TW439099B - Method and device for compensating wafer bias in a plasma processing chamber - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 發明之背景 1. 發明之領域 本發明係關於一種半導體裝置之製造。更確切地說’ 本發明係關於一種在一半導鱧晶圓處理系統處理室中用來 將一半導體晶圓以靜電方式夾持於一靜電夾盤上的方法° 2. 相關技術之描述 半導體製造系統一般是用來處理半導體晶以生產積 體電路。舉例來說，電漿強化之半導體製程一般均用在蝕 刻、氣化、化學氣相沉積（chemical vapor deposition, CVD)之上。電漿強化之半導體製程一般均由電漿反應系統 所組成並且通常都包含電漿處置室藉以提供可控制的設 定。 傳統的電漿處置室通常都設有靜電夹盤 (electrostatic chuck )藉以將晶片（例如矽晶片或基 材）維持在定位電以作進一步的處理。靜電失盤乃是運用 了靜電力來將晶圓固定到夾盤之上。靜電夾盤是一個習知 的技術’同時也有許多詳細的介紹，舉例來說，一般所常 引用的由Francois Guyot所提出的名為「高功率靜電夾盤 接點（High Power Electrostatic Chuck Contact)」的 美國第5, 789, 904號專利，將在此提出作為本發明的參 考。 靜電夾盤可以£分為單極以及雙極兩大類，單極靜電 夾盤有一個電極而雙極靜電夾盤則有兩個電極。圖顯示

43 9°" 五、發明說明（2) 一個設有一個單極靜電夾盤（ESC)1〇4之範例電漿處理系統 100 此電漿處理系統100包含一個電漿處理室1〇2、射頻 (RF)電源118、以及一個靜電夾盤電源116。此電漿處理處 理室102之内亦配置了-個喷灑頭（sh〇wer head)11〇、靜 電夾盤104、以及一片置於靜電夾盤1〇4之上的半導體晶片 106。喷灑頭lio —般均用來將來源氣體112釋放入電漿處 理室102内的電漿區域12〇，同時一般用例如石英的非 材料來製造。 當射頻電壓源118動作時，由電漿區域丨2〇内的來源氣 體便可以產生出電漿。晶片106則被放置到靜電夾盤1〇4之 上藉以由電漿來作進一步的處理。而靜電夾盤1〇4則包含 一個置於金屬層1〇9之上的介電層1〇8。金屬層1〇9之作用 就如同了個靜電極（也就是電極），同時在圖丨的單極靜電 夾盤組惑之中偏壓至負電壓。在靜電夾盤1〇4以及晶片工⑽ ，間的通^道1 1 4則在高壓下通入熱量轉換氣體（例如氦 氣）。此氣體就如同位於晶片〗〇 6以及靜電失盤1 〇 4之間的 熱量傳導媒介，藉以在製造過程之中達到晶片溫度控3制的 功能。 為了在製造過程當中能將晶片106牢牢的固定於靜電 夾盤104之上，則利用靜電夹盤電源116來達成。當電漿產 生於電漿區120時，此電漿的作用就如同介於晶片1〇6與接 =:I阻。其中，該組態+，靜電夾盤電極以負的直流 電壓來偏壓。靜電極的直流電壓造成了晶片底部表面以及 電極的頂部表面的電位差，因此產生了靜電力藉以將晶片

439099 五、發明說明（3) 106固定在靜電夾盤104之上。靜電夾盤是一個習知技術並 且在下述的參考文獻中有清楚的描述，在此將之列為參考 文獻：由Jones等人所提出的名為「動態回授之靜電晶片 夾盤（Dynamic Feedback Electrostatic Wafer Chuck) j 的美國專利序號08/624，988以及由Castro等人所提出的美 國專利序號08/550, 51 0。 圖1B顯示一個包含一雙極靜電夾盤150而非單極靜電 夾盤的電漿處理系統100 ^雙極靜電夾盤150有一對金屬區 152與154 ’金屬區152接到靜電夾盤電源1 16的副端之上， 而金屬區154則接到靜電夾盤電源116的正端之上。金屬區 152與154之功能就如同一對有正極與負極極性的電極，射 頻電源118接至靜電夾盤150，藉以激化電漿，而介電層 156則置於金屬區之上。在靜電夾盤15〇中含有一個進氣管 1 5 8用以在處理過程中提供一個降溫用氣體（例如氦氣）給 晶片1 0 6藉以降溫。 當靜電夾盤以及射頻電壓開始動作，同時喷灑頭11〇 也開始將電漿釋放到電漿區之内，在正電極以及負電極端 將會產生出相對的正電位以及負電位，因此在電極兩端與 之上的晶片區之間將會產生靜電力，此靜電力便可以在處 理過程之中將晶片1〇6固定到靜電夾盤15〇之上。 不幸的是，晶片106本身一般也會在不管是單極或是 雙極靜電夾盤的電漿處理系統100的處理過程中建立起自 偏歷的電壓降。舉例來說’如果靜電夾盤電壓源在單極靜 電史盤形式系統中對靜電夾盤1〇4提供^⑽伏^)，同時射

