CN104362110B - 一种静电吸盘性能的监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种静电吸盘性能的监测方法，在等离子体干法刻蚀反应腔中进行，反应腔室内具有静电吸盘，中空管穿过静电吸盘；通过中空管向晶圆背部通入冷却气体；监测方法包括：将晶圆置于反应腔室内的静电吸盘并紧密吸附在静电吸盘表面；对反应腔室抽真空；检测反应腔室的气体泄漏率；通过中空管向晶圆背部通入冷却气体，并检测通入冷却气体后的反应腔室的泄漏率；用通入冷却气体之后的反应腔室的气体泄漏率减去通入冷却气体之前的反应腔室的气体泄漏率，得到冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率；设定一阈值，当冷却气体泄漏到反应腔室的泄漏率超过该阈值时，则判断得出静电吸盘的性能下降。从而使性能下降的静电吸盘得到及时更换。

Description

一种静电吸盘性能的监测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种静电吸盘性能的监测方法。
背景技术
半导体制造中，刻蚀工艺都采用等离子干法刻蚀(Plasma Dry Etch)，请参阅图1，等离子体干法刻蚀反应腔00的结构包括：位于反应腔室00内的静电吸盘1；位于静电吸盘1上的晶圆2；穿过静电吸盘1的中空管3；中空管3的顶部开口与晶圆2底部相对，通过中空管3可以对反应腔室00抽真空，还可以向晶圆2背面输送气体。
通常，等离子体干法刻蚀过程包括：
机械手臂(Arm/Robot)将晶圆(wafer)送入反应腔室(chamber)，放在静电吸盘(ESC)上；
给晶圆加上静电荷，静电吸盘加上高压的方式，将晶圆紧紧吸附在静电吸盘的表面；
通入设定好的工艺气体、施加射频电压(RF power)，将工艺气体等离子化，用等离子体对晶圆进行蚀刻加工；同时，向晶圆背面通入冷却用的氦气。
之所以要通入冷却用的氦气，是因为：在刻蚀过程中，由于离子不断轰击晶圆表面，会使晶圆温度升高，一旦晶圆表面温度过高会使光阻(Photo Resist，简称PR)烧焦；再加上晶圆的温度控制也是一个非常重要的参数，因此会有冷却系统(chiller)来对静电吸盘进行温度控制。但晶圆和静电吸盘之间是固体接触，仅仅是直接接触冷却效果不佳，需要在晶圆背部通入冷却用的氦气(He)，作为晶圆和静电吸盘之间冷却的媒介。
上述过程中，静电吸盘是反应腔中最贵且最重要的一个部件，一般来说厂商对静电吸盘的使用寿命的规定是通过射频电源时数(RF time)来管理，一般为几千，从4000到8000小时不等。
但由于静电吸盘更换起来不容易，且更换后对工艺影响非常大，再加上静电吸盘非常昂贵，使得半导体生产厂都会偏向于尽可能延长静电吸盘的更换周期，而不会轻易更换静电吸盘。
但也正是因为静电吸盘对工艺影响非常大，等到生产工艺和产品出问题了再更换静电吸盘无疑带来更严重的后果。究竟什么时候更换静电吸盘，一直以来也没有一个好的方法。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种静电吸盘性能的监测方法，从而在静电吸盘的性能变坏时，就能够将其及时更换。
为了实现上述目的，本发明提供了一种静电吸盘性能的监测方法，在等离子体干法刻蚀反应腔中进行，所述反应腔室内具有静电吸盘，其上用于紧密吸附晶圆；中空管穿过所述静电吸盘；所述中空管的顶部开口与所述晶圆的背部相对，通过所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体；所述监测方法包括以下步骤：
步骤01：将晶圆置于反应腔室内的静电吸盘上；
步骤02：将所述晶圆紧密吸附在所述静电吸盘表面；
步骤03：打开真空阀，对所述反应腔室抽真空；
步骤04：关闭所述真空阀，检测所述反应腔室的气体泄漏率；
步骤05：通过所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测通入冷却气体后的反应腔室的泄漏率；
步骤06：用通入冷却气体之后的所述反应腔室的气体泄漏率减去通入冷却气体之前的所述反应腔室的气体泄漏率，得到所述冷却气体从所述晶圆背面泄漏到所述反应腔室的泄漏率；
步骤07：设定一阈值，当所述冷却气体泄漏到所述反应腔室的泄漏率超过所述阈值时，判断得出所述静电吸盘的性能下降。
优选地，所述步骤05具体包括：向所述晶圆背部通入一组具有不同压强的冷却气体，并检测所述不同压强的冷却气体条件下所对应的所述反应腔室的气体泄漏率。
