具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施,且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类,并不限定对象的个数,例如第一对象可以是一个,也可以是多个。此外,说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一,字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图,通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的道具的产出方法进行详细地说明。
具体的,在相关技术中的谐波抑制电路包括第一谐振电路和与第一谐振电路连接的第二谐振电路;所述第一谐振电路包括三个并联的电容器C1、C2、C3和第一电感L1;所述第二谐振电路包括两个并联的电容C4、C5和第二电感L2;所述第一电感L1和第二电感L2均为螺线圈电感。该谐波抑制电路由两组并联谐振电路串联而成,由并联谐振电路的特性可以知道,在并联谐振频率点呈高阻(输入输出阻抗大),谐振频率点以外呈低阻(输入输出阻抗小),即并联谐振电路对该谐振频率点呈现抑制特性,在串联谐振频率点呈低阻,谐振频率点以外呈高阻;此外,由两组并联谐振网络串联,相当于两个并联谐振网络叠加,电路仍表现为并联谐振网络在谐振频率点的高阻特性,每组谐振网络分别对应二次谐波、三次谐波不同的频率点,因此该串联网络在二次谐波、三次谐波谐振频率点处呈高阻,在其它频率点处呈低阻,即该谐振网络对二次谐波、三次谐波频率点呈现抑制特性,而对其它频率点无抑制作用。
这样,单组谐振电路只能对谐振中心频率点附近有抑制作用,对并联谐振频率点以外的频率点基本无抑制能力,因此该电路谐波抑制范围窄。
综上,相关技术中的谐波抑制电路谐振频点易受电感值和电容值的影响,特定频率点谐波抑制较敏感;此外,谐波抑制电路射频通带范围窄,一般为点频;该谐波抑制电路无法抑制其它频点电源,例如2MHz、60MHz射频电源的干扰。
针对此,本实施例提供了一种谐波抑制电路,以实现射频电源在较宽频率范围内的较高的谐波抑制能力。
具体的,图1示出了本发明的一个实施例提供的谐波抑制电路,该谐波抑制电路包括:
第一电路11、第二电路12、第三电路13和第四电路14;
其中,所述第一电路11用于传输处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号,且所述射频信号由所述第一电路11的信号输入端输入且由所述第一电路11的信号输出端输出;
所述第二电路12的一端与所述第一电路11的信号输入端连接,所述第二电路12的另一端与所述第三电路13的一端连接,用于阻止所述射频信号通过,并使第一预设频率的谐波信号通过,所述第一预设频率为所述预设谐振通带宽度范围之外的频率;
所述第三电路13的另一端接地,用于传输所述第一预设频率的谐波信号;
所述第四电路14的一端与所述第一电路11的信号输出端连接,所述第四电路14的另一端接地,用于传输第二预设频率的谐波信号,其中所述第二预设频率高于所述预设谐振通带宽度范围中的最高频率。
具体的,预设谐振通带宽度范围可以根据实际情况进行设定,例如可以为2MHz-4MHz。第一电路用于传输处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号,使得通过第一电路实现了让需要的射频信号(即处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号)通过,而抑制不需要的射频信号(即未处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号),保证了射频功率的稳定输出。
