一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，在等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔中進(jìn)行，反應(yīng)腔室內(nèi)具有靜電吸盤，中空管穿過靜電吸盤；通過中空管向晶圓背部通入冷卻氣體；監(jiān)測(cè)方法包括：將晶圓置于反應(yīng)腔室內(nèi)的靜電吸盤并緊密吸附在靜電吸盤表面；對(duì)反應(yīng)腔室抽真空；檢測(cè)反應(yīng)腔室的氣體泄漏率；通過中空管向晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)通入冷卻氣體后的反應(yīng)腔室的泄漏率；用通入冷卻氣體之后的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率減去通入冷卻氣體之前的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率，得到冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率；設(shè)定一閾值，當(dāng)冷卻氣體泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率超過該閾值時(shí)，則判斷得出靜電吸盤的性能下降。從而使性能下降的靜電吸盤得到及時(shí)更換。
【專利說明】—種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制造中，刻蝕工藝都采用等離子干法刻蝕(Plasma Dry Etch)，請(qǐng)參閱圖1，等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔00的結(jié)構(gòu)包括:位于反應(yīng)腔室00內(nèi)的靜電吸盤I ;位于靜電吸盤I上的晶圓2 ;穿過靜電吸盤I的中空管3 ;中空管3的頂部開口與晶圓2底部相對(duì)，通過中空管3可以對(duì)反應(yīng)腔室00抽真空，還可以向晶圓2背面輸送氣體。
[0003]通常，等離子體干法刻蝕過程包括:
[0004]機(jī)械手臂(Arm/Robot)將晶圓(wafer)送入反應(yīng)腔室(chamber),放在靜電吸盤(ESC)上；
[0005]給晶圓加上靜電荷，靜電吸盤加上高壓的方式，將晶圓緊緊吸附在靜電吸盤的表面；
[0006]通入設(shè)定好的工藝氣體、施加射頻電壓(RF power),將工藝氣體等離子化,用等離子體對(duì)晶圓進(jìn)行蝕刻加工；同時(shí)，向晶圓背面通入冷卻用的氦氣。
[0007]之所以要通入冷卻用的氦氣，是因?yàn)?在刻蝕過程中，由于離子不斷轟擊晶圓表面，會(huì)使晶圓溫度升高，一旦晶圓表面溫度過高會(huì)使光阻(Photo Resist，簡(jiǎn)稱PR)燒焦；再加上晶圓的溫度控制也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，因此會(huì)有冷卻系統(tǒng)(chiller)來(lái)對(duì)靜電吸盤進(jìn)行溫度控制。但晶圓和靜電吸盤之間是固體接觸，僅僅是直接接觸冷卻效果不佳，需要在晶圓背部通入冷卻用的氦氣(He)，作為晶圓和靜電吸盤之間冷卻的媒介。
[0008]上述過程中，靜電吸盤是反應(yīng)腔中最貴且最重要的一個(gè)部件，一般來(lái)說廠商對(duì)靜電吸盤的使用壽命的規(guī)定是通過射頻電源時(shí)數(shù)(RF time)來(lái)管理，一般為幾千，從4000到8000小時(shí)不等。
[0009]但由于靜電吸盤更換起來(lái)不容易，且更換后對(duì)工藝影響非常大，再加上靜電吸盤非常昂貴，使得半導(dǎo)體生產(chǎn)廠都會(huì)偏向于盡可能延長(zhǎng)靜電吸盤的更換周期，而不會(huì)輕易更換靜電吸盤。
[0010]但也正是因?yàn)殪o電吸盤對(duì)工藝影響非常大，等到生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品出問題了再更換靜電吸盤無(wú)疑帶來(lái)更嚴(yán)重的后果。究竟什么時(shí)候更換靜電吸盤，一直以來(lái)也沒有一個(gè)好的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，從而在靜電吸盤的性能變壞時(shí)，就能夠?qū)⑵浼皶r(shí)更換。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，在等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔中進(jìn)行，所述反應(yīng)腔室內(nèi)具有靜電吸盤，其上用于緊密吸附晶圓；中空管穿過所述靜電吸盤；所述中空管的頂部開口與所述晶圓的背部相對(duì)，通過所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體；所述監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟:
[0013]步驟01:將晶圓置于反應(yīng)腔室內(nèi)的靜電吸盤上；
