CN110491756B - 具有闭环夹持力控制的实时监测 - Google Patents

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Abstract

本文公开的实施方式包括一种用于最小化工件上的夹持力的方法，所述工件设置在等离子体处理腔室内的静电吸盘上。所述方法首先将工件放在处理腔室中的静电吸盘上。在所述处理腔室内轰击等离子体。监测所述工件上的偏转力。以最小值施加夹持电压。以最小压力施加背面气体压力。调整所述夹持电压和/或所述背面气体压力，使得所述偏转力小于阈值。而且，同时地斜升所述夹持电压和所述背面气体压力。

Description

具有闭环夹持力控制的实时监测
技术领域
本发明的实施方式总体涉及在用于制造微电子器件的处理腔室中使用的基板支撑件。
背景技术
在高精度制造中，例如在半导体制造中，工件可能需要在制造操作期间由固定装置精确地保持，以增加均匀品质并减少缺陷。在一些制造操作中，基板支撑件可以用作固定装置，以将工件保持在支撑结构上。静电力或其它力(“夹紧力”)通常用于在一个或多个制造操作期间将工件精确地保持到基板支撑件的工件支撑表面。这些类型的基板支撑件被称为静电吸盘(electrostatic chucks,ESC)。
工件应尽可能地以最小的夹紧力保持，而尽可能地少与工件支撑表面的接触，以减少在这些制造工艺期间的缺陷。然而，由于制造偏差，诸如施加到工件的可改变基板支撑件的支撑表面的夹持力、磨损和污染状况的表面处理，并且由于其它环境影响，制造人员自己经常增加目标夹紧力来提供安全系数，以确保施加足够的夹紧力来抵消上述变化和这些变化对夹持力的影响。
半导体制造工业中使用的大多数基板支撑件通常施加大于必要的夹紧力，即过度夹持。过度夹持会对工件造成损坏，例如，在工件的背面造成凹坑，使基板支撑件的一部分嵌入工件中，增加工件中的膜应力，和/或导致可能在工件的处理侧上造成质量问题的微粒。例如，对于大批量生产运行，平均总前侧缺陷在每个晶片约3个至4个25nm或更大大小的颗粒之间波动。分析表明，这些缺陷的80％至90％是来自ESC的含Si、Al或O的颗粒。工件背面的颗粒测试结果表明，一个标准1800V夹持/解除夹持循环可以在工件背面产生约8000个至24000个大小为0.5微米或更大的缺陷。在这些缺陷中，约35％是划痕，约50％是由划痕产生的嵌入的硅颗粒，约15％是来自ESC和/或工件的Si、Si-O、Al-Si-O松散颗粒。在使用大夹持力夹持和解除夹持期间，通过工件上升/下降运动，这些松散缺陷中的一些能够落在工件的表面上。
随着制造公差变得越来越严格并且降低成本的需求变得更重要，需要提供更一致和可预测的夹紧力以适应更宽范围的制造偏差并减少上文讨论的制造缺陷的新的方法。
因此，需要一种在处理期间支撑工件的改进的设备和方法。
发明内容
本文公开的实施方式包括一种用于最小化设置在等离子体处理腔室内的静电吸盘上的工件上的夹持力的方法。所述方法首先将工件放在处理腔室中的静电吸盘上。在所述处理腔室内轰击等离子体。监测所述工件上的偏转力。以最小值施加夹持电压。以最小压力施加背面气体压力。调整所述夹持电压和/或所述背面气体压力，使得所述偏转力小于阈值。而且，同时地斜升所述夹持电压和所述背面气体压力。
附图说明
为了能够详细地理解本发明的实施方式的上述特征所用方式，可以参考实施方式获得上文简要概述的本发明的实施方式的更具体的描述，实施方式中的一些示出在所附附图中。然而，将注意，所附附图仅示出了本发明的典型实施方式，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明的实施方式可以允许其它等效实施方式。
图1是示例性等离子体处理腔室的示意性侧视图，该等离子体处理腔室内安装有基板支撑件。
图2是背面气体基板支撑件的局部横截面等距图，该基板支撑件具有安装在背面气体通孔中的传感器组件。
图3是基板支撑件的局部横截面透视视图，该基板支撑件具有安装在升降杆中的传感器组件。
图4是基板支撑件的顶平面视图，示出了传感器组件的各种位置。
