TW202306436A - 基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備 - Google Patents

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Abstract

一種基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備，該裝置包括正偏壓調節單元、負偏壓調節單元和抗干擾單元。正偏壓調節單元的第一端接地，第二端與基座電連接，用於調節基座的偏壓，且能夠使基座產生正偏壓；負偏壓調節單元的第一端接地，第二端通過抗干擾單元與基座電連接，用於調節基座的偏壓，且能夠使基座產生負偏壓；抗干擾單元連接在負偏壓調節單元與基座之間的電路上，用於抑制正偏壓調節單元與基座之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元與基座之間的電路中，以實現正偏壓調節單元和負偏壓調節單元在製程過程中同時使用。

Description

基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備
本發明涉及半導體製造技術領域，具體地，涉及一種基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備。
等離子體被廣泛應用於半導體器件的生產過程中。在等離子體蝕刻或者沉積系統中，射頻電源用於激發反應腔室中的製程氣體產生等離子體。等離子體中含有大量的電子、離子、激發態的原子、分子和自由基等活性粒子，這些活性粒子和置於反應腔室並曝露在等離子體環境下的晶圓相互作用，使晶圓表面發生各種物理和化學反應，從而完成晶圓的蝕刻或者其他製程過程。
由於電子比正離子輕，在相同時間內，電子落在晶圓表面的數量比離子多，從而會在晶圓表面形成直流負偏壓。這個直流負偏壓會吸引等離子體中帶正電荷的離子和活性反應基團向晶圓表面加速運動，轟擊晶圓以達到預期的製程結果。直流偏壓的大小影響著正離子的轟擊能量，進而也影響著一定的製程參數（例如：蝕刻速率、沉積速率等）。目前，在絕大多數的等離子體設備中，均通過利用下電極射頻電源向基座載入射頻（RF）激勵信號的方式，來達到增加晶圓上的直流負偏壓及相應的增加離子能量的目的。
圖1為現有的一種物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，以下簡稱PVD）設備的結構圖。請參閱圖1，PVD設備包括反應腔室01，在反應腔室01的頂部設置有靶材02，該靶材02與射頻電源和直流電源（二者未示出）電連接，並且在製程腔室01內，且位於靶材02的下方設置有用於承載晶圓04的基座03。基座03通過匹配器06與射頻電源05電連接，射頻電源05用於向基座03載入負偏壓，通過改變射頻電源05輸出的射頻功率的大小，可以調節基座03的偏壓大小，從而控制沉積速率和薄膜應力等參數。
但是，由於上述射頻電源05只能向基座03載入負偏壓，在某些製程中可能會損傷晶圓，從而導致晶圓正向電壓（Voltage Forward，VF）值過高，造成製程結果不合格。而且，該PVD設備的製程視窗較小，無法滿足不同製程需求。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備，其可以滿足不同製程需求，從而擴大了製程視窗。
為實現本發明的目的而提供一種基座偏壓調節裝置，包括正偏壓調節單元、負偏壓調節單元和抗干擾單元，其中，該正偏壓調節單元的第一端接地，該正偏壓調節單元的第二端與基座電連接，用於調節該基座的偏壓，且能夠使該基座產生正偏壓；該負偏壓調節單元的第一端接地，該負偏壓調節單元的第二端通過該抗干擾單元與該基座電連接，用於調節該基座的偏壓，且能夠使該基座產生負偏壓；該抗干擾單元連接在該負偏壓調節單元與該基座之間的電路上，用於抑制該正偏壓調節單元與該基座之間的電路中的電流流入該負偏壓調節單元與該基座之間的電路中，以實現該正偏壓調節單元和該負偏壓調節單元在製程過程中同時使用。
可選的，該正偏壓調節單元包括阻抗可變電路，該阻抗可變電路的一端與該基座電連接，該阻抗可變電路的另一端接地，該阻抗可變電路用於通過調節該阻抗可變電路的阻抗大小，來調節該基座的偏壓大小。
可選的，該阻抗可變電路包括至少一個第一可變電容；或者至少一個可變電感；或者電性連接的至少一個第一可變電容和至少一個可變電感，該至少一個第一可變電容和至少一個可變電感採用的電性連接方式包括並聯、串聯或者混聯。
可選的，該抗干擾單元包括帶阻濾波器或者數位濾波器。
可選的，該負偏壓調節單元包括射頻電源和連接在該射頻電源和該基座之間的匹配電路。
可選的，該匹配電路包括第一支路和第二支路，其中，該第一支路的一端與該射頻電源的輸出端電連接，該第一支路的另一端接地，且在該第一支路上設置有第二可變電容；該第二支路的兩端分別與該射頻電源的輸出端和該基座電連接，且在該第二支路上設置有第三可變電容；該抗干擾單元連接在該第二支路上。
