CN1150608C - 测定用于最佳静电吸盘箝位电压的晶片翘曲的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
确定晶片翘曲以便随后在静电吸盘上处理晶片时将其供给静电吸盘的方法和装置。该装置有静电吸盘和控制装置。静电吸盘有吸持表面,由吸持力吸持晶片,吸持力取决加给静电吸盘的箝位电压。控制装置在晶片处理前检测晶片的固有翘曲,以测量的翘曲确定最小箝位电压在晶片随后处理期间加给静电吸盘。各晶片最小箝位电压值使晶片吸持于吸持表面。控制装置有晶片翘曲测量仪和用测量的翘曲确定随后各晶片处理中用于各晶片的最小箝位电压和有关晶片识别数据并存储在存储器中静电吸盘软件控制器。
Description
技术领域
本发明涉及测定晶片固有翘曲,以便确定和提供在晶片处理期间用于静电吸盘中的晶片的最佳箝位电压的方法和装置。
背景技术
静电吸盘(ESC)近来正被开发和用于制造半导体晶片。ESC的原理是用静电箝位机构代替机械的晶片箝位机构,以便实现例如减少颗粒、更好的温度控制和减少边缘禁止(exclusion)区等优点。
ESC的特性(单极和双极)之一是箝位力(吸持力)随着施加给ESC的电压增加而增加。将晶片固定在静电吸盘的温控底座上的箝位力必须增大晶片和底座之间的热导率(一般在晶片背面加气体压力)。这将产生更好的晶片温度控制和均匀性。
于1992年4月7日公开的美国专利5103367(Horwitz等人)披露了用A.C.电场激励的半导体晶片的静电吸盘。该吸盘包括嵌入限定大体平面的薄介电膜中的第一和第二对准电极。由低频AC电源各自激励第一电极和第二电极,以产生在晶片表面上提供低合成电压的控制振幅和相位的正弦波场。与第一电极和第二电极并行配置的第三电极用作第一电极和第二电极的屏蔽电极或基准点。通过控制电压的施加和撤销速率,在晶片上可获得低的电压梯度,在介质中不存在保持力。在一个实施例中,吸盘的低AC振幅激励可以产生相对于介电膜的晶片位置的电容电流感应,从而能够简单控制施加给第一电极和第二电极的电压。
于1994年6月28日公开的美国专利5325261(Horwitz)披露了用改善其释放装置固定本体(例如半导体晶片)的静电吸盘(ESC)系统。该ESC系统包括诸如静电吸盘之类的固定装置和测定装置,该固定装置带有接触本体的表面、电极和用于将驱动电压施加给电极以将本体静电夹持到表面上的施加装置,测定装置用于确定施加给电极的驱动释放电压值,以便能够释放本体。测定装置最好包括在驱动电压改变时监视本体运动的监视装置。施加装置可以在驱动电压上施加电压信号,以产生本体的振动运动。由依据振动产生解调感应输出的位置感应电路监视本体的这种振动运动。随着驱动电压的改变,将达到释放本体的点。通过监视解调的AC感应输出可以确定该点。
尽管一般需要最小的阈值电压量将晶片吸持到静电吸盘的底座上,但过高的电压将把晶片“按压”在底座上,并在晶片和底座表面之间产生磨损。这是不期望的,并可能导致特别的问题和/或缩短吸盘寿命。因此,在对吸盘施加可能缩短ESC寿命的过大电压和未施加足够的电压使晶片不足以被吸持在静电吸盘的底座上的两种情况之间进行折衷。
已经发现带有较大固有弧形变形或翘曲(一般是薄膜应力的结果)的晶片需要更高的ESC吸盘或箝位电压,以提供足够的吸持力。换句话说,最佳ESC箝位电压取决于晶片翘曲或弧形变形的程度,因此,固有晶片翘曲越大,就需要越大的ESC箝位电压。近来,将高于需要的单一ESC箝位电压用于一组或多组晶片。常考虑例如静电吸盘的加热器设置点和固有晶片翘曲的估计等因素,以确定对于一组或多组晶片的ESC箝位电压值。还有因过量的固有晶片弧形变形或翘曲未适当地吸持晶片的例子。也有这样的晶片,它可以用比用于一组晶片的单一ESC箝位电压低的电压吸持,以便可以降低或避免背面磨损和划伤。
