(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板加工チャンバー（１０２）の二極静電チャック（１１０）に不平衡電圧を供給する方法であって、
制御信号に応じて、第１端子と第２端子（４０４、４０６）で平衡作動出力電圧を生成するように構成されている可変平衡電圧電源（４００）を準備する工程と、
前記可変電圧電源の前記第１端子（４０４）を、抵抗器ブリッジ（４０８）の第１抵抗素子（４１２）に接続されている第１ノード（４１８）に接続する工程と、
前記可変電圧電源の前記第２端子（４０６）を、前記第１抵抗素子（４１２）よりも高い抵抗値を有する前記抵抗器ブリッジ（４０８）の第２抵抗素子（４１０）に接続されている第２ノード（４１６）に接続する工程と、
前記第１抵抗素子（４１２）および前記第２抵抗素子（４１０）を一つの共通基準端子（４１４）に接続し、前記可変平衡電圧電源以外の電源を利用することなく、前記可変平衡電圧電源（４００）がオンになるときに、前記第１ノード（４１８）および前記第２ノード（４１６）で前記不平衡電圧を発生させる工程と、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、さらに、
前記共通基準端子（４１４）をピーク検出器回路出力に接続する工程を含み、
前記ピーク検出器回路出力は、前記二極静電チャックで測定されるＲＦピーク間電圧に応じて生じる直流信号を表しており、この結果、前記ピーク検出器回路出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさが変化する、方法。
【請求項３】
前記第１抵抗素子（４１２）の値が１ＭΩである、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記第２抵抗素子の値が２ＭΩである、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記共通基準端子（４１４）を接地することによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する工程、を備える方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記共通基準端子（４１４）を電流制限抵抗器（８１０）の第１端部に接続する工程と、
前記電流制限抵抗器（８１０）の第２端部を接地に接続することによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する工程と、
を備える方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記第１抵抗素子の第１抵抗器（８０６）と前記第１抵抗素子の第２抵抗器（８０８）とに接続されている第１電圧モニタノード（８１２）でＤＣ電圧を得る工程を備え、前記第１抵抗素子が、前記第２抵抗器（８０８）と直列に接続されている前記第１抵抗器（８０６）を有する、方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法であって、
前記二極静電チャック（１１０）の構成はドーナッツ部及び基部型の構成であり、前記第１ノード（４１８）が前記二極静電チャックのドーナッツ部（２０４）に接続され、前記第２ノード（４１６）が前記二極静電チャックの基部に接続されている、方法。
【請求項９】
基板加工チャンバー（１０２）の二極静電チャック（１１０）に不平衡電圧を供給するよう構成された不平衡差動電圧電源供給装置（４００）であって、
制御信号に応じて、第１端子および第２端子（４０４、４０６）に平衡差動出力電圧を発生させるように構成されている可変平衡電圧電源（４００）と、
前記可変平衡電圧電源の前記第１端子（４０４）に接続されている第１ノード（４１８）と、
並列に接続されている第１抵抗素子（４１２）と第２抵抗素子（４１０）とを有し、前記第１抵抗素子が前記第１ノードに接続されている抵抗器ブリッジ（４０８）と、
前記可変平衡電圧電源の前記第２端子（４０６）と、前記第１抵抗素子よりも高い抵抗値を有する前記第２抵抗素子とに接続されている第２ノード（４１６）と、
前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子に接続された共通基準端子（４１４）と、
を備え、
前記可変平衡電圧電源（４００）がオンになるとき、前記可変平衡電圧電源以外の電源を利用しなくても、前記第１ノード（４１８）および前記第２ノード（４１６）において前記不平衡電圧が生成される、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１０】
