一種靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置制造方法
【專利摘要】一種靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置，旨在提供一種能夠準(zhǔn)確測量靜電卡盤靜電吸附力大小及晶片脫附時間的裝置，包括真空腔室、靜電卡盤(10)、測量系統(tǒng)(14)和動力系統(tǒng)；所述靜電卡盤設(shè)于真空腔室內(nèi)；所述測量系統(tǒng)設(shè)于真空腔室內(nèi)，所述測量系統(tǒng)位于所述靜電卡盤的下方；所述動力系統(tǒng)安裝在所述真空腔室上，所述動力系統(tǒng)用于帶動測量靜電卡盤移動，使所述測量系統(tǒng)與靜電卡盤產(chǎn)生相對運(yùn)動。傳統(tǒng)的測量方式，由于晶片上方等離子體有效作用面積的損失，導(dǎo)致在等離子體環(huán)境下靜電力測量誤差較大，本測量裝置將力傳感器設(shè)置在晶片的下方，克服了傳統(tǒng)測量方式的缺點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)靜電卡盤裝置的測試。
【專利說明】—種靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體行業(yè)的設(shè)備檢測裝置，具體涉及一種半導(dǎo)體設(shè)備中靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電卡盤是集成電路(IC)制造工藝過程中的核心組件，它利用靜電吸附原理將待加工晶片吸附在其表面并且可以通過背吹氣體來控制晶片表面的溫度，廣泛應(yīng)用于刻蝕(Etching)、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)等工藝。靜電卡盤與傳統(tǒng)的機(jī)械卡盤和真空吸盤相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，它避免了傳統(tǒng)機(jī)械卡盤在使用過程中由于壓力、碰撞等機(jī)械原因?qū)斐刹豢尚迯?fù)的損傷，減少了顆粒污染，增大了晶片的有效加工面積。同時克服了真空吸盤不可以應(yīng)用于低壓環(huán)境的缺陷。
[0003]靜電卡盤的脫附時間以及靜電吸附力大小是靜電卡盤最重要的指標(biāo)之一，他們直接決定靜電卡盤的性能優(yōu)劣以及合格與否，所以精確測量靜電卡盤的脫附時間以及靜電力大小就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的測量裝置采用上拉晶片的方式進(jìn)行靜電力的測量，測量精度較低而且無法測量脫附時間，同時測量裝置會對晶片上方的等離子體分布產(chǎn)生影響，所以傳統(tǒng)的測量裝置無法用于等離子體環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置，可以準(zhǔn)確測量靜電卡盤的脫附時間及靜電吸附力大小，本測量裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中的靜電卡盤測量裝置精度低、無法應(yīng)用于等離子體環(huán)境的缺點(diǎn)，提供一種下拉晶片的方式進(jìn)行靜電力測量的裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠、自動化程度高，具體技術(shù)方案為，
[0005]靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置，其特征在于，包括:
[0006]真空腔室；
[0007]靜電卡盤10 ;所述靜電卡盤設(shè)于真空腔室內(nèi)；
[0008]測量系統(tǒng)14，所述測量系統(tǒng)設(shè)于真空腔室內(nèi)，所述測量系統(tǒng)位于所述靜電卡盤10的下方；
[0009]和動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)安裝在所述真空腔室上，所述動力系統(tǒng)用于帶動測量靜電卡盤移動，使所述測量系統(tǒng)與靜電卡盤產(chǎn)生相對運(yùn)動。
[0010]優(yōu)選的方案為，所述測量系統(tǒng)固定安裝在所述真空腔室內(nèi)的下部；所述動力系統(tǒng)帶動所述靜電卡盤10在靠近所述測量系統(tǒng)和遠(yuǎn)離所述測量系統(tǒng)的方向上移動。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選，所述動力系統(tǒng)包括:
