確定靜電卡盤的目標臺面結構的方法
【專利摘要】提供一種通過配置卡盤的絕緣層上的臺面結構的分布密度來修改靜電卡盤熱傳導系數(shù)分布的方法。進一步提供通過調(diào)整或者初始制造該卡盤的絕緣層的臺面結構的高度來修改靜電卡盤的電容分布的方法。通過使用熱通量探針可測量給定位置的熱傳遞系數(shù)，而通過使用電容探針可測量給定位置的電容。探針設置在卡盤的絕緣表面上并可在單個測量中包括多個臺面?？v貫該卡盤進行的多個測量提供熱傳導系數(shù)分布或者電容分布，從中確定目標臺面分布密度和目標臺面高度?？梢詸C械的方式獲得目標密度和高度；通過機械方式調(diào)整現(xiàn)存臺面的分布密度得到目標密度；以及通過分別在計劃的或者現(xiàn)存的臺面的周圍產(chǎn)生或加深低的區(qū)域來得到目標高度。這可使用任何已知的可控材料去除技術來完成，如在X-Y工作臺上的激光加工或噴砂加工。
【專利說明】確定靜電卡盤的目標臺面結構的方法
[0001]本申請是申請?zhí)枮?00680044702.3，申請日為2006年11月I日， 申請人:為朗姆研究公司，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“確定靜電卡盤的目標臺面結構的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發(fā)展，在晶片處理和處理設備中，減小的晶體管尺寸要求比以往更高程度的精確性、重復性以及清潔度?，F(xiàn)存多種類型的設備用于半導體處理，包括涉及等離子使用的應用，如等離子蝕刻、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)以及抗蝕劑剝離。這些工藝要求的設備類型包括設在等離子室中的組件，并且必須連續(xù)地以及正確地運行。為了具有成本效益，這樣的組件必須經(jīng)常經(jīng)受數(shù)以百計或者千計的晶片循環(huán)，同時保持它們的功能性和清潔度。這樣的組件，靜電卡盤，用于在處理過程中將半導體晶片或者其他工件保持在固定位置。該靜電卡盤提供比采用機械夾緊的卡盤更一致的夾緊，并且能夠在真空卡盤不能使用的真空室中運行。然而，在夾緊方面的變化會導致在晶片內(nèi)不期望的處理變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]提供一種通過配置卡盤絕緣層的臺面(mesa)結構的分布(areal)密度來改變靜電卡盤的熱傳導系數(shù)分布的方法。在給定點的熱傳遞能夠通過使用熱通量探針來測量。該探針設在該卡盤的絕緣表面上并且在單個測量中覆蓋多個臺面。縱貫該卡盤表面的多個測量提供了熱傳導系數(shù)分布，由該分布確定目標臺面分布密度。使用該目標分布密度，可對該卡盤的臺面結構的一個或多個位置進行機械修正。將局部測量區(qū)域內(nèi)的臺面的接觸面積減小足以改變局部臺面分布密度的量而得到需要的臺面分布密度。這可使用已知的可控的材料去除技術來完成，如在X-Y工作臺上的激光加工或者噴砂處理。
[0004]還提供一種通過調(diào)整或者初始制造卡盤絕緣層的臺面結構的高度來改變靜電卡盤的電容分布的方法?？赏ㄟ^使用電容探針來確定目標臺面高度。該探針設置在該卡盤的絕緣表面上并且在單個測量位置覆蓋多個臺面?？蛇M行縱貫該卡盤表面的多個測量，以提供電容分布，由該分布確定目標臺面高度。使用該目標高度，在每個測量位置產(chǎn)生機械制造或者修正。這可以使用任何已知的用于可控的材料去除的技術來完成。此外，可以平化在不同高度區(qū)域之間的過渡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1描述了具有臺面的示例性靜電卡盤剖面的示意圖，顯示出導電基底和絕緣層；
[0006]圖2描述了圖1的卡盤的平面視圖，顯示出臺面結構和連續(xù)的邊緣區(qū)域；
[0007]圖3顯示出示例性的熱通量探針,包括加熱器模塊、機械施力部件、HFT和娃片；
[0008]圖4顯示出設置在圖1的靜電卡盤上的圖3的熱通量探針以及熱流?！揪唧w實施方式】
