TW201005857A - Electrical and optical system and methods for monitoring erosion of electrostatic chuck edge bead materials - Google Patents

Description

201005857 六、發明說明： 【優先權的主張】 本申請案主張美國專利申請案第12/126,625號的優先權，兮 優先權案係於2008年5月23曰申請，其内容係藉由參考文獻^ 式合併於此。 力 【發明所屬之技術領域】 一概括而言’本發明係關於使用在半導體、資料儲存、平面 不、以及相關連或其他產業的處理設備領域。尤其，本發明係’關 於用以監控使用在應用電漿處理工具之靜電夾盤邊緣珠粒材料 蝕的系統與方法。 又 【先前技術】 自從在數十年則首先引進積體電路(1C，加嗯站以circuit)裝置 之後’半導魏践何(即雜電路設計法則)在財上已明^降 低。概括而言，積體電路乃依循著「摩爾定律(M〇〇re，si^w)」，1 係指在單一積體電路晶片上所製造的裳置數量每2年會增加二 倍。現今的積體電路製造設備例行地生產65應(〇施㈣特徵尺 ^農置，並且很快地未來的工廠即將生產具有更小特徵尺寸的 裝置。 隨著積體電路設計法則的縮小，在半導體製造上使用單一晶 Λ，理包含電漿蝕刻與沉積室之種種製造步驟則有著增加的趨 三單一晶圓反應器必須被設計成在處理期間以不明顯的方式來 晶圓(或其他基板種類）’同時控制遍佈晶圓各處的溫度與溫 均勻性兩者。 嚙合待處理之晶圓前表面之一部分的機械晶圓夾會因為干擾 f流動、改變賴分佈、以及作為散熱裝置，而潛在地產生處 性㈣題。假使設計不正確時，機械晶該亦會產生微粒 而造成晶圓的污染以及其他問題。 201005857 靜電夾盤(ESC ’ electrostatic chuck)係在處理期間使用靜電位 (electrostatic potential)將晶圓固持在適當的位置，因此藉由僅與晶 圓的背側接觸而避免機械箝制的問題。靜電夾盤係經由在基板以 及夾盤上誘發相反電荷而進行操作，藉以在夾盤與基板之間產生 靜電引力。引力的位準係取決於所誘發的電荷量以及因為傳導效 應而引起電荷消耗的速率。電壓偏壓被用於誘發並控制靜電力， 並且可僅對處理循環的一部分進行施加，例如，剛好在基板被運 送至夾盤之後。或者，電壓偏壓可在整個處理循環持續進行施加。

