(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源とを含むプラズマ処理システムの処理室内で、前記静電チャック上の所定の位置に配置されたウェハのバイアス電圧を補償するためのバイアス補償装置であって、
前記静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出するために前記静電チャックに接続され、検出電圧をより低い電圧Ｖｒｅｆに変換する電圧変換器と、
複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される校正曲線の所定の傾きと所定のオフセットとを記憶する記憶ユニットと、
前記電圧変換器から前記Ｖｒｅｆを受け取るように接続された電圧調整回路であって、前記傾きと前記オフセットにより前記Ｖｒｅｆを変更して前記バイアス電圧を補償するために前記記憶ユニットから前記傾きと前記オフセットを受け取るように接続されており、さらに、変更済のＶｒｅｆを前記静電チャック電源に送り、前記静電チャック電源が前記変更済のＶｒｅｆをバイアス補償電圧に変換して前記静電チャックに入力し、前記ウェハの前記バイアス電圧を補償するように構成された、電圧調整回路と、を備えるバイアス補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記記憶ユニットは前記電圧調整回路に伝達するための静電オフセット電圧を記憶しており、前記電圧調整回路は前記変更済のＶｒｅｆと前記静電オフセット電圧の電圧合計値を生成する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、
前記誘電層は電極を含み、前記電圧調整回路は、前記ウェハと前記電極との間の電位差を低減させるように前記電圧合計値を前記誘電層の前記電極に伝達する装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、さらに、
真空状態におけるサンプルウェハの前記バイアス電圧と金属層のＶｐｐとを一対一対応させて測定するために、前記サンプルウェハと前記静電チャックの前記金属層に接続される校正曲線生成器であって、測定された前記バイアス電圧と前記Ｖｐｐをフィッティングさせることにより校正曲線を生成する校正曲線生成器を備える装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記校正曲線の前記オフセットは、前記校正曲線と前記バイアス電圧に関する軸線との交点における電圧を算出することにより決定される、装置。
【請求項８】
請求項６に記載の装置であって、
前記傾きは、前記校正曲線上の２点から決定される装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、
前記電圧調整回路は、まず前記傾きを乗算して積を生成し、次にその積に前記オフセットを加算することにより、前記Ｖｒｅｆを変更する装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、
前記静電チャックは単極チャックである、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、
前記静電チャックは両極チャックである、装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の装置であって、
前記静電チャックの設定点と前記傾きと前記オフセットとがユーザにより変更可能なように、前記記憶ユニットがコンピュータ内に含まれる装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の装置であって、
前記静電チャックの設定点と前記傾きと前記オフセットとがプログラム可能なように、記憶ユニットがコンピュータ内に含まれる装置。
【請求項１４】
ウェハのバイアス電圧を補償するプラズマ処理システムであって、
金属層上に配置される誘電層を有しウェハを支持可能な静電チャックと、当該処理室内にガスを放出するためのシャワーヘッドと、を含むプラズマ処理室と、
前記静電チャックに高ＤＣ電圧を供給するために前記静電チャックに接続されている静電電源と、
前記静電チャックにＲＦ電圧信号を供給するために前記静電チャックに接続されているＲＦ電源と、
前記静電チャックの金属部分と前記静電電源との間に接続され、前記金属部分の電圧Ｖｐｐを検出してより低い電圧Ｖｒｅｆを生成するバイアス電圧補償装置であって、さらに、校正曲線を用いてＶｒｅｆを調整し調整電圧Ｖａｄｊを生成し、前記校正曲線は、複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出されるバイアス電圧補償装置と、を備え、
前記静電電源が、前記調整電圧Ｖａｄｊを受け取って、前記調整電圧Ｖａｄｊを、前記静電チャック電源へ入力し前記ウェハの前記バイアス電圧を補償するための前記バイアス補償電圧に変換するように構成されたプラズマ処理システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、
前記バイアス補償装置は、さらに、
前記Ｖｐｐを検出するために前記静電チャックの前記金属層に接続され、検出電圧を前記Ｖｒｅｆに変換する電圧変換器と、
前記校正曲線の所定の傾きと所定のオフセットとを記憶する記憶ユニットと、