可選的，該匹配電路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，其中，該第一支路的一端與該射頻電源的輸出端電連接，該第一支路的另一端接地，且在該第一支路上設置有第二可變電容；該第二支路的兩端分別與該射頻電源的輸出端和該第四支路的一端電連接，且在該第二支路上設置有固定電容；該第三支路的一端與該第四支路的一端電連接，該第三支路的另一端接地，且在該第三支路上設置有第三可變電容；該第四支路的另一端通過該抗干擾單元與該基座電連接。
可選的，該基座偏壓調節裝置還包括參數獲取單元和控制單元，其中，該參數獲取單元用於即時獲取該正偏壓調節單元的與阻抗相關的當前參數值，並將其發送至該控制單元；該控制單元用於根據該當前參數值和預設的參數設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前參數值等於該參數設定值。
可選的，該參數獲取單元包括電壓檢測元件，該電壓檢測元件用於即時檢測該基座的當前偏壓值，並將其發送至該控制單元；該控制單元用於根據該當前偏壓值和預設的偏壓設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前偏壓值等於該偏壓設定值。
可選的，該參數獲取單元包括阻抗檢測元件，該阻抗檢測元件用於即時檢測該正偏壓調節單元的輸入電壓值和輸入電流值，並將其發送至該控制單元；該控制單元用於根據該輸入電壓值和輸入電流值計算獲得輸入阻抗值，並根據該輸入阻抗值和預設的阻抗設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該輸入阻抗值等於該阻抗設定值。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種半導體製程設備，包括反應腔室，在該反應腔室內設置有基座，且在該反應腔室的頂部設置有靶材，該半導體製程設備還包括本發明提供的上述基座偏壓調節裝置，該基座偏壓調節裝置與該基座電連接，用以調節該基座的偏壓。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種基座偏壓調節方法，應用於本發明提供的上述基座偏壓調節裝置，該基座偏壓調節方法包括以下步驟：S1、在進行製程的過程中，即時獲取該正偏壓調節單元的與阻抗相關的當前參數值；S2、判斷該當前參數值是否等於預設的參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S3；S3、控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前偏壓值等於該參數設定值之後，返回該步驟S1。
可選的，該正偏壓調節單元包括阻抗可變電路，該阻抗可變電路的一端與該基座電連接，該阻抗可變電路的另一端接地，該阻抗可變電路用於通過調節該阻抗可變電路的阻抗大小，來調節該基座的偏壓大小；該阻抗可變電路均包括至少一個第一可變電容，或者至少一個可變電感，或者電性連接的至少一個第一可變電容和至少一個可變電感；該步驟S3具體包括：S31、驅動該第一可變電容的動片沿第一方向轉動一個單位變化量；S32、判斷該當前參數值是否等於該參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S33；S33、判斷該第一可變電容的動片的當前位置與初始位置之間的距離是否超過預設閾值，若是，則進行步驟S34；若否，則返回該步驟S31；S34、驅動該第一可變電容的動片沿第二方向轉動一個該單位變化量；該第二方向與該第一方向相反；S35、判斷該當前參數值是否等於該參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S36；S36、判斷該第一可變電容的動片的當前位置與該初始位置之間的距離是否超過該預設閾值，若是，則進行步驟S37；若否，則返回該步驟S34；S37、發出報警信號，並停止製程。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供的基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備的技術方案中，正偏壓調節單元的第二端與基座電連接，負偏壓調節單元的第二端通過抗干擾單元與基座電連接，通過借助該抗干擾單元抑制正偏壓調節單元與基座之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元與基座之間的電路中，可以使正偏壓調節單元和負偏壓調節單元始終同時與基座保持電導通狀態，同時保證正偏壓調節單元對基座的偏壓調節不會受到負偏壓調節單元的影響，即實現正偏壓調節單元和負偏壓調節單元在製程過程中的同時使用，並且避免二者之間的相互干擾；同時，由於正偏壓調節單元能夠使基座產生正偏壓，而負偏壓調節單元能夠使基座產生負偏壓，二者同時使用可以使基座偏壓的調節範圍更大，從而擴大了製程視窗，以滿足更多不同的製程需求。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
