一種靜電卡盤基本性能檢測裝置製造方法
2023-08-04 19:18:46 1
一種靜電卡盤基本性能檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了集成電路製造領域的一種靜電卡盤基本性能檢測裝置。所述裝置由驅動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、溫度測量裝置、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置和數據採集系統組成。本裝置實現了靜電力大小測量、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、結構緊湊，可有效節省空間；適應性廣，可用於等離子體環境中，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
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型屬於集成電路製造領域，尤其涉及一種靜電卡盤基本性能檢測裝置。【背景技術】
[0002]當前在集成電路(IC)製造的過程中，廣泛採用靜電卡盤設備，靜電卡盤利用靜電吸附原理將待加工晶圓吸附在其表面，並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，晶圓置於由導熱性好的陶瓷製成的介電層之上，給埋設在介電層中的電極接入直流電源，介電層表面會產生極化電荷，進而在晶圓表面的相應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，利用氦氣背吹實現晶圓和靜電卡盤的熱交換，再由靜電卡盤內部的循環冷卻水將熱量帶走，最終起到調節晶圓溫度的目的。另一方面，晶圓在加工完成後，需要及時解除吸附狀態(脫附)，一般當斷開直流電源後，由於殘餘電荷的存在，靜電力並不能立刻消失，此時晶圓若被頂針頂起或被機械手抓取，很容易發生破裂，故脫附時間應儘量短。
[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係到產品的最終加工質量和良品率。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]現有的檢測裝置普遍採用豎直向上提拉晶圓的方式進行靜電力的測量，但由於晶圓面積較大，在提拉過程中往往受力不均而出現局部先行脫附的現象，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，應用範圍具有較大局限性。
【發明內容】
[0005]針對【背景技術】中提到的現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、無法應用於等離子體環境等不足，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，其特徵在於，所述裝置包括驅動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數據採集系統；所述驅動裝置包括氣泵、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，所述氣泵置於真空腔室外，固定在實驗檯面上，氣泵的兩根氣管從真空腔室的側壁穿過，與氣缸上的對應接口相連；所述氣缸固定在真空腔室內部的底座上；所述氣缸的活塞杆與拉力傳感器相聯；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於真空腔室內；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於真空腔室下方，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於真空腔室外；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於實驗臺上；
[0011]所述數據採集系統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壁之間通過密封塊實現靜密封；所述氣缸通過氣缸支架固定在真空腔室內部的底座上。
[0013]所述傳動裝置包括連接塊和粘結環；所述連接塊的外伸軸與拉力傳感器相聯，連接塊通過螺栓與粘結環連接固定；所述粘結環包括上粘結環和下粘結環兩部分，通過均勻塗膠的方式，分別與晶圓的上表面邊緣一段、側面一段和下表面邊緣一段粘結。
[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、溫度採集窗口和線纜管路傳輸埠 ；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閉，上蓋板與真空腔室體之間通過密封圈實現靜密封；所述真空計安裝在真空腔室外部側壁；所述遠程等離子體輸入口位於上蓋板的中央；所述觀察窗位於真空腔室側壁；所述溫度採集窗口安裝於真空腔室側壁；所述線纜管路傳輸埠位於真空腔室底部。
[0015]所述密封圈採用O型密封圈。
[0016]所述拉力傳感器的數據傳輸線、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埠引出。
[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杆行程很小，因而結構緊湊，可有效節省空間；
[0021]4.本靜電卡盤檢測裝置避免了現有的向上提拉式檢測裝置對晶圓上方的等離子體遮擋，可應用於等離子體環境中；
[0022]5.本靜電卡盤檢測裝置所有密封部位均為靜密封，克服了現有檢測裝置由於傳動部分採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構示意圖；
[0025]圖2為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置內部結構示意圖；
[0026]圖3為本實用新型提供的靜電卡盤檢測裝置驅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-溫度採集窗口 ；13_遠程等離子體輸入口 ；14_晶圓；15_氣缸；16-氣缸支架；17-線纜管路傳輸埠 ； 18-真空抽氣孔；19-靜電卡盤；20_真空計；21_粘結環；22_拉力傳感器；23_氣缸的活塞杆；24_連接塊。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調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範圍及其應用。
