專利名稱：等離子腔室中用于基板夾持的設(shè)備與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例大體上有關(guān)于一種用以處理半導(dǎo)體基板的設(shè)備與方法。更特別
地，本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)于一種用在等離子腔室中的靜電夾具(electrostatic chuck)。
背景技術(shù)：
等離子增強(qiáng)工藝，例如等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝、高密度等離子 化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)工藝、等離子沉浸離子植入(plasma immersion ion implantation, P3I)工藝、以及等離子蝕刻工藝，在半導(dǎo)體處理中已經(jīng)變得重要。
等離子對(duì)于制造半導(dǎo)體組件提供了許多優(yōu)點(diǎn)。例如，使用等離子可因低處理溫 度而擁有大范圍的應(yīng)用，等離子增強(qiáng)沉積對(duì)于高深寬比間隙具有良好的填隙能力及 高沉積速率。
等離子處理期間發(fā)生的一問題即是正被處理的基板(特別是一組件基板，即經(jīng) 圖案化的基板)的變形。半導(dǎo)體組件是通過堆棧特定圖案的材料層于半導(dǎo)體基板上 來形成。經(jīng)圖案化的基板在工藝期間可能會(huì)因?yàn)樵诰哂胁煌牧系膶哟沃g的熱膨 脹差異而r彎曲(bow)」，尤其是當(dāng)基板正被加熱時(shí)?；宓膹澢鷷?huì)導(dǎo)致工藝表面 的非均勻性。彎曲基板的側(cè)面與背面會(huì)被處理成使得不僅浪費(fèi)處理材料(用于等離 子處理之前體通常是非常昂貴)且對(duì)于后續(xù)工藝步驟造成了污染及其它問題。
圖1 (習(xí)知技術(shù))繪示在等離子工藝期間的一基板彎曲狀況。等離子反應(yīng)器IO 包含一電極12，電極12經(jīng)由一阻抗匹配電路16連接至一射頻(RF)電源17。 一接 地電極11被建構(gòu)以支撐在其上的基板13。電極12與接地電極11形成一電容式等 離子產(chǎn)生器。當(dāng)適當(dāng)?shù)腞F功率施加至電極12時(shí)，可以從電極12與接地電極11 之間供應(yīng)的任何前體氣體產(chǎn)生一等離子15，以處理基板13?；?3可以被內(nèi)嵌在 接地電極11中的加熱器18所加熱。等離子15在工藝期間也會(huì)加熱基板13。等離 子處理溫度可以介于約25(TC至約45(TC之間。隨著溫度上升，基板13會(huì)彎曲。在 一些情況中，300毫米基板的邊緣會(huì)彎曲高達(dá)0.4毫米。彎曲的基板有時(shí)候被稱為具有高曲率的基板。
基板的彎曲對(duì)于在基板13的組件側(cè)14上的工藝均勻性呈現(xiàn)了挑戰(zhàn)性，其隨著 特征結(jié)構(gòu)尺寸縮小會(huì)變得更加關(guān)鍵。外部裝置(例如靜電夾具或真空夾具)用來在 處理期間保持基板平坦。然而，經(jīng)夾固的基板在等離子工藝期間仍會(huì)因?yàn)榈入x子散 發(fā)的熱而變形。
因此，需要一種用以?shī)A持基板且同時(shí)在等離子工藝期間能維持基板平坦度的設(shè) 備與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明大致上提供用以監(jiān)測(cè)與維持一等離子反應(yīng)器中基板的平坦度的方法與 設(shè)備。
本發(fā)明的特定實(shí)施例提供一種用以處理一基板的方法，其至少包含將該基板 定位在一靜電夾具上；施加一RF功率于該靜電夾具中的一電極以及一反向電極之 間，其中該反向電極設(shè)置成平行于該靜電夾具；施加一DC偏壓至該靜電夾具中的 該電極，以?shī)A持該靜電夾具上的該基板；以及測(cè)量該靜電夾具的一虛擬阻抗。
本發(fā)明的特定實(shí)施例提供一種用以在一等離子工藝期間監(jiān)測(cè)一基板的方法，其 至少包含將該基板定位在具有第一與第二平行電極的一等離子產(chǎn)生器中，其中該 基板被定位在該第一與第二平行電極之間且實(shí)質(zhì)上平行于該第一與第二平行電極； 施加一RF功率于該等離子產(chǎn)生器的該第一與第二平行電極之間；以及通過測(cè)量該 等離子產(chǎn)生器的 一特性來監(jiān)測(cè)該基板。
本發(fā)明的特定實(shí)施例提供一種用以處理一基板的設(shè)備，其至少包含 一靜電夾 具，其包含一第一電極，該第一電極與一DC電源供應(yīng)器連接，其中該靜電夾具具 有一支撐表面用以支撐其上的基板； 一反向電極，其設(shè)置成實(shí)質(zhì)上平行于該靜電夾 具的該支撐表面，其中該反向電極隔開該靜電夾具一距離，該基板被定位在該靜電 夾具與該反向電極之間；一RF電源供應(yīng)器，其用以施加一RF功率于該第一電極 與該反向電極之間；以及一傳感器，其用以測(cè)量該靜電夾具的一特性。


