CN106702335A - 下电极及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下电极及半导体加工设备，其包括用于承载晶片的基座、可变器件和偏压控制装置，该可变器件用于调节加载至基座上的直流偏压；偏压控制装置用于通过自动控制可变器件，而使加载在基座上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致。本发明提供的下电极，其可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作。

Description

下电极及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种下电极及半导体加工设备。

背景技术

LED(light emitting diode，发光二极管)是一种节约能源的发光器件，是替代传统的白炽灯和荧光灯的关键器件。LED常见的基本结构包括蓝宝石衬底、n-GaN、MQW(multiple quantum well，量子阱)、p-GaN、ITO(indium tin oxide，氧化铟锡)电极和金属电极等。其中，ITO对于LED的实用性能起着十分重要的作用。

ITO可以通过磁控溅射方法进行制备，ITO的沉积速率可以通过改变RF(radio frequency，射频)功率、DC(Direct Current，直流)功率、Ar/O₂气体流量比和温度等影响因素进行控制。但是，这些影响因素的改变常常会引起ITO的性能(方块电阻、透过率等)的较大变化。

图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图。如图1所示，磁控溅射设备包括反应腔室10、上电极和下电极。其中，上电极包括DC电源11、RF电源12和靶材13，其中，靶材13设置在反应腔室10的顶部，其分别与DC电源11和RF电源12电连接。下电极包括基座14和可变电容15，其中，基座14设置在反应腔室10的内部，且位于靶材13的下方，用以承载基片，并且基座14与可变电容15电连接。当工艺时，DC电源11和RF电源12向靶材13施加功率，以激发反应腔室10内的工艺气体形成等离子体，并吸引等离子体中的离子刻蚀靶材13，靶材13的材料溅射下来，并沉积在基片表面形成ITO薄膜。此外，通过调整可变电容15，可以改变基座14上的直流偏压，从而可以控制ITO薄膜的沉积速率，进而可以在保证相同厚度的ITO薄膜的性能保持基本不变的条件下，满足生产的不同需求。

上述下电极在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于在进行工艺的过程中，加载在基座14上的直流偏压往往会因内部等离子体的不稳定而产生波动，导致工艺结果受到一定的影响。

其二，对于不同的工艺需求，可能需要改变可变电容15的大小，目前只能采用手动的方式调节可变电容15，并使用相应的仪器进行校准，而手动调节方式不仅对工艺结果的可控性和一致性较差，而且具有耗时较长、操作复杂的缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下电极及半导体加工设备，其可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作。

为实现本发明的目的而提供一种下电极，包括用于承载晶片的基座和可变器件，所述可变器件用于调节加载至所述基座上的直流偏压，还包括偏压控制装置，所述偏压控制装置用于通过自动控制所述可变器件，而使加载在所述基座上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致。

优选的，所述偏压控制装置包括检测单元、控制单元和执行单元，其中，所述检测单元用于实时检测所述直流偏压值，并将其发送至所述控制单元；所述控制单元用于计算所述直流偏压值与所述目标偏压值的差值，并判断该差值是否超出预设阈值，若是，则根据指定算法向所述执行单元发送控制指令；所述执行单元用于根据所述控制指令调节所述可变器件的大小。

优选的，所述可变器件包括可变电容，所述可变电容与所述基座相互串联并接地。

优选的，所述可变电容的数量为一个或者多个，且多个所述可变电容与所述基座相互串联。

优选的，所述可变电容的容值范围在50～500pF。

优选的，所述检测单元先后通过采集、分压、低通滤波和模数转换，而获得所述直流偏压值的数字信号。

优选的，所述检测单元包括直流偏压传感器。

优选的，所述控制单元包括DSP控制器。

优选的，所述执行单元包括步进电机或者继电器。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、上电极和下电极，其中，所述上电极包括靶材和上电极电源，所述靶材设置在所述反应腔室的顶部，并与所述上电极电源电连接；所述下电极采用本发明提供的上述下电极。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的下电极，其通过借助偏压控制装置，通过自动控制可变器件，而使加载在基座上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致，可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作，从而可以降低劳力成本。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述下电极，可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作，从而可以降低劳力成本。