[0014]步驟02:將所述晶圓緊密吸附在所述靜電吸盤表面；
[0015]步驟03:打開真空閥，對(duì)所述反應(yīng)腔室抽真空；
[0016]步驟04:關(guān)閉所述真空閥，檢測(cè)所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率；
[0017]步驟05:通過所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)通入冷卻氣體后的反應(yīng)腔室的泄漏率；
[0018]步驟06:用通入冷卻氣體之后的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率減去通入冷卻氣體之前的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率，得到所述冷卻氣體從所述晶圓背面泄漏到所述反應(yīng)腔室的泄漏率；
[0019]步驟07:設(shè)定一閾值，當(dāng)所述冷卻氣體泄漏到所述反應(yīng)腔室的泄漏率超過所述閾值時(shí)，判斷得出所述靜電吸盤的性能下降。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟05具體包括:向所述晶圓背部通入一組具有不同壓強(qiáng)的冷卻氣體，并檢測(cè)所述不同壓強(qiáng)的冷卻氣體條件下所對(duì)應(yīng)的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟05中，所述冷卻氣體的壓強(qiáng)大于40Torr。優(yōu)選地，所述中空管為多個(gè)，分布于所述靜電吸盤的中間位置和邊緣位置；所述步驟05還包括:通過位于所述中間位置的所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率；通過位于所述邊緣位置的所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率。
[0022]優(yōu)選地,所述步驟02中,通過向所述晶圓表面充靜電并向所述靜電吸盤上施加電壓的方式將所述晶圓緊密吸附在所述靜電吸盤的表面。
[0023]優(yōu)選地，所述冷卻氣體為氦氣。
[0024]本發(fā)明的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，通過用向晶圓背面通入冷卻氣體之后的反應(yīng)腔室的泄漏率減去向晶圓背面通入冷卻氣體之后前反應(yīng)腔室的泄漏率，得到冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率，通過設(shè)定一閾值，當(dāng)冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率超過該閾值時(shí)，則判斷得出靜電吸盤性能下降，從而使性能下降的靜電吸盤得到及時(shí)更換，避免靜電吸盤性能下降對(duì)產(chǎn)品帶來(lái)的不良影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖2為本發(fā)明的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0028]以下將結(jié)合附圖1-2和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。其中，圖2為本發(fā)明的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法的流程示意圖。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。
[0029]本實(shí)施例的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，在等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔00中進(jìn)行，等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔00的結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)參閱圖1，反應(yīng)腔室00內(nèi)具有靜電吸盤1，其上用于緊密吸附晶圓2 ;中空管3穿過靜電吸盤I ;中空管3的頂部開口與晶圓2的背部相對(duì)，通過中空管3向晶圓2背部通入冷卻氣體。需要說明的是，中空管3可以為一個(gè)或多個(gè)，可以位于靜電吸盤I的中間、邊緣等位置。
[0030]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟:
[0031]步驟01:將晶圓置于反應(yīng)腔室內(nèi)的靜電吸盤上；
[0032]具體的，可以采用機(jī)械手等搬運(yùn)工具將晶圓置于靜電吸盤上；然后機(jī)械手推出，關(guān)閉反應(yīng)腔室。
[0033]步驟02:使晶圓緊密吸附在靜電吸盤表面；
[0034]具體的，為了將晶圓緊密吸附在靜電吸盤表面，可以通過靜電吸附原理，采用向晶圓表面充靜電并向靜電吸盤上施加電壓的方式；當(dāng)然，現(xiàn)有的任何使靜電吸盤吸附晶圓的方式都可以應(yīng)用于本步驟中。
