專利名稱：用于控制等離子體處理系統(tǒng)的方法和裝置的制作方法
用于控制等離子體處理系統(tǒng)的方法和裝置
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體行業(yè)，利用RF驅(qū)動等離子體室制造硅晶片是常見的。在這樣的應(yīng)用中，存在通常的監(jiān)控鞘層電壓的需求，特別是監(jiān)控鞘層電壓與晶片本身的DC偏置電位 (potential)有怎樣的相關(guān)性。目前，有一些確定晶片電位以及鞘層和主體等離子體電位的技術(shù)。相對于晶片偏置電位，一種監(jiān)控方法包括通過檢測晶片與靜電卡盤(ESC)之間的漏電流以測量晶片的自偏壓，同時改變施加到ESC上的DC電壓。在一些電流產(chǎn)生設(shè)施中使用該技術(shù)時，計算所得值高度依賴于漏電流的強(qiáng)度，漏電流耦合到系統(tǒng)中的ESC類器件中。檢測通過晶片流至 ESC的漏電流的方法也高度依賴于不同類型的背部晶片膜。確定晶片偏置電位的另一方法是通過使用附著在ESC的外部邊緣并且與等離子體接觸的碳化硅銷(pin)。然而，這樣的銷是耗材產(chǎn)品，并且在生產(chǎn)環(huán)境中必須頻繁更換。檢測晶片上的直流偏壓的第三種方法是通過在ESC處的探針以及根據(jù)峰值到峰值RF電壓計算晶片電壓的信號處理單元。該方法提供了檢測晶片DC偏置電壓的裝置，其中通過使用校準(zhǔn)的增益和偏移(offset)，將在ESC處的RF電壓調(diào)整至DC值，不需要探針與等離子體的直接接觸。該方法假定RF峰峰值電壓與晶片的DC電位是純粹的線性關(guān)系，這不適用于多頻等離子體的情況。圖I所示為晶片與RF Vpp之間的相關(guān)性。在圖I中，當(dāng)線性擬合適用時，R平方值顯著小于I (例如，R2=O. 9)。


本發(fā)明在附圖中通過示例而非限制的方式說明，附圖中相同的參考數(shù)字指代相似的元件，其中圖I所示為晶片偏置電位與RF Vpp的相關(guān)性。圖2所示為晶片偏置電位與公開的RF電壓傳遞函數(shù)的輸出的相關(guān)性，R平方值顯著接近I。圖3描繪了測試確定從碳化硅銷所觀測到的等離子體電位與從布線晶片上測得的晶片電位之間的相關(guān)性。圖 4 所示為在 LamDFC2300Flex45 平臺上，在使用 2MHz、27MHz 和 60MHz 進(jìn)行 HARC (高的深寬比接觸)工藝的過程中，通過硅!!ER (熱邊緣環(huán))所觀測到的電壓與通過碳化硅銷所觀測到的電壓的比較。圖5A描繪了具有由三個RF發(fā)生器供電的ESC電源組成的帶有RF驅(qū)動等離子體的系統(tǒng)。。圖5B示出了本公開發(fā)明的一種實施方式，其中由電容分壓器網(wǎng)絡(luò)組成的電壓探針連接到RF桿上，RF桿緊鄰ESC基板以及信號調(diào)節(jié)和信號處理裝置。圖5C是具有數(shù)字信號處理單元的模擬RF電壓信號調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的一種實施方式。圖6-10闡述了基于頻率相關(guān)RF電壓信號計算晶片電位的高阻抗RF電壓探針。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考如附圖中所闡釋的本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施方式詳細(xì)描述本發(fā)明。在以下的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底的理解。然而對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見，沒有這些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部本發(fā)明也可以實現(xiàn)。在其它示例中， 沒有詳細(xì)描述公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)以免不必要地使本發(fā)明難以理解。下文將描述各種實施方式，包括方法和技術(shù)。應(yīng)當(dāng)記住的是本發(fā)明也可涵蓋包含有計算機(jī)可讀介質(zhì)的制品，在所述計算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲了用于實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)的實施方式的計算機(jī)可讀指令。所述計算機(jī)可讀介質(zhì)可包括用于存儲計算機(jī)可讀代碼的諸如半導(dǎo)體的、磁的、光磁的、光學(xué)的或其他形式的計算機(jī)可讀介質(zhì)。此外，本發(fā)明還可涵蓋用于實行本發(fā)明實施方式的裝置。這樣的裝置可包括執(zhí)行與本發(fā)明實施方式有關(guān)的任務(wù)的專用和/或可編程電路。所述裝置的實施例包括通用計算機(jī)和/或被適當(dāng)編程的專用計算設(shè)備，且可包括適于執(zhí)行與本發(fā)明實施方式有關(guān)的各種任務(wù)的計算機(jī)/計算設(shè)備和專用/可編程電路的組合。