測試靜電夾盤的系統和方法

2023-05-29 03:18:06

專利名稱：測試靜電夾盤的系統和方法
測試靜電夾盤的系統和方法
背景技術：
靜電夾盤(Electrostatic Chucks，ESCs)對精密半導體晶圓製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並且產生庫侖夾持力(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)需要恆定電流以實現足夠的夾持力，因此CESC洩露電流更大，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(A1203)的CESC (當前只作為單極器件可用)對溼氣極端敏感。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)還被用於一些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電阻率範圍內。但是玻璃相上的晶粒邊界攻擊可能改變ESC的表面粗糙度，並因此增加電阻率。而且，變得粗糙的陶瓷表面將導致很高的氦氣洩露。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，由於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塗覆將高純度礬土(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於溫度的並且與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 A1F3顆粒。A1F3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的電阻率依賴於工作溫度，所以選擇合適類型的AlN以保持能工作的電阻率並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包括後表面(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，其被用於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。儘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)。圖3描繪了測量ESC 100的參數的傳統技術。這裡，ESC 100包括測量端子312、 308和310，分別能夠允許測量基底114、第一電極106和第二電極108的性質。傳統測量裝置302包括第一端子304和第二端子306。在此示例中，傳統測量裝置302可測量兩個點之間的ESC100的性質。如圖所示，第一端子304可連接於測量端子312或測量端子308，而第二端子306可連接於測量端子312或測量端子310。用這種方式，當第一端子304連接於測量端子308且當第二端子306連接於測量端子312時，使用極-到-基底測量可以測量第一電極106的性質。類似地，當第一端子 304連接於測量端子308且當第二端子306連接於測量端子310時，使用極-到-極測量可以測量第一電極106和第二電極108的性質。類似地，當第一端子304連接於測量端子 312且當第二端子306連接於測量端子310時，使用極-到-基底測量可以測量第二電極 108的性質。上面討論的傳統技術，當傳統測量裝置302能夠測量電阻時，用戶可測量以下任一項從極-到-基底的第一電極106的電阻，從極-到-基底的第二電極108的電阻，以及從極-到-極的第一電極106和第二電極108的電阻。類似地，當傳統測量裝置302能夠測量電容時，用戶可測量以下任一項從極-到-基底的第一電極106的電容，從極-到-基底的第二電極108的電容，以及從極-到-極的第一電極106和第二電極108的電容。當傳統測量裝置302能夠測量電感時，用戶可測量以下任一項從極-到-基底的第一電極 106的電感，從極-到-基底的第二電極108的電感，以及從極-到-極的第一電極106和第二電極108的電感。類似地，當傳統測量裝置302能夠測量阻抗時，用戶可測量以下任一項從極-到-基底的第一電極106的阻抗，從極-到-基底的第二電極108的阻抗，以及從極-到-極的第一電極106和第二電極108的阻抗。當傳統測量裝置302能夠測量施加電壓的頻率的相位延遲時，用戶可測量以下任一項從極-到-基底的第一電極106的相位延遲，從極-到-基底的第二電極108的相位延遲，以及從極-到-極的第一電極106和第二電極108的相位延遲。圖1和2描繪了一種類型的傳統ESC，且是以非常簡單的方式描繪的。沒有顯示或描述上面討論的傳統雙極ESC的許多特徵以簡化討論。進一步，沒有特別描述許多其它類型的傳統ESC，以簡化討論。重要的觀念在於，存在測量ESC及其單獨部分的具體特性的常規技術。可靠的電氣性能是極為重要的。相應地，ESC製造商在向顧客發貨之前要對製造的ESC進行質保檢查。一種傳統的質保檢查可包括確定所製造的ESC的具體參數是否在預定可接受範圍內，其非限制性的示例包括所測量的電阻等於或大於Rl Ω且等於或小於 R2Q ；所測量的電容等於或大於ClF且等於或小於c2F;所測量的阻抗等於或大於Zl Ω且等於或小於Ζ2Ω ；以及所測量的頻率相移等於或大於Φ1且等於或小於Φ2。在傳統方法中，製造商向上面討論的那樣以預定頻率fm向端子施加電流或電壓。如果所有的重要的性質(例如，用歐姆表測量的電阻)在製造商的預定合格範圍內，則確定該ESC是可接受的。如同下面表I中的示例，測量若干ESC的電阻和電容(p/n718-094523-281-E)。電容測量值的範圍在3. 478到3. 777納法，而電阻測量值的範圍在2. 267到3. 829兆歐
權利要求
1.一種測試靜電夾盤的方法，所述靜電夾盤具有前表面和後表面並包含至少一個電極，所述方法包含建立頻帶內所述靜電夾盤的參數的預定可接受極限；以及測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述測量所述靜電夾盤的第一參數包含測量電阻。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述至少一個電極包含第一電極和第二電極，以及其中所述測量電阻包含測量所述第一電極和所述第二電極之間的電阻。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述測量電阻包含測量所述後表面和所述至少一個電極之一之間的電阻。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述測量所述靜電夾盤的第一參數包含測量電容。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述至少一個電極包含第一電極和第二電極，以及其中所述測量電容包含測量所述第一電極和所述第二電極之間的電容。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述測量電容包含測量所述後表面和所述至少一個電極之一之間的電容。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述測量所述靜電夾盤的第一參數包含測量阻抗。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述至少一個電極包含第一電極和第二電極，以及其中所述測量阻抗包含測量所述第一電極和所述第二電極之間的阻抗。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述測量阻抗包含測量所述後表面和所述至少一個電極之一之間的阻抗。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含在第一溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以及在第二溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述測量所述靜電夾盤的第一參數包含測量電阻、電容和阻抗中的至少一個。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含在第一溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以及在第二溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數。
14.一種使用單一頻率下參數的已知上限和所述單一頻率下所述參數的已知下限建立靜電夾盤的所述參數的可接受極限的方法，所述方法包含測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以獲得所述頻帶內所述參數的函數； 產生所述頻帶內所述參數的所述函數的斜率；使用所述單一頻率下所述參數的所述已知上限和所述參數的所述函數的斜率產生所述參數的可接受上限，以及使用所述單一頻率下所述參數的所述已知下限和所述參數的所述函數的斜率產生所述參數的可接受下限。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含測量電阻、電容和阻抗的至少一個。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含在第一溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以及在第二溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數。
17.一種使用單一頻率下參數的已知上限和所述單一頻率下所述參數的已知下限建立靜電夾盤的所述參數的可接受極限的方法，所述方法包含多次測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以獲得所述頻帶內所述參數的相應的多個函數；基於所述多個函數產生所述函數的平均函數；基於所述多個函數產生所述參數的預定數量的標準偏差；使用所述參數的所述預定數量的標準偏差產生所述參數的可接受上限和所述參數的可接受下限。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含測量電阻、電容和阻抗的至少一個。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述測量頻帶內所述靜電夾盤的所述參數包含在第一溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數以及在第二溫度測量所述頻帶內所述靜電夾盤的所述參數。
全文摘要
本發明提供用於預測靜電夾盤(ESC)的滿意性能的可靠的、非侵入式的、電氣測試方法。根據本發明的一個方面，在頻帶上測量ESC的參數(例如阻抗)以產生參數函數。此參數函數可被用於在該頻帶內為該參數建立預定的可接受範圍。
文檔編號H01L21/687GK102171809SQ200980139294
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月10日 優先權日2008年10月10日
發明者託川·黃, 方嚴, 石洪, 紹拉·烏拉爾, 麥克切斯尼·喬恩 申請人:朗姆研究公司