TWI780386B - 電漿反應器及其加熱裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種電漿反應器及其加熱裝置，加熱裝置包括可編程電源、加熱器組件以及帶通濾波器組件，設置加熱器組件透過帶通濾波器組件與可編程電源連接，帶通濾波器組件包括複數個帶通濾波器，可編程電源可以基於輸出的交流加熱功率與帶通濾波器的導通頻率的匹配關係，選擇輸入交流加熱功率至設定的加熱器單元，以實現分區溫控功能，電路結構簡單，無需開關元件，控制方式簡單。

Description

電漿反應器及其加熱裝置
本發明涉及半導體器製程設備技術領域，更具體的說，涉及一種電漿反應器及其加熱裝置。
隨著科學技術的不斷發展，越來越多的電子設備應用到人們的日常生活以及工作當中，為人們的日常生活以及工作帶來了巨大的便利，成為當今人們不可或缺的重要工具。
半導體晶片是電子設備實現各種功能的主要元件。半導體晶片的生產過程中，需要進行大量的微觀加工，電漿反應器能夠在晶圓上形成各種微米甚至奈米級尺寸的通孔或溝槽，再結合其它化學氣相沉積等製程，最終形成各種半導體晶片成品。隨著蝕刻製程的需求日益提高，電漿處理過程中對晶圓或基片溫度的控制精密度需求也越來越高，故現有電漿反應器一般採用具有多區溫控功能的加熱裝置。
現有的電漿反應器中，其加熱裝置透過在各加熱器單元分別設置一個電子開關以實現分區溫控功能，其電路結構複雜。
有鑑於此，本發明的技術解決方案提供了一種電漿反應器及其加熱裝置，可以透過可編程電源以及帶通濾波器以實現分區溫控功能，電路結構簡單，無需開關元件，控制方式簡單。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術解決方案：一種加熱裝置，加熱裝置包括：可編程電源，可編程電源用於提供交流加熱功率；加熱器組件，加熱器組件包括複數個加熱器單元，加熱器組件透過帶通濾波器組件與可編程電源連接；帶通濾波器組件包括複數個帶通濾波器；其中，可編程電源基於輸出的交流加熱功率與帶通濾波器的導通頻率的匹配關係，選擇輸入交流加熱功率至設定的加熱器單元，以進行加熱。
較佳的，在上述加熱裝置中，可編程電源的輸出端口連接至電流供應線，其回流端口連接至電流線路；電流線路透過帶通濾波器與加熱器單元的一個電極端口連接，電流供應線與加熱器單元的另一個電極端口連接。
較佳的，在上述加熱裝置中，電流供應線皆透過第一射頻濾波器與可編程電源的輸出端口連接，電流線路皆透過第二射頻濾波器與可編程電源的回流端口連接。
較佳的，在上述加熱裝置中，加熱器組件具有M行×N列個加熱器單元；同一行的加熱器單元透過同一個帶通濾波器與同一個線路電流線路連接；不同行的加熱器單元連接至不同的帶通濾波器以及不同的線路電流線路。
較佳的，在上述加熱裝置中，可編程電源包括N個輸出端口，同一列的加熱器單元透過同一個電流供應線與同一個輸出端口連接，不同列的加熱器單元透過不同的電流供應線與不同的輸出端口連接。
較佳的，在上述加熱裝置中，加熱器組件具有M行×N列個加熱器單元；各加熱器單元分別透過一個帶通濾波器與一個電流線路連接，不同的加熱器單元連接至不同的帶通濾波器，同一行的加熱器單元與同一個電流線路連接。
較佳的，在上述加熱裝置中，同一列的加熱器單元連接至同一個電流供應線，所有的電流供應線連接至可編程電源的同一個輸出端口。
較佳的，在上述加熱裝置中，所有的電流線路連接至可編程電源的同一個回流端口。
較佳的，在上述加熱裝置中，可編程電源能夠輸出複數個中心頻率不同的交流加熱功率，所有交流加熱功率的帶寬相同；任意兩個交流加熱功率的頻率範圍不重疊。
本發明進一步提供一種電漿反應器，其包括：上述任一項所述的加熱裝置。
透過上述的說明可知，本發明的技術解決方案提供的電漿反應器及其加熱裝置中，設置加熱器組件透過帶通濾波器組件與可編程電源連接，帶通濾波器組件包括複數個帶通濾波器，可編程電源可以基於輸出的交流加熱功率與帶通濾波器的導通頻率的匹配關係，選擇輸入交流加熱功率至設定的加熱器單元，以實現分區溫控功能，電路結構簡單，無需開關元件，控制方式簡單。
1:第一輸出端口
2:第二輸出端口
3:第三輸出端口
11:可編程電源
12:加熱器組件
13:帶通濾波器組件
14:控制器
21:電流供應線
22:電流線路
31:第一射頻濾波器
32:第二射頻濾波器
41:反應腔體
42:第一濾波器組件
43:第二濾波器組件
44:靜電夾盤
