[发明专利]等离子体处理装置及其基片直流偏置电压测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种监控基片表面直流偏置电压的技术领域。

背景技术

在等离子体处理工艺过程中，常采用静电卡盘（Electro Static Chuck，简称ESC）来固定、支撑及传送基片(Wafer)等待加工件。静电卡盘设置于反应腔室中，其采用静电引力的方式，而非机械方式来固定基片，可减少对基片可能的机械损失，并且使静电卡盘与基片完全接触，有利于热传导。反应过程中，向反应腔室通入反应气体，并对反应腔施加射频功率，通常射频功率施加到静电卡盘下方的导体基座上，射频功率主要包括射频源功率和射频偏置功率，射频源功率和射频偏置功率共同作用，将反应气体电离生成等离子体，等离子体与基片进行等离子体反应，完成对基片的工艺处理。在这一过程中，由于等离子体的特性及反应腔内的一些参数条件，基片表面会产生直流偏置电压，该直流偏压的大小代表等离子体的一些状态，直流偏压的大小发生变化意味着反应腔内的等离子体状态发生变化，因此需要对其进行监控。

正常状态下，射频功率源和射频偏置功率源的输出恒定，基片表面的直流偏置电压相对较稳定，可以直接对其进行信号采集，实现对基片表面直流偏置电压的监控。然而在某些应用中，需要设置射频功率源或者射频偏置功率源的输出为脉冲输出，所述基片表面的直流偏置电压会随着射频源功率或射频偏置功率的输出大小改变而发生变化，为了实现对直流偏置电压的监控，等离子体反应装置需要增大对直流偏置电压的采样频率，对于需要以年为单位记录数据的设备来说势必会浪费很大的数据空间，同时增加了监控难度。给现有的等离子体处理装置增加负担。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体处理装置，包括一真空反应腔，所述真空反应腔下方设置一支撑基片的静电卡盘，所述静电卡盘下方设置一基座，所述基座同时作为所述真空反应腔的下电极，所述下电极连接射频功率源，所述射频功率源输出脉冲功率，所述基片下方设置一直流偏置电压探测针，所述探测针连接一时钟触发开关，所述时钟触发开关的后端分别连接高电平积分电路和低电平积分电路。

优选的，所述射频功率包括射频源功率与射频偏置功率，所述射频源功率或射频偏置功率至少一个输出脉冲功率。

优选的，所述射频功率的脉冲频率和所述时钟触发开关的时钟频率相同。

优选的，所述射频源功率的输出为脉冲信号，所述脉冲信号作为所述时钟触发开关的时钟信号，所述射频功率的输出脉冲信号为上升沿时，所述时钟触发开关与后端的低电平积分电路相连，所述输出信号为下降沿时，所述时钟触发开关与后端的高电平积分电路相连。

优选的，所述射频偏置功率的输出为脉冲信号时，所述脉冲信号作为所述时钟触发开关的时钟信号，所述射频功率的输出脉冲信号为上升沿时，所述时钟触发开关与后端的高电平积分电路相连，所述输出信号为下降沿时，所述时钟触发开关与后端的低电平积分电路相连。

优选的，所述射频源功率和所述射频偏置功率的输出均为脉冲信号时，所述脉冲信号作为所述时钟触发开关的时钟信号，所述射频功率的输出脉冲信号为上升沿时，所述时钟触发开关与后端的高电平积分电路相连，所述输出信号为下降沿时，所述时钟触发开关与后端的低电平积分电路相连。

优选的，所述射频偏置功率的频率范围为400KHz至13.56MHz，所述射频源功率的频率范围为27MHz至120MHz。

优选的，所述射频偏置功率和所述射频源功率的脉冲频率范围为50Hz至10KHz，占空比范围为10%至90%。

进一步的，本发明还公开了一种测量等离子体处理装置内基片表面直流偏置电压的方法，包括下列步骤：将一探测直流偏置电压的探测针放置在所述基片表面，所述探测针后端连接一时钟触发开关，所述时钟触发开关后端分别连接一高电平积分电路和一低电平积分电路；调节所述射频功率的输出脉冲信号频率；将所述脉冲输出信号频率作为所述时钟触发开关的调节频率，当所述射频功率的输出脉冲信号为上升沿或者下降沿时，所述时钟触发开关分别连接到所述高电平积分电路或者低电平积分电路，所述高电平积分电路或者低电平积分电路分别对所述探测针探测到的直流偏置电压的高电平脉冲和低电平脉冲进行积分，得到直流偏置电压在高电平时的平均值和低电平时的平均值，再分别对其进行信号采集，实现对基片表面直流偏置电压的监测。

优选的，对所述直流偏置电压在高电平时的平均值和低电平时的平均值的采样时间间隔大于等于0.1s。