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装置及半导体工艺设备进行详细描述。

请参阅图1，本发明实施例提供一种下电极装置，其包括绝缘基座1和设置在该绝缘基座1中的偏压电极层2，以及偏压控制单元3，其中，绝缘基座采用诸如陶瓷等的绝缘材料制作，且具有用于承载晶圆的承载面。偏压电极层2包括间隔设置的多个偏压电极21，且多个偏压电极21分布在上述承载面的不同区域中；偏压控制单元3与多个偏压电极21电连接，用于单独控制多个偏压电极21所在区域的偏压大小。

通过使多个偏压电极21分布在上述承载面的不同区域中，并借助偏压控制单元3单独控制多个偏压电极21所在区域的偏压大小，可以根据具体工艺需要调节晶圆上方的等离子体密度分布，即，可以获得适合具体工艺需要的特定的等离子体密度分布，以满足多种不同的工艺需求。

例如，在采用PVD设备进行工艺的过程中，靶材厚度的变化会造成产生的等离子体分布随之变化，例如在靶材使用初期，等离子体密度分布呈中心低、边缘高，而在靶材使用末期，等离子体密度分布呈中心高、边缘低。针对这种情况，可以在不同的工艺阶段通过单独控制多个偏压电极21所在区域的偏压大小，来减小对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，从而可以提高工艺均匀性。

在一些可选的实施例中，多个偏压电极21在上述承载面上的正投影形状包括环形、圆形、椭圆形和多边形中的至少一种。在实际应用中，多个偏压电极21可以均采用相同的形状，或者也可以是多种不同形状的组合，并且多个偏压电极21的排布方式可以根据具体需要自由设定。

在一些可选的实施例中，针对对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，如图2所示，多个偏压电极21在上述承载面上的正投影形状均为圆环形，多个圆环形的内径不同，且同心设置。在不同的工艺阶段通过单独控制不同内径的偏压电极21所在区域的偏压大小，可以减小对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，从而可以提高工艺均匀性。

多个偏压电极21也可以是多种不同形状的组合，例如，如图3所示，多个偏压电极21中有一个偏压电极21a在上述承载面上的正投影形状为圆形；其余的偏压电极21b在上述承载面上的正投影形状均为圆环形，多个圆环形的内径不同，且同心环绕在圆形周围。这同样可以减小对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，从而可以提高工艺均匀性。

在一些可选的实施例中，为了更灵活地调节对应于晶圆不同区域之间的等离子体密度分布，如图4所示，多个偏压电极21也可以呈阵列排布，该阵列例如为矩形阵列或者圆形阵列等等。各个偏压电极21在上述承载面上的正投影形状可以采用诸如矩形、圆形等的任意形状，并且多个偏压电极21可以是一种或者多种不同形状的组合。

在一些可选的实施例中，可以采用沉积、印刷或者其他任意方式将偏压电极21埋设在绝缘基座1中，并利用该绝缘基座1实现将任意相邻的两个偏压电极21相互隔开，以实现二者的电绝缘。

在一些可选的实施例中，偏压电极21可以采用诸如铝合金或者金属钛等的导电性能较好的材料制作。偏压电极21可以呈片状或者其他任意结构。偏压电极21的厚度优选为0.1mm-2mm，任意相邻的两个偏压电极21之间的间距优选为0.5mm-2mm。

上述偏压控制单元3可以有多种结构，例如，如图1和图5所示，偏压控制单元3包括多个阻抗可变电路31，各个阻抗可变电路31一端一一对应地与各个偏压电极21电连接，各个阻抗可变电路31另一端接地，用于通过调节阻抗可变电路21的阻抗大小，来调节各个偏压电极21所在区域的偏压大小。通过调节阻抗可变电路21的阻抗大小，可以改变阻抗可变电路21中的电流大小，从而可以调节偏压电极21上产生的偏压大小。

在一些可选的实施例中，每个阻抗可变电路均包括至少一个可调电容，或者至少一个可调电感，或者电性连接的至少一个可调电容和至少一个可调电感。进一步的，至少一个可调电容和至少一个可调电感采用的电性连接方式包括并联、串联或者混联。需要说明的是，由于可调电容的阻抗调节范围较大，每个阻抗可变电路优选包括至少一个可调电容，或者电性连接的至少一个可调电容和至少一个可调电感。

