KR100329165B1

KR100329165B1 - 정전 척으로부터 작업재료를 배출하는 방법

Info

Publication number: KR100329165B1
Application number: KR1019950704932A
Authority: KR
Inventors: 버랭 마누쳐; 그리고리 피야티고르스키
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 2002-10-04
Also published as: US5612850A; EP0700593A1; US5459632A; DE69510419D1; JP3614855B2; EP0700593A4; EP0700593B1; JPH09502078A; WO1995024764A1; DE69510419T2

Abstract

정전 척(110)으로부터 반도체 웨이퍼(101)와 같은 작업재료를 배출하기 위한 방법 및 장치(100). "디척킹 전압"은 작업재료(101)를 고정하는데 사용된 것과 동일한 극성을 갖는 척 전극(113)에 공급되지만 작업재료(101)와 척(110) 사이에 정전 인력을 최소화하도록 선택된 다른 크기를 갖는다. 이것은 상기 인력을 최소화하는 디척킹 전압을 위한 최적값이다. 최적값은 경험적으로 결정될 수 있고, 또는 작업재료(101)가 척(110)상에 먼저 장착되는 경우 생성되는 전류 펄스의 값에 근거하는 방법으로 결정된다.

Description

정전 척으로부터 작업재료를 배출하는 방법

본 발명은 통상적으로 작업재료를 고정하기 위한 정전 척 및, 특히, 정전 척상에서 (반도체 웨이퍼와 같은) 작업재료를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

정전 척은 반도체 제조 가공 챔버내에 반도체 웨이퍼를 고정하기 위하여 컴퓨터 그래픽 플로터에 한 장의 종이를 고정하는 범위의 다양한 이용에서 작업재료를 고정하기 위하여 사용된다. 비록 정전 척이 설계에서 변할지라도, 척은 모두 개별적으로 작업재료 및 전극에 반대 극성의 전하를 유도하도록 척내에 하나 또는 그 이상의 전극에 전압을 공급하는 원리에 근거한다. 반대 전하 사이의 정전 인력은 작업재료를 척으로 다가가게 하여, 작업재료를 고정한다.

정전 척이 가진 문제점은 척으로부터 작업재료를 배출하고자 하는 경우 작업재료 및 척으로부터 전자 전하를 배출하는 것이 어렵다는 것이다. 일반적인 해결 방법은 전하를 배출하기 위하여 전극 및 작업재료를 접지로 연결하는 것이다. 목적하는 바대로 전하를 더 빨리 배출하는 다른 통상적인 해결 방법은 전극에 공급된 DC 전압의 극성을 반전하는 것이다. 상기 방법은 와타나베 등에 의한 미합중국 특허출원번호 제 5,117,121 호의 두 전극을 갖는 척(쌍극 척)의 내용에서 설명되었다.

전극 전하를 배출하기 위한 이들 통상적인 방법의 관찰된 단점은 전하를 완전히 배출할 수 없다는 것이고, 따라서 약간의 정전 인력이 작업재료와 척 사이에남아있게 된다. 상기 잔여 정전력은 척으로부터 작업재료를 분리하기 위하여 커다란 기계적인 힘의 사용을 필요로 한다. 작업재료가 반도체 웨이퍼인 경우, 때때로 배출을 위한 그 힘은 웨이퍼를 부수거나 또는 손상을 줄 수 있다. 웨이퍼가 손상되지 않더라도, 잔여 정전력을 기계적으로 극복해야하는 어려움은 통상적인 웨이퍼 이동 로보트로 회복하기 어려운 예측할 수 없는 위치로 척으로부터 웨이퍼를 들어내도록 한다는 것이다.

본 발명에 따라, 작업재료는 작업재료를 고정하기 위하여 사용된 것과 같은 극성을 갖지만, 작업재료와 척 사이의 정전 인력을 최소화하도록 선택된 다른 크기를 갖는 "디척킹" 전압을 척 전극에 공급함으로써 정전 척상에서 배출될 수 있다. 우리는 디척킹 전압이 통상적인 디척킹 방법에 필요한 힘보다 더 적은 힘으로 척으로부터 작업재료를 배출하도록 허용할 수 있는 최적값으로 세트할 수 있음을 알았다.

디척킹 전압이 0 또는 척킹(측, 고정) 전압과 반대 극성이 될 수 있다는 알려진 방법의 관점에 있어서, 본 발명은 척킹 전압과 동일한 극성의 디척킹 전압을 사용하여 더욱 성공적으로 작업재료상의 잔여력을 최소화할 수 있게 하였다.

본 발명의 추가적인 특성은 디척킹 전압을 위한 최적 값을 결정하기 위한 방법 및 장치이다.

제 1도는 본 발명이 적용될 수 있는 통상적인 정전 척을 포함하는 통상적인 반도체 웨이퍼 제조 가공 챔버의 부분적인 개략 형태의 단면도이다.

제 2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 사용된 전자 제어 시스템의 개략도이다.

제 3도는 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 도시하는 타이밍도이다.

1. 정전 척을 갖는 종래의 플라즈마 챔버

제안하는 디척킹 방법 및 장치는 종래의 정전 척과 결합되어 사용될 것이다. 제 1도는 반도체 웨이퍼(101)의 고플라즈마 가공(예를 들면, 에칭 또는 화학적 증기 증착)을 위하여 사용되는 진공 챔버(100)내에 전형적으로 구성될 수 있는 척(110)를 도시한다.

종래의 진공 챔버(100)는 알루미늄으로 제조되고 전기적으로 접지된 빈틈없이 진공된 봉입부(105)를 포함한다. 디스크형 양극 산화 처리된 알루미늄 양극 전극(104)은 위쪽 벽면 또는 봉입부(105)하의 가장자리 아래에 장착되어 있고 접지된 봉입부에 전기적으로 연결되어 있다.

종래의 정전 척은 원형, 평면 원면을 갖는 양극으로 산화된 고체 알루미늄 음극 받침대(111); 하위 유전체의 윗면에 접착된 금속 척 전극(113); 및 척 전극의 윗면에 접착된 상위 유전체층(114)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 두 유전체층은 75미크론 두께의 종합체이다.

음극 받침대(111)는 공동(hollow)의 양극으로 산화된 알루미늄 음극 베이스(135)의 꼭대기에 장착되고 전기적으로 연결된다. 음극 베이스는 전기적으로 절연되고, 환형인 플랜지를 사용하여 봉입부(105)의 하위 벽상에 장착된다. 음극으로의 전기적 연결은 음극 베이스(135) 바닥에 분기되어 있는 홀(hole)로 나사형으로 들러간 돌출단부를 갖는 구리 막대(138)에 의하여 만들어진다. 구리 클립(도시되지 않음)은 막대(138)를 RF 전송 라인(134)에 연결되고, 계속해서 임피던스 정합 네트워크(132)로 연결되고, 계속하여 전원(130)으로 연결된다. 정합 네트워크(132)는 음극으로 부터 접지로 DC 경로를 제공하는 그의 출력에 대하여 10메가오옴 저항(136)을 포함한다.

척 전극(113)으로의 전기적 접속은 지점(115)에서 척 전극(113)에 접촉되어 있는 절연된 선(122)에 의하여 얻어진다. 선(122)은 음극 받침대(111)의 구멍(125)을 통하여 받침대(111)로 부터 아래쪽으로 확장되고, 공급-통과 절연체(124)를 통하여 봉입부(105)의 바닥으로 나온다. 선(122)은 RF 차단 저역 통과 필터(121)로 연결되고, 계속해서 DC 전원(120)으로 연결된다.

챔버(100)내에서 반도체 웨이퍼(101)를 가공하는 동안, 웨이퍼는 제 1도에 도시한 바와 같이 상위 유전체(114)의 윗면에 놓여 있다. 가공에 완료된 이후에, 로보트 팔(도시되지 않음)은 챔버로 부터 웨이퍼를 배출한다. 웨이퍼 아래의 로보트 팔의 "블레이드" 단부를 쉽게 슬라이딩하기 위하여, 몇개의 (바람직하게는 4개이지만, 적어도 3개) 리프트 핀(142)이 음극 받침대(111)의 대응하는 구멍(144)에서 수직으로 슬라이드 한다. 모든 리프트 핀(142)은 운반대(140)상에 장착되고, 프로그램 가능한 디지탈 컴퓨터(도시되지 않음)의 제어 하에 압축 공기식 리프트 메커니즘(146)에 의해 위아래로 이동할 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 리프트 핀(142) 및 운반대(140)는 진공 챔버(100)내의 음극 베이스(135)를 포함하고, 반면에 압축 공기식 리프트 메커니즘(146)은 진공챔버 밖에 있다. 리프트 핀 및 운반대는 진공 봉함을 유지하는 동안 이동성을 허용하는 송풍기(143)를 통과하는 연동 장치(149)에 의하여 기계적으로 연결된다.