[0009]用于如硅晶片的半導體基片的等離子處理包括等離子蝕刻室，其用于半導體器件制造工藝中，以蝕刻如半導體、金屬和電介質(zhì)的材料。等離子處理設備的組件包括靜電卡盤，其用來在處理期間將半導體晶片或其它工件保持在靜止的位置。靜電卡盤(ESC)提供比機械卡盤更一致的夾緊以及對晶片表面更好的利用，并且能夠在真空卡盤不能使用的真空室中運行。通常，靜電卡盤包括在導電體上的電絕緣層，導電體與一個或多個電極電連接，卡盤電壓施加在該電極上。通過庫侖引力將晶片保持在靠著絕緣層的位置?？ūP的形狀包括傳統(tǒng)的通常用在等離子蝕刻系統(tǒng)中的圓盤，并且該卡盤通過多種結構(如通過使用懸臂)支撐在該室中。該絕緣層可具有凹槽、臺面、開口、凹入?yún)^(qū)域等特征。
[0010]因為在處理結果(如晶片一致性)方面的要求增加，晶片卡盤需展現(xiàn)出更高的性能。例如，在關鍵蝕刻應用中的處理控制問題要求改進的縱貫晶片的溫度和電容控制。在一些蝕刻工藝中橫向尺寸的精確度的誤差會對溫度的敏感可高達+/-lnm/°C。所以，對l_2nm的橫向特征所期望的控制要求小于1°C的溫度均一性和可重復性。某些類型的靜電卡盤包括多個組件的部件，每個引入一些誤差。例如，可調(diào)靜電卡盤是包括ESC陶瓷、與鋁板的粘合劑、薄膜加熱器、與基板的粘合劑以及基板自身的復合結構。該結構每個組件對均一性的偏差會促成更大的整體的偏差。對應用于可能包括多個組件的靜電卡盤的制造工藝中的自然變化的補償是有好處的。
[0011]在制造具有臺面結構的卡盤21中，制造工藝一般包括在絕緣層表面去除材料至大約5pm到大約40i!m的深度，從而留下小區(qū)域特征(“臺面”)以支撐晶片11。臺面實際上可以是任何尺寸、形狀和布置。例如，臺面可以是橢圓形、多邊形或者環(huán)形，具有垂直或者傾斜的壁，頂部表面可以是凹的、平的或者凸的，并且邊緣為倒角或者圓角。這些臺面可采用“隆起”形，其中局部球形從平面突出。優(yōu)選的臺面形狀、尺寸和布置是具有垂直壁的圓形，分別具有大約Imm直徑，大約5mm間距，基本上覆蓋該ESC表面21。連續(xù)密封的高區(qū)域(high area) 12、22往往保持在晶片的邊緣或該邊緣附近，以便保持用來增加熱傳導系數(shù)的熱傳遞氣體(如氦氣)的壓力。在這樣的結構中，通常大約3%到大約10%的卡盤表面是臺面以及在邊緣的密封區(qū)域`。有利地，臺面設計促進背側微粒的減少并可改進釋放。
[0012]臺面和密封區(qū)域通常由一層或多層電絕緣材料形成。此類絕緣材料的例子包括，但不限于，氮化硅、二氧化硅、氧化鋁、五氧化二鉭等。
[0013]圖1和2顯示出一種使用臺面的靜電卡盤總成。靜電卡盤總成10包括導電支撐件18，電絕緣層19，電絕緣層的高區(qū)域13、23以及電絕緣層的低區(qū)域14、24。形成在如鋁的導電金屬上的導電支撐件18電連接到用于等離子工件(如200mm或300mm晶片)處理的等離子處理設備的RF電路(圖未示)。在圖1的靜電卡盤總成10中，絕緣層19的下部表面15接觸導電支撐件18。絕緣層19的高區(qū)域13支撐半導體基片(圖未示)。將熱電偶105并入導電支撐件18用于溫度測量。在導電支撐件18中提供冷卻通道17，用于提供溫度控制流體或氣體。特別地，導電支撐件18優(yōu)選地適于容納溫度控制單元，或者說T⑶(圖未示)，利用流經(jīng)循環(huán)回路的流體，該單元能夠?qū)щ娭渭臏囟缺３衷谛枰臏囟取?br> [0014]優(yōu)選地，鋁支撐件18大約1.5英寸厚。支撐件具有凸起16，該凸起16設計為位于晶片之下并且具有大約0.5英寸的厚度。例如，為了支撐200mm或者更小直徑的晶片，凸起優(yōu)選地為直徑200mm的圓形。絕緣層19優(yōu)選地為如氧化鋁或AIN的陶瓷，厚度優(yōu)選地小于大約5_厚，更優(yōu)選地大約Imm厚。介電層可以是等離子噴射材料，例如，在鋁基片上的氧化鋁。氧化鋁的厚度優(yōu)選為大約25密耳(635 ym)，并且不管怎樣，必須足夠厚以顧及到產(chǎn)生高度為200i!m的臺面，并同時不會在制造工藝期間或者使用過程中失去物理或者電學完整性。