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CN101006630B - 等离子体加工中确定正确的平均偏置补偿电压的方法 - Google Patents

等离子体加工中确定正确的平均偏置补偿电压的方法 Download PDF

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CN101006630B CN2005800285414A CN200580028541A CN101006630B CN 101006630 B CN101006630 B CN 101006630B CN 2005800285414 A CN2005800285414 A CN 2005800285414A CN 200580028541 A CN200580028541 A CN 200580028541A CN 101006630 B CN101006630 B CN 101006630B
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Abstract

提供了一种通过施加双极ESC电压移去附着到双极静电卡盘(ESC)的衬底的方法，该方法包括在加工当前的衬底后停止提供双极ESC电压，以及确定加工的单极元件误差。本方法也包括为后续衬底校正该单极元件误差。

Description

等离子体加工中确定正确的平均偏置补偿电压的方法
技术领域
本发明涉及电介质材料或半导体材料的加工。更具体地，本发明涉及从静电卡盘释放电介质或半导体晶圆。
背景技术
在晶圆加工或玻璃加工过程中，用静电卡盘(ESC)将半导体晶圆或电介质晶圆夹持到金属支持物上。ESC的工作类似于电容器(在晶圆和金属支撑物之间形成静电荷)，以将晶圆夹紧或紧固在金属支架上。半导体或电介质加工过程将在晶圆上聚集大量能量。为了在加工过程中冷却晶圆，需要热传导介质将热量从晶圆传导到散热器上。散热器是水冷式金属支持物。热传导介质是氦之类的气体，它能将热量从晶圆传导到水冷式金属支持物。ESC是将晶圆固定到金属支持物的夹紧装置。一旦加工完成，必须将晶圆从金属支持物移去。在停止提供夹紧力后，ESC和晶圆之间仍然存在残余的粘着力。因这种粘着力的缘故而移去晶圆的过程称为“松开(dechucking)”或放开(declamping)晶圆。各个ESC的松开值不同导致松开过程变得复杂化。因此，即使每个ESC均由同一个制造商使用相同材料制造而成，对一个ESC有效的松开值也未必对另一个ESC有效。另外，单个ESC具有取决于温度的电气特性，因此一个温度时的松开值未必对处于不同温度的同一ESC有效。除各卡盘之间的差异和给定卡盘在各温度之间的差异外，最佳的松开条件(电压偏移高于极间电压幅值)也取决于所加工晶圆的类型，甚至取决于用于进行加工的方法。
因此，需要考虑了每个ESC的电气特性的、用于松开的系统和方法。
发明内容
一般而言，本发明通过提供一种能以智能方式松开衬底的衬底加工装置满足了这些需求。应当理解，本发明能以各种方式实施，包括以工艺过程、装置、系统、设备或方法的方式来实施。以下描述了本发明的一些独创性实施例。
按照本发明的第一方面，提供了一种移去通过施加双极静电卡盘ESC电压而附着到双极静电卡盘ESC的衬底的方法，该方法包括下列步骤：在加工当前的衬底后停止提供所述双极静电卡盘ESC电压；确定所述加工的单极元件误差；所述单极元件误差由偏置电压补偿误差进行定义，所述偏置电压补偿误差是通过在松开期间检查来自所述静电卡盘的正极的第一放电尖峰以及来自所述静电卡盘的负极的第二放电尖峰而识别的；以及为后续的衬底校正所述单极元件误差；其中，为所述后续的衬底校正所述单极元件误差包括在偏置补偿电压低时增加偏置电压补偿和在所述偏置补偿电压高时减少所述偏置电压补偿。
按照本发明的第二方面，提供了一种移去通过施加双极静电卡盘ESC电压而附着到双极静电卡盘ESC的衬底的方法，该方法包括下列步骤：
(A)在加工当前的衬底后停止提供所述双极静电卡盘ESC电压；
(B)通过确定偏置补偿电压误差来确定所述加工的单极元件误差，且所述确定单极元件误差包括
(a)在停止提供所述双极静电卡盘ESC电压后和施加相反极性电压前检查来自所述静电卡盘的正极的第一放电以及来自所述静电卡盘的负极的第二放电；以及
(b)计算所述第一放电和所述第二放电之间的电流差，并且接着执行下列步骤之一：
(i)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为正值时，确定偏置补偿电压低，
(ii)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为负值时，确定偏置补偿电压高；以及
(C)补偿所述衬底的所述单极元件误差。
按照本发明的第三方面，提供了一种用于加工衬底的装置，该装置包括：
(A)双极静电卡盘ESC，该卡盘能利用源于双极静电卡盘ESC电压的电力夹持所述衬底；
(B)静电卡盘ESC夹持电压源，该电压源能向所述双极静电卡盘ESC施加所述双极静电卡盘ESC电压、偏置补偿电压和相反极性电压中的至少一种电压；以及
(C)计算设备，该设备能管理所述静电卡盘ESC夹持电压源，并能识别单极元件误差，所述单极元件误差由所述计算设备通过确定偏置补偿电压误差来进行识别，且所述确定所述偏置补偿电压误差包括，
(a)检查来自所述静电卡盘的正极的第一放电以及来自所述静电卡盘的负极的第二放电，
(b)计算所述第一放电和所述第二放电之间的电流差，并且接着执行下列步骤之一：