前記電圧変換器から前記Ｖｒｅｆを受け取るように接続された電圧調整回路であって、前記傾きと前記オフセットにより前記Ｖｒｅｆを変更して前記バイアス電圧を補償するために前記記憶ユニットから前記傾きと前記オフセットを受け取るように接続されており、さらに、変更済のＶｒｅｆを前記静電チャック電源に送り、前記静電チャック電源が前記変更済のＶｒｅｆをバイアス補償電圧に変換して前記静電チャックに入力するように構成された電圧調整回路と、を備えるシステム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムであって、
前記記憶ユニットは前記電圧調整回路に伝達するための静電オフセット電圧を記憶しており、前記電圧調整回路は前記変更済のＶｒｅｆと前記静電オフセット電圧の電圧合計値を生成する、システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムであって、
前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、システム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムであって、
前記誘電層は電極を含み、前記電圧調整回路は、前記ウェハと前記電極との間の電位差を低減させるように前記電圧合計値を前記誘電層の前記電極に伝達するシステム。
【請求項１９】
請求項１５に記載のシステムであって、さらに、
真空状態におけるサンプルウェハの前記バイアス電圧と金属層のＶｐｐとを一対一対応させて測定するために、前記サンプルウェハと前記静電チャックの前記金属層に接続される校正曲線生成器であって、測定された前記バイアス電圧と前記Ｖｐｐをフィッティングさせることにより校正曲線を生成する校正曲線生成器を備えるシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、
前記校正曲線の前記オフセットは、前記校正曲線と前記バイアス電圧に関する軸線との交点における電圧を算出することにより決定される、システム。
【請求項２１】
請求項１９に記載のシステムであって、
前記傾きは、前記校正曲線上の２点から決定されるシステム。
【請求項２２】
請求項１５に記載のシステムであって、
前記電圧調整回路は、まず前記傾きを乗算して積を生成し、次にその積に前記オフセットを加算することにより、前記Ｖｒｅｆを変更するシステム。
【請求項２３】
請求項１５に記載のシステムであって、
前記静電チャックは単極チャックである、システム。
【請求項２４】
請求項１５に記載のシステムであって、
前記静電チャックは両極チャックである、システム。
【請求項２５】
プラズマ処理システムにおいて、静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源とを含むプラズマ処理システムの処理室内で、前記静電チャック上の所定の位置に配置されたウェハのバイアス電圧を補償する方法であって、
複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される校正曲線の傾きとオフセットとを決定する工程と、
前記静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出する工程と、
検出電圧をより低い電圧Ｖｒｅｆに変換する工程と、
前記バイアス電圧を補償するために前記傾きと前記オフセットにより前記Ｖｒｅｆを変更する工程と、
前記静電チャックへ入力するために変更済のＶｒｅｆをバイアス補償電圧に変換する工程と、を備える方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、さらに、
電圧調整回路に伝達するための静電オフセット電圧を決定する工程と、
前記変更済のＶｒｅｆと前記静電オフセット電圧とを加算して電圧合計値を生成する工程と、を備える方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、
前記誘電層は電極を含み、前記ウェハと前記電極との間の電位差を低減させるように前記電圧合計値が前記誘電層の前記電極に伝達される方法。
【請求項３０】
請求項２５に記載の方法であって、
前記傾きとオフセットの決定工程が、さらに、
前記静電チャック上に配置されるサンプルウェハに電気的接触を行う工程と、
真空状態における前記サンプルウェハの前記バイアス電圧と金属層のＶｐｐとを一対一対応させて測定する工程と、
測定された前記バイアス電圧と前記Ｖｐｐをフィッティングさせることにより校正曲線を生成する工程と、を含む方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、
前記オフセットが、前記校正曲線と前記バイアス電圧に関する軸線との交点における電圧を算出することにより、前記校正曲線から決定される方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法であって、
前記傾きは、前記校正曲線上の２点から決定される方法。
【請求項３３】
請求項２５に記載の方法であって、
まず前記傾きを乗算して積を生成し、次にその積に前記オフセットを加算することにより、前記Ｖｒｅｆが変更される方法。
【請求項３４】
静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源とを含むプラズマ処理システムの処理室内で、前記静電チャック上の所定の位置に配置されたウェハのバイアス電圧を補償するためのバイアス補償装置であって、
複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される校正曲線の傾きとオフセットとを決定する手段と、
前記静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出する手段と、
