一種靜電卡盤基本性能檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了集成電路制造領(lǐng)域的一種靜電卡盤基本性能檢測裝置。所述裝置由驅(qū)動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、溫度測量裝置、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。本裝置實現(xiàn)了靜電力大小測量、晶圓脫附時間測量和晶圓表面溫度測量三項功能的綜合集成；原理簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，可有效節(jié)省空間；適應(yīng)性廣，可用于等離子體環(huán)境中，能有效保證真空腔室的密封性；操作方便，不會造成晶圓變形和破損，測量精度高。
【專利說明】一種靜電卡盤基本性能檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型屬于集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種靜電卡盤基本性能檢測裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]當前在集成電路(IC)制造的過程中，廣泛采用靜電卡盤設(shè)備，靜電卡盤利用靜電吸附原理將待加工晶圓吸附在其表面，并可通過背吹氣體來控制晶圓表面的溫度。它通常放置在真空工藝腔室底部，一般包含基座和基座上面的介電層，晶圓置于由導熱性好的陶瓷制成的介電層之上，給埋設(shè)在介電層中的電極接入直流電源，介電層表面會產(chǎn)生極化電荷，進而在晶圓表面的相應(yīng)位置感生出異性極化電荷，通過這種在介電層和晶圓之間形成的庫侖力或J-R力，將晶圓牢牢吸附固定在靜電卡盤上。同時，在靜電卡盤中通入惰性氣體如氦氣，使其均勻分散到靜電卡盤上表面，利用氦氣背吹實現(xiàn)晶圓和靜電卡盤的熱交換，再由靜電卡盤內(nèi)部的循環(huán)冷卻水將熱量帶走，最終起到調(diào)節(jié)晶圓溫度的目的。另一方面，晶圓在加工完成后，需要及時解除吸附狀態(tài)(脫附)，一般當斷開直流電源后，由于殘余電荷的存在，靜電力并不能立刻消失，此時晶圓若被頂針頂起或被機械手抓取，很容易發(fā)生破裂，故脫附時間應(yīng)盡量短。
[0003]因此，靜電卡盤的靜電吸附力、晶圓脫附時間和晶圓溫度成為靜電卡盤重要的性能指標。靜電力過小，不能平衡背吹氣體壓力，無法固定晶圓；靜電力過大，一則延長了脫附時間，使生產(chǎn)效率降低，二則對充盈在晶圓與靜電卡盤間隙中的氦氣背吹產(chǎn)生影響，間接影響到對晶圓的溫控效果。而工藝過程對晶圓溫度的要求很嚴格，溫度高低及其均勻性直接關(guān)系到產(chǎn)品的最終加工質(zhì)量和良品率。所以，準確地測定出靜電卡盤的靜電力大小、晶圓脫附時間以及晶圓溫度分布狀況，就顯得十分必要。
[0004]現(xiàn)有的檢測裝置普遍采用豎直向上提拉晶圓的方式進行靜電力的測量，但由于晶圓面積較大，在提拉過程中往往受力不均而出現(xiàn)局部先行脫附的現(xiàn)象，難以保證晶圓整體均勻脫附，不僅會使測量誤差增大，還容易造成晶圓變形甚至破裂。同時，晶圓上方的傳動部件遮擋了真空腔室中等離子體的一部分作用面積，影響了晶圓上方的鞘層分布，也會加大測量誤差。此外，傳動部件與腔室上壁通常為動密封方式，密封效果往往滿足不了腔室高真空度的要求。還有，現(xiàn)有的檢測裝置無法同時測量靜電吸附力、晶圓脫附時間和晶圓溫度這三項基本性能指標，應(yīng)用范圍具有較大局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有靜電卡盤檢測裝置測量誤差大、易損傷晶圓、腔室密封性不佳、無法應(yīng)用于等離子體環(huán)境等不足，本實用新型提出了一種靜電卡盤基本性能檢測裝置。
[0006]一種靜電卡盤基本性能檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括驅(qū)動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述驅(qū)動裝置包括氣泵、氣缸和氣動控制裝置；所述氣動控制裝置包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥；
[0007]其中，所述氣泵置于真空腔室外，固定在實驗臺面上，氣泵的兩根氣管從真空腔室的側(cè)壁穿過，與氣缸上的對應(yīng)接口相連；所述氣缸固定在真空腔室內(nèi)部的底座上；所述氣缸的活塞桿與拉力傳感器相聯(lián)；所述壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥安裝在氣泵和氣缸之間的管路上；
[0008]所述傳動裝置、拉力傳感器和靜電卡盤安裝于真空腔室內(nèi)；所述傳動裝置分別與所述拉力傳感器與晶圓相連接；所述靜電卡盤安裝在真空腔室底部；
[0009]所述真空獲得裝置位于真空腔室下方，通過法蘭盤與真空腔室底部的真空抽氣孔連接；所述真空獲得裝置包括機械泵和分子泵；
[0010]所述溫度測量裝置位于真空腔室外；所述溫度測量裝置包括紅外測溫儀及紅外測溫儀支架，紅外測溫儀固定在紅外測溫儀支架上，紅外測溫儀支架安裝于實驗臺上；
[0011]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過通用快速接口分別與拉力傳感器和溫度測量裝置的電纜線連接。
