[發(fā)明專利]具有靜電卡盤電壓反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610099337.8
• 申請日: 2006-07-17
• 公開（公告）號: CN101110347A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣國楊;丹尼爾·J·霍夫曼;史蒂文·C·香農(nóng);道格拉斯·H·伯恩斯;翁瑟科·李;柯康蘇
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/67;H01L21/683;H01J37/32;H05H1/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司
• 代理人: 趙飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有靜電卡盤(ESC)電壓的反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應(yīng)器，具體而言，本發(fā)明涉及具有利用偏置供應(yīng)輸出處的晶片電壓測量進行的ESC電壓的反饋控制的雙偏置頻率等離子體反應(yīng)器。

背景技術(shù)

用于處理半導體晶片的等離子體反應(yīng)器一般利用靜電卡盤(ESC)將晶片夾持在反應(yīng)器的室內(nèi)部。晶片表面處的等離子體離子能量通過經(jīng)由ESC向晶片施加偏置電壓來控制。ESC基本上由絕緣層構(gòu)成，絕緣層具有用于支持晶片的頂表面。晶片下方的絕緣層內(nèi)部的電極或?qū)щ姈啪W(wǎng)接收DC電壓，在電極和晶片之間的絕緣層上產(chǎn)生電壓降，這產(chǎn)生了將晶片鉗制到ESC的靜電力。鉗制力由晶片電壓的時間平均和施加到ESC電極的DC電壓之間的差確定。鉗制電壓必須被精確地控制(通過精確控制DC供應(yīng)電壓)以避免不足量的鉗制電壓或過量的鉗制電壓。不足量的鉗制電壓會使晶片脫離ESC。過量的鉗制電壓會使通過晶片的電流增大到可能破壞形成在晶片表面上的電路特征的水平。(電流從ESC電極流經(jīng)介電層到達晶片，并返回經(jīng)過室中的等離子體。鉗制力越強，晶片和ESC之間的電導率就越大，因而通過晶片的電流就越大。)為了精確地控制鉗制電壓，必須精確測量晶片DC電壓。晶片電壓測量中的誤差可能導致晶片脫離或過量的ESC-晶片電流。

使用ESC-晶片接觸來控制晶片溫度也對鉗制電壓的精確控制提出了更加嚴格的要求。如在2004年8月26日由Douglas?Buchberger，Jr.等人提交的題為“Gasless?High?Voltage?High?Contact?Force?Wafer?Contact-CoolingElectrostatic?Chuck”的未決美國專利申請No.10/929,104(被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中所公開的，ESC可被加熱或冷卻，從而以由ESC鉗制力確定的速率對晶片進行加熱或冷卻。因此，晶片溫度可以按需要進行精確設(shè)置和控制。事實上，隨著鉗制電壓增大傳熱速率也很大，以致于與以前相比，晶片溫度可以維持在比熱負載高的多的溫度。從而，例如，晶片偏置功率可能增大到超過先前允許的水平。然而，晶片溫度范圍是受限的，因為在無法精確確定晶片電壓的情況下，鉗制電壓不能離上限(超過上限晶片電流過量)或下限(低于下限晶片可能從ESC脫離)很近。(鉗制電壓是從晶片電壓的時間平均和DC供應(yīng)電壓之間的差確定的。)當前用于估計晶片電壓的方法不是很精確，因而鉗制電壓范圍必須受限以確保晶片電壓測量誤差不會導致鉗制電壓越過上限和下限。

用于確定晶片電壓的精確方法在Daniel?Hoffman?2003年5月16日提交的未決美國專利申請No.10/440,364(被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中有所公開。該方法可用于這樣的等離子體反應(yīng)器，其中只有單個偏置頻率的偏置功率從ESC耦合到晶片。當存在多于一個偏置頻率時該方法是不精確的。例如，反應(yīng)器可能施加具有低頻(LF)分量和高頻(HF)分量的偏置功率，以獲得有利于諸如等離子體增強反應(yīng)離子蝕刻之類的等離子體處理的離子能量分布。當采用這種雙頻偏置時，會發(fā)生大的晶片電壓測量誤差。我們發(fā)現(xiàn)，這種情況下的晶片電壓測量誤差可能產(chǎn)生超過ESC的DC電壓的供應(yīng)能力的鉗制電壓誤差。

所需要的是一種測量雙頻偏置下的晶片電壓的精確方法。這可允許鉗制電壓被設(shè)為更接近于最大或最小允許鉗制電壓的值，而不用擔心由于晶片電壓測量誤差違反這些限度。這又相應(yīng)地允許了晶片溫度范圍的擴展，因此這是一個明顯的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容