CN101916738A - 一种易于释放晶片的静电吸盘结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易于释放晶片的静电吸盘，包含基座和设置在基座顶部的介电层；介电层上放置有晶片，在介电层与晶片之间产生有吸持固定晶片的静电引力；其特征在于，介电层中设置有提升介电层温度的若干加热体，来减小介电层与晶片之间的静电引力。将介电层分区并分别嵌设不同钨丝结构的加热体，使钨丝分别与电源电流相同或不相同的直流电源连接后发热，能够使介电层和晶片的表面温度迅速提高，在不增加散热时间的情况下，有效减小介电层和晶片间的静电引力，帮助晶片快速地解吸释放；介电层分区的设置，还能够实现对不同分区温度的分别控制，因而在与该若干分区分别接触的晶片区域获得不同的晶片温度。

Description

一种易于释放晶片的静电吸盘结构及方法

技术领域

本发明涉及一种静电吸盘，特别涉及一种易于释放晶片的静电吸盘结构及方法。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，为了在作为基板的半导体晶片上进行淀积、蚀刻等工艺处理，一般通过静电吸盘(Electrostatic chuck，简称ESC)产生静电力吸持来固定和支撑晶片；同时静电吸盘帮助晶片上温度均匀分布，以利于晶片散热。

静电吸盘通常设置在如等离子体处理装置的真空处理腔室底部，作为下电极与射频功率源连接，而在真空处理腔室顶部的上电极与该下电极间形成射频电场，使被电场加速的电子等与通入处理腔室的蚀刻气体分子发生电离冲撞，产生蚀刻气体的等离子体与晶片进行反应。

静电吸盘一般包含基座和设置在基座顶部的介电层。调节与基座连接的射频功率源，来控制生成的等离子体的密度。晶片放置在高导热陶瓷材料的介电层上，通过在介电层中埋设电极并施加直流电源，使在介电层表面产生极化电荷，并进一步在晶片表面的对应位置产生极性相反的极化电荷。因而通过在晶片和介电层之间产生的库仑力或约翰逊·拉别克(Johnsen-Rahbek)力，使晶片被牢牢地吸附在静电吸盘上。

然而现有静电吸盘在释放晶片(De-chucking)时，往往会在断开介电层上的直流电源后，因为残余静电荷的引力作用，使晶片难以从静电吸盘上取下，致使晶片在被顶起或是被抓取时破裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于释放晶片的静电吸盘结构及方法，通过在静电吸盘上设置加热体使介电层和晶片表面温度提高，在不增加晶片散热时间的情况下帮助晶片快速释放。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种易于释放晶片的静电吸盘，包含基座和设置在基座顶部的介电层；

上述介电层上放置有晶片，在介电层与晶片之间产生有吸持固定上述晶片的静电引力；其特征在于，

上述介电层中设置有提升上述介电层温度的若干加热体，来减小上述介电层与晶片之间的静电引力。

上述介电层上设有若干分区，其中若干分区内嵌有上述加热体。

上述若干加热体分别与升温电源电性连接而发热。

与上述介电层若干分区内的加热体分别电性连接的上述升温电源，具有相同或不同的直流电流。

上述介电层若干分区内嵌入的加热体，分别在上述介电层内形成相同或不同的图形形状。

上述介电层上由若干加热体提升的表面温度，在上述介电层上晶片取放的交替期间，由于断开与上述升温电源的电性连接，而恢复至原有工作温度。

上述加热体是嵌设在上述介电层内的若干钨丝。

上述基座还与射频功率源连接，生成与上述晶片反应的蚀刻气体等离子体。

上述介电层是由导热的陶瓷材料制成的。

上述介电层内还设置有电极，其与直流的电极电源电性连接，生成吸持上述晶片的静电引力。

一种易于释放晶片的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1.1切断与上述介电层内电极电性连接的电极电源，减少上述晶片与介电层间的静电引力；

步骤1.2连通与上述介电层内加热体电性连接的升温电源，使上述介电层表面温度提升；

步骤2.切断上述升温电源，取走上述晶片。

在切断上述升温电源的步骤2后，还包含，在上述介电层上晶片取放的交替期间，使上述介电层提升的表面温度，恢复至原有工作温度的步骤。

上述晶片与介电层之间、用于吸持固定上述晶片的静电引力，是在连通上述电极电源后产生的。

本发明提供的易于释放晶片的静电吸盘结构及方法，与现有技术相比，其优点在于：本发明由于在静电吸盘的介电层中设置不同钨丝结构的加热体，并与直流的升温电源连通，能够使介电层和晶片的表面温度迅速提高，同时在不增加散热时间的情况下，有效减小介电层和晶片间的静电引力，帮助晶片快速地解吸释放。

本发明还由于将介电层分区，并分别嵌设该不同结构钨丝的加热体，并使钨丝分别与电源电流相同或不相同的直流电源连接后发热，能够实现对介电层上不同分区温度的分别控制，因而在与该若干分区分别接触的晶片区域获得不同的晶片温度。