由于固有翘曲因晶片而改变,所以为了基本上避免晶片的过量背面磨损和划伤,期望提供测量晶片固有弧形变形或翘曲并使用这样的测量数据,在晶片处理时对静电吸盘上的各个晶片施加大体最佳的吸持或箝位电压的方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于提供测量静电吸盘中晶片翘曲的方法和装置,以便在各晶片处理期间提供供静电吸盘使用的最佳箝位电压。
本发明提供一种用于处理半导体晶片的装置,包括:静电吸盘,其包括在其上安装晶片的吸持表面;其特征在于还包括:箝位电压产生装置,响应控制信号,对静电吸盘产生选择的箝位电压,将相应的吸持力提供给安装于吸持表面上的晶片;和控制装置,用于测量晶片固有翘曲,并根据测量的固有翘曲确定该晶片的最小箝位电压,产生表示确定的最小箝位电压的输出控制信号,传送给箝位电压产生装置,在晶片处理期间将产生的最小箝位电压传送给静电吸盘,其中最小箝位电压有这样的值,即避免晶片的翘曲和背面磨损,同时在吸持表面上吸持晶片;其中,所述控制装置包括:翘曲测量装置,用于测量整个晶片表面上的固有翘曲,产生表示测量的晶片翘曲量的输出控制信号;和控制部件,响应来自翘曲测量装置的输出控制信号,根据测量的固有晶片翘曲,获得晶片的预定最小箝位电压,并在晶片的随后处理期间将获得的最小箝位电压施加给静电吸盘。
按另一方案,本发明涉及包括以下步骤的处理半导体晶片的方法。在第一步骤中,将晶片装配在预定的表面上。在第二步骤中,在处理晶片之前测量晶片的翘曲。在第三步骤中,根据在第二步骤中测量的晶片翘曲确定用于晶片的最小箝位电压。在第四步骤中,将晶片装配在静电吸盘的表面上,并把在第三步骤中确定的最小箝位电压施加在静电吸盘上。
根据以下参照附图更详细的叙述和权利要求书,将会更好地理解本发明。
附图说明
图1是表示本发明的静电吸盘系统的方框图;
图2表示对规定静电吸盘温度和待处理晶片的静电吸盘(E吸盘)电压与晶片翘曲之间关系的典型曲线。
图3是按本发明测量晶片固有翘曲的典型光学配置的图,在图1所示的静电吸盘系统中采用该数据;和
图4是按本发明使用典型容性配置测量晶片固有翘曲并将这些数据用于图1所示的静电吸盘系统中的图1的静电吸盘系统的图。
这些附图未按比例示出。
具体实施方式
应该指出,在几个附图中具有相同功能的相应部件被标记相同的标号。
下面参照图1,它表示根据本发明的静电吸盘系统10(图中虚线所示矩形内)的方框图。静电吸盘系统10包括:带有底座13的静电吸盘12,该底座13构成得便于在其上装配和吸持晶片14;静电吸盘电压源16;包括存储器19的静电吸盘软件控制器18;和晶片翘曲测量仪20。应该指出,静电吸盘电压源16和静电吸盘软件控制器18可以是静电吸盘12的一部分或与静电吸盘12分开装配,并且在现有技术中都是众所周知的。此外,还应该指出,如下所示,晶片翘曲测量仪20可以是系统10的一部分或与系统10分离。
晶片翘曲测量仪20通过一个或多个引线22耦接静电吸盘软件控制器18;静电吸盘软件控制器18通过一个或多个引线24耦接静电吸盘电压源16;静电吸盘电压源16通过一个或多个引线26耦接静电吸盘12。应该指出,晶片翘曲测量仪20用于测量晶片14上的固有弧形变形或翘曲,并将这种晶片的固有弧形变形或翘曲数据通过引线22提供给静电吸盘软件控制器18。再有,一般在对静电吸盘上的晶片14进行处理之前完成晶片翘曲的测量。获得的晶片14的固有弧形变形或翘曲数据被静电吸盘软件控制器18用于确定该晶片14的最小箝位电压值并将其存储在存储器19中。存储于存储器19中的该最小箝位电压值是在该晶片14的随后处理期间由静电吸盘电压源16施加给静电吸盘12的箝位电压值。这种最小箝位电压用于使晶片14被充分地吸持在静电吸盘12的底座13上,以便在晶片14和静电吸盘12之间允许进行强的热传导。这避免了晶片14背面的过量磨损和划伤。晶片翘曲测量仪20可以包括任何适当的测量晶片上的固有弧形变形或翘曲的配置。将参照图3和图4说明晶片翘曲测量仪20的典型配置。
