TWI725406B

TWI725406B - 電漿蝕刻方法及裝置

Info

Publication number: TWI725406B
Application number: TW108111038A
Authority: TW
Inventors: 江文鵬
Original assignee: 台灣茂矽電子股份有限公司
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2021-04-21
Also published as: TW202036644A

Abstract

本案提供一種電漿蝕刻方法，包含如下步驟。首先，將靜電吸盤置於反應室中，並設置虛擬基材於靜電吸盤上。接著，不提供直流電源至靜電吸盤，最後，提供射頻電壓至靜電吸盤，以中和消除自由電荷。

Description

電漿蝕刻方法及裝置

本案係關於一種電漿蝕刻方法，尤指一種電漿蝕刻方法及裝置。

於現有之變壓耦合式電漿 (transformer coupled plasma, TCP) 蝕刻技術中，通常利用上部線圈產生電磁場，並於下電極施加射頻偏壓，藉此產生用以蝕刻晶圓的高密度電漿。而為使電漿密度均勻及提升晶圓之良率，需搭配靜電吸盤 (electrostatic chunk, ESC)，並輔以背面氦氣冷卻 (backside helium cooling) 系統，以固定晶圓並準確控制晶圓上之各區域溫度及電漿之密度。

其中，靜電吸盤用以承載晶圓，並通過控制靜電吸盤接收高壓直流電源與否，來完成對晶圓之吸放作用。具體而言，於反應室中，當靜電吸盤接收高壓直流電源時，靜電吸盤之表面產生極化電荷及自由電荷，進而產生電場，而後電場於晶圓上(與靜電吸盤之接觸面上)產生相反之極化電荷，藉此使靜電吸盤吸附晶圓。當蝕刻完成後，靜電吸盤停止接收高壓直流電源，釋放極化電荷，從而消除靜電吸盤與晶圓間之吸附，以便將晶圓傳出反應室。

然而，現有技術中，僅利用接地釋放極化電荷中之正電荷，並未對自由電荷及極化電荷中之負電荷進行處理。此外，TCP蝕刻技術中所施加之射頻偏壓增加了自由電荷的不確定性，當射頻偏壓的電壓值越高，或施加射頻偏壓的時間越長時，則自由電荷的殘留量越高。殘留之自由電荷及極化電荷可能導致晶圓於蝕刻完成後仍被靜電吸盤吸附而無法傳出反應室，進而造成晶圓黏片、掉片甚至破片，不但影響生產，也增加保養維修之人力及成本。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術之電漿蝕刻方法及裝置，實為目前迫切之需求。

本案之目的在於提供一種電漿蝕刻方法及裝置，通過將靜電吸盤之正負極皆接地，完全釋放靜電吸盤上之極化電荷之正負電荷。此外，在不提供直流電源至靜電吸盤，且靜電吸盤上未設置基材之情況下，提供射頻電壓至靜電吸盤，以消除靜電吸盤上之自由電荷。藉此，可防止靜電吸盤與基材之間因殘留之電荷而產生吸附作用，從而避免基材黏片、掉片甚至破片，以減少保養維修之人力及成本。

為達上述目的，本案提供一種電漿蝕刻方法，包含如下步驟。首先，將靜電吸盤置於一反應室中，並設置基材於靜電吸盤上。接著，提供直流電源至靜電吸盤，以形成第一極化電荷及自由電荷於靜電吸盤上，並形成第二極化電荷於基材上，其中第一極化電荷與第二極化電荷之極性係相反。接著，停止提供直流電源至靜電吸盤。接著，電漿蝕刻基材。而後，提供射頻電壓至靜電吸盤，以中和消除自由電荷。最後，使靜電吸盤接地，以消除第一極化電荷。

為達上述目的，本案更提供一種電漿蝕刻裝置，包含反應室、靜電吸盤、電源供應器、接地端及射頻源。反應室係架構於容納電漿。靜電吸盤設置於電漿室中，並具有表面供基材放置。電源供應器連接於靜電吸盤，且架構於輸出直流電源至靜電吸盤，以形成第一極化電荷及自由電荷於靜電吸盤上，並形成第二極化電荷於基材上，其中第一極化電荷與第二極化電荷之極性係相反。接地端係選擇性地連接於靜電吸盤，並架構於在連接於靜電吸盤時消除第一極化電荷。射頻源連接於靜電吸盤，架構於輸出射頻電壓至靜電吸盤，以中和消除自由電荷。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案之範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖係為本案較佳實施例之電漿蝕刻裝置的示意圖。如第1圖所示，本案較佳實施例之電漿蝕刻裝置1包含反應室11、靜電吸盤12、電源供應器13、接地端14及射頻源15。反應室11係架構於容納電漿。靜電吸盤12設置於反應室11中，並具有一表面121供基材16放置。電源供應器13連接於靜電吸盤12，且電源供應器13係架構於輸出高壓(低流)之直流電源至靜電吸盤12，以形成第一極化電荷及自由電荷於靜電吸盤上，並進而形成電場，電場於基材16上(與靜電吸盤12之接觸面上)形成第二極化電荷，其中第二極化電荷與第一極化電荷之極性係相反，亦即，若第一極化電荷為正電荷，則第二極化電荷為負電荷，反之，若第一極化電荷為負電荷，則第二極化電荷為正電荷。藉此，通過極性相反之第一極化電荷及第二極化電荷，基材16可被吸附於靜電吸盤12上。基材16可為例如但不限於晶圓。接地端14係選擇性地連接於靜電吸盤12，當接地端14連接於靜電吸盤12時，靜電吸盤12可經由接地端14釋放第一極化電荷，從而完整消除靜電吸盤12上之第一極化電荷。射頻源15連接於靜電吸盤12，且射頻源15係架構於輸出射頻電壓至靜電吸盤12，配合上部射頻電壓產生電漿對基材16蝕刻，並於電源供應器13停止提供直流電源至靜電吸盤12，且靜電吸盤12上未設置基材16之前提下，利用射頻電壓中和消除靜電吸盤12上之自由電荷。

