TW201717247A - 電漿處理系統之大動態範圍射頻電壓感測器及電壓模式射頻偏壓施加方法 - Google Patents

電漿處理系統之大動態範圍射頻電壓感測器及電壓模式射頻偏壓施加方法 Download PDF

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Abstract

基板處理系統的電壓感測器包含多重分壓器電路、箝位電路、及第一和第二輸出。該多重分壓器電路接收指示基板上之RF電壓的RF訊號。該多重分壓器電路包含各通道的分壓器，且基於該接收的RF訊號輸出第一及第二降低電壓。該等降低電壓係小於該RF電壓。當該RF電壓係大於第二預定電壓或該第一降低電壓係大於第三預定電壓時，該箝位電路將該第一降低電壓箝制成第一預定電壓。當該接收的RF訊號係在第一及第二電壓範圍內時，該第一及第二輸出各自基於第一及第二降低電壓輸出輸出訊號。該第一預定電壓係基於該第一電壓範圍的最大值。

Description

電漿處理系統之大動態範圍射頻電壓感測器及電壓模式射頻偏壓施加方法
相關申請案的交互參照：本揭示內容係關於於2014年7月21日所申請的美國專利申請案序號第14/336,355號。上述提及之申請案的全部揭示內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
本揭示內容關於電漿處理系統，且更具體而言，關於在電漿處理系統的靜電夾頭內偵測RF電壓。
在此提供的背景介紹係為了一般地呈現本揭示內容之背景。目前列名發明者的工作成果，在此先前技術章節中所述之範圍，以及可能未在申請時以其他方式適格作為先前技術之說明的實施態樣，係未明示或暗示承認為對於本揭示內容之先前技術。
離子化氣體或電漿在半導體元件的處理和製造期間係經常被使用。例如：電漿可用以蝕刻或自基板（諸如半導體晶圓）移除材料，以及藉由PVD或CVD將材料沉積在基板之上。產生在生產或製造製程中使用的電漿通常始於將處理氣體引進處理腔室。基板係配置在該處理腔室中的基板支撐結構（諸如一個靜電夾頭或基座）上。
處理腔室可包含變壓器耦合電漿（TCP）源線圈，其接收由RF功率產生器提供的射頻（RF）功率。介電窗（由諸如陶瓷的一種材料構成）係包含於該處理腔室的上表面。該介電窗允許來自TCP源線圈的RF功率傳送至處理腔室的內部。RF功率激發在處理腔室內的氣體分子以產生電漿。
電漿包含電子及帶電荷粒子。電子（比帶電粒子輕）往往較輕易地遷移，造成在處理腔室的表面所形成的鞘。自我偏壓效應導致處理腔室之內表面的淨負電荷。此淨負電荷相對於接地（稱為直流（DC）偏壓）及相對於電漿的電位（稱為DC鞘電位）加以提供。DC偏壓係在處理腔室內的表面和接地之間之電位的差。DC鞘電位係處理腔室內的表面之電位和電漿的電位之間的差。DC鞘電位導致較重之帶正電荷的粒子被吸引朝處理腔室的內表面。在基板之此DC鞘電位的強度在很大程度上決定該等帶正電荷的粒子撞擊基板的能量。此能量影響諸如蝕刻速率或沉積速率的製程特徵。
偏壓RF功率源將偏壓的RF功率供應至基板支撐結構。該偏壓的RF功率可用以增加DC偏壓及/或鞘電位，以增加該帶電荷粒子撞擊基板的能量。在偏壓的RF功率中的變化在基板產生相對應之DC偏壓及/或鞘電位中的變化，其影響製程特徵。
包含拾訊裝置及訊號處理電路的電壓控制介面（VCI）可用以在基板支撐結構偵測RF峰值電壓。該拾訊裝置可附接至基板支撐結構且接收RF峰值電壓（即，RF偏電壓）。訊號處理電路係連接至拾訊裝置，且將RF峰值電壓轉換成類比訊號，該類比訊號具有與所偵測之RF電壓的峰值數值成正比的量值。當偏壓RF系統係在電壓模式下操作時，偏壓的RF功率係基於偵測的RF峰值電壓加以調整，使得偏壓的RF功率係調節至在製程配方中給定的設定點。
VCI的電壓感測器或拾訊裝置可包含在相對應的通道上用於RF電壓偵測的電容式分壓器。VCI可包含用於訊號調節及處理在該通道上所接收之電壓訊號的電路。電壓感測器具有一動態範圍，其一般限制為小於40 db，其中在低電壓下準確性降低。例如：電壓感測器可具有33.6 db的一動態範圍，從25伏特（V）峰值至1200 V峰值，其中準確性為國家標準與技術研究院（NIST）參考值的±(1 V+1.5%)。
一種基板處理系統的電壓感測器。該電壓感測器包含多重分壓器電路、箝位電路、第一輸出、及第二輸出。該多重分壓器電路係配置成接收射頻（RF）訊號。該接收的RF訊號係指示在該基板處理系統的電漿腔室內之基板處所提供的RF電壓。該多重分壓器電路包含第一分壓器及第二分壓器。該第一分壓器對應於第一通道且基於該接收的RF訊號輸出第一降低電壓。該第二分壓器對應於第二通道且基於該接收的RF訊號輸出第二降低電壓。該第一降低電壓及該第二降低電壓係小於該RF電壓。箝位電路係配置成當（i）該RF電壓係大於第二預定電壓或（ii）該第一降低電壓係大於第三預定電壓時，將該第一降低電壓箝位至第一預定電壓。該第一通道的第一輸出係配置成基於該第一降低電壓輸出第一輸出訊號，而該接收的RF訊號係在第一電壓範圍及第二電壓範圍內。該第二電壓範圍係高於該第一電壓範圍。該第一預定電壓係基於該第一電壓範圍的最大值。該第二通道的第二輸出係配置成基於該第二降低電壓輸出第二輸出訊號，而該接收的RF訊號係在該第一電壓範圍及該第二電壓範圍內。