图5是基板支撑件的局部横截面视图，该基板支撑件上设置有工件。
图6是用于最小化设置在基板支撑件上的工件上的力的方法。
图7是图6的方法的图形表示。
另外的特征和优点将在下文详述中阐述，并且部分地对于本领域的技术人员来说将从该描述中显而易见，或通过实践本文所述的实施方式而被认知，包括下文的详细表述、权利要求书、以及附图。
应理解，前述概述和以下详述仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求的性质和特征的概要或框架。所附附图被包括来提供进一步的理解，并且结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或多个实施方式，并且与说明书一起用于解释各种实施方式的原理和操作。
附图标记说明
100 等离子体处理腔室
101 工件
102 等离子体
104 盖
106 腔室主体
108 平台
109 升降杆
110 波纹管组件
111 轴
112 支撑轴
113 升降机构
114 真空系统
117 RF等离子体电源
118 处理气体供应
120 腔室内部容积
122 静电吸盘
126 底表面
130 基板升降件
132 第二升降机构
134 电极
140 夹持电源
141 气体供应
142 流体源
149 支撑壳体
150 圆盘
151 冷却板
152 支撑基部
160 冷却通道
162 电绝缘的圆盘基部
164 凹陷
168 台面
170 基板支撑组件
172 整个工件支撑表面
190 传感器组件
192 控制器
194 控制系统
198 背面气体输送孔洞
210 过渡导管
218 背面气体通路
220 传感器壳
280 传感器
282 传感器头
284 通信连接
298 竖直线
396 传感器组件
421 传感器组件
430 内环组
440 外环组
510 几何平面
520 基准表面
542 顶表面
560 距离
600 方法
610 框
620 框
630 框
640 框
650 框
660 框
670 框
701 第一时间框
702 第二时间框
703 第三时间框
704 第四时间框
705 第五时间框
706 第六时间框
707 第七时间框
708 第八时间框
740 夹持电压
741 最小值
742 最小夹持电压
749 合适的电平
752 X轴
754 Y轴
760 背面气体压力
762 最小气体压力
763 最小背面气体压力
769 高压
780 偏转力。
具体实施方式
现将详细地参考实施方式，实施方式的示例示出在随附附图中，其中示出了一些但非所有的实施方式。实际上，这些概念可以以许多不同的形式体现，并且在本文中不应被解释为限制性的；相反，这些实施方式被提供以使得本公开内容将满足适用的法律要求。相同的附图标记将尽可能用于指代相同的部件或零件。
本文公开的实施方式包括传感器组件，该传感器组件包括传感器壳和偏转传感器中的一个或多个。传感器组件被配置为设置在基板支撑组件内，该基板支撑组件诸如被配置有背面气体的静电吸盘，或用于在处理腔室中进行处理时保持工件的其它合适的组件。例如，传感器组件可以设置在现有的背面气体输送孔洞或静电吸盘中的其它孔洞中。偏转传感器可以提供对工件中的偏转的实时测量，以确定设置在静电吸盘上的工件上的力的平衡。通过使用偏转传感器来确定夹持力，可以优化工件的夹持/解除夹持处理，以最小化夹持力，此举减少/消除了背面工件缺陷和由此产生的颗粒。例如，通过在夹持/解除夹持期间使背面He压力的流动和夹持电压同时地斜升(ramp up)和斜降(ramp down)，该处理使适于保持工件的夹持力最小化，这最小化背面工件划痕和由此产生的颗粒。
图1示出了传感器组件190的一个实施方式。图1描绘了示例性等离子体处理腔室100的示意图，等离子体处理腔室100中安装有基板支撑组件170。基板支撑组件170中设置有传感器组件190。在一个实施方式中，等离子体处理腔室100是溅射蚀刻处理腔室或等离子体蚀刻系统。然而，其它类型的处理腔室，诸如物理气相沉积(即，溅射)腔室、化学气相沉积腔室、蚀刻腔室、选择性移除处理腔室(selective removal process,SRP)或其它真空处理腔室，也可以用于实施本文公开的实施方式。
