直流偏壓測量系統(tǒng)及方法與吸著力調(diào)整系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種靜電夾盤中的直流偏壓測量系統(tǒng)及方法與吸著力調(diào)整系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電夾盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)通過提供一個與晶圓的直流電壓差來吸著晶圓，并提供良好的熱傳遞。
[0003]以圖1所示的等離子體處理裝置為例，靜電夾盤10通常設(shè)置在裝置的反應(yīng)腔40內(nèi)的底部；在反應(yīng)腔40的頂部設(shè)置有噴淋頭30 (Shower Head)或類似裝置來將工藝氣體導(dǎo)入反應(yīng)腔40內(nèi)；在靜電夾盤10所設(shè)一個連接射頻電源RF的下電極11，與反應(yīng)腔40頂部所設(shè)一個接地的上電極之間，形成射頻電場來激發(fā)出工藝氣體所對應(yīng)的等離子體，對置于靜電夾盤10上的晶圓20進(jìn)行蝕刻或其他處理。
[0004]在處理過程中，靜電夾盤10通過設(shè)置在其頂部介電層內(nèi)的直流電極12連接到直流電源，來產(chǎn)生吸著晶圓的直流電壓Vhv,該直流電壓較高，通常大于700V甚至能達(dá)到2000V-3000V。在設(shè)置該直流電壓數(shù)值時，需要考慮以下的要求:如果直流電壓過小，將導(dǎo)致吸著力不足，工藝過程中晶圓20就可能會被冷卻用的氦氣(He)背壓吹走。如果直流電壓過大，就會在晶圓20 (特別是有絕緣層的晶圓，氧化硅層或者涂有光刻膠的晶圓)上留下過多的殘余電荷，導(dǎo)致工藝結(jié)束后不能及時解吸釋放(de-chuck)晶圓20致使其在被抓取時破裂，甚至使得晶圓20上加工形成的半導(dǎo)體器件出現(xiàn)潛在等離子體損傷(PID)現(xiàn)象。
[0005]另一方面，由于反應(yīng)腔40內(nèi)存在的等離子體，會在晶圓20上產(chǎn)生直流偏壓Vdc(或稱自偏壓)。而為了保證吸著力的穩(wěn)定，往往需要對晶圓20上的直流偏壓Vdc進(jìn)行估算或者測量后，反饋到靜電夾盤10的直流電源里，以調(diào)整直流電壓^的輸出。
[0006]傳統(tǒng)的直流偏壓Vdc測量方法是:測量射頻電源RF的電壓Vpp，通過一定的經(jīng)驗公式Vdc=F (Vpp)計算得到直流偏壓Vdc。然而，這種基于經(jīng)驗公式的傳統(tǒng)測量方法得到的是一種近似結(jié)果，在射頻功率跨度很大時(100W-10000W范圍)，往往很難精確測量。所以現(xiàn)有的Vdc測量方法無法實現(xiàn)需要精確控制Vdc的特定加工工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種靜電夾盤中的直流偏壓測量系統(tǒng)及方法與吸著力調(diào)整系統(tǒng)及方法，基于直流電源的漏電流來獲得實時的直流偏壓，從而實現(xiàn)對晶圓的吸著力的精確控制。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一個技術(shù)方案是提供一種直流偏壓測量方法，其中包含以下過程:
控制直流電源向靜電夾盤中的電極供電，提供將靜電夾盤上的晶圓順利吸著的直流電壓Vhv，檢測穩(wěn)定狀態(tài)下所述直流電源的漏電流I數(shù)值；
根據(jù)所述漏電流I，并獲取所述直流電源的直流電壓Vhv的數(shù)值，及靜電夾盤所在等離子體處理裝置的系統(tǒng)電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vde2)/R，求取晶圓上存在的第二直流偏壓值Vdc2。
[0009]優(yōu)選地，在所述的直流偏壓測量方法中，還包含以下過程:
獲取靜電夾盤的射頻電源RF的電壓Vpp ;
根據(jù)晶圓直流偏壓與所述射頻電源RF的電壓Vpp之間的經(jīng)驗公式Vde !=F(Vpp)，來求取晶圓上存在的第一直流偏壓值Vd。1；
再將第一直流偏壓值Vd。i反饋給直流電源，用以控制直流電源輸出的初始直流電壓
Vhv ο
[0010]優(yōu)選地，通過直流電源根據(jù)所述第一直流偏壓值vd。饋所產(chǎn)生的直流電壓V HV，其向晶圓提供的實際吸著力大于吸著晶圓所需的必要吸著力，以保證晶圓被順利吸著。
[0011]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)電阻值R是直流電源的等效內(nèi)阻與靜電夾盤及晶圓的等效阻抗串聯(lián)后的阻值；或者，所述系統(tǒng)電阻值R是將直流電源的等效內(nèi)阻、靜電夾盤及晶圓的等效阻抗、等離子體處理裝置反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體的等效阻抗串聯(lián)后的阻值。
[0012]優(yōu)選地，將所述第二直流偏壓值Vd。2反饋給直流電源，用以調(diào)整直流電源提供的直流電壓^的數(shù)值，當(dāng)檢測到漏電流I數(shù)值為給定電流值I’時完成實現(xiàn)對晶圓的吸著力的調(diào)整。