請求項９記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、さらに、
前記共通基準端子に接続され、前記二極静電チャックで測定されているＲＦピーク間電圧を測定するとともに、前記共通基準端子において、これに応じた直流信号を生成するＲＦピーク間電圧検出器を備え、
前記ピーク検出器回路出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさが変更される、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１１】
前記第１抵抗素子（４１２）の値が１ＭΩである、請求項９又は１０記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１２】
前記第２抵抗素子（４１０）の値が２ＭΩである、請求項９ないし１１のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１３】
前記共通基準端子（４１４）が接地に接続されており、これによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する、請求項９ないし１２のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１４】
前記所定値が、それぞれ−４６０ボルトおよび２４０ボルトである、請求項１３記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１５】
請求項９ないし１２のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、
前記共通基準端子（４１４）が電流制限抵抗器（８１０）の第１端部に接続されているとともに、前記電流制限抵抗器の第２端部が接地されており、これによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１６】
請求項９ないし１５のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、
前記第１抵抗素子は、第１電圧モニタノード（８１２）および第２抵抗器（８０８）と直列に接続されている第１抵抗器（８０６）を備え、前記第１電源モニタノードが、前記不平衡電圧の数分の１を表すＤＣ電圧を供給するように構成されている、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１７】
基板加工チャンバー（１０２）の二極静電チャック（１１０）に不平衡電圧を供給するよう構成された不平衡差動電圧電源供給装置（４００）であって、
第１端子および第２端子（４０４、４０６）で平衡差動出力電圧を生じさせるように構成されている平衡電圧電源（４００）と、
前記第１端子（４０４）および前記第２端子（４０６）に接続されており、前記差動出力電圧を不平衡とすることによって前記不平衡電圧を生じさせる手段とを含み、前記不平衡化手段は
前記第１端子（４０４）に接続されている第１抵抗手段（４１２）と、
前記第２端子（４０６）に接続され、前記第１抵抗手段より高い抵抗値を有する第２抵抗手段（４１０）と、
前記第１抵抗手段および前記第２抵抗手段に接続されている基準端子と、
を備える、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、
前記共通基準端子（４１４）は、前記二極静電チャック（１１０）で測定されたＲＦピーク間電圧に応じて生成された直流信号出力を表すピーク検出回路出力に接続されており、これによって、前記ピーク検出回路出力の大きさに応じて前記不平衡電圧の大きさが変更されるようにする、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項１９】
前記共通基準端子（４１４）が接地されており、これによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する、請求項１７記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項２０】
前記共通基準端子（４１４）が電流制限抵抗器（８１０）の第１端部に接続されるとともに、前記電流制限抵抗器の第２端部が接地されており、これによって、前記不平衡電圧の大きさを実質的に所定値に固定する、請求項１７記載の不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、さらに、
