專利名稱：用于等離子體反應(yīng)器的具有智能升降銷機構(gòu)的靜電卡盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于等離子體反應(yīng)器的具有智能升降銷機構(gòu)的靜電卡盤。
背景技術(shù)：
靜電卡盤能夠用在等離子體反應(yīng)器中，以在對晶片進行等離子體處理 的過程中將半導體晶片保持在室內(nèi)的晶片支撐表面上。靜電卡盤由晶片置 于其上的扁平絕緣或者半絕緣層所絕緣的扁平電極或者導電格柵組成。通 常，細長升降銷向上延伸通過靜電卡盤，以從機械手裝置接收靜電卡盤上 方的晶片，然后機械手縮回。升降銷然后向下縮回直到晶片擱在晶片支撐
表面上。較大的D.C.夾持電壓通常相對于室壁地施加到電極。晶片通常間 接地通過等離子體以地為參照。在等離子體"開"的情況下，較大D.C.電 壓施加到靜電卡盤電極產(chǎn)生了將晶片保持在適合位置處的較大靜電力。然 后對晶片進行等離子體處理，此后升降銷向上延伸以將晶片從靜電卡盤提 升到用于將其從室移除的機械手裝置。為了高產(chǎn)量，在向下縮回和向上延 伸的動作過程中，升降銷以比較高的速度運動。解除所施加的D.C.的夾持 電壓不一定消除了被夾持的晶片和靜電卡盤的表面之間的電位差。仍然存 在殘余的電荷，這導致了晶片和卡盤之間殘余的吸引力。取決于在升降銷 向上延伸的過程中殘余力的大小和升降銷的速度，晶片可能損壞。
在等離子體"開"時將銷進行提升提供了由于晶片與卡盤分離引起的 電流的放電路徑，但是如果殘余力較大，晶片還可能損壞。
一些現(xiàn)有技術(shù)方法使用以恒定壓力輸送到靜電卡盤表面的傳熱氣體 (諸如氦)的氣體流動速率來測量殘余夾持力。當晶片的一些部分"解除 夾持"時，使得允許傳熱氣體以高的流動速率泄漏，同時晶片的另一部分 仍保持夾持，并在升降銷隨后的向上運動中損壞，這種方法一般不可行。
當前，沒有方法來在晶片受到破壞之前檢測這種錯誤的發(fā)生。
相關(guān)的問題是如果晶片開始在室中進行等離子體處理之前沒有牢固地 夾持到晶片支撐表面，則(由于過度加熱或者不良的溫度控制)會發(fā)生處 理失敗。當前，除了將傳熱氣體(諸如氦)以恒定壓力供應(yīng)到靜電卡盤的 表面并監(jiān)視作為所測量的殘余夾持力的氣體流動速率之外，沒有方法在對 晶片開始等離子體處理之前確認夾持力的適合程度。然而，對于一些應(yīng) 用，尤其在高偏置電壓下，傳熱氣體會電氣地分解，使得晶片被脫離夾 持，并潛在地毀壞晶片和靜電卡盤。需要一種在處理之前確認夾持力的適 合程度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
用在對工件進行處理的反應(yīng)器中的升降銷組件包括大致平行于升降方 向延伸的多個升降銷。多個升降銷的每個具有用于支撐工件的頂端和底 端。升降臺面向升降銷的底端，并在大致平行于升降方向的方向上移動。 小力檢測器感測由升降銷施加的力，該力足夠大以夾持晶片，并且足夠小 以避免晶片脫離夾持。大力檢測器感測在足以使晶片脫離夾持的范圍中由 升降銷施加的力。


圖1描述了體現(xiàn)本發(fā)明的升降銷組件。
圖2描述了包括圖1的升降銷組件的等離子體反應(yīng)器。
圖3描述了用于圖2的等離子體反應(yīng)器的晶片夾持或者解除夾持的處理。
具體實施例方式
參照圖1，靜電卡盤(ESC) 8由封裝薄平面的夾持電極或者導電格柵 12的絕緣或者半絕緣層10、形成晶片支撐表面的絕緣表面的頂表面10a組 成。絕緣層IO例如可以是氮化鋁，并支撐在ESC基座14上。D.C.夾持電 壓供應(yīng)和控制器16連接到夾持電極12。在ESC8中延伸通過孔20的至少 三個升降銷18支撐在軸向可平移的升降臺22上。對于每個升降銷18，升
降臺22具有由彈性板26覆蓋的凹部24，彈性板24的一端26a用緊固件 26b保持在升降臺上。彈性板26的另一端26c自由地軸向撓曲?？蛇x地， 升降銷18底端上的絕緣(例如，陶瓷)零件28將升降銷18支撐在升降臺 22上。升降臺22是軸向活塞3的頂端以懸臂的方式支撐著，升降伺服電 動機組件32使軸向活塞30在軸向可平移，波紋管34保持室內(nèi)部的真空密 封，同時允許升降臺22上下運動。
