CN109119317B - 一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备。该偏压调制方法将偏压射频源产生的偏压功率加载于承载待加工工件的基座上，以使放置于基座上的待加工工件的表面产生负偏压，在偏压功率加载期间，偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，以补偿待加工工件表面损失的负偏压，从而使待加工工件表面的负偏压在偏压功率加载期间保持预设的范围。本发明还公开了一种偏压调制系统。本发明公开的等离子体处理设备包括本发明的偏压调制系统。本发明的偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备均能使待加工工件表面的负偏压保持在预设范围，从而使待加工工件的工艺速率(如刻蚀速率或沉积速率)保持在预设范围。

Description

一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，涉及一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备。

背景技术

随着半导体元器件制造工艺的迅速发展，对元器件性能与集成度要求越来越高，使得等离子体技术得到了极广泛的应用。在等离子体刻蚀或沉积系统中，通过在真空反应腔室内引入各种反应气体(如Cl₂,SF₆,C₄F₈,O₂等)，利用外加电磁场(直流或交流)使气体原子内束缚电子摆脱势阱成为自由电子，获得动能的自由电子再与分子、原子或离子产生碰撞使得气体完全解离，形成等离子体。等离子体中含有大量电子、离子(包括正离子和负离子)、激发态原子、分子和自由基等活性粒子，这些活性粒子和置于腔体并曝露在等离子体中的晶圆表面相互作用，使晶圆材料表面发生各种物理化学反应，从而使材料表面性能发生变化，完成刻蚀或其他工艺过程。在用于半导体制造工艺的等离子体设备的研发中，最重要的因素是增大对衬底的加工能力，以便提高产率，以及执行用于制造高度集成器件工艺的能力。

在传统半导体制造工艺中已经使用各种类型的等离子体设备。现今采用比较广泛的用于等离子体刻蚀设备的激发等离子体方式为电感耦合等离子体(ICP)，这种方式可以在较低工作气压下获得高密度的等离子体，而且结构简单，造价低。

典型ICP半导体刻蚀装置结构如图1所示，真空腔室3中，顶部使用介质窗2(石英或陶瓷)密封，介质窗2上部放置平面射频天线1，主射频源8输出的射频能量通过射频天线1，以感应放电的形式，将能量耦合至真空腔室，产生高密度等离子体。靠近石英窗的等离子体由上至下扩散至晶片4表面，进行特定的工艺过程。晶片4下部为一个典型的下电极结构，包括载片台6、金属电极5以及与其连接的偏压射频源7和阻抗匹配网络。金属电极5嵌入载片台6中构成承载晶片4的基座，由外加偏压射频源7提供射频场，产生射频偏压，在晶圆表面形成离子加速鞘层，即产生负偏压，控制轰击至晶圆表面的离子能量。在工艺过程中，由于晶片不导电，会有正离子累积到晶片表面。累积到晶片表面的正离子产生正电势，产生的正电势会降低晶片表面的负偏压，从而减小晶片表面对等离子体中正离子的吸引力，降低正离子到达晶片表面的数量和速率，从而降低晶片表面的刻蚀速率，降低了产能。

因此，在等离子体工艺过程中，如何避免或降低晶片表面负偏压的损失已成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备。本发明的偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备均能通过在偏压功率加载期间，使偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，以使待加工工件表面的负偏压保持在相对恒定的预设范围内，从而使工艺(如刻蚀或沉积)速率保持在相对恒定的预设范围内。

本发明提供一种偏压调制方法，将偏压射频源产生的偏压功率加载于承载待加工工件的基座上，以使放置于所述基座上的所述待加工工件的表面产生负偏压，在所述偏压功率加载期间，所述偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，以补偿所述待加工工件表面损失的负偏压，从而使所述待加工工件表面的负偏压在所述偏压功率加载期间保持预设的范围。