가공 챔버(100)의 통상적인 동작에 있어서, 로보트 팔(도시되지 않음)은 슬릿 밸브(106)를 통하여 웨이퍼(101)를 챔버로 이동한다. 로보트는 리프트 핀(142)의 정점에 웨이퍼를 놓고, 이 때 정점은 정전 척(110)의 꼭대기 위에 2 내지 5 cm 정도 불쑥 나오도록 압축 공기식 리프트 메커니즘(146)에 의하여 상승된다. 압축 공기식 메커니즘은 웨이퍼(101)가 척(110)의 윗면에 놓이도록 리프트 핀(142)을 낮추고, 웨이퍼의 하강 시간은 일반적으로 3 내지 10초이다.

웨이퍼(101)가 척(110)상에 놓이기 직전에, 척킹 전압 공급기(120)는 접지와 관련된 척 전극(113)에 +2000볼트 정도의 높은 DC 전압을 공급한다. 통상적으로 리프트 핀(142) 중 적어도 하나(바람직하게는 모두)는 금속이고 전기적으로 음극베이스(135)에 연결되며, 10메가오옴 저항(136)을 통하여 전기적인 접지에 연결된다. 척상으로 웨이퍼를 내려놓는 리프트 핀과 같은, 접지된 리프트 핀은 2000볼트의 척킹 전압이 웨이퍼와 척 전극(113) 사이에 나타나도록 접지 전위 또는 접지 전위 근방에서 웨이퍼를 유지한다. 이러한 전압은 웨이퍼 및 척 전극의 접촉 표면상에 축적하기 위하여 음 및 양의 전하를 야기한다. 전하의 양은 웨이퍼와 척 전극 사이의 전압과 캐패시턴스의 곱에 비례한다.

웨이퍼가 척(110)의 상위 유전체(114)상으로 떨어진 이후에, 리프트 핀(142)은 계속 하강하고, 따라서 웨이퍼는 더이상 전기적으로 접지 상태가 아니다. 그러나, 전하는 웨이퍼상에 분기된 채로 남아 있다. 반대 극성의 전하들이 웨이퍼상에 충전되고 척 전극은 웨이퍼를 척의 윗면으로 밀어붙이는 정전 인력을 생성한다. 척킹 전압(실시예에서는 2000볼트)은 연속적인 가공 단계동안 웨이퍼의 이동을 방지하기에 적합하도록 웨이퍼와 척 사이에 정전력을 발생시키기에 충분히 높은 값으로 세트한다. 따라서 척위에 단단히 고정된 웨이퍼는 "척화(chucked)"되었다고 말한다.

웨이퍼가 척화된 후, 하나 또는 그 이상의 반도체 제조 가공 단계들이 웨이퍼상에 증착 또는 에칭막과 같이 챔버(100)내에서 수행된다. 플라즈마를 이용하는 가공을 위하여, RF 전원(130)은 음극 받침대(111)와 접지된 양극(104) 사이에 RF전력을 공급하고, 웨이퍼(101)와 양극 사이의 영역에서 플라즈마를 여기한다. 플라즈마는 웨이퍼와 접지 사이에 전기적으로 도전성인 경로를 제공한다. 그러나, 전자와 양이온의 이동성의 차이로 인하여, 웨이퍼가 접지에 대하여 음으로 바이어스 되도록 플라즈마에 대하여 DC 전압강하가 나타난다. 만약 DC 전원(120)에 의하여 척 전극(113)으로 공급된 척 전압에 양이라면, 웨이퍼와 척 전극 사이의 총 전압은 웨이퍼 바이어스 전압과 척킹 전원 전압의 합이 될 것이다. 따라서, 웨이퍼 바이어스는 웨이퍼를 고정하는 정전력을 증가시킨다.

반도체 제조 가공 단계들이 완결된 이후에, 압축 공기식 리프트 메커니즘(146)은 웨이퍼가 로보트에 의하여 챔버로 부터 배출될 수 있도록 척(110)위로 웨이퍼를 상승시키기 위하여 리프트 핀(142)을 상승시킨다. 리프트 핀이 웨이퍼를 상승시키기 전에, 웨이퍼는 "디척화" 되어야만 한다; 즉, 척(100)상에 웨이퍼를 고정하는 정전력은 배출되어야만 한다. 통상적으로, 척킹 전원(120)은 꺼지고 척 전극(113) 및 웨이퍼(101)는 척 전극에 대하여 척 전압을 미리 적용하는 동안척 전극 및 웨이퍼상에 축적된 각각의 전하를 배출하도록 접지에 연결된다.

통상적으로 웨이퍼는 접지된 금속 리프트 핀(142)이 웨이퍼가 리프트되어 웨이퍼의 바닥을 치는 경우 접지된다. 다시 말하면, 웨이퍼는 통상적으로 웨이퍼로 부터 챔버의 접지된 벽면(105)으로 전기적으로 도전성인 경로를 제공하는 플라즈마(103)를 유지하도록 RF 전원을 감소된 전력 레벨에 남겨둠으로써 접지된다.

2. 새로운 디척킹 방법

통상적인 디척킹 방법의 문제점은 웨이퍼와 척(110) 사이에 정전 인력을 모두 배출하는데 성공할 수 없다는 것으로, 초과적인 인력이 척으로부터 웨이퍼를 배출하기 위하여 요구된다. 이러한 인력은 웨이퍼를 부수거나, 또는 웨이퍼 이동 로보트에 의하여 적당하게 복귀하고 배열하기 어려운 위치로 척으로부터 웨이퍼를 들어낼 수 있다.

우리는 웨이퍼상의 정전력이 척 전극(113)과 웨이퍼 사이에 크기는 작지만 척 전압과 같은 극성을 갖는 "디척킹"전압을 공급함으로써 본질적으로 배출될 수 있는 것을 발견하였고, 그에 따라 척으로부터 웨이퍼를 쉽게 배출할 수 있다. 우리는 디척킹 전압의 최적값을 찾았다; 만약 공급된 디척킹 전압이 이러한 최적 값 위 또는 아래에 있다면, 중요한 정전 인력이 웨이퍼와 척 사이에 남아 있을 것이다.

상기 특성을 갖는 이유는 척 전극(113)에 공급되는 척 전압의 극성과 반대 극성의 전하가 척킹 전압이 척 전극(113)에 공급되는 동안 상위 유전체(114)에 축적되기 때문이라고 생각된다. 전하는 유전체 내에서 쉽게 흐를 수 없기 때문에, 웨이퍼와 척 전극을 접지함으로써 척으로부터 웨이퍼를 배출하는 종래의 방법은 상위 유전체(114)로 부터 전하를 배출할 수 없다.

따라서, 본 발명은 상위 유전체(114)에 분기된 전하의 효과를 보상하기 위한 디척킹 방법으로 간주될 수 있다. 본 발명은 전하를 요구하는 유전체를 분리시키는 방법이다. 그러나, 본 발명이 다음 이론에 근거하지는 않지만, 다음의 물리적 메커니즘은 상위 유전체(114)가 크고 양인 척킹 전압이 웨이퍼(101)와 관련된 척 전극(113)에 공급되는 경우 음전하를 축적하는 근본적인 이유라고 생각된다.

웨이퍼 및 상위 유전체가 미소 레벨에서 완전하지 못한 평면 표면을 갖기 때문에, 웨이퍼 및 유전체는 실제로 웨이퍼와 유전체 사이에 많은 미소 간격을 남긴 많은 수의 작은 점들을 연결한다. 웨이퍼와 정전 척 사이의 척킹 전압은 이들 미소 간격에 강한 전기적 필드를 생성한다. 척상에 웨이퍼를 단단히 고정할 만큼 충분히 높은 척킹 전압에서, 이러한 필드는 웨이퍼로부터 "필드 방사"의 물리적 메커니즘을 통하여 상위 유전체의 인접 표면으로 이동하기 위한 전자를 야기한다. 척킹 전압, 즉 전자 필드가 배출되는 경우, 유전체내에 축적된 전자는 방전 경로가 없고, 따라서 유전체로 남아 있다.