(i)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为正值时，确定所述偏置补偿电压低，
(ii)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为负值时，确定所述偏置补偿电压高，以及
所述计算设备能控制对于所述识别的单极元件误差的校正。
在一个实施例中，提供了一种移去通过施加双极ESC电压而附着到双极静电卡盘(ESC)的衬底的方法，该方法包括在加工当前的衬底后停止提供双极ESC电压，以及确定该加工的单极元件误差。该方法也包括为衬底校正单极元件误差。
在另一个实施例中，提供了一种移去通过施加双极ESC电压而附着到双极静电卡盘(ESC)的衬底的方法，该方法包括在加工当前的衬底后停止提供双极ESC电压，以及确定该加工的单极元件误差。该方法也包括为衬底补偿单极元件误差。
在另一个实施例中，提供了一种加工衬底的装置，该装置包括双极静电卡盘(ESC)和ESC夹持(clamping)电压源，其中，双极静电卡盘能以源于双极ESC电压产生的电力夹持衬底，ESC夹持电压源可向双极ESC施加双极ESC电压、偏置补偿电压和相反极性电压中的至少一种电压。所述装置也包括计算设备，该设备能管理ESC夹持电压源，并能实行补偿单极元件误差和校正单极元件误差中的至少其中之一。
本发明具有许多优点。最显著的是，本文所述的装置和方法以两种方式中的任一方式实现了晶圆的智能的和有效的松开。在一个实施例中，可以确定偏置补偿电压和/或相反极性电压(RPV)方面的误差，且可以在后续晶圆加工操作中调整偏置补偿电压和/或相反极性电压，因此不会出现误差，并且可以以最优的方式进行松开。在另一个实施例中，可以在松开当前的晶圆之前检测出偏置补偿电压方面的误差。因此，在检测出偏置补偿电压误差后，可以向ESC施加具有偏移电压的RPV，从而可以以最优的方式松开当前晶圆。
从以下结合附图的详细描述可以更容易地看出本发明的其他方面和优点，其中，上述附图以举例的方式说明了本发明的原理。
附图说明
通过以下结合附图的详细说明，可以容易地理解本发明。为便于描述，类似的附图数字表示类似的结构元件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的说明性的等离子体加工器，该加工器可用于蚀刻晶圆或在具有侧壁的室内的晶圆上淀积薄膜。
图2示出了根据本发明的一个实施例的、由图1的加工室容纳的说明性的单极ESC。
图3示出了一种说明性的双极ESC，该ESC也可用在上述根据本发明的一个实施例的说明性的等离子体加工器的室中。
图4示出了根据本发明的一个实施例的晶圆加工装置。
图5A示出了从ESC通电起到松开的、来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的ESC放电电流的曲线图。
图5B示出了某区域，该区域示出了根据本发明的一个实施例的松开过程中所测的ESC电流的曲线图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的、图5的区域G处的电流尖峰的放大的说明性曲线图。
图7A示出了根据本发明的一个实施例的、关于RPV最优值的电流尖峰。
图7B示出了根据本发明的一个实施例的、过低RPV的负电流尖峰。
图7C示出了根据本发明的一个实施例的、过高RPV的正电流尖峰。
图8A示出了根据本发明的一个实施例的、在主夹持步骤期间(其中偏置补偿电压过低)施加可变的固定偏置补偿对电流放电尖峰的影响。
图8B示出了根据本发明的一个实施例的、在主夹持步骤期间(其中偏置补偿电压过高)施加可变的固定偏置补偿对电流放电尖峰的影响。
图9A示出了来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的负极和正极的电流放电曲线的特写图，其中，偏置补偿过低。
图9B示出了来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的负极和正极的电流放电曲线的特写图，其中，偏置补偿过高。
图10的流程图定义了根据本发明的一个实施例的方法，该方法用于在随后的晶圆加工操作中校正不正确的相反极性电压和/或不正确的偏置补偿电压。
图11的流程图定义了根据本发明的一个实施例的方法，该方法用于在当前的晶圆加工操作中补偿不正确的偏置补偿电压。
具体实施方式
公开了关于加工衬底的方法和装置的发明。在以下的说明中，描述了许多具体细节以便使读者能透彻地理解本发明。然而，本领域技术人员应当理解，本发明可以在不具有某些或全部这些细节的情况下实施。在其它实例中，没有详细描述众所周知的加工操作，以免不必要地干扰对本发明的说明。
虽然已经用一些优选实施例描述了本发明，但是应当理解，通过阅读前述说明和研究附图，本领域技术人员将实现有关这些实施例的各种变更、添加、置换和等同物。因此，期望本发明包括落在本发明的精神和范围之内的所有这些变更、添加、置换和等同物。
本发明提供了一种用于确定静电卡盘(ESC)的松开参数的系统和方法。在松开过程中，在一定时间内施加相反极性电压。本领域的技术人员应当理解，如果ESC偏置补偿电压不正确(过低或过高)，则ESC夹持电压对两个极而言实际上有所不同，且同一相反极性电压幅度可能对一个极而言过高，但对另一个极而言过低。
图1示出了根据本发明的一个实施例的说明性的等离子体加工器，该加工器可用于蚀刻晶圆或用于在具有侧壁12的室10内的晶圆上淀积膜。图1描述了一种说明性的能够夹紧和松开晶圆的等离子体加工系统。室10可以是真空室，该真空室可包括下端板14和具有电介质窗18的上端板结构16。可采用普通密封垫圈(未示出)密封这些外表面。
