专利名称：等离子体反应器的工件除吸附设备以及使用该设备使工件除吸附的方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体制备过程中使用的等离子体反应器。本发明尤其涉及 一种等离子体反应器中的工件去除吸附设备及其工件去除吸附方法。
相关技术描述通常，ESC(静电吸盘)用于在等离子反应器的反应室里面吸附那些用来蚀刻或 沉淀的沉淀物的工件(例如，晶圆或玻璃基板)。当为ESC提供吸力能源时，ESC通过 静电产生的静电吸力将工件吸附。为了让蚀刻过程或沉淀过程顺利进行，工件必须稳固的吸附在ESC上。例如， 在用于工件背面的冷却气体的氦气(He)中，相当于30托或更大的压力下，工件必须能持 续地吸附在ESC上。因此，工件的蚀刻过程或沉淀过程，高压的直流(DC)电源给ESC 电极提供吸力能源。为了在反应室内使工件完好的完成蚀刻或沉淀处理，需要把还稳固地吸附在 ESC上面的工件从ESC上去除吸附。一个常规去除吸附方法简要介绍如下。如果蚀刻 过程或沉淀过程结束时，切断给ESC供电的吸力电源，将生成抗静电等离子。由于防静 电等离子的电荷存在于工件和ESC之间，可通过一个室内物体来完全放电卸载。如果防 静电等离子消失，工件就可以从ESC上去除吸附。然而，传统的去除吸附方法，把工件和ESC之间的电荷完全的放电卸掉需要消 耗很长的时间。另外，根据传统的去除吸附方法，在工件和ESC之间的电荷没有完全被 放电卸掉的情况经常发生。这种情况可导致间歇振荡现象，由于没有很好的从ESC上去 除吸附使得工件突然弹起来。工件被紧紧的卡在ESC上的情况，由于来自上升单元的支 配力量造成的惯性力量可能使工件损坏。如果间歇振荡现象发生，工件将离开它原来在 ESC上的位置，以及可能发生破碎。如果工件离开它原来在ESC上的位置，它将成为一个失败的工件，因为工件的 位置发生了改变，当工件从反应室内拿出来时，将装在一个表面装载盒里或者工件去完 成下一道工序。此外，如果出现大量的间歇振荡现象，工件可能会损坏。到目前为止，工件和ESC之间的电荷是否完全放电卸载还很难检测出来，因 此，通过传统的去除吸附方法，在这样的去除工件对ESC的吸附方法中，减少间歇振荡 现象或损坏事件的发生还是非常有难度的。另一方面，在蚀刻过程或沉淀过程和去除吸附过程中，由于在反应室聚合物的 产生使得ESC的表面被污染。因此，在工件从反应室拿出来后，将进行的清洗ESC表 面的干洗过程是为了用于完成下一个蚀刻过程或沉淀过程。如果再进行蚀刻过程或沉淀 过程而不进行干洗过程，工件就不能稳固的吸附在ESC上，因为污染物粘在了 ESC的表面。这将导致需要增加氦气(He)的泄漏量来用于工件的背面，从而使得制作光滑的工件 处理过程变得更难。因此，清洁ESC具有重要的意义。传统的ESC清洗过程是在工件去除吸附过程后单独进行的。因此，除工件的去 除吸附时间外还得消耗ESC的清洗时间。因此，处理数(即生产量)，即在一定的时间 内等离子反应器用于处理的时间，非常有限。所以，要提高等离子反应器的生产量，需 要有一种用于减少工件去除吸附的时间和ESC清洗的时间的方法。
发明概述本发明的一个优选实施方面是解决至少一个上述问题和/或缺点，提供至少一 种下述优点。因此，本发明的一个优选实施方面是提供一种等离子体反应器中使用的工 件去除吸附设备，其中通过上升单元的方式使ESC(静电吸盘)去除对工件的吸附，使用 一种ICP (电感耦合等离子体)源功率单元或CCP (电容耦合等离子体)顶端源功率单元 来产生并保持抗静电的清洗等离子体，使抗静电的清洗等离子体充满工件和ESC之间的 所有空间，于是能在工件、ESC和地板之间形成的密封电路结构中使抗静电的清洗等离 子体能有效地去除工件和ESC中的残留电荷，并抗静电的清洗等离子体能干燥清洗反应 室的内部及ESC的表面，将通过上升单元的方式使ESC去除对工件的吸附的过程中产生 的颗粒状灰尘去除。本发明的另一个优选实施方面是提供一种等离子体反应器中工件去除吸附方 法，其中通过上升单元的方式使ESC去除对工件的吸附，使用一种ICP源功率单元或一 种CCP顶端源功率单元来产生并保持抗静电的清洗等离子体，使抗静电的清洗等离子体 充满工件和ESC之间的所有空间，于是能在工件、ESC和地板之间形成的密封电路结构 中使抗静电的清洗等离子体能有效地去除工件和ESC中的残留电荷，并抗静电的清洗等 离子体能干燥清洗反应室的内部及ESC的表面，将通过上升单元的方式使ESC去除对工 件的吸附的过程中产生的颗粒状灰尘去除。因此本发明一方面提供了一种等离子体反应器中使用的工件除静电设备。该设 备包括一个上升单元、一个ICP源功率单元和一个控制器。所述的上升单元接收到一个 上升控制信号后，将一个工件提升并装到ESC的上表面。当工件被提升后，所述的上升 单元会支撑工件，使工件底面和ESC上表面中部之间形成的空隙与工件底面和ESC上表 面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态。所述的ICP源功率单元包括一个电感线圈和一个RF (无线电频率)电源单元。 所述的电感线圈是安装在反应室顶部的，并且电感线圈设置在一个绝缘窗口的外面，所 述的绝缘窗口是安装在设有ESC的反应室顶部，当RF电源开始供电时，反应室会形成一 个磁场。所述的RF电源单元接收到一个源功率控制信号后，为电感线圈供电。所述的控制器控制设有反应室的等离子体反应器的操作。为了确保工件的去除 吸附，控制器输出源功率控制信号、上升控制信号和一个去除吸附控制信号，并在工件 的除吸附过程中，控制一种通入到反应室中的除吸附气体的质量流量，同时控制反应室 中的压力。由于向反应室中通入了去除吸附气体，且电感线圈产生磁场，因此反应室中就 产生了抗静电的清洗等离子体。