优选地，所述目标电压与所述初始电压的差值等于所述待加工工件表面损失的偏压。

优选地，所述偏压射频源为脉冲调制射频源；

在每个脉冲周期的脉冲开启时间内，所述偏压射频源产生的电压由所述初始电压增加至所述目标电压。

优选地，在每个脉冲周期的脉冲开启时间内，所述偏压射频源产生的电压由所述初始电压增加至所述目标电压，包括以下步骤：

步骤S101：检测并记录在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第一偏压；其中，N≥100，且N为整数；1≤n≤N,且n为整数；T1为脉冲开启时间；当n＝1时，t1时刻的脉冲的电压为所述初始电压；

步骤S102：检测并记录在脉冲开启时间内的t2＝n(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第二偏压；当n＝N时，t2时刻的脉冲的电压为所述目标电压；

步骤S103：计算所述第二偏压与所述第一偏压的差值；

步骤S104：将在t2时刻的输出电压实时调整为在t1时刻的输出电压与所述差值之和；

步骤S105：判断n是否等于N；如果是，则停止执行上述步骤；如果否，则将n加1后依次执行步骤S101至步骤S105。

优选地，所述初始电压/所述目标电压的比值范围为0.1-0.9。

优选地，在脉冲开启时间内，输出电压呈线性增加。

优选地，所述输出电压线性增加的斜率为：

K＝(V2-V1)/T1；

其中，V2为所述目标电压，V1为所述初始电压，T1为所述脉冲开启时间。

本发明还提供一种偏压调制系统，用于对放置在所述基座表面的待加工工件的负偏压进行调制，包括：

偏压射频源,所述偏压射频源与承载所述待加工工件的基座电连接，用于对所述基座加载偏压功率，以使所述待加工工件的表面产生负偏压；

电压调整模块，所述电压调整模块与所述偏压射频源电连接，用于在偏压功率加载期间，使所述偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，以补偿所述待加工工件表面损失的负偏压，从而使所述待加工工件表面的负偏压保持在预设的范围。

优选地，所述偏压射频源为脉冲调制射频源，所述电压调整模块包括：

时钟发生器，所述时钟发生器能设定与所述脉冲调制射频源同步的时钟信号；

电压传感器，所述电压传感器与所述时钟发生器进行通信，在脉冲开启时间内，所述电压传感器检测所述待加工工件表面的偏压；

数字处理器，所述数字处理器与所述电压传感器进行通信，接收并计算所述电压传感器检测到的偏压值，根据计算结果指令所述脉冲调制射频源实时调整输出电压，从而补偿在脉冲开启时间内所述待加工工件表面的偏压损失。

优选地，当所述电压传感器检测所述待加工工件表面的偏压时，

检测在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第一偏压和t2＝n(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第二偏压；其中，

N≥100，且N为整数；

1≤n≤N,且n为整数；

T1为脉冲开启时间。

优选地，当所述数字处理器接收并计算所述电压传感器检测到的偏压，根据计算结果指令所述脉冲调制射频源实时调整输出电压时，

所述数字处理器接收所述第一偏压和所述第二偏压，计算所述第二偏压与所述第一偏压的差值；并发送指令至所述脉冲调制射频源将在t2时刻的输出电压调整为t1时刻的输出电压与所述差值之和；且

所述数字处理器判断n是否等于N，如果是，则指令所述电压传感器停止检测所述待加工工件的偏压和所述脉冲调制射频源停止实时调整输出电压；如果否，则指令所述电压传感器继续检测所述待加工工件的偏压和所述脉冲调制射频源实时调整输出电压。

本发明还提供一种等离子体处理设备，包括：用于承载待加工工件的基座、等离子体发生装置，还包括上述偏压调制系统，所述偏压调制系统与所述基座电连接。

本发明的有益效果：

本发明所提供的偏压调制方法，通过在偏压功率加载期间，使偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，待加工工件表面产生的负偏压逐渐增加，增加的负偏压能全部或部分抵消逐渐累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，使待加工工件表面的负偏压保持在预设范围内，从而使待加工工件表面对正离子的吸引力相对稳定，进而使正离子到达待加工工件表面的数量和速率相对稳定，最终使待加工工件表面的工艺速率(如刻蚀或沉积))保持在预设范围内。

