專利名稱：測量卡盤附著力的設備和方法
技術領域：
本發明公開了一種測量卡盤附著力的設備和方法。
背景技術：
測量卡盤附著力的設備和方法是已知的。但是，這些方法具有各種 各樣的缺陷。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，從而提供一種新型測量卡 盤附著力的設備和方法。
為此，根據本發明的一個方面，提供一種測量卡盤附著力的設備， 包括
構造成接受和附著襯底的卡盤；
使襯底與卡盤分離的分離裝置；
與分離裝置相連的可變負載施加裝置，所述可變負載施加裝置通過
改變其負載來操作分離裝置；以及
控制器，其測量當襯底附著于分離裝置上或接觸分離裝置時可變負
載施加裝置的負載以及當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載， 以計算卡盤附著力。
根據本發明的另一方面，提供一種測量卡盤附著力的方法，包括
將襯底放置在卡盤上；
利用附著力將襯底附著到卡盤上；
通過改變可變負載施加裝置的負載移動分離裝置，以使襯底與卡盤 分離；
測量當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載；以及
計算當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載和當分離裝置附 著于襯底上或接觸襯底時可變負載施加裝置的負載之間的差值，并利用 該差值確定卡盤的附著力。
根據本發明的又一方面，提供一種測量卡盤附著力的設備，包括-
構造成接受和附著襯底的卡盤；
分離裝置，其包括使襯底與卡盤分離的升降裝置和操作升降裝置的 驅動裝置；以及
負載測量設備，其在分離裝置接觸襯底之前測量升降裝置的第一負 載，并且當襯底與卡盤分離時測量升降裝置的第二負載，所述負載測量 設備利用第一負載和第二負載之間的差值計算卡盤的附著力。
根據本發明的再一方面，提供一種測量卡盤附著力的方法，包括
將襯底放置在卡盤上；
利用附著力將襯底附著到卡盤上；
移動升降裝置以使襯底與卡盤分離；
在升降裝置接觸附著在卡盤上的襯底之前測量升降裝置的第一負
載；
當襯底與卡盤分離時測量升降裝置的第二負載；以及 利用測得的第一和第二負載計算卡盤附著力。
以下將參照下面的附圖詳細地描述實施例，在附圖中，相同的附圖
標記表示相同的元件，并且其中
圖1是根據一個實施例的測量靜電力的設備的示意圖2是根據一個實施例的測量靜電力的方法的流程圖3是根據另一個實施例的測量靜電力的設備的示意圖4是圖3的靜電力測量設備的仰視圖5和6是示出圖3中的靜電力測量設備的操作的視圖7是根據另一個實施例的測量靜電力的方法的流程圖8是根據另一個實施例的測量靜電力的設備的示意圖9是圖8中的負載測量裝置的方框圖10和11是示出圖8中的靜電力測量設備的操作的視圖；以及
圖12是根據另一個實施例的測量靜電力的方法的流程圖。 .
具體實施例方式
本發明在這里公開的實施例涉及測量卡盤附著力的設備和方法。公 開了使用靜電卡盤和測量靜電力的特定實施例。但是，所述設備和方法 也可以與其他類型的卡盤、例如真空卡盤一起使用，以用于測量其他類
型的力，例如真空力。此外，例如基于所需的應用，所公開的實施例中 的每一個的特征也可以根據需要與其他實施例中的任何特征一起使用。 通常，在處理襯底(基片)如半導體晶片、用于平板顯示器中的薄
膜晶體管(TFTs)、玻璃襯底或類似裝置的過程中，運送到腔室中的這 些襯底被移動到所需的位置、放置于支承表面上，并隨后被排列。最近， 隨著半導體領域中電路的集成化和輕質化，并隨著平板顯示器制造領域 中的顯示面積的增大，將襯底布置和放置于所需位置上的保持襯底的技 術的重要性越來越受到業界重視。
作為這種襯底保持方法的典型例子，存在著使用夾子的方法、使用
真空力的方法和使用靜電卡盤或靜電吸盤(ESC)的方法。在使用夾子的 方法中，通過使用夾子夾住襯底的邊緣來固定襯底。這種夾子可以由陶 瓷或其他材料制成。在使用靜電卡盤的方法中，靜電卡盤使用在靜電卡 盤和襯底之間的接觸面處產生的靜電力來吸附和保持襯底。
最近，在這些襯底保持方法中，可以提高制造工藝的一致性的使用 靜電卡盤的方法得到了廣泛的應用。關于靜電卡盤的相關技術的一個典 型例子在名稱為"靜電卡盤"的美國專利No.6,134，096中公開。在該專利 中，靜電卡盤具有包括絕緣層、電極層、介電層的結構，并且被構造成 使得通過在靜電卡盤上施加-1000V到+1000V的電力將襯底附著在靜電卡 盤上。在使用靜電卡盤保持襯底的方法中，由于通過使用靜電力吸附襯 底，卡盤保持著襯底，在半導體制造過程中可以穩定地進行各種操作， 因此可以防止襯底被損壞，并降低產品的廢品率。
使用靜電力吸附和保持襯底的靜電卡盤可包括由陶瓷制成的底板、 可設置在底板上的電極和可通過電極被供給電能的電介質。
在靜電卡盤中，當電能施加在電極上以吸附襯底時，襯底的表面和 電極可以被極化。此時，在靜電卡盤上產生靜電力，通過該靜電力，靜 電卡盤吸附和保持襯底。
最近，隨著平板顯示器的面積增大，這種靜電卡盤可包括可能設置 于底板上并吸附襯底的多個電介質。吸附和保持襯底的多個電介質必須 確保均勻的靜電力。
靜電力可以根據襯底的材料和厚度來設定。如果電介質不能確保均 勻的靜電力，可能產生靜電力的誤差，由此當襯底與靜電卡盤分離(將 襯底從靜電卡盤上卸下)時，襯底有可能不能正確地與靜電卡盤分離， 并且可能會產生粘著現象，在這種粘著現象中，襯底可能會快速返回到 靜電卡盤上。此外，襯底可能產生變形或裂紋。因此，會產生降低生產效率的問題。
如圖1所示，根據一個實施例的靜電力測量設備io可以包括其上可安
