具有靜電卡盤電壓反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應器的製作方法

2023-04-30 01:45:51 2

專利名稱：具有靜電卡盤電壓反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有靜電卡盤(ESC)電壓的反饋控制的雙偏置頻率等離 子體反應器，具體而言，本發明涉及具有利用偏置供應輸出處的晶片電壓 測量進行的ESC電壓的反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應器。
背景技術：
用於處理半導體晶片的等離子體反應器一般利用靜電卡盤(ESC)將 晶片夾持在反應器的室內部。晶片表面處的等離子體離子能量通過經由 ESC向晶片施加偏置電壓來控制。ESC基本上由絕緣層構成，絕緣層具有 用於支持晶片的頂表面。晶片下方的絕緣層內部的電極或導電柵網接收 DC電壓，在電極和晶片之間的絕緣層上產生電壓降，這產生了將晶片鉗 制到ESC的靜電力。鉗制力由晶片電壓的時間平均和施加到ESC電極的 DC電壓之間的差確定。鉗制電壓必須被精確地控制(通過精確控制DC 供應電壓)以避免不足量的鉗制電壓或過量的鉗制電壓。不足量的鉗制電 壓會使晶片脫離ESC。過量的鉗制電壓會使通過晶片的電流增大到可能破 壞形成在晶片表面上的電路特徵的水平。(電流從ESC電極流經介電層到 達晶片，並返回經過室中的等離子體。鉗制力越強，晶片和ESC之間的電 導率就越大，因而通過晶片的電流就越大。)為了精確地控制鉗制電壓， 必須精確測量晶片DC電壓。晶片電壓測量中的誤差可能導致晶片脫離或 過量的ESC-晶片電流。
使用ESC-晶片接觸來控制晶片溫度也對鉗制電壓的精確控制提出了 更加嚴格的要求。如在2004年8月26日由Douglas Buchberger, Jr.等人提 交的題為"Gasless High Voltage High Contact Force Wafer Contact-Cooling Electrostatic Chuck"的未決美國專利申請No. 10/929,104 (被轉讓給本發明 的受讓人)中所公開的，ESC可被加熱或冷卻，從而以由ESC鉗制力確定
的速率對晶片進行加熱或冷卻。因此，晶片溫度可以按需要進行精確設置 和控制。事實上，隨著鉗制電壓增大傳熱速率也很大，以致於與以前相 比，晶片溫度可以維持在比熱負載高的多的溫度。從而，例如，晶片偏置 功率可能增大到超過先前允許的水平。然而，晶片溫度範圍是受限的，因 為在無法精確確定晶片電壓的情況下，鉗制電壓不能離上限(超過上限晶 片電流過量)或下限(低於下限晶片可能從ESC脫離)很近。(鉗制電壓
是從晶片電壓的時間平均和DC供應電壓之間的差確定的。)當前用於估
計晶片電壓的方法不是很精確，因而鉗制電壓範圍必須受限以確保晶片電 壓測量誤差不會導致鉗制電壓越過上限和下限。
用於確定晶片電壓的精確方法在Daniel Hoffman 2003年5月16日提 交的未決美國專利申請No. 10/440,364 (被轉讓給本發明的受讓人)中有 所公開。該方法可用於這樣的等離子體反應器，其中只有單個偏置頻率的 偏置功率從ESC耦合到晶片。當存在多於一個偏置頻率時該方法是不精確 的。例如，反應器可能施加具有低頻(LF)分量和高頻(HF)分量的偏 置功率，以獲得有利於諸如等離子體增強反應離子蝕刻之類的等離子體處 理的離子能量分布。當採用這種雙頻偏置時，會發生大的晶片電壓測量誤 差。我們發現，這種情況下的晶片電壓測量誤差可能產生超過ESC的DC 電壓的供應能力的鉗制電壓誤差。
所需要的是一種測量雙頻偏置下的晶片電壓的精確方法。這可允許鉗 制電壓被設為更接近於最大或最小允許鉗制電壓的值，而不用擔心由於晶 片電壓測量誤差違反這些限度。這又相應地允許了晶片溫度範圍的擴展， 因此這是一個明顯的優點。

發明內容
等離子體反應器具有用於供應分別包括第一頻率分量f(l)和第二頻率 分量f(2)的RF偏置功率的雙頻等離子體RF偏置功率供應和具有耦合到等 離子體RF偏置功率供應的輸入端和耦合到晶片支撐基座的輸出端的RF功 率路徑，以及提供代表RF功率路徑的輸入端附近處的測量電壓的第一頻 率分量和第二頻率分量以及測量電流的第一頻率分量和第二頻率分量的測
量信號的傳感器電路。反應器還包括用於提供晶片電壓信號的第一頻率分 量和第二頻率分量的處理器，所述晶片電壓信號的第一頻率分量和第二頻 率分量分別是測量電壓和測量電流的第一頻率分量分別乘上第一係數和第 二係數的第一加和和測量電壓和測量電流的第二頻率分量分別乘上第三系 數和第四係數的第二加和。處理器通過利用校正因子組合晶片電壓的第一 頻率分量和第二頻率分量的DC分量來生成DC晶片電壓，校正因子是被 升高到選定功率並且乘上選定電壓的晶片電壓的第一分量和第二分量的
DC分量的乘積。校正因子補償了偏置功率的兩個頻率分量之間的互調製 效應。所獲得的DC晶片電壓是高度精確的，並且可用於靜電卡盤中鉗制 電壓的精密控制。鉗制電壓可用來控制晶片溫度。


圖1A圖示了在靜電卡盤反饋控制迴路中具有測量儀器的等離子體反 應器，該反應器具有帶有低頻(LF)分量和高頻(HF)分量的偏置電壓 源。
圖IB是測量儀器內用於基於偏置供應電壓的HF和LF分量以及反饋 控制迴路的電流確定晶片電壓的裝置的框圖。
圖2圖示了測量儀器採用的等離子體反應器的電模型。 圖3A圖示了圖1的測量儀器的LF部分的結構。 圖3B圖示了圖1的測量儀器的HF部分的結構。 圖4A圖示了圖3A的LF測量儀器部分的輸入相位處理器。 圖4B圖示了圖3B的HF測量儀器部分的輸入相位處理器。 圖5A圖示了圖3A的測量儀器LF部分中的傳輸線變換處理器。 圖5B圖示了圖3B的測量儀器HF部分中的傳輸線變換處理器。 圖6A圖示了圖3A的測量儀器LF部分中的柵格到地變換處理器。 圖6B圖示了圖3B的測量儀器HF部分中的柵格到地變換處理器。 圖7A圖示了圖3A的測量儀器LF部分中的柵格到晶片變換處理器。 圖7B圖示了圖3B的測量儀器HF部分中的柵格到晶片變換處理器。 圖8A圖示了圖3A的測量儀器LF部分中的組合變換處理器。
