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
【技术领域】
[0001] 本公开内容总体上设及等离子体处理。具体地、但并非限制地，本发明设及用于等 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】
[0002] 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W向导电衬底施加相对于地的负电压，W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。
[0003] 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W向导 电板（或吸盘（chuck))施加AC电压（例，如高频），W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，该导致离 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一一 实现蚀刻。
[0004] 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，该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W控制的，并且可能对等离子体密度造成不利影响。作为结 果，该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】
[0005] 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 充分地描述了该些和其它实施例。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W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。
[0006] 根据一个实施例，本发明可W被表现为用于建立一个或多个等离子体銷层电压 (sheathvoltage)的方法。方法可W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W禪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W包括由离子电流补偿I。修正的周期性电压函数。修正周期性电压函数 可W包括脉冲和脉冲之间的部分。同样，脉冲可W是周期性电压函数的函数，并且脉冲之间 的部分的斜率可W是离子电流补偿I。的函数。方法还可W包括获取有效电容值Ci，其至少 表示衬底支撑件的电容。方法最终可W识别离子电流补偿I。的值，该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脉冲之间的部分的斜率 dV。/化的函数。
[0007] 根据另一个实施例，本发明可W被描述为用于偏置等离子体W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W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W包括对修正周期性 电压函数的至少一个周期进行采样W产生电压数据点。方法还可W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W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。
[0008] 根据又一个实施例，本发明可W被表现为获得离子能量分布函数宽度的方法。方 法可W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W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W包括计算至少两个电压 的斜率作为dV/dt。同样，方法可W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W包括调整修正周期性电压函数，W使斜率接近参考斜率。
[0009] 本公开内容的另一个方面可W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W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 W修正脉冲之间的部分的斜率W形成修正周期性电压函数。修正周期性电压函数可W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W禪合到开关模式 电源和离子电流补偿部件。控制器还可W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。
[0010] 本公开内容的又一个方面可W被表现为非暂态有形计算机可读存储介质，其利用 处理器可读指令进行编码，W执行用于监测被配置为处理衬底的等离子体的离子电流的方 法。方法可W包括对被给定具有第一值的离子电流补偿的修正周期性电压函数进行采样， W及对被给定具有第二值的离子电流补偿的修正周期性电压函数进行采样。方法还可W包 括基于第一和第二采样来确定作为时间的函数的修正周期性电压函数的斜率。方法还基于 第一和第二采样来确定作为时间的函数的修正周期性电压函数的斜率。方法最后可W包括 基于斜率来计算离子电流补偿的第=值，在该值处，衬底上的恒定电压将在修正周期性电 压函数的至少一个周期内存在。
[0011] 在本文中更详细地描述了该些和其它实施例。
【附图说明】
[0012] 通过结合附图参考W下【具体实施方式】和所附权利要求，本发明的各种目的和优 点、W及对其的更透彻的理解是显而易见的并且更容易被领会，在附图中，若干示图中的相 同或相似的元件被指定了相同的附图标记，并且在附图中：
[0013] 图1示出了根据本发明的一种实施方式的等离子体处理系统的方框图；
[0014] 图2是描绘了图1中所描绘的开关模式功率系统的示例性实施例的方框图；
[0015] 图3是可W用于实现参考图2所描述的开关模式偏置电源的部件的示意性表示；
[0016] 图4是描绘了两个驱动信号波形的时序图；
[0017] 图5是操作开关模式偏置电源的单一模式的图解表示，该模式实现了集中在特定 离子能量处的离子能量分布；
[0018] 图6是描绘双模操作模式的曲线图，其中产生了离子能量分布中的两个单独的 峰；
[0019] 图7A和7B是描绘等离子体中进行的实际直接离子能量测量的曲线图；
[0020] 图8是描绘本发明的另一个实施例的方框图；
[0021] 图9A是描绘由正弦式调制函数调制的示例性周期性电压函数的曲线图；
[0022] 图9B是图9A中所描绘的周期性电压函数的部分的分解图；
[0023] 图9C在时间平均的基础上描绘了由周期性电压函数的正弦调制所产生的离子能 量分布；
[0024] 图9D描绘了在由正弦调制函数调制周期性电压函数时，在所获得的时间平均 IEDF的等离子体中进行的实际直接离子能量测量；
[0025] 图10A描绘了由银齿调制函数调制的周期性电压函数；
[0026] 图10B是图10A中所描绘的周期性电压函数的部分的分解图；
[0027] 图10C是在时间平均的基础上描绘了由图10A和10B中的周期性电压函数的正弦 调制所产生的离子能量分布的曲线图；
[002引图11是在右列示出IEDF函数并且在左列示出相关联的调制函数的曲线图；
[0029]图12是描绘了离子电流补偿部件对等离子体腔中的离子电流进行补偿的实施例 的方框图；
[0030] 图13是描绘了示例性离子电流补偿部件的示图；
[0031] 图14是描绘了图13中所描绘的节点Vo处的示例性电压的曲线图；
[003引图15A-15C是响应于补偿电流而出现在衬底或晶片的表面处的电压波形；
[0033] 图16是可W被实施为实现参考图13所描述的电流源的电流源的示例性实施例；
[0034] 图17A和17B是描绘本发明的其它实施例的方框图；
[0035] 图18是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0036] 图19是描绘本发明的再一个实施例的方框图；
[0037] 图20是可W结合参考图1-19所描述的实施例使用的输入参数和控制输出的方框 图；
[0038] 图21是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0039] 图22是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0040] 图23是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0041] 图24是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0042] 图25是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0043] 图26是描绘本发明的又一个实施例的方框图；
[0044] 图27是示出本发明的又一个实施例的方框图；
[0045] 图28示出了根据本公开内容的实施例的方法；
[0046] 图29示出了根据本公开内容的实施例的另一种方法；
[0047] 图30示出了对影响衬底表面的离子的离子能量分布进行控制的方法的一个实施 例；
[004引图31示出了用于设定IEDF和离子能量的方法；
[0049] 图32示出了根据本公开内容的一个实施例的被输送到衬底支撑件的两个修正周 期性电压函数波形；
[0050] 图33示出了可W指示等离子体源不稳定性或等离子体密度的变化的离子电流波 形；
[0051] 图34示出了具有非周期形状的修正周期性电压函数波形的离子电流Ii;
[0052] 图35示出了可W指示偏置电源内的故障的修正周期性电压函数波形；
[0053] 图36示出了可W指示系统电容的动态变化的修正周期性电压函数波形；
[0054] 图37示出了可W指示等离子体密度的变化的修正周期性电压函数波形；
[0055] 图38示出了针对不同工艺区间（processrun)的离子电流的采样，其中离子电流 的漂移可W指示系统漂移；
[0056] 图39示出了针对不同工艺参数的离子电流的采样；
[0057] 图40示出了在腔中无等离子体的情况下监测到的两个偏置波形；
[0058] 图41示出了可W用于验证等离子体工艺的两个偏置波形；
[0059] 图42示出了显示电源电压与离子能量之间的关系的若干电源电压和离子能量曲 线；
[0060] 图43示出了对影响衬底表面的离子的离子能量分布进行控制的方法的一个实施 例；
[0061] 图44示出了在本文中所公开的系统中