附图说明

图1是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的总体结构示意图；

图2是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的钨丝结构的示意图；

图3是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的另一种钨丝结构示意图；

图4是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的又一种钨丝结构示意图；

图5是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的钨丝结构在实施例1中的示意图；

图6是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的钨丝结构在实施例2中的示意图；

图7是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的加热体的钨丝结构在实施例3中的示意图；

图8是本发明一种易于释放晶片的静电吸盘的介电层的温度、静电引力与时间变化的关系曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

请参见图1所示，本发明提供的一种易于释放晶片的静电吸盘，具体包含基座110和设置在基座110顶部的介电层120。晶片200放置在介电层120上，在介电层120与晶片200之间产生静电引力，使基座110通过介电层120吸持来固定和支撑晶片200。

静电吸盘设置在如等离子体处理装置的真空处理腔室底部，其圆盘状的基座110与射频功率源HF连接，使在真空处理腔室内产生蚀刻气体的等离子体与晶片200反应。调节该与基座110连接的射频功率源HF，来控制生成的等离子体的密度。

基座110顶部的介电层120用导热的陶瓷材料制成，其中埋设有电极140。通过在介电层120的电极140上施加直流的电极电源DC10，使在介电层120和晶片200之间形成静电引力对晶片200进行吸持固定。

陶瓷的介电层120中还设置有若干加热体130来提升介电层120表面的温度，从而使介电层120上的晶片200温度升高，帮助晶片200的解吸释放(De-chucking)。在该加热体130上施加直流的升温电源DC20，使陶瓷介电层120和晶片200表面温度升高。对正温度系数的陶瓷材料来说，其电阻率随温度升高按指数关系增加，因而在电极电源DC10的电压不变时，介电层120和晶片200之间形成的静电引力变小，使晶片200能够方便地从介电层120上取下。

上述加热体130可以是嵌设在陶瓷介电层120内、形成任意几何形状的若干钨丝131，其在介电层120内可设置为“米”字型(图2)、若干圈同心圆型(图3)或是星型(图4)等等多种图形。

在介电层120上设置若干分区，在该若干分区中分别嵌设上述具有不同形状钨丝131的加热体130，并使加热体130的钨丝131分别与电源电流相同或不相同的直流升温电源DC20连接后发热。由于钨丝131的形状不同，或施加的电源电流不同，能够实现对介电层120上不同分区温度的分别控制，并在与该若干分区分别接触的晶片200区域获得不同的晶片200温度。

为了便于理解，以下提供本发明的多种实施例说明上述介电层120中加热体130的不同钨丝131结构。

实施例1

请参见图5所示，本实施例中假设晶片200的中心位置难以释放，因而将介电层120分为同圆心设置的内侧分区121和外侧分区122，内侧分区121设置在介电层120中间，与晶片200的中心位置接触；外侧分区122环绕内侧分区121设置，与晶片200的边缘位置接触。

在介电层120的内侧分区121中嵌设的加热体130是“米”字型的钨丝131；外侧分区122中不设置加热体130。将内侧分区121的钨丝131与直流的升温电源DC20连接后，介电层120内侧分区121的温度高于外侧分区122，因而晶片200中心位置的静电引力减少，方便晶片200释放。

实施例2

请参见图6所示，本实施例中假设晶片200的边缘位置难以释放，因而与上述实施例1类似，将介电层120分为同圆心设置的内侧分区121和外侧分区122。

不同点在于，本实施例中在介电层120的外侧分区122中嵌设加热体130，并使分布在介电层120边缘位置的钨丝131呈若干圈同心圆；介电层120内侧分区121不设加热体130。将外侧分区122的钨丝131与直流的升温电源DC20连接后，介电层120外侧分区122的温度高于内侧分区121，因而晶片200边缘位置的静电引力减少，方便晶片200释放。

实施例3

请参见图7，本实施例中，在介电层120上设置同圆心的四个分区，由介电层120外缘至圆心分别设为第一至第四分区。

在位于介电层120外缘的第一分区123中嵌设具有星型钨丝131的加热体130；第二分区中124的钨丝131为若干同心圆；第三分区125不设加热体130；中心位置的第四分区126中设“米”字型的钨丝131。

在外缘的第一分区123上施加直流的第一升温电源DC21；而在第二、第四分区上分别施加直流的第二升温电源DC22。由于第一升温电源DC21和第二升温电源DC22通入的电流值不同，使该第一、第二、第四分区的钨丝131具有不同的发热效果；由于第三分区125不设加热体130，其表面温度低于第一、第二和第四分区；由于第二、第四分区的钨丝131形状不同，虽然同样与第二升温电源DC22连接，通入的电流相同，但是对介电层120分区的升温效果也不同。

由上述实施例1、2、3可见，在介电层120的若干分区中，分别嵌设上述具有不同形状钨丝131的加热体130，并使钨丝131分别与电源电流相同或不相同的直流电源连接后发热，能够实现对介电层120上不同分区温度的分别控制，因而在与该若干分区分别接触的晶片200区域获得不同的晶片200温度。

由上述实施例还可以看到，通过在与晶片200难以释放区域对应的介电层120分区上，连接较高直流电流值的升温电源DC20，或是在该分区中布置较密集形状的钨丝131，使该介电层120分区和晶片200表面的温度升高，能够有效减小介电层120和晶片200之间的静电引力，使晶片200能够被快速地解吸释放而方便取下。

