[发明专利]用于监测开关模式离子能量分布系统的故障、异常和其它特性的系统和方法

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及等离子体处理。具体地、但并非限制地，本发明涉及用于等离子体辅助蚀刻、沉积和/或其它等离子体辅助工艺的方法和设备。

背景技术

很多类型的半导体器件是使用基于等离子体的蚀刻技术制造的。如果蚀刻的是导体，则可以向导电衬底施加相对于地的负电压，以跨衬底导体的表面产生大体上均匀的负电压，该负电压向导体吸引带正电的离子，并且因此，影响导体的正离子具有大体上相同的能量。

然而，如果衬底为电介质，不变的电压无法跨衬底表面设置电压。但是可以向导电板(或吸盘(chuck))施加AC电压(例，如高频)，以使AC电场在衬底表面上感生电压。在AC周期的正半周期间，衬底吸引电子，电子相对于正离子的质量而言较轻；因此在周期的正部分期间很多电子将被吸引到衬底的表面。作为结果，衬底的表面将带负电，这导致离子被吸引向带负电的表面。并且在离子影响衬底表面时，该影响从衬底表面去除材料——实现蚀刻。

在很多情况下，希望具有窄的离子能量分布，但是向衬底施加正弦波形感生出宽的离子能量分布，这限制了等离子体工艺完成所需蚀刻轮廓的能力。已知的实现窄离子能量分布的技术是昂贵、低效、难以控制的，并且可能对等离子体密度造成不利影响。作为结果，这些已知技术未得到商业应用。因此，需要一种系统和方法来解决目前技术的不足并且提供其它新的创造性的特征。

发明内容

下面总结了附图中所示的本公开内容的说明性实施例。在具体实施方式部分中更充分地描述了这些和其它实施例。然而，要理解，并非要将本发明限制于该发明内容或具体实施方式中所描述的形式。本领域的技术人员可以认识到，存在落在如权利要求所表示的本发明的精神和范围内的很多修改、等价方案和替代构造。

根据一个实施例，本发明可以被表现为用于建立一个或多个等离子体鞘层电压(sheath voltage)的方法。方法可以包括向等离子体腔的衬底支撑件提供修正周期性电压函数。衬底支撑件可以耦合到被配置为用于在等离子体中进行处理的衬底。同样，修正周期性电压函数可以包括由离子电流补偿I_C修正的周期性电压函数。修正周期性电压函数可以包括脉冲和脉冲之间的部分。同样，脉冲可以是周期性电压函数的函数，并且脉冲之间的部分的斜率可以是离子电流补偿I_C的函数。方法还可以包括获取有效电容值C₁，其至少表示衬底支撑件的电容。方法最终可以识别离子电流补偿I_C的值，这将获得到达衬底表面的离子的限定的离子能量分布函数，其中所述识别是有效电容C₁、脉冲之间的部分的斜率dV_O/dt的函数。

根据另一个实施例，本发明可以被描述为用于偏置等离子体以在等离子体处理腔内的衬底表面处获得限定的离子能量的方法。方法可以包括向衬底支撑件施加包括由离子电流补偿所修正的周期性电压函数的修正周期性电压函数。方法还可以包括对修正周期性电压函数的至少一个周期进行采样以产生电压数据点。方法还可以包括从电压数据点估计衬底表面处的第一离子能量的值。同样，方法可以包括调整修正周期性电压函数，直到第一离子能量等于限定的离子能量。

根据又一个实施例，本发明可以被表现为获得离子能量分布函数宽度的方法。方法可以包括向等离子体处理腔的衬底支撑件提供修正周期性电压函数。方法还可以包括在第一时间和第二时间从非正弦波形采样至少两个电压。方法还可以包括计算至少两个电压的斜率作为dV/dt。同样，方法可以包括将斜率与已知对应于离子能量分布函数宽度的参考斜率进行比较。最后，方法可以包括调整修正周期性电压函数，以使斜率接近参考斜率。

本公开内容的另一个方面可以被表现为包括电源、离子电流补偿部件和控制器的设备。电源可以提供具有脉冲和脉冲之间的部分的周期性电压函数。离子电流补偿部件可以修正脉冲之间的部分的斜率以形成修正周期性电压函数。修正周期性电压函数可以被配置为提供给衬底支撑件，用于在等离子体处理腔中进行处理。控制器可以耦合到开关模式电源和离子电流补偿部件。控制器还可以被配置为识别离子电流补偿的值，如果该值被提供给衬底支撑件，则会产生到达衬底表面的离子的限定的离子能量分布函数。