CN118424532B - 一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置及检测方法，属于半导体技术领域，其包括：静电吸盘，其上方设置有机架，所述机架与静电吸盘之间设置有安装板；伸缩缸，平行设置在所述机架上，所述伸缩缸的伸缩端与所述安装板相连接；供液盘机构，同轴设置在静电吸盘上，并位于安装板下方；流量监测通道，为均匀分布的多个，各所述流量监测通道均竖直设置在供液盘机构中，所述流量监测通道用于对供液盘机构中循环输送的降温流体实时流量监控，并基于获取的各点位降温流体流量数据信息通过预设模型检测评估静电吸盘工作状态下的吸附力；本发明能够对晶圆搬运中静电吸盘的吸附力进行检测，从而避免静电吸盘吸附力不足或吸附造成的机械变形。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体是一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置及检测方法。
背景技术
在半导体晶圆加工过程中在真空环境中加工占据了半导体加工过程的大部分，众所周知，被加工材料在加工过正中产生位移或者形变都会造成被加工零件的直接报废，故而需要一些特定手段来进行零件固定，传统的零件固定方式有机械夹紧，真空吸附，冷冻吸附，静电吸附等，由于加工环境处于真空环境，真空吸附显然不可取，机械加紧与冷冻吸附会存在碎屑物产生影响加工洁净度故而只能采取静电吸附技术，在静电吸附技术中，静电吸盘(E-Chuck)是一种在很多半导体工艺中用于吸附固定晶圆的常规设备，静电吸盘的吸附力对于确保被吸附物体的稳定性至关重要，如吸附造成的机械形变与吸附不牢固等情况；现有技术中，仅通过施加特定电压特定电流来调整静电吸盘吸附力，但无法实质的对静电吸盘吸附力进行检测；因此会造成部分静电吸盘吸附力不足导致半导体晶圆加工过程中位移或者形变的情况。
因此，有必要提供一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其包括：
静电吸盘，其上方设置有机架，所述机架与静电吸盘之间设置有安装板，所述静电吸盘与安装板相固定；
伸缩缸，平行设置在所述机架上，所述伸缩缸的伸缩端与所述安装板相连接；
供液盘机构，同轴设置在静电吸盘上，并位于安装板下方，所述供液盘机构内循环输送有降温流体；
流量监测通道，为均匀分布的多个，各所述流量监测通道均竖直设置在供液盘机构中，所述流量监测通道用于对供液盘机构中循环输送的降温流体实时流量监控，并基于获取的各点位降温流体流量数据信息通过预设模型检测评估静电吸盘工作状态下的吸附力；
调位盘，安装在所述供液盘机构中，各所述流量监测通道均竖直穿设在调位盘上，所述调位盘用于对供液盘机构中的流量监测通道提供动态位移调节；
所述静电吸盘内分布有电极层；
所述供液盘机构包括：
降温盘，同圆心的固定在静电吸盘上方，所述降温盘内设有冷却腔；
送液盘，安装在降温盘上方，所述降温盘上设置有装配板，所述送液盘通过装配板与所述降温盘相固定，所述送液盘内设有匀液腔；多个所述流量监测通道竖直连接在匀液腔与冷却腔之间；
循环泵，固定在安装板的一侧，所述循环泵的一侧连接有储液罐，且其另一侧连接有输送管，所述输送管的一端与所述匀液腔相连通；
回流管，连接在冷却腔的一侧，所述回流管的一端与储液罐相连通。
进一步，作为优选，所述供液盘机构中位于各流量监测通道内均设置有流量仪。
进一步，作为优选，所述流量监测通道包括：
上接管，用于连接供液盘机构的匀液腔，所述上接管的下方同轴设置有下接管，所述下接管用于连接供液盘机构的冷却腔；
密封套，同轴密封连接在上接管与下接管之间；
导流管，固定在密封套内，所述导流管的上端与所述上接管相接通；
侧排孔，开设在所述导流管的侧壁上，所述侧排孔被设置为上下排列分布的多个，所述密封套与导流管之间配合形成流动腔，所述侧排孔均与所述流动腔相连通，所述侧排孔被设置为单向通孔结构；
内流道，轴向开设在所述下接管内，所述内流道的上端与所述流动腔相接通；
柱塞，滑动连接在所述导流管内，所述柱塞的侧壁与导流管内壁紧密接触；
电极片，设置在柱塞的下方。
进一步，作为优选，所述下接管的中部设有安装槽，所述安装槽中滑动设置有滑块，所述电极片安装在滑块上，所述滑块的上方连接有支杆，所述支杆的一端与所述柱塞相固定。