本发明所提供的偏压调制系统，通过设置电压调整模块，能逐渐增加加载至基座上的电压，从而使待加工工件上产生的负偏压逐渐增加，待加工工件表面增加的负偏压能全部或部分抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，使待加工工件表面的负偏压保持在预设范围内，从而使待加工工件表面对正离子的吸引力相对稳定，进而使正离子到达待加工工件表面的数量和速率相对稳定，最终使待加工工件表面的工艺(如刻蚀或沉积)速率保持在预设范围内。

本发明所提供的等离子体处理设备，通过采用上述偏压调制系统，能够使待加工工件表面的负偏压保持在预设范围内，从而使待加工工件的工艺速率(如刻蚀或沉积)也保持在预设范围内。

附图说明

图1为现有技术中电感耦合半导体刻蚀装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的调制后的脉冲调制射频源输出的波形图；

图3为本发明一种实施方式的偏压调制方法的流程示意图；

图4为本发明一种实施方式的调制后的脉冲调制射频源输出的波形及相应的晶片表面的实际负偏压波形图；

图5为本发明一种实施方式的偏压调制系统示意图。

其中，附图标记为：

1.射频天线；2.介质窗；3.真空腔室；4.晶片；5.金属电极；6.载片台；7.偏压射频源；8.主射频源；T1.脉冲开启时间；T2.脉冲关闭时间；V1.初始电压；V2.目标电压；9.电压调整模块；91.时钟发生器；92.电压传感器；93.数字处理器；10.基座。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种偏压调制方法、偏压调制系统和等离子体处理设备作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种待加工工件表面偏压的调制方法，将偏压射频源产生的偏压功率加载于承载待加工工件的基座上，以使放置于基座上的待加工工件的表面产生负偏压，在偏压功率加载期间，偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，以补偿待加工工件表面损失的负偏压，从而使待加工工件表面的负偏压在偏压功率加载期间保持预设的范围。

其中，预设的范围指偏压功率加载到待加工工件表面上后，能够确保到达待加工工件表面的正离子具有一定的数量和速率，从而确保待加工工件表面的等离子体处理速率在合适的工艺范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

通过在偏压功率加载期间，使偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，能使待加工工件表面增加的负偏压部分或全部抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，并使待加工工件表面的负偏压保持在相对恒定的预设范围内，从而确保待加工工件表面对正离子的吸引力，进而确保正离子到达待加工工件表面的数量和速率，从而使对待加工工件的工艺速率保持在预设范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

目前，偏压射频源可以采用能够输出射频脉冲方波的射频脉冲方波源。射频脉冲方波在开启阶段，在晶片表面累积一定量的正离子，正离子累积形成的正电势会抵消一部分加载于晶片上的负偏压；但在射频脉冲方波的关闭阶段，由于电子会降落到晶片表面，中和晶片表面在射频脉冲方波开启阶段累积的正离子，从而减少晶片表面累积的正电势，因此，从总体上看，相对于现有技术中加载于晶片上的正弦连续波，射频脉冲方波源能够在一定程度上起到减小晶片表面累积的正离子对其表面负偏压的降低的作用，从而确保晶片表面对正离子的吸引力，进而确保正离子到达晶片表面的数量和速率。

优选的，本实施例中，目标电压与初始电压的差值等于待加工工件表面损失的偏压。如此设置，能使待加工工件表面增加的负偏压恰好抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，并使待加工工件表面的负偏压保持在恒定的初始电压水平，从而确保待加工工件表面对正离子的吸引力，进而确保正离子到达待加工工件表面的数量和速率，从而使对待加工工件的工艺速率(如刻蚀速率或沉积速率)保持恒定。