반도체 웨이퍼를 배출하도록 디척킹 전압을 공급하기 위한 제안된 방법 및 장치가 성공적으로 테스트되었다. 따라서, 본 발명의 유용성은 상위 유전체상의 전하의 축적을 위한 물리적 메커니즘을 완전히 증명하는지의 여부에 의존하지 않는다.

본 특허 명세서의 남은 부분에서의 설명을 간단히 하기 위하여, 우리는 척전극에 공급되는 척 전압이 양이라고 가정할 것이다. 결과적으로, 상위 유전체(114)에 축적되는 전하는 음이다. (만약 음의 척킹 전압이 사용되었다면, 본 발명의 동작은 모든 전하가 반대 극성이라는 것을 제외하면 동일하다.)

양의 척킹 전압은 반도체(101)와 관련된 척 전극(113)에 공급되는 경우, 양의 전하가 척 전극(113)의 상위 표면상에 축적된다. 양의 전하의 양은 척 전극(113)과 웨이퍼(101) 사이의 캐패시턴스의 배수인 디척킹 전압에 비례한다. 웨이퍼를 배출하는 디척킹 전압의 최적 값은 상위 유전체(114)상의 음의 전하와 거의 같은 양의 척 전극의 상위 표면상에 양의 전하를 생성하는 값이다. 이러한 조건하에서, 반도체 웨이퍼(101)상의 임의의 정전 전하는 무시해도 좋으며, 따라서 근본적으로 웨이퍼와 척 사이의 정전 인력은 존재하지 않을 것이다. 다시 말하면, 웨이퍼는 척으로부터 배출될 것이다.

주어진 웨이퍼 및 주어진 척 전압에 대하여, 최적 디척킹 전압은 다음 일련의 단계들에 의하여 경험적으로 찾아질 것이다:

단계 1: 척 전극과 웨이퍼 사이에 적당한 전압원을 연결하고, 일반적으로 척상의 웨이퍼를 고정하는데 필요한 척 전압을 공급하기 위하여 전압원을 조절한다. 이 때 정전력은 웨이퍼가 척으로부터 아주 조금 리프트된 척의 표면에 대하여 쉽게 슬라이드될 수 없도록 웨이퍼가 척에 밀접하게 붙어있도록 고정할 것이다.

단계 2: 전압을 점차로 감소한다. 매 점차적인 감소 이후에, 정전력이 척 표면에 대하여 웨이퍼가 슬라이드할 수 있도록 허용하기에 충분한지의 여부를 관찰하기 위하여 웨이퍼의 모서리를 분기한다.

단계 3: 웨이퍼가 슬라이드 되는 경우, 전압은 최적 디척킹 전압에 근사된다. 만약 원한다면, 최적 전압은 단계 2에서 찾아진 근사적인 최적값에 가까운 다른 디척킹 전압에서 척으로부터 웨이퍼를 기계적으로 리프트하는데 필요한 힘을 측정함으로써 다시 찾아질 수 있다. 최적 디척킹 전압은 웨이퍼를 리프트 하는데 요구되는 기계적인 힘을 최소화하는 전압이다.

제 2단계 및 제 3단계에서, 대치할 수 있는 수단들은 정전력이 척으로부터 웨이퍼의 안전한 배출을 허용하기 위하여 충분히 감소되었는지의 여부를 시험하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 모서리를 분기하는 대신, (리프트 핀(142) 및 메커니즘(146)과 같은) 리프트 메커니즘은 척으로부터 웨이퍼를 밀어내도록 웨이퍼의 아래쪽에 미리 결정된 작은 기계적인 힘을 공급하도록 조절할 수 있다. 웨이퍼는 척 전극과 웨이퍼 사이의 전압이 최적 디척킹 전압과 거의 같아질 때까지 척위에 남아 있게 될 것이고, 따라서 척에 웨이퍼를 고정하는 정전력은 미리 결정된 기계적인 힘 이하로 떨어질 것이다.

최적 디척킹 전압은 유사한 전기적 및 기계적 특성을 갖는 웨이퍼에 대하여, 특히 일괄처리로 한번 가공한 웨이퍼와 거의 동일할 것이다, 따라서, 최적 디척킹 전압은 하나의 웨이퍼에 대하여 결정될 수 있고, 동일한 디척킹 전압이 일괄처리 내에서 각각의 연속적인 웨이퍼를 위하여 사용될 수 있다. 특히, 각 웨이퍼가 척 상에 위치하는 경우, 통상적인 척킹 전압원(120)은 가공하는 동안 웨이퍼를 고정하기 위하여 일반적인 척킹 전압(예를들면, +2000볼트)을 척 전극에 공급할 수 있다. 웨이퍼의 가공이 끝나면, DC 전원(120)의 출력은 척으로부터 웨이퍼를 배출하도록일괄처리에서 첫번째 웨이퍼에 대하여 미리 결정된 최적 디척킹 전압(예를 들면, +600볼트)으로 감소될 것이다. 이 때 웨이퍼는 챔버로 부터 배출될 수 있고, 사이클은 일괄처리로 다음 웨이퍼에 대하여 반복될 수 있다.

그러나, 우리는 최적 디척킹 전압이 한번의 일괄처리에서 하나의 웨이퍼로 부터 다음 웨이퍼로 충분히 변할 수 있고, 그것은 각각의 개별적인 웨이퍼에 대하여 최적의 디척킹 전압을 결정하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 특히, 25개의 웨이퍼의 일괄처리에 있어서 첫번째 및 마지막 웨이퍼 사이에서, +600볼트로 부터 +400볼트까지 점차적으로 감소되는 최적 디척킹 전압을 관찰할 수 있다. (웨이퍼로 부터 웨이퍼로의 최적 디처킹 전압의 작은 변화는 또한 웨이퍼 평탄도 또는 평활도의 차이, 및 웨이퍼와 척 사이의 입자의 존재로 인해 발생할 것이다. 이들 차이는 웨이퍼와 척 사이의 미소 간격의 크기에 영향을 주고, 웨이퍼와 척 전극 사이의 캐패시턴스에 영향을 준다). 각 웨이퍼를 위한 최적 디척킹 전압을 따르게 결정하는 바람직한 방법이 다음 제 3절에 개시되어 있다.

요약하면, 정전 척상에서 웨이퍼를 배출하는 제안된 방법(즉, 웨이퍼를 "디척킹"하는 방법)은 척 전극과 웨이퍼 사이에 디척킹 전압을 공급하는 것이다, 디척킹 전압은 미리 공급된 척킹 전압과 같은 극성을 가지며 척상에 웨이퍼를 고정하는 정전력을 최소화하거나 또는 배출하는 최적 전압값과 거의 동일한 값이 될 것이다. 디척킹 전압의 값은 상기 설명한 바와 같이 경험적으로 얻어진 값으로 세트될 수 있고, 또는 더욱 바람직하게, 디척킹 전압의 값은 바로 아래에서 설명되는 새로운 방법에 의하여 세트될 수 있다.

3. 최적 디척킹 전압 결정 방법

디척킹 전압을 결정하는 전술한 경험적인 방법은 디척킹 전압에 한 묶음의 웨이퍼에서 다음 묶음의 웨이퍼로 변화하기 때문에 작업재료 이용에 대해서는 경험적이 된다. 다행스럽게도, 우리는 척상에 웨이퍼를 적재할 때 개별적으로 최적 디척킹 전압을 자동적으로 결정하기 위한 방법 및 장치를 개발하였다.

자동적인 방법은 척 전극(113)과 반도체 웨이퍼(101) 사이에 척킹 전압원(120)을 연결함으로써 디척킹 전압을 성취하는 것이고 반면에 웨이퍼는 상기 척(110)으로 부터 어떤 거리만큼 떨어져 있으며, 웨이퍼가 척(110)의 상위 유전체(114)상으로 놓여질 때 (아래에 설명되는 바와 같이 직접적으로 또는 간접적으로) 서지전류가 척킹 전압원(120)으로 부터 흐르는 것을 측정한다. 서지 전류는 척 전극(113)과 웨이퍼(101) 사이의 캐패시턴스까지 충전때문이라고 생각된다. 캐패시턴스는 웨이퍼와 척 전극 사이의 거리에 반비례한다. 상위 유전체의 두께는 통상적으로 75미크론이기 때문에, 웨이퍼가 상위 유전체에 접촉되는 경우 바르게 증가한다.

