TW383417B - A method and an apparatus for offsetting plasma bias voltage in bi-polar electro-static chucks - Google Patents
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Description
經於部中夾^^^^只工消费合作社印^ Α7 Β7 五、發明説明(1 ) ' 〔發明領域〕. 本發明關於半導體裝置及其製造之設備。更明白地說 ’本發明關係於用以於一電發處键室中夾住一半.導體基板 於一雙極性靜電卡盤上之設備及方法β 〔發明背景〕 於一電漿處理系統中之雙極性靜電卡盤之使用係爲已 I知的。爲了簡化以下之討論,第1圖例示一基板處理室之 簡化圖,該室代表以合適於一雙極性靜電卡盤使用之室。 參考第1圖’ 一基板電漿處理系統1 0 0包含—電發處理 室1 1 0。在室1 1 0內’安置有一電極1 〇 4,其代表 被一R F產生器1 0 8所激能之一淋氣頂板或τ c Ρ線圈 〇 在室1 1 0之上部份並延伸至電極1 0 4之上部份, 提供有一氣體孔1 0 2. ’氣體源材料(例如蝕刻源氣體) 被導入其中。於此實施例中’淋氣頂板電極1 〇 4較佳地 包含多數擋板10 6 ’用以擴散氣體源材料進入R F感應 電發區域1 3 4 ’於基板1 1 2之上,基板.代表例如一半 導體基板或一平面板顯示器。氣體源材料可以是由構建入 室壁本身之埠所釋放或者由安置在基板下之氣體環設備所 釋放。 基板112係被引入室11〇中並安置於雙極性卡盤 114之上。雙極性靜電卡盤114係一體附著並電氣連 接至下電極116之上。雙極性靜電卡盤114及下電極 本纸乐尺度適用中國國家揉準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) ^ -4 - -° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 B7 五、發明説明(2 ) ' 1 1 6係因此典型地於相同之r f電位。下電極1 1 6典 型地接收來自RF產生器1 〇 8之RF功率。一電源供應 1 7 0藉由一接線1 2 3提供負偏壓V N至第一埋入板 1 5 2,及經由一接線1 2 4提供一正偏壓V P至第二埋入 板 1 5 0。 爲了保護電源供應1 7 0,不受由RF產生器.1 〇 8 所供給之R F能量’ R F濾波器(爲習用者,爲簡化顯示 、起見,由第1圖中省略)可以被安置於電源供應1 7 0及 R F產生器1 〇 8之間。.同樣地,直流阻隔電容器(習用 的,爲簡化顯示起見,由第1圖中省略)可以安置於電源 供應17 0及RF產生器1 〇 8之間,以防止RF產生器 1 0 8被由電源洪應器1 7 〇所供給之直流電位位準所影 響。 冷卻埠1 2 2延伸穿過下電極1 〇 6及靜電卡盤 _ 1 1 4。氨冷卻氣體經由冷卻劑孔_1 2 2在壓力下(例如 於一實施例中約5至1 0托耳)被引入。氦冷卻氣體衝射 基板1 1 2之下表面,以作用爲於處理時,正確控制基板 溫度之傳熱媒介’以確保均句及重覆處理結果。於電漿處 理時’在室1 1 0中之壓力係較佳地係藉由經一埠1 6 ◦ 抽出氣體’而被保持爲低,於一實施例中係爲約5至2 5 托耳。多數加熱器(爲簡化圖起見,由第1圖中省略)可 以加以提供,以保持一合適之室溫度(例如於一實施例中 爲約7 0°C)。爲了提供一至接地端之電路,室1 1 〇之 壁111可以典型地被接地。 本紙張尺度適用中國國家摞準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° Α7 Β7 經沪部中央榀4'-Λ·ΐ,消fr合作私印製 五、發明説明(3 ) ' ' 第2 A圖例示出第1圖之雙極性靜電卡盤1 1 4之剖 面圖。如同名稱所示’雙極性卡盤1 1 4具有兩埋入板: 一負充電埋入板1 5 2及一正充電埋入板1 5 0。雙極性 靜電卡盤114之埋入板係連接至第1圖之電源供應 1 7 0。當電源1 7 〇被通電時,埋入板15 0被電源供 應1 7 0相對於共同參考電位位準所正充電。電源供應. 170同時相對於共同參考電位位準,而負偏壓埋入板 、1 5 2。因爲埋入板1 5 0及1 5 2係於固定位置,由被 充電板所創造之靜電場係被良好定義於包圍每一埋入板之 區域中。 對於一 P型半導體晶圓,於基板1 1 2中之電洞向在 負偏壓埋入板1 5 2重疊之基板區域遷移。淨正電荷區域 之電場強度係藉以形成等於由該埋入板1 5 2之靜電卡盤 1 1 6所創造之電場,但極性相反。淨負電荷所得之區域 '形成在基板1 1 2之重疊於正偏壓埋入板1 5 2之區域中 。相同地,對於η型半導體晶圓,於基板1 1 2中之電子 遷移向基板1 1 2之直接重叠正埋入板1 5 2之區域。一 淨負電荷區域係形成等於由埋入板1 5 0所創造於靜電卡 盤1 1 6之電場,但極性相反。淨正電荷所得區域係形成 於基板1 1 2中,於直接重疊於負偏壓埋入板1 5 2之區 域中。 如同於熟習於本技藝者所知,於靜電卡盤1 1 6中之 偏壓板1 5 0及1 5 2及基板1 1 2中之相反極性充電區 域之出現,導致—感應靜電力連接基板1 1 2及靜電卡盤 本纸乐尺度適用中國國家榇準(CNS ) ( 210X297公釐) -6 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 、1Τ 線 A7 __ .