第8頁 五、發明說明（4) 頻電壓也 自偏壓的 100V，因 傳統 (silicon 應。不過 關的，因 另外 偏壓電壓 補償這樣 雷厭眩作則晶片106本身可能會建立起—100V之 .^ 。這意味著有效的固定用靜電力只有 ，致了對晶片106而言固定力不足。 技術中有一種是藉著使用將電漿與碳化石夕 cai^bit^e)電阻相接來平衡晶片的自偏壓電壓效 不$的是，這個解決方法是與應用範圍有高度相 此/、適用於特定的化合物、製程、以及反應室。 一個傳統常見的技術則是先估計晶片會產生的自 ’接著便基於這樣的估計值來在電漿處理過程中 的偏壓°舉例來說，假設需要固定電壓為500V， 如果估計晶片會產生約3〇〇 v的偏壓，則需要將靜電夾盤電 壓源設到8 0 0 V藉以產生需要的5 〇 〇 v電壓《然而這樣的解決 方法並無法提供一個最佳的補償，因為晶片的偏壓電壓降 可能會由於製程條件的變化而會在不同時間有所改變。 另一個伴隨著上述方法的問題便是靜電夾盤有可能會 由於靜電夾盤電源所提供的很高的起設電壓而導致破壞。 舉例來說，如果射頻電壓源並沒有在適當時間内動作，由 靜電夾盤電壓源所提供的高起設電壓將會嚴重地破壞靜電 夾盤。 更進一步而言，晶片的自偏壓電壓是很難在電漿處理 中直接在處理室内測量的，因為在電漿處理過程中很難做 出電壓或電流探針的電性接點。另外’這樣的電性接點可 能會因為這電性接點將會影響到處理室内的敏感的電漿製 程而不可行。

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五、發明說明（5) 因此綜合前面敘述，吾人 以在電衆處理過程中有效地補 藉由直接接觸到晶片。更進一 態地補償晶片自偏壓的變動而 方法。 函需一個裝置以及方法，用 償晶片的自偏壓效應而不需 步而言吾人需要一個能夠動 不會破壞靜電夾盤的設備及 發明之概述 廣泛言之， 統來補償電漿處 需求。應瞭解的 序、設備、系統 介。本發明的一 依本發明之 置，用來補償電 盤上的晶片之偏 電夾盤的靜電以 壓轉換器、一個 轉換器接到靜電 然後電壓轉換器 Vref。儲存單元 及一個預設的偏 調成一個對靜電 電壓調校電 也接收到從儲存 本發明藉由提供一個裝置 '方法、以及系 理反應室中的晶片偏壓電壓而滿足前述之 是：本發明可以用許多方式實現，包含程 、裝置、方法、或是一個電腦可辨認的媒 些實施例將隨後說明。 一實施例，本發明提出一個自偏壓補償裝 漿處理系統中之電漿處理室内的—靜電夾 壓電壓。此電漿處理系統包含一個接到靜 及微波電壓源。偏壓補償裝置包含一個電 儲存單元、以及一個電壓調校電路。電壓 夾盤，藉以偵測靜電夾盤上的電壓以口。 將摘測到的電壓值轉換到一個較低的電壓 預先儲存了校正曲線之預設的一個斜率以 移量’其是藉由將許多的晶片偏壓電壓值 夾盤電壓值的函數。 路接受了從電歷轉換器所傳來的Vref同時 單源所傳來的斜率以及偏移量，藉以由斜

4 3^99-· 五、發明說明（6) 率及偏移量來改變Vref因而對偏壓電壓作補償。電壓調校 電路將II改過後的Vref傳送到靜電夾盤電壓；源，而由靜電 夾盤電壓源將更改過後的Vref轉成補償電壓藉以輸送到靜 電夾盤。 在另一個實施例’本發明提供了 一個可以補償晶片上 偏壓電壓的電漿處理系統。此系統包含一個電漿處理室、 靜電電壓源、射頻電壓源、以及偏壓補償裝置。電漿處理 室包含一個靜電夾盤以及一個喷灑頭。靜電夾盤有一個置 於金屬層之上的介電層同時可以支撐晶片。喷灑頭可以將 氣體釋放到處理室中。靜電電壓源連接到靜電夾盤上，藉 以提供一個很高的直流電壓給靜電夾盤。射頻電壓源則接 到靜電夹盤上藉以提供一個射頻的電壓訊號給靜電夾盤。 偏壓電壓補償裝置則是連接於靜電夾盤的金屬區以及 靜電電壓源之間，用來偵測金屬區的電壓Vpp藉以產生一 個較低的電壓Vref。偏壓電壓補償裝置則藉由將許多的晶 片偏壓電Μ值調成一個對靜電夾盤電壓值的函數而產生的 校正曲線產生一個調整過的電壓Vad]_藉以改變”以。靜電 電壓源接收到校正過的電壓Vad】然後將之轉換成偏壓補償 電壓輸出到靜電夾盤電源。 依另一實施例’本發明也提供了一個補償電漿處理系 ，之處理至内靜電夾盤上的晶片的偏壓電壓的方法。此電 ^處理系統包含連接到靜電夾盤之靜電以及射頻電源。本 法包含.（a)由許多的晶片偏壓電壓值調準而成一個對 靜電央盤電壓值的函數而產生的校正曲線，決定出一個校