进一步，作为优选，所述导流管内位于柱塞的下方设置有内弹簧。
进一步，作为优选，所述静电吸盘外设置有控制模块，所述控制模块获取静电吸盘非工作状态下供液盘机构中的降温流体恒压通过各流量监测通道的初始流量值。
进一步，作为优选，所述降温盘中圆周分布有多个弧形导孔，所述弧形导孔均呈倾斜分布，所述流量监测通道滑动连接在所述弧形导孔内，所述流量监测通道的上下端均连接有橡胶管，所述橡胶管分别对应密封连接在降温盘与送液盘上；
所述调位盘转动连接在降温盘与送液盘之间，所述调位盘上对应开设有多个直导孔，所述直导孔沿调位盘的径向设置，且所述流量监测通道滑动连接在直导孔中。
进一步，作为优选，所述降温盘上安装有电机，所述电机的输出轴固定有传动齿，所述调位盘上同轴套设有齿轮，所述传动齿与所述齿轮相啮合传动；
所述电机工作驱动下通过调位盘控制各流量监测通道从初始点位位移至第一动态监测点位，此时获取各第一动态监测点位降温流体流量数据信息。
进一步，作为优选，一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测方法，
其包括以下步骤：
步骤一、静电吸盘在通电工作前，通过供液盘机构中的循环泵将储液罐内的降温流体通过输送管恒压输送至匀液腔内，降温流体能够通过各流量监测通道进入冷却腔中，此时由各流量监测通道内的流量仪获取初始流量值；
步骤二、静电吸盘通电工作并施加电压电流，此时静电吸盘底部与晶圆静电吸附，而供液盘机构中的循环泵持续进行降温流体循环输送，由各流量监测通道内的流量仪获取静电吸盘上初始点位的各流量监测通道内的流量值；
步骤三、通过电机驱动调位盘旋转，使得各流量监测通道从初始点位移动至第一动态监测点位，供液盘机构中的循环泵工作压力保持不变，流量仪获取第一动态监测点位降温流体流量数据；
步骤四、将初始流量值、初始点位的各流量监测通道内的流量值以及第一动态监测点位降温流体流量值进行数据整合；根据降温流体流量计算静电吸盘的吸附力；
步骤五、将计算获得的吸附力与晶圆所需预设的吸附力阈值进行比较，判断静电吸盘吸附状态；
步骤六、当计算获得的吸附力高于或低于晶圆所需预设的吸附力阈值的安全范围时，静电吸盘自动调整电压电流的施加值，根据降温流体流量变化再次计算静电吸盘调整后的吸附力，并重复步骤四、五。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中采用的主要采用的供液盘机构能够持续进行降温流体输送下一方面实时对静电吸盘持续提供降温导热，另一方面通过设置的流量监测通道检测静电吸盘通道前后降温流体流量的变化，计算获取静电吸盘的吸附力大小，从而能够判断晶圆吸附中，静电吸盘的吸附力是否能够达到预设的吸附力阈值，实现对静电吸盘的吸附力检测。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为本发明中供液盘机构的结构示意图；
图4为本发明中流量监测通道的结构示意图；
图5为本发明中流量监测通道的剖视图；
图6为本发明中调位盘。
图中：1、静电吸盘；11、机架；12、安装板；13、伸缩缸；2、供液盘机构；21、降温盘；22、送液盘；23、装配板；24、循环泵；25、输送管；26、回流管；3、流量监测通道；31、上接管；32、下接管；33、密封套；34、导流管；35、侧排孔；36、内流道；37、柱塞；38、安装槽；39、滑块；4、调位盘；41、直导孔；5、弧形导孔；51、橡胶管。
具体实施方式
请参阅图1-图5，本发明实施例中，一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其包括：
静电吸盘1，其上方设置有机架11，所述机架11与静电吸盘1之间设置有安装板12，所述静电吸盘1与安装板12相固定；
伸缩缸13，平行设置在所述机架11上，所述伸缩缸13的伸缩端与所述安装板12相连接；
供液盘机构2，同轴设置在静电吸盘1上，并位于安装板12下方，所述供液盘机构2内循环输送有降温流体；降温流体能够保持静电吸盘温度稳定，防止因过热导致的静电吸盘性能下降或损坏，并确保吸持力的稳定性；