等离子体处理腔室100是真空腔室，其可以适当地适于在工件101(诸如基板，例如硅晶片)的处理期间在腔室内部容积120内保持次大气压(sub-atmospheric pressures)。等离子体处理腔室100包括具有底表面126的腔室主体106，并且等离子体处理腔室100由盖104覆盖，盖104封闭腔室内部容积120。腔室主体106和盖104可以由金属制成，诸如铝或其它合适的材料。
等离子体处理腔室100耦接真空系统114并与真空系统114流体连通，真空系统114包括节流阀(未示出)和真空泵(未示出)，以用于抽空和排空等离子体处理腔室100。可以通过调整节流阀和/或真空泵来调整等离子体处理腔室100内部的压力。等离子体处理腔室100还耦接到处理气体供应118并与处理气体供应118流体连通，处理气体供应118可以向等离子体处理腔室100供应一种或多种处理气体，诸如氩、氧、氯、氟或适于处理工件101的其它气体。
RF等离子体电源117可以激励处理气体以保持等离子体102来处理工件101。任选地，基板支撑组件170可以偏压工件101以将来自等离子体102的离子吸引到其上。从处理气体供应118将诸如氯的处理气体引入等离子体处理腔室100中，并且气体压力被调整以进行等离子体激发。当输送RF功率时，通过电容耦合以在腔室内部容积120中激发等离子体102。可以调整或预设RF匹配(未示出)以提高从RF等离子体电源117到等离子体102的功率传输效率。
基板支撑组件170设置在腔室内部容积120内。基板支撑组件170具有工件支撑表面172，工件101在处理期间搁置在工件支撑表面172上。基板支撑组件170可以包括真空吸盘、静电吸盘、基座、加热器或适于在处理期间将工件101支撑在等离子体处理腔室100内的其它基板支撑件。
在一个实施方式中，基板支撑组件170包括静电吸盘122。基板支撑组件170可以另外包括冷却板151和支撑基部152。支撑基部152可以包括支撑壳体149、波纹管组件110和支撑轴112。支撑轴112可以耦接到升降机构113，升降机构113可以提供基板支撑组件170在上部处理位置(如图所示)和下部工件传输位置(未示出)之间的竖直移动。波纹管组件110可以围绕支撑轴112设置，并且可以耦接在支撑基部152与等离子体处理腔室100的底表面126之间，以提供柔性密封，该柔性密封允许基板支撑组件170的竖直运动，同时防止来自等离子体处理腔室100内的真空的损失。
设置在基板支撑组件170上的工件101的温度调整可以由设置在冷却板151中的多个冷却通道160来促成。冷却通道160耦接流体源142并与流体源142流体连通，流体源142提供冷却剂，诸如水，但是也可以使用任何合适的冷却剂流体、气体或液体。
基板支撑组件170可以包括基板升降件130，以在通过机器人(未示出)传输进出等离子体处理腔室100期间支撑在工件支撑表面172上方间隔开的工件101。基板升降件130可以包括与连接到轴111的平台108对准的升降杆109。基板支撑组件170可以包括通孔(未示出)，以在升降杆109处于升高位置时接收穿过其该通孔的升降杆109。例如，当支撑工件101时。基板升降件130耦接到第二升降机构132，以使升降杆109延伸穿过通孔来将工件101支撑在工件支撑表面172上方的位置，以便于机器人进行传输。基板升降件130另外将升降杆109降低到工件支撑表面172下方，以便将工件101放在工件支撑表面172上。
静电吸盘122包括圆盘150。圆盘150可以包括加热元件。可以使用耦接到一个或多个温度监测器的一个或多个温度传感器(未示出)(诸如热电偶和类似者)来监测圆盘150、冷却板151和/或静电吸盘122的其它部件的温度。在一个示例中，圆盘150耦接到至少一个热电偶以用于温度监测。