将来自气体源(未示出)的可以经激发而生成等离子体的气体经管线19、端口20和阀21输送到室10内部。等离子体气体是由离子、电子和中性粒子组成的电中性的离子化气体。通过连接到侧壁12中的端口22的真空泵维持室10内部的真空状态。本领域技术人员应当理解，端口22也可以位于室的底部。可通过合适的电源(如安装在窗18上方的并由RF源26通过匹配网络28激励的平面线圈24)来激励真空室10中的气体并形成等离子体状态。
可以将说明性的静电卡盘(ESC)30固定在包括接地的金属底座31的支撑结构上的室10中，该底座31可通过电绝缘片32与卡盘电解耦；该底座31可固定到下端板14。可特别设计ESC 30，以有选择地夹持晶圆34。通常，晶圆34是半导体晶圆或玻璃电介质或任何其它合适的材料或材料的组合。
参考图2，其中示出了在工作中耦合到晶圆34的说明性单极静电卡盘的分解图。在夹紧过程中(如晶圆夹紧过程)和松开过程中(如晶圆松开过程)，传感器38可以监视电极36和电压源42之间的ESC电气特性。作为举例而非限制，传感器38监视的ESC电气特性可以是电极36和电压源42之间的电流。从而，在该实例中，传感器38可以是配置成测量电流的安培计。另外，传感器38也可以测量其它ESC电气特性，如电压、电阻、电容、电感、阻抗和任何其它这类电气特性。传感器38可设置在电极36与源42的端子40之间。如以下所述，将一台计算机配置成接收传感器38的输出，并控制施加到ESC 30的夹持力和松开力。
重新参考图1，通过将来自合适的源(未示出)的氦气经导管44和阀门45通过ESC 30而提供给晶圆的背面(即晶圆的未暴露在加工室10中的离子的那一个面)，从而控制晶圆34的温度，并通过将来自合适的源(未示出)的冷却液经导管47和阀门49提供给ESC 30，控制了晶圆34的温度。如果在ESC 30和晶圆34之间仅有少量或不存在粘着力，则施加到晶圆34背面的气压足以将晶圆34推离ESC 30。氦气通过传递晶圆和ESC 30之间的热量来冷却晶圆34。由于冷却液经导管47流向ESC 30的缘故，因而ESC 30可充当相对较冷的散热器。ESC 30的主要目的是控制晶圆的温度。另外，“温度控制”既可指冷却晶圆也可指加热晶圆。
晶圆34的背面毗邻ESC 30的除那些设有槽的部分之外的平坦表面。ESC 30向晶圆34施加力，从而，由于晶圆的暴露表面是平坦的，因而它处于与ESC的平坦表面基本平行的平面中。也将ESC 30制造成使氦气接触晶圆34背面的相当大的一部分。
在工作中，通过由源42产生的夹持电压将晶圆夹紧或夹持到ESC30。因为在晶圆34上存储的电荷多到足以阻止从ESC 30上移去该晶圆，所以向ESC 30施加相反极性电压，以除去仍然存在于晶圆34上的残余电荷。从而，由电源42产生相反极性电压，并在一定时间内施加该电压，以除去晶圆34上的残余电荷。从ESC移去晶圆34的过程称为“松开”。
计算机系统50包括微处理器52、随机存取存储器(RAM)54和只读存储器(ROM)56，它控制由源42产生的时变电压的幅值，控制阀门21、45和49的开启和关闭，并控制RF源26的接通和关断以及匹配网络28的电抗。微处理器52响应ROM 56中存储的程序、RAM54中存储的信号值和由传感器38感测的脉冲中的电流幅值，以控制阀门21、45、49以及高压源42与RF源26。另外，微处理器52响应(1)源26的输出功率值和(2)从合适的换能器(未示出)得出的反馈到该源的功率值而控制匹配网络28的电抗。
图2示出了根据本发明的一个实施例的、由图1的加工室容纳的说明性的单极ESC60。ESC 60连接到经过编程的直流源42的高压端子40。在室10内的晶圆34的最初加工过程中，端子40处的电压能达到数千伏。对于ESC 60，电压源42可构造成使端子40对地电压为负电压或者为正电压。另外，为了控制离子的能量，向卡盘60提供射频(RF)偏压。为此，RF源61经匹配网络62和串联直流阻塞电容器63连接到ESC 60的金属底座64。RF电压导致晶圆34被充电到直流负电压，因为ESC吸引的运动性高的等离子体电子远比其吸引的运动性低的较重的等离子体离子多。电极36的正面，即最接近晶圆34的表面由电阻性材料65覆盖(最好形成完全覆盖板36的正面的层)。板36的其余部分由绝缘层66包围，该绝缘层最好由陶瓷材料制成。将绝缘层66连接到金属底座64。通过在金属底座64内的通道47中流通加热/冷却液体来控制金属底座64的温度。
在将晶圆34放置在电阻层65上后，将直流电压源42接通，并使其输出为非零值(一般处于几百至几千伏的范围内)。然后，通过导管44将传热气体传输到晶圆34和电阻层65之间的间隙。
在工作中，在使用可编程直流电源42后，电荷经电流计38和RF滤波器网络68流至电极36。在经过电极36后，电荷继续通过电阻层65，然后通过电阻层65与晶圆34之间的接触部分到达晶圆34。从晶圆34开始，电荷通过等离子体到达室壁(未示出)，并返回到可编程直流电源42的接地端子。通过电阻层65和晶圆34之间的接触部分的电荷流包括自由电荷流与位移电荷流。电阻层65和晶圆34之间的位移电荷流在电极36和电阻层65上留下了一个极性的净电荷，并在晶圆34上留下了相反极性的净电荷。两种相反极性净电荷之间的吸引力将晶圆34夹紧到ESC 60。
在松开过程中，施加来自可编程直流电源42的相反极性电压加速了电流通过电阻层65的反向流动。在一个实施例中，在可变的时间长度内施加指定幅度的相反极性电压。在一个备选实施例中，在指定的时间长度内施加幅度可变的相反极性电压。
