TW201911363A - 偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置。該偏壓調製方法包括：在向用於承載待加工工件的基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值，從而使在待加工工件表面上產生的負偏壓在向基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍內。本發明還揭露了一種偏壓調製系統。本發明揭露的電漿處理裝置包括本發明提供的偏壓調製系統。本發明的偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置均可以避免在向基座加載偏壓功率期間出現晶圓表面的負偏壓降低的情況，從而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。

Description

偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置
本發明涉及半導體領域，具體地，涉及一種偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置。
隨著半導體元器件製造製程的迅速發展，對元器件性能與整合度要求越來越高，使得電漿技術得到了極廣泛的應用。在電漿蝕刻或沉積系統中，通過在真空反應腔室內引入各種反應氣體(如Cl2 、SF6 、C4 F8 、O2 等)，利用外加電磁場（直流或交流）使反應氣體完全解離，形成電漿。電漿中含有大量電子、離子（包括正離子和負離子）、激發態原子、分子和自由基等的活性粒子，這些活性粒子和置於腔體並曝露在電漿中的晶圓表面相互作用，使晶圓表面產生各種物理化學反應，從而使晶圓表面性能產生變化，完成諸如蝕刻或沉積等的製程過程。在用於半導體製造製程的電漿裝置的研發中，最重要的因素是提高對晶圓的加工能力，以提高產率，以及執行用於製造高度整合裝置製程的能力。
在傳統的半導體製造製程中，使用比較廣泛的半導體蝕刻裝置激發電漿的方式為電感耦合電漿（ICP，Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer），這種方式可以在較低工作氣壓下獲得高密度的電漿，而且結構簡單，造價低。
如第1圖所示，為典型ICP半導體蝕刻裝置的結構示意圖。在真空腔室3的頂部設置有介電質視窗2（石英或陶瓷），且在介電質視窗2的上方設置有平面射頻天線1，上射頻源8輸出的射頻能量通過射頻天線1，以感應放電的形式，將能量耦合至真空腔室3中，以激發腔室內的反應氣體產生高密度電漿。分佈在介電質視窗2附近的電漿由上至下擴散至晶圓4表面，進行特定的製程過程。另外，在真空腔室3中還設置有典型的下電極結構，其包括載片臺6、金屬電極5以及與其電連接的偏壓射頻源7和阻抗匹配網路。其中，載片臺6用於承載晶圓4；金屬電極5內嵌在載片臺6中；偏壓射頻源7通過金屬電極5提供射頻能量，以在晶圓表面產生負偏壓，從而控制轟擊至晶圓表面的離子能量。
但是，在製程過程中，由於晶圓不導電，在偏壓射頻源7提供射頻能量時，會有正離子累積到晶圓表面，產生正電勢，產生的正電勢會降低晶圓表面的負偏壓，從而導致對電漿中正離子的吸引力減弱，降低了到達晶圓表面的正離子的數量和速率，進而不僅降低了晶圓表面的蝕刻速率，降低了產能，而且可能出現待加工工件表面不能夠被充分處理的情況，從而影響工件的電學性能。
本發明針對先前技術中存在的上述技術問題，提供一種偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置，其可以避免在向基座加載偏壓功率期間出現晶圓表面的負偏壓降低的情況，從而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
本發明提供一種偏壓調製方法，包括： 在向用於承載待加工工件的基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值，從而使該待加工工件表面上產生的負偏壓在向該基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍內。
可選的，該目標電壓值與該初始電壓值的差值等於負偏壓損失值，該負偏壓損失值為在向該基座加載偏壓功率期間，該偏壓射頻源的輸出電壓保持該初始電壓值不變時，在該待加工工件表面上產生的負偏壓的損失值。
可選的，按脈衝週期向該基座加載偏壓功率； 其中，該脈衝週期包括脈衝開啟時間和脈衝關閉時間，在該脈衝開啟時間，向該基座加載偏壓功率，同時增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值；在該脈衝關閉時間，停止向該基座加載偏壓功率。