[0012]傳動裝置，所述傳動裝置與所述靜電卡盤連接；
[0013]和驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置連接所述傳動裝置，并通過傳動裝置驅(qū)動真空腔室內(nèi)的靜電卡盤移動。
[0014]優(yōu)選地，所述測量裝置還包括:[0015]膠室支架I，所述膠室支架I適于支撐真空腔室；所述驅(qū)動裝置安裝在所述膠室支架I上，所述驅(qū)動裝置位于真空腔室的下方；
[0016]所述驅(qū)動裝置包括:電機(jī)支座4、垂向電機(jī)5、和用以控制所述垂向電機(jī)5精密運(yùn)動的控制系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選地，所述真空腔室底部設(shè)有安裝孔；
[0018]所述傳動裝置包括:直線軸承3、導(dǎo)向軸固定件6、導(dǎo)向軸7、靜電卡盤連接件9、與所述安裝孔和所述導(dǎo)向軸7相配合的動密封件19 ;導(dǎo)向軸通過動密封軸套實(shí)現(xiàn)與真空腔室底部的動密封；
[0019]所述導(dǎo)向軸7 —端通過導(dǎo)向軸固定件6與所述驅(qū)動裝置連接，另一端通過動密封件19進(jìn)入所述真空腔室內(nèi)，通過所述直線軸承3與所述靜電卡盤連接件9連接，所述靜電卡盤連接件9通過螺栓與靜電卡盤10連接。
[0020]優(yōu)選地，所述測量系統(tǒng)14包括:傳感器基座16、壓力傳感器17、和支撐件18，所述壓力傳感器17安裝在傳感器基座16上，傳感器基座16固定在真空腔室底部，壓力傳感器17上方與所述支撐件18連接，所述支撐件18適于支撐晶片。
[0021]所述支撐件18穿過靜電卡盤10自帶的PIN孔(頂針孔)與晶片接觸，所述支撐件18為頂針或銷。
[0022]本發(fā)明的一個具體實(shí)施方案是，所述測量裝置包括三個以上所述測量系統(tǒng)，所述各個測量系統(tǒng)在真空腔室底部呈圓周等分分布。
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選，所述真空腔室包括腔室殼體12、觀察窗2、功能預(yù)留口和真空獲取裝置；
[0024]所述測量裝置得到的測量數(shù)據(jù)通過真空腔室12上的功能預(yù)留口傳出。
[0025]所述真空獲取裝置包括干泵和分子泵，所述干泵和所述分子泵并聯(lián)連接，通過管道與真空腔室12連接。
[0026]再優(yōu)選地，所述功能預(yù)留口包括數(shù)據(jù)傳輸口 15、等離子輸入口 13以及抽氣孔8 ;所述數(shù)據(jù)傳輸口 15位于腔室底部，壓力傳感器17數(shù)據(jù)輸出線通過數(shù)據(jù)傳輸口 15與腔室外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，其中數(shù)據(jù)傳輸口 15通過靜密封件密封；等離子輸入口 13位于真空腔室頂部中間位置，用于外部等離子體的輸入，通過法蘭盤與外部等離子體輸入管道連接；抽氣孔8位于腔室底部，通過法蘭盤與真空獲取裝置連接，從而利用真空獲取裝置使腔室獲得滿足工藝要求的真空狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為壓力傳感器17的專用數(shù)顯表，它通過放大壓力傳感器17輸入的模擬信號來實(shí)時讀取壓力傳感器17測得的數(shù)值。
[0028]吸附力的測定:本發(fā)明測量裝置在靜電吸附力的測量過程中，測量系統(tǒng)在真空腔室12內(nèi)固定不動，并對靜電卡盤10的運(yùn)動不產(chǎn)生影響。初始狀態(tài)，測量系統(tǒng)與晶片11不接觸，通過垂向電機(jī)5帶動導(dǎo)向軸7,從而帶動靜電卡盤10及晶片11靠近壓力傳感器17的方向運(yùn)動。在靜電卡盤10向下運(yùn)動過程中，由于支撐件18的支撐作用，使得靜電卡盤10與晶片11產(chǎn)生分離運(yùn)動。靜電卡盤向下運(yùn)動過程中，壓力傳感器17測量的數(shù)值逐漸增大，至晶片11和靜電卡盤分離瞬間，壓力傳感器的讀數(shù)突然減小，此區(qū)間內(nèi)壓力傳感器的最大讀數(shù)即為晶片11所受靜電吸附力的數(shù)值。
