平衡静电力的方法和静电卡盘与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种平衡静电力的方法和一种静电卡盘。

背景技术：

一般地，静电卡盘由于具有较高的晶片利用率、较少的颗粒以及均匀的边缘刻蚀和沉积速率等特点，被广泛应用于集成电路制造设备中以承载晶片，例如等离子刻蚀设备、物理气相沉积设备、化学气相沉积设备等。静电卡盘能够有效避免晶片在工艺过程中出现移动或错位，并为晶片提供射频偏压和控制晶片表面的温度。

相关技术中，静电卡盘包括卡盘本体、内嵌于卡盘本体内的两个电极以及与两个电极电连接的直流电源。利用直流电源可以向两个电极分别提供直流正电压和直流负电压，从而可以在晶片与电极之间产生静电力，进而可以将晶片吸附固定在静电卡盘上。

但是，当静电卡盘加载射频之后会在两个电极上产生一个负偏压，该负偏压会导致直流负电压所对应的电极处的静电力增大，直流正电压所对应的电极处的静电力减小，进而使整个晶片受力不均，严重的会导致静电卡盘的夹紧失败甚至碎片。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种平衡静电力的方法和一种静电卡盘。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种平衡静电力的方法，包括：

s110、获取晶片与第一电极相对应位置处的第一压力信号，以及获取所述晶片与第二电极相对应位置处的第二压力信号；

s120、将所述第一压力信号转换为第一电信号，以及将所述第二压力信号转换为第二电信号；

s130、根据所述第一电信号和所述第二电信号，调整直流电源输出至所述第一电极和所述第二电极上的直流电压，以使两个电极产生的静电力相等。

优选地，所述步骤s110中，利用压电元件分别获取所述第一压力信号和所述第二压力信号；

所述步骤s120中，利用所述压电元件分别将所述第一压力信号和所述第二压力信号转换为所述第一电信号和所述第二电信号。

优选地，所述步骤s120包括：

将所述第一压力信号和所述第二压力信号分别转换为第一中间电信号和第二中间电信号；

对所述第一中间电信号和所述第二中间电信号分别进行滤波和/或放大处理，以得到所述第一电信号和所述第二电信号。

优选地，所述步骤s130包括：

当所述第一电信号大于所述第二电信号时，直流电源减小当前所输出的第一电压，以减小所述第一电极上的直流电压，和/或，增大当前所输出的第二电压，以增大所述第二电极上的直流电压，直至所述第一电极和所述第二电极产生的静电力相等；

当所述第一电信号小于所述第二电信号时，所述直流电源增大当前所输出的第一电压，以增大所述第一电极上的直流电压，和/或，减小当前所输出的第二电压，以减小所述第二电极上的直流电压，直至所述第一电极和所述第二电极产生的静电力相等。

优选地，所述步骤s130具体包括：

设定预设电压输出改变量；

当所述第一电信号大于所述第二电信号时，所述直流电源每次将当前所输出的第一电压减小所述预设电压输出改变量，和/或，所述直流电源每次将当前所输出的第二电压增大所述预设电压输出改变量；

当所述第一电信号小于所述第二电信号时，所述直流电源每次将当前所输出的第一电压增大所述预设电压输出改变量，和/或，所述直流电源每次将当前所输出的第二电压减小所述预设电压输出改变量。

优选地，所述第一电信号和所述第二电信号均为电压信号，所述步骤s130具体包括：

根据所述第一电信号和所述第二电信号的电压，分别计算得到第一静电力和第二静电力，并基于所述第一静电力和所述第二静电力，得到实际电压改变量；

当所述第一静电力大于所述第二静电力时，所述直流电源将当前所输出的第一电压减小所述实际电压改变量，以及，所述直流电源将当前所输出的第二电压增大所述实际电压改变量；

当所述第一静电力小于所述第二静电力时，所述直流电源将当前所输出的第一电压增大所述实际电压改变量，以及，所述直流电源将当前所输出的第二电压减小所述实际电压改变量。

优选地，基于所述第一静电力和所述第二静电力，得到实际电压改变量的步骤包括：

将所述第一静电力和所述第二静电力作差处理，得到静电力差值；

对所述静电力差值作半处理，得到平均静电力差值；

基于所述平均静电力差值，计算得到所述实际电压改变量。

优选地，所述第一电极和所述第二电极产生的静电力t的计算公式如下：

δ＝d×t；(1)