利用電漿蝕刻裝置1對基材16進行蝕刻之過程係示例說明如下。首先，將靜電吸盤12設置於反應室11，並將基材16設置於靜電吸盤12上。接者，靜電吸盤12接收直流電源，以形成第一極化電荷及自由電荷於靜電吸盤12上，並形成第二極化電荷於基材16上(與靜電吸盤12之接觸面上)，通過極性相反之第一極化電荷及第二極化電荷，靜電吸盤12吸附基材16。接著，電漿蝕刻基材16。於蝕刻完成後，靜電吸盤12停止接收直流電源並依需求調整其正負極電連接於接地端14的時間，以釋放並消除靜電吸盤12上之第一極化電荷，最後，將蝕刻完成之基材16送出反應室。藉此，在蝕刻完成後，可消除基本靜電吸盤12上之第一極化電荷，確保基材16不會被吸附於靜電吸盤12，有效防止黏片、掉片及破片等情況之產生，並減少保養維修之人力及成本，亦可間接提升產能。

此外，重點在於，當進行多次蝕刻後，靜電吸盤12上殘留之電荷逐漸增加，通過將靜電吸盤12接地難以完全消除。在此情況下，可於電源供應器13停止提供直流電源至靜電吸盤12，且靜電吸盤12上未設置基材16時(例如但不限於進行蝕刻前)，將射頻電壓施加於靜電吸盤12上，如此一來即可完全消除因蝕刻中產生之自由電荷，避免之後的基材黏片、掉片甚至破片。於一些實施例中，電漿蝕刻設備在靜電吸盤12上未設置基材16時不進行運作，故需於靜電吸盤12上設置虛擬基材，方能使電漿蝕刻設備持續運作，以便施加射頻電壓於靜電吸盤12上。

第2圖係為顯示第1圖之電源供應器之電路結構的示意圖。如第2圖所示，於一些實施例中，電源供應器13包含開關131及電源132，電源132包含正負極，其中電源132係架構於輸出直流電源。通過控制開關131，可選擇性延長將靜電吸盤12電連接於電源132或接地端14的時間，對應地，可形成靜電吸盤12上之第一極化電荷及自由電荷，抑或是消除靜電吸盤12上之第一極化電荷。此外，可視實際需求調整靜電吸盤12電連接於接地端14的時間長度，從而確保完整消除靜電吸盤12上之第一極化電荷。

第3圖係為顯示第1圖之靜電吸盤、電源供應器及射頻源間的連接關係的示意圖。如第3圖所示，靜電吸盤12具有第一電極 (donut) 122 及第二電極 (base) 123，第一電極122及第二電極123連接於電源供應器13及射頻源15。第一極化電荷之正電荷位於第一電極122中，第一極化電荷之負電荷位於第二電極123中，而自由電荷可位於第一電極122及第二電極123中，且自由電荷包含正電荷及負電荷。

第4圖係為顯示射頻電壓中和消除靜電吸盤上之自由電荷的示意圖。如第4圖所示，自由電荷包含正電荷124及負電荷125，且靜電吸盤12上之自由電荷無法經由接地進行消除，故本案之電漿蝕刻裝置1係利用射頻源15輸出射頻電壓至靜電吸盤12，透過具正弦波形之射頻電壓中和靜電吸盤12上之自由電荷 (正電荷124及負電荷125)，以防止自由電荷殘留而導致靜電吸盤12持續吸附基材16。

第5圖係為本案較佳實施例之電漿蝕刻方法的流程圖。本案較佳實施例之電漿蝕刻方法適用於第1圖所示之電漿蝕刻裝置1。如第5圖所示，電漿蝕刻方法包含如下步驟。

首先，將靜電吸盤12置於反應室11中，並設置基材16於靜電吸盤12上，並提供直流電源至靜電吸盤12 (步驟 S1)，其中，係通過提供直流電源至靜電吸盤12，以形成第一極化電荷及自由電荷於靜電吸盤12上，並形成第二極化電荷於基材16上，其中第一極化電荷與第二極化電荷之極性係相反，藉此使靜電吸盤12吸附基材16。

