JP2001525123A - 不平衡二極静電チャック電源供給装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御信号に応じて、第１（４０４）端子および第２（４０６）端子に平衡差動出力電圧を生成するよう構成されている可変平衡電圧電源（４０２）の提供を含む、基板加工チャンバーの二極静電チャックに不平衡電圧を提供する方法。電源（４０２）の第１端子（４０４）は、抵抗器ブリッジ（４０８）の第１抵抗素子（４１２）に接続されている第１ノード（４１８）に接続されている。電圧電源（４０２）の第２端子（４０６）は、抵抗器ブリッジ（４０８）の第２抵抗素子（４１０）に接続されている第２ノード（４１６）に接続されている。第１抵抗素子（４１２）の抵抗値は、第２抵抗素子（４１０）の抵抗値より低い。この方法には、第１抵抗素子（４１２）および第２抵抗（４１０）素子を１つの共通基準端子（４１４）に接続することで、可変平衡電圧電源（４０２）以外の電源を利用しなくても、可変平衡電圧電源（４０２）がオンになると、第１ノード（４１８）および第２ノード（４１６）で不平衡電圧を生成させることがさらに含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】 不平衡二極静電チャック電源供給装置およびその方法 発明の背景 本発明は、半導体素子およびその製造用の機器に関する。さらに詳細には、本 発明は、プラズマ加工チャンバー内で、半導体基板を二極静電チャック上にクラ ンプする、改良された機器および方法に関する。 二極静電チャックをプラズマ加工システムで使用することは、よく知られてい る。前記の説明を容易にするために、図１は、カリフォルニア州フリモントのラ ム・リサーチ社による、二極静電チャックとの使用に適したチャンバー、TCP 940 0SE^TMとして周知の基板加工チャンバーの概略図を示す。図１を参照すると、基 板プラズマ加工システム１００は、プラズマ加工チャンバー１０２を有する。チ ャンバー１０２の上には、図１の例中でコイルによって実現されている電極１０ ３が配置されている。コイル１０３は、一般に、整合ネットワーク（図１には図 示されていない）を介してＲＦジェネレーター１０５により通電される。 チャンバー１０２内にはガスリング１０４が設けられており、このガスリング は、例えば、腐食液ソースガスなどの気体状のソース物質を、半導体基板または フラットパネル表示装置などの基板１５０との間のＲＦ誘導プラズマ領域内へと 放出するための複数のオリフィスを含んでいる。気体状のソース物質は、チャン バー自体の壁の中に作り込まれているポートから、あるいは、基板上に配置され ているシャワーヘッド型の機器から、放出されてもよい。 基板１５０はチャンバー１０２へと導かれ、第２電極として動作する二極静電 チャック１１０上に配置される。二極静電チャック１１０は、一般に、ＲＦジェ ネレーター１２０から（一般的に整合ネットワークを介して）ＲＦ電力を受容す る。電源１５２は、二極静電チャックの極にバイアスをかけ、基板１５０をその 上にクランプさせる。基板１５０をチャック１１０にクランプする機構について 、 以下に説明する。 ＲＦジェネレーター１２０が供給するＲＦエネルギーから電源１５２を保護す るため、ＲＦフィルタ（従来のもので、図を簡略化するために図１には示さず） が、電源１５２とＲＦジェネレーター１２０の間に配設されている。同様に、ｄ ｃ阻止コンデンサ（従来のもので、図を簡略化するために図１には示さず）も、 電源１５２とＲＦジェネレーター１２０の間に配設され、ＲＦジェネレーター１ ２０が、電源１５２が供給するｄｃ電位レベルの影響を受けないようにすること もできる。 ヘリウム冷却ガスは、チャック１１０と基板１５０の間に加圧（例えば、１つ の実施態様においては約５−１０Torr）状態で導入され、均一および反復可能な 結果が確実に得られるよう、加工中の基板の温度を正確に制御する熱伝導媒体と して機能する。プラズマ加工中、ポート１０６を介してガスを回収することで、 チャンバー１０２内の圧力を、例えば、ある実施態様のように約５から２５ｍTo rrの範囲で低く維持することが好ましい。エッチングに適したチャンバー温度（ 例えば、ある実施態様においては約７０℃）を維持するため、複数の加熱器（図 を簡略化するために図１には示さず）を設けることができる。接地への電気経路 を設けるため、一般に、チャンバー１０２のチャンバー壁が接地される。 図２は、図１の二極静電チャックの断面を詳細に示している。