[发明专利]测试静电夹盘的系统和方法

说明书

背景技术

静电夹盘(Electrostatic Chucks，ESCs)对精密半导体晶圆制造工艺是必不可少的。现有夹盘可被分为两种主要类型，每种类型有其特定的优点和缺点。

聚亚胺ESC(PESC)中的电介质是强绝缘体，因此，大部分外加电压降是在该电介质两端的并且产生库仑夹持力(Coulombic chucking force)。不幸的是，PESC工作面对擦伤特别敏感。而且，PESC易受颗粒嵌入的影响，这可能导致晶圆的背侧和PESC上的铜电极之间的击穿(arcing)。进而，PESC不能在高温下使用，因为高温操作可能导致水蒸汽的气泡穿过聚亚胺层。

部分导电的陶瓷ESC(CESC)需要恒定电流以实现足够的夹持力，因此CESC泄露电流更大，需要比PESC更大的电力供应。这种依赖电流的夹持力(被称为Johnsen-Rahbek效应)与PESC中的库仑力相比很小。

具有阳极化三氧化铝(Al2O3)的CESC(当前只作为单极器件可用)对湿气极端敏感。而且，在一些双极ESC中，阳极化铝已被用作ESC隔离层。然而，击穿和阳极氧化的缺陷经常导致这类ESC的过早故障。

掺杂的矾土(alumina)还被用于一些CESC以进行蚀刻施加。掺杂的陶瓷帮助将其电阻率控制在Johnson-Rahbeck ESC电阻率范围内。但是玻璃相上的晶粒边界攻击可能改变ESC的表面粗糙度，并因此增加电阻率。而且，变得粗糙的陶瓷表面将导致很高的氦气泄露。无晶圆自动清洁周期过程中在陶瓷表面上对陶瓷晶粒边界上的攻击经常导致陶瓷的阻抗从Johnson-Rahbeck型阻抗转移为Coulombic型阻抗。

高纯度陶瓷(例如，矾土)已被广泛用作ESC表面上的介电圆盘层(dielectric puck layer)。它被用作单极的或双极的ESC。而且，由于其高电阻率它被用作库仑ESC。可使用固体烧结陶瓷或使用热喷淋涂覆将高纯度矾土(例如，纯度为99.7％或更高的)应用为ESC介电圆盘层。

最近出现的CESC(使用烧结的氮化铝(AlN)电介质)具有很差的热传递性质。陶瓷材料的电阻率是依赖于温度的并且与PESC相比在不同的片之间变化更大。AlN与矾土相比具有更高的热传导率。因此，它作为在200摄氏度或更高温度下工作的高温ESC得到了广泛应用。在大多数情况下，AlN表面具有岩滩式(mesa)表面图案以控制ESC与晶圆表面的接触面积。AlN的主要问题是在蚀刻室中使用SF6、NF3和其它F基气体时它可能产生AlF3颗粒。AlF3颗粒是蚀刻室技术中一种主要的颗粒源。因为作为Johnsen-Rahbek ESC，AlN的电阻率依赖于工作温度，所以选择合适类型的AlN以保持能工作的电阻率并保持高密度等离子体下的高等离子体电阻是非常重要的。

根据最终用户要求和安装的设备，PESC和CESC中每一个都将能满意地保持(夹持(Chuck))和释放(解除夹持(Dechuck))。一般而言，使用哪种类型的ESC不重要，ESC的电容和电阻率是ESC功能性的两个关键参数。

图1描绘了传统双极静电夹盘(ESC)100的平面图。ESC 100具有上表面102和安装支架104。ESC 100包括第一电极106和第二电极108。第一电极106包括内部电极部分110和外部电极部分112。

图2描绘了沿着线x-x的ESC 100的剖面视图。如图2中所示，ESC100包括后表面(或基底)114。

安装支架104上的安装孔(未示)使得ESC 100能安装在系统上。

在操作时，第一电压差被施加在第一电极106和第二电极108两端。该电压差产生电场，其被用于吸引和保持晶圆以进行处理。当处理完成时，第二电压差(解除夹持电压)被施加在第一电极106和第二电极108两端以释放该晶圆。

尽管上面进行了简要描述，但是传统ESC上的电压控制(无论是单极还是多极的)是很关键的。考虑及此，因此可影响这种电压控制的许多ESC参数也是关键的。非限制性参数包括电阻、电容、阻抗和频率相移。而且，可针对ESC的每个单独部分进一步分析该参数，而不是将该夹盘作为整体来分析该参数。其非限制性示例包括，从一个电极到另一电极测量的具体参数(极-到-极)、从一个电极的上表面到基底测量的具体参数(极-到-基底)。