附图说明

图1为现有的磁控溅射设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的下电极的剖视图；

图3为本发明实施例提供的下电极的偏压控制装置的原理框图；以及

图4为本发明实施例提供的下电极的偏压控制装置的流程框图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的下电极及半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的下电极的剖视图。请参阅图2，半导体加工设备包括反应腔室20、上电极和下电极。其中，上电极包括靶材23以及由DC电源21和RF电源22组成的上电极电源，其中，靶材23设置在反应腔室20的顶部，其分别与DC电源21和RF电源22电连接。下电极包括基座24和偏压控制装置25。其中，基座24设置在反应腔室20的内部，且位于靶材23的下方，用于承载基片，并且基座24与偏压控制装置25电连接。当工艺时，DC电源21和RF电源22向靶材23施加功率，以激发反应腔室20内的工艺气体形成等离子体，并吸引等离子体中的离子刻蚀靶材23，靶材23的材料溅射下来，并沉积在基片表面形成薄膜。

偏压控制装置25用于通过自动控制用于调节加载至基座24上的直流偏压的可变器件(图中未示出)，而使加载在基座24上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致，从而可以实现对基座24的直流偏压的自动控制。这样，即使直流偏压往往会因内部等离子体的不稳定而产生波动，也会被偏压控制装置25及时调整至与目标偏压值一致，从而不仅不会影响工艺结果，而且还可以提高对工艺结果的可控性和一致性。另外，自动控制相对于手动控制可以节省调节时间、简化操作，从而可以降低劳力成本。

图3为本发明实施例提供的下电极的偏压控制装置的原理框图。请参阅图3，在本实施例中，偏压控制装置25包括检测单元251、控制单元252和执行单元253，其中，检测单元251用于实时检测加载在基座24上的直流偏压值，并将其发送至控制单元252。优选的，检测单元251可以先后通过采集、分压、低通滤波和模数转换，而获得直流偏压值的数字信号，该数字信号可被控制单元252直接接收并进行相应的计算。检测单元251可以为直流偏压传感器。

控制单元252用于计算直流偏压值与目标偏压值的差值，并判断该差值是否超出预设阈值，若是，则根据指定算法向执行单元发送控制指令。控制单元252可以为DSP控制器。执行单元253用于根据该控制指令调节可变器件254的大小，执行单元253包括步进电机或者继电器。上述目标偏压值可以通过上位机输入，并由其发送至控制单元252，并且该目标偏压值可以根据具体的工艺要求进行设定。另外，所谓预设阈值，是指具体的工艺要求允许直流偏压值与目标偏压值的差值达到的数值范围，即，允许直流偏压值出现偏差的数值范围。

图4为本发明实施例提供的下电极的偏压控制装置的流程框图。请参阅图4，在进行工艺时，偏压控制装置25的工作流程具体为：

步骤S1，利用检测单元251实时检测加载在基座24上的直流偏压值，并将其发送至控制单元252。

步骤S2，控制单元252计算直流偏压值与目标偏压值的差值，并判断该差值是否超出预设阈值，若否，则流程结束。若是，则流程进入步骤S4。

步骤S4，控制单元252根据指定算法向执行单元253发送控制指令；执行单元253用于根据该控制指令调节可变器件254的大小。

在本实施例中，可变器件254包括可变电容26，该可变电容26与基座24相互串联并接地，即，可变电容26串联在基座24与地之间，如图3所示，可变电容26的容值范围优选在50～500pF。在这种情况下，控制单元252所采用的指定算法可以为：直流偏压的大小与可变电容的容值成反比例关系，即，直流偏压越大，则可变电容的容值越小；反之，直流偏压越大，则可变电容的容值越小。

