CN103187348A - 晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法。该晶片固定装置包括：包括：卡盘、卡盘电源和位于卡盘之上的托盘，其中：卡盘内部设置有与卡盘电源连接的卡盘电极，托盘包括托盘电极和包覆于托盘电极周围的绝缘体；晶片固定装置用于在等离子启辉过程中将晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上。本发明的技术方案中，无需通过人工操作的方式将晶片固定于托盘上，从而提高了生产效率以及降低了生产成本；无需采用压紧固定部件通过按压晶片边缘的方式将晶片固定于托盘上，从而增加了晶片表面的可加工面积；无需采用螺钉将压紧固定部件固定于托盘上，从而增加了托盘上放置晶片的位置。

Description

晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法。

背景技术

在通过等离子体同时对多个晶片进行处理的情况下，一般会将晶片固定于晶片固定装置上以完成对晶片的等离子体处理过程。图1为一种晶片固定装置的结构示意图，如图1所示，该晶片固定装置包括静电卡盘1和位于静电卡盘1之上的托盘2，托盘2用于承载晶片3。该晶片固定装置位于反应腔室中，在对晶片3进行等离子体处理过程中，等离子体与晶片表面材料的反应会晶片3温度升高。而晶片3温度过高会对等离子体处理过程造成不良影响，例如：导致晶片3表面的掩膜材料变形等。因此，为避免对等离子体处理过程造成不良影响，在等离子体处理过程中需要控制晶片3的温度。

目前，可通过在热量传导界面上通入热媒气体以改善热量传导的方式控制晶片3的温度。具体地，可向卡盘1和托盘2之间以及向托盘2和晶片3之间通入热媒气体以控制晶片3的温度，其中热媒气体为氦气。如图1所示，为向卡盘1和托盘2之间通入热媒气体，在卡盘1内开设热媒气体通道4，热媒气体从外部气源被导入到该热媒气体通道4，并且通过该热媒气体通道4被供给到卡盘1上承载的托盘2的背面；为向托盘2和晶片3之间通入热媒气体，在托盘2上开设热媒气体孔5，热媒气体通过托盘2上的热媒气体孔5被供给到晶片3的背面。通入的热媒气体增加了卡盘1和托盘2之间以及托盘2和晶片3之间的热传导，从而实现了对晶片3温度的控制。在通入热媒气体的过程中，为避免热媒气体泄露，需要将托盘2固定到卡盘1上并且将晶片3固定到托盘2上。如图2所示，该晶片固定装置还包括：压紧固定部件6和机械压环7。压紧固定部件6按压于晶片3的边缘，再通过螺钉8将压紧固定部件6固定于托盘2上，从而实现将晶片3固定于托盘2上。在压紧固定部件6上设置机械压环7，并通过机械压环7将托盘2固定到卡盘1上。

上述晶片固定装置存在如下技术缺陷：需要通过人工操作的方式将晶片固定于托盘上，将晶片固定于托盘的过程很复杂，需要大量的人工操作过程，从而降低了生产效率以及增加了生产成本；为实现将晶片固定于托盘，需要将压紧固定部件按压于晶片的边缘，导致晶片的边缘部分不可用，从而减小了晶片表面的可加工面积；压紧固定部件通过螺钉固定于托盘上，螺钉会占用托盘一定的面积，从而减少了托盘上放置晶片的位置。

发明内容

本发明提供一种晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法，用以提高生产效率以及降低生产成本、增加晶片表面的可加工面积、以及增加托盘上放置晶片的位置。

为实现上述目的，本发明提供一种晶片固定装置，包括：卡盘、卡盘电源和位于所述卡盘之上的托盘，其中：

所述卡盘内部设置有与所述卡盘电源连接的卡盘电极，

所述托盘包括托盘电极和包覆于所述托盘电极周围的绝缘体；

所述晶片固定装置用于在等离子启辉过程中将晶片吸附于所述托盘上以及使所述托盘吸附于所述卡盘上。

进一步地，还包括：设置于所述托盘之上的托盘保护罩，所述托盘保护罩用于保护所述托盘。

进一步地，还包括：设置于所述托盘保护罩之上的机械压环，所述机械压环用于将所述托盘固定于所述卡盘上。

进一步地，所述卡盘内开设有热媒气体通道，所述托盘内开设有热媒气体孔；

所述热媒气体通道用于向所述卡盘和所述托盘之间导入热媒气体；

所述热媒气体孔用于向所述托盘和所述晶片之间导入所述热媒气体。

进一步地，所述托盘电极的材料为金属导体；所述绝缘体是镀在所述托盘电极表面的绝缘膜或者是包覆在所述托盘电极表面的绝缘材料。

进一步地，所述绝缘材料是陶瓷，所述绝缘膜是阳极氧化膜。。

进一步地，所述卡盘电极与所述托盘电极形成第一等效电容，所述托盘电极与在等离子启辉过程中所述晶片上表面形成的导电层形成第二等效电容，所述卡盘电源、所述第一等效电容和所述第二等效电容形成串联等效电容电路，所述卡盘电极和所述托盘电极之间产生静电引力以使所述托盘吸附于所述卡盘上，所述托盘电极和所述晶片上表面形成的导电层之间产生静电引力以使所述晶片吸附于所述托盘上。