需要说明的是，目标电压与初始电压的差值也可以大于待处理晶片表面的偏压损失；或者，目标电压与初始电压的差值也可以小于待处理晶片表面的偏压损失。只要使待加工工件表面的负偏压在偏压功率加载期间保持预设的范围，即可确保待加工工件表面对正离子的吸引力，进而确保正离子到达待加工工件表面的数量和速率，从而使对待加工工件的工艺速率保持在预设范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

进一步优选的，本实施例中，如图2所示，偏压射频源为脉冲调制射频源；在每个脉冲周期的脉冲开启时间T1内，偏压射频源产生的电压由初始电压V1增加至目标电压V2。

其中，待加工工件为待处理晶片。当脉冲加载到承载待处理晶片的基座上时，由于待处理晶片本身不导电，所以在脉冲的开启时间T1内，脉冲负偏压会使待处理晶片表面吸引正电荷到达，到达晶片表面且不参与工艺的正电荷积累在晶片表面，正电荷的累积会抵消一部分负偏压，最终导致待处理晶片表面的负偏压幅度持续下降；本实施例中偏压的调制方法通过在每个脉冲周期的脉冲开启时间T1内，使偏压射频源产生的电压由初始电压V1增加至目标电压V2，能部分或全部抵消掉待处理晶片表面积累的正电荷产生的正电势，从而减小或避免待处理晶片表面的负偏压损失，进而确保对待加工工件的处理速率。

本实施例中，如图3所示，在每个脉冲周期的脉冲开启时间内，偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，包括以下步骤：

步骤S101：检测并记录在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻待加工工件表面的第一偏压；其中，N≥100，且N为整数；1≤n≤N,且n为整数；T1为脉冲开启时间；当n＝1时，t1时刻的脉冲的电压为初始电压。

步骤S102：检测并记录在脉冲开启时间内的t2＝n(T1/N)时刻待加工工件表面的第二偏压；当n＝N时，t2时刻的脉冲的电压为目标电压。

步骤S103：计算第二偏压与第一偏压的差值。

步骤S104：将在t2时刻的输出电压实时调整为在t1时刻的输出电压与差值之和。

步骤S105：判断n是否等于N。如果是，则停止执行上述步骤。如果否，则将n加1后依次执行步骤S101至步骤S105。

其中，在一个脉冲开启时间段内，使脉冲调制射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压的具体流程例如：将脉冲开启时间内脉冲输出的起始时刻设为t1,假设脉冲输出的起始时刻即t1＝(n-1)(T1/N)时刻(其中n＝1，即t1＝0)的电压为(Vs)0＝V1′，即脉冲开始的瞬间(t1＝0)，检测到晶片表面的第一偏压V’0＝(Vs)0＝V1′；下一时刻即t2＝n(T1/N)时刻(其中n＝1，t2＝T1/N)，检测得到晶片表面的第二偏压V2′；计算第二偏压与第一偏压的差值V，得到V＝V2′-V1′，V即为需要补偿的电压；根据需要补偿的电压对脉冲在t2时刻的实际电压(Vs)1进行即时的调整(Vs)1＝V1′+V。如此循环往复，直至n＝N，停止执行上述步骤，即脉冲关闭。脉冲关闭前一时刻的实际电压即为脉冲开启时间内最后时刻的目标电压V2。脉冲关闭之后，电子进入刻蚀槽底部，中和正电荷，使晶片表面偏压恢复为0V。

该偏压射频源在脉冲开启时间内产生的电压由初始电压增加至目标电压的方法可实现工艺过程中晶片表面偏压的实时动态调整补偿，使晶片表面达到如图4所示的补偿效果。其中，N值越大，补偿效果越好。

其中，检测待加工工件表面损失的第一偏压和第二偏压与脉冲开启时间内通过将脉冲电压由初始电压增加至目标电压从而补偿待加工工件表面损失的偏压在相同的工艺条件下进行，即该检测与补偿过程在相同的脉冲开启时间内，相同的脉冲功率和脉冲占空比下，以及相同的初始电压下进行，以确保检测获得的待加工工件表面损失的偏压恰好等于待加工工件表面损失的偏压的补偿量，从而使待加工工件表面的偏压经补偿后趋于恒定，进而确保待加工工件表面的等离子体处理速率在合适的工艺范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