本公開發(fā)明的實施方式將使終端用戶具有這樣的能力，即能通過在ESC處適當(dāng)?shù)貫V波和調(diào)整RF電壓并且使用計算多個RF頻率在給晶片施加偏壓中的貢獻(xiàn)的傳遞函數(shù)，從而測量晶片的偏置電位。圖2示出了晶片偏置電位與公開的RF電壓傳遞函數(shù)的輸出的相關(guān)性，R平方值相當(dāng)靠近I (例如，R2=O. 97)。當(dāng)試圖用碳化硅銷改進(jìn)現(xiàn)存的測量DC偏置電位的方法時，構(gòu)思出本發(fā)明。該銷以及容納該銷的石英絕緣材料的磨損率被發(fā)現(xiàn)是生產(chǎn)產(chǎn)率的限制因素。已確定，盡管在多頻等離子體中RF電壓與晶片電位存在非線性關(guān)系，但是傳遞函數(shù)能夠基于驅(qū)動等離子體的每一單個的頻率的貢獻(xiàn)而推導(dǎo)晶片電位。已進(jìn)行了測試以確定在通過碳化硅銷所觀測到的等離子體電位與通過布線晶片所測得的晶片電位之間的關(guān)系，其描繪在圖3中。結(jié)果表明，公開的傳遞函數(shù)與通過現(xiàn)有的碳化硅銷觀測到的電壓信號顯著相關(guān)。圖 4 所不為在 LamDFC2300Flex45 平臺(可從 Lam Research Corporation of Fremont (加拿大)獲取)上，在使用2MHz、27MHz和60MHz進(jìn)行HARC (高的深寬比接觸)工藝的過程中，通過硅HER (熱邊緣環(huán))所觀測到的電壓相比于通過碳化硅銷所觀測到的電壓。 假定有前述的碳化硅銷與布線晶片的相關(guān)性，可換性能確保涉及驅(qū)動等離子體的單個的RF 電壓傳遞函數(shù)也是在晶片接口處的等離子體鞘層電壓的有效表示。在一種或多種實施方式中，可以在射頻電壓上進(jìn)行狀態(tài)空間分析，以推導(dǎo)傳遞函數(shù)。狀態(tài)空間建模是公知的，并且在此不再詳述。在一種或者多種實施方式中，可以使用公知的瞬態(tài)處理技術(shù)，以改善穩(wěn)健性。參考附圖和下述闡述，可以更好地理解本發(fā)明的實施方式的特征和優(yōu)點。通常而言，間接測量RF驅(qū)動等離子體中的等離子體鞘層電位的DC成分的能力，取決于連接至緊鄰ESC的RF桿的電壓探針。圖5A描繪了具有由三個RF發(fā)生器504A、504B、 504C經(jīng)由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)506供電的ESC電源組成的帶有RF驅(qū)動等離子體的系統(tǒng)。如圖所示，這些RF發(fā)生器提供不同的RF頻率，但所使用的其他的頻率的數(shù)量、所使用的實際的頻率以及所使用的RF發(fā)生器的數(shù)量可以根據(jù)應(yīng)用情況而變化。緊鄰(即足夠靠近以便能夠檢測RF電壓)基座板508 (或其他的與ESC關(guān)聯(lián)的非等離子體暴露部件)的RF桿或者其他合適的RF檢測機(jī)構(gòu)提供RF電壓至電容分壓器網(wǎng)絡(luò)530。電容分壓器530將結(jié)合圖5B進(jìn)行更詳細(xì)的闡述。電容分壓器網(wǎng)絡(luò)530的輸出然后被提供給信號調(diào)整和處理模塊532，模塊532 將結(jié)合本發(fā)明的圖5C在下文進(jìn)行更詳細(xì)的闡述。圖5B圖解了本公開發(fā)明的示例性實施方式，其中包括電容分壓器網(wǎng)絡(luò)530的電壓探針耦合到緊鄰ESC基座板508的RF桿以及耦合到信號調(diào)整和信號處理裝置。在圖5B的示例中，電容器Cl與電容器C2串聯(lián)，電容器C2又與并聯(lián)的電容器C3/C4串聯(lián)。如圖5B所示獲取電壓信號。電容分壓器電壓探針為將要檢測的RF電壓提供高阻抗路徑，而沒有不合適地干擾驅(qū)動等離子體的RF功率。電容分壓器的具體配置取決于驅(qū)動等離子體的RF發(fā)生器，其中最高頻的發(fā)生器是主導(dǎo)因素。電容分壓器還通過提供與50歐姆的同軸電纜并聯(lián)的接地的低阻抗路徑而充分地使電壓信號衰減，該同軸電纜用于將電壓信號傳輸?shù)叫盘栒{(diào)整和信號處理裝置。注意這些值僅僅提供作為示例，僅供參考，并非是限制性的。在圖5B的示例中，輸入阻抗相當(dāng)高 [Z=I/ ( *C)，當(dāng)《 =60MHz,C=0. 5pF時，則Z約為33千歐]并且接地阻抗是低的(在60MHz 時約為31歐姆)。然后，RF電壓信號通過模擬或者數(shù)字濾波器對RF電壓信號進(jìn)行調(diào)整。圖5C是在圖5A的塊532中實施的模擬RF電壓調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的示例性實施方式。在模擬RF電壓調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的輸入端，信號被分成多個分離的通道(在圖5C的示例中為4個)以使得能對用于驅(qū)動等離子體的具體RF頻率進(jìn)行RF濾波。