CN110767568B - 压力调节组件、下电极装置、工艺腔室和半导体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力调节组件、下电极装置、工艺腔室和半导体处理设备。包括控制器和驱动结构；所述驱动结构的一控制端与所述控制器的输出端通信连接，另一端用于与所述压环连接；所述控制器，用于实时检测冷却气体的流量波动信号，并根据所述冷却气体的流量波动信号调节所述驱动结构施加至所述压环上的压力，以使得用于通入托盘和基座之间的所述冷却气体的流量稳定。压力调节组件包括控制器和驱动结构，控制器可以根据冷却气体的流量波动信号调节驱动结构所施加至压环上的压力，从而可以使得冷却气体的流量稳定，消除冷却气体的流量波动信号，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。

Description

压力调节组件、下电极装置、工艺腔室和半导体处理设备
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种压力调节组件、一种下电极装置、一种工艺腔室和一种半导体处理设备。
背景技术
图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)技术是目前普遍采用的一种提高GaN基LED芯片发光效率的方法。主流的PSS主要以干法刻蚀为主，干法刻蚀是将表面光刻胶图形化的多片蓝宝石衬底装载在一个托盘上，然后利用托盘将晶片传送进工艺腔室，压环固定托盘，工艺腔室通入刻蚀反应气体，工艺气体通过电感耦合的方式形成等离子体，对托盘上的晶片进行刻蚀加工。由于刻蚀过程中在等离子体的作用下会在晶片和托盘表面会产生大量热量，引起晶片和托盘温度升高，对刻蚀工艺产生不利影响(易引起刻蚀尺寸异常和均匀性差的问题)，通常在晶片和托盘之间及托盘和卡盘之间通入氦气，利用密封圈密封氦气(卡盘密封圈、托盘密封圈)，通过氦气的热传导作用将晶片和托盘表面产生的热量传导到卡盘上，再用控温设备对卡盘的温度进行控制，从而间接控制晶片和托盘的温度。晶片、托盘、卡盘间氦气的压力或流量直接关系到晶片的冷却效果，因此保证工艺过程氦气的稳定(压力或流量)至关重要。
但是，生产中经常出现氦气异常，主要是刻蚀过程中氦气大幅度降低以及刻蚀过程中氦漏持续增大，这会对刻蚀产生不利的影响，影响刻蚀均匀性，降低产品质量。
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，提出了一种压力调节组件、一种下电极装置、一种工艺腔室以及一种半导体处理设备。
为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种压力调节组件，用于实时调节施加至压环上的压力，所述压力调节组件包括控制器和驱动结构；
所述驱动结构的一控制端与所述控制器的输出端通信连接，所述驱动结构的另一端用于与所述压环连接；
所述控制器，用于实时检测冷却气体的流量波动信号，并根据所述冷却气体的流量波动信号调节所述驱动结构施加至所述压环上的压力，以使得用于通入托盘和基座之间的所述冷却气体的流量稳定。
可选地，所述冷却气体的流量波动信号包括流量增大信号，所述控制器在检测到所述流量增大信号时，控制所述驱动结构增大施加在所述压环上的压力；和/或，
所述冷却气体的流量波动信号包括流量减小信号，所述控制器在检测到所述流量减小信号时，控制所述驱动结构减小施加在所述压环上的压力。
可选地，所述驱动结构包括：
气缸，所述气缸的控制端与所述控制器的输出端通信连接；
弹性件，所述弹性件的一端与所述气缸的活塞杆连接，另一端与所述压环固定连接。
可选地，所述弹性件包括弹簧。
可选地，所述控制器包括PLC控制器。
本发明的第二方面，提供了一种下电极装置，包括压环以及用于调节施加至所述压环上的压力的压力调节组件，所述压力调节组件包括前文记载的所述的压力调节组件。
可选地，还包括基座、密封件和托盘；
所述基座用于承载托盘，并且，所述基座与所述托盘之间具有预定间隙；
所述密封件位于所述预定间隙中，以使所述基座和所述托盘密封连接；
所述压环用于将所述托盘固定设置在所述基座上。
可选地，施加至所述压环上的压力大小与所述密封件的形变量呈正相关，且所述密封件的形变量与通入所述预定间隙内的冷却气体的体积呈反相关。
本发明的第三方面，提供了一种工艺腔室，包括腔室本体以及设置在所述腔室本体内的下电极装置，所述下电极装置包括前文记载的所述的下电极装置。
本发明的第四方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的工艺腔室。