[0015]優(yōu)選的實施方式包含對ESC臺面結構的修改以實現(xiàn)縱貫該晶片表面的目標蝕刻分布。臺面結構可以使用兩個主要的尺度來描述:臺面高度和臺面面積。在實施方式中，臺面面積的控制作為控制溫度的機制，而臺面高度的控制作為控制電容的機制。每個機制的測定是分別進行的。通過調(diào)整臺面面積來控制溫度的方法的優(yōu)選實施方式在示例I中給出，而通過調(diào)整或初始制造臺面高度來控制電容的方法的優(yōu)選實施方式在示例2和3中給出。這些示例是說明性的而不是排他的:
[0016]示例 I:
[0017]在一般的等離子處理(如等離子蝕刻)過程中，等離子用于加熱晶片。所以，晶片的溫度波動是流出晶片熱量的函數(shù)。根據(jù)熱量流動理論，熱傳遞可以三種方式發(fā)生:傳導、對流和輻射。對于下面的測定，輻射是被忽略的。熱傳導系數(shù)K定義為兩個物體之間溫度差的每單位熱流量。考慮到高的區(qū)域和低的區(qū)域，在具有臺面的卡盤上的晶片的K可確定為兩種情況:1)發(fā)生在低區(qū)域的熱傳遞，以及2)發(fā)生在高區(qū)域(臺面)的熱傳遞。在低區(qū)域的情況中，熱傳遞發(fā)生的機制是從高溫的晶片到氣體、并從氣體到陶瓷層進行能量傳遞。即使氣體可能在自由分子流區(qū)(平均自由路徑遠大于容器的尺寸)，對于該測定，該熱傳遞機制就被分類為對流。在臺面的情況中，由于陶瓷的表面粗糙度，在陶瓷和晶片之間能夠發(fā)生直接接觸的區(qū)域小于名義接觸區(qū)域(高區(qū)域)。氣體存在于接觸點的間隙并且促成通過對流的熱傳遞。因此，發(fā)生在臺面上的熱傳遞是由于接觸(傳導)以及通過氣體(對流)。由于接觸，不管氣體是否存在，傳導總是存在的，但是當氣體不存在時，對流不在低的區(qū)域內(nèi)發(fā)生。當氣體存在時，兩種機制都存在于高區(qū)域，這意味著熱傳遞隨著高區(qū)域的增加而增加。因此，通過局部修改臺面的面積能夠調(diào)整局部熱傳遞率，也就是說，增加臺面面積的比例增加熱傳遞率，反之，減少臺面面積的比例減少熱傳遞率。
[0018]熱通量探針用來測量熱通量和局部晶片溫度。對于當前的測定，可以以一種或兩種方式執(zhí)行熱通量探針的運行:1)通過在給定熱通量測量晶片溫度；或者2)將熱通量調(diào)整到實現(xiàn)需要的晶片溫度所需的值，例如均一的溫度。在兩種情況下，通常在多個位置進行測量，這些位置布置在大致上覆蓋該卡盤的有序的網(wǎng)格圖案中。優(yōu)選地，在每個單次測量中包括10個臺面，更優(yōu)選地，包括30個臺面。在第一種情況中，產(chǎn)生溫度分布結果，而在第二種情況中，產(chǎn)生熱通量分布結果。
[0019]在優(yōu)選的實施方式中，產(chǎn)生溫度分布，并且該信息用于生成熱傳導系數(shù)(HTC)分布。然后HTC分布用來改變絕緣層以引起縱貫晶片的熱通量的變化。例如，可以改變該絕緣層以補償溫度分布中觀測到的變化。在另一個實施方式中，可以改變該絕緣層以補償半導體晶片蝕刻分布中觀測到的變化。
[0020]用于熱通量測量的優(yōu)選的探針31的示例性實施方式在圖3中示出。探針由直徑大約為I"的垂直圓柱體堆棧組成，但探針的橫截面形狀不限于圓形。探針的橫截面可以為方形、矩形、三角形或多邊形。加熱器模塊32位于該堆棧的頂部，加熱器模塊包括嵌入的小的可調(diào)節(jié)加熱器和熱電偶33，該加熱器具有大約50瓦特的最大功率輸出。示例性的加熱器，如直徑為 1/4 "，0.25mm 厚，279232CIR-1016120V50W 卡頭(cartridge)加熱器可從位于Pittsburgh, PA的Chromalox.1nc.獲得。靠近并且在該加熱器模塊下面連接的是熱通量傳感器(HFT) 34，包括可控熱阻材料的薄片。溫度傳感器35形成熱電堆，并且連接到HFT的頂部和底部表面。類似圖3的熱通量傳感器可通過商業(yè)途徑獲得，例如，位于Christiansburg, VA的Vatell Corp的BF-04型HFT。熱通量傳感器具有不同的尺寸，并且提供通量的讀數(shù)，例如，單位為mV/(W/cm2)，以及下部傳感器溫度的讀數(shù)。放大器與HFT共同使用，如來自Vatell的AMP_12(圖未示)。
