[发明专利]基于等离子体信号与基板位置和电位相耦合来优化等离子体释放的方法和设备

说明书

技术背景

等离子体加工的进展促进了半导体产业的发展。在竞争激烈的半导体产业中，如果生产商有能力把生产量最大化和/或以相对较低成本生产出高质量的器件，可以获得竞争优势。一种控制生产量的方法是控制释放程序(dechuck sequence)来优化基板释放时间(substrate-release time)。

在基板加工过程中，基板通常被夹持(clamp)到下电极(lower electrode)(如静电吸盘)。通过把直流电(DC)电位施用到下电极以在基板和下电极之间产生静电荷，从而可以执行夹持。为了散发在基板加工过程中产生的热量，可以通过下电极中各种管道把惰性气体(如氦气)施用到基板的背面，以提高基板和下电极之间的热量传输效率。因此，由于基板上的氦气压力，需要相对较高的静电荷把基板夹持到下电极。

一旦在处理室内完成对基板的处理，释放程序在钳位电压被关闭时进行。即使钳位电压设置成零，由于基板和下电极之间的静电荷，仍然有剩余的静电力量。为了使基板和下电极之间的静电荷放电，可以产生低密度等离子体来平衡(neutralize)基板和下电极之间的引力。一旦静电荷被去除，位于下电极内的升降销(lifter pin)可以被提高，以向上抬高基板把基板从下电极表面分离开来，从而使机械臂能够把基板从等离子体处理室移除。

如果静电荷不能被令人满意地去除，可能存在部分粘连的情况，导致部分基板铰链至下电极表面，因而，当升降销从下电极向上被抬升时，引起部分基板破裂。部分粘连不仅会损坏基板，而且基板破裂产生的碎片还需要卸下等离子体处理系统以便清洗处理室。

另外，如果静电荷没有令人满意地放电，足够多的电荷仍会在基板上存在，造成基板和试图从处理室移除基板的机械臂之间产生电弧。电弧是不可控的事件，会引起不良后果，例如损坏基板和/或机械臂上的设备。

另外和/或者可替代地，可以在下电极上施用与钳位电压电荷相反的小偏置电压，以便于释放。例如，如果钳位电压是10伏，那么在释放程序中可以向下电极施用-1伏的电压电荷。电荷相反的钳位电压的应用，使正电荷流向负电荷，以帮助平衡基板和下电极之间的静电力。

考虑到操作环境会因处理系统类型、处理模块类型、基板结构、配方(recipe)等等而有所不同，用于成功执行释放程序的时间周期可以有所不同。由于应用的时间周期是无法预知的并且不当释放的后果是严重的，因此，倾向于对释放程序保守地应用较长指定的时间周期，以确保有足够的时间对静电荷进行充分放电。不幸的是，两种释放方法(在零电压和在极性反向的偏置电压)都仍然总是不能提供安全和有效释放基板的方法。

在某些情况下，静电荷可能是这样的，放电只需要极短的时间。然而，指定时间周期的方法不能提供用于确定何时基板可以安全地从下电极移除的早期检测方法。因此，当未铰接的基板可从处理室移除之前在整个指定时间周期内未铰接的基板仍停留在处理室内，因而时间被浪费掉，由此产量受到负面影响。此外，释放等离子体在额外的(和不必要的)时间存在于在处理室内，也会促使处理室组件过早退化和/或不必要的基板蚀刻。

在其他情况下，经过指定的时间周期后，静电荷可能未能充分放电。因此，试图移除铰接的基板会导致基板破裂。即使基板不破裂，残留在基板上的静电荷会导致气动升降装置对升降销施用大的力，以便把基板从下电极分离开来。因此，施用在基板上的力会导致基板偏离操作中心，从而导致基板不能为下一个配方步骤(recipe step)而适当地对齐。此外，残留在基板上的静电荷，可导致基板与机械臂之间产生电弧，从而引起基板上和/或机械臂上设备的损坏。

不是仅仅在指定时间周期内执行释放程序，监控一定的机械参数(例如惰性气体流量，惰性气体压强，和抬升销的力量)有助于确定何时基板可以被认为是已从下电极分离。例如，如果朝基板背面的惰性气体流量(例如氦气流)超过预定的阈值，静电荷被认为已被充分放电，基板可从处理室移除。另一个例子是，如果惰性气体压强低于预定的阈值，静电荷被认为已被放电。同样地，如果抬升销的力量低于预定的阈值，基板被认为已被充分放电。然而，如果任何阈值都没有穿越(traverse)，那么静电荷被认为放电未充分，可调整机械力量和/或相反电荷的偏置电压/电流。

然而，上述方法往往是费时和繁琐的。例如，在一种情况下，在任何一个时间点，只能调整一个或两个参数，因为一次调整太多的参数，会导致不可控的释放程序。