一种电感耦合型等离子处理器，包括：反应腔，基座，高频射频电源和电感线圈；所述基座位于反应腔中，待处理基片固定在所述基座上；反应腔顶部包括绝缘材料窗，所述电感线圈设置在反应腔外侧，通过所述绝缘材料窗将射频磁场传递入反应腔；所述高频射频电源通过一个匹配电路连接到所述电感线圈输入端，电感线圈的输出端连接到接地端；其特征在于所述匹配电路和电感线圈输入端之间还包括第一平衡电路，所述电感线圈输出端和接地端之间还包括第二平衡电路，所述第一和第二平衡电路包括互相串联的电感和电容。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种电感耦合型等离子处理器的驱动电路。
技术介绍
近年来，计算机、通讯、汽车电子、航空航天工业和其他消费类产品对微电子封装提出了更高的要求，即更小、更薄、更轻、高可靠、多功能、低功耗和低成本，需要在硅晶圆上制备出许多垂直互连通孔来实现不同芯片之间的电互连，硅通孔刻蚀工艺逐渐成为微纳加工领域的一个重要技术。而随着微电子机械器件和微电子机械系统(MicroElectromechanical System, MEMS)被越来越广泛的应用于汽车和电费电子等领域，以及TSVCThrough Silicon Via)通孔刻蚀(Through Silicon Etch)技术在未来封装领域的广阔前景，深娃刻蚀工艺逐渐成为MEMS制造领域和TSV技术中最炎手可热的工艺之一。这些半导体处理设备中广泛应用电感耦合型(ICP)等离子处理装置，如图1所示，电感耦合型等离子处理装置包括一个反应腔100，反应腔内包括一个基座120，基座内包括下电极。基座上方包括静电夹盘121，待处理的基片122设置在静电夹盘上。一个具有较低频率(如2Mhz?400Khz)的射频电源40通过一个匹配器50连接到下电极。反应腔顶部包括一个绝缘材料制成的顶板，一个电感线圈设置在绝缘材料顶板上方展开。一个射频电源60通过匹配电路80连接到电感线圈70的，电感线圈70的另一端接地。一个供气喷头90通过一个阀门95与反应气源110相连接。电感线圈70可以是渐开线形或者同心圆形，或者是内外分区的多种线圈形状的组合等等。射频电流从线圈70的输入端流入电感线圈从另一端流入接地端，在射频电场传递过程中电压会逐渐降低。如图2所示的为典型的渐开线型线圈的电压幅度分布图，电压幅度从输入点A到输出端B呈线性降低。在等离子处理过程中线圈上的电压会对反应腔内的鞘层厚度产生影响，鞘层厚度又会影响等离子入射反应腔顶部绝缘材料窗的能量。如果入射能量太大会轰击破坏绝缘材料窗下方表面，造成颗粒物掉落到下方的基片上形成污染，同时由于整个线圈在不同位置具有不同的电压，所以整个绝缘层被轰击造成的破坏程度不同，所以线圈电压的分布不均也会造成下方基片处理效果的不同。要减小由于线圈上的电压分布不均需要设置一个平衡电路以获得更优化的电压分布。为此现有技术在电感线圈的两端各连接了两个电容以平衡线圈内各个位置的电压。如图3a所示为带有平衡电容Cin、Cout的的电感线圈驱动电路，射频电源60的输出功率通过一个可变电容Cv连接到串联连接的Cin、电感线圈70和Cout最后到接地端。电感线圈两端的电容Cin、Cout的容值经过精心计算和设计可以最终使电感线圈上的电压分布变为图3b所示的A端的电压从输入电压Vin减小为原有电压的一半Vin/2，B端的电压从O变为-Vin/2，A端与B端只是相位相反的高频电压，其实际对下方等离子反应腔起影响的电压幅度都是Vin/2。线圈正中间经过两端电容串联后变为O电压，这样虽然线圈两端的电压差仍然是Vin，但是其对下方反应腔造成的轰击效果明显减小了。但是这样的改进仍然存在问题，两个串联电容经过设计可以匹配当前的等离子反应腔，但是当反应腔内阻抗发生变化造成电感线圈70的电感量发生变化或者输入射频电源的频率发生变化时这个电路无法实现有效的线圈电压平衡，每次为了特定的射频电源或者特定的加工工艺都必须替换新的电容Cin、Cout才能实现调节上述线圈电压，实现平衡分布，这样做不仅成本高昂，而且费时费力，所以业界需要能够适应不同电感70阻抗，同时还需要能适应电源60具有不同频率输出的电感线圈驱动电路。