吸附电源单元接收到去除吸附控制信号后，停止向ESC电极提供吸附电源，使 ESC的电极接地。当上升单元将工件提升后，所述的抗静电的清洗等离子体就充满了工件和ESC 之间的空间，加速了处于工件和ESC之间电荷的去除，干燥清洗了 ESC的表面和反应室 的内部，去除灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元使ESC去除对工件的吸附过程 中产生的。本发明的另一方面是提供了一种等离子体反应器中工件去除吸附的方法。所述 的方法包括在反应室中使用一种ICP源功率的电感线圈产生抗静电的清洗等离子体，在 安装在ESC上表面、且其内设有反应室的工件和ESC之间形成一个电荷去除通道，去除 了通过上升单元使ESC去除对工件的吸附，上升单元将工件提升到一个最大高度时停顿 一个设定的时间，停止产生抗静电的清洗等离子体。当工件被去除吸附后，工件底面和ESC上表面中部之间形成的空隙与工件底面 和ESC上表面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态。当上升单元使ESC去除对工件 的吸附时，所述的抗静电的清洗等离子体会充满工件和ESC之间的空间。结果，工件、 ESC和地之间会形成一个闭合的电路结构。由于有这个闭合的电路，因此抗静电的清洗 等离子体可以加速去除工件和ESC之间残留的电荷。所述的抗静电的清洗等离子体能干 燥清洗反应室的内部和ESC的表面，去除灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元使 ESC去除对工件的吸附过程中产生的。
下面将结合附图进一步详细说明 本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中
图1是本发明的一个优选实施 例所述的等离子体反应器的结构示意图，图中的等离子体反应器包括一个工件去除吸附 设备；
图2是图1所示的静电吸盘(ESC)的结构示意图3是图1所 示的等离子体反应器中工件去吸附过程的流程图4是图3所示步骤1100的详 细流程图5是图3所示步骤1200的详细流程图6是图3所示步 骤1300的详细流程图7是图3所示步骤1600的详细流程图8所 示的照片是当一个工件被去吸附时，该工件被损坏并附着到ESC上表面，其中的等离子 体反应器没有TCP源功率单元，其中该等离子体反应器是作为设有本发明优选实施例所 述的工件去吸附设备的离子体反应器的对比例。
图9是本发明的另一个优选实施 例所述的等离子体反应器的结构示意图，图中的等离子体反应器包括一个工件去除吸附 设备；
在这些附图中，同样的附图标记代表同样的元素、特征和结构。具体实施 方式
下面将结合附图具体说明本发明的优选实施例。为了使下述说明更简洁，将 会在说明中省略其中公知的结构和构造。
图1是本发明的一个优选实施例所述的 等离子体反应器101的结构示意图，图中的等离子体反应器包括一个工件去除吸附设备 100。简而言之，图1仅图示了本发明的一部分，它省略了各个组成结构之间输出/接收 的部分信号。
工件去除吸附设备100包括一个上升单元110，一个ICP源功率单元 120和一个控制器130。所述的上升单元110使安装在ESC (静电吸盘)140上表面的工 件200以设定的速度上升或下降。所述的设定速度大约为X(3.125mm/KX《12.5mm/S)， 这个速度使ESC140去除对工件200的吸附时，不会产生间歇振荡的现象。
所述 的ESC140包括一个电极141和一层陶瓷镀膜142。所述的陶瓷镀膜142是镀在电极141 的一个外表面上。如果电极141上通有直流(DC)电压，陶瓷镀膜142就会发生极化，而工件就被吸附到ESC140上。电极141与一个吸附电源单元150相连，同时ESC140的 底部与一个偏置电源单元190相连。
所述的吸附电源单元150包括一个DC电压 电源151，一个高伏电压产生器152和一个RF (无线射频)噪音过滤器153。所述的高伏 电压产生器152在DC电压电源151的基础上产生一个高伏的吸附电源。高伏电压产生 器152接收到控制器130输送的吸附控制信号(CK)后，穿过RF噪音过滤器153为电极 141提供一个吸附电源。同样地，高伏电压产生器152接收到控制器130输送的去除吸附 控制信号(CK)后，停止向电极141提供吸附电源，所述的电极141通过高伏电压产生器 152的输出电阻形成接地。
所述的偏置电源单元190可以包括一个低频RF偏置发 生器191，一个高频RF偏置发生器192和偏置阻抗适配线圈193和194。所述的控制器 130控制偏置电源单元190。在工件的蚀刻过程或沉淀过程中，偏置电源单元190接收到 控制器130发出的偏置控制信号(LPC1和LPC2)(图中未显示)后，将一个低频偏置RF 电源与一个高频偏置RF电源进行混合并输送到ESC140的底部。在图1中，所述的偏置 电源单元190将一个低频偏置RF电源与一个高频偏置RF电源进行混合并输送到ESC140 的底部仅为本发明的一个实施例，所述的偏置电源单元190还可以根据需要设计成各种 模式的结构和操作方式。
