基于振動或聲學特性分析的晶片夾持檢測的制作方法

相關申請的引用

本申請要求2014年12月26日提交的題為“waferclampdetectionbasedonvibrationoracousticcharacteristicanalysis”的美國臨時申請no.62/096,924的優先權和權益，其全部內容通過引用并入本文，正如在本文中完全闡述的。

本發明總體涉及工件夾持系統，更具體地涉及在包括靜電夾具的夾具中檢測工件。

背景技術：

靜電夾具或卡盤(esc)通常在半導體工業中用于在基于等離子體或基于真空的半導體工藝(例如離子注入、蝕刻、化學氣相沉積(cvd)等)期間夾持工件或襯底。已證明esc的夾持能力以及工件溫度控制在處理半導體襯底或晶片(例如硅晶片)方面是非常有價值的。例如，典型的esc包括位于導電電極上方的電介質層，其中半導體晶片被放置在esc的表面上(例如，晶片被放置在電介質層的表面上)。在半導體處理(例如，離子注入)期間，通常在晶片和電極之間施加夾持電壓，其中通過靜電力將晶片夾持抵靠卡盤的表面。

在工件處理和/或工件加工期間，通常需要驗證和/或確保工件充分夾持到esc。此外，對于某些工藝，例如某些離子注入工藝，期望通過冷卻esc來冷卻工件，其中工件和esc之間的夾持力確保工件的充分冷卻。因此，已經建立了用于驗證工件夾持狀態的各種配置。一種常見的工件驗證基于與工件和esc相關聯的電容的變化，其中工件與esc表面的接近度通常限定了工件和esc表面之間的電容。然而，這種所測量的電容并不總是指示工件是否被充分夾緊或夾持到esc。

因此，本領域中需要一種用于確定工件是否被充分夾緊或夾持到esc的表面的裝置、系統和方法。

技術實現要素：

因此，本公開通過提供一種用于確定工件相對于靜電夾具的夾持狀態的系統、裝置和方法而克服了現有技術的局限。因此，以下呈現了本公開的簡單概括以便提供對本發明的一些方面的基本理解。本發明內容不是本發明的廣泛概述。其既不意在標識本發明的關鍵或必要元素，也不意在勾畫本發明的范圍。其目的是以簡化形式呈現本發明的一些構思，作為稍后呈現的更詳細描述的前言。

根據本公開，提供了一種工件夾持狀態檢測系統，其中夾持設備具有與其相關聯的夾持表面，并且其中夾持設備被配置為選擇性地將工件夾持到夾持表面。夾持設備例如包括靜電夾具，并且其中夾持表面包括配置為將工件靜電夾持到其上的大致平坦的表面。備選地，夾持設備包括機械夾具，其中機械夾具包括配置為選擇性地夾緊工件的周邊邊緣的一個或多個夾子。在另一備選方案中，夾持設備包括配置為選擇性地將工件保持在其上的任何夾持裝置。

根據一個示例，提供了振動誘發機構，其中所述振動誘發機構被配置為選擇性地振動所述夾持設備和工件中的一個或多個。此外，提供了振動感測機構，其中所述振動感測機構被配置為檢測所述夾持設備和工件中的一個或多個的振動。在一個示例中，振動誘發機構例如包括機電振動發射器。在這樣的示例中，振動感測機構可以包括加速度計。在將在大氣中執行檢測的示例中，振動誘發機構可以包括音頻揚聲器，并且振動感測機構可以包括麥克風。備選地，振動誘發機構包括超聲波發射器，并且其中振動感測機構包括超聲波接收器。在一些機電振動發射器(例如，音頻揚聲器或超聲波發射器的音圈)上，發射器也可以被配置為作為感測機構進行操作。

在另一示例中，振動感測機構包括激光裝置。激光裝置例如被配置為將激光束引向工件的表面，其中激光裝置還被配置為檢測來自工件的表面的所接收的激光束反射的調制。因此，所接收的激光束反射的調制與工件相對于夾持設備的振動相關聯。

