静电卡盘静电吸附力的测量装置

摘要

本发明公开了一种静电卡盘静电吸附力的测量装置，属于半导体行业设备检测技术领域，所述测量装置包括真空腔室和与所述真空腔室连接的真空获取装置，所述真空腔室内设置有静电卡盘基座，所述静电卡盘基座上设置有静电卡盘，所述真空腔室内在所述静电卡盘的下方设置有至少一个测量系统，所述测量系统包括传感器基座、压力传感器和支撑件，其中所述传感器基座固定在所述真空腔室的底部，所述压力传感器安装在所述传感器基座上，所述支撑件的下端与所述压力传感器相连接，所述支撑件的上端适于支撑晶片。本发明的测量系统位于静电卡盘的下方，大大提高了测量精度，不需要动力系统，易于保证真空腔室的密封性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体行业的设备检测装置，特别是指一种静电卡盘静电 吸附力的测量装置。

背景技术

静电卡盘在半导体生产工艺中被用来固定和支撑晶片，静电卡盘利用 静电吸附原理将待加工的晶片吸附在其表面，避免了晶片在生产过程中发 生移动或错位，从而被广泛应用于刻蚀(Etching)、物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)等工艺。静电卡盘与传统的机械卡盘和真空卡盘相 比具有很多优点，它避免了传统机械卡盘在使用过程中由于压力、碰撞等 机械原因对晶片造成不可修复的损伤，减少了晶片表面腐蚀物颗粒的污 染，增大了晶片的有效加工面积，同时克服了真空卡盘不可以在低压环境 中工作的缺陷。

静电卡盘的静电吸附力大小是评价静电卡盘性能优劣的一个重要参 数，所以精确测量静电卡盘的静电吸附力大小就显得尤为重要。现有的静 电吸附力测量装置有的采用上拉晶片的方式进行，测量精度较低，同时测 量装置会对晶片上方的等离子体分布产生影响，无法用于等离子体环境； 有的采用下拉晶片的方式，由于测量装置中增加了动力系统，真空腔室内 的密封性难以保证。

发明内容

本发明提供一种测量精度高，并易于保证真空腔室内的密封性的静电 卡盘静电吸附力的测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种静电卡盘静电吸附力的测量装置，包括真空腔室和与所述真空腔 室连接的真空获取装置，所述真空腔室内设置有静电卡盘基座，所述静电 卡盘基座上设置有静电卡盘，所述真空腔室内在所述静电卡盘的下方设置 有至少一个测量系统，所述测量系统包括传感器基座、压力传感器和支撑 件，其中：

所述传感器基座固定在所述真空腔室的底部，所述压力传感器安装在 所述传感器基座上，所述支撑件的下端与所述压力传感器相连接，所述支 撑件的上端适于支撑晶片。

进一步的，所述真空腔室的上部中间位置设置有用于与外部等离子体 输入管道连接的等离子输入口。

进一步的，所述测量系统为至少3个，所述测量系统呈圆周阵列分布 于所述静电卡盘的下方。

进一步的，所述支撑件为顶针或者销，所述静电卡盘上有销孔，所述 支撑件的上端穿过所述销孔。

进一步的，所述支撑件的上表面高出所述静电卡盘的上表面1-9μm。

进一步的，所述真空腔室外部设置有数据采集系统，所述真空腔室上 设置有数据传输口，所述压力传感器的数据输出线通过所述数据传输口与 所述数据采集系统相连接，所述数据传输口通过静密封件密封。

进一步的，所述真空腔室的底部设置有抽气孔，所述抽气孔通过法兰 盘与所述真空获取装置连接。

进一步的，所述真空腔室包括腔室底板、腔室壳体和腔室上盖板，所 述腔室底板与所述腔室壳体的下端为一体结构，所述腔室上盖板与所述腔 室壳体的上端通过螺栓连接，连接处采用O型密封圈进行静密封。

进一步的，所述真空获取装置包括干泵和分子泵，所述干泵和分子泵 并联连接，通过管道与所述真空腔室连接。

进一步的，所述真空腔室的下方设置有腔室支架，所述真空腔室上设 置有观察窗。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置中，测量 系统位于静电卡盘的下方(即晶片的下方)，这样对于测量系统受到晶片 上方环境的干扰小，从而大大提高了该测量装置的测量精度。本发明的静 电卡盘静电吸附力的测量装置不需要动力系统，从而简化了该测量装置的 结构，同时避免了由动力系统所带来的真空腔室密封差的问题，易于保证 真空腔室的密封性。

附图说明

图1为本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置的整体结构示意图。

图2为本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置的内部结构示意图。

图3为本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置中测量系统的结构示 意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种静电卡盘静电吸附力的测量装置，如图1至图3所示， 包括真空腔室15和与真空腔室连接的真空获取装置(未示出)，真空腔室 15内设置有静电卡盘基座9，静电卡盘基座9上设置有静电卡盘10，真空 腔室15内在静电卡盘10的下方设置有至少一个测量系统7，测量系统7 包括传感器基座12、压力传感器13和支撑件14，其中：