所述的上升单元110包括若干个上升柱111，一个上升 柱支撑112，一个圆筒113和一个圆筒驱动114。所述的若干个上升柱111的一端可以在 工件200上升或下降时，支撑工件200的底面。如图2所示，上升柱111在一个实施例 中可以是三个。此外上升柱111的数量也可以根据需要进行增加。这些上升柱111安装 在ESC140中并穿过ESC140。
所述的上升柱支撑112是安装在ESC140的下面。 所述的上升柱支撑112与那些上升柱111的另一端相连，并支撑这些上升柱111。所述的 圆筒113包括一个与上升柱支撑112相连的活塞113a。通过管道(P4或P5)通入的空气 所产生的压力，活塞113a上升或下降，从而使所述的与活塞113a相连的上升柱支撑112 也随之上升或下降。由于圆筒113使支撑柱支撑112上升或下降，那些上升柱111也上 升或下降。所述的圆筒驱动114接收到控制器130发出的提升控制信号(LCTL)后，通过管 道(P4)向圆筒113中通入空气，使活塞113a上升。此外，圆筒驱动114接收到控制器 130发出的下降控制信号(FCTL)后，通过管道(P5)向圆筒113中通入空气，使活塞113a 下降。当装在ESC140上表面的工件200上升或下降时，所述的上升单元110 (例如上 升单元Iio的若干个上升柱111)会支撑工件200，使工件200的底面与ESC140上表面之 间的中间部分处形成的空隙与工件200的底面与ESC140上表面之间的边缘部分处形成的 空隙保持同样的状态。所述的ICP源功率单元120包括一个电感线圈121和一个RF电源单元122。所 述的电感线圈121设置在一个绝缘窗口 103的外面，所述的绝缘窗口 103是安装在设有 ESC140的反应室102顶部。当RF电源开始供电时，所述的电感线圈121会形成一个磁 场。由于反应室102中通入了去除吸附气体，并且电感线圈121也形成了磁场，因此反 应室102中就可以产生抗静电的清洗等离子体。当上升单元110提升工件200时，抗静电的清洗等离子体能充满工件200与 ESC140之间的空间。结果，工件200、ESC140和地之间会形成一个闭合的电路结构，使抗静电的清洗等离子体能有效地去除工件200和ESC140之间存在的残留电荷。此外， 所述的抗静电的清洗等离子体还能干燥清洗反应室102的内部以及ESC140的表面，去除 灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元110使ESC140去除对工件200的吸附过程中 产生的。RF电源单元122包括一个RF源功率发生器123和一个适配线圈(如一个RF适 配器)124。所述的RF源功率发生器123接收到控制器130发出的源功率控制信号(SPC) 后，产生一个RF电源。所述的RF源功率发生器123通过适配线圈124向电感线圈121 提供一个RF电源。当接收到控制器130发出的电源控制信号(PCTL)后，所述的RF源 功率发生器123改变了向电感线圈121提供的RF电源的功率值。此外，所述的RF源功 率发生器123接收到控制器130发出的源功率停止信号(SPF)后，停止向电感线圈121提 供RF电源。所述的控制器130控制设有反应室102的等离子体反应器101的操作。为了确 保工件200能去除吸附，所述的控制器130需要发出一个源功率控制信号(SPC)，一个上 升控制信号(LCTL)和一个去除吸附控制信号(DCK)。控制器130在在工件200的除吸 附过程中，控制一种通入到反应室102中的除吸附气体的质量流量，同时控制反应室102 中的压力。所述的去除吸附气体可以包括氩气(Ar)，氧气(O2)或氩气(Ar)和氧气(O2) 的混合物。所述的吸附电源单元150接收到控制器130发出的去除吸附控制信号(DCK) 后，停止向ESC140的电极141提供DC电源的吸附电源，使ESC140的电极141接地。所述的圆筒113 —侧的上部装有一个上限传感器115，而圆筒113这侧的下部装 有一个下限传感器116。上限传感器115感应到活塞113a上升到最高点的位置，然后将 这个感应信号发给控制器130。所述的下限传感器116感应到活塞113a下降到最低点的 位置，然后将这个感应信号发给控制器130。基于上限传感器115发送的感应信号，控制 器130可以识别到工件200已经上升到最高点。同样地，基于下限传感器116发送的感 应信号，控制器130可以识别到工件200已经下降到最低点。所述的控制器130包括一个存储空间(图中未显示)。该控制器130的存储空间 可以存储向电感线圈121提供的RF电源的功率值以及去除吸附的功率值。该存储空间 可以存储上升单元110重复进行的上/下运动次数，上升单元110的上升和下降速度，反 应室102的内部压力，各种延误时间，操作时间，停顿时间等等。此外，该控制器130 的存储空间还可以额外地存储在等离子体101的操作中设定的其它值。根据使用者的需 要，可以将这些存储在控制器130存储空间中的设定值设置成各种大小和种类。为了确保工件的蚀刻过程，控制器130发出一个源功率控制信号(SPC)和一个 吸附控制信号(CK)。该控制器130在蚀刻过程中控制一种通入到反应室102中的蚀刻气 体的质量流量，并控制反应室102中的压力。由于蚀刻气体被通入到反应室102中，并 且电感线圈121还形成了磁场，因此反应室102中能产生蚀刻等离子体。反应室102的下面装有一个闸室阀171。