___ B7____ 五、發明説明(4 ) ' 1 1 6。如例子所示,第2 A圖示出於正充電板1 5 0及 基板1 1 2之負充電區域1 22間之靜電力Fi。第2A圖 同時也示出於負充電板15 2及基板1 1 2之正充電區域 1 2 4間之靜電力F2。如同於本技藝中所知,力量Fti 強度是直接成比例於偏壓板1 5 0:及充電區域1 2 2間之 電位差。同樣地,力量F 2之強度是直接成比例於偏壓板 1 5 2及充電區域1 2 4間之電位差。於此例子中,靜電 力?!及?2作用以夾住基板1 1 2至靜電卡盤1 16。 典型地,想要有一平衡夾住力(即靜電力F :及靜電力 F 2強度係大致相等)於電漿操作時,可以施加至工件或基 板上。 然而,在引入負充電電漿至室110之後,基板 1 1 2變成相對於靜電卡盤爲負偏壓,電漿感應偏壓-Vb 。藉由例示,第2 B圖是一負充電電漿1 8 0之作用於靜 電夾住力F i及F 2之例示圖。於基板1 1 2中之電漿感應 偏壓- 偏移開於基板1 1 2中之感應充電區域1 2 2及 1 2 4及埋入板1 5. 〇及1 5 2 (其相對於一由電源供應 1 7 0之共同接地被保持於一固定電位)間之相對電壓電 位降。因爲靜電力F :及F 2係直接成比例於區域1 2 2及 1 2 4與板1 5 0及1 5 2間之相對電,位差,所以電漿感 應偏壓-VB將會由增加力量1^ ^及降低力量F 2而使夾住 力F I及F 2不平衡。 爲了例示此情況,假設電源供應1 7 0相對於共同參 考電壓位準,偏壓正極2 0 4於+ 3 5 0伏及負極2 0 6 ----------^-----—、ίτ------^ (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4現格(210X297公釐) Ί 經济部中夾捃4'-Λ·-ί,消fr合作社印製 A7 B7 五、發明説明(5 ) ' 於-3 5 0伏。當無電漿時,基板電位相對於共同參考電 壓位準爲〇伏,及於雙極性卡盤1 1 4及其重疊基板區域 間之電位差分別爲+ 3 5 〇伏及一 3 5 0伏。 然而,當基板1 1 2由於電漿出現而負充電時,於基 板及雙極性靜電卡盤間之兩極間之電位差可能變成非對稱 。例如,當電獎被導通時,基板偏壓可以是一1 0 〇伏。 於此例中,於正極及負偏壓基板間之電位差增加至 、+450 伏,即( + 350 伏一(一100.伏))。然而 ,於負極及負偏壓基板間之電位差係減少至只有- 2 5 0 伏,即(一 2 5 0伏—(—1 0 0伏))。於電位差間之 降低減少了於負極及晶圓間之靜電夾持力。結果-,某些熱 交換氣體脫離,導致不適當之溫度控為1及/或處理變化。 於某些例子中,夾持基板至雙極性卡盤之靜電力可能變得 太弱,而不足以抵抗由氦冷卻壓力及室內低壓間之壓力差 所產生於基板上之力量,導致基板“跳開”卡盤表面。 再者,電漿感應負基板偏壓可以不當地增加於負偏壓 基板及雙極性卡盤之正極間之電位差。一特別高電位差可 能使得於基板下表面及卡盤之上表面間發弧(即產生火花 )或者過量電流流入或流出電漿,導致凹洞標示受損。經 常地,卡盤之表面可能於該點受損,而變成不可能適當地 密封熱交換氣體。 先前技藝之試著補償電漿感應偏壓者係例示於第3圖 中。靜電卡盤4 1 4包含一負偏壓埋入板4 2.0.及一正偏 壓板4 1 8。一直流電源供應4 0 6及直流電源供應 本纸張尺度適用中國國家摞準(CNS ) A4C格(210X 297公釐) ----------^------—1T------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經济部中次i?:4'-^,,ii-T-消贽合作ii印^ A7 B7 五、發明説明(6 ) ' 4 0 8供給相對於一可變接地參考節點4 0 7之所需電壓 電位分別給板4 1 8及4 2 0 以創造基板4 1 6之中相 反極性但相等電荷之區域。相反及近似相等之電荷區域創 造想要之夾住力量。一拾取銷4 0 2被安排於室之中,以 感應創造於晶圓4 1 6中之電漿感應偏壓,並且,以此方 式,提供需要以改變參考節點4 0 7之輸入。改變接地參 .考節點4 0 7具有藉由增加或減少施加至板4 1 8及 4 2 0之電位,而補償感應電漿偏壓之作用。 然而,拾取銷4 0 2之使用具有很多缺點。缺點之一 是只有拾取銷4 0 2接近於基板4 1 6中之電漿感應偏壓 。不幸地,這接近會影響很多不在使用者控制下之因素。 例如,如本技藝中所知,拾取銷4 0 2經常地於濺鍍時受 到電漿感應損壞,於濺鍍中激能電漿離子造成拾取銷之粒 子被釋放並污染了於室中之電漿。除了引入不想要之污染 外,該損壞將改變拾取銷之電氣特性,使得其需要例行性 之校正及調整(即,電阻橋4 5 0之出現補償於拾取銷 402之電氣特性上之變化),以及最後之替換導致重大 之機器閒置時間及降低生產量。 若於該電漿定位之區域係大大地不同於電漿衝擊基板 4 1 6表面之區域,則拾取銷4 0 2也許並不能適當地補 償於基板4 1 6中之電漿感應偏壓。這爲拾取銷4 0 2及 晶圓4 1 6所看見之電漿差可以以下之因素,例如,空間 變化(即,電漿密度/溫度之徑向分佈),例如,由於不 規則幾何形之電漿本身不均勻性。