[0035]步驟03:打開真空閥，對(duì)反應(yīng)腔室抽真空；
[0036]具體的，抽真空可以利用真空泵通過所說的中空管來(lái)進(jìn)行；抽真空的真空度越高越好，不論采用何種能力的真空泵，都要抽到真空泵所能抽到的最低壓強(qiáng)。
[0037]步驟04:關(guān)閉真空閥，檢測(cè)反應(yīng)腔室的氣體泄漏率；
[0038]具體的，氣體泄漏率可以通過公式PV = nRT，其中，η為泄漏率，P為反應(yīng)腔室內(nèi)的壓強(qiáng)，其可以從等離子體干法刻蝕設(shè)備上實(shí)時(shí)讀取，V為反應(yīng)腔室的容積，其是一個(gè)確定的數(shù)值；R為常數(shù)，T為反應(yīng)腔室的溫度，其也是一個(gè)確定的數(shù)值，由此，可以計(jì)算出泄漏量η。其原理為，反應(yīng)腔室開始為低真空狀態(tài)，后續(xù)會(huì)有氣體慢慢地從外界漏到反應(yīng)腔室內(nèi)，反應(yīng)腔室內(nèi)的壓強(qiáng)P會(huì)升高；測(cè)量P隨時(shí)間t的變化，就可以計(jì)算出η隨時(shí)間t的變化，即泄漏率Λ n/At ;例如，每間隔5秒鐘檢測(cè)一次η的值，然后求每次的Λ η/5，共檢測(cè)10次，最后就平均值即得到泄漏率。
[0039]這里需要說明的是，向反應(yīng)腔室內(nèi)漏進(jìn)去的氣體包括從反應(yīng)腔室外漏進(jìn)去的氣體和其它原因進(jìn)入反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體。
[0040]步驟05:通過中空管向晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)通入冷卻氣體后的反應(yīng)腔室的泄漏率；
[0041]具體的，當(dāng)冷卻氣體泄露到反應(yīng)腔室內(nèi)時(shí)，反應(yīng)腔室內(nèi)的壓強(qiáng)P會(huì)隨之進(jìn)一步升高，此時(shí)測(cè)得的反應(yīng)腔室內(nèi)的泄漏率是步驟04中的反應(yīng)腔室的泄漏率加上冷卻氣體泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率；冷卻氣體可以為氦氣；冷卻氣體的壓強(qiáng)盡可能高，這樣才能使后續(xù)比較的結(jié)果較為明顯。例如，通常生產(chǎn)工藝用的冷卻氣體的壓強(qiáng)為40ΤΟΠ.，則這里就可以設(shè)定冷卻氣體的壓強(qiáng)大于40Torr,可以為50Torr, 60Torr,甚至更高。
[0042]本實(shí)施例中，本步驟05具體可以包括:通過中空管向晶圓背部通入一組具有不同壓強(qiáng)的冷卻氣體，并檢測(cè)不同壓強(qiáng)的冷卻氣體條件下所對(duì)應(yīng)的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率；例如，設(shè)定一組冷卻氣體的壓強(qiáng)包括:50Torr、60Torr、70Torr和60Torr。
[0043]步驟06:用通入冷卻氣體之后的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率減去通入冷卻氣體之前的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率，得到冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率；
[0044]步驟07:設(shè)定一閾值，當(dāng)冷卻氣體泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率超過該閾值時(shí)，判斷得出靜電吸盤的性能下降。
[0045]具體的，可以在長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)記錄冷卻氣體的泄漏率；可以用通入冷卻氣體之后的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率減去通入冷卻氣體之前的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率，則得到冷卻氣體泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率；這是因?yàn)?靜電吸盤的性能是慢慢變?nèi)醯?，冷卻氣體的泄漏率也是慢慢變化的，可以設(shè)定一個(gè)閾值，這個(gè)閾值可以憑借經(jīng)驗(yàn)和其它工藝參數(shù)來(lái)確定，這樣，可以長(zhǎng)期監(jiān)控靜電吸盤的性能，一旦冷卻氣體泄漏率超過上述閾值，則說明靜電吸盤的性能已經(jīng)低于正常使用的標(biāo)準(zhǔn)，則可以及時(shí)更換靜電吸盤，避免對(duì)產(chǎn)品帶來(lái)不良影響。