[0013]本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是提供一種直流偏壓測量系統(tǒng)，其中包含:
射頻電壓讀取單元，其從靜電夾盤的射頻電源RF處，獲取該射頻電源RF輸出的電壓
Vpp ；
第一運算器，其接收所述射頻電壓讀取單元獲得的電壓Vpp，基于經(jīng)驗公式Vdc ^F(Vpp)，計算得到在靜電夾盤吸著的晶圓上存在的第一直流偏壓值Vd。:并反饋給直流電源；
直流電壓讀取單元，其從直流電源處獲取用以吸著晶圓的直流電壓Vhv;
漏電流檢測單元，其連接至所述直流電源進(jìn)行檢測得到漏電流I ;
第二運算器，其分別接收所述直流電壓讀取單元獲得的直流電壓Vhv，，和所述漏電流檢測單元測得的漏電流I，并根據(jù)靜電夾盤所在等離子體處理裝置的系統(tǒng)電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2) /R計算得到當(dāng)前晶圓上存在的第二直流偏壓值Vd。2。
[0014]本發(fā)明的第三個技術(shù)方案是提供一種吸著力調(diào)整方法，包含以下過程:
步驟1、控制直流電源向靜電夾盤中的電極供電，提供將靜電夾盤上的晶圓順利吸著的直流電壓VJt，檢測穩(wěn)定狀態(tài)下所述直流電源的漏電流I ;
步驟2、將漏電流I的數(shù)值與靜電夾盤所在等離子體處理裝置的給定電流值I’進(jìn)行比較，若漏電流I與給定電流值I’ 一致，進(jìn)行步驟5 ;若漏電流I與給定電流值I’不一致，進(jìn)行步驟3 ；
步驟3、直流電源對其提供的直流電壓％￥的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而使所述直流電源的漏電流I隨之調(diào)整；
步驟4、檢測穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)整后漏電流I的數(shù)值，將調(diào)整后漏電流I的數(shù)值與給定電流值I’進(jìn)行比較，若調(diào)整后漏電流I的數(shù)值與給定電流值I’ 一致，進(jìn)行步驟5 ;若調(diào)整后漏電流I的數(shù)值與給定電流值I’不一致，再次執(zhí)行步驟3 ;
步驟5、根據(jù)與給定電流值I’數(shù)值一致的漏電流I，并獲取所述直流電源的直流電壓Vhv，及等離子體處理裝置的系統(tǒng)電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2’)/R，求取晶圓上存在的第二直流偏壓值的給定值Vd。2’。
[0015]優(yōu)選地，所述的吸著力調(diào)整方法中，還包含以下過程:
獲取靜電夾盤的射頻電源RF的電壓Vpp ;
根據(jù)晶圓直流偏壓與所述射頻電源RF的電壓Vpp之間的經(jīng)驗公式Vde !=F(Vpp)，來求取晶圓上存在的第一直流偏壓值Vd。1；
再將第一直流偏壓值Vd。i反饋給直流電源，用以產(chǎn)生保證晶圓被順利吸著的直流電壓
Vhv ο
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)漏電流I及直流電壓％￥在直流電源上電時或在每次調(diào)整后的數(shù)值，及系統(tǒng)電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2) /R，求取晶圓上實時存在的第二直流偏壓值
Vdc 2°
[0017]優(yōu)選地，步驟3中，若漏電流I小于給定電流值，直流電源通過增大直流電壓^的數(shù)值，來增大漏電流I;
若漏電流I大于給定電流值，則直流電源通過減小直流電壓Vhv的數(shù)值，來減小漏電流
1
[0018]本發(fā)明的第四個技術(shù)方案是提供一種吸著力調(diào)整系統(tǒng)，其中包含:
射頻電壓讀取單元，其從靜電夾盤的射頻電源RF處，獲取該射頻電源RF輸出的電壓
Vpp ；
第一運算器，其接收所述射頻電壓讀取單元獲得的電壓Vpp，基于經(jīng)驗公式Vdc ^F(Vpp)，計算得到在靜電夾盤吸著的晶圓上存在的第一直流偏壓值Vd。:并反饋給直流電源；
直流電壓讀取單元，其從直流電源處獲取用以吸著晶圓的直流電壓Vhv;
漏電流檢測單元，其連接至所述直流電源進(jìn)行檢測得到漏電流I ;
給定電流讀取單元，其用以獲取靜電夾盤所在等離子體處理裝置的給定電流值I’ ；漏電流比對單元，其從漏電流檢測單元和給定電流讀取單元，分別接收漏電流I和給定電流值I’進(jìn)行數(shù)值比對；
第二運算器，在漏電流比對單元的電流比對結(jié)果不一致時，所述第二運算器接收所述漏電流檢測單元測得的漏電流I，還接收所述直流電壓讀取單元獲得的直流電壓Vhv，并根據(jù)等離子體處理裝置的系統(tǒng)電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2) /R計算得到晶圓上當(dāng)前的第二直流偏壓值Vd。2，并將所述第二直流偏壓值Vd。2反饋給直流電源，用以調(diào)整直流電源提供的直流電壓％￥的數(shù)值，實現(xiàn)對晶圓的吸著力的調(diào)整；
在漏電流比