實際上,任何這些因素 裝 訂 ^ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4说格(210Χ 297公釐) Q _ 好济部中央樣挲而hx消贽合作社印^ A7 B7 五、發明説明(7 ) ' 均可以使用拾取銷4 0 2作爲不令人滿意之補償電漿感應 偏壓之機構。 由以上看來,用以改良基板之夾至雙極性靜電卡盤之 改良技術,特別是於使,用電漿時。爲了降低成本及/或降 低污染,改良之技術較佳地係不需要使用拾取銷及/或一 第二電源供應或複雜之控制電路。 〔發明槪要〕 本發明於一實施例關係於一控制電路,其被構建以控 制一靜電卡盤電源供應之參考節點之參考電壓。靜電卡盤 電源供應係構建以夾住一基板於一雙極性靜電卡盤上。靜 電卡盤具有一第一埋入導線及一第二埕入導線。靜電卡盤 電源供應具有一第一輸出,構建以連接至第一埋入導線.。 該第一輸出具有第一輸出電壓參考該參考_節點之參考電壓 ’。_該靜電卡盤電源供應同時也有一第二輸出,構建以連接 至第二埋入導線。第二輸出具有一第二輸出電壓.參考至參 考節點之參考電壓。 該控制電路包含:一第一電阻串聯連接至該_第一輸出 ;一第一放大器連接至第一電阻.,.甩以感應於第一電阻間 之壓降;一第二電阻串聯連接至該第二輸出;及一第二放 大器,連接至該第二電阻,用以感應於第二電阻間之壓降 〇 於另一實施例中,一構建以連接至一雙極性靜電卡盤 之電源供應係被揭示,該卡盤具有一第一埋入導線及一第 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ---------.裝------1T—-----0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁〕 A7 B7 五、發明説明(8 ) ' 二埋入導線。電源供應包含一參考節點及一第一輸出構建 以連接至該第一埋入導線,使得第一輸出具有一第一輸出 電壓參考至該參考節點。電源供應同時也包含一第二輸出 ,建構以連接至第二埋入導線,該第二輸出具有第二輸出 電壓參考該參考節點。電源供應更包含一控制電路連接至 第一輸出及第二輸出。·該控制電路感應於第一輸出之第一 電流及第二輸出之第二電流間之電流差。該控制電路輸出 _一控制電壓於控制電路上之控制輸出,以控制參考節點上 之電位位準。控制電壓係實際成比例於電流差。 於另一實施例中,一種用以夾住一基板至一電漿處理 中心之卡盤之方法係被揭示》該方法包含以下操作步驟。 提供一具有第一埋入導線及第二埋入導線之卡盤。再者, 提供一具有參考節點之第一電源供應。於此實施例中,第 一電源具有第一輸出及第二輸出,使得第一埋入導線係連 '接至第一輸出及第二埋入導線係連接至第二輸出。第一電 源供應更包含一控制電路,連接至第一輸出及第二輸出, 用以感應於第一輸出之第一電流及第二輸出之第二電流間 之電流差。該控制電路輸出一控制電壓於控制電路上之控 制輸出,以控制參考節點上之電位位準。控制電壓係實際 成比例於電流差。 · 於另一實施例中,一構建以.控制一靜電卡盤電源供應 之參考節點之參考電壓之控制電路被揭示。該靜電卡盤電 源供應係構建以夾住一基板至一雙極性靜電卡盤上,其具 有第一埋入導體及第二埋入導體。該靜電卡盤電源供應具 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格(210X297公釐ΐ 7] ~ ' 裝 訂 I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)_ . 經濟部中决榀準而只工消灸合作社印¾ A7 B7 ----' ~ ; : j~ 五、發明説明(9 ) 有第一輸出,構建.以連接至第一埋入導線。該第一輸出.具 有第一輸出電壓參考該參考節點之參考電壓。該靜電卡盤 .電源供應同時也有一第二ir出,構建以連接至第二埋入導 線。第二輸出具有一第二輸出電壓參考至參考節點之參考 電壓。該控制電路包含··一第一電阻性機構串聯連接至該 第一輸出。一第一感應機構連接至第一電阻性機構,用以 感應於第一電阻性機構間之第一壓降。該控制電路更包含 、一第二電阻性機構串聯連接至該第二輸出’以及’ 一第二 感應機構。該第二感應機構被連接至該第二電阻性機構, 用以感應於第二電阻性機構間之第二壓降。 〔圖式之簡要說明〕 本發明係以附圖中之諸圖表作爲例示並非成爲限制。 於以下之圖式中,爲了容易了解起見’相同參考數値係指 +著類似之元件》 第1圖爲容易說明,例示一典型電漿基板處理系統。 第2 A圖爲示出感應電荷及所得夾住力量分佈之雙極 性靜電卡盤及基板之剖面圖。 第2 B圖爲例示於第2 A圖中之雙極性靜電卡盤之剖 面圖,其中,示出負充電電漿作用於感應電荷之分佈及所 得不平衡夾住力量。 第3圖例示出基於拾取銷使用之先前技藝之電路,其 中拾取銷係設計以補償於晶圓中之電漿感應偏壓。 第4圖例示依據本發明之第一實施例之自偏壓靜電卡 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4規格(210X 297公釐)_ ] 2 _ 批衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 *五、發明説明(ΊΟ ) 盤電源供應,用以施加電漿感應偏壓補償電壓至一雙極性 靜電卡盤板。 