本發(fā)明屬于微電子加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜電卡盤、反應(yīng)腔室及半導(dǎo)體加工設(shè)備。

背景技術(shù)：

靜電卡盤(Electro Static Chuck，簡稱ESC)被廣泛應(yīng)用于等離子體加工設(shè)備中，其不僅用于采用靜電吸附方式支撐固定基片；而且還用于通過射頻電源向?qū)a(chǎn)生負(fù)偏壓以及控制基片的溫度等。

常用的靜電卡盤分為單電極型和雙電極型，由于雙電極型具有更加優(yōu)越的性能而被廣泛地采用，所謂雙電極型是指靜電卡盤內(nèi)設(shè)置有兩種電極，且為正電極和負(fù)電極。其中，正電極和負(fù)電極對應(yīng)與直流電壓的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端相連，用以實(shí)現(xiàn)采用靜電吸附的方式固定基片；并且，正電極和負(fù)電極均與射頻電源電連接，借助射頻電源向基片產(chǎn)生負(fù)偏壓，用以吸引等離子體中的正離子朝向基片移動。采用上述靜電卡盤在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：由于負(fù)偏壓的存在，會導(dǎo)致負(fù)電極與基片之間的靜電力增大，而正電極與基片之間的靜電力減小，從而造成基片受到的靜電引力不均勻，容易造成吸附固定失敗甚至碎片，特別地，在射頻電源的射頻功率很大時，該影響表現(xiàn)更加突出。

為此，設(shè)置有負(fù)偏壓檢測裝置檢測該負(fù)偏壓，并將該檢測到的負(fù)偏壓發(fā)送至直流電源的電壓參考端，直流電源根據(jù)電壓參考端輸入的負(fù)偏壓控制其正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端的輸出電壓，從而補(bǔ)償負(fù)偏壓產(chǎn)生的影響。具體地，請參閱圖1，靜電卡盤包括用于承載基片S的承載體10，承載體10內(nèi)設(shè)置有正電極11和負(fù)電極12，并且，自正電極11和負(fù)電極12分別引出第一連接線13和第二連接線14，第一連接端13和第二連接線14分別通過連接端子17和18與直流電源DC 的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端相連，且均與射頻電源RF電連接，并且，在直流電源DC和連接端子17和18之間分別還設(shè)置有低通濾波器LPF，用于避免射頻功率信號對直流電源DC造成影響；負(fù)偏壓檢測裝置包括在承載體10內(nèi)設(shè)置的環(huán)狀檢測電極15，檢測電極15與正電極11和負(fù)電極12均不接觸，采用法拉第電磁感應(yīng)原理來檢測基片S上的負(fù)偏壓，檢測電極15借助背吹管路16的外部金屬外殼作為其導(dǎo)線引出與直流電源DC的電壓參考端電連接。下面舉例說明：若設(shè)置靜電電壓為700V，則直流電源DC向正電極11和負(fù)電極12分別加載+350V和-350V電壓，若產(chǎn)生的負(fù)偏壓為-120V，則使得正電極11和負(fù)電極12上的實(shí)際電壓分別為230V和-470V，從而造成基片S受力不均勻；若采用上述負(fù)偏壓檢測裝置，檢測電極15檢測到的負(fù)偏壓輸送至直流電源DC的電壓參考端之后，直流電源DC向正電極11和負(fù)電極12分別加載+470V和-230V，在這種情況下，結(jié)合上述直流自偏壓產(chǎn)生的影響，正電極11和負(fù)電極12上的實(shí)際電壓分別為+350V和-350V，基片S受力均勻。

然而，采用上述負(fù)偏壓檢測裝置在實(shí)際應(yīng)用不可避免地會存在以下問題：

其一，由于檢測電極15設(shè)置在靜電卡盤10內(nèi)，與正電極11和負(fù)電極12較近且與正電極11和負(fù)電極12不等電位，因而易導(dǎo)致檢測電極15與正電極11和負(fù)電極12之間發(fā)生打火現(xiàn)象，特別是，在射頻輸出功率大于1000W時打火現(xiàn)象更加明顯。

其二，由于檢測電極15借助背吹管路16的外部金屬殼將電壓信號引出，在檢測電極15上的電壓較大時，容易導(dǎo)致背吹管路16出氣口產(chǎn)生等離子體，從而造成背吹管路16對應(yīng)的基片S背面區(qū)域與其他區(qū)域的電勢不等，導(dǎo)致基片S背面發(fā)生打火。