放測量襯底S的靜電卡盤100、向靜電卡盤100施加電壓的供電裝置150和 使測量襯底S與其上施加電壓的靜電卡盤100分開的分離裝置120。靜電力 測量設備10可以進一步包括可變負載施加裝置110和控制器160，其中可 變負載施加裝置110可與分離裝置120相連，并通過改變施加到分離裝置 上的負載來操作分離裝置120;控制器160在測量襯底S附著到分離裝置 120上時測量可變負載施加裝置110的負載，并且在測量襯底S與靜電卡盤 100分開時測量可變負載施加裝置110的負載，從而利用可變負載施加裝 置110的負載變化來計算靜電力。
當施加電能時，利用通過在測量襯底S和靜電卡盤300之間的表面上 發生極化現象所產生的靜電力，靜電卡盤100吸附測量襯底S。滿足同樣 條件的等效襯底(dummy substrate)、例如薄膜晶體管和平板顯示器的半 導體晶片的玻璃襯底可以用作測量襯底S。另外，雖然在圖中未示出，還 可以設有獨立的卡盤承載裝置和獨立的襯底承載裝置，以移動卡盤300和 襯底S。
靜電卡盤100可由支承裝置150支承。支承裝置150可以包括支承板或 工作臺151、支承腿153，并可以由通過供電裝置155施加的電壓進行充電。 支承板151可用于保持靜電卡盤100，在其上可以裝載測量襯底S。當電壓 從供電裝置155施加到靜電卡盤100上時，在靜電卡盤100和測量襯底S之 間的接觸面處將會感應產生與施加到靜電卡盤100上的電荷的極性相反 的電荷，因此這些感應電荷可能產生感應電動勢，這樣測量襯底S將會附 著到靜電卡盤100上。
靜電卡盤100可在其與測量襯底S之間具有電介質陶瓷涂層。根據電 介質陶瓷涂層的厚度，可將測量襯底S夾緊到靜電卡盤100上的附著力可
以改變。
此外，可以在靜電卡盤100接觸測量襯底S的表面上設置一個或多個 傳感器102，其檢測測量襯底S附著于靜電卡盤上或者與靜電卡盤100分 離。傳感器102可以包括檢測壓力變化的壓力傳感器或者檢測測量襯底S 和靜電卡盤100之間的磁場變化的磁性傳感器。
供電裝置可以包括向靜電卡盤100供給直流電的直流發電機(未示 出)。分離裝置120可以包括產生真空以吸附測量襯底S的真空裝置130以 及傳遞動力以移動真空裝置130的驅動裝置140。真空裝置130可以包括具 有吸附測量襯底S的真空抽吸件131b的真空抽吸裝置131a、通過真空抽吸 件131b抽吸空氣的真空泵132、以及可連接在真空抽吸件131b和真空泵 132之間的真空管133。可由橡膠制成的真空抽吸墊或可由陶瓷絕緣體制 成的真空抽吸銷可以用作真空抽吸件131b，以防止真空抽吸件131b影響 在測量襯底S和靜電卡盤100之間產生的靜電力。
真空泵132通過真空抽吸件131b抽吸空氣，以將測量襯底S附著于真 空抽吸裝置131a上，從而當測量襯底S與靜電卡盤100分離時，可被真空 抽吸件131b吸附的測量襯底S可以在豎直方向上與真空抽吸裝置131a— 起向前移動。如上所述，真空管133可以用于將真空抽吸裝置131a與真空 泵132相互連接起來。
驅動裝置140可以包括至少一個、或者在本實施例的例子中為兩個輪 141和142、可與輪141和142以及真空抽吸件131聯接以實現動力傳遞(傳 動)功能的動力傳遞件143。在該實施例中，輪141和142包括第一輪141 和第二輪142。第一輪141可以支承可與真空抽吸裝置131a相連的動力傳 遞件143，由此動力傳遞件143可以拉動真空抽吸裝置131a和由真空抽吸 件131b利用與通過可變負載施加裝置110施加在動力傳遞件143上的張力 相對應的力吸附且保持的測量襯底S。此外，第二輪142也可用于與第一輪141一起支承動力傳遞件143,由 此可變負載施加裝置110所施加的力可通過動力傳遞件143傳遞到附著在 靜電卡盤100上的測量襯底S，該力的方向可以由第一和第二輪141和142 改變。固定輪(如定滑輪)或可動輪(如動滑輪)可以用作第一和第二 輪141和142中的每一個。此外，也可以使用多個輪來改變力的傳遞方向。
動力傳遞件143可以將真空抽吸裝置131a、第一輪141、第二輪142與 可變負載施加裝置110相互連接在一起，并將由可變負載施加裝置110產 生的力傳遞到真空抽吸裝置131a。可以承受數噸負載的絲線(鋼索)或 鏈條可以用作動力傳遞件143。
在具有上述結構的分離裝置120中，真空裝置130產生真空，從而吸 附測量襯底S，且驅動裝置140移動真空抽吸裝置131a，從而使測量襯底S 與靜電卡盤100分離。
可變負載施加裝置110根據在測量襯底S和靜電卡盤100之間施加的 靜電力的強度來調節其負載。也就是說，可變負載施加裝置110中產生的 力與靜電力的強度成比例。可變負載施加裝置110的負載變化操作可以通 過使用一個獨立的機器來用另一個重物替代一個重物的方法或者使用豎 直負載缸增加或減少負載的方法進行。
控制器160可以從傳感器102接收到關于測量襯底S是否與靜電卡盤 100分離的信息。而且，控制器160可以調節可變負載施加裝置110的負載， 直到測量襯底S與靜電卡盤100分離為止，并且當測量襯底S與靜電卡盤 100分離時測量可變負載施加裝置110的負載。另外，控制器160可以用于 利用可變負載施加裝置110的測量負載來計算靜電力。
具有上述結構的根據上述實施例的靜電力測量設備的操作將在下面 進行描述。
如圖2所示，在步驟S110中，可被真空抽吸件131b吸附的測量襯底S 可以放置在靜電卡盤100上。然后，當電壓從供電裝置155施加到靜電卡 盤100上時，靜電卡盤100可以被充電，并且在測量襯底S和靜電卡盤IOO 之間產生靜電力。接著，在步驟S120中，測量襯底S可通過靜電力被附著 于靜電卡盤100上。