[0012]所述驅(qū)動裝置還包括密封塊和氣缸支架；所述氣泵的兩根氣管與真空腔室側(cè)壁之間通過密封塊實現(xiàn)靜密封；所述氣缸通過氣缸支架固定在真空腔室內(nèi)部的底座上。
[0013]所述傳動裝置包括連接塊和粘結(jié)環(huán)；所述連接塊的外伸軸與拉力傳感器相聯(lián)，連接塊通過螺栓與粘結(jié)環(huán)連接固定；所述粘結(jié)環(huán)包括上粘結(jié)環(huán)和下粘結(jié)環(huán)兩部分，通過均勻涂膠的方式，分別與晶圓的上表面邊緣一段、側(cè)面一段和下表面邊緣一段粘結(jié)。
[0014]所述真空腔室包括上蓋板、真空計、遠程等離子體輸入口、觀察窗、溫度采集窗口和線纜管路傳輸端口 ；其中，所述上蓋板與真空腔室體之間通過卡箍控制上蓋板開啟和關(guān)閉，上蓋板與真空腔室體之間通過密封圈實現(xiàn)靜密封；所述真空計安裝在真空腔室外部側(cè)壁；所述遠程等離子體輸入口位于上蓋板的中央；所述觀察窗位于真空腔室側(cè)壁；所述溫度采集窗口安裝于真空腔室側(cè)壁；所述線纜管路傳輸端口位于真空腔室底部。
[0015]所述密封圈采用O型密封圈。
[0016]所述拉力傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線、靜電卡盤的電源線纜和靜電卡盤的背吹氣體管路從線纜管路傳輸端口引出。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1.本靜電卡盤檢測裝置實現(xiàn)了靜電力大小測量、晶圓脫附時間測量和晶圓表面溫度測量等三項功能的綜合集成；
[0019]2.本靜電卡盤檢測裝置原理簡單、操作方便、測量精度高；
[0020]3.本靜電卡盤檢測裝置中的氣缸活塞桿行程很小，因而結(jié)構(gòu)緊湊，可有效節(jié)省空間；
[0021]4.本靜電卡盤檢測裝置避免了現(xiàn)有的向上提拉式檢測裝置對晶圓上方的等離子體遮擋，可應(yīng)用于等離子體環(huán)境中；
[0022]5.本靜電卡盤檢測裝置所有密封部位均為靜密封，克服了現(xiàn)有檢測裝置由于傳動部分采用動密封而帶來的腔室密封性難以達到要求的弊端；
[0023]6.本靜電卡盤檢測裝置消除了現(xiàn)有檢測方法易造成晶圓變形或碎裂的可能性，整個測量過程晶圓保持平坦。【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置驅(qū)動及傳動裝置示意圖；
[0027]其中，1-上蓋板；2-卡箍；3_密封塊；4-氣管；5-氣泵；6_觀察窗；7_分子泵；8-機械泵；9-實驗臺；10-紅外測溫儀支架；11-紅外測溫儀；12-溫度采集窗口 ；13_遠程等離子體輸入口 ；14_晶圓；15_氣缸；16-氣缸支架；17-線纜管路傳輸端口 ； 18-真空抽氣孔；19-靜電卡盤；20_真空計；21_粘結(jié)環(huán)；22_拉力傳感器；23_氣缸的活塞桿；24_連接塊。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0029]圖1?圖3分別為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置外部結(jié)構(gòu)示意圖、靜電卡盤檢測裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖、靜電卡盤檢測裝置驅(qū)動及傳動裝置示意圖。一種靜電卡盤基本性能檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括驅(qū)動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述驅(qū)動裝置包括氣泵5、氣缸15和氣動控制裝置；所述氣動控制裝置包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥；
[0030]其中，所述氣泵5置于真空腔室外，固定在實驗臺9面上，氣泵5的兩根氣管4從真空腔室的側(cè)壁穿過，與氣缸5上的對應(yīng)接口相連；所述氣缸5固定在真空腔室內(nèi)部的底座上；所述氣缸的活塞桿23與拉力傳感器22相聯(lián)；所述壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥安裝在氣泵和氣缸之間的管路上；
[0031]所述傳動裝置、拉力傳感器22和靜電卡盤19安裝于真空腔室內(nèi)；所述傳動裝置分別與所述拉力傳感器22與晶圓14相連接；所述靜電卡盤19安裝在真空腔室底部；
[0032]所述真空獲得裝置位于真空腔室下方，通過法蘭盤與真空腔室底部的真空抽氣孔18連接；所述真空獲得裝置包括機械泵8和分子泵7 ；
[0033]所述溫度測量裝置位于真空腔室外；所述溫度測量裝置包括紅外測溫儀11及紅外測溫儀支架10，紅外測溫儀11固定在紅外測溫儀支架10上，紅外測溫儀支架10安裝于實驗臺上；
[0034]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過通用快速接口分別與拉力傳感器22和溫度測量裝置的電纜線連接，用于實時采集和讀取拉力傳感器和溫度測量裝置的拉力大小和溫度數(shù)值。