為了能詳細(xì)了解本發(fā)明的特征，通過參照在附圖中所示出的本發(fā)明實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述與簡(jiǎn)要總結(jié)。然而，應(yīng)該注意，附圖僅出示本發(fā)明的典型實(shí) 施例，不應(yīng)用以限定本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明還有其它等效的實(shí)施方式。 圖1 (習(xí)知技術(shù))繪示在等離子工藝期間的一基板彎曲狀況。
圖2繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的PECVD系統(tǒng)的截面圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的等離子處理腔室的側(cè)面圖，其中該等離子處理
腔室具有一靜電夾具。
圖4繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的靜電夾具夾持設(shè)計(jì)的爆炸圖。 圖5為顯示虛擬腔室阻抗的圖表。 圖6為顯示真實(shí)腔室阻抗的圖表。
圖7繪示一圖表，其顯示靜電夾具的虛擬阻抗以及定位在靜電夾具上的基板的 平坦度之間的坐標(biāo)。
圖8繪示一圖表，其顯示虛擬阻抗測(cè)量值以及經(jīng)計(jì)算的靜電夾具的虛擬阻抗斜 率之間的坐標(biāo)。
為了幫助了解，圖式中相同的參照符號(hào)盡可能地用以代表相同的組件?？梢粤?解的是，實(shí)施例中的組件可有效地運(yùn)用在其它實(shí)施例中而無需進(jìn)一步敘述。
主要組件符號(hào)說明
1-4曲線Ml、M2、 M3 曲線
Sl、S2、 S3 直線10等離子反應(yīng)器
11接地電極12電極
13基板14組件側(cè)
15等離子16阻抗匹配電3各
17射頻(RF)電源18加熱器
100PECVD系統(tǒng)102腔室本體
103驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)104腔室蓋
108氣體散布系統(tǒng)112側(cè)壁
116底壁120處理區(qū)域
121基板122信道
123電極124信道
7125 周圍唧筒抽吸溝槽
127 腔室襯里
129 突部
131 排出端口
142 噴灑頭組件
146 面板
148 基部板
150 液體輸送源 162遠(yuǎn)程等離子源
164 唧筒抽吸系統(tǒng)
167 氣體入口岐管
169 氣體入口
173 阻抗匹配電路 175系統(tǒng)控制器 177低通濾波器 200等離子處理腔室
203 底部 210基板支撐件
221 基板
223 電極
228 本體 264真空系統(tǒng)
273 阻抗匹配電路
275 系統(tǒng)控制器
277 濾器(filter)
279 放大器
281 連接件
283 功率源 285溫度傳感器
126 桿
128 靜電夾具
130棒
140 氣體入口信道
144擋板
147冷卻溝槽
149冷卻劑出口
161基板升降梢
163氣體入口
165RF源
168氣體入口
172氣體輸送源
174傳感器
176DC源
178電容
202側(cè)壁
204蓋
220內(nèi)部容積
222介電層
226支撐桿
246面板
265RF源
274傳感器
276功率源
278電容
280電源供應(yīng)系統(tǒng)
282連接件
284溫度控制器
286導(dǎo)電組件288 加熱器 291 延伸夾具
292 多接觸連接件293 RF條
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明大體上提供了用以在等離子反應(yīng)器中監(jiān)測(cè)且維持正被處理基板的足夠 平坦度的方法與設(shè)備，其中該等離子反應(yīng)器具有一具平行電極的等離子產(chǎn)生器。
圖2繪示#^居本發(fā)明的一 PECVD系統(tǒng)100的截面圖。類似的PECVD系統(tǒng)被 描述在美國(guó)專利US5，855,681、 US6,495，233與US6,364，954中。
PECVD系統(tǒng)100大致上包含一腔室本體102，腔室本體102支撐一腔室蓋104, 腔室蓋104可以通過樞紐接附至腔室本體102。腔室本體102包含界定一處理區(qū)域 120的側(cè)壁112與底壁116。腔室蓋104包含一或多個(gè)穿過其間的氣體散布系統(tǒng)108， 以輸送反應(yīng)物及清潔氣體進(jìn)入處理區(qū)域120。 一周圍唧筒抽吸溝槽125形成在側(cè)壁 112中且連接至一唧筒抽吸系統(tǒng)164,用以從處理區(qū)域120排出氣體且控制處理區(qū) 域120內(nèi)的壓力。兩個(gè)信道122、 124形成在底壁116中。靜電夾具的一桿126穿 過信道122。 一棒130穿過信道124，用以激活基板升降梢161。