在測量襯底S已經附著于靜電卡盤100上之后，在步驟S130中，控制 器160可以逐漸地增加可變負載施加裝置110的負載，直到測量襯底S與靜 電卡盤100分離為止。然后，可與可變負載施加裝置110聯接的動力傳遞 件143的張緊力可以逐漸地增加，而且拉力可以施加到真空抽吸件131b 上。真空抽吸件131b吸附測量襯底S的力必須大于靜電卡盤100和測量襯 底S之間的靜電力，才有可能使測量襯底S與靜電卡盤100分離。
可變負載施加裝置110的負載可以增加，直到測量襯底S與靜電卡盤 IOO分離為止。在步驟S140中，當測量襯底S與靜電卡盤100分離時，可設 置于靜電卡盤100上的傳感器102可以檢測到測量襯底S與靜電卡盤100分 離。在步驟S150中，傳感器102檢測到的信息可以被傳輸到控制器160， 因此當測量襯底S與靜電卡盤100分離時可變負載施加裝置110的負載可 以被確定。
隨后，在步驟S160中，當測量襯底S附著于真空抽吸件131b上時的可 變負載施加裝置110的負載與當測量襯底S與靜電卡盤100分離時可變負 載施加裝置110的負載之間的差值可以被計算，并且可以根據該差值確定 靜電力的精確值。
在上述靜電力測量裝置和測量靜電力的方法中，可以根據當測量襯 底S附著于真空抽吸件131b上時的可變負載施加裝置110的負載與當測量 襯底S與靜電卡盤100分離時可變負載施加裝置110的負載之間的差值確 定靜電力的精確值，從而可以防止在半導體制造過程中施加靜電力的誤 差，并且防止在半導體制造過程中當襯底與靜電卡盤分離時襯底產生裂
紋或損壞。
下面，將參照將圖3和7詳細描述根據其他實施例的測量靜電力的裝 置和測量靜電力的方法。
如圖3所示，根據該實施例的靜電力測量設備20可包括上面可以放置 測量襯底S的靜電卡盤200、向靜電卡盤200施加電壓的供電裝置255、將 測量襯底S與其上施加電壓的靜電卡盤200分離的分離裝置220。靜電力測 量設備20可以進一步包括可變負載施加裝置210和控制器260，其中可變 負載施加裝置210可與分離裝置220相連，并通過改變施加到分離裝置上 的負載來操作分離裝置220;控制器260在測量襯底S附著到分離裝置220 上時測量可變負載施加裝置210的負載，并且在測量襯底S與靜電卡盤200 分離時測量可變負載施加裝置210的負載，從而利用可變負載施加裝置 210的負載變化來計算靜電力。
當施加電能時，利用通過在測量襯底S和靜電卡盤200之間的表面上 產生極化現象所產生的靜電力，靜電卡盤200吸附測量襯底S。滿足同樣 條件的等效襯底、例如薄膜晶體管和平板顯示器的半導體晶片的玻璃襯 底可以用作測量襯底S。另外，雖然在圖中未示出，也可以提供獨立的卡 盤承載裝置和獨立的襯底承載裝置，以移動卡盤200和襯底S。
靜電卡盤200可由支承裝置250支承。支承裝置250可以包括支承板或 工作臺251和支承腿253。可在支承板251上形成通孔236a,而且可在靜電 卡盤200上形成多個孔203。靜電卡盤200可由陶瓷制成，并可在測量襯底 S和靜電卡盤200之間設有陶瓷涂層。當測量襯底S附著于靜電卡盤200上 時，陶瓷涂層可提供彈性，由此增加兩者之間的附著能力。
此外，可在接觸測量襯底S的靜電卡盤200的表面上安裝一個或多個 傳感器202，以檢測測量襯底S附著于靜電卡盤上或者與靜電卡盤200分 離。當測量襯底S與靜電卡盤200分離時，傳感器202可以檢測并向控制器 260傳輸信號。傳感器202可以包括壓力傳感器或磁性傳感器。供電裝置 255可包括向靜電卡盤200供給直流電的直流發電機(未示出)。
分離裝置220可以包括可使測量襯底S向上移動的升降裝置(或提升 裝置)230和傳遞動力以操作升降裝置230的驅動裝置240。升降裝置230 可以包括可通過形成于靜電卡盤200中的孔203與測量襯底S接觸的升降 銷231、可與升降銷231聯接的升降板232、可從升降板232中伸出以將動 力從驅動裝置240傳遞到升降板232的升降軸233、可設置在支承板251和 升降板232之間以引導升降板232的運動的導向桿234。
當電壓從供電裝置255施加到靜電卡盤200上時，在與靜電卡盤200接 觸的測量襯底S的表面上感應產生與施加到靜電卡盤200上的電荷的極性 相反的電荷。如果使用了可由導體制成的升降銷231，則當升降銷231接 觸測量襯底S以使測量襯底S與靜電卡盤200分離時，測量襯底S的電荷可 能通過升降銷231放電，故靜電力不能被精確地測量。因此，升降銷231 可由絕緣體、例如陶瓷材料制成，以防止測量襯底S的電荷的放電。此外， 在該實施例中，通過對可處于與測量襯底S接觸的狀態下的升降銷231施 加推力，測量襯底S可以與靜電卡盤200分離，由此可以測量靜電卡盤IOO 和測量襯底S之間的吸引力，即兩者之間的靜電力。因此，為了精確測量 靜電力，可檢測升降銷231是否與測量襯底S接觸的接觸檢測傳感器235可 以設置在升降銷231的與測量襯底S接觸的端部。
升降板232可以用于將來自于驅動裝置240的力傳遞到測量襯底S，并 可以沿著導向桿234豎直移動。也就是說，升降銷231可以利用升降板232 的向上運動將力傳遞到測量襯底S，因而測量襯底S可以與靜電卡盤100分 離。升降銷231可以設置于升降板232的上表面上，并且升降軸233可以在 中央部分處與升降板232的下表面聯接。升降軸233可以用于將驅動裝置 240的力傳遞到升降板232， 導向桿234可以用于將升降板232維持在這樣的水平狀態，以使得數 個升降銷231可以均勻地將可從驅動裝置240施加到升降板232上的力傳 遞到測量襯底S。另外，導向桿234可用于限定一運動空間236b，從而使 得升降板232可以在該運動空間236b中豎直運動。此外，可在每個導向桿 234的下端設置一個止動銷237，以防止升降裝置230從由導向桿234限定 的運動空間236b中移出。
