专利名称：一种用于静电吸盘的射频滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种射频滤波器，特别涉及一种与等离子体处理装置的静电吸盘连接的射频滤波器。
背景技术：
在半导体器件的制造过程中，为了在作为基板的半导体晶片上进行淀积、蚀刻等工艺处理，一般通过静电吸盘(Electrostatic chuck,简称ESC)产生静电引力来吸持固定和支撑晶片。如图1所示，静电吸盘200通常设置在如等离子体处理装置的真空处理腔室底部，作为下电极与射频功率源400连接，而在真空处理腔室顶部的上电极与该下电极间形成射频电场，使被电场加速的电子等与通入处理腔室的反应气体分子发生电离冲撞，产生反应气体的等离子体与晶片进行反应。通过调节与静电吸盘200的基座连接的该射频功率源400，控制生成的等离子体的密度。晶片被放置在静电吸盘200顶部、高导热陶瓷材料的介电层210上，通过在介电层210中埋设若干电极310并分别施加直流的吸持电源，使在晶片和介电层210之间产生静电引力，使晶片被牢牢地吸附在静电吸盘200上。在介电层210中一般还设置有若干加热兀件320，通过加热介电层210，将热量均匀传递至晶片，控制晶片处理时的温度。通常需要在施加到每个加热元件320的温控电源(heater power) 301及其温度传感器的检测信号302上，分别设置射频滤波器100进行滤波，使其输出不会对上述射频功率源400造成干扰。然而，现代技术经常用多个射频电源来控制等离子加工的不同特性，比如用高频射频源如40Mhz、60Mhz或者更高频率来产生等离子。较低频率的射频电源(小于IOMhz)的射频如2Mhz来控制等离子入射到基片表面的能量。这样连接到加热器的滤波器就需要设计成能够滤除两个差别很大的射频能量，否则这些射频功率会沿着加热电路倒流，损坏用来给静电夹盘加热的电路。为了滤除这样的频率，现有技术通常用多个串联的空气芯电感与电容构成的滤波电路。用空气芯电感虽然也能获得具有所需谐振频率的电路，但是由于空气芯电感的感量很小，要获得对应于2M或者更低频率的射频能量就需要绕制数百匝甚至更多的线圈，不仅体积庞大而且制造成本高昂。如果采用较小的空气芯点感则电感量的数值又达不到要求，这样的结构无法完好的匹配入射的2个频率差距很大的电源，造成最终滤波效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于静电吸盘的射频滤波器，所述静电吸盘安装在一个等离子处理装置中用于固定待处理基片，所述等离子处理装置包括具有多个射频频率的射频电源连接到等离子发生装置，所述静电夹盘内包括一个加热电极，一个射频滤波器连接在所述静电夹盘加热电极和一个加热电源之间，其特征在于，所述射频滤波器包含一个铁芯电感和一个空气电感以及一个电容。加热电源可以是输入的工频或直流的加热电压。
静电吸盘中设置的加热元件可以是多个的并且每个对应不同的加热区域，这若干个加热原件通过多个滤波器电连接到加热电源。滤波器包括相互串联的一个空气电感和一个铁芯电感电连接到所述加热电源的功率输入端，一个滤波电容连接在所述功率输入端和接地点之间。其中具有多个射频频率的射频电源输出一个高频射频频率电压和一个低频射频频率的电压，所述滤波器中空气电感与滤波电容形成的谐振电路，具有第一谐振频率大于所述高频射频频率；所述滤波器中铁芯电感与滤波电容形成的谐振电路，具有第二谐振频率大于所述低频射频频率且小于所述高频射频频率。第一谐振频率可以是大于所述高频射频频率15%，第二谐振频率可以是大于所述低频射频频率50%。其中所述的高频射频频率大于40Mhz，低频射频频率低于20Mhz。铁芯电感在输入低频射频频率时具有大于I千欧姆的阻抗。空气芯电感和铁芯电感组合形成的谐振电路不仅能适合频率相差很大的射频系统，而且具有体积小成本低等优点。由于铁芯的采用，使电感值很容易就得到提高，具有更高的适应性，能够应对不同频率的射频系统。本发明不仅可以用于静电夹盘的加热限流滤波，也可以用于等离子反应腔中任何需要对大范围多频率的场合。比如在静电夹盘中提供静电的高压直流线路，或者用来对反应腔内电信号进行探测的一些探头，需要滤除一些大频率差异很大的射频信号，这些场合或部件都可以采用本发明实现对大范围频率的高效滤除。所以只要是放置在反应腔内的导体能够与多个射频频率耦合，并且这个导体与外部驱动电路连接需要滤除这些高频干扰的，都可以采用本发明结构。同的形状；类似的，在多层绕组结构的封装部件中，对应穿设多根导线的通道位置固定，使形成的多个电感滤波线圈形状也相同，因而能够在多个电感滤波线圈上获得一致的滤波效果，也减少了电弧发生的可能，提高了静电吸盘工作的可靠性。