一腔室襯里127 (較佳是由陶瓷或類似物制成)設(shè)置在處理區(qū)域120中，以保 護(hù)側(cè)壁112免于腐蝕性處理環(huán)境。腔室襯里127被一突部129支撐，其中該突部 129形成在側(cè)壁112中。數(shù)個(gè)排出端口 131形成在腔室襯里127中。該數(shù)個(gè)排出端 口 131被建構(gòu)以將處理區(qū)域120連接至唧筒抽吸溝槽125。
氣體散布系統(tǒng)108被建構(gòu)以輸送反應(yīng)物與清潔氣體，并且被設(shè)置成穿過腔室蓋 104以輸送氣體進(jìn)入處理區(qū)域120。氣體散布系統(tǒng)108包括一氣體入口信道140, 氣體入口信道140將氣體輸送至一噴灑頭組件142內(nèi)。噴灑頭組件142由一環(huán)狀基 部板148組成，環(huán)狀基部板148具有一擋板144而位在環(huán)狀基部板148與一面板 146之間。
一冷卻溝槽147形成在氣體散布系統(tǒng)108的基部板148中，以在操作期間冷卻 基部板148。 一冷卻入口 148將冷卻劑流體(例如水或類似物)輸送至冷卻溝槽147 內(nèi)。冷卻劑流體經(jīng)由一冷卻劑出口 149離開冷卻溝槽147。
腔室蓋104具有多個(gè)匹配信道，以將氣體從一或多個(gè)氣體入口 168、 163、 169 經(jīng)由一遠(yuǎn)程等離子源162輸送至一氣體入口岐管167,其中該氣體入口岐管167設(shè)置在腔室蓋104的頂部上。PECVD系統(tǒng)100可以包含一或多個(gè)液體輸送源150與 一或多個(gè)氣體輸送源172，其用以提供載氣與/或前體氣體。
靜電夾具128用以支撐且固持正被處理的基板。在一實(shí)施例中，靜電夾具128 包含至少一電極123，其中電壓被施加至電極123以靜電地固定住其上基板。電極 123由一直流(DC)電源供應(yīng)器176提供電力，其中該直流(DC)電源供應(yīng)器176經(jīng)由 一低通濾波器(low pass filter)177連接至電極123。
雖然下文描述且討論一單極性的DC夾具，可以使用任何型式的電極結(jié)構(gòu)及驅(qū) 動(dòng)電壓組合(其允許靜電夾具阻抗的測(cè)量)來操作本發(fā)明。靜電夾具128可以是雙極 性的、三極性的、DC的、叉合的(interdigitated)、帶狀的(zonal)等等。
在一實(shí)施例中，靜電夾具128可移動(dòng)地設(shè)置在處理區(qū)域120中，而被連接至桿 126的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)103所驅(qū)動(dòng)。靜電夾具128可以包含多個(gè)加熱構(gòu)件(例如電阻式構(gòu) 件)，以將其上基板加熱至希望的工藝溫度。替代性地，靜電夾具128可以被一外 部加熱構(gòu)件(例如燈組件)加熱。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)103可以包括多個(gè)線性致動(dòng)器，或馬達(dá) 及縮化傳動(dòng)裝置組件(reduction gearing assembly),以下降或上升處理區(qū)域120內(nèi)的 靜電夾具128。
—RF源165經(jīng)由一阻抗匹配電^各173連接至噴灑頭組件142。噴灑頭組件142 的面板146與電極123 (其可以經(jīng)由一高通濾波器(highpass filter),譬如電容178, 接地)形成了一電容式等離子產(chǎn)生器。RF源165提供RF能量至噴灑頭組件142， 以在噴灑頭組件142的面板146與靜電夾具128之間促進(jìn)電容式等離子的產(chǎn)生。因 此，電極123提供了用于RF源165的接地路徑，以及來自DC源176的電氣偏壓 以能夠靜電地夾持基板。
RF源165可以包含一高頻率射頻(high frequency radio frequency, HFRF)功率源 (例如13.56 MHz RF產(chǎn)生器)以及一低頻率射頻(low frequency radio frequency, LFRF)功率源(例如300 kHz RF產(chǎn)生器)。LFRF功率源提供了低頻率產(chǎn)生以及固 定的匹配構(gòu)件。HFRF功率源被設(shè)計(jì)以與固定的匹配一起使用，并且控制輸送至負(fù) 載的功率，去除了有關(guān)前饋及反射的功率的顧慮。