可選的，在該脈衝開啟時間向該基座加載偏壓功率，具體包括以下步驟： 步驟S101：檢測並記錄t=0時，在該待加工工件表面上產生的第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於該初始電壓值； 步驟S102：檢測並記錄在當前的脈衝開啟時間的tn時刻，在該待加工工件表面上產生的第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為該脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，該偏壓射頻源的輸出電壓為該目標電壓值； 步驟S103：計算該第二偏壓Vn與第三偏壓V’n-1的差值V；其中，該第三偏壓V’n-1為在上一時刻完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的偏壓；第三偏壓V0 '等於第一偏壓V0 ； 步驟S104：將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻該偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻該偏壓射頻源的輸出電壓與該差值V之和； 步驟S105：檢測並記錄完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的第三偏壓Vn ’； 步驟S106：判斷n是否等於N；如果是，則步驟結束；如果否，則將n替換為n+1,並依次執行該步驟S102至步驟S106。
可選的，該初始電壓值與該目標電壓值的比值的取值範圍在0.1-0.9。
可選的，在向該基座加載偏壓功率期間，該偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增大。
可選的，該偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增大的斜率為： K=（Vt-Vs）/T1； 其中，Vt為該目標電壓值，Vs為該初始電壓值，T1為該脈衝開啟時間。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種偏壓調製系統，包括： 偏壓射頻源，該偏壓射頻源與用於承載待加工工件的基座電連接，用於向該基座加載偏壓功率； 電壓調整模組，該電壓調整模組與該偏壓射頻源電連接，用於在該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率期間，增大該偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值，從而使在該待加工工件表面上產生的負偏壓在該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍。
可選的，該偏壓射頻源為脈衝調製射頻源，以能夠按脈衝週期向該基座加載偏壓功率；其中， 該脈衝週期包括脈衝開啟時間和脈衝關閉時間，在該脈衝開啟時間，該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率，同時該電壓調整模組增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值；在該脈衝關閉時間，該偏壓射頻源停止向該基座加載偏壓功率。
可選的，該電壓調整模組包括： 時鐘產生器，該時鐘產生器能夠發出與該偏壓射頻源同步的時鐘訊號； 電壓感測器，該電壓感測器與該時鐘產生器進行通訊，以能夠在該脈衝開啟時間內檢測在該待加工工件表面上產生的負偏壓； 數位處理器，該數位處理器與該電壓感測器進行通訊，用於接收來自該電壓感測器發送的該負偏壓，並根據該負偏壓計算獲得輸出電壓調整值，並將該偏壓射頻源的輸出電壓調整為該輸出電壓調整值，以使在該待加工工件表面上產生的負偏壓在向該基座加載偏壓功率期間保持在預設值。
可選的，該電壓感測器檢測t=0時，在該待加工工件表面上產生的第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於該初始電壓值；和檢測在當前的脈衝開啟時間的tn時刻，在該待加工工件表面上產生的第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為該脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，該偏壓射頻源的輸出電壓為該目標電壓值；以及檢測並記錄完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的第三偏壓Vn ’。
可選的，該數位處理器接收並記錄來自該電壓感測器發送的該第一偏壓V0 、該第二偏壓Vn和該第三偏壓Vn ’，並執行： 計算該第二偏壓Vn與第三偏壓Vn-1 ’的差值V；其中，該第三偏壓Vn-1 ’為在上一時刻完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的偏壓；V0 '等於第一偏壓V0 ； 將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻該偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻該偏壓射頻源的輸出電壓與該差值V之和； 判斷n是否等於N；如果是，則控制該電壓感測器停止檢測工作，和停止調整該偏壓射頻源的輸出電壓；如果否，則控制該電壓感測器繼續檢測工作，和即時調整該偏壓射頻源的輸出電壓。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種電漿處理裝置，包括：用於承載待加工工件的基座， 還包括本發明提供的上述偏壓調製系統，該偏壓調製系統與該基座電連接。
