[发明专利]用于控制等离子体处理系统的方法和装置

说明书

背景技术

在半导体行业，利用RF驱动等离子体室制造硅晶片是常见的。在这样的应用中，存在通常的监控鞘层电压的需求，特别是监控鞘层电压与晶片本身的DC偏置电位（potential）有怎样的相关性。

目前，有一些确定晶片电位以及鞘层和主体等离子体电位的技术。相对于晶片偏置电位，一种监控方法包括：通过检测晶片与静电卡盘（ESC）之间的漏电流以测量晶片的自偏压，同时改变施加到ESC上的DC电压。在一些电流产生设施中使用该技术时，计算所得值高度依赖于漏电流的强度，漏电流耦合到系统中的ESC类器件中。检测通过晶片流至ESC的漏电流的方法也高度依赖于不同类型的背部晶片膜。

确定晶片偏置电位的另一方法是通过使用附着在ESC的外部边缘并且与等离子体接触的碳化硅销（pin）。然而，这样的销是耗材产品，并且在生产环境中必须频繁更换。

检测晶片上的直流偏压的第三种方法是通过在ESC处的探针以及根据峰值到峰值RF电压计算晶片电压的信号处理单元。该方法提供了检测晶片DC偏置电压的装置，其中通过使用校准的增益和偏移（offset），将在ESC处的RF电压调整至DC值，不需要探针与等离子体的直接接触。该方法假定RF峰峰值电压与晶片的DC电位是纯粹的线性关系，这不适用于多频等离子体的情况。

图1所示为晶片与RF Vpp之间的相关性。在图1中，当线性拟合适用时，R平方值显著小于1（例如，R²=0.9）。

附图说明

本发明在附图中通过示例而非限制的方式说明，附图中相同的参考数字指代相似的元件，其中：

图1所示为晶片偏置电位与RF Vpp的相关性。

图2所示为晶片偏置电位与公开的RF电压传递函数的输出的相关性，R平方值显著接近1。

图3描绘了测试确定从碳化硅销所观测到的等离子体电位与从布线晶片上测得的晶片电位之间的相关性。

图4所示为在LamDFC2300Flex45平台上，在使用2MHz、27MHz和60MHz进行HARC（高的深宽比接触）工艺的过程中，通过硅HER（热边缘环）所观测到的电压与通过碳化硅销所观测到的电压的比较。

图5A描绘了具有由三个RF发生器供电的ESC电源组成的带有RF驱动等离子体的系统。。

图5B示出了本公开发明的一种实施方式，其中由电容分压器网络组成的电压探针连接到RF杆上，RF杆紧邻ESC基板以及信号调节和信号处理装置。

图5C是具有数字信号处理单元的模拟RF电压信号调节网络的一种实施方式。

图6-10阐述了基于频率相关RF电压信号计算晶片电位的高阻抗RF电压探针。

具体实施方式

现在将参考如附图中所阐释的本发明的一些优选的实施方式详细描述本发明。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的彻底的理解。然而对本领域技术人员而言，显而易见，没有这些具体细节的一些或者全部本发明也可以实现。在其它示例中，没有详细描述公知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使本发明难以理解。

下文将描述各种实施方式，包括方法和技术。应当记住的是本发明也可涵盖包含有计算机可读介质的制品，在所述计算机可读介质上存储了用于实现本发明技术的实施方式的计算机可读指令。所述计算机可读介质可包括用于存储计算机可读代码的诸如半导体的、磁的、光磁的、光学的或其他形式的计算机可读介质。此外，本发明还可涵盖用于实行本发明实施方式的装置。这样的装置可包括执行与本发明实施方式有关的任务的专用和/或可编程电路。所述装置的实施例包括通用计算机和/或被适当编程的专用计算设备，且可包括适于执行与本发明实施方式有关的各种任务的计算机/计算设备和专用/可编程电路的组合。

本公开发明的实施方式将使终端用户具有这样的能力，即能通过在ESC处适当地滤波和调整RF电压并且使用计算多个RF频率在给晶片施加偏压中的贡献的传递函数，从而测量晶片的偏置电位。图2示出了晶片偏置电位与公开的RF电压传递函数的输出的相关性，R平方值相当靠近1（例如，R²=0.97）。

当试图用碳化硅销改进现存的测量DC偏置电位的方法时，构思出本发明。该销以及容纳该销的石英绝缘材料的磨损率被发现是生产产率的限制因素。已确定，尽管在多频等离子体中RF电压与晶片电位存在非线性关系，但是传递函数能够基于驱动等离子体的每一单个的频率的贡献而推导晶片电位。