[0021]為模擬對硅晶片的測量，靠近并且在HFT下方設置有一塊硅晶片36，其大約與HFT的面積相同。所以，來自下部傳感器的溫度測量值就是晶片溫度的測量值。HFT的兩個附件均由高熱傳導系數(shù)粘合材料制成。向該探針施加向下的力以促進接觸。例如，使用一定量的力來近似ESC的夾緊力，例如，40Torr。在探針31中，該向下的力表示為載重37以及均勻分布該向下力的機構38，但是也可以使用其它機構以施加和分布力。另外，該卡盤溫度優(yōu)選地在測量期間保持恒定。
[0022]對于設置在示例性的卡盤上的示例性探針的描述如圖4所示。熱通量Q41從加熱器模塊經(jīng)過晶片件流入在探針面積Ap上的卡盤。為了該測定的目的，Q和Ap都作為常量。在導電支撐件和晶片之間的溫度差42由AT表示，并且該探針面積內(nèi)的有效熱傳導系數(shù)由Keff表示。Keff能夠借助分別處理通過接觸的傳導和通過氣體的對流來確定。使用下標“c”和“g”來分別指代接觸和氣體，因此K。是由接觸導致的熱傳遞系數(shù)而Kg是由氣體導致的熱傳遞系數(shù)。初始臺面分布密度Oi = AiAp是該探針面積內(nèi)的卡盤的絕緣層的初始部分，其具有與該晶片件名義接觸的凸起表面，并且af是在優(yōu)選的調(diào)整完成后具有與該晶片件名義接觸的凸起表面的最終臺面分布密度?！懊x”用來表示在該頂部的臺面的等同平面表面，在該頂部，臺面支撐該晶片。也就是說，忽略粗糙度和不平行度，a是在晶片的支撐表面上探針面積Ap內(nèi)的臺面的總的橫截面積。因此，不同的具體的幾何結構的臺面結構不需要具有不同的a，例如方形對圓形橫截面或者垂直對傾斜壁。對于給定的探針測量值，求得a f以確定目標高區(qū)域，由此，在探針下的高區(qū)域的數(shù)值必須減少，以達到需要的溫度分布。為給定探針測量面積提供a f的方程通過下面方法確定:
[0023]在一個優(yōu)選實施方式中，在該臺面結構局部面積中的目標HTC通過去除材料得至IJ。按照上面的討論，材料的去除將導致來自晶片的熱通量減少并因此增加晶片溫度。所以，單獨使用材料去除，通過選擇目標AT來實現(xiàn)需要的晶片溫度，該AT至少與測得的AT的最大值一樣高。因此選擇對于該卡盤所有位置的目標AT并且表示為ATtl，其通常不同于測得的AT，測得的A T表示為A Tm，相差的量由e表示，其中:
[0024]e = A Tm- A T0 ⑴
[0025]那么，調(diào)整的目的是將e變?yōu)榱?。將q定義為每單位面積熱通量，給出一般的熱傳遞方程為:
[0026]q = Q/Ap = ATXKeff (2)
[0027]如上面所提到的，有效熱傳導系數(shù)Krff由兩部分組成:在低區(qū)域內(nèi)的只有對流的熱傳遞以及在高區(qū)域內(nèi)的傳導加上對流的熱傳遞。對于接觸面積遠小于非接觸面積的情況(包括低區(qū)域和不接觸的高區(qū)域)，用于目標結構的K6ff可表示為Kg+ a fK。。通過改變探針加熱器功率，以及選擇在卡盤上每個地方都產(chǎn)生清楚讀數(shù)、并且顯示出在具有不同臺面分布密度的區(qū)域之間明顯不同的值來選擇需要的熱通量Q。示例性的熱通量是大約0.2到大約2.0ff/cm2,并且通過該熱通量確定加熱器的溫度。由Ki = q/ A Tm表示初始有效熱傳導系數(shù)，并且使用q/ A T0的Krff的目標值，利用方程2，方程I可重寫為:
[0028]e = q/Kj-q/ (Kg+ a fKc) (3)
[0029]將KgAc定義為Y并且重排方程3，
[0030]a f = ( e /q) y Ki+ a j/ [1- ( e /q) Ki] (4)