説明を容易にす るために、二極チャック１１０は、一般的に「ドーナツ部＆基部」として知られ る構成に配列されている。この構成は、図３の平面図においてさらに明確に示さ れている。この名称が示すように、二極静電チャック１１０は、正極２０４およ び負極２０６という２つの極を有する。本発明は、負の基部の構成だけに限定さ れないが、二極静電チャック１１０は好ましい負の基部の構成で示されている。 二極静電チャックの極の上には、セラミック、ポリマー等の任意の適切な誘電 物質から作成可能な誘電層２１２が配置されている。ウェハ２０８は、加工のた めにこの二極ＥＳＣチャックの誘電層２１２の上部に配置される。 図２では、二極静電チャックの極は、電源２１０に接続されている。電源２１ ０がオンされると、負極２０６には、電源２１０によって、共通基準電位レベル に対して負のバイアスがかけられる。電源２１０は、共通基準電位レベルに対し て、正のバイアスを正極２０４にもかける。ｐ型半導体ウェハの場合、負極２０ ６上の負の電位は、ウェハ２０８の正の電荷すなわち正孔を、負極２０６上に重 ねられたウェハ領域へと移動するように、静電的に誘導する。逆にｎ型半導体ウ ェハの場合、ウェハ２０８内の電子が、正極２０４の上に重ねられたウェハ領域 へと移動する。その結果、これらの極とそれぞれ重ねられたウェハ領域の間に静 電力が生じ、加工中に、二極静電チャック１１０にウェハ２０８をクランプさせ ておくために必要なクランプ力が得られる。 極同士が共通基準電圧レベルに対して反対の極性で均等にバイアスがかけられ る場合、プラズマがオンになり、ウェハに負のバイアスがかけられた状態になる と、極上での静電力の不均衡が発生することがある。この状態を説明するために 、電極２１０が、共通基準電圧レベルに対して、正極２０４に＋３５０Ｖ、負極 ２０６に−３５０Ｖのバイアスをかけるケースを考える。プラズマがオフの状態 では、ウェハ電位は、共通基準電圧レベルに対して０ボルトであり、二極チャッ ク１１０の極と重ねられているウェハ領域の間の電位差は、それぞれ＋３５０Ｖ および−３５０Ｖである。 しかしながら、プラズマの存在下でウェハ２０８が負に帯電されると、ウェハ と二極静電チャックの二極の間の電位差は非対称になる。例えば、プラズマがオ ンになっているとき、ウェハバイアス電圧は−１００Ｖとなりうる。この場合、 正極と負のバイアスがかけられた基板の間の電位差は＋４５０Ｖ、つまり（＋３ ５０Ｖ−(−１００Ｖ)）まで上昇する。ただし、負極と負のバイアスがかけられ たウェハの電位差は、−２５０Ｖ、つまり（−３５０Ｖ−(−１００Ｖ)）まで減 少する。電位差の減少により、負極とウェハの間の静電保持力が弱められる。そ の結果、熱交換ガスが漏出し、不適切な温度制御および／または工程の変動が 生じる。いくつかの事例では、ウェハを二極チャックに保持している静電力が非 常に弱くなるため、ヘリウム冷却圧力とチャンバー内低圧の間の圧力差動により ウェハにかけられている力に十分抵抗できなくなり、ウェハがチャックの表面か ら飛び出すことがある。 さらに、プラズマ誘導負ウェハバイパスは、負のバイアスをかけられているウ ェハと二極チャックの正極間の電位差を過度に増加させることがある。電位差が 高くなりすぎると、ウェハの下部表面とチャックの上面の間でアーク、つまり火 花が発生し、凹みなどの損傷を生じさせることがある。時間がたつにつれ、熱交 換ガスの適切な密封状態を維持できなくなるほどチャックの表面が損傷してしま う場合もある。 熱交換ガスの漏れは、図２に示されているような、エッジが負に帯電している 二極チャックにおいて悪化することが判明している。この理由は、プラズマがオ ンになり、ウェハが負のバイアスをかけられているときは、エッジが負の二極静 電チャック１１０のエッジ領域にかかる静電力が少ないためである。エッジが正 の二極静電チャックは、ウェハのエッジをチャックに対しクランプする、したが ってヘリウムの漏れを減少させるときにはより効果的である。しかし、プラズマ とチャックのエッジの間でのさらに大きな漏れ電流を発生させる状態になりやす いため、好適とは言えない。エッジが正の二極静電チャックは、ウェハ固着も悪 化させるので、さらに不都合である。 本出願人による１９９５年１０月３０日に提出された出願番号第０８／５５０ ，５１０号（弁理士事件整理番号第Ｐ１６８／ＬＡＭ１Ｐ００４号）の「負オフ セット二極静電チャック」と題された、本明細書に参照として組み入れられてい る米国特許出願においては、共通基準電圧レベルと負極の差異の程度が増大され る一方、共通基準電圧レベルと正極の差異の程度が減少されるよう、二極静電チ ャックに供給されている電圧レベルを静的にオフセットする技術が開示されてい る。 