第5圖例示當沒有電漿出現於依據本發明之—實施例 時,出現在被夾於一靜電卡盤上之基板中之洩漏電流。 第6圖例示在電漿依本發明之—實施例引入時,一安 置於連接至自偏壓電源供應之靜電卡盤'上之基板之洩漏電 流。 〔主要 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 110 經"部中央^"-/JU工消贽合作社印黑 4 2 4 3 4 元件對照表〕 電漿處理系統 氣體孔 電極 擋板 R F產生器 處理.室 室壁· 基板 雙極性靜電卡盤 下電極 冷卻劑孔 接線 接線 R F感應電漿區 第二埋入板 — — — —— I I I I r 1 訂 I I u i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中圈國家標準(CNS ) A4g ( 210X297公釐) -13 - A7 經济部中央榀4'-而只工消贽合作社印製 B7 - ; 广五、發明説明(1彳) 15 2 第一埋入板 16 0 埠 170 電源供應 1 8 0 負充電電漿 2 0 4 正極 4 ◦ 2 拾取銷 4 0 6 直流電源供應 4 0 8 直流電源供應 414 靜電卡盤 4 1 6 基板 418 埋入板 ' 420 埋入板 4 2 2 區域 4 2 4 區域 5 0 0 靜電卡盤電源供應 504 阻絕放大器 506 差分放大器 508 阻絕放大器 510 可變電壓電源供應 5 7 0 控制電路 〔較佳實施例之詳細說明〕 本發明將參考少數較佳示於附圖中之實施例加以說明 。於以下說明中’各種特定細節係加以說明,以提供對本 裝 訂 ^ 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸乐尺度適用中國國家標準(CNS ) A4洗格(210X297公釐) 經济部屮央標羋而工消货合作社卬^ A7 B7 五、發明説明(12) 發明之完全了解。然而,對於熟習於本技藝者,本發明可 以在沒有某些特定細節下加以實行。於其他例子中,已知 處理步驟係未被詳細說明,以避免不必要地限制本發明。 本發明關於使用一自偏壓電源供應,以補償於電漿處 理室中之雙極性靜電卡盤中之電漿感應偏壓。於本發明之 一實施例中’電源供應利用靜電卡盤之洩漏電流特性,來 量測於電漿處理時之所施加之偏壓之數量。偏壓偏移開流 ;.動於電源供應之正及負接線間之洩漏電流。該偏移形成至 一回授環之輸入,該回授環具有偏移接地參考之作用,該 接地參考補償電漿感應偏壓。 依據本發明之一較佳實施例,第4圖例示用以施加不 平衡電壓至雙極性靜電卡盤板(例如第4圖之卡盤4 1 4 )之自偏壓靜電卡盤電源供應5 0 0。於第4圖之架·構中 .,自偏壓靜電卡盤電源供應5 0 0包含一可變電壓電源 ' 5 1 0。可變電壓源5 1 Q由其輸入接收一控制信號 5 1 6 (例如一於0至5伏間之直流信·號),並於其輸出 端5 0 2輸出一正或負接地參考節點4 0 7。於本例子中 •可變.電壓源5 1 0代表一美國加州艾堪加之美國高壓公 司之T C 5電壓源,但是任何其他傳統電源也可以被使用 (不論是否爲可變)。 可變電壓源5 1 0之輸出端係藉由一接地參考節點 4 0 7連接至一直流電壓供應4 0 6之陽極及連接至一直 流電源供應4 0 6之陰極。直流電源4 0 6之陰極係藉由 自偏壓靜電卡盤電源供應5 0 0之第一接腳4 1 2連接至 本紙張尺度適用中國國家梯準(CNS) A4^格(2i〇x297公釐)_ 15 _ 裝 訂 ^ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經济部中央榀卑而U-T-消货合作杠印¾ A7 B7 五 '發明説明(13 ) ' 靜電卡盤4 1 4之埋入板4 1 8。於此實施例中,一電阻 5 3 2係串聯連接至埋入板4 1 8及直流電源供應4 0 6 之陰極。較佳地,電阻5 3 2並聯連接至一阻絕放大器 5 0 8之輸入節點,藉以一於電阻5 3 2間之壓降^:定義 阻絕放大器508之輸入。 於第+4圖之實施例中,直流電源供應4 0 8之陽極係 藉由自偏壓卡盤電源供應5 0 0之第二接腳4 1 0連接至 靜電卡盤4 1 4之埋入板4 2 0。於此實施例中,一電阻 5 3 0係串聯連接至埋入板4 2 0與直流電源供應4 0 8 之陽極。較佳地,電阻5 3 0係並聯連接至一阻絕放大器 5 0 4之輸入節點,藉以使一於電阻5 3 0間之壓降V 2形 成用於阻絕放大器504之輸入。 於此例子中,阻絕放大器5 0 4及阻絕放大器508 代表由美國加州聖塔卡拉之類比裝置所製造之A D 2 0 2 K Y阻絕放大器,但是,其他任何傳統阻絕放大器可以加 以使用(不管爲可變否)。電阻5 3 0及電阻5 3 2可以 具有一電阻値,例如,約5 0 0 Κ Ω ± 1 %。 依據所述之實施例,阻絕放大器5 0 8之輸出節點及 阻絕放大器5 0 4之輸出節點均形成一對輸出,至一差分 放大器5 0 6。差分放大器5 0 6具有一輸出信號5 1 6 ,其形成用於可變電源供應5 1 0之輸入控制信號。於此 例子中,一控制電路5 7 〇係被形成,其包含阻絕放大器 504及.508,以及差分放大器506。