検出電圧をより低い電圧Ｖｒｅｆに変換する手段と、
前記バイアス電圧を補償するために前記傾きと前記オフセットにより前記Ｖｒｅｆを変更する手段と、
前記静電チャックへ入力し、前記ウェハの前記バイアス電圧を補償するために、変更済のＶｒｅｆをバイアス補償電圧に変換する手段と、を備える装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置であって、さらに、
電圧調整回路に伝達するための静電オフセット電圧を決定する手段と、
前記変更済のＶｒｅｆと前記静電オフセット電圧とを加算して電圧合計値を生成する手段と、を備える装置。
【請求項３６】
請求項３４に記載の装置であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、装置。
【請求項３７】
請求項３５に記載の装置であって、
前記静電チャックは金属層上に配置される誘電層を含んでおり、前記バイアス補償電圧が前記静電チャックの前記金属層に供給される、装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置であって、
前記誘電層は電極を含み、前記ウェハと前記電極との間の電位差を低減させるように前記電圧合計値が前記誘電層の前記電極に伝達される装置。
【請求項３９】
請求項３４に記載の装置であって、
前記校正曲線は、
前記静電チャック上に配置されるサンプルウェハに電気的接触を行う工程と、
真空状態における前記サンプルウェハの前記バイアス電圧と金属層のＶｐｐとを一対一対応させて測定する工程と、
測定された前記バイアス電圧と前記Ｖｐｐをフィッティングさせることにより校正曲線を生成する工程と、によって生成される、装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、
前記オフセットが、前記校正曲線と前記バイアス電圧に関する軸線との交点における電圧を算出することにより、前記校正曲線から決定される装置。
【請求項４１】
請求項３４に記載の装置であって、
まず前記傾きを乗算して積を生成し、次にその積に前記オフセットを加算することにより、前記Ｖｒｅｆが変更される装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造に関する。特に、本発明は、半導体ウェハ処理システムの処理室の中で、静電チャック上で半導体ウェハを静電的に挟持するための改良された方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体処理システムは一般に、集積回路製造用の半導体ウェハを処理するために使用される。例えば、プラズマ半導体処理は一般にエッチング、酸化、化学蒸着法（ＣＶＤ）において使用される。プラズマ半導体処理は通常、プラズマ処理システムを用いて実行され、一般に、制御された環境を提供するプラズマ処理室を備える。
【０００３】
従来のプラズマ処理室は通常、処理用の低位置にウェハ（例えばシリコン・ウェハや基板）を支える静電チャックを備えている。静電チャックはウェハをチャックに固定するために静電気を利用する。静電チャックは従来技術では公知であり、例えば、"High Power Electrostatic Chuck Contact(強力静電チャック接点)"と題されたフランソワ・ギュイヨによる米国特許第5,789,904号公報に詳細に記載されている。
【０００４】
静電チャックは、単極静電チャックと両極静電チャックに分類される。単極静電チャックが単一の極を有するのに対して、両極静電チャックは二つの極を有する。図１Ａは、単極静電チャック（ＥＳＣ）１０４を備える典型的なプラズマ処理システム１００を示す。プラズマ処理システム１００は、プラズマ処理室１０２、高周波（ＲＦ）電源１１８、ＥＳＣ電源１１６を備えている。プラズマ処理室１０２内には、シャワーヘッド１１０、ＥＳＣ１０４と、ＥＳＣ１０４の上に配置された半導体ウェハ１０６が配置されている。シャワーヘッド１１０は通常、ソースガスをプラズマ処理室１０２のプラズマ領域に放出するために使われ、石英のような非半導体物質で形成されている。
【０００５】
ＲＦ電源１１８が作動しているとき、プラズマ領域１２０内でソースガスからプラズマが形成される。ウェハ１０６は、プラズマにより処理されるように静電チャック１０４上に配置されている。静電チャック１０４は、金属層１０９上に配置された誘電層１０８を備える。金属層１０９は静電極（すなわち電極）として働き、図１の単極ＥＳＣ構成においては陰に偏倚する。熱伝達ガス（例えばヘリウム）が圧力をかけられて、静電チャック１０４とウェハ１０６の間のポート１１４を通って供給される。ガスは、ウェハ１０６と静電チャック１０４の間で熱伝達媒体として作用し、処理中のウェハ温度の制御を助ける。
【０００６】
処理中にウェハ１０６を静電チャックにしっかりと固定するために、ＥＳＣ電源１１６が作動している。プラズマがプラズマ領域１２０に発生しているとき、プラズマは主としてウェハ１０６とグラウンドの間で結合される抵抗器として機能する。この構成においては、ＥＳＣ極は負の直流電位にバイアスをかけられる。静電極の直流電位が極の上部表面とウェハの下部表面間の電位差を作り出し、それにより、ウェハ１０６を静電チャック１０４に対して適切な場所に保持しておくための静電力を生成する。静電チャックは従来技術では公知であり、以下の文献に詳細に記載されている。"Dynamic Feedback Electrostatic Wafer Chuck(ダイナミック・フィードバック静電ウェハ・チャック)"と題された.ジョーンズ他による米国特許出願第08/624,988号公報、カストロ他による米国特許出願第08/550,510号公報。