此外,具体的,第一预设频率为预设谐振通带宽度范围之外的频率。例如,作为一个示例,假设预设谐振通带宽度范围为2MHz-4MHz,则第一预设频率可以为小于2MHz或大于4MHz的频率。其中,第二电路12的一端与第一电路11的信号输入端连接,用于阻止预设谐振通带宽度范围内的射频信号通过,并使第一预设频率的谐波信号通过,这使得能够通过第二电路抑制预设谐振通带宽度范围内的射频信号从该条线路输出,即阻止了有用的射频信号(即处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号)通过,并实现了让无用的谐波信号(即第一预设频率的谐波信号)通过,从而实现了对谐波信号的处理,避免了谐波信号对射频信号的影响。
此外,具体的,第二电路12的另一端与第三电路13的一端连接,第三电路的另一端接地,第三电路13用于传输第一预设频率的谐波信号,实现了通过第三电路13让无用的谐波信号(即第一预设频率的谐波信号)通过并接地,进一步实现了对谐波信号的处理,抑制了谐波对主路信号的影响。
另外,具体的,第二预设频率高于所述预设谐振通带宽度范围中的最高频率;例如,作为一个示例,假设预设谐振通带宽度范围为2MHz-4MHz,则第二预设频率可以为大于4MHz的频率。其中,第四电路14的一端与第一电路11的信号输出端连接,第四电路14的另一端接地,用于传输第二预设频率的谐波信号,这使得能够通过第四电路14对通过第一电路11的高频率的谐波信号进行处理,即通过第四电路14实现对地吸收,减少了高频率的谐波信号对第一电路11输出的射频信号的影响。
这样,本实施例通过上述第一电路、第二电路、第三电路和第四电路的组合连接方式,第一电路传输处于预设谐振通带宽度范围内的射频信号,第二电路阻止预设谐振通带宽度范围内的射频信号通过,并使预设谐振通带宽度范围之外的频率的谐波信号通过,第三电路传输预设谐振通带宽度范围之外的频率的谐波信号并接地,第四电路传输高于预设谐振通带宽度范围中的最高频率的谐波信号并接地,实现了对预设谐振通带宽度范围之外的频率的谐波的抑制,从而实现了射频电源在较宽频率范围内的较高的谐波抑制能力。
在一种实现方式中,如图2所示,第一电路包括相串联的第一电感L1和第一电容C1。
可选的,第一电感的电感值可以为524nH,第一电容的电容值可以为360pF。当然,在此还可以根据预设谐振通带宽度范围的大小来适应调整第一电感和第一电容的值。
具体的,第一电路包括相串联的第一电感L1和第一电容C1,即第一电路为串联谐振电路,由串联谐振特性的特点可知,在串联谐振频率点处为低阻,串联谐振频率点外为高阻,即通过串联谐振能够让需要的信号通过,不需要的信号被抑制,且串联谐振有一定的谐振通带宽度,从而实现了能够通过第一电路,使得预设谐振通带宽度范围内的射频信号通过,预设谐振通带宽度范围外的信号被抑制。
在一种实现方式中,继续参见图2,所述第二电路包括相并联的第二电感L2和第二电容C2。
可选的,第二电感的电感值可以为220nH,第二电容的电容值可以为600pF。当然,在此还可以根据预设谐振通带宽度范围的大小来适应调整第二电感和第二电容的值。
具体的,第二电路包括相并联的第二电感和第二电容,即第二电路为并联谐振,其谐振频率点为基波频率(即与第一电路对应的谐振频率点相同),由并联谐振的特性可知,在谐振频率点处为高阻,此并联谐振的作用是让无用的谐波信号通过,阻止有用的基波信号通过,在本实施例中有用的基波信号为射频信号,无用的谐波信号为第一预设频率的谐波信号,从而实现了能够通过第二电路,使得阻止预设谐振通带宽度范围内的射频信号通过,预设谐振通带宽度范围外的信号通过,从而实现了抑制谐波信号通过第一电路。
在一种实现方式中,继续参见图2,所述第三电路包括电阻R和与所述电阻R并联的谐振单元,所述谐振单元包括相串联的第三电感L3和第三电容C3。
可选的,电阻值可以为20Ω,第三电感的电感值可以为140nH,第三电容的电容值可以为610pF。当然,在此还可以根据预设谐振通带宽度范围的大小来适应调整电阻、第三电感和第三电容的值。
具体的,第三电路中第三电感和第三电容组成串联谐振,在谐振频率点处呈现低阻特性,能够让无用的谐波信号通过并接地(GND),在本实施例中无用的谐波信号为第一预设频率的谐波信号,这实现了能够通过第三电感和第三电容组成的谐振单元,让预设谐振通带宽度范围外的谐波通过并接地,从而进一步实现了抑制谐波信号通过第一电路。此外,与谐振单元并联的电阻用于拓展阻带宽度,同时在较宽频带范围衰减信号幅值,从而使得第三电路对较宽频率范围内谐波信号抑制作用大,从而使得整个谐波抑制电路对较宽频率范围内谐波信号的抑制作用大,避免了谐波信号对第一电路输出的射频信号的影响。