在其他特徵中，提供一種操作電漿處理系統之電壓感測器的方法。該方法包含在第一分壓器及在第二分壓器接收射頻（RF）訊號。該電壓感測器包含該第一分壓器及該第二分壓器。該第一分壓器對應於第一通道。該第二分壓器對應於第二通道。該接收的RF訊號係指示在該電漿處理系統的電漿腔室內之基板處所提供的一RF電壓。該方法進一步包含：基於該接收的RF訊號藉由該第一分壓器產生第一降低電壓；基於該接收的RF訊號藉由該第二分壓器產生第二降低電壓，其中該第一降低電壓及該第二降低電壓係小於該RF電壓；及當（i）該RF電壓係大於第二預定電壓或（ii）該第一降低電壓係大於第三預定電壓時，將該第一降低電壓箝位至第一預定電壓。該方法進一步包含：基於該第一降低電壓藉由該第一通道提供第一輸出訊號，而該接收的RF訊號係在第一電壓範圍及第二電壓範圍內，其中該第二電壓範圍係高於該第一電壓範圍，且其中該第一預定電壓係基於該第一電壓範圍的最大值；及基於該第二降低電壓藉由該第二通道提供第二輸出訊號，而該接收的RF訊號係在該第一電壓範圍及該第二電壓範圍內。
本揭示內容之進一步的可應用領域將從實施方式、發明申請專利範圍及圖式中變得明顯。詳細說明及具體例子係意圖為僅供說明的目的，而非意欲限制本揭示內容的範圍。
越來越高的偏壓RF電壓對於某些基板製程係需要的。例如：高電壓偏壓脈衝（HVBP）可能需要能夠偵測高達2500 V峰值電壓之VCI的電壓感測器。包含每個通道單一分壓器的電壓感測器在低電壓下具有有限的準確性。此在較大的峰值電壓下變得較明顯。為了克服此限制，電壓感測器可包含多個測量通道，使得第一通道係用以測量在第一（或低）範圍內的電壓，而第二電壓測量通道係用以測量在第二（或高）範圍內的電壓。單一分壓器的輸出可提供至每一測量通道，其中每一測量通道具有各自的訊號處理電路。雖然該等通道可用以偵測各自的電壓範圍，但設計成偵測低範圍電壓的通道當偵測到高範圍電壓時可能超載及/或損壞。
為了解決超載的問題，切換電路可添加至用以偵測低範圍電壓的第一通道。切換電路可打開或斷開第一通道。切換電路可包含二極體（例如PIN二極體），該二極體接收分壓器的輸出且可藉由直流（DC）偏電壓加以啟動。該DC偏電壓可藉由控制器加以提供，該控制器基於RF電壓是否在低電壓範圍或高電壓範圍內啟動二極體。當偵測到高電壓時二極體係加以停用，以保護設計用於偵測低範圍電壓之通道的其餘元件。
使用此切換電路設計的一個缺點在於：控制器係需要產生DC偏電壓以打開及斷開切換電路的功率。此外，切換電路可包含DC阻隔電容器。該DC阻隔電容器防止DC電壓（其加以供應以打開及斷開切換電路）在分壓器及/或訊號處理電路處被接收。DC阻隔電容器可（i）由於相關的訊號干擾而負面影響測量準確性，及（ii）增加校準的複雜性。
下面的實施例提供VCI及相對應的電壓感測器，其在不需要DC偏電壓的情況下被動地操作，且同時提供用於在各自電壓範圍內偵測RF電壓的多個通道。VCI及/或電壓感測器對於每個監控的通道及/或電壓範圍具有大動態範圍及高準確性。此包含在低RF電壓的高準確性。
圖1根據本揭示內容顯示基板處理系統10。基板處理系統10可為導電的蝕刻處理系統。基板處理系統10包含線圈驅動電路11。在一些例子中，線圈驅動電路11包含RF源12及調諧電路13。調諧電路13可直接連接至一個以上線圈16，或由線圈反相電路15連接至一個以上線圈16。調諧電路13係用以將RF源12的輸出調諧至預定的頻率及/或預定的相位。線圈反相電路15係用以選擇性地切換通過一個以上線圈16之電流的極性。
在一些例子中，氣體充氣部20可配置在線圈16和窗24之間。窗24係沿處理腔室28的一側加以配置。處理腔室28進一步包含基板支撐結構32（有時稱為基座）。基板支撐結構32可包含靜電夾頭、機械夾頭或其他類型的夾頭。處理氣體係供應至處理腔室28，且電漿40係在處理腔室28的內部加以產生。電漿40蝕刻基板34的曝露表面。RF源50及偏壓匹配電路52可用以在操作期間偏壓基板支撐結構32。
氣體遞送系統56可用以將處理氣體混合物供應至處理腔室28。氣體遞送系統56可包含處理及惰性氣體源57、氣體計量系統58（諸如閥和質流控制器）、及歧管59。氣體遞送系統60可用以將氣體62經由閥61遞送至氣體充氣部20。該氣體可包含用以將線圈16及窗24冷卻的冷卻氣體。加熱器/冷卻器組件64可用以將基板支撐結構32加熱至一預定的溫度。排氣系統65包含閥66及泵67，以藉由沖洗或抽空自處理腔室28移除反應物。
控制器54可用以控制蝕刻製程。控制器54監控系統參數，及控制氣體混合物的遞送，點燃、維持及熄滅電漿，反應物的移除，冷卻氣體的供應等。
基板處理系統10可進一步包含VCI 70。VCI 70可包含拾訊裝置72、多重範圍電壓感測器74（以下稱「電壓感測器」）、控制器54及任何在電壓感測器74和控制器54之間的電路。拾訊裝置72延伸進入基板支撐結構32，且可位於基板支撐結構32的陰極組件76內。拾訊裝置72係藉由導線78連接至電壓感測器74且係用以產生RF電壓訊號。電壓感測器74係配置成在多重電壓範圍的RF電壓訊號中偵測峰值電壓。電壓感測器74具有多個通道。該等通道係分配給從拾訊裝置72接收的輸入電壓之相對應的範圍。每個通道可針對至少一部分之相對應的輸入電壓範圍提供線性輸出響應。