[0031]對于多個測量位置確定Ki的集合，沿著每個Ki的x-y坐標可用來確定HTC分布。另外，使用方程3，連同e集合的Ki集合可用來確定用于目標結構的Keff，并由此確定目標HTC分布。類似地，沿著每個Cif的x-y坐標為多個測量位值所確定的a丨集合確定目標臺面結構的面積部分。對于給定的卡盤，Y假設為常量。這是因為K。中固有的主要因素顯然是材料本身和該材料的表面加工，對于在卡盤上任何地方進行的測量，兩者均優(yōu)選為常量。Kg是材料和所使用的氣體壓力的函數(shù)，其也假設為常量。此外，Y是可通過在具有不同和已知臺面分布密度的位置測量K來確定的，并且分別用于解決Kg和K。。所以，對于該測定，假設Y是已知的并且是常量。
[0032]可以在考慮到卡盤支撐以及可實施需要測試條件的設備中執(zhí)行該測試。一種合適的設備包括真空測試室，其配置為將卡盤保持在設定溫度以及能夠填充熱傳導氣體。設備優(yōu)選地能夠支撐并且數(shù)控熱通量探針的x-y位置，以及能夠?qū)⑻结樀挠|點壓力施加到卡盤上。設備還優(yōu)選地能夠寄存和記錄來自該探針的測量數(shù)據(jù)信號，以及從該數(shù)據(jù)以電子方式確定目標臺面結構。
[0033]這些測量區(qū)可以互相重疊或者分開一定距離。測量區(qū)之間的區(qū)域可以調(diào)整為插值區(qū)域密度或者逐漸過渡的密度，從而不會發(fā)生突然的密度變化，以及由此產(chǎn)生的HTC突然變化?？梢酝ㄟ^例如線性改變兩個不同密度之間的區(qū)域密度來產(chǎn)生插值。通常，如果位置之間的密度過渡過于突然，就需要精確的測量網(wǎng)格和/或小的探針直徑。通過允許省略一些測量位置，或者通過以不規(guī)則圖案進行測量可獲得恰當?shù)淖x數(shù)。
[0034]所以，確定Cif所需要的所有因素都已經(jīng)確定?；谙惹叭康挠懻?，包括減少ESC的局部臺面面積以獲得縱貫設在卡盤上的晶片的目標HTC分布的方法的優(yōu)選實施方式包括下面實驗步驟:
[0035]1.確定熱通量探針的尺寸，從而使其質(zhì)量在ESC上產(chǎn)生的力近似ESC夾緊力，例如40Torr。
[0036]2.在真空室內(nèi)設置待測試的ESC，通過應用T⑶而保持導電支撐件的溫度恒定。
[0037]3.將探針設置在該卡盤表面的測量位置。
[0038]4.排空該室并且填充至需要的氦氣壓力，例如20Torr。
[0039]5?選擇需要的熱通量Q。
[0040]6.使用已知的Ap由Q計算q。
[0041]7.測量并記錄所產(chǎn)生晶片件溫度和導電支撐件溫度，由此為在該網(wǎng)格上的所有位直確定Ki = q/ A Tm。
[0042]8.選擇目標AT = A Ttl并為每個位置確定e。
[0043]9.使用方程4為該網(wǎng)格上的所有位置確定a f。檢查af始終小于Bi[0044]然后可對卡盤進行機械修正以獲得縱貫該卡盤更均一的熱傳導。調(diào)整在測量區(qū)內(nèi)的臺面分布密度以將接觸面積減少為足以將局部改變?yōu)镃if的量。這可以使用任何已知的用于坐標控制材料去除的技術方便地完成，其中通過例如特形銑(routing)、激光加工或者噴砂處理實現(xiàn)去除，并且通過使用X-Y工作臺實現(xiàn)坐標控制?？赏ㄟ^減少該測量區(qū)內(nèi)任何數(shù)目的臺面的面積，或者徹底去除某些臺面，或者其任何組合來實現(xiàn)面積的減少。對每個探針測量位置重復該面積減少工藝。
[0045]在完成機械修正并且在全部測量位置獲得％后，可重復整個工藝以獲得關于AT0的符合預設的公差帶。可以理解的是，可使用機器人和機器控制計算機來使這個過程自動化。
[0046]在等離子蝕刻室中，可基于連接到靜電卡盤電極的電壓探針測量來調(diào)整偏置RF功率。電壓測量中的誤差會影響該蝕刻工藝。此外，電極相對于晶片的結構外形(topography)的變化會導致局部鞘電位的變化，并因此還導致蝕刻工藝性能的變化。在等離子反應器中，可以認為ESC包括電容電路的一部分，其中該等離子是第一導體，該ESC的絕緣層是電介質(zhì)，以及ESC的導電體是第二導體。一種優(yōu)選實施方式包括對ESC的臺面結構的局部修改以獲得縱貫該晶片表面更均一的蝕刻條件。局部修改是對臺面高度的調(diào)整以控制電容。另一個優(yōu)選實施方式包括ESC的臺面結構的初始制造，以獲得縱貫該晶片表面均一的蝕刻條件。
