用于監測開關模式離子能量分布系統的故障、異常和其它特性的系統和方法
【技術領域】
[0001] 本公開內容總體上設及等離子體處理。具體地、但并非限制地，本發明設及用于等 離子體輔助蝕刻、沉積和/或其它等離子體輔助工藝的方法和設備。
【背景技術】
[0002] 很多類型的半導體器件是使用基于等離子體的蝕刻技術制造的。如果蝕刻的是導 體，則可W向導電襯底施加相對于地的負電壓，W跨襯底導體的表面產生大體上均勻的負 電壓，該負電壓向導體吸引帶正電的離子，并且因此，影響導體的正離子具有大體上相同的 能量。
[0003] 然而，如果襯底為電介質，不變的電壓無法跨襯底表面設置電壓。但是可W向導 電板（或吸盤（chuck))施加AC電壓（例，如高頻），W使AC電場在襯底表面上感生電壓。 在AC周期的正半周期間，襯底吸引電子，電子相對于正離子的質量而言較輕；因此在周期 的正部分期間很多電子將被吸引到襯底的表面。作為結果，襯底的表面將帶負電，該導致離 子被吸引向帶負電的表面。并且在離子影響襯底表面時，該影響從襯底表面去除材料一一 實現蝕刻。
[0004] 在很多情況下，希望具有窄的離子能量分布，但是向襯底施加正弦波形感生出寬 的離子能量分布，該限制了等離子體工藝完成所需蝕刻輪廓的能力。已知的實現窄離子能 量分布的技術是昂貴、低效、難W控制的，并且可能對等離子體密度造成不利影響。作為結 果，該些已知技術未得到商業應用。因此，需要一種系統和方法來解決目前技術的不足并且 提供其它新的創造性的特征。
【發明內容】
[0005] 下面總結了附圖中所示的本公開內容的說明性實施例。在【具體實施方式】部分中更 充分地描述了該些和其它實施例。然而，要理解，并非要將本發明限制于該
【發明內容】
或具體 實施方式中所描述的形式。本領域的技術人員可W認識到，存在落在如權利要求所表示的 本發明的精神和范圍內的很多修改、等價方案和替代構造。
[0006] 根據一個實施例，本發明可W被表現為用于建立一個或多個等離子體銷層電壓 (sheathvoltage)的方法。方法可W包括向等離子體腔的襯底支撐件提供修正周期性電壓 函數。襯底支撐件可W禪合到被配置為用于在等離子體中進行處理的襯底。同樣，修正周 期性電壓函數可W包括由離子電流補償I。修正的周期性電壓函數。修正周期性電壓函數 可W包括脈沖和脈沖之間的部分。同樣，脈沖可W是周期性電壓函數的函數，并且脈沖之間 的部分的斜率可W是離子電流補償I。的函數。方法還可W包括獲取有效電容值Ci，其至少 表示襯底支撐件的電容。方法最終可W識別離子電流補償I。的值，該將獲得到達襯底表面 的離子的限定的離子能量分布函數，其中所述識別是有效電容脈沖之間的部分的斜率 dV。/化的函數。
[0007] 根據另一個實施例，本發明可W被描述為用于偏置等離子體W在等離子體處理腔 內的襯底表面處獲得限定的離子能量的方法。方法可W包括向襯底支撐件施加包括由離子 電流補償所修正的周期性電壓函數的修正周期性電壓函數。方法還可W包括對修正周期性 電壓函數的至少一個周期進行采樣W產生電壓數據點。方法還可W包括從電壓數據點估計 襯底表面處的第一離子能量的值。同樣，方法可W包括調整修正周期性電壓函數，直到第一 離子能量等于限定的離子能量。
[0008] 根據又一個實施例，本發明可W被表現為獲得離子能量分布函數寬度的方法。方 法可W包括向等離子體處理腔的襯底支撐件提供修正周期性電壓函數。方法還可W包括在 第一時間和第二時間從非正弦波形采樣至少兩個電壓。方法還可W包括計算至少兩個電壓 的斜率作為dV/dt。同樣，方法可W包括將斜率與已知對應于離子能量分布函數寬度的參考 斜率進行比較。最后，方法可W包括調整修正周期性電壓函數，W使斜率接近參考斜率。
[0009] 本公開內容的另一個方面可W被表現為包括電源、離子電流補償部件和控制器的 設備。電源可W提供具有脈沖和脈沖之間的部分的周期性電壓函數。離子電流補償部件可 W修正脈沖之間的部分的斜率W形成修正周期性電壓函數。修正周期性電壓函數可W被配 置為提供給襯底支撐件，用于在等離子體處理腔中進行處理。控制器可W禪合到開關模式 電源和離子電流補償部件。控制器還可W被配置為識別離子電流補償的值，如果該值被提 供給襯底支撐件，則會產生到達襯底表面的離子的限定的離子能量分布函數。
[0010] 本公開內容的又一個方面可W被表現為非暫態有形計算機可讀存儲介質，其利用 處理器可讀指令進行編碼，W執行用于監測被配置為處理襯底的等離子體的離子電流的方 法。方法可W包括對被給定具有第一值的離子電流補償的修正周期性電壓函數進行采樣， W及對被給定具有第二值的離子電流補償的修正周期性電壓函數進行采樣。方法還可W包 括基于第一和第二采樣來確定作為時間的函數的修正周期性電壓函數的斜率。方法還基于 第一和第二采樣來確定作為時間的函數的修正周期性電壓函數的斜率。方法最后可W包括 基于斜率來計算離子電流補償的第=值，在該值處，襯底上的恒定電壓將在修正周期性電 壓函數的至少一個周期內存在。
[0011] 在本文中更詳細地描述了該些和其它實施例。
【附圖說明】