该闸室阀171由马达172控制其开关。 并且闸室阀171的下面装有一个涡轮泵182。反应室102的一侧通过管道(P6)、阀门(V6) 和管道(P7)与一个初步抽气泵181相连。安装在涡轮泵182 —侧的管道(P8)通过阀门 (V7)和管道(P9)与管道(P7)相连。初步抽气泵181的一侧装有一个排气管183。控制器130可以控制阀门(V6和V7)的开/关操作。初步抽气泵181和涡轮泵182将反应室102中的残留气体和空气，使反应室102 的内部真空。当涡轮泵182不工作，而仅有初步抽气泵181工作时，阀门(V6)打开， 而阀门(V7)关闭。当初步抽气泵181和涡轮泵182都工作时，阀门(V6)关闭，而阀门 (V7)打开。初步抽气泵181粗略地控制反应室102中的内部压力，而涡轮泵182精确地 控制反应室102中的内部压力。下面将具体说明使用工件去除吸附设备去除工件200吸附的方法。图3是图1 所示的等离子体反应器中工件去除吸附法的流程图。步骤1100中，所述的控制器130使用ICP源功率单元120中的电感线圈121，
在反应室102中产生抗静电的清洗等离子体。步骤1200中，所述的控制器130控制了吸附电源单元150，在工件200和 ESC140之间形成一个去除电荷的通道，其中所述的工件200是安装在ESC140上表面 的，而ESC140是设置在反应室102中的。步骤1300中，在所述的控制器130的控制下，上升单元110使ESC140去除对工 件200的吸附。当工件200被去除吸附时，工件200底面和ESC140上表面中部之间形 成的空隙与工件200底面和ESC140上表面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态。此外，当上升单元110使ESC140去除对工件200的吸附时，抗静电的清洗等 离子体会充满工件200和ESC140之间的空间。结果，工件、ESC140和地之间会形成 一个闭合的电路结构。由于有这个闭合的电路，因此抗静电的清洗等离子体可以加速去 除工件200和ESC140之间残留的电荷。所述的抗静电的清洗等离子体能干燥清洗反应 室102的内部和ESC140的表面，去除灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元110使 ESC140去除对工件200的吸附过程中产生的。在工件去吸附的过程中，清洁的化学等离子体被用作抗静电的清洗等离子体， 因此它能利用闭合电路加速去除残留的电荷，并同时干燥清洗反应室102的内部和 ESC140的表面，表现出去除灰尘颗粒的额外功能，其中所述的灰尘颗粒是上升单元110 使ESC140去除对工件200的吸附过程中产生的。然后在那之后的步骤1400中，所述的控制器130根据是否接收到上限传感器115 发出的感应信号，来确定是否使上升单元Iio将工件200上升到最高点。当上升单元110将工件200上升到最高点后，即步骤1500中，控制器130要停 顿一个设定的时间。结果，在这段设定的时间内，抗静电的清洗等离子体持续地干燥清 洗ESC140的表面。通过手动的输入方式(图中未显示)，使用者可以在控制器130中存 储空间内存储的步骤1500中的停顿时间内，任意地设定一个时间。然后在步骤1600中，控制器130控制所述的ICP源功率单元120，使后者停止 产生抗静电的清洗等离子体。图4是图3所示步骤1100的详细流程图。在步骤1101中，控制器130控制一个供气单元160向反应室102中通入一种除 吸附气体。更详细的过程是，控制器130向供气单元160发出一个除吸附气体通入信号 (DKGAS)。供气单元160收到这个除吸附气体通入信号(DKGAS)后，通过管道(PlO) 向气体通入器104和105中通入除吸附气体。同时，供气单元160输出涉及供气单元160中流出的除吸附气体的质量流量信息给控制器130。因此，在步骤1102中，控制器130 接收了供气单元160中发出的质量流量信息后，确定是否将除吸附气体的质量流量稳定 为一个设定的质量流量值。如果除吸附气体的质量流量稳定为设定的质量流量值，在步骤1103中，控制器 130接收了室压力表106发出的压力测量信息(PR)后，确定是否将反应室102内部的压 力设置成一个预定的压力值。如果反应室102内部的压力没有设置成预定的压力值，在步骤1104中，控制器 130通过控制装于反应室102下面的闸室阀171所打开面积的大小，来控制反应室102内 部的压力。控制器130可以通过控制马达172来控制闸室阀171所打开面积的大小。接 着控制器130就会重复步骤1103的操作。如果反应室102内部的压力已经设置成预定的压力值，控制器130就会向RF电 源单元122发出一个源功率控制信号(SPC)。结果，在步骤1105中，RF电源单元122 接收到这个源功率控制信号(SPC)后，向电感线圈121提供一个RF电源。同时，RF电 源单元122向电感线圈121提供一个预定的相关功率值的RF电源，并向控制器130发出 信息，其中这些信息涉及提供给电感线圈121的RF电源的功率值。然后在步骤1106中，控制器130确定是否在储存在控制器130的存储空间中预 先设定除吸附功率值。使用者可以通过手动地调整一个输入构件(图中未显示)，实现在 控制器130的存储空间中任意地预先设定除吸附功率值。