電壓感測器74產生輸出訊號，該訊號可加以監控及/或用以調整由偏壓補償端點（BiCEP）電路79產生的偏壓RF訊號。該BiCEP電路79包含雙極高電壓DC供應器及/或被實施作為雙極高電壓DC供應器，該雙極高電壓DC供應器對在基板支撐結構32之陰極組件76中的電極80提供箝位DC電壓（clamping DC voltage）。該BiCEP電路79可基於由電壓感測器74偵測的RF電壓由控制器54加以控制。偏壓匹配電路52可基於由電壓感測器74偵測的RF電壓將偏電壓提供至金屬基座92。
基板支撐結構32可進一步包含熱能控制組件（TECA）90及金屬基座92。加熱器/冷卻器組件64可在TECA 90和儲存器94之間循環冷卻劑，並用以控制基板支撐結構32的溫度。
電壓感測器74的操作可藉由控制器54加以控制。控制器54可在顯示器98上顯示電壓感測器74之通道的輸出電壓。雖然顯示器98顯示為與控制器54分開，但顯示器98可被包含在控制器54內。控制器54可接收來自電壓感測器74的輸入訊號，且根據該輸入訊號控制偏壓匹配電路52及BiCEP電路79的操作。電壓感測器74係關於圖2-7在下面進一步加以描述。
控制器54可調節由偏壓匹配電路52及/或BiCEP電路79產生的偏壓RF訊號，以改變在基板34處DC偏壓的量及/或DC鞘電位。控制器54可將電壓感測器74之通道的輸出及/或基於通道的輸出所得的代表值與一個以上設定點數值相比較。該等設定點數值可被預先決定，且儲存在由控制器54可存取的記憶體100及/或被包含在控制器54中。偏壓RF訊號可基於在（i）電壓感測器74的輸出及/或代表值和（ii）該一個以上設定點數值之間的差加以調整。偏壓RF訊號可通過偏壓匹配電路52。由偏壓匹配電路52提供的輸出（稱為匹配訊號）係接著傳遞至基板支撐結構32。
圖2顯示VCI 150，其包含：多重範圍電壓感測器152（以下稱為「電壓感測器」），以及在偏壓RF電壓控制模式下操作的控制器54。偏壓RF電壓控制模式包含基於RF電壓及/或由電壓感測器152偵測的峰值RF電壓將供應至圖1之陰極組件76的偏壓RF電壓加以調整。電壓感測器152可在圖1的基板處理系統10中加以使用，及/或替換電壓感測器74。電壓感測器152包含多個通道154、156。雖然顯示兩個通道，但電壓感測器152可包含任何數目的通道。控制器54可監控用於每個電壓範圍的一個以上通道。對應於各通道之相鄰電壓範圍可能重疊，以提供大的連續整體範圍（例如：0-2500 V），在此範圍的電壓係由控制器54加以監控。
電壓感測器152包含多重分壓器電路160及通道154、156。該多重分壓器電路160從圖1的拾訊裝置72接收RF電壓。多重分壓器電路160的一個例子係顯示於圖4。該多重分壓器電路160包含多個分壓器，且基於來自拾訊裝置72的RF電壓將降低的電壓提供至通道154、156。
第一通道154包含第一濾波器電路170、箝位電路172、第一整流器174、第一緩衝電路176、及第一訊號處理電路178。第一通道154可包含電壓補償及/或阻隔電路（以下稱「電壓補償電路」）177。第二通道156包含第二濾波器電路180、第二整流器182、第二緩衝電路184、及第二訊號處理電路188。第二通道156可包含電壓補償及/或阻隔電路（以下稱「電壓補償電路」）186。雖然顯示兩個電壓補償電路177、186，但電壓補償電路177、186可結合成單一電壓補償電路。電壓補償電路177、186可分別與訊號處理電路178、188並聯連接。電壓感測器152及相對應的通道154、156之操作係關於圖3的方法進一步加以描述。通道154、156及/或任何其他所包含的通道彼此獨立操作而不需要外部控制訊號及/或對於實際測量的RF電壓量值及/或在基板處理配方中所包含的設定點數值之判定。
此處揭示的VCI可使用許多方法加以操作，一種示例的方法係顯示於圖3。在圖3中，一種操作包含VCI之基板處理系統的方法係加以顯示。雖然下列任務係主要關於圖1-2和及4-7的實施方式加以描述，但該等任務可被容易地修改以適用於本揭示內容的其他實施方式。該等任務可反覆地加以執行。
該方法可始於200。在201，控制器54可選擇一種操作或電壓模式，其可包含在偏壓RF電壓控制模式、低電壓模式、高電壓模式、多重範圍電壓模式、或其他RF電壓模式下操作。低電壓模式可意指在低（或第一預定）的範圍之內提供及/或偵測電壓。高電壓模式可意指在高（或第二預定）的範圍之內提供及/或偵測電壓。多重範圍電壓模式可意指在多個範圍（其可包含低範圍及高範圍）之內提供及/或偵測電壓。該多個範圍的相鄰者如上所述可彼此重疊。
在202，控制器54基於操作模式控制偏壓匹配電路52及BiCEP電路79的操作，以控制提供至基板支撐結構32的電極80及金屬基座92的電壓。控制器54可針對BiCEP電路79設定目標偏壓RF電壓。多重分壓器電路160接收來自拾訊裝置72的RF電壓，且將各自電壓訊號輸出至兩個以上通道（例如通道154、156）。多重分壓器電路160的一個例子係顯示於圖4。