下面参照图2,它表示静电吸盘(E吸盘)电压与晶片翘曲的典型关系曲线。在完成晶片(例如,晶片14)的常规(生产)处理前,建立标准曲线,例如图2中所示的典型曲线30、31或32。在标准曲线例如30(直线)、31(用虚线表示的向下弯曲的曲线)或32(用虚线表示的向上弯曲的曲线)之间的差取决于特定参数,例如E吸盘温度。在各种晶片的常规处理之前根据实验建立曲线,例如曲线30、31或32。将这些曲线存储在存储器19中,并可由静电吸盘软件控制器18存取。曲线构成如下关系,一旦晶片翘曲即进行常规处理的特定测试的晶片翘曲被建立,就选择E吸盘电压设定值(setpoint)。获得曲线例如曲线30、31或32的一种技术如下所述。利用例如后面所述的图3和图4中的任一个的任何适当的技术,将预先测量其翘曲的晶片(因此是已知的)放置在静电吸盘12上,并由静电吸盘电压源16施加强箝位电压。然后(用图1中示出的装置)将预定压力的气体供给由待测试晶片的背面、底座13的内表面和静电吸盘12的顶部表面定界的区域。这种加压气体用于确定测试晶片是否被静电吸盘12适当地吸持。当测试晶片被静电吸盘12牢固地吸持时,背面压力基本保持稳定。然后,施加于静电吸盘12上的箝位电压慢慢下降直至气体压力突然变为零。这种突然的变化表示阈值电压,在该电压静电吸盘吸持力已超过用于测试晶片的背面气体压力。超过该阈值电压的任何箝位电压值都可用作存储于存储器19中的最小箝位电压。对于用于测试晶片的最小箝位电压来说,该步骤在图2所示的单一曲线30、31或32上建立了单一点。为了实验确定其它点,以建立标准曲线30、31或32,可用不同翘曲的其它测试晶片在不同的处理条件下重复该步骤。
返回到图1,对于任何晶片14的常规(生产)处理来说,一旦如上述那样确定了最小箝位电压和标准曲线30、31或32,那么便规定下列顺序。通过任何适当的配置例如下述图3和图4所示配置测量晶片14的晶片翘曲。根据图2中获得的曲线,静电吸盘软件控制器18将晶片翘曲值转换成特定晶片14的箝位电压值(按翘曲),并在存储器19中存储该晶片14的有关标识(例如序号、条码等)和在常规处理晶片14时施加的最小静电吸盘箝位电压。当把晶片14放置在已经加热至稳定的预定温度的静电吸盘12的底座13上时,静电吸盘软件控制器18识别处于常规处理的晶片14和从存储器19中检索对应该晶片14的预定最小箝位电压。静电吸盘软件控制器18通过一个或多个引线24将控制信号传输给静电吸盘电压源16,以便在晶片14的处理期间把从存储器19中检索的最小箝位电压施加给静电吸盘12。
下面参照图3,它表示按照本发明测量晶片14的固有翘曲或弧形变形的典型光学晶片翘曲测量仪20的图。光学晶片翘曲测量仪20包括:产生窄激光束48(其中按不同角度示出两条激光束)的激光器44,和光电检测器阵列46。工作中,将待测晶片14放置在平面物体38上,例如支架或底座上,以便激光器44可以用窄激光束48扫描晶片14的暴露表面。激励激光器44,使其用窄激光束48按预定的图形扫描晶片14的暴露表面。从光束48射在晶片14的暴露的表面上的各点将激光束48的光反射至光电检测器阵列46上的分离点上。激光束48射在光电检测器阵列46上的点取决于激光束48射在晶片14上的那点晶片14的翘曲量。换句话说,从晶片14的暴露表面上的一个或多个预定点反射的光将依据晶片14的固有翘曲量被反射至光电检测器阵列46上的不同点。将该信息从光电检测器阵列46通过引线22传送给静电吸盘软件控制器18。静电吸盘软件控制器18使来自光电检测器阵列46的信息与晶片翘曲值之间发生联系,并根据这些值确定在该晶片14的随后处理期间应该施加给静电吸盘12的最小箝位电压(如图1所示)。