傳統(tǒng)的應(yīng)變儀36緊固在升降臺22的凹部24內(nèi)朝向彈性板底側(cè)的表面 上。緊固到彈性板22的底部的腳部38面向應(yīng)變儀36并在應(yīng)變儀36的上 方。緊固到升降臺的凹部24內(nèi)的表面的傳統(tǒng)光學檢測器40用作靠近檢測 器，以感測彈性板26的自由端26c軸向撓曲。隨著每個升降銷18推著抵 靠晶片42，由升降銷18傳遞的向下的力使彈性板26撓曲，使彈性板自由 端26c向下?lián)锨?，使得腳部38以不斷增大的力推著應(yīng)變儀36?？拷鼨z測 器40測量所造成的彈性板自由端26c的向下?lián)锨Ｈ鐖D1所示，如果在夾 持電壓施加到電極1的同時升降銷18推著抵靠晶片42，那么晶片將抵抗 每個升降銷18的向上的運動，使得晶片42的外周附近向上彎曲。以此方 式使晶片撓曲所需的力由應(yīng)變儀36根據(jù)由陶瓷升降銷保持器28抵靠應(yīng)變 儀36所施加的壓力來測量。所造成的彈性板向下?lián)锨拇笮∮煽拷鼨z測 器40來測量。應(yīng)變儀36用作能夠測量在從夾持電極解除了 D.C.夾持電壓 之后使晶片足夠脫離夾持的力的高力傳感器。彈性板和靠近傳感器的組合 用作用于感測避免使晶片脫離夾持的足夠小的"亞解除夾持"力(對于 300mm直徑的Si晶片，高達晶片重量的若干倍或者與幾百克等價的力) 的高分辨率低力傳感器。這種傳感器可用于測量由升降銷施加的升降力， 該力足以表示存在避免使晶片解除夾持的夾持力。
在可選的實施例中，除了以上公開的類型之外的傳感器可以作為低力 傳感器和高力傳感器來執(zhí)行。這種傳感器可以設(shè)置用于每個升降銷18。這 種傳感器在升降銷18中，或者連接到升降銷18。而且，對于給定的升降 銷18，單個傳感器可以用作高力傳感器和低力傳感器。
在另一個可選實施例中，至少一個或者所有升降銷18可以由半導體 材料(例如，晶體或多晶硅、或者鍺)或者導體(例如，鋁)組成，在此
情況下，可以設(shè)置開關(guān)19，具有這樣開關(guān)19的導電或者半導體升降銷18
可以以選定的次數(shù)連接到以下中任一者接地電位、浮動電位、ESC電極
12。開關(guān)19可以在晶片夾持和晶片解除夾持操作過程中采用，以增強對 D.C.晶片電壓的控制。在對晶片進行等離子體處理的過程中，開關(guān)19可以 設(shè)定成將升降銷18連接到浮動電位。
圖2圖示了包括利用圖1設(shè)備的系統(tǒng)的等離子體反應(yīng)器。反應(yīng)器包括 室50、處理氣體供應(yīng)52、氣體分配器54和RF功率產(chǎn)生器56，其中RF 功率產(chǎn)生器56通過阻抗匹配電路58和D.C.阻塞電容器60耦合到(例 如)ESC電極12。處理器62使用由應(yīng)變儀36測得的力和靠近傳感器40 測得的撓曲來提供實際的力數(shù)據(jù)和撓曲數(shù)據(jù)。處理控制器64使用力數(shù)據(jù) 和撓曲數(shù)據(jù)以控制由控制器16輸送的D.C.夾持電壓，并通過升降組件電 動機控制器66控制升降臺電動機組件32。
圖3圖示了處理控制器64的操作。首先，在圖3的方框70的步驟 中，控制器64使升降銷18延伸到晶片支撐表面的上方，以從機械手(未 示出)接收晶片?？刂破?4然后使升降銷18縮回，以將晶片放在ESC8 的晶片支撐表面上(方框72)。引入氣體，施加RP功率，以激發(fā)等離子 體，其中等離子體間接地將晶片作為基準地。優(yōu)選地，等離子體源功率用 于激發(fā)等離子體來進行晶片夾持，但是也可以使用偏置功率。如果使用偏 置功率用于激發(fā)等離子體以進行晶片夾持，那么優(yōu)選地施加低RF電壓。 控制器64然后使D.C.夾持電壓相對于基準地(通常是室壁)施加到ESC 電極(方框74)。(可選地，首先施加電壓，然后施加RF功率以激發(fā)等 離子體)。在通常短時間延遲之后，然后通過升降銷18抵著夾持的晶片 延伸然后延伸一段小的距離(例如，0.2-約lmm)以使晶片變形0.2-約 lmm來測試晶片夾持(方框76)。然后數(shù)據(jù)處理器62使用由靠近檢測器 40感測的彈性板26的撓曲來判定升降銷的力是否至少為小的閾值力(例 如，與幾百克等價的力)。如果該力在閾值水平之上(在方框77中 "是"的分支)，則晶片已經(jīng)成功地被夾持，處理控制器64使升降銷從 晶片縮回(方框78)，并對晶片進行等離子體處理(方框80)。(可選 地，通過將升降銷保持在適合的位置并連續(xù)地監(jiān)視該力來連續(xù)地測試晶片