驅動裝置240可以包括至少一組輪241、可與輪241和升降軸233相連 以實現動力傳遞功能的動力傳遞件243。動力傳遞件243可在其第一端處 與升降軸233的下端聯接。每個動力傳遞件243可在其第二端處與相應的 可變負載施加裝置210聯接。升降軸233的上端可與升降板232的中央部分 聯接。
例如，固定輪可以用作每個輪241，并且可以承受數噸負載的鋼索或 鏈條可以用作每個動力傳遞件243 。
如圖4所示，在該實施例中，四個動力傳遞件243 (其中每個動力傳 遞件243可與升降軸233相連)可沿四個相應方向定向，并可圍繞著可設 置于四個相應的支承腿253上的相應輪241巻繞。此外，可以安裝四個輪 241，以維持升降裝置230的平衡，并分散施加到升降裝置230上的力。
在四個輪241的情況下，如果在可變負載施加裝置210中產生的負載 彼此相等，則施加在升降裝置230上的力為施加在每個輪241的力的四倍。 進一步地，即使在可變負載施加裝置210中產生的負載彼此不同，施加到 升降裝置230上的力也等于可變負載施加裝置210中產生的負載之和。
可變負載施加裝置210的負載可由控制器260控制。升降裝置230的豎 直位置可以根據可變負載施加裝置210的負載變化而變化。
當可與相應的動力傳遞件243相連的可變負載施加裝置210的負載增 加時，向上移動的力可被傳遞到與升降軸233聯接的升降板232。因而，
升降板232可向上移動。在這里，作為豎直移動升降板232的方法的變型， 可以使用升降缸。進一步地，可變負載施加裝置210的負載變化操作可以 利用平衡塊(配重)或使用豎直負載缸來進行。
控制器260可接受關于升降銷231是否與測量襯底S接觸的信息，在升 降銷231已經接觸到測量襯底S時測量可變負載施加裝置210的負載，并增 加可變負載施加裝置210的負載，直到測量襯底S與靜電卡盤200分離為 止。然后，當控制器利用傳感器202檢測到測量襯底S與靜電卡盤200分離 時，控制器260可以測量可變負載施加裝置210的負載。
同時，如圖5所示，在使用輪241的驅動裝置240中，當與相應的動力 傳遞件243的第一端相連的可變負載施加裝置210的負載增加時，動力傳 遞件243的張緊力也增加，從而拉動升降軸233。因此，升降板232可向上 移動。
但是，如果測量襯底S和升降裝置230之間的距離相對大，當測量襯 底S與靜電卡盤200分離時，因為將升降裝置230移向測量襯底S所需的力 可能也包括在可變負載施加裝置210負載的計算中，很難精確地測量靜電 力。因此，如圖6所示，當升降銷231移動到測量襯底S的接觸面時，升降 裝置230的負載可以被測量，并且當測量襯底S與靜電卡盤200分離時，升 降裝置230的負載可以被測量。然后，可以利用上述負載之間的差值計算 靜電力。于是，靜電力可以被更精確地測量。
具有上述結構的根據本實施例的靜電力測量設備的操作將在下面進 行描述。
如圖7所示，在步驟S210中，測量襯底S可放置于靜電卡盤200上。然 后，當供電裝置255向靜電卡盤200供給電壓時，靜電卡盤200可以被充電， 并在測量襯底S和靜電卡盤200之間產生靜電力。接著，在步驟S220中， 測量襯底S可通過靜電力附著于靜電卡盤200上。
在測量襯底S已經附著于靜電卡盤200上之后，控制器260可逐漸地增 加可變負載施加裝置210的負載。然后，與相應的可變負載施加裝置210 相連的動力傳遞件243的張緊力逐漸地增加，以便可拉動升降軸233，由 此升降裝置230可緩慢地向上移動。
為減小靜電力的測量誤差，升降裝置230可首先向上運動，直到升降 銷231與測量襯底S接觸為止。當升降銷231與測量襯底S接觸時，可設置 于升降銷231中的接觸檢測傳感器235可以檢測到兩者之間的接觸。此時， 在步驟S230中，控制器260可以測量可變負載施加裝置210的負載。在每 個可變負載施加裝置210使用其中一個平衡塊替代另一個平衡塊來改變 負載的方法的情況下，由于重力加速作用，負載可能為平衡塊的重量加 倍所得到的數值。該數值可與施加在升降裝置230上的力相等。
可變負載施加裝置210的負載可逐漸地增加。然后，升降裝置230可 進一步地向上移動。最后，測量襯底S與靜電卡盤200分離。這樣，在步 驟S240中，當測量襯底S與靜電卡盤200分離時，安裝在靜電卡盤200中的 傳感器可檢測到該分離。在步驟S250中，傳感器202的檢測信息可傳輸到 控制器260，且當測量襯底S與靜電卡盤200分離時，控制器260可以測量 可變負載施加裝置210的負載。
然后，在步驟S260中，利用當測量襯底S與靜電卡盤200分離時可變 負載施加裝置210的負載與當升降銷235與測量襯底S接觸時可變負載施 加裝置210的負載之間的差值，可以精確地計算靜電力。
在上述靜電力測量裝置和測量靜電力的方法中，利用當升降銷235與 測量襯底S接觸時可變負載施加裝置210的負載與當測量襯底S與靜電卡 盤200分離時可變負載施加裝置210的負載之間的差值，可以確定靜電力 的精確值，從而避免在半導體制造過程中施加靜電力的誤差，并且防止 在半導體制造過程中當襯底與靜電卡盤分離時襯底產生裂紋或損壞。下面，將參照圖8和12詳細描述根據其他實施例的測量靜電力的裝置 和測量靜電力的方法。
如圖8所示，根據本實施例的靜電力測量設備30可包括其上可放置測 量襯底S的靜電卡盤300以及使測量襯底S與靜電卡盤300分離的分離裝置 320。靜電力測量設備30可以進一步包括負載測量設備310，其測量當分 離裝置320與測量襯底S接觸時的負載，并且測量當測量襯底S與靜電卡盤 300分離時的負載。
靜電卡盤300可由支承裝置350支承。支承裝置350可包括其上可放置 靜電卡盤300的工作臺351以及可設置于工作臺351的下表面的周邊下以 支承工作臺351的支承框架353。