其三，由于需要將檢測電極15內(nèi)嵌設(shè)置在靜電卡盤10內(nèi)，因此，造成靜電卡盤10的制備過程復(fù)雜和制造成本較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一 種靜電卡盤、反應(yīng)腔室及半導(dǎo)體加工設(shè)備，不僅可以避免承載體內(nèi)和基片背面發(fā)生打火現(xiàn)象，提高靜電卡盤的可靠性；而且由于簡化了承載體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而可以簡化靜電卡盤的制造過程和降低制造成本。

為解決上述問題之一，本發(fā)明提供了一種靜電卡盤，其包括用于承載基片的承載體和負(fù)偏壓檢測裝置，在所述承載體內(nèi)設(shè)置有正電極和負(fù)電極，所述正電極和負(fù)電極分別與直流電源的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端相連，且均與射頻電源電連接；所述負(fù)偏壓檢測裝置用于檢測射頻電源產(chǎn)生的負(fù)偏壓，并將該負(fù)偏壓發(fā)送至所述直流電源的電壓參考端；所述負(fù)偏壓檢測裝置包括第一采集電路、第二采集電路、第一峰值檢測電路、第二峰值檢測電路和處理電路，其中，所述第一采集電路，用于采集所述正電極上的第一信號，并將采集到的第一信號發(fā)送至所述第一峰值檢測電路；所述第一峰值檢測電路，用于檢測所述第一信號在正半周或負(fù)半周的第一幅值，并將所述第一幅值發(fā)送至所述處理電路；所述第二采集電路，用于采集所述負(fù)電極上的第二信號，并將采集到的第二信號發(fā)送至所述第二峰值檢測電路；所述第二峰值檢測電路，用以檢測所述第二信號的在負(fù)半周或正半周的第二幅值，并將所述第二幅值發(fā)送至所述處理電路；所述處理電路，用于將所述第一幅值和所述第二幅值矢量疊加，并取一半發(fā)送至所述直流電源的電壓參考端。

具體地，所述第一采集電路與所述正電極相連，以實(shí)現(xiàn)采用直接獲取的方式采集所述正電極上的第一信號；和/或，所述第二采集電路與所述負(fù)電極相連，以采用直接獲取的方式采集所述負(fù)電極上的第二信號。

具體地，靜電卡盤還包括第一連接線和第二連接線，所述第一連接線，其第一端與所述正電極相連，第二端與所述直流電源的正電壓輸出端和/或所述射頻電源相連；所述第二連接線，其第一端與所述負(fù)電極相連，第二端與所述直流電源的負(fù)電壓輸出端和/或所述射頻電源相連；所述第一采集電路與所述第一連接線的第二端相連，所述第二采集電路與所述第二連接線的第二端相連。

具體地，靜電卡盤還包括第一連接線和第二連接線，其中所述第 一連接線，其第一端與所述正電極相連，第二端與所述直流電源的正電壓輸出端和/或所述射頻電源相連；所述第二連接線，其第一端與所述負(fù)電極相連，第二端與所述直流電源的負(fù)電壓輸出端和/或所述射頻電源相連；所述第一采集電路采用線圈耦合的方式感應(yīng)所述第一連接線上的信號，以實(shí)現(xiàn)采集所述正電極上的第一電壓；和/或，所述第二采集電路采用線圈耦合的方式感應(yīng)所述第二連接線上的信號，以實(shí)現(xiàn)采集所述負(fù)電極上的第二電壓。

具體地，所述線圈為帶有磁芯的線圈或者為空心線圈。

具體地，所述第一峰值檢測電路和/或所述第二峰值檢測電路為峰值檢測集成芯片。

具體地，所述峰值檢測集成芯片包括AD8313、ADL5513或LTC5508。

具體地，在所述直流電源的正電壓輸出端、負(fù)電壓輸出端和參考電極端均設(shè)置有低通濾波器。

作為另外一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種反應(yīng)腔室，其包括靜電卡盤，所述靜電卡盤采用上述靜電卡盤。

作為另外一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室采用上述反應(yīng)腔室。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的靜電卡盤，其借助包括第一采集電路、第二采集電路、第一峰值檢測電路、第二峰值檢測電路和處理電路的負(fù)偏壓檢測裝置可以實(shí)現(xiàn)檢測射頻電源產(chǎn)生的負(fù)偏壓，并將該負(fù)偏壓發(fā)送至直流電源的電壓參考端，來調(diào)節(jié)直流電源的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端輸出的電壓，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償負(fù)偏壓對靜電吸附產(chǎn)生的影響，與現(xiàn)有技術(shù)中借助在承載體內(nèi)部設(shè)置檢測電極檢測該負(fù)偏壓相比，由于不需要在承載體內(nèi)設(shè)置檢測電極，因此可以避免承載體內(nèi)和基片背面發(fā)生打火現(xiàn)象，提高靜電卡盤的可靠性；而且由于簡化了承載體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而可以簡化靜電卡盤的制造過程和降低制造成本。

