[发明专利]借助高频激励来产生等离子的方法和发生器电路

说明书

本发明涉及借助高频激励来产生等离子的方法和发生器电路。

等离子体应用于许多沉积处理、蚀刻处理和镀膜处理中(比如HF溅射、PECVD)。借助直流电压、微波或通过高频来激励等离子是已知的。本发明涉及借助高频来进行激励，其尤其适于溅射过程。

在基于高频激励的等离子发生器中，功率发生器通过匹配网络连接到真空室中的等离子电极，以实施低压等离子处理。在功率为300W至50kW情况下，具有频率f＝13.56MHz的发生器是典型的。该匹配网络针对该发生器的工作频率被如此调节，使该发生器以其标称阻抗被驱动。

或许还采用第二等离子发生器，第二等离子发生器通过围绕该真空室的感应线圈将高频附加输入该室中，从而把能量输入到等离子室中。

等离子阻抗的非线性导致出现具有发生器倍频的谐波，该谐波从电极回流到该匹配网络中。谐波到达的反射系数是不定的并且不受控制。这样，在该等离子电极上产生电压曲线形状，该曲线形状与该发生器的工作频率是等周期的，但它在电压周期内具有不受控制的变化过程。结果，过程缺乏可重复性，在服务、修理或更换高频部件之后出现神秘的过程变化。该过程取决于高频供电且尤其是该匹配网络的设计和构造。

根据美国专利US 6 537 421B2，公开一种等离子发生器，其中为了解决该问题，在等离子电极和匹配网络之间接有多个滤波器，每个滤波器被调谐至高频发生器的工作频率的谐波。

根据美国专利US 7 084 369B2，公开另一解决方案，按照该解决方案，回行波在频选多路复用器中被分解。接着，分解的波被分别传输到可调阻抗，从而它们找到确定的反射系数。虽然由此能够提供可重复的条件，但对高频激励曲线的影响是有限的。

本发明基于以下任务，提供一种借助高频激励来产生等离子的方法和发生器电路，借此能够可重复地控制高频激励的时间曲线。

根据本发明，该任务通过权利要求1、2和4的特征而得到解决。符合目的的实施方案参见相应的从属权利要求。

因此，为了提供维持等离子的电压，给具有确定的工作频率的高频电压锁相叠加至少另一高频电压，其中所述另一高频电压分别具有该工作电压的倍频并分别具有可调的幅度和相位。

为了实现该方法，设置至少两个高频功率发生器，其中一个高频功率发生器在工作频率下工作，另一个或其它的高频功率发生器在该工作频率的倍频下工作。所有的高频功率发生器都相互锁相耦合。高频功率发生器的相对相位和相应幅度都可以符合目的地单独调节。高频功率发生器的电压连带其相应的信号频率分别通过自己的匹配电路被传输并在至等离子电极的传输线路中借助多路复用器被叠加。通过调节出不同的幅度和相位，电压曲线可以有针对地被控制。

代替多个高频功率发生器之外，或者还可以采用用于产生谐波的振荡器以及至少一个倍频器。然后，符合目的地在每个倍频器后面接上一个移相器。通过宽带放大器或用于相应频率的多个窄带放大器来实现与等离子电极的耦合。

利用该方法，比如可以影响所谓的自偏移DC电压。那么除了正弦电压之外，也可以调节小峰值电压(方波电压)或高的峰值电压(脉冲电压)。这为可控制且可重复的过程设计提供了许多可能。

下面借助一个实施例来详细解释本发明。附图示出了根据本发明的一个发生器电路。产生工作频率f的高频功率发生器1的输出通过匹配网络5被传输到多路复用器9，该多路复用器的输出又连接到在真空室11中的电极1O。匹配网络5被调谐至高频功率发生器1的工作频率f。

其它高频功率发生器2、3、4分别在工作频率f的n倍频上工作，其中n分别为2、3和4，就是说，它们分别产生该工作频率f的一个谐波。所有的高频功率发生器1至4相互锁相耦合(比如通过同步，未示出)。高频功率发生器1至4通过多路复用器9与真空室11的电极10相连接。每个谐波都通过一个自己的匹配网络6、7、8被传输到多路复用器9。通过谐波在回流中达到反射系数Γ₂、Γ₃、Γ₄，这些谐波由此能被分别匹配，也即按照大小和相位被调节，进而被调谐至在等离子中产生的谐波。

于是，利用谐波激励，就可以根据要求为等离子产生正弦形或脉冲形或矩形的电压。

附图标记列表

1-4高频功率发生器；5-8匹配网络；9多路复用器；10电极；11真空室；f工作频率；n  2，3，4...；Γ反射系数。