图3示出了一种说明性的双极ESC80，该ESC也可用在上述根据本发明的一个实施例的说明性的等离子体加工器的室10中。该说明性的双极ESC 80包括嵌入电介质层82和83的第一板81和嵌入电介质层85和86的第二板84。当借助电源87和88将夹紧电压施加到两个电极时，在上述电极之间流动有小电流，且该电流通过晶圆(未示出)，使得在两个板81和84的表面上积聚了相反的电荷。这些电荷在双极ESC 80和晶圆(未示出)之间建立了静电效应。本领域技术人员应当理解，上述电源在工作中耦合到图1所示的计算机系统70。
通过以下使用结合图4到11描述的装置和方法，可以确定加工过程中的平均偏置补偿电压过高还是过低。可以将双极ESC视为两个电容器，其中一个位于晶圆和ESC正极之间，而另一个位于晶圆和ESC负极之间。通常，这两个电容器的值相同。如果偏置补偿电压等于晶圆偏压，则两个电容器上存储的电荷数量在加工过程中相等。但是，如果偏置补偿电压与晶圆偏压不相等，则两个电容器上的电荷将不同，且加工结束时其中一个放电电流将大于另一个放电电流(假定存在等离子体)。哪个放电电流较大与哪个放电电流较小将取决于偏置补偿电压相对于晶圆偏压是过大还是过小。在本方法中，可以在松开期间检测出偏置补偿误差。因此，对于后续的晶圆加工操作，可通过调整ESC偏置补偿电压、改变ESC相反极性电压和/或调整在松开期间向后续晶圆施加的ESC偏移电压来校正ESC偏置补偿电压误差之类的单极元件误差。
在另一个实施例中，可以在松开发生之前检测偏置补偿误差。在ESC断电后和施加RPV之前，可以初始地检测来自ESC的负极和正极的放电电流。通过比较双极ESC的负极和正极之间的电流放电，可以确定偏置补偿电压是否过低或过高。在这种环境下，可施加偏移电压，以便调整施加到正极和负极的实际RPV，以补偿偏置补偿。另外，通过调整ESC偏置补偿电压、调整ESC相反极性电压和/或调整ESC偏移电压，可以对后续晶圆进行偏置补偿电压误差的校正。
图4示出了根据本发明的一个实施例的晶圆加工装置200。在一个实施例中，晶圆加工装置200包括由双极静电卡盘(ESC)208夹持的晶圆202。ESC 208包括负极204和正极206，可通过这些电极施加电压来产生静电场，以将晶圆202夹持到ESC 208。应当理解，ESC 208可以是任何合适的静电卡盘结构，该结构能实施本文所述的方法来在不使用过多松开力的情况下以最优方式松开晶圆204。在如图4所示的实施例中，ESC 208可以是电容器310和312的一部分，其中，极204和206分别是电容器312和310的导电板。在这样的结构中，晶圆204可以是电容器310和312的另一个导电板，且宽度为300的形成ESC 208的材料以及ESC 208与晶圆204之间的间隙302可作为该电容器的电介质。
极204和206可分别连接到安培计210a和210b。安培计210a和210b能检测流至和来自极204和206的电流量。安培计210a和210b也可连接到中继系统250。中继系统250可包括开关212和214，这些开关可将任一安培计210与来自ESC夹持电压源(ESC CVPS)216的正电压输出228和负电压输出230中的任一输出相连。通过使用中继系统250来切换电压的极性，ESC CVPS 216可以向正极206和负极204中的各个极施加夹持电压和相反极性电压(与夹持电压相比)。因此，在一个实施例中，ESC CVPS 216的负输出230可向负极206施加负电荷，而其正输出228可向正极204施加正电荷。
CVPS 216可向ESC 208施加任何合适数量和种类的电压。在一个实施例中，CVPS能向ESC 208施加来自RF ESC偏置电压源266的RF电压来进行晶圆加工(如晶圆蚀刻)，施加直流电压来进行晶圆夹持，以及施加来自偏置补偿电源260的偏置补偿电压来通过补偿电压夹持的不规则性(这种不规则性是由蚀刻操作过程中在晶圆表面堆积的电荷造成的)而改善晶圆的夹持。遗憾的是，有时由于一些原因将导致偏置补偿电压不正确，因而需要针对上述的电压不规则性进行校正。
由RF电压引起的晶圆上的直流负电压称为晶圆偏压。晶圆偏压的存在改变了ESC极和晶圆之间的电压差。对于双极ESC，晶圆偏压使得该电压差对于其中一极较大，而对于另一极较小。为将这些电压差保持不变，将ESC电压改变称为“偏置补偿电压”的数量，其中，将偏置补偿电压的值选为接近于真实的晶圆偏压。在理想的双极ESC中，晶圆上的正电荷和负电荷(分别位于ESC的负极和正极)的数量正好相等，导致晶圆上不存在净电荷。偏置补偿方面的误差(即偏置补偿电压并不正好等于真实的晶圆偏压)导致了正负极之间的不平衡和晶圆上的非零净电荷。该非零净电荷是造成晶圆粘附的原因。通过提高偏置补偿电压的准确度，可以消除造成晶圆粘附的这一来源，并可改善晶圆的松开。
此外，CVPS 216也可以在主动的松开过程中输出正的相反极性电压(RPV)218和负的RPV 220。可以向极204和206施加该相反极性电压，以减少使来自电容器310的电流放电消失所需的时间。在一个实施例中，可以改变中继系统250内的开关212和214，使得可向正极204施加通过负输出230输出的正PRV220，并可向负极206施加通过正输出228输出的负PRV218。
ESC CVPS 216也可连接到偏置补偿电源260，该电源能向ESCCVPS 216提供将用来产生偏置补偿电压的电压。ESC CVPS 216还连接到计算机262，该计算机能管理夹紧/松开过程，并因此确定何时通过ESC CVPS 216向极204和206施加特定电压。计算机262能产生曲线图264，该图264能以经验方式表示晶圆夹紧和松开的状态。在一个实施例中，该计算机能处理当前应用和来自安培计210的放电数据，以生成如图5A至9B中所示的、表示夹紧和/或松开过程中的来自极204和206的电流放电与时间的关系的曲线图。
