将是关键标准。
一旦功率跨越RF隔离而传输，其可以直接用于为无源电路(例如加热器)供电，或者作为在开关频率下的AC，或者整流成经深度调制的DC或滤波回平滑的DC为无源电路(例如加热器)供电。如果需要，也可以在高侧(at the high side)对其进行整流或控制。
一方面，在线圈几何形状被配置为阻扼某些频率，例如在400kHz至30MHz的范围内的情况下，单个铁氧体笼100可能足以容纳线圈170、180可能产生的杂散场。对于被配置为阻扼更高的频率，例如在400kHz至80MHz范围内的频率的线圈几何形状，同心铁氧体笼100可以用来提供更好的隔离并捕获线圈170、180可能产生的杂散场中的较多部分。同心的铁氧体笼可以阻扼在400kHz至300MHz的更大范围内的RF频率。
在一个方面，铁氧体片140定位在相邻的铁氧体片130之间的间隔处。在另一方面，更多的这种铁氧体片可以定位在相邻的铁氧体片130、140之间的不同间隔处，以捕获那些杂散场。在又一方面，上下介电盘110、120上的铁氧体材料的布置可以具有各种设计，包括例如螺形或螺旋设计，从而导致铁氧体笼的形状比圆柱体更具螺形，同时仍然包含初级线圈170和次级线圈180。
与制造诸如在以上参考的美国专利中使用的圆柱形部件相比，制造诸如介电盘110、120之类的平坦部件倾向于更容易。另外，与圆柱形部件相比，向平坦部件提供用于层状气流的孔倾向于更容易。结果，可以有足够的气隙来冷却铁氧体笼100中的铁氧体，从而提供稳定的设计。结合与用铁氧体块制造铁氧体笼相比分别加工铁氧体条相对容易，总的来说，根据本文所述方面制造铁氧体笼100更容易。
对于介电材料而言，平坦方法相对于圆柱形方法的另一优点是铁芯饱和将最小。另外，根据一方面，在铁氧体笼100中的铁氧体材料的介电常数在10-1000的范围内，与圆柱形方法相比，在平坦方法中匝与匝之间的寄生耦合被大大降低。
另外，根据一方面，铁氧体损耗能够衰减100MHz以上的有害谐振，而无需诸如衰减电阻器之类的单独的衰减元件。
此外，将初级线圈170和次级线圈180放置在铁氧体笼100中提供了初级线圈170和次级线圈180之间的强磁路。显著增加了初级线圈170和次级线圈180之间的磁耦合，而没有降低它们之间的电容隔离。结果，效率基本上与负载变化无关。在其他方法中，效率随着负载的增加而急剧下降。在操作中，随着加热元件的开启和关闭，负载将周期性增加，因此负载变化很大。
图5是具有和不具有铁氧体笼的设计的RF隔离度(dB(S21))与频率(MHz)的关系图。dB(S21)表示相对于端口1的功率输入在端口2接收到的功率。下表显示了在不同的负载下，根据一方面的包括铁氧体笼的设计的效率与没有铁氧体笼的设计的效率相比的相应差异。
负载 铁氧体笼的设计的效率 没有铁氧体笼的设计
1Ω 99.3％ 83％
10Ω 98.74％ 43％
50Ω 94.33％ 13.5％
75Ω 91.78％ 9.3％
利用本文所述的铁氧体笼设计，在宽负载范围内(例如，当多个加热器同时工作时)，电源效率优于90％。
根据一个方面，本文描述的结构和技术的另一个优点在于，因为线圈没有缠绕在铁氧体棒上，就像上述美国专利中的情况一样，因此降低了铁芯饱和度，其是匝与匝之间电容耦合(其可能导致有害的寄生谐振)。
作为减小电容耦合的一个示例，已经确定，在采用如上所述的铁氧体笼100的设计中，线圈之间的距离更大(115.4mm)，而线圈之间的电容仅为2.29pF，得出的k系数(磁耦合)为0.29。相反，为了实现相同程度的磁耦合(k系数为0.3)，线圈之间必须更靠近(35.4mm)，从而产生更高的电容(10.7pF)。
图6是示出在不具有铁氧体笼100的设计和具有铁氧体笼100的设计之间的k系数的差异的曲线图。与以上讨论的结果一致，对于根据本公开的方面的铁氧体笼100，基本的磁耦合即使在线圈170、180之间有显著的间隔也可以实现。更大的间隔导致线圈170、180之间的电容减小。
图7描绘了线圈170、180的在没有铁氧体笼100围绕它们的情况下的场强线(以安培/米计)。图8描绘了线圈170、180的在有铁氧体笼100围绕它们的情况下的场强线(以安培/米计)。比较图7和8中的场强线，应当注意，图8包含代表被引导的磁场矢量的场强线200，而图7没有。在线圈170、180周围设置铁氧体笼100会产生被引导的磁场矢量200。
图9描绘了线圈170、180的在没有铁氧体笼100围绕它们的情况下的场强线(以安培/米计)。图10描绘了线圈170、180的在有铁氧体笼100围绕它们的情况下的场强线(以安培/米计)。比较图9和10中的场强线，应当注意，图10包含代表被引导的磁场矢量的场强线200，而图9没有。在线圈170、180周围设置铁氧体笼100会产生被引导的磁场矢量200。