如果在储存在控制器130的存储空间中预先设定了除吸附功率值，那么在步骤 1107中，控制器130确定是否使RF电源的功率值(如参考功率值)等于除吸附功率值。 如果RF电源的功率值(如参考功率值)等于除吸附功率值，那么在步骤1108中，控制器 130使RF电源的功率值保持不变。如果RF电源的功率值不等于除吸附功率值，控制器130就会向RF电源单元122 发出一个电源控制信号(PCTL)。结果，在步骤1109中，RF电源单元122接收到这个 电源控制信号(PCTL)之后，会将供给电感线圈121的RF电源的功率值改变为与除吸附 功率值相等，例如，当步骤1105中产生的RF电源的功率值为600W，而除吸附功率值为 300W, RF电源单元122就会降低供给电感线圈121的RF电源的功率值，使之从600W 降到300W。选择性地，当RF电源单元122接收到电源控制信号(PCTL)后，会降低供给电 感线圈121的RF电源的功率值，使之符合预定的功率值。同时，根据接收到的RF电源 单元122发出的RF电源的功率值，控制器130可以检查RF电源的功率值是否达到了除 吸附功率值。当步骤1106中，或者在后面的步骤1108或1109或1110中没有在控制器130的 存储空间中预定除吸附功率值，控制器130会控制一种通入到工件200底面、确保冷却工 件200的冷却气体，使它排放到反应室102的外面。具体而言，在工件蚀刻过程或沉淀过程中，氦气(He)和冷却气体被通入到工件 200的底面。如图2所示，ESC140上设有若干个通气孔(Hl和H2)，这些通气孔(Hl和 H2)均分别与各自对应的管道(Pl和P2)相连。这些管道(Pl和P2)穿过整个ESC140 与那些通气孔(Hl和H2)相连。
在蚀刻过程或沉淀过程中，控制器130打开阀门(VI、V2和V5)，关闭阀门(如 放下阀门)(V3和V4)。控制器130将开/关控制信号(图中未显示)分别发给阀门(VI 至V5)，从而控制阀门(VI至V5)的开关。此外在蚀刻过程或沉淀过程中，控制器130 还通过控制一个压力控制器173来实现对通入到管道(Pl和P2)中的冷却气体所产生的压 力进行控制。当工件200被除吸附时，控制器130会关闭阀门(VI、V2和V5)，打开阀门(V3 和V4)。从而使通入到管道(Pl和P2)中的冷却气体依次通过管道(P3)、反应室102和 初步抽气闸室阀171的开放区全部排出。图5是图3所示步骤1200的详细流程图。控制器130向吸附电源单元150发出一个除吸附控制信号(DCK)。结果，在步 骤1201中，接收到这个除吸附控制信号(DCK)的吸附电源单元150停止向ESC140的电 极141提供吸附电源。于是在步骤1202中，吸附电源单元150与ESC140的电极141相 连，使之接地。虽然图1中没有详细图示，但是吸附电源单元150实际上是通过一个内 部电路与电极141相连，使之接地。另一方面，工件200被去除吸附，控制器130向偏置电源单元190发出偏置停止 信号(LPF1和LPF2)。结果，偏置电源单元190停止向ESC140的底部提供偏置电源。 之所以在工件200被去除吸附的同时停止向ESC140的底部提供偏置电源，是为了防止 ESC中形成的半偏置会引起电荷蓄积现象。例如，未安装一个[CP源功率单元120或CCP(电容耦合等离子体)顶端源功率 单元120’(图9)的等离子体反应器需要向ESC的底部提供一个偏置RF电源，使反应室 内部可以产生抗静电的清洗等离子体。同时，偏置RF电源会产生一个半偏置情况，从而 会加速ESC中的电荷累积。而ESC中产生的电荷累积会中断ESC去除对工件的吸附， 引起粘附现象。因此如图8所示会产生一系列的问题，工件301会停止在ESC302的上 表面，由于没有从ESC302上解除吸附而发生损坏。而工件301损坏后产生的碎片会进 一步污染损坏吸附工件301的ESC。而清除这些碎片需要花费很长的时间。并且在ESC 进行清洁时，使用者无法使用这个等离子体反应器，从而引起产量的减少。与之不同的是，装有一个ICP源功率单元120或CCP (电容耦合等离子体)顶端 源功率单元120’ (图9)的等离子体反应器不需要向ESC的底部提供一个偏置RF电源， 因为ICP源功率单元120或一种CCP顶端源功率单元120’就可以使反应室内部产生抗静 电的清洗等离子体，因此能够防止ESC中形成半偏置情况，也就不会产生电荷的累积。装有CCP顶端源功率单元120’的等离子体反应器能防止ESC中产生电荷累 积，但是与装有ICP源功率单元120的等离子体反应器相比，会由于等离子体密度的大幅 下降引起反应室和ESC内部清洁度的降低。此外，在装有CCP顶端源功率单元120’ 的等离子体反应器中，使用必须要防止喷溅引起的上电极损坏。因此，本发明所述的工 件除吸附设备及方法更优选装有ICP源功率单元120的等离子体反应器，而不是装有CCP 顶端源功率单元120’的等离子体反应器。图6是图3所示步骤1300的详细流程图。在步骤1301中，控制器130确定工件200预定被上下移动的次数。工件200预 定被上下移动的次数至少为一次。
如果步骤1302中预定了工件200被上下移动的次数，那么控制器130会控制上 升单元110，使之在一个预定的延迟时间(T)内以一个预定的速度提升工件200。具体而 言，控制器130向圆筒驱动114发出一个提升控制信号(LCTL)，并停顿预定的延迟时间 (T)。在此所述的预定延迟时间是指时间(T)大约为0 < TS0.6秒。预定的速度是指速 度约为 X(3.125mm/s《X《12.5mm/s)。圆筒驱动114接收到提升控制信号(LCTL)后，通过管道(P4)向圆筒113中通入 空气。结果，圆筒113的活塞113a向上移动，使上升柱支撑112和上升柱111随之向上 移动，于是ESC140去除了对工件200的吸附。
