CN104900576A - 一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法，根据晶圆上与静电吸盘之间相对距离的大小，将静电吸盘表面划分成若干不同的区域，在静电吸盘的绝缘材料中安装若干组直流电极，使每组直流电极分别对应一个不同的区域，并连接不同的直流电源，然后通过分别控制不同直流电源的电压，在不同区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，从而达到调节静电吸盘表面吸力分布的目的，以使晶圆均匀地吸附在静电吸盘上。

Description

一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路设备控制技术领域，更具体地，涉及一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法。
背景技术
在半导体制造领域，静电吸盘通过异性电荷的吸力用来承载工艺过程中的晶圆，被广泛应用于光刻、离子注入、刻蚀、薄膜等工艺过程中。
请参阅图1，图1是现有的一种双极型静电吸盘的示意图。如图1所示，在静电吸盘1的绝缘材料中镶嵌着一组直流电极11、12(包括一个正电极11和一个负电极12)，用以接通到直流电源(图略)，分别使正、负电极11、12的电压大小相等，极性相反(例如输入500V电压，正电极11电压为+250V，负电极12电压为-250V)，绝缘质的表面会产生极化电荷(以“+”、“-”表示)，表面极化电荷会产生电场，这一电场会进一步在置于吸盘之上的晶圆21底面产生极化电荷，分布在晶圆21背面的电荷与分布在吸盘1上面的电荷极性相反，从而吸住晶圆21。根据Johnsen–Rahbek效应公式可以得出静电吸力F为：
F＝CV2/D
其中：F为静电吸力，C为晶圆与吸盘之间的电容，V为正负电极间的电压，D为晶圆与吸盘间的间距。
目前静电吸盘对于晶圆的吸力只通过单一电源控制调节正、负电极间的电压来调节吸力的大小，无法对吸力的分布进行调节。随着晶圆尺寸的增大，晶圆本身的弯曲度越来越严重，影响到静电吸盘承载晶圆的能力。
请参阅图2，图2是边缘向下弯曲的晶圆放置在静电吸盘上的状态示意图。如图2所示，对于边缘向下弯曲的晶圆22，晶圆22中间部分与吸盘1之间的间距大，而边缘部分与吸盘1之间的间距小。在相同的电压下，晶圆22整体所受的静电吸力呈现为中间部分吸力小、边缘部分吸力大的现象。如果晶圆22中间部分的吸力不够，就无法维持用于热交换的背压，甚至会造成跳片现象；同时，晶圆22边缘部分与静电吸盘1绝缘材料之间的接触不均匀，将造成晶圆22背面和静电吸盘1表面材料摩擦，以致损害晶圆22产品质量和静电吸盘1的寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法，通过在不同区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，以使晶圆均匀地吸附在静电吸盘上。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一静电吸盘，根据晶圆上与静电吸盘之间相对距离的大小，将所述静电吸盘表面划分成若干不同的区域；
步骤S02：在所述静电吸盘的绝缘材料中安装若干组直流电极，使每组直流电极分别对应一个所述区域，并连接不同的直流电源；
步骤S03：通过分别控制不同直流电源的电压，在不同所述区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
优选地，通过调高晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域对应的直流电源电压、调低晶圆上与静电吸盘之间相对距离小的区域对应的直流电源电压，以在晶圆与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
优选地，当晶圆上各区域与静电吸盘之间的相对距离相同时，调整使各所述区域的直流电源电压一致。
优选地，将所述静电吸盘表面划分成中间和环绕中间的边缘区域，在中间区域的所述静电吸盘的绝缘材料中安装第一组直流电极，并连接第一直流电源，在边缘区域的所述静电吸盘的绝缘材料中安装第二组直流电极，并连接第二直流电源，根据晶圆上中间和环绕中间的边缘区域与所述静电吸盘之间相对距离的大小，调整第一直流电源电压与第二直流电源电压之间的比值，以在晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
优选地，当晶圆上边缘区域向下弯曲时，通过增加第一直流电源的电压V1，降低第二直流电源的电压V2，使V1/V2增加，从而获得较高的中间吸力，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
