[发明专利]自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体领域的晶圆处理设备，具体涉及一种自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室。

背景技术

目前，电感耦合等离子体（ICP，inductively coupled plasma）处理室（processing chamber）应用于半导体晶圆加工中的穿孔硅蚀刻工艺（TSV）。现有技术的电感耦合等离子处理室采用固定频率的射频电源（fixed frequency RF powers）和固定频率的低频电源（fixed frequency LF powers）。为了等离子体处理室负载阻抗匹配，现有技术中固定频率的射频电源或固定频率的低频电源都需要分别电路连接自动调谐的阻抗匹配电路（auto match），并通过该自动可调的匹配电路继续调谐，满足向等离子体处理室提供射频或低频电源的要求。每路射频或低频电源所连接的自动可调的阻抗匹配电路中都包含有两个可变的真空电容器（variable vacuum capacitors），该可变的真空电容器连接步进电机，由步进电机对可变电容进行机械调谐，控制可变的真空电容器的电容值，从而对固定频率的射频电源和固定频率的低频电源进行调谐，使固定频率的射频电源和固定频率的低频电源匹配等离子体处理室负载阻抗（plasma chamber load impedance matching）。

其缺点在于：

1、固定频率的射频电源和固定频率的低频电源采用阻抗匹配电路中需要设置有两个可变的真空电容器，结构复杂且成本较高；

2、采用步进电机机械调谐可变真空电容器的电容值，调谐速度慢，且调谐范围窄；

3、当电感耦合等离子处理室采用博世法（Bosch process）进行晶圆处理时，典型博世法工艺中包含有上百个周期，每个周期中有二或三个短时步骤，需要快速变化处理室状态。然而现有技术里采用步进电机机械调谐可变真空电容器的电容值，其调谐速度慢，机械调谐的速度赶不上博世法所需要的处理室阻抗状态在每个周期二或三个短时工艺步骤的变化速度，处理室难以达到负载阻抗匹配；

4、由于采用步进电机机械调谐可变真空电容器的电容值，调谐速度慢，跟不上处理室负载阻抗变化使，射频电源的相位会产生反射功率，降低处理室工作效率。

发明内容

本发明提供了一种自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室，采用射频频率扫频调谐处理室的工作状态，调谐速度快，调谐范围大，匹配处理室快速的负载阻抗变化。

为实现上述目的，本发明提供了一种自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室，其包含：

处理室；

阴极，其设置于处理室内腔底部；

若干个源线圈，其设置于处理室顶部上；

源射频电源，其电路连接若干源线圈； 

偏置射频电源，其电路连接阴极； 

其特点是，上述的源射频电源和偏置射频电源采用具有自动频率调谐功能的射频电源；

上述的源射频电源与源线圈之间电路连接有匹配电路；

上述的偏置射频电源与阴极之间电路连接有匹配电路；

上述匹配电路是固定的，源射频电源和偏置射频电源响应并匹配负载阻抗的变化；

该等离子处理室还包含：

检测电路，其输入端电路连接处理室，检测处理室的负载阻抗；

控制电路，上述的源射频电源和偏置射频电源分别对应电路连接有控制电路，该控制电路电路连接检测电路的输出端。

上述的源射频电源和偏置射频电源的频段范围为100千赫兹至100兆赫兹。

上述的源射频电源和偏置射频电源的频段可采用400千赫兹、或2兆赫兹、或13.56兆赫兹、或27兆赫兹或、40兆赫兹、或60兆赫兹、或80兆赫兹、或100兆赫兹的射频频段。

上述的匹配电路采用可开关的匹配电路。

上述的可开关的匹配电路中设有射频继电器或可开关的射频发生器。

上述的控制电路可分别设置在上述源射频电源和偏置射频电源各自电路连接的匹配电路中，也可以分别对应设置在该源射频电源和偏置射频电源中。

上述的检测电路分别设置在各自对应的源射频电源或偏置射频电源所电路连接的匹配电路中。

一种多频的自动频率调谐源和偏置射频电源的电感耦合等离子处理室，其包含：

处理室；

阴极，其设置于处理室内腔底部；

若干个源线圈，其设置于处理室顶部上；