在特定實(shí)施例中，可以在等離子工藝期間監(jiān)測(cè)被固定在靜電夾具128上的基板 的性質(zhì)。在特定實(shí)施例中，可以在等離子工藝期間監(jiān)測(cè)被固定在靜電夾具128上的 基板的平坦度。在一實(shí)施例中，可以通過測(cè)量具有基板固定其上的靜電夾具128的特性，以監(jiān)測(cè)被固定在靜電夾具128上的基板的平坦度。在一實(shí)施例中，可以測(cè) 量靜電夾具128的阻抗，以監(jiān)測(cè)被固定在其上的基板的平坦度。
在一實(shí)施例中，靜電夾具128的阻抗是由一傳感器174測(cè)量，其中該傳感器 174連接至面板146。在一實(shí)施例中，傳感器174可以是連接在面板146與阻抗匹 配電路173之間的VI探針。傳感器174用以通過測(cè)量由面板146與電極123形成 的電容的電壓及電流，以測(cè)量靜電夾具128的阻抗。
已經(jīng)觀察到的是，面板146與電極123之間的電容是由面板146與電極123 之間的基板121的平坦度來實(shí)現(xiàn)。 一靜電夾具(例如靜電夾具128)在當(dāng)設(shè)置其上 的基板變得較不平坦時(shí)具有增加的電容。當(dāng)基板不平坦時(shí)(例如因?yàn)榈入x子的熱造 成變形)，基板與靜電夾具128之間的氣隙非均勻地分布。所以，靜電夾具中基板 的平坦度變動(dòng)會(huì)造成等離子反應(yīng)器的電容變動(dòng)，其可以由靜電夾具的虛擬阻抗 (imaginary impedance)變動(dòng)來觀'J量。
在等離子工藝期間，設(shè)置在靜電夾具上的基板會(huì)因?yàn)榧訜?、?jīng)沉積的膜所增加 的厚度、夾持功率的損失、或其組合而導(dǎo)致的變形而增加曲率?；宓淖冃螘?huì)增加 工藝的非均勻性。在一實(shí)施例中，正被處理的基板的平坦度可以通過測(cè)量固定住基 板的靜電夾具的虛擬阻抗來監(jiān)測(cè)。在一實(shí)施例中，靜電夾具的夾持電壓可以被調(diào)整， 以修正基板變形。
如圖2所示，傳感器174可以連接至一系統(tǒng)控制器175。系統(tǒng)控制器175用以 計(jì)算且調(diào)整PECVD系統(tǒng)100中正被處理的基板121的平坦度。在一實(shí)施例中，系 統(tǒng)控制器175可以通過監(jiān)測(cè)靜電夾具128的虛擬阻抗來計(jì)算基板121的平坦度或夾 持狀態(tài)。當(dāng)虛擬阻抗的測(cè)量值顯示基板121的平坦度減少時(shí)，系統(tǒng)控制器175會(huì)通 過調(diào)整DC源176來增加夾持功率。在一實(shí)施例中，減少的基板121平坦度可以由 靜電夾具128的負(fù)向增加的虛擬阻抗來顯示。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的等離子處理腔室200的側(cè)面圖，其中該等離子 處理腔室200具有一基板支撐件210。
等離子處理腔室200包含多個(gè)側(cè)壁202、 一底部203、以及一蓋204,以界定 一內(nèi)部容積220。內(nèi)部容積220流體連通于一真空系統(tǒng)264。用以支撐基板221的 一基板支撐件210以及用以供應(yīng)工藝氣體的一面板246或噴灑頭設(shè)置在內(nèi)部容積 220中。一 RF源265經(jīng)由一阻抗匹配電路273連接至面板246。面板246與電極223 (其可以經(jīng)由一高通濾波器(high pass filter),譬如電容，接地)形成了一電容式等 離子產(chǎn)生器。RF源265提供RF能量至面板246,以在面板246與基板支撐件210 之間促進(jìn)電容式等離子的產(chǎn)生。
RF源265可以包含一高頻率射頻(high frequency radio frequency, HFRF)功率源 (例如13.56 MHz RF產(chǎn)生器)以及一低頻率射頻(low frequency radio frequency, LFRF)功率源(例如300 kHz RF產(chǎn)生器)。LFRF功率源提供了低頻率產(chǎn)生以及固 定的匹配構(gòu)件。HFRF功率源被設(shè)計(jì)以與固定的匹配一起使用，并且控制輸送至負(fù) 載的功率，去除了有關(guān)前饋及反射的功率的顧慮。
在此實(shí)施例中，基板支撐件210為在處理期間提供支撐且夾持基板220的靜電 夾具，并且在一實(shí)施例中，靜電夾具為單極性的靜電夾具。基板支撐件210包含一 本體228，本體228耦接至一支撐桿226。本體228可以包含一陶瓷材料，例如氧 化鋁(八1203)、氮化鋁(A1N)、 二氧化硅(Si02)、或其它陶瓷材料。在一實(shí)施例中，基 板支撐件210的本體228被用在介于約-2(TC至約700。C范圍內(nèi)的溫度。