第一實施例
請參閱圖2，本發明第一實施例提供的基座偏壓調節裝置，其包括正偏壓調節單元2、負偏壓調節單元3和抗干擾單元4，其中，正偏壓調節單元2的第一端接地，第二端與基座1直接連接，所謂直接連接，是指正偏壓調節單元2與基座1之間只設置有能夠使二者電導通的導線，而沒有在二者之間設置開關器件或者其他器件，這樣，在進行製程時，正偏壓調節單元2與基座1直接是電導通的。正偏壓調節單元2用於調節基座1的偏壓，且能夠使基座1產生正偏壓；負偏壓調節單元3的第一端接地，第二端通過抗干擾單元4與基座1連接，用於調節基座1的偏壓，並能夠使基座1產生負偏壓。抗干擾單元4連接在負偏壓調節單元3與基座1之間的電路上，用於抑制正偏壓調節單元2與基座1之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元3與基座1之間的電路中。也就是說，在進行製程時，正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3各自與基座1之間的電路直接是電導通的，正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3能夠同時對基座1進行偏壓調節，與此同時，借助抗干擾單元4，可以保證正偏壓調節單元2與基座1之間的電路中的電流不會流入負偏壓調節單元3與基座1之間的電路中。
具體來說，如圖2所示，負偏壓調節單元3與基座1之間的電路與正偏壓調節單元2與基座1之間的電路相互並聯，來自基座1的電流會分流至兩個電路中，導致通過正偏壓調節單元2對基座1的偏壓調節受到影響，例如無法準確地調節至期望的偏壓值。在這種情況下，通過將抗干擾單元4連接在負偏壓調節單元3與基座1之間的電路上，抑制正偏壓調節單元2與基座1之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元3與基座1之間的電路中，可以避免來自基座1的電流分流，從而可以使通過正偏壓調節單元2對基座1的偏壓調節不會受到負偏壓調節單元3的影響，從而可以實現正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3在製程過程中的同時使用，二者同時使用可以使基座偏壓的調節範圍更大，從而擴大了製程視窗，以滿足更多不同的製程需求。
需要說明的是，若同時使用正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3，則基座1上的偏壓值為預設的正偏壓設定值和負偏壓設定值之和，若正偏壓設定值大於負偏壓設定值，則調節後的基座1上的偏壓為正偏壓；若正偏壓設定值小於負偏壓設定值，則調節後的基座1上的偏壓為負偏壓。另外，若單獨使用正偏壓調節單元，則調節後的基座上的偏壓為正偏壓；若單獨使用負偏壓調節單元，則調節後的基座上的偏壓為負偏壓。在實際應用中，可以根據具體需要選擇是單獨使用正偏壓調節單元或負偏壓調節單元，還是同時使用正偏壓調節單元和負偏壓調節單元，以及選擇基座上的偏壓是正偏壓還是負偏壓，並選擇相應的正偏壓設定值和/或負偏壓設定值。需要說明的是，上述單獨使用是指單獨調節基座1上的偏壓，但是正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3均與基座1始終保持電導通狀態。
還需要說明的是，所謂單獨使用正偏壓調節單元或負偏壓調節單元，是指單獨利用正偏壓調節單元或負偏壓調節單元基座上的偏壓，但是正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3各自與基座1之間的電路均始終是導通的。
通過調節基座1上的偏壓，可以在沉積薄膜時，改變晶圓表面的粒子能量和等離子體鞘層厚度，從而可以改善薄膜的應力和密度。同時，在基座1上產生負偏壓時，等離子體中的金屬原子轟擊晶圓的能量較大，從而沉積速率較快，但是在某些製程中可能會損傷晶圓，從而導致晶圓VF值過高。在基座1上產生正偏壓時，等離子體中的金屬原子轟擊晶圓的能量較小，但是沉積速率較慢。由此，可以根據不同製程需求，選擇使基座產生負偏壓或者正偏壓，從而擴大了製程視窗。
