CN103376176B - 测量静电卡盘的静电力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量静电卡盘的静电力的装置，包括：真空腔体、静电卡盘、测力传感器、动力装置和测距传感器。具体而言，所述静电卡盘设在所述真空腔体内；所述测力传感器在靠近所述静电卡盘和远离所述静电卡盘的方向上可移动地设在所述真空腔体内，且所述测力传感器适于连接晶片；所述动力装置设在所述真空腔体上，且所述动力装置与所述测力传感器相连；所述测距传感器设在所述真空腔体内。根据本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，可以获得更加完整精确的数据。在采用静电卡盘生产集成电路的过程中，可以有效的调节静电力，从而提高生产效率和质量。

Description

测量静电卡盘的静电力的装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造设备设计技术领域，特别涉及一种测量静电卡盘的静电力的装置。

背景技术

静电卡盘（electrostatic chuck，简称ESC或E-chuck）是刻蚀、光刻、PVD、CVD、离子注入等IC制造工艺中的一个通用部件，其核心功能是通过内部的静电电极产生静电力，将晶片均匀吸附在其上表面，以进行IC工艺过程。静电卡盘所产生的静电力大小及分布情况影响着晶片的平坦度和温度分布，从而对IC工艺性能造成较大影响，因此静电力大小及分布情况的检测在工艺过程的优化与控制中是不可缺少的一部分。需要为静电卡盘设计出一套功能检测设备，用于测量晶片在吸附状态下所受静电力的大小，以改善工艺性能，保证较高的晶片生产质量。

晶片与静电卡盘上表面之间的间隙值为微米量级，是决定静电力大小的一个重要参数，理论上静电力大小与间隙值的平方成反比例关系。要得到晶片处于正常吸附状态时的静电力大小，必须提出用以判别晶片吸附、脱附两种状态的合理依据。脱附的本质是，晶片所受静电力小于某一个值，不足以将晶片可靠地吸附在静电卡盘上，但对于这个阈值的判定依据目前还没有明确的规定或统一的共识。

国内外已有的测量装置，均是以某种方式给晶片施加外力使其脱附，通过直接观察或者传感器探测，在某一时刻间隙值达到预设值，则认为晶片成功脱附，此时所施加的外力即为晶片在工艺过程中所受静电力的大小。但静电力随间隙的增大而逐渐、平滑地减小，并非突变减小到零或某个小值，因此采用该判据是模棱两可、非常粗糙的，无法保证测量结果即为晶片在吸附状态下所受静电力的大小。

为此，本发明提出的测量装置，其目的并不在于测量出某一时刻的静电力大小，而是获得静电力大小随间隙大小变化的关系，从而找到工艺过程中的静电力最优值，据此可对静电卡盘的功能机理展开更加深入的研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、检测方便且精度高的测量静电卡盘的静电力的装置。

根据本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，包括：真空腔体、静电卡盘、测力传感器、动力装置和测距传感器。具体而言，所述静电卡盘设在所述真空腔体内；所述测力传感器在靠近所述静电卡盘和远离所述静电卡盘的方向上可移动地设在所述真空腔体内，且所述测力传感器适于连接晶片；所述动力装置设在所述真空腔体上，且所述动力装置与所述测力传感器相连；所述测距传感器设在所述真空腔体内。

根据本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，具有测力传感器与测距传感器，可以通过测力传感器检测静电卡盘对晶片的静电力，而通过测距传感器检测晶片与静电卡盘之间的间距或间距的变化，从而得出静电力与距离之间的关系，可以获得更加完整精确的数据。在采用静电卡盘生产集成电路的过程中，可以有效的调节静电力，从而提高生产效率和质量。

另外，根据本发明上述实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述静电卡盘设在所述真空腔体内的底部，且所述动力装置设在所述真空腔体的顶部。由此，传感器探头布置于晶片上方，实现无损检测，得到更符合实际工艺过程的结果。静电卡盘从腔室底部进行安装，以容纳和保护静电卡盘底部与氦气提供装置、射频电源、静电电源等辅助装置的管道或电缆连接，并且易于保证静电卡盘的安装位置精度，便于更换和拆卸。

根据本发明的一个实施例，所述真空腔体的底壁上设有安装孔，所述静电卡盘上设有与所述安装孔配合以封闭所述安装孔的安装法兰。由此，便于安装静电卡盘，提高了装置的装配效率。

根据本发明的一个实施例，所述安装法兰与所述真空腔体通过螺栓连接。由此，进一步地提高了安装效率，且便于安装和拆卸，便于静电卡盘的更换或维护。

根据本发明的一个实施例，所述动力装置包括直线电机，所述真空腔体的顶壁上设有支架，所述直线电机设在所述支架上，且所述直线电机的输出轴伸入所述真空腔体与所述测力传感器相连。由此，采用直线电机直接带动晶片，避免了中间传动机构可能引起的误差与晶片脱附不均匀情况，同时结构紧凑，所需空间小，将晶片与静电卡盘上表面的间隙转化为晶片在运动过程中的竖直位移来进行测量。