例如，在下述工艺条件下，即，RF电源22的输出功率为300W，DC电源21的输出功率为15W，工艺气压为3.4mT)，且当可变电容26的容值为380pF时，检测单元251检测到的基座24的直流偏压值为0V。可以将目标偏压值设定为零，并利用上位机输入控制单元252，并且控制单元252采用的指定算法为：直流偏压的大小与可变电容的容值成反比例关系。在进行工艺时，控制单元252可以根据由检测单元251发送而来的直流偏压值判断电机(即，执行单元253)的转向，并控制该电机调节可变电容26的容值，直至该容值为380pF，此时基座24的直流偏压值为0V，与目标偏压值一致，电机停止转动。

需要说明的是，在本实施例中，可变器件为可变电容，且可变电容的数量为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，可变电容的数量也可以为多个，且多个可变电容与基座相互串联，并串联在基座与地之间。此外，可变器件还可以采用其他任意可改变基座上的直流偏压的器件。

还需要说明的是，在本实施例中，反应腔室20为磁控溅射腔室，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，反应腔室可以为基座不施加射频功率的任意腔室。

综上所述，本发明实施例提供的下电极，其通过借助偏压控制装置，通过自动控制可变器件，而使加载在基座上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致，可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作，从而可以降低劳力成本。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，在本实施例中，该半导体加工设备的结构如图2所示，半导体加工设备包括反应腔室20、上电极和下电极。其中，上电极包括靶材23以及由DC电源21和RF电源22组成的上电极电源，其中，靶材23设置在反应腔室20的顶部，其分别与DC电源21和RF电源22电连接。下电极采用了本发明实施例提供的上述下电极，其具体包括基座24和偏压控制装置25。其中，基座24设置在反应腔室20的内部，且位于靶材23的下方，用于承载基片，并且基座24与偏压控制装置25电连接。当工艺时，DC电源21和RF电源22向靶材23施加功率，以激发反应腔室20内的工艺气体形成等离子体，并吸引等离子体中的离子刻蚀靶材23，靶材23的材料溅射下来，并沉积在基片表面形成薄膜。

在实际应用中，半导体加工设备可以为例如ITO PVD等的物理气相沉积设备。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述下电极，可以实现对基座的直流偏压的自动控制，从而不仅可以提高对工艺结果的可控性和一致性，而且还可以节省调节时间、简化操作，从而可以降低劳力成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种下电极，包括用于承载晶片的基座和可变器件，所述可变器件用于调节加载至所述基座上的直流偏压，其特征在于，还包括偏压控制装置，所述偏压控制装置用于通过自动控制所述可变器件，而使加载在所述基座上的直流偏压值与预设的目标偏压值一致。

2.根据权利要求1所述的下电极，其特征在于，所述偏压控制装置包括检测单元、控制单元和执行单元，其中，

所述检测单元用于实时检测所述直流偏压值，并将其发送至所述控制单元；

所述控制单元用于计算所述直流偏压值与所述目标偏压值的差值，并判断该差值是否超出预设阈值，若是，则根据指定算法向所述执行单元发送控制指令；

所述执行单元用于根据所述控制指令调节所述可变器件的大小。

3.根据权利要求1或2所述的下电极，其特征在于，所述可变器件包括可变电容，所述可变电容与所述基座相互串联并接地。

4.根据权利要求3所述的下电极，其特征在于，所述可变电容的数量为一个或者多个，且多个所述可变电容与所述基座相互串联。

5.根据权利要求3所述的下电极，其特征在于，所述可变电容的容值范围在50～500pF。

6.根据权利要求2所述的下电极，其特征在于，所述检测单元先后通过采集、分压、低通滤波和模数转换，而获得所述直流偏压值的数字信号。

7.根据权利要求2所述的下电极，其特征在于，所述检测单元包括直流偏压传感器。

8.根据权利要求2所述的下电极，其特征在于，所述控制单元包括DSP控制器。

9.根据权利要求2所述的下电极，其特征在于，所述执行单元包括步进电机或者继电器。

10.一种半导体加工设备，包括反应腔室、上电极和下电极，其中，所述上电极包括靶材和上电极电源，所述靶材设置在所述反应腔室的顶部，并与所述上电极电源电连接；其特征在于，所述下电极采用权利要求1-9任意一项所述的下电极。