本发明涉及半导体,具体地,涉及一种静电卡盘加热控制装置及一种静电卡盘。
背景技术:
1、在半导体制造工艺中,常用静电卡盘(electrostatic chuck,esc)来固定和支持晶圆,避免晶圆处理过程中移动或者错位。静电卡盘具有加热功能,用于启动或者加速物理或者化学反应。由于温度控制是大多数化学和物理反应的关键因素,因此静电卡盘加热系统,可以提高半导体制造系统的温度均匀性和稳定性,从而实现对晶圆进行温度控制,促进晶圆刻蚀的均匀性。如图1所示,加热静电卡盘由两个主要部分组成:一个产生热量的电阻加热单元阵列和一个使得温度均匀分布的金属板或陶瓷板,同时,金属板或陶瓷板也为晶圆片提供了机械支撑。随着晶圆尺寸的增加,静电卡盘加热系统对整个晶圆表面的温度均匀性要求也进一步提升。比如,在300mm静电卡盘中,可以存在约100至约400个或更多的加热单元,对于450mm静电卡盘中,可以有更多的加热单元,以此来保证晶圆表面温度的均匀性。
2、现有技术中,通常采用静电电极,对静电卡盘进行多区域加热;或者采用独立的加热系统和气体冷却系统控制静电卡盘多区域加热,但是上述方法加热不均匀,不能单独控制多个加热区域,不易控制晶圆的温度,晶圆制造的良率较低。
技术实现思路
1、针对现有技术中静电卡盘加热不均匀,不能单独控制加热区域的技术问题,本发明提供了一种静电卡盘加热控制装置及一种静电卡盘,采用该静电卡盘加热控制装置能够单独控制静电卡盘的每一加热单元,保证静电卡盘的加热均匀性,实现晶圆整体的均热性,提高半导体制造工艺的良率。
2、为实现上述目的,本发明第一方面提供一种静电卡盘加热控制装置,包括:依次连通的控制模块、脉冲宽度调制信号输出模块和脉冲宽度调制隔离驱动模块;所述控制模块用于输出与静电卡盘的n个加热单元对应的n个脉冲宽度调制信号控制指令;其中,所述脉冲宽度调制信号控制指令包括:占空比控制指令和周期控制指令,n为大于等于1的整数;所述脉冲宽度调制信号输出模块包括:信号转化模块,用于根据占空比控制指令确定计数中数,根据周期控制指令确定计数周期,计数中数为计数周期内的中间计数;寄存器组,所述寄存器组包括n+1个寄存器,第1至n个寄存器与n个加热单元对应,用于存储对应的加热单元的计数中数,第n+1个寄存器用于存储n个加热单元的计数周期;计数器,与第n+1个寄存器连通,用于根据计数周期循环计数;与n个加热单元对应的n个比较器,每一比较器分别与所述计数器和对应的加热单元所对应的寄存器连通,用于调用对应的寄存器的计数中数和计数器的当前计数,在每一计数周期内比较当前计数与计数中数的大小,根据比较结果生成对应的电平信号,继而生成用于控制对应加热单元的加热功率的脉冲宽度调制信号;所述脉冲宽度调制隔离驱动模块用于发出所述脉冲宽度调制信号。
3、进一步地,所述根据比较结果生成对应的电平信号,继而生成用于控制对应加热单元的加热功率的脉冲宽度调制信号,包括:在当前计数小于计数中数的情况下输出高电平,在当前计数大于等于计数中数的情况下输出低电平,继而生成脉冲宽度调制信号。
4、进一步地,所述脉冲宽度调制隔离驱动模块包括:与n个比较器对应的n路驱动电路;驱动电路包括:输入端、输出端、隔离驱动管;驱动电路的输入端接入对应的比较器,驱动电路的输出端接入与对应的比较器所对应的加热单元;驱动电路的隔离驱动管包括:传感器和晶体管,传感器的一端接入该路驱动电路的输入端,另一端接入第一电源;晶体管与该路驱动电路的传感器耦合,晶体管的一端接入第二电源,另一端接入该路驱动电路的输出端。
5、进一步地,驱动电路还包括:驱动管保护器,与该路驱动电路的晶体管并联在第二电源与该路驱动电路的输出端之间。
6、进一步地,所述驱动管保护器为瞬态电压抑制二极管。
7、进一步地,驱动电路的瞬态电压抑制二极管的钳位电压小于该路驱动电路的晶体管的击穿电压。
8、进一步地,所述传感器包括但不限于:光传感器、磁传感器和电容传感器。
9、进一步地,所述静电卡盘加热控制装置还包括:抗干扰模块,用于去除静电卡盘的高压干扰信号;所述抗干扰模块包括:与n路驱动电路对应的n路抗干扰电路;每一抗干扰电路包括:输入端、输出端、接地端、射频扼流圈和接地滤波电容;抗干扰电路的输入端接入对应的驱动电路,抗干扰电路的输出端接入对应的驱动电路所对应的加热单元,射频扼流圈设置在该路抗干扰电路的输入端与输出端之间,接地滤波电容设置在该路抗干扰电路的接地端与输入端之间。