在203，若目標偏壓RF電壓係在低範圍內，則執行任務204，否則，目標偏壓RF電壓係在高範圍內，執行任務214。在204，第一濾波器電路170接收且過濾自多重分壓器電路160接收的第一電壓訊號。箝位電路172箝制來自第一濾波器電路170及/或多重分壓器電路160的電壓。作為一個例子，若VCI的整體電壓範圍係2500 V且通道154、156係配置成各自偵測在0-1500 V及1000-2500 V之範圍內的電壓，則箝位電路172可將第一濾波器電路170及/或多重分壓器電路160的輸出箝位成一降低的電壓，其對應於1500 V或低電壓範圍的其他預定最大電壓。該箝位可發生於當（i）所接收的RF電壓係大於第二預定電壓，或（ii）該降低的電壓係高於第三預定電壓的時候。預定最大電壓可等於第三預定電壓。第二預定電壓係高於預定最大電壓及第三預定電壓。箝位電路172的元件係預先選擇以將第一濾波器電路170及/或多重分壓器電路160的輸出箝位在該預定最大電壓。箝位電路172的一個例子係顯示於圖5。
在208，第一整流器174將第一濾波器電路170的輸出從第一交流（AC）訊號整流成第一DC訊號。在210，第一緩衝電路176緩衝第一DC訊號（或第一整流訊號）。第一緩衝電路176可包含單位增益緩衝器及/或被實施為單位增益緩衝器。
在212，第一訊號處理電路178訊號調節及/或處理第一緩衝電路176的輸出。此可包含濾波、放大及/或調整第一緩衝電路176的輸出位準。作為一個例子，第一訊號處理電路178的輸出可為在一預定範圍（例如0-10 V）之內的電壓，其係基於在拾訊裝置72所接收的RF電壓。第一訊號處理電路178的輸出電壓可與接收的RF電壓成正比及/或直接相關。
雖然圖3未顯示電壓補償電路177，但電壓補償電路177可接收第一緩衝電路176的輸出及調整第一訊號處理電路178的輸出，以相對於接地調整DC偏壓。此平衡電極80上的箝位電壓。電壓補償電路的一個例子係顯示於圖7。在一實施例中，對於第一訊號處理電路178的輸出可不執行電壓補償。
在214，第二濾波器電路180接收且過濾自多重分壓器電路160接收的第二電壓訊號。如圖所示，第二濾波器電路180的輸出係未被箝制成第一濾波器電路170的輸出。這是因為第二通道156可用以監控上述電壓範圍及/或高於使用第一通道154所監控的電壓範圍。
在216，第二整流器182將第二濾波器電路180的輸出從第二交流（AC）訊號整流成第二DC訊號。在218，第二緩衝電路184緩衝第二DC訊號。第二緩衝電路184的一個例子係顯示於圖6。
在222，第二訊號處理電路188訊號調節及/或處理電壓補償電路186的輸出。此可包含濾波、放大及/或調整電壓補償電路186的輸出位準。作為一個例子，第二訊號處理電路188的輸出可為在一預定範圍（例如0-10 V）之內的電壓，其係基於在拾訊裝置72所接收的RF電壓。第二訊號處理電路188的預定範圍可為與第一訊號處理電路178的預定範圍相同或不同。第二訊號處理電路188的輸出電壓可與接收的RF電壓成正比及/或直接相關。
雖然圖3未顯示電壓補償電路186，但電壓補償電路186可接收第二緩衝電路184的輸出及調整第二訊號處理電路188的輸出，以相對於接地調整DC偏壓。此平衡電極80上的箝位電壓。電壓補償電路的一個例子係顯示於圖7。在一實施例中，對於第二訊號處理電路188的輸出可不執行電壓補償。
在224，控制器54可將由BiCEP電路79及偏壓匹配電路52提供至基板支撐結構32的電壓加以調整。該等電壓可基於訊號處理電路178、188的輸出加以調整。此可包含調整RF偏壓功率以將RF偏電壓調節至一預定的設定點。控制器54可基於訊號處理電路178、188及/或電壓補償電路177、186的輸出調整上述的該設定點數值。訊號處理電路178、188及/或電壓補償電路177、186的輸出可直接提供至BiCEP電路79。訊號處理電路178、188的輸出可用以補償BiCEP電路79的一個以上電壓，以均衡基板支撐結構32的箝位電壓。此可稱為調整BiCEP偏壓補償以提供相等的箝位電壓。當所接收的RF電壓係在低電壓範圍內時，這些調整及補償的每一者可基於第一及/或第二訊號處理電路178、188的輸出。當所接收的RF電壓係在高電壓範圍內時，這些調整及補償的每一者可基於第一及/或第二訊號處理電路178、188的輸出。在一實施例中，調整及補償係基於（i）當所接收的RF電壓係在低電壓範圍內時的第一訊號處理電路178的第一輸出而非第二訊號處理電路188的第二輸出，及（ii）當所接收的RF電壓係在高電壓範圍內時的第二訊號處理電路188的第二輸出而非第一訊號處理電路178的第一輸出。在任務224之後，該方法如圖所示可結束於226，或可執行任務202。
上述任務係說明性的實例；該等任務可依據應用依序、同步、同時、連續、在重疊的時間段期間、或以不同的順序加以執行。此外，任何任務可依據實施方式及/或事件的順序不執行或省略。