优选地，当晶圆上中间和边缘区域与静电吸盘之间的相对距离相同时，通过调整使第一直流电源的电压V1与第二直流电源的电压V2一致，使V1/V2＝1，以在晶圆表面获得均匀分布的静电吸力。
优选地，当晶圆上边缘区域向上弯曲时，通过降低第一直流电源的电压V1，增加第二直流电源的电压V2，使V1/V2减小，从而获得较高的边缘吸力，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
从上述技术方案可以看出，本发明通过将静电吸盘表面划分为不同的区域，分别安装不同组的直流电极，用以接通到不同直流电源，通过控制不同的区域内不同电源的电压，从而达到调节静电吸盘表面吸力分布的目的，使晶圆可以均匀地吸附在静电吸盘上。
附图说明
图1现有的一种双极型静电吸盘的示意图；
图2是边缘向下弯曲的晶圆放置在静电吸盘上的状态示意图；
图3～图5是本发明一较佳实施例中的静电吸盘静电吸力分布的调节方法的不同电压控制状态示意图；
图6～图8是与图3～图5对应的吸力分布示意图。
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，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
现有的静电吸盘对于晶圆的吸力只通过单一电源控制调节正、负电极间的电压来调节吸力的大小，无法对吸力的分布进行调节。随着晶圆尺寸的增大，晶圆本身的弯曲度越来越严重，影响到静电吸盘承载晶圆的能力。
对于弯曲的晶圆来说，在相同的电压下，晶圆各部分所受的静电吸力并不相同。如果对晶圆的吸力不够，就无法维持用于热交换的背压，甚至会造成跳片现象；同时，晶圆上一部分与静电吸盘绝缘材料之间的接触不均匀，将造成晶圆背面和静电吸盘表面材料摩擦，以致损害晶圆产品质量和静电吸盘的寿命。
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法，通过在不同区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，以使晶圆均匀地吸附在静电吸盘上。
根据本发明一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法的一具体实施方式，包括以下步骤：
步骤S01：提供一静电吸盘，根据晶圆上与静电吸盘之间相对距离的大小，将所述静电吸盘表面划分成若干不同的区域；
步骤S02：在所述静电吸盘的绝缘材料中安装若干组直流电极，使每组直流电极分别对应一个所述区域，并连接不同的直流电源；
步骤S03：通过分别控制不同直流电源的电压，在不同所述区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
进一步地，可通过调高晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域对应的直流电源电压、调低晶圆上与静电吸盘之间相对距离小的区域对应的直流电源电压，以在晶圆与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
进一步地，当晶圆上各区域与静电吸盘之间的相对距离相同时，调整使各所述区域的直流电源电压一致。
请参阅图3～图5，图3～图5是本发明一较佳实施例中的静电吸盘静电吸力分布的调节方法的不同电压控制状态示意图。作为本发明一优选实施例，可将静电吸盘3表面划分成中间和环绕中间的边缘区域两部分。在中间区域的静电吸盘3的绝缘材料中安装第一组直流电极31、32，并连接第一直流电源(图略，下同)，在边缘区域的静电吸盘3的绝缘材料中安装第二组直流电极33、34，并连接第二直流电源。其中，第一组直流电极包括第一正电极31和第一负电极32，位于静电吸盘3的中间区域，并与对应的第一直流电源形成回路；第二组直流电极包括第二正电极33和第二负电极34，位于静电吸盘3的边缘区域，并与对应的第二直流电源形成回路。按照本发明的方法，在静电吸盘3形成中间和边缘双电源电压的控制形态。
在静电吸盘3开始工作时，将第一、第二直流电极分别接通到第一、第二直流电源，分别使同一组的正、负电极的电压大小相等，极性相反，在绝缘质的表面将会产生极化电荷，表面极化电荷会产生电场，这一电场会进一步在置于吸盘3之上的晶圆41～43底面产生极化电荷，分布在晶圆背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极性相反，从而吸住晶圆。
根据Johnsen–Rahbek效应公式，可以得出静电吸力F为：
F＝CV2/D
其中：F为静电吸力，C为晶圆与吸盘之间的电容，V为正负电极间的电压，D为晶圆与吸盘间的间距。