夾持)。否則(在方框77中"否"的分支)，顯示警報和/或重復夾持處 理。在晶片處理之后，控制器64使夾持電壓關(guān)閉(方框82)，或者設(shè)定 為"解除夾持"電壓。此"脫離夾持"電壓可以是零伏特，或者可以設(shè)定 為選擇用來使表面上的殘余電荷所引起的晶片和卡盤表面之間的殘余電場 最小的非零值。優(yōu)選地，在解除夾持的操作中，等離子體開啟以提供從晶 片放電的路徑。優(yōu)選地，施加等離子體源功率用于解除夾持操作，但是也 可以使用偏置功率。優(yōu)選地，晶片上的RF電壓在解除夾持過程中較低。 在時間延遲之后，控制器64然后使升降銷18向上延伸以接觸晶片，然后 繼續(xù)進一步延伸，直到升降銷行進較大的距離(例如，3mm)以使晶片撓 曲此較大的距離(方框84)。監(jiān)視力傳感器的輸出(方框86)，以確保 力傳感器的輸出(其在遇到殘余電荷力時增大)在升降銷接觸晶片之后已 經(jīng)行進較大距離(3mm)之前最終返回到零(表示成功解除夾持)。如果 所感測的力在升降銷已經(jīng)行進較大距離(3mm)之后近似達到零，則晶片 已經(jīng)成功接觸夾持(方框88中"是"的分支)，并且控制器64使升降銷 延伸使晶片返回到用于移除的機械手機構(gòu)所需的全距離(例如，25mm) (方框92)。如果在此點所感測的力沒有返回到零(忽略晶片的重量) (方框88中"否"的分支)，那么響起警報以停止晶片移除處理(以避 免晶片損壞)，直到完全解除夾持力或者電壓(方框90)。
在可選的實施例中，在晶片處理之后，控制器64使夾持電壓關(guān)閉 (方框82)，或者可以設(shè)定成初始"解除夾持"電壓。優(yōu)選地，等離子體 在解除夾持操作過程中開啟，以提供從晶片放電的路徑。優(yōu)選地，施加等 離子體源功率用于解除夾持操作，但是也可以使用偏置功率。優(yōu)選地，晶 片上的RF電壓在解除夾持過程中較低。在時間延遲之后，控制器64然后 使升降銷18向上延伸以接觸晶片，然后繼續(xù)進一步延伸，直到升降銷行 進較大的距離(例如，3mm)以使晶片撓曲此較大的距離(方框84)。監(jiān) 視力傳感器的輸出(方框86)。根據(jù)本可選實施例，在方框86的監(jiān)視步 驟過程中，"解除夾持"電壓在"解除夾持"的電壓范圍上步進或者逐漸 地變化，以發(fā)現(xiàn)理想解除夾持電壓，從而補償會阻止所感測的力降低到預(yù) 定最小值的任何殘余電荷。當力傳感器的輸出最終減小到最小值或者返回
到零(表示成功解除夾持，方框88 "是"的分支)時，解除夾持電壓設(shè)定
為零伏特，并且控制器64使升降銷延伸使晶片返回到用于移除的機械手 機構(gòu)所需的全距離(例如，25mm)(方框92)。如果在此點所感測的力 沒有返回到零，那么響起警報以停止晶片移除處理(以避免晶片損壞)， 直到完全解除夾持力或者電壓(方框90)。然而，因為在此可選實施例中 脫離夾持電壓在方框86的監(jiān)視步驟過程中逐漸變化，降低了求助于方框 90的警報的可能性。
在優(yōu)選實施例中，控制器64用作連續(xù)控制升降銷向上運動的反饋回 路。如果在升降銷已經(jīng)推著晶片達較大的距離(例如，3mm)之前升降銷 力還未降低到最小值(例如，零)，那么控制器64立即停止升降銷運動 以避免晶片損壞。如果升降銷力降低到所需升降銷行進距離內(nèi)的最小水 平，則這允許升降銷繼續(xù)向上的運動。
可選地，導電或者半導體升降銷可以用來幫助對晶片-卡盤的電容進行 放電，并便于脫離夾持操作。銷可以直接連接到基準地，或者連接到隔離 的靜電卡盤電極?？蛇x地和優(yōu)選地，剛剛接觸夾持或者夾持時，銷可以被 切換連接到基準地或者連接到隔離的靜電卡盤電極，但是能夠在通常的處 理中保持隔離。
在警報狀況的情況下，控制器可以可選地重試解除夾持操作。