當施加電壓時，靜電卡盤300利用在測量襯底S和靜電卡盤300之間的 表面上發生的極化現象而產生的靜電力吸附測量襯底S。滿足同樣條件的 等效襯底例如半導體晶片或平板顯示器的薄膜晶體管和玻璃襯底可用作 測量襯底S。另外，雖然圖中未示出，可以提供獨立的卡盤承載裝置和獨 立的襯底承載裝置，以移動靜電卡盤300和襯底S。
詳細地說，靜電卡盤300可放置于工作臺351的上表面上。將用于將 電能施加到靜電卡盤300上的電極(未示出)可設置在工作臺351中。
分離裝置320可以包括可設置在工作臺351的下面并推動襯底S使之 與靜電卡盤300分離的升降裝置330以及豎直移動升降裝置330的驅動裝 置340。升降裝置330可以包括可穿過工作臺351和靜電卡盤300豎直移動 的多個升降銷331、支承升降銷331的升降板332、以及可設置在支承裝置 350和升降板332之間以引導升降板332的運動的導向桿334。
這里，在升降板332平行于附著到靜電卡盤300上的襯底S的狀態下， 在導向桿334的引導下，升降銷331和升降板332可豎直移動。因此，可被 升降板332支承的升降銷331可以均勻地與附著于靜電卡盤300上的襯底S
接觸。因此，可減小測量負載的負載測量設備310的測量誤差。
可在工作臺351的周邊的下面的相應相反位置上設置至少兩個導向 桿334。進一步地，可在每個升降板332上設置可沿相應的導向桿334豎直 移動的連接器337。可替換地，可穿過升降板332形成通孔(未示出)， 從而使得升降板332可穿過通孔沿著導向桿334豎直移動。
同時，可在工作臺351中設置一個或多個傳感器302，以檢測襯底S是 否放置在靜電卡盤300上以及升降銷331是否與襯底S接觸。傳感器302可 與負載測量設備310相連，以將關于襯底S的放置和升降銷331與襯底S之 間的接觸的信息傳輸到負載測量設備310。
詳細地說，當襯底S放置在靜電卡盤300上時，傳感器302可將關于襯 底S的放置的信息傳輸到負載測量設備310。負載測量設備310可測量第一 負載W1，其可為升降裝置330推動襯底S之前的負載。進一步地，當升降 銷331與襯底S接觸時，傳感器302可將關于升降銷331和襯底S之間的接觸 的信息傳輸到負載測量設備310。負載測量設備310可測量第二負載W2， 其可為當襯底S與卡盤300分離時升降裝置330的負載。
這里，如圖8所示，傳感器302可包括一對光學傳感器，其可彼此面 對且位于測量襯底的相反側。可替換地，雖然在圖中未示出，可安裝在 其上放置測量襯底的卡盤300的上表面上的壓力傳感器或磁性傳感器可 用作傳感器302。
驅動裝置340可以包括可豎直移動的升降螺桿341以及可與升降螺桿 341聯接并供給動力以豎直移動升降螺桿341的動力產生和傳遞裝置342。 升降螺桿341可設置在升降裝置330下面，并可以被構造成使得升降板332 和可支承在升降板332上的升降銷331可以與升降螺桿341的豎直移動一 起進行豎直移動。
動力產生和傳遞裝置342可以包括可具有沿垂直于升降螺桿341的方
向定向的旋轉軸的動力傳遞螺桿343、可設置在升降螺桿341與動力傳遞 螺桿343之間的接合部處的錐齒輪344以及可旋轉動力傳遞螺桿343的動 力源345。
動力源345可呈手動手柄的形式，從而使得可以利用使用者的手動動 力旋轉手柄來供給動力。可替換地，也可以使用機械動力源、例如驅動 馬達來供給動力。
負載測量設備310可設置在升降裝置330和驅動裝置340之間。負載測 量設備310的上表面可與升降板332的下表面接觸，且其下表面可以與升 降螺桿341聯接。
如圖9所示，負載測量設備310可以包括測量第一負載W1和第二負載 W2的負載測量裝置311、存儲第一負載值W1和第二負載值W2的存儲器 312、計算存儲在存儲器312中的第一負載值W1和第二負載值W2之間的 差值的運算裝置313、以及顯示該差值的顯示器314。
這里，可以將典型的電子秤用作負載測量裝置311。可替換地，利用 當機械力施加到由如陶瓷等材料制成的物質上時產生內壓力并在物質中 感應產生電極化的現象的壓電傳感器也可用作負載測量裝置311。
當升降螺桿341向上移動以使襯底S與靜電卡盤300分離時，升降螺桿 341的壓力可被傳遞到負載測量設備310。然后，負載測量設備310利用升 降螺桿341的壓力向上移動升降板332，這樣可支承在升降板332上的升降 銷331可以向上移動。
在該過程中，負載測量裝置311測量在附著于卡盤300上的襯底S被升 降銷331推動之前施加在升降裝置330上的升降螺桿341的壓力以及當襯 底S與卡盤300分離時施加在升降裝置330上的升降螺桿341的壓力。換句 話說，負載測量裝置311測量第一負載W1和第二負載W2，其中該第一負 載W1為升降裝置推動附著于卡盤300上的襯底S之前升降裝置330的負
載，該第二負載W2為當襯底S與卡盤300分離時升降裝置330的負載。
具有上述結構的根據本實施例的靜電力測量設備的操作將在下面進 行描述。
如圖10至12所示，在步驟S310中，靜電卡盤300首先可被放置于支承 裝置350的工作臺351上，襯底S可位于靜電卡盤300的上表面上。這樣， 當靜電卡盤300放置于支承裝置350的工作臺351上且襯底S位于靜電卡盤 300上時，在步驟S320中，傳感器302可檢測襯底S的存在，并將該信息傳 遞到負載測量設備310。此時，在步驟S340中，負載測量設備310的負載 測量裝置311測量第一負載W1，其可為升降裝置330推動附著于靜電卡盤 300上的襯底S之前升降裝置330的負載，并將測量值存儲在存儲器312中。
然后，在步驟S340中，電能可被供給到工作臺351的電極(未示出)， 以在襯底S和靜電卡盤300之間產生靜電力。可供給到工作臺351的電極上 的電能也可被施加到靜電卡盤300上。此時，可在靜電卡盤300和襯底S之 間的表面上感應出電極化現象。靜電卡盤300可利用由電極化產生的靜電 力吸附襯底S。