第11頁 ^0^099-¾ 439〇99' 五、發明說明σ) 正曲線的斜率及偏移量；（b)楨測靜電夾盤的電壓Vpp ; (c)轉換此摘測到的電塵至較低的電壓Vref ; (d)由之前所 得的斜率及偏移量將更改電壓Vref以補償偏壓電壓；以及 (e)將更改過的Vref轉換成偏壓補償電壓以輸入靜電夹 盤。 依又另一實施例，本發明並提供了補償電漿處理系統 之處理室内靜電夾盤上的晶片的偏壓電壓的裝置。此電漿 處理系統包含連接到靜電夾盤之靜電以及射頻電源。此偏 壓補償裝置包含：（a) —個由許多的晶片偏壓電壓值調準 而成一個對靜電夾盤電壓值的函數而產生的校正曲線，決 定出一個校正曲線的斜率及偏移量的做法；（b)偵測靜電 夾盤的電壓Vpp的方法；（c)轉換此偵測到的電壓至較低的 電壓Vref的方法；（d)由之前所得的斜率及偏移量將更改 電壓Vref以補償偏壓電壓的方法；以及（e)將更改過的 Vref轉換成偏壓補償電壓以輸入靜電夾盤的方法。 本發明提供了一個有效的裝置、方法、以及系統，藉 以在電漿處理過程中補償靜電夾盤之上的晶片之自偏壓， 而無需直接測量晶片的自偏壓。取而代之的，本發明將晶 片的偏壓電壓與靜電夾盤的電壓取其連關性藉以產生校正 曲線。由此校正曲線所產生的斜率及偏移值將用來校正靜 電夾盤的操作電壓，因此在製造過程中無須接觸晶片便可 以補償晶片偏壓。這允許了晶片偏壓電壓在處理過程當中 不會破壞靜電夾盤的情況之下可以行動態補償。這些以及 一些其他本發明的優點在研讀接下來更詳細的描述以及參

第12頁 五、發明說明（8) 考附圖中許多圖案之後將會顯得更為明顯。 圖式之簡單說明 圖1A顯示一個設有一個單極靜電夾盤的範例電漿處理 系統； 圖1B顯示一個設有一個雙極靜電夾盤而不是單極靜電 夾盤的範例電漿處理系統； 圖2A顯示一個依本發明之一實施例之一電漿處理系 統，其接到一個校正曲線產生器藉以產生一個校正曲線； 圖2B顯示一個依本發明、之一實施例用來產生校正曲線 的一方法之流程圖； 圖2C顯示一個範例圖，其内容是畫出Vdc及Vpp的取樣 點以產生一條線性曲線及其斜率與偏移量： 圖2D顯示一個依本發明之一實施例之一電漿處理系 統，其接到一個偏壓補償裝置以動態地補償半導體晶片的 自偏壓； 圖3顯示在從取樣的晶片決定出斜率及偏移量之後用 以補償電漿處理系統中一晶片的偏壓的一個範例方法之流 程圖； 圖4顯示一個依本發明之一實施例之一電漿處理系 統，其包含一個具有一隔離電極的一單極靜電夾盤； 圖5顯示一個依本發明之一實施例之一電漿處理系 統，其包含一個雙極靜電夾盤。

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五、發明說明 (9) 符號說明 CVD- 化 學 氣 相 沉 積 ESC- 靜 電 夾 盤 I? F 〜J 汁頻 RIE〜 反 應 離 子 蝕 刻 MERIE- 磁 增 強 反 應 離 子 刻 ECR〜 電 子 迴 旋 共 振 100- 設 有 _ — 個 單 極 靜 電 夾 盤之電漿處理系統 102〜 電 漿 處 理 處 理 室 104〜 單 極 靜 電 夾 盤 106- 半 導 體 晶 片 108〜 介 電 層 109〜 金 屬 層 112〜 來 源 氣 體 114- 通 道 116〜 靜 電 夾 盤 電 源 118〜 射 頻 電 源 120- 電 漿 區 域 150〜 雙 極 靜 電 夾 盤 152〜 金 屬 區 154- 金 屬 區 156- 介 電 層 158〜 進 氣 管 200〜 電 漿 處 理 系 統 第14頁 43^099 五、發明說明（ίο) -~~~ 202〜電漿處理室 204〜靜電夾盤 206〜半導體晶片 208〜金屬層 210〜介電層 21 2〜喷灑頭 214〜通風管 216〜靜電夾盤電壓源 218-射頻電壓源 220~校正曲線產生器 2 50〜產生校正曲線方法之流程圖 252, 254, 256, 258, 260, 262’ 264〜產生校正曲線方 操作程序 280〜校正曲線圖 282, 284〜校正曲線上之兩點 286〜校正曲線 222-偏壓補償裝置 226〜電漿區域 228-電腦 230〜電壓轉換器 232~電壓調準電路 234〜半導體晶片 30 0〜補償電漿處理系統中晶片偏壓的方法之流程圖 3〇2, 304, 306, 308, 31 0, 31 2, 314, 316, 318〜補償電漿處

第15頁 五、發明說明Cll) 理系統中晶片偏壓的方法之操作過程 400〜擁有一個隔離電極之單極靜電夾盤的電漿處理系 統 402〜電漿處理室 404〜單極靜電夾盤 406〜晶片 41 0 介電層 412〜隔離的電極 414〜金屬層 416, 418〜一組通氣管 420〜靜電夾盤電源 422〜射頻電源 432〜喷灑頭 434〜氣體 436~電漿區域 500〜擁有雙極靜電夾盤之電漿處理系統 502〜電槳處理室 504〜雙極靜電夾盤 506〜金屬層 506〜晶片 508〜介電層 510〜電極 51 4 ~噴灑頭 516~氣體