前述因而需要兩個力傳感器，即， 一個力傳感器能夠測量能夠抵著晶 片施加的小力(例如，幾百克)以確認晶片成功夾持而沒有脫離夾持，一 個力傳感器是能夠測量足以克服殘余電荷感應(yīng)的力以使晶片解除夾持的較 大的力(例如，約50kg)。在圖l的實施例中，低力傳感器是彈性板和靠 近傳感器，而高力傳感器是應(yīng)變儀傳感器。然而，兩個傳感器可以是相同 的類型，只要在各自范圍內(nèi)足夠精確地工作即可。而且，如果單個傳感器 足以覆蓋兩個力水平(對于低力為200克，對于高力為50kg)，那么前述 程序能夠使用單個傳感器而不是使用兩個傳感器來執(zhí)行。
盡管上述說明書描述了單個電極(單極)卡盤的示例，但是該設(shè)備和 方法可以應(yīng)用到雙極或者多極卡盤。
盡管通過具體參考優(yōu)選實施例已經(jīng)詳細描述本發(fā)明，可以理解到可以
在不脫離真正的精神和本發(fā)明范圍的情況下進行變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種升降銷組件，用在處理工件用的反應(yīng)器中，所述升降銷組件包括多個升降銷，其大致平行于升降方向延伸，所述多個升降銷每個具有用于支撐工件的頂端和底端；升降臺，其面向所述銷的所述底端，并可在大致平行于所述升降方向的方向上平移；小力檢測器，用于感測由所述升降銷施加的力，所述力大到足以夾持所述晶片，并且小到足以避免晶片解除夾持；以及大力檢測器，用于感測在足以使所述晶片解除夾持的范圍中由所述升降銷施加的力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述小力檢測器包括 多個彈性板，其連接到所述升降臺，并用于配合所述銷的所述底端的相應(yīng)底端，每個所述彈性板具有在所述升降方向上相對于所述升降臺可運 動的撓曲區(qū)域；以及靠近檢測器，用于感測所述彈性板中至少一個的所述撓曲區(qū)域的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用于沿著所述升降方向升高和 降低所述升降臺的升降電動機。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器用于將所述靠近檢測器和所述力檢測器的輸出分別轉(zhuǎn)換成位置值和力值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括處理控制器，所述處理控制器耦合成接收由所述數(shù)據(jù)處理器輸出的所述位置值和所述力值，并用于控制 所述升降電動機。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，每個所述彈性板包括具有第一 端和第二端的彈性件，所述第一端緊固到所述升降臺，所述第二端沿著所 述升降方向相對于所述升降臺在所述彈性板的彈性變形作用下自由運動， 所述撓曲區(qū)域靠近所述第二端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括用于每個所述升降銷的大力和小 力檢測器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述大力檢測器和所述小力檢 測器一起構(gòu)成單個檢測器。
9. 一種等離子體反應(yīng)器中的工件支撐件，包括 絕緣或者半絕緣層，其具有限定晶片支撐平面的晶片支撐表面； 晶片夾持電極，其在所述絕緣或者半絕緣層內(nèi)；多個升降銷孔，其在與所述晶片支撐平面垂直的升降方向上延伸通過 所述絕緣或者半絕緣層；多個升降銷，其延伸通過所述多個升降銷孔，所述多個升降銷的每個 具有相對的頂端和底端，并可沿著所述升降方向平移，所述頂端用于將工 件支撐在所述晶片支撐平面上方；升降臺，其朝向所述銷的所述底端，并可在與所述升降方向大致平行 的方向上平移；小力檢測器，其用于感測由所述升降銷施加的力，所述力大到足以夾 持晶片，并且小到足以避免晶片解除夾持；以及大力檢測器，用于感測在足以使所述晶片解除夾持的范圍中由所述升 降銷施加的力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述小力檢測器包括 多個彈性板，其連接到所述升降臺，并用于配合所述銷的所述底端的相應(yīng)底端，每個所述彈性板具有在所述升降方向上相對于所述升降臺可運 動的撓曲區(qū)域；以及靠近檢測器，用于感測所述彈性板中至少一個的所述撓曲區(qū)域的位置。