45:待處理基材
46:支撐裝置
47:導電基板
121:加熱器單元
BPF,BPF1,BPF2,BPF3,BPFM,BPFi,BPFp-q:帶通濾波器
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術解決方案，下面將對實施例或現有技術說明中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面說明中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員 來講，在不付出創造性勞動的前提下，進一步可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
第1圖為本發明實施例提供的一種加熱裝置的結構示意圖；第2圖為本發明實施例提供的另一種加熱裝置的結構示意圖；第3圖為本發明實施例提供的一種電漿反應器的結構示意圖。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術解決方案進行清楚、完整地說明，顯而易見的，所說明的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域具有通常知識者在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬本發明保護的範圍。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加顯而易見，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
參考第1圖，第1圖為本發明實施例提供的一種加熱裝置的結構示意圖，該加熱裝置可以用於電漿反應器，也可以用於其他需要加熱的設備。加熱裝置包括：可編程電源11，可編程電源11用於提供交流加熱功率；加熱器組件12，加熱器組件12包括複數個加熱器單元121，加熱器單元121透過帶通濾波器組件13與可編程電源11連接；帶通濾波器組件13包括複數個帶通濾波器BPF。
其中，可編程電源11基於輸出的交流加熱功率與帶通濾波器BPF的導通頻率的匹配關係，選擇輸入交流加熱功率至設定的加熱器單元121，以進行加熱。
可編程電源11的輸出端口連接電流供應線21，其回流端口連接電流線路22；電流線路22透過帶通濾波器BPF與加熱器單元121的一個電極端口連接，電流供應線21與加熱器單元121的另一個電極端口連接。
可編程電源11能夠輸出複數個中心頻率不同的交流加熱功率，所有交流加熱功率的帶寬相同，帶寬皆為B；任意兩個交流加熱功率的頻率範圍不重疊。如一個交流加熱功率的頻率為[fa-B，fa+B]，另一個交流加熱功率頻率為[fb-B，fb+B]，fa和fb分別為兩個交流加熱功率的中心頻率，且fa不等於fb，則兩個中心頻率的差值需要大於2B，以使得二者的頻率範圍不重疊。這樣，可以避免不同中心頻率的交流加熱功率發生頻率重疊，以便於透過對應的帶通濾波器BPF為設定的加熱器單元121供電，有選擇的選擇一個或是複數個加熱器單元121導通加熱，實現分區溫控的功能。
本發明實施例所述加熱裝置中，電流供應線21皆透過第一射頻濾波器31與可編程電源11的輸出端口連接，電流線路22皆透過第二射頻濾波器32與可編程電源11的回流端口連接，透過射頻濾波器阻擋線路中的射頻訊號，以保證系統安全及可靠性。
在第1圖所示方式中，加熱器組件12具有M行×N列個加熱器單元121；M和N皆為正整數，二者中的至少一個大於1。第1圖以M=N=3為例進行說明。可以根據加熱裝置加熱尺寸以及加熱分區需求選擇M和N的值，包括但不局限於第1圖所示方式。設定p為不大於M的正整數，q為不大於N的正整數，任意一個加熱器單元121可以表示為第p行第q列的第p-q加熱器單元121。
同一行的加熱器單元121透過同一個帶通濾波器BPF與同一個線路電流線路22連接；不同行的加熱器單元121連接至不同的帶通濾波器BPF以及不同的線路電流線路22。如第1圖所示方式中，第一行加熱器單元121皆透過第一帶通濾波器BPF1與對應的一條電流線路22連接，第二行加熱器單元121皆透過 第二帶通濾波器BPF2與對應的一條電流線路22連接，第三行加熱器單元121皆透過第三帶通濾波器BPF3與對應的一條電流線路22連接。