【０００７】
図１Ｂは、単極静電チャックに代わって両極静電チャック１５０を備えるプラズマ処理システム１００を示す。両極静電チャック１５０は、一対の金属部分１５２と１５４を有する。金属部分１５２はＥＳＣ電源１１６の陰極端子に接続されるのに対し、金属部分１５４はＥＳＣ電源１１６の陽極端子に接続される。これらの金属部分１５２と１５４は、それぞれ陰極と陽極となる一対の電極として機能する。ＲＦ電源１１８は静電チャック１５０に接続され、プラズマを励起する。金属部分の最上部には誘電層１５６が配置されている。供給チューブ１５８が、静電チャック１５０を通って形成され、処理中にウェハ１０６に冷却ガス（例えばヘリウム）を供給する。
【０００８】
プラズマ領域にプラズマを放出するために、ＥＳＣ電源とＲＦ電源がシャワーヘッド１１０とともに作動しているとき、陽電位と陰電位がそれぞれ陽極と陰極に誘導され、それにより、各極とそれぞれを被うウェハ領域との間に静電力を発生させる。静電力は、処理中に静電チャック１５０に対して適切な場所にウェハ１０６を保持する。
【０００９】
残念ながら、ウェハ１０６は通常、単極ＥＳＣ配列、両極ＥＳＣ配列のどちらにおいてもプラズマ処理システム１００の稼動中に、セルフバイアス電圧を発生させる。例として、単極ＥＳＣ構成でＲＦ電源作動中にＥＳＣ電源が静電チャック１０４に２００ボルト（Ｖ）を供給する場合、ウェハ１０６は１００Ｖのセルフバイアス電圧を発生させる。これは、有効な固定力が１００Ｖしかなく、それによりウェハ１０６の固定が非効率的になることを意味する。
【００１０】
従来技術の一つでは、ウェハのセルフバイアス電圧とバランスをとるためにプラズマと接続されたシリコンカーバイド抵抗器を用いることにより、ウェハのセルフバイアス電圧を補償する。残念ながら、この解決法は適用が極めて限定されており、特定の化学反応、プロセス、およびまたはチャンバにおいてしか作用しない。
【００１１】
もう一つの従来技術は、予めウェハのバイアス電圧を概算し、概算されたバイアス電圧に基づいてプラズマ処理中にバイアスを補償するというものである。例えば、望ましい電圧を５００ボルトと仮定すれば、ウェハのバイアス電圧が３００ボルトと概算された場合、望ましい５００ボルトを発生させるためにＥＳＣ電源の設定電圧が８００ボルトにセットされる。しかしながら、処理パラメータの変化に応じてウェハのバイアス電圧が刻々変化するので、このソリューションでは最適な補償はできない。
【００１２】
従来の補償技術に付随するもう一つの問題点は、ＥＳＣ電源が供給する通常高く設定された電圧により静電チャックが損傷を受ける可能性があるという点である。例えば、ＲＦ電源が適切な時に作動させられないと、ＥＳＣ電源の高く設定された電圧が静電チャックをひどく損傷することがある。
【００１３】
更に、プラズマ処理中には電圧およびまたは電流プローブを介したウェハへの電気的接触が困難であるため、チャンバ内でのプラズマ処理中にウェハのバイアス電圧を直接に測定することは困難である。そのうえ、余計な電気的接触はチャンバ内の敏感なプラズマ処理に影響を与える可能性があるので、そのような電気的接触は望ましくない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したことに鑑みて、ウェハと直接に接触することなくプラズマ処理中にウェハのセルフバイアスを効果的に補償するための装置と方法が望まれる。更に、静電チャックを損傷することなくウェハのセルフバイアスにおける変化をダイナミックに補償できる装置と方法が望まれる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、概ね、プラズマ処理室内のウェハのバイアス電圧を補償するための装置、方法、システムを供給することにより、これらの必要を満たすものである。本発明が、プロセス、装置、システム、装置、方法、コンピュータ読み取り可能媒体などを含む多数の手段で実施されうることは理解されるべきである。本発明の創意に富む数個の実施形態を以下に記す。
【００１６】
一実施形態によれば、本発明は、プラズマ処理システムの処理室内の静電チャック上に配置されたウェハのバイアス電圧を補償するための、バイアス補償装置を供給する。プラズマ処理システムは、静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源を備える。バイアス補償装置は、電圧変換器、記憶ユニット、電圧調整回路を備える。電圧変換器は、静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出するために静電チャックに接続される。電圧変換器は検出電圧を低い電圧Ｖｒｅｆへと変換する。記憶ユニットは、校正曲線の所定の傾きと所定のオフセットを記憶する。校正曲線は、複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される。
【００１７】
電圧調整回路は、電圧変換器からＶｒｅｆを入力するために接続され、記憶ユニットから傾きとオフセットを入力するために接続される。その結果、電圧調整回路は、バイアス電圧を補償するために傾きとオフセットによりＶｒｅｆを変更できる。電圧調整回路は変更済のＶｒｅｆを静電チャック電源に伝え、静電チャック電源は調整されたＶｒｅｆを静電チャックへの入力用にバイアス補償電圧へと変換する。
【００１８】