在一个具体的实施例中，如图5所示，偏压电极21为四个，且采用如图3所示的结构，在这种情况下，阻抗可变电路31为四个，且与四个偏压电极21一一对应地连接，并且，四个阻抗可变电路31包括四个可调电容(C1-C4)和四个固定电感(L1-L4)，每个阻抗可变电路31中的可调电容与固定电感串联。在这种情况下，通过调节可调电容的电容值大小，可以调节阻抗可变电路31的阻抗，从而调节对应的偏压电极21所在区域的偏压大小。

具体来说，图6为本发明实施例中反应腔室在进行工艺时的等效电路图。请参阅图6，在反应腔室进行工艺的过程中，当与靶材5电连接的射频电源6(或者也可以是直流电源，还可以是直流电源和射频电源)开启时，其通过匹配器7将射频功率加载至靶材5上，以激发反应腔室中的反应气体形成等离子体，在这种情况下，如图6所示，C_T表示靶材5与反应腔室中的等离子体产生的鞘层电容；C_W表示等离子体与反应腔室的腔室侧壁8产生的鞘层电容；C_S表示等离子体与下电极装置(绝缘基座1)产生的鞘层电容；R为等离子体的等效电阻。并且，离子流分为两路，其中一路经由腔室侧壁8流入大地，其电流为I_W，另一路是经由晶圆表面流向下电极装置(绝缘基座1)，然后经由阻抗可变电路31流回大地，四个阻抗可变电路31中的电流分别为I1、I2、I3和I4。由此可知，通过调节四个阻抗可变电路31中可调电容的电容值大小，可以分别调节四个阻抗可变电路31中的电流分别为I1、I2、I3和I4，从而使各个偏压电极21所在区域的偏压大小均达到各自的目标值。

需要说明的是，由于下电极装置会产生寄生电容和对地电容，这使得下电极装置在一定频率下会产生谐振，产生偏压突变的现象，从而造成下电极装置出现打火现象，影响工艺稳定性。为了避免这种现象发生，在设定可变电容的电容值大小时，应避免下电极装置产生谐振，但是，在实际应用中，可能存在很难将可变电容调节至能够避免上述现象发生的目标电容值的情况，为此，通过采用固定电感与可调电容串联，该固定电感能够起到微调阻抗的作用，故而可以更容易地实现将可变电容的电容值调节至目标电容值，以满足避免下电极装置产生谐振的要求。

在一些可选的实施例中，为了实现在进行工艺的过程中对多个偏压电极所在区域的偏压大小进行实时控制，偏压控制单元3还包括多个电压检测元件和控制器，例如图5中示出了四个电压检测元件(V1-V4)，且一一对应地设置在四个阻抗可变电路31上，用于一一对应地检测各个偏压电极21所在区域的实际偏压值，并发送至控制器32。具体来说，该电压检测元件具有探测端，该探测端例如可以延伸至绝缘基座1的承载面上。

控制器32用于根据各个上述实际偏压值，单独调节与各个偏压电极21对应的可变电容的电容值，以使各个偏压电极21所在区域的偏压与各自的目标偏压值一致。例如图5中示出了用于驱动四个可调电容(C1-C4)的动片转动的四个电机(M1-M4)，控制器32用于控制四个电机(M1-M4)转动，从而实现调节可调电容的的电容值大小的自动控制。四个电机(M1-M4)例如为步进电机。当然，在实际应用中，还可以采用其他任意方式实现可调电容的的电容值大小的自动控制。

综上所述，本发明实施例提供的下电极装置，其设置在绝缘基座中的偏压电极层包括间隔设置的多个偏压电极，且多个偏压电极分布在承载面的不同区域中。通过借助偏压控制单元单独控制多个偏压电极所在区域的偏压大小，可以根据具体工艺需要调节晶圆上方的等离子体密度分布，例如可以减小对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，从而可以提高工艺均匀性。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体工艺设备，以该半导体工艺设备为物理气相沉积设备为例，如图7所示，其包括反应腔室101和下电极装置，该下电极装置采用本发明实施例提供的上述下电极装置。具体地，该下电极装置包括绝缘基座1和偏压控制单元3，其中，该绝缘基座1设置在该反应腔室101中，用于承载晶圆103，该绝缘基座1中设置有多个偏压电极(图中未示出)；偏压控制单元3与多个偏压电极电连接，用于单独控制多个偏压电极所在区域的偏压大小。并且，在反应腔室101的顶部设置有靶材104，其通过匹配器106与射频电源105电连接，还与直流电源107电连接。

本发明实施例提供的半导体工艺设备，其通过采用本发明实施例提供的上述下电极装置，可以根据具体工艺需要调节晶圆上方的等离子体密度分布，例如可以减小对应于晶圆中心区域与边缘区域之间的等离子体密度差异，从而可以提高工艺均匀性。

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。