图6、8和10反映了设置具有由MnZn铁氧体构成的铁氧体片130、140和150以及由NiZn铁氧体构成的铁氧体片160的铁氧体笼100。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应当被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将变得显而易见。如本文所使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应当被解释为意味着使用非排他性逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时地)执行。
一些实现方式可以是衬底处理系统的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的加载锁。
示例性系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。蚀刻可以包括导体蚀刻或电介质蚀刻。

Claims (23)

1.一种用于向还经受多个RF信号作用的等离子体处理室的部件提供隔离的功率的装置，所述多个RF信号至少包括具有第一RF频率的第一RF信号，所述装置包括：
第一线圈和第二线圈；和
围绕所述第一线圈和所述第二线圈的铁氧体笼，所述铁氧体笼包括：
支撑所述第一线圈的第一介电盘；
支撑所述第二线圈的第二介电盘；
第一和第二多个铁氧体片，其设置在所述第一介电盘的背离所述第二介电盘的一侧上；
第三和第四多个铁氧体片，其设置在所述第二介电盘的背离所述第一介电盘的一侧上；
布置所述第一至第四多个铁氧体片，使得所述第一介电盘和所述第二介电盘以及所述第一线圈和第二线圈位于第一至第四多个铁氧体片的内部；
第五多个铁氧体片，其用于将所述第一和第二多个铁氧体片中的相应的铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接；
所述第五多个铁氧体片用于将所述第一和第二介电盘分开，使得所述第一和第二线圈间隔开预定距离；
所述第一线圈用于接收输入电压信号，并且所述第二线圈用于提供隔离的功率信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述第一和第二多个铁氧体片具有相同的尺寸和形状，并且
所述第三和第四多个铁氧体片具有相同的尺寸和形状。
3.根据权利要求1所述的装置，其中
所述第二多个铁氧体片中的每个分别布置在所述第一多个铁氧体片中的相邻的铁氧体片之间，并且所述第二多个铁氧体片中的每个短于所述第一多个铁氧体片中的每个；并且
所述第四多个铁氧体片中的每个分别布置在所述第三多个铁氧体片中的相邻的铁氧体片之间，并且所述第四多个铁氧体片中的每个短于所述第三多个铁氧体片中的每个。
4.根据权利要求3所述的装置，其中
所述第一和第二多个铁氧体片是矩形形状，并布置在所述第一介电盘上，以便从所述第一介电盘的中心向其外围径向散开，并且
所述第三和第四多个铁氧体片是矩形形状，并且被布置在所述第二介电盘上，以便从所述第一介电盘的中心朝着其外围径向散开。
5.根据权利要求4所述的装置，其中
所述第一介电盘具有位于其外围的多个槽，
所述第二介电盘具有位于其外围的多个槽；以及
所述第五多个铁氧体片延伸穿过所述槽，以在所述第一和第二介电盘的所述外围处将所述第一和第二多个铁氧体片中的所述相应铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其中
所述第一和第二多个铁氧体片从所述第一介电盘的中心部分向外延伸到其外围，
所述第三和第四多个铁氧体片从所述第一介电盘的中心部分向外延伸至其外围，并且
所述第五多个铁氧体片在所述第一和第二介电盘的所述外围处将所述第一和第二多个铁氧体片中的所述相应铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一至第五多个铁氧体片包含选自由锰锌铁氧体、镍锌铁氧体和镁锌铁氧体组成的群组中的铁氧体。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一至第四多个铁氧体片包含选自由锰锌铁氧体和镁锌铁氧体组成的群组的铁氧体，并且所述第五多个铁氧体片包含镍锌铁氧体。