[0046]需要說明的是，由于中空管可以為多個(gè)，其位置可以設(shè)定在靜電吸盤的中間或邊緣位置，如果通冷卻氣體的中空管是各自獨(dú)立控制的，則在靜電吸盤邊緣位置通入的冷卻氣體對(duì)泄漏率影響大于在靜電吸盤中間位置的；因此，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以分別監(jiān)測(cè)靜電吸盤的中間位置和邊緣位置，用于更加精確地確定靜電吸盤的性能下降程度。例如，通過位于中間位置的所述中空管向晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率；通過位于邊緣位置的中空管向晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率。然后，分別將這兩種泄漏率與通入冷卻氣體之前的反應(yīng)腔室的氣體泄漏率進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果，判斷靜電吸盤性能是否下降；其具體的比較方法和判斷方法可以采用上述實(shí)施例的步驟06和步驟07，本發(fā)明對(duì)此不再贅述。
[0047]綜上所述，本發(fā)明的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，通過用向晶圓背面通入冷卻氣體之后的反應(yīng)腔室的泄漏率減去向晶圓背面通入冷卻氣體之后前反應(yīng)腔室的泄漏率，得到冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率，通過設(shè)定一閾值，當(dāng)冷卻氣體從晶圓背面泄漏到反應(yīng)腔室的泄漏率超過該閾值時(shí)，則判斷得出靜電吸盤性能下降，從而使性能下降的靜電吸盤得到及時(shí)更換，避免靜電吸盤性能下降對(duì)產(chǎn)品帶來(lái)的不良影響。
[0048]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，在等離子體干法刻蝕反應(yīng)腔中進(jìn)行，所述反應(yīng)腔室內(nèi)具有靜電吸盤，其上用于緊密吸附晶圓；中空管穿過所述靜電吸盤；所述中空管的頂部開口與所述晶圓的背部相對(duì)，通過所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體；其特征在于，所述監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟: 步驟Ol:將晶圓置于反應(yīng)腔室內(nèi)的靜電吸盤上； 步驟02:將所述晶圓緊密吸附在所述靜電吸盤表面； 步驟03:打開真空閥，對(duì)所述反應(yīng)腔室抽真空； 步驟04:關(guān)閉所述真空閥，檢測(cè)所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率； 步驟05:通過所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)通入冷卻氣體后的反應(yīng)腔室的泄漏率； 步驟06:用通入冷卻氣體之后的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率減去通入冷卻氣體之前的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率，得到所述冷卻氣體從所述晶圓背面泄漏到所述反應(yīng)腔室的泄漏率； 步驟07:設(shè)定一閾值，當(dāng)所述冷卻氣體泄漏到所述反應(yīng)腔室的泄漏率超過所述閾值時(shí)，判斷得出所述靜電吸盤的性能下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟05具體包括:向所述晶圓背部通入一組具有不同壓強(qiáng)的冷卻氣體，并檢測(cè)所述不同壓強(qiáng)的冷卻氣體條件下所對(duì)應(yīng)的所述反應(yīng)腔室的氣體泄漏率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟05中，所述冷卻氣體的壓強(qiáng)大于40Torr。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述中空管為多個(gè)，分布于所述靜電吸盤的中間位置和邊緣位置；所述步驟05還包括:通過位于所述中間位置的所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率；通過位于所述邊緣位置的所述中空管向所述晶圓背部通入冷卻氣體，并檢測(cè)此時(shí)的反應(yīng)腔室的泄漏率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟02中，通過向所述晶圓表面充靜電并向所述靜電吸盤上施加電壓的方式將所述晶圓緊密吸附在所述靜電吸盤的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電吸盤性能的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述冷卻氣體為氦氣。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104362110SQ201410652825
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】羅永堅(jiān), 任昱, 呂煜坤, 朱駿, 張旭升 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司