进一步地，所述卡盘电极和所述托盘电极之间的电压V₄＝V₃*C₂/(C₁+C₂)，所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的电压V₅＝V₃*C₁/(C₁+C₂)，其中，C₁为所述第一等效电容的电容值，C₂为所述第二等效电容的电容值，V₃为所述卡盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的电压。

进一步地，所述卡盘电极和所述托盘电极之间的静电引力

所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的静电引力

其中，d₁为所述卡盘电极和所述托盘电极之间的距离，d₂为所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的距离。

为实现上述目的，本发明还提供了一种半导体设备，包括反应腔室和设置于所述反应腔室内部的晶片固定装置，所述晶片固定装置采用权利要求上述晶片固定装置。

为实现上述目的，本发明还提供了一种晶片固定方法，所述方法包括：

将晶片放置于所述托盘上；

所述卡盘电源向所述卡盘电极供电，在等离子体启辉过程中，所述卡盘电源、所述卡盘电极、所述托盘电极和晶片上表面由等离子体形成的导电层形成串联等效电容电路，以使所述晶片吸附于所述托盘上以及使所述托盘吸附于所述卡盘上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法的技术方案中，晶片固定装置包括卡盘、卡盘电源和位于卡盘之上的托盘，卡盘内部设置有与卡盘电源连接的卡盘电极，托盘包括托盘电极和包覆于托盘电极周围的绝缘体，所述晶片固定装置用于在等离子启辉过程中将晶片吸附于所述托盘上以及使所述托盘吸附于所述卡盘上。本发明的技术方案中晶片固定装置可在等离子启辉过程中将晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上，从而使晶片固定于托盘上以及使托盘固定于卡盘上，无需通过人工操作的方式将晶片固定于托盘上，从而提高了生产效率以及降低了生产成本；无需采用压紧固定部件通过按压晶片边缘的方式将晶片固定于托盘上，从而增加了晶片表面的可加工面积；无需采用螺钉将压紧固定部件固定于托盘上，从而增加了托盘上放置晶片的位置。

附图说明

图1为一种晶片固定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种晶片固定装置的结构示意图；

图3为图2中晶片固定装置的串联等效电容电路的示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种晶片固定方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的晶片固定装置、半导体设备和晶片固定方法进行详细描述。

图2为本发明实施例一提供的一种晶片固定装置的结构示意图，图3为图2中晶片固定装置的串联等效电容电路的示意图，如图2和图3所示，该晶片固定装置包括：卡盘1、卡盘电源2和位于卡盘1之上的托盘，卡盘1内部设置有与卡盘电源2连接的卡盘电极3，托盘包括托盘电极4和包覆于托盘电极4周围的绝缘体5。该晶片固定装置用于在等离子体启辉过程中将晶片6吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘1上。

具体地，卡盘电源2、卡盘电极3、托盘电极4和晶片6上表面由等离子体形成的导电层11形成串联等效电容电路，以使晶片6吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘1上。

本实施例中，托盘用于承载晶片6，托盘包括托盘电极4和绝缘体5。绝缘体5是镀在托盘电极4表面的绝缘膜或者是包覆在托盘电极4表面的绝缘材料。具体地，可通过烧制的方式将托盘电极4嵌入绝缘体5内以形成托盘，此时，托盘电极4的材料可以为金属导体，例如：铝；绝缘体5的材料可以为陶瓷。或者，可通过在托盘电极4外包覆绝缘体5的方式形成托盘，例如：可通过阳极氧化的方式在托盘电极4外形成阳极氧化膜，此时，托盘电极4的材料可以为金属导体，例如：铝；绝缘体5的材料可以为阳极氧化膜。或者，还可以通过在托盘电极4外喷涂绝缘体的方式形成托盘。

本实施例中，卡盘1内开设有热媒气体通道7，托盘内开设有热媒气体孔8。热媒气体通道7用于向卡盘1和托盘之间导入热媒气体，热媒气体孔8用于向托盘和晶片6之间导入热媒气体。优选地，热媒气体为惰性气体，例如：He。热媒气体可以保证卡盘1和托盘之间以及托盘和晶片6之间具有良好的热传导，从而实现对晶片6温度的控制，有效避免了对晶片6进行等离子体处理过程中晶片6表面的温度过高。

