CN111323460A - 感测元件及应用其对静电吸附卡盘进行检测的方法 - Google Patents

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Abstract

一种感测元件，其用于检测静电吸附卡盘表面的平整度或表面电荷分布，其包括：顶层、与所述顶层相对设置的底层以及设置在所述顶层和所述底层之间的感测层。所述感测层包括多个第一电极和与所述多个第一电极电性绝缘设置的多个第二电极，每一个第一电极与所述多个第二电极相交以形成电容。本发明还提供应用上述感测元件进行检测静电吸附卡盘的物理特性的方法。通过使用所述感测元件，可以有效了解静电吸附卡盘的物理特性。

Description

感测元件及应用其对静电吸附卡盘进行检测的方法
技术领域
本发明涉及一种感测元件及应用其进行检测静电吸附卡盘的表面平整度和表面电荷分布的方法。
背景技术
为制造集成电路，半导体晶片通常需要进行许多加工处理步骤。例如，等离子体增强的半导体加工工艺通常用于蚀刻、氧化、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)等。等离子体增强的半导体工艺通常使用等离子体处理系统来执行，并且等离子体处理系统通常包括等离子体处理室。常规的等离子体处理室通常包括静电吸附卡盘，以将晶片(例如硅晶片或衬底)固定在适当的位置以对其进行加工处理。静电吸附卡盘利用静电力将晶片固定在卡盘上。
图1示出了用于夹持晶片102的示例性静电吸附卡盘(Electrostatic Chuck，简称ESC)104的截面图。静电吸附卡盘104包括介电层106、介电层110以及电极层108。电极层108设置在介电层106和介电层110之间，并且包括双电极，即一对间隔设置的电极108A和电极108B。电极108A和电极108B分别连接电源112的正极和负极。因此，电极108A为正电势，而电极108B为负电势。电极108A和电极108B的电势会导致与介电层106和介电层110的相邻表面区域中形成感应电荷。例如，在位于电极108A上方的介电层106的底表面区域116上感应有负电荷。另一方面，在介电层106与底表面区域116相对的上表面区域118处感应有正电荷。类似地，在设置在电极108B上方的介电层106的底表面区域120上感应有正电荷。负电荷在介电层106的相对顶表面区域122上累积。介电层106的顶表面区域118和122上的正电荷和负电荷又引起晶片102的底表面区域124和126上积累电荷。介电层106和晶片102之间的感应电势产生静电力，该静电力使晶片102被固定在静电吸附卡盘104上。在晶片102被固定后，等离子体源气体被释放进入晶片102上方的等离子体区域128，以进行等离子体处理，例如蚀刻、气相沉积、溅射等，直到达到期望的蚀刻或沉积程度。因此，静电吸附卡盘的平整度和表面电荷的均匀分布对于晶片的固定至关重要。如图2A和2B所示，静电吸附卡盘表面上的隆起或颗粒或表面电荷分布不均匀均会导致晶片倾斜或移位，从而导致晶片的缺陷。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种感测元件，其可有效检测静电吸附卡盘表面的平整度或表面电荷分布是否均匀。
一种感测元件，其用于检测静电吸附卡盘表面的平整度或表面电荷分布是否均匀，其包括：
顶层；
底层，与所述顶层相对设置；以及
感测层，设置在所述顶层和所述底层之间，所述感测层包括多个第一电极和与所述多个第一电极电性绝缘设置的多个第二电极，每一个第一电极与所述多个第二电极相交以形成电容。
本发明还提供一种检测静电吸附卡盘表面的平整度的方法，其包括：
提供上述的感测元件；以及
将感测元件放置于静电吸附卡盘的表面，依据静电吸附卡盘不平整处第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘平整处的第一电极和第二电极之间的电容值，判断检测静电吸附卡盘的表面是否平整。
本发明还提供一种检测静电吸附卡盘的表面电荷分布的方法，其包括：
提供上述的感测元件；以及
将感测元件放置于静电吸附卡盘的表面，依据静电吸附卡盘表面电荷分布密或松的区域第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘其他区域的第一电极和第二电极之间的电容值，判断静电吸附卡盘表面电荷分布是否均匀。
通过使用所述感测元件，可以有效了解静电吸附卡盘的物理特性(表面平整度或表面电荷分布是否均匀)，避免晶片放置在不合格的静电吸附卡盘上进行加工而导致更多的缺陷和损失。
附图说明
图1是现有技术静电吸附卡盘的剖面示意图。
图2A和图2B是现有技术静电吸附卡盘与晶片配合的示意图。
图3是感测元件的示意图。
图4是感测元件的分解示意图。
图5是感测元件的剖面示意图。
图6是感测元件中的电极的图案示意图。
图7是感测元件的工作示意图。
图8是感测元件的工作另一示意图。
主要元件符号说明
感测元件 100
顶层 110
底层 140