圖8B圖示了圖3B的測量儀器HF部分中的組合變換處理器。 圖9圖示了用於提供圖1A的測量儀器所用的常數或因子的裝置。
具體實施例方式
具有高接觸力晶片冷卻的ESC:
圖1A圖示了具有圓柱形側壁10、頂壁頂壁12和晶片接觸冷卻靜電卡 盤(ESC) 14的等離子體反應器。泵浦環帶16限定在卡盤14和側壁10之 間。儘管晶片接觸冷卻靜電卡盤14可用在任何類型的等離子體反應器或 其他反應器(如熱處理反應器)中，但是圖1A的示例中的反應器是這樣 一種類型的反應器其中處理氣體可通過構成頂壁12很大一部分的氣體 分配板18 (或"噴淋頭")弓1入。或者，反應器可以具有與頂壁12相分 離的氣體分配入口 20 (虛線)。晶片接觸冷卻靜電卡盤14可與任何等離 子體源(未在圖中示出)結合使用，如感應耦合RF等離子體源、電容耦 合RF等離子體源或微波等離子體源、或環形(torroidal)等離子體源。處 理氣體供應34耦合到氣體分配板18 (或氣體噴射器20)。半導體晶片或 工作件40被置於卡盤14的頂部。處理區域42限定在晶片40和頂壁12 (包括氣體分配板18)之間。
來自低頻RF偏置功率發生器125和高頻RF偏置功率發生器125'的等 離子體RF偏置功率通過阻抗匹配電路130被施加到晶片支撐基座14上。 DC卡盤電壓從卡盤電壓源48施加到卡盤14上，卡盤電壓源48通過隔離 電容器50與RF偏置功率發生器125相隔離。依賴於所施加的RF等離子 體偏置功率的水平和持續時間，從RF偏置功率發生器125、 125'傳遞到晶 片40的RF功率可以將晶片40加熱到超過400攝氏度的溫度。可以確信 約80%或更多的RF功率在晶片40中消散為熱。
圖2的靜電卡盤14是晶片接觸冷卻靜電卡盤，其中接觸晶片的卡盤 的那一部分被冷卻。晶片接觸冷卻靜電卡盤14既不需要氣體冷卻源也不 需要內部氣體冷卻劑通路來保持晶片冷卻並從晶片移去熱量(儘管也可包 括這樣的特徵)。相反地，通過冷卻卡盤14自身，同時維持晶片40和卡
盤14之間的直接強力接觸，熱量以限制了等離子體處理期間的最大晶片 溫度或晶片溫度的上升的時間速率的速率被從晶片移去，這將在下面描 述。或者，卡盤電壓可在晶片處理期間變化，以改變所選的傳熱係數，從 而將晶片溫度控制在目標值。該後一特徵可通過監視晶片溫度並改變卡盤 電壓以使測得的晶片溫度和目標溫度之間的差最小來執行。隨著測得的晶 片溫度上升超過最大目標溫度，卡盤電壓增大，隨著測得的晶片溫度下降 低於目標最小溫度，卡盤電壓可以減小。而且，晶片的強力接觸冷卻即使 在高RF偏置功率水平時也能夠控制晶片溫度。
卡盤14具有被稱為圓盤(puck)的頂層60，其由絕緣或半絕緣材料 構成，如氮化鋁或氧化鋁，這些材料可摻雜有其他材料以控制其電屬性和 熱屬性。圓盤60內部的金屬(例如鉬)絲網或金屬層62構成了陰極(或 電極)，其中經由同軸電纜210向陰極施加卡盤電壓和RP偏置功率。圓 盤60可由陶瓷製成。或者，其可以通過等離子體或物理沉積處理、或化 學氣相沉積處理或等離子體或火焰噴塗或其他方法製成。其支持在金屬層 64上，金屬層64優選地由諸如鋁之類的具有高熱導率的金屬構成。金屬 層64位於高度絕緣層66上，選擇高度絕緣層66的厚度、介電常數和介電 損耗因數(tangent)，以向卡盤14提供與反應器設計和處理需求相兼容的 所選的RF特性(例如電容、損耗電阻)。金屬基底層68連接到地。晶片 40通過從卡盤電壓源48向電極62施加DC電壓而保持在卡盤14上。施加 跨過絕緣層60的電壓極化了絕緣體60，並在晶片40的底面中誘導產生了 相反的(相互吸引的)鏡像電荷。在半絕緣層60的情形中，除了在晶片 的底面中誘導產生了鏡像電荷外，來自電極62的電荷遷移經過半絕緣層 60,以積累在非常靠近半絕緣層60的頂面的位置處，從而使電荷和上層 晶片40之間的間隙最小(術語"半絕緣體"將在下面討論)。這在晶片 40的底面中誘導產生了相反的(相互吸引的)鏡像電荷。由於絕緣層60 中向上的電荷遷移，兩個相對的電荷層之間的有效間隙很小，以致於對於 相對較小的施加的卡盤電壓而言，卡盤和晶片40之間的吸引力非常大。 例如，電極62上僅為300V DC的卡盤電壓產生了晶片40上等同於約 100Torr壓強的夾緊力。因此，圓盤半絕緣層60由具有期望電荷遷移率的
材料構成，從而使材料不是完全的絕緣體(因而，術語稱為"半絕緣 體")。該半絕緣體材料儘管不是完全的絕緣體，但在某些情況下也可以 不是典型的半導體。在任何情況下，由電極62上的卡盤電壓誘導產生的
電荷在圓盤層60的半絕緣體材料中都是遷移的，因此可以認為圓盤半絕 緣體層60由"電荷遷移"材料構成。適合於圓盤半絕緣體或電荷遷移層 60的材料的一個示例是氮化鋁。另一示例是氧化鋁，其可選地可被摻雜以 提高電荷遷移率。例如，摻雜材料可以是二氧化鈦。
來自RF偏置功率發生器125、 125'的RF偏置功率可以通過阻抗匹配 電路130施加到電極62，或者可以通過半絕緣圓盤層60施加到用於RF耦 合的金屬層64。
晶片40和圓盤60之間的非常高的傳熱係數是通過維持非常高的夾緊 力來實現的。該力的合適範圍依賴於晶片的預期熱負載，這將在說明書的 下文中討論。晶片到圓盤的接觸面的傳熱係數(單位為W/m2°K或給定溫 差下的熱通量密度)適合於以熱量沉積在晶片上的速率移去熱量。具體而 言，傳熱係數是適當的，因為在等離子體處理期間，其或者將晶片溫度限 制在低於指定的最大溫度的範圍內，或者將晶片溫度的上升的時間速率限 制在低於上升的最大速率的範圍內。依賴於熱負載，可以選擇最大晶片溫 度至從100攝氏度量級到更高的實際範圍內的任何溫度。處理期間的熱量 上升的最大速率可以是從3到20度/秒範圍內的任何值。特定示例可以是 20度/秒、或10度/秒或3度/秒。通過比較，如果晶片未被冷卻，則在典 型的300mm矽晶片(熱負載7500W)的情形中，熱量上升的速率可以是 86.7度/秒，其中80%的熱量被晶片吸收。從而，在本發明的一個實施例 中，溫度上升的速率減小到未冷卻時的熱量上升速率的1/4。