本发明的压力调节组件、下电极装置、工艺腔室和半导体处理设备。压力调节组件包括控制器和驱动结构，控制器可以根据冷气气体的流量波动信号调节驱动结构所施加至压环上的压力，从而可以使得通入托盘与基座之间的冷却气体的流量保持稳定，消除冷却气体的流量波动信号，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一实施例中下电极装置的结构示意图。
附图标记说明
100：压力调节组件；
110：控制器；
120：驱动结构；
121：气缸；
122：弹性件；
200：下电极装置；
210：压环；
220：密封件；
230：基座；
240：托盘；
250：干泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下文先对本发明的提出背景进行说明。
传统的下电极装置中，下电极装置包括基座、置于基座上的密封圈以及放置在密封圈上的托盘，利用环形或者压爪式的压环以固定的压力将托盘固定，确保通入托盘和基座之间的冷却气体(例如，氦气等，下文将以氦气为例进行说明)能够在特定的空间内运动，对晶片进行冷却。
但是，上述结构的下电极装置中，由于压环的压力固定，容易引起工艺过程中氦气稳定性的问题。以固定氦气的压强P(压力)为例，据理想气体状态方程PV＝nRT，其中P为气体压强，V为气体体积，n为物质的量(这里等同于氦气的流量)，R为理想气体常数，T为温度，当压环压力合适时，即PV不变，R为常数，而工艺过程中T一直在增大，因此n会随着温度的升高逐渐减小，即氦气的流量逐渐减小。例如，工艺过程中氦气压力设定值为6T时，氦气流量会逐渐降低，如从4sccm降低到3sccm。
此外，当压环压力过大时，密封圈压缩变形量大，V(氦气密封体积)减小，P固定，T增大，n逐渐减小甚至降为0，氦漏报警，工艺停止；
当压环压力过小时，起不到密封氦气的作用，氦气从基座处漏掉，氦漏报警，工艺停止。
显然，以上三种情况均会不同程度的影响刻蚀均匀性，降低产品质量，并且，后两种情况甚至会造成刻蚀废片，降低产品良率。
基于此，本发明的发明人设计出了下述可以根据流量波动信号调节施加至压环上的压力的压力调节组件。
如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种压力调节组件100，用于实时调节施加至压环210上的压力。其中，该压力调节组件100包括控制器110和驱动结构120。该驱动结构120的一控制端与控制器110的输出端通信连接，该驱动结构120的另一端用于与压环210连接。该控制器110用于实时检测冷却气体的流量波动信号F波，并根据流量波动信号F波调节驱动结构120施加至压环210上的压力，以使得用于通入托盘240和基座230之间的冷却气体的流量保持稳定。
本实施例结构的压力调节组件100，包括控制器110和驱动结构120，控制器110可以根据冷却气体的流量波动信号F波调节驱动结构120所施加至压环210上的压力，从而可以使得通入托盘240和基座230之间的冷却气体的流量保持稳定，消除冷却气体的流量波动信号F波，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
需要说明的是，对于驱动结构120的具体结构并没有作出限定，例如，该驱动结构120可以是气缸结构，具体地，气缸的活塞杆可以直接与压环210连接，这样，通过活塞杆的伸缩运动，可以改变施加至压环210上的压力。也可以是气缸+弹性件的结构，这种结构中，弹性件的两端可以分别连接气缸的活塞杆和压环210，这样，在活塞杆的带动下，弹性件可以发生变形，从而可以改变施加至压环210上的压力。也可以是齿轮齿条结构，这种结构中，齿条可以与压环210固定连接，齿轮与齿条相啮合，齿轮可以与伺服电机的输出轴连接，这样，在伺服电机的驱动下，齿轮带动齿条移动，从而可以改变施加至压环210上的压力等等。
进一步需要说明的是，控制器110对冷却气体的流量波动信号F波的响应幅度和检测时间可以根据实际需要确定，例如，响应幅度可以是0.1sccm、0.2sccm、0.3sccm、0.4sccm…1.0sccm…6sccm等等。检测时间可以是5s、10s、15s、20s、25s、30s…60s…120s…300s等等。
具体地，冷却气体的流量波动信号F波包括流量增大信号和流量减小信号。控制器110在检测到流量增大信号时，控制驱动结构120增大施加在压环210上的压力。控制器110在检测到流量减小信号时，控制驱动结构120减小施加在压环210上的压力，下文将结合驱动结构120的具体结构进行原理性说明。