만약 상위 유전체(114)에 충전되지 않으면, 전류 서지는 척킹 전압에 직접적으로 비례할 것이다. 그러나, 만약 상위 유전체에 음으로 충전된다면, 전류 서지는 음전하의 양에 비례하는 양만큼 감소될 것이다.

달리 말하면, "효과적인"척킹 전압은 상위 유전체에 음전하로 인하여 실제 척킹 전압과 가정한 "오프셋" 전압간의 차이로 고려될 것이다. 웨이퍼가 척상으로 내려 앉을 때 전류 서지는 "유효한"척킹 전압에 비례한다. 가정한 "오프셋" 전압이만약 척 전극에 공급된 것과 같다면 유전체에서 음 전하와 평형을 이루거나 또는 오프셋 하는 척 전극의 상위 표면상에 양의 전하를 생성할 수 있는 전압과 같다. 다시 말하면, 가정한 "오프셋" 전압은 웨이퍼상의 정전력을 배출하는 최적 디척킹 전압과 같다. 이러한 발견에 근거하여, 우리는 다음과 같은 최적 디척킹 전압을 결정하는 방법을 개발하였다.

단계 1: 웨이퍼(101)가 척(110)위에 어떤 거리(1밀리메터는 아마도 충분할 것이고, 그러나 1 내지 5 cm가 적당하다)로 고정되어 있고, 척 전극(113)과 웨이퍼 사이에 "테스트" 척킹 전압을 공급하도록 척킹 전압원(120)을 고정한다. "테스트"전압은 다음 단계들 동안 유지될 것이다.

단계 2: 웨이퍼(101)가 상위 유전체(114)상으로 내려 앉을 때 척킹 전원(120)과 척 전극 사이의 서지 전류를 측정한다.

단계 3: 비례상수 "R."에 의하여 전류 서지의 측정된 값을 곱함으로써" 유효한" 척킹 전압을 계산한다. ("R"의 값은 다음에 설명될 눈금 조정 과정에 의하여 결정될 것이다).

단계 4: "테스트" 척킹 전압의 값에서 단계 2 에서 찾아진 "유효한" 척킹 전압의 값을 뺀 것을 디척킹 전압으로 세트한다.

웨이퍼에 관련된 척 전극에 공급된 "테스트" 전압은 바람직하게 바람직한 실시예에서는 2000볼트인 가공 챔버(100)내의 웨이퍼(101)를 연속적으로 가공하는 동안 사용되는 척킹 전압과 거의 동일하다. 웨이퍼의 바닥을 접촉(및 지지)하는 금속 리프트 핀(142)은 전기적으로 접지되어 있고, 그에 의하여, 웨이퍼와 전압원(120)의 접지된 출력 터미널 사이의 전기적인 연결을 제공한다.

본 특허 출원서의 다음 절 4는 상수 R의 값의 눈금을 조절하는 방법을 설명한다. 우리는 R값이 가공된 웨이퍼에서의 차이가 독립적이며, 척상으로 웨이퍼를 내려 앉히기 위한 메커니즘의 속도 및 정전 척과 챔버의 성분들 사이의 캐패시턴스와 같은 가공 챔버와 관련된 하드웨어의 특성에만 의존하는 것을 발견하였다.

결과적으로, 본 발명의 중요한 이점은 R 값이 주어진 장치를 위하여 눈금이 조절된 값만을 필요로 한다는 것이다. ("장치"는 정전 척 및 전기 기계적인 제어 시스템과 같이 가공 챔버(100)와 관련된 하드웨어를 포함한다.) 우리는 하나의 샘플 웨이퍼를 사용하여 다음 절 4에서 설명되는 방법을 수행함으로써 소비자를 위하여 가공 챔버를 적재하기 전에 R값의 눈금을 조절할 수 있음을 알았다. 그리고 우리는 가공 챔버를 위한 제어 시스템으로 이러한 눈금 조절된 값을 영구적으로 프로그램할 수 있다. 챔버에 의하여 연속적으로 처리되는 각 웨이퍼에 대하여, 제어 시스템은 자동적으로 제 3 처리 단계의 설명에서 개시된 간단한 4단계 방법에 따라 각 웨이퍼를 위하여 최적 디척킹 전압을 공급한다.

어떤 이용에 있어서, 전압은 척을 고정하는 도안 웨이퍼에 공급될 수 없기 때문에 4단계 처리 방법의 1단계를 수행하는 것은 비현실적일 수 있을 것이다. 예를 들면, 어떤 웨이퍼는 반도체 기판과 금속 리프트 핀 사이의 전기적 접속을 막는 배면상의 유전체 코팅을 갖는다. 또한, 어떤 가공 챔버는 금속 리프트 핀을 사용하지 않는다.

웨이퍼가 척상에 위치하는 동안 전기적으로 접지 또는 다른 전압으로 절연된채로 남아 있는 이용에 있어서, 최적 디척킹 전압을 결정하기 위한 상기 4단계 방법은 변경될 수 있다. 특히 단계 1 및 2는 다음 단계 1a, 1b, 및 2a로 대치될 수 있다:

단계 1a: 척 전극(113)과 챔버(100)를 위한 전기적 접지 사이에 "테스트" 척킹 전압을 공급하기 위하여 척킹 전압원(120)을 세트한다. 이러한 단계는 척 전극과 단계 2a에서 측정된 펄스가 웨이퍼와 척 전극 사이의 캐패시턴스의 충전만을 반영하게 되도록 충전될 음극 받침대(111)와 같은 다른 챔버 구성요소 사이에 캐패시턴스를 제공한다.

단계 1b: 상위 유전체(114)상에 웨이퍼(101)를 위치시킨다. (단계 1b는 단계 2a이전에 수행될 수 있고, 단계 1a보다 먼저 수행될 수도 있다.)

단계 2a: 전기적으로 접지된 프로브는 반도체 기판과 전기적으로 연결된 웨이퍼상의 지점과의 접속을 초래한다. 프로브가 웨이퍼와 접촉될 때 척킹 전원(120)과 척 전극(113) 사이의 서지 전류를 측정한다.

단계 2또는 단계 2a에서, 웨이퍼로의 전류 흐름은 척 전극으로의 전류 흐름과 같고, 따라서 웨이퍼로의 전류 흐름은 측정되지만 척 전극으로의 전류 흐름은 측정되지 않는다.

4. 경험적으로 눈금을 조정하는 상수 "R"

상기 제 3항에서 설명된 바와 같이 디척킹 전압을 세팅하는 제안된 방법은 웨이퍼가 "유효한" 척킹 전압으로 척위에 내려앉을 때 생성된 전류 펄스의 값과 관련된 눈금 조정된 상수 R에 의존한다. R의 값은 제 1 척킹 전압 V1이 웨이퍼가 척상으로 내려앉는 동안 공급되어 생성된 전류 펄스 I1을 측정하고, 및 다른 디척킹 전압 V2가 동일한 웨이퍼가 척상으로 내려앉는 동안 공급되어 생성된 전류 펄스 I2를 측정함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 상수 R은 방정식: R = (V2 - V1) / (I2 - I1)으로 부터 결정된다. 이 방정식은 다음 두 방정식을 결합함으로써 유도된다:

I1 = (V1 -Voffset)/ R 및

12 = (V/2 - Voffset) / R.

그러나, R을 결정하는 방법은 상위 유전체(114)상에 음의 전하 ·즉, 가정한 "오프셋" 전압 Voffset - 가 두 측정치 사이에서 변하지 않을 때만 사용된다. 만약 상위 유전체상의 전하가 전기적으로 접지되어 유전체를 닦음으로써 배출되면, 전기적 전하는 척 전극에 공급된 전압이 충분히 낮게(실제로 웨이퍼를 유지하기 위하여 사용되는 일반적인 값보다 더 낮은) 유지된다면 상위 유전체 상에 축적되지 않을 것이다. 예를 들면, 통상적인 정전척상에서 본 발명을 테스트하는 경우, 우리는 상위 유전체를 접지 함으로써 방전한 이후에, 척 전극(113)과 웨이퍼(101) 사이에 1000볼트를 넘지 않는 전압을 공급하는 도전성 피복은 비록 2000볼트의 통상적인 척킹 전압이 유전체의 음 전하를 생성하도록 제공될지라도 상위 유전체에 어떠한 전하도 생성하지 않는다.

