TWI632638B - 靜電夾取方法和裝置 - Google Patents

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Abstract

描述一種在電漿處理期間，以靜電方式將介電質晶圓(30)夾取至處理工作台(3)之方法。工作台(3)中嵌埋有指叉式電極(26,28)。本方法包含將相反之第一與第二極性之各別電壓施加至相鄰電極(26,28)，其中係在晶圓(30)中誘發極性與各別下層電極相反之極化電荷，藉此以靜電方式將晶圓夾取至工作台；並且，在一預定時間(ton)之後，令電壓之極性反向，以致極化電荷及靜電夾取延續。各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為
a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)。
該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。

Description

靜電夾取方法和裝置
本發明係關於以靜電方式將介電質晶圓(工件)夾取至處理工作台以供在電漿處理裝置中使用的方法及裝置。
電漿蝕刻及沉積製程仰賴將晶圓溫度維持在一許可範圍內。晶圓溫度控制係藉由將晶圓夾取至支撐台而達成，其溫度藉由使用冷卻流體而得以維持。沉積製程典型使用晶圓溫度範圍在50至500℃之晶圓；蝕刻製程典型使用-100℃至+250℃。希望將晶圓保持在目標溫度的數度範圍內(在溫度穩定之後)。處理期間，藉由電漿製程以離子轟擊及/或化學反應的方式，將能量施加至晶圓的正面(尤其是在蝕刻製程中)。熱可在處理期間由工作台流至晶圓或由晶圓流至工作台，伴隨的是，晶圓冷卻在蝕刻時更加常見，並且晶圓常在沉積製程時加熱。改善晶圓與工作台之間的熱接觸會降低溫度穩定作用時間，並且增加對工作台的最大熱通量(就一給定之最大晶圓溫度而言)。這兩種效應都有助於提升晶圓的生產率。更好的熱接觸也會降低其它製程變異所帶來的晶圓溫度變動，有助於改善製 程重複性。
這些製程典型是在較低壓力下運作，電漿蝕刻為0.1帕(Pa)至100Pa，而電漿沉積為100Pa至1000Pa。基材與支撐台之間的熱轉移其特徵通常在於傳導及輻射，如方程式1所述：H=h(Twafer-Ttable)+e12ssb(Twafer 4-Ttable 4)W m-2 (1)
其中H W m-2為晶圓與工作台之間的熱通量
Twafer K為晶圓溫度
Ttable K為工作台溫度
h W m-2 K-1為線性傳導熱轉移係數
e12為成對表面用於輻射性熱轉移之有效放射率
ssb W m-2 K-4為史蒂芬-波茲曼(Stefan-Boltzmann)常數
眾所周知的是，熱轉移係數取決於表面之間的間隙、氣體在表面之間的壓力及本質、以及調節係數，其描述與各表面接觸之氣體粒子與該表面達到熱均衡的程度。熱轉移係數係藉由升高晶圓與工作台之間的壓力而增大，通常還搭配將晶圓夾取至工作台。半導體處理時，為了熱轉移，在晶圓後面使用正常範圍100Pa至3000Pa的氦氣體壓力係稱為「氦背面冷卻」。
當背面壓力上升超過處理壓力時，將晶圓夾取至工作台有其重要性。機械夾取是有可能的，但會受限於與基材正面許可的接觸面積、以及基材的可撓性。這種作法也容易產生粒子，因此，不建議在量產時使用。半 導電性晶圓靜電夾取已是較為習知的技術，尤其是用在電漿蝕刻時。這項技術已在許多地方揭示，例如：第5,103,367號美國專利；G A Wardly發表於科學儀器評論(Rev Sci Instruments 44(10)pp 1506-1509(1973))；第6,297,274號美國專利。靜電夾具或「卡盤」常縮寫為ESC。
ESC夾取力易於隨著時間減弱，原因在於ESC內的電荷遷移，或靜電夾具之頂部上常見之絕緣層表面上之累積。這方面的處理典型是藉由從晶圓至晶圓令充電電壓反向，或藉由在製程期間令夾取電壓反向，前提是有在電壓反向期間固定晶圓的手段。Kellerman(第6947274B2號美國專利)已提出一種此類方法，將晶圓惰性當作電壓反向的計時準則：電壓是在晶圓上的背面壓力已令其加速過度遠離以致無法取回之前重新施加。這種作法的缺點是需要較快速的切換，並且晶圓在任何切換轉變時脫離的風險增高。另一種方法是使用多個具有獨立電壓控制之區域，以致某些區域在一區域切換時將晶圓固定住。這種作法的缺點在於需要多個電源供應器及電壓饋通。