流量监测通道3，为均匀分布的多个，各所述流量监测通道3均竖直设置在供液盘机构2中，所述流量监测通道3用于对供液盘机构2中循环输送的降温流体实时流量监控，并基于获取的各点位降温流体流量数据信息通过预设模型检测评估静电吸盘1工作状态下的吸附力；
调位盘4，安装在所述供液盘机构2中，各所述流量监测通道3均竖直穿设在调位盘4上，所述调位盘4用于对供液盘机构2中的流量监测通道3提供动态位移调节；
所述静电吸盘1内分布有电极层；电极层可以是单极或双极结构，通过与外部电源相连，产生必要的静电场，使静电吸盘吸附面上产生相应的电荷分布；
所述供液盘机构2包括：
降温盘21，同圆心的固定在静电吸盘1上方，所述降温盘21内设有冷却腔；
送液盘22，安装在降温盘21上方，所述降温盘21上设置有装配板23，所述送液盘22通过装配板23与所述降温盘21相固定，所述送液盘22内设有匀液腔；多个所述流量监测通道3竖直连接在匀液腔与冷却腔之间；
循环泵24，固定在安装板12的一侧，所述循环泵24的一侧连接有储液罐，且其另一侧连接有输送管25，所述输送管25的一端与所述匀液腔相连通；
回流管26，连接在冷却腔的一侧，所述回流管26的一端与储液罐相连通，即循环泵能够将储液罐中的降温流体泵送至匀液腔内，此时降温流体经过各流量监测通道进入冷却腔中，而冷却腔中的降温流体则通过回流管输送至储液罐，经过换热器对储液罐内的降温流体进行换热，换热后的降温流体再次通过循环泵进入匀液腔，从而实现降温流体循环流动。
本实施例中，所述供液盘机构2中位于各流量监测通道3内均设置有流量仪，流量仪用于测量降温流体通过各流量监测通道时的实时流量。
作为较佳的实施例，所述流量监测通道3包括：
上接管31，用于连接供液盘机构2的匀液腔，所述上接管31的下方同轴设置有下接管32，所述下接管32用于连接供液盘机构2的冷却腔；
密封套33，同轴密封连接在上接管31与下接管32之间；
导流管34，固定在密封套33内，所述导流管34的上端与所述上接管31相接通；
侧排孔35，开设在所述导流管34的侧壁上，所述侧排孔35被设置为上下排列分布的多个，所述密封套33与导流管34之间配合形成流动腔，所述侧排孔35均与所述流动腔相连通，所述侧排孔35被设置为单向通孔结构；
内流道36，轴向开设在所述下接管32内，所述内流道36的上端与所述流动腔相接通；因此降温流体通过上接管进入导流管内后，通过各侧排孔流入流动腔，最后通过内流道进入下接管；
柱塞37，滑动连接在所述导流管34内，所述柱塞的侧壁与导流管34内壁紧密接触；
电极片，设置在柱塞37的下方。
本实施例中，所述下接管32的中部设有安装槽38，所述安装槽38中滑动设置有滑块39，所述电极片安装在滑块39上，所述滑块39的上方连接有支杆，所述支杆的一端与所述柱塞37相固定，其中，电极片在通电后带有相反的电荷（即静电吸盘带正电荷，电极片则带负电荷），此时电极片能够在静电吸盘通电工作中产生静电吸引力，从而使得滑块向靠近静电吸盘的方向滑动，此时柱塞在同步滑动中使得导流管上的各个侧排孔逐步与上接管连通，降温流体流量变大。
本实施例中，所述导流管34内位于柱塞37的下方设置有内弹簧，内弹簧能够在弹力支撑下使得柱塞位于导流管的端部，此时导流管处于封堵状态。
本实施例中，所述静电吸盘1外设置有控制模块，所述控制模块获取静电吸盘1非工作状态下供液盘机构2中的降温流体恒压通过各流量监测通道3的初始流量值,用字母表示，>0，而静电吸盘通电工作下获取静电吸盘1上初始点位的各流量监测通道3内的流量值，用字母表示；
降温流体流量变化：；
而单个侧排孔的开口面积用字母表示，此时，柱塞在电极片与静电吸盘通电工作中产生静电吸引力作用下使得个侧排孔呈打开状态，导流管总的流通面积变化为，而由于降温流体恒压输送，根据流体力学原理，流体的流量会相应增加，因此能够根据降温流体流量变化推导导流管总的流通面积变化为，从而根据导流管总的流通面积变化大小反馈柱塞上下滑动的距离，以此判断内弹簧压缩弹力大小，此时内弹簧弹力大小与静电吸盘通电工作中产生静电吸引力大小相等。
作为较佳的实施例，所述降温盘21中圆周分布有多个弧形导孔5，所述弧形导孔5均呈倾斜分布，所述流量监测通道3滑动连接在所述弧形导孔5内，所述流量监测通道3的上下端均连接有橡胶管51，所述橡胶管51分别对应密封连接在降温盘21与送液盘22上；从而实现流量监测通道在静电吸盘上方不同点位的调节，以便反馈调节后对应点位处的静电吸盘通电工作中产生静电吸引力大小；