本發(fā)明提供的反應(yīng)腔室，其采用本發(fā)明另一技術(shù)方案提供的靜電卡盤，不僅可以提高反應(yīng)腔室的可靠性，而且還可以簡化反應(yīng)腔室的 制造過程和降低制造成本。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其采用本發(fā)明另一技術(shù)方案提供的反應(yīng)腔室，不僅可以提高半導(dǎo)體加工設(shè)備的可靠性，而且還可以簡化半導(dǎo)體加工設(shè)備的制造過程和降低制造成本。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的靜電卡盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的靜電卡盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中第一峰值檢測電路的電路圖；

圖4為第一峰值檢測電路的檢波前后的波形示意圖；以及

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的靜電卡盤的另一種第一采集電路的示意圖。

其中，附圖標(biāo)記包括：S，基片；10，承載體；11，正電極；12，負(fù)電極；13，第一連接線；14，第二連接線；15，檢測電極；16，背吹管路；DC，直流電源；RF，射頻電源；LPF，低通濾波器；20，第一采集電路；21，第二采集電路；22，第一峰值檢測電路；23，第二峰值檢測電路；24，處理電路。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的靜電卡盤、反應(yīng)腔室及半導(dǎo)體加工設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的靜電卡盤的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖2，本實(shí)施例提供的靜電卡盤包括用于承載基片S的承載體10和負(fù)偏壓檢測裝置。其中，在承載體10內(nèi)設(shè)置有正電極11和負(fù)電極12，正電極11和負(fù)電極12分別與直流電源DC的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端相連，且均與射頻電源RF電連接，借助直流電源DC向正電極11和負(fù)電極12對應(yīng)加載正電壓和負(fù)電壓，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生靜電引力吸附固定基片S；借助射頻電源RF向正電極11和負(fù)電極12加載射頻功率信號，來激發(fā)形成等離子體，并在等離子體的作用下對基片S產(chǎn)生負(fù)偏壓，以 吸引正離子朝向基片S移動，提高工藝速率。

負(fù)偏壓檢測裝置用于檢測射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓，并將該負(fù)偏壓發(fā)送至直流電源DC的電壓參考端。負(fù)偏壓檢測裝置包括第一采集電路20、第二采集電路21、第一峰值檢測電路22、第二峰值檢測電路23和處理電路24。其中，第一采集電路21，用于采集正電極11上的第一信號，并將采集到的第一信號發(fā)送至第一峰值檢測電路22。第一峰值檢測電路22，用于檢測第一信號在正半周或負(fù)半周的第一幅值，并將第一幅值發(fā)送至處理電路24。第二采集電路21，用于采集負(fù)電極12上的第二信號，并將采集到的第二信號發(fā)送至第二峰值檢測電路23。第二峰值檢測電路23，用以檢測第二信號的在負(fù)半周或正半周的第二幅值，并將第二幅值發(fā)送至處理電路24。處理電路24，用于將第一幅值和第二幅值矢量疊加，并取一半發(fā)送至直流電源DC的電壓參考端，也就是說，第一幅值和第二幅值矢量疊加的一半即為射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓。

具體地，在本實(shí)施例中，第一采集電路20與正電極11相連，以實(shí)現(xiàn)采用直接獲取的方式采集正電極11上的第一信號；第二采集電路21與負(fù)電極12相連，以采用直接獲取的方式采集負(fù)電極12上的第二信號。

更具體地，該靜電卡盤還包括第一連接線13和第二連接線14。其中，第一連接線13，其第一端與正電極11相連，第二端與直流電源DC的正電壓輸出端和射頻電源RF相連；第二連接線14，其第一端與負(fù)電極12相連，第二端與直流電源DC的負(fù)電壓輸出端和射頻電源RF相連；第一采集電路20與第一連接線13的第二端相連，第二采集電路21與第二連接線14的第二端相連，以實(shí)現(xiàn)采用直接獲取的方式采集第一信號和第二信號。可以理解，在此情況下，第一連接線13不僅作為第一采集電路20和正電極11的連線，還作為直流電源DC和正電極11的連線以及射頻電源RF和正電極11的連線，第二連接線14不僅作為第二采集電路21和負(fù)電極12的連線，還作為直流電源DC和負(fù)電極12的連線以及射頻電源RF和負(fù)電極12的連線，因而可以簡化靜電卡盤的電路結(jié)構(gòu)。

