直流偏壓測量系統及方法與吸著力調整系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種靜電夾盤中的直流偏壓測量系統及方法與吸著力調整系統及方法。
【背景技術】
[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通常設置在裝置的反應腔40內的底部；在反應腔40的頂部設置有噴淋頭30 (Shower Head)或類似裝置來將工藝氣體導入反應腔40內；在靜電夾盤10所設一個連接射頻電源RF的下電極11，與反應腔40頂部所設一個接地的上電極之間，形成射頻電場來激發出工藝氣體所對應的等離子體，對置于靜電夾盤10上的晶圓20進行蝕刻或其他處理。
[0004]在處理過程中，靜電夾盤10通過設置在其頂部介電層內的直流電極12連接到直流電源，來產生吸著晶圓的直流電壓Vhv,該直流電壓較高，通常大于700V甚至能達到2000V-3000V。在設置該直流電壓數值時，需要考慮以下的要求:如果直流電壓過小，將導致吸著力不足，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，導致工藝結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上加工形成的半導體器件出現潛在等離子體損傷(PID)現象。
[0005]另一方面，由于反應腔40內存在的等離子體，會在晶圓20上產生直流偏壓Vdc(或稱自偏壓)。而為了保證吸著力的穩定，往往需要對晶圓20上的直流偏壓Vdc進行估算或者測量后，反饋到靜電夾盤10的直流電源里，以調整直流電壓^的輸出。
[0006]傳統的直流偏壓Vdc測量方法是:測量射頻電源RF的電壓Vpp，通過一定的經驗公式Vdc=F (Vpp)計算得到直流偏壓Vdc。然而，這種基于經驗公式的傳統測量方法得到的是一種近似結果，在射頻功率跨度很大時(100W-10000W范圍)，往往很難精確測量。所以現有的Vdc測量方法無法實現需要精確控制Vdc的特定加工工藝。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種靜電夾盤中的直流偏壓測量系統及方法與吸著力調整系統及方法，基于直流電源的漏電流來獲得實時的直流偏壓，從而實現對晶圓的吸著力的精確控制。
[0008]為了達到上述目的，本發明的第一個技術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，檢測穩定狀態下所述直流電源的漏電流I數值；
根據所述漏電流I，并獲取所述直流電源的直流電壓Vhv的數值，及靜電夾盤所在等離子體處理裝置的系統電阻值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 ;
根據晶圓直流偏壓與所述射頻電源RF的電壓Vpp之間的經驗公式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]優選地，通過直流電源根據所述第一直流偏壓值vd。饋所產生的直流電壓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]優選地，所述系統電阻值R是直流電源的等效內阻與靜電夾盤及晶圓的等效阻抗串聯后的阻值；或者，所述系統電阻值R是將直流電源的等效內阻、靜電夾盤及晶圓的等效阻抗、等離子體處理裝置反應腔內的等離子體的等效阻抗串聯后的阻值。
[0012]優選地，將所述第二直流偏壓值Vd。2反饋給直流電源，用以調整直流電源提供的直流電壓^的數值，當檢測到漏電流I數值為給定電流值I’時完成實現對晶圓的吸著力的調整。
[0013]本發明的第二個技術方案是提供一種直流偏壓測量系統，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，并根據靜電夾盤所在等離子體處理裝置的系統電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2) /R計算得到當前晶圓上存在的第二直流偏壓值Vd。2。
[0014]本發明的第三個技術方案是提供一種吸著力調整方法，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，檢測穩定狀態下所述直流電源的漏電流I ;
步驟2、將漏電流I的數值與靜電夾盤所在等離子體處理裝置的給定電流值I’進行比較，若漏電流I與給定電流值I’ 一致，進行步驟5 ;若漏電流I與給定電流值I’不一致，進行步驟3 ；
步驟3、直流電源對其提供的直流電壓％￥的數值進行調整，進而使所述直流電源的漏電流I隨之調整；
步驟4、檢測穩定狀態下調整后漏電流I的數值，將調整后漏電流I的數值與給定電流值I’進行比較，若調整后漏電流I的數值與給定電流值I’ 一致，進行步驟5 ;若調整后漏電流I的數值與給定電流值I’不一致，再次執行步驟3 ;
步驟5、根據與給定電流值I’數值一致的漏電流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]優選地，所述的吸著力調整方法中，還包含以下過程:
獲取靜電夾盤的射頻電源RF的電壓Vpp ;
根據晶圓直流偏壓與所述射頻電源RF的電壓Vpp之間的經驗公式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，用以產生保證晶圓被順利吸著的直流電壓
Vhv ο
[0016]優選地，根據漏電流I及直流電壓％￥在直流電源上電時或在每次調整后的數值，及系統電阻值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的數值，來減小漏電流
1
[0018]本發明的第四個技術方案是提供一種吸著力調整系統，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’進行數值比對；
第二運算器，在漏電流比對單元的電流比對結果不一致時，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，并根據等離子體處理裝置的系統電阻值R，基于歐姆定律I= (VHV-Vdc 2) /R計算得到晶圓上當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，用以調整直流電源提供的直流電壓％￥的數值，實現對晶圓的吸著力的調整；
在漏電流比