所述调位盘4转动连接在降温盘21与送液盘22之间，所述调位盘4上对应开设有多个直导孔41，所述直导孔41沿调位盘4的径向设置，且所述流量监测通道3滑动连接在直导孔41中。
本实施例中，所述降温盘21上安装有电机，所述电机的输出轴固定有传动齿，所述调位盘4上同轴套设有齿轮，所述传动齿与所述齿轮相啮合传动；
所述电机工作驱动下通过调位盘4控制各流量监测通道3从初始点位位移至第一动态监测点位，此时获取各第一动态监测点位降温流体流量数据信息，尤其通过获得第一动态监测点位（或更多第二动态监测点位、第三动态监测点位等），实现对静电吸盘表面多个吸附点吸附力检测，根据静电吸盘每个吸附点吸附力大小判断其对晶圆的整体吸附强度，从而方便检测静电吸盘吸附牢固性。
本实施例中，一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测方法，
其包括以下步骤：
步骤一、静电吸盘1在通电工作前，通过供液盘机构2中的循环泵24将储液罐内的降温流体通过输送管25恒压输送至匀液腔内，降温流体能够通过各流量监测通道3进入冷却腔中，此时由各流量监测通道3内的流量仪获取初始流量值；
步骤二、静电吸盘1通电工作并施加电压电流，此时静电吸盘1底部与晶圆静电吸附，而供液盘机构2中的循环泵24持续进行降温流体循环输送，由各流量监测通道3内的流量仪获取静电吸盘1上初始点位的各流量监测通道3内的流量值；
步骤三、通过电机驱动调位盘4旋转，使得各流量监测通道3从初始点位移动至第一动态监测点位，供液盘机构2中的循环泵24工作压力保持不变，流量仪获取第一动态监测点位降温流体流量数据；
步骤四、将初始流量值、初始点位的各流量监测通道内的流量值以及第一动态监测点位降温流体流量值进行数据整合；根据降温流体流量计算静电吸盘1的吸附力；
步骤五、将计算获得的吸附力与晶圆所需预设的吸附力阈值进行比较，判断静电吸盘1吸附状态；
步骤六、当计算获得的吸附力高于或低于晶圆所需预设的吸附力阈值的安全范围时，静电吸盘1自动调整电压电流的施加值，根据降温流体流量变化再次计算静电吸盘1调整后的吸附力，并重复步骤四、五。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其特征在于：其包括：
静电吸盘（1），其上方设置有机架（11），所述机架（11）与静电吸盘（1）之间设置有安装板（12），所述静电吸盘（1）与安装板（12）相固定；
伸缩缸（13），平行设置在所述机架（11）上，所述伸缩缸（13）的伸缩端与所述安装板（12）相连接；
供液盘机构（2），同轴设置在静电吸盘（1）上，并位于安装板（12）下方，所述供液盘机构（2）内循环输送有降温流体；
流量监测通道（3），为均匀分布的多个，各所述流量监测通道（3）均竖直设置在供液盘机构（2）中，所述流量监测通道（3）用于对供液盘机构（2）中循环输送的降温流体实时流量监控，并基于获取的各点位降温流体流量数据信息通过预设模型检测评估静电吸盘（1）工作状态下的吸附力；
调位盘（4），安装在所述供液盘机构（2）中，各所述流量监测通道（3）均竖直穿设在调位盘（4）上，所述调位盘（4）用于对供液盘机构（2）中的流量监测通道（3）提供动态位移调节；
所述静电吸盘（1）内分布有电极层；
所述供液盘机构（2）包括：
降温盘（21），同圆心的固定在静电吸盘（1）上方，所述降温盘（21）内设有冷却腔；
送液盘（22），安装在降温盘（21）上方，所述降温盘（21）上设置有装配板（23），所述送液盘（22）通过装配板（23）与所述降温盘（21）相固定，所述送液盘（22）内设有匀液腔；多个所述流量监测通道（3）竖直连接在匀液腔与冷却腔之间；
循环泵（24），固定在安装板（12）的一侧，所述循环泵（24）的一侧连接有储液罐，且其另一侧连接有输送管（25），所述输送管（25）的一端与所述匀液腔相连通；
回流管（26），连接在冷却腔的一侧，所述回流管（26）的一端与储液罐相连通；
所述供液盘机构（2）中位于各流量监测通道（3）内均设置有流量仪；
所述流量监测通道（3）包括：