於此例子中, 差分放大器5 0 6代表由美國加州聖塔卡拉之類比裝置所 ---------丨裝-----:丨訂丨------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2I0X297公釐) -16 - Α7 Β7 五、發明説明(14) ' 製造之◦ P 4 9 0 G P差分放大器,但是任何其他傳統差 分放大器也可以使用》 於上述實施例中,電阻5 3 0及5 3 2可以固定,可 變或者電阻元件之組合。一可變阻提供使用者補償任何於 控制電路5 7 0中之固有不平衡,及/或,調整系統校正 及/或操作感應改變(.例如靜電.卡盤4 1 4或室之電氣特 性)。 、 於所述實施例,中,靜電卡盤4 1 4可以由電阻性材料 作成。例如具有電阻度範圍由1 〇 6 — 1 0 1 8 Ω - cm之材 料,但較佳爲範圍1 0 8 — 1 〇 1 4 Ω - on,最好是範圍 1 〇1Q-l ΟηΩ-αη較爲合適。基板4 1 6可以取η或 ρ型半導體材料之形式,具有電阻率範圍1 〇 — 4 ο Ω — cm。如同於本技藝中所知,當一電阻材料曝露至一電位差 時’一.流電會產生。依據歐姆定律I = V / R,該電流將 流由電位高區域流向電位低區域,其中,I代表電流,V 是於一電阻間之電位差(或電壓降)。參考第5圖,於此 代表圖中,電阻R可以是一個別元件,例如,一電阻或一 群電阻。於另一實施例中,R可以是一分配元件,例如於 埋入板4 1 8及4 2 0間之區域。例如,當埋入板4 1 8 及4 2 0分別被相對於參考節點4 0 7偏壓+V及-V時 ’電位差2 V R將使得一洩漏電流I C Η U c κ由板4 1 8流 至板4 2 0。洩漏電流I C: H U C κ實際取決於施加至板 4 1 8及4 .2 0上之偏壓間之差。 於操作中,在將電漿引入電漿室1 1 0之前,由半導 本紙张尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4说格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -5 M-於部中央«:4'·-Λ=^工消炝合作妇印褽 A7 _____ _B7__ 五、發明説明(15) ' 體晶圓4 1 6所代表之工件係被安置於靜電卡盤4 1 4之 上。爲了固定地附著晶圓4 1 6至靜電卡盤4 1 4 ’直流 電源供應4 0 6可以相對於參考節點4 0 7偏壓埋入板 4 1 8至+ V伏。結果,直流電源供應4 0 8可以相對於 參考節點4 0 7偏壓埋入板4 2 0至—V伏。如上所討論 ,一等強度但極性相反之電場被感應於晶圓4 1 6之一區 域422之中,藉由偏壓埋入板418。以類似之方式’ ;、一等強度但極性相反之電場被感應於晶圓4 1 .6之一區域 4 2 4之中,藉由偏壓埋入板4 2 0。於所述之實施例中 ,區域4 2 2及4 2 4中,每一個均具有實質相等淨電荷 ,導致沒有電漿之平衡靜電力,以將晶圓4 1 6夾至靜電 卡盤4 1 4上。 第5圖同時也例示於被夾住之基板及靜電卡盤間之洩 漏電流。如所示,——洩漏電流I i w A F ε R由埋入板4 1 +8 流至晶圓4 1 6之區域4 2 2,以及一返回電流 I 2 w a f ε R由晶圓4 1 6之區域4 2 4流回到埋入板 4 2〇。 同時爲本技藝者所知,電流I 1,I 2,I CHUCK 1 I 1WAFER及I 2. WAFER係相關於一克希何夫定律: I 1 — I CHUC.K + I 1WAFER 及
I 2 = I CHUCK + I 2WAFER 於此實施例中,因爲板4 1 8係連接至靜電卡盤電源 供應500之第一接腳412,所以一電流Ii (等於 I CHUCK®: I 1 W A F E R之總和)將流經電阻5 3 2。以— 本紙乐尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4現格(210X297公釐)
(請先閲讀背面之注意事項再填寫本IV .裝 訂 -18- 好浐部中央拔羋而卩工消贽合作社卬¾ A7 __ . _^_B7________ 五、發明説明( 16) 1 類似方式,因爲板4 2 0係接至電源供應5 0 0之第二接 腳4 1 0,所以,一第二電流I 2 (等於I C H U C K及 I 2 w A F· E R之總和)將流經電阻5 .3 0。 當沒有電漿時,於晶圓4 1 6中沒有感應淨偏壓。因 此,I i w A F E R是等於I 2 w Λ F E R (流至晶圓4 1 6之電流 等於流出晶圓4 1 6之電流)。如上所述,I !等於I 2, 導致由I i經電阻5 3 0所產生之電壓Vt實質等於由I 2 流經電阻5 3 2所產生之電壓V 2。因爲電壓V i及V 2定 義至阻絕放大器5 0 8及5 0 4之輸入,所以阻絕放大器 5 0 8及5 0 4之輸出5 1 2及5 1 4將實質相等。如上 所述,差分放大器5 0 6操作於電壓V:及又2間之差(因 此,於I :及I 2間之差),以產生輸出/控制信號5 1 6 ,其定義用於可變電源供應5 1 0之輸入控制信號。若電 壓V \及V 2 (類比於I !及I 2 )係實質相等,則輸出/控 '制信號5 1 6係實質爲0伏。當輸出/控制信號5 1 6實 質爲0伏時,可變電源供應510不會產生一偏壓來偏置 參考節點4 0 7。因此,於沒有電漿時,.控制電路5 7 0 係於啓始靜態狀態。 