晶圆吸附力的测量系统及方法、晶圆托盘及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体器件制造的技术领域，尤其涉及一种晶圆吸附力的测量系统、一种晶圆吸附力的测量方法、一种计算机可读存储介质、一种晶圆托盘，以及一种晶圆托盘的制备方法。

背景技术：

2.静电吸盘(electrostatic chuck，esc)吸附力的大小和均匀性，对晶圆(wafer)与静电吸盘之间的传热效果有很大影响，会直接影响晶圆表面的成膜质量。具体来说，若吸附晶圆的吸附力(chucking force)过小，则有可能在制备薄膜时出现晶圆移动的现象。反之，若吸附晶圆的吸附力过大，则有可能损伤晶圆和静电吸盘的表面。此外，若在解除吸附(de-chuck)时静电吸盘的吸附力没有被完全消除，则容易在完成薄膜制备并顶起晶圆时产生碎片的现象。
3.为了测量静电吸盘上多个位置的吸附力，本领域存在一些在先技术，通过在静电吸盘的表面集成压力薄膜传感器阵列，再通过无线通信模块分别传输各位置的压力信号的方式，测量静电吸盘表面多个位置的吸附力。然而，这种基于无线传输技术的测量方式一方面需要在静电吸盘表面集成无线传输模块，存在制造难度高及成本高的缺陷，另一方面容易受到强等离子场(high density plasma，hdp)的干扰，存在通信可靠性差的缺陷。此外，由于在强等离子场(hdp)工艺过程中，静电吸盘表面的温度很高，对无线传输模块的工作寿命影响很大。因此，这种基于无线传输技术的测量方案难以在强等离子场(hdp)工艺中高效、可靠地进行吸附力测量。
4.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种晶圆吸附力的测量技术，用于低成本、可靠、耐高温地测量晶圆托盘上多个位置的吸附力大小及分布均匀性，从而满足各种工艺条件下的晶圆吸附力的测量需求。