[0047]電容探針優(yōu)選地用在ESC上以測量在探針頭和導電體之間的電容?？墒褂镁哂?/-1pF或更好的足夠的精確度的電容計,如可從位于Freehold, NJ的Testextra LLC,得到的Protek CMllO0該測量計與探針一起使用，探針優(yōu)選地具有I "的直徑，并且包括金屬圓柱體，該圓柱體具有從頂部延伸出的塑料柄。使用電容探針，在ESC上預先選取的點進行測量。優(yōu)選地，該預先選取的點來自規(guī)則的網(wǎng)格圖案，用于確定電容分布，即縱貫該卡盤的電容分布。假設在該測量中包括多個臺面，該臺面陣列的高的和低的區(qū)域?qū)е聹y得電容讀數(shù)的不同。
[0048]示例 2:
[0049]該示例是用于臺面的初始制造，其中在臺面制造之前(即，當絕緣層的表面是平面時)進行初始電容測量。通過從沒有臺面的區(qū)域去除材料來制造臺面。變成臺面區(qū)域的區(qū)域保持為非接觸，并且提供高區(qū)域，其上支撐該晶片。按照一種方法確定深度，其中該臺面分布密度是已知的(由上面的討論提供)，并且臺面正要被，還沒有被在某個高度加工。假設臺面面積相對于Ap小，我們寫出僅與低區(qū)域有關的電容方程。將記號Cg用于由間隙導致的電容(當臺面形成時在臺面之間的區(qū)域)，以及將Ci用于在該間隙下的絕緣層的電容，然后目標電容Ct(即，在具有需要臺面高度的臺面之間的區(qū)域的電容)可以表示為
[0050]I/Ct = l/Cg+1/Ci (5)
[0051]由C = e A/d:
[0052]e 0Ap/Ct = d+dj e j (6)
[0053]其中，e i是絕緣層的介電常數(shù)，d,是在該間隙下面的絕緣體的厚度，以及dg是該間隙的高度。在該步驟的開始，測量電容而該表面是平的，所以測得的電容Cm由下式給出:
[0054]Cm = e ClAp e J (dg+di) (7)
[0055]為dg求解方程6和7，得到:[0056]dg = e0Ap[(l/CT-l/Cm)/(l-l/ei)] (8)
[0057]由此，在臺面于制造之前不存在的情況下，方程8提供了由確定Cm所獲得的測量區(qū)域內(nèi)需要的臺面高度。沿著每個Ct的x-y坐標為多個測量位置所確定的一組Ct可用來確定目標電容分布。另外，沿每個dg的x-y坐標為多個測量位置所確定的一組dg確定目標臺面結構的高度部分。
[0058]然后可在該卡盤上執(zhí)行機械制造以獲得縱貫該卡盤的需要的電容分布。優(yōu)選地，其后，通過去除將變成圍繞該臺面的低的區(qū)域內(nèi)的材料至足夠?qū)⒕植緾m變?yōu)镃t的深度而在該測量位置內(nèi)形成臺面。材料去除的深度優(yōu)選地為5 y m到40 y m,并且更優(yōu)選地從5 y m到20 u mo這可以通過使用任何用于坐標控制材料去除的已知技術來方便地完成,其中通過例如特形銑、激光加工或者噴砂處理來完成去除，并且通過使用X-Y工作臺實現(xiàn)坐標控制。對于每個探針測量位置重復該加工工藝。
[0059]這些測量區(qū)域可以重疊或者分開一定距離。在測量區(qū)域之間的區(qū)域可以制造至插值深度或者至逐漸過渡深度，從而使深度沒有突然的變化發(fā)生，因此電容也沒有突然的變化發(fā)生?？赏ㄟ^例如線性地改變兩個不同深度之間的深度來進行插值。通常，如果位置之間的深度過渡過于突然，就需要更精細的測量網(wǎng)格和/或小的探針直徑。通過允許省略一些測量位置，或者通過以不規(guī)則圖案進行測量，可以獲得恰當?shù)淖x數(shù)。
[0060]因此，確定(18所需的全部因素都已經(jīng)確定?；谏厦娴挠懻?，包含了初始制造該ESC的臺面高度以減小縱貫設在卡盤上的晶片的電容變化的工藝的優(yōu)選實施方式包括下面步驟:
[0061]1.恰好在臺面制造之前制造ESC。