优选地，如图2所示，在脉冲开启时间T1内，输出电压呈线性增加。相对于脉冲调制射频源输出的脉冲的波形为方波的情况，由于脉冲的波形为方波时，待处理晶片上的正电荷积累基本呈线性趋势，所以采用电压线性增加的脉冲，能够相应地对线性增加的积累正电荷进行抵消，从而使待处理晶片上获得满足要求的负偏压水平。其中，输出的脉冲电压在增加前为初始电压V1，输出的脉冲电压在增加后为目标电压V2。输出的脉冲电压线性增加的斜率为：K＝tanθ＝(V2-V1)/T1；其中，V2为目标电压，V1为初始电压，T1为脉冲开启时间。脉冲电压线性增加的斜率越大，则说明在脉冲的开启时间T1内，输出的脉冲电压的线性增加速度越快；输出的脉冲电压线性增加的斜率越小，则说明在脉冲的开启时间T1内，脉冲电压的线性增加速度越慢。

以偏压射频源输出脉冲的电感耦合等离子体刻蚀设备为例，偏压射频源为可输出如图2所示波形的新型脉冲调制射频源。脉冲调制射频源用于向基座上加载负偏压，以使置于基座上的待刻蚀晶片表面产生负偏压，吸引等离子体向待刻蚀晶片表面轰击。如图4所示，刻蚀工艺过程中，脉冲调制射频源输出脉冲频率为50Hz，占空比为60％，初始电压V1为300V。当脉冲的占空比设定为60％时，脉冲开启和关闭阶段待刻蚀晶片表面偏压由300V降低至200V，即偏压损失了100V。因此，为了对待刻蚀晶片表面的偏压损失进行补偿，脉冲调制射频源输出的目标电压V2应增加为400V，以补偿上述损失的100V偏压，即脉冲调制射频源输出的初始电压V1与目标电压V2的电压比Vr为0.75。此时，偏压射频源输出的脉冲调制波形及对应的待刻蚀晶片表面的负偏压如图4所示。脉冲开启阶段(Pulse on)，输出偏压由300V线性增加至400V，线性增加斜率tanθ＝(400V-300V)/12ms，从而补偿了待刻蚀晶片表面因正电荷积累造成的负偏压损失，使得待刻蚀晶片表面偏压维持在初始电压V1水平不变；从而使待加工工件表面对正离子的吸引力保持稳定，进而使正离子到达待加工工件表面的数量和速率保持稳定，从而使对加工工件的处理速率保持在预设范围，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求；脉冲关闭阶段(Pulse off)，自由电子进入待刻蚀晶片表面的刻蚀槽中和其中的正电荷，使得待刻蚀晶片表面恢复到零电势；如此反复。从图4中可以看出在脉冲开启时间内，对脉冲进行调制之后解决了待刻蚀晶片表面由于正电荷积累造成的负偏压下降问题，从而相对现有技术保持了预期的刻蚀速率，进而保证了晶片的产能。

需要说明的是，在脉冲的开启时间T1内，输出的脉冲电压也可以非线性增加。非线性增加的电压能够相应地对非线性增加的积累正电荷进行抵消，从而使待处理晶片上获得满足要求的负偏压水平。

优选的，如图2所示，本实施例中初始电压V1/目标电压V2的比值范围为0.1-0.9。在该范围内调整初始电压V1与目标电压V2的比值，能实现对待处理晶片表面偏压损失的适当补偿，从而能够根据对待处理晶片的不同的处理工艺目标要求，对待处理晶片的处理速率进行调控，进而实现对晶片处理速率的精确调控，提升晶片处理质量，保证晶片产能。