接著，停止提供直流電源至靜電吸盤12， (步驟 S2)。

接著，電漿蝕刻基材16 (步驟 S3)。

而後，提供射頻電壓至靜電吸盤12，以中和消除自由電荷(步驟 S4)，於施加射頻電壓時，電源供應器13須停止輸出直流電源，且靜電吸盤12上不可放置基材16。於一些實施例中，需於靜電吸盤12上設置虛擬基材，使電漿蝕刻設備持續運作，以便提供射頻電壓至靜電吸盤12。

最後，使靜電吸盤12接地，以消除第一極化電荷 (步驟 S5)，其中，係將靜電吸盤12之第一電極122及第二電極123接地。

於一些實施例中，進行電漿蝕刻時，僅執行步驟S1、S3及S5，而在多次蝕刻後，靜電吸盤12上之自由電荷逐漸累積，且無法透過步驟S5消除時，係執行步驟S2、S4以中和消除靜電吸盤12上之自由電荷。

綜上所述，本案提供一種電漿蝕刻方法及裝置，通過將靜電吸盤接地，完全釋放靜電吸盤上之極化電荷。此外，更提供射頻電壓至靜電吸盤，以中和消除靜電吸盤上之自由電荷。藉此，可防止靜電吸盤與基材之間因殘留之電荷而產生吸附作用，從而避免基材黏片、掉片甚至破片，以減少保養維修之人力及成本。

須注意，上述僅是為說明本案而提出之較佳實施例，本案不限於所述之實施例，本案之範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

1:電漿蝕刻裝置 11:反應室 12:靜電吸盤 121:表面 122:第一電極 123:第二電極 124:正電荷 125:負電荷 13:電源供應器 131:開關 132:電源 14:接地端 15:射頻源 16:基材

第1圖係為本案較佳實施例之電漿蝕刻裝置的示意圖。

第2圖係為顯示第1圖之電源供應器之電路結構的示意圖。

第3圖係為顯示第1圖之靜電吸盤、電源供應器及射頻源之間的連接關係的示意圖。

第4圖係為顯示射頻電壓中和消除靜電吸盤上之自由電荷的示意圖。

第5圖係為本案較佳實施例之電漿蝕刻方法的流程圖。

1:電漿蝕刻裝置

11:反應室

12:靜電吸盤

121:表面

13:電源供應器

14:接地端

15:射頻源

16:基材

Claims

一種電漿蝕刻方法，包含：將一靜電吸盤置於一反應室中，並設置一基材於該靜電吸盤上；提供一直流電源至該靜電吸盤，以形成一第一極化電荷及一自由電荷於該靜電吸盤上，並形成一第二極化電荷於該基材上，其中該第一極化電荷與該第二極化電荷之極性係相反；停止提供該直流電源至該靜電吸盤；電漿蝕刻該基材；提供一射頻電壓至該靜電吸盤，以中和消除該自由電荷；以及使該靜電吸盤接地，以消除該第一極化電荷。
如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻方法，其中在提供該射頻電壓至該靜電吸盤之步驟中，停止提供該直流電源至該靜電吸盤，且已移除該靜電吸盤上之該基材。
如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻方法，其中該射頻電壓之波形為一正弦波。
如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻方法，其中於使該靜電吸盤接地之步驟中，係將該靜電吸盤之一第一電極及一第二電極接地。
如申請專利範圍第1項所述之電漿蝕刻方法，其中該基材為一晶圓。
一種電漿蝕刻裝置，包含：一反應室，架構於容納一電漿；一靜電吸盤，設置於該電漿室中，並具有一表面供一基材放置；一電源供應器，連接於該靜電吸盤，架構於輸出一直流電源至該靜電吸盤，以形成一第一極化電荷及一自由電荷於該靜電吸盤上，並形成一第二極化電荷於該基材上，其中該第一極化電荷與該第二極化電荷之極性係相反；一接地端，選擇性地連接於該靜電吸盤，架構於在連接於該靜電吸盤時消除該第一極化電荷；以及一射頻源，連接於該靜電吸盤，架構於輸出一射頻電壓至該靜電吸盤，以中和消除該自由電荷。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中在該射頻源輸出該射頻電壓至該靜電吸盤時，該電源供應器停止輸出該直流電源至該靜電吸盤，且該靜電吸盤上不放置該基材。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中該射頻電壓之波形為一正弦波。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中在該接地端連接於該靜電吸盤時，該電源供應器停止輸出該直流電源至該靜電吸盤。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中該基材為一晶圓。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中該電源供應器包含一開關及一電源，該電源係架構於輸出該直流電源，該靜電吸盤經由該開關之切換操作而連接於該接地端或該電源。
如申請專利範圍第6項所述之電漿蝕刻裝置，其中該靜電吸盤包含一第一電極及一第二電極，該第一電極及該第二電極電連接於該電源供應器及該射頻源，其中，該第一極化電荷之正電荷位於該第一電極中，該第一極化電荷之負電荷位於該第二電極中，該自由電荷位於該第一電極及該第二電極中。