圆盘150支撑和夹持工件101，即向工件101施加夹紧力(Fc)。圆盘150可以包括电绝缘的圆盘基部162，圆盘基部162具有嵌入其中的电极134，以产生夹紧力(Fc)。电极134电连接到夹持电源140，诸如DC电源。电极134提供夹紧力(Fc)，以将工件101夹持到圆盘150的工件支撑表面172。电极134可以由任何合适的导电材料制成，诸如金属或金属合金。施加至电极134的功率可以由耦接到夹持电源140的控制系统194控制。在一个示例中，圆盘150包括用于夹持工件101的一个电极134。电极134可以是设置在圆盘基部162中的薄盘或接线。在另一个示例中，圆盘150包括两个或多个电极134，以夹持工件101。电极134各自可以是薄半圆形或“D”形板，它们可以彼此独立地操作。然而，一个或多个电极134可以具有任何合适的形状，其可以包括环形、楔形、条形等。
台面168和凹陷164设置在圆盘基部162的工件支撑表面172上。工件支撑表面172可以另外包含凹槽和通道或其它几何形状中的一个或多个。工件101可以支撑在台面168上并升高到凹陷164上方。凹陷164可以与气体供应141流体连通，以在台面168之间提供流体，诸如氦、氩或其它合适的背面气体。背面气体可以通过形成在圆盘150中的一个或多个背面气体输送孔洞198而从气体供应141输送到凹陷164。背面气体可以在工件101与圆盘150之间流动，以便调整在圆盘150与工件101之间的传热速率。在一个示例中，背面气体可以包括惰性气体(诸如氩)。气体供应可以输送约10Torr或更多的背面气体压力(在图5中以Fp表示)，诸如约4Torr或更大。背面气体在工件101上施加压力Fp，并且在下文详细讨论。
传感器组件190可以设置在形成于圆盘150中的通孔中，诸如背面气体输送孔洞198或其它合适的通孔，或设置在升降杆的中空部分中。传感器组件190可以是多孔的，并且允许流体(诸如背面气体)从中流过。例如，传感器组件190可以具有允许流体通过传感器组件190的通道。在其它实施方式中，传感器组件190可以安装在凹陷164中或其它合适的位置。
传感器组件190可以与控制系统194连通。传感器组件190测量工件101在工件支撑表面172上的偏转。控制器192基于测量到的偏转而确定施加到工件101的夹紧力Fc。以这种方式，控制器192可以通过调整由夹持电源140提供给电极134的夹紧电压Vc来调整夹紧力Fc，以便保持所需的夹紧力Fc。通过实时监测实际夹持力(通过传感器组件190)并实时调整提供给电极134的功率来保持所需的夹紧力Fc，与常规的吸盘技术相比，可以减少静电吸盘122对工件101的损坏。
有利地，可以利用依赖于传感器组件190提供的数据的反馈回路来控制圆盘150的操作参数。可以扩展传感器组件190的偏转测量以计算工件101上的实时力，以用于最小化施加在工件101上的夹持力，从而减少缺陷和颗粒产生。
图2是图1中所示的静电吸盘122的局部横截面图，静电吸盘122具有安装在背面气体输送孔洞198中的传感器组件190。本领域的技术人员应了解，传感器组件190可以安装在静电吸盘122中的孔洞或凹陷中。在一个或多个场景中，静电吸盘122具有多个传感器组件190，以检测工件偏转，并且由此检测在工件上的力。传感器组件190的进一步描述将基于传感器组件190被放置在背面气体输送孔洞198中的一个中的请情况。圆盘150中的传感器组件安装在其中的孔洞的形状不限于圆孔。孔洞可以是激光钻孔、电火花加工(Electricaldischarge machining,EDM)、或以任何其它合适的方式形成的。
背面气体通道218可以包括背面气体输送孔洞198和连接到其上的过渡导管210，以向圆盘150的工件支撑表面172提供背面气体。在传感器组件190设置在背面气体输送孔洞198中并硬接线(hardwired)到控制系统194的实施方式中，在传感器组件190和控制系统194之间的通信连接284可以至少部分地横穿背面气体通路218。在其中传感器组件396设置在升降杆的中空部分320中并硬接线到控制系统194的实施方式中，如图3所示，传感器组件396与控制系统194之间的通信连接284可以至少部分地横穿静电吸盘122中的升降杆孔。在其中传感器组件设置在静电吸盘122的工件支撑表面172中的孔洞或凹陷中的又一些实施方式中，传感器组件190与控制系统194之间的通信连接284之间的通信连接可以是无线的或通过基板支撑组件170硬接线的。