於另一實施例,中,一差分啓始平衡狀態:可以由於電路 中之本質不平衡加以建立,該不平衡導致即使沒有電漿時 於洩漏電流I :及I 2中之啓始差。於此實施例中,一由電 源供應5 Γ 0所產生之偏置電壓可以偏壓至參考節點 4 0 7,以消除於洩漏電流I i及I 2間之啓始差。 在啓始設立後,即晶圓4 1 6被夾至靜電卡盤4 1 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 裝I 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -19 - 好济部中决標本^打工消赘合作社卬51 Α7 Β7 五、發明説明(17) 及控制電路5 1 7於一平衡狀態(即1 1實質等於1 2 ), 一負充電電漿1 8 0係引入電漿室1 1 〇中。於另一實施 例中,一正充電電漿可以被引入。第6圖係被引入晶圓 4 1 6及靜電卡盤4 1 4中之各種浅漏電流’於出現負充 電電漿1 8 0時。於所述實施例中’電漿1 8 0可以代表 一固定位壓電位源1 8 2 (即一電池),以其陰極接地( 即室壁1 1 1 )及其陽極連接至晶圓41 6。如於本技藝 中所知,電漿1 8 0同時形成一由基板4 1 6至接地之電 流路徑I. plasma。 如先前所述,電漿感應偏壓v B 1 A s將建立於用以夾持 晶圓4 1 6至卡盤4 1 4之靜電夾持力間之不平衡。這於 夾持力間之不平衡是由於電漿感應偏壓V B ! A S增加於埋入 板4 1 8及晶圓4 1 6之區域4 2 2間之電位差’並降低 於埋入板4 2 0及晶圓4 1 6之區域4 2 4間之電位差之 故。 浅漏電流I lWAfER及I 2WAFER將同時依據於埋入板 及晶圓4 1 6之相關區域間之電位差而改變。於上述實施 例中,由於於埋入板4 1 8及晶圓4 1 6之區'域4 2 2間 之電位差增加,而負充電電漿1 8 0將使得電流 I 1 WAFER流入晶圓4 1 6增加。結果,電流I 2. WAFER流 出晶圓4 1 6將由於於埋入板4 2 0及晶圓4 1 6之區域 4 2 4間之電位差之降低而降低。於I ! w a F E R及 I 2W.AFE:R間之淨差是I plas.ma。對於此例子’ I PLASMA流入電發1 8 0。於另一實施例中,一正充電 ---------赛-----—,訂-------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸乐尺度適用中國國家拣準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -20- 經济部中央標羋而^工消贽合作社卬製 A7 B7 五、發明説明(18 ) 電漿將導致對稱之相反結果。(注意:於所述之實施例中 ,洩漏電流I C H U C K基本上保持不變,因爲於埋入板 4 1 8及4 2 0間之電位差不變保持於約2VR) 例如,如第6圖所示,當電漿1 8 0,係引入室1 1 0 中時,晶圓4 1 .6受到電漿感應偏壓—Yu as (對於一正 充電電漿,電漿感應偏壓將爲+ VBIAS)。電漿感應偏壓 -VB!AS將增加於埋入板418及晶圓416之區域 .、4 2 2間之電位差至+ V r — ( — V b ! A s )或V r + VBIAS(埋入板4 1 8保持相對於參考節點4 0 7於固定 電位+Vr)。於晶圓416之區域422及埋入板418 間之電位差之增加將導致於流入晶圓4 1 6洩漏電流 I 1V/AFER 之等量增加。因爲 I I 1WAPER 丁 I CHUC, κ '(克希荷夫定律)及I C HUCK爲不變,所以由於電獎感應 偏壓V B ! A S之電流I i W A F E R之增加將增加第一接腳電流 I 1 —成比例量。 於一類似方式中,電漿感應偏壓-vBIAS將會降低於 埋入板4 2 0及晶圓4 1 6之區域4 2 4間之電位差至— Vr — (― Vbias)或 一 Vr + VbIas j 因爲埋入板. 4 2 0相對於參考節點4 0 7,保持固定電位Vr。於電位 差間之降低導致流出晶圓4 1 6之浅漏電流I 2 w a F E R之 降低。因爲.1 2 = I 2WAFER + I CH'UCK (克希何夫疋律) 及I C H U C: K爲不變,所以由於電漿感應偏壓一 V B【A S之 電流I 1 W A f E R之降低將減少第二接腳電流I 2 —成比例量 本紙張尺度適用中國國家榇準(CMS ) A4規格(210X297公釐) I ,tTI (锖先閏讀背面之注意事項存填寫本萸) 經沪部中央標4'·Λβ工消免合作社卬$ί A7 B7 五、發明説明(19) 如上所述,因爲I cmcs基本上保持不變,於I 1及 I 2間之差△ I是由出現於晶圚4 1 6中之電漿1 8 0所感 應之偏置電位之一部份。該差△ I定義給由控制電路 5 7 0所構成之回授環之輸入。由控制電路5 7 0所構成 之回授環係被設計以降低△ I至基本爲零(即,I i及I 2 本質上相等)。於此實施例中,控制電路5 7 0藉由相對 於埋入板4 1 8及4 1 0偏置參考節點4 0 7而降低△ I 。於此方式,於埋入板4 1 8及4 2 0及晶圓4 1 6之相 關區域.4 2 2及4 2 4間之電位差被連結成於洩漏電流I : 及I 2間之可見差。 例如,由歐姆定律,I t將於電阻5 3 2間產生壓降 V !