此时，可根据晶圆上中间和环绕中间的边缘区域与所述静电吸盘之间相对距离D的大小，调整第一直流电源电压V1与第二直流电源电压V2之间的比值，即V1/V2，以在晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
如图3所示，当晶圆41上边缘区域向下弯曲时，通过增加第一直流电源的电压V1，降低第二直流电源的电压V2，使V1/V2增加，从而获得较高的中间吸力，以使晶圆41均匀地吸附在所述静电吸盘3上。图6显示在晶圆41与静电吸盘之间的中间区域产生了较边缘区域较大的静电吸力，图中以位于晶圆41中间的向下方向的较长箭头表示。
如图4所示，当晶圆42上中间和边缘区域与静电吸盘3之间的相对距离相同时，通过调整使第一直流电源的电压V1与第二直流电源的电压V2一致，使V1/V2＝1，以在晶圆42表面获得均匀分布的静电吸力。图7显示在晶圆42与静电吸盘之间的中间和边缘区域产生了均匀分布的相同静电吸力，图中以向下方向的均匀长度箭头表示。
如图5所示，当晶圆43上边缘区域向上弯曲时，通过降低第一直流电源的电压V1，增加第二直流电源的电压V2，使V1/V2减小，从而获得较高的边缘吸力，以使晶圆43均匀地吸附在所述静电吸盘3上。图8显示在晶圆43与静电吸盘之间的边缘区域产生了较中间区域较大的静电吸力，图中以位于晶圆43边缘的向下方向的较长箭头表示。
综上所述，本发明通过将静电吸盘表面划分为不同的区域，分别安装不同组的直流电极，用以接通到不同直流电源，通过控制不同的区域内不同电源的电压，从而达到调节静电吸盘表面吸力分布的目的，使晶圆可以均匀地吸附在静电吸盘上。
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 (7)

1.一种静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：提供一静电吸盘，根据晶圆上与静电吸盘之间相对距离的大小，将所述静电吸盘表面划分成若干不同的区域；
步骤S02：在所述静电吸盘的绝缘材料中安装若干组直流电极，使每组直流电极分别对应一个所述区域，并连接不同的直流电源；
步骤S03：通过分别控制不同直流电源的电压，在不同所述区域的晶圆与静电吸盘之间产生可变的静电吸力分布，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
2.根据权利要求1所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，通过调高晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域对应的直流电源电压、调低晶圆上与静电吸盘之间相对距离小的区域对应的直流电源电压，以在晶圆与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
3.根据权利要求1所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，当晶圆上各区域与静电吸盘之间的相对距离相同时，调整使各所述区域的直流电源电压一致。
4.根据权利要求1所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，将所述静电吸盘表面划分成中间和环绕中间的边缘区域，在中间区域的所述静电吸盘的绝缘材料中安装第一组直流电极，并连接第一直流电源，在边缘区域的所述静电吸盘的绝缘材料中安装第二组直流电极，并连接第二直流电源，根据晶圆上中间和环绕中间的边缘区域与所述静电吸盘之间相对距离的大小，调整第一直流电源电压与第二直流电源电压之间的比值，以在晶圆上与静电吸盘之间相对距离大的区域产生相对高的静电吸力。
5.根据权利要求4所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，当晶圆上边缘区域向下弯曲时，通过增加第一直流电源的电压V1，降低第二直流电源的电压V2，使V1/V2增加，从而获得较高的中间吸力，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
6.根据权利要求4所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，当晶圆上中间和边缘区域与静电吸盘之间的相对距离相同时，通过调整使第一直流电源的电压V1与第二直流电源的电压V2一致，使V1/V2＝1，以在晶圆表面获得均匀分布的静电吸力。
7.根据权利要求4所述的静电吸盘静电吸力分布的调节方法，其特征在于，当晶圆上边缘区域向上弯曲时，通过降低第一直流电源的电压V1，增加第二直流电源的电压V2，使V1/V2减小，从而获得较高的边缘吸力，以使晶圆均匀地吸附在所述静电吸盘上。
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