第一峰值檢測電路22用于檢測第一信號在正半周的第一幅值，并將第一幅值發(fā)送至處理電路24；第二峰值檢測電路23用于檢測第二信號在負(fù)半周的第二幅值，并將第二幅值發(fā)送至處理電路24。更具體地，第一峰值檢測電路22如圖3所示，在其與第一采集電路20和處理電路24連接的主路上，沿信號的流動方向依次串接有電感L1、電容C2、正向設(shè)置二極管D1和電阻R2，在電感L1的兩端并聯(lián)有電阻R1，可調(diào)電容C1的一端接地，另一端與電感L1和電容C2的連接點(diǎn)相連，電容C3的一端接地，另一端與二極管D1和電阻R2的連接點(diǎn)相連，電容C4一端接地，另一端與電阻R2的與處理電路24電連接的一端相連，其工作原理是：利用二極管D1的正向?qū)ǚ聪嘟刂沟膶?dǎo)通特性以及電阻電容的充放電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)峰值檢波，其檢波前后的波形如圖4所示。第二峰值檢測電路23與第一峰值檢測電路22相類似，只需要將圖3所示電路中的二極管D1反接即可。

優(yōu)選地，在直流電源DC的正電壓輸出端、負(fù)電壓輸出端和參考電壓端均設(shè)置有低通濾波器LPF，以避免射頻電源RF產(chǎn)生的射頻信號對直流電源DC產(chǎn)生影響。

下面詳細(xì)描述負(fù)偏壓檢測裝置檢測負(fù)偏壓的工作原理。具體地，假設(shè)：直流電源DC向正電極11和負(fù)電極12對應(yīng)加載+350V和-350V的電壓，射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓為-120V，射頻電源RF輸出的射頻功率信號在正半周和負(fù)半周的幅值對應(yīng)為+500V和-500V。在這種情況下，第一峰值檢測電路22檢測到的第一幅值＝+500V+350V-120V＝+730V，第二峰值檢測電路23檢測到的第二幅值＝-500V-350V-120V＝-970V；處理電路24將第一幅值和第二幅值矢量相加＝+730V-970V＝-240V，其一半為-120V，這與上述假設(shè)的射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓相等，因而該負(fù)偏壓檢測裝置可以實(shí)現(xiàn)檢測負(fù)偏壓。

需要說明的是，盡管本實(shí)施例中第一采集電路20和第二采集電路21均采用直接獲取的方式對應(yīng)采集第一電壓和第二電壓；但是，本發(fā)明并不局限于此，在實(shí)際應(yīng)用中，第一采集電路20和第二采集電路21均還可以采用其他方式對應(yīng)采集第一電壓和第二電壓，例如，采用線圈感應(yīng)的方式采集電壓。舉例說明，如圖5所示，第一采集電路20采 用線圈耦合的方式感應(yīng)第一連接線13上的信號，以實(shí)現(xiàn)采集正電極11上的第一電壓，具體地，第一采集電路20包括線圈T1、線圈T2/線圈T2和電阻R1，第一采集電路20用來感應(yīng)第一連接線13上的電壓信號，由于感應(yīng)到的為第一連接線13上的微分信號，因此，應(yīng)設(shè)置電阻R2的阻值滿足與線圈T1的自積分條件，來使電阻R2的輸出(即，線圈T2輸入)應(yīng)該完全反應(yīng)第一連接線13上的電壓信號，線圈T1可以為帶有磁芯的線圈，還可以為空心線圈；線圈T2和線圈T3用來調(diào)節(jié)感應(yīng)電壓信號和感應(yīng)電流信號的幅度以及濾除部分干擾，二者的匝數(shù)比根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)然，第二采集電路21還可以采用線圈耦合的方式感應(yīng)第二連接線14上的信號，以實(shí)現(xiàn)采集負(fù)電極12上的第二電壓，其與第一采集電路20實(shí)現(xiàn)的方式相同，在此不再贅述?？梢岳斫猓捎诰€圈T2輸入端輸入的信號即為采集到的正電極或負(fù)電極上的信號，因此，為保證檢測到的負(fù)偏壓的準(zhǔn)確性，應(yīng)保證第一采集電路20和第二采集電路21對應(yīng)的線圈T2和線圈T3的匝數(shù)比相等，且在處理電路24中將第一幅值和第二幅值矢量相加且取其一半之后，再取線圈T2和線圈T3的匝數(shù)比之一才能作為檢測到的負(fù)偏壓。