(待解決的問題)
絕緣材料其夾取的難度高於導體或半導體。其仰賴晶圓介電材料之極化，使用的是絕緣介質中嵌埋之相隔緊密或「指叉式」的導電電極(第5838529號美國專利)。夾取晶圓所需的電壓典型實質高於非絕緣晶圓，否則夾取力會更加受到限制。靜電夾具導體通常是以絕緣層包覆，其會易於電擊穿。還有，這些都限制最大壓力，其 能在晶圓下方用於促進熱轉移。
在絕緣晶圓上蝕刻非絕緣層還有一個問題。非絕緣層若存在，其內因靜電夾具電極而會有電荷位移，相較於恰可由極化電荷分離得到的力，靜電夾具電極增強夾取力。在蝕刻此層時，白費另外的夾取力，並且熱轉移降低、或靜電夾取完全白費。
根據本發明之第一態樣，一種在電漿處理期間以靜電方式將介電質晶圓夾取至處理工作台之方法，該工作台中嵌埋有指叉式電極，該方法包含將相反之第一與第二極性之各別電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發極性與該各別下層電極相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該工作台；並且，在預定時間(ton)之後，令該電壓的極性反向，以致該極化電荷及靜電夾取延續，其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中 ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
我們還提供一種電漿處理裝置，其包括電漿產生室，該電漿產生室內提供具有嵌埋之指叉式電極的處理工作台，並且介電質晶圓使用時係置於其上；與該指叉式電極耦接之電壓源；以及控制系統，該控制系統係程式化成用以控制該電壓源，以將相反之第一與第二極性之各別切換電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發各別與該下層電極極性相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該工作台；並且在一預定時間(ton)之後，將該電壓之極性反向成第二極性，以致該極化電荷與靜電夾取延續。其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
根據本發明之第三態樣，我們提供一種在 記錄媒體上產生並且儲存指令的方法，該指令係供根據本發明之電漿處理裝置之控制系統使用，本方法包含將相反之第一與第二極性之各別切換電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發極性與該各別下層電極相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該基材；並且在一預定時間(ton)之後，令該電壓之極性反向，以致該極化電荷及靜電夾取延續，其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
我們曾對涉及電荷遷移的製程進行詳細研究，並且已意識到，要達到更加有效率的電壓切換程序是有可能的，其可預先界定，並且運用晶圓內以及直接由電漿進入晶圓與工作台之間之介面的電荷遷移效應。
靜電卡盤(工作台)表面與晶圓背面之間介面處的移動電荷管理較少受到注意。我們的發明在極性切 換期間，利用這些電荷維持晶圓夾取。我們已發現到，藉由以週期方式令指叉式靜電夾具之夾取電壓反向，電漿製程期間的絕緣晶圓其夾取有可能穩定。藉由每2秒至300秒將電壓反向，可維持夾取力一個小時以上，時間比實際運用的任何處理時間還長。電壓反向期間不需要降低背面冷卻壓力：我們已看到從晶圓後面流出的漏氦量瞬間升高至5%，但晶圓並未脫離。我們認為卡盤表面(工作台)與晶圓之間的電場在整個區域未均勻切換，由於電荷從電漿穿出，邊緣區與中心有不同的電荷分布。當電壓反向時，往往有某些區域隨著表面電荷由一位置遷移至另一位置具有一夾取力。切換時段取決於移動電荷在介面的遷移速率。靜電卡盤僅需一個電源供應器，能夠相對於接地，將兩個指叉式電極之每一側都驅動成正性或負性。無需獨立控制多個區域，但本技術一樣適用於此類設計。