本體228也可以設(shè)置在一介電層222之中，或被涂覆有介電層222。本體228 也包括一 內(nèi)嵌電極288,該內(nèi)嵌電極288可以是一 電阻式加熱器、匣加熱器(cartridge heater)、或類似物，以提供熱至本體228。來自加熱器288的熱接著被傳送至基板 221,以促進(jìn)制造工藝(例如沉積工藝)。加熱器288經(jīng)由桿226連接至一功率源 283，以供應(yīng)功率至加熱器288。加熱器288可以是一網(wǎng)篩(mesh)或一穿孔片，其由 鉬(Mo)、鵠(W)、或其它材料(其具有實(shí)質(zhì)上類似于構(gòu)成本體228的陶瓷材料的膨 脹系數(shù))的材料制成。 一溫度傳感器285內(nèi)嵌在本體228中。在一實(shí)施例中，溫度 傳感器285可以是一熱電耦。溫度傳感器285可以連接至一溫度控制器284,其中 該溫度控制器284提供控制信號(hào)至功率源283以控制本體228的溫度。
基板支撐件210的本體228更包含一電極223,電極223至少對(duì)于射頻(RF)功 率提供一接地路徑。 一些商業(yè)上使用的基板支撐件具有一偏壓電極(未示出)，其 內(nèi)嵌或設(shè)置在基板支撐件的本體中。偏壓電極用以提供電氣偏壓至基板，以促進(jìn)或 提升基板的靜電夾持。如同下文將詳細(xì)地解釋者，偏壓電極被電極223取代，其中 電極223對(duì)于RF功率提供了 一接地路徑，以及提供一電氣偏壓至基板221以能夠 靜電地夾持基板。雖然圖上顯示加熱器288位在電極223下方，電極可以沿著與加熱器288相同 的平面來設(shè)置，或位在加熱器288下方。電極223可以是一網(wǎng)篩(mesh)或一穿孔片， 其由鉬(Mo)、鵠(W)、或其它材料(其具有實(shí)質(zhì)上類似于構(gòu)成本體228的陶瓷材料 的膨脹系數(shù))的材料制成。
電極223連接至一導(dǎo)電組件286。導(dǎo)電組件286可以是棒、管、線、或類似物， 并且可以由鉬(Mo)、鵠(W)、或其它材料(其具有實(shí)質(zhì)上類似于構(gòu)成基板支撐件210 的其它材料的膨脹系數(shù))的材料制成。類似于圖2的電極123，電極223提供RF 源265的一接地路徑，以及一電氣偏壓以能夠靜電地夾持基板。為了提供電氣偏壓 至基板221 ，電極223電氣地連通于一電源供應(yīng)系統(tǒng)280，其中該電源供應(yīng)系統(tǒng)280 提供偏壓至電極223。 DC電源供應(yīng)器280包括一功率源276，其可以是一直流(DC) 功率源以供應(yīng)DC信號(hào)至電極223。在一實(shí)施例中，功率源276為24伏特DC電源， 且電氣信號(hào)可以提供正或負(fù)偏壓。
功率源276可以連接至一放大器279,以將來自功率源276的電氣信號(hào)放大。 經(jīng)放大的電氣信號(hào)經(jīng)由一連接件282行進(jìn)至導(dǎo)電組件286，并且可以行進(jìn)通過一濾 器(filter)277以過濾經(jīng)放大的信號(hào)而移除來自電源供應(yīng)系統(tǒng)280的偏壓的噪聲及/或 任何RF流。提供經(jīng)放大且經(jīng)過濾的電氣信號(hào)至電極223與基板221，以能夠靜電 地夾持基板221。
電極223也作為一 RF接地件，其中RF功率通過一連接件281連接至接地件。 一電容278也連接至接地路徑，以避免偏壓行進(jìn)至接地件。在一實(shí)施例中，電容 278可以在約2000伏特為0.054微法拉第(nF)、 10-15安培。依此方式，電極223 用作為一基板偏壓電極以及一 RF返回電極。
在一實(shí)施例中，腔室阻抗被求值且被監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)基板至基板支撐件210的正 夾持。阻抗可以使用Z-SCANTM商品名的探針、電流/電壓探針或類似物而通過RF 偵測(cè)法來監(jiān)測(cè)，例如監(jiān)測(cè)RF匹配。在一實(shí)施例中，腔室的阻抗是由一傳感器274 來測(cè)量，其中該傳感器274與面板246連接。在一實(shí)施例中，傳感器274可以是一 VI探針，其連接在面板146與阻抗匹配電路273之間。傳感器274可以被建構(gòu)以 通過測(cè)量由面板246與電極223形成的電容的電壓與電流，以測(cè)量靜電夾具210 的阻抗。
已經(jīng)觀察到的是，面板246與電極223之間的電容是由面板246與電極223之間的基板221的平坦度來實(shí)現(xiàn)。 一靜電夾具(例如基板支撐件210)在當(dāng)設(shè)置其 上的基板變得較不平坦時(shí)具有增加的電容。當(dāng)基板不平坦時(shí)(例如因?yàn)榈入x子的熱
造成變形)，基板與基板支撐件210之間的氣隙非均勻地分布。所以，靜電夾具中
