[发明专利]等离子体处理装置及基于聚焦环厚度监测的控制方法

说明书

本发明涉及等离子体处理装置及基于聚焦环厚度监测的控制方法。等离子体处理装置内施加有射频偏置功率时，采集射频偏置功率的直流偏置电压的实测值，根据表示直流偏置电压与聚焦环厚度相关性的第一函数，计算与直流偏置电压的实测值对应的聚焦环的当前厚度，或根据表示直流偏置电压与阻抗相关性的第二函数，计算与直流偏置电压的实测值对应的阻抗监测值，并驱使阻抗调整器件进行阻抗调整，对因工艺处理影响导致聚焦环厚度变化，进而引起的聚焦环阻抗变化实现补偿，以使反应腔室内整体的阻抗状态维持平稳，确保等离子体处理装置对晶片的工艺处理效果。本发明无需打开反应腔室，可以简单快速地在现场对聚焦环厚度进行监测，成本低，易于实现。

技术领域

本发明涉及等离子体处理装置的聚焦环，特别涉及一种等离子体处理装置及基于聚焦环厚度监测的控制方法。

背景技术

等离子处理装置是在真空反应腔室中通入含有适当刻蚀剂或淀积源气体的反应气体，然后再对该真空反应腔室进行射频能量输入，以激活反应气体，来点燃和维持等离子体，以便通过等离子体刻蚀晶片表面上的材料层或在晶片表面上淀积材料层。

如图1所示，现有的一种电容耦合型等离子体处理装置中，包含真空的反应腔室1，反应腔室1内的顶部设有气体喷淋头2等进气装置；气体喷淋头2同时实现上电极的功能，耦接于大地或者射频电位。反应腔室1内的底部设有基座3，通过基座3设置的静电吸盘在制程中对晶片4进行承载；基座3处设置的下电极6，与用以控制离子解离或等离子体密度的射频源功率 RF1连接，还与用以控制离子能量及其能量分布的射频偏置功率RF2连接。在晶片4外缘环绕设置有聚焦环5(又称边缘环)，能够调节晶片4边缘区域的电场大小和方向分布，保护其下方的基座3部件不会被等离子体腐蚀，并影响晶片4边缘区域的温度和聚合物沉积，以促使整个晶片4表面的等离子体具有更好的均一性。

在等离子体处理过程中，离子入射方向通常会在晶片4边缘处变形，从晶片中心区的垂直向下变成边缘区域的倾斜向下，导致刻蚀孔的特征轮廓出现倾斜角度。现有技术使用的方法，是通过仔细选择聚焦环5，使其由具有适当介电常数的材料制成，且具有精确计算的尺寸，用来平衡晶片4边缘处的等离子体鞘层高度不一，以消除产生在极端边缘处的倾斜效应。然而，随着其在等离子体中长时间(通常为数百个射频小时)的暴露，聚焦环5逐渐被侵蚀而变薄。随着厚度的变化，晶片4边缘处的等离子体鞘层再次变薄。因此，对聚焦环5厚度的监控至关重要。但测量聚焦环5厚度的现有方法，需要打开反应腔室1或安装一些额外的光学部件，较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于直流偏置电压的聚焦环厚度监测方法，可以简单而有效地实现对聚焦环厚度的监控，期间无需打开反应腔室。本发明提供的一种控制方法，能够基于对直流偏置电压的检测，实现阻抗调整，进而改善晶片工艺处理的效果。本发明还提供一种可实现上述监测方法及控制方法的等离子体处理装置。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案在于提供一种等离子体处理装置，包含可被抽真空的反应腔室，其内部形成有对晶片进行工艺处理的等离子体；所述反应腔室内的底部设有承载晶片的基座，在所述晶片的外缘环绕设置有聚焦环；射频偏置功率通过相应的阻抗匹配网络连接至所述基座设置的下电极；

所述等离子体处理装置，还包含：探测器，采集射频偏置功率的直流偏置电压，获得直流偏置电压的实测值；控制器，根据表示直流偏置电压与聚焦环厚度相关性的第一函数，计算与直流偏置电压的实测值对应的聚焦环的当前厚度。

可选地，所述探测器的探针电性连接到基座内的下电极，对直流偏置电压的峰间电压进行采集，通过该探测器转换为相应的直流电压信号输出。

可选地，所述控制器根据表示直流偏置电压与阻抗相关性的第二函数，计算与直流偏置电压的实测值对应的阻抗监测值；所述阻抗是聚焦环的阻抗或反应腔室内的阻抗。

可选地，所述等离子体处理装置包含阻抗调整器件，所述阻抗调整器件设置在聚焦环处，或设置在位于下电极到聚焦环之间的基座部件处，或设置在施加射频偏置功率的射频电源到下电极的传输路径上；