一种等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法技术

本发明专利技术公开一种等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法，能够简单准确地测量等离子体刻蚀设备的鞘层电压。该等离子体刻蚀设备，包括：设置在反应腔室内的静电吸盘，用于放置待刻蚀工件；静电吸盘包括至少一组电极对，每组电极对包括第一电极和第二电极；各电极对的表面被绝缘介质覆盖；每个第一电极与一个输出电压可调的第一直流电压源相连；每个第二电极与一个输出电压可调的第二直流电压源相连；第一电极连接第一直流电压源的回路中还串联有第一电阻，第二电极连接第二直流电压源的回路中还串联有第二电阻；第一直流电压源和第二直流电压源输出电压的极性相反。反应腔室中还设置有电压测量装置，用于测量每个第一电阻或第二电阻上的电压。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法
本专利技术涉及半导体加工工艺
，尤其涉及一种等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法。
技术介绍
在射频等离子刻蚀系统中，由于电子的热运动速率远高于离子，并且电子受射频电场的影响也更大。每个射频周期内，电子的定向运动使射频电极附近形成鞘层。鞘层附近的离子能够受到鞘层电压的吸引进入鞘层并加速，轰击晶圆，从而对晶圆进行刻蚀。上述鞘层电压通常称为等离子体直流偏压，其与射频电极的面积，射频加载功率，气体，腔体压力等条件相关。在等离子刻蚀机台中，离子通常能够达到接近射频电压的能量。而离子能量又直接与刻蚀速率和刻蚀形态相关。因此，鞘层电压是等离子刻蚀机的重要监控参数，用于保证刻蚀工艺重复性。现有技术中，测量等离子体鞘层电压大致有两种方法：一种是以探针或者电极直接暴露于等离子体鞘层中，使用滤波器滤除射频交流成分后，得到的直流电压即为等离子体鞘层电压。这种方法在早期等离子体刻蚀机中较为常见，但其存在的问题是金属电极在等离子环境下容易被刻蚀或者沉积造成电阻变化，导致测量误差。另外金属在腔体中造成的金属沾污也不适用于要求越来越严格的工艺环境。另一种是直接测量射频电压。对于特定的机台电极设计，特定射频功率和工艺条件，射频电压与等离子鞘层电压是相关的，因此射频电压也可以表征鞘层电压的大小。这种方法广泛应用在目前的等离子刻蚀机台，但射频电压的高精度高重复性测量难度远大于直流电压的测量。由于射频电压与等离子体鞘层之间是间接关系，而等离子鞘层易受等离子密度，腔室接地等条件影响，因此，射频电压难以直接表征鞘层电压。另外等离子体鞘层的非线性特征以及越来越多的多频率射频功率的运用，导致测量的信号中掺杂了很多其它频率，比如谐波频率，拍频等信号，严重影响射频电压的测量精度。对于如何高精度地测量等离子体鞘层电压的问题，相关领域尚没有较好的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法，能够简单准确地测量等离子体刻蚀设备的鞘层电压。为实现上述目的，本专利技术提供的一种等离子体刻蚀设备，包括：设置在反应腔室内的静电吸盘，用于放置待刻蚀工件；所述静电吸盘包括至少一组电极对，每组所述电极对包括第一电极和第二电极；各所述电极对的表面被绝缘介质覆盖；每个所述第一电极与一个输出电压可调的第一直流电压源相连；每个所述第二电极与一个输出电压可调的第二直流电压源相连；所述第一电极连接所述第一直流电压源的回路中还串联有第一电阻，所述第二电极连接所述第二直流电压源的回路中还串联有第二电阻；所述第一直流电压源和所述第二直流电压源输出电压的极性相反；所述反应腔室中还设置有电压测量装置，用于测量每个所述第一电阻或第二电阻上的电压。可选的，所述第一电极与所述第二电极的电阻值相等。可选的，所述电极对的数量为1。可选的，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相等，且小于预设阈值。可选的，所述第一直流电压源和所述第二直流电压源的输出电压的绝对值相等。另一方面，本专利技术的实施例还提供一种上述等离子体刻蚀设备的鞘层电压的测量方法，包括：在所述反应腔室内无等离子体的情况下，开启所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都等于第一电流；生成等离子体，所述等离子体在所述待刻蚀工件上形成的鞘层电压使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都有所改变；调整所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流再次都等于所述第一电流；根据调整前后所述第一直流电压源之间的电压差，或调整前后所述第二直流电压源之间的电压差，确定所述鞘层电压。可选的，所述在所述反应腔室内无等离子体的情况下，开启所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都等于第一电流包括：在所述反应腔室内无等离子体的情况下，开启所述第一直流电压源和所述第二直流电压源以使所述静电吸盘对所述待刻蚀工件进行静电吸附；对所述第一直流电压源或所述第二直流电压源的输出电压进行调整，以使所述第一电阻两端的电压及所述第二电阻两端的电压都等于第一电压，其中，所述第一电阻等于所述第二电阻。可选的，所述第一直流电压源的输出电压为正，所述第二直流电压源的输出电压为负；所述等离子体在所述待刻蚀工件上形成的鞘层电压使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都有所改变包括：所述等离子体在所述待刻蚀工件上形成的鞘层电压为负电压；流过所述第一电阻的电流增大，流过所述第二电阻的电流减小。