11 .根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括耦合到所述夾持電極的D.C. 夾持電壓源。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括用于沿著所述升降方向升高 和降低所述升降臺的升降電動機。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器用于將所述小力檢測器和所述大力檢測器的輸出分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)力值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括處理控制器，所述處理控制 器耦合成接收由所述數(shù)據(jù)處理器輸出的所述位置值和所述力值，并用于控 制所述升降電動機。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中，每個所述彈性板包括具有第一端和第二端的彈性材料體，所述第一端緊固到所述升降臺，所述第二端 沿著所述升降方向相對于所述升降臺在所述彈性板的彈性變形作用下自由 運動，所述撓曲區(qū)域靠近所述第二端。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，包括用于每個所述升降銷的大力檢 測器和小力檢測器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述大力檢測器和所述小力 檢測器包括在單個檢測器內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述升降銷中至少一個由半 導體或者導電的材料形成。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，還包括接觸開關(guān)，所述接觸開關(guān)耦 合到所述升降銷中至少一個，并具有以下接觸的至少兩者(a)接地電 位，(b)所述晶片夾持電極，(c)浮動電位或者開路狀態(tài)。
20. —種操作晶片支撐件的方法，所述晶片支撐件包括晶片夾持電極 和一組由升降臺支撐的升降銷，所述方法包括在所述晶片已經(jīng)放在所述晶片支撐件之后并在處理所述晶片之前，在 確認存在額定靜電夾持力的同時，通過用所述升降銷接觸所述晶片，然后 將所述升降銷升起一段距離來確認所述晶片是否已經(jīng)被成功地夾持，所述 距離足夠小到如果晶片被夾持則避免所述晶片脫離夾持；以及在已經(jīng)處理所述晶片之后，在所述升降銷已將所述晶片抬起一段預(yù)定 距離之前判定由所述升降銷抵靠所述升降臺施加的力是否降低到的最小值 或者零的同時，所述升降銷將所述晶片從所述晶片支撐件抬起，所述預(yù)定 距離足以大到如果已經(jīng)解除了所述靜電夾持力則使所述晶片脫離夾持，但 是所述預(yù)定距離足夠小到在還未解除所述靜電夾持力的情況下避免晶片損 壞。
全文摘要
用在對工件進行處理的反應(yīng)器中的升降銷組件包括大致平行于升降方向延伸的多個升降銷。多個升降銷的每個具有用于支撐工件的頂端和底端。升降臺面向升降銷的底端，并在大致平行于升降方向的方向上移動。小力檢測器感測由升降銷施加的力，該力足夠大以指示所夾持的晶片，并且足夠小以避免晶片脫離夾持。大力檢測器感測在足以使晶片脫離夾持的范圍中由升降銷施加的力。
文檔編號H01T23/00GK101189772SQ200680014183
公開日2008年5月28日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日
發(fā)明者卡爾蒂克·賈亞拉曼, 埃米爾·奧-巴亞緹, 安德魯·源, 比亞焦·加洛, 肯尼思·S·柯林斯, 廣二 申請人:應(yīng)用材料公司