[发明专利]用于控制静电夹钳的系统及方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2009年8月7日提交的美国临时专利申请S/N 61/232,028的优先权益。 

技术领域

本发明涉及静电夹钳。本发明具体涉及用于优化静电夹钳操作的系统或方法。 

背景技术

静电夹钳用于半导体产业中，为了在晶片上执行各种工艺时牢固地固定硅晶片。相对于机械夹钳，静电夹钳具有明显的优势，包括(a)增加热传递能力，(b)减小导致破片和其它机械缺陷的晶片上的机械磨损，(c)增加晶片可用于生产可销售产品的有效面积；(d)减少产生微粒的数量；(e)减小来自溅射中使用的离子束夹钳的污染；以及(f)使跨过晶片表面的夹紧力均匀。 

半导体产业不是唯一使用静电夹钳的产业。例如，一些LCD(液晶显示器)制造商在加工期间使用电子夹紧技术固定专用玻璃。太阳能电池产业也使用静电夹钳。 

静电夹钳通过产生电容固定工件(例如，半导体晶片、玻璃或者其它在其上操作的物体)。为了使工件能够固定至静电夹钳，要么工件是导体，要么在夹紧之前将导电镀层施加到工件上。在简单的静电夹钳中，工件变成电容的电极而夹钳提供另一电极。如果夹钳仅具有一个电极，那么工件必须具有典型地经由导体或者离子气体到地的电连接。当夹钳电极带电时，工件在电极的区域相反极性地带电，并且被吸引至夹钳电极。可使用库仑定律计算夹力。 

静电夹钳在夹钳电极和工件之间提供薄层材料。在本文中，通过静电夹钳提供的存在于夹钳电极和工件之间的材料称作“阻挡材料”。典型地，阻挡材料的厚度在数十微米的数量级。依据静电夹紧技术，阻挡材料可以为纯电介质(在 库仑夹钳的情况下)或者半绝缘材料(在John-Rahbek夹钳的情况下)。 

在更复杂的静电夹钳中，夹钳提供一个以上的电极。在夹钳具有两个电极的情况下(也叫做双极夹钳)，在第一个夹钳电极上的电荷与另一个电极上的电荷的极性相反。这种配置形成电容，从一个夹钳电极穿过阻挡材料，到达工件，后面穿过阻挡材料然后到达另一夹钳电极。具有多于两个电极的静电夹钳是双极夹钳的变型，但是以类似于双极夹钳的方式工作。 

静电夹钳的一个问题是工件“解除夹紧”所花费时间的长度，解除夹紧是一种将工件从静电夹钳上释放然后将工件移送到它的下一加工站的工序。解除夹紧可被建立的残留的静电荷干扰，这会阻止工件的释放。 

另一个问题起因于位于工件和电极之间的阻挡材料的厚度。阻挡材料非常薄并且易于被破坏。对于阻挡层的破坏导致电极和工件之间流过可检测的电流。这样的缺陷导致固定工件至夹钳的作用力减小，这可导致工件在加工期间移动，或者工件可能完全离开夹钳表面。此外，可能在工件和电极表面产生电弧，并且这种电弧能损坏工件。 

出现与静电夹钳本身不直接相关的额外问题。例如，如果工件损坏，夹钳的质量将受损害。在工件严重变形的情况下，夹钳将不能充分地将工件压平，因而在工件和夹钳之间导致不完美的或者不存在的力。另外，在形成开路的情况下，例如由于在高电压源和静电夹钳之间的电路中的电气应力或机械应力，于是在电极上可能不出现高电压，工件将被部分地或彻底地松开。 

为了解决部分或全部的这些问题，需要一个能够用于检测错误并且优化静电夹钳的操作参数的工具。这种工具允许科学家和工程师监测与静电夹紧相关的漏电流、工件电压和电容，与此同时，允许用于夹紧、工件加工和解除夹紧的独特波形输出至静电夹钳。目前，静电夹钳制造商、电源设计师和终端用户趋向于独立工作以创造一种起作用的系统，并且这种工具将允许在这些组之间的灵活性以形成强健的系统，该系统不仅优化工艺流程，还优化安全设计余量。 

发明内容

本发明具体体现为用于控制和监测静电夹钳(有时称作“ESC”)的操作和性能的系统。这样的系统可以包括：(a)计算机，所述计算机编程为从用户那里接收控制信息，并提供与该控制信息对应的数字命令；(b)控制电路，所述控 制电路具有能够接受数字命令并且提供对应于数字命令的输出信号的电路；(c)至少一个放大器，所述放大器具有用于从控制电路接收输出信号的输入端口和用于将高电压信号提供至ESC的至少一个电极的输出端口。 

为了输入控制信息，该计算机可以电子表格的形式为用户提供界面。该电子表格可具有用于输入控制信息的输入框。 

该系统可包括用于提供感测信号至控制电路输出信号的信号评价电路。该感测信号可以是电压正弦波。