따라서, 우리는 다음 단계에 의하여 경험적으로 R을 결정할 수 있다.

단계 1: 접지될 도전성 피복을 갖는 상위 유전체를 방전한다.

단계 2(선택적이긴 하지만 바람직한 단계): 챔버를 밀봉하고 진공이 통상적으로 작동하도록 압력을 감소시킨다.

단계 3: 제 1, 상대적으로 낮은 전압 V1(500볼트와 같은)으로 전압원을 조정하고 웨이퍼가 척으로부터 분리되는 동안 웨이퍼와 척 전극 사이에 그것을 연결한다.

단계 4: 웨이퍼와 척 전극 사이에 연결된 전원을 배출하고, 웨이퍼가 척위로 내려질 때 전원과 척 전극 사이의 전류 펄스(I1)를 측정한다.

단계 5: 척으로부터 웨이퍼를 분리하고, 전원을 제 2, 상대적으로 낮은 전압 V2(1000볼트와 같은)로 조정한다.

단계 6: 전압 V2에 대응하는 전류 I2를 측정하기 위하여 단계 4를 반복한다.

단계 7: R = (V/2 - V1) / (I2 - I1)을 계산한다.

분명히, R을 결정하기 위한 이러한 처리과정은 상위 유전체의 충전을 피하기 위하여 충분히 낮은 임의의 두 전압값 V1 및 V2에서 측정을 수행함으로써 일반화할 수 있다.

상위 유전체상의 전하를 억제하기 위하여 너무 낮은 두 전압 값을 사용하는 대신, 반대로 일반적인 척킹 전압에서 단계 2및 3을 수행할 수 있을 것이고(예를 들면, V1=2000볼트), 약간 감소된 전압(예를 들면, V2=1900볼트)에서 단계 4 및 5를 수행하고, 두 전압 사이의 차이(예에서는 100볼트)는 두 측정치 사이에 상위 유전체 상의 전하를 변경하기 위하여 너무 작다고 선택될 것이다.

비록 본 발명은 다음 이론에 근거하지는 않지만, 상위 유전체(114)는 척킹 전압이 웨이퍼와 유전체 사이의 무수한 미소 간격에 대하여 강력한 전기적 필드를생성하기 때문에 음의 전하를 축적한다고 생각된다. 척킹 전압이 척 상의 웨이퍼를 단단히 고정할만큼 충분히 높은 경우, 이러한 전기적 필드는 웨이퍼로 부터 "필드 방사"의 물리적인 메커니즘을 통하여 상위 유전체의 인접 표면으로 이동하는 전자를 야기한다고 생각된다.

만약 척킹 전압이 충분히 낮은 크기로 유지된다면, 웨이퍼와 유전체 사이의 미소 간격에서의 전기적인 필드가 전자의 필드 방사를 야기할 만큼 매우 낮을 것이기 때문에 유전체상에서 전하의 축적은 발생하지 않는다. 마지막으로 비례상수 R을 결정하기 위하여 상기 7단계 방법에서 V1 및 V2에 대하여 낮은 전압을 사용하는 이유를 설명한다.

우리는 반도체 웨이퍼를 배출하기 위하여 디척킹 전압을 공급하기 위하여 성공적으로 테스트된 새로운 방법을 반복하기 원한다. 따라서, 본 발명의 유용성은 상위 유전체 상에 전하를 축적하기 위한 물리적인 메커니즘을 정확히 이해하든지 이해하지 못하든지에 의존하지 않는다.

5. 펄스 측정 기술 및 대응하는 비례상수

척킹 전원과 척 전극 사이의 전류 흐름의 펄스 또는 서지를 측정하는 것은 두 단계에서 필요하다: (1) 최적 디척킹 전압을 결정하기 위하여 제 3 절에 규정된 4단계 방법, 및 (2) 비례 상수 "R"을 계산하기 위하여 제 4절에 규정된 7단계방법. 그러나, 상기 논의는 전류 펄스의 성능이 측정될 수 있도록 규정하지 않는다.

이들 측정의 목적은 척 전극으로 또는 척 전극으로 부터 전술된 전하의 양을 결정한다. 이것은 통상적인 집적회로를 사용하여 직접 측정될 수 있고 그의 출력은척 전극으로(또는 전극으로 부터) 전류 흐름의 전류 펄스의 구간동안 시간 집적을 나타낸다. 물론, 전류 흐름은 척 전극(113)과 척킹전압원(120) 사이에 저항(제 2도의 저항(210)과 같이)을 직렬로 연결함으로써 가장 쉽게 감지되고, 따라서 저항에서의 전압 강하는 척 전극으로의 전류흐름에 비례한다. 이러한 전압은 집적 회로의 입력에 연결될 수 있다.

전류 펄스의 시간 집적을 측정하는 대신, 우리는 전류 펄스의 진폭 피크를 측정하거나, 또는 특히 직렬 저항에 대하여 전압 펄스의 피크 값을 측정하도록 편리하게 변형된다는 것을 알았다. 측정 회로 및 가공 챔버 하드웨어에서 시간 상수의 주어진 세트에 대하여, 측정된 피크 값은 전하 운반량에 비례한다는 것을 알았다. 적당한 전압 펄스들의 피크 값을 측정하기 위하여 바람직한 실시예에서 실제로 사용된 회로는 본 명세서의 다음절에서 설명된다.

전류 펄스를 측정하는 이들 변형된 기술들 중의 어느 것이 선택되든지, 그 선택 기술은: (1) 최적 디척킹 전압을 결정하기 위하여 3절에서 설명된 4단계 방법의 "전류 서지 값"를 측정하고, 및 (2) 상수 "R"을 눈금 조절하기 위하여 제 4절에서 결정된 7단계 방법에서 11 및 12를 측정하는 기술이 사용되어야만 한다. 다른 펄스 측정 기술이 다른 비례 계수에 의하여 달라지는 측정을 생성하기 때문에, 제 4절의 눈금 조정 방법에 의해 얻어진 "R" 값은 펄스 측정 기술이 선택되는 것에 근거한 대응하는 비례 계수에 의하여 달라질 것이다. 그러나, 동일한 펄스 측정 기술이 "R"의 눈금을 조정하고 및 "R"을 사용하여 최적 디척킹 전압을 결정하는데 사용되는 한 문제는 없다. (추가로, 만약 "R"의 값이 두 가지 기술에 의하여 얻어진 측정비율을 나타내는 스케일 계수의 배수라면, 눈금 조정 방법 및 디척킹 방법을 위하여 두개의 다른 펄스 측정 기술을 사용할 수도 있다.)

6. 본 발명의 디척킹 방법을 수행하기 위한 새로운 장치

제 2도는 제 1도에 도시된 종래의 가공 챔버 및 정전 척과 관련된 디척킹 방법을 수행하기 위한 바람직한 장치를 도시하였다.

종래의 디지털 미소제어기(200)는 디척킹 전압을 결정하기 위한 방법에서 요구하는 측정을 수행하기 위하여 프로그램되고, 그 메모리에 측정된 값을 저장하며, 원하는 척킹 또는 디척킹 전압을 계산하고, 및 척킹 전원(120)에 의해 공급된 척 전극(113)에 공급된 전압을 제어한다.

척킹 전원(120)은 제어기(200)로 부터 전기적인 신호선(202)상에 수신된 제어 신호에 응답하여 변화하는 출력 전압을 갖는다. 전원의 음의 출력 터미널은 접지되고, 양의 출력 터미널은 직렬로 접속된 두 개의 1메가오옴 저항(210 및 212)을 통하여 척 전극(113)에 접속된다. AC 결합된 증폭기(220)는 10메가오옴 저항(214)을 통하여 두 개의 1메가오옴 저항의 접점 "A"에 연결되는 접지되지 않은 입력을 갖는다. 증폭기 입력은 또한 저항(214 및 216)이 1000:1 분압기를 형성하도록 10킬로오옴 저항(216)을 통하여 접지로 연결되고, 증폭기 입력에서의 전압은 접점 A에서의 전압 VA의 1/1000이 된다.