もう一つの実施形態では、本発明はウェハのバイアス電圧を補償するプラズマ処理システムを提供する。このシステムは、プラズマ処理室、静電電源、ＲＦ電源、バイアス補償装置を備える。プラズマ処理室は、静電チャックとシャワーヘッドを備える。静電チャックは、金属層の上に配置された誘電層を持ち、ウェハを支えることができる。シャワーヘッドはチャンバ内にガスを放出することができる。静電電源は静電チャックと接続され、静電チャックに直流高電圧を供給する。ＲＦ電源は静電チャックと接続され、静電チャックにＲＦ電圧信号を供給する。
【００１９】
バイアス電圧補償装置は、静電チャックの金属部分と静電電源との間に接続され、より低い電圧Ｖｒｅｆを生じさせるために金属部分の電圧Ｖｐｐを検出する。バイアス電圧補償装置は、校正曲線を用いてＶｒｅｆを調整して、調整電圧Ｖａｄｊを生成する。校正曲線は、複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される。静電電源は調整電圧Ｖａｄｊを受け取り、静電チャック電源への入力用に調整電圧Ｖａｄｊをバイアス補償電圧へと変換する。
【００２０】
もう一つの実施形態によれば、本発明は、プラズマ処理システムのプラズマ処理室内の静電チャック上の定位置に配置されたウェハのバイアス電圧の補償法を提供する。プラズマ処理システムは、静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源を備える。この方法は、（ａ）複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される校正曲線の、傾きとオフセットを決定するステップ、（ｂ）静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出するステップ、（ｃ）検出電圧をより低い電圧Ｖｒｅｆに変換するステップ、（ｄ）バイアス電圧を補償できるようにＶｒｅｆを傾きとオフセットにより変更するステップ、（ｅ）変更済のＶｒｅｆを静電チャック電源への入力用にバイアス補償電圧へと変換するステップ、を含む。
【００２１】
更に別の実施形態によれば、本発明はプラズマ処理システムのプラズマ処理室内の静電チャック上の定位置に配置されたウェハのバイアス電圧の補償装置を提供する。プラズマ処理システムは、静電チャックに接続される静電電源とＲＦ電源を備える。バイアス補償装置は、（ａ）複数のウェハバイアス電圧を静電チャック電圧の関数としてフィッティングさせることにより導出される校正曲線の、傾きとオフセットを決定する手段、（ｂ）静電チャックの電圧Ｖｐｐを検出する手段、（ｃ）検出電圧をより低い電圧Ｖｒｅｆに変換する手段、（ｄ）バイアス電圧を補償するために傾きとオフセットによりＶｒｅｆを変更する手段、（ｅ）変更済のＶｒｅｆを静電チャック電源への入力用にバイアス補償電圧へと変換する手段、を含む。
【００２２】
好都合なことに、本発明はプラズマ処理のために静電チャック上に置かれたウェハのセルフバイアスを直接に測定することなく、効果的に補償する、装置、方法、システムを提供する。また、本発明はサンプルウェハのバイアス電圧を静電チャック電位との相関を明らかにし、校正曲線を生成する。校正曲線から生み出される傾きとオフセットは、静電チャックへの供給電圧を変更するために使われ、それにより、処理中のウェハに接触することなくウェハバイアスを補償する。これにより、静電チャックを損傷することなく、処理中に変化するウェハバイアス電圧のダイナミックな補償が可能となる。これらをはじめとする本発明の利点は、以下の詳細な記述を読み、図面の様々な図を検討することにより明らかとなろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従った、プラズマ処理室内のウェハバイアス電圧を補償する装置、方法及びシステムに付き説明する。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能とするために、多数の具体的な詳細が説明される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な細部の一部または全部なしでも実施し得ることは、当業者には自明であろう。他方で、本発明を不要にわかりにくくするのを避けるため、公知の処理ステップは詳述していない。
【００２４】
本発明は、最初に、校正曲線を生じさせることによりウェハのセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を補償する。校正曲線は、Ｖｄｃを静電チャックの電極のピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの関数としてプロットしたものである。校正曲線から、傾きとオフセット電圧が決定される。傾きとオフセット電圧はその後、静電チャックに供給されるＥＳＣの設定電圧を調整するのに使われる。このようにして、Ｖｄｃを直接に測定することなく、ウェハのセルフバイアス電圧がダイナミックに補償される。
【００２５】
図２Ａは、本発明の一実施形態に従った、校正曲線を生成させるための校正曲線生成器２２０を接続されたプラズマ処理システム２００を示す。プラズマ処理システム２００は、プラズマ処理室２０２、ＥＳＣ電源２１６、ＲＦ電源２１８を備えている。更にプラズマ処理室２０２は、シャワーヘッド２１２、静電チャック２０４、半導体ウェハ２０６を備えている。ＲＦ電源２１８がピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを有する高周波信号を発する一方、ＥＳＣ電源２１６はＤＣ電圧を発する。チャンバ２０２は、校正処理の間、真空状態にとどまる。本発明の利点の理解を容易にするため、ここではプラズマ処理システム２００は詳細に説明されているが、発明自体はいかなるタイプのウェハ処理装置にも限定されることはないし、公知のウェハ処理システムのいずれにも適用可能であることは、留意されるべきである。すなわち、析出、酸化、エッチング（ドライエッチング、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、磁気的反応性イオンエッチング（ＭＥＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を含む）などに適合するシステムであり、また、これらに限定されない。
