[发明专利]一种射频匹配网络及其所应用的等离子体处理腔

说明书

技术领域

本发明涉及应用于等离子体处理腔的射频功率源(RF power suppliers)和匹配网络(matching networks)，尤其涉及能够实现多重频率射频功率(multiple-frequency RF power)的射频功率源和匹配网络。

背景技术

在本领域中，利用双重或多重射频频率的等离子体处理腔已被熟知。一般地，双重频率的等离子体处理腔接收的射频偏置功率(RF bias power)具有低于大约15MHz的频率，其接收的射频源功率(RF source power)具有更高的频率，通常为27～200MHZ。在本文中，射频偏置功率(RF bias power)指用于控制离子能量及其能量分布的射频功率。另一方面，射频源功率(RF source power)指用于控制等离子离子解离(ion dissociation)或等离子体密度的射频功率。在一些具体实施例中，通常运行蚀刻等离子处理腔的偏置频率为，诸如100KHz，2MHz，2.2MHz，13.56MHz，源频率为诸如13.56MHz，27MHz，60MHz，100MHz或更高。

在等离子体反应腔室实际工作过程中，需要提供频率不同的射频偏置电源，例如，有时需要反应腔室同时工作在2MHz偏置频率和60MHz的源频率下；而有时又需要反应腔室同时工作在13MHz偏置频率和60MHz的源频率下，为了便于选择不同频率的射频偏置功率，现有技术中通常采用在两个射频偏置功率的输出端连接一继电器，通过继电器断开与闭合选择所需的射频偏置功率。然而，继电器只能在射频偏置电源断开时，才能进行切换选择，而射频偏置电源断开将会影响等离子体能量及其分布。故实际应用中需要提供一种能实现即时切换射频偏置电源的匹配网络。

发明内容

发明内容部分仅提供对本发明的一些方面和特征的基本理解性介绍，而非本发明的整体概括，其并非特别地用于确定本发明关键或主要的原理或者限定本发明的范围，其目的仅用于以简化形式呈现本发明的一些概念，以作为下文更多细节描述的前序。

为了解决上述问题，本发明提供一种可切换射频匹配网络，用于将两个射频偏置功率在射频偏执功率源无需断开的情况下，可切换地施加于一个等离子体处理腔的电极上，所述的射频匹配网络包括一谐振电路，所述谐振电路包括一电容、一电感和一可变电容，调节可变电容大小，所述谐振电路可以在第一阻抗状态和第二阻抗状态之间切换，

在第一阻抗状态，所述谐振电路对第二射频偏置功率处于高阻抗状态，对第一射频偏置功率处于低阻抗状态；

在第二阻抗状态，所述谐振电路对第一射频偏置功率处于高阻抗状态，对第二射频偏置功率处于低阻抗状态。

所述的谐振电路包括一个电容器和一个电感器并行连接的并联电路，所述并联电路两端分别连接一个电容器和一个电感器，所述可变电容耦合于地和所述射频偏置功率之间，进一步包括一个耦合与地和所述射频偏置功率之间的固定电容。

所述的两个射频偏置功率可以由一个单独的射频功率发生器提供，也可以由两个射频功率发生器分别提供。

本发明还提供一种在两个可切换的射频偏置功率源下运行的等离子体处理腔，包括：

一个反应腔，用于在其被抽成真空的内部之中产生等离子体；

一个下电极，用于耦合射频能量于所述等离子体；

一个第一射频功率发生器，其可选地产生一个低于10MHz的第一偏置频率或一个高于所述第一偏置频率但低于15MHz的第二偏置频率；

一个第一匹配网络，其用于将两个射频偏置功率可切换地施加于一个等离子体处理腔的电极上；

一个第二射频功率发生器，其产生高于15MHz的射频源功率；以及，

一个第二匹配网络，其包括耦合于所述第二射频功率发生器的输入和耦合于所述下电极的输出。

所述的第一射频匹配网络包括一谐振电路，所述谐振电路包括一电容、一电感和一可变电容，调节可变电容大小，所述谐振电路可以在第一阻抗状态和第二阻抗状态之间切换，在第一阻抗状态，所述谐振电路对第二射频偏置功率处于高阻抗状态，对第一射频偏置功率处于低阻抗状态；在第二阻抗状态，所述谐振电路对第一射频偏置功率处于高阻抗状态，对第二射频偏置功率处于低阻抗状态。

所述的一种在两个可切换的射频偏置功率源下运行的等离子体处理腔，其进一步地包括一个耦合于地和所述第二射频功率发生器之间的第二可变并联电容器。