第16頁 43 9099 五、發明說明（12) 517~電漿區域 518~靜電夾盤電源 520~射頻電源 522~偏壓補償裝置 524~電腦 526〜電壓轉換器 528~電壓調整電路 較佳實施例之說明 於此將開始描述依本發明之用來補償電漿處理反應室 中的晶片偏壓電壓的裝置、方法、以及系統。在之後的描 述中’將會提出許多相關細節以對本發明獲致一個全盤的 了解。對於習知這些相關細節的人，對於本發明將可不需 要用所有的相關細節便可實現β在其他的例子當中，許多 廣泛習知的製程細節將不會作詳細的說明以避免不必要地 模糊了本發明之重點。 本發明藉由先產生一個將Vdc對靜電夾盤電極的峰對 峰值（Vpp)所得出的校正曲線，而後將之用來補償晶片的 自偏壓電壓（Vdc)。從這個校正曲線將可得出一組斜率及 偏移量。此斜率及偏移量隨後便用來調整提供給靜電夾盤 的靜電夾盤起設點電壓。藉此方法，晶片的自偏壓電壓將 可以不需經由直接測量Vdc的情況下直接獲得補償。 圖2A顯示一個依本發明之—實施例之一電漿處理系統 2〇〇 ’其連接到一個校正曲線產生器220以產生校正曲線。

第17頁 439099 五、發明說明（13) 此電漿處理系統200包含一個電漿處理室202、一個靜電夹 盤電壓源216、以及一個射頻電壓源218。電漿處理室2〇2 則包含一個喷灑頭212、一個靜電夾盤204、以及一片半導 體晶片206。靜電夾盤電源216提供一個直流電壓而射頻電 壓源則提供射頻訊號其峰對峰值為Vpp。處理室2〇2在校正 過程中一直維持在真空狀態。必須牢記的是雖然其中該 對電漿處理系統200有詳細的描述，本發明本身並不限於 任何特殊的晶片處理設備’包含但並不限於這些適用於沉 積、氧化、蝕刻（包含乾蝕刻、電漿蝕刻、反應離子蝕刻 (RIE)、磁增強反應離子蝕刻（MERIE)、電子迴旋共振 (ECR))、或一些類似的方法。 靜電夾盤204包含一個形成於金屬層208之上的介電層 210其疋以單極的型態組成的。金屬層208之作用就是電 極同時連接到靜電夾盤及射頻電源216與218。靜電夾盤電 源21 6最好是一個可以提供從〇到_2〇〇〇伏特電壓的高功率 裝置。 任7合適的半導體晶片或基層皆可置於靜電夾盤2〇4 之上。單或多通道的通風管214則貫穿靜電夾盤2〇4的一個 或許多區域，藉以提供例如氦氣的致冷氣體。雖然單極靜 電夾盤已經於圖2A提出，校正曲線產生器22〇也可以使用 於其他的單極或雙極的靜電夾盤之上。 校正曲線產生器220接到晶片2〇6藉以測量晶片2〇6的 ，偏，電壓Vdc。最好在晶片的上表面測量晶片的偏壓電 i。校正曲線產生器220也同時接到金屬層2〇8以測量電極 43 9099 五、發明說明（14) 的峰對峰值Vpp。 圖2B顯示一個依本發明之一實施例之一產生校正曲線 方法250之流程圈。在操作程序252中，將一片取樣晶圓置 於真空處理室202中的靜電夾盤204之上以作為測試之用。 然後在操作過程2 54中，校正曲線產生器220將接至取樣晶 園以及靜電夾盤之電極。在開始測試過程中，靜電夾盤及 射頻電源216與218會先打開。靜電夾盤電源216提供了起 設電壓給電極，而射頻電源21 8則提供了射頻訊號給電 極。射頻訊號的頻率範圍最好能在從6〇赫茲（Hz)至5〇兆赫 (MHz)的區間之内。 當靜電夾盤及射頻電源216與218打開時，在操作過程 2 5 8中校正曲線產生器2 2 〇會測量測試晶圓的一組偏壓電壓 (Vdc)以及相對應的靜電夾盤電極之峰對峰值Vpp。測量 Vdc以及相關的vpp可以在不同的操作狀態之下完成。舉例 來說’從射頻電源218輸出的電壓可以改變之藉以產生不 同的Vdc與Vpp值。 在取得一組Vdc與Vpp測量結果之後，在操作過程26〇 中Vdc以及相關的Vpp之取樣點將用來產生校正曲線。此校 正曲線的作用是將Vpp與Vdc之間的關聯性取出來。vdc與 Vpp的值之間的關係最好能夠最佳化到一條線性的校正曲 線。在操作過程2 62中，將由此校正曲線中取出其中的斜 率以及偏移量，本方法則結束於操作過程264。 圖2C顯示一個依本發明之一實施例之一利用與 取樣點以產生出一條直線以及其相關之斜率及偏移量的曲