及I 2將於電阻5 3 0間產生壓降V 2。V i及V 2分別 定義至阻絕放大器5 0 8及5 0 4之輸入,其輸’出5 1 2 及5 1 4定義至差分放大器5 0 6之輸入。依據所述之實 施例,差分放大器5 0 6成比例於V i及V 2間之差而產生 一輸出/控制信號5 1 6 (直接以歐姆定律相關至I i及 I 2 )‘。輸出/控制信號5 1 6決定所產生並被施加至參考 節點4◦7之輸出偏壓。 於參考節點4 0 7之任何改變將直接改變埋入板 4 1 8及4 2 0之偏壓,因爲其參考節點4 0 7。例如, 若直流電源供應4 0 6施加一偏壓至埋入板41 8, 及參考節點4 0 7具有一正偏壓,則板4 1 8之 電位將是+ Vr — ( + Vrd)或+Va — 。於一類 似方式中,若直流電源供應4 〇 8施加—V R伏偏壓至埋入 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經济部中央樣ai'-Λ·,只工消贽合作社卬Ϊ1 A7 B7 — - ι.ι .»11. . I I .-1 _ ' ~ 1 ' ' 五、發明説明(20 ) 板4 2 ο,及參考節點4 0 7具有一正偏壓+ v M f ’則 板4 2Q之電位將會是一Vr - ( + Vre£)或一 VR — V" r e f 。 如同可見,於埋入板4 1 8及4 2 0及晶圓4 1 6之 相關區域4 2 2及4 2 4間之電位差之改變順序地影響在 靜電卡盤4_1 4內之浅漏電流I 1WAFER& I 2WAFER。.任 何於I i W A F E R及I 2 W A F E R之改變影響第一接腳洩漏電流 I i及第二接腳洩漏電流I 2,因此’完成了回授環。 本發明之所述實施例完成了補償至雙極性靜電卡盤之 不平衡電壓之目標,而不必使用不可靠及可能污染之探針 。依據本發明之另一方面,也可能限制或消除任何由基板 .流至電漿之電流,而降低了發弧之危險,及完成快速之產 能,因爲放電時間已經被降低,並且,降低了需用以有效 將基板夾持至卡盤之電壓。 這實施例之另一優點包含補償不平衡電壓至雙極性靜 電卡盤,而不需使用不可靠可能污染之探針。依據本實施 例之另一方面,其可能降低由基板流至電漿之電流。由基 板流至電漿之電流之降低或消除造成了發弧之降低,快速 之產能.(因爲放電時間被降低),及需用以夾持基板至卡 盤之電壓。 另一優點包含電源供應係容易地整修至其他系統,並 不需要外部量測裝置(例如探針),其可能會干擾處理或 對室安置之實體架構造成改變。 雖然,本發明已經以幾較佳實施例加以說明,但其他 ——--------1^------1T------.^ (請先閣讀背面之注意事項再填W本頁) 本紙乐尺度適用中國國家梯準(CNS ) Α4说格(210Χ297公釐) -23 - A7 B7 五、發明説明(21 ) ~~ ~ 之改變’等效變化係落於本案之範圍中。例如;雖然討論 是針對電漿蝕刻反應器’但本發明本身偏向雙極性E s c 卡盤電源供應也可用於其他電漿反應器中,例如用以沉積 之反應器。應注意的是,有其他方式來實行本發明之方法 與設備。因此,以下之申請專利範圍係用以包含所有落於 本發明範圍及精神內之變化及等效改變。 ---------私衣------tT------ii (請先閣讀背面之注意事項再填寫本瓦) 經於部中央#ίί'-Λ只工消贽合作社卬?4 本纸張尺度適州中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 .—種控制電路,用以控制一靜電卡盤電源供應之 參考節點之參考電壓,該靜電卡盤電源供應係構建以將一 基板夾向一具有第一埋入導體及第二埋入導體之雙極性靜 電卡盤,該靜電卡盤電源供應具有第一輸出構建以連接至 該第一埋入導體,及該第一輸出具有一參考該參考電壓之 第一輸出電壓於其上,該靜電卡盤電源供應同時具有一第 二輸出.,構建以連接至第二埋入導體,該第一輸出具有參 考參考電壓之第一輸出電壓於其上,該控制電路包含:' —第一電阻串聯連接至該第一輸出; —第一放大器連,接至該第一鼋阻,用以感應於第一電 阻間之第一壓降; .. ^ 一第二電阻串聯連接至該第二輸出;及 一第二放大器連接至該第二電阻,用以感應於第二電 阻間之第二壓降。 2 .如申請專利範圍第1項所述之控制電路,其中, 更包含一差分放大器,連接至第一放大器及第二放大器之 輸出,用以產生該控制信號。 3 .如申請專利範圍第1項所述之控制電路,其中, 該控制電壓被輸入至供應電路,該電路被構建以反應於控 制電壓,而在參考節點上輸出電位位準。 4 .如申請專利範圍第1項所述之控制電路,其中, 第一電阻及第二電阻被設計成於1 〇6Ω — cm至約1 〇3Ω -cm之電阻範圍,用於該雙極性靜電卡盤材料。 5 · —種電源供應,用以連接至具有第一埋入導體安 本紙浪尺度適用中國國家標隼(CNS ) A4洗格(210X297公釐) (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 8888 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範.圍 置於其中及一第二導體安置於其中之雙極性靜電卡盤,該 .電源.