[发明专利]射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室

说明书

【技术领域】

本发明涉及应用于等离子体反应腔室中的射频功率源，特别涉及可以产生多种频率的射频功率源系统及使用该射频功率源系统的等离子体反应腔室。

【背景技术】

现有技术中已经有使用两种射频频率(双频)的等离子体反应腔室。一般来说，双频等离子体反应腔室接收的射频偏置功率(RF bias power)的频率低于约15MHz，射频源功率(RF source power)的频率较高，一般在40-200MHz。射频偏置功率是指用以控制离子能量和能量分布的射频功率，而射频源功率是指用以控制等离子体中的离子解离(plasma iondissociation)或等离子体密度(plasma density)的射频功率。在某些特定应用中，人们运用偏置频率为2MHz或13MHz、源频率为27MHz、60MHz、100MHz或更高的频率在等离子体反应腔室中进行蚀刻工艺处理。

最近有人提出了一种让等离子体反应腔室工作在一个偏置频率和两个源频率下的方式。例如，有人提出让等离子体蚀刻反应腔室工作在2MHz偏置频率和27MHz和60MHz两个源频率下。在这种方式下，不同类型的离子的解离可以通过两个源射频(source RF)的功率加以控制。但是，在现有技术中的这些应用，每种频率都是通过一个独立的射频功率源(或射频功率发生器)来提供的。比如，若等离子体蚀刻反应腔室需要工作在三种频率下，则现有技术的反应腔室就必须提供三台独立工作的射频功率源来满足工作需要。众所周知，射频功率源的费用非常昂贵，大大地增加了使用者的使用成本。欲获得进一步的信息，请参看美国专利号6,281,469和7,144,521，以及美国申请专利公开号2005/0264218。

在等离子体反应腔室实际工作过程中，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。现有技术的做法是给等离子体反应腔室提供三台独立的射频功率源(或射频功率发生器)，通过分别控制每一个独立的射频功率源来提供不同的频率组合。但这种设计价格昂贵且设备占地体积大。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的可以产生多种频率的射频功率源，其可以大大节省使用者的成本，并且可靠性高。

本发明的另一目的在于提供一种运用于等离子体反应腔室上的具有可切换的多种频率的射频功率源，其不仅可以大大节省使用者的成本、可靠性高，而且可以通过切换射频，使等离子体反应腔室能够选择性地选择工作频率，满足不同的应用(different applications)或工艺步骤(recipe steps)。

本发明是通过以下技术方法实现的：

一种射频功率源系统，包括：输出具有N个频率的N个射频信号的射频源，其中N是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信号；放大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过放大的射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号。

一种射频功率源系统，包括：第一射频源，输出具有第一频率的第一射频信号；第二射频源，输出具有第二频率的第二射频信号；射频功率合成器，将第一和第二射频信号合成，输出一个合成的射频信号；宽带放大器，用以放大该合成的射频信号，以提供一个经过放大的信号；射频功率分离器，用以接收该经过放大的信号，并提供第一放大射频功率和第二放大射频功率；匹配电路，用以接收该第一放大射频功率和该第二放大射频功率。

一种等离子体反应腔室，包括：真空反应腔室，用来在其中产生等离子体；射频功率源，可提供频率为f1的射频功率；可以输出具有N个不同频率的N个射频信号的射频源，其中N是大于1的整数；合成该N个射频信号的射频功率合成器，以输出一个合成的射频信号；放大该合成的射频信号的宽带放大器，以提供一个经过放大的射频信号；接收该经过放大的射频信号的射频功率分离器，以提供具有N个频率的N个经过放大的射频功率信号；匹配电路，用以将该频率f1以及该N个频率中的至少一个频率的射频功率耦合到该真空反应腔室中。