[0062]2.在預先定義的測量網(wǎng)格上使用合適的探針來測量從該表面到該導電體的電容，以確定Cm組。
[0063]3.確定預先定義的目標電容CT。
[0064]4.使用方程8確定dg組，在每個測量位置的目標深度。
[0065]5.通過機加工在每個位置形成臺面。
[0066]6.以連續(xù)的方式調(diào)整加工處理以在位置之間逐漸過渡，以獲得需要的局部臺面高度。
[0067]示例 3:
[0068]在臺面已經(jīng)存在于卡盤上的情況中，需要調(diào)整臺面高度以實現(xiàn)需要的電容分布。在一個實施方式中，選擇Ct，從而目標電容分布縱貫該卡盤是均一的。為了最有效地實現(xiàn)最終均一的電容，確定材料去除和電容之間的關系是有用的。根據(jù)上面的方程6，低區(qū)域?qū)е碌碾娙萦蒭//(dg+di/e D給出。由于(Ii與dg的和為常數(shù)，電容可重寫為SiStlAp/[dg( e廠1)+h],其中h = di+dg。對于介電材料，e i大于I,所以e廠1是正的。由此可以看出間隙深度的增加會導致電容的減小。因此，在該優(yōu)選實施方式中，其中僅去除材料，則僅減少電容。所以，在這個例子中Ct的選擇優(yōu)選地等于或者小于所有選取位置的最小的測得電容。
[0069]然后，可對卡盤進行機械修正以獲得期望的縱貫該卡盤的電容分布。優(yōu)選地，其后，通過將該臺面附近的材料加深至足以將局部Cm變?yōu)镃t深度來調(diào)整該測量位置內(nèi)的臺面。這可以使用已知的用于坐標控制的材料去除的技術來方便地實現(xiàn)，其中通過例如特形銑、激光加工或者噴砂完成去除，以及坐標控制通過使用X-Y工作臺來完成。為每個探針測
量位置重復該加工工藝。
[0070]這些測量區(qū)可以覆蓋或者可以分開一定距離。在測量區(qū)之間的區(qū)域可以調(diào)整至插值深度或者至逐漸過渡的深度，從而深度沒有突然的變化，因此電容沒有突然的變化。可通過例如線性地改變兩個不同深度之間的深度來產(chǎn)生插值。通常，如果位置之間的深度過渡過于突然，就需要更精細的測量網(wǎng)格和/或小的探針直徑。通過允許省略一些測量位置，或者通過以不規(guī)則圖案進行測量可以獲得恰當?shù)淖x數(shù)。
[0071]基于上面的討論，包含調(diào)節(jié)ESC的臺面高度以減少縱貫設在卡盤上的晶片的電容變化的工藝的優(yōu)選實施方式包括下面步驟:
[0072]1.在預先定義的測量網(wǎng)格上使用合適的探針測量從該表面到導電體的電容。
[0073]2.確定預先定義的目標電容CT。
[0074]3.確定對于每個網(wǎng)格位置是否需要增加或者減少深度。
[0075]4.在每個位置通過機加工調(diào)整臺面高度，從而使Cni接近CT。
[0076]5.根據(jù)需要重復該過程直到所有位置在預期的Ct公差內(nèi)。
[0077]6.以連續(xù)的方式調(diào)整機加工處理，以在位置之間平滑地過渡，從而獲得期望的臺面聞度。
[0078]利用上述的方法，為了實現(xiàn)獲得目標熱傳導系數(shù)或電容分布的目的，可以提供對靜電卡盤電器和熱屬性的定制。
[0079]關于優(yōu)選的實施方式描述了當前的實施方式。然而，對于本領域的技術人員非常顯而易見的是可以將本發(fā)明實現(xiàn)為不同于上面描述的具體形式而不背離該實施方式的精神。優(yōu)選的實施方式是說明性的而不應當以任何方式認為是限制性的。該實施方式的范圍由所附權利要求而不是之前的描述給出，并且這里包含了落入這些權利要求的范圍內(nèi)的所有的變化和等同方式。
【權利要求】
1.一種通過如下方法制造的靜電卡盤: 在該靜電卡盤的絕緣層的暴露表面上的多個位置進行多個局部測量； 利用該測量確定該目標臺面結構； 在該絕緣層的暴露表面內(nèi)制造臺面圖案以便該臺面高度對應于該目標臺面結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構通過目標熱傳遞系數(shù)分布確定。