例如’使用電漿的傳導特性可提供與ESC及晶圓系統之一端點電 性連接的方法。 參考圖1，習知示範ESC結構1〇〇的一部分包含：陽極氧化 鋁底座101、加熱器接合層1〇3、加熱器1〇5、加熱板1〇7、以及 陶瓷接合層109。ESC結構1〇〇被陶瓷頂件U1所覆蓋。加熱器接 合層103、加熱器1〇5、加熱板1〇7、以及陶瓷接合層1〇9被邊緣 接合密封件113所保護，而免於與周圍電漿環境及腐蝕性化學物 質直接接觸。 加熱器接合層103典型上係由掺有氧化矽的矽_層(例如非晶 質SiOx)所構成。加熱器1〇5通常係由包覆在聚醯亞胺内的金屬電 阻，件所構成；而加熱板1〇7典型上係由鋁所製造。充填陶瓷(例 如氧化紹(α〖2〇3))的矽酮材料一般用於陶瓷接合層1〇9。 111 一般係由氧化鋁所製造。 瓮貝忏 邊緣接合密封件113可由例如環氧樹脂、矽酮樹脂、或聚醯 亞胺基聚合物所構成。邊緣接合密封件113可保護加熱器1〇5、加 熱板107、加熱器接合層1〇3、以及陶瓷接合層1〇9免於電漿侵蝕。 然而，如上所述，邊緣接合密封件113被曝露於電漿，並且可發 生由化學反應以及離子轟擊兩者所產生的侵蝕。除了侵蝕作用以 外’由於ESC結構100在廣泛的溫度麵下操作，所以由例如破 裂或剝離之因素所造成的損壞會因為快速的溫度上升或材料的熱 膨服係數差異而引起。 又，接合線直接曝露於電漿會導致微粒的產生，此在裝置良 5 201005857 ίΐΐί在地具有有害作用。接合線的侵齡妨礙未來邊緣珠粒 J再磨光’愈影響最長零件壽命。 以及減少總工作度並錢晶®良率辟降至最低， 【發明内容】 番實施例中，揭露一麵以監控靜電夹盤之磨損的裝 置:此靜電夾盤係用於電漿環境。此裝置包含邊裝 接合密封件包含：光學監珠粒。此邊緣 ，以發出能夠被光學監控的物f;以及邊緣^層此 所接合層係由第二材ί Ϊ曝於錢魏錢，錄雜合層=使= iist⑨封件被設置成安裝於靜電夾盤的邊緣珠粒。此邊緣 接合密封件包含：電監控層，由第一絲伽接此遺緣 境的曝露量而改變其電阻率；以及邊緣i合層 成至少散佈於監控層與電漿環境之間。此邊緣接合屛:= 電性材料所構成，此非導電性材料因 ::_導 ί侵蝕所影響，並且在充分曝露於输裒境:ί兄此邊 用以使監控層曝露於電漿環境。 、’要σ層 在另-示範實施射，揭露__以監控靜電鐘 . 電夾盤侧於電漿環境。錄置包含邊緣接合密封i 裝於靜電缝 "ί^ίίίΐ^ί^ 的物質傭接合密封件更包含邊緣接“，；被;= 201005857 監f!ίϊ漿環境之間。此邊緣接合層係由非導電性材料 ί她嶋椒㈣ί侵= 。曝崎崎价峨_用以使監 緣珠種於=;之邊 =:=r放置=緣=光 發性物質，以刪偵輸的揮 舰中’揭露一種用以監控位於靜電夹盤之邊 ==1牛放置靠近邊緣珠粒;量測電監控】= 土準值’以及持續里測電阻差以評估電監控層的侵茲位準。 【實施方式】 時進ΐΐίίϊΐ例揭露一種在ESC内之邊緣接合密封件被侵蝕 時進订監控的方法，因此保護加熱器以及其他接合層。各種青施 ❹ 邊緣珠粒内的監控帶或層，其具有獨立的 ίυϋιΐ會與賴物㈣行反絲產生揮發性的化學物 :===:如光發射光譜卿，-—- 射奉ίίίί，中’監控層的變化可藉由簡易的反射率或光散 =這些及柳之光學量職_設計係熟習 =，由於賴錢反應會改騎_之導電㈣電阻，所 J里測監控層的電阻。在又另一替代實施例中，透過導電或半 導電周圍層以及ESC的基絲監控從電⑽彳接地的電流。’ 參考圖2 ’示範ESC結構2〇0的一部分包含邊緣接合層2〇ι 201005857 以=光學監控層2〇3。邊緣接合層201以及光學監控層2〇3可與任 何標，ESC結構一起使用，因此可取代邊緣接合密封件113(圖、1}。 、光學監控層203被放置在示範ESC結構200的邊緣珠粒内’ 並且被邊緣接合層201内的接合材料所包夾。如圖2所示，相對 與絕對徑向分佈係依照接合層設計以及材料特性來決定。對於已 知的材料組，此種設計準則係熟習本項技藝者所知悉。 *在功能上，當邊緣接合層2〇1内之接合材料的外層被電漿所 ，蝕時，光學監控層203會直接曝露於電漿環境，而如上所述， 光予或電子#號將會進行變化。這些信號可被監控而指出ESC更 換時間。在某些情況下，已移除之ESC的邊緣珠粒隨後可經過再 磨光而延長最長零件壽命’因此降低工具的所有權成本。 ❹ ，在一具體示範實施例中，光學監控層203的監控功能係使用 光發射或其他光學特性的變化。在此種情況下，光學監控層2〇3 =有特定的元素，其用以形成特定的揮發物質或化合物。^些特 定的物質或化合物具有異於電漿中之處理物質所產生之其他信號 的波長與強度特徵。因此，光學監控層203内的特定元素並不存 在於輸入氣體、硬體零件、或晶圓膜。或者，此元素在氣體、零 件、或膜内係呈現足夠低的濃度’以在從光學監控層'2〇3散發時 可提供合理的監控結果。