基板的平坦度變動(dòng)會(huì)造成等離子反應(yīng)器的電容變動(dòng)，其可以由靜電夾具的虛擬阻抗 變動(dòng)來測(cè)量。
傳感器274可以連接至一系統(tǒng)控制器275。系統(tǒng)控制器275用以計(jì)算且調(diào)整等 離子處理腔室200中正被處理的基板221的平坦度。在一 實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器 275可以通過監(jiān)測(cè)虛擬阻抗來計(jì)算基板221的平坦度或夾持狀態(tài)。當(dāng)虛擬阻抗的測(cè) 量值顯示基板221的平坦度減少時(shí)，系統(tǒng)控制器275會(huì)通過調(diào)整電源276來增加夾 持功率。在一實(shí)施例中，減少的基板221平坦度可以由基板支撐件210的負(fù)向增加 的虛擬阻抗來顯示。
圖4繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的靜電夾具夾持設(shè)計(jì)的爆炸圖。如圖3所述， 基板支撐件210的電極223連接至接地件以對(duì)于RF源265 (其提供用于等離子產(chǎn) 生的RF能量)提供返回路徑，并且也連接至電源供應(yīng)系統(tǒng)280以提供偏壓以靜電 地夾持基板221。電極223連接至導(dǎo)電組件286,其中該導(dǎo)電組件286延伸穿過支 撐桿226。 一延伸夾具291被夾固到導(dǎo)電組件286。 一多接觸連接件292連接至延 伸夾具291。在一實(shí)施例中，多接觸連接件292為銀，其被以黃銅焊接至延伸夾具 291。多接觸連接件292插入一RF條293，其中該RF條293被建構(gòu)以提供一或多 個(gè)電子連接。示范性的多接觸連接件292可以由瑞士的Basel的Multi-Contact AG 獲得。在一實(shí)施例中，連接件281 、 282 (其分別地電子連通于RF源265與電源供 應(yīng)系統(tǒng)280的返回路徑)可以經(jīng)由RF條293連接至導(dǎo)電組件286。
圖5為顯示腔室的虛擬阻抗的圖表，而圖6顯示當(dāng)使用電極223與電源供應(yīng)系 統(tǒng)280時(shí)的真實(shí)腔室阻抗。對(duì)于繪示的結(jié)果，使用一棵硅基板晶圓，以及使用其上 設(shè)置有膜或?qū)硬牧?其使得晶圓變得不平坦或彎曲至距離平坦約IO微米、距離平 坦約300微米、以及距離平坦約400微米)的晶圓。圖表顯示通過隨著時(shí)間增加偏 壓的晶圓的正夾持與平坦化。晶圓的夾持是通過監(jiān)測(cè)腔室阻抗來觀察。當(dāng)腔室的阻 抗為恒定時(shí)，可以觀察到晶圓的正夾持。
具有電極223的基板支撐件210以及電源供應(yīng)系統(tǒng)280使得半導(dǎo)體基板的等離 子處理具有許多優(yōu)點(diǎn)。功率調(diào)整與正夾持可以通過消除或減少由非平坦基^1產(chǎn)生的不利效應(yīng)而增加產(chǎn)能。例如，當(dāng)提供一非平坦基板(諸如下凹或上凸基板)至基板 支撐件210時(shí)，來自功率源276的電氣信號(hào)可以依需要而緩慢地增加，以使基板之 中心或邊緣接觸基板支撐件的接收表面。當(dāng)中心或邊緣被夾持住時(shí)，基板被平坦化 且更加均勻地與基板支撐件溝通(其可以增加所沉積材料的整體厚度均勻性)。當(dāng) 基板從腔室被傳送至腔室而具有變化的彎曲程度時(shí)，也可以加強(qiáng)腔室之間的正規(guī)化
(normalization),由電極223提供的基板的正夾持也通過改善基板與加熱器288之 間的熱溝通而增加了等離子穩(wěn)定性。
圖7繪示一圖表，其顯示靜電夾具的虛擬阻抗以及定位在靜電夾具上的基板的 平坦度之間的坐標(biāo)。圖7的x軸代表時(shí)間。圖7的y軸代表等離子反應(yīng)器中靜電夾 具的虛擬阻抗，其中靜電夾具作為等離子反應(yīng)器的電容式等離子產(chǎn)生器的一電極。 當(dāng)施加RF功率至電容式等離子產(chǎn)生器時(shí)，靜電夾具的虛擬阻抗可以通過VI探針 來測(cè)量。VI探針可以測(cè)量電壓與電流，由此可以利用歐姆定律(Ohm's Law)來計(jì)算 阻抗。
圖7的曲線1繪示當(dāng)定位在靜電夾具上的基板為平坦時(shí)靜電夾具的虛擬阻抗測(cè) 量值。基板的平坦度典型地在處理期間會(huì)改變，除非基板為一棵硅晶圓或基板被靜 電夾具足夠地夾持住。曲線1的虛擬阻抗具有一整體的正斜率。
圖7的曲線2繪示當(dāng)定位在靜電夾具上的基板為弧狀(curved)且沒有施加靜電 夾持到基板時(shí)靜電夾具的虛擬阻抗測(cè)量值。曲線2的虛擬阻抗具有一整體的負(fù)斜 率。
