TWI307122B - Method and apparatus for dynamic plasma treatment of bipolar esc system - Google Patents

Description

1307122 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種半導體製程的裝置與方法，且特 別是一種有關於電漿蝕刻的裝置與方法。 【先前技術】

半導電積體電路的製造方式為將複雜圖案的金屬導線 形成於半導體基材上。隨著積體電路元件以及電路圖案尺 寸的縮小’相鄰金屬導線間的距離也進一步縮小。如何在 高外觀比值（Aspect Ratio)的情況下，在導線之間形成無孔 洞的溝填（v〇id-less gapfiU)的介電層為一大挑戰。而在圖案 尺寸縮小所面對的另一挑戰為要如何精準地在基材上形成 金屬導線或其他材料層。 為了滿足前述所提及的需要，傳統上是使用例如真空 電聚處理器（vacuum plasma pr〇cess⑽)來操作，同時使用靜 電吸盤（EleCtroStastic Chuck; ESC)來固定基材的位置。真 空電漿處理器包含了真空室（vacuum chamber)，真空室中具 有-個靜電吸盤，用以固定基材。在電衆蝕刻與；漿薄膜 沈積的過程中，基材被固定於靜電吸盤上。在電疲㈣盘 電聚薄膜沈積的製程中，主要是利用射頻源(Radio frequency s。⑽e)對進人真空㈣—種或多種氣體作用使 之形成電漿。此外，在雷喈直允入丛 隹罨漿真工至中可能會導入其他氣體， 作為熱的傳輸媒介，用以提高真空室中的㈣導。為避免 在蝕刻或薄膜製程中基材的移動，_ 5 1307122 靜電吸附的方式固定於靜電吸盤上。換句話說，靜電吸盤 2藉由-直流電壓來供電，使靜電吸盤表面佈滿靜電荷。 一般而言’基材的材料為半導體材料，因此靜電荷 一 步由靜電吸盤轉移到基材表面。 在前述提及的真空電聚處理器中，基材表面具有多個 金屬板(metal board)區域。兩兩金屬板之間是由金屬線所組 成的連接橋（connecting bridge)來進行連接。當雙極性靜電 吸盤（bipolar electrostatic chuck)吸附基材時，金屬板上將會 分別佈滿正電荷或負電荷，基材依靠靜電吸引的方式固I 在靜電吸盤上。當進行移除(de_ehueking)時，正負電荷將會 互相吸引進而抵銷，於連接橋上形成令和電流丨吨 current)，此中和電流常會導致連接橋受到損害。若連接橋 的單位截面積不足以承受此中和電流所產生的能量的話， 將使得構成連接橋的金屬線斷裂，此現象稱之為微弧光放 電損害（micro-arcing)。 微弧光放電損害一般常發生於基材移除的過程中，為 克服此問題，單極性靜電吸盤（M〇n〇_p〇lar Esc)習知上是以 一反向電壓配合電漿（Plasma)來消除基材上的靜電荷。此反 向電壓使靜電吸盤於電聚環境下吸引與原先感應相反極性 之靜電荷以互相抵銷來減少靜電吸盤與基材之間的吸引 力。此反向電壓的大小可經由實驗或藉由監控基材上的電 流脈衝（pulse)的振幅來決定。 藉由基材上電流脈衡的監控來決定反向電壓大小的方 式，一般而言並不適用於玻璃或介電質材料的基材。此外， 1307122 右改以實驗的方式來決定反向電壓的大小，又會有耗時 不精確以及無效率等問題。 雙極性靜電吸盤（Bi-PolarESC)則以其雙載子特性，可 不需透過電漿環境，只要切離電源即自行完成靜電荷中合 和使基材得以移除（Dechuck)。然而隨著半導體發展，: 徑越來越細，此自行中和的過程，其中和電流常常造成微 弧光放電損害（micro_arcing) ’使連接橋金屬線斷裂。 【發明内容】 根據本發明一實施例，提出了一種基材被固定在靜電 吸盤上的電漿蝕刻的方法，其_，雙極性靜電吸盤（Bi_p〇iM ESC)用以使基材上具有雙極性的靜電荷。之後，進行電漿 蝕刻。當電漿蝕刻完成時，靜電吸盤上的靜電荷可自行中 和而移除。基材上靜電荷的移除可依據本發明一實施例 中，於靜電吸盤上的靜電荷自行中和的同時在電漿室中以 射頻訊號維持-低能量之電漿環境，提供垂直向的路徑協 中孝掉靜電荷的方式達成，來避免水平向中和電流因過 載而產生之其中和電流常常造成微弧光放電損害 (micro-arcing)。 