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种电感耦合型等离子处理器，包括:反应腔，基座，高频射频电源和电感线圈；所述基座位于反应腔中，待处理基片固定在所述基座上；反应腔顶部包括绝缘材料窗，所述电感线圈设置在反应腔外侧，通过所述绝缘材料窗将射频磁场传递入反应腔；所述高频射频电源通过一个匹配电路连接到所述电感线圈输入端，电感线圈的输出端连接到接地端；其特征在于所述匹配电路和电感线圈输入端之间还包括第一平衡电路，所述电感线圈输出端和接地端之间还包括第二平衡电路，所述第一和第二平衡电路包括互相串联的电感和电容。其中第一平衡电路和第二平衡电路具有相同的阻抗，能够实现不同射频频率时的自动平衡。第一平衡电路包括一个输入电感连接到所述匹配电路输出端，一个输入电容连接在所述输入电感和所述电感线圈之间；所述第二平衡电路包括一个输出电感一端连接到接地端，另一端通过一个输出电容连接到所述电感线圈输出端。其中所述输入电容与输出电容可以具有相同的容值。其中所述输入电感与输出电感可以选用空气芯电感。基座通过一个第二匹配电路连接到低频射频电源,高频射频电源或者低频射频电源的输出功率在高功率输出和低功率输出之间交替变化。所述高频射频电源或者低频射频电源的输出频率也与输出功率同步的变化。本专利技术在应用到频率可变的应用场合是具有突出的优势，现有技术无法再频率可变的应用场合实现自动平衡。本专利技术中第一平衡电路或第二平衡电路中其中之一包括一个电感，与第一平衡电路和第二平衡电路中的电容配合，在不同工艺参数时实现对不同阻抗的匹配。【附图说明】图1是现有技术电感耦合型等离子处理装置的结构示意图；图2是现有技术电感线圈上的电压分布图；图3a是现有技术改进后的电感线圈驱动电路图；图3b是现有技术应用改进电感线圈驱动电路后电感线圈上的电压分布图；图4是本专利技术第一实施例电感线圈驱动电路图；图5是本专利技术第二实施例电感线圈驱动电路图。【具体实施方式】请参考图4理解本专利技术电感耦合等离子处理装置上电感线圈的驱动电路。如图4所示，本专利技术电感驱动电路包括射频电源60，通过一个可变电容Cv连接到一个输入电感Lin的输入端,输入电感Lin的输出端连接到一个输入电容Cin的输入端,输入电容的输出端连接到电感线圈70的输入端A。电感线圈的输出端连接到一个输出电容Cout的输入端，输出电容Cout的输出端B连接到一个输出电感Lout的输入端，输出电感Lout的输出端接地。本专利技术电感I禹合驱动电路可以适应具有自动频率调节(auto frequency tuning)功能的射频电源60。随着等离子处理精度的越来越高，等离子能量和浓度的控制精度要求也越来越高，脉冲型等离子体也得到广泛应用。在利用脉冲型等离子体对半导体基片进行处理时，施加到等离子反应腔的射频功率是突变的，为了适应突变的射频功率和突变的等离子体阻抗需要更快速的匹配能力，传统的匹配器，如本专利技术中的匹配器50、80需要用一个机械驱动的可变阻抗元器件，如图3中的可变电容Cv。在调节匹配过程中通过机械驱动该可变电容Cv，实现匹配电路与等离子反应腔内阻抗的匹配，使射频电源输出的功率尽可能多的被输送到反应腔内。但是在应用脉冲型等离子体对当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电感耦合型等离子处理器，包括：反应腔，基座，高频射频电源和电感线圈；所述基座位于反应腔中，待处理基片固定在所述基座上；反应腔顶部包括绝缘材料窗，所述电感线圈设置在反应腔外侧，通过所述绝缘材料窗将射频磁场传递入反应腔；所述高频射频电源通过一个匹配电路连接到所述电感线圈输入端，电感线圈的输出端连接到接地端；其特征在于所述匹配电路和电感线圈输入端之间还包括第一平衡电路，所述电感线圈输出端和接地端之间还包括第二平衡电路，所述第一和第二平衡电路包括互相串联的电感和电容。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟义，庞晓贝，黄智林，倪图强，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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