這種性能是通過以下方式實現的首先，將圓盤維持在足夠低的溫度 (例如，低於目標晶片溫度約80°C)，其次，向圓盤60的頂面提供足夠 平整的表面光潔度(例如，在數十微英寸RMS偏差的量級，或者優選地 在微英寸RMS偏差的量級)。為此，圓盤60的頂面60a可被高度拋光到 例如約2微英寸RMS偏差的量級的表面光潔度。此外，通過冷卻金屬層 64將熱量從圓盤60移去。為此，在金屬層64內提供有耦合到冷卻劑泵72
和熱沉或冷卻源74的內部冷卻劑通路70。在替換實施例中，除了延伸經 過金屬層64外或者與延伸經過金屬層64不同的是，內部冷卻通路70還可 以延伸到圓盤60中或者與其背面相鄰。在任何情況下，冷卻劑通路70都 直接或通過金屬層64熱耦合到圓盤60，並且用於冷卻圓盤60。循環經過 內部通路70的冷卻劑液體可以例如是水、乙二醇或混合物。或者，冷卻 劑可以是全氟化合物傳熱液體，如"fluorinert"(由3M公司製造)。與 傳統卡盤的內部氣體冷卻劑通路不同的是，該特徵在存在高RF偏置功率 的情況下表現出很少的電弧或不表現出電弧，其中該高RF偏置功率是由 RF偏置功率發生器125施加到卡盤14上的。
這種晶片的接觸冷卻相比於採用冷卻氣體的傳統方法的一個優點在 於，根據氣體與兩個表面(即，卡盤表面和晶片底面)的材料的熱適應系 數，冷卻氣體和兩個表面中每一個之間的傳熱效率是非常有限的。傳熱速 率被氣體到晶片熱適應係數和氣體到卡盤熱適應係數的乘積衰減。如果這 兩個係數都約為0.5 (這是一個高度粗略的估計)，則晶片-氣體-卡盤的熱 導的衰減因子約為0.25。相反地，本發明中的接觸冷卻熱導事實上沒有這 樣的衰減，熱適應係數有效地對於圖1A-4的卡盤14來說是一致的。因 此，接觸冷卻靜電卡盤14可以勝過傳統的靜電卡盤(即，採用氣體冷卻 的靜電卡盤)約四倍(或更大)的因子，並且在晶片和卡盤之間有足夠高 的吸引靜電力。我們已經在初步的測試中觀察到約三倍因子的改進。
晶片接觸冷卻靜電卡盤14中晶片40和圓盤60之間的傳熱係數受圓盤 頂面表面光潔度和夾緊力的影響。這些參數可以被調節以獲得特定環境下 所必需的傳熱係數。確定所需要的傳熱係數的一個重要的環境因素是所施 加的RF偏置功率水平。可以確信，來自偏置發生器125的至少80X的RF 偏置功率在晶片40中消散為熱。因此，例如，如果RF偏置功率水平是 7500W，來自偏置發生器125的80%的RF偏置功率在晶片40中消散為 熱，並且晶片面積是706cm2 (300mm直徑晶片)，在晶片40和圓盤60 之間允許有80攝氏度的溫差，則所需要的傳熱係數是h-7500 X 80%W/(706cm2X80°K)，其是1071W/m2°K。對於更大的RF偏置功率水 平，可通過增加前述因子(即跨圓盤的溫度下降，圓盤表面的夾緊力或平
整度)中的任何一個或兩者，來增大傳熱係數。這種高傳熱係數(很少在 傳統靜電卡盤中獲得)很容易在圖2的靜電卡盤14中獲得，例如通過施 加lkV量級的足夠高的卡盤電壓。
另外，通過提供更大的可用於與晶片背面直接接觸的圓盤表面面積來 提高熱傳導。在傳統卡盤中，可用於晶片接觸的圓盤表面由於存在開放的 冷卻氣體通道(通過機械加工、研磨或以其他方式形成在圓盤表面中)而 極大地減小。這些通道佔據了圓盤表面的很大一部分。
用於增強的蝕刻性能的雙偏置功率頻率
圖1A的反應器採用了兩個不同的偏置功率頻率(即fl和￡2)以優化
蝕刻性能。第一偏置頻率fl是諸如2MHz的低頻(LF) RF信號，並且對 於等離子體殼層處的離子來說足夠低以遵循其電場的振蕩。由於某些與 LF電場同相的離子將沿著殼層加速，而與LF電場異相的其他離子將沿等 離子體殼層減速，因此LF偏置源提供了相對較寬廣的離子能量譜。例 如，對於2MHz下1000V的標稱RF偏置水平，離子能量的範圍將從約 300eV到1800eV。第二偏置頻率f2是高頻(HF) RF信號，其太高而不能 被等離子體殼層處的離子遵循，從而由HF偏置源產生的離子能量分布相 對較窄，並且中心位於對應於峰-峰電壓的一半的平均值。(頻率G)的 HF偏置源的窄離子能量分布和(頻率fl)的LF偏置源的寬離子能量分布 的組合產生了從由HF偏置源生成的平均離子能量水平延伸到由LF偏置源 生成的較高離子能量水平的離子能量分布。可以確信，這種較高離子能量 水平增強了蝕刻性能。問題是，兩個偏置頻率(fl和G)之間的互調製分 量使得看起來很難準確地測量淨晶片電壓。
晶片接觸力反饋控制
阻抗匹配電路130內的傳統傳感電路132具有輸出端133，輸出端
133提供分別指示低頻電壓V(fl)、電流I(fl)和(可選的)功率Pbias(fl)以 及高頻電壓V(f2)、電流1(f2)和(可選的)功率Pbias(Q)的信號，這些信號
從阻抗匹配電路130的輸出提供到晶片支撐基座14。測量儀器140使用來
自輸出端133的信號來測量晶片40上的電壓。測量儀器140釆用基於下面 將描述的反應器100的電模型的處理。處理器80周期性地計算晶片40的 DC電壓。減法器82計算DC晶片電壓和由卡盤電壓源48施加到基座14 上的DC電壓之間的差，作為淨卡盤電壓。反饋控制器84將由減法器82 提供的淨卡盤電壓與期望的淨卡盤電壓相比較以確定誤差，並施加校正信 號以改變DC電壓供應48的DC輸出從而減小該誤差。期望的淨卡盤電壓 可由晶片溫度控制處理器提供，該處理器將用戶命令的晶片溫度轉換成期 望的淨卡盤電壓。
帶有對fl和f2的互調製分量的校正的晶片電壓的測量
參考圖1B，處理器90通過將在到電纜210的輸入處測得的電壓Vin 和電流Im乘上各個常數並對這兩個乘積加和，來確定電極或柵格62處的 電壓Vjuncti。n。如在2003年5月16日由Daniel Hoffman提交的未決美國申 請No. 10/440,364 (被轉讓給本發明的受讓人)中所公開的，該乘積和加 和採用下面的形式