前記第１と第２の端子（４０４，４０６）の間に接続された負荷抵抗器（４３０）を備える、不平衡差動電圧電源供給装置。
【請求項２２】
請求項１ないし８のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記第１と第２の端子（４０４，４０６）の間に接続された負荷抵抗器（４３０）を備える、方法。
【請求項２３】
請求項９ないし１６のいずれかに記載の不平衡差動電圧電源供給装置であって、さらに、
前記第１と第２の端子（４０４，４０６）の間に接続された負荷抵抗器（４３０）を備える、不平衡差動電圧電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、半導体素子およびその製造用の機器に関する。さらに詳細には、本発明は、プラズマ加工チャンバー内で、半導体基板を二極静電チャック上にクランプする、改良された機器および方法に関する。
二極静電チャックをプラズマ加工システムで使用することは、よく知られている。前記の説明を容易にするために、図１は、カリフォルニア州フリモントのラム・リサーチ社による、二極静電チャックとの使用に適したチャンバー、TCP 9400 SETMとして周知の基板加工チャンバーの概略図を示す。図１を参照すると、基板プラズマ加工システム１００は、プラズマ加工チャンバー１０２を有する。チャンバー１０２の上には、図１の例中でコイルによって実現されている電極１０３が配置されている。コイル１０３は、一般に、整合ネットワーク（図１には図示されていない）を介してＲＦジェネレーター１０５により通電される。
チャンバー１０２内にはガスリング１０４が設けられており、このガスリングは、例えば、腐食液ソースガスなどの気体状のソース物質を、半導体基板またはフラットパネル表示装置などの基板１５０との間のＲＦ誘導プラズマ領域内へと放出するための複数のオリフィスを含んでいる。気体状のソース物質は、チャンバー自体の壁の中に作り込まれているポートから、あるいは、基板上に配置されているシャワーヘッド型の機器から、放出されてもよい。
基板１５０はチャンバー１０２へと導かれ、第２電極として動作する二極静電チャック１１０上に配置される。二極静電チャック１１０は、一般に、ＲＦジェネレーター１２０から（一般的に整合ネットワークを介して）ＲＦ電力を受容する。電源１５２は、二極静電チャックの極にバイアスをかけ、基板１５０をその上にクランプさせる。基板１５０をチャック１１０にクランプする機構について、以下に説明する。
ＲＦジェネレーター１２０が供給するＲＦエネルギーから電源１５２を保護するため、ＲＦフィルタ（従来のもので、図を簡略化するために図１には示さず）が、電源１５２とＲＦジェネレーター１２０の間に配設されている。同様に、ｄｃ阻止コンデンサ（従来のもので、図を簡略化するために図１には示さず）も、電源１５２とＲＦジェネレーター１２０の間に配設され、ＲＦジェネレーター１２０が、電源１５２が供給するｄｃ電位レベルの影響を受けないようにすることもできる。
ヘリウム冷却ガスは、チャック１１０と基板１５０の間に加圧（例えば、１つの実施態様においては約５−１０Torr）状態で導入され、均一および反復可能な結果が確実に得られるよう、加工中の基板の温度を正確に制御する熱伝導媒体として機能する。プラズマ加工中、ポート１０６を介してガスを回収することで、チャンバー１０２内の圧力を、例えば、ある実施態様のように約５から２５ｍTorrの範囲で低く維持することが好ましい。エッチングに適したチャンバー温度（例えば、ある実施態様においては約７０℃）を維持するため、複数の加熱器（図を簡略化するために図１には示さず）を設けることができる。接地への電気経路を設けるため、一般に、チャンバー１０２のチャンバー壁が接地される。
図２は、図１の二極静電チャックの断面を詳細に示している。説明を容易にするために、二極チャック１１０は、一般的に「ドーナツ部＆基部」として知られる構成に配列されている。この構成は、図３の平面図においてさらに明確に示されている。この名称が示すように、二極静電チャック１１０は、正極２０４および負極２０６という２つの極を有する。本発明は、負の基部の構成だけに限定されないが、二極静電チャック１１０は好ましい負の基部の構成で示されている。
二極静電チャックの極の上には、セラミック、ポリマー等の任意の適切な誘電物質から作成可能な誘電層２１２が配置されている。ウェハ２０８は、加工のためにこの二極ＥＳＣチャックの誘電層２１２の上部に配置される。