具体地，如图1所示，驱动结构120包括气缸121和弹性件122。气缸121的控制端与控制器110的输出端通信连接。弹性件122的一端与气缸121的活塞杆(图中未绘示)连接，另一端与压环210固定连接。
具体地，在控制器110检测到流量增大信号时，控制器110控制气缸121的活塞杆伸出(即如图1中所示，活塞杆朝向靠近压环210的方向伸出)，从而压紧弹性件122，使得弹性件122的形变量增大，进而可以使得施加至压环210上的压力增大，此时，下电极装置200中的密封件220的形变量增大，密封空间减小(也即气体体积减小)，根据理想气体状态方程PV＝nRT，P不变，V减小，R为常数，T增大(T升高幅度不变)，则n减小，进而可以保证冷却气体的流量稳定，消除其波动现象。反之，在控制器110检测到流量减小信号时，控制器110控制气缸121的活塞杆缩回(即如图1中所示，活塞杆朝向远离压环210的方向运动)，从而使得弹性件122回缩，使得弹性件122的形变量减小，进而可以使得施加至压环210上的压力减小，此时，下电极装置200中的密封件220的形变量减小，密封空间增大(也即气体体积增大)，根据理想气体状态方程PV＝nRT，P不变，V增大，R为常数，T增大(T升高幅度不变)，当V增大幅度大于T升高幅度时，可以使得n增大，进而可以保证冷却气体的流量稳定，消除其波动现象。
本实施例中的压力调节组件100，驱动结构120包括气缸121和弹性件122，结构简单，有效降低驱动结构120的制作成本。控制器110可以根据流量波动信号F波实时调节气缸121对弹性件122的形变量，从而间接实现对压环210压力的实时调节，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
可选地，弹性件122可以为弹簧，当然，除了弹簧以外，弹性件122也可以为其他具有弹性功能的器件。
可选地，控制器110包括PLC控制器，当然，除了PLC控制器以外，控制器110也可以是其他的一些控制器件，例如，MCU等等。
下文将以具体示例对压力调节组件100的原理进行说明：
示例：
弹性件122为弹簧，冷却气体为氦气。
假设弹簧的形变量为10mm，压环210的压力为100N，当氦气的压力设定为6T时，理想的氦气流量为4sccm，当控制器110检测到氦气流量为3.5sccm时(n减小)，控制器110控制气缸121的活塞杆缩回，以减小弹簧形变量至8mm，则压环210压力调整为80N，压环210压力减小，密封件220的形变量减小，V增大，据理想气体状态方程PV＝nRT，P不变，V增大，R为常数，T增大(T升高幅度不变)，当V增大幅度大于T升高幅度时n增大，保证氦气流量为4sccm不变。当控制器110检测到氦气流量为4.5sccm时(n增大)，控制器110控制气缸121的活塞杆伸出，增大弹簧变形量为12mm，压环210压力增加到120N，密封件220变形量增大，V减小，据理想气体状态方程PV＝nRT，P不变，V减小，R为常数，T增大，则n减小，保证氦气流量为4sccm不变。
因此，本发明的压力调节组件100，利用所设置的控制器110，可以根据流量波动信号F波调节驱动结构120所施加至压环210上的压力，从而可以消除流量波动。在应用该结构的压力调节组件100的下电极装置200中，可以更好地控制通入托盘240和基座230间的冷却气体的流量，从而实现对晶片温度的精确控制，保证更好地片内、片间刻蚀均匀性，提高产品质量，同时还可以避免刻蚀废片现象的发生，提高生产良率。
本发明的第二方面，如图1所示，提供了一种下电极装置200，包括压环210以及用于调节施加至压环上的压力的压力调节组件100，压力调节组件100包括前文记载的压力调节组件100。
本实施例结构的下电极装置200，具有前文记载的压力调节组件100，其包括控制器110和驱动结构120，控制器110可以根据压环210的流量波动信号F波调整驱动结构120所施加至压环210上的压力，从而可以使得冷却气体的流量保持稳定，消除冷却气体的流量波动信号F波，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
如图1所示，下电极装置200还包括基座230、密封件220、托盘240和干泵250。基座230用于承载托盘240，并且，基座230与托盘240之间具有预定间隙。密封件220位于预定间隙中，以使基座230和托盘240密封连接。压环210用于将托盘240固定设置在基座230上。干泵250可以与预定间隙通过管路连通，以向预定间隙内提供冷却气体。