传感器组件190包括传感器280和传感器壳220。传感器280可以是基于光纤的传感器，诸如法布里-珀罗传感器(Fabry-Pérot sensor,FPS)，或干涉仪，或适于测量小的偏转的其它传感器。在一个实施方式中，传感器280是FPS。传感器280与控制系统194通信。在一个实施方式中，传感器280可以具有与控制系统194中的控制器192硬连线的通信连接284。在另一个实施方式中，传感器组件190可以与控制系统194无线通信。传感器280可以测量指示与设置在圆盘150上的工件(未示出)相距的距离的度量，并且实时地向控制系统194提供该度量，以用于控制系统194或其它合适的装置进行分析。
传感器280可以具有传感器头282。传感器头282可以发射和接收用于进行距离测量的信号。传感器280可以精确地安装在圆盘150中，使得可以实时测量传感器头282与任何物体(例如工件(未示出))之间的距离，以确定具有纳米精度的相对位移。提供竖直线298，竖直线298垂直于工件支撑表面172。竖直线298仅是说明性的，而不一定位于背面气体输送孔洞198或圆盘150中的其它孔洞中。传感器280可以精确地安装，使得传感器壳220将传感器头282保持在竖直线298的+/-3度内，或换言之，与工件支撑表面172的垂线相距+/-3度。通过调整传感器壳220在圆盘150内的位置，传感器头282的距离可从距台面168的顶部小于约5mm精确地调整到距台面168的顶部约300mm。
传感器280可以包括用于发射辐射的辐射发射器和用于测量由工件101反射的辐射的部分的辐射检测器。辐射，或信号，可以是例如波长在约600纳米与约1700纳米之间的电磁辐射。传感器280中的辐射检测器测量发射的辐射信号的返回路径。因此，传感器280的角度和位置可能影响测量。传感器壳220将传感器280保持在精确的位置和取向，以便于进行准确测量。传感器壳220可以提供传感器280的自对准。有利地，传感器头282可以朝向工件支撑表面172向上或远离工件支撑表面172向下从距工件支撑表面172的顶部小于约5mm到距工件支撑表面172的顶部约30mm进行精确地调整。
图4是基板支撑件(诸如静电吸盘122)的顶平面视图，示出了传感器组件190的各种位置。如上所述，传感器组件190可以位于静电吸盘122中提供的现有孔洞(诸如背面气体输送孔洞198)中、在升降杆109的中空部分中、或在形成在静电吸盘122中的孔洞中。传感器组件190的位置可以基于静电吸盘122的圆盘150的现有配置而确定。一个或多个传感器组件421至428、190可以位于具有背面气体的圆盘150的工件支撑表面172上。传感器组件421-428、190可以放置在圆盘150的对应于夹持电极的布置的同心行和/或区域中。例如，静电吸盘122可以具有多个同心布置的独立夹持电极。传感器组件421-428可以布置在内环组430和外环组440中。传感器组件421-428可以检测沿着圆盘150的局部夹持力的微小变化。在一些实施方式中，多个传感器组件421-428可以另外包括在中心位置的传感器组件190。有利地，传感器组件421-428的该布置在整个工件101上提供离散的偏转测量，以用于使工件101免于因过度夹持而造成损坏的增强保护。
图5是静电吸盘122的局部横截面图，静电吸盘122上设置有工件101。示出的是紧邻传感器组件190的静电吸盘122的圆盘150和台面168。台面168邻近一个或多个凹陷164设置。台面168可以包括方形或矩形块、锥形、楔形、金字塔形、支柱、柱形隆起、或各种大小的其它突起，或从圆盘150向上延伸以支撑工件101的以上项的组合。工件101可以用夹紧力Fc而固定到静电吸盘122，如上面所讨论。在一个实施方式中，台面168被配置为在工件101上施加最小的力，以便不划伤或损坏工件101的背面。