根据本发明的一个实施例，所述直线电机的输出轴与所述真空腔体之间设有磁流体密封圈。由此，便于真空腔体的密封。

根据本发明的一个实施例，所述测力传感器上设有适于连接晶片的吸盘。由此，便于安装晶片，使晶片稳定，提高了测量装置的稳定性。

根据本发明的一个实施例，所述真空腔体上设有观察窗。由此，能够随时观察测量过程，确保测量结果正确性与晶片不受损坏。

根据本发明的一个实施例，所述真空腔体的前端敞开并由所述观察窗封闭。由此，进一步地便于观察。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的一个实施例的测量静电卡盘的静电力的装置的示意图；

图2是本发明的一个实施例的测量静电卡盘的静电力的装置的主视图；

图3是本发明的一个实施例的测量静电卡盘的静电力的装置的真空腔体的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，包括：真空腔体1、静电卡盘2、测力传感器4、动力装置和测距传感器（未示出）。

具体而言，静电卡盘2设在真空腔体1内。测力传感器4在靠近静电卡盘2和远离静电卡盘2的方向（即如图2所示的沿向下的方向）上可移动地设在真空腔体1内，且测力传感器4适于连接晶片。所述动力装置设在真空腔体1上，且所述动力装置与测力传感器4相连。所述测距传感器设在真空腔体1内。其中，测力传感器4用于检测待测的晶片受到的静电卡盘2的静电力，测距传感器用于检测晶片与静电卡盘2之间间隙的变化，动力装置用于改变待测晶片与静电卡盘2之间的间距。

根据本发明实施例的测量静电卡盘的静电力的装置，具有测力传感器4与测距传感器，可以通过测力传感器4检测静电卡盘2对晶片的静电力，而通过测距传感器检测晶片与静电卡盘2之间的间距或间距的变化，从而得出静电力与距离之间的关系，可以获得更加完整精确的数据。在采用静电卡盘2生产集成电路的过程中，可以有效的调节静电力，从而提高生产效率和质量。

如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例，静电卡盘2设在真空腔体1内的底部（即如图2所示向下的方向），且所述动力装置设在真空腔体1的顶部（即如图2所示向上的方向）。由此，传感器探头布置于晶片上方，实现无损检测，得到更符合实际工艺过程的结果。静电卡盘从腔室底部进行安装，以容纳和保护静电卡盘底部与氦气提供装置、射频电源、静电电源等辅助装置的管道或电缆连接，并且易于保证静电卡盘的安装位置精度，便于更换和拆卸。

有利地，真空腔体1的底壁（即如图3所示的向下方向的壁）上设有安装孔9，静电卡盘2上设有与安装孔9配合以封闭安装孔9的安装法兰12。由此，便于安装静电卡盘2，提高了装置的装配效率。

进一步地，所述安装法兰与真空腔体1通过螺栓连接。由此，进一步地提高了安装效率，且便于安装和拆卸，便于静电卡盘2的更换或维护。

有利地，如图2所示，所述动力装置包括直线电机，真空腔体1的顶壁上设有支架7，所述直线电机设在支架7上，且所述直线电机的输出轴3伸入真空腔体1与测力传感器4相连。由此，采用直线电机直接带动晶片，避免了中间传动机构可能引起的误差与晶片脱附不均匀情况，同时结构紧凑，所需空间小，将晶片与静电卡盘上表面的间隙转化为晶片在运动过程中的竖直位移来进行测量。

进一步地，所述直线电机的输出轴3与真空腔体1之间设有磁流体密封圈。由此，便于真空腔体1的密封。

有利地，测力传感器4上设有适于连接晶片的吸盘6。由此，便于安装晶片，使晶片稳定，提高了测量装置的稳定性。

根据本发明的一个实施例，真空腔体1上设有观察窗。由此，能够随时观察测量过程，确保测量结果正确性与晶片不受损坏。

进一步地，真空腔体1的前端（即如图3所示的向前的一端）敞开并由所述观察窗封闭。由此，进一步地便于观察。

此外，本发明中的大多数元件均采用标准元件，保证性能、节约成本。

下面参照附图向下描述本发明的一个具体实施例的测量静电卡盘的静电力的装置。

如图1所示的用于测量静电卡盘的静电力的装置，包括真空腔体1、静电卡盘2、动力装置、测力传感器4、测距传感器与相应的真空获得装置。

如图2所示的用于测量静电卡盘的静电力的装置，包括直线电机及其输出轴3、测力传感器4、杆端球面接头5与吸盘6组成。1为腔室，2为静电卡盘。直线电机固定于支架7上，支架7固定于腔室1顶部，直线电机的输出轴3穿过真空腔体1的顶孔13伸入腔室1内，并通过测力传感器4、杆端球面接头5与吸盘6连接，使用绝缘胶将晶片均匀粘贴于吸盘6底部。测力传感器4采用具有螺纹连接结构的拉力传感器，安装于直线电机的输出轴3与杆端球面接头5之间。