技术实现要素：

5.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
6.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种晶圆吸附力的测量系统、一种晶圆吸附力的测量方法、一种计算机可读存储介质、一种晶圆托盘，以及一种晶圆托盘的制备方法，能够低成本、可靠、耐高温地测量晶圆托盘上多个位置的吸附力大小及分布均匀性，从而满足各种工艺条件下的晶圆吸附力的测量需求。
7.具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述晶圆吸附力的测量系统包括多个传感器、多根导线、保护层及数据处理模块。所述多个传感器分布于晶圆托盘上的多个位置。所述多根导线按多个方向分别连接所述多个传感器。所述保护层覆盖所述多个传感器及所
述多根导线。所述数据处理模块连接所述多根导线，以分别获取所述多个方向的传感器叠加信号，并根据各所述方向的传感器叠加信号确定各所述位置的晶圆吸附力。
8.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述多个方向包括相互垂直的第一方向及第二方向。所述多个传感器分别沿所述第一方向及所述第二方向排列，以在所述晶圆托盘上构成二维传感器阵列。多根第一导线分别沿所述第一方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第一方向的多组第一叠加信号。多根第二导线分别沿所述第二方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第二方向的多组第二叠加信号。
9.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述数据处理模块被配置为：解析各组所述第一叠加信号及各组所述第二叠加信号，以确定各所述传感器的传感器信号；以及根据各所述传感器信号，分别确定各对应传感器所在位置的晶圆吸附力。
10.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述晶圆托盘上设有导线引出孔。所述多根导线经由所述导线引出孔穿过所述晶圆托盘，并连接所述数据处理模块，所述导线引出孔由高温密封胶密封。
11.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述晶圆托盘为静电吸盘。所述晶圆吸附力为所述静电吸盘对所述晶圆的静电吸附力。此外，所述晶圆托盘由铝基材制成，其上涂覆有陶瓷绝缘层。所述多个传感器经由所述陶瓷绝缘层分布于所述晶圆托盘上的所述多个位置。此外，所述传感器为压力传感器。所述压力传感器根据所在位置的晶圆吸附力，输出对应幅值的电压信号和/或电流信号。此外，所述保护层由氧化铝陶瓷材料形成，用于对其下方的所述多个传感器及所述多根导线进行刚度保护及高温保护。
12.此外，根据本发明的第二方面提供的上述晶圆吸附力的测量方法包括以下步骤：向本发明的第一方面提供的上述晶圆吸附力的测量系统的多个传感器提供偏置电压；经由所述测量系统的多根导线，获取多个对应方向的传感器叠加信号；以及根据各所述方向的传感器叠加信号，确定各所述传感器所在位置的晶圆吸附力。
13.此外，根据本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施本发明的第二方面提供的上述晶圆吸附力的测量方法。
14.此外，根据本发明的第四方面提供的上述晶圆托盘，其中配置有本发明的第一方面提供的上述晶圆吸附力的测量系统。
15.此外，根据本发明的第五方面提供的上述晶圆托盘的制备方法包括以下步骤：在晶圆托盘上的多个位置生成多个传感器；以多根导线，按多个方向分别连接所述多个传感器；将所述多根导线连接到数据处理模块；以及在所述多个传感器及所述多根导线上覆盖保护层。
16.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述在晶圆托盘上的多个位置生成多个传感器的步骤包括：在所述晶圆托盘上喷涂陶瓷绝缘层；以及通过微加工技术，在所述陶瓷绝缘层上的所述多个位置，加工出所述多个传感器。
17.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述多个传感器分别沿相互垂直的第一方向及第二方向排列，以在所述晶圆托盘上构成二维传感器阵列。所述以多根导线，按多个方向分别连接所述多个传感器的步骤包括：以多根第一导线分别沿所述第一方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第一方向的多组第一叠加信号；以及以多根第二导线分别沿
所述第二方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第二方向的多组第二叠加信号。
18.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述将所述多根导线连接到数据处理模块的步骤包括：在所述晶圆托盘上开设导线引出孔；将所述多根导线经由所述导线引出孔穿过所述晶圆托盘，并连接到所述数据处理模块；以及使用高温密封胶密封所述导线引出孔。
19.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述在所述多个传感器及所述多根导线上覆盖保护层的步骤包括：在所述多个传感器及所述多根导线之上喷涂氧化铝陶瓷，直到达到所述保护层所需的高度和/或形状。
附图说明
20.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
21.图1示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆托盘的制备方法的流程示意图。
22.图2示出了根据本发明的一些实施例提供的传感器阵列的示意图。
23.图3示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆吸附力的测量系统的架构示意图。
24.图4示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆吸附力的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
28.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
29.如上所述，为了测量静电吸盘上多个位置的吸附力，本领域存在一些在先技术，通过在静电吸盘的表面集成压力薄膜传感器阵列，再通过无线通信模块分别传输各位置的压力信号的方式，测量静电吸盘表面多个位置的吸附力。然而，这种基于无线传输技术的测量方式一方面需要在静电吸盘表面集成无线传输模块，存在制造难度高及成本高的缺陷，另一方面容易受到强等离子场(high density plasma，hdp)的干扰，存在通信可靠性差的缺陷。此外，由于在强等离子场(hdp)工艺过程中，静电吸盘表面的温度很高，对无线传输模块的工作寿命影响很大。因此，这种基于无线传输技术的测量方案难以在强等离子场(hdp)工艺中高效、可靠地进行吸附力测量。