Vin{Cosh[(Vch) (-length)]} + Iin{Zchsinh[(Veh) (-length)]}。 因此， 一個常數是cosh[(Vch) (-le喊h)]，另一個常數是Zchsinh[(Vch)(-length)]。這兩個常數分別被稱為Kl和K2。 Zch是同軸電纜210的特性阻 抗，Vch是電纜210的復相位速度，"length"是電纜長度。晶片40處的電 壓V^fe是根據引用申請的圖5A的處理器520和圖8A的處理器830的操 作，通過將因子Z柳fo/Z印d併入到每個常數中來獲得的。Zw血是柵格62和 晶片120之間的阻抗，而Zgrid是柵格62和地之間的阻抗。利用該併入到 常數中的校正因子，其變為以下形式
Kl = (Zwafer/Zgrid) cosh[(Vch) (-length)]
K2 = (Zwafo/Zgrid) Zchsinh[(Vch) (-length)]。
根據引用申請，前述內容對於單偏置頻率有效。參數Zwafe、 Z一和
Vch中的每一個是在特定偏置頻率處估計的，從而Kl和K2依賴於頻率。
在圖1A的反應器中，有兩個偏置源125、 125，，其分別提供LF頻率 fl處和HF頻率f2處的偏置功率。因此，圖1B的兩個處理器90和91採用在不同偏置頻率處估計的常數Kl、 K2 (具體如下Kl(fl)、 K2(fl)、 Kl(f2)、 K2(f2)),獨立計算在各個偏置頻率fl、 f2處的晶片電壓。測量
儀器132向處理器90提供LF輸入電壓Vin(fl)和輸入電流Iin(fl)，向處理
器91提供HF輸入電壓Vin(G)和輸入電流Iin(f2)。 LF處理器90採用LF常 數Kl(fl)、 K2(fl)，而HF處理器91採用HF常數Kl(f2)、 K2(f2)，以分別 產生LF晶片電壓Vwafo(fl)和HF晶片電壓Vwafer(f2)。然後，這兩個RF晶 片電壓V，fo(fl)和V^fe(f2)被用於如下所示的確定測得的DC晶片電壓。 首先，分別利用處理器92、 93確定兩個頻率處的晶片DC電壓VDC(fl)、
VDC(f2)，作為LF和HF晶片電壓V滅r(fl)、 Vwafer(G)的固S值。
為了確定可歸因於這兩個頻率分量的晶片上的總DC電壓，我們發
現，在採用這兩個頻率分量的簡單加法，Vtx;(fl) + VDc(f2)時，會發生明顯
的誤差。這是因為這種簡單加法並沒有考慮到兩個偏置頻率之間的互調製
效應。如本說明書中先前所述，誤差可能超過卡盤DC電壓供應48的能 力。因此，從結果中減去校正因子，該校正因子包含兩個DC電壓分量 VDC(fl)、 VDc(f2)的乘積。簡單加和和校正因子的組合是利用處理器94執 行的，以確定晶片上的總DC電壓
VDC(total) = VDC(fl) + VDC(f2) + E{[VDC(fl)][VDC(f2)]}F 其中E和F是常數。理論上，F4/2而E4，但是在實際應用中，我 們發現，獲得的較好的結果是Fi.43而E-l。這提供了高度精確的晶片上 DC電壓的測量結果VDC(wafer)， Voc(wafer)被輸入到管理施加到晶片的 ESC鉗制力的反饋控制迴路82、 84、 48。減法器82確定淨晶片鉗制電壓 AVDC，作為來自處理器80的測得的DC晶片電壓Voc(total)和由DC卡盤 電壓供應48輸出的DC電壓之間的差。反饋控制器84將該值與期望的鉗 制電壓相比較以確定誤差，並改變ESC DC電壓供應48的輸出以便減小該 誤差。
基於室的電特性進行的晶片電壓的測量
圖2示出了圖1A的等離子體反應器的電模型，其限定了在測量儀器 140中用來從阻抗匹配130的輸出處的RF電壓和電流確定晶片40上的電
壓的某些反應器組件的電參數。在圖2的模型中，靜電卡盤(ESC) 14包 括包含電極或導電柵格62的介電圓盤60，圓盤60被電極62劃分為很薄 的上層介電層115-2和下層介電層115-3。層115-3可對層60 (較低部 分)、64和66的組合建模，其將電極62與接地的金屬基底68相分離。 圖2還示出了將阻抗匹配電路130的輸出連接到柵格62的同軸電纜210。 同軸電纜210具有內導體212和外導體214。
圖2中所示的電模型刻畫了等離子體反應器的電屬性，這些屬性利用 傳統技術很容易確定。具體而言，同軸傳輸線或電纜210的特徵在於三個 量(O其長度，(2) Zeh，其特性阻抗，和(3) Veh，其傳輸線方程中
的復相位速度。由於復相位速度Veh依賴於沿同軸電纜傳播的信號的頻
率，因此其在這裡被稱為Veh(f)以指示其對頻率的依賴性。ESC 14的特徵 在於上層和下層的介電層115-2和115-3的電屬性。具體而言，下層介電 層115-3具有電容CD，其是以下參數的函數(1)介電層115-3的介電 常數Sd， (2)介電層115-3的導電損耗分量tanD， (3)介電層115-3的 厚度gap，和(4)晶片40的半徑。導電損耗分量tariD依賴於耦合經過介 電層的信號頻率，因此，在這裡被稱為tanD (f)以指示其對頻率的依賴性。 上層介電層115-2具有電容Cp，其是以下參數的函數(1)介電層115-2 的厚度gapp， (2)介電層115-2的介電常數sp，禾n (3)介電層115-2的 導電損耗分量tanp。導電損耗分量tanp依賴於耦合經過介電層的信號頻 率，因此，在這裡被稱為tanp(f)以指示其對頻率的依賴性。
在一種實現方式中，圖1A的測量儀器140可被劃分為兩部分140a、 140b，這兩部分分別專用於頻率fl、 G處的晶片電壓的相應分量的測量。 為此，來自傳感器132的與LF分量有關的輸出信號(g卩，V(fl)、 I(fl)、 P(fl))被提供到測量儀器部分140a，而來自傳感器132的與HF分量有關 的輸出信號(即，V(f2)、 I(G)、 P(f2))被提供到測量儀器部分140b。因 此，這兩部分140a、 140b採用不同的上述依賴於頻率的模型參數值。從 而，測量儀器部分140a使用Vch(fl)、 tan。(fl)、 tanP(fl)，這些值是在LF頻 率fl處估計的依賴於頻率的參數值。類似地，測量儀器部分140b使用 Vch(f2)、 tanD(f2)、 tanP(f2)，這些值是在HF頻率f2處估計的依賴於頻率的
參數值。圖3A和3B圖示了圖1A的各個測量儀器部分140a、 140b的結構。
LF測暈儀器部分140a:
