[发明专利]用于检测等离子体处理室中的DC偏置的系统、方法和装置

说明书

背景技术

本发明总体上涉及等离子体处理室，并且更具体地，涉及用于准确地检测正被处理的衬底上的实际的DC偏置的系统、方法和装置。

等离子体处理在半导体制造业中非常常见。典型的等离子体处理是等离子体蚀刻处理，其中在等离子体中产生的等离子体离子与衬底的暴露层发生反应。等离子体离子能渗入衬底的暴露层的厚度是由等离子体离子的能量决定。等离子体离子的能量至少部分地与施加到衬底的偏置相关。

随着半导体器件的尺寸变得更小并被更密集封装，越来越高的深度/宽度的深宽比受到追捧。较高的深宽比要求等离子体离子具有增高的能量水平。

一种增加等离子体离子能量的方法是增大偏置电压。不幸的是，随着偏置电压的增加，在衬底和处理室之间以及在电极和处理室的结构之间产生电弧。此外，即使是相对较小的侵入衬底的偏置区域或等离子体电磁场也能引起相应的电场的显著破坏并且因此导致局部的等离子体离子能量的波动。因此导致等离子体蚀刻处理中的局部的非均匀性。

用于检测衬底的DC偏置的典型方法和结构是接触销。然而，该接触销扰乱衬底的电磁场或等离子体电磁场。此外，随着偏置水平的升高，在衬底和接触销之间能产生电弧。这种电弧能损坏接触销并且歪曲实际检测到的当前的DC偏置的水平。

鉴于上述情况，需要一种用于更准确地测量DC偏置而不引起等离子体蚀刻处理中的相应的、局部的非均匀性的系统、方法和装置。

发明内容

概括地说，本发明通过提供用于更准确地测量DC偏置而不引起等离子体蚀刻处理中的相应的、局部的非均匀性的系统、方法和装置来满足这些需求。应当理解的是，本发明能以多种方式来实现，包括作为过程、装置、系统、计算机可读介质或设备来实现。本发明的几个创造性的实施方式描述如下。

一种实施方式提供了测量等离子体室中半导体晶片上的自偏置DC电压的方法，其包括：在等离子体室中的顶电极和静电卡盘的顶表面之间的区域产生等离子体，包括向顶电极和静电卡盘两者或者其中之一施加一个或多个RF信号。半导体晶片被支撑于静电卡盘的顶表面上。在半导体晶片上形成自偏置DC电压。震荡振动电极以产生可变电容，振动电极位于静电卡盘内，在连接到振动电极的传感器电路中形成电流。测量传感器电路中的跨越取样电阻的输出电压并且向振动电极施加第二DC电势以抵消该输出电压。该第二DC电势等于该半导体晶片上的自偏置DC电压。

震荡该振动电极能包括以介于小于约10Hz和大于约100Hz之间的频率震荡该振动电极。振动电极能包括以介于小于约0.05mm和大于约3.0mm之间的幅值震荡该振动电极。

振动电极与静电卡盘的顶表面能由非导电层分隔开。振动电极与静电卡盘的顶表面能由陶瓷层分隔开。

振动电极能位于静电卡盘的顶表面的支撑半导体晶片的部分的下部。振动电极能基本上居中于静电卡盘的顶表面的支撑半导体晶片的部分的下部。

振动电极能位于静电卡盘的顶表面的非支撑半导体晶片的部分的下部。静电卡盘能包括边缘环并且振动电极能位于边缘环的部分下部。

另一种实施方式提供了测量等离子体室中半导体晶片上的自偏置DC电压的方法，其包括：在等离子体室中的顶电极和静电卡盘的顶表面的陶瓷层之间的区域产生等离子体，包括向顶电极和静电卡盘两者或者其中之一施加一个或多个RF信号。半导体晶片被支撑于静电卡盘的顶表面的陶瓷层上。在半导体晶片上形成自偏置DC电压。以介于小于约10Hz和大于约100Hz之间的频率震荡振动电极以产生可变电容，振动电极位于静电卡盘内并且振动电极与半导体晶片由陶瓷层分隔开。在连接到振动电极的传感器电路中形成电流。测量传感器电路中的跨越取样电阻的输出电压。向振动电极施加第二DC电势以抵消该输出电压，该第二DC电势等于该半导体晶片上的自偏置DC电压。

然而，另一种实施方式提供了测量等离子体室中半导体晶片上的自偏置DC电压的系统。该等离子体室包括：顶电极、用于支撑半导体晶片的静电卡盘和静电卡盘内的振动电极。该系统还包括耦合到顶电极和静电卡盘中的至少一个上的至少一个RF源、连接到振动电极的检测电路、处理气体源和耦合到该至少一个RF源和该等离子体室的控制器。

从下面的详细描述中，结合附图，以举例的方式说明本发明的原理，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述将容易地理解本发明。

图1是根据本发明的实施方式的等离子体室系统的方框图。

图2A是根据本发明的实施方式的等离子体室中的偏置电压检测电路的方框图。