【００２６】
静電チャック２０４は、単極配列では金属層２０８上に形成された誘電層２１０を備える。金属層２０８は、電極として機能し、ＥＳＣ電源２１６とＲＦ電源２１８に接続される。ＥＳＣ電源２１６は、０〜２，０００ボルトを発することのできる強力装置であることが望ましい。
【００２７】
ウェハは、静電チャック２０４上に配置され、適した半導体ウェハまたは基板であればどれでもよい。１本以上の供給チューブ２１４が、ヘリウムのような冷却ガスを供給するために静電チャック２０４の一つ以上の部分を通っている。図２Ａでは、単極静電チャックが描かれているとはいえ、校正曲線生成器２２０は、他の単極および両極静電チャックにも使用しうることは留意すべきである。
【００２８】
校正曲線生成器２２０は、ウェハ２０６のセルフバイアス電圧Ｖｃｄを測定するためにウェハ２０６に接続される。ウェハバイアス電圧はウェハの最上部表面で測定されることが望ましい。校正曲線生成器２２０はまた、電極のピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを測定するために金属部分２０８にも接続される。
【００２９】
図２Ｂは、本発明の一実施形態に従った校正曲線の生成に関する方法２５０のフローチャートを示している。操作２５２において、テスト用に真空室２０２内の静電チャック２０４上にサンプルウェハが置かれる。次に操作２５４において、校正曲線生成器２２０がサンプルウェハとＥＳＣの電極に電気的に接続される。テスト処理を実施するために、ＥＳＣ電源２１６とＲＦ電源２１８が入れられる。ＥＳＣ電源２１６は設定電圧を電極に伝え、ＲＦ電源２１８はＲＦ信号を電極に伝える。ＲＦ信号は、６０Ｈｚ〜５０ＭＨｚであることが望ましい。
【００３０】
操作２５８では、ＥＳＣ電源２１６とＲＦ電源２１８が作動しているとき、校正曲線生成器２２０はテスト・ウェハの複数のバイアス電圧（Ｖｄｃ）とそれに対応するＥＳＣ電極のピークトゥピーク電圧（Ｖｐｐ）を測定する。Ｖｄｃとそれに結びついたＶｐｐの測定は、様々な操作条件で実行されうる。例えば、ＶｄｃとＶｐｐの異なった値を引き出すために、ＲＦ電源２１８から受ける電圧を変えることができる。
【００３１】
操作２６０では、複数のＶｄｃとＶｐｐの測定値を得た後に、Ｖｄｃと対応するＶｐｐのサンプルポイントがプロットされ、フィッティングされて、校正曲線が生成される。校正曲線はＶｐｐのＶｄｃとの相関を明らかにする。ＶｄｃとＶｐｐの値が線形の校正曲線を生成するようにフィッティングされることが望ましい。次に、操作２６２において、生成した校正曲線から傾きとオフセット電圧が決定される。この方法は操作２６４で終了する。
【００３２】
図２Ｃは、本発明の一実施形態に従った、直線的曲線とその傾きとオフセットを生じさせるようにＶｄｃとＶｐｐのサンプルポイントをプロットしたグラフ２８０を示している。サンプルポイントは正方形のブロックで表されている。サンプルポイントは、Ｖｐｐをｘ軸方向にＶｄｃをｙ軸方向にプロットされている。次に、公知の曲線フィッティング技術を用いて、校正曲線２８６がサンプルポイントから生成される。
【００３３】
校正された曲線から、オフセットと傾きが決定される。具体的には、オフセット電圧はＶｄｃの値をプロットしたｙ軸と校正曲線の交点を決定することにより算出される。交点の電圧がオフセット電圧である。他方、校正曲線の傾きは、公知の傾き決定技術により決定されうる。例えば、校正曲線の傾きは、校正曲線上の２点２８２と２８４を選択し、選択ポイントのＶｄｃの値の差（Ｖｙ）をＶｐｐの値の差（Ｖｘ）で割ることにより算出される。以下に記されるように、このように決定された傾きとオフセット電圧は、チャンバ２０２内のウェハのプラズマ処理中にウェハのセルフバイアスを補償するために使われる。
【００３４】
校正曲線からオフセットと傾きを決定した後に、プラズマ処理システム２００はウェハのプラズマ処理中のウェハのセルフバイアスを補償するために、オフセットと傾きを使用する。図２Ｄは、本発明の一実施形態に従った、半導体ウェハ２３４のセルフバイアスをダイナミックに補償するためのバイアス補償装置２２２に接続されたプラズマ処理システム２００を示す。半導体ウェハ２３４は、処理のため静電チャック２０４上に置かれている。校正曲線から導き出されたオフセットと傾きがチャンバ２０２内のいかなる適切な半導体ウェハまたは基板のセルフバイアス補償にも使用されうることは留意されるべきである。
【００３５】
バイアス補償装置２２２は、静電チャック２０４の電極２０８とＥＳＣ電源２１６との間に接続され、フィードバック・ループを形成する。バイアス補償装置２２２は、コンピュータ２２８、電圧変換器２３０、電圧調整回路２３２を備える。電圧変換器２３０は、ＥＳＣ電極２０８に接続され、ＥＳＣ電極２０８から来るピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを検出する。静電チャック２０４は高電圧（例えば、〜１，０００Ｖ）をかけられるので、電圧変換器２３０はＶｐｐを変換することにより検出されたＶｐｐをより低い電圧Ｖｒｅｆに低減させる。電圧変換器２３０は、高電圧を低電圧に変換できる電圧分割回路または他の適切な回路として実行されうる。電圧変換器２３０は、Ｖｐｐを０〜１０Ｖの範囲のＶｒｅｆに変換することが望ましい。電圧変換器２３０は、コンピュータ２２８から受け取った傾きとオフセットに基づいてＶｒｅｆを調整する電圧調整回路２３２にＶｒｅｆを送るために接続される。
