[发明专利]用于在脱离期间减少电势峰值的方法和装置

说明书

背景技术

静电卡盘用于在例如等离子体刻蚀之类加工期间保持 半导体晶片和其它衬底。在加工期间静电卡盘(ESC)利用静电势 将衬底保持(夹持)在适当位置。通过将衬底夹持到卡盘，例如氦 (He)之类高导热率气体被配置在衬底和卡盘之间以提高衬底和卡 盘之间的热传递。衬底通过升降销从静电卡盘处被移走，并且传送 臂将衬底从处理室中移出。

使用ESC出现的困难是为了将衬底从卡盘移开需要去 除衬底和卡盘之间残留的静电力。该残留的力是由衬底和ESC支撑 表面之间的界面处的电荷积聚造成的。已研发了一些技术用于移走 或脱离(de-chucking)衬底。例如，电极可以是接地的或者，替代 地，施加于电极的夹持电压的极性可以是相反的以使电极放电。然 而，这些技术对移除电极和衬底上的所有电荷不是完全有效。通常 需要机械力以克服残留的静电引力，这可能损坏衬底或者在非预期 的位置处收回衬底时会产生困难。而且，在衬底脱离和移除工艺期 间可能产生不希望的微粒，从而污染已处理的衬底。

尽管已有迄今为止的发展，但是仍然需要在已处理衬 底的脱离期间降低任何电势峰值(voltage potential spike)的装置和 方法。

发明内容

提供了一种通过减小在衬底脱离期间的电势峰值从 ESC移走衬底的等离子体处理室的衬底脱离系统。

在等离子体处理室中从静电卡盘脱离衬底的方法中，提 供工艺气体进入所述室中并激发所述工艺气体为等离子体状态，维 持所述等离子体室处于真空压和低RF功率以在2mm或者更大厚度 的所述衬底上方产生等离子体鞘(sheath)；提升处于所述静电卡盘 的支撑表面上方的所述衬底至所述等离子体鞘之内的中部提升 (mid-lift)位置而不引起等离子体的不稳定且保持所述衬底处于所 述中部提升位置，熄灭所述等离子体，和提升所述中部提升位置上 的所述衬底至上部位置，在所述上部位置所述衬底能够从所述等离 子体室中移出。

在另一种实施方式中，提供了用于等离子体反应器的气 动升降装置，其中升降销在相对于静电卡盘的至少三个位置处提升 和降下衬底。所述升降装置优选地包括垂直对齐的气动操作的上部 活塞和下部活塞，其中上部活塞可滑动地安装以在上部室中上下移 动以及下部活塞可滑动地安装以在下部室中上下移动，并且所述下 部室包括限定所述下部活塞移动上限的坚固制动件(hard stop)。所 述至少三个位置优选地包括(1)下部位置，在该下部位置所述上 部和下部活塞处于下面位置；(2)中部提升位置，在该中部提升位 置所述下部活塞在上部位置与所述坚固制动件接触且从所述下部 活塞向上延伸的杆接触所述上部活塞以部分地提升所述上部活塞； 和(3)上方位置，在该上方位置所述上部活塞处于上部位置且支 撑于由所述上部活塞驱动的升降销上的衬底能够从所述等离子体 室移出。所述上部活塞包括上部杆，上部杆与驱动升降销的轭共同 操作以(1)在所述上部和下部活塞处于所述下部位置时降低衬底 到衬底支撑上，(2)在这些活塞处于中部提升位置时提升所述衬底 到中部提升位置，和(3)在所述上部活塞处于上部位置时提升所 述衬底到所述上部位置，在所述上部位置其能够通过传送臂移出。

在优选的方法中，处理室为等离子体刻蚀室且该处理包 括激发邻近衬底上表面的等离子体以及用该等离子体刻蚀衬底上 表面上的暴露层。替代地，该处理可以包括在衬底的上表面形成层 (例如，通过化学气相沉积、热氧化、溅射或者其它沉积工艺)。 然而，该处理还可以包括从衬底剥离光刻胶或者其它材料。

附图说明

图1为依据一种实施方式的等离子体反应器的横截面 侧视图。

图2A为支撑于ESC上的衬底销升降系统示图。

图2B为图2A所示的衬底被提升到ESC上方时的销升 降系统的示图。

图3A为示例性的气动升降构件处于下面位置的示图。 图3B为示例性的升降构件处于中部提升位置的示图。图3C为示例 性的升降构件处于上方位置的示图。

图4为一种用于气动升降构件的示例性的控制系统的 原理图。

图5示出了当使用不同方法脱离时的衬底电压。

图6A和6B示出了当使用不同脱离电压脱离衬底时的 衬底电压，分别地不具有和具有等离子体打开(plasma-on)脱离步 骤。