一種可切換匹配網絡及電感耦合等離子處理器制造技術

本發明專利技術公開了一種可切換匹配網絡及電感耦合等離子處理器，所述可切換匹配網絡能夠在兩個射頻偏壓頻率之間進行選擇。該匹配網絡特別適用于電感耦合等離子體處理器。所述可切換匹配網絡包括：第一匹配電路，其具有連接至第一信號源的第一輸入端口和耦合至負載的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至第二信號源的第二輸入端口和耦合至所述負載的第二輸出端口；開關裝置，其具有第一至第三連接點，所述第一連接點連接至所述第一輸入端口，所述第二連接點連接至所述第二輸出端口；以及，可變電容器，其連接在電接地端和所述開關裝置的所述第三連接點之間。

【技術實現步驟摘要】
一種可切換匹配網絡及電感耦合等離子處理器
本專利技術一般涉及射頻匹配網絡領域，尤其涉及在等離子處理器中使用的射頻匹配網絡。
技術介紹
在本領域中已知利用雙射頻頻率或多射頻頻率的等離子室。通常，雙頻等離子處理器接收頻率低于約15MHz的射頻偏壓功率，以及頻率較高的射頻源功率（通常為27-200MHz）。在本申請上下文中，射頻偏壓是指用于控制離子能量和離子能量分布的射頻功率。另一方面，射頻源功率是指用于控制等離子體離子解離或等離子體密度的射頻功率。例如，在電感耦合等離子處理器中，射頻源功率被施加到天線并用于點燃和維持等離子體，而射頻偏壓功率被施加到吸盤以控制離子轟擊基板的能量。對于一些具體的例子，已知的是在例如頻率為100KHz、2MHz、2.2MHz或13.56MHz的射頻偏壓和頻率為13.56MHz、27MHz、60MHz、100MHz和更高頻率的射頻偏壓下操作等離子體蝕刻室。通常，等離子處理器構造成具有用于射頻偏壓和源功率的一組頻率組合。然而，不同的頻率導致不同的等離子體特性，比如離子能量的分布，因此在等離子處理器中具有在兩種不同頻率之間切換的能力是有益的，以滿足不同材料的處理需要。為了有效地施加偏壓功率，必須使用專門針對偏壓射頻電源的工作頻率設計的射頻匹配網絡。因此，在本領域中需要可選擇地以兩種不同頻率運行的、可有效切換的射頻匹配網絡。因此，本專利技術所要解決的問題是能夠切換射頻偏壓頻率并提供能夠將任一偏壓頻率有效地耦合至等離子體的射頻匹配網絡。
技術實現思路
本專利技術公開的以下概述是為了提供對本專利技術一些方面和特征的基本理解。該概述不是本專利技術的廣泛綜述，因此其無意于具體示出本專利技術的重要或關鍵要素或描繪本專利技術的范圍。其唯一目的是以簡化形式給出本專利技術的一些概念，以作為下面給出的更詳細描述的前序部分。所公開的實施例提供了一種射頻匹配網絡，其可以將兩個不同偏壓頻率中的任一個有效地耦合至等離子體。在一些公開的實施例中，所述射頻匹配網絡由兩個L型匹配電路制成，每個L型匹配電路由兩個臂組成，所述兩個臂一個串聯，一個并聯。并聯臂由兩個L型匹配電路共用，但是它可切換地連接至L型匹配電路之一的輸入或者連接至其他L型匹配電路的輸出。在所公開的實施例中，共用的并聯支路由可變電容器制成。此外，并聯臂連接至L型匹配電路，所述L型匹配電路設計用于在比并聯臂連接至輸出的L型匹配電路更高的頻率下工作。在一些特定實施例中，并聯臂連接至設計用于在13MHz下工作的L型匹配電路，而并聯臂連接至設計用于在400KHz下工作的L型匹配電路的輸出。在一般的方面，提供了一種可切換匹配網絡，其包括：第一匹配電路，其具有耦合至第一信號源的第一輸入端口和耦合至負載的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至第二信號源的第二輸入端口和耦合至所述負載的第二輸出端口；選擇開關，其具有基極、第一觸點和第二觸點，所述第一觸點連接至所述第一輸入端口，所述第二觸點連接至所述第二輸出端口；和可變電容器，其連接在地面和所述選擇開關的基極之間。