在該實施方式中，RF發(fā)生器頻率為2MHz，27MHz和 60MHz。一個通道不進(jìn)行濾波，從而保持寬帶電壓頻譜。在該實施方式中，4個通道通過無源峰監(jiān)測器[例如1N5711 二極管]轉(zhuǎn)換成DC信號，但有源峰監(jiān)測器也可以使用。DC信號接著被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，以便通過數(shù)據(jù)信號處理器進(jìn)行處理，在該處理器中，校準(zhǔn)單個的信號，并將其輸入晶片偏置傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)的輸出然后被反饋至偏置補償網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)注意，所公開的模擬信號調(diào)整網(wǎng)絡(luò)能在數(shù)字域內(nèi)全部實現(xiàn)。在該示例中，將不需要信號濾波器或模擬濾波器，僅僅需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及信號處理單元(DSP，F(xiàn)PGA， CPLD等)，其中信號處理單元用于進(jìn)行所有濾波、峰值檢測、校準(zhǔn)以及傳遞函數(shù)計算。在一個或者多個實施方式中，通過向每個通道施加增益和偏移執(zhí)行每一個電壓通道的校準(zhǔn)。每一個通道(圖5A-C中的示例中的2MHz，27MHz，60MHz以及寬帶未濾波電壓)的增益和偏移由響應(yīng)于給定通道及其與晶片偏壓的相關(guān)性的信號來確定。對于經(jīng)濾波的電壓，這可以通過以響應(yīng)于唯一的單通道的晶片偏壓，將給定的經(jīng)濾波的通道特征化來實現(xiàn)。 例如2MHz通道的響應(yīng)將相關(guān)于用于等離子體的晶片偏壓，該等離子體僅僅由2MHz通道驅(qū)動，后續(xù)的增益和偏移將用于校準(zhǔn)該通道。對于27MHz和60MHz重復(fù)這個過程。寬帶信號通過相關(guān)于用于等離子體的晶片偏壓來校準(zhǔn)，該等離子體由所有的三個頻率以及每個隨后的變量(僅僅2MHz，2MHz與27MHz，僅僅60MHz，27MHz與60MHz，等等)驅(qū)動。影響校準(zhǔn)的重要因素也是電容分壓器電壓探針530的響應(yīng)。電容分壓器傾向于對于每一頻率具有唯一的信號響應(yīng)。作為建議的方案，網(wǎng)絡(luò)分析器能用于特征化電容分壓器電壓傳感器的響應(yīng)，并且該響應(yīng)接著能相應(yīng)地用于修正前述的校準(zhǔn)系數(shù)。這在制造準(zhǔn)確的和可重復(fù)的儀器方面是重要的因素。用于計算晶片偏壓的傳遞函數(shù)由四個輸入組成2MHz，27MHz和60MHz的校準(zhǔn)的DC電壓信號以及未經(jīng)濾波的寬帶信號，電壓信號然后乘以一組系數(shù)。每個系數(shù)是驅(qū)動等離子體的給定的混合頻率的函數(shù)。該些系數(shù)通過由晶片偏壓和四個電壓信號(2MHz，27MHz， 60MHz以及寬帶)組成的矩陣的主成分分析(PCA)來推導(dǎo)。將系數(shù)乘積的單個結(jié)果相加，產(chǎn)生晶片偏壓值。也能使用條件陳述和加權(quán)因素使系數(shù)最優(yōu)化，進(jìn)而使傳遞函數(shù)結(jié)果最優(yōu)化。圖6-10進(jìn)一步討論了基于頻率相關(guān)RF電壓信號計算晶片電位的高阻抗RF電壓探針。在圖6中，產(chǎn)生線性傳遞函數(shù)，并且示例性的流程解了該線性傳遞函數(shù)可以怎樣用于產(chǎn)生晶片偏壓值。圖7是圖解非線性傳遞函數(shù)以產(chǎn)生晶片偏壓值的流程圖。假如不是在所有的情況下，也相信在一些情況下，非線性傳遞函數(shù)可以較好地由RF電壓逼近晶片偏壓。圖8，9和10還進(jìn)一步解釋了每一種方法的優(yōu)點(線性對非線性)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，兩種方法都提供一種方式以使所檢測到的RF電壓與晶片偏置電壓相關(guān)，尤其是在應(yīng)用多頻率的情況下。在等離子體處理系統(tǒng)中，該晶片偏置電壓然后可以用作反饋或者控制信號，該反饋或者控制信號用于ESC電源和/或偏壓補償網(wǎng)絡(luò)和/或其他的子系統(tǒng)。雖然已經(jīng)以若干優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明的變化、置換和等同方式也都落在了本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。 盡管在此提供了各種實施例，但意在用這些實施例說明而非限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.