第19頁 4 3 , -)99 ^ 五、發明說明（15) 線圖280 ’其中取樣點以方框來表示。此取樣點是以X軸為 Vpp以及y軸為Vdc的方式所畫出來的。然後利用已知的曲 線最佳化技巧由取樣點中調準出一條最適合的校正曲線 286 = 從校正曲線可以決定出其斜率及偏移量。將校正曲線 與代表Vdc值的y軸相交的點取出便成為偏移電壓。另一方 面’校正曲線的斜率可以藉由任一種已知的斜率決定技巧 來得出。舉例來說，可以藉由選擇校正曲線上之兩點282 與284然後將兩者間Vdc差值（AVy)除以兩者間Vpp差值（△ Vx) ’得出來的值就是其斜率。由此決定出的斜率及偏移 電壓將用來補償在電漿處理過程中處理室20 2内的晶片自 偏壓效應，在隨後說明將會描述。 由校正曲線決定了斜率及偏移量之後，電漿處理系統 2 0 0便使用得出的斜率及偏移量來補償電漿處理過程中晶 片的自偏壓效應。圖2D顯示依本發明之一實施例之一連接 到偏壓補償裝置2 2 2的電漿處理系統2 0 0，用來動態地補償 半導體晶片234的自偏壓效應。半導體晶片234是放置在靜 電夾盤204之上以進行處理。必須注意的是由校正曲線決 定的斜率及偏移量將可以用來補償在處理室202内的任何 半導體晶片或基底的自偏壓效應。 偏壓補償裝置222連接到靜電夾盤204的電極208與靜 電夾盤電壓源216之間以產生一個回授迴圈。偏壓補償裝 置222包含一台電腦228、一個電壓轉換器230、以及一個 電壓調準電路232。電壓轉換器2 30將連接到靜電夾盤電極

第20頁 439099 五、發明說明（16) 208然後從靜電夾盤電極208偵測其峰對峰值電壓Vpp。由 於靜電夾盤2 0 4接到一個高電壓（例如—1 〇 〇 〇 v )，電壓轉換 器230將偵測到的Vpp轉換成較低的電壓yref。電壓轉換器 230可以用電壓除法器電路（v〇itage divider)或其他適當 的具有能將高電壓轉換至較低電壓功能的電路來實現。電 壓轉換器230最好能將Vpp轉換至Vref其範圍落在0至-10V 區間之内。電壓轉換器2 30將Vref傳送到電壓調整電路 232 ’其依據由電腦228計算所得的斜率及偏移量來校正 Vref。 電腦228内儲存了靜電夾盤的起設點電壓以及由校正 曲線產生器220所產生的直線斜率以及偏移量。靜電夾盤 起設點電壓預先就已經決定好了，同時可藉由使用者或者 由程式輸入電腦228。電腦2 28將所得的靜電夾盤起設點電 塵、斜率以及偏移量傳送到電壓調整電路232。運用電腦 使得使用者可以輸入有關靜電夹盤起設點電壓、斜率以及 偏移量的一些參數’這使得可以藉由軟體來運算偏壓補償 量。儘管在較佳實施例中使用了電腦，當然也可以另外藉 由儲存單元件（例如RAM、DRAM、硬碟等等）來儲存靜電夾 盤起設點電壓、斜率以及偏移量。這樣的安排將會比用電 腦來的簡單，不過在得出偏壓補償過程中將會較不便利。 電漿處理系統200藉由打開偏壓補償裝置222、靜電夾 盤電源216、以及射頻電源218的過程開始晶片處理的動 作。同時其喷灑頭212將氣體釋放入處理室内的電漿區域 226。電壓調整電路232接收到Vref、斜率、以及偏移量然

43 9〇 9 ^ 五、發明說明（17) 後產生了校正電壓Vadj，藉由下列的關係式：

Vadj=[(Vref*slope)+offset]，其中slope 、〇ffset 分別代表了斜率以及偏移量。另外電壓調整電路也可以藉 由將Vad j加到靜電夾盤起設電壓之上另外產生電壓vsum。 校正過的電壓Vadj及Vsum。以及靜電夾盤起設電壓6校正 過的電壓Vad j及Vsum隨後將傳送到靜電夾盤電源216，靜 電夾盤電源再將校正過後的電壓轉回至相對應的高電壓位 準。確切的說，靜電夾盤電源216將Vadj轉換至偏1補償 電壓’隨後再將之輸出給靜電爽盤。同樣的，靜電夾盤電 源也可將Vsum轉換至其相對應的高電壓然後將之傳送到靜 電夾盤。 藉由不斷的監測Vpp，偏壓補償裝置222動態地補償晶 片234的偏壓而不需直接測量其偏壓電壓。雖然校正曲線 產生器220以及偏壓補償裝置222是隨著單極靜電失盤組態 一同描述的，當然也可以將之運用在任何適合的單極以^ /或雙極靜電夾盤組態以補償晶片的自偏壓效應。 圖3顯示用來在當決定了樣本晶片的斜率及 ，補償電漿處理系統中晶片偏壓的方法3〇〇之流程圖。在 ，作過程302中’冑會接收到靜電夹盤起設電壓，以及由 =用於電漿處理系統中的校正曲線 f理至中的靜電爽盤之上。在操作過程讓中 J理 作。在這時或者及射頻電源而開始運 疋吸傻扪奴時間，將會有氣體釋放至處