ウェハが、プラズマの存在によって負に帯電された状態になると、ウェハと負 極の間の差異は、プラズマがオンになる前の差異に対してやや削減されるものの 、ヘリウム漏れのレベルが許容可能なほど、十分高く維持されている。 しかしながら、静的オフセット電圧を生じさせる従来技術による技法は、チャ ックの極に供給されている電圧レベルをオフセットするために、チャックの極へ のバイアス印加に利用されている電源以外の第２の電源を必要とする点が不利で ある。この第２電源の要件は、結果的に生じる静的オフセット電源をさらに高価 かつ扱いにくくし、不利である。 他方、動的帰還システムにおいて、推定ウェハＤＣバイアスに応じ、チャック の極に供給されている電圧の変更が試みられている。本出願人により１９９６年 ３月２９日に提出された出願番号第０８／６２４，９８８号（弁理士事件整理番 号第Ｐ１６９／ＬＡＭ１Ｐ００６号）の「動的帰還静電ウェハチャック」と題す る、ここに参照として組み入れられている米国特許出願においては、ウェハＤＣ バイアスを推定し、推定ウェハＤＣバイアスを電源の基準として利用するための 技法が開示されている。 理論上、基準電圧（つまり、推定ウェハＤＣバイアス）が、ウェハの帯電のた めに負になると、これに対応し、負極に供給されている電圧の負の度合が高くな り、正極に供給されている電圧の正の度合いが低くなる。基準電圧（したがって 、ウェハＤＣバイアス）とチャックの極の電圧レベルの間の差異は変化しないた め、理論的には、プラズマがオンになるときのヘリウム流量のレベルには差異が ないはずである。 実際には、推定ウェハＤＣバイアスの度合いは、一般的に実際のウェハＤＣバ イアスより低いことが判明した。このため基準電圧の度合いは、一般的に実際の ウェハＤＣバイアスより低い。したがって、基準電圧に参照されているチャック の負極と、ウェハＤＣバイアスの電位差は、プラズマがオンになっているとき、 実際には低くなる。前述のように、負極とウェハ間のΔＶの減少により、その間 の静電力は削減され、ヘリウム流量が増大するという望ましくない結果となる。 さらに、基準電圧と実際のウェハＤＣとの電位差は、実際には、チャックへの ＲＦ電力の増加に伴い増大することが判明している。したがって、負極とウェハ の電位差は、実際には、バイアス電力が増加するにつれて減少し、このようにし てバイアス電力が増加すると、ヘリウム流量が増加する。 前記を考慮すると、特にプラズマの存在下、二極静電チャックに対するウェハ の改良クランプ技術のための改良技術が望まれている。コストを低減するために 、この改良技術は、第２電源や複雑な制御回路の使用が不要とすることが好まし い。 発明の概要 本発明は、ひとつの実施態様においては、基板加工チャンバーの二極静電チャ ックに、不平衡電圧を提供する方法に関する。この方法は、制御信号に応じて、 第１端子および第２端子で平衡差動出力電圧を生成させるように構成されている 可変平衡電圧電源を準備する工程を含んでいる。この方法は、さらに、可変平衡 電圧電源の第１端子を第１ノードに接続させる工程を含む。第１ノードは、抵抗 器ブリッジの第１抵抗素子に接続される。 この方法は、また、可変平衡電圧電源の第２端子を第２ノードに接続する工程 も含んでいる。第２ノードは、抵抗器ブリッジの第２抵抗素子に接続される。第 １抵抗素子の抵抗値は、第２抵抗素子の抵抗値より低い。また、第１抵抗素子お よび第２抵抗素子を１つの共通基準端子に接続する工程を含んでおり、これによ って、可変平衡電圧電源以外の電源を利用しなくても、可変平衡電圧電源がオン になったときに、第１ノードおよび第２ノードで平衡電圧を生成している。 本発明は、別の実施態様においては、基板加工チャンバーの二極静電チャック に、不平衡電圧を供給するよう構成されている不平衡差動電圧電源供給装置に関 する。この不平衡差動電圧電源供給装置は、制御信号に応じて、第１端子および 第２端子で平衡差動出力電圧を生成するように構成されている可変平衡電圧電源 を含む。この不平衡差動電圧電源供給装置は、可変平衡電圧電源の第１端子に接 続される第１ノードを含む。また、第２抵抗素子に並列に接続されている第１抵 抗素子を具備する抵抗器ブリッジも含まれている。第１抵抗素子は、第１ノード に接続される。 この不平衡差動電圧電源供給装置は、可変平衡電圧電源の第２端子および第２ 抵抗素子に接続される第２ノードも含む。第１抵抗素子の抵抗値は、第２抵抗素 子の抵抗値より低い。