CN103050429A

CN103050429A - 静电吸盘及制备方法

Info

Publication number: CN103050429A
Application number: CN 201210544329
Authority: CN
Inventors: 厉心宇
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明涉及一种静电吸盘，用于对放置在其上的晶片产生静电吸力，包括：基板，其主体由介电材料制成；第一电极，由导电材料制成，铺设于基板中；第二电极，由导电材料制成，与第一电极间隔一定距离铺设于基板中第一电极上方；其中，第一电极、第二电极以及两者之间的介电材料构成一电容，电容的一极外接一直流脉冲电源。其在有效吸附住晶片的同时，使从静电吸盘表面流向晶片的漏电流显著降低，从而提高晶片的良率。其结构简单、实施便利。

Description

静电吸盘及制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体加工设备，更具体地说，涉及一种静电吸盘及其制备方法。

背景技术

静电吸盘广泛运用于半导体工艺生产中，如溅镀，等离子体干法刻蚀等。静电吸盘是通过在吸盘内包含的电极上施加直流电源，在吸盘表面产生感应静电，进而使置于其上的晶片表面产生极性相反的电荷，从而利用静电力将晶片牢牢吸附在吸盘表面，以确保工艺过程中晶片位置不发生移动。

采用约翰·拉别克力的静电吸盘，其原理为：采用高阻态的电介质层作为静电吸盘的主体，吸盘表面有点状突起，主体内部包含了一个电极，当该电极上加有一恒定电压时(通常为直流)，电介质表面不仅有极化电荷，还有很大部分自由电荷，电介质的表面电荷会产生电场，这一电场会进一步在置于吸盘之上的晶片表面产生极化电荷，分布在晶片下表面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反，这样晶片就被吸附住。

由于电介质层并非完全绝缘体，会有漏电流通过电介质层流向晶片，随着电压的增大，漏电流也将随之增大，较大的漏电流将对晶片的性能和良率产生严重的影响；同时，随着集成电路尺寸的减小，漏电流对晶片产生的影响越来越大，因此抑制或者降低漏电流的大小是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电吸盘，其从静电吸盘表面流向晶片的漏电流较小。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种静电吸盘，用于对放置在其上的晶片产生静电吸力，包括：基板，其主体由介电材料制成；第一电极，由导电材料制成，铺设于基板中；第二电极，由导电材料制成，与第一电极间隔一定距离铺设于基板中第一电极上方；其中，第一电极、第二电极以及两者之间的介电材料构成一电容，电容的一极外接一直流脉冲电源。

优选地，电容与直流脉冲电源连接的一极为第一电极。

优选地，直流脉冲电源的脉冲占空比为20％-80％，脉冲频率为1HZ-10KHZ。

优选地，第一电极与第二电极面积相等，电容大小为0.1pf-1pf。

本发明还公开了一种静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：利用氧化铝或者氮化铝的烧结体形成静电吸盘的基座；利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在基座上形成第一电极；在第一电极上形成一层电介质层，电介质层的材料为氧化铝或者氮化铝；用高温加压的方法将基座、第一电极、电介质层压制在一起；利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在电介质层上方形成第二电极；使用高温加压，将第二电极与基座、第一电极烧结成一体；在第二电极上方再烧结一层氧化铝或氮化铝，形成基板；在基板的表面采用喷砂后打磨的方法形成多个突起；将外接电源的连接端连接到第二电极上。

本发明提供的静电吸盘，在基板中设置一对电极从而形成一个电容，并将该电容的一极外接一直流脉冲电源，该静电吸盘不仅可有效吸附住晶片，还使从静电吸盘表面流向晶片的漏电流显著降低，从而提高晶片的良率。其结构简单、实施便利。

