等離子體處理裝置及其基片直流偏置電壓測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及等離子體處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)控基片表面直流偏置電壓的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]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(nèi)的一些參數(shù)條件，基片表面會產(chǎn)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(tài)，直流偏壓的大小發(fā)生變化意味著反應腔內(nèi)的等離子體狀態(tài)發(fā)生變化，因此需要對其進行監(jiān)控。
[0003]正常狀態(tài)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(wěn)定，可以直接對其進行信號采集，實現(xiàn)對基片表面直流偏置電壓的監(jiān)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(fā)生變化，為了實現(xiàn)對直流偏置電壓的監(jiān)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(shù)據(jù)的設備來說勢必會浪費很大的數(shù)據(jù)空間，同時增加了監(jiān)控難度。給現(xiàn)有的等離子體處理裝置增加負擔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)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(fā)開關(guān)，所述時鐘觸發(fā)開關(guān)的后端分別連接高電平積分電路和低電平積分電路。
[0005]優(yōu)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。
[0006]優(yōu)選的，所述射頻功率的脈沖頻率和所述時鐘觸發(fā)開關(guān)的時鐘頻率相同。
[0007]優(yōu)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)與后端的高電平積分電路相連。
[0008]優(yōu)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)與后端的低電平積分電路相連。
[0009]優(yōu)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)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(fā)開關(guān)與后端的低電平積分電路相連。
[0010]優(yōu)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。
[0011]優(yōu)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ΙΟΚΗζ，占空比范圍為10%至90%。
[0012]進一步的，本發(fā)明還公開了一種測量等離子體處理裝置內(nèi)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(fā)開關(guān)，所述時鐘觸發(fā)開關(guān)后端分別連接一高電平積分電路和一低電平積分電路；調(diào)節(jié)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(fā)開關(guān)的調(diào)節(jié)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(fā)開關(guān)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(xiàn)對基片表面直流偏置電壓的監(jiān)測。
[0013]優(yōu)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。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:通過一脈沖觸發(fā)開關(guān)分離脈沖開-關(guān)狀態(tài)下的直流偏置電壓，所述時鐘觸發(fā)開關(guān)后端連接一高電平積分電路和一低電平積分電路，所述時鐘觸發(fā)開關(guān)以時鐘信號的上升沿和下降沿為信號進行切換，分別與后端的高電平積分電路或者低電平積分電路進行連接，實現(xiàn)將直流偏置電壓分別在較高值和較低值時積分求平均值得到連續(xù)模擬信號，從而實現(xiàn)對基片表面直流偏置電壓的監(jiān)測。通過采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，可以大大降低采樣頻率，簡化采樣電路。
【附圖說明】
[0015]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0016]如下附圖構(gòu)成了本說明書的一部分，和說明書一起列舉了不同的實施例，以解釋和闡明本發(fā)明的宗旨。以下附圖并沒有描繪出具體實施例的所有技術(shù)特征，也沒有描繪出部件的實際大小和真實比例。
[0017]圖1示出本發(fā)明所述等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2不出射頻源功率為脈沖輸出時直流偏置電壓的脈沖不意圖；
[0019]圖3不出射頻偏置功率為脈沖輸出時直流偏置電壓的脈沖不意圖；
[0020]圖4 出射頻源功率和射頻偏置功率均為脈沖輸出時直流偏置電壓的脈沖意圖；
[0021]圖5示出本發(fā)明所述直流偏置電壓的探測裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明公開了一種等離子體處理裝置及其測量基片直流偏置電壓的方法，為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0023]圖1示出本發(fā)明所述等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述等離子體處理裝置包括一真空反應腔100，真空反應腔100下方設置一支撐基片60的靜電卡盤110，靜電卡盤110下方設置一基座120，基座120同時作為所述真空反應腔100的下電極，下電極120連接射頻功率源，所述射頻功率包括射頻源功率130和射頻偏置功率140，射頻源功率130和射頻偏置功率140至少有一個輸出脈沖功率。反應氣體源中的反應氣體經(jīng)過同時作為氣體噴淋頭的上電極進入真空反應腔100內(nèi)，在射頻功率的作用下解離生成等離子體，對基片進行等離子體處理，完成刻蝕工藝。等離子體在對基片進行處理時由于等離子體的特性，會在基片表面產(chǎn)生直流偏置電壓，所述直流偏置電壓的大小反應了等離子體的一些參數(shù)狀態(tài)，如果直流偏置電壓大小發(fā)生變化，說明反應腔內(nèi)的等離子體狀態(tài)發(fā)生了變化，需要予以調(diào)節(jié)，以免影響等離子體工藝進程。另外，基片60表面的直流偏壓還決定了所述靜電卡盤110上施加的直流電壓大小，所述直流電壓的的大小決定了靜電卡盤對基片60的靜電吸力，靜電卡盤上的直流電壓會被基片表面的直流偏置電壓抵消，如果不對直流偏置電壓進行監(jiān)控，進而反饋調(diào)整靜電卡盤110上的直流電壓，會導致靜電卡盤110對基片的靜電吸力不足導致基片脫離靜電吸盤的固定。造成工藝處理事故。
[0024]正常狀態(tài)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(wěn)定，可以直接對其進行信號采集，實現(xiàn)對基片表面直流偏置電壓的監(jiān)控。然而在本發(fā)明所述應用中，需要設置射頻功率源或者射頻