[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構示意圖、靜電卡盤檢測裝置內部結構示意圖、靜電卡盤檢測裝置驅動及傳動裝置示意圖。一種靜電卡盤基本性能檢測裝置，其特徵在於，所述裝置包括驅動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數據採集系統；所述驅動裝置包括氣泵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置於真空腔室外，固定在實驗臺9面上，氣泵5的兩根氣管4從真空腔室的側壁穿過，與氣缸5上的對應接口相連；所述氣缸5固定在真空腔室內部的底座上；所述氣缸的活塞杆23與拉力傳感器22相聯；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安裝於真空腔室內；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於真空腔室下方，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於真空腔室外；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安裝於實驗臺上；
[0034]所述數據採集系統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，用於實時採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值。
[0035]所述驅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與真空腔室側壁之間通過密封塊3實現靜密封；所述氣缸5通過氣缸支架16固定在真空腔室內部的底座上。
[0036]所述傳動裝置包括連接塊24和粘結環21 ;所述連接塊24的外伸軸與拉力傳感器22相聯，連接塊24通過螺栓與粘結環21連接固定；所述粘結環21包括上粘結環和下粘結環兩部分，通過均勻塗膠的方式，分別與晶圓14的上表面邊緣一段、側面一段和下表面邊緣一段粘結；使驅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、溫度採集窗口 12和線纜管路傳輸埠 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快速開啟和關閉，上蓋板I與真空腔室體之間通過O型密封圈實現靜密封；所述真空計20安裝在真空腔室外部側壁，用於實時監測腔室內的真空度；所述遠程等離子體輸入口 13位於上蓋板I的中央；有利於等離子體快速、均勻地充滿整個腔室；所述觀察窗6位於真空腔室側壁；所述溫度採集窗口 12安裝於真空腔室側壁，實現溫度測量裝置通過該窗口對晶圓14表面各點溫度數值進行採集和讀取；所述線纜管路傳輸埠 13位於真空腔室底部。
[0038]所述拉力傳感器22的數據傳輸線、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埠 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範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種靜電卡盤基本性能檢測裝置，其特徵在於，所述裝置包括驅動裝置、傳動裝置、拉力傳感器、靜電卡盤、真空腔室、真空獲得裝置、溫度測量裝置和數據採集系統；所述驅動裝置包括氣泵、氣缸和氣動控制轉置；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，所述氣泵置於真空腔室外，固定在實驗檯面上，氣泵的兩根氣管從真空腔室的側壁穿過，與氣缸上的對應接口相連；所述氣缸固定在真空腔室內部的底座上；所述氣缸的活塞杆與拉力傳感器相聯；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於真空腔室內；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於真空腔室下方，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於真空腔室外；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於實驗臺上； 所述數據採集系統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.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述驅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壁之間通過密封塊實現靜密封；所述氣缸通過氣缸支架固定在真空腔室內部的底座上。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述傳動裝置包括連接塊和粘結環；所述連接塊的外伸軸與拉力傳感器相聯，連接塊通過螺栓與粘結環連接固定；所述粘結環包括上粘結環和下粘結環兩部分，通過均勻塗膠的方式，分別與晶圓的上表面邊緣一段、側面一段和下表面邊緣一段粘結。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，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、溫度採集窗口和線纜管路傳輸埠；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閉，上蓋板與真空腔室體之間通過密封圈實現靜密封；所述真空計安裝在真空腔室外部側壁；所述遠程等離子體輸入口位於上蓋板的中央；所述觀察窗位於真空腔室側壁；所述溫度採集窗口安裝於真空腔室側壁；所述線纜管路傳輸埠位於真空腔室底部。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述密封圈採用O型密封圈。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述拉力傳感器的數據傳輸線、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埠引出。
【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 優先權日:2013年12月6日
【發明者】程嘉, 王珂晟, 王興闊, 季林紅, 朱曉瑩 申請人:清華大學