步骤1303中，控制器130在预定 的延迟时间(T)过去之后会控制上升单元110，使之在预定的延迟时间(T)内以预定的速 度提升工件200。具体而言，控制器130向圆筒驱动114发出一个下降控制信号(FCTL) 并停顿预定的延迟时间(T)。圆筒驱动114接收到下降控制信号(FCTL)之后，通过管道(P5)向圆筒113中 通入空气。结果，圆筒113中的活塞113a向下移动，上升柱支撑112和上升柱111随之 下降，于是使工件200也下降并与ESC140的上表面发生接触。在步骤1304中，控制器130统计工件200升降的次数，并确定其次数是否达到 了预定的次数。如果工件200升降的次数未达到了预定的次数，那么控制器130会再次 操作步骤1302和1303。如果工件200升降的次数达到了步骤1304中预定的次数，或者工件200重复升 降的次数不是步骤1301、1305中预定的次数，那么控制器130会控制上升单元110，使之 以预定的速度提升工件200上升到最高点。图7是图3所示步骤1600的详细流程图。步骤1601中，控制器130控制供气单元160停止向反应室102中通入除吸附气 体。具体而言，控制器130向供气单元160发出一个除吸附气体停止信号(DKGASST)， 而供气单元160接收到这个除吸附气体停止信号(DKGASST)后，就停止向气体通入器 104和105中通入除吸附气体。在步骤1602中，控制器130控制马达172最大程度地打开闸室阀171。控制器 130向RF电源单元122发出一个源功率停止信号(SPF)。结果在步骤1603中，RF电源 单元122接收到这个源功率停止信号(SPF)后，停止向电感线圈121提供RF电源。这 样就完成了工件200的去除吸附。图9是本发明的另一个优选实施例所述的等离子体反应器401的结构示意图，图 中的等离子体反应器401包括一个工件除吸附设备100’。等离子体反应器401的结构与操作方式都与图1中所示的等离子体反应器101相 似。此外，工件除吸附设备100’的结构与操作方式都与图1中所示的工件除吸附设备 100相似。因此，在这个实施例中，仅重点说明工件除吸附设备100与100’的不同之 处，以使说明简明扼要。工件除吸附设备100与100’的不同之处是工件除吸附设备100’没有安装ICP 源功率单元120，而是安装了 CCP顶端源功率单元120’。该CCP顶端源功率单元120’ 包括一个RF电源单元122和一个上电极412。所述的上电极413是由绝缘部分412固定 的，其中绝缘部分412中含有一个安装在反应室102顶端的开放式室上体411。所述的开放式室上体411被上电极413和绝缘部分412密封。室上体411是接地的。RF电源单 元122由控制器130控制，并向上电极413提供一个RF电源。上电极413下面设有一个GDP (气体分布板)414，并且GDP414由绝缘部分412 固定。安装在上电极413上，且穿过整个上电极413的管道(PlO)通入一种除吸附气体， GDP414使该气体均勻分布。工件除吸附设备100’以与图3-7所示的工件除吸附设备 100类似的方式，完成对工件的除吸附操作。如上所述，本发明所述的等离子体反应器的工件除吸附设备和使用该设备进行 工件除吸附的方法能自动地识别出反应室中的一个循环，并使用ICP源功率单元产生抗 静电的清洗等离子体，通过上升单元使ESC去除对工件的吸附，从而使抗静电的清洗等 离子体能充满工件和ESC之间的空间。结果工件、ESC和地之间会形成一个闭合的电 路结构。由于有这个闭合的电路，抗静电的清洗等离子体可以加速去除工件和ESC之间 残留的电荷。此外所述的抗静电的清洗等离子体能干燥清洗反应室的内部和ESC的表 面，去除灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元使ESC去除对工件的吸附过程中产 生的。此外，由于加速去除了工件和ESC之间的电荷，因此缩短了工件除吸附的时 间，防止工件因间歇振荡现象或粘附现象而引起的损坏。因此，由于抗静电的清洗等离子体能充满工件和ESC之间的空间，干燥清洗 ESC表面的同时也能干燥清洗工件，因此缩短了 ESC的清洗时间。因此无论工件处理(如蚀刻处理)终端是否被缩短，都能实现一段无晶片原位置 的室清洗操作，从而缩短整个处理时间，提高等离子体反应器的生产量。等离子体反应器的工件除吸附设备和使用该设备进行工件除吸附方法能使用ICP 源功率单元或CCP顶端源功率单元代替ESC电极来产生抗静电的清洗等离子体，从而防 止ESC中形成半偏置，引起电荷累积现象。此外，等离子体反应器的工件除吸附设备和使用该设备进行工件除吸附方法不 会引起间歇振荡现象，防止因工件和ESC之间未完全去除的电荷使工件离开其在ESC上 的原位置，发生损坏，虽然本发明已经公开描述了某些优选的实施例，但应理解为只要不违背和超出 权利要求所规定的本发明的原理和范围，本领域的技术人员就可以对其进行各种变化。
权利要求