本發明的有益效果： 本發明提供的偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置的技術方案中，在向基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值。由於偏壓射頻源的輸出電壓逐漸增大，這使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠全部或部分補償因逐漸累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明提供的偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置作進一步詳細描述。 實施例1： 本實施例提供一種偏壓調製方法，包括：
在向用於承載待加工工件的基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值，從而使在待加工工件表面上產生的負偏壓在向基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍內。
其中，所謂預設範圍，是指允許偏壓功率的波動範圍，滿足：保持到達待加工工件表面的正離子具有一定的數量和速率，從而確保電漿處理速率在合適的製程範圍內。
由於偏壓射頻源的輸出電壓逐漸增大，這使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠部分或全部補償因累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
可選的，目標電壓值與初始電壓值的差值等於負偏壓損失值，該負偏壓損失值為在向用於基座加載偏壓功率期間，偏壓射頻源的輸出電壓保持該初始電壓值不變時，在待加工工件表面上產生的負偏壓的損失值。如此設置，能使待加工工件表面增加的負偏壓恰好補償因累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，從而使待加工工件表面的負偏壓保持在恒定的初始電壓水準，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
需要說明的是，目標電壓值與初始電壓值的差值也可以大於或者小於上述負偏壓損失值，只要使待加工工件表面的負偏壓保持在預設範圍即可。
在先前技術中，偏壓射頻源輸出的是正弦連續波，但是，當蝕刻製程的特徵尺度在20nm以下時，採用連續波的電漿在進行蝕刻製程時會對裝置造成損傷，影響裝置的電學性能。解決該問題的方案可以是按脈衝週期向基座加載偏壓功率。具體地，脈衝週期包括脈衝開啟時間和脈衝關閉時間，在脈衝開啟時間，向基座加載偏壓功率，同時增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值；在脈衝關閉時間，停止向基座加載偏壓功率。
由於在脈衝關閉時間，停止向基座加載偏壓功率，電漿中的電子會降落到晶片表面中和在脈衝開啟時間累積的正離子，從而晶片表面累積的正電勢，進而可以進一步減少偏壓的損失。
偏壓射頻源能夠按脈衝週期向基座加載偏壓功率，例如脈衝調製射頻源。
在本實施例中，如第2圖所示，偏壓射頻源為脈衝調製射頻源，其中，脈衝週期T包括脈衝開啟時間T1和脈衝關閉時間T2，在脈衝開啟時間T1，偏壓射頻源的輸出電壓由初始電壓值V1增加至目標電壓值V2。 在本實施例中，如第3圖所示，在脈衝開啟時間向該基座加載偏壓功率，具體包括以下步驟：
步驟S101：檢測並記錄t=0時，在待加工工件表面上產生的第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於初始電壓值。
步驟S102：檢測並記錄在當前的脈衝開啟時間的tn時刻，在待加工工件表面上產生的第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為該脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，偏壓射頻源的輸出電壓為目標電壓值。
步驟S103：計算第二偏壓Vn與第一偏壓第三偏壓V’n-1的差值V。
其中，第三偏壓V’n-1為在上一時刻完成偏壓補償後在待加工工件表面上產生的偏壓；由於在執行n=1的第一次迴圈時，上一時刻為t=0時刻，未執行偏壓補償操作，故規定第三偏壓V0 '在數值上等於第一偏壓V0 。
步驟S104：將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻偏壓射頻源的輸出電壓與差值V之和。