感测层 130
第一电极 131
第二电极 132
第一子电极 1311
第二子电极 1321
绝缘层 133
附加绝缘层 120
静电吸附卡盘 200、104
晶片 102
介电层 106、110
电极层 10
电极 108A、108B
底表面区域 120、116、124、126
顶表面区域 122、118
等离子体区域 128
具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
附图中示出了本发明的实施例，本发明可以通过多种不同形式实现，而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明更为全面和完整的公开，并使本领域的技术人员更充分地了解本发明的范围。为了清晰可见，在图中，层和区域的尺寸被放大了。
请参阅图3，本发明提供一种感测元件100，其用于检测静电吸附卡盘的表面平整度和表面电荷分布情况。该感测元件100为薄片状。感测元件100的形状主要配合静电吸附卡盘的形状以能覆盖在静电吸附卡盘上。本实施例中，感测元件100为圆形，但不限于圆形还可以为其他的形状。
请一并参阅图4和图5，该感测元件100包括顶层110、与所述顶层110相对设置的底层140以及设置在所述顶层110和所述底层140之间的感测层130。所述感测层130包括多个第一电极131和与所述多个第一电极131电性绝缘的多个第二电极132。
如图6所示，每一个第一电极131沿第一方向延伸成长条状，多个第一电极131平行且间隔设置。每一个第二电极132沿第二方向延伸成长条状，多个第二电极132平行且间隔设置。所述第一方向与所述第二方向相交。本实施例中，第一方向垂直于第二方向。每一个第一电极131与所述多个第二电极132相交以在交叉处形成电容。每一个第一电极131包括沿第一方向依次排布且电性连接的多个第一子电极1311，每一个第二电极132包括沿第二方向依次排布且电性连接的多个第二子电极1321。如图6所示，每一个第一子电极1311和每一个第二子电极1321均为菱形块状。可以理解的，第一电极131和第二电极132的形状不限于图6所示，还可以为其他的各种形状。
所述顶层110的材质为半导体材料，例如晶体硅或锗。一实施例中，所述顶层110为硅层。另一个实施例中，所述顶层110由陶瓷或石英制成。所述顶层110的厚度在0.05μm至50μm的范围内。所述底层140的材质可为硅、陶瓷或石英。所述底层140的厚度在0.05μm至50μm的范围内。
第一电极131和第二电极132的材质可为金属，例如选自铜、钨、铝、镍、铬、银、铂、锡、钼、镁、钯、钽等中的至少一种。为了获得较高的导电性或较高的生产率，第一电极131和第二电极132的材质优选铜或铝。第一电极131和第二电极132可以是相同的材料或不同的材料。
当第一电极131和第二电极132具有不同的电势时，第一电极131和第二电极132之间形成电容。感测层130的结构类似于电容式触摸感测器。当带电物体接近第一电极131和第二电极132时，第一电极131和第二电极132之间的电场发生改变。
所述感测层130还包括一绝缘层133，所述多个第一电极131和所述多个第二电极132均设置在所述绝缘层133的表面。
本实施例中，如图4所示，所述多个第一电极131设置在所述绝缘层133靠近顶层110的表面，所述多个第二电极132设置在所述绝缘层133远离顶层110的表面。即，第一电极131和第二电极132通过所述绝缘层133得以相互电性绝缘。
一变更实施例中，所述多个第一电极131和所述多个第二电极132均设置在所述绝缘层133的同一表面，每一个第一电极131与所述多个第二电极132交叉的区域设置绝缘材料以使二者相互电性绝缘。
绝缘层133的材质为氧化硅。在另一个实施例中，绝缘层133可以由一种或多种选自聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂、丙烯酸树脂制成。在又一个实施例中，绝缘层133可以由选自氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆和二氧化钛的一种或多种陶瓷制成。感测层130的厚度优选为0.05至50μm。
所述顶层110和所述绝缘层133之间还设置有附加绝缘层120。所述附加绝缘层120的材质为氧化硅。在一实施例中，附加绝缘层120可以由选自聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种树脂制成。在又一个实施例中，附加绝缘层120选自氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆和二氧化钛中的一种或多种陶瓷制成。所述附加绝缘层120的厚度在0.05μm至50μm的范围内。
本发明实施例还提供一种检测静电吸附卡盘表面的平整度的方法，其包括如下步骤：
提供上述的感测元件100；