在第1圖所示方式中，可編程電源11包括N個輸出端口。同一列的加熱器單元121透過同一個電流供應線21與同一個輸出端口連接，不同列的加熱器單元121透過不同的電流供應線21與不同的輸出端口連接。如第1圖所示，可編程電源11具有第一輸出端口1、第二輸出端口2和第三輸出端口3，第一列加熱器單元121透過一條對應的電流供應線21與第一輸出端口1連接，第二列加熱器單元121透過一條對應的電流供應線21與第二輸出端口2連接，第三列加熱器單元121透過一條對應的電流供應線21與第三輸出端口3連接。
各輸出端口至少可以輸出M個不同中心頻率的交流加熱功率。各帶通濾波器BPF的導通頻率皆單獨匹配一個中心頻率的交流加熱功率。這樣，透過一個輸出端口為一列加熱器單元121提供交流加熱功率時，僅有該列中的一個加熱器單元121對應連接的帶通濾波器BPF導通，從而實現分區溫控功能。
第1圖所示加熱裝置中，各輸出端口可以輸出M個不同中心頻率的交流加熱功率，依次為第一交流加熱功率F1至第M交流加熱功率FM，且第i交流加熱功率Fi的中心頻率為fi，i為不大於M的正整數。同一個輸出端口在同一時刻僅輸出一個交流加熱功率。第i交流加熱功率的頻率範圍是[fi-B,fi+B]，B為帶寬，例如，可以為50Hz。帶通濾波器組件13具有M個帶通濾波器BPF，依次為第1帶通濾波器BPF1至第M帶通濾波器BPFM，且第i交流加熱功率與第i帶通濾波器BPFi的導通頻率匹配，可以使得第i帶通濾波器BPFi導通。例如，第一交流加熱功率的中心頻率為1000Hz，第二交流加熱功率的中心頻率為1150Hz，第三交流加熱功率的中心頻率為1350Hz。
第1圖所示加熱裝置中，一種方式可以依次驅動各加熱器單元121以進行加熱。此時，僅有一個輸出端口輸出交流加熱功率，因此可以控制一個 加熱器單元121對應於連接的帶通濾波器BPF導通，僅透過加熱器單元121加熱。根據預設時序的交流加熱功率，可以依次導通各加熱器單元121以進行加熱，在同一時刻僅有一個加熱器單元121處於導通加熱狀態，即該時刻僅有一個輸出端口輸出第i交流加熱功率，以使得輸出端口連接的第i行的加熱器單元121導通加熱。如需要第一行第一列的第1-1加熱器單元121導通，需要透過第一輸出端口1輸出第一交流加熱功率F1，使得僅第一帶通濾波器BPF1導通，從而可以透過第一行第一列的第1-1加熱器單元121導通加熱。如需要第二行第二列的第2-2加熱器單元121導通，需要透過的第二輸出端口2輸出第二交流加熱功率F2，使得僅第二帶通濾波器BPF2導通加熱。
第1圖所示加熱裝置中，另一種方式，依次驅動各行加熱器單元121進行加熱。此時，所有輸出端口皆輸出相同的交流加熱功率，因此使得一個帶通濾波器BPF導通，並可以連接與帶通濾波器BPF位在同一行的加熱器單元121皆加熱。根據預設時序的交流加熱功率，可以依次導通各行加熱器單元121以進行加熱。在同一時刻僅有一行加熱器單元121處於導通加熱裝置。如需要第一行加熱器單元121導通，需要所有輸出端口輸出第一交流加熱功率F1，使得僅第一帶通濾波器BPF1導通，從而使得第一行各加熱器單元121皆可以透過對應連接的輸出端口獲取第一交流加熱功率F1，以透過第一行的所有加熱器單元121進行加熱。如需要第三行加熱器單元121導通，需要所有輸出端口輸出第三交流加熱功率F3，使得具有第三帶通濾波器BPF3導通，從而使得第三行各加熱器單元121皆可透過對應連接的輸出端口獲取第三交流加熱功率F3，以透過第三行的所有加熱器單元121進行加熱。
本發明實施例加熱裝置進一步包括控制器14。控制器14與可編程電源11連接，用於控制可編程電源11的輸出端口輸出對應交流加熱功率。透過 控制器14可以控制可編程電源11輸出預設時序的交流加熱功率，以實現自動分區加熱功能。
參考第2圖，第2圖為本發明實施例提供的另一種加熱裝置的結構示意圖，加熱裝置中，同樣包括可編程電源11、加熱器組件12以及帶通濾波器組件13。加熱器組件12具有M行×N列個加熱器單元121。同樣的，設定p為不大於M的正整數，q為不大於N的正整數，任意一加熱器單元121可以表示為第p行第q列的第p-q加熱器單元121。
與第1圖所示方式不同在於，各加熱器單元121分別透過一個帶通濾波器BPF與一個電流線路22連接，不同加熱器單元121連接不同的帶通濾波器BPF，同一行的加熱器單元121與同一個電流線路22連接。此時需要M×N個帶通濾波器BPF，帶通濾波器BPF與加熱器單元121分別對應連接，例如，第p行第q列的第p-q加熱器單元121，其連接第p行第q列的第p-q帶通濾波器BPFp-q。