在一些可選的實施例中，上述抗干擾單元4可以為帶阻濾波器或者數位濾波器等等，以帶阻濾波器為例，其例如包括並聯的固定電容和固定電感，通過將該帶阻濾波器連接在負偏壓調節單元3與基座1之間的電路上，可以在保證負偏壓調節單元3輸出的功率能夠正常載入至基座1上的前提下，使該電路上的阻抗無窮大，從而可以抑制正偏壓調節單元2與基座1之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元3與基座1之間的電路中。當然，在實際應用中，抗干擾單元4還可以採用其他任意結構，只要能夠抑制正偏壓調節單元2與基座1之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元3與基座1之間的電路中即可。
在一些可選的實施例中，正偏壓調節單元2包括阻抗可變電路21，該阻抗可變電路21的一端與基座1電連接，阻抗可變電路21的另一端接地，阻抗可變電路21用於通過調節該阻抗可變電路21的阻抗大小，以調節基座1的偏壓大小。
阻抗可變電路21可以包括至少一個第一可變電容，或者至少一個可變電感，或者電性連接的至少一個第一可變電容和至少一個可變電感。例如，如圖3所示，阻抗可變電路21包括第一可變電容211，通過調節該第一可變電容211的電容值，可以調節該阻抗可變電路21的阻抗，從而實現基座1的偏壓的調節。
另外，根據不同的製程條件以及製程需求，可以在阻抗可變電路21中設置相應的固定電容和/或固定電感，例如，如圖3所示，在阻抗可變電路21中還設置有和第一可變電容211串聯的固定電感212，二者會產生串聯諧振，這可以起到調節基座1的諧振頻率的作用，使之不會接近系統的諧振頻率，從而可以避免產生諧振。
在一些可選的實施例中，負偏壓調節單元3包括匹配電路31和射頻電源32；通過調節射頻電源32的功率大小，可以調節基座1的偏壓大小。射頻電源32的頻率可以是13MHz或者2MHz。
匹配電路31用於使阻抗匹配網路（由射頻電源31與基座1之間的諸如電容、電感等的無源器件構成）的輸入阻抗和射頻電源32的輸出阻抗共軛匹配，從而減小負載端（基座1）的功率反射，使基座1上獲得最大的功率，即實現阻抗匹配。
上述阻抗匹配網路例如採用L型的阻抗匹配網路，在這種情況下，如圖3所示，匹配電路31包括第一支路311和第二支路312，其中，第一支路311的一端與射頻電源32的輸出端電連接，第一支路311的另一端接地，且在第一支路311上設置有第二可變電容313；第二支路312的兩端分別與射頻電源32的輸出端和基座1電連接，且在第二支路312上設置有第三可變電容314。通過調節第二可變電容313和第三可變電容314各自的電容值，可以使調節後的阻抗匹配網路的輸入阻抗和射頻電源32的輸出阻抗共軛匹配，從而實現阻抗匹配。
如圖3所示，上述抗干擾單元4連接在第二支路312上，例如可以設置在第三可變電容314的輸入端一側。以上述抗干擾單元4為包含並聯的固定電容和固定電感的帶阻濾波器為例，其會使第二支路312上的阻抗無窮大，從而可以使來自基座1的電流只流入阻抗可變電路21，而不會流入第二支路312。
圖4A為表示未設置正偏壓調節單元時匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍的史密斯圓圖。圖4B為表示設置正偏壓調節單元時匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍的史密斯圓圖。其中，以採用13MHz的匹配電路進行阻抗匹配為例，圖4A中由點列圍成的範圍A表示未設置正偏壓調節單元時，匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍，圖4B中由兩列點列圍成的兩個範圍B表示設置正偏壓調節單元時匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍，其中，兩個範圍B分別對應第一可變電容211的電容範圍的上限值和下限值。對比圖4A和圖4B可知，範圍A和兩個範圍B的重合面積較大，由此可知，設置正偏壓調節單元對匹配電路的匹配範圍的影響可以忽略不計，因此，可以允許正偏壓調節單元2和負偏壓調節單元3在製程過程中同時使用，進而可以擴大基座偏壓的調節範圍，以滿足不同製程需求。
需要說明的是，在本實施例中，上述阻抗匹配網路採用L型的阻抗匹配網路，但是，本發明並不局限於此，在實際應用中，上述阻抗匹配網路可以採用其他任意類型，本發明對此沒有特別的限制。
第二實施例
請參閱圖5，本發明第二實施例提供的基座偏壓調節裝置，其是在上述第一實施例的基礎上，對基座偏壓調節裝置進行的改進。具體地，在上述第一實施例的基礎上，基座偏壓調節裝置還包括參數獲取單元和控制單元53，其中，參數獲取單元用於即時獲取正偏壓調節單元2的與阻抗相關的當前參數值，並將其發送至控制單元53。上述與阻抗相關的當前參數值例如為基座1的當前偏壓值或者正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值（來自基座1）等等。控制單元53用於根據上述當前參數值和預設的參數設定值，控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前參數值等於參數設定值。由此，可以實現基座偏壓調節的自動控制。