传感器基座12固定在真空腔室15的底部，压力传感器13安装在传 感器基座12上，支撑件14的下端与压力传感器13相连接，支撑件14的 上端适于支撑晶片11。

在测量静电吸附力大小的过程中，首先将晶片11放置于静电卡盘10 上，然后启动真空获取装置使真空腔室内部处于满足工艺要求的真空状 态，接通静电卡盘10的电源，使静电卡盘10完全吸附待加工的晶片11， 由于静电卡盘10对晶片11的静电吸附作用，支撑件14会受到来自晶片 11的作用力，这个作用力通过压力传感器13测得，然后求出支撑件14 上表面的面积，这样就可以直接求出支撑件14上表面的单位面积所受的 作用力。由于晶片11在整个晶片面积内所受的来自静电卡盘10的静电吸 附力是均匀分布的，根据支撑件14所受的单位面积的作用力可以反求出 晶片11在整个面积内所受静电吸附力的大小。本发明优选的将静电卡盘 基座9固定安装在真空腔室的下部，这样可以保证本发明的静电卡盘静电 吸附力的测量装置的稳固性。

本发明中，压力传感器13可以选择各种类型的传感器，如柱式拉压 力传感器，L型拉压力传感器，U型拉压力传感器，D型拉压力传感器等， 优选的，本发明选用S型拉压力传感器，S型拉压力传感器具有高度可靠 性和密封性，即使在恶劣环境下仍能长时间稳定的工作。

作为本发明的一种改进，本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置尤 其适用于等离子体环境下测量静电吸附力的大小，为了方便等离子体的输 入，同时为了保证真空腔室内部的密封性，本发明的测量装置优选采用在 真空腔室的腔室上顶盖的中间位置设置有等离子输入口5，等离子输入口 5可以通过法兰盘与外部等离子体输入管道连接。

本发明中，测量系统的数量可以为1个以上，各个测量系统可以任意 分布在静电卡盘10的下方，更进一步的，为了有利于均匀分散晶片11所 受的支撑力，避免单个测量系统7由于支撑力过大而将晶片11顶碎，本 发明优选采用三个测量系统7，并且三个测量系统7在静电卡盘的下方呈 圆周阵列分布，传统的测量系统有的位于晶片上方，这样会对晶片上方等 离子体的分布存在干扰和遮挡，本发明的测量系统位于晶片的下方，这样 测量系统受到晶片上方环境的干扰小，可以应用于低压或等离子体环境。

为了防止支撑件14对静电卡盘10造成破坏，且为了支撑更稳固，本 发明的静电卡盘10上有销孔，销孔可以是静电卡盘10自带的PIN孔，也 可以是在静电卡盘10上设置的孔，支撑件14设置为顶针或者销，支撑件 14的上端穿过销孔，更进一步的，为了实现支撑件14的支撑功能，支撑 件14的上表面高出静电卡盘10的上表面，优选的，本发明的支撑件14 的上表面高出静电卡盘10的上表面1-9um。

作为本发明的一种改进，为了方便读取测量系统所测的静电吸附力的 测量结果，真空腔室外部设置有数据采集系统，数据采集系统为压力传感 器13的专用数显表，它通过放大压力传感器13输入的模拟信号来实时读 取压力传感器13测得的值。此外，真空腔室的壳体上在设置有数据传输 口6，压力传感器13的数据输出线通过数据传输口6相连接，更进一步的， 为了保证真空腔室内的密封性，数据传输口6通过静密封件密封。

为了保证真空腔室内的密封性，真空腔室的底部设置有抽气孔8，抽 气孔8通过法兰盘与真空获取装置连接。

作为本发明的另一种改进，本发明的真空腔室还包括腔室底板16，腔 室壳体3和腔室上盖板4，腔室底板16与腔室壳体3的下端设置为一体结 构，腔室上盖板4与腔室壳体3的上端通过螺栓连接，连接处采用O型密 封圈进行静密封，这样不仅可以提高操作的灵活性，还保证了真空腔室的 密封性。

本发明的真空获取装置的分子泵可以采用本领域内的各种类型的分 子泵，优选的，本发明采用涡轮分子泵和牵引分子泵串联组合成的复合式 分子泵，本发明的干泵和分子泵并联连接，并通过管道与真空腔室连接。 这样可以提高本发明的性能、稳定性以及真空获取装置的抽速。

为了保证测量装置安装的稳定性和易于观察真空腔室内的工作情况， 本发明的静电卡盘静电吸附力的测量装置还包括腔室支架1和观察窗2， 其中腔室支架1设置在真空腔室的下方，观察窗2设置在真空腔室的壳体 上。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。