另外静电吸盘通常有很大的热质(thermal mass)，即具有很强的热传导能力，或是通过在静电吸盘的基座110内设置通入氦气的冷却管道和使氦气在晶片200背面流通的冷却沟道等帮助散热。因而只提高与晶片200接触的介电层120上某些分区的温度，不会对介电层120表面或晶片200整体的散热造成过多影响。一般在晶片200释放、被抓取、晶片200交替的短暂时间内，能够完成对介电层120分区加热、到介电层120温度恢复原始工作温度的整个加速晶片200释放的过程。

如图8所示，是本发明所述的静电吸盘的介电层120，其表面温度、静电引力与时间变化之间的关系曲线示意图。

对第一晶片W1蚀刻处理的过程P1中，t1为晶片200蚀刻阶段；t2是晶片200释放阶段；t3是该第一晶片W1被从静电吸盘上抓取并拿出处理腔室的阶段。之后是对第二晶片W2蚀刻处理的过程P2，其中第二晶片W2被抓取放到静电吸盘上，用时t4；t5时第二晶片W2被静电吸盘的引力可靠固定；之后开始重复上述t1至t4的整个工艺步骤。

假设对晶片200蚀刻的正常工作温度是20℃，在蚀刻第一晶片W1的t1期间，该温度维持不变。

在释放第一晶片W1的t2时，断开电极电源DC10，并使介电层120中的加热体130与直流的升温电源DC20导通，在3～5秒的时间内使介电层120表面的温度迅速提升至40℃，此时介电层120与晶片200间的静电引力呈指数型下降，第一晶片W1被顺利地解吸释放。

之后进行晶片200交替：第一晶片W1被取走，第二晶片W2被放上静电吸盘的介电层120；在t3开始时断开升温电源DC20，可以看到在该t3至t4时间段、约15秒～20秒内，介电层120的表面温度恢复至初始的工作温度20℃，因而不会对后续第二晶片W2的蚀刻处理产生影响。

t4结束时，重新导通电极电源DC10，在介电层120上产生静电引力来固定第二晶片W2；t5时静电引力恢复初始状态，使第二晶片W2被可靠固定，开始对第二晶片W2的处理。

因此，本发明提供的易于释放晶片的静电吸盘结构及方法，能够通过在静电吸盘的介电层120中设置不同钨丝131结构的加热体130并与直流的升温电源DC20连通，使介电层120和晶片200的表面温度能迅速提高，同时在不增加散热时间的情况下，有效减小介电层120和晶片200间的静电引力，帮助晶片200快速地解吸释放。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种易于释放晶片的静电吸盘，包含基座(110)和设置在基座(110)顶部的介电层(120)；

所述介电层(120)上放置有晶片(200)，在介电层(120)与晶片(200)之间产生有吸持固定所述晶片(200)的静电引力；其特征在于，

所述介电层(120)中设置有提升所述介电层(120)温度的若干加热体(130)，来减小所述介电层(120)与晶片(200)之间的静电引力。

2.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述介电层(120)上设有若干分区，其中若干分区内嵌有所述加热体(130)。

3.如权利要求2所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述若干加热体(130)分别与升温电源电性连接而发热。

4.如权利要求3所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，与所述介电层(120)若干分区内的加热体(130)分别电性连接的所述升温电源，具有相同或不同的直流电流。

5.如权利要求4所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述介电层(120)若干分区内嵌入的加热体(130)，分别在所述介电层(120)内形成相同或不同的图形形状。

6.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述介电层(120)上由若干加热体(130)提升的表面温度，在所述介电层(120)上晶片(200)取放的交替期间，由于断开与所述升温电源的电性连接，而恢复至原有工作温度。

7.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述加热体(130)是嵌设在所述介电层(120)内的若干钨丝(131)。

8.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述基座(110)还与射频功率源连接，生成与所述晶片(200)反应的蚀刻气体等离子体。

9.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述介电层(120)是由导热的陶瓷材料制成的。

10.如权利要求1所述的易于释放晶片的静电吸盘，其特征在于，所述介电层(120)内还设置有电极(140)，其与直流的电极电源电性连接，生成吸持所述晶片(200)的静电引力。

11.一种易于释放晶片的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1.1切断与所述介电层(120)内电极(140)电性连接的电极电源，减少所述晶片(200)与介电层(120)间的静电引力；

步骤1.2连通与所述介电层(120)内加热体(130)电性连接的升温电源，使所述介电层(120)表面温度提升；

步骤2.切断所述升温电源，取走所述晶片(200)。

12.如权利要求11所述的易于释放晶片的方法，其特征在于，在切断所述升温电源的步骤2后，还包含，在所述介电层(120)上晶片(200)取放的交替期间，使所述介电层(120)提升的表面温度，恢复至原有工作温度的步骤。

13.如权利要求11所述的易于释放晶片的方法，其特征在于，所述晶片(200)与介电层(120)之间、用于吸持固定所述晶片(200)的静电引力，是在连通所述电极电源后产生的。

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