[實用新型]一種靜電卡盤基本性能檢測裝置

有效

• 申請號: 201320800730.0
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN203657947U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 程嘉;王珂晟;王興闊;季林紅;朱曉瑩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;H01L21/66
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本實用新型屬于集成電路制造領域，尤其涉及一種靜電卡盤基本性能檢測裝置。

背景技術

當前在集成電路（IC）制造的過程中，廣泛采用靜電卡盤設備，靜電卡盤利用靜電吸附原理將待加工晶圓吸附在其表面，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，晶圓在加工完成后，需要及時解除吸附狀態（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，很容易發生破裂，故脫附時間應盡量短。

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系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。

現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，應用范圍具有較大局限性。

發明內容

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、無法應用于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。

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采集系統；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；

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；所述氣缸的活塞桿與拉力傳感器相聯；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于真空腔室內；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；

所述數據采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。

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。

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，通過均勻涂膠的方式，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。

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于上蓋板的中央；所述觀察窗位于真空腔室側壁；所述溫度采集窗口安裝于真空腔室側壁；所述線纜管路傳輸端口位于真空腔室底部。