在一种实现方式中,继续参见图2,所述第四电路包括相串联的第四电感L4和第四电容C4。
可选的,第四电感的电感值可以为160nH,第四电容的电容值可以为90pF。当然,在此还可以根据预设谐振通带宽度范围的大小来适应调整第四电感和第四电容的值。
具体的,第四电路中第四电感和第四电容是串联谐振,第四电路接地(GND),在谐振频率点处呈现低阻特性,在射频电源的等离子体未启辉时,等离子体状态是高阻抗状态,射频电源反射功率较大,反射串扰谐波差,通过对地接入第四电感L4和第四电容C4串联谐振,使得对地呈低阻特性,能够在谐振频点处让反射串扰谐波通过对地吸收,从而能够减小高于预设谐振通带宽度范围中的最高频率的谐波信号,进而减少对主路信号(即第一电路信号)的影响。
在一种实现方式中,所述第二电容为一个预设电容值的电容;或者,所述第二电容包括并联的高压电容和平行板电容。
具体的,如图2所示,第二电容可以为一个预设电容值的电容,例如为一个电容值为600pF的电容。
此外,为了节约成本,如图3所示,第二电容可以包括并联的高压电容C6和平行板电容Cp5。即可以由图3中的高压电容C6和平行板电容Cp5代替图2中的C2。由于一般电容值越大,耐压越高,器件价格越贵,此时第二电容包括并联的高压电容和平行板电容,降低了生产成本。
在一种实现方式中,所述高压电容和平行板电容的电容和值与所述预设电容值相等,且所述平行板电容的电容值大于所述高压电容的电容值。
可选的,作为一个示例,预设电容值为600pF,平行板电容的电容值为550~600pF,高压电容的电容值为0~50pF。
具体的,平行板电容是一种平行板电容器,使用之前需经过仿真设计,根据目标容值计算出平行板电容的相对面积及间距,采用多层板混压工艺,加工制作时需控制黏胶剂量和制板压力,以保证批次加工的一致性和仿真设计的正确性。
具体的,因高压电容和平行板电容组成并联谐振网络,该并联谐振网络对应的谐振频点是射频电源的基频信号,为防止基频信号通过并损耗,因此此处对谐振频点的精准度有一定要求,需尽量对准基频谐振频点,需要动态调试第二电感L2或第二电容C2的容值,第二电感L2使用硬铜线制作,成型后不易调整,因此调整第二电容C2的值更容易实现。而单个的电容一般电容值越大,耐压越高,器件价格越贵,因此通过并联的高压电容和平行板电容代替第二电容,实现了将原本需要采购的价格较高的第二电容间接用价值较低的高压电容和平行板电容代替,有效降低了生产成本。
此外,高压电容和平行板电容的电容和值与预设电容值相等,且平行板电容的电容值大于所述高压电容的电容值,使得在降低了生成成本的同时,保证了并联的高压电容和平行板电容与第二电容为一个预设电容值的电容时作用相同。
另外,在一种实现方式中,参见图4,所述第四电路包括第五电容C5。
具体的,第四电路包括第五电容C5,实现了谐波信号的对地吸收,实现了对谐波信号的抑制。
下面通过具体示例对本申请进行说明。
具体的,作为一个示例,以13.56MHz射频电源为例,假设第一电感的电感值为524nH,第一电容的电容值为360pF,第二电感的电感值为220nH,第二电容的电容值为600pF,电阻值为20Ω,第三电感的电感值为140nH,第三电容的电容值为610pF,第四电感的电感值为160nH,第四电容的电容值为90pF,以此参数进行仿真,得到如图5所示的该谐波抑制电路的频率响应曲线图。
从图5中的谐波抑制电路频率响应曲线可以看出,13.56MHz射频电源的二次谐波抑制度(对应图中m2数据)达到-16.07dB,三次谐波抑制度(对应图中m3数据)达到-43.9dB,四次谐波抑制度(对应图中m4数据)达到-25.3dB,五次至十次谐波抑制度(对应图中m1数据)均在-20dB以下。
具体的,经过实际测量,基频与二次至十次谐波抑制度在不同的射频输出功率下的差值均可以达到50dBc,远高于一般40dBc的需求指标。