図２では、二極静電チャックの極は、電源２１０に接続されている。電源２１０がオンされると、負極２０６には、電源２１０によって、共通基準電位レベルに対して負のバイアスがかけられる。電源２１０は、共通基準電位レベルに対して、正のバイアスを正極２０４にもかける。ｐ型半導体ウェハの場合、負極２０６上の負の電位は、ウェハ２０８の正の電荷すなわち正孔を、負極２０６上に重ねられたウェハ領域へと移動するように、静電的に誘導する。逆にｎ型半導体ウェハの場合、ウェハ２０８内の電子が、正極２０４の上に重ねられたウェハ領域へと移動する。その結果、これらの極とそれぞれ重ねられたウェハ領域の間に静電力が生じ、加工中に、二極静電チャック１１０にウェハ２０８をクランプさせておくために必要なクランプ力が得られる。
極同士が共通基準電圧レベルに対して反対の極性で均等にバイアスがかけられる場合、プラズマがオンになり、ウェハに負のバイアスがかけられた状態になると、極上での静電力の不均衡が発生することがある。この状態を説明するために、電極２１０が、共通基準電圧レベルに対して、正極２０４に＋３５０Ｖ、負極２０６に−３５０Ｖのバイアスをかけるケースを考える。プラズマがオフの状態では、ウェハ電位は、共通基準電圧レベルに対して０ボルトであり、二極チャック１１０の極と重ねられているウェハ領域の間の電位差は、それぞれ＋３５０Ｖおよび−３５０Ｖである。
しかしながら、プラズマの存在下でウェハ２０８が負に帯電されると、ウェハと二極静電チャックの二極の間の電位差は非対称になる。例えば、プラズマがオンになっているとき、ウェハバイアス電圧は−１００Ｖとなりうる。この場合、正極と負のバイアスがかけられた基板の間の電位差は＋４５０Ｖ、つまり（＋３５０Ｖ−（−１００Ｖ））まで上昇する。ただし、負極と負のバイアスがかけられたウェハの電位差は、−２５０Ｖ、つまり（−３５０Ｖ−（−１００Ｖ））まで減少する。電位差の減少により、負極とウェハの間の静電保持力が弱められる。その結果、熱交換ガスが漏出し、不適切な温度制御および／または工程の変動が生じる。いくつかの事例では、ウェハを二極チャックに保持している静電力が非常に弱くなるため、ヘリウム冷却圧力とチャンバー内低圧の間の圧力差動によりウェハにかけられている力に十分抵抗できなくなり、ウェハがチャックの表面から飛び出すことがある。
さらに、プラズマ誘導負ウェハバイパスは、負のバイアスをかけられているウェハと二極チャックの正極間の電位差を過度に増加させることがある。電位差が高くなりすぎると、ウェハの下部表面とチャックの上面の間でアーク、つまり火花が発生し、凹みなどの損傷を生じさせることがある。時間がたつにつれ、熱交換ガスの適切な密封状態を維持できなくなるほどチャックの表面が損傷してしまう場合もある。
熱交換ガスの漏れは、図２に示されているような、エッジが負に帯電している二極チャックにおいて悪化することが判明している。この理由は、プラズマがオンになり、ウェハが負のバイアスをかけられているときは、エッジが負の二極静電チャック１１０のエッジ領域にかかる静電力が少ないためである。エッジが正の二極静電チャックは、ウェハのエッジをチャックに対しクランプする、したがってヘリウムの漏れを減少させるときにはより効果的である。しかし、プラズマとチャックのエッジの間でのさらに大きな漏れ電流を発生させる状態になりやすいため、好適とは言えない。エッジが正の二極静電チャックは、ウェハ固着も悪化させるので、さらに不都合である。
本出願人による１９９５年１０月３０日に提出された出願番号第０８／５５０，５１０号（弁理士事件整理番号第Ｐ１６８／ＬＡＭ１Ｐ００４号）の「負オフセット二極静電チャック」と題された、本明細書に参照として組み入れられている米国特許出願においては、共通基準電圧レベルと負極の差異の程度が増大される一方、共通基準電圧レベルと正極の差異の程度が減少されるよう、二極静電チャックに供給されている電圧レベルを静的にオフセットする技術が開示されている。
ウェハが、プラズマの存在によって負に帯電された状態になると、ウェハと負極の間の差異は、プラズマがオンになる前の差異に対してやや削減されるものの、ヘリウム漏れのレベルが許容可能なほど、十分高く維持されている。
しかしながら、静的オフセット電圧を生じさせる従来技術による技法は、チャックの極に供給されている電圧レベルをオフセットするために、チャックの極へのバイアス印加に利用されている電源以外の第２の電源を必要とする点が不利である。この第２電源の要件は、結果的に生じる静的オフセット電源をさらに高価かつ扱いにくくし、不利である。
他方、動的帰還システムにおいて、推定ウェハＤＣバイアスに応じ、チャックの極に供給されている電圧の変更が試みられている。本出願人により１９９６年３月２９日に提出された出願番号第０８／６２４，９８８号（弁理士事件整理番号第Ｐ１６９／ＬＡＭ１Ｐ００６号）の「動的帰還静電ウェハチャック」と題する、ここに参照として組み入れられている米国特許出願においては、ウェハＤＣバイアスを推定し、推定ウェハＤＣバイアスを電源の基準として利用するための技法が開示されている。