9.根据权利要求1所述的装置，其还包括两个盘状铁氧体片，所述盘状铁氧体片中的一个布置在所述第一介电盘的中心处，以接触所述第一和第二多个铁氧体片，所述盘状铁氧体片中的另一个布置在所述第二介电盘的中心处，以接触所述第三和第四多个铁氧体片。
10.根据权利要求9所述的装置，其还包括第六多个铁氧体片，以将所述第一和第二盘状铁氧体片朝向所述第一和第二介电盘的相应中心连接。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述两个盘状铁氧体片包含选自由锰锌铁氧体和镁锌铁氧体组成的群组的铁氧体。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二线圈包括煎饼状线圈。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二介电盘在其中具有开口，以促进层状气流。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一和第二介电盘包含选自由聚醚酰亚胺(PEI)树脂、聚醚醚酮、聚四氟乙烯(PTFE)以及G7和G10版本的玻璃纤维组成的群组的材料。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一线圈被嵌入在所述第一介电盘内部，并且所述第二线圈被嵌入在所述第二介电盘内部。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一线圈在与所述第一和第二多个铁氧体片相对的一侧上附接到所述第一介电盘，并且所述第二线圈在与所述第三和第四多个铁氧体片相对的一侧上附接到所述第二介电盘。
17.一种向还经受多个RF信号作用的等离子体处理室的部件提供隔离的功率的方法，所述多个RF信号至少包括具有第一RF频率的第一RF信号，所述方法包括：
提供第一线圈和第二线圈；
用相应的第一和第二介电盘支撑所述第一和第二线圈；
提供围绕所述第一和第二线圈以及所述第一和第二介电盘的铁氧体笼，提供所述铁氧体笼包括：
在所述第一介电盘的背离所述第二介电盘的一侧上提供第一和第二多个铁氧体片；
在所述第二介电盘的背离所述第一介电盘的一侧上提供第三和第四多个铁氧体片；
提供第五多个铁氧体片，以将所述第一和第二多个铁氧体片中的相应的铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接；
所述第五多个铁氧体片用于将所述第一和第二介电盘分开，使得所述第一和第二线圈间隔开预定距离；
18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：
将所述第一和第二多个铁氧体片布置在所述第一介电盘上，以便从所述第一介电盘的中心部分向其外围径向散开，并且
将所述第三和第四多个铁氧体片布置在所述第二介电盘上，以便从所述第一介电盘的中心部分朝向其外围径向散开。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：
在所述第一和第二介电盘的每一个上朝向其外围提供多个槽，并且
使所述第五多个铁氧体片延伸穿过所述槽，以将所述第一和第二多个铁氧体片中的所述相应铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接。
20.根据权利要求18所述的方法，其还包括：
将所述第一和第二多个铁氧体片布置成从所述第一介电盘的中心部分向外延伸到其外围，
将所述第三和第四多个铁氧体片布置成从所述第一介电盘的中心部分向外延伸至其外围，并且
将所述第五多个铁氧体片布置成在所述第一和第二介电盘的所述外围处将所述第一和第二多个铁氧体片中的所述相应铁氧体片与所述第三和第四多个铁氧体片连接。
21.根据权利要求17所述的方法，其还包括
在所述第一和第二介电盘的每一个中提供开口以促进层状气流。
22.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述铁氧体笼还包括：
将第一盘状铁氧体片布置在所述第一介电盘的中心处，以接触所述第一和第二多个铁氧体片，并且将第二盘状铁氧体片布置在所述第二介电盘的中心处，以接触所述第三和第四多个铁氧体片。
23.根据权利要求22所述的方法，其还包括提供第六多个铁氧体片，以将所述第一和第二盘状铁氧体片朝向所述第一和第二介电盘的相应中心连接。
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