TW201342508A - 用於靜電吸盤的射頻濾波器 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於靜電吸盤的多頻率射頻濾波器，所述靜電吸盤安裝在一個等離子處理裝置中用於固定待處理基片，所述等離子處理裝置包括具有多個射頻頻率的射頻電源連接到等離子發生裝置，所述靜電吸盤包括一個加熱電極，一個射頻濾波器連接在所述靜電吸盤加熱電極和一個加熱電源之間，其特徵在於，所述射頻濾波器包含一個鐵芯電感和一個空氣電感以及一個濾波電容。其中濾波器的諧振頻率的選擇使其諧振頻率大於要濾除的頻率。這樣結構的射頻濾波器能夠以更小的體積實現更高效率的濾波。

Description

用於靜電吸盤的射頻濾波器

本發明關於一種射頻濾波器，特別是一種與等離子體處理裝置的靜電吸盤連接的射頻濾波器。

在半導體器件的製造過程中，為了在作為基板的半導體晶片上進行澱積、蝕刻等工藝處理，一般通過靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)產生靜電引力來吸持固定和支撐晶片。

如圖1所示，靜電吸盤200通常設置在如等離子體處理裝置的真空處理腔室底部，作為下電極與射頻功率源400連接，而在真空處理腔室頂部的上電極與該下電極間形成射頻電場，使被電場加速的電子等與通入處理腔室的反應氣體分子發生電離衝撞，產生反應氣體的等離子體與晶片進行反應。通過調節與靜電吸盤200的基座連接的該射頻功率源400，控制生成的等離子體的密度。

晶片被放置在靜電吸盤200頂部、高導熱陶瓷材料的介電層210上，通過在介電層210中埋設數個電極310並分別施加直流的吸持電源，使在晶片和介電層210之間產生靜電引力，使晶片被牢牢地吸附在靜電吸盤200上。在介電層210中一般還設置有數個加熱元件320，通過加熱介電層210，將熱量均勻傳遞至晶片，控制晶片處理時的溫度。

通常需要在施加到每個加熱元件320的溫控電源(heater power)301及其溫度感測器的檢測信號302上，分別設置射頻濾波器100進行濾波，使其輸出不會對上述射頻功率源400造成干擾。然而，現代技術 經常用多個射頻電源來控制等離子加工的不同特性，比如用高頻射頻源如40Mhz、60Mhz或者更高頻率來產生等離子。較低頻率的射頻電源(小於10Mhz)的射頻如2Mhz來控制等離子入射到基片表面的能量。這樣連接到加熱器的濾波器就需要設計成能夠濾除兩個差別很大的射頻能量，否則這些射頻功率會沿著加熱電路倒流，損壞用來給靜電吸盤加熱的電路。為了濾除這樣的頻率，現有技術通常用多個串聯的空氣芯電感與電容構成的濾波電路。用空氣芯電感雖然也能獲得具有所需諧振頻率的電路，但是由於空氣芯電感的感量很小，要獲得對應於2M或者更低頻率的射頻能量就需要繞制數百匝甚至更多的線圈，不僅體積龐大而且製造成本高昂。如果採用較小的空氣芯電感則電感量的數值又達不到要求，這樣的結構無法完好的匹配入射的2個頻率差距很大的電源，造成最終濾波效果不佳。

本發明的目的是提供一種用於靜電吸盤的射頻濾波器，所述靜電吸盤安裝在一個等離子處理裝置中用於固定待處理基片，所述等離子處理裝置包括具有多個射頻頻率的射頻電源連接到等離子發生裝置，所述靜電吸盤內包括一個加熱電極，一個射頻濾波器連接在所述靜電吸盤加熱電極和一個加熱電源之間，其特徵在於，所述射頻濾波器包含一個鐵芯電感和一個空氣電感以及一個電容。加熱電源可以是輸入的工頻或直流的加熱電壓。

靜電吸盤中設置的加熱元件可以是多個的並且每個對應不同的加熱區域，這數個加熱元件通過多個濾波器電連接到加熱電源。

濾波器包括相互串聯的一個空氣電感和一個鐵芯電感電連接到所述加熱電源的功率輸入端，一個濾波電容連接在所述功率輸入端和接地點之間。

其中具有多個射頻頻率的射頻電源輸出一個高頻射頻頻率 電壓和一個低頻射頻頻率的電壓，所述濾波器中空氣電感與濾波電容形成的諧振電路，具有第一諧振頻率大於所述高頻射頻頻率；所述濾波器中鐵芯電感與濾波電容形成的諧振電路，具有第二諧振頻率大於所述低頻射頻頻率且小於所述高頻射頻頻率。第一諧振頻率可以是大於所述高頻射頻頻率15%，第二諧振頻率可以是大於所述低頻射頻頻率50%。

