[發明專利]測試靜電夾盤的系統和方法

有效

• 申請號: 200980139294.3
• 申請日: 2009-10-10
• 公開（公告）號: CN102171809A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 石洪;紹拉·烏拉爾;托川·黃;方嚴;麥克切斯尼·喬恩
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H01L21/687
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 周文強;李獻忠

背景技術

靜電夾盤(Electrostatic?Chucks，ESCs)對精密半導體晶圓制造工藝是必不可少的。現有夾盤可被分為兩種主要類型，每種類型有其特定的優點和缺點。

聚亞胺ESC(PESC)中的電介質是強絕緣體，因此，大部分外加電壓降是在該電介質兩端的并且產生庫侖夾持力(Coulombic?chucking?force)。不幸的是，PESC工作面對擦傷特別敏感。而且，PESC易受顆粒嵌入的影響，這可能導致晶圓的背側和PESC上的銅電極之間的擊穿(arcing)。進而，PESC不能在高溫下使用，因為高溫操作可能導致水蒸汽的氣泡穿過聚亞胺層。

部分導電的陶瓷ESC(CESC)需要恒定電流以實現足夠的夾持力，因此CESC泄露電流更大，需要比PESC更大的電力供應。這種依賴電流的夾持力(被稱為Johnsen-Rahbek效應)與PESC中的庫侖力相比很小。

具有陽極化三氧化鋁(Al2O3)的CESC(當前只作為單極器件可用)對濕氣極端敏感。而且，在一些雙極ESC中，陽極化鋁已被用作ESC隔離層。然而，擊穿和陽極氧化的缺陷經常導致這類ESC的過早故障。

摻雜的礬土(alumina)還被用于一些CESC以進行蝕刻施加。摻雜的陶瓷幫助將其電阻率控制在Johnson-Rahbeck?ESC電阻率范圍內。但是玻璃相上的晶粒邊界攻擊可能改變ESC的表面粗糙度，并因此增加電阻率。而且，變得粗糙的陶瓷表面將導致很高的氦氣泄露。無晶圓自動清潔周期過程中在陶瓷表面上對陶瓷晶粒邊界上的攻擊經常導致陶瓷的阻抗從Johnson-Rahbeck型阻抗轉移為Coulombic型阻抗。

高純度陶瓷(例如，礬土)已被廣泛用作ESC表面上的介電圓盤層(dielectric?puck?layer)。它被用作單極的或雙極的ESC。而且，由于其高電阻率它被用作庫侖ESC。可使用固體燒結陶瓷或使用熱噴淋涂覆將高純度礬土(例如，純度為99.7％或更高的)應用為ESC介電圓盤層。

最近出現的CESC(使用燒結的氮化鋁(AlN)電介質)具有很差的熱傳遞性質。陶瓷材料的電阻率是依賴于溫度的并且與PESC相比在不同的片之間變化更大。AlN與礬土相比具有更高的熱傳導率。因此，它作為在200攝氏度或更高溫度下工作的高溫ESC得到了廣泛應用。在大多數情況下，AlN表面具有巖灘式(mesa)表面圖案以控制ESC與晶圓表面的接觸面積。AlN的主要問題是在蝕刻室中使用SF6、NF3和其它F基氣體時它可能產生AlF3顆粒。AlF3顆粒是蝕刻室技術中一種主要的顆粒源。因為作為Johnsen-Rahbek?ESC，AlN的電阻率依賴于工作溫度，所以選擇合適類型的AlN以保持能工作的電阻率并保持高密度等離子體下的高等離子體電阻是非常重要的。

根據最終用戶要求和安裝的設備，PESC和CESC中每一個都將能滿意地保持(夾持(Chuck))和釋放(解除夾持(Dechuck))。一般而言，使用哪種類型的ESC不重要，ESC的電容和電阻率是ESC功能性的兩個關鍵參數。

圖1描繪了傳統雙極靜電夾盤(ESC)100的平面圖。ESC?100具有上表面102和安裝支架104。ESC?100包括第一電極106和第二電極108。第一電極106包括內部電極部分110和外部電極部分112。

圖2描繪了沿著線x-x的ESC?100的剖面視圖。如圖2中所示，ESC100包括后表面(或基底)114。

安裝支架104上的安裝孔(未示)使得ESC?100能安裝在系統上。

在操作時，第一電壓差被施加在第一電極106和第二電極108兩端。該電壓差產生電場，其被用于吸引和保持晶圓以進行處理。當處理完成時，第二電壓差(解除夾持電壓)被施加在第一電極106和第二電極108兩端以釋放該晶圓。

盡管上面進行了簡要描述，但是傳統ESC上的電壓控制(無論是單極還是多極的)是很關鍵的。考慮及此，因此可影響這種電壓控制的許多ESC參數也是關鍵的。非限制性參數包括電阻、電容、阻抗和頻率相移。而且，可針對ESC的每個單獨部分進一步分析該參數，而不是將該夾盤作為整體來分析該參數。其非限制性示例包括，從一個電極到另一電極測量的具體參數(極-到-極)、從一個電極的上表面到基底測量的具體參數(極-到-基底)。