随着实验测试的晶片14的识别,由静电吸盘软件控制器18确定的该最小箝位电压按查寻表(未示出)形式存储在静电吸盘软件控制器18的存储器19中。在该晶片14的随后处理期间,静电吸盘软件控制器18识别被处理晶片14并获得该晶片14的预先存储在存储器19中的最小箝位电压。静电吸盘软件控制器18将对应的控制信号发送给静电电压源16,以便在处理该晶片时产生设置指示最小箝位电压的静电吸盘的箝位电压。应该指出,图3所示的光学晶片翘曲测量仪20是可用于图1所示晶片翘曲测量仪20的典型配置。
下面参照图4,它是表示与图1所示的系统10非常类似的静电吸盘系统100的图,并提供按照本发明确定晶片翘曲的图1所示晶片翘曲测量仪20的典型电容配置的特定实施例。系统100与系统10的部件相同的部分被标记相同的标号。系统100包括静电吸盘120,静电吸盘电压源16,和带有存储器19的静电吸盘软件控制器18。静电吸盘120是系统10的吸盘12的变型,包括在其上放置晶片14的底座130,第一电极40和第二电极41,用于当由静电吸盘电压源16施加箝位电压时提供给晶片14吸持力。静电吸盘120的电极40和41的配置是众所周知的,这里作为参考引证的是例如在颁布日为1994年6月28日的美国专利5325261(Horwitz)中披露的配置。静电吸盘120、静电吸盘电压源16、静电吸盘软件控制器18和存储器19分别按与如上所述的图1中的部件12、16、18和19相同的方式作用。
系统100还包括形成图1的晶片翘曲测量仪20的容性晶片翘曲测量配置,该容性晶片翘曲测量配置包括电容测量装置50,和多个金属层54,多个金属层54通过分开的绝缘子52装配在静电吸盘120的第一电极40和第二电极41的上表面的预定点上。金属层54通过分开的电缆引线或总线58电连接到电容测量装置50上,电容测量装置50通过引线59与静电吸盘软件控制器18耦接。
在工作中,晶片14被置于底座130上,在第一电极40或第二电极41上,晶片14的背面与下面的金属层54之间的所有点产生电容56。由电容测量装置50测量与金属层54有关的所有电容56。电容测量装置50将电容测量转换成相应的电控制信号,该信号通过引线59传送给静电吸盘软件控制器18。静电吸盘软件控制器18接收来自电容测量装置50的电容测量,并将电容测量转换成相应的晶片翘曲值。静电吸盘软件控制器18使用测量的晶片翘曲值,以获得用于晶片14的最小箝位电压,随着晶片14的识别将该最小箝位电压存储在存储器19中。在晶片14的随后处理期间,静电吸盘软件控制器18使用识别的晶片14,以获得来自存储器19的该晶片14所使用的最小箝位电压。静电吸盘软件控制器18将相应的控制信号传送给静电电压源16,以使静电电压源16在晶片14处理期间将最小箝位电压加给静电吸盘的电极40和41。
按照本发明,测量在静电吸盘12或120上随后处理的各晶片14中的固有翘曲,当处理该晶片14时,根据测量的翘曲确定随后使用的最小箝位电压。随着对晶片14的预定识别,将各晶片的最小箝位电压存储在静电吸盘软件控制器18的存储器19中。当在静电吸盘12或120上随后处理晶片14时,由静电吸盘软件控制器18进行晶片14的识别,以存取存储器19,并读出该晶片14的最小箝位电压。然后,在处理晶片14期间将该箝位电压施加给静电吸盘12或120。
应该理解和指出,上述本发明的特定实施例是本发明一般原理的说明。对于本领域技术人员而言,可进行各种变更,这些变更均包括在所述构思中。例如,根据上述光学和电容方法,在现有技术中众所周知的任何其它适当的光学或其它翘曲测量配置都可用于图1的晶片翘曲测量仪20。