图1是现有静电吸盘的射频滤波器的总体结构示意图。图2是根据本发明的一个具体实施例中用于静电吸盘的射频滤波器的总体结构示意图。
具体实施例方式以下结合
本发明的具体实施方式
。实施例1配合参见图2所示，本实施例中提供了一种用于静电吸盘的多通道射频滤波器100。图片2显示了一个具有多个加热区的静电夹盘加热系统，静电夹盘加热区包括中心区，中间区和边缘区分别通过3个滤波电路连接到3个可以独立控制输出交流功率的电源。加热用的交流电源可以是工频的(50hz)，也可以是直流的，只要能加热静电夹盘中的加热器就可以。滤波电路包括3个串联的电感L1、L2、L3，其中L2，L3包括了一个铁芯，LI是空气芯。本发明静电夹盘加热器也可以是只有一个加热区或者多于三个加热区，图中所示3个加热区仅为示例。每个加热区与加热器串联的电感也可以只有2个，由一个空气芯电感和一个铁芯电感组成。串联电感通过电容连接到接地点，将流入加热电路的射频功率滤除。
本发明应用于等离子处理装置，等离子处理装置包括等离子发生器，连接到多个射频电源后对反应腔中的气体解离形成等离子体。等离子发生器可以是电容耦合型的反应器，在上下电极间施加射频电场，其中本发明中静电夹盘位于下电极，会受到多个射频的影响。等离子发生器也可以是电感耦合型的，反应腔外部的线圈产生的射频电场穿过绝缘层窗口进入反应腔，部分功率也能进入安装待处理基片的下电极。其它多射频电源的反应腔如ECR等也适用本发明结构。通过本发明设计相互串联的一个空气芯电感和一个带铁芯的电感来适应本发明所要滤除的从几兆赫兹到几十甚至上百赫兹的射频频率。空气芯电感被设计来限制高频射频电压，常见的都是高于40Mhz的，比如40Mhz，60Mhz,80Mhz, 120Mhz 或者 160Mhz 的射频电压。铁芯电感是被设计来限制中低频的射频电压，特别是低于27Mhz的，比如27Mhz，13.56Mhz，2Mhz，IMhz 或者 400Khz 的射频电压。两者的结合能够获得一个多频的射频滤波器来同时滤除多个射频电压。本发明滤波器在双频，三频或者其它多频的半导体设备上非常有效。为了有效衰减射频信号，每个射频电感都被设计成具有谐振频率大于要被滤除的射频电压的频率。对高频射频电压来说一个谐振电路的阻抗会随着输入射频信号频率的增加而增加，直到达到谐振点时阻抗最大，但是当频率超过谐振点时谐振电路相对该频率的信号又开始显示容性，所以阻抗又开始缩小。本发明的电感和电容组成的谐振电路参数选择使谐振电路具有的谐振频率比需要滤除的射频功率更高。这样使得在等离子反应腔工作中任何输入的频率组成都是在阻抗较高的区域。射频电源在进入等离子反应腔后出来本身射频电源输入的频率外，还会在各种阻抗和反射中产生很多高频的谐波，比如2Mhz的基波会产生如4Mhz，8Mhz等的谐波。这样这些谐波的部分也能被具有较高谐振频率的滤波器给过滤掉。本发明在滤波电路谐振频率的选择上对要滤除的射频信号为60Mhz的可以选用具有大于70Mhz的谐振频率电感、阻抗大于I千欧姆的电路。对应要滤除的为13.56Mhz的信号可以选用大于等于20Mhz、阻抗大于1.1千欧姆的谐振频率的电路。对于要滤除的为2Mhz的射频信号可以选用具有大于5Mhz谐振频率、阻抗大于1.4千欧姆的谐振电路。采用本发明结构的滤波电路实验结果:低频段功率为2000W时，衰减幅度大于20分贝(2.26KV输入电压，21V输出电压)；铁芯温度34.5-43.3°C, 30分钟测试高频段功率为1000W时，衰减幅度大于17分贝(200V输入电压，4V输出电压)；综上所述，本发明所述用于静电吸盘的多通道射频滤波器，将空气芯电感和铁芯电感组合形成的谐振电路不仅能适合频率相差很大的射频系统，而且具有体积小成本低等优点。由于铁芯的采用，使电感值很容易就得到提高，具有更高的适应性，能够应对不同频率的射频系统。本发明不仅可以用于静电夹盘的加热限流滤波，也可以用于等离子反应腔中任何需要对大范围多频率的场合。比如在静电夹盘中提供静电的高压直流线路，或者用来对反应腔内电信号进行探测的一些探头，也需要滤除一些大频率差异很大的射频信号，这些场合或部件都可以采用本发明实现对大范围频率的高效滤除。