本实施例中的晶片固定装置设置于半导体设备的反应腔室中，反应腔室可对晶片固定装置上固定的晶片进行等离子体处理。卡盘电源2向卡盘电极3供电，在反应腔室内的等离子体启辉的情况下，晶片6上表面的等离子体形成导电层11，则卡盘电源2、卡盘电极3、托盘电极4和晶片6上表面的导电层11形成串联等效电容电路。如图3所示，卡盘电极3与托盘电极4形成第一等效电容，托盘电极4与在等离子体启辉过程中晶片6上表面形成导电层11形成第二等效电容，则图3所示的晶片固定装置的串联等效电容电路中，卡盘电源2、第一等效电容和第二等效电容形成串联等效电容电路。卡盘电源2提供的静电电压在第一等效电容和第二等效电容上形成分压，因此，卡盘电极3和托盘电极4之间产生静电引力以使托盘吸附于卡盘1上，托盘电极4和晶片6上表面形成的导电层11之间产生静电引力以使晶片6吸附于托盘上，从而实现将托盘固定于卡盘1上以及将晶片6固定于托盘上。本实施例中，由于托盘电极4的周围形成有绝缘体5，因此卡盘电极3和托盘电极4之间绝缘，托盘电极4和晶片6之间绝缘，卡盘电极3和托盘电极4之间的电压通过电容分压感应产生，托盘电极4和晶片6上表面的导电层11之间的电压通过电容分压感应产生。

如图2和图3所示，卡盘电源2的负极和卡盘电极3连接，卡盘电源2的正极接地，卡盘电源2的正极为串联等效电容电路的参考电位。在反应腔室的等离子体环境中，卡盘电源2向卡盘电极3提供静电电压V₁，即在卡盘电极3和地之间施加静电电压V₁。同时，通过等离子体启辉，在晶片6上表面形成一层导电层11使得晶片6上表面的导电层11和地之间的电压为V₂，从而使卡盘电极3和晶片6上表面的导电层11之间的电压V₃＝V₁-V₂。由于第一等效电容和第二等效电容形成分压，因此，卡盘电极3和托盘电极4之间的电压V₄＝V₃*C₂/(C₁+C₂)，托盘电极4和晶片6上表面的导电层11之间的电压V₅＝V₃*C₁/(C₁+C₂)，其中，C₁为第一等效电容的电容值，C₂为第二等效电容的电容值。根据库伦定律，卡盘电极3和托盘电极4之间的静电引力

托盘电极4和晶片6上表面的导电层11之间的静电引力

其中，d₁为卡盘电极3和托盘电极4之间的距离，d₂为托盘电极4和晶片6上表面的导电层11之间的距离。

进一步地，该晶片固定装置还可以包括：设置于托盘之上的托盘保护罩9，托盘保护罩9用于保护托盘。

进一步地，该晶片固定装置还可以包括：设置于托盘保护罩9之上的机械压环10，机械压环10用于将托盘固定于卡盘1上。从而可以将托盘更加牢固的固定于卡盘1上。

本实施例提供的晶片固定装置包括卡盘、卡盘电源和位于卡盘之上的托盘，卡盘内部设置有与卡盘电源连接的卡盘电极，托盘包括托盘电极和包覆于托盘电极周围的绝缘体，晶片固定装置用于在等离子体启辉过程中将晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上。本实施例的技术方案中的晶片固定装置可在等离子体启辉过程中将晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上，从而使晶片固定于托盘上以及使托盘固定于卡盘上，无需通过人工操作的方式将晶片固定于托盘上，从而提高了生产效率以及降低了生产成本，并且减少了装片过程中对人工操作的依赖，极大的降低了装片失误率；无需采用压紧固定部件通过按压晶片边缘的方式将晶片固定于托盘上，从而增加了晶片表面的可加工面积，节约了生产原材料以及降低了生产成本；无需采用螺钉将压紧固定部件固定于托盘上，从而增加了托盘上放置晶片的位置。

本发明实施例二提供了一种半导体设备，该半导体设备包括反应腔室和设置于反应腔室内部的晶片固定装置，其中，晶片固定装置可采用上述实施例一所述的晶片固定装置。

本发明实施例三提供了一种晶片固定方法，该方法基于晶片固定装置，晶片固定装置包括：卡盘、卡盘电源和位于卡盘之上的托盘，卡盘内部设置有与卡盘电源连接的卡盘电极，托盘包括托盘电极和包覆于托盘电极周围的绝缘体。图4为本发明实施例三提供的一种晶片固定方法的流程图，如图4所示，该方法包括：