上述參數設定值可以預先在製程配方中進行設定。並且，若當前參數值為基座1的當前偏壓值，則參數設定值為偏壓設定值；若當前參數值為正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值，則參數設定值為阻抗設定值。
需要說明的是，若需要負偏壓調節單元3與正偏壓調節單元2在製程過程中同時使用，則射頻電源32輸出的功率值也可以預先在製程配方中進行設定，而且在製程過程中也可以調節射頻電源32輸出的功率值，也就是說，在製程過程中，負偏壓調節單元3與正偏壓調節單元2均可以對基座1的偏壓進行調節，只要最終基座1上的偏壓能夠達到滿足製程需求的目標偏壓值即可。
在一些可選的實施例中，如圖5所示，上述參數獲取單元包括電壓檢測元件51，該電壓檢測元件51用於即時檢測基座1的當前偏壓值，並將其發送至控制單元53；控制單元53用於根據該當前偏壓值和預設的偏壓設定值，控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前偏壓值等於上述偏壓設定值。通過上述電壓檢測元件51即時檢測基座1的當前偏壓值，可以在進行製程的過程中即時調節基座偏壓，從而既可以使其滿足製程需求，又可以保證不同的製程腔室之間的製程一致性。
具體地，對於圖5中示出的偏壓調節單元2的具體結構，上述控制單元53可以通過電機52驅動第一可變電容211的動片轉動，來調節第一可變電容211的電容值，從而可以改變阻抗可變電路21中的電流，進而可以實現對基座1的偏壓的調節。當然，根據不同的偏壓調節單元2的結構，可以適應性地調整控制單元53的控制方式。
需要說明的是，上述匹配電路31進行阻抗匹配的過程屬於公知技術，例如，如圖5所示，利用檢測裝置即時檢測匹配電路31輸入端的電壓值和電流值，並利用匹配電路控制單元35根據檢測到的電壓值和電流值，利用兩個電機（341,342）分別驅動第二可變電容313和第三可變電容314的動片轉動，來調節二者的電容值，從而進行阻抗匹配。
第三實施例
請參閱圖6，本發明第三實施例提供的基座偏壓調節裝置，其與上述第一、第二實施例相比，其區別在於：阻抗可變電路21’與上述第一、第二實施例中的阻抗可變電路21不同。
具體地，阻抗可變電路21’同樣包括第一可變電容211，通過調節該第一可變電容211的電容值，可以調節該阻抗可變電路21的阻抗，從而實現基座1的偏壓的調節。在此基礎上，根據不同的製程條件以及製程需求，可以在阻抗可變電路21中設置相應的固定電容和/或固定電感，例如，如圖6所示，在阻抗可變電路21’中還設置有和第一可變電容211並聯的固定電感212，二者會產生並聯諧振，這同樣可以起到調節基座1的諧振頻率的作用。
在一些可選的實施例中，如圖6所示，阻抗匹配網路例如採用π型的阻抗匹配網路，在這種情況下，匹配電路31’包括第一支路311、第二支路312、第三支路313和第四支路314，其中，第一支路311的一端與射頻電源32的輸出端電連接，第一支路311的另一端接地，且在第一支路311上設置有第二可變電容315；第二支路312的兩端分別與射頻電源32的輸出端和第四支路314的一端電連接，且在第二支路312上設置有固定電容316；第三支路313的一端與第四支路314的一端電連接，第三支路313的另一端接地，且在第三支路313上設置有第三可變電容317；第四支路314的另一端通過抗干擾單元4與基座1電連接。通過調節第二可變電容315和第三可變電容317各自的電容值，可以使調節後的阻抗匹配網路的輸入阻抗和射頻電源32的輸出阻抗共軛匹配，從而實現阻抗匹配。
如圖6所示，抗干擾單元4連接在第四支路314上，以上述抗干擾單元4為包含並聯的固定電容和固定電感的帶阻濾波器為例，其會使第四支路314上的阻抗無窮大，從而可以使來自基座1的電流只流入阻抗可變電路21’，而不會流入在第四支路314。
需要說明的是，在本實施例中，上述阻抗匹配網路採用π型的阻抗匹配網路，但是，本發明並不局限於此，在實際應用中，上述阻抗匹配網路可以採用其他任意類型，例如圖4中示出的L型的阻抗匹配網路。
第四實施例
請參閱圖7，本發明第四實施例提供的基座偏壓調節裝置，其與上述第二實施例相類似的，同樣包括參數獲取單元和控制單元53，而區別在於，本實施例中的參數獲取單元包括阻抗檢測元件54，該阻抗檢測元件54用於即時檢測正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值，並將其發送至控制單元53；控制單元53用於根據上述輸入電壓值和輸入電流值計算獲得輸入阻抗值，並根據該輸入阻抗值和預設的阻抗設定值，控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至上述輸入阻抗值等於阻抗設定值。由此，可以實現基座偏壓調節的自動控制。