30.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种晶圆吸附力的测量系统、一种晶圆吸附力的测量方法、一种计算机可读存储介质、一种晶圆托盘，以及一种晶圆托盘的制备方法，能够低成本、可靠、耐高温地测量晶圆托盘上多个位置的吸附力大小及分布均匀性，从而满足各种工艺条件下的晶圆吸附力的测量需求。
31.在一些非限制性的实施例中，本发明的第二方面提供的上述晶圆吸附力的测量方法，可以经由本发明的第一方面提供的上述晶圆吸附力的测量系统来实施。该测量系统的数据处理模块中可以配置有存储器及处理器。该存储器包括但不限于本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该处理器连接该存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第二方面提供的上述晶圆吸附力的测量方法。
32.此外，在一些实施例中，本发明的第一方面提供的上述晶圆吸附力的测量系统可以被配置于本发明的第四方面提供的上述晶圆托盘。该晶圆托盘可以由本发明的第五方面提供的上述晶圆托盘的制备方法制备获得。
33.以下将首先结合一些晶圆托盘的制备方法的实施例，描述上述晶圆托盘及晶圆吸附力的测量系统的结构。本领域的技术人员可以理解，这些制备方法的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该晶圆托盘及测量系统的全部结构或全部功能。同样地，该晶圆托盘及测量系统也只是本发明提供一种非限制性的实施方式，不对这些制备方法中各步骤的操作对象构成限制。
34.请结合参考图1至图3。图1示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆托盘的制备方法的流程示意图。图2示出了根据本发明的一些实施例提供的传感器阵列的示意图。图3示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆吸附力的测量系统的架构示意图。
35.如图1至图3所示，在制备晶圆托盘的过程中，技术人员可以首先在晶圆托盘10上的多个位置生成多个传感器11。
36.在一些实施例中，晶圆托盘10可以为静电吸盘，其对所述晶圆吸附力可以为静电吸附力。此外，晶圆托盘10可以由铝基材制成101。在生成多个传感器11的过程中，技术人员可以首先在晶圆托盘10的铝基材101上涂覆碳化硅(sic)陶瓷绝缘层102，再通过微加工技术，在sic陶瓷绝缘层102上的多个位置，分步和/或同步地加工出多个传感器11。在此，该传感器11可以为压力传感器，能够根据位置收到的压力(即晶圆在晶圆吸附力的作用下，对晶圆托盘10的对应位置产生的力)，输出对应幅值的电压信号和/或电流信号
37.如图1所示，在生成多个传感器11之后，技术人员可以按多个方向，以多根导线
121、122分别连接该多个传感器11。
38.具体来说，如图2所示，多个传感器11可以分别沿相互垂直的x方向及y方向排列，以在晶圆托盘10上构成二维传感器阵列。对应地，技术人员可以采用焊接或粘接的方式，在压力传感器阵列的引线板上，用多根第一导线121分别连接各排传感器11，以分别采集沿x方向的多组第一叠加信号。此外，技术人员还可以采用焊接或粘接的方式，在压力传感器阵列的引线板上，用多根第二导线122分别连接各列传感器11，以分别采集沿y方向的多组第二叠加信号。
39.如图1所示，在生成并连接多个传感器11之后，技术人员可以将该多根导线121、122连接到数据处理模块。
40.具体来说，如图3所示，在连接数据处理模块20的过程中，技术人员可以首先在晶圆托盘10上开设导线引出孔103，将多根导线121、122经由该导线引出孔103穿过晶圆托盘10，并连接到数据处理模块20。之后，技术人员还可以优选地使用高温密封胶密封该导线引出孔103，以避免反应气体、等离子体的泄露，并避免外部杂质经由该导线引出孔103进入反应腔室内部。
41.如图1所示，在将多根导线121、122连接到数据处理模块20之后，技术人员可以在该多个传感器11及该多根导线121、122上覆盖保护层104，以对其进行保护。
42.具体来说，在一些实施例中，该保护层104可以由氧化铝陶瓷材料形成。技术人员可以在该多个传感器11及该多根导线121、122之上喷涂氧化铝陶瓷，直到达到保护层104所需的高度和/或形状，以对其下方的多个传感器11及多根导线121、122进行刚度保护及高温保护。
43.进一步地，在本发明一些实施例中，数据处理模块20可以连接外接的计算机30。技术人员可以经由该计算机30向数据处理模块20发送开始测量的指令，由该数据处理模块20获取多个方向的传感器叠加信号，并根据各方向的传感器叠加信号确定各位置的晶圆吸附力。之后，技术人员即可从该数据处理模块20及时获取或持续监测晶圆托盘10上多个位置的晶圆吸附力的大小及分布均匀性。
44.具体请参考图3及图4，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的晶圆吸附力的测量方法的流程示意图。
45.如图3及图4所示，在测量晶圆吸附力的过程中，数据处理模块20可以首先经由多根导线121、122，向分布于晶圆托盘10上多个位置的多个传感器11提供同一偏置电压。之后，响应于晶圆托盘10向晶圆提供的吸附力，对应位置的一个或多个传感器11将因受到的压力发生变化而改变其输出信号(例如：输出电压)。此时，数据处理模块20可以经由测量系统的多根导线121、122，分别获取x方向及y方向的多组传感器叠加信号，根据输出幅值发生改变的至少一条第一导线121，确定压力发生变化的受力位置的x坐标，并根据输出幅值发生改变的至少一条第二导线122，确定压力发生变化的受力位置的y坐标，从而确定该一个或多个受力位置在晶圆托盘10上的坐标位置。
46.进一步地，数据处理模块20还可以根据各第一导线121上各组第一叠加信号的幅值变化量，以及各第二导线122上各组第二叠加信号的幅值变化量，确定各受力位置的晶圆吸附力，其中，各传感器叠加信号的幅值变化量与晶圆吸附力的数值的对应关系，可以由本领域的技术人员通过数值换算或有限的标定实验来确定，在此不做赘述。
47.综上，通过采用碳化硅(sic)来做为压力传感器阵列的基体，并使用微制造技术将压力传感器阵列集成于静电吸盘之内，再使用导线连接通信的方式获取指示晶圆吸附力的传感器叠加信号，本发明一方面具有良好的刚度、集成度和耐高温性(上至550℃)，另一方面还能避免对集成无线通信模块的需求，从而降低晶圆吸附力的测量系统及晶圆托盘的生产难度和生产成本，提高其可靠性和工作寿命，并适应强等离子场(hdp)的工艺条件。
48.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
49.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