步驟S105：檢測並記錄完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的第三偏壓Vn ’。
步驟S106：判斷n是否等於N。如果是，則步驟結束。如果否，則將n替換為n+1，並依次執行步驟S102至步驟S106。
由上可知。從n=1，循環往復執行步驟S102至步驟S106，直至n=N，上述步驟結束，即脈衝關閉。脈衝關閉前一時刻的實際電壓即為脈衝開啟時間最後時刻的目標電壓值。脈衝關閉之後，電子進入蝕刻槽底部，中和正電荷，使晶片表面偏壓恢復為0V。
上述按脈衝週期向該基座加載偏壓功率的方法可實現在製程過程中對晶片表面上產生的偏壓進行即時動態調整補償，使晶片表面達到如第4圖所示的補償效果。其中，N值越大，補償效果越好。
其中，上述各迴圈中第二偏壓的檢測與輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值是在相同的製程條件下進行，即，該檢測與電壓的增大過程是在相同的脈衝開啟時間，相同的脈衝功率和脈衝占空比，以及相同的初始電壓值下進行，以確保檢測獲得的待加工工件表面損失的偏壓恰好等於待加工工件表面損失的偏壓的補償量，從而使待加工工件表面的負偏壓保持在恒定的初始電壓水準，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
可選地，如第2圖所示，在向基座加載偏壓功率期間，例如，在脈衝開啟時間T1內，偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增加。當偏壓射頻源輸出的脈衝波形為方波時，待加工工件上的正電荷積累基本呈線性趨勢，因此，通過使偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增加，能夠相應地對線性增加的正電荷進行抵消，從而使待加工工件上獲得滿足要求的負偏壓水準。
其中，偏壓射頻源的輸出電壓的初始電壓值為Vs，目標電壓值為Vt。偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增大的斜率為： K= tanθ=（Vt-Vs）/T1； 其中，Vt為目標電壓值，Vs為初始電壓值，T1為脈衝開啟時間。上述斜率K越大，則說明偏壓射頻源的輸出電壓增加的速度越快；反之，上述斜率K越小，則說明偏壓射頻源的輸出電壓增加的速度越慢。
以偏壓射頻源輸出脈衝的電感耦合電漿蝕刻裝置為例，偏壓射頻源為可輸出如第2圖所示波形的新型脈衝調製射頻源。脈衝調製射頻源用於向基座加載負偏壓，以使置於基座上的待蝕刻晶片表面產生負偏壓，以吸引電漿向待蝕刻晶片表面轟擊。
如第4圖所示，在進行蝕刻製程的過程中，脈衝調製射頻源輸出脈衝頻率為50Hz，占空比為60%，初始電壓值Vs為300V。當脈衝的占空比設定為60%時，脈衝開啟和關閉階段待蝕刻晶片表面偏壓由300V降低至200V，即偏壓損失了100V。因此，為了對待蝕刻晶片表面的偏壓損失進行補償，脈衝調製射頻源輸出的目標電壓值Vt應增加為400V，以補償上述損失的100V偏壓，即脈衝調製射頻源輸出的初始電壓值Vs與目標電壓值Vt的電壓比Vr為0.75。此時，偏壓射頻源輸出的脈衝調製波形及對應的待蝕刻晶片表面的負偏壓如第4圖所示。脈衝開啟階段（Pulse on），輸出偏壓由300V線性增加至400V，線性增加斜率tanθ= (400V-300V)/12ms，從而補償了待蝕刻晶片表面因正電荷積累造成的負偏壓損失，使得待蝕刻晶片表面偏壓維持在初始電壓值Vs水準不變，從而使待加工工件表面的負偏壓保持在恒定的初始電壓水準，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
在脈衝關閉階段（Pulse off），自由電子進入待蝕刻晶片表面的蝕刻槽中和其中的正電荷，使得待蝕刻晶片表面恢復到零電勢；如此反覆。從第4圖中可以看出在脈衝開啟時間內，對脈衝進行調製之後解決了待蝕刻晶片表面由於正電荷積累造成的負偏壓下降問題，從而相對先前技術保持了預期的蝕刻速率，進而保證了晶片的產能。
需要說明的是，在脈衝的開啟時間T1內，輸出的脈衝電壓也可以非線性增加。非線性增加的電壓能夠相應地對非線性增加的積累正電荷進行抵消，從而使待處理晶片上獲得滿足要求的負偏壓水準。
可選的，如第2圖所示，初始電壓值Vs與目標電壓值Vt的比值的取值範圍在0.1-0.9。在該範圍內調整初始電壓值Vs與目標電壓值Vt的比值，可以實現對待處理晶片表面偏壓損失的適當補償，從而能夠根據對待處理晶片的不同的處理製程目標要求，對待處理晶片的處理速率進行調控，進而實現對晶片處理速率的精確調控，提升晶片處理品質，保證晶片產能。
在本實施例中，偏壓射頻源為脈衝調製射頻源，其輸出的脈衝的脈衝頻率f=1/(T1+T2)，且脈衝頻率f的調整範圍為10Hz-20KHz。脈衝的占空比D=T1/(T1+T2)調整範圍為10%-90%。脈衝調製射頻源的射頻頻率為2MHz、13.56MHz或60MHz等 。本實施例中的偏壓調製方法不僅適用於電感耦合電漿處理製程（ICP），而且適用於電容耦合電漿處理製程(CCP)、微波電漿處理製程和微波電子迴旋共振電漿處理製程(ECR)。