此外,半导体工艺制程中,一般13.56MHz射频电源与其它频率射频电源(例如2MHz、60MHz)分别作为上、下电极功率源使用,本实施例谐波抑制电路可以实现对2MHz射频电源约-12dB的抑制效果,对60MHz射频电源约-24dB的抑制效果,能够有效抑制其它频率射频电源(例如2MHz、60MHz)的干扰。
此外,本实施例还提供一种射频电源,该射频电源包括上述实施例中的谐波抑制电路。
这样,本实施例中的射频电源配置上述谐波抑制电路后,作为一个示例,射频电源的谐波抑制范围从三次至十次谐波范围即40MHz至150MHz范围内,谐波抑制度均达到30dB,相比相关技术中仅能抑制二次,三次谐波,对四次以上谐波抑制能力为零,在射频电源系统中,通过配置本谐波抑制电路,可以大大拓宽频率抑制范围,且谐波抑制能力提升约30dB。
此外,使用相关技术中谐波抑制电路的射频电源,在500W射频功率输出功率下,射频效率可以提升1.3%,降低直流功耗0.34%;使用配置有本实施例谐波抑制电路的射频电源,在500W射频功率输出下,射频效率能够提升6.8%,降低直流功耗4.6%;对比发现,在射频电源系统中,通过配置本谐波抑制电路可以提高射频电源效率,降低功耗。
此外,实际生产中,电感的加工误差一般为20%左右,当相关技术中电感的工艺加工误差20%时,27.12MHz频点的变化从-47.03dB变化到-0.63dB,变化率为98.6%,通过本实施例电感制作工艺误差20%的范围内,27.12MHz频点的变化从-16.08dB变化到-15.22dB,变化率为5.3%,在射频电源系统中,通过配置本射频电源谐波抑制电路,射频电源的特定频率下的谐波抑制敏感度下降93.3%,从而实现了降低特定频率谐波抑制敏感度。
另外,相关技术中的谐波抑制电路对射频电源的谐振通带无影响,从本实施例射频电源谐波抑制电路频率响应曲线能够看出,射频通带范围可达到1.4MHz,在射频电源系统中,通过配置本射频电源谐波抑制电路及方法,大大提升了射频电源的通带范围。
另外,从谐波抑制电路频率响应曲线能够看出,该谐波抑制电路可以实现对2MHz射频电源约-12dB的抑制效果,对60MHz射频电源约-24dB的抑制效果,远远大于相关技术中谐波抑制电路对2MHz射频电源、60MHz射频电源约-0.5dB的抑制效果。在射频电源系统中,通过配置本射频电源谐波抑制电路,能够抑制其它频点射频电源,例如2MHz、60MHz射频电源的干扰。
此外,本实施例还提供一种半导体工艺设备,包括反应腔室和为所述反应腔室提供射频信号的射频电源,所述射频电源为上述实施例所述的射频电源。
需要说明的是,在本文中,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过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,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过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外,需要指出的是,本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能,还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能,例如,可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法,并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外,参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述,但是本申请并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本申请的启示下,在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本申请的保护之内。