圖4顯示多重分壓器電路160的一個例子，該多重分壓器電路160包含第一分壓器300及第二分壓器302。第一分壓器300可包含第一電容C1 、第二電容C2 、第三電容C3 及第一電阻R1 。第一電容C1 係在（i）輸入端304和（ii）電容C2 、C3 及第一電阻R1 之間串聯連接。電容C2 、C3 及第一電阻R1 係在第一電容C1 及接地參考之間並聯連接。輸出端306係連接至第一電容C1 的輸出且連接至電容C2 、C3 及第一電阻R1 的輸入。
第二分壓器302可包含第四電容C4 、第五電容C5 、第六電容C6 及第二電阻R2 。第四電容C4 係在（i）輸入端304和（ii）電容C5 、C6 及第二電阻R2 之間串聯連接。電容C5 、C6 及第二電阻R2 係在第四電容C4 及接地參考之間並聯連接。輸出端308係連接至第四電容C4 的輸出且連接至電容C5 、C6 及第二電阻R2 的輸入。
第一分壓器300可具有第一阻抗比。第二分壓器電路302可具有第二阻抗比。第二阻抗比可與第一阻抗比相同或不同。
圖5顯示電壓箝位電路172的一個例子，該電壓箝位電路172可包含第一齊納二極體310及第二齊納二極體312。齊納二極體310、312係在（i）第一濾波器電路170的輸出和（ii）接地參考之間串聯連接。齊納二極體310、312係亦在（i）第一整流器174的輸入和（ii）接地參考之間串聯連接。齊納二極體310、312的陰極端可直接彼此連接。齊納二極體310、312針對高電壓或高於一預定電壓的電壓提供保護。齊納二極體310、312係配置成將相對應之第一通道154的輸入加以分流。因此，齊納二極體310、312在第一通道154的輸入將RF電壓自動夾持至一安全位準，以在高偏壓RF電壓操作期間保護第一通道154的元件。
圖6顯示第二緩衝電路184的一個例子，該第二緩衝電路184可包含運算放大器320、電容C7 、電阻R3 及分壓器322。電容C7 及電阻R3 係在（i）第二整流器電路182及運算放大器320的非反向輸入和（ii）接地參考之間並聯連接。分壓器322可包含在電壓源和接地參考之間串聯連接的電阻R4 、R5 。分壓器322的輸出係提供至運算放大器320的反向輸入。分壓器322可用以補償提供至運算放大器320之非反向輸入的電壓。
運算放大器320將非反向輸入的電壓與反向輸入的電壓相比較。若非反向輸入的電壓係高於或等於反向輸入的電壓，則運算放大器的輸出大於或等於0 V。若非反向輸入的電壓係低於反向輸入的電壓，則運算放大器的輸出係小於0 V。運算放大器320的輸出係提供至電壓補償電路186。
圖7顯示電壓補償電路186的一個例子，該電壓補償電路186可包含：二極體D1 、D2 ；具有電阻R6 、R7 的分壓器330；電容C8 ；及電阻R8 。二極體D1 、D2 及電阻R6 、R7 係在（i）電容C8 和電阻R8 及（ii）接地參考之間串聯連接。二極體D1 、D2 的陽極係彼此連接且連接至第二緩衝電路184的輸出。分壓器係在二極體D2 和接地參考之間加以連接。電容C8 係（i）在二極體D1 和接地參考之間及（ii）在電阻R8 和負電壓源-V之間加以連接。電阻R6 的訊號分接係加以提供並連接至第二訊號處理電路188。電阻R6 可為具有在預定位置之訊號分接的可變電阻。
上述電壓感測器針對VCI應用在整個範圍從端點至端點提供大動態範圍及高準確性。該等VCI應用可包含導體蝕刻處理系統及/或其他適合的處理系統，其中VCI係用以促進偏壓RF電壓控制模式。該等例子允許在整體RF電壓範圍的低和高兩端點的高測量準確性，而沒有在高RF電壓之超載發生及/或在低RF電壓下由於不良的訊號雜訊比（SNR）位準所致之測量準確性的減少。該等例子提供具有大動態範圍及高準確性之更穩健及較不複雜的VCI，其使用雙或多重分壓器及雙或多重通道，具有一箝位電路以供針對低電壓範圍建構且接收高電壓的一個以上通道之自我保護。此保護在不需要切換電路的外部控制之情況下加以提供。
以上所述在本質上僅為說明且係決非意欲限制本揭示內容、其應用、或使用。本揭示內容的廣泛教示可以多種方式執行。因此，雖然此揭示內容包含特殊的例子，但本揭示內容的真實範圍應不被如此限制，因為其他的變化將在研讀圖示、說明書和以下發明申請專利範圍後變為顯而易見。應理解方法中的一或多個步驟可以不同的順序（或同時）執行而不改變本揭示內容的原理。此外，雖然各個實施例係如上所述為具有某些特徵部，但關於本揭示內容之任何實施例描述的這些特徵部之其中任何一者以上可結合任何其餘實施例的特徵部而執行，即使結合係未明確地描述。換句話說，描述的實施例係非互斥，且一或多個實施例彼此的置換仍然是在此揭示內容的範圍內。
元件之間（例如：模組、電路元件、半導體層等之間）的空間與功能關係係使用各種術語加以描述，包含：「連接」、「接合」、「耦接」、「毗鄰」、「旁邊」、「在上方」、「上方」、「下方」、及「配置」。當第一和第二元件之間的關係係在以上的揭示內容中加以描述時，除非明確地描述為「直接」，否則該關係可為直接的關係，其中沒有其他中介元件係存在於該第一和第二元件之間，但亦可為間接的關係，其中一或多個中介元件係（空間地或功能地）存在於該第一和第二元件之間。當在此使用時，片語「A、B、及C的其中至少一者」應被理解為表示使用非排他邏輯「或」之邏輯（A 或 B 或 C），且不應理解為表示「A的其中至少一者、B的其中至少一者、及C的其中至少一者」。