其中，δ为压电元件中的面电荷密度，d为压电元件的压电应变常数，e为静电力产生的电场强度，s为压电元件与晶片的接触面积，t为静电力，ε为压电元件的介电常数。

优选地，所述方法还包括利用下述公式获取直流偏置电压vbisa的步骤：

其中，t为静电力，c为电极与晶片之间的等效电容，h为电极与晶片之间的距离，vbisa为直流偏置电压，v为电压，v1为第一电压，v2为第二电压。

本发明的第二方面，提供了一种静电卡盘，包括卡盘本体、嵌入在所述卡盘本体内的第一电极和第二电极以及分别与所述第一电极和所述第二电极电连接的直流电源，其中，所述卡盘本体上能承载晶片，所述第一电极和所述第二电极以所述卡盘本体的轴线对称设置，还包括电连接的信号获取元件和控制模块，其中，

所述信号获取元件嵌入在所述卡盘本体内，且能与所述晶片接触，所述信号获取元件用于分别获取所述晶片与两个电极相对应位置处的压力信号，并将所述压力信号转换为电信号；

所述控制模块用于根据所述电信号调整直流电源输出至两个电极上的直流电压，以使两个电极产生的静电力相等。

优选地，所述信号获取元件包括两个压电陶瓷，两个所述压电陶瓷以所述卡盘本体的轴线对称设置，且两个所述压电陶瓷分别与所述晶片的接触面积相等。

本发明的平衡静电力的方法和静电卡盘。通过获取晶片与第一电极相对应位置处的第一压力信号，以及获取晶片与第二电极相对应位置处的第二压力信号，之后，将第一压力信号和第二压力信号分别转换为第一电信号和第二电信号，最后，根据所转换的第一电信号和第二电信号，调整直流电源输出至第一电极和第二电极上的直流电压，以使两个电极产生的静电力相等。因此，能够有效提高平衡静电力的平衡精度，有效避免电极与晶片之间发生打火，从而能够有效保护晶片，提高晶片加工良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一实施例中平衡静电力的方法的流程图；

图2为本发明一实施例中中静电卡盘的结构示意图。

附图标记说明

100：静电卡盘；

110：卡盘本体；

120：第一电极；

130：第二电极；

140：直流电源；

150：信号获取单元；

200：晶片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明的第一方面，涉及一种平衡静电力的方法s100，该方法可以用于平衡静电卡盘的电极与晶片之间的静电力，至于静电卡盘的具体结构将在下文进行详细描述，在此不作具体陈述，当然，除了静电卡盘以外，该方法还可以应用于其他需要平衡静电力的结构中。

具体地，如图1所示，上述方法s100包括：

s110、获取晶片与第一电极相对应位置处的第一压力信号，以及获取晶片与第二电极相对应位置处的第二压力信号。

具体地，在本步骤中，可以利用诸如压电元件、压力传感器等能够感知压力的电子元件，该些能够感知压力的电子元件可以设置在晶片和静电卡盘之间。这样，当两个电极与晶片之间产生静电力时，晶片会对该些感知压力的电子元件产生压力，从而该些感知压力的电子元件能够将其所接收到的压力以压力信号的形式输出，进而可以获得本步骤中的第一压力信号和第二压力信号。