用於提供背景壓力的氣體典型為惰性氣體，如氦。
電壓切換事件之間需要的最小週期取決於數個時間常數，每一個時間常數都是在隨著特定電漿製程運用ESC之前測量。這些時間常數包括：
T1：在晶圓中產生足夠極化電荷所需的時間，使得晶圓在夾取電壓撤回後，係以所需(背面)壓力持固至少2秒。
T2：使用穩態電壓以電漿失去夾取的時間(邊緣電荷遷移之特性)
T3：在施加ESC電壓之後，無電漿下失去夾取的時間。 (圍繞ESC電極之ESC介電質內之電荷遷移的特性)
在每一個例子中，夾取失去第一與第二預定量係藉由用以維持相同壓力所對應提升之背面氣體流量予以測定。這可逐漸發生，表示夾取失去緩慢，並且在這種情況下，我們將夾取失去界定為氣體流量增加特定百分比，例如增加20%至25%。其也可非常突然，表示夾取完全失去(「脫離」事件)。
T1的測定如下：
1.在沒有電漿的穩態電壓下夾取晶圓，並且確立(背面)氣體壓力，較佳範圍為5托至15托，附有低漏氦流量(較佳為小於2標準立方公分每分鐘(sccm))。
2.在一時段之後，該夾取電壓歸零，並且在下一分鐘觀察該氣體洩漏流量；
3.該時段隨著反覆進行之夾取事件變化，直到確立該最小夾取電壓供電時間為止，於此時，該氣體流量在移除該夾取電壓之後，於兩秒內增加不大於20%。這界定晶圓中出現足以在電壓切換期間將其持固之極化電荷的時間。使用電漿夾取期間電壓反向事件之間的週期等於或大於這個時間週期。
T2的測定如下，測試因電漿電荷遷移至晶圓工作台介面而未夾取的時間：
1.晶圓在穩態電壓下遭到夾取，並且進行電漿放電。留意失去夾取的時間。
2.極性反向反覆進行測試。再次留意時間。
3.使用的切換時間係選擇為小於這兩個時間之較小者(T2)。
T3測定的進行係在一個特定實施例中，藉由在沒有電漿下，以(例如)10托的氣體(背面)壓力，施加穩態夾取電壓，並且監視氣體流量直到晶圓與工作台分離，亦即，He流量在沒有晶圓下達到最大值。
在我們迄今已測試的條件中，T1可為數秒，T2的範圍可為5秒至10分鐘，並且T3可大於一個小時。
使用電漿在夾取期間介於電壓反向事件之間的週期(ton)小於因電漿電荷遷移(T2)、或因ESC介電質內電荷遷移(T3)失去夾取之時間，並且大於建立晶圓極化電荷的時間(T1)。
由一極性轉變至另一極性的時間(電壓反向時間ts)可比Kellerman等人之方法(第6,947,274號美國專利)中所揭示的晶圓影響時間或晶圓脫逸時間還長。切換時間週期亦實質比Kellerman等人或Horwitz及Boronkay之交流電壓方法(第5,103,167號美國專利)中所揭示者還長，以致在我們的方法中，大部分時間都具有固定的夾取電壓。電壓反向時間ts應比T1或T2任一者還短，及較佳是比這些時間中較短者短很多。
在絕緣晶圓上蝕刻非絕緣層時，我們已發現可使用穩態電壓直到此層已完成蝕刻，並且接著必須使用電壓反向。可將漏自晶圓後方的漏氦率當作轉變點的敏感指標，理由是其在非絕緣層澄清(clear)時升高至10%。也可將光學技術當作指標，例如：光發射光譜學、反射量 測術、分光反射比、或干涉法。若未使用電壓反向，即使背面壓力相對低(小於400Pa)，基材也會脫離。
電壓可用有規律的方式切換，但這並非重 點，並且施加這兩種極性的時間的確無需相等，雖然實際上這樣是較佳的。
由於電漿本質具有整流性，已知晶圓表面 可獲得直流補償電壓。這若有測量或估測手段(例如使用導電測試晶圓)，則ESC電壓可自接地補償一類似量。
我們也已看到組合機械及靜電夾取對絕緣 晶圓的某些優點。機械夾取對增加的熱轉移(範圍為1000Pa至2000Pa)允許增加的背面氣體壓力，而靜電夾取力易於令晶圓平貼工作台。這使晶圓底下的間隙更均勻，並且使跨佈晶圓區域之熱轉移更均勻。
