[发明专利]用于分析等离子体处理的装置中的两阶段离子电流测量

说明书

一种操作装置以获得等离子体处理系统中的离子能量分布测量的方法，其包括提供用于放置在等离子体处理系统中并暴露于等离子体的衬底，衬底具有设置在其中的离子能量分析器，所述离子能量分析器用于在等离子体处理期间测量衬底表面的离子能量分布，分析器包括多个导电栅极和收集电极，每个栅极由绝缘层隔开；在衬底内提供高电压生成电路，所述高电压生成电路配置为获取电池的输出电压以向高电压生成电路供电，并且将电压施加到多个导电栅极中的第一栅极；提供高电压开关以及与高电压开关并联的电阻器，所述高电压开关配置为将第一栅极放电至装置的浮地。

技术领域

本申请涉及一种用于在等离子体处理期间测量到达衬底或表面的入射带电粒子电流密度和能量分布的装置。

背景技术

等离子体处理普遍使用在现代工业中，其具有广泛的应用。众所周知的实例是半导体工业中集成电路的制造。等离子体处理还用于太阳能板、平板显示器、薄膜涂层和医疗装置等的生产。

到达衬底表面的离子的电流密度(离子通量)和能量分布强烈影响基于等离子体处理的性能。在半导体制造中，衬底是硅晶圆，而在其他工业中，衬底可以是玻璃面板或各种替代物。在本发明中，晶圆和衬底可以互换使用，但应理解为指在等离子体处理中使用的任何类型的衬底。在整个过程中，衬底表面受到等离子体物质(包括高能离子)的轰击，以去除(蚀刻)和/或沉积材料的层，从而在工件表面形成结构或特征。离子冲击可直接驱动蚀刻和沉积，或可用于激活表面，以使更多反应性的等离子体物质进行工作。例如，在半导体工业中的特征的等离子体蚀刻中，离子通量和相关的(IED)确定了重要参数，如蚀刻速率、蚀刻选择性和蚀刻各向异性。因此，IED是测量、理解和控制以确保最佳处理性能的关键的等离子体参数。

欧洲申请No 21193805.5描述了一种用于在等离子体处理系统中获得离子能量分布测量的装置，所述装置包括用于放置在等离子体处理系统中的衬底；设置在衬底中用于在等离子体处理期间测量衬底表面的离子能量分布的离子能量分析器，分析器包括第一导电栅极、第二导电栅极、第三导电栅极、第四导电栅极以及收集电极，每个栅极由绝缘层隔开；集成在衬底中的电池电源和电池管理器，用于向离子能量分析器的每个栅极和集电极提供和控制电压；以及衬底内的高电压生成电路，高电压生成电路包括向电压倍增器馈电的高电压脉冲发生器，其中高电压生成电路配置为获取电池管理器的输出电压并向第三导电栅极提供电压扫描。

欧洲申请No 21193805.5的高电压生成电路可以配置为产生下降电压扫描，并且离子能量分析器配置为在电压扫描下降时对离子电流进行采样。

EP3971942涉及用于在等离子体处理系统中获得离子能量分布(IED)测量的装置，所述装置包括用于放置在等离子体处理系统中并暴露于等离子体的衬底；设置在衬底中用于在等离子体处理期间测量衬底表面的离子能量分布的离子能量分析器，分析器包括第一导电栅极G₀、第二导电栅极G₁、第三导电栅极G₂、第四导电栅极G₃以及收集电极C，每个栅极由绝缘层隔开；集成在衬底中的电池电源和电池管理器，用于向离子能量分析器的每个栅极和集电极提供和控制电压；以及衬底内的高电压生成电路，其中高电压生成电路获取电池管理器的输出电压并向第三导电栅极提供电压扫描。

使用基于高电压生成电路的快速充电和缓慢放电的下降电压扫描的优点在于，与将电压从零逐渐增加到最大值的连续模式相比，其需要更少的功率。然而，使用这种下降电压扫描也存在潜在的问题，而本申请解决了这些问题。

发明内容