圖7的曲線3繪示當(dāng)定位在靜電夾具上的基板為弧狀(curved)時(shí)靜電夾具的虛 擬阻抗測(cè)量值。靜電夾持被施加到基板直到時(shí)間T。在時(shí)間T,基板被脫離夾持。 曲線3的虛擬阻抗在當(dāng)基板被夾持住時(shí)的時(shí)間T之前具有一正斜率。當(dāng)基板被脫 離夾持時(shí)，曲線3具有一負(fù)斜率。
圖7的曲線4繪示當(dāng)定位在靜電夾具上的基板為弧狀(curved)時(shí)靜電夾具的虛 擬阻抗測(cè)量值。時(shí)間T之前，沒有靜電夾持被施加到基板。在時(shí)間T，基板被夾持。 曲線4的虛擬阻抗在當(dāng)基板沒有被夾持住時(shí)的時(shí)間T之前具有一負(fù)斜率。當(dāng)基板 被夾持之后不久時(shí)，曲線4具有一正斜率。
在一實(shí)施例中，在等離子工藝期間定位在靜電夾具上的基板的平坦度可以通過 計(jì)算靜電夾具的虛擬阻抗的斜率來監(jiān)測(cè)。
15圖8繪示一圖表，其顯示靜電夾具的虛擬阻抗測(cè)量值以及估算的虛擬阻抗斜率 之間的坐標(biāo)。如圖7所示，靜電夾具的虛擬阻抗與在等離子工藝期間被夾持在靜電 夾具上的基板的平坦度相關(guān)。
圖8的曲線M1、 M2、 M3繪示一靜電夾具的虛擬阻抗的傳感器測(cè)量值。在一 實(shí)施例中，虛擬阻抗可以周期性地測(cè)量，并且可以從歷經(jīng)一時(shí)段的測(cè)量值來計(jì)算出 一斜率以減少測(cè)量值噪聲。在一實(shí)施例中，可以使用斜率線性回歸法(Slop Linear Regression)來計(jì)算斜率。如圖8所示，曲線M1、 M2、 M3的測(cè)量值可以被線性回 歸成直線Sl、 S2、 S3。直線Sl、 S2、 S3的斜率大致上提供了設(shè)置在靜電夾具上 的基板的平坦度。線S1具有一正斜率，其顯示基板可能因?yàn)檫m當(dāng)?shù)貖A持而相當(dāng)平 坦。線S2具有一小的負(fù)斜率，其顯示基板的平坦度處于邊界(borderline)。大概需 要增加夾持電壓來減少基板變形。線S3具有一相當(dāng)大的負(fù)斜率，其顯示基板可能 因?yàn)殪o電夾具的不足的夾持而成弧狀(curved)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以使用任何適當(dāng)?shù)姆椒?包括其它數(shù)值方法)以及適當(dāng)?shù)臑V 器來獲得虛擬阻抗的斜率。
雖然本文描述的靜電夾具作為以作為等離子產(chǎn)生器的一接地電極，也可以應(yīng)用 在其它配線(circuiting)。熟習(xí)此技藝的人士可以調(diào)整濾器的電路、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、 與/或傳感器，以測(cè)量靜電夾具的電氣特性。
雖然本文描述一 PECVD系統(tǒng)，本發(fā)明的設(shè)備與方法可以應(yīng)用到任何適當(dāng)?shù)牡?離子工藝。
縱然前述說明著重在本發(fā)明的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明基本范圍下，可以構(gòu)想 出本發(fā)明的其它與進(jìn)一步實(shí)施例，并且本發(fā)明范圍由隨附權(quán)利要求書來決定。
權(quán)利要求
1. 一種用以處理一基板的方法，其至少包含將該基板定位在一靜電夾具上；施加一RF功率于該靜電夾具中的一電極以及一反向電極之間，其中該反向電極設(shè)置成平行于該靜電夾具；施加一DC偏壓至該靜電夾具中的該電極，以?shī)A持該靜電夾具上的該基板；以及測(cè)量該靜電夾具的一虛擬阻抗。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含根據(jù)經(jīng)測(cè)量的該靜電夾具的虛擬阻抗， 而調(diào)整施加至該靜電夾具的該電極的DC偏壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，更包含將該靜電夾具的虛擬阻抗與該基板的平 坦度關(guān)聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，更包含計(jì)算虛擬阻抗歷經(jīng)一時(shí)段的斜率。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，更包含當(dāng)虛擬阻抗的斜率為負(fù)值時(shí)，增加施加 至該靜電夾具的DC偏壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量虛擬阻抗的步驟包含測(cè)量該靜電夾具 的電壓與電流。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中使用連接至該反向電極的VI探針來測(cè)量電 壓與電流。