晶圓與卡盤介面中表面電荷遷移的重要性係藉由在晶圓週圍選用邊緣環予以強調，較佳是在晶圓表面上面突出0.5毫米(mm)至3mm的距離。使用此環時，可延長切換事件之間的時間，表明至少在晶圓邊緣引進某些電荷。
本文所述的方法也可應用於能夠持固多個晶圓的等效ESC設計。
1‧‧‧電漿處理室
2‧‧‧氣密罩
3‧‧‧處理工作台
4‧‧‧上壁
5‧‧‧感應線圈
6、8‧‧‧電力源
7‧‧‧開口
10‧‧‧控制系統
20‧‧‧射頻驅動式工作台
22‧‧‧嵌埋式冷卻通道
23‧‧‧供應管
24‧‧‧絕緣層
26、28‧‧‧電極
30‧‧‧晶圓
32、34‧‧‧電源供應器
40‧‧‧邊緣環
41‧‧‧凹槽
42、43‧‧‧上表面
46‧‧‧上環形區段
根據本發明之電漿處理裝置及方法其某些實施例現將引用附圖描述，其中：第1圖係電漿處理裝置的示意圖，其包括靜電夾取工 作台；第2圖更加詳述靜電夾取工作台的結構；第3A圖說明典型的外施電壓波形；第3B及3C圖說明施加至各別組電極之一對電壓波形的第一實施例，其顯示電漿接通期間改進成用以補償電漿直流偏壓的靜電夾取電壓；第3D圖說明施加至各別組電極之一對電壓波形的第二實施例，其具有另外的相移，該相移令一電壓相對另一電壓延遲轉變；第4至8圖係ESC之示意圖，其支撐晶圓並顯示典型夾取電荷在製程不同階段的位置；第9及10圖說明氦流率在所需電壓波形測定期間與時間的關係；第11至14圖根據本發明之一實施例，以圖形方式說明先前技術的問題以及夾取期間氣體流量及溫度隨時間的變動關係；以及，第15及16圖為類似於第2圖的圖示，並且說明兩個包括邊緣環之電漿處理裝置實施例。
第1圖說明電漿處理室1的主要組件，包括氣密罩2，其內安裝處理工作台3。氣體係透過罩體2的上壁4供應，並且係經由耦接至電力源6並合圍罩體2上部之感應線圈5轉換成電漿。
電漿氣體係在泵動作用下，經由罩體2其下 壁中的開口7提取。
工作台3與射頻電力的來源8耦接(頻率典 型為13.56百萬赫茲(MHz))，並且設有ESC夾取電壓，以及用於晶圓背面熱轉移之氣體供給(第1圖未顯示，但下文有描述)。
電力源6、8係連接至控制系統10。
使用時，將晶圓(圖未示)置於工作台3上。
製程氣體流經電漿源(製程氣體離子化及解離處)，並且經由與工作台3上之晶圓接觸而傳遞至出口埠7。工作台正常是利用射頻電力驅動(頻率通常是13.56MHz)，並且設有ESC夾取電壓及用於晶圓背面熱轉移之氣體供給。
第2圖更詳細說明ESC工作台3。其包含習知的射頻驅動式工作台20，嵌埋式冷卻通道22及上介電質、絕緣層24。此層典型係由礬土、石英、聚亞醯胺或類似材料製成。兩組指叉式電極26、28係嵌埋於該層24內。(僅顯示及標示某些電極26、28。)
介電質晶圓30係顯示於絕緣層24上，其已使用收放式起銷(圖未示)置於該層上。電極26、28係藉由層件24的絕緣材料與晶圓30隔離，該絕緣材料亦使電極與下層底座20絕緣。ESC電極26、28係經由電氣饋通(以虛線表示)，連接至一或多個電源供應器34、32，電源供應器轉而由控制系統10(第1圖)控制。有兩個ESC電極的獨立受電組26及28，標準情況下具有電位或極性相反的 相鄰導電軌。然而，單一電源供應器屬於選用性質，其中任一接端相對於接地都可為正性或負性。
用以維持晶圓背面壓力的氦係經由伸穿工 作台20及層件24的供應管23，予以供應到介於晶圓30與層件24之間的區域內。
使用時，係將電壓施加至一組互連電極(例 如：26)，並且該電壓的極性係週期性反向(介於+V與-V之間)，如第3A圖所示。於此同時，係將另一電壓施加至另一組互連電極(例如：28)。施加至各電極28的電壓通常具有相同大小，但相對於各電極26的極性則相反。為了易於討論，施加穩態電壓期間的時間係標示為ton，並且電壓由一極性切換成另一極性期間的時間係標示為ts。
第3B及3C圖顯示施加至各別組電極26、 28之一對相反電壓波形的特定實施例。如圖所示，電壓的相位的確有改變，但卻是在+3000伏特(V)與-3000V之間以相反方式呈現。同樣繪製的是在電漿接通期間的直流偏壓補償。
