[发明专利]一种补偿直流自偏压的方法及系统、半导体处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种补偿直流自偏压的方法及系统，此外还涉及一种应用该方法和/或系统的半导体处理设备。 

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工能力。目前，在半导体器件的加工、制造过程中广泛采用等离子体刻蚀技术。所谓等离子体刻蚀技术指的是，反应气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。 

在上述活性粒子中，由于电子比正离子轻，在相同时间内，电子落在晶片表面的数量比离子多，因此，待反应稳定后晶片表面会形成直流自偏压。该直流自偏压会吸引等离子体中带正电荷的离子等活性粒子向晶片表面加速运动，并轰击晶片以达到预期的工艺结果。上述直流自偏压的大小将影响带正电荷的离子等活性粒子的轰击能量，进而也将影响等离子体刻蚀工艺中的某些参数，例如刻蚀速率、沉积速率等。 

在上述等离子体刻蚀等加工/处理工艺过程中，晶片等半导体器件放置在静电夹持装置上，并在其与静电夹持装置的直流电极之间静电引力的作用下而被吸附在静电夹持装置表面。通常，静电引力的大小与晶片和直流电极之间的电势差成正比，而且在整个晶片下表面，静电引力的大小应尽可能一致。例如，如图1所示，对于双电极静电夹 持装置而言，外加直流电源以对静电夹持装置的两个直流电极施以大小相等、极性相反的电压，在理想情况下，静电引力在整个晶片下表面应当是一致的。然而，由于上述直流自偏压的存在，使得静电夹持装置中的一个直流电极与该晶片之间的电势差增大，而另一个直流电极与该晶片之间的电势差减小，从而导致吸附晶片的静电引力在整个晶片下表面存在差异，而变得不平衡。其后果是，不仅会影响晶片的稳定吸附，进而影响晶片的加工/处理结果，而且还可能引起用于热量交换的氦气泄漏，进而影响工艺结果。 

为此，本领域的技术人员一直在寻找各种有效方法，以消除上述直流自偏压的影响。例如，现有技术一就提供了这样一种补偿方法来消除上述直流自偏压的影响：即，首先对晶片上的直流自偏压进行预估，然后根据预估值改变直流电源公共参考端的电压值，以使最终加载到静电夹持装置的两个直流电极上的电压的绝对值大致相等。 

然而在实际应用中，晶片上的直流自偏压通常是变化的，现有技术一所提供的这种静态开环控制补偿方法不能实时动态地跟踪直流自偏压，因此也就不能根据变化的直流自偏压进行实时动态的补偿，从而不能消除直流自偏压的影响，而使得仍然存在两极不平衡的问题。 

于是，人们又试图寻求一种闭环控制补偿方法来消除直流自偏压的影响。例如，图2就示出了现有技术中所提供的应用了闭环控制补偿方法的下电极结构(以下称为现有技术二)。 

在现有技术二中，设置直流自偏压采样单元，用以对晶片上的直流自偏压进行测量，并且该直流自偏压采样单元的输出端连接一可变电压源的控制端，可变电压源的输出端与系统中提供静电引力的直流电源的公共参考端相连接。 

实际应用中，直流自偏压采样单元实时测量晶片上的直流自偏压，而后将测得的晶片直流自偏压转化成标准I/O信号，并输出至可变电压源的控制端，使可变电压源向直流电源的公共参考端输出一个与实际晶片直流自偏压大小相等、极性相同的直流补偿电压，以改变公共参考端的电压值，从而补偿晶片直流自偏压对于静电引力不平衡的影响，进而达到补偿晶片直流自偏压的目的。 

尽管现有技术二提供的方法可以通过实时测量直流自偏压，并根据其值实时调节可变电压源的输出，进而使公共参考端的电压值得以补偿，从而达到补偿晶片直流自偏压的目的，但是在实际应用中，其不可避免地存在下述缺陷： 

其一，补偿精度低。这是因为：现有技术二提供的方法对环内可变电压源的控制实际是开环操作，而该开环电路的一系列电阻、运放、功放、可变电压源等元器件会影响补偿电压的精度，尤其是可变电压源，高压的输出使得它的精度难以达到很高。 

其二，由于现有技术中提供的补偿直流自偏压的方法的补偿精度较低，这使得半导体器件所受到的静电吸附力仍旧不均衡，因此容易造成晶片等半导体器件滑落或者移动位置，进而影响对晶片的加工/处理结果，影响产品良率。 

发明内容