根據又一示例，提供了控制器，所述控制器被配置為確定與將工件夾持到夾持表面相關聯的夾持狀態。例如，夾持狀態與檢測到的夾持設備和工件中的一個或多個的振動相關聯。在一個示例中，控制器被配置為區分與夾持狀態相關聯的阻抗模式。

根據又一示例性方面，在本公開內容中提供了用于檢測夾持設備中的工件的夾持狀態的方法。在一個示例中，所述方法包括將工件的表面夾持到夾持設備的夾持表面，并且誘發在夾持設備和工件中的一個或多個內的振動。隨后，檢測夾持設備和工件中的一個或多個的振動，從而確定與將工件夾持到夾持表面相關聯的夾持狀態。例如，夾持狀態與檢測到的夾持設備和工件中的一個或多個的振動的諧振頻率的移位相關聯。

以上發明內容僅旨在給出對本發明的一些實施例的一些特征的簡要概述，并且其他實施例可以包括與上述特征不同的特征和/或附加的特征。具體地，本發明內容不應被解釋為限制本申請的范圍。因此，為了完成前述和相關目的，本發明包括：在下文中描述且在權利要求中具體指出的特征。以下描述和附圖詳細闡述了本發明的特定說明性實施例。然而，這些實施例指示可以采用本發明原理的各種方式中的一些方式。在結合附圖考慮時，根據下面對本發明的詳細描述，本發明的其他目的、優點和新穎性特征將變得明顯。

附圖說明

圖1是根據本公開的若干方面的示例性工件夾持狀態檢測系統的框圖。

圖2是根據本公開的另一方面的示例性靜電夾具的橫截面視圖。

圖3是根據本公開的又一方面的示例性機械夾具的橫截面視圖。

圖4示出了根據再一方面的用于確定夾具中的工件的夾持狀態的方法。

具體實施方式

本公開總體涉及用于檢測工件到工件夾具的夾持狀態的系統、裝置和方法。因此，現在將參考附圖描述本發明，其中，相似的附圖標記可以用于始終表示相似的元件。應當理解，對這些方面的描述只是說明性的，并且它們不應當被解釋為限制意義。在下文的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多具體細節，以便提供對本發明的徹底理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是：可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明。此外，本發明的范圍并不旨在受下文參考附圖描述的實施例或示例限制，而是旨在僅由所附權利要求及其等同物限制。

還應注意，提供附圖以給出對本公開的實施例的一些方面的說明，并且因此附圖應被認為僅是示意性的。具體地，附圖中所示的元件不一定彼此成比例，并且附圖中各種元件的放置被選擇為提供對相應實施例的清楚理解，并且不應被解釋為必然表示在根據本發明實施例的實現中各種組件的實際相對位置。此外，除非另外明確指出，否則本文中描述的各種實施例和示例的特征可以彼此組合。

還應理解的是，在以下描述中，附圖中示出或本文中描述的功能塊、設備、組件、電路元件或其他物理或功能單元之間的任何直接連接或耦合也可以通過間接連接或耦合來實現。此外，應當認識到，附圖中所示的功能塊或單元可以在一個實施例中被實現為分開的特征或電路，并且還可以或備選地在另一實施例中被完全或部分地實現在公共特征或電路中。例如，若干功能塊可以被實現為在公共處理器(例如，信號處理器)上運行的軟件。還應當理解，除非另有相反說明，否則在下面的說明書中被描述為基于有線的任何連接也可以被實現為無線通信。

根據本公開的一個方面，圖1示出了示例性工件夾持狀態檢測系統100。工件夾持狀態檢測系統100例如包括具有與其相關聯的夾持表面104的夾持設備102，其中夾持設備被配置為選擇性地將工件106夾持到夾持表面。夾持設備102例如包括靜電夾具108(也稱為“esc”)，其被配置為靜電地夾持工件106(例如半導體，諸如硅晶片、顯示面板等)。夾持表面104例如包括大致平坦的表面110，如圖2所示。大致平坦的表面110例如被配置為通過靜電吸引力選擇性地將工件106的表面112夾持到其上，如本領域普通技術人員將理解的。

在一個備選方案中，圖1的夾持設備102包括機械夾具114，圖3中示出了機械夾具114的示例。圖3所示的機械夾具114例如包括配置為選擇性地夾緊工件106的周邊邊緣118的一個或多個夾子116。備選地，機械夾具114可以包括配置為選擇性地保持工件106的任何機械設備。