根據本發明的另_實施例’提出了 —種電激钱刻裝 置此電水蝕刻裝置具有靜電吸盤位於真空室中。此靜電 二 < 的表面可用以配置晶圓，同時也可用以使晶圓表面具 一 等罨線圈位於真空室中，用以提供射頻訊號。 員源與此導電線圈連接，用以提供不同功率的射頻訊 7 1307122 號來令和晶圓表面的靜電荷。 根據本發明的另—者 的方法。此方法包含：：：出了-種電漿㈣晶圓 其中靜電吸盤包含了 具有靜電吸盤的電聚反應室， /it 6^ ^個電極。基材藉由直流電源所 故供的靜電力吸附在靜 -+ 電及盤上。基材可在電漿反應室中 丁U或其他電聚製程 用具有任意射軸率的㈣=中斷此直“源’再利 的射頻s孔唬，中和基材上的靜電荷。 【實施方式】 上的m &第1F圖係繪示了 f知位在雙極性靜電吸盤 、如 荷中和的情形。第1A圖所示為連接橋101 ==金屬板1〇2的情形。第1B圖所示為電荷均勾地分 一 ·板1〇2上的情形，且相鄰的金屬板之間具有至少 :連接橋1G1相互連接。第lc圖所示為金屬板—上的 〇不句勻的为佈情形’正負電荷由於靜電吸引的原 ，而分佈在靠近連接橋⑻的位置。第m圖所示為正負電 何經由連接橋101進行電荷中和，金屬板102上的正負電 荷移除’同時對連接橋1G1產生—中和W_teracting f⑽e)。f 1E圖所示為電荷中和電流對連接橋ι〇ι產生破 壞。第1F圖所示為微弧光放電所產生的結果。 第2圖係繪示了依照本發明一實施例所述之一種電漿 蝕刻裝置的示意圖。其中電漿室21〇中具有靜電吸盤22〇 =及位於靜電吸盤上的基材215。靜電吸盤22〇與電源供應 器245連接’其中電源供應器245可以為—直流電源、一 1307122 雙極性高屡電源或其他可用以提供靜電吸盤220靜電荷的 裝置。一種或一種以上的氣體由第一氣體來源24〇經由7第 -閥門235供應到電聚室21〇中。氣體的傳輸系統在本發 明中並不予以限制。第一氣體來源24〇與第一間門奶 由:具有操作程式的控制器來控制其氣體流量（未綠示）。第 一軋體來源250可提供一種或一種以上的氣體，經由第二 閥門255，與靜電吸盤22〇相通（com·*咖），作為一種 散熱媒介。此第二氣體來源25〇的設置並非必要之：件， 可依電漿飪刻裝置的設計。 如則所述，靜電吸盤22〇與電源供應器245連接。電 源供應器245可同時包含電源與用以控制施加予靜電吸盤 220電壓大小的控制器（未繪示）。在本發明一實施例中，此 電原供應H 245在特定的時間内提供定額電麼予靜電吸盤 220。在另一實施例中，此電源供應器245提供隨時間而變 化的電壓予靜電吸盤22〇β , 圖中電漿至210更包含了導電線圈225。導 電線圈225與射頻源23()連接，且射頻源㈣可經由導弯 線圈奶提供一射頻訊號到電装室中。射頻源230可包令 :控制系統（未緣示）。依據本發明-實施例，射頻源23< 日°博電線圈225提供任意射頻頻率的射頻訊號。在本韻 另實施例中，射頻源23〇對導電線圈奶提供一隨時 而變頻料續柄頻喊。在本發明另-實施例中，剩 且原23=對線圈提供脈衝頻率的射頻訊號，其中每一脈律 /、有與前—脈衝相同或不同的脈波寬度。此外，每一脈锋 1307122 具有與前一脈衝相同或不同的振幅興頻率。 在本發明一實施例中’在靜電吸盤220卸除充電 (discharge)時，導電線圈225被同時充電。換句話說，在 掉電源供應器245肖，同步利用具有任意射頻頻率的射頻 源230對導電線圈225充電。在另一實施例中，亦可、 電吸盤220的電源供應器犯關掉後，再利用射頻源咖 對導電線圈225充電。依據本發明中的每—實施例，射頻 源230對導電線圈225提供的能量可用以中和電漿室幻。 _基材215上的電荷。因此’在靜電吸盤22〇的電源供應 器245關閉時，可動態觸發射頻源23〇提供 放^ 途徑’用以中和掉基材215上的電荷。 釋放的 第3A圖係繪示依照本發明一實施例所述之一種靜電 吸盤320與晶® 315的示意圖。靜電吸盤32〇與晶圓… 配置於«室2H)的情形如第2圖所示。第3a圖中，晶圓 315位於靜電吸盤320上。右太淼响杏* ,,丄 在本發明一實施例中，靜電吸盤 320包含了第一同心圓322盥笛-门问 四^興第—同心圓323，形成一雙極 性的靜電吸盤320。其中，| π Τ母—同心圓被充電形成不同的靜 電極性（未繪示）。舉例來說，第_ 乐一问〜圓323可被充電而形 成靜電吸盤320的負極，而笛 而第一同心圓322則被充電而形