さらに、第１抵抗素子および第２抵抗素子に接続されてい る１つの共通基準端子が含まれており、これによって、可変平衡電圧電源がオン になったとき、可変平衡電圧電源以外の電源を利用しなくても、第１ノードおよ び第２ノードで不平衡電圧が生成される。 以下の詳細な説明を読み、様々な図を参照することで、本発明の上記およびそ の他の利点が明確になるであろう。 図面の簡単な説明 本発明は、添付図面の図を例として説明されているが、これに制限されること はない。理解を助けるため、以下の図における同一の参照番号は、同一あるいは 類似した要素を示すものとする。 図１は、説明を容易にするために、一般的なプラズマ基板加工システムを示し ている。 図２は、二極静電チャックの断面図である。 図３は、二極静電チャックのドーナツ部＆基部構成を示している。 図４は、本発明の実施態様に従って、静的不平衡二極静電チャック電源を示す 。 図５Ａおよび図５Ｂは、プラズマがオンになっているとき、不平衡な供給電圧 が、二極ＥＳＣチャックの負極と基板の間の電位差に及ぼす影響を示す。 図６は、本発明の実施態様に従って、不平衡二極静電チャック電源供給装置の 別の実施例を示している。 第７Ａおよび第７Ｂは、プラズマがオンになっているときに、動的帰還および 不平衡供給電圧の組み合わせが、二極ＥＳＣチャックの負極と基板の間の電位差 に及ぼす影響を示している。 図８は、本発明の実施態様における静的不平衡二極静電チャック電源供給装置 を示す。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明は、添付図面で示されるように、いくつかの好ましい実施態様に関して 詳細に説明されている。以下の説明では、本発明が十分理解されるよう、多数の 特定の詳細が述べられている。しかし、これらの特定の詳細がなくても本発明が 実施されうることは、当業者にとって明らかである。本発明を理解するうえで不 要な混乱を避けるため、それ以外の例では、周知の工程ステップについては、詳 述されていない。 本発明のある態様に従って、二極静電チャックの負の基部または極とウェハと の間の電位差が一定のレベルを超えて維持されている限り、ヘリウム漏れは許容 できる程度であることが理解されよう。さらに、ヘリウム漏れを最小限に抑える ためには、二極ＥＳＣチャックの二極の平衡電圧が必須でないことが認識されて いる。動的帰還が利用されるにしても、二極ＥＳＣチャックの極での不平衡電圧 により、事実上の利点が得られることが認識されている。 例えば、二極ＥＳＣチャックの二極に供給されている電圧を、意図的に不平衡 にできる（つまり、二極静電チャックの負極に供給されている負の電位の度合い を、二極静電チャックの正極に供給されている正の電位の度合いより大きくする ）場合、ウェハが負のバイアスをかけられ、その推定ＤＣ電圧が電源に対する基 準として利用されるにしても、ウェハと負極の電位差がつねに最小レベルを上回 るようにすることができる。不平衡ＥＳＣ電源が動的帰還とともに利用されると 、高バイアス電力がチャックの極に適用されても、安定した冷却ヘリウム流量を 維持することができる。 さらに重要なことは、本発明により、複雑な制御回路や追加電源の使用を必要 としなくても、二極ＥＳＣチャックの極に不平衡電圧を供給するという目標が達 成される。本発明の別の有利な態様に従って、第２電源（つまり、オフセット電 源）の使用を必要としなくても、ＥＳＣチャックの電極に固定した負のオフセッ ト電圧を提供することができる。１９９５年１０月３０日に提出された出願番号 第０８／５５０，５１０号（代理人事件整理番号第Ｐ１６８／ＬＡＭ１Ｐ００４ 号）の「負のオフセット二極静電チャック」と題される前述の同時係属中の出願 に比較して、本発明は、単一の電源だけを使用している二極ＥＳＣチャックに固 定のオフセット電圧を供給するので、大きな利点を有している。当業者によって 理解されるように、固定したオフセット電圧を得るために単一電源だけを利用す る能力は、費用や信頼性の面でおおきな利点が得られる。 図４は、本発明のひとつの実施態様に従って、図１のチャック１１０などの二 極静電チャックの極に不平衡電圧を供給するための不平衡差動電圧電源供給装置 ４００を示す。図４の構成においては、不平衡差動電圧電源供給装置４００は、 可変平衡電圧電源４０２を含む。スタンドアロン構成要素として、可変平衡電圧 電源４０２は、その入力として制御信号（典型的には、０Ｖと５Ｖの間のｄｃ信 号）を受信し、その出力端子４０４および４０６において、等しい大きさの正お よび負の電圧を出力する。