在一個實施例中，提供一種可切換地將兩個射頻偏壓功率中的一個耦合至基座的可切換匹配網絡，所述可切換匹配網絡包括：第一匹配電路，其具有連接至第一射頻偏壓電源的第一輸入端口和耦合至負載端口的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至第二射頻偏壓功率的第二輸入端口和耦合至所述負載端口的第二輸出端口；一側接地的可變電容器；開關裝置，其選擇性地將所述可變電容器連接至所述第一輸入端口或所述第二輸出端口。所公開的實施例包括具有可切換偏壓的感應等離子處理器，其包括：真空室；源射頻電源；第一射頻偏壓電源；第二射頻偏壓電源；耦合至所述源電源的感應天線；基座，其位于所述真空室內，并經由可切換匹配網絡可切換地耦合至所述第一射頻偏壓電源和第二射頻偏壓電源；所述可切換匹配網絡包括：第一匹配電路，其具有連接至所述第一偏壓電源的第一輸入端口和耦合至所述基座的第一輸出端口；第二匹配電路，具有連接至所述第二偏壓電源的第二輸入端口和耦合至所述第一輸出端口的第二輸出端口；一側接地的可變電容器；和開關裝置，其將所述可變電容器選擇性地連接至所述第一輸入端口或所述第二輸出端口。與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：本專利技術專門針對工作頻率設計了一種射頻匹配網絡，提供兩種不同頻率操作的、可有效切換的射頻匹配網絡，可有效地施加偏壓功率，能夠切換偏壓頻率并提供能夠將任一偏壓頻率有效地耦合至等離子體的射頻匹配網絡。附圖說明通過參考以下附圖進行的具體實施方式，本專利技術的其他方面和特征將變得明顯。應當理解，具體實施方式和附圖提供了由所附權利要求限定的本專利技術各種實施例的各種非限制性示例。包含在本說明書中并構成本說明書一部分的附圖舉例說明了本專利技術的實施例，并與說明書一起用于解釋和說明本專利技術的原理。附圖意在以圖示方式說明示例性實施例的主要特征。附圖并不意在描繪實際實施例的每個特征，也不意在描繪所描繪元件的相對尺寸，并且未按比例繪制。圖1示出了根據本專利技術一個實施例的可切換匹配網絡。圖2示出了根據另一實施例的另一匹配網絡。圖3示出了根據本專利技術一個實施例的耦合至等離子處理器的可切換匹配網絡系統。具體實施方式現在將參考附圖描述本專利技術的可切換匹配網絡的實施例。不同的實施例或其組合可以用于不同的應用或實現不同的益處。取決于所需獲得的結果，可以以單獨使用或與其他特征組合的方式部分地或最全面地使用本文公開的不同特征，從而在優勢與要求和約束之間進行取舍。因此，將參考不同的實施例突出某些益處，但不限于所公開的實施例。也就是說，本文公開的特征不限于描述它們的實施例，而是可以與其他特征進行“混合和匹配”并結合在其他實施例中。所公開的實施例包括具有兩個射頻匹配電路的匹配網絡，其中可變電容器經由切換裝置連接至射頻匹配電路中的任一個。如在下面的實施例中所示的，匹配網絡的一個特征在于切換裝置將可變電容器耦合至一個射頻匹配電路的輸入端，但耦合至另一射頻匹配電路的輸出端。在這個意義上，匹配網絡使用兩個不對稱的射頻匹配電路。已經發現，這種匹配網絡對于將偏壓功率耦合至電感耦合等離子處理器的基座特別有效。圖1示出了根據所公開實施例的可切換匹配網絡，其利用兩個L型匹配電路。關于將兩個可用射頻偏壓功率中的一個施加到等離子處理器的基座或陰極來描述實施例。第一射頻偏壓電源110以第一頻率f1輸出射頻功率。第二射頻偏壓電源115以第二頻率f2輸出射頻功率，第二頻率f2低于第一頻率f1。例如，第一頻率f1可以是大于2MHz，或者大于10MHz，或者大于13MHz，如13.56MHz，甚至可以達到60MHz。而第二頻率f2可以選自100KHz到2MHz，例如400KHz。以這種方式，可以通過單獨的機構點燃和維持等離子體，所述單獨的機構例如為使用感應天線將源功率通過電感耦合的方式施加到等離子處理器中。然后通過選擇第一頻率f1或第二頻率f2作為偏壓功率來控制離子轟擊。