在晶圆蚀刻操作之类的晶圆加工中，可以向正极204和负极206施加RF电压。应当理解，可以以本领域技术人员知晓的任何合适方式施加RF电压。施加RF电压与等离子体能向晶圆表面提供负电荷。本领域技术人员已知，向晶圆表面施加负电荷能产生晶圆偏压，该偏压能使晶圆生成不均匀的夹持电压(如极204和206处的不同夹持电压)。为抵消晶圆偏压，可以向极204和206施加等于晶圆偏压的偏置补偿电压。遗憾的是，由于变化的和难于控制的晶圆加工条件的缘故，导致该偏置补偿电压经常是不正确的，因此，偏置补偿电压经常未完全补偿(或过度补偿了)晶圆偏压。另外，在松开过程中，施加到极204和206的RPV可能是不正确的，如图7A至7C所示。
在一个实施例中，当晶圆202正在被松开时，可以检测出偏置补偿误差和/或施加的RPV的影响。在示范的晶圆加工情况下，当发生松开时，两个电容器310和312上的电荷将不相同，且加工末期时其中一个放电电流将大于另一个放电电流。可以将有关放电的数据导入计算机262，该计算机可绘制正极206和负极204的放电曲线图。因此，如以下结合图7A至图9B所述，在松开过程中，可以检测出偏置补偿电压误差和/或施加的RPV的幅度方面的误差。以这种方式，计算机和/或用户能确定偏置补偿和/或施加于系统的RPV是否过低或过高，然后调整偏置补偿电源260，以施加正确的偏置补偿电压，和/或调整RPV 218和220，以校正施加到后续晶圆的RPV。因此，通过检查松开期间的ESC电流放电，可调整后续晶圆上的偏置补偿电压和/或RPV，以优化松开操作。
因此，当偏置补偿电压过低时，可以增加用于后续的晶圆操作的偏置补偿电压。反之，当偏置补偿电压过高时，则可减少用于后续晶圆操作的偏置补偿电压。另外，就RPV误差而言，当在松开过程中发现RPV过低时，可以提高用于后续晶圆加工操作的RPV。另外，当在松开过程中发现RPV过高时，可以降低用于后续晶圆加工操作的RPV。
在另一个实施例中，在断开ESC电源后和向正极206和负极204施加RPV之前，能检测偏置补偿误差。在一个实施例中，在ESC断电后和施加RPV之前，能通过检查来自极204和206的电流放电来检测偏置补偿误差。如参考图9A和9B所述的，通过检查来自正极206和负极的电流放电曲线图，可以进行这样的比较。在这个实施例中，可通过偏移电压电处理从其中获取电流放电读数的晶圆202，以使得与ESC208的另一个极相比，ESC208的一个极具有不同的RPV。因此，在一种偏置补偿校正方法中，当绘制了如图9A和9B所示的ESC电流放电曲线图和发现偏置补偿电压不正确时，可通过向极204和206施加具有偏移电压的RPV来校正校正偏置补偿电压的效果。应当理解，可以以任何能校正偏置补偿电压误差的效果的合适方式来施加具有补偿电压的RPV。在一个实施例中，可通过向正极206和负极204施加不同的RPV电压来施加该具有偏移电压的RPV。在另一个实施例中，可以向极204和206施加相同大小的RPV，同时，可以向极204和206施加另外的偏移电压(不同的极施加不同的电压)来校正由极204和206施加的不相等夹持电压。
应当理解，ESC 208的结构实际上是示范的，并且，可使用任何其它合适类型的、能实施本文所述方法的晶圆加工装置100，以减小在松开过程中当晶圆的不同部分存在不均匀夹持电压时来自正极和负极的电流放电尖峰。因此，只要可以如本文所述的那样管理和控制施加到正极206和负极204的电压，则装置100的结构可以是任何合适的设计和结构。
图5A至9B表示由计算机产生的来自双极ESC的正负极的电流放电与时间的关系曲线图。应当理解，尽管来自正负极的放电的极性看起来是相同的，但实际上这些极性实际上是相反的(例如，如果在绘制中使用极性，则两个极的电流放电曲线图将近似于彼此的镜像)。在图中，将这些曲线显示为具有相同极性(处于Y轴同一侧的曲线)，以更好地显示两极电流放电的大小方面的差异。
图5A示出了从ESC通电到松开期间的、来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的ESC放电电流曲线图270。在一个实施例中，曲线270始于表示接通ESC电源的点272。在接通ESC电源后，来自上述极之一的电流是相对固定的，直到达到区域280为止。区域280描述了当ESC电源断开且发生松开过程时来自ESC正负极的电流放电的波动。结合图5B更详细地描述了区域280。
图5B示出了区域280，该区域示出了在根据本发明的一个实施例的松开过程中所测ESC电流的曲线图。区域A对应于被夹紧晶圆的稳态ESC电流。在区域B中，断开ESC电压(如直流夹持电压)，从而停止向双极ESC系统中的第一极和第二极提供直流电压。在区域B处，电流和电流幅度开始衰减到0。
在一个实施例中，如参考图9A和9B更详细描述的那样，可以检查第一极(如正极)和第二极(如负极)中的各电极的电流放电曲线图，以确定偏置补偿电压是过高还是过低。除非偏置补偿电压正确，否则在第一极和第二极处将存在不同的夹持电压。因此，如果在区域B处发现偏置补偿电压不正确，则可以向第一极和/或第二极施加具有偏移电压的RPV电压，以补偿偏置补偿电压。
