專利名稱：測試靜電夾盤的系統(tǒng)和方法
測試靜電夾盤的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
靜電夾盤(Electrostatic Chucks，ESCs)對精密半導(dǎo)體晶圓制造工藝是必不可少的?，F(xiàn)有夾盤可被分為兩種主要類型，每種類型有其特定的優(yōu)點和缺點。聚亞胺ESC (PESC)中的電介質(zhì)是強絕緣體，因此，大部分外加電壓降是在該電介質(zhì)兩端的并且產(chǎn)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(dǎo)致晶圓的背側(cè)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(dǎo)致水蒸汽的氣泡穿過聚亞胺層。部分導(dǎo)電的陶瓷ESC(CESC)需要恒定電流以實現(xiàn)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(yīng)。這種依賴電流的夾持力(被稱為Johnsen-Rahbek 效應(yīng))與PESC中的庫侖力相比很小。具有陽極化三氧化鋁(A1203)的CESC (當(dāng)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(jīng)常導(dǎo)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(nèi)。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(dǎo)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(jīng)常導(dǎo)致陶瓷的阻抗從Johnson-Rahbeck型阻抗轉(zhuǎn)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?？墒褂霉腆w燒結(jié)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(yīng)用為ESC介電圓盤層。最近出現(xiàn)的CESC(使用燒結(jié)的氮化鋁(AlN)電介質(zhì))具有很差的熱傳遞性質(zhì)。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(dǎo)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(yīng)用。在大多數(shù)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(chǎn)生 A1F3顆粒。A1F3顆粒是蝕刻室技術(shù)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(jù)最終用戶要求和安裝的設(shè)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(guān)鍵參數(shù)。

圖1描繪了傳統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(chǎn)生電場，其被用于吸引和保持晶圓以進行處理。當(dāng)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(tǒng)ESC上的電壓控制(無論是單極還是多極的) 是很關(guān)鍵的?？紤]及此，因此可影響這種電壓控制的許多ESC參數(shù)也是關(guān)鍵的。非限制性參數(shù)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(shù)，而不是將該夾盤作為整體來分析該參數(shù)。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(shù)(極-到-極)、從一個電極的上表面到基底測量的具體參數(shù)(極-到-基底)。圖3描繪了測量ESC 100的參數(shù)的傳統(tǒng)技術(shù)。這里，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(zhì)。傳統(tǒng)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(tǒng)測量裝置302可測量兩個點之間的ESC100的性質(zhì)。如圖所示，第一端子304可連接于測量端子312或測量端子308，而第二端子306可連接于測量端子312或測量端子310。用這種方式，當(dāng)?shù)谝欢俗?04連接于測量端子308且當(dāng)?shù)诙俗?06連接于測量端子312時，使用極-到-基底測量可以測量第一電極106的性質(zhì)。類似地，當(dāng)?shù)谝欢俗?304連接于測量端子308且當(dāng)?shù)诙俗?06連接于測量端子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(zhì)。類似地，當(dāng)?shù)谝欢俗?04連接于測量端子 312且當(dāng)?shù)诙俗?06連接于測量端子310時，使用極-到-基底測量可以測量第二電極 108的性質(zhì)。上面討論的傳統(tǒng)技術(shù)，當(dāng)傳統(tǒng)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(dāng)傳統(tǒng)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(dāng)傳統(tǒng)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(dāng)傳統(tǒng)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(dāng)傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)雙極ESC的許多特征以簡化討論。進一步，沒有特別描述許多其它類型的傳統(tǒng)ESC，以簡化討論。重要的觀念在于，存在測量ESC及其單獨部分的具體特性的常規(guī)技術(shù)?？煽康碾姎庑阅苁菢O為重要的。相應(yīng)地，ESC制造商在向顧客發(fā)貨之前要對制造的ESC進行質(zhì)保檢查。一種傳統(tǒng)的質(zhì)保檢查可包括確定所制造的ESC的具體參數(shù)是否在預(yù)定可接受范圍內(nèi)，其非限制性的示例包括所測量的電阻等于或大于Rl Ω且等于或小于 R2Q ；所測量的電容等于或大于ClF且等于或小于c2F;所測量的阻抗等于或大于Zl Ω且等于或小于Ζ2Ω ；以及所測量的頻率相移等于或大于Φ1且等于或小于Φ2。在傳統(tǒng)方法中，制造商向上面討論的那樣以預(yù)定頻率fm向端子施加電流或電壓。如果所有的重要的性質(zhì)(例如，用歐姆表測量的電阻)在制造商的預(yù)定合格范圍內(nèi)，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)。電容測量值的范圍在3. 478到3. 777納法，而電阻測量值的范圍在2. 267到3. 829兆歐
權(quán)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后表面并包含至少一個電極，所述方法包含建立頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的參數(shù)的預(yù)定可接受極限；以及測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)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(shù)包含測量電阻。
3.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述測量電阻包含測量所述后表面和所述至少一個電極之一之間的電阻。
5.根據(jù)權(quán)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(shù)包含測量電容。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述測量電容包含測量所述后表面和所述至少一個電極之一之間的電容。
8.根據(jù)權(quán)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(shù)包含測量阻抗。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述測量阻抗包含測量所述后表面和所述至少一個電極之一之間的阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含在第一溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以及在第二溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)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(shù)包含測量電阻、電容和阻抗中的至少一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含在第一溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以及在第二溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)。
14.一種使用單一頻率下參數(shù)的已知上限和所述單一頻率下所述參數(shù)的已知下限建立靜電夾盤的所述參數(shù)的可接受極限的方法，所述方法包含測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以獲得所述頻帶內(nèi)所述參數(shù)的函數(shù)； 產(chǎn)生所述頻帶內(nèi)所述參數(shù)的所述函數(shù)的斜率；使用所述單一頻率下所述參數(shù)的所述已知上限和所述參數(shù)的所述函數(shù)的斜率產(chǎn)生所述參數(shù)的可接受上限，以及使用所述單一頻率下所述參數(shù)的所述已知下限和所述參數(shù)的所述函數(shù)的斜率產(chǎn)生所述參數(shù)的可接受下限。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含測量電阻、電容和阻抗的至少一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含在第一溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以及在第二溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)。
17.一種使用單一頻率下參數(shù)的已知上限和所述單一頻率下所述參數(shù)的已知下限建立靜電夾盤的所述參數(shù)的可接受極限的方法，所述方法包含多次測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以獲得所述頻帶內(nèi)所述參數(shù)的相應(yīng)的多個函數(shù)；基于所述多個函數(shù)產(chǎn)生所述函數(shù)的平均函數(shù)；基于所述多個函數(shù)產(chǎn)生所述參數(shù)的預(yù)定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差；使用所述參數(shù)的所述預(yù)定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差產(chǎn)生所述參數(shù)的可接受上限和所述參數(shù)的可接受下限。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含測量電阻、電容和阻抗的至少一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述測量頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)包含在第一溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)以及在第二溫度測量所述頻帶內(nèi)所述靜電夾盤的所述參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供用于預(yù)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(jù)本發(fā)明的一個方面，在頻帶上測量ESC的參數(shù)(例如阻抗)以產(chǎn)生參數(shù)函數(shù)。此參數(shù)函數(shù)可被用于在該頻帶內(nèi)為該參數(shù)建立預(yù)定的可接受范圍。
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(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者托川·黃, 方嚴(yán), 石洪, 紹拉·烏拉爾, 麥克切斯尼·喬恩 申請人:朗姆研究公司