本实施例中，脉冲调制射频源输出的脉冲的脉冲频率f＝1/(T1+T2)调整范围为10Hz-20KHz。脉冲的占空比D＝T1/(T1+T2)调整范围为10％-90％。脉冲调制射频源的射频频率为2MHz、13.56MHz或60MHz等。本实施例中的偏压调制方法不仅适用于电感耦合等离子处理工艺(ICP)，而且适用于电容耦合等离子体处理工艺(CCP)、微波等离子体处理工艺和微波电子回旋共振等离子体处理工艺(ECR)。

本实施例中的偏压调制方法，通过在偏压功率加载期间，使偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，能使待加工工件表面增加的负偏压全部或部分抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，并使待加工工件表面的负偏压保持在预设范围内，从而使待加工工件表面对正离子的吸引力保持稳定，进而确保正离子到达待加工工件表面的数量和速率保持稳定，从而使对加工工件的处理速率保持在预设范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

实施例2：

本实施例提供一种偏压调制系统，如图5所示，用于对放置在基座10表面的待加工工件的负偏压进行调制，包括：偏压射频源7,偏压射频源7与承载待加工工件的基座10电连接，用于对基座10加载偏压功率，以使待加工工件的表面产生负偏压。电压调整模块9，电压调整模块9与偏压射频源7电连接，用于在偏压功率加载期间，使偏压射频源7产生的电压由初始电压增加至目标电压，以补偿待加工工件表面损失的负偏压，从而使待加工工件表面的负偏压保持在预设的范围。

电压调整模块9能使待加工工件表面增加的负偏压全部或部分抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，并使待加工工件表面的负偏压保持在相对恒定的预设范围内，从而使待加工工件表面对正离子的吸引力保持稳定，进而使正离子到达待加工工件表面的数量和速率保持稳定，从而使对加工工件处理的速率保持在预设的范围内，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

其中，待加工工件为待处理晶片4。

本实施例中，如图5所示，偏压射频源7为脉冲调制射频源，电压调整模块9包括：时钟发生器91，时钟发生器91能设定与脉冲调制射频源同步的时钟信号。电压传感器92，电压传感器92与时钟发生器91进行通信，在脉冲开启时间内，电压传感器92检测待加工工件表面的偏压。数字处理器93，数字处理器93与电压传感器92进行通信，接收并计算电压传感器92检测到的偏压值，根据计算结果指令脉冲调制射频源实时调整输出电压，从而补偿在脉冲开启时间内待加工工件表面的偏压损失。

其中，当电压传感器92检测待加工工件表面的偏压时，检测在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻待加工工件表面的第一偏压和t2＝n(T1/N)时刻待加工工件表面的第二偏压；其中，N≥100，且N为整数；1≤n≤N,且n为整数；T1为脉冲开启时间。

当数字处理器93接收并计算电压传感器92检测到的偏压，根据计算结果指令脉冲调制射频源实时调整输出电压时，数字处理器93接收第一偏压和第二偏压，计算第二偏压与第一偏压的差值；并发送指令至脉冲调制射频源将在t2时刻的输出电压调整为t1时刻的输出电压与差值之和；且数字处理器93判断n是否等于N，如果是，则指令电压传感器92停止检测待加工工件的偏压和脉冲调制射频源停止实时调整输出电压；如果否，则指令电压传感器92继续检测待加工工件的偏压和脉冲调制射频源实时调整输出电压。

其中，时钟发生器91用于产生方波脉冲，方波脉冲的脉冲周期为T1/N。偏压射频源7为可输出如图2所示波形的新型脉冲调制射频源。时钟发生器91产生的方波脉冲输入至电压传感器92中。其中N为大于0的整数，为保证电压补偿的及时性和有效性，一般选取N≥100，N值越大，补偿效果越好。电压传感器92负责进行晶片4表面第一偏压和第二偏压的检测，其进行检测的时刻由时钟发生器91输出的方波脉冲控制，可设置为脉冲上升沿或下降沿触发检测动作，其中，n为时钟发生器91方波脉冲的计数值。数字处理器93负责对电压传感器92的检测数据进行接收、记录和运算，其运算的结果反馈至偏压射频源7，使得偏压射频源7可根据反馈的结果实时进行输出脉冲电压的调整。