參考圖3A，在測量儀器部分140a中，輸入相位處理器310接收來自 圖1A的阻抗匹配傳感電路132的低頻(LF) Pbias(fl)、 V(fl)和I(fl)信號， 並產生指示同軸電纜210的接近末端(即，離阻抗匹配電路BO最近的末 端)處的LF輸入電流L(fl)和LF輸入電壓Vm(fl)的相應信號。[在一個實 施例中，不採用輸入相位處理器310,從而LF輸入電流和電壓Iin(fl)、 V^(fl)與來自傳感器132的LF電壓和電流V(fl)、 I(fl)相同。這種簡化避 免了如同在處理器310中進行的複雜的相位計算。]傳輸線變換處理器320 使用來自同軸電纜210的電模型330的特性阻抗Zeh和復相位速度或損耗
係數Veh(fl)來從近電纜末端處的Im和Vm變換為遠電纜末端處(即，同軸
電纜210和柵格62之間的結點)的電壓Vjunetl。n。柵格到地變換處理器340 從柵格到地電容模型345取得半徑、gap、 ￡0和tano(fl)，並產生介電電阻 Ro(fl)和介電電容CD。柵格到晶片變換處理器350從柵格到晶片電容模型 355取得半徑、gapp、 sp和tanp(fl)，並產生等離子體電阻Rp(fl)和等離子 體電容Cp。組合變換處理器360接受所有其他處理器320、 340、 350的輸
出，並計算晶片電壓Vwafer(fl)。
總的來說，電測量是在阻抗匹配電路130的輸出處進行的。傳輸線變 換處理器320將電纜210的近端處的測量結果變換為遠端處的電壓。柵格 到地變換處理器340提供從接近電纜遠端處的地平面64到導電柵格62的 變換。柵格到晶片變換處理器350提供從導電柵格62到晶片40的變換。
傳輸線模型330、柵格到地電容模型345和柵格到晶片電容模型355 不一定是測量儀器140的--部分。或者，它們可以是測量儀器140內的存 儲器，其分別存儲同軸電纜參數(Veh(fl)和Zch)、柵格到地電容參數 (gap、 sD、 tano(fl)和半徑)和柵格到晶片電容參數(gapP、 sP、 tanp(fl)和 半徑)。
圖4A圖示了圖3A的輸入相位處理器310的結構。輸出功率
(delivered power)算術邏輯單元(ALU) 410從阻抗匹配傳感電路132的
輸出I(fl)和Pbias(fl)計算輸出功率P(fl)，計算式為Pbias(fl) - (0.15) I(fl)2。
相位角ALU 420從輸出功率P(fl)以及V(fl)和I(fl)計算相位角e(fl)，計算 式為cos"[P(f1)/V(fl)I(fl)]。阻抗ALU 430計算復阻抗Z(fl)，計算式為 (V(fl)/I(fl))eie，其中i=(-l)1/2。輸入電流ALU 440計算到同軸電纜210的 輸入電流Im(fl)，計算式為[P(fl)/Re(Z(f1))]1 輸入電壓ALU 450計算到 同軸電纜210的輸入電壓Vm(fl)，計算式為Z(fl)Iin(fl)。
圖5A圖示了圖3A的傳輸線變換處理器320的結構。傳輸線處理器接 收來自圖4A的輸入相位處理器310的IJfl)和Vin(fl)作為輸入，並使用傳 輸線模型參數Vch(fl)和Zch (來自圖3A的傳輸線模型或存儲器330)來按
如下方式計算電纜輸出端處的結點電壓Vj皿f(fl)和導納Yjuneti。n(fl):結點
電流ALU 510按如下方式計算同軸電纜210和柵格62 (圖1A)的結點的
電流Ij薦ti。n(fl):
Iin(f 1) {Cosh[Vch(f 1 )(-length)]} + Vm(f 1) {(1 /Zeh)Sinh[Vch(f 1 )(-length)]}
結點電壓ALU 520按如下方式計算同軸電纜210和柵格62之間的結
點的電壓Vj虛i。n(fl):
Vin(f 1) (cosh[ Vch(f 1 )(-length)]} + Iin(f 1) {Zchsinh[Vch(f 1 )(-length)]}
P餘f去器530接l]女Ijunction禾口 Vjunction, 並按Ijunction/Vjunction i十算Yjunction。目U 述計算中每個電參數(電流、電壓、阻抗、導納等)的量都可以是既有實 部又有虛部的複數。
圖6A圖示了圖3A的柵格到地變換處理器340的結構。柵格到地變換 處理器340接收來自圖3A的柵格到地模型或存儲器345的參數gap、 ￡D、 taiiD(fl)和rad (晶片半徑)，並計算介電電阻R。(fl)和介電電容CD。介電 電容CD由CD ALU 610按如下方式計算
(s。)(SD)兀(rad)2/gap
其中so是自由空間的介電常數。RD ALU 620使用來自CD ALU 610 的Cd値，並按如下方式計算介電電阻rd(fl): (taiiD(fl))/((2兀)(fl)CDgap2)
圖7A圖示了圖3A的柵格到晶片變換處理器350的結構。柵格到晶片
變換處理器350接收來自圖3A的柵格到晶片模型或存儲器355的參數 gapP、 sp、 tanp(fl)和rad，並計算等離子體電阻Rp(fl)和等離子體電容CP。 等離子體電容CP由CP ALU 710按如下方式計算 (So)(Sp)兀(rad)2/gapp
其中so是自由空間的介電常數。RP ALU 720使用來自CP ALU 710的
Cp值，並按如下方式計算等離子體電阻Rp(fl):
(tanp(fl))/((27i)(fl)Cpgapp2)
圖8A圖示了圖3A的組合變換處理器360的結構。組合變換處理器 360接收來自圖3A的處理器340的參數RD(fl)、 CD，接收來自圖3A的處 理器350的參數Rp(fl)、 Cp，並接收來自圖3A的處理器320的參數 YjUncti。n。柵格阻抗ALU810按如下方式計算Z一 (柵格62處的阻抗)傳輸線變換 處理器320'使用來自同軸電纜210的電模型330的特性阻抗Zeh和復相位
速度或損耗係數Veh(f2)來從近電纜末端處的Im和Vin變換為遠電纜末端處
