[发明专利]一种补偿直流自偏压的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及在半导体处理技术中用于补偿直流自偏压的系统和方法。 

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工能力。目前，在半导体器件的加工、制造过程中广泛采用等离子体刻蚀技术。所谓等离子体刻蚀技术指的是，反应气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。 

在上述活性粒子中，由于电子比正离子轻，在相同时间内，电子落在晶片表面的数量比离子多，因此，待反应稳定后晶片表面会形成直流自偏压。该直流自偏压会吸引等离子体中带正电荷的离子等活性粒子向晶片表面加速运动，并轰击晶片以达到预期的工艺结果。上述直流自偏压的大小将影响带正电荷的离子等活性粒子的轰击能量，进而也将影响等离子体处理工艺中的某些参数，例如刻蚀速率、沉积速率等。 

在上述等离子体刻蚀等加工/处理工艺过程中，晶片等半导体器件放置在静电夹持系统上，并在其与静电夹持系统的直流电极之间静电引力的作用下而被吸附在静电夹持系统表面。通常，静电引力的大小与晶片和直流电极之间的电势差成正比，而且在整个晶片下表面，静电引力的大小应尽可能一致。例如，对于双电极静电夹持系统而言，外加直流电源以对静电夹持系统的两个直流电极施以大小相等、极性 相反的电压，在理想情况下，静电引力在整个晶片下表面应当是一致的。然而，由于上述直流自偏压的存在，使得静电夹持系统中的一个直流电极与该晶片之间的电势差增大，而另一个直流电极与该晶片之间的电势差减小，从而导致吸附晶片的静电引力在整个晶片下表面存在差异而变得不平衡。其后果是，不仅会影响晶片的稳定吸附并进而影响晶片的加工/处理结果，而且还可能引起用于热量交换的氦气泄漏并进而影响工艺结果。 

请参阅图1，其中示出了目前常见的一种等离子体刻蚀设备的下电极结构。其中，诸如射频电源的激励电源经由匹配网络与下电极相连；直流电源经由滤波器与下电极相连。通常，预先设定激励电源的输出功率，使激励电源经由匹配网络向下电极施加给定的射频信号，从而控制晶片上的直流自偏压。同时，可以通过对晶片上的直流自偏压事先进行预估，然后根据该预估值手动设定直流电源正负输出电压，以期通过这种预估值的方式对直流自偏压进行补偿，进而使两个直流电极与晶片之间的电势差趋于均衡，使吸附晶片的静电引力在整个晶片下表面趋于平衡，从而实现对晶片的稳定吸附。 

然而在实际应用中，上述对直流自偏压进行补偿的方式存在这样的问题：即，在工艺过程中(尤其是在不同的工艺过程中)，工件上的直流自偏压通常是变化的，如果采用上述静态补偿方法(即，以预估值进行补偿)并不能实现对直流自偏压的良好补偿，从而不能达到稳定吸附工件、减少/避免氦气泄漏的目的。特别是，在对直流自偏压指标有严格要求的工艺中，采用上述静态补偿的方法往往不能得到满足工艺要求的加工结果，从而影响产品质量。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种补偿直流自偏压的系统和方法，其能够根据直流自偏压的实际状况而对其进行实时补偿，从而能够获得良好的工艺结果和产品质量。 

为此，本发明提供了一种补偿直流自偏压的系统，包括等离子体处理设备的下电极、匹配网络、激励电源、直流电源，所述激励电 源经由匹配网络与所述下电极相连，以向其施加射频功率；所述直流电源向所述下电极输出给定电压。所述等离子体处理设备还包括工艺模块控制器，所述工艺模块控制器用于控制工艺过程。所述系统还包括检测模块和节点微控制器，所述节点微控制器包括通信单元和控制模块，其中，所述检测模块用于检测与等离子体处理设备中的直流自偏压存在对应关系的表征参量，并将其测量值传输至控制模块；所述通信单元用于将来自工艺模块控制器的直流电源输出设定值发送至所述控制模块；所述控制模块根据来自所述检测模块的测量值和来自所述工艺模块控制器的直流电源输出设定值产生第一控制信号，并将其传输至直流电源；所述直流电源根据来自所述控制模块的第一控制信号调整其输出电压，以对直流自偏压进行补偿，从而减小/消除工件上直流自偏压的影响。