用于控制使用多RF頻率運行的等離子體處理系統(tǒng)的方法，其包括通過高阻抗路徑從RF檢測機(jī)構(gòu)獲取RF電壓信號；處理所述RF電壓信號以獲取多個信號，所述多個信號包括至少單個的信號，該至少單個的信號響應(yīng)于所述多個RF頻率中的單個的RF頻率；輸入所述多個信號至傳遞函數(shù)；以及提供所述傳遞函數(shù)的輸出作為控制信號以控制所述等離子體處理系統(tǒng)的至少子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述RF檢測機(jī)構(gòu)充分地鄰近所述ESC子系統(tǒng)的非等離子體暴露部件以獲得所述RF電壓信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述非等離子體暴露部件是基座板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述RF檢測機(jī)構(gòu)是RF桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述高阻抗路徑至少通過電容器分壓器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述多個信號還至少包括響應(yīng)于所述RF電壓信號的未經(jīng)濾波的寬帶信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理包括校準(zhǔn)所述多個信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述傳遞函數(shù)表示線性傳遞函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述線性傳遞函數(shù)通過使用多變量分析方法獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述傳遞函數(shù)表示非線性傳遞函數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述非線性函數(shù)通過使用功率方程獲得。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理包括至少模擬濾波。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述處理包括至少數(shù)據(jù)信號處理。
14.被配置成用于處理設(shè)置在靜電卡盤(ESC)上的至少一個晶片的等離子體處理系統(tǒng)，其包括RF檢測機(jī)構(gòu)，所述RF檢測機(jī)構(gòu)充分靠近所述ESC的非等離子體暴露部件以獲得RF電壓信號；高阻抗裝置，其與所述RF檢測機(jī)構(gòu)耦合以促進(jìn)所述RF電壓信號的獲取，同時減少在所述等離子體處理系統(tǒng)中驅(qū)動等離子體的RF功率的干擾；信號處理裝置，其被配置為接收所述RF電壓信號，并且應(yīng)用所述RF電壓信號的數(shù)字和模擬信號中的一種至傳遞函數(shù)，以獲得傳遞函數(shù)輸出；以及ESC電源子系統(tǒng)，其被配置為在所述至少一個晶片的處理期間，接收所述傳遞函數(shù)輸出作為反饋信號以控制所述等離子體處理系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述非等離子體暴露部件是基座板。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述RF檢測機(jī)構(gòu)是RF桿。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述高阻抗裝置至少通過電容器分壓器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述RF電壓信號通過所述信號處理裝置處理成多個信號，該多個信號至少包括響應(yīng)于所述RF電壓信號中的未經(jīng)濾波信號的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述處理包括校準(zhǔn)所述多個信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述傳遞函數(shù)表示線性傳遞函數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體處理系統(tǒng)，其中所述傳遞函數(shù)表示非線性傳遞函數(shù)。
全文摘要
公開了一種用于通過測量RF驅(qū)動等離子體中的RF電壓信號補償晶片的偏壓電壓的方法和裝置，其包括至少靜電卡盤(ESC)，電容分壓器，信號處理和信號調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。該偏壓補償裝置包括監(jiān)測在ESC處的RF電壓的電容分壓器、濾波相關(guān)的具體的RF信號的信號調(diào)整網(wǎng)絡(luò)以及根據(jù)經(jīng)濾波的RF信號計算DC晶片電位的信號處理單元。
文檔編號H01L21/3065GK102612864SQ201080052567
公開日2012年7月25日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者約翰·C·小瓦爾科 申請人:朗姆研究公司