可用於光學監控層203之監控的若干可行元素包含例如雜 與硫(S)。含磷的物質可在波長214 nm與253 nm以及由腔室内0ES 系統所監控之其他波長下產生強發射特徵。硫在緊密隼中 nm、374趣、以及384⑽之波段可產生賴集中於 在一具體示範實施例中，光學監控層2〇3係由含P或s的聚 合或彈性材料所形成。這些特殊材料尤其在彈性模數、熱膨脹係 數、以及接合強度方面可具有良好的機械特性。若干適當的含磷 聚合物可為聚磷腈類(polyphosphazenes)，其包含例如聚(二氯填 腈）(poly(dichlorophosphazene))以及聚（雙（苯氧某）礙 腈)(p〇ly(bis(phenoxy)phosphaZene))。這些聚合物可溶於一 1 有機 溶劑，並且可輕易地被製造成膜，這些膜可被應用作為介設監控 8 201005857 帶。

以下參考圖3，另-選擇性之示範ESC結構3⑻的一部分包 含：邊緣接合層301、邊緣接合間隔層3〇3、邊緣接合覆蓋層3〇5、 以及光學監控層307。邊緣接合層3〇1、邊緣接合間隔層3〇3、以 及邊緣接合覆蓋層305皆可由相同材料加以構成。或者，這 各自可由不同材料所形成，只要這些不同材料可使這些層滿^如 上所述的適當^；械與化學需求，並且使這些層彼此適當地接合在 一起。舉例而言’圖3的光學監控層3〇7可以如上所述的p或$ 元素加以製造’並且可如指出般的增加存在於電漿内之揮發 性含P或S物質的量’㈣加〇ES彳貞_可行性。於是相較於 學監控層203(圖2) ’光學監控層3〇7的較大位能表面積在此種構 造中可提供較大的信號雜音比。 使用含填膜或用於餘刻處理之含硫氣體的產業對於辨識純粹 邊緣珠粒侵蝕之相關特定發射特徵有其預料中的困難。然而，吾 人可使用數種方法以防蝴外監控元素存在於邊緣珠粒以外 例來說，按照先後順縣制觀齡發射倾方面的晶圓對晶 圓(wafer-to-wafer)之間的差異，量測在處理以及清理期間（當晶 不存在於處理室内時)的發射，以及使用—示蹤材料陣列， 了在ESC邊緣監控層内以外，至少一者不存在於處理室内。此外， ^導電體絲成餘層可對絲㈣提师代或辅助監控程 在圖4中’選擇性之示範ESC結構働❾一部分包含邊緣接 =401以及電監控層403。在本實施例中，邊緣接合層彻為 導電性或具有低導電性。電監控層彻可形成開放圓形，而 =藉由例如電阻計.純制。熟f本項技藝者可明瞭^ 计=05可被Kelvm感測裳置、四點探針、或在本技藝中被知悉用 以置測電阻或導電性變化的其他類型裝置所取代。 當電監控層403曝露於電聚時，包含於其中的導電材料會與 電漿物質產生反應，以及電監控層4〇3的電阻典型上會因為電監 控層403的尺寸減少而快速增加。當電監控層因為電聚反^ 201005857 與離子轟擊而發生破裂時，實際形成的電路會變為開放。 在一具體示範實施例中，用以製造電監控層4〇3的導電材料 具有電驗感性並對電漿物質具反應性。與電漿氣體物質的反應 結果產物因此鱗發性。此種導電㈣包含例如邦i)、碳化石夕 (SiC)、氮化矽(s^N4)、各種含硼材料(例如氮化硼(六角形h_BN與 立方體C_BN兩種))、以及含其他元素與化合物半導體的材料。吾 fT以各種厚度來製造這些材料，一範例為從1微米到微米。 這些材料可藉由在本技藝中被知悉的方法而施加至邊緣接合層 401，這些方法包含例如化學氣相沉積(CVD，chemical ―沉 deposition)、物理氣相沉積(pyq，physical vapor deposition)、以及 $他通用的膜沉積與形成技術。邊緣接合層4〇1可例如由包夾電❹ 監控層403的各種聚合物所構成。舉例而言，例如石夕酮樹脂、環 氧樹月曰、以及聚酿亞胺樹脂的此種材料可完全耐電漿，並且可適 用於不同的電漿處理環境。 導電膜亦可由導電聚合物所形成，此導電聚合物可降低伴隨 因為熱膨脹所產生之破裂的潛在問題。通常由芳香環所構成的這 些材料可包含但不限於··聚乙炔(p〇lyacetylene)、聚對位苯 (polyparaphenylene)、聚吡咯(polypyrroie)、聚苯胺(p〇lyaniline)、聚 迫萘(polyperinaphthalene)、以及聚(伸苯基硫化苯乙胺)(PPSA，