步骤101、将晶片放置于所述托盘上；

步骤102、卡盘电源向卡盘电极供电，在等离子体启辉过程中，卡盘电源、卡盘电极、托盘电极和晶片上表面由等离子体形成的导电层形成串联等效电容电路，以使晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上。

本实施例提供的晶片固定方法可采用本发明实施例一提供的晶片固定装置来执行。

本实施例提供的晶片固定方法包括将晶片放置于所述托盘上，卡盘电源向卡盘电极供电，在等离子体启辉过程中，卡盘电源、卡盘电极、托盘电极、和晶片上表面由等离子体形成的导电层形成串联等效电容电路，以使晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上。本实施例的技术方案中通过卡盘电源、卡盘电极、托盘电极和晶片上表面的导电层形成串联等效电容电路，使晶片吸附于托盘上以及使托盘吸附于卡盘上，从而使晶片固定于托盘上以及使托盘固定于卡盘上，无需通过人工操作的方式将晶片固定于托盘上，从而提高了生产效率以及降低了生产成本，并且减少了装片过程中对人工操作的依赖，极大的降低了装片失误率；无需采用压紧固定部件通过按压晶片边缘的方式将晶片固定于托盘上，从而增加了晶片表面的可加工面积，节约了生产原材料以及降低了生产成本；无需采用螺钉将压紧固定部件固定于托盘上，从而增加了托盘上放置晶片的位置。

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。

Claims (11)

1.一种晶片固定装置，其特征在于，包括：卡盘、卡盘电源和位于所述卡盘之上的托盘，其中：

所述卡盘内部设置有与所述卡盘电源连接的卡盘电极，

所述托盘包括托盘电极和包覆于所述托盘电极周围的绝缘体；

所述晶片固定装置用于在等离子启辉过程中将晶片吸附于所述托盘上以及使所述托盘吸附于所述卡盘上。

2.根据权利要求1所述的晶片固定装置，其特征在于，还包括：设置于所述托盘之上的托盘保护罩，所述托盘保护罩用于保护所述托盘。

3.根据权利要求2所述的晶片固定装置，其特征在于，还包括：设置于所述托盘保护罩之上的机械压环，所述机械压环用于将所述托盘固定于所述卡盘上。

4.根据权利要求1所述的晶片固定装置，其特征在于，所述卡盘内开设有热媒气体通道，所述托盘内开设有热媒气体孔；

所述热媒气体通道用于向所述卡盘和所述托盘之间导入热媒气体；

所述热媒气体孔用于向所述托盘和所述晶片之间导入所述热媒气体。

5.根据权利要求1所述的晶片固定装置，其特征在于，所述托盘电极的材料为金属导体；所述绝缘体是镀在所述托盘电极表面的绝缘膜或者是包覆在所述托盘电极表面的绝缘材料。

6.根据权利要求5所述的晶片固定装置，其特征在于，所述绝缘材料是陶瓷，所述绝缘膜是阳极氧化膜。

7.根据权利要求1至6任一所述的晶片固定装置，其特征在于，所述卡盘电极与所述托盘电极形成第一等效电容，所述托盘电极与在等离子启辉过程中所述晶片上表面形成的导电层形成第二等效电容，所述卡盘电源、所述第一等效电容和所述第二等效电容形成串联等效电容电路，所述卡盘电极和所述托盘电极之间产生静电引力以使所述托盘吸附于所述卡盘上，所述托盘电极和所述晶片上表面形成的导电层之间产生静电引力以使所述晶片吸附于所述托盘上。

8.根据权利要求7所述的晶片固定装置，其特征在于，所述卡盘电极和所述托盘电极之间的电压V₄＝V₃*C₂/(C₁+C₂)，所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的电压V₅＝V₃*C₁/(C₁+C₂)，其中，C₁为所述第一等效电容的电容值，C₂为所述第二等效电容的电容值，V₃为所述卡盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的电压。

9.根据权利要求8所述的晶片固定装置，其特征在于，所述卡盘电极和所述托盘电极之间的静电引力

所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的静电引力

其中，d₁为所述卡盘电极和所述托盘电极之间的距离，d₂为所述托盘电极和所述晶片上表面的导电层之间的距离。

10.一种半导体设备，其特征在于，包括反应腔室和设置于所述反应腔室内部的晶片固定装置，所述晶片固定装置采用权利要求1至9任一所述的晶片固定装置。

11.一种根据权利要求1所述的晶片固定装置的晶片固定方法，其特征在于，所述方法包括：

将晶片放置于所述托盘上；

所述卡盘电源向所述卡盘电极供电，在等离子体启辉过程中，所述卡盘电源、所述卡盘电极、所述托盘电极和晶片上表面由等离子体形成的导电层形成串联等效电容电路，以使所述晶片吸附于所述托盘上以及使所述托盘吸附于所述卡盘上。

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