可选的，所述调整所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流再次都等于所述第一电流包括：减小所述第一直流电压源的输出电压，并增大所述第二直流电压源的输出电压，以使所述第一电阻和所述第二电阻的两端的电压再次都等于所述第一电压。可选的，所述根据调整前后所述第一直流电压源之间的电压差，或调整前后所述第二直流电压源之间的电压差，确定所述鞘层电压包括：确定所述第一直流电压源的输出电压的减小量或所述第二直流电压源的输出电压的增大量为所述鞘层电压。本专利技术的实施例提供的等离子体刻蚀设备及其鞘层电压的测量方法，静电吸盘中的电极成对出现，且其中的第一电极与第二电极分别与独立的电压源相连。由于这两个电压源的极性相反且大小可调，因此可以在反应腔室内无等离子体和有等离子体的情况下，分别通过调整第一直流电压源和第二直流电压源的输出电压使上述两种情况下流过第一电阻的电流相等，则第一直流电压源的输出电压的调整量即等于有等离子体的情况下，等离子体引起的鞘层电压。由于第一电阻远小于静电吸盘的绝缘电阻，因此其分压较小，使用普通运算放大器即可直接测量其上的电压，操作简单，测量准确。附图说明图1是本专利技术的实施例提供的等离子体刻蚀设备的一种结构示意图；图2是本专利技术的实施例提供的等离子体刻蚀设备的鞘层电压的一种测量方法的流程图；图3是本专利技术的实施例提供的等离子体刻蚀设备在等离子体开启前的状态示意图；图4是本专利技术的实施例提供的等离子体刻蚀设备在等离子体开启后的状态示意图；图5是图3和图4对应的等离子体刻蚀设备的鞘层电压的测量方法的详细流程图。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术的实施例提供一种等离子体刻蚀设备，包括：设置在反应腔室内的静电吸盘1，用于放置待刻蚀工件；静电吸盘1包括至少一组电极对2，每组所述电极对2包括第一电极21和第二电极22；各所述电极对2的表面被绝缘介质3覆盖；每个第一电极21与一个输出电压可调的第一直流电压源41相连；每个第二电极22与一个输出电压可调的第二直流电压源42相连；第一电极21连接第一直流电压源41的回路中还串联有第一电阻51，第二电极22连接第二直流电压源42的回路中还串联有第二电阻52；第一直流电压源41和第二直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体刻蚀设备，其特征在于，包括：/n设置在反应腔室内的静电吸盘，用于放置待刻蚀工件；/n所述静电吸盘包括至少一组电极对，每组所述电极对包括第一电极和第二电极；各所述电极对的表面被绝缘介质覆盖；/n每个所述第一电极与一个输出电压可调的第一直流电压源相连；每个所述第二电极与一个输出电压可调的第二直流电压源相连；所述第一电极连接所述第一直流电压源的回路中还串联有第一电阻，所述第二电极连接所述第二直流电压源的回路中还串联有第二电阻；所述第一直流电压源和所述第二直流电压源输出电压的极性相反；/n所述反应腔室中还设置有电压测量装置，用于测量每个所述第一电阻或第二电阻上的电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子体刻蚀设备，其特征在于，包括：
设置在反应腔室内的静电吸盘，用于放置待刻蚀工件；
所述静电吸盘包括至少一组电极对，每组所述电极对包括第一电极和第二电极；各所述电极对的表面被绝缘介质覆盖；
每个所述第一电极与一个输出电压可调的第一直流电压源相连；每个所述第二电极与一个输出电压可调的第二直流电压源相连；所述第一电极连接所述第一直流电压源的回路中还串联有第一电阻，所述第二电极连接所述第二直流电压源的回路中还串联有第二电阻；所述第一直流电压源和所述第二直流电压源输出电压的极性相反；
所述反应腔室中还设置有电压测量装置，用于测量每个所述第一电阻或第二电阻上的电压。


2.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极的电阻值相等。


3.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述电极对的数量为1。


4.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相等，且小于预设阈值。


5.根据权利要求1所述的等离子体刻蚀设备，其特征在于，所述第一直流电压源和所述第二直流电压源的输出电压的绝对值相等。


6.一种如权利要求1所述的等离子体刻蚀设备的鞘层电压的测量方法，其特征在于，包括：
在所述反应腔室内无等离子体的情况下，开启所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都等于第一电流；
生成等离子体，所述等离子体在所述待刻蚀工件上形成的鞘层电压使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流都有所改变；
调整所述第一直流电压源和所述第二直流电压源，以使流过所述第一电阻和所述第二电阻的电流再次都等于所述第一电流；
根据调整前后所述第一直流电压源之间的电压差，或调整前后所述第二直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小波，李雪冬，车东晨，邱勇，陈兆超，陈璐，胡冬冬，许开东，
申请(专利权)人：江苏鲁汶仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32