根據本公開，如圖1所示，提供了振動誘發機構120，其中，所述振動誘發機構被配置為選擇性地振動夾持設備102和工件106中的一個或多個。例如，振動誘發機構120包括諸如揚聲器124的聲學設備122，所述聲學設備122被配置為在大氣中進行檢測的情況下產生聲波126。應當理解，聲學設備122可以包括任何波發射設備或能夠誘發振動的設備。

此外，提供了一種振動感測機構128，其中所述振動感測機構被配置為檢測夾持設備102和工件106中的一個或多個的振動130。例如，振動感測機構128包括麥克風132，所述麥克風132配置為在大氣中進行檢測的情況下檢測來自聲學設備122的反射聲波134。在另一示例中，振動誘發機構120包括超聲波發射器，并且其中振動感測機構128包括超聲波接收器。在又一示例中，當期望在真空中進行檢測時，或者在使用超聲波的實例中，振動誘發機構120和振動感測機構128(例如，組合有發射器和接收器的超聲波換能器)可以物理地附接到圖2所示的夾持設備102(例如，耦合到表面110)，以用于通過夾持設備的實質上固體介質來傳導聲學波。備選地，圖1的振動誘發機構120和振動感測機構128可以通過耦合到夾持設備的任何常規剛性結構(例如，配置為使夾持設備平移的掃描臂(未示出))來耦合到夾持設備102。

例如，還提供控制器136，所述控制器136被配置為確定與將工件106夾持到夾持設備102的夾持表面104相關聯的夾持狀態138。例如，夾持狀態138與檢測到的夾持設備102和工件106中的一個或多個的振動130相關聯。根據一個示例，控制器136被配置為區分與夾持狀態138相關聯的阻抗模式。

根據另一示例、方面，振動感測機構128包括激光裝置140。激光裝置140例如被配置為將激光束142引向工件106的表面144，并且檢測來自工件表面的所接收的激光束142的反射146的調制。因此，所接收的激光束142的反射146的調制與工件106相對于夾持設備102的振動130相關聯。根據另一示例，另一激光裝置(未示出)被配置為將另一激光束(未示出)引向夾持設備102，由此控制器136例如被進一步配置為比較與相應的工件106和夾持設備相關聯的所接收反射的調制，從而進一步確定工件到夾持設備的表面104的夾持狀態。例如，如果工件106未被充分地夾持到夾持設備102的表面104，則與相應的工件和夾持設備相關聯的所接收反射的調制將不同，由此控制器136被配置為基于調制的差異來確定夾持狀態。

根據本發明的另一示例性方面，圖4示出了設置為用于檢測靜電夾具的夾持狀態的示例性方法100。應當注意的是，根據本發明，盡管示出了示例性方法并且本文中將示例性方法描述為一系列動作或事件，但是將認識到，本發明不受這些動作或事件的所示出的順序限制，一些步驟可以按不同順序發生和/或與除本文中示出并描述的步驟之外的其他步驟同時發生。另外，并非所有示出的步驟都可以是實現根據本發明的方法所需的。此外，將認識到，可以與本文中示出并描述的系統相關聯地以及與未示出的其他系統相關聯地實現所述方法。

圖4的方法200在動作202開始，其中工件的表面被夾持到夾持設備(例如圖1的夾持設備102)的夾持表面。在動作204中，在夾持設備和工件中的一個或多個內誘發振動，例如通過向夾持設備和工件中的一個或多個發射聲波。在動作206中，檢測夾持設備和工件中的一個或多個的振動。例如，在動作206中檢測夾持設備和工件中的一個或多個的振動包括：一旦聲波從夾持設備和工件中的一個或多個上反彈離開，檢測上述聲波。備選地，在動作206中檢測夾持設備和工件中的一個或多個的振動包括：將激光束引向工件的表面并接收來自工件的表面的激光束的反射，其中，確定來自工件的表面的所接收的激光束反射的調制，并且其中所接收的激光束反射的調制與工件相對于夾持設備的振動相關聯。