附图说明

图1示出本发明第一实施例的静电吸盘结构示意图；

图2示出现有技术中静电吸盘产生的漏电流波形与采用本发明第一实施例的静电吸盘后漏电流波形的对比示意图；

图3示出本发明第二实施例的静电吸盘制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，根据本发明的任一实施例，静电吸盘设置于等离子体反应腔室中，用于承载并通过静电引力吸附晶片。向反应腔室通入反应气体后，反应气体在射频电场的作用下产生等离子体，与晶片发生刻蚀等反应。

如图1所示，本发明第一实施例的静电吸盘包括基板10、第一电极101和第二电极102，基板的上表面具有均匀分布的多个突起103。基板10的主体材料为介电材料，第一电极101和第二电极102由导电材料制成，第一电极101铺设于基板10中，第二电极102与第一电极101以一定间隔上下相对铺设于其上方，晶片由突起103支撑于基板10上表面。第一电极101、第二电极102以及两者之间的介电材料构成一个电容。

其中，第一电极101外接一直流脉冲电源，其高电位时上述电容处于充电状态，第二电极102尚未对晶片产生足够的静电吸附力，其低电位时为0电压，电容处于放电状态，第二电极102逐渐得到第一电极101累积的同性电荷(通常为正电荷)，进而通过基板10及其表面的突起103对晶片产生静电吸附力。

该电容充电时，第一电极101上的电压随着时间推移逐步升高，从而通过电介质层流向晶片的漏电流也逐步升高，但最高值也仅与现有技术中将一恒定直流电压接到一电极时的漏电流大小相当。该电容放电时，第一电极101上的电压随着时间推移逐步下降，从而漏电流也随之下降。

电压和漏电流遵循的相关公式如下：

I_leak(t)＝V(t)/R_bulk

V(t)＝Q(t)/C

其中，V(t)是第一电极101上的电压，I_leak(t)是从静电吸盘表面流向晶片的漏电流，Q(t)为电容充电的电量，C即电容值的大小，R_bulk为静电吸盘的内部等效电阻，从公式可以看出漏电流I_leak(t)随着电压V(t)的变化而变化，进而随着电容电量Q(t)的变化而变化。如图2所示，比较传统的静电吸盘所产生的漏电流波形A，和采用本发明的静电吸盘后的漏电流波形B，可知，采用本发明的静电吸盘后，从静电吸盘表面流向晶片的漏电流有显著的降低。

可以理解，在不同的工艺环境下，脉冲的脉宽、频率以及振幅对漏电流的大小也会有影响。

优选情况下，直流脉冲电源的脉冲占空比为20％-80％，脉冲频率为1HZ-10KHZ。

在漏电流显著降低的同时，静电吸盘对晶片的静电吸附作用因直流自偏压的存在而不会受到影响。

本领域技术人员理解，在等离子体反应过程中，等离子体中包含电子、离子、自由基等活性粒子，其中电子比正离子轻，因此，相同时间内，电子落在晶片表面的数量比离子多，从而在反应稳定后，在晶片的表面会形成直流自偏压。由于直流自偏压的存在，即使在第二电极102上电压很低的情况下，晶片仍然会被静电吸盘吸住。有时第一电极101甚至不需要外接电压源，完全靠直流自偏压就足够静电吸盘对晶片的吸附作用。

因此，根据本发明的实施例，在等离子体刻蚀工艺过程中，将第一电极101外接一直流脉冲电压源时，不仅一直有静电吸附力吸附住晶片，还可降低从静电吸盘表面流向晶片的漏电流，对晶片的损害也将减小，从而提升产品的良率。

优选情况下，第一电极101与第二电极102面积相等，第一电极101、第二电极102以及两者之间的介电材料构成一平板电容，电容大小为0.1pf-1pf。

进一步地，基板10的体电阻率大于1×10¹⁴Ω·cm。

其中，基板10的主体材料为氧化铝或氮化铝。第一电极101、第二电极102由金属材料铝制成。

进一步地，基板10上表面均匀分布多个突起103，突起103的横截面形状不限，可以是圆形或其他形状，其高度为1-100μm。

可以理解，突起103对基板10而言，并非必需的结构，当没有设置突起103时，静电吸盘上表面仍可对晶片产生足够的静电吸附力。

作为本发明上述第一实施例的静电吸盘的一种变化实施方式，以处于第一电极101上方的第二电极102外接直流脉冲电源，静电吸盘基于同样的静电吸力以及直流自偏压的作用吸附住晶片；因电容在直流脉冲电源作用下的充电与放电，而使从静电吸盘流向晶片的漏电流显著降低。