439099 五、發明說明（18) 理室中來處理晶片。 當電襞處理系統開始運作之後，在操作過程3 〇 8中將 先该測靜電失盤電極的電壓Vpp同時將之轉換到較低的電 IVref。然後在操作過程31〇中將Vref依照斜率及偏移量 修改之以產生Vadj。在操作過程312中Vadj也可以加到靜 電夾盤起設電壓以產生Vsuni用於隔離電極的應用中，例如 使用於單極的靜電夾盤上。然後在操作過程314中，Vadj· 及Vsum將轉換至高電壓。確定的說，“叫將轉換至偏壓補 償電壓而Vsum則將轉換至偏壓補償電壓以及靜電夾盤起設 電壓的和。這些高電壓然後將輸出到靜電夾盤β ☆此偏壓補償技巧也可以用於其他形式的單極以及雙極 靜電夾盤組態。舉例說來’圖4顯示作為伴隨本發明之另 —^施例的一個電漿處理系統4〇〇，其擁有一個隔離電極 之單極靜電夾盤404。此電漿處理系統是與電漿操作系統 2 0 〇操作過程相似的。 電漿處理系統4 00包含一個電漿處理室4〇2、一個靜電 爽盤電源420、以及一個射頻電源422。電漿處理系統400 接到偏壓補償裝置222。單極靜電夾盤404包含一層置於金 屬層414之上的介電層410 ^介電層410内包含一個隔離的 電極41 2 ^ 處理室402包含一個喷灑頭432用來將氣體434釋放入 處理室402的電漿區域436 ^晶片則是置於靜電夾盤404之 上。—組通氣管416及418位於靜電夾盤404之内用以提供 例如氦氣的降溫氣韹到晶片以在電漿處理過程當中使晶片

第23頁 43 90" 五、發明說明（19) 溫度不至於太高。 產生出的Vad j以及Vsuni然後傳送到靜電夾盤電源 420，用以將Vad j與Vsum分別轉換成高功率偏壓補償電壓 以及偏壓補償電壓與靜電夾盤起設點電壓^靜電爽盤電源 420則提供偏壓補償電壓給電極414。另外靜電夾盤電源 420提供了偏壓補償電壓以及靜電炎盤起設點電壓給靜電 夾盤404的金屬層412。 將偏壓補償電壓以及靜電夾盤起設點電壓之和供給至 介電層410内的電極41 2的目的是用來避免由於存在於晶片 406以及靜電夾盤404之間报大的直流偏壓差所可能造成的 電極崩潰。提供這加成的電壓值可以藉由降低晶片4〇6以 及靜電夾盤404之間的直流偏壓差避免上述的崩潰現象。 此偏壓補償電壓是提供至金屬層404以補償晶片406的偏 壓。 圖5顯示一個擁有雙極靜電夾盤5 〇4之電漿處理系統 500。雙極靜電夾盤組態的校正曲線之產生發法也是與單 極靜電夾盤組態相似，乃是先由雙極靜電夹盤中的一極測 量Vpp。這意指在偏壓補償過程中，Vpp將會由產生校正曲 線的同樣電極測量出來。 電漿處理系統500包含一個電漿處理室502、一個靜電 夾盤電源518、以及一個射頻電源5 20。雙極靜電夾盤5〇4 包含位於金屬層506的一層介電層508。金屬層再分為兩個 部分形成兩個電極：第一部分的金屬區域形成了負電極@ 時第二部分的金屬區域形成了正電極。晶片5〇9則置柃雙

第24頁 J99 五、發明說明（20) 極靜電夾盤504之上以做處理。 電漿處理系統首先由靜電夾盤以及射頻電源518與520 先啟動然後再將氣體5 16釋放入處理室502之内。處理室 502内的喷灑頭514將氣體516釋放入電漿區域517之内。在 靜電夾盤内則設有通氣管以提供例如氦氣的降溫氣體以在 電漿處理過程之中將晶片509降溫。 當系統開始運作之後，包含一個電壓轉換器5 2 6、電 腦524、以及一個電壓調整電路528的偏壓補償裝置522開 始動作以產生Vadj。更確切的說，電壓轉換器526由電極 510偵測Vpp然後將偵測到的高電壓轉換至降低的電壓Vref 以作為校正之用。電腦524則儲存並將靜電夾盤起設電 壓、以及由校正曲線所得出的斜率及偏移量傳輸到電壓調 整電路528。電壓調整電路528然後再連接到電壓轉換器， 由其接收Vref並將Vref藉由斜率與偏移量校正之而得 Vadj。然後電壓調整電路528再將Vadj接到一組電阻R1與 R2中間接點。這兩個電阻的另—端則接到靜電夾盤電源 518的正端及負端點。電阻R1與以是相配性非常良好的電 阻’其功能則是用來將靜電夾盤5 0 4的負端及正端電壓的 平均值能夠在Vadj附近。 本發明提供了裝置、方法、以及系統用以有效地補償 在電装處理中置於靜電夾盤上的晶片之自偏壓，而不需要 直接測量晶片的自偏壓。取而代之的’本發明將樣本晶片 的偏壓取其與靜電夾盤電壓之間的關連性以產生一個校正 曲線。由此校正曲線所得的斜率及偏移量則用來修改靜電

第25頁 439099 五、發明說明（21) 炎盤的供給電壓，因此在處理過程中無須接觸晶片便可以 補償晶片偏壓。這樣可以動態地補償在處理過程中會改變 的晶片偏壓電壓而不會破壞靜電夾盤。 雖然本發明是以幾個較佳實施例來描述，仍然還是有 其他替代方法、變更作法、以及等效方法皆在本發明的範 圍内。另外必須注意的是仍有許多其他方法可以實現本發 明的方法以及設備。因此所有與申請專利範圍意義相等之 替代方法、變更作法、以及等效方法均應包含在本發明的 申請範圍之内。

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Claims (1)