在一些實施方式中，控制器為系統的一部分，其可為上述例子的一部分。此等系統可包括半導體處理設備，其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件（晶圓基座、氣流系統等）。這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱作為「控制器」，其可控制該一個以上系統之各種不同的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，控制器可加以編程以控制此處揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定（例如：加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他轉移工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。
廣義地說，控制器可定義為電子設備，具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如軟體）的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定（或程式檔案）的形式與控制器通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特殊製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一或多個處理步驟。
在一些實施方式中，控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。例如：控制器可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監控製造操作的當前進度，檢查過往製造操作的歷史，檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量，以改變目前處理的參數，以設定目前操作之後的處理步驟，或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦（例如：伺服器）可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，控制器接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或多個操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型和配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，控制器可為分散式的，諸如藉由包含一或多個分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的（諸如此處描述的製程及控制）作業。一個用於此等目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或多個積體電路，連通位於遠端（諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分）的一或多個積體電路，其結合以控制腔室中的製程。
不受限制地，示例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉-潤洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD）腔室或模組、原子層沉積（ALD）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中之其他的半導體處理系統。
如上所述，依據將由工具執行的一個以上製程步驟，控制器可與下述通訊：一或多個其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗鄰工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一個控制器、或用於材料傳送的工具，該等用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或負載端。
