[发明专利]利用KELVIN探针分析检查静电卡盘的方法

说明书

背景技术

静电卡盘(ESC)是半导体处理设备(如等离子蚀刻室)的一个部件，可用于处理过程中半导体晶片或玻璃基板(即，平板显示器)的传输、夹持和/或温度控制，例如，在化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或蚀刻反应室。ESC往往表现出较短的寿命，导致多种失效，包括例如动态对齐失效、ESC和下面支撑的衬底之间氦冷却气体泄漏多、卸除时间增加和衬底粘结于ESC或卸除失效。ESC的过早失效会导致衬底破裂，影响产量、导致颗粒和缺陷问题，并增加结合这种ESC的等离子处理设备的持有成本。

发明内容

提供一种检查静电卡盘(ESC)的方法。该ESC具有用于半导体晶片的介电支撑表面。该介电支撑表面利用Kelvin探针扫描以获得表面电势映射。该表面电势映射对比基准Kelvin探针表面电势映射以确定该ESC是否通过检查。

附图说明

图1A、1B、2A、2B、3A和3B说明示范性的三个ESC电介质表面的Kelvin探针表面电势映射。

图4A和4B说明通过检查的ESC卡盘的Kelvin探针表面电势映射。

图5A和5B说明没有通过检查的ESC卡盘的Kelvin探针表面电势映射。

具体实施方式

ESC可用于电介质蚀刻工艺，如等离子蚀刻氧化硅和低k材料。示范性的电介质ESC可包括金属基底(例如，阳极氧化的或非阳极氧化的铝合金)，具有电介质表面，其上支撑半导体或衬底，如晶片。例如，该电介质表面可包括烧结的层压板，包括在两个陶瓷层(例如，大约20密耳厚的薄陶瓷层)之间的图案化耐火材料(例如，钨或钼)电极。该层压板可利用粘合材料粘结于该金属基底，如基于硅胶的、包含导电粉末(例如，铝、硅等)的材料。该金属基底(大约1.5英寸厚)通常包括RF和DC功率输入、用于起顶销的通孔、氦气通道、用于温度控制流体循环的通道、温度感应装置等。

双极ESC包括多个电极(例如，交叉的、同心环等)，每个电极带有相反的电压以在没有等离子时保持卡紧能力。在一个实施例方式中，该ESC外部电极带正电压。对于该双极ESC，该电极之一具有正电荷，而其他电极具有负电荷。

ESC通常是Coulombic或Johnsen-Rahbek类型之一。Coulombic类型ESC使用具有较高电阻的电介质表面层以生成Coulombic静电力。Johnsen-Rahbek类型ESC(其当施加较低的电压时往往提供更高的静电卡紧力)采用低电阻电介质表面层，如Al₂O₃掺杂例如TiO₂。

按照一个实施方式，Johnsen-Rahbek类型ESC的该陶瓷电介质层可包括94％Al₂O₃、4％SiO₂、1％TiO₂和1％CaO(wt％)以及微量MgO、Si、Ti、Ca和Mg。按照另一实施方式，Coulombic类型ESC，该陶瓷电介质层可包括大于或等于99％的Al₂O₃。

目前，检查ESC(新和重新修复的)的方法包括ESC的电流-电压特征化以及氦流终点测试。这些检查方法都包括将该ESC安装在等离子处理设备中并且消耗多个空白测试晶片(例如，大约10到20个硅晶片)。

对于双极ESC的电流-电压特征化，空白测试晶片设在该ESC上，并生成等离子。该ESC电流测为电压(即，高达2000V)的函数以生成该负电极和该正电极的电流-电压曲线。在较低的电压，该电流-电压曲线基本上是平行的，而来自该负电极的电流低于来自该正电极的电流。然而，在一些较高的电压，来自该负电极的电流显著增加并跨越来自该正电极的电流(即，“跨越电压”)。为多个晶片重复电流-电压特征化，其中确定多个跨越电压值。

确信来自该正电极的电流由于最外面的电极为正而保持相对平缓，其极可能将电流泄漏进等离子。另一方面，确信来自该负电极的电流由于电场发射或Shottky发射效应而显著增加。通常，具有较高跨越电压的ESC表现出相对具有较低跨越电压的ESC更好的卡紧特性。