供應包含: 一參考節點; —第一輸出構建以連接至第一埋入,導體,該第一輸出 具有一參考該參考節點之第一輸出電壓於其上; 一第二輸出構建以連接至第二埋入導體,該第二輸出 具有一參考該參考節點'之第二輸出電壓於其上; —控制電路,連接至該第一輸出及第二輸出,以感應 於第一輸出之第一電流及第二輸出之第二電流間之電流差 ’該控制電路輸出一控制電壓於控制電路之控制輸出上, 以控制在參考節點上之電位位準,該控制電路是實質成比 例至電流差。 6 .如申請專利範圍第5項所述之電源供應,其中, 該控制電路更包含: 一第一電阻與第一輸出串聯; 一第一放大器,連接至該第一電阻,用以感應於第一 電阻之第一壓降; —第二電阻與第二輸出串聯;及 一第二放大器,連接至該第二電阻,用以感應於第二 電阻之第二壓降。 7 .如申請專利範圍第6項所述之電源供應,其中, 該控制電路更包含一差分放大器連接至該第一放大器及第 二放大器之輸出,用以產生該控制電壓。 " 8 ·如申請專利範圍第7項所述之電源供應,更包含 本紙乐尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -------------^------t------# (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) ABCD 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 供應電路,構建以接收該控制電壓,該供應電路反應 於該控制電壓,而輸出電位位準於該參考節點上。 9 .如申請專利範圍第8項所述之電源供應,其中, 該第一電阻,第二電阻,第一電流及第二電流係構建以由 與1 〇 6 Ω — era至1 〇 1 8 Ω - cm電阻範圍之卡盤一起工作 〇 1〇.一種於一電發處理中心,夾持一基板至一.卡盤. 之方法,該方法包含步驟: 提供具有第一埋入導體及第二導體之卡盤; 。提供具有一參考節點之第一電源供應,該第一電源供 應具有第一輸出及第二輸出,該第一電源供應更包含一控 制電路,連接至該第一輸出及第二輸出,而感應於第一輸 出之第一電流及第二輸出之第二電流間之電流差,該控制 電路輸出一控制電壓於該控制電路之控制輸出,以控制在 參考節點上之電位位準,該控制電壓係實質成比例於該電 流差; 連接該第一埋入導體至第一輸出;及 連接該第二埋入導體至第二輸出。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項所述之方法,其中, 該控制電路包含一第一電阻串聯連接至該第一輸出及一第 二電阻串聯連接至該第二輸出,該控制電路更包含一第一 放大器連接至該第一電阻,用以感應於第一電阻間之壓降 及一第二放大器連接至該第二電阻,用以感應於第二電阻 裝 . 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 間之壓降。 1 2 .·如申請專利範圍第1 1項所述之方法,其中該 第一電阻及第二電阻於數値上係實質相等。 1 3 ·如申請專利範圍第1 1項所述之方法,其中該 第一電阻具有5 0 0 k Ω± 1 %之値及第二電阻具有5 0 0 k Ω ± 1 % 之値。 1 4 .如申請專利範圍第1 1項所述之方法,其中, .該控制電路更包含一差分放大器,連接至第一放大器及第 二放大器之輸出,,用以產生該控制信號。 1 5 .如申請專利範圍第1 〇項所述之方法,其中, 該控制電壓被輸入至第一電源供_應.及第二電源供應,.該第 二電源供應反應於控制電壓,而在參考節點上輸出電位位 準… 1 6 .如申請專利範圍第1 〇項所鸡之方法,其中, 該卡盤係由一電阻値範圍1 0 1 Q Ω — cm至1 〇 1 1 Ω — cm之 材料作成。 1 7 . —種控制電路,構建以控制一靜電卡盤電源供 應之參考節點之參考電壓,該靜電卡盤電源供應被構建以 將一基板夾持至一雙極性卡盤,該卡盤具有一第一埋入導 體及一第二埋入導體,該靜電卡盤電源供應具有第一輸出 構建以連接至第一埋入導體,該第一輸出具有一參考該參 考電壓之第一輸出電壓於其上,該靜電卡盤電源供應同時 具有一第二輸''出,構建以連接至該第二埋入導體,該第二 輸出具有參考該參考電壓之第二輸出電壓於其上,該控制 -' --- 本紙張尺度適用中國_家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 電路包含: 第一電阻機構’串聯連接至該第一輸出; 第一感應機構,連接至第一電阻機構,用以感應於第 一電阻機構之第一壓降; 第二電阻機構’串聯連接至該第二輸出;及 第二感應機構,連接至第二電阻機構,,用以感應於第 二電阻機構之第二壓降。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之控制電路,更 包含一差分放大機構連接至該第一感應機構及第二感應機 構之輸出,用以產生該控制電壓。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項所述之控制電路’其 中,該控制電壓係輸入電路機構中,該電路機構構建以反 應於該控制電壓,而輸出電位位準於該參考節點上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 一準 一標 家 一釐 公 7 9 2 29
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