相邻台面168可以具有由距离560隔开的中心。在一个实施方式中，距离560可以在约0.3英寸至约0.5英寸的范围内。相邻台面168可以各自具有约三(3)微米至约七百(700)微米的高度。相邻台面168可以各自具有约五百(500)微米至约五千(5000)微米的宽度。凹陷164可以具有约(2)毫米至约十(10)毫米的宽度。台面168和凹陷164允许静电吸盘122支撑工件101，同时另外提供工件101的热管理。
台面168具有支撑工件101的顶表面542。顶表面542一般限定基准表面520，当不施加来自静电吸盘122的夹紧力Fc时，工件101搁置在基准表面520上。基准表面520可以用作参考点，可以通过传感器280从该参考点测量工件101的偏转。在一个实施方式中，当夹持力施加到工件101时，由台面168向工件101施加相反的接触压力。
一旦施加夹紧力Fc，工件101可以固定到静电吸盘122。夹紧力Fc将工件101拉向台面168，并与台面168的接触一起来防止工件101相对于静电吸盘122的移动。夹紧力Fc在静电吸盘122的整个工件支撑表面172上可能是不相同的或甚至基本上不类似。夹紧力Fc的可变化性可归因于圆盘150的变化，圆盘150的这种变化是由于材料沉积、由清洁和蚀刻造成的腐蚀、以及磨损等因素而造成的。另外，夹紧力Fc可以在工件支撑表面172上进行有目的的区分，诸如在分区静电吸盘配置中。
传感器280测量工件101相对于基准表面520的偏转。为了控制夹紧力Fc，将夹紧电压施加到静电吸盘中的电极134。夹紧电压可以响应于由传感器280测量到的工件101的偏转而变化。在施加夹紧力Fc时，工件101可以与凹陷164中的几何平面510对准。偏转可以指示净力与夹紧力Fc基本上一致。可以调整测量到的偏转和夹紧电压，直到测量到的偏转落入预定范围内。例如，可接受的偏转的预定范围可以在五百(500)纳米与约两(2)微米之间。当测量到的偏转大于约2微米时，可以减小夹紧电压，直到传感器实时确定偏转在五百(500)纳米与约两(2)微米之间。可以利用放置在两个或更多个位置处的传感器组件190来测量偏转，从而能够精确地调制夹紧电压以匹配相反的力，诸如气体压力和接触压力。
传感器280可以在短时间间隔内测量工件101的偏转变化。在多个传感器280监测工件101的偏转并且静电吸盘122被配备有多个夹紧区的实施方式中，控制系统194可以使用来自位于不同的夹紧区中的各个传感器280的数据来控制该特定的夹紧区中的夹紧，以匹配相反的力并最小化夹紧电压。增加夹持电压/力将在ESC上和腔室处理环境内产生更多颗粒。例如，已观察到，对于因大于1μm的颗粒而引起的缺陷，800V的夹持电压在工件101的背面表面上引入约1392个嵌入颗粒。在这些嵌入颗粒中，其中约21个的大小超过10微米。1000V的夹持电压在工件101的背面表面上产生约2264个嵌入颗粒。1200V的夹持电压在工件101的背面表面上产生约3546个嵌入颗粒。而且，约1800V的夹持电压在工件101的正面表面上产生约5532个嵌入颗粒。此外，在1800V时，大于10μm的嵌入颗粒的数量增加到约140。因此，嵌入颗粒的数量与电压不成线性关系，并且电压的每个小的增加产生越来越大的嵌入颗粒。然而，更重要的是大于10um的颗粒的数量，在夹持电压增加为2倍时，大于10μm的颗粒的数量增加为超过7倍。这些背面颗粒/缺陷可以通过背面气体泄漏而转移到工件101的正面上，或在晶片搬运期间或在晶片盒(即FOUP)中落在工件101上。背面缺陷也可以在其它半导体工艺步骤中转移。随着裸片和特征大小缩小，这是很重要的，更大尺寸的颗粒将桥接特征之间的间隙，并且可能导致裸片无法使用。
因此，为了减少/消除来自ESC的颗粒，晶片夹持/解除夹持处理使工件101上的夹持力最小化。因过度夹持工件101造成的硅划痕产生颗粒，然后可以使颗粒最小化以防止将松散颗粒引入工件101的前侧特征中并防止在其上形成缺陷。通过使因引入背面气体而造成的力斜升，同时地使因夹持电压造成的相反的力斜升，可以实现工件101上的这些力的平衡，使得可以将工件101保持到ESC而不导致在背面上的划痕或将颗粒引入正面中。在一个实施方式中，在夹持/解除夹持步骤期间同时地调整He压力，以最小化晶片上的夹持力。