[0035]所述驅(qū)動裝置還包括密封塊3和氣缸支架16 ;所述氣泵5的兩根氣管4與真空腔室側(cè)壁之間通過密封塊3實現(xiàn)靜密封；所述氣缸5通過氣缸支架16固定在真空腔室內(nèi)部的底座上。
[0036]所述傳動裝置包括連接塊24和粘結(jié)環(huán)21 ;所述連接塊24的外伸軸與拉力傳感器22相聯(lián)，連接塊24通過螺栓與粘結(jié)環(huán)21連接固定；所述粘結(jié)環(huán)21包括上粘結(jié)環(huán)和下粘結(jié)環(huán)兩部分，通過均勻涂膠的方式，分別與晶圓14的上表面邊緣一段、側(cè)面一段和下表面邊緣一段粘結(jié)；使驅(qū)動裝置的輸出拉力在晶圓14上分散開來，避免晶圓14局部受力過大而破損。[0037]所述真空腔室包括上蓋板1、真空計20、遠程等離子體輸入口 13、觀察窗6、溫度采集窗口 12和線纜管路傳輸端口 17 ;其中，所述上蓋板I與真空腔室體之間通過卡箍2控制上蓋板I快速開啟和關(guān)閉，上蓋板I與真空腔室體之間通過O型密封圈實現(xiàn)靜密封；所述真空計20安裝在真空腔室外部側(cè)壁，用于實時監(jiān)測腔室內(nèi)的真空度；所述遠程等離子體輸入口 13位于上蓋板I的中央；有利于等離子體快速、均勻地充滿整個腔室；所述觀察窗6位于真空腔室側(cè)壁；所述溫度采集窗口 12安裝于真空腔室側(cè)壁，實現(xiàn)溫度測量裝置通過該窗口對晶圓14表面各點溫度數(shù)值進行采集和讀取；所述線纜管路傳輸端口 13位于真空腔室底部。
[0038]所述拉力傳感器22的數(shù)據(jù)傳輸線、靜電卡盤19的電源線纜和靜電卡盤19的背吹氣體管路從線纜管路傳輸端口 13引出。
[0039]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種靜電卡盤基本性能檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括驅(qū)動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述驅(qū)動裝置包括氣泵、氣缸和氣動控制轉(zhuǎn)置；所述氣動控制裝置包括壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥； 其中，所述氣泵置于真空腔室外，固定在實驗臺面上，氣泵的兩根氣管從真空腔室的側(cè)壁穿過，與氣缸上的對應(yīng)接口相連；所述氣缸固定在真空腔室內(nèi)部的底座上；所述氣缸的活塞桿與拉力傳感器相聯(lián)；所述壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥安裝在氣泵和氣缸之間的管路上； 所述傳動裝置、拉力傳感器和靜電卡盤安裝于真空腔室內(nèi)；所述傳動裝置分別與所述拉力傳感器與晶圓相連接；所述靜電卡盤安裝在真空腔室底部； 所述真空獲得裝置位于真空腔室下方，通過法蘭盤與真空腔室底部的真空抽氣孔連接；所述真空獲得裝置包括機械泵和分子泵； 所述溫度測量裝置位于真空腔室外；所述溫度測量裝置包括紅外測溫儀及紅外測溫儀支架，紅外測溫儀固定在紅外測溫儀支架上，紅外測溫儀支架安裝于實驗臺上； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過通用快速接口分別與拉力傳感器和溫度測量裝置的電纜線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置還包括密封塊和氣缸支架；所述氣泵的兩根氣管與真空腔室側(cè)壁之間通過密封塊實現(xiàn)靜密封；所述氣缸通過氣缸支架固定在真空腔室內(nèi)部的底座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳動裝置包括連接塊和粘結(jié)環(huán)；所述連接塊的外伸軸與拉力傳感器相聯(lián)，連接塊通過螺栓與粘結(jié)環(huán)連接固定；所述粘結(jié)環(huán)包括上粘結(jié)環(huán)和下粘結(jié)環(huán)兩部分，通過均勻涂膠的方式，分別與晶圓的上表面邊緣一段、側(cè)面一段和下表面邊緣一段粘結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述真空腔室包括上蓋板、真空計、遠程等離子體輸入口、觀察窗、溫度采集窗口和線纜管路傳輸端口；其中，所述上蓋板與真空腔室體之間通過卡箍控制上蓋板開啟和關(guān)閉，上蓋板與真空腔室體之間通過密封圈實現(xiàn)靜密封；所述真空計安裝在真空腔室外部側(cè)壁；所述遠程等離子體輸入口位于上蓋板的中央；所述觀察窗位于真空腔室側(cè)壁；所述溫度采集窗口安裝于真空腔室側(cè)壁；所述線纜管路傳輸端口位于真空腔室底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述密封圈采用O型密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述拉力傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線、靜電卡盤的電源線纜和靜電卡盤的背吹氣體管路從線纜管路傳輸端口引出。
【文檔編號】G01L5/00GK203657947SQ201320800730
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】程嘉, 王珂晟, 王興闊, 季林紅, 朱曉瑩 申請人:清華大學