在襯底S通過靜電力附著于靜電卡盤300上之后，驅動裝置340的動力 產生和傳遞裝置342可以旋轉升降螺桿341，以向上移動升降螺桿341。當 在升降螺桿341逐漸地向上移動的同時，可與升降裝置330的升降板332的 下表面聯接的負載測量設備310可將升降螺桿341的壓力傳遞到升降板 332。
可通過負載測量設備310接收升降螺桿341的壓力的升降板332可在 導向桿334的引導下以平行于襯底S的狀態向上移動，并由此使升降銷331 向上移動。然后，升降銷331可穿過工作臺351和卡盤300并與襯底S接觸。
此時，傳感器302可檢測升降銷331和襯底S之間的接觸，并將該信息 傳遞到負載測量設備310。接下來，在步驟S350中，負載測量設備310的
負載測量裝置311測量第二負載W2 (其可為當襯底S與卡盤300分離時升 降裝置330的負載)，并將測量值存儲在存儲器312中。
在襯底S從靜電卡盤300分離之前，因為襯底S維持通過吸附力附著于 靜電卡盤300上的狀態，靜電力沿與升降銷331向上移動的方向相反的方 向施加。因此，第二負載W2為包括來自于靜電力的負載的升降裝置330 的負載。
進一步地，第一負載W1和第二負載W2分別對應于在升降裝置330推 動附著于卡盤300上的襯底S之前施加在升降裝置330上的升降螺桿341的 壓力和在靜電力施加在襯底S和卡盤300之間的狀態下施加到升降裝置 330上的升降螺桿341的壓力。
因此，靜電力可由以下等式計算<formula>formula see original document page 24</formula>
這里，P表示靜電卡盤300的靜電力，Wl表示第一負載，其可為升降 裝置推動附著于靜電卡盤300上的襯底S之前升降裝置330的負載；W2表 示第二負載，其可為當襯底S與靜電卡盤300分離時升降裝置330的負載。
然后，在步驟S360中，負載測量設備310的運算裝置313可計算出第 一負載W1和第二負載W2之間的差值，并確定卡盤300的靜電力P。顯示 器314可以顯示出靜電力P。
在根據本實施例的靜電力測量方法中，將襯底附著到靜電卡盤上所 需的靜電力P可以被精確地測量，因此在半導體制造過程中靜電力P可以 均勻地施加到靜電卡盤上。這樣，在根據該實施例的靜電力測量設備和 測量靜電力的方法中，根據升降裝置接觸附著于靜電卡盤300上的襯底S 之前升降裝置330的第一負載和當襯底S與靜電卡盤300分離時升降裝置 330的第二負載兩者之間的差值，可以得出靜電力的精確值。因此，在半 導體制造過程中，靜電力的精確值可施加到靜電卡盤上，因而可防止在半導體制造過程中襯底產生裂紋或損壞，并提高半導體制造過程的效率。
如上所述，在根據此處公開的實施例的測量靜電力的設備和使用該 設備測量靜電力的方法中，可以精確地測量靜電力，從而可以確定測得 的靜電力值是否為適合進行半導體制造的數值。因此，可以避免在半導 體制造過程期間施加靜電力的誤差，因而在半導體制造過程中，當襯底 與靜電卡盤分離時，可以防止襯底變形或產生裂紋。
此處公開的實施例提供了一種通過計算當襯底不受靜電力作用時施 加在襯底的力來測量靜電力的設備和方法，其避免了在半導體制造過程 中確定靜電力時誤差的發生，并防止了襯底的損壞。
此處公開的一個實施例提供了一種測量靜電力的設備，其包括向靜 電卡盤施加電壓的供電單元或裝置、使附著于供給有電壓的靜電卡盤上 的襯底與靜電卡盤分離(或分開)的分離單元或裝置、與分離單元相連 的可變負載施加單元或裝置，以及控制單元或裝置，其中該可變負載施 加單元通過改變該可變負載施加單元的負載來操作分離單元，該控制單 元或裝置用于測量當襯底附著于分離單元上時可變負載施加單元的負載 以及當測量襯底與靜電卡盤分離時可變負載施加單元的負載，并計算靜 電力。分離單元可以包括產生真空以吸附測量襯底的真空單元或裝置， 以及傳遞動力以移動真空單元的驅動單元或裝置。
此外，真空單元可以包括用于吸附襯底的真空抽吸件和通過真空抽 吸件抽取空氣的真空泵。真空抽吸件可以包括選自于真空抽吸墊和真空 抽吸銷中的一個。
該設備可進一步包括設置于靜電卡盤中的傳感單元或裝置，以檢測 襯底附著在靜電卡盤上或是與靜電卡盤分離。傳感器單元可以包括選自 于壓力傳感器和磁性傳感器中的一個。分離單元可以包括使可附著于靜 電卡盤上的測量襯底與靜電卡盤分離的升降單元或裝置，以及傳遞驅動
力以移動升降單元的驅動單元或裝置。
另外，升降單元可以包括升降銷，以接觸襯底，從而傳遞由驅動單 元施加到襯底上的力。可在接觸襯底的升降銷的一部分中設置接觸檢測
傳感器，以檢測升降銷是否接觸襯底。驅動單元可以包括可將可變負載 施加單元與升降單元相連以將驅動力傳遞到升降單元的動力傳遞件。
此處公開的另一個實施例提供了一種測量靜電力的設備，該設備包 括其上放置襯底的卡盤、包括使襯底與靜電卡盤分離的升降單元或裝置 的分離單元或裝置、操作升降單元的驅動單元或裝置、以及負載測量裝 置，其在分離單元擠壓襯底之前測量升降裝置的第一負載以及當襯底與 卡盤分離時測量升降裝置的第二負載，負載測量裝置利用第一負載和第 二負載之間的差值計算卡盤的靜電力。該設備可進一步包括支承卡盤的 支承單元或裝置，其可具有卡盤放置于其上的工作臺以及支承工作臺的 支承框架。
升降單元可以包括穿過卡盤進行豎直移動的多個升降銷和支承升降 銷的升降板。傳感器可設置在支承單元中，以檢測襯底附著于卡盤上， 還是與卡盤分離，以及升降銷是否與襯底接觸。
另外，在工作臺上可設置一導向桿，從而使得升降板可滑動地與導 向桿聯接，從而引導升降單元進行豎直運動。驅動裝置可以包括支承升 降板的升降螺桿以及旋轉升降螺桿的動力產生和傳遞單元或裝置，其中 升降螺桿被豎直移動。