成靜電吸盤320的正極。晶L 曰圓315可被配置在靜電吸盤320 的相鄰位置或是與靜電吸盤32〇直接接觸。 第3B圖係繪不了射頻源、關閉時晶圓3 ^ $與靜電吸盤上 的電壓分佈示意圖。當射頻,、盾Μ日日+ 项/原關閉時，晶圓315表面的電 壓為0V。靜電吸盤的第~间、、同，。。 Η心囫322的電壓為350 V，而 10 1307122 :二同心圓323的電壓為_35〇v，晶圓3i5上的淨電壓為〇 。在射頻源開啟進行則的過程巾，請子錢到帶正電 :第-同心圓322上以及加強了高分子的沈積。同時，正 子由於靜電相斥而被排除在外，因此使晶圓315表面形 成約為-100V的電壓。_批二, 八 般而S ’吸附在晶圓315上的高 刀子越多的話’晶圓表面具有越低的電壓。此外，氧化層 的蝕刻速率也會隨著鬲分子層的厚度的增加而下降。第％ 圖：不為當射頻源開啟時，晶圓表面具有_1〇〇 V的電壓， 而第-同心圓322的電壓為+45() ν，而第二同心圓奶的 電壓為-250 V。 第D圖、示了射頻源開啟時電荷中和的情形。第3 〇 圖中，曰曰曰® 315位於靜電吸盤的上方（未完整繪示）。晶圓 與靜電吸盤的第一同心圓322接觸的地方帶正電荷，第 二同心圓323接地。負離子3G5聚集到第—同心圓奶處 以中和第一同心圓322上的正電荷。在本發明一實施例中， 當射頻訊號提供到電漿室時，正離子3〇7會與負離子3〇5 中和因此，可變功率的射頻源的使用，可用以中和靜電 荷。 在第3D圖中，正離子307被帶正電荷的第一同心圓 322所排斥而沈積到第二同心圓323中。另一方面，負離子 3〇5則被帶正電荷的第—同心圓322所吸引而形成高分子 層於第一同心圓322之上。因此，當沈積的高分子越多， 其對正負離子的吸引性與排斥性將降低。電漿蝕刻的阻抗 曰，以及離子轟擊（ion bombard)的強度會降低。這也 11 1307122 就疋為何氧化層的敍刻速率 降低的主要原因。同樣的， 同情形。 隨著高分子沈積厚度的增加而 微弧光放電的破壞速率也是相