s120、将第一压力信号转换为第一电信号，以及将第二压力信号转换为第二电信号。

具体地，在本步骤中，可以利用诸如压电元件等能够将压力信号转换为电信号(例如，电压信号)的电子元件，将本步骤中的第一压力信号和第二压力信号，分别转换为第一电信号和第二电信号。

s130、根据第一电信号和第二电信号，调整直流电源输出至第一电极和第二电极上的直流电压，以使两个电极产生的静电力相等。

在本步骤中，对于直流电源如何根据第一电信号和第二电信号，调整其所输出至第一电极和第二电极上的直流电压的具体过程并没有作出限定。

具体地，例如，在本步骤中，可以将第一电信号和第二电信号进行比较(例如，对两个电信号作差或者作比处理等)，当第一电信号大于第二电信号时，这表示第一压力信号大于第二压力信号。也就是说，第一电极与晶片所产生的静电力大于第二电极与晶片之间所产生的静电力。此时，应当减小第一电极上的直流电压或者增大第二电极上的直流电压，直至两个电极处的静电力平衡。相反，当第一电信号小于第二电信号时，则应当增大第一电极上的直流电压或者减小第二电极上的直流电压等等。

本实施例中的平衡静电力的方法s100，通过获取晶片与第一电极相对应位置处的第一压力信号，以及获取晶片与第二电极相对应位置处的第二压力信号，之后，将第一压力信号和第二压力信号分别转换为第一电信号和第二电信号，最后，根据所转换的第一电信号和第二电信号，调整直流电源输出至第一电极和第二电极上的直流电压，使得两个电极产生的静电力相等。因此，本实施例中的平衡静电力的方法s100，能够有效提高平衡静电力的平衡精度，有效避免电极与晶片之间发生打火，从而能够有效保护晶片，提高晶片加工良率，降低制作成本。

需要说明的是，上述仅仅是列举的静电卡盘内的电极包括第一电极和第二电极的情况，但是，对于静电卡盘包括其他数量的电极时，也同样在本发明的保护范围之内。也就是说，凡是利用本发明的核心思想：通过获取表征静电力的压力信号，并将压力信号转为电信号，根据电信号进行平衡静电力的相关方法、装置均在本发明的保护范围内。

优选地，在步骤s110中，可以利用压电元件分别获取第一压力信号和第二压力信号。在步骤s120中，同样可以利用压电元件分别将第一压力信号和第二压力信号转换为第一电信号和第二电信号。这样，能够有效降低获取压力信号以及将其转换为电信号所使用的硬件成本。

应当理解的是，为了使得压电元件所获取的压力信号更加准确，压电元件应当保证与晶片直接接触。

优选地，上述步骤s120包括：

将第一压力信号和第二压力信号分别转换为第一中间电信号和第二中间电信号。

对第一中间电信号和第二中间电信号分别进行滤波和/或放大处理，以得到第一电信号和第二电信号。

也就是说，在本步骤中，压电元件将所接收到的第一压力信号和第二压力信号，分别转换成第一中间电信号和第二中间电信号，之后，可以将第一中间电信号和第二中间电信号送入滤波电路，例如，低通滤波电路，将其中的射频信号去除，保留直流信号。另外，当第一中间信号和第二中间信号较小时，还可以将经过滤波后的第一中间电信号和第二中间电信号送入放大电路进行放大，从而最终得到第一电信号和第二电信号。因此，能够进一步地提高静电力的平衡精度，有效保护晶片，提高晶片加工良率。

优选地，步骤s130包括：

当第一电信号大于第二电信号时，直流电源减小当前所输出的第一电压，以减小第一电极上的直流电压，和/或，增大当前所输出的第二电压，以增大第二电极上的直流电压，直至第一电极和第二电极产生的静电力相等。

当第一电信号小于第二电信号时，直流电源增大当前所输出的第一电压，以增大第一电极上的直流电压，和/或，减小当前所输出的第二电压，以减小第二电极上的直流电压，直至第一电极和第二电极产生的静电力相等。