理論上、基準電圧（つまり、推定ウェハＤＣバイアス）が、ウェハの帯電のために負になると、これに対応し、負極に供給されている電圧の負の度合が高くなり、正極に供給されている電圧の正の度合いが低くなる。基準電圧（したがって、ウェハＤＣバイアス）とチャックの極の電圧レベルの間の差異は変化しないため、理論的には、プラズマがオンになるときのヘリウム流量のレベルには差異がないはずである。
実際には、推定ウェハＤＣバイアスの度合いは、一般的に実際のウェハＤＣバイアスより低いことが判明した。このため基準電圧の度合いは、一般的に実際のウェハＤＣバイアスより低い。したがって、基準電圧に参照されているチャックの負極と、ウェハＤＣバイアスの電位差は、プラズマがオンになっているとき、実際には低くなる。前述のように、負極とウェハ間のΔＶの減少により、その間の静電力は削減され、ヘリウム流量が増大するという望ましくない結果となる。
さらに、基準電圧と実際のウェハＤＣとの電位差は、実際には、チャックへのＲＦ電力の増加に伴い増大することが判明している。したがって、負極とウェハの電位差は、実際には、バイアス電力が増加するにつれて減少し、このようにしてバイアス電力が増加すると、ヘリウム流量が増加する。
前記を考慮すると、特にプラズマの存在下、二極静電チャックに対するウェハの改良クランプ技術のための改良技術が望まれている。コストを低減するために、この改良技術は、第２電源や複雑な制御回路の使用が不要とすることが好ましい。
発明の概要
本発明は、ひとつの実施態様においては、基板加工チャンバーの二極静電チャックに、不平衡電圧を提供する方法に関する。この方法は、制御信号に応じて、第１端子および第２端子で平衡差動出力電圧を生成させるように構成されている可変平衡電圧電源を準備する工程を含んでいる。この方法は、さらに、可変平衡電圧電源の第１端子を第１ノードに接続させる工程を含む。第１ノードは、抵抗器ブリッジの第１抵抗素子に接続される。
この方法は、また、可変平衡電圧電源の第２端子を第２ノードに接続する工程も含んでいる。第２ノードは、抵抗器ブリッジの第２抵抗素子に接続される。第１抵抗素子の抵抗値は、第２抵抗素子の抵抗値より低い。また、第１抵抗素子および第２抵抗素子を１つの共通基準端子に接続する工程を含んでおり、これによって、可変平衡電圧電源以外の電源を利用しなくても、可変平衡電圧電源がオンになったときに、第１ノードおよび第２ノードで平衡電圧を生成している。
本発明は、別の実施態様においては、基板加工チャンバーの二極静電チャックに、不平衡電圧を供給するよう構成されている不平衡差動電圧電源供給装置に関する。この不平衡差動電圧電源供給装置は、制御信号に応じて、第１端子および第２端子で平衡差動出力電圧を生成するように構成されている可変平衡電圧電源を含む。この不平衡差動電圧電源供給装置は、可変平衡電圧電源の第１端子に接続される第１ノードを含む。また、第２抵抗素子に並列に接続されている第１抵抗素子を具備する抵抗器ブリッジも含まれている。第１抵抗素子は、第１ノードに接続される。
この不平衡差動電圧電源供給装置は、可変平衡電圧電源の第２端子および第２抵抗素子に接続される第２ノードも含む。第１抵抗素子の抵抗値は、第２抵抗素子の抵抗値より低い。さらに、第１抵抗素子および第２抵抗素子に接続されている１つの共通基準端子が含まれており、これによって、可変平衡電圧電源がオンになったとき、可変平衡電圧電源以外の電源を利用しなくても、第１ノードおよび第２ノードで不平衡電圧が生成される。
以下の詳細な説明を読み、様々な図を参照することで、本発明の上記およびその他の利点が明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面の図を例として説明されているが、これに制限されることはない。理解を助けるため、以下の図における同一の参照番号は、同一あるいは類似した要素を示すものとする。
図１は、説明を容易にするために、一般的なプラズマ基板加工システムを示している。
図２は、二極静電チャックの断面図である。
図３は、二極静電チャックのドーナツ部＆基部構成を示している。
図４は、本発明の実施態様に従って、静的不平衡二極静電チャック電源を示す。
図５Ａおよび図５Ｂは、プラズマがオンになっているとき、不平衡な供給電圧が、二極ＥＳＣチャックの負極と基板の間の電位差に及ぼす影響を示す。
図６は、本発明の実施態様に従って、不平衡二極静電チャック電源供給装置の別の実施例を示している。
第７Ａおよび第７Ｂは、プラズマがオンになっているときに、動的帰還および不平衡供給電圧の組み合わせが、二極ＥＳＣチャックの負極と基板の間の電位差に及ぼす影響を示している。