1.一种等离子体反应器的工件除吸附设备，其特征在于该设备包括一个上升单元，当其接收到一个上升控制信号后，开始提升装在ESC (静电吸盘)上 表面的工件，并在工件被提升后支撑工件，使工件底面中部和ESC上表面中部之间形成 的空隙与工件底面边缘部分和ESC上表面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态；一个ICP(电感耦合等离子体)源功率单元，其包括一个电感线圈和一个RF (射频) 电源单元，所述的电感线圈设置在一个绝缘窗口的外面，而该绝缘窗口是安装在反应室 的顶端，其中的反应室设有ESC，当电感线圈被供给一个RF电源时会形成一个磁场，而 RF电源单元是接收到一个源功率控制信号后才向电感线圈提供上述RF电源的；和一个控制器，其用于控制操作设有反应室的等离子体反应器，并确保工件的除吸 附，它发出源功率控制信号、上升控制信号和除吸附控制信号，并在工件的除吸附过程 中，控制一种通入到反应室中的除吸附气体的质量流量，同时控制反应室中的压力，其中，由于向反应室中通入了除吸附气体，并且电感线圈产生了磁场，因此反应室 中会产生抗静电的清洗等离子体，吸附电源单元在接收到除吸附控制信号后，会停止向ESC电极提供吸附电源，使 ESC的电极接地，当上升单元提升了工件之后，抗静电的清洗等离子体会充满工件和ESC之间的空 间，加速去除工件和ESC之间存在的电荷，干燥清洗ESC的表面和反应室的内部，去除 灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升单元使ESC去除对工件的吸附过程中产生的。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于为了保证工件的蚀刻过程，控制器发出源功 率控制信号和吸附控制信号，控制那些在蚀刻过程中通入到反应室中的蚀刻气体的质量 流量，同时控制反应室中的压力，由于向反应室中通入了蚀刻气体，并且电感线圈产生了磁场，因此反应室中会产生 蚀刻等离子体，同时吸附电源单元在接收到吸附控制信号后，会向ESC电极提供吸附电源。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于当工件被去除吸附后，所述的控制器向RF 电源单元发出源功率控制信号，向吸附电源单元发出除吸附控制信号，然后向上升单元 发出上升控制信号，同时RF电源在接收到源电源控制信号后，会向电感线圈提供参考功率值的RF电源。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于控制器包括一个存储参考功率值和除吸附功 率值的存储空间，当参考功率值不等于除吸附功率值时，控制器还会向RF电源单元发出 一个电源控制信号，然后向上升单元发出上升控制信号，同时RF电源单元在接收到上述电源控制信号后，会将供给电感线圈的RF电源功率值改 变为除吸附功率值。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于控制器还会向上升单元发出一个下降控制信号，上升单元在接收到该降落控制信号后，会将工件下降，直至工件与ESC上表面相接触，在一个预定的延迟时间差内，至少进行一次选择性地发出上升控制信号和下降控制 信号的操作之后，控制器会再次发出上升控制信号，同时在控制器的控制下，上升单元在至少进行一次提升或降落工件的操作之后，会在接 收到控制器再次发出的上升控制信号时提升工件。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述的预定延迟时间指时间(T)，而0 < T<0.6 秒。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述的上升单元将工件以X速度提升或降 落，其中 3.125mm/s《X《12.5mm/s。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述的上升单元包括若干个上升柱，它们安装在ESC中并穿过整个ESC，当工件被提升后，这些上升柱 的一端会支撑工件的底面；一个上升柱支撑，它安装在ESC的下面，与上述上升柱的另一端相接，支撑这些上 升柱；一个圆筒，它包括一个与上升柱支撑相连的活塞，在外部通入的空气压力下圆筒会 移动活塞，从而提升所述的上升柱支撑；和一个圆筒驱动，它接收到上升控制信号后向圆筒内通入空气，其中由于圆筒会提升所述的上升柱支撑，因此也使那些上升柱随之上升。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于所述的圆筒一侧的上部设有一个上限传感 器，通过该上限传感器的感应信息，控制器会识别出上升柱完成上升的时间点，并在上 升柱完成上升以及一个预定的延迟时间之后，控制器向RF电源单元发出一个源功率关闭 信号，RF电源单元接收到这个源功率关闭信号后，停止向电感线圈提供RF电源，并 所述的抗静电的清洗等离子体会在预定的延迟时间内持续地干燥清洗ESC的表面。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述的除吸附气体包括氩气(Ar)，氧气 (O2)或是一种氩气(Ar)和氧气(O2)的混合气体。