10、进一步地,所述抗干扰模块还包括:同步电容,设置在相邻两个抗干扰电路之间,用于同步n路抗干扰电路的高压干扰信号的相位。
11、进一步地,所述控制模块通过光纤与脉冲宽度调制信号输出模块连通。本发明第二方面提供一种静电卡盘,该静电卡盘包括上文所述的静电卡盘加热控制装置。
12、通过本发明提供的技术方案,本发明至少具有如下技术效果:
13、本发明的静电卡盘加热控制装置包括依次连通的控制模块、脉冲宽度调制信号输出模块和脉冲宽度调制隔离驱动模块,控制模块输出与静电卡盘的n个加热单元对应的脉冲宽度调制信号控制指令,脉冲宽度调制信号控制指令包括占空比控制指令和周期控制指令。脉冲宽度调制信号输出模块包括:信号转化模块、寄存器组、计数器和与n个加热单元对应的n个比较器。转化模块用于根据占空比控制指令确定计数中数,根据周期控制指令确定计数周期。寄存器组包括n+1个寄存器,第1至n个寄存器与n个加热单元对应,用于存储对应的加热单元的计数中数,第n+1个寄存器用于存储n个加热单元的计数周期。计数器与第n+1个寄存器连通,用于根据计数周期循环计数。每一比较器分别与计数器和对应的寄存器连通,用于调用对应的寄存器的计数中数和计数器的当前计数,在每一计数周期内根据当前计数与计数中数的比较结果生成对应的电平信号,继而生成用于控制对应加热单元的加热功率的脉冲宽度调制信号。脉冲宽度调制隔离驱动模块用于发出脉冲宽度调制信号。
14、根据接收到的脉冲宽度调制信号控制指令生成对应的脉冲宽度调制信号。脉冲宽度调制隔离驱动模块驱动发出脉冲宽度调制信号,并去除静电卡盘的高压干扰信号对脉冲宽度调制隔离驱动模块的干扰。通过本发明提供的静电卡盘加热控制装置,能够单独控制每一加热单元,保证静电卡盘的加热均匀性,实现晶圆整体的均热性,提高半导体制造工艺的良率。
15、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
1.一种静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述静电卡盘加热控制装置包括:
2.根据权利要求1所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述根据比较结果生成对应的电平信号,继而生成用于控制对应加热单元的加热功率的脉冲宽度调制信号,包括:
3.根据权利要求1所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述脉冲宽度调制隔离驱动模块包括:
4.根据权利要求3所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,驱动电路还包括:
5.根据权利要求4所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述驱动管保护器为瞬态电压抑制二极管。
6.根据权利要求5所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,驱动电路的瞬态电压抑制二极管的钳位电压小于该路驱动电路的晶体管的击穿电压。
7.根据权利要求3所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述传感器包括但不限于:光传感器、磁传感器和电容传感器。
8.根据权利要求3所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述静电卡盘加热控制装置还包括:抗干扰模块,用于去除静电卡盘的高压干扰信号;
9.根据权利要求8所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述抗干扰模块还包括:
10.根据权利要求1所述的静电卡盘加热控制装置,其特征在于,所述控制模块通过光纤与脉冲宽度调制信号输出模块连通。
11.一种静电卡盘,其特征在于,该静电卡盘包括权利要求1-10中任一项所述的静电卡盘加热控制装置。