优选地，所述步骤05中，所述冷却气体的压强大于40Torr。优选地，所述中空管为多个，分布于所述静电吸盘的中间位置和边缘位置；所述步骤05还包括：通过位于所述中间位置的所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率；通过位于所述边缘位置的所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率。
优选地，所述步骤02中，通过向所述晶圆表面充静电并向所述静电吸盘上施加电压的方式将所述晶圆紧密吸附在所述静电吸盘的表面。
优选地，所述冷却气体为氦气。
本发明的静电吸盘性能的监测方法，通过用向晶圆背面通入冷却气体之后的反应腔室的泄漏率减去向晶圆背面通入冷却气体之后前反应腔室的泄漏率，得到冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率，通过设定一阈值，当冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率超过该阈值时，则判断得出静电吸盘性能下降，从而使性能下降的静电吸盘得到及时更换，避免静电吸盘性能下降对产品带来的不良影响。
附图说明
图1为等离子体干法刻蚀反应腔的结构示意图
图2为本发明的静电吸盘性能的监测方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下将结合附图1-2和具体实施例对本发明的静电吸盘性能的监测方法作进一步详细说明。其中，图2为本发明的静电吸盘性能的监测方法的流程示意图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例的静电吸盘性能的监测方法，在等离子体干法刻蚀反应腔00中进行，等离子体干法刻蚀反应腔00的结构可以继续参阅图1，反应腔室00内具有静电吸盘1，其上用于紧密吸附晶圆2；中空管3穿过静电吸盘1；中空管3的顶部开口与晶圆2的背部相对，通过中空管3向晶圆2背部通入冷却气体。需要说明的是，中空管3可以为一个或多个，可以位于静电吸盘1的中间、边缘等位置。
请参阅图2，本实施例的静电吸盘性能的监测方法包括以下步骤：
步骤01：将晶圆置于反应腔室内的静电吸盘上；
具体的，可以采用机械手等搬运工具将晶圆置于静电吸盘上；然后机械手推出，关闭反应腔室。
步骤02：使晶圆紧密吸附在静电吸盘表面；
具体的，为了将晶圆紧密吸附在静电吸盘表面，可以通过静电吸附原理，采用向晶圆表面充静电并向静电吸盘上施加电压的方式；当然，现有的任何使静电吸盘吸附晶圆的方式都可以应用于本步骤中。
步骤03：打开真空阀，对反应腔室抽真空；
具体的，抽真空可以利用真空泵通过所说的中空管来进行；抽真空的真空度越高越好，不论采用何种能力的真空泵，都要抽到真空泵所能抽到的最低压强。
步骤04：关闭真空阀，检测反应腔室的气体泄漏率；
具体的，气体泄漏率可以通过公式PV＝nRT，其中，n为泄漏率，P为反应腔室内的压强，其可以从等离子体干法刻蚀设备上实时读取，V为反应腔室的容积，其是一个确定的数值；R为常数，T为反应腔室的温度，其也是一个确定的数值，由此，可以计算出泄漏量n。其原理为，反应腔室开始为低真空状态，后续会有气体慢慢地从外界漏到反应腔室内，反应腔室内的压强P会升高；测量P随时间t的变化，就可以计算出n随时间t的变化，即泄漏率△n/△t；例如，每间隔5秒钟检测一次n的值，然后求每次的△n/5，共检测10次，最后就平均值即得到泄漏率。
这里需要说明的是，向反应腔室内漏进去的气体包括从反应腔室外漏进去的气体和其它原因进入反应腔室内的气体。
步骤05：通过中空管向晶圆背部通入冷却气体，并检测通入冷却气体后的反应腔室的泄漏率；
具体的，当冷却气体泄露到反应腔室内时，反应腔室内的压强P会随之进一步升高，此时测得的反应腔室内的泄漏率是步骤04中的反应腔室的泄漏率加上冷却气体泄漏到反应腔室的泄漏率；冷却气体可以为氦气；冷却气体的压强尽可能高，这样才能使后续比较的结果较为明显。例如，通常生产工艺用的冷却气体的压强为40Torr，则这里就可以设定冷却气体的压强大于40Torr，可以为50Torr，60Torr，甚至更高。
本实施例中，本步骤05具体可以包括：通过中空管向晶圆背部通入一组具有不同压强的冷却气体，并检测不同压强的冷却气体条件下所对应的反应腔室的气体泄漏率；例如，设定一组冷却气体的压强包括：50Torr、60Torr、70Torr和60Torr。
步骤06：用通入冷却气体之后的反应腔室的气体泄漏率减去通入冷却气体之前的反应腔室的气体泄漏率，得到冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率；
步骤07：设定一阈值，当冷却气体泄漏到反应腔室的泄漏率超过该阈值时，判断得出静电吸盘的性能下降。