綜上所述，本發明實施例提供的偏壓調製方法、偏壓調製系統和電漿處理裝置的技術方案中，在向基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使該輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值。由於偏壓射頻源的輸出電壓逐漸增大，這使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠全部或部分補償因逐漸累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。 實施例2：
本實施例提供一種偏壓調製系統，如第5圖所示，用於對放置在基座10表面的待加工工件的負偏壓進行調製。該偏壓調製系統包括偏壓射頻源7和電壓調整模組,其中，偏壓射頻源7與用於承載待加工工件的基座10電連接，用於向基座10加載偏壓功率，以使待加工工件的表面產生負偏壓。電壓調整模組9與偏壓射頻源7電連接，用於在偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率期間，增大偏壓射頻源的輸出電壓，以使輸出電壓由初始電壓值增加至目標電壓值，從而使在待加工工件表面上產生的負偏壓在偏壓射頻源向基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍。
借助電壓調整模組9，可以使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠全部或部分補償因逐漸累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
其中，待加工工件為待處理晶片4。
在本實施例中，如第5圖所示，電壓調整模組9包括時鐘產生器91、電壓感測器92和數位處理器93，其中，時鐘產生器91能夠發出與偏壓射頻源同步的時鐘訊號。電壓感測器92與時鐘產生器91進行通訊，以能夠在脈衝開啟時間內檢測在待加工工件表面上產生的負偏壓。數位處理器93與電壓感測器92進行通訊，用於接收來自電壓感測器92發送的負偏壓，並根據該負偏壓計算獲得輸出電壓調整值，並將偏壓射頻源的輸出電壓調整為輸出電壓調整值，以使在待加工工件表面上產生的負偏壓在向基座加載偏壓功率期間保持在預設值。
其中，電壓感測器92檢測t=0時，在待加工工件表面上產生的第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於該初始電壓值，和檢測在當前的脈衝開啟時間的tn時刻，在該待加工工件表面上產生的第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，偏壓射頻源的輸出電壓為目標電壓值；以及檢測並記錄完成偏壓補償後在待加工工件表面上產生的第三偏壓Vn ’。
數位處理器93接收並記錄來自電壓感測器92發送的第一偏壓V0 、該第二偏壓Vn和該第三偏壓Vn ’，並執行： 計算第二偏壓Vn與第三偏壓Vn-1 ’的差值V；其中，該第三偏壓Vn-1 ’為在上一時刻完成偏壓補償後在待加工工件表面上產生的偏壓；V0 '等於第一偏壓V0 。
然後，數位處理器93將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻偏壓射頻源的輸出電壓與差值V之和。
之後，數位處理器93判斷n是否等於N，如果是，則指令電壓感測器92停止檢測工作，和停止調整偏壓射頻源的輸出電壓；如果否，則控制電壓感測器82繼續檢測工作，和即時調整偏壓射頻源的輸出電壓。
其中，時鐘產生器91用於產生方波脈衝，方波脈衝的脈衝週期為T1/N。偏壓射頻源7為可輸出如第2圖所示波形的新型脈衝調製射頻源。時鐘產生器91產生的方波脈衝輸入至電壓感測器92中。其中N為大於0的整數，為保證電壓補償的及時性和有效性，一般選取N≥100，N值越大，補償效果越好。電壓感測器92負責進行晶片4表面第一偏壓和第二偏壓的檢測，其進行檢測的時刻由時鐘產生器91輸出的方波脈衝控制，可設置為脈衝上升沿或下降沿觸發檢測動作，其中，n為時鐘產生器91方波脈衝的計數值。數位處理器93負責對電壓感測器92的檢測數據進行接收、記錄和運算，其運算的結果回饋至偏壓射頻源7，使得偏壓射頻源7可根據回饋的結果即時進行輸出脈衝電壓的調整。
在本實施例中，通過電壓調整模組9中的各裝置按脈衝週期向基座加載偏壓功率的具體過程為：偏壓射頻源7與時鐘產生器92同時輸出脈衝，假設偏壓射頻源7起始輸出電壓為(Vs)0=V0′ ，開始的瞬間（t=0），電壓感測器92檢測當前晶片4表面的第一偏壓V0=(Vs)0 =V0′，並輸送到數位處理器93中進行記錄保存。
假設n為大於0的整數，初始值為1，n值可以改變，並保存在數位處理器93中。時鐘產生器91輸出的下一個脈衝上升沿/下降沿到來時，即t=n*(T1/N)時刻（n=1），電壓感測器92的檢測動作被觸發，檢測得到晶片4表面的第二偏壓V1，並將此結果發送至數位處理器93中。數位處理器93對檢測結果進行運算，得到V= V1- V0′ ，V即為需要補償的電壓，並將結果V回饋至偏壓射頻源7中，偏壓射頻源7根據回饋結果進行即時的輸出電壓調整(Vs)1=(Vs)0+V。如此循環往復，直至n=N，脈衝關閉。脈衝關閉前一時刻偏壓射頻源7輸出的電壓即為脈衝開啟時間內最後時刻的目標電壓 。脈衝關閉後，電子進入蝕刻槽底部，中和正電荷，使晶片4偏壓恢復為0V。