具體地，對於圖7中示出的偏壓調節單元2的具體結構，上述控制單元53可以通過電機52驅動第一可變電容211的動片轉動，來調節第一可變電容211的電容值，從而可以改變阻抗可變電路21中的電流，進而可以實現對基座1的偏壓的調節。
需要說明的是，圖7中示出的阻抗檢測元件54也可以應用於圖5示出的基座偏壓調節裝置中，並替換電壓檢測元件51。當然，電壓檢測元件51也可以應用於圖7示出的基座偏壓調節裝置中，並替換阻抗檢測元件54。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種半導體製程設備，包括反應腔室，在該反應腔室內設置有基座，且在反應腔室的頂部設置有靶材。並且，該半導體製程設備還包括基座偏壓調節裝置，該基座偏壓調節裝置與基座電連接，用以調節基座的偏壓。該基座偏壓調節裝置採用了本發明上述各個實施例提供的基座偏壓調節裝置。
本發明實施例提供的半導體製程設備，通過採用本發明上述各個實施例提供的基座偏壓調節裝置，可以使正偏壓調節單元和負偏壓調節單元始終同時與基座保持電導通狀態，同時保證正偏壓調節單元對基座的偏壓調節不會受到負偏壓調節單元的影響，即實現正偏壓調節單元和負偏壓調節單元在製程過程中的同時使用，並且避免二者之間的相互干擾；同時，由於正偏壓調節單元能夠使基座產生正偏壓，而負偏壓調節單元能夠使基座產生負偏壓，二者同時使用可以使基座偏壓的調節範圍更大，從而擴大了製程視窗，以滿足更多不同的製程需求。
第五實施例
作為另一個技術方案，本發明第五實施例還提供一種基座偏壓調節方法，應用於本發明上述第二實施例或者第四實施例提供的基座偏壓調節裝置，如圖8所示，以應用於圖5或圖7示出的基座偏壓調節裝置為例，該基座偏壓調節方法包括以下步驟：
S1、在進行製程的過程中，即時獲取正偏壓調節單元2的與阻抗相關的當前參數值；
上述與阻抗相關的當前參數值例如為基座1的當前偏壓值或者正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值等等。
S2、判斷上述當前參數值是否等於預設的參數設定值，若是，則返回上述步驟S1；若否，則進行步驟S3；
上述參數設定值可以預先在製程配方中進行設定。並且，若當前參數值為基座1的當前偏壓值，則參數設定值為偏壓設定值；若當前參數值為正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值，則參數設定值為阻抗設定值。
S3、控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前偏壓值等於上述參數設定值之後，返回上述步驟S1。
在一些可選的實施例中，如圖5所示，以參數獲取單元包括電壓檢測元件51為例，上述步驟S1中，通過該電壓檢測元件51即時檢測基座1的當前偏壓值；上述步驟S2中，判斷該當前偏壓值是否等於預設的偏壓設定值，若是，則返回上述步驟S1；若否，則進行步驟S3；上述步驟S3中，根據該當前偏壓值和預設的偏壓設定值，控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前偏壓值等於上述偏壓設定值。
在上述步驟S3中，可以通過計算當前偏壓值和預設的偏壓設定值的差值，並根據該差值控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前偏壓值等於上述偏壓設定值。
在一些可選的實施例中，如圖7所示，以參數獲取單元包括阻抗檢測元件54為例，上述步驟S1中，通過該阻抗檢測元件54即時檢測正偏壓調節單元2的輸入電壓值和輸入電流值；上述步驟S2中，根據上述輸入電壓值和輸入電流值計算獲得輸入阻抗值計算獲得當前阻抗值，並判斷該當前阻抗值是否等於預設的阻抗設定值，若是，則返回上述步驟S1；若否，則進行步驟S3；上述步驟S3中，根據該當前阻抗值和預設的阻抗設定值，控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前阻抗值等於上述偏壓阻抗值。
在上述步驟S3中，可以通過計算當前阻抗值和預設的阻抗設定值的差值，並根據該差值控制正偏壓調節單元2調節基座1的偏壓，直至當前阻抗值等於上述偏壓阻抗值。
通過上述步驟S1中即時檢測基座1的當前偏壓值或者當前阻抗值，可以在進行製程的過程中即時調節基座偏壓，從而既可以使其滿足製程需求，又可以保證不同的製程腔室之間的製程一致性。
本實施例提供的基座偏壓調節方法，可以實現基座偏壓調節的自動控制。
在一些可選的實施例中，結合圖5、圖7和圖9所示，上述步驟S3具體包括：
S31、驅動第一可變電容211的動片沿第一方向轉動一個單位變化量；
上述單位變化量為第一可變電容211的動片每次轉動的角度，即，角度變化量。