起先在電極26以正電位+V並在電極28以 負電位-V於相鄰電極26、28(第4圖)之間施加電壓時，極化電荷出現在晶圓30的下表面，負性ESC電極28附近則出現正性表面電荷，反之亦然。這樣會生成夾取力。建立此初始夾取的時間其等級為數秒，係由基材的材料本質來支配。
在一般範圍為10秒至100秒之一段時間週 期內，電荷開始從電漿遷移至介於晶圓與30與ESC 24(第5圖)之間的介面。正性離子將抽向更負性的ESC電極28，而電子則朝向更正性的電極26。預期饋穿電荷更可能為電子(e-)，行動性更佳，且圖示假設進行支配的是電子饋穿。這種論點在這裡也套用到極性。這些饋穿電荷傾向屏蔽ESC電場，以致晶圓30中不再生成極化電荷，並且將隨著出現充分屏蔽而失去夾取。
當電壓反向時(ts，並且在第6圖表示的是當電壓為零時的狀況)，極化電荷及饋穿邊緣電荷皆在切換期間至少部分固定其位置。邊緣區維持夾取未作用，而延遲嵌埋電極之電荷狀態改變的晶圓極化則實質維持中央區裡的夾取力。
當ESC極性完全反向(第7圖)時，邊緣與中央區的夾取力角色反轉。在中央區裡，任何殘餘的極化電荷都傾向降低局部ESC電極的功效，並且縮小此區的夾取力。然而，饋穿電荷在邊緣將傾向加強ESC電壓，強化晶圓中極化電荷之形成，並且傾向於促進在邊緣建立的夾取力。
時間又多走一段之後(第8圖)，邊緣饋穿電荷將因ESC極性變化而遭到逐出，並且中心區極化反向，建立與初始夾取後類似的狀況，但極性呈反向。
有必要在邊緣電荷饋穿或大量電荷持續遷移造成鬆夾現象之前，並且在ESC電壓瞬間移除時維持充分夾取力之充分晶圓極化出現之後，將極性反轉。可將氦 背面氣體洩漏升高用於通知必需切換極性。相較於邊緣電荷或晶圓極化特性時間常數之較短者，極性反向的持續時間必須更短。
經由以上討論，還要測定電壓波形的形式。實際上，這項測定將利用測試晶圓，ton及ts的產生值係由控制系統儲存，其接著可控制電壓源以產生所需波形。
ts及ton的設定係遵循以上所定義之T1、T2、以及T3的測定。
為了測定T1，在一個較佳實施例中，進行下列步驟：
1.在沒有電漿的穩態電壓下夾取晶圓，並且以低漏氦流量(低於2sccm)建立範圍由5托至15托的壓力，典型為背面壓力。
2.在一時段之後，夾取電壓歸零，並且在下一分鐘觀察漏氦流量。
3.該時段隨著反覆進行之夾取事件變化，直到確立該最小夾取電壓供電時間為止，於此時，該氦流量在移除該夾取電壓之後，於兩秒內增加不大於20%。這界定晶圓中出現足以在電壓切換期間將其持固之極化電荷的時間。使用電漿夾取期間電壓反向事件之間的週期等於或大於這個時間週期。
第10圖中有例示，其中係在無電漿下施加5秒之穩態夾取電壓，接著將夾取電壓歸零。(第10圖中時間為0處。)兩秒內失去夾取。
為了測定時間T2，在一個較佳實施例中，進行下列步驟。
1.晶圓在穩態電壓下遭到夾取，並且進行電漿放電。觀察氦流量直到其急劇上升(表示完全失去夾取)，或流量提升超過20%(表示失去部分夾取)：留意時間
2.極性反向反覆進行測試。再次留意時間。可能會有不同，因為邊緣處不同部分之靜電卡盤電極可具有一極性，其傾向於吸引或排斥更多在介面饋穿的移動電荷。
3.使用的切換時間係選擇為小於這兩個時間之較小者。
第9圖有例示，其係關於氬(Ar)電漿(50sccm Ar、3毫托、2000瓦(W)ICP、100W RIE)。氦壓力為10托。本例中的流量在200秒內提升25%。
為了測定T3，在沒有電漿下，以10托之氦背面壓力施加1小時的穩態夾取電壓。未觀察到氦流率有顯著變化，表示此例的T3大於1小時，並且ESC內的電荷遷移在此例中未限制切換時間。
在此特定實施例中，電壓切換之間的時間(ton)應該小於T2，其小於200秒(部分失去夾取)且較佳是小於40秒(這個時間的20%)，但大於5秒(用以建立極化電荷的時間T1)。邊緣電荷遷移時間常數在此例中，短於絕緣體主體中橫向電荷遷移所致失去夾取的時間常數(大於1小時)。
用以在一極性與另一極性之間切換的時間(ts)應該小於2秒(失去晶圓極化電荷)，及較佳為小於0.4 秒(這個時間的20%)。邊緣電荷遷移在此例有較長的時間常數，並且未限制電壓反向的週期。