図８は、本発明の実施態様における静的不平衡二極静電チャック電源供給装置を示す。
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、添付図面で示されるように、いくつかの好ましい実施態様に関して詳細に説明されている。以下の説明では、本発明が十分理解されるよう、多数の特定の詳細が述べられている。しかし、これらの特定の詳細がなくても本発明が実施されうることは、当業者にとって明らかである。本発明を理解するうえで不要な混乱を避けるため、それ以外の例では、周知の工程ステップについては、詳述されていない。
本発明のある態様に従って、二極静電チャックの負の基部または極とウェハとの間の電位差が一定のレベルを超えて維持されている限り、ヘリウム漏れは許容できる程度であることが理解されよう。さらに、ヘリウム漏れを最小限に抑えるためには、二極ＥＳＣチャックの二極の平衡電圧が必須でないことが認識されている。動的帰還が利用されるにしても、二極ＥＳＣチャックの極での不平衡電圧により、事実上の利点が得られることが認識されている。
例えば、二極ＥＳＣチャックの二極に供給されている電圧を、意図的に不平衡にできる（つまり、二極静電チャックの負極に供給されている負の電位の度合いを、二極静電チャックの正極に供給されている正の電位の度合いより大きくする）場合、ウェハが負のバイアスをかけられ、その推定ＤＣ電圧が電源に対する基準として利用されるにしても、ウェハと負極の電位差がつねに最小レベルを上回るようにすることができる。不平衡ＥＳＣ電源が動的帰還とともに利用されると、高バイアス電力がチャックの極に適用されても、安定した冷却ヘリウム流量を維持することができる。
さらに重要なことは、本発明により、複雑な制御回路や追加電源の使用を必要としなくても、二極ＥＳＣチャックの極に不平衡電圧を供給するという目標が達成される。本発明の別の有利な態様に従って、第２電源（つまり、オフセット電源）の使用を必要としなくても、ＥＳＣチャックの電極に固定した負のオフセット電圧を提供することができる。１９９５年１０月３０日に提出された出願番号第０８／５５０，５１０号（代理人事件整理番号第Ｐ１６８／ＬＡＭ１Ｐ００４号）の「負のオフセット二極静電チャック」と題される前述の同時係属中の出願に比較して、本発明は、単一の電源だけを使用している二極ＥＳＣチャックに固定のオフセット電圧を供給するので、大きな利点を有している。当業者によって理解されるように、固定したオフセット電圧を得るために単一電源だけを利用する能力は、費用や信頼性の面でおおきな利点が得られる。
図４は、本発明のひとつの実施態様に従って、図１のチャック１１０などの二極静電チャックの極に不平衡電圧を供給するための不平衡差動電圧電源供給装置４００を示す。図４の構成においては、不平衡差動電圧電源供給装置４００は、可変平衡電圧電源４０２を含む。スタンドアロン構成要素として、可変平衡電圧電源４０２は、その入力として制御信号（典型的には、０Ｖと５Ｖの間のｄｃ信号）を受信し、その出力端子４０４および４０６において、等しい大きさの正および負の電圧を出力する。本例では、可変平衡電圧電源４０２として、カリフォルニア、エルカホーンのアメリカンハイボルテージ社の電源（型式番号ＳＦ−１２）が使用されている（可変であっても、なくても）それ以外の従来の電源が利用可能なことは言うまでもない。
ただし、平衡電圧電源４０２の出力端子４０４および４０６は、抵抗器ブリッジ４０８のノードに接続される。抵抗器ブリッジ４０８は抵抗素子４１０と４１２を有しており、図示されているように、それらの両端は、出力端子４０４と４０６および共通基準端子４１４に接続されている。図４の実施態様においては、共通基準端子４１４が接地されているが、それ以降の図で示されるように、その代わりに、動的帰還信号に接続されて、不平衡差動電圧電源供給装置４００によって出力されている電圧を動的に修正するようにしてもよい。共通基準端子４１４が接地されているときには、必要に応じて、電流制限抵抗器（ある実施態様においては約１０ｋΩ）を、共通基準端子４１４と接地の間に挿入してもよい。
本発明のある特に有利な態様に従って、単に抵抗素子４１０および４１２の抵抗値を不平衡にするだけで、不平衡差動電圧電源供給装置４００の出力４２０、４２０で不平衡電圧が生じるようにしてもよい。
例えば、抵抗素子４１０の抵抗値が、抵抗素子４１２よりも高い場合には、オフセット電圧が生じ、このオフセット電圧によって端子４０４での正電圧の正の度合いが低くなり、同じオフセット電圧よって端子４０６での負電圧の負の度合いが増大する。このようにして、不平衡差動電圧電源供給装置４００は、その出力４２０および４２２において、後で二極ＥＳＣチャックの極へのバイアス電圧として利用されうる不平衡電圧を出力する。