該射頻脈衝調製系統可實現製程過程中晶片4表面偏壓的即時動態補償，達到如第4圖所示的補償效果。
本實施例中的偏壓調製系統，通過設置電壓調整模組，可以使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠全部或部分補償因逐漸累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。 實施例3：
本實施例提供一種電漿處理裝置，包括用於承載待加工工件的基座，以及上述實施例2中的偏壓調製系統，該偏壓調製系統與基座電連接。
其中，電漿處理裝置還包括電漿產生裝置，其包括線圈和與該線圈連接的上電極射頻源，上電極射頻源為連續波射頻源或脈衝調製射頻源。
通過採用上述實施例2中的偏壓調製系統，可以使得在待加工工件表面上產生的負偏壓逐漸增大，而負偏壓的增大量能夠全部或部分補償因逐漸累積到待加工工件表面的正離子產生的正電勢而損失的偏壓，也就是說，雖然正電勢會減小晶圓表面的負偏壓，但是負偏壓的減小量與負偏壓的增大量基本持平，從而可以使負偏壓保持在預設範圍內，進而不僅可以避免電漿處理速率降低，保證產能，而且可以保證使待加工工件表面能夠被充分處理，使其電學性能滿足要求。
另外，值得注意的是，本發明的偏壓調製方法、偏壓調製系統以及包括該偏壓調製系統的電漿處理裝置，不限於電感耦合電漿產生、電容耦合電漿產生中出現的負偏壓損失的問題，上述設定的電感耦合電漿或電容耦合電漿產生僅為了說明本發明的具體實施方式，並不用於對本發明進行限制。只要存在待加工工件表面的負偏壓損失的問題，那麼就可以採用本發明的偏壓調製方法，偏壓調製系統及電漿處理裝置解決存在的技術問題。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
1‧‧‧射頻天線
2‧‧‧介電質視窗
3‧‧‧真空腔室
4‧‧‧晶片
5‧‧‧金屬電極
6‧‧‧載片臺
7‧‧‧偏壓射頻源
8‧‧‧主射頻源
T1‧‧‧脈衝開啟時間
T2‧‧‧脈衝關閉時間
Vs‧‧‧初始電壓
Vt‧‧‧目標電壓
9‧‧‧電壓調整模組
91‧‧‧時鐘產生器
92‧‧‧電壓感測器
93‧‧‧數位處理器
10‧‧‧基座
第1圖為先前技術中電感耦合半導體蝕刻裝置的結構示意圖； 第2圖為本發明一種實施方式的調製後的脈衝調製射頻源輸出的波形圖； 第3圖為本發明一種實施方式的偏壓調製方法的流程示意圖； 第4圖為本發明一種實施方式的調製後的脈衝調製射頻源輸出的波形及相應的晶片表面的實際負偏壓波形圖； 第5圖為本發明一種實施方式的偏壓調製系統示意圖。

Claims (13)

  1. 一種偏壓調製方法，其特徵在於，包括： 在向用於承載一待加工工件的一基座加載偏壓功率期間，增大一偏壓射頻源的一輸出電壓，以使該輸出電壓由一初始電壓值增加至一目標電壓值，從而使該待加工工件表面上產生的負偏壓在向該基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏壓調製方法，其中，該目標電壓值與該初始電壓值的差值等於一負偏壓損失值，該負偏壓損失值為在向該基座加載偏壓功率期間，該偏壓射頻源的輸出電壓保持該初始電壓值不變時，在該待加工工件表面上產生的負偏壓的損失值。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏壓調製方法，其中，按一脈衝週期向該基座加載偏壓功率； 其中，該脈衝週期包括一脈衝開啟時間和一脈衝關閉時間，在該脈衝開啟時間，向該基座加載偏壓功率，同時增大偏壓射頻源的一輸出電壓，以使該輸出電壓由一初始電壓值增加至一目標電壓值；在該脈衝關閉時間，停止向該基座加載偏壓功率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之偏壓調製方法，其中，在該脈衝開啟時間向該基座加載偏壓功率，具體包括以下步驟： 步驟S101：檢測並記錄t=0時，在該待加工工件表面上產生的一第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於該初始電壓值； 步驟S102：檢測並記錄在當前的脈衝開啟時間的tn時刻，在該待加工工件表面上產生的一第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為該脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，該偏壓射頻源的輸出電壓為該目標電壓值； 步驟S103：計算該第二偏壓Vn與一第三偏壓V’n-1的一差值V；其中，該第三偏壓V’n-1為在上一時刻完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的偏壓；第三偏壓V0 '等於第一偏壓V0 ； 步驟S104：將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻該偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻該偏壓射頻源的輸出電壓與該差值V之和； 步驟S105：檢測並記錄完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的第三偏壓Vn ’； 步驟S106：判斷n是否等於N；如果是，則步驟結束；如果否，則將n替換為n+1,並依次執行該步驟S102至步驟S106。