在一个实施例中，在区域C处，施加将ESC电流驱动到最大的负电流值的RPV。然后，在施加RPV时，该负电流值开始衰减为稳态的负值。在区域D处，当施加RPV时，产生了尖峰。区域D中的尖峰对应于由晶圆和ESC之间的残余氦气压引起的晶圆移动。“D”处的电流尖峰将一定程度的晶圆间差异引入到松开过程中。如果此时晶圆下的氦压足够低，则可以避免尖峰“D”。在区域E处，关断RPV。取决于松开条件和参数，该电流然后到达区域H处的为正或者为负的某个值，然后开始衰减到零。
在区域G处，可以抬起晶圆，并出现了电流尖峰。区域G处的电流尖峰测量值指示了偏置补偿电压和/或RPV是过高还是过低。在一个实施例中，通过检查如图8A至8B所示的电流放电曲线图，可以确定偏置补偿电压是否是不正确的。在另一个实施例中，通过检查如图7A至7C所示的两个极的电流放电曲线图，可以确定RPV是否是不正确的。因此，通过检查区域G中的电流尖峰，可以调整用于后续晶圆的偏置补偿电压，从而便不会出现尖峰。当没出现尖峰时，偏置补偿电压正好合适，且不需要过多的力来松开晶圆。
图6示出了根据本发明的一个实施例的、图5的区域G处的电流尖峰的放大的说明性曲线图。该曲线图示出了与松开参数(如偏置补偿电压、RPV等)过高、松开参数过低和松开参数正好合适有关的结果。当电流放电尖峰接近于零时，松开参数是合适的。在一个实施例中，松开参数过高可导致电流尖峰具有正电流(如RPV过高)。另一方面，松开参数过低导致电流尖峰具有负电流(如RPV过低)。合适的松开参数在区域G处不产生或产生很小的电流尖峰。
参考图7A至7C，其中示出了绘制关闭ESC电源后的ESC电源放电的曲线。在这些实例中，当通过升降销(lifter pin)提升晶圆时，出现了ESC电流尖峰，这些尖峰表明ESC相反极性电压(RPV)过高或过低或恰好合适。当背侧氦压(如4托)在氦上升测试期间引起晶圆移动时，出现了图7A至图7C中的电流尖峰。在一个实施例中，这类测试的条件是加工过程中的0℃、1500伏夹持电压(holding volatage)、固定的偏置补偿以及5秒钟的相反极性电压作用时间。对图7A至7C的曲线图的分析显示了图5B所示的区域290中的电流放电。因此，可以用从图7A至7C之类的曲线图中获得的有关偏置补偿电压过低或是过高的分析来调整后续晶圆的偏置补偿电压。图7A至7C(以及图8A和8B)的曲线图对应于如图5B所示的区域G。另外，图7A至9B所示的曲线图均示出了一个得到反转的电流和一个未经反转的电流。也就是说，如果曲线图上示出的两个电流均为正电流，则其中一个电流实际上为负。由于晶圆的机械移动，因而出现了这些曲线图中的尖峰。晶圆和ESC极之间的间距由此增大，从而导致晶圆的极与ESC之间的电容值减少。在本发明的一个实施例中，稍稍提起晶圆的氦气压可引起晶圆的移动。电流#1是来自双极ESC的正极的电流放电，而电流#2是来自双极ESC的负极的电流放电。
图7A示出了根据本发明的一个实施例的、关于RPV最优值的电流尖峰。在一个实施例中，利用1650伏的RPV产生如图7A所示的曲线。在该实施例中，在氦上升测试期间，当背侧氦压引起晶圆移动时，测量了电流尖峰。在这种情况下，当将晶圆从ESC松开时，当在施加RPV后晶圆上仍存在夹持电压时，因正在移动的电容器的板之一而导致的电气变化生成了尖峰。图7A表示RPV基本正确的情况，由此，产生了所示电流放电曲线中的最小尖峰。
图7B示出了根据本发明的一个实施例的、过低RPV的负电流尖峰。在一个实施例中，利用1450伏的RPV产生如图7B所示的曲线。当RPV过低(换句话说，RPV不够高，不足以松开晶圆)时，电流放电曲线的电流尖峰为负，并且比图7A所示尖峰更晚出现。
图7C示出了根据本发明的一个实施例的、过高RPV的正电流尖峰。在一个实施例中，利用1850伏的RPV产生如图7C所示的曲线。当RPV过高(换句话说，RPV高于松开晶圆所需电压)时，电流放电曲线的电流尖峰为正，并且比图7A所示电流尖峰更晚出现。因此，当加工后续晶圆时，当如图7A至7C所示的曲线图表示不正确的RPV时，可以调整RPV，以获得合适的RPV来实现优化的松开过程。
图8A至8B的曲线图分析示出了在晶圆松开顺序中如图5B所示区域290中的电流放电。因此，可以用从图8A至8B之类的曲线图中得出的有关偏置补偿电压过低或过高的分析来调整后续晶圆的偏置补偿电压。
图8A示出了根据本发明的一个实施例的、在主夹持步骤期间(其中偏置补偿电压过低)施加可变的固定偏置补偿对电流放电尖峰的影响。如果偏置补偿过低，则ESC电流I1将具有正尖峰，ESC电流I2将具有负尖峰。
图8B示出了根据本发明的一个实施例的、在主夹持步骤期间(其中偏置补偿电压过高)施加可变的固定偏置补偿对电流放电尖峰的影响。如果偏置补偿过高，则ESC电流I1将具有负尖峰，而ESC电流I2将具有正尖峰。在一个实施例中，可利用乘法因子来调整偏置补偿电压。因为在蚀刻操作中特定的RF电压能够产生一定数量的晶圆偏压，因而，将施加到系统的RF电压乘以常数来估计该晶圆偏压。因为偏置补偿电压应当等于晶圆偏压，因而，通过改变与RF电压相乘的常数，可以相应地调整偏置补偿电压。因此，取决于发现的偏置补偿电压是过低还是过高，可以减小或增大该常数。
如果偏置补偿电压和RPV都是错误的，那么出现的电流尖峰信号将会是以下各项的组合：1)如图8A至8B所示的情形；以及2)如图7A至7C所示的情况。如果区域290的电流放电尖峰方向相同、大小相同(如图7B和7C所示)，则RPV是不正确的。如果尖峰的方向不同(如图8A和8B所示)、大小相同，则偏置补偿电压是断开的。如果尖峰的大小不同、方向相同或相反，则RPV和偏置补偿电压都是不正确的。
可以利用以下的图9A和9B来在进行松开之前确定不正确的偏置补偿，由此能在松开晶圆之前实现对偏置补偿的校正。在将ESC断电后和施加RPV之前形成了这些电流放电曲线图。