ある例においては、平衡電圧電源４０２は、抵抗器ブリッジ４０８無しで、端子４０４で＋３５０Ｖ、端子４０６で−３５０Ｖを出力するように構成される。約１．００１ＭΩの抵抗値を有する抵抗素子４１２が（ノード４１８を介して）端子４０４に接続され、約２ＭΩの抵抗値を有する抵抗素子４１０が（ノード４１６を介して）端子４０６に接続されるとき、出力４２０および４２２の差動電圧は、それぞれ約＋２４０Ｖおよび−４６０Ｖであることが見いだされている（１１０Ｖのオフセット）。抵抗器４３０は、（不平衡差動電圧電源供給装置４００が出力４２０および４２０で接続されているチャックは、一般的に非常に高いインピーダンスを有しているため）平衡電圧電源４０２に対する有限負荷となる負荷抵抗器を表している。ある実施態様においては、抵抗器４３０は、約４７０ｋΩの値を有していてもよい。抵抗器４３２および４３４は、電流制限抵抗器であり、また、漏れセンサ抵抗器でもある。ある実施態様においては、抵抗器４３２および４３４は、それぞれ約５１ｋΩの値を有していてもよい。
出力４２０と４２２での差動電圧は、大きさの異なる正と負の電圧によって二極ＥＳＣチャック（例えば、図２のチャック１１０）の極にバイアスをかけるために利用されるようにしてもよい。負の出力電圧は、共通接地に対してさらに負の度合いが強まるので、本発明は、プラズマがオンになり、基板が負に帯電されても、基板と負極の間の大きな電位差を維持するのに有利である。
図４の構成に関連した利点は、図５Ａおよび図５Ｂの電圧プロットを参照することで、さらによく理解できる。図５Ａでは、二極ＥＳＣチャックの極は、従来の技術と同様、＋３５０Ｖと−３５０Ｖで等しくバイアスがかけられている。ポイント５０２でＲＦ電力がオンになると、基板ＤＣバイアスは−１００Ｖまで下がり、負に帯電しているウェハと負極の電位差（△Ｖ）は２５０Ｖとなる。
図５Ｂにおいては、二極ＥＳＣチャックの極は、図４の不平衡差動電圧電源供給装置を使用することにより、＋２４０Ｖと−４６０Ｖでバイアスが不均一にかけられている。ＲＦ電力がポイント５０４でオンになると、基板ＤＣバイアスは再び−１００Ｖまで下がる。しかし、負に帯電しているウェハと負極の間の電位差（△Ｖ）は、より高い△Ｖ（つまり、ＲＦ電力がオンになる前の４６０Ｖ）から下がり、代わりに３６０Ｖの電位差で有利に維持される。本発明のより高い電位差は、ウェハのエッジをチャックの負の基部にクランプする、より高い静電力に変換される。したがってプラズマがオンになっても、冷却ヘリウムの安定した流れを維持するのに有利である。
ある実施態様においては、抵抗素子４１０および４１２は、適切な従来の抵抗器、あるいは既製の値を有する適切な従来の抵抗器の組み合わせを表している。抵抗素子４１０および４１２を表している抵抗器の正確な値は、おもに平衡電圧電源４０２のパラメータと、所望のオフセット電圧値によって変化する。ある実施態様においては、抵抗素子４１０と４１２を表している抵抗器の値は、インタラクティブイメージテクノロジ社（カナダ、オンタリオ州トロント市ピーターストリート１１１，スイート８０１）による「エレクトロニクスワークベンチ」（バージョン４）として知られているソフトウェアモデリングツール、あるいはこれと同等の適切なモデリングツールを使用して、ある特定のオフセット電圧に関して得ることができる。
図４の不平衡差動電圧電源供給装置４００は、負の出力電圧をさらに負にオフセットし、正の出力電圧をさらに正にオフセットするために、電源の追加を必要とすることなく、固定不平衡電圧を二極ＥＳＣチャックの極に供給していることに注目すべきである。これによって、実質的にＥＳＣ電源供給のコストが削減され、構造も簡略化されているため、極めて有利であると言える。
図６は、本発明の別の実施態様に従って、共通基準端子４１４が接地されている代わりに、ウェハバイアスセンサ出力に接続されている図４の不平衡電圧電源供給装置を示す。このように接続されるとき、図６の不平衡差動電圧電源供給装置により、出力４２０と４２２での出力電圧を、推定基板ＤＣバイアス値に応じて動的に変更することができる。ウェハバイアスセンサ、および、その出力を基準信号として使用することは、例えば、前記同時係属中の出願第０８／６２４，９８８号に記載されている。
本実施態様の利点は、図７Ａを参照することによってさらに良く理解できる。図７Ａにおいては、チャックの極に供給されている電圧は、例えば＋３５０Ｖと−３５０Ｖで平衡がとれている。ＲＦ電力がポイント７０２でオンになると、基板のＤＣバイアスは、図７Ａで示されるように、値Ｖｄｃだけ下がる。平衡電源用基準電圧として利用される推定基板ＤＣバイアスは、両極に供給されている電圧を値Ｖｒｅｆだけ下げる。Ｖｄｃ＝Ｖｒｅｆの場合、両方の電圧レベルが同じ量だけ下がるため、理論的には、チャックの負極と負に帯電しているウェハの間の静電力のレベルが下がることはない。