【００３６】
コンピュータ２２８は、ＥＳＣ設定電圧と校正曲線生成器２２０から生成されたオフセットと傾きを記憶する。ＥＳＣ設定電圧は前もって決定され、ユーザによりコンピュータ２２８にインプットまたはプログラムされる。コンピュータ２２８は、ＥＳＣ設定電圧、オフセット、傾きを送るために電圧調整回路２３２に接続される。コンピュータ２２８の使用により、ユーザは諸パラメータ、ＥＳＣ設定電圧、傾き、オフセットをインプットすることができる。これにより、バイアス補償のソフトウェア操作が可能になる。好適な実施形態にはコンピュータが使用されているが、ＥＳＣ設定電圧、傾き、オフセットを記憶するために代わりに記憶エレメント（例えば、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ハードディスクなど）が用いられてもよいことは理解されるべきである。この態様はコンピュータよりも単純であるが、バイアス補償処理の操作にあたっては融通性が減じるであろう。
【００３７】
プラズマ処理システム２００は、バイアス補償装置２２２、ＥＳＣ電源２１６、ＲＦ電源２１８の作動により、ウェハ処理を開始する。更に、シャワーヘッド２１２がチャンバ２０２のプラズマ領域２２６にガスを放出する。電圧調整回路２３２はＶｒｅｆ、傾き、オフセットを受け取り、Ｖａｄｊ＝〔（Ｖｒｅｆ＊傾き）＋オフセット〕の等式に従って調整された電圧Ｖａｄｊを生じさせる。必要な場合には、電圧調整回路はまた、ＶａｄｊとＥＳＣ設定電圧を加算することでＶｓｕｍを生じさせることもできる。調整電圧ＶａｄｊとＶｓｕｍはその後、ＥＳＣ電源２１６に送られ、ＥＳＣ電源２１６は調整電圧を対応する高電圧レベルに変換し直す。具体的には、ＥＳＣ電源２１６はＶａｄｊをバイアス補償電圧に変換し、それがＥＳＣに供給される。同様に、ＥＳＣ電源２１６はまた、Ｖｓｕｍを対応する高電圧に変換し、それをＥＳＣに送ることもできる。
【００３８】
このようＶｐｐを連続的にモニタすることにより、バイアス補償装置２２２は、バイアス電圧を直接に測定することなくウェハ２３４のバイアスをダイナミックに補償する。なお、校正曲線生成器２２０とバイアス補償装置２２２は単極ＥＳＣに接続して示されているが、それらがウェハのセルフバイアスを補償するために適切な型の単極およびまたは両極ＥＳＣであれば、いかなるものとでも使用できることは理解されるべきである。
【００３９】
図３は、サンプルウェハから傾きとオフセットを決定した後にプラズマ処理システム内でウェハのバイアスを補償する方法３００のフローチャートを示している。操作３０２において、プラズマ処理室用のＥＳＣ設定電圧、および校正曲線から導かれた傾きとオフセットが受け取られる。次に操作３０４において、ウェハがプラズマ処理室内の静電チャック上に置かれる。プラズマ処理システムは、次に操作３０６において、ＥＳＣ電源とＲＦ電源を入れることにより作動させられる。このとき、またはその直後に、ガスがウェハを処理するためにチャンバ内に放出される。
【００４０】
プラズマ処理システムの作動後、操作３０８においてＥＳＣ電極から来るＶｐｐが検出され、より低い電圧Ｖｒｅｆに変換される。Ｖｒｅｆは次に操作３１０において傾きとオフセットにより調整されてＶａｄｊを生じさせる。必要な場合には、操作３１２において、ＶａｄｊはＥＳＣ設定電圧に加算されてＶｓｕｍを生み出し、例えば単極ＥＳＣの絶縁電極に印加される。次に操作３１４において、ＶａｄｊとＶｓｕｍは高電圧に変換される。具体的には、Ｖａｄｊはバイアス補償電圧に変換されるのに対し、Ｖｓｕｍはバイアス補償電圧とＥＳＣ設定電圧の和に変換される。これらの高電圧は次にＥＳＣに印加される。
【００４１】
このバイアス補償技術はまた、他のタイプの単極または両極ＥＳＣ構成でも使用できる。例えば、図４は、本発明の別の実施形態に従った、絶縁電極を備えた単極静電チャック４０４を備えたプラズマ処理システム４００を示す。プラズマ処理システム４００は、他の点ではプラズマ処理システム２００と同一であり、同様の方法で働く。
【００４２】
プラズマ処理システム４００は、プラズマ処理室４０２、ＥＳＣ電源４２０、ＲＦ電源４２２を備える。プラズマ処理システム４００はバイアス補償装置２２２と接続される。単極静電チャック４０４は金属層４１４上に配置された誘電層４１０を備える。誘電層４１０は絶縁電極４１２を埋設している。
【００４３】
チャンバ４０２は、チャンバ４０２のプラズマ領域４３６にガス４３４を注入するシャワーヘッド４３２を備える。ウェハは静電チャック４０４上に配置される。複数の供給チューブ４１６と４１８が静電チャック４０４内に形成され、プラズマ処理中のウェハ４０６を冷却するためにヘリウムのような冷却ガスをウェハに供給する。
【００４４】
作動したとき、バイアス補償装置２２２はＶａｄｊとＶｓｕｍを生じるように機能する。具体的には、電圧変換器２３０がＥＳＣ４０４の金属層４１４からのＶｐｐを検出し、検出された高電圧のＶｐｐを調整のために低減された電圧Ｖｒｅｆに変換する。低減された電圧Ｖｒｅｆは次に、電圧調整回路２３２に供給され、電圧調整回路２３２は、コンピュータ２２８から受け取ったＥＳＣ設定電圧、傾き、オフセットと組み合わせてＶｒｅｆを調整し、ＶａｄｊとＶｓｕｍを生成する。
【００４５】