1. 4 3 90 99、 六'申請專利範® 1 · 一種偏壓補償裝晋，用 室内放置在靜電夾盤處理系統争處理 置=靜電夾盤的一個靜電以及射頻電源，此偏麼補償裝 電壓VDrT電办壓：換器’接到靜電夾盤用以偵測靜電夾盤的 電壓轉換器再將偵測到的電壓轉換至較低的 斜率及單凡’用以儲存一個校正曲線之預先設定的 2 ’而此校正曲線是藉由將許多晶片偏塵最佳 成個對靜電央盤電壓之線性函數而得來；及 個電壓調整電路，被連接成可由電壓轉換器接收 Vref，同時也由儲存單元處得到斜率及偏移量，然後再此 電壓調整電路藉由斜率與偏移量將Vref修改以補償偏壓電 塵’此電愿調整電路將修改過的Vref傳送到靜電夾盤電 源’再由其將修改過的Vref轉換至偏壓補償電壓以輸出至 靜電夾盤。 2·如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，其中該儲存單 元儲存了靜電偏移電壓用以傳輸到電壓調整電路，而此電 壓調整電路則產生一個更改過的Vref以及靜電偏移電壓的 電壓和Vsum。 3_如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，其中靜電夾盤 包含一層位於金屬層之上的介電層，而偏壓補償電壓則是

   圓

   第27頁 六' 提 4. 包 提 5. 有 層 6. 線 及 正 產 7. 曲 了 8. 係 43 9099 申請專利範圍 供至靜電夹盤之金屬層之上。 如申請專利範圍第2項之偏壓補償裝置，其中靜電夾盤 含一層位於金屬層之上的介電層’而偏壓補償電壓則是 供至靜電夾盤之金屬層之上。 如申請專利範圍第4項之偏壓補償裝置，其中介電層設 一個電極，而偏壓補償電路則是將電壓總和提供至介電 之電極’藉以減少落於晶片以及電極之間的電位降。 如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，更包含： 一個連接到樣本晶片以及靜電夾盤之金屬層的校正曲 產生器’用來在真空狀態下測量樣本晶片的偏壓電壓以 金層層的Vpp ’每一個Vpp對應到一個偏壓電壓，藉此校 曲線產生器藉由將測量之偏壓電壓與Vpp的關係逼近並 生一條校正曲線。 如申請專利範圍第6項之偏壓補償裝置，其t，該校正 線係藉由計算校正曲線與跟偏壓電壓轴的相交 裝董’其中’該斜率 43 9099 六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，其中，該電壓 調整電路係藉由將Vref乘上斜率並將所得之值加上偏移量 以修改V r e f。 10·如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，其中，該靜 電夾盤是一個單極夾盤。 11.如申請專利範圍第1項之偏壓補償裝置，而其中，該 靜電夾盤為一個雙極夾盤。 12'如申請專利範圍第2項之偏壓補償裝置，其中，該儲 存，元設有一台電腦’俾靜電夾盤起設點、以及斜率和偏 移量可以由使用者修改之。 13^如申請專利範圍第2項之偏壓補償裝置，其中，該儲 存f元設有一台電腦，俾靜電夾盤起設點、以及斜率和偏 移量可以由程式控制。 14.—種電漿處理系統，用來補償晶片之偏壓電壓，包 含： 一個電衆處理室，其具有：一個靜電夾盤，設有一層 f於金屬層之上的介電層’此靜電夾盤之功能是用來支撐 晶片；及一個喷灑頭’作用是用來將氣體釋放入處理室 内；

   第29頁 439099 六、申請專利範圍 一個靜電電壓源，接到靜電夾盤，藉以提供一高直流 電壓至靜電夾盤； 一個射頻電壓源，接到靜電爽盤，藉以提供一射頻電 壓訊號至靜電夾盤；以及 一個偏壓電壓補償裝置，連接到靜電夾盤之金屬層以 及靜電電壓源之間，藉以偵測金屬層的Vpp以產生一個較 低的電壓Vref ’此偏壓電壓補償裝置利用由許多組晶片偏 壓對靜電爽盤電壓之關係最佳化至—校正曲線將Vref調整 以產生一個調整過的電壓Vad j ; 其中’該靜電電壓源接收了調整過的電壓vadj·，然後 將之轉換至偏壓補償電壓藉以作為靜電夾盤電源之輸入。 15.如申請專利範圍第1 4項之電漿處理系統，其中，該偏 壓補償裝置更包含： 一個接到靜電夾盤金屬層的電壓轉換器用以偵測靜電 夾盤的電壓Vpp ’此電壓轉換器再將偵測到的電壓轉換至 Vre f ; 一個儲存單元用以儲存一個校正曲線之預先設定的斜 率及偏移量；以及 一個電壓調整電路由電壓轉換器接收Vref，同時也由 儲存單元處得到斜率及偏移量，然後再此電壓調整電路藉 由斜率與偏移量將Vref修改以補償偏壓電壓，此電壓調整 電路將修改過的Vref傳送到靜電夾盤電源，再由其將修改 過的Vref轉換至偏壓補償電壓以輸出至靜電夾盤。

   439099 六、申請專利範圍 16. 如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中’該儲 存單元儲存了靜電偏移電壓用以傳輸到電壓調整電路’而 此電壓調整電路則產生一個更改過的Vref以及靜電偏移電 壓的電壓和。 17. 如申請專利範圍第15項之電漿處理系統，其中’該偏 壓補償電壓將提供至靜電夾盤之金屬層。 18 ‘如申請專利範圍第14項之電漿處理系統，其中，該介 電層設有一個電極，而偏壓補償電路則是將電壓總和提供 至介電層之電極，藉以減少落於晶片以及電極之間的電位 降。 1 9·如申請專利範圍第1 5項之電漿處理系統，更包含： —個連接到樣本晶片以及靜電夾盤之金屬層的校正曲 ，線產生器，用來在真空狀態下測量樣本晶片的偏壓電壓以 及金屬層的Vpp，每一個Vpp對應到一個偏壓電壓，藉此校 正曲線產生器藉由將測量之偏壓電壓與Vpp的關係逼近並 產生—條校正曲線。 ~如申請專利範圍第1 9項之電漿處理系統，其中，藉由 &十算栈正曲線與跟偏壓電壓軸的相交點而決定了偏移量。