実際には、Ｖｄｃは、通常、ウェハバイアスセンサ回路によって過小評価されていることが判明した。したがって、Ｖｒｅｆ（つまり、推定基板ＤＣバイアス）は、一般に、Ｖｄｃ（実際の基板ＤＣバイアス）より小さくなる。図７Ａのプロットに図示されているように、この過小評価によって、負極の電圧レベルは、基板ＤＣレベルが引き下げられる量より少ない量だけ引き下げられる。例えば、基板ＤＣバイアスが−１００Ｖまで減少する場合、△Ｖは、ポイント７０２（プラズマがオンになるとき）の前の約３５０Ｖから、その後（ＲＦピーク検出器回路による基板ＤＣバイアスの過小評価のため）３５０Ｖをやや下回るまで変化することがある。ヘリウムの流れを満足なレベルに維持するために必要な電位を約３５０Ｖとすると、このようなわずかな低下でも、許容できないほどのレベルにまでヘリウムの漏れを増加させる可能性もありうる。
本発明の不平衡ＥＳＣチャック電源供給装置とともに（推定基板ＤＣバイアスを使用する）動的帰還が利用されるときには、（ＲＦ電力がオンになるときに）基板が負に帯電されたとしても、負極と基板との電圧差が適切に維持できることが判明した。図７Ｂにおいて、二極ＥＳＣチャックの極には、例えばそれぞれ＋２４０Ｖと−４６０Ｖが供給され、最初は不平衡である。ＲＦ電力がポイント７０４でオンになり、推定基板ＤＣバイアスが電源の基準として利用されると、この電位差△Ｖ２は、前記過小評価のために△Ｖ１からはやや減少するが、依然として、基板と負に帯電しているウェハの間の静電引力（および付随して安定したヘリウム流れ）を適切なレベルに維持するために十分大きな値である。
例えば、基板ＤＣバイアスが−１００Ｖまで下がると、△Ｖは、ポイント７０４（プラズマがオンになるとき）の前の約４６０Ｖからその後（ＲＦピーク検出器回路による基板ＤＣバイアスの過小評価のため）わずかに４６０Ｖを下回るまで変化することがある。図７Ａに関して説明されている前記例を使用して、ヘリウム流量を満足なレベルに維持するために必要な電位差が約３５０Ｖである場合、動的帰還不平衡電源供給装置は、ヘリウム流量を安定した状態に保つため、この必要とされている値より電位差を高く維持するのに有利である。
図８は、チャックの極に供給される出力４２０および４２２での電圧を不平衡にすることに加えて、抵抗器ブリッジ４０８が、ノード４１８と４１６における電位差を分割するための分圧器回路としてさらに機能する、本発明の別の実施態様を示している。図８の実施態様においては、ノード４１６と４１８における電位差の数分の１を表す信号を、ノード８１２から得ることができる。例えばＥＳＣチャックの極への入力電圧に関するデータをユーザに提供するため、アナログデジタルＩ／Ｏ回路をノード８１２に接続できる。このデータは、例えば基板上で実行されている工程のモニタに利用できる。
前記から理解できるように、本発明は、プラズマがオンになり、基板が負に帯電している間に、二極静電チャック、特に負の基部二極静電チャックに基板をクランプする点が有利に改善されている。抵抗器ブリッジの抵抗値を修正するだけで、本発明は、負極に供給されている負の電圧の大きさを増大し、基板とチャックの負極の間の静電力の適切なレベルが、基板がプラズマのために負のバイアスをかけられた後も、均一に維持されるよう、静電力を増大させる。本発明は、複雑な制御回路、あるいは１つまたは複数の追加電源の使用を必要としなくても、前記を達成できることが最も重要である。動的帰還を使用する場合、クランプ力の適切なレベルは、（ウェハの負電圧の大きさが増大される場合だけではなく）バイアス電力が大幅に増加される場合にも保証される。
本発明は、複数の好ましい実施態様として説明されてきたが、本発明の範囲内に該当する範囲で変更、置き換えおよび同等物の使用が可能である。例えば、ここでは、プラズマエッチング炉に関して説明されているが、本発明の不平衡二極ＥＳＣチャック電源供給装置は、例えば、析出に利用されるものなど、他のプラズマ炉で利用されてもよい。また、本発明の方法および機器を実現する多くの代替方法があることにも注意すべきである。したがって、以下の請求項は、本発明の真の精神および範囲に該当するすべてのこのような変更、置き換えおよび同等物を含むとの解釈が意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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