生み出されたＶａｄｊとＶｓｕｍは次に、ＥＳＣ電源４２０に送られ、ＶａｄｊとＶｓｕｍをそれぞれ、強力なバイアス補償電圧、およびバイアス補償電圧とＥＳＣ設定電圧の和に変換する。ＥＳＣ電源４２０は、バイアス補償電圧を供給するために電極４１４に接続される。更に、ＥＳＣ電源４２０は、バイアス補償電圧とＥＳＣ設定電圧の合計をＥＳＣ４０４の金属層４１２に供給する。
【００４６】
バイアス補償電圧とＥＳＣ設定電圧の合計を誘電層４１０の電極４１２に供給するのは、ウェハ４０６とＥＳＣ４０４の間のＤＣバイアス電位差が大きくなった場合に起こりうる電極の破壊を防ぐためである。合計電圧の供給は、ウェハ４０６とＥＳＣ４０４間の電位差を低減することにより、そのような破壊を防ぐ。バイアス補償電圧は、ウェハ４０６のバイアスを補償するために、金属層４０４に供給される。
【００４７】
図５は、両極静電チャック５０４を備えたプラズマ処理システム５００を示している。両極ＥＳＣ設定用の校正曲線は、単極ＥＳＣ設定と同様の方法で、両極ＥＳＣの一つの極からＶｐｐを測定することにより生成される。これは、バイアス補償処理の間Ｖｐｐは一つの極から測定され、それにより校正曲線が生成されることを意味する。
【００４８】
プラズマ処理システム５００は、プラズマ処理室５０２、ＥＳＣ電源５１８、ＲＦ電源５２０を備える．両極ＥＳＣ５０４は、金属層５０６上に配置された誘電層５０８を備える。金属層は二つの部分に分かれ二つの極を形成する。第一の金属部分は陰極５１０を、第二の部分は陽極を形成する。処理されるウェハ５０６は、両極ＥＳＣ５０４上に配置される。
【００４９】
プラズマ処理システムは、ＥＳＣ電源５１８とＲＦ電源５２０が入れられたときに作動し、ガス５１６がチャンバ５０２内に放出される。チャンバ５０２内のシャワーヘッド５１４は、ガス５１６をチャンバ５０２のプラズマ領域５１７内に注入する。プラズマ処理中、ウェハ５０６の冷却用にヘリウムなどの冷却ガスを供給するために、供給チューブがＥＳＣ５０４内に備えられている。
【００５０】
バイアス補償装置５２２は、起動されるとＶａｄｊを生成するために機能し、電圧変換器５２６、コンピュータ５２６、電圧調整回路５２８を備えている。更に具体的には、電圧変換器５２６は極５１０からＶｐｐを検出し、調整のため検出された高電圧を低減された電圧Ｖｒｅｆに変換する。コンピュータ５２４は、ＥＳＣ設定電圧、および校正曲線から決定された傾きとオフセットを記憶し、電圧調整回路５２８に伝達する。調整回路５２８は、電圧変換器に接続されてＶｒｅｆを受け取り、Ｖｒｅｆを傾きとオフセットにより調整してＶａｄｊを生成する。電圧調整回路５２８は次に、Ｖａｄｊを一対の抵抗器Ｒ１とＲ２を接続する接合部に送る。抵抗器の他の端子はそれぞれ、ＥＳＣ電源５１８の陰端子と陽端子に接続される。抵抗器Ｒ１とＲ２は適合抵抗であることが望ましく、ＥＳＣ５０４に供給される陰陽の電圧をＶａｄｊを中心とする電圧とするように機能する。
【００５１】
本発明はこのように、ウェハのセルフバイアスを直接に測定することなく、プラズマ処理用に静電チャック上に置かれたウェハのセルフバイアスを効果的に補償する装置、方法、システムを提供する。さらに、本発明は、校正曲線を生成させるためにサンプルウェハのバイアス電圧を静電チャック電圧と相関させる。校正曲線から割り出された傾きとオフセットは、静電チャックへの供給電圧を変更するのに使用され、それにより、処理中にウェハに接触することなくウェハバイアスを補償する。こうして、静電チャックを損傷することなく、処理中に変化するウェハのバイアス電圧を補償できる。
【００５２】
以上、好適な実施形態に基づき本発明を説明してきたが、本発明の範囲内に在る変形例、代替例及び等価物が存在する。本発明の方法及び装置を実施するための代わりの方法が多数あることにも留意されたい。したがって、前記特許請求の範囲は、本発明の趣旨及び範囲内にあるかかる変形、代替及び均等物のすべてを含むものとして解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  単極静電チャックを備えた典型的なプラズマ処理システムを示す図。
【図１Ｂ】  単極静電チャックの代わりに両極静電チャックを備えたプラズマ処理システムを示す図。
【図２Ａ】  本発明の一実施形態に従った、校正曲線を生成するための校正曲線生成器に接続されたプラズマ処理システムを示す図。
【図２Ｂ】    本発明の一実施形態に従った、校正曲線の生成に関わる方法のフローチャート。
【図２Ｃ】  直線的曲線とその傾斜とオフセットを生じさせるようにＶｄｃとＶｐｐのサンプルポイントをプロットした典型的なグラフ。
【図２Ｄ】  本発明の一実施形態に従った、半導体ウェハの自己バイアスをダイナミックに補償するためのバイアス補償装置に接続されたプラズマ処理システムを示す図。
【図３】  サンプルウェハから割り出された傾きとオフセットを決定した後に、プラズマ処理システムにおいてウェハのバイアスを補償する典型的な方法のフローチャート。
【図４】  本発明の一実施形態に従った、絶縁した電極を有する単極静電チャックを備えたプラズマ処理システムを示す図。
【図５】  本発明の一実施形態に従った、両極静電チャックを備えたプラズマ処理システムを示す図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
0004408569.tif 000007
【図３】
0004408569.tif 000008
【図４】
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【図５】
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