[发明专利]在脉冲RF偏置处理中测量和控制晶片电势的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造设备，更具体地，本发明涉及方法、电 路和系统，其控制与至处理室或电极的脉冲RF功率传送相关的信号 的应用、测量、反馈和处理。

背景技术

在半导体制造中，集成电路器件由经过许多处理工序的 半导体晶片制造。这些工序许多通常在处理室中执行，其中多个层 (如介电和金属化材料)一个接一个涂覆并且图案化以形成多层结 构。例如，这些层的某些(例如，SiO₂)通常在化学气相沉积(CVD) 室中沉积，然后旋转涂敷光刻胶材料，并且经过光刻图案化。当光 刻胶掩模在具体表面形成时，将该半导体晶片设置在等离子蚀刻室 中以便去除(即，蚀刻)下层材料没有被该光刻胶掩模覆盖的部分。

处理室可用来蚀刻材料或者将材料沉积到晶片的表面或 层上，或将材料植入这些表面或层。在一些蚀刻、沉积或植入室的 实际实现中，使用射频功率(RF)。例如，在处理室，可通过向电 感线圈施加RF功率来生成等离子，通常施加的RF功率为13.56MHz。

该晶片安装在该室内的电极上，与该电感线圈分开。为 了工艺控制，如控制晶片的时刻、沉积或者植入，别的(或第二) RF功率单独通到该室，具体地时间在安装晶片的电极上。该处理室 的具体实例是配置为这种电感线圈与电极彼此分开的那些，其中该 电极接受这种第二RF功率，并且用脉冲方式传送该第二RF功率。 精确控制在传送到该室的卡盘电极时脉冲RF功率所施加的电压等 级的方法和系统在许多方面存在不足。

那么所需要的是测量和确定晶片上RF偏压的设备、电路 和方法，这种确定和测量不会受到该脉冲化RF偏压信号的占空比影 响或者不随该占空比改变。还需要的是这样的设备、电路和方法， 其中该晶片上RF偏压值的确定与脉冲化RF偏压信号的占空比无 关。进一步需要的是这样的设备、电路和方法，其中确定该晶片上 的RF偏压的值并不基于脉冲RF偏置的OFF模式。

发明内容

一般而言，本发明的实施例通过提供配置为测量和确定 该晶片上RF偏压的半导体制造设备、电路、固件、软件和方法来满 足这些需求。在一个实施例中，该确定不受该RF偏压信号的占空比 的影响或者不是其函数。更详细地，这种实施例提供设备、电路、 固件和方法，其中该晶片上RF偏压值的确定与该脉冲化RF偏压信 号的占空比无关。这种实施例提供设备、电路和方法，其中该晶片 上RF偏压值的确定不基于该脉冲化RF偏压信号的OFF模式。在一个 这样的实施例中该晶片上RF偏压值的确定基于该脉冲化RF偏压信 号的脉冲在这些脉冲的ON模式期间的峰间电压值。

在一个实施例中，提供处理半导体晶片的等离子室。该 等离子室包括电路，用于监测和调节待施加到该等离子室内卡盘上 的脉冲化RF偏压信号，其中该卡盘配置为安装该晶片用以处理。该 电路包括RF偏压检波器，用以检测施加到卡盘上的该脉冲化RF偏 压信号的单个脉冲。提供定时电路用以确定采样每个单个被检脉冲 的时间，和采样保持电路。该采样保持电路在该采样时间触发用以 采样每个单个被检脉冲以确定和保持表示每个单个被检脉冲的峰 值峰间电压值的电压值，该采样保持电路配置为提供表示至少一个 被检脉冲的峰值峰间电压值的反馈信号。进一步包括的是反馈电 路，用以根据该反馈信号和该RF偏压信号所需电压值之间的差调节 施加到该卡盘上的脉冲化RF偏压信号的电压。

在另一实施例中，提供一种方法，用以检测和调节待施 加到等离子室内卡盘上以处理半导体晶片的脉冲化RF偏压信号的 方法。该方法包括检测施加到该卡盘的脉冲化RF偏压的单个脉冲的 电压值，和确定采样每个单个被检脉冲的时间。然后，在关于每个 单个的检测到的采样时间，采样各个单个被检脉冲的特定电压值并 保持该特定电压值。每个特定电压值表示每个单个被检脉冲的峰值 峰间电压值。然后，生成反馈信号，其至少表示单个被检脉冲之一 的电压包线的峰值峰间电压值。然后，该方法包括根据该反馈信号 和该脉冲化RF偏压信号所需电压值之间的差调节施加到该卡盘的 脉冲化RF偏压信号的电压。

可选地，可平均超过一个峰值峰间电压值以生成该反馈 信号。进而，可选地在每个电压包线中可以检测和保持超过一个峰 间电压值。进而，该处理可以由电路(模拟或数字或其组合)、固 件、软件、固件和软件的组合以及固件、软件和硬件的组合。在任 一种实施例中，该处理能够精确调节施加到该卡盘的该脉冲化RF 偏压信号的电压。