应该指出,静电吸盘软件控制器18和静电吸盘电压源16可自动地将静电吸盘上的箝位电压设置成最小值,以适当地将晶片吸持在静电吸盘上。但是,实际上,可行的做法是设置稍大于表示最小箝位电压值的箝位电压,以便在晶片处理期间热和气体压力的某些参数稍微变化的情况下,确保将晶片14适当地吸持在静电吸盘12或120上。可将这种用于特定晶片14的稍微增加的最小箝位电压存储在存储器19中,取代实验测量的最小箝位电压。
Claims (10)
1.一种用于处理半导体晶片的装置,包括:静电吸盘,其包括在其上安装晶片的吸持表面,其特征在于还包括:
箝位电压产生装置,响应控制信号,对静电吸盘产生选择的箝位电压,将相应的吸持力提供给安装于吸持表面上的晶片;和
控制装置,用于测量晶片固有翘曲,并根据测量的固有翘曲确定该晶片的最小箝位电压,产生表示确定的最小箝位电压的输出控制信号,传送给箝位电压产生装置,在晶片处理期间将产生的最小箝位电压传送给静电吸盘,其中最小箝位电压有这样的值,即避免晶片的翘曲和背面磨损,同时在吸持表面上吸持晶片;
其中,所述控制装置包括:
翘曲测量装置,用于测量整个晶片表面上的固有翘曲,产生表示测量的晶片翘曲量的输出控制信号;和
控制部件,响应来自翘曲测量装置的输出控制信号,根据测量的固有晶片翘曲,获得晶片的预定最小箝位电压,并在晶片的随后处理期间将获得的最小箝位电压施加给静电吸盘。
2.如权利要求1所述的用于处理半导体晶片的装置,其中,翘曲测量装置包括:容性晶片翘曲测量仪,用于测量在晶片整个表面的预定点的电容,其中在预定点之间电容的变化对应于晶片翘曲的变化。
3.如权利要求2所述的用于处理半导体晶片的装置,其中:
静电吸盘包括:与控制装置耦接的至少一个电极,用于对安装于吸持表面上的晶片产生吸持力;和
容性晶片翘曲测量仪包括:
安装在至少一个电极上的多个绝缘的分离的金属层,各金属层提供与晶片相邻表面的各电容;和
电容测量装置,用于测量在多个金属层的每一层上的电容,并将分别对应的控制信号提供给控制部件,以确定在晶片的随后处理期间提供给静电吸盘的最小箝位电压。
4.如权利要求1所述的用于处理半导体晶片的装置,其中翘曲测量装置包括:光学晶片翘曲测量装置,用于测量晶片的固有翘曲。
5.如权利要求4所述的用于处理半导体晶片的装置,其中光学晶片翘曲测量装置包括:
激光器,用窄激光束扫描晶片的暴露表面;和
光电检测器阵列,排列该光电检测阵列,以拦截从晶片的暴露表面反射的激光束,并将控制信号提供给指示晶片翘曲量的控制部件。
6.如权利要求1所述的用于处理半导体晶片的装置,其中所述控制部件包含软件控制器,包括:
存储器,用于存储各晶片的最小箝位电压,和随后在静电吸盘上进行处理的各晶片的各识别数据;和
控制器,响应来自翘曲测量装置的输出控制信号,根据测量的晶片翘曲,确定用于各识别晶片的最小箝位电压,并将其存储在存储器中,和从存储器中读出将要施加给静电吸盘的被处理晶片的最小箝位电压。
7.一种处理半导体晶片的方法,包括:
将晶片安装在预定的表面上;
在晶片处理前测量晶片的翘曲;
确定用于晶片的最小箝位电压;和
将晶片安装在静电吸盘的吸持表面上,并将最小箝位电压施加给静电吸盘,其中最小箝位电压将晶片吸持于吸持表面并避免晶片的翘曲和背面磨损。
8.如权利要求7所述的处理半导体晶片的方法,其中测量晶片的翘曲包括:使用光学晶片翘曲测量仪测量晶片的固有翘曲。
9.如权利要求7所述的处理半导体晶片的方法,其中测量晶片的翘曲包括:使用容性晶片翘曲测量仪测量晶片的固有翘曲。
10.如权利要求7所述的处理半导体晶片的方法,其中确定最小箝位电压的方法包括:
确定用于晶片的最小箝位电压;和
随着所用晶片的唯一识别,将确定的最小箝位电压存储在存储器中,
其中晶片的安装包括:
将确定最小箝位电压的晶片安装在静电吸盘的吸持表面上;和
从存储器中读出存储的该晶片的最小箝位电压,并将最小箝位电压施加给静电吸盘。
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