本專利技術中的第一射頻偏壓頻率和第二射頻偏壓頻率相差巨大，至少為2MHz：100K=20倍，典型的為13.56M:400K=33倍，兩個射頻偏壓電源的頻率差距巨大，如兩個頻率相差超過20倍，可以通過選擇不同射頻偏壓電源的輸出功率實現對等離子工藝步驟中等離子能量的不同控制，同時也導致第一、第二射頻偏壓電源輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種可切換匹配網絡，其特征在于，其包括：第一匹配電路，其具有連接至第一信號源的第一輸入端口和耦合至負載的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至第二信號源的第二輸入端口和耦合至所述負載的第二輸出端口；開關裝置，其具有第一至第三連接點，所述第一連接點連接至所述第一輸入端口，所述第二連接點連接至所述第二輸出端口；以及，可變電容器，其連接在電接地端和所述開關裝置的所述第三連接點之間。

【技術特征摘要】
1.一種可切換匹配網絡，其特征在于，其包括：第一匹配電路，其具有連接至第一信號源的第一輸入端口和耦合至負載的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至第二信號源的第二輸入端口和耦合至所述負載的第二輸出端口；開關裝置，其具有第一至第三連接點，所述第一連接點連接至所述第一輸入端口，所述第二連接點連接至所述第二輸出端口；以及，可變電容器，其連接在電接地端和所述開關裝置的所述第三連接點之間。2.根據權利要求1所述的可切換匹配網絡，其特征在于，所述第二匹配電路在比所述第一匹配電路低的頻率下運行。3.根據權利要求1所述的可切換匹配網絡，所述第二匹配電路配置為頻率在100KHz至2MHz的射頻信號下運行，并且所述第一匹配電路在比所述第二匹配電路高的頻率下運行。4.根據權利要求1所述的可切換匹配網絡，其特征在于，其還包括連接在所述第二輸出端口和所述負載之間的耦合開關。5.根據權利要求4所述的可切換匹配網絡，其特征在于，其還包括連接在所述第一輸出端口和所述負載之間的開關。6.根據權利要求1所述的可切換匹配網絡，其特征在于，其中所述第一匹配電路和所述第二匹配電路中的每一個均包括串聯連接的電容器和電感器。7.一種用于向等離子處理器的基座提供偏壓功率的裝置，其特征在于，其包括：第一射頻偏壓電源；第二射頻偏壓電源；可切換匹配網絡，將所述第一射頻偏壓電源和所述第二射頻偏壓電源中的一個可切換地耦合至所述基座，所述可切換匹配網絡包括：第一匹配電路，其具有連接至所述第一射頻偏壓電源的第一輸入端口和耦合至所述基座的第一輸出端口；第二匹配電路，其具有連接至所述第二射頻偏壓電源的第二輸入端口和耦合至所述基座的第二輸出端口；一側接地的可變電容器；開關裝置，其將所述可變電容器選擇性地連接至所述第一輸入端口或所述第二輸出端口。8.根據權利要求7所述的用于向等離子處理器的基座提供偏壓功率的裝置，其特征在于，其還包括連接在所述第二輸出端口和所述第一輸出端口之間的耦合開關。9.根據權利要求8所述的用于向等離子處理器的基座提供偏壓功率的裝置，其特征在于，其中所述開關裝置包括選擇開關，所述選擇開關具有基極、第一觸點和第二觸點，所述基極連接至所述可變電容器，所述第一觸點可連接至所述第一輸入端口，所述第二觸點可連接至所述第二輸出端口。10.根據權利要求8所述的用于向等離子處理器的基座提供偏壓功率的裝置，其特征在于，其中所述開關裝置包括：連接在所述第一輸入端口和所述可變電容器之間的第一通/斷開關，以及連接在所述第二輸出端口和所述可變電容器之間的第二通/斷開關。11.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙馗，飯塚浩，倪圖強，龐曉貝，
申請(專利權)人：中微半導體設備上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31