3.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構通過在一個或多個位置減小臺面接觸面積來獲得。
4.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該測量使用熱通量探針進行。
5.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構由目標電容分布確定。
6.根據(jù)權利要求5所述的靜電卡盤，其中該目標電容分布通過增加臺面結構的高度來獲得。
7.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該測量使用電容探針進行。
8.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該絕緣層的表面包括臺面圖案，該方法進一步包括去除絕緣材料以獲得對應于該目標臺面結構的臺面接觸面積。`
9.根據(jù)權利要求4所述的靜電卡盤，其中該絕緣層的表面包括臺面圖案，并且至少I個、至少3個、至少5個或者至少10個臺面包括在該熱通量探針測量中。
10.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構包括的臺面的橫截面形狀為橢圓形、環(huán)形和多邊形。
11.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構包括橫截面最大尺寸為大約0.1mm至大約IOmm的臺面。
12.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該目標臺面結構包括在臺面之間大約0.5mm到大約5mm的間距。
13.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該測量在設置成網(wǎng)格圖案的多個位置進行。
14.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中該靜電卡盤包括適于與溫度控制單元相配合以控制該卡盤溫度的流體通道。
15.根據(jù)權利要求9所述的靜電卡盤，其中該卡盤的絕緣層小于5mm厚。
16.根據(jù)權利要求4所述的靜電卡盤，其中該熱通量探針向該絕緣體表面施加IOTorr到IOOTorr的力。
17.根據(jù)權利要求4所述的靜電卡盤，其中該多個測量在真空室中進行，該真空室回填有2Torr到200Torr壓力的氦氣。
18.根據(jù)權利要求17所述的靜電卡盤，其中通過數(shù)控定位設備移動該探針，從而獲得該卡盤表面的熱傳遞系數(shù)分布。
19.根據(jù)權利要求3所述的靜電卡盤，其中通過特形銑、激光加工和/或噴砂處理來制造該目標臺面結構。
20.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，進一步包括通過特形銑、激光加工和/或噴砂定制現(xiàn)存的臺面圖案以對應于目標臺面結構。
21.根據(jù)權利要求1所述的靜電卡盤，其中在該絕緣層暴露表面中的測量區(qū)域之間的區(qū)域的深度逐漸過渡。
22.根據(jù)權利要求7所述的靜電卡盤，其中該絕緣層的表面包括臺面圖案，并且至少I個、至少3個、至少5個或者至少10個臺面包括在該電容探針測量中。
23.根據(jù)權利要求3所述的靜電卡盤，其中該卡盤位于等離子處理室的內(nèi)部內(nèi)。
24.使用權利要求1的靜電卡盤處理半導體晶片的方法，包括在該卡盤上夾緊該半導體晶片以及等離子處理該半導體晶片。
25.一種探針，其包括加熱器、熱通量傳感器和硅片，其中該探針的橫截面積的近似最大尺寸為 0.5"、1.0"、`1.5"或者 2.0"。
【文檔編號】H01L21/687GK103531518SQ201310362270
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2006年11月1日 優(yōu)先權日:2005年11月30日
【發(fā)明者】羅伯特·斯蒂格 申請人:朗姆研究公司