工艺时，利用干泵250向预定间隙内提供冷却气体，例如，氦气，以利用冷却气体冷却压环210、托盘240以及放置在托盘240上的晶片，当冷却气体的流量发生波动时，流量波动信号F波可以发送至控制器110，控制器110可以根据该流量波动信号F波调节驱动结构120施加至压环210上的压力，从而可以稳定预定间隙内的冷却气体的流量，进而可以实现对晶片温度的精确控制，保证更好地片内、片间刻蚀均匀性，提高产品质量，同时还可以避免刻蚀废片现象的发生，提高生产良率。
由上述不难发现，施加至压环210上的压力大小与密封件220的形变量呈正相关，且密封件220的形变量与通入预定间隙内的冷却气体的体积呈反相关。
本发明的第三方面，提供了一种工艺腔室(图中并未示出)，包括腔室本体以及设置在腔室本体内的下电极装置200，该下电极装置200包括前文记载的的下电极装置200。
本实施例中的工艺腔室，具有前文记载的下电极装置200，该下电极装置200又具有前文记载的压力调节组件100，其包括控制器110和驱动结构120，控制器110可以根据冷却气体的流量波动信号F波调节驱动结构120所施加至压环210上的压力，从而可以使得通入托盘240和基座230之间的冷却气体的流量保持稳定，消除冷却气体的流量波动信号F波，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
本发明的第四方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，包括前文记载的工艺腔室。
本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的工艺腔室，该工艺腔室又具有前文记载的压力调节组件100的结构，其包括控制器110和驱动结构120，控制器110可以根据冷却气体的流量波动信号F波调节驱动结构120所施加至压环210上的压力，从而可以使得通入托盘240和基座230之间的冷却气体的流量保持稳定，消除冷却气体的流量波动信号F波，进而能够有效消除冷却气体的泄漏现象，避免出现刻蚀废片，提高产品良率，降低制作成本。
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)

1.一种用于半导体处理设备的压力调节组件，用于实时调节施加至压环上的压力，其特征在于，所述压力调节组件包括控制器和驱动结构；
所述驱动结构的一控制端与所述控制器的输出端通信连接，所述驱动结构的另一端用于与所述压环连接；
所述控制器，用于实时检测冷却气体的流量波动信号，并根据所述冷却气体的流量波动信号调节所述驱动结构施加至所述压环上的压力，以使得用于通入托盘和基座之间的所述冷却气体的流量稳定。
2.根据权利要求1所述的压力调节组件，其特征在于，
所述冷却气体的流量波动信号包括流量增大信号，所述控制器在检测到所述流量增大信号时，控制所述驱动结构增大施加在所述压环上的压力；和/或，
所述冷却气体的流量波动信号包括流量减小信号，所述控制器在检测到所述流量减小信号时，控制所述驱动结构减小施加在所述压环上的压力。
3.根据权利要求1所述的压力调节组件，其特征在于，所述驱动结构包括：
气缸，所述气缸的控制端与所述控制器的输出端通信连接；
弹性件，所述弹性件的一端与所述气缸的活塞杆连接，另一端与所述压环固定连接。
4.根据权利要求3所述的压力调节组件，其特征在于，所述弹性件包括弹簧。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的压力调节组件，其特征在于，所述控制器包括PLC控制器。
6.一种下电极装置，其特征在于，包括压环以及用于调节施加至所述压环上的压力的压力调节组件，所述压力调节组件包括权利要求1至5中任意一项所述的压力调节组件。
7.根据权利要求6所述的下电极装置，其特征在于，还包括基座、密封件和托盘；
所述基座用于承载托盘，并且，所述基座与所述托盘之间具有预定间隙；
所述密封件位于所述预定间隙中，以使所述基座和所述托盘密封连接；
所述压环用于将所述托盘固定设置在所述基座上。
8.根据权利要求7所述的下电极装置，其特征在于，施加至所述压环上的压力大小与所述密封件的形变量呈正相关，且所述密封件的形变量与通入所述预定间隙内的冷却气体的体积呈反相关。
9.一种工艺腔室，包括腔室本体以及设置在所述腔室本体内的下电极装置，其特征在于，所述下电极装置包括权利要求6至8中任意一项所述的下电极装置。
10.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求9所述的工艺腔室。
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