具体的，可以在长时间范围内记录冷却气体的泄漏率；可以用通入冷却气体之后的反应腔室的气体泄漏率减去通入冷却气体之前的反应腔室的气体泄漏率，则得到冷却气体泄漏到反应腔室的泄漏率；这是因为：静电吸盘的性能是慢慢变弱的，冷却气体的泄漏率也是慢慢变化的，可以设定一个阈值，这个阈值可以凭借经验和其它工艺参数来确定，这样，可以长期监控静电吸盘的性能，一旦冷却气体泄漏率超过上述阈值，则说明静电吸盘的性能已经低于正常使用的标准，则可以及时更换静电吸盘，避免对产品带来不良影响。
需要说明的是，由于中空管可以为多个，其位置可以设定在静电吸盘的中间或边缘位置，如果通冷却气体的中空管是各自独立控制的，则在静电吸盘边缘位置通入的冷却气体对泄漏率影响大于在静电吸盘中间位置的；因此，在本发明的其它实施例中，可以分别监测静电吸盘的中间位置和边缘位置，用于更加精确地确定静电吸盘的性能下降程度。例如，通过位于中间位置的所述中空管向晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率；通过位于边缘位置的中空管向晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率。然后，分别将这两种泄漏率与通入冷却气体之前的反应腔室的气体泄漏率进行比较，并根据比较结果，判断静电吸盘性能是否下降；其具体的比较方法和判断方法可以采用上述实施例的步骤06和步骤07，本发明对此不再赘述。
综上所述，本发明的静电吸盘性能的监测方法，通过用向晶圆背面通入冷却气体之后的反应腔室的泄漏率减去向晶圆背面通入冷却气体之后前反应腔室的泄漏率，得到冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率，通过设定一阈值，当冷却气体从晶圆背面泄漏到反应腔室的泄漏率超过该阈值时，则判断得出静电吸盘性能下降，从而使性能下降的静电吸盘得到及时更换，避免静电吸盘性能下降对产品带来的不良影响。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (6)

1.一种静电吸盘性能的监测方法，在等离子体干法刻蚀反应腔室中进行，所述反应腔室内具有静电吸盘，其上用于紧密吸附晶圆；中空管穿过所述静电吸盘；所述中空管的顶部开口与所述晶圆的背部相对，通过所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体；其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：
步骤01：将晶圆置于反应腔室内的静电吸盘上；
步骤02：将所述晶圆紧密吸附在所述静电吸盘表面；
步骤03：打开真空阀，对所述反应腔室抽真空；
步骤04：关闭所述真空阀，检测所述反应腔室的气体泄漏率；
步骤05：通过所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测通入冷却气体后的反应腔室的泄漏率；
步骤06：用通入冷却气体之后的所述反应腔室的气体泄漏率减去通入冷却气体之前的所述反应腔室的气体泄漏率，得到所述冷却气体从所述晶圆背面泄漏到所述反应腔室的泄漏率；
步骤07：设定一阈值，当所述冷却气体泄漏到所述反应腔室的泄漏率超过所述阈值时，判断得出所述静电吸盘的性能下降。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘性能的监测方法，其特征在于，所述步骤05具体包括：向所述晶圆背部通入一组具有不同压强的冷却气体，并检测所述不同压强的冷却气体条件下所对应的所述反应腔室的气体泄漏率。
3.根据权利要求2所述的静电吸盘性能的监测方法，其特征在于，所述步骤05中，所述冷却气体的压强大于40Torr。
4.根据权利要求1所述的静电吸盘性能的监测方法，其特征在于，所述中空管为多个，分布于所述静电吸盘的中间位置和边缘位置；所述步骤05还包括：通过位于所述中间位置的所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率；通过位于所述边缘位置的所述中空管向所述晶圆背部通入冷却气体，并检测此时的反应腔室的泄漏率。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的静电吸盘性能的监测方法，其特征在于，所述步骤02中，通过向所述晶圆表面充静电并向所述静电吸盘上施加电压的方式将所述晶圆紧密吸附在所述静电吸盘的表面。
6.根据权利要求5所述的静电吸盘性能的监测方法，其特征在于，所述冷却气体为氦气。
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