P〇ly(phenylenesulfidephenyleneamine)) ° Q 在另一示範實施例(未顯示）中，一種選擇性之電監控方式係在 邊緣珠粒材料堆疊體中使用類似於圖4的介設導電層。此導電層 與ESC底座電性接觸(如同一範例，此底座係由鋁所形成）。（以相 ^於電漿或接地的受控電壓)從電漿傳導通過底座的直流電流可隨 著時間而被監控。隨著保護層的侵蝕，經過傳導的直流電流會產 生變化而如此增加電監控層的電阻。 以上參考具體實施例來說明本發明。然而，熟習本項技藝者 可明白在不偏離隨附請求項所提出之本發明的較廣精神與範圍的 情況下，當可進行各種修改與變化。 例如’特定實施例說明所使用的若干材料種類與層。熟習本 10 201005857 ^技藝者可明瞭這些材料與層可被改變，以及在此所示者僅 ，目的而說明邊緣波段監控器的新穎性質。此外’熟習本項 «者可進-㈣瞭在此所述的技術與方法可應驗在嚴酷電裝盘 化學環境巾進行操作的任何結難類。對於半㈣㈣之 = 盤的應用崎被使用作為—種制，而有祕雌習 說明本發_各種實施例。 9 ❹ 又，熟習本項技藝者在回顧於此所揭露的資訊之後，可明 ，緣波段監控器實施例可用於類比以及二元(即通過/不通過規)形 ^。例如，當監控層磨損時，電阻會增加並且可被監控。ESc结 ^可僅在雜接近既驗準之魏行紅。在監测如反射率的 ，化時，她的方法可朗在_光學監控的實施例上。又，雖 ，光學與電監控實施倾分_示，但其可結合而在種種不同的 餘刻與沉積環境中進行操作。 此夕_卜，在整個說明中的半導體一詞應被視為包含資料儲存、 示、以及相關連或其他產業。這些以及各種其他實施例係 f落入本發明的範圍。因此’本說明書與圖式應被認為係 而非限制。 【圖式簡單說明】

Ik附圖式僅用以說明本發明之示範實施例而不必被視為限制 具範圍。 圖1係習知靜電夾盤之-部分的橫剖面圖； ，2係具有邊緣接合密封件之靜電夾盤的橫剖面圖，此邊緣 口 =封件結合依照本發明之一示範實施例的指示器機構； ，3係具有邊緣接合密封件之靜電夹盤的橫剖面圖’此邊緣 口 $封件結合依照本發明之另一示範實施例的指示器機構；及 ϋ人一 4係具有邊緣接合密封件之靜電夾盤的橫剖面圖，此邊緣 5欲封件結合依照本發明之又另一示範實施例的指示器機構。 【主要元件符號說明】 11 201005857 100 ESC結構 101 陽極氧化銘底座 103加熱器接合層 105加熱器 107加熱板 109陶瓷接合層 111陶瓷頂件 113邊緣接合密封件 200 ESC結構 201 邊緣接合層 203 光學監控層 300 ESC結構 301 邊緣接合層 303邊緣接合間隔層 305邊緣接合覆蓋層 307光學監控層 400 ESC結構 401 邊緣接合層 403 電監控層 405 電阻計

Claims (1)