AC 결합된 증폭기(220)는 전압이득 50이 되고, 따라서 그의 출력에서 20에 의하여 분압된 VA의 AC 성분과 동일한 전압을 공급한다. (제 2도에 도시된 증폭기(220)의 바람직한 실시예는 각각 5와 10의 전압 이득을 갖는 두 개의 직렬연결된 증폭기(222 및 224)를 포함한다.) 증폭기(220)의 출력은 피크 검출기가 인에이블되는 마지막 시간에 그의 입력에 수신된 피크 음의 전압을 그의 출력에 저장하는 종래의 피크 검출기(250)의 입력에 연결된다. 피크 검출기는 트랜지스터 스위치(252)를 사용하여 그의 출력을 접지(즉, "리세트")함으로써 디스에이블될 수 있다. (제 2도는 또한 양의 피크 검출기(254) 및 대응하는 리세트 스위치(256)를 도시하였지만, 설명될 바람직한 방법의 동작에서는 사용되지 않는다.)

증폭기(220)는 증폭기가 미소제어기(200)로 부터 신호선(204)상으로 수신된 인에이블 제어 신호의 값에 근거하여 피크 검출기(250)에 영전압을 공급하도록 그의 출력을 디스에이블하기 위한 회로를 포함한다. 미소제어기는 또한 신호선(206)에 대한 스위치에 제어 신호를 전송함으로써 트랜지스터 스위치(252)를 제어한다. 최근에, 미소제어기는 신호선(208)을 통하여 피크 검출기로 부터 출력 전압을 수신한다.

이러한 장치의 동작은 제 3도의 타이밍도를 참조하여 가장 잘 이해된다. 다음에 설명된 모든 동작들은 종래의 방법에서 다양한 전기적 및 전기 기계적 성분들을 제어하는 미소제어기(200)의 프로그래밍에 의하여 지시된다. 타이밍도는 장치가 다음 상태일 때 시작된다: 반도체 웨이퍼(101)가 리프트 핀(142)에 의하여 척(110)위로 약 2.5cm 지지된다. 척킹 전원(120) 및 RF 전원(130)은 영 출력 전력으로 세트된다. 증폭기(220) 및 피크 검출기(250)는 디스에이블된다. 진공 펌프(도시되지 않음)는 가공 챔버(100)내에 진공상태를 유지한다. (플라즈마 에칭 챔버에서 바람직한 실시예를 테스트하였고, 진공 펌프는 약 1밀리토르의 챔버 압력으로 유지된다.)

시간 T1에서 미소제어기(200)는 "테스트" 척킹 전압을 출력하기 위하여 척킹 전원(120)을 지시하는 선(202)을 통하여 제어 신호를 전송하고, 바람직한 실시예에서 테스트 척킹 전압은 +2000볼트이다. 척 전극(113)과 음극(111) 사이의 캐패시턴스가 빠르게 충전되기 때문에, 접점 A에서의 전압 VA는 빠르게 +2000 볼트까지 점프한다. 제어기(200)는 VA값에서의 이러한 2000볼트 점프가 피크 검출기에 의해 저장되지 않도록 이 시간에 증폭기(220) 및 피크 검출기(250)를 계속해서 디스에이블한다.

시간 T2에서 미소제어기는 압축 공기식 리프트 메커니즘(146)을 아래쪽으로 이동하도록 지시하고, 웨이퍼(101)를 척(110)상으로 내리도록 리프트핀(142)을 내리는 선(145)을 통하여 제어 신호를 전송한다. 바람직한 실시예에서 웨이퍼의 하강은 3초동안 발생한다. 하강이 시작한 후 1초, 제어기(200)는 증폭기(220)를 인에이블하고 제어선(204)상의 신호를 인에이블한다. 다음 1초 후에, 제어기는 제어선(206)상에 인에이블 신호를 세팅함으로써 피크 검출기(250)를 인에이블한다. (피크 검출기는 잡음 발생에 의해 신호가 못쓰게 되는 위험을 최소화하기 위하여 시간 T3보다 앞서지만 가능하면 늦게 인에이블된다.) 그 이후의 1초, 즉 T3에서, 웨이퍼는 척의 상위 유전체(114)상으로 떨어진다.

웨이퍼가 시간 T3에서 척상으로 떨어지는 경우, 전류의 펄스는 척 전극과 접지된 웨이퍼(101) 사이의 캐패시턴스를 충전하기 위하여 척킹 전원(120)으로 부터 척 전극(113)으로 흐른다. 웨이퍼는 그 자체가 금속 리프트핀(142)과 연결되어 있고, 10메가오옴 저항(136)를 통하여 접지에 연결된다. 이러한 전류펄스는 첫번째 1메가오옴 저항(210)을 통하여 전압 강하를 야기하고, 따라서 접점 A에서의 전압 VA는 그의 +2000볼트 DC 값상에 중첩된 크기 V3의 음으로 진행하는 스파이크를 갖는다. 바람직한 실시예에서 약 56볼트인 이러한 스파이크는 AC 결합된 증폭기(220)에 의하여 증폭되고 피크 검출기(250)에 의해서 저장된다. 2000볼트 DC 신호를 무시하고 펄스만을 증폭하도록 AC 결합될 증폭기가 바람직하다.

시간 T3의 약 1초 이후에, 제어기는 그의 디지털 메모리에 피크 검출기로 부터 신호선(208)상에 나타나는 출력값 Vp를 판독하고 저장한다. 저장된 피크값 Vp는 V3로 눈금 조정되어 나타내지고; 특히, Vp는 분압 저항(214 및 216)의 비율로 나누어지고, 증폭기(220)의 이득에 의하여 곱해진 V3와 동일하다. (바람직한 실시예에서, Vp = V3/20) Vp값을 저장한 직후, 제어기는 다음 웨이퍼가 가공될 때까지 다시 필요하지 않게 되기 때문에 증폭기 및 피크 검출기를 디스에이블한다.

시간 T3 및 T5 사이의 구간동안, 제어기(200)는 현재 웨이퍼를 위한 최적 디척킹 전압의 값을 계산하기 위한 시간을 갖는다. 이 값은 웨이퍼 배출 가공이 시간 T5에서 시작하는 경우 필요하게 될 것이다. 제어기는 본 명세서의 제 3절에서 설명된 방법을 사용하여 최적 디척킹 전압을 계산한다. 특히, 제어기는 저장된 펄스 측정치에 프로그램된 눈금 조정 계수 R을 곱한다. (R값은 먼저 상기 제 4절에서 설명된 7단계 눈금 조정 처리과정을 사용하여 얻어진 것이다.) 제어기는 "테스트" 척킹 전압의 값으로부터 곱셈의 결과를 감산한다. 결과는 최적 디척킹 전압이다.

눈금 조정 계수 R은 바람직하게 제어기의 디지털 메모리에 숫자로 저장되고,제어기는 바람직하게 디지털 수치를 사용하여 곱셉을 수행한다. 제어기는 쉽게 디척킹 눈금 조정 과정(상기 제 4절에 의한)을 반복하고 및 메모리에 저장되어 있는 R값을 갱신하기 위하여 개인에게 필드 서비스를 허용하도록 프로그램될 수 있다.

제 3도를 참조하면, 시간 T4에서 제어기(200)는 RF 전원(130)에 감겨진 선(203)을 통하여 제어 신호를 전송한다. 계속하여, 하나 또는 그 이상의 종래의 반도체 장치 제조 가공 단계들이 가공 챔버(100)에 의하여 웨이퍼(102)상에서 수행된다.

시간 T5에서 제조 과정이 완료되고 웨이퍼는 척으로부터 배출되어야만 한다. 이 시간에 제어기(200)는 척킹 전원(120)이 웨이퍼를 위한 최적 디척킹 전압으로 그의 출력 전압을 감소하도록 선(202)을 통하여 제어 신호를 전송한다. 이러한 디척킹 전압은 상기 설명한 바와 같이 시간 T3와 T5 사이의 주기동안 제어기에 의하여 계산된 값이다.