第2圖所示方式中，同一列的加熱器單元121連接至同一個電流供應線21，所有電流供應線21連接至可編程電源11的同一個輸出端口。可編程電源11可以僅設置一個輸出端口。在其他方式中，也可以設置複數個輸出端口，各輸出端口對應連接一個加熱器組件12。
在本發明實施例中，所有電流線路22連接至可編程電源11的同一個回流端口。可編程電源11可以僅設置一個回流端口。在其他方式中，也可以設置複數個回流端口，各回流端口對應連接至一個加熱器組件12。
第2圖所示加熱裝置中，可編程電源11的輸出端口至少可以輸出M×N個中心頻率的交流加熱功率。各帶通濾波器BPF的導通頻率皆單獨匹配一個中心頻率的交流加熱功率。這樣，將透過一個輸出端口為一列加熱器單元121提供交流加熱功率時，各加熱器單元121連接的帶通濾波器BPF在與其導通頻率 匹配的交流加熱功率控制下導通，從而使得其對應連接的加熱器單元121導通加熱，從而實現分區溫控功能。
輸出M×N個中心頻率的交流加熱功率，依次為第一交流加熱功率F1至第M×N交流加熱功率，第j交流加熱功率的中心頻率為fj，j為不大於M×N的正整數。第j交流加熱功率可以控制第m行第n列的第m-n加熱器單元121對應連接的第m行第n列的第m-n帶通濾波器BPF導通，j=(m-1)×N+n。
第2圖所示加熱裝置中，一種方式，可以依次驅動各加熱器單元121以進行加熱。此時，輸出端口僅輸出一個交流加熱功率，僅可以使得一個對應的帶通濾波器BPF導通，使得帶通濾波器BPF對應連接的加熱器單元121導通加熱。根據預設時序的交流加熱功率，可以依次導通各加熱器單元121以進行加熱，在同一時刻僅有一個加熱器單元121處於導通加熱狀態。例如，需要對m行第n列的第m-n加熱器單元121導通加熱，需要透過輸出端口輸出第j交流加熱功率，使得第m行第n列的第m-n帶通濾波器BPF導通即可。也就是說，可以依次使各加熱器單元121導通加熱。
第2圖所示加熱裝置中，另一種方式，可以進一步同時驅動複數個加熱器單元121以進行加熱。此時，輸出端口輸出混頻訊號，混頻訊號包括複數個不同中心頻率的交流加熱功率。複數個交流加熱功率可以控制各自匹配的帶通濾波器BPF導通，從而使得對應的複數個加熱器單元121導通加熱。
本發明實施例所述加熱裝置中，可以透過控制交流加熱功率的幅值以控制加熱器單元121的加熱功率，透過控制交流加熱功率的頻率範圍以選擇設定加熱器單元121的導通，以實現分區溫控。各加熱器單元121可以透過可編程電源11以及帶通濾波器BPF以實現各加熱器單元121的對應區域的精細溫度控制，且不涉及任何開關器件，電路結構簡單，控制方式簡單。
基於上述實施例，本發明另一實施例進一步提供了一種電漿反應器，如第3圖所示，第3圖為本發明實施例提供的一種電漿反應器的結構示意圖，電漿反應器包括上述實施例所述之加熱裝置。具體的，離子反應器包括：反應腔體41，設置在反應腔體41內的支撐裝置46，支撐裝置46頂部固定有導電基板47，導電基板47上設置有靜電夾盤44，靜電夾盤44用於固定待處理基材45，例如，晶圓。
靜電夾盤44包括加熱裝置的加熱器組件。反應腔體41底部設置有第一濾波器組件42和第二濾波器組件43。第一濾波器組件42包括上述的射頻濾波器。第二濾波器組件43包括上述的帶通濾波器組件13。可編程電源11和控制器14位於反應腔體41外部。
本發明實施例提供了一種電漿反應器，其具有上述實施例所述的加熱裝置，可以透過控制交流加熱功率的幅值以控制加熱器單元121的加熱功率，透過控制交流加熱功率的頻率範圍以選擇設定加熱器單元121的導通，以實現分區溫控。各加熱器單元121可以透過可編程電源11以及帶通濾波器BPF以實現各加熱器單元121的對應區域的精細溫度控制，且不涉及任何開關器件，電路結構簡單，控制方式簡單。
本說明書中各實施例採用遞進的方式說明，各實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各實施例之間相同或相似的部分互相參見即可。對於實施例所揭露的電漿反應器而言，由於其與實施例所揭露的加熱裝置相對應，所以其說明較簡單，相關之處參見加熱裝置對應部分說明即可。