将感测元件放置于已通电的静电吸附卡盘200的表面，依据静电吸附卡盘200不平整处第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘200平整处的第一电极和第二电极之间的电容值，判断静电吸附卡盘200表面是否平整。
在将晶片放置在静电吸附卡盘上之前，先将感测元件100放置在静电吸附卡盘200上以评估静电吸附卡盘200的平整度。如图7所示，当感测元件100被放置在表面不平整(具有凸起)的静电吸附卡盘200上时，凸起处的第一电极131和第二电极132之间的电容不同于静电吸附卡盘200的其他区域(平整区域)的第一电极131和第二电极132之间的电容。由于电容的不同，可识别并检测凸起处的坐标。而如果静电吸附卡盘200的表面平整，则各个区域第一电极131和第二电极132之间的电容应该基本一致。由于第一电极131和第二电极132形成微传感器的矩阵，因此可以获得静电吸附卡盘200表面的平整度情况。
另外，所述感测元件100还可以侦测静电吸附卡盘200的表面电荷分布是否均匀。
本发明实施例还提供一种检测静电吸附卡盘表面电荷分布是否均匀的方法，其包括如下步骤：
提供上述的感测元件100；
将感测元件100放置于已通电的静电吸附卡盘200的表面，依据静电吸附卡盘200表面电荷分布密或松的区域第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘200其他区域的第一电极和第二电极之间的电容值，判断静电吸附卡盘200表面电荷分布是否均匀。
如图8示出了静电吸附卡盘200具有不均匀的表面电荷分布的情况，其中静电吸附卡盘200的中间区域的电荷分布密度较高以外，其他区域的电荷分布基本均匀。当将感测元件100放置在静电吸附卡盘200上时，静电吸附卡盘200中间区域的第一电极131和第二电极132之间的电容不同于其他区域(表面电荷均与分布)的第一电极131和第二电极132之间的电容。由于电容的不同，可识别电荷分布密度高区域的坐标。而如果静电吸附卡盘200的表面电荷分布均匀，则各个区域第一电极131和第二电极132之间的电容应该基本一致。由于第一电极131和第二电极132形成微传感器的矩阵，因此可以获得静电吸附卡盘200表面电荷分布情况。
本发明的感测元件具有感测层，以检测静电吸附卡盘的表面平整度或表面电荷分布是否均匀，以防止在晶片固定在静电吸附卡盘上时，晶片由于静电吸附卡盘的隆起或颗粒或不均匀的表面电荷分布而造成倾斜或移位。通过使用所述感测元件，可以通过基于状态的维护而不是故障维护来管理静电吸附卡盘的物理特性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，图示中出现的上、下、左及右方向仅为了方便理解，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种感测元件，其用于检测静电吸附卡盘表面的平整度或表面电荷分布，其特征在于：其包括：
顶层；
底层，与所述顶层相对设置；以及
感测层，设置在所述顶层和所述底层之间，所述感测层包括多个第一电极和与所述多个第一电极电性绝缘设置的多个第二电极，每一个第一电极与所述多个第二电极相交以形成电容。
2.如权利要求1所述的感测元件，其特征在于：每一个第一电极沿第一方向延伸，每一个第二电极沿第二方向延伸，第一方向与第二方向相交。
3.如权利要求1所述的感测元件，其特征在于：所述感测元件还包括一绝缘层，所述多个第一电极和所述多个第二电极均设置在所述绝缘层的表面。
4.如权利要求3所述的感测元件，其特征在于：所述多个第一电极设置在所述绝缘层靠近顶层的表面，所述多个第二电极设置在所述绝缘层远离顶层的表面。
5.如权利要求3所述的感测元件，其特征在于：所述多个第一电极和所述多个第二电极均设置在所述绝缘层的同一表面，每一个第一电极与所述多个第二电极交叉的区域设置绝缘材料以使二者相互电性绝缘。
6.如权利要求1所述的感测元件，其特征在于：所述底层的材质为硅、陶瓷或石英。
7.如权利要求1所述的感测元件，其特征在于：所述顶层的材质为半导体材料。
8.如权利要求1所述的感测元件，其特征在于：所述顶层的材质为硅、锗、陶瓷或石英。
9.一种检测静电吸附卡盘表面的平整度的方法，其特征在于：其包括：
提供如权利要求1-8中任意一项所述的感测元件；以及
将感测元件放置于静电吸附卡盘的表面，依据静电吸附卡盘不平整处第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘平整处的第一电极和第二电极之间的电容值，判断检测静电吸附卡盘的表面是否平整。
10.一种检测静电吸附卡盘的表面电荷分布的方法，其特征在于：其包括：
提供如权利要求1-8中任意一项所述的感测元件；以及
将感测元件放置于静电吸附卡盘的表面，依据静电吸附卡盘表面电荷分布密或松的区域第一电极和第二电极之间的电容值不同于静电吸附卡盘其他区域的第一电极和第二电极之间的电容值，判断静电吸附卡盘表面电荷分布是否均匀。
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