在一些可選的實施例中，如圖5所示，可以通過電機52驅動第一可變電容211的動片轉動，來調節第一可變電容211的電容值。
S32、判斷當前參數值是否等於上述參數設定值，若是，則返回上述步驟S1；若否，則進行步驟S33；
在一些可選的實施例中，若參數獲取單元包括圖5所示的電壓檢測元件51，則上述當前參數值為當前偏壓值，上述參數設定值為偏壓設定值。若參數獲取單元包括圖7所示的阻抗檢測元件54，則上述當前參數值為當前阻抗值，上述參數設定值為阻抗設定值。
S33、判斷上述第一可變電容211的動片的當前位置與初始位置之間的距離（例如角度變化量）是否超過預設閾值，若是，則進行步驟S34；若否，則返回上述步驟S31；
在一些可選的實施例中，上述預設閾值例如為與上述第一可變電容211的動片的初始位置對應的角度值的5%。
S34、驅動第一可變電容211的動片沿第二方向轉動一個上述單位變化量；該第二方向與第一方向相反；
S35、判斷上述當前參數值是否等於參數設定值，若是，則返回步驟S1；若否，則進行步驟S36；
S36、判斷第一可變電容211的動片的當前位置與初始位置之間的距離是否超過上述預設閾值，若是，則進行步驟S37；若否，則返回步驟S34；
S37、發出報警信號，並停止製程。
綜上所述，本發明提供的基座偏壓調節裝置和方法、半導體製程設備的技術方案中，正偏壓調節單元的第二端與基座電連接，負偏壓調節單元的第二端通過抗干擾單元與基座電連接，通過借助該抗干擾單元抑制正偏壓調節單元與基座之間的電路中的電流流入負偏壓調節單元與基座之間的電路中，可以使正偏壓調節單元和負偏壓調節單元始終同時與基座保持電導通狀態，同時保證正偏壓調節單元對基座的偏壓調節不會受到負偏壓調節單元的影響，即實現正偏壓調節單元和負偏壓調節單元在製程過程中的同時使用，並且避免二者之間的相互干擾；同時，由於正偏壓調節單元能夠使基座產生正偏壓，而負偏壓調節單元能夠使基座產生負偏壓，二者同時使用可以使基座偏壓的調節範圍更大，從而擴大了製程視窗，以滿足更多不同的製程需求。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
01:反應腔室 02:靶材 03:基座 04:晶圓 05:射頻電源 06:匹配器 1:基座 2:正偏壓調節單元 3:負偏壓調節單元 4:抗干擾單元 21:阻抗可變電路 21’:阻抗可變電路 31:匹配電路 31’:匹配電路 32:射頻電源 35:匹配電路控制單元 51:電壓檢測元件 52:電機 53:控制單元 211:第一可變電容 212:固定電感 311:第一支路 312:第二支路 313:第二可變電容 314:第三可變電容 315:第二可變電容 316:固定電容 317:第三可變電容 341:電機 342:電機
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1為現有的一種PVD設備的結構圖； 圖2為本發明第一實施例提供的基座偏壓調節裝置的原理框圖； 圖3為本發明第一實施例提供的基座偏壓調節裝置的等效電路圖； 圖4A為表示未設置正偏壓調節單元時匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍的史密斯圓圖； 圖4B為表示設置正偏壓調節單元時匹配電路進行阻抗匹配的匹配範圍的史密斯圓圖； 圖5為本發明第二實施例提供的基座偏壓調節裝置的等效電路圖； 圖6為本發明第三實施例提供的基座偏壓調節裝置的等效電路圖； 圖7為本發明第四實施例提供的基座偏壓調節裝置的等效電路圖； 圖8為本發明第五實施例提供的基座偏壓調節方法的流程框圖； 圖9為本發明第五實施例採用的步驟S3的流程框圖。
1:基座
2:正偏壓調節單元
3:負偏壓調節單元
4:抗干擾單元
31:匹配電路
32:射頻電源
21:阻抗可變電路

Claims (13)

  1. 一種基座偏壓調節裝置，包括一正偏壓調節單元、一負偏壓調節單元和一抗干擾單元，其中， 該正偏壓調節單元的第一端接地，該正偏壓調節單元的第二端與一基座電連接，用於調節該基座的偏壓，且能夠使該基座產生正偏壓； 該負偏壓調節單元的第一端接地，該負偏壓調節單元的第二端通過該抗干擾單元與該基座電連接，用於調節該基座的偏壓，且能夠使該基座產生負偏壓； 該抗干擾單元連接在該負偏壓調節單元與該基座之間的電路上，用於抑制該正偏壓調節單元與該基座之間的電路中的電流流入該負偏壓調節單元與該基座之間的電路中，以實現該正偏壓調節單元和該負偏壓調節單元在製程過程中同時使用。
  2. 如請求項1所述的基座偏壓調節裝置，其中該正偏壓調節單元包括一阻抗可變電路，該阻抗可變電路的一端與該基座電連接，該阻抗可變電路的另一端接地，該阻抗可變電路用於通過調節該阻抗可變電路的阻抗大小，來調節該基座的偏壓大小。
  3. 如請求項2所述的基座偏壓調節裝置，其中該阻抗可變電路包括至少一個第一可變電容；或者至少一個可變電感；或者電性連接的至少一個第一可變電容和至少一個可變電感，該至少一個第一可變電容和至少一個可變電感採用的電性連接方式包括並聯、串聯或者混聯。