在動作208中，確定與將工件夾持到夾持表面相關聯的夾持狀態，其中，夾持狀態與諧振頻率的移位以及檢測到的夾持設備和工件中的一個或多個的振動的諧振的q相關聯。例如，動作206中檢測到的振動可以用于基于與各夾持階段中的夾持設備和工件相關聯的預定夾持簡檔以及比較或與之關聯的其他計算來確定動作208中的夾持水平(例如，夾持狀態)。

通過在工件的感測中引入振動(例如，聲學)分析，可以感測到工件或晶片是否被動態地束縛(例如，連接)到esc。因此，本公開有利地提供了一種在工件被緊緊夾持到esc的狀態和工件被簡單地置于或擱在esc上的狀態下，通過振動(或聲學)特性的變化來檢測工件夾持狀態的系統和方法。

一個示例是觀察esc自然諧振頻率的變化。例如，本公開內容考慮了esc上沒有晶片的狀態、esc上有晶片但不夾持的另一狀態以及晶片被夾持到esc且esc和晶片一起振動的又一狀態之間的自然諧振頻率的變化。一旦晶片被夾持到esc，例如，其將通常和esc作為一個實心件而一起振動，并且本公開預期其自然諧振頻率將略低于完全沒有晶片的情況。當晶片只是置于或擱在esc上但沒有夾持到其上時，則預期晶片被看作是與esc松散耦合的物體，并且自然諧振頻率將與前述兩種情況不同。

為了監測自然諧振頻率，一種方法是施加外部振動(例如選擇性可變頻率的振動)，并在掃描驅動頻率時監測位移。在其他示例中，可以施加脈沖或沖擊脈沖作為激發器，并且可以監測位移信號的頻率分量。備選地，可以使用機器噪聲來激發其自然頻率。

另一個示例是監測兩個振動頻率，一個來自esc，另一個來自晶片，并比較這兩個振動之間的一致性。本公開預期，一旦晶片被夾持到esc，這兩個振動通常將是一致的，以指示夾持狀態。在一個示例中，即使晶片未被夾持(例如，簡單地置于或擱在esc上)，也預期兩個振動在低頻下通常是一致的。然而，在相對高的頻率(例如，大于100hz)下，更可能的是，一致性是晶片動態連接(例如，夾持)到esc的良好指示。利用從esc和晶片(例如在esc的外徑之外的晶片邊緣處)反彈回的激光，可以完成感測這兩個振動。

因此，提供了一種晶片檢測系統，其中晶片檢測基于聲學阻抗測量。可以在傳遞臂上檢測晶片，因為晶片的重量將使諧振頻率不同。檢測系統也可用于檢測esc上的晶片夾持。如果晶片被夾持，則可以將晶片視為與esc結合的實體，但是如果未被夾持，則其可能呈現出不同的阻抗模式。在特定頻率下，晶片可能進入具有相移的振蕩，并且阻抗可能不同。例如，可以用相對較小的揚聲器(例如沒有錐形體的揚聲器)來測量聲學阻抗。至少部分地因為反向-emf(back-emf)，所以恒定電流驅動下的電壓可能在諧振附近顯著地改變。本公開可以用作電容測量方法的備選或備用。超聲波成像可以進一步用于可靠的晶片檢測。

盡管已經針對某一實施例或多個實施例示出和描述了本發明，但是應當注意的是，上述實施例僅僅作為用于實現本發明的一些實施例的示例，并且本發明的應用不限于這些實施例。具體地，關于由以上描述的組件(裝配件、設備、電路等)執行的各種功能，除非另外指示，否則用于描述這些組件的術語(包括對“裝置”的引用)意在與執行所描述的組件的指定功能的任何組件相對應(即，功能上等同)，即使結構上與執行本文中示出的本發明示例性實施例中的所述功能的所公開結構不等同。另外，雖然可能已經僅針對若干實施例中的僅一個實施例公開了本發明的具體特征，但是這種特征可以與其他實施例中的對于任何給定或具體應用而言可以是想要的和有利的一個或多個其它特征組合。因此，本發明不限于上述實施例，而意在僅由所附權利要求及其等同物限制。