[發明專利]等離子體處理裝置及其基片直流偏置電壓測量方法

有效

• 申請號: 201310695325.1
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN104715988A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 梁潔;葉如彬
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01J37/244
• 分類號: H01J37/244;H01J37/305;G01R19/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及等離子體處理技術領域，尤其涉及一種監控基片表面直流偏置電壓的技術領域。

背景技術

在等離子體處理工藝過程中，常采用靜電卡盤（Electro?Static?Chuck，簡稱ESC）來固定、支撐及傳送基片(Wafer)等待加工件。靜電卡盤設置于反應腔室中，其采用靜電引力的方式，而非機械方式來固定基片，可減少對基片可能的機械損失，并且使靜電卡盤與基片完全接觸，有利于熱傳導。反應過程中，向反應腔室通入反應氣體，并對反應腔施加射頻功率，通常射頻功率施加到靜電卡盤下方的導體基座上，射頻功率主要包括射頻源功率和射頻偏置功率，射頻源功率和射頻偏置功率共同作用，將反應氣體電離生成等離子體，等離子體與基片進行等離子體反應，完成對基片的工藝處理。在這一過程中，由于等離子體的特性及反應腔內的一些參數條件，基片表面會產生直流偏置電壓，該直流偏壓的大小代表等離子體的一些狀態，直流偏壓的大小發生變化意味著反應腔內的等離子體狀態發生變化，因此需要對其進行監控。

正常狀態下，射頻功率源和射頻偏置功率源的輸出恒定，基片表面的直流偏置電壓相對較穩定，可以直接對其進行信號采集，實現對基片表面直流偏置電壓的監控。然而在某些應用中，需要設置射頻功率源或者射頻偏置功率源的輸出為脈沖輸出，所述基片表面的直流偏置電壓會隨著射頻源功率或射頻偏置功率的輸出大小改變而發生變化，為了實現對直流偏置電壓的監控，等離子體反應裝置需要增大對直流偏置電壓的采樣頻率，對于需要以年為單位記錄數據的設備來說勢必會浪費很大的數據空間，同時增加了監控難度。給現有的等離子體處理裝置增加負擔。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種等離子體處理裝置，包括一真空反應腔，所述真空反應腔下方設置一支撐基片的靜電卡盤，所述靜電卡盤下方設置一基座，所述基座同時作為所述真空反應腔的下電極，所述下電極連接射頻功率源，所述射頻功率源輸出脈沖功率，所述基片下方設置一直流偏置電壓探測針，所述探測針連接一時鐘觸發開關，所述時鐘觸發開關的后端分別連接高電平積分電路和低電平積分電路。

優選的，所述射頻功率包括射頻源功率與射頻偏置功率，所述射頻源功率或射頻偏置功率至少一個輸出脈沖功率。

優選的，所述射頻功率的脈沖頻率和所述時鐘觸發開關的時鐘頻率相同。

優選的，所述射頻源功率的輸出為脈沖信號，所述脈沖信號作為所述時鐘觸發開關的時鐘信號，所述射頻功率的輸出脈沖信號為上升沿時，所述時鐘觸發開關與后端的低電平積分電路相連，所述輸出信號為下降沿時，所述時鐘觸發開關與后端的高電平積分電路相連。

優選的，所述射頻偏置功率的輸出為脈沖信號時，所述脈沖信號作為所述時鐘觸發開關的時鐘信號，所述射頻功率的輸出脈沖信號為上升沿時，所述時鐘觸發開關與后端的高電平積分電路相連，所述輸出信號為下降沿時，所述時鐘觸發開關與后端的低電平積分電路相連。

優選的，所述射頻源功率和所述射頻偏置功率的輸出均為脈沖信號時，所述脈沖信號作為所述時鐘觸發開關的時鐘信號，所述射頻功率的輸出脈沖信號為上升沿時，所述時鐘觸發開關與后端的高電平積分電路相連，所述輸出信號為下降沿時，所述時鐘觸發開關與后端的低電平積分電路相連。

優選的，所述射頻偏置功率的頻率范圍為400KHz至13.56MHz，所述射頻源功率的頻率范圍為27MHz至120MHz。

優選的，所述射頻偏置功率和所述射頻源功率的脈沖頻率范圍為50Hz至10KHz，占空比范圍為10%至90%。

進一步的，本發明還公開了一種測量等離子體處理裝置內基片表面直流偏置電壓的方法，包括下列步驟：將一探測直流偏置電壓的探測針放置在所述基片表面，所述探測針后端連接一時鐘觸發開關，所述時鐘觸發開關后端分別連接一高電平積分電路和一低電平積分電路；調節所述射頻功率的輸出脈沖信號頻率；將所述脈沖輸出信號頻率作為所述時鐘觸發開關的調節頻率，當所述射頻功率的輸出脈沖信號為上升沿或者下降沿時，所述時鐘觸發開關分別連接到所述高電平積分電路或者低電平積分電路，所述高電平積分電路或者低電平積分電路分別對所述探測針探測到的直流偏置電壓的高電平脈沖和低電平脈沖進行積分，得到直流偏置電壓在高電平時的平均值和低電平時的平均值，再分別對其進行信號采集，實現對基片表面直流偏置電壓的監測。

優選的，對所述直流偏置電壓在高電平時的平均值和低電平時的平均值的采樣時間間隔大于等于0.1s。