我們已發現，在某些例子中，使用一對如 第3B及3C圖所示一起精確變化的電壓波形，在晶圓邊緣電荷洩漏有限的情況下，會導致某些問題。為了減輕這個問題，我們已開發出使用改進之成對波形，其中係在兩個波形之間引進相移。其中一實施例在第3D圖中表示。其優點在於，一通道在切換時，另一通道不切換，以致在切換過程期間呈現單極夾取力。較佳的是比切換時間還長的相移。例如，我們已在20秒全週期內使用3秒的相移，其中切換時間小於0.5秒。
藉由至少在工作台，且較佳是在晶圓週圍 提供邊緣環，有可能改進，且尤其是延展時間T2，用以防護處理工作台20免遭電漿破壞。這些邊緣環的兩個實施例係分別顯示於第15及16圖中。在第15圖中，邊緣環40圍繞工作台20中的絕緣層24及凹槽41延展，並且具有與絕緣層24其上表面43齊平的上表面42。邊緣環40係安裝於絕緣層24附近，而晶圓30則在一部分邊緣環40上延展。
在第16圖所示的實施例中，提供具有上環形區段46的邊緣環42，上環形區段46較佳是以範圍0.5mm至3mm的量在晶圓30層上方突出。相較於第15圖所示的版本，這種形式的邊緣環可將時間T2延展至長達4倍。邊緣環減少電荷在晶圓邊緣處的進入。
時間延展量實際上必須與晶圓邊緣蝕刻均勻性作取捨，原因是過高的邊緣環會抑制晶圓邊緣的蝕刻速率。
邊緣環可屬於導電性或介電性。
第11圖是一張(曲線)圖，其顯示使用現有先前技術以10托氦(He)背壓力導致的問題。
起先，製程開始時看到高He流量。原因在於罩覆晶圓提升機制用的處理工作台下面的體積填充。與晶圓夾取沒有關係。在初始He流量尖峰之後，達到穩態，穩態期間的夾取令人滿意。進入穩態某些時間之後，He流率開始提升。這個時間係定義為第11圖中的漏氦時間。晶圓最終將在250秒左右之後脫離。
藉由利用本創新方法，可成功夾取以令晶圓維持數小時運作。第12圖是張(曲線)圖，其顯示以10托背面壓力進行30分鐘藍寶石晶圓處理的氦流量及壓力。
也以750片晶圓之馬拉松式運轉進行60個RF小時的夾取可靠度測試。第13圖是以馬拉松期間取得之樣本，描繪每片晶圓的平均氦流量。
由此可見，整個測試的氦流量的確維持低於2sccm。
第14圖是數據圖，其顯示以處理時間為函數之藍寶石晶圓溫度。由此可見，晶圓與ESC之間的溫差在達到穩態後實質保持固定。

Claims (18)

  1. 一種在電漿處理期間以靜電方式將介電質晶圓夾取至處理工作台之方法，該工作台中嵌埋有指叉式電極，該方法包含將相反之第一與第二極性之各別電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發極性與該各別下層電極相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該工作台；並且，在預定時間(ton)之後，令該電壓的極性反向，以延續該極化電荷及靜電夾取，其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一與第二預定量實質相同。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該時間T2及T3是在測試晶圓上藉由實驗測定。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該第一與第二預定量係藉由在恆壓下，於該工作台與該晶圓或測試晶圓之間注入氣體予以界定，該第一與第二預定量對應於氣體流量已增加一或多個各別預定量(例如20-25%)時的條件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中用於與該氣體流量之量作比較之該初始條件包含範圍為5托至15托之氣體壓力、以及小於2SCCM之氣體流量。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該氣體包含氦。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該時間(T1)係藉由以下步驟測定：i.