本实施例中，通过电压调整模块9中的各器件使偏压射频源7产生的电压由初始电压增加至目标电压的具体过程为：偏压射频源7与时钟发生器92同时输出脉冲，假设偏压射频源7起始输出电压为(Vs)0＝V1′，开始的瞬间(t＝0)，电压传感器92检测当前晶片4表面的第一偏压V’0＝(Vs)0＝V1′，并输送到数字处理器93中进行记录保存。设n为一大于0的整数，初始值为1，其值可变，并保存在数字处理器93中。时钟发生器91输出的下一个脉冲上升沿/下降沿到来时，即t＝n*(T1/N)时刻(n＝1)，电压传感器92的检测动作被触发，检测得到晶片4表面的第二偏压V2′，并将此结果发送至数字处理器93中。数字处理器93对检测结果进行运算，得到V＝V2′-V1′，V即为需要补偿的电压，并将结果V反馈至偏压射频源7中，偏压射频源7根据反馈结果进行即时的输出电压调整(Vs)1＝V1′+V。如此循环往复，直至n＝N，脉冲关闭。脉冲关闭前一时刻偏压射频源7输出的电压即为脉冲开启时间内最后时刻的目标电压V2。脉冲关闭后，电子进入刻蚀槽底部，中和正电荷，使晶片4偏压恢复为0V。

该射频脉冲调制系统可实现工艺过程中晶片4表面偏压的实时动态补偿，达到如图4所示的补偿效果。

本实施例中的偏压调制系统，通过设置电压调整模块，能使待加工工件表面增加的负偏压部分或全部抵消累积到待加工工件表面的正离子产生的正电势，并使待加工工件表面的负偏压保持在相对恒定的预设范围内，从而确保待加工工件表面对正离子的吸引力，进而确保正离子到达待加工工件表面的数量和速率，使对加工工件的处理速率保持在预设范围，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

实施例3：

本实施例提供一种等离子体处理设备，包括用于承载待加工工件的基座、等离子体发生装置，还包括实施例2中的偏压调制系统，偏压调制系统与基座电连接。

其中，等离子体发生装置包括线圈和与其连接的上电极射频源，上电极射频源为连续波射频源或脉冲调制射频源。

通过采用实施例2中的偏压调制系统，使该等离子体处理设备能够减小或避免待加工工件表面的负偏压损失，从而减小或避免轰击至待加工工件表面的等离子体能量的损失，使对加工工件的处理速率保持在预设范围，一方面提高了加工工件的产能，另一方面使待加工工件表面能够被充分处理，并使其经过处理后的电学性能满足要求。

另外,值得注意的是,本发明的偏压调制方法、偏压调制系统以及包括本发明偏压调制系统的等离子体处理设备，不限于电感耦合等离子体产生、电容耦合等离子体产生中出现的负偏压损失的问题，上述设定的电感耦合等离子体或电容耦合等离子体产生仅为了说明本发明的具体实施方式，并不用于对本发明进行限制。只要存在待加工工件表面的负偏压损失的问题，那么就可以采用本发明的偏压调制方法，偏压调制系统及等离子体处理设备解决存在的技术问题。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种偏压调制方法，将偏压射频源产生的偏压功率加载于承载待加工工件的基座上，以使放置于所述基座上的所述待加工工件的表面产生负偏压，其特征在于，在所述偏压功率加载期间，所述偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，所述目标电压与所述初始电压的差值等于所述待加工工件表面损失的偏压，以补偿所述待加工工件表面损失的负偏压，从而使所述待加工工件表面的负偏压在所述偏压功率加载期间保持预设的范围。

2.根据权利要求1所述的偏压调制方法，其特征在于，所述偏压射频源为脉冲调制射频源；在每个脉冲周期的脉冲开启时间内，所述偏压射频源产生的电压由所述初始电压增加至所述目标电压。