本例では、可変平衡電圧電源４０２として、カリフォ ルニア、エルカホーンのアメリカンハイボルテージ社の電源（型式番号ＳＦ−１ ２）が使用されている（可変であっても、なくても）それ以外の従来の電源が利 用可能なことは言うまでもない。 ただし、平衡電圧電源４０２の出力端子４０４および４０６は、抵抗器ブリッ ジ４０８のノードに接続される。抵抗器ブリッジ４０８は抵抗素子４１０と４１ ２を有しており、図示されているように、それらの両端は、出力端子４０４と４ ０６および共通基準端子４１４に接続されている。図４の実施態様においては、 共通基準端子４１４が接地されているが、それ以降の図で示されるように、その 代わりに、動的帰還信号に接続されて、不平衡差動電圧電源供給装置４００によ って出力されている電圧を動的に修正するようにしてもよい。共通基準端子４１ ４が接地されているときには、必要に応じて、電流制限抵抗器（ある実施態様に おいては約１０ｋΩ）を、共通基準端子４１４と接地の間に挿入してもよい。 本発明のある特に有利な態様に従って、単に抵抗素子４１０および４１２の抵 抗値を不平衡にするだけで、不平衡差動電圧電源供給装置４００の出力４２０、 ４２０で不平衡電圧が生じるようにしてもよい。 例えば、抵抗素子４１０の抵抗値が、抵抗素子４１２よりも高い場合には、オ フセット電圧が生じ、このオフセット電圧によって端子４０４での正電圧の正の 度合いが低くなり、同じオフセット電圧よって端子４０６での負電圧の負の度合 いが増大する。このようにして、不平衡差動電圧電源供給装置４００は、その出 力４２０および４２２において、後で二極ＥＳＣチャックの極へのバイアス電圧 として利用されうる不平衡電圧を出力する。 ある例においては、平衡電圧電源４０２は、抵抗器ブリッジ４０８無しで、端 子４０４で＋３５０Ｖ、端子４０６で−３５０Ｖを出力するように構成される。 約１．００１ＭΩの抵抗値を有する抵抗素子４１２が（ノード４１８を介して） 端子４０４に接続され、約２ＭΩの抵抗値を有する抵抗素子４１０が（ノード４ １６を介して）端子４０６に接続されるとき、出力４２０および４２２の差動電 圧は、それぞれ約＋２４０Ｖおよび−４６０Ｖであることが見いだされている( １１０Ｖのオフセット)。抵抗器４３０は、（不平衡差動電圧電源供給装置４０ ０が出力４２０および４２０で接続されているチャックは、一般的に非常に高い インピーダンスを有しているため）平衡電圧電源４０２に対する有限負荷となる 負荷抵抗器を表している。ある実施態様においては、抵抗器４３０は、約４７０ ｋΩの値を有していてもよい。抵抗器４３２および４３４は、電流制限抵抗器で あり、また、漏れセンサ抵抗器でもある。ある実施態様においては、抵抗器４３ ２および４３４は、それぞれ約５１ｋΩの値を有していてもよい。 出力４２０と４２２での差動電圧は、大きさの異なる正と負の電圧によって二 極ＥＳＣチャック（例えば、図２のチャック１１０）の極にバイアスをかけるた めに利用されるようにしてもよい。負の出力電圧は、共通接地に対してさらに負 の度合いが強まるので、本発明は、プラズマがオンになり、基板が負に帯電され ても、基板と負極の間の大きな電位差を維持するのに有利である。 図４の構成に関連した利点は、図５Ａおよび図５Ｂの電圧プロットを参照する ことで、さらによく理解できる。図５Ａでは、二極ＥＳＣチャックの極は、従来 の技術と同様、＋３５０Ｖと−３５０Ｖで等しくバイアスがかけられている。ポ イント５０２でＲＦ電力がオンになると、基板ＤＣバイアスは−１００Ｖまで下 がり、負に帯電しているウェハと負極の電位差（△Ｖ）は２５０Ｖとなる。 図５Ｂにおいては、二極ＥＳＣチャックの極は、図４の不平衡差動電圧電源供 給装置を使用することにより、＋２４０Ｖと−４６０Ｖでバイアスが不均一にか けられている。ＲＦ電力がポイント５０４でオンになると、基板ＤＣバイアスは 再び−１００Ｖまで下がる。しかし、負に帯電しているウェハと負極の間の電位 差（△Ｖ）は、より高い△Ｖ（つまり、ＲＦ電力がオンになる前の４６０Ｖ）か ら下がり、代わりに３６０Ｖの電位差で有利に維持される。本発明のより高い電 位差は、ウェハのエッジをチャックの負の基部にクランプする、より高い静電力 に変換される。したがってプラズマがオンになっても、冷却ヘリウムの安定した 流れを維持するのに有利である。 ある実施態様においては、抵抗素子４１０および４１２は、適切な従来の抵抗 器、あるいは既製の値を有する適切な従来の抵抗器の組み合わせを表している。 