在本步骤中，可以利用比较器等电子元件对第一电信号和第二电信号进行比较，从而可以对第一电信号和第二电信号的大小进行判定，进而根据比较结果，调整直流电源所输出的第一电压和第二电压，以平衡静电力。因此，能够进一步地提高静电力的平衡精度，有效保护晶片，提高晶片加工良率。

优选地，上述步骤s130具体包括：

设定预设电压输出改变量。

当第一电信号大于第二电信号时，直流电源每次将当前所输出的第一电压减小预设电压输出改变量，和/或，直流电源每次将当前所输出的第二电压增大预设电压输出改变量。

当第一电信号小于第二电信号时，直流电源每次将当前所输出的第一电压增大预设电压输出改变量，和/或，直流电源每次将当前所输出的第二电压减小预设电压输出改变量。

简单的来说，在上述步骤中，实质上采用的迭代的方法，也即，设定预设电压输出改变量，例如，该预设电压输出改变量可以为50v，这样，直流电源每次增加50v，或者每次减小50v。当然，该预设电压输出改变量也可以为10v，这样，直流电源每次增加10v，或者每次减小10v。

具体地，以第一电信号大于第二电信号为例进行具体说明，此时，第一电极与晶片之间产生的静电力大于第二电极与晶片产生的静电力，同时，假设预设电压输出改变量为10v。这样，直流电源每次将当前向第一电极所输出的第一电压减小10v，为了缩短平衡时间，与此同时，直流电源可以每次将当前向第二电极所输出的第二电压增大10v，直至两个电极产生的静电力相等。因此，能够进一步地提高静电力的平衡精度，缩短静电力平衡的时间，有效保护晶片，提高晶片加工良率，降低工艺成本。

优选地，上述第一电信号和第二电信号均为电压信号，上述步骤s130具体包括：

根据第一电信号和第二电信号的电压，分别计算得到第一静电力和第二静电力，并基于第一静电力和第二静电力，得到实际电压改变量。

当第一静电力大于第二静电力时，直流电源将当前所输出的第一电压减小实际电压改变量，以及，直流电源将当前所输出的第二电压增大实际电压改变量。

当第一静电力小于第二静电力时，直流电源将当前所输出的第一电压增大实际电压改变量，以及，直流电源将当前所输出的第二电压减小实际电压改变量。

也就是说，在本步骤中，根据电压与静电力之间具体地关系，例如，本发明的发明人经研究发现，静电力与电压呈正比，根据多次试验结果，可以确切地得出静电力与电压之间的关系式。这样，可以根据当前实际的第一电信号和第二电信号的电压，推算得出实际的第一静电力和第二静电力，根据实际的第一静电力和第二静电力以及确定的静电力与电压的关系式，反推出实际的电压改变量，从而可以利用得出的实际电压改变量，对直流电源所输出的第一电压和第二电压进行调整，直至两个电极所产生的静电力相等。因此，能够进一步地提高静电力的平衡精度，缩短静电力平衡的时间，有效保护晶片，提高晶片加工良率，降低工艺成本。

优选地，上述基于第一静电力和第二静电力，得到实际电压改变量的步骤包括：

将第一静电力和第二静电力作差处理，得到静电力差值。

对静电力差值作半处理，得到平均静电力差值。

基于平均静电力差值，计算得到实际电压改变量。

具体地，第一电极和第二电极产生的静电力t的计算公式如下：

δ＝d×t；(1)

其中，δ为压电元件中的面电荷密度，d为压电元件的压电应变常数，e为静电力产生的电场强度，s为压电元件与晶片的接触面积，t为静电力，ε为压电元件的介电常数。

在上述公式(1)和公式(2)中，其中的压电应变常数d和介电常数ε仅仅与压电元件的材料相关，因此，其均为已知值。另外，当压电元件的形状确定以后，上述的s也确定，因此，其也为已知值。这样，由公式(1)和公式(2)可以得出静电力t与电场强度e呈正比。