(即，同軸電纜210和柵格62之間的結點)的電壓VjUncti。n。柵格到地變 換處理器340，從柵格到地電容模型345取得半徑、gap、化和tanD(f2)，並 產生介電電阻RD(G)和介電電容CD。柵格到晶片變換處理器350，從柵格到 晶片電容模型355取得半徑、gapP、 sp和tanp(G)，並產生等離子體電阻 Rp(f2)和等離子體電容Cp。組合變換處理器360，接受所有其他處理器 320，、 340'、 350，的輸出，並計算晶片電壓Vwafe(f2)。
總的來說，電測量是在阻抗匹配電路130的輸出處進行的。傳輸線變 換處理器320'將電纜210的近端處的測量結果變換為遠端處的電壓。柵格 到地變換處理器340，提供從接近電纜遠端處的地平面64到導電柵格62的 變換。柵格到晶片變換處理器350'提供從導電柵格62到晶片40的變換。
傳輸線模型330'、柵格到地電容模型345和柵格到晶片電容模型355 不一定是測量儀器140的一部分。或者，它們可以是測量儀器140內的存 儲器，其分別存儲同軸電纜參數(V。h(f2)和Zeh)、柵格到地電容參數
(gap、 sD、 tano(f2)和半徑)和柵格到晶片電容參數(gapP、 ￡P、 tanp(G)禾口 半徑)。
圖4B圖示了圖3B的輸入相位處理器310，的結構。輸出功率算術邏輯 單元(ALU) 410，從阻抗匹配傳感電路132的輸出I(f2)和Pbaf2)計算輸出 功率P(f2)，計算式為Pbias(f2) - (0.15) 1(f2)2。相位角ALU 420，從輸出功率
P(G)以及V(f2)和1(f2)計算相位角e(G)，計算式為cos"[P(f2)/ V(f2)I(f2)]。 阻抗ALU 430，計算復阻抗Z(f2)，計算式為(V(f2)/I(f2))e16，其中i=(-l)1/2。 輸入電流ALU 440'計算到同軸電纜210的輸入電流Ih(f2)，計算式為 [P(f2)/Re(Z(f2))]1/2。輸入電壓ALU 450，計算到同軸電纜210的輸入電壓
Vln(f2)，計算式為Z(f2)Im(f2)。
圖5B圖示了圖3B的傳輸線變換處理器320，的結構。傳輸線處理器接 收來自圖4B的輸入相位處理器310，的IJf2)和Vm(f2)作為輸入，並使用傳 輸線模型參數Veh(f2)和Zeh (來自圖3B的傳輸線模型或存儲器330')來按 如下方式計算電纜輸出端處的結點電壓Vj福咖(G)和導納Yjuneti。n(f2):結點 電流ALU 510'按如下方式計算同軸電纜210和柵格62 (圖1A)的結點處
的電流I—cti加(f2):
Iin(G){C0Sh[Vch(f2)(-length)]} + Vin(G){(l/Zch)Sinh[Vch(f2)(-length)]}。 結電壓ALU 520，按如下方式計算同軸電纜210和柵格62之間的結點
的電壓V，ti。n(f2):
Vin(f2){COSh[Vch(f2)(-length)]} + Iin(f2){ZchSinh[Vch(f2)(-length)]}。 除法器530'接收
Ijunction 禾口 Vjuncti0n， 並按Ijunction/Vjuncti。n計算Yjunction。冃U 述計算中每個電參數(電流、電壓、阻抗、導納等)的量都可以是既有實 部又有虛部的複數。
圖6B圖示了圖3B的柵格到地變換處理器340，的結構。柵格到地變換 處理器340，接收來自圖3B的柵格到地模型或存儲器345的參數gap、 sD、 tanD(f2)和rad (晶片半徑)，並計算介電電阻Ro(f2)和介電電容CD。介電 電容CD由CD ALU 610'按如下方式計算
(so)(so)兀(rad)2/gap
其中s。是自由空間的介電常數。RD ALU 620'使用來自CD ALU 610'
的Cd僮，並按如下方式計算介電電阻rd(G):
(tanD(f2))/((27i)(f2)CDgap2)。
圖7B圖示了圖3B的柵格到晶片變換處理器350，的結構。柵格到晶片 變換處理器350，接收來自圖3B的柵格到晶片模型或存儲器355的參數 gapP、 sp、 tanp(f2)和rad，並計算等離子體電阻Rp(f2)和等離子體電容CP。 等離子體電容CP由CP ALU 710，按如下方式計算
(￡0)(sP)7u(rad)2/gapP
其中so是自由空間的介電常數。RPALU720'使用來自CPALU710'的
Cp值，並按如下方式計算等離子體電阻Rp(f2):
(tanp(f2))/((2兀)(f2)Cpgapp2)
圖8B圖示了圖3B的組合變換處理器360'的結構。組合變換處理器 360'接收來自圖3B的處理器340，的參數RD(G)、 CD，接收來自圖3B的處 理器350，的參數Rp(f2)、 Cp，並接收來自圖3B的處理器320，的參數 Yjuncti。n。柵格阻抗ALU810'按如下方式計算Zgrid (柵格62處的阻抗)—1
晶片阻抗ALU 820'使用柵格阻抗ALU 810'的輸出按如下方式來計算 Zwafer (圖2的晶片120處的阻抗)
Z"f2) - 1/( RP(f2) + (1/(i2兀(fl)Cp)))。
晶片電壓ALU 830，使用ALU 810'和820'的輸出以及來自圖5B的除 法器530'的VjUnctl。n(f2)，按如下方式來計算圖2的晶片40上的電壓
Vj腦tion(f2) Zwafer(f2)/Zgrid(G)
應當注意，Zgrid(f2)的精確計算依賴於上述用於電壓和電流
VJuncti。n(G)、 I萍cti。n(f2)的相應傳輸線方程中的Vin(f2)和Iin(G)，從而Zgrfd(f2)
不一定是常數。為了簡化晶片電壓V^fo(f2)的計算，因子Zw^(f2)/Zgrid(G) 被忽略(被分配均一值)。或者，為了簡化計算，可將可用操作處理窗口
內的Zgrid(f2)的平均值選為常數來替代在確定Vw血(f2)中的Z一(f2)的精確 計算。利用該簡化，因子Zwafer(G)/Zgrid(f2)變為常數，從而由ALU 830，進 行的晶片電壓Vw^(f2)的確定變為電纜/電極結點電壓V—ti。n(G)乘上常數 (即，因子Zwafe(f2)/Z^d(f2))。這可能略微降低精度，但是具有簡化 Vwafer(f2)的計算的優點。