其中所述的高頻射頻頻率大於40Mhz，低頻射頻頻率低於20Mhz。鐵芯電感在輸入低頻射頻頻率時具有大於1千歐姆的阻抗。

空氣芯電感和鐵芯電感組合形成的諧振電路不僅能適合頻率相差很大的射頻系統，而且具有體積小成本低等優點。由於鐵芯的採用，使電感值很容易就得到提高，具有更高的適應性，能夠應對不同頻率的射頻系統。本發明不僅可以用於靜電吸盤的加熱限流濾波，也可以用於等離子反應腔中任何需要對大範圍多頻率的場合。比如在靜電吸盤中提供靜電的高壓直流線路，或者用來對反應腔內電信號進行探測的一些探頭，需要濾除一些大頻率差異很大的射頻信號，這些場合或部件都可以採用本發明實現對大範圍頻率的高效濾除。所以只要是放置在反應腔內的導體能夠與多個射頻頻率耦合，並且這個導體與外部驅動電路連接需要濾除這些高頻干擾的，都可以採用本發明結構。同的形狀；類似的，在多層繞組結構的封裝部件中，對應穿設多根導線的通道位置固定，使形成的多個電感濾波線圈形狀也相同，因而能夠在多個電感濾波線圈上獲得一致的濾波效果，也減少了電弧發生的可能，提高了靜電吸盤工作的可靠性。

〔習知〕

100‧‧‧射頻濾波器

200‧‧‧靜電吸盤

210‧‧‧介電層

301‧‧‧溫控電源

302‧‧‧檢測信號

310‧‧‧電極

320‧‧‧加熱元件

400‧‧‧射頻功率源

〔本發明〕

100‧‧‧多通道射頻濾波器

圖1是習知靜電吸盤的射頻濾波器的總體結構示意圖。

圖2是根據本發明的一個具體實施例中用於靜電吸盤的射頻濾波器的總體結構示意圖。

以下結合附圖說明本發明的具體實施方式。

實施例1

配合參見圖2所示，本實施例中提供了一種用於靜電吸盤的多通道射頻濾波器100。圖2顯示了一個具有多個加熱區的靜電吸盤加熱系統，靜電吸盤加熱區包括中心區，中間區和邊緣區分別通過3個濾波電路連接到3個可以獨立控制輸出交流功率的電源。加熱用的交流電源可以是工頻的(50hz)，也可以是直流的，只要能加熱靜電吸盤中的加熱器就可以。濾波電路包括3個串聯的電感L1、L2、L3，其中L2，L3包括了一個鐵芯，L1是空氣芯。本發明靜電吸盤加熱器也可以是只有一個加熱區或者多於三個加熱區，圖中所示3個加熱區僅為示例。每個加熱區與加熱器串聯的電感也可以只有2個，由一個空氣芯電感和一個鐵芯電感組成。串聯電感通過電容連接到接地點，將流入加熱電路的射頻功率濾除。

本發明應用於等離子處理裝置，等離子處理裝置包括等離子發生器，連接到多個射頻電源後對反應腔中的氣體解離形成等離子體。等離子發生器可以是電容耦合型的反應器，在上下電極間施加射頻電場，其中本發明中靜電吸盤位於下電極，會受到多個射頻的影響。等離子發生器也可以是電感耦合型的，反應腔外部的線圈產生的射頻電場穿過絕緣層視窗進入反應腔，部分功率也能進入安裝待處理基片的下電極。其他多射頻電源的反應腔如ECR等也適用本發明結構。

通過本發明設計相互串聯的一個空氣芯電感和一個帶鐵芯的電感來適應本發明所要濾除的從幾兆赫茲到幾十甚至上百赫茲的射頻頻率。

空氣芯電感被設計來限制高頻射頻電壓，常見的都是高於40Mhz的，比如40Mhz、60Mhz、80Mhz、120Mhz或者160Mhz的射頻電 壓。

鐵芯電感是被設計來限制中低頻的射頻電壓，特別是低於27Mhz的，比如27Mhz、13.56Mhz、2Mhz、1Mhz或者400Khz的射頻電壓。

兩者的結合能夠獲得一個多頻的射頻濾波器來同時濾除多個射頻電壓。本發明濾波器在雙頻，三頻或者其他多頻的半導體設備上非常有效。

為了有效衰減射頻信號，每個射頻電感都被設計成具有諧振頻率大於要被濾除的射頻電壓的頻率。對高頻射頻電壓來說一個諧振電路的阻抗會隨著輸入射頻信號頻率的增加而增加，直到達到諧振點時阻抗最大，但是當頻率超過諧振點時諧振電路相對該頻率的信號又開始顯示容性，所以阻抗又開始縮小。本發明的電感和電容組成的諧振電路參數選擇使諧振電路具有的諧振頻率比需要濾除的射頻功率更高。這樣使得在等離子反應腔工作中任何輸入的頻率組成都是在阻抗較高的區域。射頻電源在進入等離子反應腔後出來本身射頻電源輸入的頻率外，還會在各種阻抗和反射中產生很多高頻的諧波，比如2Mhz的基波會產生如4Mhz，8Mhz等的諧波。這樣這些諧波的部分也能被具有較高諧振頻率的濾波器給過濾掉。本發明在濾波電路諧振頻率的選擇上對要濾除的射頻信號為60Mhz的可以選用具有大於70Mhz的諧振頻率電感、阻抗大於1千歐姆的電路。對應要濾除的為13.56Mhz的信號可以選用大於等於20Mhz、阻抗大於1.1千歐姆的諧振頻率的電路。對於要濾除的為2Mhz的射頻信號可以選用具有大於5Mhz諧振頻率、阻抗大於1.4千歐姆的諧振電路。