抵抗素子４１０および４１２を表している抵抗器の正確な値は、おもに平衡電圧 電源４０２のパラメータと、所望のオフセット電圧値によって変化する。ある実 施態様においては、抵抗素子４１０と４１２を表している抵抗器の値は、インタ ラクティブイメージテクノロジ社（カナダ、オンタリオ州トロント市ピータース トリート１１１，スイート８０１）による「エレクトロニクスワークベンチ」( バージョン４)として知られているソフトウェアモデリングツール、あるいはこ れと同等の適切なモデリングツールを使用して、ある特定のオフセット電圧に関 して得ることができる。 図４の不平衡差動電圧電源供給装置４００は、負の出力電圧をさらに負にオフ セットし、正の出力電圧をさらに正にオフセットするために、電源の追加を必要 とすることなく、固定不平衡電圧を二極ＥＳＣチャックの極に供給していること に注目すべきである。これによって、実質的にＥＳＣ電源供給のコストが削減さ れ、構造も簡略化されているため、極めて有利であると言える。 図６は、本発明の別の実施態様に従って、共通基準端子４１４が接地されてい る代わりに、ウェハバイアスセンサ出力に接続されている図４の不平衡電圧電源 供給装置を示す。このように接続されるとき、図６の不平衡差動電圧電源供給装 置により、出力４２０と４２２での出力電圧を、推定基板ＤＣバイアス値に応じ て動的に変更することができる。ウェハバイアスセンサ、および、その出力を基 準信号として使用することは、例えば、前記同時係属中の出願第０８／６２４， ９８８号に記載されている。 本実施態様の利点は、図７Ａを参照することによってさらに良く理解できる。 図７Ａにおいては、チャックの極に供給されている電圧は、例えば＋３５０Ｖと −３５０Ｖで平衡がとれている。ＲＦ電力がポイント７０２でオンになると、基 板のＤＣバイアスは、図７Ａで示されるように、値Ｖｄｃだけ下がる。平衡電源 用基準電圧として利用される推定基板ＤＣバイアスは、両極に供給されている電 圧を値Ｖｒｅｆだけ下げる。Ｖｄｃ＝Ｖｒｅｆの場合、両方の電圧レベルが同じ 量だけ下がるため、理論的には、チャックの負極と負に帯電しているウェハの間 の静電力のレベルが下がることはない。 実際には、Ｖｄｃは、通常、ウェハバイアスセンサ回路によって過小評価され ていることが判明した。したがって、Ｖｒｅｆ（つまり、推定基板ＤＣバイアス ）は、一般に、Ｖｄｃ（実際の基板ＤＣバイアス）より小さくなる。図７Ａのプ ロットに図示されているように、この過小評価によって、負極の電圧レベルは、 基板ＤＣレベルが引き下げられる量より少ない量だけ引き下げられる。例えば、 基板ＤＣバイアスが−１００Ｖまで減少する場合、△Ｖは、ポイント７０２（プ ラズマがオンになるとき）の前の約３５０Ｖから、その後(ＲＦピーク検出器回 路 による基板ＤＣバイアスの過小評価のため）３５０Ｖをやや下回るまで変化する ことがある。ヘリウムの流れを満足なレベルに維持するために必要な電位を約３ ５０Ｖとすると、このようなわずかな低下でも、許容できないほどのレベルにま でヘリウムの漏れを増加させる可能性もありうる。 本発明の不平衡ＥＳＣチャック電源供給装置とともに（推定基板ＤＣバイアス を使用する）動的帰還が利用されるときには、（ＲＦ電力がオンになるときに） 基板が負に帯電されたとしても、負極と基板との電圧差が適切に維持できること が判明した。図７Ｂにおいて、二極ＥＳＣチャックの極には、例えばそれぞれ＋ ２４０Ｖと−４６０Ｖが供給され、最初は不平衡である。ＲＦ電力がポイント７ ０４でオンになり、推定基板ＤＣバイアスが電源の基準として利用されると、こ の電位差△Ｖ２は、前記過小評価のために△Ｖ１からはやや減少するが、依然と して、基板と負に帯電しているウェハの間の静電引力（および付随して安定した ヘリウム流れ）を適切なレベルに維持するために十分大きな値である。 例えば、基板ＤＣバイアスが−１００Ｖまで下がると、△Ｖは、ポイント７０ ４（プラズマがオンになるとき）の前の約４６０Ｖからその後（ＲＦピーク検出 器回路による基板ＤＣバイアスの過小評価のため）わずかに４６０Ｖを下回るま で変化することがある。図７Ａに関して説明されている前記例を使用して、ヘリ ウム流量を満足なレベルに維持するために必要な電位差が約３５０Ｖである場合 、動的帰還不平衡電源供給装置は、ヘリウム流量を安定した状態に保つため、こ の必要とされている値より電位差を高く維持するのに有利である。 図８は、チャックの極に供給される出力４２０および４２２での電圧を不平衡 にすることに加えて、抵抗器ブリッジ４０８が、ノード４１８と４１６における 電位差を分割するための分圧器回路としてさらに機能する、本発明の別の実施態 様を示している。