10‧‧‧基板處理系統 11‧‧‧線圈驅動電路 12‧‧‧RF源 13‧‧‧調諧電路 15‧‧‧線圈反相電路 16‧‧‧線圈 20‧‧‧氣體充氣部 24‧‧‧窗 28‧‧‧處理腔室 32‧‧‧基板支撐結構 34‧‧‧基板 40‧‧‧電漿 50‧‧‧RF源 52‧‧‧偏壓匹配電路 54‧‧‧控制器 56‧‧‧氣體遞送系統 57‧‧‧氣體源 58‧‧‧氣體計量系統 59‧‧‧歧管 60‧‧‧氣體遞送系統 61‧‧‧閥 62‧‧‧氣體 64‧‧‧加熱器/冷卻器組件 65‧‧‧排氣系統 66‧‧‧閥 67‧‧‧泵 70‧‧‧VCI 72‧‧‧拾訊裝置 74‧‧‧多重範圍電壓感測器（電壓感測器） 76‧‧‧陰極組件 78‧‧‧導線 79‧‧‧偏壓補償端點（BiCEP）電路 80‧‧‧電極 90‧‧‧熱能控制組件（TECA） 92‧‧‧金屬基座 94‧‧‧儲存器 98‧‧‧顯示器 100‧‧‧記憶體 150‧‧‧VCI 152‧‧‧多重範圍電壓感測器 154‧‧‧通道 156‧‧‧通道 160‧‧‧多重分壓器電路 170‧‧‧第一濾波器電路 172‧‧‧箝位電路 174‧‧‧第一整流器 176‧‧‧第一緩衝電路 177‧‧‧電壓補償電路 178‧‧‧第一訊號處理電路 180‧‧‧第二濾波器電路 182‧‧‧第二整流器 184‧‧‧第二緩衝電路 186‧‧‧電壓補償電路 188‧‧‧第二訊號處理電路 300‧‧‧第一分壓器 302‧‧‧第二分壓器 304‧‧‧輸入端 306‧‧‧輸出端 308‧‧‧輸出端 310‧‧‧第一齊納二極體 312‧‧‧第二齊納二極體 320‧‧‧運算放大器 322‧‧‧分壓器 330‧‧‧分壓器
本揭示內容從實施方式和隨附圖式可更完全了解，其中：
圖1係根據本揭示內容之基板處理系統的功能方塊圖，該基板處理系統包含多重範圍電壓感測器；
圖2係根據本揭示內容之電壓控制介面的功能方塊圖；
圖3根據本揭示內容說明操作基板處理系統及電壓控制介面的方法；
圖4根據本揭示內容係分壓器電路的示意圖；
圖5根據本揭示內容係電壓箝位電路的示意圖；
圖6根據本揭示內容係緩衝電路的示意圖；以及
圖7根據本揭示內容係電壓補償電路的示意圖。
在圖示中，參考數字可被再次使用以識別相似及/或相同的元件。
10‧‧‧基板處理系統
11‧‧‧線圈驅動電路
12‧‧‧RF源
13‧‧‧調諧電路
15‧‧‧線圈反相電路
16‧‧‧線圈
20‧‧‧氣體充氣部
24‧‧‧窗
28‧‧‧處理腔室
32‧‧‧基板支撐結構
34‧‧‧基板
40‧‧‧電漿
50‧‧‧RF源
52‧‧‧偏壓匹配電路
54‧‧‧控制器
56‧‧‧氣體遞送系統
57‧‧‧氣體源
58‧‧‧氣體計量系統
59‧‧‧歧管
60‧‧‧氣體遞送系統
61‧‧‧閥
62‧‧‧氣體
64‧‧‧加熱器/冷卻器組件
65‧‧‧排氣系統
66‧‧‧閥
67‧‧‧泵
70‧‧‧VCI
72‧‧‧拾訊裝置
74‧‧‧多重範圍電壓感測器(電壓感測器)
76‧‧‧陰極組件
78‧‧‧導線
79‧‧‧偏壓補償端點(BiCEP)電路
80‧‧‧電極
90‧‧‧熱能控制組件(TECA)
92‧‧‧金屬基座
94‧‧‧儲存器
98‧‧‧顯示器
100‧‧‧記憶體

Claims (20)

  1. 一種基板處理系統的電壓感測器，該電壓感測器包含： 一多重分壓器電路，配置成接收射頻（RF）訊號，其中該接收的RF訊號係指示在該基板處理系統的一電漿腔室內的一基板處所提供的一RF電壓，其中該多重分壓器電路包含一第一分壓器及一第二分壓器，其中該第一分壓器對應於一第一通道且基於該接收的RF訊號輸出一第一降低電壓，其中該第二分壓器對應於一第二通道且基於該接收的RF訊號輸出一第二降低電壓，且其中該第一降低電壓及該第二降低電壓係小於該RF電壓； 一箝位電路，配置成當（i）該RF電壓係大於一第二預定電壓或（ii）該第一降低電壓係大於一第三預定電壓時，將該第一降低電壓箝位至一第一預定電壓； 該第一通道的一第一輸出，配置成基於該第一降低電壓輸出一第一輸出訊號，而該接收的RF訊號係在一第一電壓範圍及一第二電壓範圍內，其中該第二電壓範圍係高於該第一電壓範圍，且其中該第一預定電壓係基於該第一電壓範圍的一最大值；以及 該第二通道的一第二輸出，配置成基於該第二降低電壓輸出一第二輸出訊號，而該接收的RF訊號係在該第一電壓範圍及該第二電壓範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第一分壓器包含與一第二電容串聯連接的一第一電容；以及 該第二分壓器包含與一第四電容串聯連接的一第三電容。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第一分壓器包含與該第二電容並聯連接的一第五電容及一第一電阻；以及 該第二分壓器包含與該第四電容並聯連接的一第六電容及一第二電阻。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器，其中，該箝位電路包含一對齊納二極體。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第一預定電壓係等於該第三預定電壓；以及 該第二預定電壓係大於該第一預定電壓及該第三預定電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第二通道包含一緩衝電路； 該緩衝電路包含一放大器及一分壓器； 該放大器接收一第一輸入及一第二輸入； 該第一輸入係基於該第二降低電壓加以產生； 該第二輸入係基於該分壓器的輸出加以產生；以及 該第二輸出訊號係基於該放大器的輸出加以產生。