1. 201005857 七、申請專利範圍： =種㈣之賴的裝置，轉電夾盤_於-« 辞、二ΐϊ接合密封件，用以安裳於該靜電夾盤的-邊緣^ :ΐ、ίίΐ密封件包含由一第一材料所構成的-:學 第-材料用以發出能夠被光學監控的—物質；及a控層’該 間，該ίϊίίί係環境之 ❹ ίϊϊϊΐϊ反應而易受紐所影響’纽 曝露於該«魏讀，使該絲監控層曝露霞Hi充义 ntt利軸第1項所述之用以監控靜電缝之磨損的敦 光學監妓置，獅置以_來自該絲驗層的發出物 質 鲁 範Z1:::::控靜電夾盤之磨損的裝 7’如申μ專利顧第〗項所狀狀監控靜電鐘之磨損的敦 5. 置 13 201005857 置，其中該第一材料係至少部分由含硫分子所構成。 8.如棚第1項所狀㈣監控靜電缝之磨損的裝 置，其中該第一材料在曝露於該電漿環境時，改變其光反射率衣 9里如專利範圍第1項所述之用以監控靜電夾盤之磨損的裝 Ϊ化 第—材料在曝露於該電裝環境時，產生光散射特= ❿ ㈣之賴的裝置，該靜電夾盤伽於一電 一邊緣接合密封件，安裝於該靜電夾盤的一邊 =妾合密封件包含由—第—材料所構成的—電監控層，該第j 料依照對該電漿環境的曝露量而改變其電阻率；及 弟材 一邊緣接合層，被設置成至少散佈於該電監控 層充分曝露於該麵境之後；層⑽ Ο $.如==利範圍第1G項所述之用以監控靜電夾盤之磨損的裝 一電監控裝置，耦合至該電監控層。 如專利範圍第1G項所述之用以監控靜電类般夕心。 置，八中該第一材料為導電聚合物。 磨損的装 13.U專利範圍第1()項所述之用以監控靜 置，更匕含在該靜電夾盤之邊緣珠粒與 f知的裝 分的該邊緣接合層。 现控層之間散佈一部 14 201005857 14.如J 5青專利範圍帛1〇項所述之用以監控靜電夾盤之磨損的裂 置’，、中該電監控層與轉電缝的複合雜祕賴對該電漿 環境的曝露量而變化。 =·如申4專她’ 1G項所述之用以監控靜電夾盤之磨損的 置，更包含： -電流量聰置’用以量難該魏傳導至該靜電夾盤之一 底板的直流電流差。

   ❹ 種用以監控靜電趋之磨損的裝置，該夾 於 漿環境，該裝置包含： ％ 心Γ邊緣接合密封件’安裝於該靜電錄的—邊緣珠粒，該邊 密封件包含由—第—材料所構成的—監控層，該第一材料 臣^1\!該f聚環境的曝露量而改變其電阻率，並發出能夠被光學 監控的一物質；及 夕叫一^接合層’被設置絲少散佈於該監控層與該電漿環境 =邊緣接合層係由—料雜材料所構成，該非導電性材 聚環境產生反應而易受侵餘所影響，並且在該邊緣 I。層充*曝露_㈣環境之後，使該驗鱗露於該電裝環 1 菩7.如利顧第16項所述之用以監控靜電越之磨損的震 直’吏包含： 一電監控裝置，麵合至該監控層。 =·如賴第16項所述之用以監控靜電夾盤之磨損的震 置，其中該第一材料為導電聚合物。 衣 =·如範圍第16賴狀肋赌靜電撼之磨損的裳 置，更包3在該靜電夾盤之邊緣珠粒與該監控層之間散佈一部分 15 201005857 的該邊緣接合層 的曝露量而變化。 20.如申請專利範圍第16項所述之用以監 ί:ίί該，該靜電夹盤的複合電阻值係=¾ 利細第16項所述之用以監控靜電失盤之磨損的裝 盤之- 底板==置，用以量測從該電㈣導至該靜電失 2置1 2.如=利範圍第16項所述之用以監控靜電失盤之磨損的農 -光學監控裝置’被配置以細來自該監控層的發出物質。 ⑩ 而配Ϊ含有—絲監朗的—邊緣接合㈣件赌於-邊緣珠粒 的基Ϊΐϊ光學系統來量測存在於—靜電夾盤附近的揮發性物質 質；^用該光學系統來偵測從該光學監控層所發出的揮發性物 位準持續侧所發出的揮發性物f，以評估該光學監控層的侵钱 16 1 方4法一種 叙·舰的 2 配置將含有—電監控層的—邊緣接合密封件接近於—邊緣雜而 201005857 等 量測該電監控層之電阻的基準值；及 持續量測電阻差以評估該電監控層的侵蝕位準。 八、圖式：

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