定离子电流补偿I。，其预期会使方程3对于尚未测量的第S斜率为真。因此，可 W估计离子电流Ii，预计其对应于窄IEDF宽度。该些仅是能够确定窄IEDF宽度的很多方 式中的两种，并且可W发现对应的离子电流补偿I。和/或对应的离子电流II。
[0152]对离子电流补偿I。的调整3012可W包含增大或减小离子电流补偿I并且因此 对每次调整的步长没有限制。在一些实施例中，方程3中的函数f的符号可W用于确定增 大还是减小离子电流补偿。如果符号为负，则可W减小离子电流补偿I。，而正符号可W指示 需要增大离子电流补偿le。
[0153] 一旦识别出等于离子电流Ii(或者，在替代方案中，根据方程2而与Ii相关）的 离子电流补偿I。，方法3000可W前进到其它设定点操作（见图31)或远程腔和源监测操作 (见图32-41)。其它设定点操作可W包括设定离子能量（同样见图46)和离子能量的分布 或IEDF宽度（同样见图47)。源和腔监测可W包括监测等离子体密度、电源异常、等离子体 电弧等。
[0154] 此外，方法3000可W任选地循环返回采样3004,W连续（或在替代方式中，周期性 地）更新离子电流补偿I。。例如，给定当前离子电流补偿I。，可W周期性地执行采样3004、 计算3006、决定3010和调整3012,W确保继续满足方程3。同时，如果满足方程3的离子电 流补偿I。被更新，则同样可W更新离子电流II并且可W存储3014更新的值。
[0155]尽管方法3000可W发现并设定离子电流补偿leW使其等于离子电流11，或者在替 代方案中，W满足方程2,但是可W在不将离子电流I。设定成该值的情况下（或在替代方案 中，在此之前）确定获得窄IEDF宽度所需的离子电流补偿I。的值。例如，通过在第一周期 施加第一离子电流补偿lei并测量脉冲之间的电压的第一斜率dVw/dt，并且通过在第二周 期施加第二离子电流补偿并测量脉冲之间的电压的第二斜率dVw/dt，可W确定与第S 离子电流补偿相关联的第S斜率dVw/dt，预计第S斜率dVw/化使方程3为真。第S离 子电流补偿Ic3可W是在施加时会产生窄IEDF宽度的离子电流补偿。因此，可W仅利用离 子电流补偿的单次调整来确定满足方程3并且因此对应于离子电流Ii的离子电流补偿Ie。 方法3000然后能够前进到图31和/或图32-41所描述的方法，而始终无需将离子电流I。 设定成由于获得窄IEDF宽度所需的值。可W执行该种实施例W提高调谐速度。
[0156] 图31示出了用于设定IEDF宽度和离子能量的方法。方法起源于图30中所示的 方法3000,并且可W使用左侧路径3100 (也被称为IEDF分支）或右侧路径3101 (也被称为 离子能量分支）中的任一个，该需要分别设定IEDF宽度和离子能量。离子能量eV与电压 阶跃AV或图14的修正周期性电压函数1400的第S部分1406成比例。可W将离子能量 eV与电压阶跃AV之间的关系写成方程4 ;
[0157]
【主权项】
1. 一种用于监测等离子体处理腔的系统，所述系统包括： 被配置为包含等离子体的等离子体处理腔； 衬底支撑件，其被置于所述等离子体处理腔内并且被设置为支撑衬底； 离子能量控制部分，所述离子能量控制部分响应于指示所述衬底的表面处的期望的离 子能量分布的至少一个离子能量分布设定而提供至少一个离子能量控制信号； 耦合到所述衬底支撑件和所述离子能量控制部分的开关模式电源，所述开关模式电源 包括被配置为向所述衬底施加作为周期性电压函数的功率的一个或多个开关部件； 耦合到所述衬底支撑件的离子电流补偿部件，所述离子电流补偿部件将离子补偿电流 添加到所述周期性电压函数，以形成修正周期性电压函数；以及 耦合到所述衬底支撑件的控制器，所述控制器根据所述离子补偿电流来确定所述等离 子体处理腔中的离子电流并且将所述离子电流与参考电流波形进行比较。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器将所述修正周期性电压函数与参考 电压波形进行比较。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器在所述等离子体处理腔内部无探头 的情况下识别所述等离子体处理腔的操作特性。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器在所述等离子体处理腔内部无探头 的情况下识别等离子体源的操作特性，所述等离子体源被配置为点燃并维持所述等离子 体。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还被配置为基于所述离子电流来确 定鞘层电容。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器还被配置为确定从由以下项构成的 组中选择的其它等离子体参数：Debye鞘层距离、等离子体密度、所述等离子体中的离子的 有效质量、以及所述等离子体中的离子的离子能量。
7. -种用于监测等离子体处理腔和相关联的系统的系统，所述系统包括： 电气节点，其被配置为用于耦合到所述等离子体处理腔的衬底支撑件并且用于向所述 衬底支撑件提供修正周期性电压函数，其中，所述修正周期性电压函数包括由离子补偿电 流所修正的周期性电压函数； 被配置为向所述电气节点提供所述周期性电压函数的开关模式电源； 被配置为向所述电气节点提供所述离子补偿电流的离子电流补偿部件； 控制器，其被配置为对所述电气节点处的电压进行两次或更多次采样并且基于在所述 电气节点处采样的所述电压来确定所述等离子体处理腔中的离子电流。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述修正周期性电压函数的连续周期实质上相 同。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述修正周期性电压函数包括脉冲、以及所述脉 冲之间的部分，并且其中，电压阶跃AV对应于所述等离子体处理腔中的离子能量，并且所 述脉冲之间的所述部分的斜率对应于所述等离子体中的离子的离子能量分布函数。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被配置为以高到足以分辨所述脉 冲、以及所述脉冲之间的所述部分的采样率来进行采样。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述采样是在大于400kHz的采样率下进行的。
12. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器确定所述脉冲之间的所述部分的斜 率。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器确定所述斜率的标准偏差。
14. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述控制器针对所述修正周期性电压函数的每 个周期确定所述电压阶跃AV。
15. -种用于监测等离子体处理腔和相关联的系统的方法，所述方法包括： 向所述等离子体处理腔的衬底支撑件提供修正周期性电压函数； 对所述修正周期性电压函数的至少一部分进行采样以产生电压数据； 将所述电压数据与参考波形的至少一部分进行比较；以及 基于所述比较，识别所述电压数据与所述参考波形的所述至少一部分之间的至少一个 差别，以表征所述等离子体处理腔和相关联的系统的操作。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括： 对所述修正周期性电压函数的至少一部分进行采样以产生电流数据； 将所述电流数据与所述参考波形的至少一部分进行比较；以及 基于所述比较，识别所述修正周期性电压函数的所述至少一部分与所述参考波形的所 述至少一部分之间的至少一个差别，用以表征所述等离子体处理腔、等离子体源或等离子 体偏置电源的操作。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较包括将第一时间段处的所述修正周 期性电压函数与第二时间段处的所述修正周期性电压函数进行比较。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述参考波形的所述部分是所述参考波形的 第二部分。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述波形的所述部分是所述参考波形的第四 部分。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中，所述比较包含对所述修正周期性电压函数的 至少两个周期之间的所述第四部分的斜率的比较。
21. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较考察所述波形随时间的变化。
22. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较考察所述修正周期性电压函数的所 述部分的标准偏差。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，所述比较考察所述偏差在给定周期中的位置。
24. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较考察电压阶跃AV。
25. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较包含将作为时间的函数的采样电压 转换到频域中。
26. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较考察所述修正周期性波形中的非线 性。
27. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述比较包括将所述离子补偿电流转换成离 子电流以及随时间推移而比较所述离子电流。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述比较考察所述离子电流中的作为工艺参 数的函数的变化。
29. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述比较考察所述离子电流的平均值的增大。
30. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述相关联的系统包括源电极和提供功率来 点燃并维持所述等离子体的电气系统。
31. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述参考波形是从前一时间段处的所述修正 周期性电压函数中获取的。
32. 根据权利要求15所述的方法，其中，执行所述识别以表征所述等离子体处理腔和 相关联的系统的操作中的故障或异常。
33. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述修正周期性电压函数包括： 周期性电压函数；以及 离子补偿电流。
【专利摘要】本发明公开了用于调节等离子体腔中的离子能量并且将衬底夹紧到衬底支撑件的系统、方法和设备。示例性方法包括：将衬底放置在等离子体腔中；在等离子体腔中形成等离子体；可控地切换至衬底的功率以向衬底施加周期性电压函数(或修正周期性电压函数)；以及响应于衬底表面的离子的限定的能量分布而在周期性电压函数的多个周期上调制周期性电压函数，以在时间平均的基础上实现限定的离子能量分布。
【IPC分类】H01L21-66
【公开号】CN104769707
【申请号】CN201380056048
【发明人】D·卡特, V·布劳克, D·J·霍夫曼
【申请人】先进能源工业公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2013年8月26日
【公告号】US20140062495, WO2014035889A1