上接管（31），用于连接供液盘机构（2）的匀液腔，所述上接管（31）的下方同轴设置有下接管（32），所述下接管（32）用于连接供液盘机构（2）的冷却腔；
密封套（33），同轴密封连接在上接管（31）与下接管（32）之间；
导流管（34），固定在密封套（33）内，所述导流管（34）的上端与所述上接管（31）相接通；
侧排孔（35），开设在所述导流管（34）的侧壁上，所述侧排孔（35）被设置为上下排列分布的多个，所述密封套（33）与导流管（34）之间配合形成流动腔，所述侧排孔（35）均与所述流动腔相连通，所述侧排孔（35）被设置为单向通孔结构；
内流道（36），轴向开设在所述下接管（32）内，所述内流道（36）的上端与所述流动腔相接通；
柱塞（37），滑动连接在所述导流管（34）内，所述柱塞的侧壁与导流管（34）内壁紧密接触；
电极片，设置在柱塞（37）的下方；
所述下接管（32）的中部设有安装槽（38），所述安装槽（38）中滑动设置有滑块（39），所述电极片安装在滑块（39）上，所述滑块（39）的上方连接有支杆，所述支杆的一端与所述柱塞（37）相固定；
所述降温盘（21）中圆周分布有多个弧形导孔（5），所述弧形导孔（5）均呈倾斜分布，所述流量监测通道（3）滑动连接在所述弧形导孔（5）内，所述流量监测通道（3）的上下端均连接有橡胶管（51），所述橡胶管（51）分别对应密封连接在降温盘（21）与送液盘（22）上；
所述导流管（34）内位于柱塞（37）的下方设置有内弹簧；
所述调位盘（4）转动连接在降温盘（21）与送液盘（22）之间，所述调位盘（4）上对应开设有多个直导孔（41），所述直导孔（41）沿调位盘（4）的径向设置，且所述流量监测通道（3）滑动连接在直导孔（41）中。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其特征在于：所述静电吸盘（1）外设置有控制模块，所述控制模块获取静电吸盘（1）非工作状态下供液盘机构（2）中的降温流体恒压通过各流量监测通道（3）的初始流量值。
3.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其特征在于：所述降温盘（21）上安装有电机，所述电机的输出轴固定有传动齿，所述调位盘（4）上同轴套设有齿轮，所述传动齿与所述齿轮相啮合传动；
所述电机工作驱动下通过调位盘（4）控制各流量监测通道（3）从初始点位位移至第一动态监测点位，此时获取各第一动态监测点位降温流体流量数据信息。
4.一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测方法，其采用如权利要求1-3任意一项所述的一种半导体晶圆静电吸盘吸附力检测装置，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤一、静电吸盘（1）在通电工作前，通过供液盘机构（2）中的循环泵（24）将储液罐内的降温流体通过输送管（25）恒压输送至匀液腔内，降温流体能够通过各流量监测通道（3）进入冷却腔中，此时由各流量监测通道（3）内的流量仪获取初始流量值；
步骤二、静电吸盘（1）通电工作并施加电压电流，此时静电吸盘（1）底部与晶圆静电吸附，而供液盘机构（2）中的循环泵（24）持续进行降温流体循环输送，由各流量监测通道（3）内的流量仪获取静电吸盘（1）上初始点位的各流量监测通道（3）内的流量值；
步骤三、通过电机驱动调位盘（4）旋转，使得各流量监测通道（3）从初始点位移动至第一动态监测点位，供液盘机构（2）中的循环泵（24）工作压力保持不变，流量仪获取第一动态监测点位降温流体流量数据；
步骤四、将初始流量值、初始点位的各流量监测通道内的流量值以及第一动态监测点位降温流体流量值进行数据整合；根据降温流体流量计算静电吸盘（1）的吸附力；
步骤五、将计算获得的吸附力与晶圆所需预设的吸附力阈值进行比较，判断静电吸盘（1）吸附状态；
步骤六、当计算获得的吸附力高于或低于晶圆所需预设的吸附力阈值的安全范围时，静电吸盘（1）自动调整电压电流的施加值，根据降温流体流量变化再次计算静电吸盘（1）调整后的吸附力，并重复步骤四、五。
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