图9A示出了来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的负极和正极的电流放电曲线的特写图，其中，偏置补偿过低。根据图9A的曲线，在关断ESC电压后，负极衰减电流500的值大于正极衰减电流502的值。这意味着负极ESC夹持电压值大于正极夹持电压值，而这又意味着ESC偏置补偿电压过低(负得过多)。
图9B示出了来自根据本发明的一个实施例的双极ESC的负极和正极的电流放电曲线的特写图，其中，偏置补偿过高。根据图9B的曲线，在关断ESC电压后，正极衰减电流502的值大于负极衰减电流500的值。这意味着正极ESC夹持电压值大于负极夹持电压值，而这又意味着ESC偏置补偿电压过高(正得过多)。
应当理解，因为在ESC电源断开后和施加RPV之前形成了来自图9A和9B的电流放电读数，因而，取决于来源于图9A和图9B之类的测量结果的读数，可以将偏移电压施加到正极和负极。结果，因为可以在施加RPV之前检测出偏置补偿误差，所以可以将具有偏移电压的RPV施加到从其中获取上述读数的同一晶圆，以改进松开操作。在一个实施例中，可以从电流502和电流500之间的电流差确定该偏移电压的值。正极放电电流与负极放电电流之间的正的差值表明偏置补偿电压过低(如负得过多)。正极放电电流与负极放电电流之间的负的差值表明偏置补偿电压过高(如正得过多)。在电压关断步骤中，可以从测得的电流差(如图9A和图9B的曲线中所测的)确定偏移电压的值。因此，用户不必等待后续晶圆即可校正过低或过高的偏置补偿。
下面，图10和11描述了示范的用于校正或补偿单极元件误差的方法。单极元件误差包括任何类型的导致晶圆上的非零净电荷的误差。应当理解，单极元件误差可包括偏置补偿误差、双极ESC电压源的不相等的电压输出、ESC的正负极与晶圆之间的不相等的电容值。在一个实施例中，偏置补偿误差是最重要的单极元件误差。本文描述的方法能校正或补偿单极元件误差(如偏置补偿误差)。
图10的流程图定义了根据本发明的一个实施例的方法，该方法用于在随后的晶圆加工操作中校正不正确的相反极性电压和/或不正确的偏置补偿电压。该方法包括操作320，后者对晶圆进行等离子体加工，开向双极ESC施加双极静电卡盘(ESC)电压，以及向双极静电卡盘(ESC)施加偏置补偿电压来补偿晶圆偏压。在操作320后，该方法进行断开双极ESC电压的操作322。然后，操作324向双极ESC的第一极和第二极中的各极施加相反极性电压。在操作324之后，该方法进入松开晶圆的操作326。然后，操作328确定施加相反极性电压之前来自第一极的第一放电电流和来自第二极的第二放电电流之间的差值。可以在松开后测量当晶圆稍微移动时出现的电流尖峰。这种运动可以由ESC升降销抬升晶圆引起，或者优选地由晶圆和ESC之间的少量氦压引起。当将晶圆松开到可以移去，但晶圆仍具有某些残余电荷时，可能出现尖峰。图7B、7C、8A和8B中给出了这些尖峰的实例。在操作328之后，该方法进入操作330，该操作确定偏置补偿电压和/或相反极性电压是否不正确。在操作330中，检查电流尖峰的总和，以调整用于后续晶圆的RPV，并可以检查这些电流尖峰的差值，以调整用于后续晶圆的主要步骤的偏置补偿电压。在该操作中，可以检查如图7B到8B中所示的曲线图来确定电流尖峰的极性和大小。然后，操作332在后续的晶圆等离子体加工中调整ESC偏置补偿电压、ESC相反极性电压和ESC偏移电压中的至少一种电压。可以用如图7B到8B的曲线图中的尖峰大小和极性所包含的信息来：1)调整后续晶圆上的ESC相反极性电压大小(极至极)；2)在主加工中调整后续晶圆上的ESC偏置补偿电压；和/或3)在后续晶圆的松开顺序中调整ESC偏移电压。
图11的流程图定义了根据本发明的一个实施例的方法，该方法用于在当前的晶圆加工操作中补偿不正确的偏置补偿电压。该方法以操作402开始，该操作对晶圆进行等离子体加工，向双极ESC施加双极静电卡盘(ESC)电压，并向双极静电卡盘(ESC)施加偏置补偿电压来补偿晶圆偏压。在操作402后，该方法进入操作404，该操作在等离子体加工末期转变至采用低功率的松开等离子体。然后，操作406断开双极ESC电压。等离子体稳定在其低功率状态后，可以进行操作406。应当理解，操作406可以花费任何合适长度的时间。在一个实施例中，操作406持续约2秒钟，且存在等离子体。在此，在施加ESC相反极性电压之前，测量了第一ESC衰减电流和第二ESC衰减电流。在图9A和9B中示出了这些衰减电流，并在图5B中将单个极的衰减电流实例示出为区域“B”。在操作406后，方法进入操作408，该操作确定了来自第一极的第一放电电流和来自第二极的第二放电电流之间的差值。图10所述的方法和流程图400中所述的方法之间的第一个不同在于，在施加相反极性电压之前测量了ESC衰减电流，而它们之间的第二个不同在于，不同于检查电流“尖峰”的方法，测量ESC衰减电流不需要移动晶圆。然后，通过检查第一放电电流和第二放电电流之间的差值，操作410确定偏置补偿电压是否不正确。第一放电电流和第二放电电流之间的较大差值表明偏置补偿电压过低(如负得过多)。第一放电电流和第二放电电流之间的较小差值表明偏置补偿电压过高(如正得过多)。在进行操作410后，该方法进入可选的操作412，该操作在施加相反极性电压之前补偿不正确的偏置补偿电压。操作412包括检查包含在两个衰减电流的相对大小中的信息，可以用该信息在同一晶圆的松开顺序中调整ESC偏移电压。因此，如果发现偏置补偿电压过高或过低，可以施加ESC偏移电压来校正此误差。在可选操作412之后，可选操作414校正用于后续晶圆操作的不正确的偏置补偿电压。在一个实施例中，可以用包含在两个衰减电流的相对大小中的信息来调整用于后续晶圆的ESC偏移电压。在操作414的另一个实施例中，在后续晶圆的主加工过程中，可以用包含在两个衰减电流的相对大小中的信息来调整ESC偏置补偿电压。在一个实施例中，至少进行操作412或操作414中之一，以优化晶圆松开操作。在另一个实施例中，进行了412和414两个操作。