負載測量裝置可以包括測量第一負載和第二負載的負載測量單元或 裝置、其中存儲第一負載值和第二負載值的存儲單元或裝置、計算存儲 在存儲單元中的第一負載值和第二負載值之間的差值的運算單元或裝 置、以及顯示差值的顯示單元或裝置。
進一步地，此處公開的另一個實施例提供了一種測量靜電力的方法，
該方法包括將襯底放置于靜電卡盤上，將電壓施加到靜電卡盤上以對靜 電卡盤充電，以及利用由電壓產生的靜電力將襯底附著到靜電卡盤上， 通過改變使襯底與靜電卡盤分離的可變負載施加單元或裝置的負載向上 移動真空單元或裝置，測量當襯底通過可變負載施加單元與靜電卡盤分
離時可變負載施加單元的負載，并且計算當襯底與靜電卡盤分離時測得 的可變負載施加單元的負載和當真空單元或裝置吸附和保持襯底時測得 的可變負載施加單元的負載之間的差值，以及利用該差值確定靜電力。
此處公開的另一個實施例提供了一種測量靜電力的方法，該方法包 括將襯底放置于靜電卡盤上，將電壓施加到靜電卡盤上以對靜電卡盤充 電，并利用由電壓產生的靜電力將襯底附著到靜電卡盤上，向上移動升 降單元或裝置，以使襯底與靜電卡盤分離，測量當升降單元與襯底接觸 時可變負載施加單元或裝置的負載，測量當通過升降單元的向上運動使 襯底與靜電卡盤分離時可變負載施加單元的負載，計算當升降單元接觸 襯底時測得的可變負載施加單元的負載和當襯底與靜電卡盤分離時測得 的可變負載施加單元的負載之間的差值，并利用該差值確定靜電力。
此處公開的另一個實施例提供了一種測量靜電力的方法，該方法包 括在升降裝置擠壓附著于卡盤上的襯底之前測量升降單元或裝置的第一 負載以及當襯底與卡盤分離時測量升降裝置的第二負載。
該方法可進一步包括在進行第一次測量之前利用由向卡盤供給的電 壓產生的靜電力將襯底附著到卡盤上。在第二次測量中，可以計算在升 降單元擠壓附著于卡盤上的襯底之前升降單元的第一負載與當襯底與卡 盤分離時升降裝置的第二負載之間的差值，并可以利用該差值確定靜電 力。
在本說明書中，關于"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施 例"等的任何引用均意味著與針對該實施例描述的特定特征、結構或特
點包含在本發明的至少一個實施例中。在本說明書中的不同位置出現的 這種術語并不必然指同一實施例。此外，當針對任何實施例描述特定特 征、結構或特點時，應被認為本領域的普通技術人員可以想到可將該特 征、結構或特點應用到其他實施例中。
雖然已參照多個說明性實施例描述了一些實施例，應當理解，在該 公開文本的原理的精神和范圍內，本領域的普通技術人員可以構思出多 種其他修改和實施例。更具體地說，在本說明書、附圖和所附權利要求 的范圍內，可以對在組成元件和/或組合配置的配置進行各種變型和修改。 除了在組成元件和/或配置方面的變型和修改之外， 一些替換性應用對于 本領域的普通技術人員而言也將是顯而易見的。
權利要求
1.一種測量卡盤附著力的設備，包括構造成接受和附著襯底的卡盤；使襯底與卡盤分離的分離裝置；與分離裝置相連的可變負載施加裝置，所述可變負載施加裝置通過改變其負載來操作分離裝置；以及控制器，其測量當襯底附著于分離裝置上或接觸分離裝置時可變負載施加裝置的負載以及當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載，以計算卡盤附著力。
2. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述分離裝置包括 產生真空以吸附襯底的真空裝置；以及傳遞動力以移動真空裝置的驅動裝置。
3. 如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述驅動裝置包括將可 變負載施加裝置與真空裝置相連以移動真空裝置的動力傳遞裝置。
4. 如權利要求3所述的設備，其特征在于，所述動力傳遞裝置包括 至少一個輪和與所述至少一個輪聯接的至少一個動力傳遞件。
5. 如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述至少一個動力傳遞 件由絲線或鏈條構成。
6. 如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述真空裝置包括 吸附襯底的至少一個真空抽吸件；以及 通過所述至少一個真空抽吸件抽取空氣的真空泵。
7. 如權利要求6所述的設備，其特征在于，所述至少一個真空抽吸 件包括選自于真空抽吸墊和真空抽吸銷中的一個。
8. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，進一步包括-設置在卡盤中或卡盤上以檢測襯底附著在卡盤上或與卡盤分離的至 少一個傳感器。
9. 如權利要求8所述的設備，其特征在于，所述至少一個傳感器包 括選自于壓力傳感器、磁性傳感器或光學傳感器中的一個。
10. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述分離裝置包括-使襯底與卡盤分離的升降裝置；以及 傳遞驅動力以移動升降裝置的驅動裝置。
11. 如權利要求10所述的設備，其特征在于，所述升降裝置包括接 觸襯底以將驅動裝置施加的力傳遞到襯底的至少一個升降銷。
12. 如權利要求ll所述的設備，其特征在于，進一步包括 支承所述至少一個升降銷的升降板和支承所述升降板的升降軸。
13. 如權利要求ll所述的設備，其特征在于，進一步包括 接觸檢測傳感器，其設置在接觸襯底的所述至少一個升降銷中，以檢測所述至少一個升降銷是否接觸襯底。
14. 如權利要求10所述的設備，其特征在于，所述驅動裝置包括動 力傳遞裝置，該動力傳遞裝置將可變負載施加裝置與升降裝置相連，以 將驅動力傳遞到升降裝置。