8. —種用以在一等離子工藝期間監(jiān)測(cè)一基板的方法，其至少包含 將該基板定位在具有第一與第二平行電極的一等離子產(chǎn)生器中，其中該基板被定位在該第一與第二平行電極之間且實(shí)質(zhì)上平行于該第一與第二平行電極；施加一RF功率于該等離子產(chǎn)生器的該第一與第二平行電極之間；以及 通過測(cè)量該等離子產(chǎn)生器的一特性來監(jiān)測(cè)該基板。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，更包含施加一 DC偏壓至該第一平行電極，以 直接地或間接地固定該基板于該第 一平行電極上。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該特性為阻抗。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中使用連接至該等離子產(chǎn)生器的VI探針來 測(cè)量阻抗。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，更包含將經(jīng)測(cè)量的該等離子產(chǎn)生器的虛擬阻 抗與該基板的平坦度關(guān)聯(lián)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，更包含計(jì)算經(jīng)測(cè)量的虛擬阻抗歷經(jīng)一時(shí)段的 斜率，其中一負(fù)斜率顯示基板平坦度的減少。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，更包含施加一足夠的夾持電壓至該第一平行 電極，以獲得希望的基板平坦度。
15. —種用以處理一基板的設(shè)備，其至少包含一靜電夾具，其包含一第一電極，該第一電極與一 DC電源供應(yīng)器連接，其 中該靜電夾具具有一支撐表面用以支撐其上的基板；一反向電極，其設(shè)置成實(shí)質(zhì)上平行于該靜電夾具的該支撐表面，其中該反向 電極隔開該靜電夾具一距離，該基板被定位在該靜電夾具與該反向電極之間；一RF電源供應(yīng)器，其用以施加一RF功率于該第一電極與該反向電極之間；以及一傳感器，其用以測(cè)量該靜電夾具的一特性。
16. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，更包含一電容，其連接在該第一電極與接地件之間，其中RF功率經(jīng)由一匹配網(wǎng)絡(luò)連 接至該反向電極，該第一電極與該電容對(duì)于RF功率提供了一返回路徑；以及一濾器，其連接在該第一電極與該DC電源供應(yīng)器之間，用以移除來自該DC 電源供應(yīng)器的偏壓的噪聲與/或任何RF流。
17. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中該傳感器為連接至該反向電極的VI探針。
18. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，更包含一系統(tǒng)控制器，其用以接收來自該傳 感器的輸入。
19. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中該系統(tǒng)控制器用以將經(jīng)測(cè)量的該靜電夾 具的特性與該基板的平坦度關(guān)聯(lián)。
20. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中該系統(tǒng)控制器用以根據(jù)該靜電夾具的虛 擬阻抗的斜率來調(diào)整該DC電源供應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明大致上提供用以監(jiān)測(cè)與維持一等離子反應(yīng)器中基板的平坦度的方法與設(shè)備。本發(fā)明的特定實(shí)施例提供一種用以處理一基板的方法，其至少包含將基板定位在一靜電夾具上；施加一RF功率于靜電夾具中的一電極以及一反向電極之間，其中反向電極設(shè)置成平行于靜電夾具；施加一DC偏壓至靜電夾具中的電極，以?shī)A持靜電夾具上的基板；以及測(cè)量靜電夾具的一虛擬阻抗。
文檔編號(hào)G06F11/30GK101523357SQ200780037481
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月4日
發(fā)明者A·巴利施尼科夫, A·班塞爾, A·阿巴亞緹, B·H·金, C·陳, D·R·威蒂, D·帕德希, E·Y·朱科, G·巴拉蘇布拉馬尼恩, H·姆塞德, H-J·金, K·杰納基拉曼, M·J·西蒙斯, M·阿優(yōu)伯, S·劉, S·拉蒂, V·斯瓦拉馬克瑞希楠 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司