[发明专利]基于RF电压的等离子体处理系统控制

说明书

背景技术

在半导体工业中，用于制造硅晶片的RF驱动等离子体腔的使用是很常见的。通常需要在这些应用中监视鞘层电压，以及尤其是鞘层电压如何与晶片自身的DC偏压电势相关。

目前，具有多种技术来确定晶片电势，以及鞘层和主体等离子体电势。关于晶片DC偏压电势，一种监视方法包括通过检测在晶片与静电卡盘（ESC）之间的漏电流同时将施加的DC电压变换到ESC来测量晶片的自偏电压。虽然该技术使用在一些当前生产设置中，但是计算的值高度依赖于耦合到在系统中的ESC类型的漏电流的幅度。检测经过晶片到ESC的漏电流的方法也高度依赖于不同类型的背侧晶片膜片。

确定晶片偏压电势的另一种方法是通过使用附接到ESC的外部边缘并且与等离子体接触的碳化硅销针。然而，这种销针是消耗品，并且在生产环境中必须频繁更换。

检测在晶片上的DC偏压的第三种方法是通过在ESC处的RF电压探针以及由RF峰值到峰值电压计算晶片电压的信号处理单元。该方法通过使用校准增益和偏移量（offset）将在ESC处的RF电压按比例调整成DC值，提供不需要探针直接接触等离子体的检测晶片DC偏压电压的方式。该方法假设RF峰值到峰值电压与晶片的DC电势为纯线性关系，这不适用于多频率等离子体的情况。图1示出晶片偏压与RF Vpp的关系。在图1中，当应用线性拟合时，R平方值显著小于1[例如，R²：0.90]。

附图说明

本发明将借助在附图中的实例示出，并且不以限制的方式示出，并且其中相同的参考标记表示相似元件，并且其中：

图1表示晶片偏压与RF Vpp的关系。

图2表示晶片偏压与公开的RF电压传递函数（transfer function）的输出的关系，其中R平方值显著接近1。

图3描述测试确定由碳化硅销针观察的等离子体电势与由布线晶片测量的晶片电势之间的关系。

图4表示在利用在Lam DFC 2300 Flex45平台上的2MHz、27MHz、以及60MHz的HARC（高的深宽比接触）处理期间由Si HER（硅热边缘环）观察的电压与由碳化硅销针观察的电压之比。

图5A描述具有由三个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示出本公开发明的实施例，其中由电容分压器网络组成的电压探针附接到靠近ESC基板以及信号调理和信号处理装置的RF棒。

图5C是具有数字信号处理单元的模拟RF电压信号调整网络的实施例。

图6-10讨论用于基于频率相关RF电压信号计算晶片电势的高阻抗RF电压探针。

图11根据本发明的实施例表示示例数字实施例的方框图。

具体实施方式

现在将参考其中如在附图中所示的实施例详细描述本发明。在下面的描述中，提出多个具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员将会清楚，可以在没有一些或所有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，不需要详细描述已知处理步骤和/或结构以免不必要地使本发明难以理解。

本文在下面描述各种实施例，包括方法和技术。应该认识到，本发明也可以覆盖制造的物品，包括用于实施本发明技术的实施例的计算机可读指令存储在其上的计算机可读介质。计算机可读介质可以包括，例如，半导体的、磁的、光磁的、光的、或者用于存储计算机可读代码的其他形式计算机可读介质。此外，本发明还可以覆盖用于实践本发明实施例的装置。这些装置可以包括专用和/或可编程电路以实施有关本发明实施例的任务。这些装置的实例包括通用计算机和/或经恰当编程的专用计算设备，并且可以包括适于有关本发明实施例的各种任务的计算机/计算设备以及专用/可编程电路的组合。

本公开发明的实施例，通过在ESC处恰当地滤波和调理RF电压以及使用计算多个RF频率在给晶片施加偏压中的贡献的传递函数，将给终端用户提供测量晶片偏压电势的能力。图2表示晶片偏压与公开的RF电压传递函数的输出相关性，其中R平方值显著靠近1[例如，R²：0.97]。

本发明可以构思为试图改进用碳化硅销针测量DC偏压电势的现有方法。发现该销针以及容纳在该销针内的晶体绝缘材料的磨损率是产品生产量的限制因素。已经确定虽然在多频率等离子体中的RF电压与晶片电势之间存在非线性关系，但是可以基于驱动等离子体的每个单个频率的贡献，使用传递函数来推导晶片电势。