進(jìn)一步需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，第一采集電路20和第二采集電路21所采用信號采集方式不僅可以相同而且還可以不相同，只要能夠?qū)崿F(xiàn)分別采集正電極11和負(fù)電極12上的信號即可。

還需要說明的是，盡管本實(shí)施例中第一峰值檢測電路22用于檢測第一信號在正半周的第一幅值，第二峰值檢測電路23用于檢測第二信號在負(fù)半周的第二幅值；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，還可以第一峰值檢測電路22用于檢測第一信號在負(fù)半周的第一幅值，第二峰值檢測電路23用于檢測第二信號在正半周的第二幅值。舉例說明在這種情況下負(fù)偏壓檢測裝置檢測負(fù)偏壓的工作原理：具體地，假設(shè)：直流電源DC向正電極11和負(fù)電極12對應(yīng)加載+350V和-350V，射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓為-120V，射頻電源RF輸出的射頻功率信號在正半周和負(fù)半周的幅值對應(yīng)為+500V和-500V，在這種情況下，第一峰值檢測電路22檢測到的第一幅值＝-500V+350V-120V＝-270V，第二峰值檢測電路23檢測到的第二幅值＝+500V-350V-120V＝+30V；處理電路24將第一幅值和 第二幅值矢量相加＝-270V+30V＝-240V，其一半為-120V，這與上述假設(shè)的射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓相等，因而該負(fù)偏壓檢測裝置同樣可以實(shí)現(xiàn)檢測負(fù)偏壓。

另外，第一峰值檢測電路22和/或第二峰值檢測電路23不僅可以為具體電路，還可以為峰值檢測集成芯片，峰值檢測集成芯片包括AD8313、ADL5513或LTC5508等。

此外，需要說明的是，盡管本實(shí)施例中第一連接線13和第二連接線14的第二端均與直流電源DC和射頻電源RF相連；但是，在實(shí)際應(yīng)用中，第一連接線13和第二連接線14的第二端還可以均與直流電源DC和射頻電源RF中的一個相連，另外設(shè)置一個連接線來實(shí)現(xiàn)正電極11和負(fù)電極12與直流電源DC和射頻電源RF中的另一個相連。

綜上所述，本實(shí)施例提供的靜電卡盤，其借助包括第一采集電路20、第二采集電路21、第一峰值檢測電路22、第二峰值檢測電路23和處理電路24的負(fù)偏壓檢測裝置可以實(shí)現(xiàn)檢測射頻電源RF產(chǎn)生的負(fù)偏壓，并將該負(fù)偏壓發(fā)送至直流電源DC的電壓參考端，來調(diào)節(jié)直流電源DC的正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端輸出的電壓，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償負(fù)偏壓對靜電吸附產(chǎn)生的影響，這與現(xiàn)有技術(shù)中借助在承載體10內(nèi)部設(shè)置的檢測電極15相比，由于不需要在承載體10內(nèi)設(shè)置檢測電極15，因此可以避免承載體10內(nèi)的檢測電極15與正電極11和負(fù)電極12之間以及基片S背面發(fā)生打火現(xiàn)象；而且由于簡化了承載體10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而可以簡化靜電卡盤的制備過程和降低制造成本。

作為另外一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室包括靜電卡盤，靜電卡盤采用上述實(shí)施例提供的靜電卡盤。

本發(fā)明實(shí)施例提供的反應(yīng)腔室，其采用本發(fā)明另一技術(shù)方案提供的靜電卡盤，不僅可以提高反應(yīng)腔室的可靠性，而且還可以簡化反應(yīng)腔室的制造過程和降低制造成本。

作為另外一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體加工設(shè)備，包括反應(yīng)腔室，反應(yīng)腔室采用上述實(shí)施例提供的反應(yīng)腔室。

具體地，半導(dǎo)體加工設(shè)備包括物理氣相沉積設(shè)備、刻蝕設(shè)備和化學(xué)氣相沉積設(shè)備等。

本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體加工設(shè)備，其采用本發(fā)明另一技術(shù)方案提供的反應(yīng)腔室，不僅可以提高半導(dǎo)體加工設(shè)備的可靠性，而且還可以簡化半導(dǎo)體加工設(shè)備的制造過程和降低制造成本。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。