如果需要，f2處的晶片電流可由處理器840'來測量，處理器840'將晶
片電壓V肌fo(f2)除以晶片阻抗Zwafo(f2)。
圖1A的處理器所用的常數的確定
兩個測量儀器部分140a、 140b分別提供了晶片電壓的LF和HF分量 VwafOT(fl)、 Vwafo(f2)。這兩個分量被用在圖IB的處理器中，用來在考慮到 由於兩個頻率之間的互調製而引起的電壓損耗的同時計算總晶片DC電 壓，如上參考圖1B所述。圖1B的處理器90用來確定晶片電壓的LF分量 的LF常數Kl(fl)、 K2(fl)是根據圖3A、 4A、 5A、 6A、 7A和8A的公開 按如下方式定義的
Kl(fl) = [Zwafer(fl)/Z"f1)] C0Sh[Vch(fl)(-leilgth)]
K2(fl) = [Zw由(fl)/Zgrid(f1)] ZchSinh[Vch(fl)(-length)]
圖1B的處理器91用來確定晶片電壓的HF分量的HF常數Kl(f2)、 K2(f2)是根據圖3B、 4B、 5B、 6B、 7B和8B的公開按如下方式定義的
Kl(f2) = [Zw"f2)/Z"G)] cosh[Vch(G)(-length)]
K2(f2) = [Zwafer(G)/Zgrid(f2)] Zchsinh[Vch(f2)(-length)]
圖9示出了分別用於生成常數Kl(fl)、 K2(fl)、 Kl(f2)、 K2(f2)的處理 器95、 96、 97、 98。對於處理器95和96， Z，fe(fl)和Zgrfd(fl)的值分別來 自(圖8A的)處理器820和810，如圖9中所示。對於處理器97和98， Zwafo(G)和Zgrid(f2)的值分別來自(圖8B的)處理器820，和810，，如圖9 中所示。這些常數可分別存儲在圖1B的寄存器90a、 90b、 91a、 91b中。
在高效的實現方式中，來自傳感器132的相位信息是不需要的。在該 實現方式中，不採用相位處理器310，並且傳感器電壓和電流V(fl)、 I(fl)、 V(f2)、 I(G)以圖1B所示的方式乘上存儲在寄存器90a、 90b、 91a、 91b中的常數。為了確保Kl(fl)、 K2(fl)、 Kl(f2)、 K2(G)是真常數，量 Zgrid被替代以預測的操作處理窗口上可用的Z^d的平均值，如前在說明書 中所述。
儘管已經結合獨立處理器描述了在測量儀器140中執行的每個操作， 但是測量儀器140內的若干處理器也可以實現在單個處理器中，這單個處 理器的資源是共享的以在不同時間執行不同的操作。或者，測量儀器140 內的所有處理器由單個處理器實現，這單個處理器是測量儀器所執行的不 同操作之間的共享資源，從而測量儀器140可實現為利用中央處理單元
(CPU)來執行所有操作的計算機。
相位處理器310a、 310b將傳感器132感應到的電壓和電流的測量值變 換為輸入電壓和電流Vin(fl)、 Iin(fl)、 Vin(G)、 Iin(f2)。因此，出於權利要求 的原因，相位處理器310a、 310b可被認為是傳感器132的一部分，從而相 位處理器310a、 310b的輸出Vin(fl)、 Iin(fl)、 Vin(f2)、 1;[1(￡2)被認為是來自 傳感器132的測量電壓和電流。事實上，在某些情況下，可以去除或旁路 相位處理器310。
存儲常數Kl(fl)、 K2(fl)、 Kl(f2)、 K2(f2)的使用極大地簡化了晶片電 壓頻率分量的計算，其將該計算簡化為傳感電流和電壓與相應常數的簡單 乘法和所得到的乘積的加和。這使得沒有必要測量相位以確定晶片電壓。
本發明的某些優點
本發明可用於蝕刻處理中的Johnson-Raybeck靜電卡盤(ESC)(即， 在圖1A中描述的卡盤類型)，以精確地控制晶片DC電壓，從而使偏置 功率可增大到處於非常高的晶片溫度(例如60攝氏度)處的ESC的容量 (例如10kW)，以在非常低的室壓強(例如5mT)下實現更直的蝕刻分 布特性，從而獲得更好的蝕刻選擇性。來自晶片的熱傳導通過控制靜電鉗 制力來加以調節，如上所述。如果沒有本發明所提供的晶片DC電壓的精 確測量和控制，則運行這樣高的晶片偏置功率可能有如下的風險即晶片 DC電壓中的誤差可能引起兩種災難性事件之一(1)如果DC晶片電壓 太小，則晶片可能被不適當地鉗制，從而其溫度上升失控或者晶片與ESC 脫離；(2)如果DC晶片電壓太大，則晶片可能被鉗制過當，導致由於 DC晶片電流過量而處理失敗。問題在於，儘管Johnson-Raybeck ESC可以 容忍低室壓強(例如5-10mT)下的非常高的晶片偏置功率水平(例如 10kW)而不會引起擊穿，但是其絕緣層在蝕刻所需的高溫下變得非常易 損，從而要求更多的偏置功率以維持給定的DC晶片電壓，這導致更高的 晶片電流。在本發明之前，該問題不得不通過限制晶片溫度或晶片偏置電 壓(或兩者)以防止晶片DC電壓中的任何誤差超過可允許限度來加以避 免。利用本發明，以完全無害的方式高精度地實時監視晶片DC電壓(和
電流)。利用對偏置功率水平的控制反饋，可以使得晶片DC電壓和(由 此引起的)晶片鉗制電壓接近可允許限度(即，接近最大晶片電流限度或 接近最小鉗制電壓)，而不會有任何違反這些限度的可能，這是通過本發
明的精確晶片DC電壓測量和RF偏置功率水平之間的實時反饋控制系統 防止的。結果，偏置功率可以增大到處於高晶片溫度(例如60攝氏度) 和相對較低的室壓強(例如5mT)下的非常高的水平(例如10kW)。這 些處理參數值限定了新的高性能蝕刻處理窗口，該窗口只有本發明才可獲 得。
儘管通過參考特定優選實施例描述了本發明，但是應當理解，在不脫 離本發明的真實精神和範圍的前提下可以進行變化和修改。
權利要求