在沒有電漿的穩態電壓下夾取晶圓，並且確立(背面)氣體壓力，較佳範圍為5托至15托，且具有低氣體洩漏流量(較佳為小於2sccm)；ii.在一時段之後，該夾取電壓歸零，並且在下一分鐘觀察該氣體洩漏流量；iii.該時段隨著反覆進行之夾取事件變化，直到確立該最小夾取電壓供電時間為止，於此時，該氣體流量在移除該夾取電壓之後，於兩秒內增加不大於20%。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該時間(T2)係藉由下列步驟測定：i)在穩態電壓下夾取該晶圓或測試晶圓，進行電漿放電，並且留意該晶圓與該基材分離該第一預定量之第一時間；ii)重複步驟i)，但利用反向的極性電壓，並且留意該晶圓與該基材分離該第一預定量之第二時間；以及iii)選擇該第一與第二時間之較低者為T2。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該時間(T3)係藉由以下步驟測定：在沒有電漿下，以(例如)10托之氣體(背面)壓力，施加穩態夾取電壓，並且監視氣體流量直到該晶圓與該工作台分離為止。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該電壓的極性係以一相位偏移反向。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該晶圓之底座材料包含藍寶石、石英、玻璃或碳化矽。
  12. 如申請專利範圍第1或2項中所述之方法，其中該晶圓在絕緣底座上包含非絕緣層。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其復包括在該晶圓週圍提供邊緣環，且較佳地突出於該晶圓表面之上。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其復包括測定或估測該晶圓所獲得之直流補償電壓，並且藉由該補償電壓，補償從接地施加至該電極之電壓。
  15. 一種電漿處理裝置，其包括電漿產生室，該電漿產生室內提供處理工作台，該處理工作台具有嵌埋之指叉式電極，並且介電質晶圓於使用時係置於其上；與該指叉式電極耦接之電壓源；以及控制系統，該控制系統係以程式控制該電壓源，將相反之第一與第二極性之各別電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發各別與該下層電極極性相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該工作台；並且在一預定時間(ton)之後，令該電壓之極性反向，以延續該極化電荷與靜電夾取，其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其係適於進行如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之方法。
  17. 一種在記錄媒體上產生並且儲存指令的方法，該指令係提供予如申請專利範圍第15項或第16項所述之電漿處理裝置之控制系統使用，該方法包含將相反之第一與第二極性之各別電壓施加至相鄰電極，其中係在該晶圓中誘發極性與該各別下層電極相反之極化電荷，藉此以靜電方式將該晶圓夾取至該工作台；並且在一預定時間(ton)之後，令該電壓之極性反向，以延續該極化電荷及靜電夾取，其特徵在於：i)各該第一與第二極性的該供電時間(ton)係預選為a)大於在該晶圓中產生充分極化電荷的所需時間(T1)，使得該晶圓係在撤回夾取電壓之後，以所需壓力持固至少2秒，b)在穩態電壓及電漿下，小於用以令該晶圓與該工作台分離第一預定量之時間(T2)，以及c)在外施電壓施加完成後，於沒有電漿的情況下，小於令該晶圓與該基材分離第二預定量之時間(T3)；以及其中ii)該第一與第二極性之間的切換時間(ts)小於該時間(T1)並小於2秒。
  18. 一種儲存指令的記錄媒體，該指令係藉由如申請專利範圍第17項所述之方法產生。
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