디척킹 전압이 척 전극(113)과 웨이퍼(101) 사이에 제공되어야만 하기 때문에, RF 전원은 접지된 챔버 벽(105)에 웨이퍼를 전기적으로 연결하는 플라즈마를 유지하기 위하여 디척킹하는 동안 남아있다. 그러나, 디척킹하는 동안 RF 전력 레벨은 바람직하게 플라즈마에 의한 웨이퍼의 가열을 감소시키도록 웨이퍼를 가공하기 위하여 사용된 RF 전력 레벨보다 적다. 감소된 가열은 디척킹하는 동안 통상적으로 웨이퍼와 플라즈마 가공하는 동안 웨이퍼의 냉각을 개선하기 위하여 척의 윗면 사이에 삽입되는 헬륨 기체를 잠그는 것을 허용한다. 헬륨 기체 압력은 통상적으로 챔버 압력보다 약간(1 내지 10 토르 정도) 크기 때문에, 디척킹하는 동안 기체 압력을 남겨두는 것은 예측할 수 없는 위치로 척으로부터 웨이퍼를 내리도록 한다. 웨이퍼 냉각을 위하여 헬륨 기체를 사용하는 통상적인 시스템은 미합중국 특허출원번호 제 4,680,061호; 4,842,683호(12열 54줄 이하 참조); 및 4,565,601호에 개시되어 있다. 이들 특허의 내용은 본 특허 명세서에 포함되어 있다. 바람직한 실시예를 수행하는 플라즈마 에칭 시스템에 있어서, RF 주파수는 13.6Mmz이고, 웨이피(101)를 에칭하는 동안(시간 T4와 T5사이의 시간) RF 전력은 800 내지 1000와트이고, 및 RF 전력은 디척킹(시간 T5와 T6 사이)하는 동안 25와트이다.

1, 2초 후에, 웨이퍼는 공급된 디척킹 전압에 대한 응답으로 그의 전하를 접지로 방전한다고 가정될 수 있다. 따라서, 시간 T6에서 제어기는 척으로부터 웨이퍼를 배출하기 위하여 RF 전원(130)을 끄는 선(203)를 통하여 신호를 전송하고 리프트 핀(144)을 상승시키기 위하여 압축 기체 리프트(146)에 명령하는 선(145)을 통하여 제어 신호를 전송한다. 리프트 핀이 웨이퍼에 도달하기 전에 플라즈마를 끄는 것은 플라즈마와 접지된 리프트 핀사이의 방전을 피하기 위한 것이다.

압축 공기식 리프트 메커니즘(145)이 리프트 핀(시간 T6에서)을 상승한 몇 초 이후에, 핀(144)은 웨이퍼의 바닥을 치고(시간 T7에서) 척위로 웨이퍼를 상승시키기 시작한다. 웨이퍼가 척으로부터 분리되자마자, 디척킹 전압은 더이상 필요하지 않고, 따라서 제어기(200)는 DC 전원에 그의 출력 전압을 1, 2초 후(시간 T8에서)에 0으로 감소시키도록 명령한다.

웨이퍼는 로보트(도시되지 않음)에 의하여 프로세서 챔버(100)로 부터 배출되고, 새로운 웨이퍼는 챔버로 이동되고, 전체 설명된 시컨스들이 새로운 웨이퍼를위하여 반복된다.

7. 변경된 실시예

상기 설명한 바와 같이, 제 2도에 도시된 회로는 양의 피크 검출기(254) 및 시간 T3에서 측정된 전압 펄스(V3)는 항상 음이기 때문에 바람직한 디척킹 방법에서 사용되지 않은 그와 관련된 리세트 스위치(256)를 포함한다. 바람직한 디척킹 방법에 있어서, 시간 T1으로 부터 시간 T3까지 공급된 "테스트"척킹 전압은 시간 T4와 T5 사이의 웨이퍼를 가공하는 동안 사용된 실제 척킹 전압과 같다. 결과적으로, 디척킹 전압은 일반적으로 "테스트" 전압보다 작고, 따라서 전압 펄스 V3는 음이다. 따라서, 양의 피크 검출기(254) 및 그의 리세트 스위치(256)는 배출될 수 있다. 바람직하지는 않지만 간격 T1 에서 T3까지 디척킹 전압보다 작은 "테스트" 전압을 사용하는 것이 가능하고, 그러한 경우 전압 펄스 V3는 양이 될 것이다. 이러한 가능성을 인정하기 위하여, 제 2도에 도시된 회로는 양극성 전압 피크를 저장하는 제 2 피크 검출기(254)를 포함한다. 시간 T3 직후에, 디지털 제어기(200)는 음 및 양의 피크 검출기(250 및 254)의 출력의 크기를 비교한다. 제어기는 전압 펄스 V3의 실제 값보다 낮은 크기의 피크 출력을 무시하도록 프로그램되고, 제어기는 이 값(음 또는 양의 피크 검출기 출력이 선택되었는지의 여부에 따라 음 또는 양의 부호를 갖는)과 최적 디척킹 전압을 계산하기 위한 "테스트" 디척킹 전압 값을 대수적으로 더한다.

제 5절에서 언급한 바와 같이("펄스 측정 기술"), 전압 펄스 V3는 피크 검출기보다는 오히려 통상적인 집적 회로를 사용하여 측정할 수 있다. 적분기는 통상적으로 쌍극이고, 따라서 하나의 적분기는 음 및 양의 피크 검출기(250 및 254)로 대치될 수 있다. 트랜지스터 스위치(252)와 같은 리세트 스위치는 적분기 출력이 척상으로 웨이퍼를 떨어뜨리는 경우 전압의 적분된 값만을 반영하도록 바람직하게 시간 T3 직전에 적분기 출력을 0으로 세트한다.

상기 바람직한 실시예에서, 눈금 조정 계수 R은 제어기(200)의 디지털 메모리에 저장된다. 제어기는 측정된 피크 전압 Vp에 계수 R을 디지털적으로 곱하기 위하여 프로그램된 종래의 수치 프로세서를 포함하고, 최적 디척킹 전압을 결정하기 위하여 "테스트" 척킹 전압으로부터 곱을 감산한다.

대신으로, 디지털 제어기보다는 오히려 아날로그 전자공학에서 본 발명에 의하여 요구되는 수치를 수행하는 것이 가능하다. 특히, 펄스 값과 눈금 조정 계수 R의 곱셈은 제 2도에 도시된 아날로그 측정 회로에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 더 작은 분압기 저항(216)의 원래 저항 값은 미리 계산된 R값이 곱해지거나, 또는 증폭기(200)의 본래 이득은 계수 R에 의하여 증가될 수 있고, 그에 의하여 동일한 계수 R에 의하여 Vp 대 V3 비율로 증가된다. 이러한 방법으로 아날로그 회로에서 눈금 조정 계수 R를 처리하는 것은 R값을 저장하거나 또는 디지털 제어기가 어떠한 디지털 곱셈을 수행해야 할 필요성을 배출한다.

예를 들면, 제 2도에 도시된 측정 회로는 눈금 조정 상수 "R"을 위한 제 4절에서 설명된 7단계 방법을 수행하기 위하여 사용된다. 피크 검출기(250)의 출력 전압 Vp는 상기 방법의 개별적인 단계 4 및 단계 6의 전류 펄스 측정 I1 및 I2를 처리하기 위하여 사용될 것이다. 단계 7에서 계산된 "R"의 값은 56이라고 가정하자.눈금 조정 계수 R = 56은 아날로그 전자공학에서 수행될 수 있다: (1) 작은 분압기 저항(216)을 10킬로오옴에서 560킬로 오옴까지 증가시키거나, 또는 (2) 증폭기(200)의 이득을 50에서 2800까지 증가시키거나, 또는 (3) 저항(216)을 10킬로에서 280킬로까지 증가시키고 및 증폭기 이득을 50부터 100까지 증가한다.

본 발명이 반도체 웨이퍼 제조의 필드내에서 설명될지라도, 본 발명은 척 전압이 척의 유전체 층에서 분기된 전하를 위하여 충분히 높은 어떤 정전 척의 동작에 동일하게 사용될 수 있다.