1.一種等離子體反應器，包括真空室和所述室內用於支持要處理的晶片的靜電卡盤，以及靜電卡盤供應電壓源；用於將處理氣體供應到所述室內的處理氣體入口；等離子體射頻偏置功率供應和射頻功率路徑，所述射頻功率路徑具有耦合到所述等離子體射頻偏置功率供應的輸入端和耦合到所述晶片的支撐基座的輸出端，以及提供代表所述射頻功率路徑的輸入端附近處的測量電壓和測量電流的測量信號的傳感器電路；用於提供晶片電壓信號的處理器，所述晶片電壓信號是所述測量電壓和所述測量電流分別乘上第一係數和第二係數的加和，所述晶片電壓信號代表所述晶片的支撐基座上支撐的晶片上的電壓；以及控制所述靜電卡盤的直流供應電壓以管理鉗制電壓的反饋控制迴路，所述鉗制電壓包括所述晶片電壓的直流分量和所述靜電卡盤的所述供應電壓源的電壓之間的差。
2. 如權利要求1所述的反應器，其中所述反饋控制迴路使所述鉗制電 壓和目標鉗制電壓之間的差最小。
3. 如權利要求2所述的反應器，還包括用於根據期望晶片溫度選擇所 述目標鉗制電壓的控制器。
4. 如權利要求1所述的反應器，其中所述射頻功率路徑包括同軸傳輸 線，並且所述第一係數和第二係數分別包括對應於所述同軸傳輸線的傳輸 線方程的電壓係數和電流係數。
5. 如權利要求4所述的反應器，其中所述晶片的支撐基座包括耦合到所述同軸傳輸線的輸出端的導電柵格；所述加和被在所述處理器內乘上校正因子，所述校正因子包括柵格到 晶片阻抗Z^fo和柵格到地阻抗ZgHd之間的比。
6. 如權利要求5所述的反應器，其中所述處理器包括用於生成所述電 壓係數和所述電流係數的傳輸線變換處理器、用於生成所述柵格到地阻抗 Z一的柵格到地變換處理器和用於生成所述柵格到晶片阻抗Zwafe的柵格到 晶片變換處理器。
7. —種等離子體反應器，包括 真空室和所述室內用於晶片支持的支撐； 用於將處理氣體供應到所述室內的處理氣體入口 ；用於供應分別包括第一頻率分量f(l)和第二頻率分量f(2)的射頻偏置 功率的等離子體射頻偏置功率供應，以及具有耦合到所述等離子體射頻偏 置功率供應的輸入端和耦合到所述晶片的支撐基座的輸出端的射頻功率路 徑，以及提供代表所述射頻功率路徑的輸入端附近處的測量電壓的第一頻 率分量和第二頻率分量以及測量電流的第一頻率分量和第二頻率分量的測 量信號的傳感器電路；用於提供晶片電壓信號的第一頻率分量和第二頻率分量的處理器，所 述晶片電壓信號的第一頻率分量和第二頻率分量分別是所述測量電壓和測 量電流的第一頻率分量分別乘上第一係數和第二係數的第一加和和所述測 量電壓和測量電流的第二頻率分量分別乘上第三係數和第四係數的第二加 和；以及用於通過利用校正因子組合所述晶片電壓的所述第一頻率分量和第二 頻率分量的直流分量來生成直流晶片電壓的處理器，所述校正因子包括被 升高到選定功率並且乘上選定係數的所述晶片電壓的所述第一分量和第二 分量的所述直流分量的乘積。
8. 如權利要求7所述的反應器，其中所述選定功率約為0.5，所述選 定係數約為0.3。
9. 如權利要求7所述的反應器，其中所述選定功率約為0.43，所述選 定係數約為1。
10. 如權利要求7所述的反應器，其中所述晶片支撐包括靜電卡盤和 連接到所述靜電卡盤的直流供應電壓源，所述反應器還包括控制所述靜電卡盤的所述直流供應電壓源以管理鉗制電壓的反饋控制 迴路，所述鉗制電壓包括所述直流晶片電壓和所述靜電卡盤的所述直流供 應電壓的電壓之間的差。
11. 如權利要求IO所述的反應器，其中所述反饋控制迴路使所述鉗制 電壓和目標鉗制電壓之間的差最小。
12. 如權利要求11所述的反應器，還包括用於根據期望晶片溫度選擇 所述目標鉗制電壓的控制器。
13. 如權利要求7所述的反應器，其中所述射頻功率路徑包括同軸傳輸線，並且其中所述第一係數和第二係數分別包括對應於所述同軸傳輸線的傳輸線方 程的第一頻率電壓係數和第一頻率電流係數；並且所述第三係數和第四係數分別包括對應於所述同軸傳輸線的傳輸線方 程的第二頻率電壓係數和第二頻率電流係數。
14. 如權利要求13所述的反應器，其中所述晶片支撐基座包括耦合到所述同軸傳輸線的輸出端的導電柵格；所述第一加和被在所述處理器內乘上某一校正因子，該校正因子包括柵格到晶片阻抗的第一頻率分量Z柳fe(fl)和柵格到地阻抗的第一頻率分量 Zgrid(fl)之間的比；並且所述第二加和被在所述處理器內乘上某一校正因子，該校正因子包括 柵格到晶片阻抗的第二頻率分量Z^fo(f2)和柵格到地阻抗的第二頻率分量Zgrid(f2)之間的比。
15. 如權利要求14所述的反應器，其中所述處理器包括用於生成所述 第一頻率電壓係數、第二頻率電壓係數和第一頻率電流係數、第二頻率電 流係數的傳輸線變換處理器、用於生成所述第一頻率分量和第二頻率分量 柵格到地阻抗Zgrid(fl)、 Zgrid(f2)的柵格到地變換處理器和用於生成所述第一頻率分量和第二頻率分量柵格到晶片阻抗Zwafe(fl)、 Zwafo(f2)的柵格到晶片變換處理器。
16. 如權利要求7所述的反應器，其中所述第一頻率分量對應於幾 MHz量級的低頻，所述第二頻率分量對應於約為10MHz量級的高頻，並 且所述校正因子補償了所述第一和第二頻率分量之間的互調製。
全文摘要
等離子體反應器具有用於供應分別包括第一頻率分量和第二頻率分量的RF偏置功率的雙頻等離子體RF偏置功率源和具有耦合到等離子體RF偏置功率源的輸入端和耦合到晶片支撐基座的輸出端的RF功率路徑，以及提供代表RF功率路徑的輸入端附近處的測量電壓的第一頻率分量和第二頻率分量以及測量電流的第一頻率分量和第二頻率分量的測量信號的傳感器電路。反應器還包括用於提供晶片電壓信號的第一頻率分量和第二頻率分量的處理器，所述晶片電壓信號的第一頻率和第二頻率分量分別是測量電壓和測量電流的第一頻率分量分別乘上第一係數和第二係數的第一加和，以及測量電壓和測量電流的第二頻率分量分別乘上第三係數和第四係數的第二加和。處理器通過利用互調製校正因子組合晶片電壓的第一頻率分量和第二頻率分量的DC分量來生成DC晶片電壓，互調製校正因子是被升高到選定功率並且乘上選定係數的晶片電壓的第一分量和第二分量的DC分量的乘積。
文檔編號H05H1/00GK101110347SQ20061009933
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月17日 優先權日2006年7月17日
發明者丹尼爾·J·霍夫曼, 史蒂文·C·香農, 柯康蘇, 翁瑟科·李, 蔣國楊, 道格拉斯·H·伯恩斯 申請人:應用材料公司