[0012] 通過結合附圖參考W下【具體實施方式】和所附權利要求，本發明的各種目的和優 點、W及對其的更透徹的理解是顯而易見的并且更容易被領會，在附圖中，若干示圖中的相 同或相似的元件被指定了相同的附圖標記，并且在附圖中：
[0013] 圖1示出了根據本發明的一種實施方式的等離子體處理系統的方框圖；
[0014] 圖2是描繪了圖1中所描繪的開關模式功率系統的示例性實施例的方框圖；
[0015] 圖3是可W用于實現參考圖2所描述的開關模式偏置電源的部件的示意性表示；
[0016] 圖4是描繪了兩個驅動信號波形的時序圖；
[0017] 圖5是操作開關模式偏置電源的單一模式的圖解表示，該模式實現了集中在特定 離子能量處的離子能量分布；
[0018] 圖6是描繪雙模操作模式的曲線圖，其中產生了離子能量分布中的兩個單獨的 峰；
[0019] 圖7A和7B是描繪等離子體中進行的實際直接離子能量測量的曲線圖；
[0020] 圖8是描繪本發明的另一個實施例的方框圖；
[0021] 圖9A是描繪由正弦式調制函數調制的示例性周期性電壓函數的曲線圖；
[0022] 圖9B是圖9A中所描繪的周期性電壓函數的部分的分解圖；
[0023] 圖9C在時間平均的基礎上描繪了由周期性電壓函數的正弦調制所產生的離子能 量分布；
[0024] 圖9D描繪了在由正弦調制函數調制周期性電壓函數時，在所獲得的時間平均 IEDF的等離子體中進行的實際直接離子能量測量；
[0025] 圖10A描繪了由銀齒調制函數調制的周期性電壓函數；
[0026] 圖10B是圖10A中所描繪的周期性電壓函數的部分的分解圖；
[0027] 圖10C是在時間平均的基礎上描繪了由圖10A和10B中的周期性電壓函數的正弦 調制所產生的離子能量分布的曲線圖；
[002引圖11是在右列示出IEDF函數并且在左列示出相關聯的調制函數的曲線圖；
[0029]圖12是描繪了離子電流補償部件對等離子體腔中的離子電流進行補償的實施例 的方框圖；
[0030] 圖13是描繪了示例性離子電流補償部件的示圖；
[0031] 圖14是描繪了圖13中所描繪的節點Vo處的示例性電壓的曲線圖；
[003引圖15A-15C是響應于補償電流而出現在襯底或晶片的表面處的電壓波形；
[0033] 圖16是可W被實施為實現參考圖13所描述的電流源的電流源的示例性實施例；
[0034] 圖17A和17B是描繪本發明的其它實施例的方框圖；
[0035] 圖18是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0036] 圖19是描繪本發明的再一個實施例的方框圖；
[0037] 圖20是可W結合參考圖1-19所描述的實施例使用的輸入參數和控制輸出的方框 圖；
[0038] 圖21是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0039] 圖22是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0040] 圖23是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0041] 圖24是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0042] 圖25是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0043] 圖26是描繪本發明的又一個實施例的方框圖；
[0044] 圖27是示出本發明的又一個實施例的方框圖；
[0045] 圖28示出了根據本公開內容的實施例的方法；
[0046] 圖29示出了根據本公開內容的實施例的另一種方法；
[0047] 圖30示出了對影響襯底表面的離子的離子能量分布進行控制的方法的一個實施 例；
[004引圖31示出了用于設定IEDF和離子能量的方法；
[0049] 圖32示出了根據本公開內容的一個實施例的被輸送到襯底支撐件的兩個修正周 期性電壓函數波形；
[0050] 圖33示出了可W指示等離子體源不穩定性或等離子體密度的變化的離子電流波 形；
[0051] 圖34示出了具有非周期形狀的修正周期性電壓函數波形的離子電流Ii;
[0052] 圖35示出了可W指示偏置電源內的故障的修正周期性電壓函數波形；
[0053] 圖36示出了可W指示系統電容的動態變化的修正周期性電壓函數波形；
[0054] 圖37示出了可W指示等離子體密度的變化的修正周期性電壓函數波形；
[0055] 圖38示出了針對不同工藝區間（processrun)的離子電流的采樣，其中離子電流 的漂移可W指示系統漂移；
[0056] 圖39示出了針對不同工藝參數的離子電流的采樣；
[0057] 圖40示出了在腔中無等離子體的情況下監測到的兩個偏置波形；
[0058] 圖41示出了可W用于驗證等離子體工藝的兩個偏置波形；
[0059] 圖42示出了顯示電源電壓與離子能量之間的關系的若干電源電壓和離子能量曲 線；
[0060] 圖43示出了對影響襯底表面的離子的離子能量分布進行控制的方法的一個實施 例；
[0061] 圖44示出了在本文中所公開的系統中