尽管已描述和示出了本发明的一些特定的实施例，但是，在不背离如所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，显然可以对具体示出和描述的这些实施例的细节进行各种更改。
尽管已经用若干优选实施例描述了本发明，但是应当理解，在阅读前述说明和研究附图后，本领域技术人员可以实现对本发明的各种变更、添加、置换和它们的等同物。因此，期望本发明包括落在本发明的精神和范围内的所有这些变更、添加、置换和等同物。

Claims (13)

1.一种移去通过施加双极静电卡盘ESC电压而附着到双极静电卡盘ESC的衬底的方法，包括：
在加工当前的衬底后停止提供所述双极静电卡盘ESC电压；
确定在加工所述当前的衬底中产生的单极元件误差，所述单极元件误差由偏置电压补偿误差进行定义，所述偏置电压补偿误差是通过在松开期间检查来自所述静电卡盘ESC的正极的第一电流放电尖峰以及来自所述静电卡盘ESC的负极的第二电流放电尖峰来识别的；以及
为后续的衬底校正所述单极元件误差；
其中，为所述后续的衬底校正所述单极元件误差包括在偏置补偿电压低时增加偏置电压补偿和在所述偏置补偿电压高时减少所述偏置电压补偿。
2.根据权利要求1所述的移去衬底的方法，还包括：
在松开期间检测相反极性电压的误差。
3.根据权利要求2所述的移去衬底的方法，其中，检测相反极性电压的误差包括在松开期间检测来自所述静电卡盘ESC的正极和负极的电流放电尖峰。
4.根据权利要求2所述的移去衬底的方法，其中，检测相反极性电压的误差包括当相反极性电压低时增加该相反极性电压，以及当该相反极性电压高时降低该相反极性电压。
5.根据权利要求1所述的移去衬底的方法，其中，确定所述偏置补偿电压误差包括在停止提供所述双极静电卡盘ESC电压之后和施加相反极性电压之前检查来自所述静电卡盘ESC的正极的第一电流放电尖峰和来自所述静电卡盘ESC的负极的第二电流放电尖峰。
6.一种移去通过施加双极静电卡盘ESC电压而附着到双极静电卡盘ESC的衬底的方法，包括：
(A)在加工当前的衬底后停止提供所述双极静电卡盘ESC电压；
(B)通过确定偏置补偿电压误差来确定在加工所述当前的衬底中产生的单极元件误差，且所述确定单极元件误差包括
(a)在停止提供所述双极静电卡盘ESC电压后和施加相反极性电压前检查来自所述静电卡盘ESC的正极的第一放电以及来自所述静电卡盘ESC的负极的第二放电；以及
(b)计算所述第一放电和所述第二放电之间的电流差，并且接着执行下列步骤之一：
(i)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为正值时，确定偏置补偿电压低，
(ii)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为负值时，确定偏置补偿电压高；以及
(C)补偿所述衬底的所述单极元件误差。
7.根据权利要求6所述的移去衬底的方法，其中，补偿所述衬底的所述单极元件误差包括确定将施加到所述静电卡盘ESC的偏移电压的值。
8.根据权利要求7所述的移去衬底的方法，其中，确定将施加到所述静电卡盘ESC的所述偏移电压的值包括在停止提供所述双极静电卡盘ESC电压之后和施加相反极性电压之前确定来自所述静电卡盘ESC的正极的第一放电和来自所述静电卡盘ESC的负极的第二放电之间的电流差。
9.根据权利要求6所述的移去衬底的方法，还包括：
在后续的衬底加工中校正所述单极元件误差。
10.根据权利要求9所述的移去衬底的方法，其中，在所述后续的衬底加工中校正所述单极元件误差包括：
当偏置补偿电压低时增加偏置补偿电压，以及当偏置补偿电压高时降低偏置补偿电压。
11.一种用于加工衬底的装置，包括：
(A)双极静电卡盘ESC，该双极静电卡盘ESC能利用源于双极静电卡盘ESC电压的电力夹持所述衬底；
(B)静电卡盘ESC夹持电压源，该电压源能向所述双极静电卡盘ESC施加所述双极静电卡盘ESC电压、偏置补偿电压和相反极性电压中的至少一种电压；以及
(C)计算设备，该设备能管理所述静电卡盘ESC夹持电压源，并能识别单极元件误差，所述单极元件误差由所述计算设备通过确定偏置补偿电压误差来进行识别，且所述确定所述偏置补偿电压误差包括，
(a)检查来自所述静电卡盘ESC的正极的第一放电以及来自所述静电卡盘ESC的负极的第二放电，
(b)计算所述第一放电和所述第二放电之间的电流差，并且接着执行下列步骤之一：
(i)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为正值时，确定所述偏置补偿电压低，
(ii)当所述第一放电和所述第二放电之间的电流差为负值时，确定所述偏置补偿电压高，以及
所述计算设备能控制对于所述识别的单极元件误差的校正。
12.根据权利要求11所述的加工衬底的装置，还包括：
偏置补偿电源，该电源能向所述静电卡盘ESC夹持电压源提供所述偏置补偿电压。
13.根据权利要求11所述的加工衬底的装置，其中，所述计算设备也能控制对相反极性电压误差的校正。
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