則所述’氧化層㈣㈣率會隨著高分子沈積厚度 的增加而下降。因此，值站u β I … 降®此傳統上是使用自動清理系統 ⑽feMess a則ean ;霞）來清理電聚室。歡也可被用 以清=高分子沈積污染及保持離子轟擊的強度，用以恢復 電漿至的操作狀態。離子轟擊強度與㈣速率有密切的關 :。因此本發明的實施例揭露了㈠較長時間的㈣程序 ^理’會有較佳的離子轟㈣度與_速率；㈡較乾淨的 第一同心圓會使得晶圓表面具有較高的負電磨；（三）晶圓表 =較高的靜電壓會產生較大的中和電流於晶圓上，較大的 和電流會提高微弧光發電，進而破壞晶圓。因此，依昭 本—發明-實施所揭露，微孤光發電可經由下列方式消除： ^低WAC程式處理的時間；（：则靜電吸盤電源的 ==式，逐步將電源降低至零;(三)在一電衆室中提 -ί “的射頻源’用以提供_個電荷釋放的途徑。 ^本發明—實施财’在進行操作前，—基材被置於 電漿至中的雙極性靜電吸盤上’後續的步驟如下所示： 時—二氣，:入至電聚室中’其中注入的時間為15秒，同 =的壓力上昇到0.3 mT;(二)持續保持氦氣的注 :同時將氯氣與三氟甲院(CHF3)注入電衆室中，持續注 二秒；（三）提供40瓦的底部射頻功率；⑻提供_瓦 、以射頻功率；（五）氮氣與氬氣被注人到電❹中，同時 12 1307122 射頻功率被觸發到100瓦到2〇〇瓦之間;(六)當靜電 電源關閉時’氦氣的流量改科連續的方式注人；（七）將射 頻關掉。在此實施例中步驟一至步驟七列於表一。 ~發5 —實施例所述漿製程

表-所揭露的本發明—實施例的電衆處理系統為一 壓偶合式«σ⑽sformer couple Pla_; Tcp)。此丁( μ處理系統具有兩個射頻源’其中頂部射頻位於電聚 广電極，用以點燃電漿以及維持電漿室中的電毁。 π射頻位於電漿室中的下部電 擊強度，進—步控㈣刻速率。要疋用以控制離子， 13 1307122 前述本發明的實施例的各個步驟繪示於第4圖中 第"中’步驟㈠為注入氣體；步驟( :定 部環境；步驟（三）為打穿步驟，為後續主 用檍疋内 〜 ^ Λ $ Μ刻步驟做預處 匕為25秒，在此實施例中為1〇秒）。步驟㈤ 為主要關步肆，用以似㈣銅金屬及氮化鈇（此製程通常 需70到⑽秒’在此實施例中為1〇秒）。步驟⑷為第一

Ku-Lu處理程序（Ku_Lu…齡叫，用以維持電漿的穩定， 此為本發財所❹，其程序在後續會加㈣明。步驟（六） 為第二Ku-Lu處理程序，利用頂部射頻維持電聚環境，用 以進行基材的移除。步驟（七）為製程的完成。

Ku-Lu處理程序為一種動態觸發射頻源用以提供靜電 釋放途徑的程序。在靜電吸盤電源關閉的同時，利用Ku_Lu 處理程序提供—個垂直於晶圓方向的電荷釋放途徑，用以 取代電荷之間自身的中和反應。本發明中針對製程的改 變’成功地解決了微弧光放電的問題。在本發明中，Ku_Lu 處理程序藉由垂直方向的電漿環境來釋放基材上的靜電荷 的方式，較習知傳統的製程更為有效。 一雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限，本發明’任何熟f此技#者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 fe圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 圖式簡單說明] 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 1307122 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下. 第i A圖到第if圖係繪示了習知— 的基材㈣荷中和的情形 雙極性靜電吸盤上 第2圖係繪示了依照本發明一實施 蝕刻裝置的示意圖 述之一種電漿 第3A圖係繪示依照本發明一 吸盤320與-晶圓315的示意圖 |斤述之一種靜電 第3B圖係緣示了射頻源關閉時 的電壓分佈示意圖 5與靜電吸盤上 第3C圖係繪示了射 的電壓分佈示意圖 ^曰曰«表面與靜電吸盤 弟3 D圖係冷+ γ 6 黛4 、頻源開啟時電荷中和的情形 理的步驟c 【主 要元件付號說明 101 連接 橋 210 電漿 室 220 320 靜電吸盤 235 第一 閥門 250 第二 氣體來源 305 負電 荷 315 晶圓 323 第二 同心圓 102 :金屬板 215 :基材 230 :射頻源 240 :第一氣體來源 255 :第二閥門 307 :正電荷 322 :第一同心圓 15