11.一种等离子体反应器的工件除吸附方法，其特征在于该方法包括使用ICP(电感耦合等离子体)源功率单元供给的电感线圈在反应室中产生抗静电的 清洗等离子体；为工件和ESC之间存在的电荷形成一个去除的通道，其中所述的工件是设置在 ESC(静电吸盘)的上表面，并设有反应室； 用上升单元使ESC去除对工件的吸附； 上升单元将工件提升到最高点时，停顿一个预定的时间；并 停止产生抗静电的清洗等离子体；其中，当工件被去除吸附时，工件底面中部和ESC上表面中部之间形成的空隙与工 件底面边缘部分和ESC上表面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态，当上升单元使ESC去除对工件的吸附时，抗静电的清洗等离子体会充满工件和ESC 之间的空间，于是在工件、ESC和地板之间形成的闭合电路结构，这个闭合的电路结构 使抗静电的清洗等离子体有效地去除工件和ESC中的残留电荷，并干燥清洗ESC的表面和反应室的内部，去除灰尘颗粒，其中这些灰尘颗粒是在上升 单元使ESC去除对工件的吸附过程中产生的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于产生抗静电的清洗等离子体包括向反应室中通入一种除吸附气体；当该除吸附气体的质量流量稳定为一个固定的质量流量值时，控制闸室阀的打开面 积，其中所述的闸室阀安装在反应室的下面，从而实现对反应室内部压力的控制，使反 应室内部压力变成一个固定的压力值； 向电感线圈提供一个RF电源；并将通入到工件底面，用来确保工件的冷却气体排出到反应室外面。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于产生抗静电的清洗等离子体还包括当控制器预先设定了一个除吸附功率值时，控制器会在RF电源被供给之后，确定 RF电源的功率值是否等于除吸附功率值；如果RF电源的功率值不等于除吸附功率值，那么在控制器的控制下，RF电源的功 率值会被变化为等于除吸附功率值；如果RF电源的功率值等于除吸附功率值，那么RF电源的功率值会保持不变。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于形成一个去除电荷的通道包括 停止向ESC的电极提供吸附电源；并使ESC的电极接地。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于使ESC去除对工件的吸附包括当控制器预先设定了工件的升降移动次数时，上升单元会在预定的延迟时间内，以 预定的速度反复提升、降落工件，直至达到其预定的升降移动次数；和当控制器预先没有设定工件的升降移动次数时，上升单元会以预定的速度将工件提 升到最高点。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述的预定延迟时间为时间 (T)，其中 0 < TS0.6 秒。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述的预定速度为X，其中3.125mm/ s《X《12.5mm/s。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于停止产生抗静电的清洗等离子体包括 停止向反应室内通入除吸附气体；将闸室阀开至最大；并 停止向电感线圈提供RF电源。
19.一种等离子体反应器的工件除吸附设备，其特征在于该设备包括一个上升单元，当其接收到一个上升控制信号后，开始提升装在ESC (静电吸盘)上 表面的工件，并在工件被提升后支撑工件，使工件底面中部和ESC上表面中部之间形成 的空隙与工件底面边缘部分和ESC上表面边缘部分之间形成的空隙保持同样的状态；一个CCP (电容耦合等离子体)顶端源功率单元，其包括一个上电极和一个RF (射 频)电源单元，所述的上电极由绝缘部分固定，其中所述的绝缘部分内有一个安装在反 应室顶端的开放式室上体，其中反应室设有ESC，所述的RF电源单元在接收到一个源功 率控制信号后向上电极提供RF电源；并一个控制器，其用于控制操作设有反应室的等离子体反应器，并确保工件的除吸 附，它发出源功率控制信号、上升控制信号和除吸附控制信号，并在工件的除吸附过程 中，控制一种通入到反应室中的除吸附气体的质量流量，同时控制反应室中的压力，其中，由于向反应室中通入了除吸附气体，并且向上电极提供了 RF电源，因此反应 室中会产生抗静电的清洗等离子体，吸附电源单元在接收到除吸附控制信号后，会停止向ESC电极提供吸附电源，使 ESC的电极接地，当上升单元提升了工件之后，抗静电的清洗等离子体会充满工件和ESC之间的空 间，加速去除工件和ESC之间存在的电荷，抗静电的清洗等离子体会干燥清洗ESC的表面和反应室的内部，去除灰尘颗粒，其 中这些灰尘颗粒是在上升单元使ESC去除对工件的吸附过程中产生的。
全文摘要
本发明提供了在工件除吸附过程中，干燥清洗反应室内部和ESC(静电吸盘)表面的等离子体反应器的工件除吸附设备及使用该设备进行工件除吸附的方法。所述的工件除吸附设备包括一个上升单元，一个ICP源功率单元和一个控制器。所述的上升单元将安装在ESC上表面上的工件进行提升。所述的ICP源功率单元在电感线圈中产生一个磁场，其中电感线圈是设置在一个绝缘窗口的外面。所述的控制器发出一个源功率控制信号，一个升降控制信号和一个除吸附信号。
文档编号H05H1/46GK102014568SQ20101026489
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年9月4日
发明者张赫眞, 李炳日, 金珉植, 高诚庸 申请人:显示器生产服务株式会社