   第31頁 439G99 六、申請專利範圍 21·如申請專利範圍第19項之電漿處理系統，其中，該斜 率係藉由校正曲線中的一對點所決定的。 2 2.如申請專利範圍第1 5項之電漿處理系統，其中，該電 壓調整電路藉由將Vref乘上斜率並將所得之值加上偏移量 來將V r e f修改。 2 3.如申请專利範圍第1 5項之電漿處理系統，其中，該靜 電爽盤是一個單極夾盤。 24·如申請專利範圍第1 5項之電漿處理系統，而其_，該 靜電夾盤為一個雙極夾盤。 25. 一種偏壓電壓補償方法，用以在一電漿處理系統中， 補償電漿處理系統之電漿處理室内置於靜電夾盤之上的一 晶片之偏壓電壓’其中’該電漿處理系統包含一個接到靜 電炎盤的靜電及射頻電源，此偏壓電壓補償方法包含： 決定一校正曲線的斜率及偏移量，該校正曲線是由將 測量之偏壓電壓與Vpp的關係逼近以產生一條校正曲線所 得到； 偵測靜電失盤的電壓Vpp ; 將偵測到的電壓轉換至更低的電壓Vref ; 依斜率及偏移量修改Vrei，藉以補償偏壓電壓；以及 將修改過的Vref轉換至偏壓補償電壓以輪出到靜電夾

   第32頁 90 9 9 六、申請專利範圍 盤。 26. 括： 壓補償方法，更包 調整電路；以及 相加以產生電壓和 如申請專利範圍第25項之偏壓電 決定靜電偏移電壓以傳送至電壓 將修改過的Vref與靜電偏移電壓 ，如申請專利範圍第25項之偏壓電壓補償方法， 靜電夾盤包含—層位於金屬層之上的介電層'而偏壓 電壓則是提供至靜電夾盤之金屬層之上 28.如申請專利範圍第26項之偏壓電壓補償方法，其中， 〇靜電夾盤包含一層位於金屬層之上的介電， 償電壓則是提供至靜電夾盤之金屬層之上β增而偏您補 29.如申請專利範圍第28項之偏壓電壓補償方法，其中， 該介電層設有一個電極’該將電壓總和提供至介電廣之電 極’藉以減少落於晶片以及電極之間的電位降。 30，如申請專利範圍第25項之偏壓電壓補償方法，其中， 該斜率及偏移量之決定方法更包括： 先將靜電接點連接至於靜電夾盤上之樣本晶片； 在真空狀態下測量樣本晶片的偏壓電壓以及金屬層的 Vpp，每一 Vpp對應到相對的偏壓電壓；以及

   第33頁 439099 六、申請專利範圍 藉由將測量之偏壓電壓與Vpp的對應關係最佳化藉以 產生校正曲線。 31·如申請專利範圍第30項之偏壓電壓補償方法，其中， 藉由計算校正曲線與跟偏壓電壓軸的相交點而決定了偏移 量。 32.如申請專利範圍第30項之偏壓電壓補償方法，其中， 該斜率係藉由校正曲線中的一對點所決定的。 33_如申請專利範圍第25項之偏壓電壓補償方法，其中， 藉由將Vref乘上斜率並將所得之值加上偏移量來將Vref修 改。 34， 一種偏壓補償裝置，用以補償在電漿處理系統中處理 室内放置在靜電夾盤上的晶片偏壓，該電漿處理系統包含 連接到靜電爽盤的一個靜電以及射頻電源，此偏壓補償裝 置包含： 用以決定校正曲線的斜率與偏移量之裝置，該校正曲 線是藉由將許多晶片偏壓最佳化成一個對靜電夾盤電壓之 線性函數而付到， 偵測靜電炎盤的電壓Vpp之裝置； 將須刹到的電壓轉換到更低的電壓v r e f之裝置； 藉由斜率與偏移量將Vref修改以補償偏壓電壓之裝

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   ；j 9 9 六、申請專利範圍 置；以及 將修改過的Vref轉換至偏壓補償電壓以輸出至靜電夾 盤之裝置。 35. 如申請專利範圍第34項之偏壓補償裝置，更包括： 決定靜電偏移電壓以傳送至電壓調整電路之裝置；以 及 將修改過的Vref與靜電偏移電壓相加以產生電壓和之 裝置。 36. 如申請專利範圍第34項之偏壓補償裝置，其中，該靜 電夾盤包含一層位於金屬層之上的介電層，而偏壓補償電 壓則是提供至靜電夾盤之金屬層之上。 37. 如申請專利範圍第35項之偏裝置，其中， 該靜電夾盤包含一層位於金屬層H的介電層，而偏壓補 償電壓則是提供至靜電夾盤之金屬層之上。 38. 如申請專利範圍第37項之偏裝置，其中， 該介電層設有一個電極，該將電Μϋ提供至介電層之電 極，藉以減少落於晶片以及電極之間的電位降。 39. 如申請專利範圍第34項之偏裝置，其中， 該斜率及偏移量之決定更包括：

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