15. 如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述動力傳遞裝置包 括至少一個輪和與所述至少一個輪聯接的至少一個動力傳遞件。
16. 如權利要求15所述的設備，其特征在于，所述至少一個動力傳 遞件由絲線或鏈條構成。
17. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡盤， 所述設備測量靜電力。
18. —種測量卡盤附著力的方法，包括 將襯底放置在卡盤上；利用附著力將襯底附著到卡盤上；通過改變其負載移動分離裝置，以使襯底與卡盤分離； 測量當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載；以及 計算當襯底與卡盤分離時可變負載施加裝置的負載和當分離裝置附著于襯底上或接觸襯底時可變負載施加裝置的負載之間的差值，并利用該差值確定卡盤的附著力。
19. 如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡 盤，所述附著力包括靜電力。
20. 如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述分離裝置包括真 空裝置，其中所述移動步驟包括通過改變可變負載施加裝置的負載向上 移動真空裝置，以使襯底與卡盤分離，并且其中所述計算步驟包括計算 當襯底與卡盤分離時測得的可變負載施加裝置的負載和當真空裝置附著 于襯底上時測得的可變負載施加裝置的負載之間的差值，并利用該差值 確定卡盤附著力。
21. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡 盤，所述附著力包括靜電力。
22. 如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述分離裝置包括升 降裝置，其中所述移動步驟包括向上移動升降裝置以使襯底與卡盤分離， 并且其中所述計算步驟包括計算當升降裝置接觸到襯底時測得的可變負 載施加裝置的負載和當襯底與卡盤分離時測得的可變負載施加裝置的負 載之間的差值，并利用該差值確定卡盤附著力。
23. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡 盤，所述附著力包括靜電力。
24. —種測量卡盤附著力的設備，包括 構造成接受和附著襯底的卡盤；分離裝置，其包括使襯底與卡盤分離的升降裝置和操作升降裝置的驅動裝置；以及負載測量設備，其在分離裝置接觸襯底之前測量升降裝置的第一負 載，并且當襯底與卡盤分離時測量升降裝置的第二負載，所述負載測量 設備利用第一負載和第二負載之間的差值計算卡盤的附著力。
25. 如權利要求24所述的設備，其特征在于，進一步包括 支承卡盤的支承裝置。
26. 如權利要求25所述的設備，其特征在于，所述支承裝置包括其 上放置卡盤的工作臺以及支承所述工作臺的支承框架。
27. 如權利要求26所述的設備，其特征在于，所述升降裝置包括 穿過設置于卡盤中的至少一個相應開口豎直移動的至少一個升降銷；以及支承所述至少一個升降銷的升降板。
28. 如權利要求27所述的設備，其特征在于，進一步包括 設置在所述支承裝置上或所述支承裝置中的至少一個傳感器，其檢測襯底附著在卡盤上或與卡盤分離以及所述至少一個升降銷是否接觸到 襯底。
29. 如權利要求28所述的設備，其特征在于，進一步包括 至少一個導向桿，其設置在所述工作臺上，從而使得所述至少一個升降板與所述導向桿可滑動地聯接，其中所述至少一個導向桿引導所述 升降裝置的豎直運動。
30. 如權利要求27所述的設備，其特征在于，所述驅動裝置包括-支承所述升降板的升降螺桿，所述升降螺桿可豎直移動；以及 旋轉所述升降螺桿的動力產生和傳遞裝置。
31. 如權利要求24所述的設備，其特征在于，所述負載測量設備包 括測量所述第一負載和所述第二負載的負載測量裝置； 存儲第一負載值和第二負載值的存儲器； 計算第一負載值和第二負載值之間的差值的運算裝置；以及 顯示所述差值的顯示裝置。
32. 如權利要求24所述的設備，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡 盤，所述設備測量靜電力。
33. —種測量卡盤附著力的方法，包括 將襯底放置在卡盤上； 利用附著力將襯底附著到卡盤上； 移動升降裝置以使襯底與卡盤分離；在升降裝置接觸附著在卡盤上的襯底之前測量升降裝置的第一負載；當襯底與卡盤分離時測量升降裝置的第二負載；以及 利用測得的第一和第二負載計算卡盤附著力。
34. 如權利要求33所述的方法，其特征在于，進一步包括 在測量第一負載之前，利用由向卡盤供應電能而產生的靜電力將襯底附著到卡盤上。
35. 如權利要求34所述的方法，其特征在于，進一步包括 利用第一負載和第二負載之間的差值確定靜電力。
36. 如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述卡盤包括靜電卡 盤，所述方法測量靜電力。
全文摘要
本發明提供了一種測量卡盤附著力的設備和方法。所述設備可以測量當測量襯底與卡盤分離時施加在測量襯底上的負載，并通過比較和分析測得的負載值的過程可以精確地計算所需的力。這可以避免半導體制造過程中施加附著力的誤差。在所述半導體制造過程中，當襯底與卡盤分離時，可防止襯底變形或產生裂紋。
文檔編號H01L21/00GK101174548SQ20071018123
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月25日 優先權日2006年11月3日
發明者孫亨圭 申請人:愛德牌工程有限公司