所以只要是放置在反应腔内的导体能够与多个射频频率耦合，并且这个导体与外部驱动电路连接需要滤除这些高频干扰的，都可以采用本发明结构。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于静电吸盘的射频滤波器，所述静电吸盘安装在一个等离子处理装置中用于固定待处理基片，所述等离子处理装置包括具有多个射频频率的射频电源连接到等离子发生装置， 所述静电夹盘包括一个加热电极，一个射频滤波器连接在所述静电夹盘加热电极和一个加热电源之间， 其特征在于，所述射频滤波器包含一个铁芯电感和一个空气电感以及一个滤波电容。
2.如权利要求1所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述静电吸盘中设置有若干加热元件对应不同的区域，所述若干个加热原件通过多个滤波器电连接到加热电源。
3.如权利要求1所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述滤波器包括相互串联的一个空气电感和一个铁芯电感电连接到所述加热电源的功率输入端，一个滤波电容连接在所述功率输入端和接地点之间。
4.如权利要求1所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述加热电源输入端输入工频或直流的加热电压。
5.如权利要求1所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述具有多个射频频率的射频电源输出一个高频射频频率的电压和一个低频射频频率的电压， 所述滤波器中空气电感与滤波电容形成的谐振电路，具有第一谐振频率大于所述高频射频频率； 所述滤波器中铁芯电感与滤波电容形成的谐振电路，具有第二谐振频率大于所述低频射频的频率且小于所述高频射频频率。
6.如权利要求5所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述第一谐振频率大于所述高频射频频率15%。
7.如权利要求5所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述第二谐振频率大于所述低频射频频率50%。
8.如权利要求5所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于，所述高频射频频率大于40Mhz，低频射频频率低于20Mhz。
9.如权利要求5所述用于静电吸盘的射频滤波器，其特征在于所述铁芯电感在输入低频射频频率时具有大于I千欧姆的阻抗。
10.一种用于等离子处理装置的射频滤波器，所述等离子处理装置包括一个反应腔，一个具有多个射频频率的射频电源连接到等离子发生装置，所述具有多个射频频率的射频电源输出一个高频射频频率的电压和一个低频射频频率的电压，其中高频射频频率大于40Mhz,低频射频频率小于20Mhz ； 一个电极位于反应腔内与所述多个射频频率耦合，并且所述电极有外部驱动电路联通； 一个滤波器连接在所述电极和驱动电路之间； 其特征在于，所述射频滤波器包含一个铁芯电感和一个空气电感以及一个滤波电容。
11.根据权利要求1所述用于等离子处理装置的射频滤波器，所述滤波器包括两个串联的铁芯电感和一个空气电感。
全文摘要
本发明涉及一种用于静电吸盘的多频率射频滤波器，所述静电吸盘安装在一个等离子处理装置中用于固定待处理基片，所述等离子处理装置包括具有多个射频频率的射频电源连接到等离子发生装置，所述静电夹盘包括一个加热电极，一个射频滤波器连接在所述静电夹盘加热电极和一个加热电源之间，其特征在于，所述射频滤波器包含一个铁芯电感和一个空气电感以及一个滤波电容。其中滤波器的谐振频率的选择使其谐振频率大于要滤除的频率。这样结构的射频滤波器能够以更小的体积实现更高效率的滤波。
文档编号H03H7/09GK103187943SQ20111044862
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者罗伟义, 饭塚浩, 陈妙娟, 倪图强 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司