図８の実施態様においては、ノード４１６と４１８における電 位差の数分の１を表す信号を、ノード８１２から得ることができる。例えばＥＳ Ｃチャックの極への入力電圧に関するデータをユーザに提供するため、アナログ デジタルＩ／Ｏ回路をノード８１２に接続できる。このデータは、例えば基板上 で実行されている工程のモニタに利用できる。 前記から理解できるように、本発明は、プラズマがオンになり、基板が負に帯 電している間に、二極静電チャック、特に負の基部二極静電チャックに基板をク ランプする点が有利に改善されている。抵抗器ブリッジの抵抗値を修正するだけ で、本発明は、負極に供給されている負の電圧の大きさを増大し、基板とチャッ クの負極の間の静電力の適切なレベルが、基板がプラズマのために負のバイアス をかけられた後も、均一に維持されるよう、静電力を増大させる。本発明は、複 雑な制御回路、あるいは１つまたは複数の追加電源の使用を必要としなくても、 前記を達成できることが最も重要である。動的帰還を使用する場合、クランプ力 の適切なレベルは、（ウェハの負電圧の大きさが増大される場合だけではなく） バイアス電力が大幅に増加される場合にも保証される。 本発明は、複数の好ましい実施態様として説明されてきたが、本発明の範囲内 に該当する範囲で変更、置き換えおよび同等物の使用が可能である。例えば、こ こでは、プラズマエッチング炉に関して説明されているが、本発明の不平衡二極 ＥＳＣチャック電源供給装置は、例えば、析出に利用されるものなど、他のプラ ズマ炉で利用されてもよい。また、本発明の方法および機器を実現する多くの代 替方法があることにも注意すべきである。したがって、以下の請求項は、本発明 の真の精神および範囲に該当するすべてのこのような変更、置き換えおよび同等 物を含むとの解釈が意図されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基板加工チャンバーの二極静電チャックに不平衡電圧を供給する方法であっ て、 制御信号に応じて、第１端子と第２端子で平衡作動出力電圧を生成するように 構成されている可変平衡電圧電源を準備する工程と、 前記可変電圧電源の前記第１端子を、抵抗器ブリッジの第１抵抗素子に接続さ れている第１ノードに接続する工程と、 前記可変電圧電源の前記第２端子を、前記第１抵抗素子よりも高い抵抗値を有 する前記抵抗器ブリッジの第２抵抗素子に接続されている第２ノードに接続する 工程と、 前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子を一つの共通基準端子に接続し、前 記可変平衡電圧電源以外の電源を利用することなく、前記可変平衡電圧電源がオ ンになるときに、前記第１ノードおよび前記第２ノードで前記不平衡電圧を発生 させる工程と、 を備える方法。 ２．請求項１記載の方法であって、さらに、 前記共通基準端子をピーク検出器回路出力に接続する工程を含み、 前記ピーク検出器回路出力は、前記二極静電チャックで測定されるＲＦピーク 間電圧に応じて生じる直流信号を表しており、この結果、前記ピーク検出器回路 出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさが変化する、方法。 ３．前記第１抵抗素子の値が約１ＭΩである、請求項２記載の方法。 ４．前記第２抵抗素子の値が約２ＭΩである、請求項３記載の方法。 ５．請求項１記載の方法であって、さらに、 前記共通基準端子を接地することによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的 に所定値に固定する工程、を備える方法。 ６．請求項１記載の方法であって、さらに、 前記共通基準端子を電流制限抵抗器の第１端部に接続する工程と、 前記電流制限抵抗器の第２端部を接地に接続することによって、前記不平衡電 圧の大きさを実質的に所定値に固定する工程と、 を備える方法。 ７．請求項６記載の方法であって、さらに、 前記第１抵抗素子の第１抵抗器と前記第１抵抗素子の第２抵抗器とに接続され ている第１電圧モニタノードでＤＣ電圧を得る工程を備え、前記第１抵抗素子が 、前記第２抵抗器と直列に接続されている前記第１抵抗器を有する、方法。 ８．請求項１記載の方法であって、 前記二極静電チャックの構成はドーナッツ部及び基部型の構成であり、前記第 １ノードが前記二極静電チャックのドーナッツ部に接続され、前記第２ノードが 前記二極静電チャックの基部に接続されている、方法。 ９． 基板加工チャンバーの二極静電チャックに不平衡電圧を供給するよう構成 された不平衡差動電圧電源供給装置であって、 制御信号に応じて、第１端子および第２端子に平衡差動出力電圧を発生させる ように構成されている可変平衡電圧電源と、 前記可変平衡電圧電源の前記第１端子に接続されている第１ノードと、 並列に接続されている第１抵抗素子と第２抵抗素子とを有し、前記第１抵抗素 子が前記第１ノードに接続されている抵抗器ブリッジと、 前記可変平衡電圧電源の前記第２端子と、前記第１抵抗素子よりも高い抵抗値 を有する前記第２抵抗素子とに接続されている第２ノードと、 前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子に接続された共通基準端子と、 を備え、 前記可変平衡電圧電源がオンになるとき、前記可変平衡電圧電源以外の電源を 利用しなくても、前記第１ノードおよび前記第２ノードにおいて前記不平衡電圧 が生成される、不平衡差動電圧電源供給装置。 １０．請求項９記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、さらに、 前記共通基準端子に接続され、前記二極静電チャックで測定されているＲＦピ ーク間電圧を測定するとともに、前記共通基準端子において、これに応じた直流 信号を生成するＲＦピーク間電圧検出器を備え、 前記ピーク検出器回路出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさが変更さ れる、不平衡差動電圧電源供給装置。 １１．前記第１抵抗素子の値が約１ＭΩである、請求項１０記載の不平衡差動電 圧電源供給装置。 １２．前記第２抵抗素子の値が約２ＭΩである、請求項１１記載の不平衡差動電 圧電源供給装置。 １３．前記共通基準端が接地に接続されており、これによって、前記不平衡電圧 の大きさを実質的に所定値に固定する、請求項９記載の不平衡差動電圧電源供給 装置。 １４．前記所定値が、それぞれ約−４６０ボルトおよび約２４０ボルトである、 請求項１３記載の不平衡差動電圧電源供給装置。 １５．請求項９記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、 前記共通基準端子が電流制限抵抗器の第１端部に接続されているとともに、前 記電流制限抵抗器の第２端部が接地されており、これによって、前記不平衡電圧 の大きさを実質的に所定値に固定する、不平衡差動電圧電源供給装置。 １６．請求項１５に記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、 前記第１抵抗素子は、第１電圧モニタノードおよび第２抵抗器と直列に接続さ れている第１抵抗器を備え、前記第１電源モニタノードが、前記不平衡電圧の数 分の１を表すＤＣ電圧を供給するように構成されている、不平衡差動電圧電源供 給装置。 １７． 基板加工チャンバーの二極静電チャックに不平衡電圧を供給するよう構 成された不平衡差動電圧電源供給装置であって、 第１端子および第２端子で平衡差動出力電圧を生じさせるように構成されてい る平衡電圧電源と、 前記第１端子および前記第２端子に接続されており、前記差動出力電圧を不平 衡とすることによって前記不平衡電圧を生じさせる手段とを含み、前記不平衡化 手段は 前記第１端子に接続されている第１抵抗手段と、 前記第２端子に接続され、前記第１抵抗手段より高い抵抗値を有する第２抵 抗手段と、 前記第１抵抗手段および前記第２抵抗手段に接続されている基準端子と、 を備える、不平衡差動電圧電源。 １８．請求項１７に記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、 前記共通基準端子は、前記二極静電チャックで測定されたＲＦピーク間電圧に 応じて生成された直流信号出力を表すピーク検出回路出力に接続されており、こ れによって、前記ピーク検出回路出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさ が変更されるようにする、不平衡差動電圧電源供給装置。 １９．前記共通基準端子が接地されており、これによって、前記不平衡電圧の大 きさを実質的に所定値に固定する、請求項１７記載の不平衡差動電圧電源供給装 置。 ２０．前記共通基準端子が電流制限抵抗器の第１端部に接続されるとともに、前 記電流制限抵抗器の第２端部が接地されており、これによって、前記不平衡電圧 の大きさを実質的に所定値に固定する、請求項１７記載の不平衡差動電圧電源。