技术特征：

1.一种晶圆吸附力的测量系统，其特征在于，包括：多个传感器，分布于晶圆托盘上的多个位置；多根导线，按多个方向分别连接所述多个传感器；保护层，覆盖所述多个传感器及所述多根导线；以及数据处理模块，连接所述多根导线，以分别获取所述多个方向的传感器叠加信号，并根据各所述方向的传感器叠加信号确定各所述位置的晶圆吸附力。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述多个方向包括相互垂直的第一方向及第二方向，其中，所述多个传感器分别沿所述第一方向及所述第二方向排列，以在所述晶圆托盘上构成二维传感器阵列，多根第一导线分别沿所述第一方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第一方向的多组第一叠加信号，多根第二导线分别沿所述第二方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第二方向的多组第二叠加信号。3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述数据处理模块被配置为：解析各组所述第一叠加信号及各组所述第二叠加信号，以确定各所述传感器的传感器信号；以及根据各所述传感器信号，分别确定各对应传感器所在位置的晶圆吸附力。4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述晶圆托盘上设有导线引出孔，其中，所述多根导线经由所述导线引出孔穿过所述晶圆托盘，并连接所述数据处理模块，所述导线引出孔由高温密封胶密封。5.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述晶圆托盘为静电吸盘，所述晶圆吸附力为所述静电吸盘对所述晶圆的静电吸附力，和/或所述晶圆托盘由铝基材制成，其上涂覆有陶瓷绝缘层，所述多个传感器经由所述陶瓷绝缘层分布于所述晶圆托盘上的所述多个位置，和/或所述传感器为压力传感器，所述压力传感器根据所在位置的晶圆吸附力，输出对应幅值的电压信号和/或电流信号，和/或所述保护层由氧化铝陶瓷材料形成，用于对其下方的所述多个传感器及所述多根导线进行刚度保护及高温保护。6.一种晶圆吸附力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：向权利要求1～5中任一项所述的晶圆吸附力的测量系统的多个传感器提供偏置电压；经由所述测量系统的多根导线，获取多个对应方向的传感器叠加信号；以及根据各所述方向的传感器叠加信号，确定各所述传感器所在位置的晶圆吸附力。7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求6所述的晶圆吸附力的测量方法。8.一种晶圆托盘，其特征在于，所述晶圆托盘中配置有如权利要求1～5中任一项所述的晶圆吸附力的测量系统。9.一种晶圆托盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在晶圆托盘上的多个位置生成多个传感器；
以多根导线，按多个方向分别连接所述多个传感器；将所述多根导线连接到数据处理模块；以及在所述多个传感器及所述多根导线上覆盖保护层。10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述在晶圆托盘上的多个位置生成多个传感器的步骤包括：在所述晶圆托盘上喷涂陶瓷绝缘层；以及通过微加工技术，在所述陶瓷绝缘层上的所述多个位置，加工出所述多个传感器。11.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述多个传感器分别沿相互垂直的第一方向及第二方向排列，以在所述晶圆托盘上构成二维传感器阵列，所述以多根导线，按多个方向分别连接所述多个传感器的步骤包括：以多根第一导线分别沿所述第一方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第一方向的多组第一叠加信号；以及以多根第二导线分别沿所述第二方向连接所述多个传感器，以分别采集沿所述第二方向的多组第二叠加信号。12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述将所述多根导线连接到数据处理模块的步骤包括：在所述晶圆托盘上开设导线引出孔；将所述多根导线经由所述导线引出孔穿过所述晶圆托盘，并连接到所述数据处理模块；以及使用高温密封胶密封所述导线引出孔。13.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述在所述多个传感器及所述多根导线上覆盖保护层的步骤包括：在所述多个传感器及所述多根导线之上喷涂氧化铝陶瓷，直到达到所述保护层所需的高度和/或形状。

技术总结

本发明涉及晶圆吸附力的测量系统、测量方法、计算机可读存储介质、晶圆托盘及其制备方法。所述测量系统包括多个传感器、多根导线、保护层及数据处理模块。所述多个传感器分布于晶圆托盘上的多个位置。所述多根导线按多个方向分别连接所述多个传感器。所述保护层覆盖所述多个传感器及所述多根导线。所述数据处理模块连接所述多根导线，以分别获取所述多个方向的传感器叠加信号，并根据各所述方向的传感器叠加信号确定各所述位置的晶圆吸附力。通过采用上述配置，本发明能够低成本、可靠、耐高温地测量晶圆托盘上多个位置的吸附力大小及分布均匀性，从而满足各种工艺条件下的晶圆吸附力的测量需求。测量需求。测量需求。