需要進一步說明的是，在本文中，諸如第一和第二等關係術語僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何實際的關係或者順序。此外，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體，其含意為涵蓋非排他性的包含，從而使得包括 一系列要素的物品或者設備，而不僅包括那些要素，而且進一步包括沒有明確列出的其他要素，或者是進一步包括這種物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個......」限定的要素，並不排除在包括上述要素的物品或者設備中進一步存在的另外的相同要素。
對所揭露的實施例的上述說明，使本領域具有通常知識者能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域具有通常知識者而言將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的概念或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所揭露的原理和新穎特徵相一致的最廣泛的範圍。
11:可編程電源
12:加熱器組件
13:帶通濾波器組件
14:控制器
21:電流供應線
22:電流線路
31:第一射頻濾波器
32:第二射頻濾波器
121:加熱器單元
BPF:帶通濾波器

Claims (9)

  1. 一種加熱裝置，包括：一可編程電源，該可編程電源用於提供交流加熱功率，該可編程電源的輸出端口連接一電流供應線，該電流供應線皆透過一第一射頻濾波器與該可編程電源的輸出端口連接，該可編程電源的回流端口連接一電流線路，該電流線路皆透過一第二射頻濾波器與該可編程電源的回流端口連接，該可編程電源能夠輸出多個中心頻率不同的交流加熱功率，任意兩個交流加熱功率的頻率範圍不重疊；一加熱器組件，該加熱器組件包括複數個加熱器單元，該加熱器組件透過一帶通濾波器組件與該可編程電源連接；該帶通濾波器組件包括複數個帶通濾波器；其中，該可編程電源基於輸出的交流加熱功率的頻率與該帶通濾波器的導通頻率的匹配關係，選擇輸入交流加熱功率至設定的該加熱器單元，以進行加熱。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的加熱裝置，其中：該電流線路透過該帶通濾波器與該加熱器單元的一個電極端口連接，該電流供應線與該加熱器單元的另一個電極端口連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的加熱裝置，其中該加熱器組件具有M行×N列個該加熱器單元，其中，M和N為正整數；同一行的該加熱器單元透過同一個該帶通濾波器與同一個該電流線路連接；不同行的該加熱器單元連接至不同的該帶通濾波器以及不同的該電流線路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的加熱裝置，其中該可編程電源包括N個輸出端口，同一列的該加熱器單元透過同一個該電流供應線與同一個輸出端口連接，不同列的該加熱器單元透過不同的該電流供應線與不同的輸出端口連接。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的加熱裝置，其中該加熱器組件具有M行×N列個該加熱器單元，其中，M和N為正整數；各該加熱器單元分別透過一個該帶通濾波器與一個該電流線路連接，不同的該加熱器單元連接至不同的該帶通濾波器，同一行的該加熱器單元與同一個該電流線路連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的加熱裝置，其中同一列的該加熱器單元連接至同一個該電流供應線，所有該電流供應線連接至該可編程電源的同一個輸出端口。
  7. 如申請專利範圍第2項至第6項中任一項所述的加熱裝置，其中所有的該電流線路連接至該可編程電源的同一個回流端口。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的加熱裝置，其中所有交流加熱功率的帶寬相同。
  9. 一種電漿反應器，包括：如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的加熱裝置。
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