Claims (1)

1307122 十、申請專利範圍： 1 ·—種電聚钮刻的方法，包含： ^配置-基材於-靜電吸盤上，該靜電吸盤位於一電聚 至中且被用以提供一雙極性靜電荷於該基材上； 對該靜電吸盤充冑，用以形成靜電荷於該基材上； 電漿蝕刻該基材； 使該靜電吸盤接地；以及 提供具有任意射頻頻率之—射頻訊號，用以中和該基 材上的靜電荷。 2.如申請專利範圍帛！項所述之電漿蝕刻的方法其 令該射頻訊號為複數個射頻脈衝。 3·如申請專利範圍帛1項所述之電漿蝕刻的方法，其 中°亥射頻訊號為一連續式的訊號。 4.如申請專利範圍帛1項所述之電漿蝕刻的方法，更 匕s在使該靜電吸㈣地的步驟中，中斷對該靜電吸盤充 電之-直流電源’纟中斷該直流電源的同時，同步操作具 有任意頻率之該射頻訊號。 〃 5·如申請專利範圍帛！項所述之電漿㈣的方法，更 包含在使該靜電吸盤接地的步驟中，中斷對該靜電吸盤充 電之該直流電源，纟中斷該直流電源之後，操作具有任意 16 l3〇7l22 頻率之該射頻訊號。 6.如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻的方法，更 包含監測該基材上所形成的靜電荷。 7·如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻的方法，其 中該基材為一晶圓。 8·如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻的方法，其 中該靜電吸盤包含同心圓的結構，用以形成一雙極性靜電 吸盤。 9·—種電漿蝕刻的裝置，包含： 一真空室，該真空室用以容納電漿； 一靜電吸盤’位於該真空室的内部，該靜電吸盤具有 一表面用以放置一晶圓，且該靜電吸盤用以傳送靜電荷予 該晶圓； 一導電線圈，位於該真空室的内部；以及 一射頻源，與該導電線圈連接’同時提供可變功率的 一射頻用以中和該真空室中該晶圓表面的電荷。 10.如申請專利範圍第9項所述之電漿蝕刻的裝置，更 包含複數個導電線圈。 17 1307122 ，其 ，其 u·如申請專利範圍帛9項所述之電聚 中該射頻的功率範圍為4()瓦到_瓦。 表置 上12.如申請專利範圍第9項所述之電漿蝕刻的裝置 中4真空室接收一種以上的惰性氣體。 ，更 所施 勺人13·如申請專利範圍第9項所述之電漿蝕刻的裝置

包3 —程式處理H ’用以控制該射頻源對該導電線圈 加之該射頻的功率。 14. 如申請專利範圍第9項所述之電漿蝕刻的裝置，1 中該靜電吸盤為雙極性。 〃 15. 如申請專利範圍帛9項所述之電製钱刻的裝置，其 中該靜電吸盤包含同心圓的結構，用以形成一雙極性靜電 吸盤。 16 _ —種電漿麵刻的方法，包含： 提供具有一靜電吸盤之一真空室，該靜電吸盤具 少一電極； 利用靜電力固定-基材於該靜電吸盤上，該靜電吸盤 經由該至少一電極與一直流電源連接； 在該真空室中對該基材進行電漿操作； 中斷與該至少-電極連接之該直流電源；以及 18 1307122 基材上的靜::4射頻頻率之-射頻訊號，心t和該 17. 如申請專利範圍第16項 其令令斷該直流電源與提供該射頻訊號同的方法， 18. 如申請專利範 …斷該直流電源與提供該方法， ;射頻訊號包含提供-個或多個的射頻脈衝：;渡 其中16項所述之電漿_的方法， 個射頻靜電荷包含了觸發一射頻源以提供-頊讯唬到该真空室中的一電極上。 如申請專·圍第16項所述之電漿_的方法， “監測該至少-電極或該靜電吸盤上的電荷。 23.如申請專利範圍第16項所述之電漿蝕刻的方法， 19 1307122 吸盤。 其"亥靜電吸盤為雙極性靜電 靜電吸盤。 極性的 —如申喷專利|& g第24項所述之電漿钮刻的方法， 其中每一同心圓被充電形成不同的靜電極性。 20