[发明专利]静电吸盘及半导体工艺设备

说明书

本发明提供一种静电吸盘，所述静电吸盘包括：一电介质层，该电介质层中设置有正电极和负电极，所述静电吸盘还包括供电系统，该供电系统包括基本电压源、基本电压控制器以及自偏压传感器，其中，基本电压源连接于正电极和负电极之间，用于供应正电极和负电极各自需要的电荷；自偏压传感器用于对自偏压进行检测，自偏压为静电吸盘所吸附的晶圆的表面在等离子体环境下形成的负的电压；基本电压控制器用于根据自偏压的值对基本电压源的输出电压进行控制，以使自偏压与静电吸盘的正电极电压之间的电压差无法形成电弧。本发明能够防止静电吸盘出现拉弧。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种静电吸盘及半导体工艺设备。

背景技术

在等离子体刻蚀系统中，有一个很重要的设备是静电吸盘(ElectrostaticChuck，ESC)，其作用在于利用静电力保持晶圆位置固定并将晶圆上产生的热量进行热交换。以双极性静电吸盘为例，如图1所示，静电吸盘与晶圆接触的表面有一层电介质层，在电介质层中嵌有正电极和负电极，将晶圆(wafer)放到ESC表面，通过直流电源给静电吸盘的正电极和负电极供电，在电极上导入“+”、“-”电荷，晶圆表面聚集极性相反的电荷，从而利用库伦力吸附住晶圆。

另外，射频(RF)源也是等离子体刻蚀系统不可缺少的设备，其原理是刻蚀气体(主要是F基和Cl基的气体)通过气体流量控制系统通入反应腔室，在高频电场(频率通常是13.56MHz)作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成等离子体(Plasma)。等离子体是包含足够多的正负电荷数目近于相等的带电粒子的非凝聚系统，而射频源正是产生高频电场的核心设备。

但是，在形成的等离子体中，由于电子与正离子的质量不同，等离子体与静电吸盘表面附近形成一sheath层(即暗鞘层)，如图2所示，正电极与等离子体之间的sheath层的长度相对于负电极与等离子体之间的sheath层的长度更长。一般来说这个sheath层很薄，电场很强，静电吸盘表面相对于等离子体来说处于低电位，二者之间会产生一个电压差，我们称之为自偏压(self bias)。也就是说，一旦等离子体形成，晶圆表面就会产生一个负的偏置电压，且这个负的偏置电压与气体种类、RF大小、频率都有关系。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在射频源打开初期，刚开始形成等离子体，此时等离子体是一个非常不稳定的状态，晶圆表面的负的自偏压会出现震荡，正电极电压与自偏压的电压差会变大，如图3所示，sheath层长度变长造成正电极和等离子体之间容易出现拉弧(arcing)，进而造成晶圆与ESC的不良，因此有必要防止此现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种静电吸盘，能够防止静电吸盘出现拉弧。

第一方面，本发明提供一种静电吸盘，所述静电吸盘包括一电介质层，所述电介质层中设置有正电极和负电极，所述静电吸盘还包括供电系统，所述供电系统包括基本电压源、基本电压控制器以及自偏压传感器，其中，

所述基本电压源，连接于所述正电极和所述负电极之间，用于供应所述正电极和所述负电极各自需要的电荷；

所述自偏压传感器，用于对自偏压进行检测，所述自偏压为所述静电吸盘所吸附的晶圆的表面在等离子体环境下形成的负的电压；

所述基本电压控制器，用于根据所述自偏压的值对所述基本电压源的输出电压进行控制，以使所述自偏压与所述静电吸盘的正电极电压之间的电压差无法形成电弧。

可选地，所述基本电压控制器，用于当所述自偏压的值经过震荡阶段且开始降低的时刻到达之前，控制所述基本电压源供应到所述正电极上的电压与所述负电极上的电压相同，以及，还用于当所述自偏压的值经过震荡阶段且开始降低的时刻到达之后，控制所述基本电压源供应到所述正电极上的电压为正常工作电压。

可选地，所述基本电压控制器为可编程控制芯片，用于直接接收所述自偏压传感器检测到的自偏压，对所述基本电压源进行控制。