採用本發明結構的濾波電路實驗結果：

低頻段功率為2000W時，衰減幅度大於20分貝(2.26KV輸入電壓，21V輸出電壓)；鐵芯溫度34.5-43.3℃，30分鐘測試。

高頻段功率為1000W時，衰減幅度大於17分貝(200V輸 入電壓，4V輸出電壓)。

綜上所述，本發明所述用於靜電吸盤的多通道射頻濾波器，將空氣芯電感和鐵芯電感組合形成的諧振電路不僅能適合頻率相差很大的射頻系統，而且具有體積小成本低等優點。由於鐵芯的採用，使電感值很容易就得到提高，具有更高的適應性，能夠應對不同頻率的射頻系統。本發明不僅可以用於靜電吸盤的加熱限流濾波，也可以用於等離子反應腔中任何需要對大範圍多頻率的場合。比如在靜電吸盤中提供靜電的高壓直流線路，或者用來對反應腔內電信號進行探測的一些探頭，也需要濾除一些大頻率差異很大的射頻信號，這些場合或部件都可以採用本發明實現對大範圍頻率的高效濾除。所以只要是放置在反應腔內的導體能夠與多個射頻頻率耦合，並且這個導體與外部驅動電路連接需要濾除這些高頻干擾的，都可以採用本發明結構。

儘管本發明的內容已經通過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本發明所屬領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

100‧‧‧多通道射頻濾波器

Claims (11)

1. 一種用於靜電吸盤的射頻濾波器，所述靜電吸盤安裝在一個等離子處理裝置中用於固定待處理基片，所述等離子處理裝置包括具有多個射頻頻率的射頻電源連接到所述等離子發生裝置，所述靜電吸盤包括一個加熱電極，一個射頻濾波器連接在所述靜電吸盤加熱電極和一個加熱電源之間，其中所述射頻濾波器包含一個鐵芯電感和一個空氣電感以及一個濾波電容。
2. 如請求項1所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述靜電吸盤中設置有數個加熱元件對應不同的區域，所述數個加熱元件通過多個濾波器電連接到加熱電源。
3. 如請求項1所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述射頻濾波器包括相互串聯的一個空氣電感和一個鐵芯電感電連接到所述加熱電源的功率輸入端，一個濾波電容連接在所述功率輸入端和接地點之間。
4. 如請求項1所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述加熱電源輸入端輸入工頻或直流的加熱電壓。
5. 如請求項1所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述具有多個射頻頻率的射頻電源輸出一個高頻射頻頻率的電壓和一個低頻射頻頻率的電壓，所述射頻濾波器中空氣電感與濾波電容形成的諧振電路，具有第一諧振頻率大於所述高頻射頻頻率；所述射頻濾波器中鐵芯電感與濾波電容形成的諧振電路，具有第二諧振頻率大於所述低頻射頻的頻率且小於所述高頻射頻頻率。
6. 如請求項5所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述第一諧振頻率大於所述高頻射頻頻率15%。
7. 如請求項5所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述第二諧振頻率大於所述低頻射頻頻率50%。
8. 如請求項5所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述高頻射頻頻率大於40Mhz，所述低頻射頻頻率低於20Mhz。
9. 如請求項5所述之用於靜電吸盤的射頻濾波器，其中所述鐵芯電感在輸入低頻射頻頻率時具有大於1千歐姆的阻抗。
10. 一種用於等離子處理裝置的射頻濾波器，所述等離子處理裝置包括一個反應腔，一個具有多個射頻頻率的射頻電源連接到等離子發生裝置，所述具有多個射頻頻率的射頻電源輸出一個高頻射頻頻率的電壓和一個低頻射頻頻率的電壓，其中所述高頻射頻頻率大於40Mhz，所述低頻射頻頻率小於20Mhz；一個電極位於反應腔內與所述多個射頻頻率耦合，並且所述電極有外部驅動電路聯通；一個射頻濾波器連接在所述電極和驅動電路之間；其中所述射頻濾波器包含一個鐵芯電感和一個空氣電感以及一個濾波電容。
11. 如請求項10所述之用於等離子處理裝置的射頻濾波器，其中所述射頻濾波器包括兩個串聯的鐵芯電感和一個空氣電感。