[0029]脫附時間的測定:本發(fā)明測量裝置在晶片11脫附時間的測量過程中，首先控制系統(tǒng)通過調(diào)控垂直電機(jī)5帶動靜電卡盤10及晶片11向靠近壓力傳感器17的方向運(yùn)動，當(dāng)壓力傳感器17的讀數(shù)略大于晶片11自重時，控制系統(tǒng)調(diào)控垂直電機(jī)5將靜電卡盤10固定。在tl時刻斷開靜電卡盤電源，靜電吸附力逐漸減小。當(dāng)靜電吸附力完全消失時，壓力傳感器的讀數(shù)會突變?yōu)榫?1自重，記錄此時刻t2。則t2-tl即為晶片11的脫附時間。
[0030]本發(fā)明靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置可以在所有半導(dǎo)體工藝中，尤其可適用于等離子體環(huán)境準(zhǔn)確測量靜電卡盤的脫附時間及靜電力大小，對于靜電卡盤的評估及改進(jìn)具有重要的作用。
[0031]本發(fā)明靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置取得的有益效果是:
[0032]1、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，通過高精密的電機(jī)控制以及高精度的壓力傳感器來保證測量精度高；
[0033]2、傳統(tǒng)的測量裝置位于晶片上方，會對晶片上方等離子體的分布存在干擾和遮擋，而本發(fā)明的測量裝置位于晶片的下方，對于晶片上方的等離子體的分布沒有任何影響，可以應(yīng)用于低壓及等離子體環(huán)境；
[0034]3、具有靜電吸附力測量和晶片脫附時間測量兩項(xiàng)功能；
[0035]4、頂針穿過靜電卡盤本體自帶的PIN孔與晶圓接觸，未對靜電卡盤自身功能造成任何破壞；
[0036]5、等分分布的測量系統(tǒng)有利于均勻分散晶片所受支撐力，避免了單個測量系統(tǒng)由于支撐力過大而將晶片頂碎，而且等分分布的測量系統(tǒng)有利于晶圓在與靜電卡盤分離時受力均勻且運(yùn)動方向不發(fā)生偏斜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]本發(fā)明附圖3幅，
[0038]圖1是靜電卡盤測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖2是靜電卡盤測量裝置測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖3是靜電卡盤測量裝置驅(qū)動及傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖1、圖2、圖3中:
[0042]1.腔室支架，2.觀察窗，3.直線軸承，4.電機(jī)支座，5.垂向電機(jī)，6.導(dǎo)向軸固定件，7.導(dǎo)向軸，8.抽氣孔，9.靜電卡盤連接件，10.靜電卡盤，11.晶片，12.腔室殼體，13.等離子輸入口，14.測量系統(tǒng)，15.數(shù)據(jù)傳輸口，16.傳感器基座，17.壓力傳感器，18支撐件，19動密封件。
[0043]其中控制系統(tǒng)未在附圖中示出，其為本領(lǐng)域通用結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0045]實(shí)施例1
[0046]靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置，包括:
[0047]真空腔室；所述真空腔室包括腔室殼體12、觀察窗2、功能預(yù)留口和真空獲取裝置；所述測量裝置得到的測量數(shù)據(jù)通過真空腔室12上的功能預(yù)留口傳出；所述真空獲取裝置包括干泵和分子泵，所述干泵和所述分子泵并聯(lián)連接，通過管道與真空腔室12連接；所述功能預(yù)留口包括數(shù)據(jù)傳輸口 15、等離子輸入口 13以及抽氣孔8 ;所述數(shù)據(jù)傳輸口 15位于腔室底部，壓力傳感器17數(shù)據(jù)輸出線通過數(shù)據(jù)傳輸口 15與腔室外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，其中數(shù)據(jù)傳輸口 15通過靜密封件密封；等離子輸入口 13位于真空腔室頂部中間位置，用于外部等離子體的輸入，通過法蘭盤與外部等離子體輸入管道連接；抽氣孔8位于腔室底部，通過法蘭盤與真空獲取裝置連接，從而利用真空獲取裝置使腔室獲得滿足工藝要求的真空狀態(tài)；真空腔室底部設(shè)有安裝孔；
[0048]靜電卡盤10 ;所述靜電卡盤設(shè)于真空腔室內(nèi)；