  7. 如申請專利範圍第6項之基板處理系統的電壓感測器，其中，該第二通道進一步包含一電壓電路，配置成阻擋小於一第四預定電壓之該放大器輸出的電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該電壓電路包含一對二極體；以及 該預定電壓係0 V。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第一通道包含一第一整流器； 該第二通道包含一第二整流器； 該第一整流器基於該第一降低電壓產生一第一整流訊號；以及 該第二整流器基於該第二降低電壓產生一第二整流訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項之基板處理系統的電壓感測器，其中： 該第一通道包含一第一緩衝電路； 該第二通道包含一第二緩衝電路； 該第一緩衝電路緩衝該第一整流訊號；以及 該第二緩衝電路緩衝該第二整流訊號。
  11. 一種控制電壓的介面，包含： 如申請專利範圍第1項之基板處理系統的電壓感測器；以及 一控制器，配置成基於（i）當該接收的RF電壓係在該第一電壓範圍時的該第一輸出訊號及（ii）當該接收的RF電壓係在該第二電壓範圍時的該第二輸出訊號，控制供應至在該電漿腔室內之一基板支撐結構的一偏電壓。
  12. 一種基板處理系統，包含： 如申請專利範圍第11項之控制電壓的介面； 該電漿腔室； 一拾訊裝置，配置成接收該RF電壓及產生該RF訊號； 一夾頭，配置在該電漿腔室內，其中該拾訊裝置係連接至該夾頭；以及 一功率源，配置成將該偏電壓供應至該夾頭。
  13. 一種操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，該方法包含： 在一第一分壓器及在一第二分壓器接收射頻（RF）訊號，其中該電壓感測器包含該第一分壓器及該第二分壓器，其中該第一分壓器對應於一第一通道，且其中該第二分壓器對應於一第二通道，其中該接收的RF訊號係指示在該電漿處理系統的一電漿腔室內的一基板處所提供的一RF電壓； 基於該接收的RF訊號藉由該第一分壓器產生一第一降低電壓； 基於該接收的RF訊號藉由該第二分壓器產生一第二降低電壓，其中該第一降低電壓及該第二降低電壓係小於該RF電壓； 當（i）該RF電壓係大於一第二預定電壓或（ii）該第一降低電壓係大於一第三預定電壓時，將該第一降低電壓箝位至一第一預定電壓； 基於該第一降低電壓藉由該第一通道提供一第一輸出訊號，而該接收的RF訊號係在一第一電壓範圍及一第二電壓範圍內，其中該第二電壓範圍係高於該第一電壓範圍，且其中該第一預定電壓係基於該第一電壓範圍的一最大值；以及 基於該第二降低電壓藉由該第二通道提供一第二輸出訊號，而該接收的RF訊號係在該第一電壓範圍及該第二電壓範圍內。
  14. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，進一步包含： 過濾該第一降低電壓訊號以產生一第一過濾輸出； 整流該第一過濾輸出，其中該第一輸出訊號係基於該第一過濾輸出加以產生； 過濾該第二降低電壓訊號以產生一第二過濾輸出；以及 整流該第二過濾輸出，其中該第二輸出訊號係基於該第二過濾輸出加以產生。
  15. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，進一步包含在一放大器接收一第一輸入及一第二輸入，其中： 該第二通道包含該放大器及一分壓器； 該第一輸入係基於該第二降低電壓加以產生； 該第二輸入係基於該分壓器的輸出加以產生；以及 該第二輸出訊號係基於該放大器的輸出加以產生。
  16. 如申請專利範圍第15項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，其中，該第二通道進一步包含一電壓電路，配置成阻擋小於一第四預定電壓之該放大器的輸出電壓。
  17. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，進一步包含： 基於該第一降低電壓藉由一第一整流器產生一第一整流訊號；以及 基於該第二降低電壓藉由一第二整流器產生一第二整流訊號； 其中，該第一輸出訊號係基於該第一整流訊號加以產生，以及 其中，該第二輸出訊號係基於該第二整流訊號加以產生。
  18. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，其中，該第二電壓範圍部分重疊該第一電壓範圍。
  19. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，進一步包含基於該第一輸出訊號及該第二輸出訊號控制供應至在該電漿腔室內之一基板支撐結構的一偏電壓。
  20. 如申請專利範圍第13項之操作電漿處理系統之電壓感測器的方法，進一步包含基於該第一輸出訊號及該第二輸出訊號控制供應至在該電漿腔室內之一基板支撐結構的一箝位電壓。
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