  4. 如請求項1-3任意一項所述的基座偏壓調節裝置，其中該抗干擾單元包括一帶阻濾波器或者一數位濾波器。
  5. 如請求項1-3任意一項所述的基座偏壓調節裝置，其中該負偏壓調節單元包括一射頻電源和連接在該射頻電源和該基座之間的一匹配電路。
  6. 如請求項5所述的基座偏壓調節裝置，其中該匹配電路包括一第一支路和一第二支路，其中，該第一支路的一端與該射頻電源的輸出端電連接，該第一支路的另一端接地，且在該第一支路上設置有一第二可變電容； 該第二支路的兩端分別與該射頻電源的輸出端和該基座電連接，且在該第二支路上設置有一第三可變電容；該抗干擾單元連接在該第二支路上。
  7. 如請求項5所述的基座偏壓調節裝置，其中該匹配電路包括一第一支路、一第二支路、一第三支路和一第四支路，其中，該第一支路的一端與該射頻電源的輸出端電連接，該第一支路的另一端接地，且在該第一支路上設置有一第二可變電容； 該第二支路的兩端分別與該射頻電源的輸出端和該第四支路的一端電連接，且在該第二支路上設置有一固定電容； 該第三支路的一端與該第四支路的一端電連接，該第三支路的另一端接地，且在該第三支路上設置有一第三可變電容； 該第四支路的另一端通過該抗干擾單元與該基座電連接。
  8. 如請求項1-3任意一項所述的基座偏壓調節裝置，其中該基座偏壓調節裝置還包括一參數獲取單元和一控制單元，其中，該參數獲取單元用於即時獲取該正偏壓調節單元的與阻抗相關的當前參數值，並將其發送至該控制單元； 該控制單元用於根據該當前參數值和預設的一參數設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前參數值等於該參數設定值。
  9. 如請求項8所述的基座偏壓調節裝置，其中該參數獲取單元包括一電壓檢測元件，該電壓檢測元件用於即時檢測該基座的當前偏壓值，並將其發送至該控制單元； 該控制單元用於根據該當前偏壓值和預設的偏壓設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前偏壓值等於該偏壓設定值。
  10. 如請求項8所述的基座偏壓調節裝置，其中該參數獲取單元包括一阻抗檢測元件，該阻抗檢測元件用於即時檢測該正偏壓調節單元的一輸入電壓值和一輸入電流值，並將其發送至該控制單元； 該控制單元用於根據該輸入電壓值和該輸入電流值計算獲得一輸入阻抗值，並根據該輸入阻抗值和預設的一阻抗設定值，控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該輸入阻抗值等於該阻抗設定值。
  11. 一種半導體製程設備，包括一反應腔室，在該反應腔室內設置有一基座，且在該反應腔室的頂部設置有一靶材，其中該半導體製程設備還包括請求項1-10任意一項所述的基座偏壓調節裝置，該基座偏壓調節裝置與該基座電連接，用以調節該基座的偏壓。
  12. 一種基座偏壓調節方法，其中應用於請求項8-10任意一項所述的基座偏壓調節裝置，該基座偏壓調節方法包括以下步驟： S1、在進行製程的過程中，即時獲取該正偏壓調節單元的與阻抗相關的當前參數值； S2、判斷該當前參數值是否等於預設的參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S3； S3、控制該正偏壓調節單元調節該基座的偏壓，直至該當前偏壓值等於該參數設定值之後，返回該步驟S1。
  13. 如請求項12所述的基座偏壓調節方法，其中該正偏壓調節單元包括一阻抗可變電路，該阻抗可變電路的一端與該基座電連接，該阻抗可變電路的另一端接地，該阻抗可變電路用於通過調節該阻抗可變電路的阻抗大小，來調節該基座的偏壓大小；該阻抗可變電路均包括至少一個第一可變電容，或者至少一個可變電感，或者電性連接的至少一個第一可變電容和至少一個可變電感； 該步驟S3具體包括： S31、驅動該第一可變電容的動片沿第一方向轉動一個單位變化量； S32、判斷該當前參數值是否等於該參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S33； S33、判斷該第一可變電容的動片的當前位置與初始位置之間的距離是否超過預設閾值，若是，則進行步驟S34；若否，則返回該步驟S31； S34、驅動該第一可變電容的動片沿第二方向轉動一個該單位變化量；該第二方向與該第一方向相反； S35、判斷該當前參數值是否等於該參數設定值，若是，則返回該步驟S1；若否，則進行步驟S36； S36、判斷該第一可變電容的動片的當前位置與該初始位置之間的距離是否超過該預設閾值，若是，則進行步驟S37；若否，則返回該步驟S34； S37、發出報警信號，並停止製程。
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