[0049]三個以上的測量系統(tǒng)，所述各個測量系統(tǒng)在真空腔室底部呈圓周等分分布測量系統(tǒng)14 ;每個測量系統(tǒng)固定安裝在所述真空腔室內(nèi)的下部，位于所述靜電卡盤10的下方；每個測量系統(tǒng)14包括:傳感器基座16、壓力傳感器17、和支撐件18，所述壓力傳感器17安裝在傳感器基座16上，傳感器基座16固定在真空腔室底部，壓力傳感器17上方與所述支撐件18連接，所述支撐件18適于支撐晶片；支撐件18穿過靜電卡盤10自帶的PIN孔(頂針孔)與晶片接觸，所述支撐件18為頂針或銷；
[0050]膠室支架I，所述膠室支架I適于支撐真空腔室；
[0051]和動力系統(tǒng),所述動力系統(tǒng)安裝在所述真空腔室上,所述動力系統(tǒng)帶動所述靜電卡盤10在靠近所述測量系統(tǒng)和遠(yuǎn)離所述測量系統(tǒng)的方向上移動。
[0052]其中，動力系統(tǒng)包括:
[0053]傳動裝置，所述傳動裝置與所述靜電卡盤連接；傳動裝置包括:直線軸承3、導(dǎo)向軸固定件6、導(dǎo)向軸7、靜電卡盤連接件9、與所述安裝孔和所述導(dǎo)向軸7相配合的動密封件19 ;導(dǎo)向軸通過動密封軸套實(shí)現(xiàn)與真空腔室底部的動密封；導(dǎo)向軸7 —端通過導(dǎo)向軸固定件6與所述驅(qū)動裝置連接，另一端通過動密封件19進(jìn)入所述真空腔室內(nèi)，所述導(dǎo)向軸7 —端通過導(dǎo)向軸固定件6與所述驅(qū)動裝置連接，另一端通過動密封件19進(jìn)入所述真空腔室內(nèi)，通過所述直線軸承3與所述靜電卡盤連接件9連接，所述靜電卡盤連接件9通過螺栓與靜電卡盤10連接,所述靜電卡盤連接件9通過螺栓與靜電卡盤10連接。
[0054]和驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置安裝在所述膠室支架I上，驅(qū)動裝置位于真空腔室的下方；驅(qū)動裝置連接所述傳動裝置，并通過傳動裝置驅(qū)動真空腔室內(nèi)的靜電卡盤移動，驅(qū)動裝置包括:電機(jī)支座4、垂向電機(jī)5、和用以控制所述垂向電機(jī)5精密運(yùn)動的控制系統(tǒng)。
[0055]吸附力的測定:在靜電吸附力大小的測量過程中，首先對啟動真空獲取裝置使腔室內(nèi)部處于真空狀態(tài)，然后對靜電卡盤10通電，使靜電卡盤10完全吸附待加工晶片11，可以通過等離子體輸入口 13向腔室內(nèi)部輸入等離子體，利用控制系統(tǒng)啟動垂向電機(jī)5，垂向電機(jī)5帶動導(dǎo)向軸7上下直線運(yùn)動，由于導(dǎo)向軸7與靜電卡盤本體10通過靜電卡盤連接件9連接，從而使靜電卡盤本體10產(chǎn)生上下運(yùn)動，由于壓力傳感器17在腔室內(nèi)底部固定不動，當(dāng)垂向電機(jī)5帶動靜電卡盤本體10向下運(yùn)動時，由于支撐件18的支撐作用，使得靜電卡盤10與待加工晶片11產(chǎn)生分離，隨著靜電卡盤10的向下移動，壓力傳感器17的讀數(shù)會不斷增大，整個過程中壓力傳感器17的數(shù)值會通過數(shù)據(jù)傳輸口 15傳出，通過腔室外部的控制系統(tǒng)可以實(shí)時讀取壓力傳感器17的數(shù)值，當(dāng)壓力傳感器17對晶片11的支吸附力大于等于靜電卡盤10的吸附力時，晶片11會與靜電卡盤10產(chǎn)生分離，此時壓力傳感器17的讀數(shù)會產(chǎn)生突然下降，則壓力傳感器17的最大值即為靜電卡盤10的靜電吸附力大小。[0056]脫附時間的測定:在晶圓脫附時間的測量過程中，首先對啟動真空獲取裝置使腔室內(nèi)部處于真空狀態(tài)，然后對靜電卡盤10通電，使靜電卡盤10完全吸附待加工晶片11，通過等離子體輸入口 13向腔室內(nèi)部輸入等離子體，利用控制系統(tǒng)啟動垂向電機(jī)5，通過控制系統(tǒng)精密調(diào)整垂向電機(jī)5的位移，使靜電卡盤10與待加工晶片11產(chǎn)生相對分離的趨勢，此時壓力傳感器17產(chǎn)生讀數(shù)，當(dāng)它的讀數(shù)略大于晶片11的自重時，通過控制系統(tǒng)控制垂向電機(jī)5保持對靜電卡盤10的吸附力大小不變，在tl時刻斷開靜電卡盤10的吸附電源，靜電吸附力逐漸消失，當(dāng)靜電吸附力完全消失時，靜電卡盤10對晶片11不再有吸附作用力，此時壓力傳感器17的讀數(shù)會突變?yōu)榫?1的自重，記住壓力傳感器17讀數(shù)突變的時刻t2，則t2-tl即為晶片11的脫附時間。