如图3所示的用于测量静电卡盘的静电力的装置，具有观察窗的安装面8、安装孔9、电穿通密封件安装孔10、顶孔11、真空管道安装孔、测距传感器安装面等结构。观察窗通过螺纹连接固定于安装面8上，可拆卸。静电卡盘2置于安装法兰上，其底部的管道或电缆通过安装法兰的中心孔与外部的氦气提供装置、射频电源、静电电源等辅助装置相连接。安装法兰与安装底孔9采用螺栓连接固定，便于更换被测的静电卡盘。电穿通密封件与真空管道均通过螺栓连接固定于腔室上对应的安装孔10。测距传感器安装面位于腔室1内部的静电卡盘上方，以检测晶片的竖直位移，不会对晶片的运动造成干涉。

测距传感器与测力传感器4的电缆均通过电穿通密封件与外部控制系统相连接，以保证腔室内部的真空度。直线电机的输出轴3与腔室顶孔11之间的往复动密封、观察窗与腔室之间的静密封均采用O形圈密封方式。腔室底面与快拆法兰之间的静密封、腔室侧壁与真空管道法兰之间的静密封均采用垫片密封方式。

本发明的测量环境为无等离子体真空腔，综合考虑了静电场、热场、射频电场等物理场对静电力的影响因素。测量装置包括动力装置、测量传感系统、真空腔体1及真空密封结构等。

真空腔体1主体外形为方形箱体，透明观察窗安装于腔室前面，通过密封圈保证真空密封。静电卡盘2从腔室底部进行安装，通过螺栓连接将支承静电卡盘2的安装法兰固定在真空腔体1底部，易于保证静电卡盘2的安装位置精度，便于更换和拆卸。

动力装置安装于真空腔体1顶部，动力装置包括直线电机，直线电机的输出轴3穿过真空腔体1的顶壁伸入真空腔体1内，直线电机的输出轴3的下端通过杆端球面接头5与吸盘6连接，晶片通过绝缘胶站在吸盘6底部，管状的直线电机带动输出轴3从而向上缓慢提拉晶片，杆端球面接头5能够调节或补偿晶片与输出轴3的位置误差。

真空获得装置位于真空腔体1的一侧，采用干机械泵与分子泵两级真空泵，通过管道与真空腔体1内部连通并密封。

测距传感器布置于真空腔体1内，通过测量晶片位移而间接得到不同时刻的间隙值。测力传感器4布置于传动装置中，安装于直线电机的输出轴3与杆端球面接头5之间，测力传感器4的采样频率与测距传感器的采样频率一致，以测量对应时刻的静电力大小。传感器电缆均通过安装于真空腔体1的电穿通密封件与腔室外部的控制器进行信号传输。

另外，可结合静电卡盘温控技术等方面的研究，安装其他测试仪器，以实现温度分布、平坦度等指标的测量，及时掌握并调整静电卡盘的工作状态与性能，提高硅片生产的良品率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，包括：

真空腔体；

静电卡盘，所述静电卡盘设在所述真空腔体内；

测力传感器，所述测力传感器在靠近所述静电卡盘和远离所述静电卡盘的方向上可移动地设在所述真空腔体内，且所述测力传感器适于连接晶片；

动力装置，所述动力装置设在所述真空腔体上，且所述动力装置与所述测力传感器相连；和

测距传感器，所述测距传感器设在所述真空腔体内。

2.根据权利要求1所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述静电卡盘设在所述真空腔体内的底部，且所述动力装置设在所述真空腔体的顶部。

3.根据权利要求2所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述真空腔体的底壁上设有安装孔，所述静电卡盘上设有与所述安装孔配合以封闭所述安装孔的安装法兰。

4.根据权利要求3所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述安装法兰与所述真空腔体通过螺栓连接。

5.根据权利要求2所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述动力装置包括直线电机，所述真空腔体的顶壁上设有支架，所述直线电机设在所述支架上，且所述直线电机的输出轴伸入所述真空腔体与所述测力传感器相连。

6.根据权利要求5所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述直线电机的输出轴与所述真空腔体之间设有磁流体密封圈。

7.根据权利要求1所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述测力传感器上设有适于连接晶片的吸盘。

8.根据权利要求1所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述真空腔体上设有观察窗。

9.根据权利要求8所述的测量静电卡盘的静电力的装置，其特征在于，所述真空腔体的前端敞开并由所述观察窗封闭。