Claims

전극 및 전극과 작업재료 사이의 유전체를 포함하는 정전 척 상에서 작업재료를 고정하고 배출하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:

척으로부터 작업재료를 고정하는 단계;

전극과 작업재료 사이에 DC 전원을 연결하는 단계;

척을 접속하기 위하여 작업재료를 이동하는 단계;

작업재료가 척에 접촉될 때 전원으로부터 서지 전류를 측정하는 단계;

제 1 전압 값으로부터 전류 서지의 측정된 값에 비례하는 양을 감산함으로써 최적 디척킹 전압 값을 결정하는 단계;

출력 전압을 척상에 작업재료를 고정하기 위해 충분히 큰 제 2 값으로 조정하는 단계;

출력 전압을 최적 디척킹 전압으로 결정되는 값으로 조정함으로써 척으로부터 작업재료를 연속적으로 배출하는 단계를 포함하며,

상기 전압 소스는 제 1 값을 갖는 출력 전압을 공급하기 위하여 조정되는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 결정하는 단계에서, 전류에 비례하는 양은 전류 서지의 측정된 값에 미리 정해진 비례상수를 곱함으로써 얻어지고, 및 이때 비례상수는;

전극과 척으로부터 멀리 떨어진 위치에 있는 시험용 작업재료 사이에 전원을 연결하고 전원의 출력 전압을 제 1 시험 전위 V1으로 조정하는 단계;

척에 접촉하도록 시험용 작업재료를 이동하고 전원으로부터 서지 전류의 제 1 측정치 I1을 동시에 수행하는 단계;

척으로부터 시험용 작업재료를 배출하고 출력 전압을 제 2 시험 전압 V2로 조정하는 단계;

척에 접촉하기 위하여 시험용 작업재료를 이동하고 계속해서 전원으로부터 서지 전류의 제 2 측정치 12를 수행하는 단계; 및 비례상수를 (V1 - V2) / (I1 - I2)로 세팅하는 단계에 의하여 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이의 유전체를 포함하는 정전 척 상에서 작업재료를 고정하고 배출하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은;

제 1 및 제 2 터미널 사이에 제 1 값을 갖는 DC 전압을 공급하는 단계;

제 1 전압 공급 터미널을 전극에 전기적으로 연결하는 단계;

척상에 작업재료를 위치시키는 단계;

제 2 전압 공급 터미널을 작업재료에 전기적으로 연결하고 계속하여 전원으로부터 서지 전류를 측정하는 단계;

제 1 전압 값으로부터 전류 서지의 측정된 값에 비례하는 양을 감산함으로써 최적 디척킹 전압 값을 결정하는 단계;

전극과 작업재료 사이에 척상의 작업재료를 고정할 만큼 충분히 큰 제 2 값을 갖는 전압을 연결하는 단계;

전극과 작업재료 사이의 전압을 최적 디척킹 전압으로 결정된 값으로 변경함으로써 척으로부터 작업재료를 연속적으로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 3항에 있어서, 상기 결정 단계에서, 전류에 비례하는 양은 전류 서지의 측정된 값에 미리 결정된 비례상수를 곱함으로써 얻어지고, 이 때 비례 상수는 다음 단계;

척상에 시험용 작업재료를 위치시키는 단계;

전극과 시험용 작업재료 사이에 전원을 연결하고, 전원의 출력을 제 1 시험 전압 V1으로 조정하고, 전원으로부터 서지 전류의 제 1 측정치 I1을 수행하는 단계;

전극과 시험용 작업재료 사이에 전원을 연결하고, 전원의 출력을 제 2 시험 전압 V2로 조정하고, 전원으로부터 서지 전류의 제 2 측정치 I2를 수행하는 단계; 및

비례 상수를 (V1 - V2) / (I1 - I2)로 세팅하는 단계에 의하여 미리 결정되는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이에 유전체를 포함하는 정전 척상에서 작업재료를 배출하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

작업재료가 유전체 위에 위치하는 동안, 전극에 유전체에 보유된 임의의 정전 전하의 극성과 반대 극성이며 유전체내에 보유되어 있는 전하와 균형을 이루는 정전 전하를 전극에 유도하는 크기의 전압을 공급하여, 작업재료와 척 사이에 임의의 정전 인력을 최소화하는 단계; 및

척으로부터 작업재료를 물리적으로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이에 유전체를 포함하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

정전 인력에 의하여 척상에 작업재료를 고정할만큼 충분히 큰 제 1 전압을 전극에 공급하는 단계; 및

동일한 극성의 감소된 크기로 전압을 감소시키는 단계를 포함하며,

상기 감소된 값은 작업재료를 고정하는 정전 인력을 최소화하도록 선택되고, 상기 감소된 값은 0보다 큰 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 6항에 있어서, 전압을 감소시키는 단계는 :

(a) 전압을 감소시키는 단계;

(b) 작업재료를 이동시키기 위해 필요한 힘을 테스트하는 단계;

(c) 테스트 단계에서 작업재료를 이동시키기 위해 필요한 힘이 문턱값 아래로 떨어질 때까지 단계 (a) 및 (b)를 계속해서 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 7항에 있어서, 힘을 테스트하는 단계는 미리 결정된 힘이 척의 표면에 대하여 평행한 방향으로 웨이퍼에 공급되는 경우 작업재료가 척의 표면을 따라 슬라이드 하는지의 여부를 테스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 7항에 있어서, 힘을 테스트하는 단계는 미리 결정된 힘이 척으로부터 멀어지는 방향으로 웨이퍼에 공급되는 경우 작업재료가 척으로부터 분리될 수 있는지의 여부를 테스트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이에 유전체를 포함하는 정전 척상에서 작업재료를 고정하고 배출하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

(a) 척상에 작업재료를 위치시키는 단계;

(b) (i) 다른 전압의 각 극성에 대하여 척상에 작업재료를 고정하는 정전력을 테스트하는 단계, 및 (ii) 테스트 단계에서 최소의 정전력을 생성하는 다른 전압 중 하나를 최적 디척킹 전압으로 선택하는 단계에 의하여 최적 디척킹 전압을결정하는 단계;

(c)척으로부터 시험용 작업재료를 배출하는 단계;

(d) 척상에 생산 작업재료를 위치시키는 단계;

(e) 정전 인력에 의하여 척상에 생산 작업재료를 고정할 만큼 충분히 큰 전극 전압을 전극에 공급하는 단계; 및

(f) 전극에 공급된 전압을 최적 디척킹 전압으로 변화시킴으로써 생산 작업재료를 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이에 유전체를 포함하는 정전 척상에서 작업재료를 배출하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

작업재료가 유전체상에 위치하는 동안, 척상에 정전기적으로 작업재료를 고정하기 위하여 미리 공급된 임의의 전압의 극성과 같은 극성이며 유전체내에 미리 보유되어 있는 어떤 전하와 균형을 이루도록 전극에 정전 전하를 유도하는 크기를 갖는 전압을 전극에 공급하는 단계; 및

척으로부터 작업재료를 물리적으로 배출하는 단계를 포함하며,

작업재료와 척 사이에 어떤 정전 인력이 최소화하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
전극 및 전극과 작업재료 사이의 유전체를 포함하는 정전 최상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

(a) 척상에 작업재료를 위치시키는 단계;

(b) (i) 복수의 다른 전압 각각에 대하여 척상에 작업재료를 고정하는 정전력을 테스트하는 단계, 및 (ii) 테스트 단계에서 최소 정전력을 생성하는 다른 전압 중 하나를 최적 디척킹 전압으로 선택하는 단계에 의하여 최적 디척킹 전압값을 결정하는 단계;

(c) 정전 인력에 의하여 척상에 작업재료를 고정할 만큼 충분히 큰 전압을 전극에 공급하는 단계;

(d) 전극에 공급되는 전압을 최적 디척킹 전압으로 변경시킴으로써 작업재료를 계속해서 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 12항에 있어서, 상기 최적 디척킹 전압을 결정하는 단계는:

(e )전압을 감소시키는 단계;

(f) 작업재료를 이동시키기 위하여 필요한 힘을 테스트하는 단계; 및

(g) 테스트 단계에서 작업재료를 이동하는데 필요한 힘이 문턱값 아래로 떨어질 때까지 단계 (e) 및 (f)를 계속해서 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 13항에 있어서, 상기 힘을 테스트하는 단계는 작업재료가 미리 결정된 힘이 척의 표면에 평행한 방향으로 작업재료에 공급되는 경우 척의 표면을 따라 슬라이드 하는지의 여부를 테스트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.
제 13항에 있어서, 상기 힘을 테스트하는 방법은 미리 결정된 힘이 척에 대하여 멀어지는 방향으로 웨이퍼에 공급되는 경우 작업재료가 척으로부터 분리되는 지의 여부를 테스트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전척상에서 작업재료를 고정 및 배출하는 방법.