3.根据权利要求2所述的偏压调制方法，其特征在于，在每个脉冲周期的脉冲开启时间内，所述偏压射频源产生的电压由所述初始电压增加至所述目标电压，包括以下步骤：步骤S101：检测并记录在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第一偏压；其中，N≥100，且N为整数；1≤n≤N，且n为整数；T1为脉冲开启时间；当n＝1时，t1时刻的脉冲的电压为所述初始电压；步骤S102：检测并记录在脉冲开启时间内的t2＝n(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第二偏压；当n＝N时，t2时刻的脉冲的电压为所述目标电压；步骤S103：计算所述第二偏压与所述第一偏压的差值；步骤S104：将在t2时刻的输出电压实时调整为在t1时刻的输出电压与所述差值之和；步骤S105：判断n是否等于N；如果是，则停止执行上述步骤；如果否，则将n加1后依次执行步骤S101至步骤S105。

4.根据权利要求2所述的调制方法，其特征在于，所述初始电压/所述目标电压的比值范围为0.1-0.9。

5.根据权利要求2所述的调制方法，其特征在于，在脉冲开启时间内，输出电压呈线性增加。

6.根据权利要求5所述的调制方法，其特征在于，所述输出电压线性增加的斜率为：K＝(V2-V1)/T1；其中，V2为所述目标电压，V1为所述初始电压，T1为所述脉冲开启时间。

7.一种偏压调制系统，用于对放置在基座表面的待加工工件的负偏压进行调制，其特征在于，包括：偏压射频源，所述偏压射频源与承载所述待加工工件的基座电连接，用于对所述基座加载偏压功率，以使所述待加工工件的表面产生负偏压；电压调整模块，所述电压调整模块与所述偏压射频源电连接，用于在偏压功率加载期间，使所述偏压射频源产生的电压由初始电压增加至目标电压，所述目标电压与所述初始电压的差值等于所述待加工工件表面损失的偏压，以补偿所述待加工工件表面损失的负偏压，从而使所述待加工工件表面的负偏压保持在预设的范围。

8.根据权利要求7所述的偏压调制系统，其特征在于，所述偏压射频源为脉冲调制射频源，所述电压调整模块包括：时钟发生器，所述时钟发生器能设定与所述脉冲调制射频源同步的时钟信号；电压传感器，所述电压传感器与所述时钟发生器进行通信，在脉冲开启时间内，所述电压传感器检测所述待加工工件表面的偏压；数字处理器，所述数字处理器与所述电压传感器进行通信，接收并计算所述电压传感器检测到的偏压值，根据计算结果指令所述脉冲调制射频源实时调整输出电压，从而补偿在脉冲开启时间内所述待加工工件表面的偏压损失。

9.根据权利要求8所述的偏压调制系统，其特征在于，当所述电压传感器检测所述待加工工件表面的偏压时，检测在脉冲开启时间内的t1＝(n-1)(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第一偏压和t2＝n(T1/N)时刻所述待加工工件表面的第二偏压；其中，N≥100，且N为整数；1≤n≤N，且n为整数；T1为脉冲开启时间。

10.根据权利要求9所述的偏压调制系统，其特征在于，当所述数字处理器接收并计算所述电压传感器检测到的偏压，根据计算结果指令所述脉冲调制射频源实时调整输出电压时，所述数字处理器接收所述第一偏压和所述第二偏压，计算所述第二偏压与所述第一偏压的差值；并发送指令至所述脉冲调制射频源将在t2时刻的输出电压实时调整为t1时刻的输出电压与所述差值之和；且所述数字处理器判断n是否等于N，如果是，则指令所述电压传感器停止检测所述待加工工件的偏压和所述脉冲调制射频源停止实时调整输出电压；如果否，则指令所述电压传感器继续检测所述待加工工件的偏压和所述脉冲调制射频源实时调整输出电压。

11.一种等离子体处理设备，包括：用于承载待加工工件的基座、等离子体发生装置，其特征在于，还包括权利要求7-10任一项所述偏压调制系统，所述偏压调制系统与所述基座电连接。

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