如图3所示，本发明第二实施例的静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：

S01、利用氧化铝或者氮化铝的烧结体形成静电吸盘的基座。

本领域技术人员理解，在该步骤中，还可在基座中设置通过冷却液或冷却气体的管路，用于调节静电吸盘的温度。

S02、利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在基座上形成第一电极。

S03、在第一电极上形成一层电介质层，电介质层的材料为氧化铝或者氮化铝。

S04、用高温加压的方法将基座、第一电极、电介质层压制在一起。

S05、利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在电介质层上方形成第二电极。

S06、使用高温加压，将第二电极与基座、第一电极烧结成一体。

S07、在第二电极上方再烧结一层氧化铝或氮化铝，形成基板。

S08、在基板的表面采用喷砂后打磨的方法形成多个突起。

S09、将外接电源的连接端连接到第二电极上。

本发明第二实施例的静电吸盘的制备方法，专用于制造基板内部包含两块平行电极的、如本发明第一实施例中的静电吸盘，该两块电极以及其中的介电材料，构成一个电容；将该电容下极板连接一直流脉冲电源时，不仅可吸附住晶片，而且可使从静电吸盘流向晶片的漏电流显著降低。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种静电吸盘，用于对放置在其上的晶片产生静电吸力，包括：

基板，其主体由介电材料制成；

第一电极，由导电材料制成，铺设于所述基板中；

第二电极，由导电材料制成，与所述第一电极间隔一定距离铺设于所述基板中所述第一电极上方；

其中，所述第一电极、所述第二电极以及两者之间的介电材料构成一电容，所述电容的一极外接一直流脉冲电源。

2.如权利要求1所述的静电吸盘，其特征在于，所述电容与所述直流脉冲电源连接的一极为所述第一电极。

3.如权利要求2所述的静电吸盘，其特征在于，所述直流脉冲电源的脉冲占空比为20％-80％，脉冲频率为1HZ-10KHZ。

4.如权利要求2或3所述的静电吸盘，其特征在于，所述第一电极与第二电极面积相等，所述电容大小为0.1pf-1pf。

5.如权利要求4所述的静电吸盘，其特征在于，所述基板的体电阻率大于1×10¹⁴Ω·cm。

6.如权利要求4所述的静电吸盘，其特征在于，所述介电材料为氧化铝或氮化铝。

7.如权利要求4所述的静电吸盘，其特征在于，所述导电材料为铝。

8.如权利要求2或3所述的静电吸盘，其特征在于，所述基板的上表面均匀分布有多个突起。

9.如权利要求8所述的静电吸盘，其特征在于，所述突起的高度为1-100μm。

10.一种静电吸盘的制备方法，包括如下步骤：

a)、利用氧化铝或者氮化铝的烧结体形成静电吸盘的基座；

b)、利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在所述基座上形成第一电极；

c)、在所述第一电极上形成一层电介质层，所述电介质层的材料为氧化铝或者氮化铝；

d)、用高温加压的方法将所述基座、所述第一电极、所述电介质层压制在一起；

e)、利用丝网印刷法或者化学气相沉淀方法在所述电介质层上方形成第二电极；

f)、使用高温加压，将所述第二电极与所述基座、所述第一电极烧结成一体；

g)、在所述第二电极上方再烧结一层氧化铝或氮化铝，形成基板；

h)、在所述基板的表面采用喷砂后打磨的方法形成多个突起；

i)、将外接电源的连接端连接到所述第一电极上。