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電卡盤靜電吸附力及脫附時間的測量裝置，其特征在于，包括: 真空腔室； 靜電卡盤(10);所述靜電卡盤設(shè)于真空腔室內(nèi)； 測量系統(tǒng)(14)，所述測量系統(tǒng)設(shè)于真空腔室內(nèi)，所述測量系統(tǒng)位于所述靜電卡盤(10)的下方； 和動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)安裝在所述真空腔室上，所述動力系統(tǒng)用于帶動測量靜電卡盤移動，使所述測量系統(tǒng)與靜電卡盤產(chǎn)生相對運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)固定安裝在所述真空腔室內(nèi)的下部；所述動力系統(tǒng)帶動所述靜電卡盤(10)在靠近所述測量系統(tǒng)和遠(yuǎn)離所述測量系統(tǒng)的方向上移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于， 所述動力系統(tǒng)包括: 傳動裝置，所述傳動裝置與所述靜電卡盤連接； 和驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置連接所述傳動裝置，并通過傳動裝置驅(qū)動真空腔室內(nèi)的靜電卡盤移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括: 腔室支架(1)，所述腔室支架(1)適于支撐真空腔室；所述驅(qū)動裝置安裝在所述腔室支架(1)上，所述驅(qū)動裝置位于真空腔室的下方； 所述驅(qū)動裝置包括:電機(jī)支座(4)、垂向電機(jī)(5)、和用以控制所述垂向電機(jī)(5)精密運(yùn)動的控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求 4所述的測量裝置，其特征在于，所述真空腔室底部設(shè)有安裝孔； 所述傳動裝置包括:直線軸承(3)、導(dǎo)向軸固定件(6)、導(dǎo)向軸(7)、靜電卡盤連接件(9)、與所述安裝孔和所述導(dǎo)向軸(7)相配合的動密封件(19)； 所述導(dǎo)向軸(7) —端通過導(dǎo)向軸固定件(6)與所述驅(qū)動裝置連接，另一端通過動密封件(19)進(jìn)入所述真空腔室內(nèi)，通過所述直線軸承(3)與所述靜電卡盤連接件(9)連接，所述靜電卡盤連接件(9)通過螺栓與靜電卡盤(10)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量系統(tǒng)(14)包括:傳感器基座(16)、壓力傳感器(17)、和支撐件(18)，所述壓力傳感器(17)安裝在傳感器基座(16)上，傳感器基座(16)固定在真空腔室底部，壓力傳感器(17)上方與所述支撐件(18)連接，所述支撐件(18)適于支撐晶片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述支撐件(18)穿過靜電卡盤(10)自帶的PIN孔與晶片接觸，所述支撐件(18)為頂針或銷。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括三個以上所述測量系統(tǒng)，所述各個測量系統(tǒng)在真空腔室底部呈圓周等分分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述真空腔室包括腔室殼體(12)、觀察窗(2)、功能預(yù)留口和真空獲取裝置； 所述測量裝置得到的測量數(shù)據(jù)通過真空腔室(12)上的功能預(yù)留口傳出； 所述真空獲取裝置包括干泵和分子泵，所述干泵和所述分子泵并聯(lián)連接，通過管道與真空腔室(12)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量裝置，其特征在于，所述功能預(yù)留口包括數(shù)據(jù)傳輸口(15)、等離子輸入口(13)以及抽氣孔(8);所述數(shù)據(jù)傳輸口(15)位于腔室底部，壓力傳感器(17)數(shù)據(jù)輸出線通過數(shù)據(jù)傳輸口(15)與腔室外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，其中數(shù)據(jù)傳輸口(15)通過靜密封件密封；等離子輸入口(13)位于真空腔室頂部中間位置，通過法蘭盤與外部等離子體輸 入管道連接，抽氣孔(8)位于腔室底部，通過法蘭盤與真空獲取裝置連接。
【文檔編號】G01L5/00GK103698070SQ201310689053
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】徐登峰, 程嘉, 許巖, 王興闊, 張旭光, 王珂晟, 成榮, 劉濤 申請人:北京華卓精科科技有限公司