显然，根据电场强度e与电势差之间的关系：

其中，d1为压电元件与电极之间的距离，根据公式(5)可以得出电势差u与电场强度e之间的关系，由于电势差u为两点之间的电压差，因此，可以设定其中一点，例如，直流电极所在位置处电压为零，这样，实际得到的电势差u即为电压。

因此，可以根据上述公式(1)、(2)和(5)，根据静电力t可以计算得出电势差u，根据电势差u同样可以计算得到静电力t。

假设第一电信号大于第二电信号，具体地，首先，利用公式(1)、(2)和(5)，将第一电信号(电压)和第二电信号(电压)转换成第一静电力和第二静电力，显然，第一静电力大于第二静电力。之后，对第一静电力和第二静电力作差处理，得到静电力差值。该静电力差值作半处理(也就是静电力差值除以二)，获得平均静电力差值。之后，将该平均静电力差值代入上述公式(1)、(2)和(5)中，则可以得出实际电压改变量。最后，直流电源将当前所输出的第一电压减小实际电压改变量，同时，直流电源将当前所输出的第二电压增大实际电压改变量。这样，可以快速使得两个电极所产生的静电力相等。因此，能够进一步地提高静电力的平衡精度，缩短静电力平衡的时间，有效保护晶片，提高晶片加工良率，降低工艺成本。

优选地，上述方法还包括利用下述公式获取直流偏置电压vbisa的步骤：

其中，t为静电力，c为电极与晶片之间的等效电容，h为电极与晶片之间的距离，vbisa为直流偏置电压，v为电压，v1为第一电压，v2为第二电压。

因此，本实施例中的平衡静电力的方法s100，除了能够平衡静电力以外，还可以利用上述的公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得出直流偏置电压的具体值，能够有效监测直流偏置电压，从而能够提高晶片的加工良率，降低工艺成本。

本发明的第二方面，如图2所示，提供了一种静电卡盘100，该静电卡盘100可以用于执行前文记载的平衡静电力的方法中。该静电卡盘100包括卡盘本体110、嵌入卡盘本体110内的第一电极120和第二电极130以及分别与第一电极120和第二电极130电连接的直流电源140。卡盘本体110上能承载晶片200。第一电极120和第二电极130以卡盘本体110的轴线对称设置。

其中，如图2所示，静电卡盘100还包括电连接的信号获取单元150和控制模块(图中并未示出)。该信号获取单元150嵌入卡盘本体110内，且能与晶片200接触，以用于分别获取晶片200与两个电极相对应位置处的压力信号，并将压力信号转换为电信号。该控制模块用于根据电信号调整直流电源140输出至两个电极上的直流电压，以使两个电极产生的静电力相等。

本实施例中的静电卡盘100，能够有效提高平衡静电力的平衡精度，有效避免电极与晶片之间发生打火，从而能够有效保护晶片，提高晶片加工良率，降低制作成本。

优选地，如图2所示，信号获取单元150包括两个压电陶瓷，为了保证所得到的第一压力信号和第二压力信号的可比性，两个压电陶瓷以卡盘本体110的轴线对称设置，且分别与晶片300的接触面积相等。

此外，压电陶瓷的制作材料，例如，可以包括碳酸钡系、pzt系、三元系和四元系中的任意一者。

具体地，碳酸钡系的材料可以选用batio3等，pzt系的材料可以选用pbzr03-pbtio3，改性(pzt)等，三元系材料可以选用pb(mg1/3sb2/3)03等，四元系材料可以选用pb(co1/3nb2/3)03等。优选地可以采用改性pzt类压电陶瓷材料。该压电陶瓷的形状可以是圆形、方形、三角形或其他形状，但是压电陶瓷的面积应当小于静电卡盘面积的2％。

此外，压电陶瓷与卡盘本体110之间可以通过胶粘、焊接或烧结方式内嵌于卡盘本体110中。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。