静电吸盘122可以被配备有多个夹紧区并使用具有传感器280的多个传感器组件190来监测每个夹紧区。或者，静电吸盘122可以具有夹持力测量装置。夹持力测量装置可以提供反馈以控制夹持电压并最终控制施加到工件101的力的量。本领域的技术人员应理解，适于提供或量化施加的实时力的任何装置或传感器适于下面参考图6描述的方法的实施，以减少工件的过度夹持和因过度夹持而产生的缺陷。
现将一起讨论图6和图7。图6是用于最小化设置在基板支撑件上的工件上的力的方法600。图7是图6的方法的图形表示。工件可以经历将工件推向ESC的静电力以及沿着台面的接触压力和将工件推离ESC的气体压力两者中的一个或多个。方法600以最小值平衡这些力，以将工件101保持到处理腔室中的ESC。
用静电吸盘夹持晶片是静态处理(不发生晶片的动态运动)。夹持力受到两个相反的力的抵抗。第一个力是晶片的暴露于背面气体的背面区域上的背面气体压力。第二个力是晶片接触静电吸盘的区域上的接触压力。图7示出了工件上的相应的力。y轴754描绘了施加到工件的力。x轴752描绘了在工件上的这些力的定时。
在方法600的框610中，将工件放置在等离子体处理腔室中的静电吸盘上。图7中的第一时间框701示出了夹持电压740被设定在最小夹持电压742，并且背面气体压力760处于最小气体压力762。在第二时间框702中，工件传输到ESC上。这也可以通过将夹持电压740斜升到最小力来代替设定最小夹持电压742来实现。然后，在最小气体压力762下接通背面气体压力760。采用该后一种方法，最小力将施加到工件。
在方法600的框620中，在处理腔室中轰击等离子体。这对应于图7中的第三时间框703。当夹持工件时，等离子体为ESC提供接地。这里，当轰击等离子体时，可以在ESC上禁用DC偏压补偿。
在方法600的框630中，监测工件上的偏转力。可以通过向控制器提供应力、偏转或其它合适信息的传感器来监测力，以确定施加到工件的力。
在方法600的框640中，夹持电压740被接通到最小值741。这也可以通过将夹持电压740斜升到最小力来代替设定最小夹持电压741来实现。在框650中，背面气体压力760接通到最小背面气体压力763。这里，最小背面气体压力763可以从最小气体压力762增加，或可以不从最小气体压力762增加。这是因为一些ESC一直具有流动的最小背面气体。控制器监测和保持背面气体压力760与夹持电压740之间的偏转力780。偏转力780，即背面气体压力760与夹持电压740之间的力的差，可以是适于在处理之前将ESC上的工件的力保持为小于适于处理的偏转力780的阈值。
在方法600的框660中，调整夹持电压740和/或背面气体压力760，使得偏转力780小于阈值。偏转力780是在工件上的向下净力。因此，对于将由ESC保持的工件，由夹持电压740提供的力大于由背面气体压力760提供的力。在一个实施方式中，偏转力在约50mTorr与约50Torr之间，诸如大致晶片偏转在10纳米至5微米之间。
在方法600的框670中，同时地斜升夹持电压和背面气体。这对应于图7中的第四时间框704。可以在等离子体的轰击和工件的夹持之间的力的斜升中引入小的时间延迟。在一个实施方式中，在等离子体的轰击和工件的夹持之间提供约200毫秒至约10秒的延迟。
在图7中所示的第五时间框705期间工件被夹持并进行处理。这里，夹持电压740现在处于合适的电平749，以用于偏压等离子体、处理工件、和/或将工件静电地保持到ESC。背面气体压力760保持处于高压769，以平衡夹持电压740的力并将偏转力780保持为低于阈值。
因此，用于固定工件的夹持力始终被最小化。夹持电压越低，刮痕和由刮痕产生的颗粒越少。方法600以较小的力夹持工件，该较小的力刚好足以用供应的背面气体保持工件。还可以施加安全裕度低得多的额外的夹持力，以确保在处理期间工件被ESC牢固地保持。施加背面冷却气体并使其稳定。然后施加额外的力，该额外的力刚好足以在扫描吸盘期间将工件保持在吸盘上的适当位置。这最小化晶片上的力，以减少由晶片的静电夹紧导致的硅损坏。