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之調製方法，其中，該初始電壓值與該目標電壓值的比值的取值範圍在0.1-0.9。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之調製方法，其中，在向該基座加載偏壓功率期間，該偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增大。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之調製方法，其中，該偏壓射頻源的輸出電壓呈線性增大的斜率為： K=（Vt-Vs）/T1； 其中，Vt為該目標電壓值，Vs為該初始電壓值，T1為該脈衝開啟時間。
  8. 一種偏壓調製系統，其特徵在於，包括： 一偏壓射頻源，該偏壓射頻源與用於承載一待加工工件的一基座電連接，用於向該基座加載偏壓功率； 一電壓調整模組，該電壓調整模組與該偏壓射頻源電連接，用於在該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率期間，增大該偏壓射頻源的一輸出電壓，以使該輸出電壓由一初始電壓值增加至一目標電壓值，從而使在該待加工工件表面上產生的負偏壓在該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率期間保持在預設範圍。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之偏壓調製系統，其中，該偏壓射頻源為一脈衝調製射頻源，以能夠按一脈衝週期向該基座加載偏壓功率；其中， 該脈衝週期包括一脈衝開啟時間和一脈衝關閉時間，在該脈衝開啟時間，該偏壓射頻源向該基座加載偏壓功率，同時該電壓調整模組增大偏壓射頻源的一輸出電壓，以使該輸出電壓由一初始電壓值增加至一目標電壓值；在該脈衝關閉時間，該偏壓射頻源停止向該基座加載偏壓功率。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之偏壓調製系統，其中，該電壓調整模組包括： 一時鐘產生器，該時鐘產生器能夠發出與該偏壓射頻源同步的時鐘訊號； 一電壓感測器，該電壓感測器與該時鐘產生器進行通訊，以能夠在該脈衝開啟時間內檢測在該待加工工件表面上產生的一負偏壓； 一數位處理器，該數位處理器與該電壓感測器進行通訊，用於接收來自該電壓感測器發送的該負偏壓，並根據該負偏壓計算獲得一輸出電壓調整值，並將該偏壓射頻源的輸出電壓調整為該輸出電壓調整值，以使在該待加工工件表面上產生的負偏壓在向該基座加載偏壓功率期間保持在預設值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之偏壓調製系統，其中，該電壓感測器檢測t=0時，在該待加工工件表面上產生的一第一偏壓V0 ；該第一偏壓V0 等於該初始電壓值；和檢測在當前的一脈衝開啟時間的tn時刻，在該待加工工件表面上產生的一第二偏壓Vn；其中， tn=n(T1/N) N≥100，且N為整數；1≤n≤N，且n為整數；T1為該脈衝開啟時間的長度； 當n=N時，在tn時刻，該偏壓射頻源的輸出電壓為該目標電壓值；以及檢測並記錄完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的一第三偏壓Vn ’。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之偏壓調製系統，其中，該數位處理器接收並記錄來自該電壓感測器發送的該第一偏壓V0 、該第二偏壓Vn和該第三偏壓Vn ’，並執行： 計算該第二偏壓Vn與一第三偏壓Vn-1 ’的一差值V；其中，該第三偏壓Vn-1 ’為在上一時刻完成偏壓補償後在該待加工工件表面上產生的偏壓；V0 '等於第一偏壓V0 ； 將在當前的脈衝開啟時間的tn時刻該偏壓射頻源的輸出電壓即時調整為tn-1時刻該偏壓射頻源的輸出電壓與該差值V之和； 判斷n是否等於N；如果是，則控制該電壓感測器停止檢測工作，和停止調整該偏壓射頻源的輸出電壓；如果否，則控制該電壓感測器繼續檢測工作，和即時調整該偏壓射頻源的輸出電壓。
  13. 一種電漿處理裝置，包括：用於承載待加工工件的一基座，其特徵在於， 還包括申請專利範圍第8項至第12項任一項所述之偏壓調製系統，該偏壓調製系統與該基座電連接。
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