可以提供对夹持力和背面气体压力的闭环控制，以最小化夹持力，此举显著减少了晶片划痕和由划痕产生的颗粒。包括一个或多个偏转传感器或其它合适的力传感器的控制系统测量并控制由静电吸盘施加的夹紧力。控制系统可以使用由传感器测量的偏转来计算工件上的力并调整由静电吸盘施加到工件的夹紧力。控制系统调整静电吸盘的夹紧电压，使得夹紧力达到并保持施加在工件上的目标总夹持力。有利地，可以提供夹持力以将硅晶片固定到静电吸盘并使得能够执行制造操作，同时最小化因在工件上的不必要的高夹紧力而造成的工件损坏。
方法被扩展以用于对工件解除夹持。在第六时间框706期间，夹持电压740和背面气体压力760减小或斜降。一旦背面气体压力减小到最小气体压力762，在移除夹持电压740之前提供小的延迟。在第七时间框707中，关断等离子体并且工件被解除夹持。传感器还可以帮助解除夹持步骤，以提供何时可以安全地移除工件或升起升降杆的实时反馈。在第八时间框708中，将工件从ESC和等离子体处理腔室移除。应理解，夹持和解除夹持操作基本上类似，但是以相反的顺序执行。
受益于前述描述和相关附图中呈现的教导的实施方式的本领域的技术人员将想到本文未阐述的许多修改和其它实施方式。因此，应理解，说明书和权利要求不限于所公开的特定实施方式，并且修改和其它实施方式旨在被包括在随附权利要求书的范围内。实施方式旨在覆盖实施方式的修改和变化，只要它们落入随附权利要求书及其等同物的范围内即可。尽管本文采用特定术语，但是它们仅以一般性和描述性意义而使用，而不是出于限制目的。
虽然上述内容针对的是本发明的实施方式，但是也可以在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其它和进一步实施方式，并且本发明的范围由随附权利要求书确定。

Claims (11)

1.一种用于最小化设置在等离子体处理腔室内的静电吸盘上的工件上的夹持力的方法，所述方法包括：
将工件放在处理腔室中的静电吸盘上；
在所述处理腔室内轰击等离子体；
监测所述工件上的偏转力；
以最小值施加夹持电压；
以最小压力施加背面气体压力；
调整所述夹持电压和/或所述背面气体压力，使得所述偏转力小于阈值；和
同时地斜升所述夹持电压和所述背面气体压力。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过减小或斜降所述夹持电压和所述背面气体压力以及关断所述等离子体以用于解除夹持。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述夹持电压力的最小值小于所述背面气体压力的最小值。
4.如权利要求1所述的方法，其中当所述工件被夹持时，所述背面气体压力的值小于所述夹持电压力的值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述偏转力在50mTorr至50Torr之间。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述偏转力为约1Torr或更小。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述等离子体的所述轰击与夹持所述工件之间引入小的时间延迟。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述小的时间延迟在200毫秒与10秒之间。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
提供对所述夹持力和所述背面气体压力的闭环控制；和
响应于所述闭环控制而最小化所述夹持力。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
调整所述静电吸盘的所述夹持电压，使得所述静电吸盘产生的夹紧力达到目标总夹紧力并保持所述目标总夹紧力。
11.如权利要求1所述的方法，其中以所述最小值施加所述夹持电压进一步包括：
选择所述夹持电压以实现最小力。
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