CN105609459A - 基片固定方法及装置、半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片固定方法及装置、半导体加工设备。该基片固定方法至少包括以下步骤：步骤S1，将基片放置在静电卡盘上；步骤S2，使叠压件叠压在基片上；步骤S3，向静电卡盘施加直流电压，以实现采用静电吸附的方式固定将基片固定在静电卡盘上。本发明提供的基片固定方法及装置、半导体加工设备，可以解决现有技术中直接采用静电卡盘方式造成平整度较差的基片的吸附成功率低的问题，以及可以解决现有技术中采用机械固定方式造成基片温度均匀性和工艺质量差的问题。

Description

基片固定方法及装置、半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种基片固定方法及装置、半导体加工设备。

背景技术

刻蚀设备是集成电路生产制造过程中所需的重要设备之一，用于对基片完成刻蚀工艺。

图1为典型的刻蚀设备的反应腔室的结构示意图。请参阅图1，该反应腔室10包括静电卡盘11、线圈12、进气装置、排气装置和顶针升降机构等。其中，静电卡盘11设置在反应腔室10的底部，用以采用静电吸附的方式将基片S固定在其上表面上。线圈12设置在反应腔室10顶部介质窗13的上方，借助线圈12与射频电源电连接，以在射频电源开启后将射频能量耦合至反应腔室10内，将其内的工艺气体激发形成等离子体。进气装置包括设置在介质窗13中心位置的进气口14以及设置在反应腔室10侧壁且靠上位置的进气口15，用于分别与工艺气源相连通来实现向反应腔室10内输送工艺气体。排气装置包括设置在反应腔室底部的排气口16，其与真空装置(如干泵等)相连，用以将反应腔室10抽成真空。顶针升降机构包括多个顶针17和升降驱动器(图中未示出)，每个顶针17贯穿静电卡盘11的上下表面，其在升降驱动器的驱动下相对静电卡盘11升降。

采用上述反应腔室的工艺过程包括以下步骤：S1，承载有基片的机械手传入反应腔室10内且位于静电卡盘11正上方的传输位置；S2，驱动顶针17上升直至将位于机械手上的基片顶起，空载的机械手收回；S3，驱动承载有基片的顶针17下降，直至基片位于静电卡盘11的上表面上，之后向静电卡盘11施加直流电，以采用静电吸附的方式固定基片；S4，向静电卡盘11的表面通入热交换气体，对基片进行温控；S5，开始工艺；S6，工艺结束后停止通入热交换气体；S7，停止向静电卡盘11施加直流电；S8，驱动顶针17上升将基片托起至传输位置，空载的机械手传入反应腔室10内且位于基片的下方；S9，驱动顶针17下降以使基片位于机械手上，承载有已完成工艺的基片的机械手传出反应腔室10。

在实际应用中发现：采用上述的静电卡盘11可以实现固定常规基片，但是，随着刻蚀技术的应用越来越广泛，基片的种类越来越多，且各类基片的平整度也参差不齐，例如，CIS工艺中的SOG基片，其由由上至下依次叠置的约100μm厚度的硅片、粘结剂和约400μm厚度的玻璃板形成，该SOG基片的平整度较差，这就容易造成静电卡盘11内的电极层与基片中硅片下表面之间的某些位置处的竖直距离增加，由于静电引力与该竖直距离成反比，因而造成固定基片的静电吸附力降低，不能实现将基片有效地固定在静电卡盘11上，也就不能对其进行工艺。

为此，现有技术中采用机械固定方式，具体地，借助机械压环压住基片的边缘将其固定在机械卡盘上，之后便可以对其进行工艺。然而，采用上述机械固定方式会存在以下问题：由于机械压环压住基片的边缘，而基片的平整度较差，会造成基片的中心区域与机械卡盘的接触不好，因而会造成基片的温度均匀性差，从而造成工艺质量差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种基片固定方法及装置、半导体加工设备，其不仅可以解决现有技术中直接采用静电卡盘方式造成平整度较差的基片的吸附成功率低的问题，而且还可以解决现有技术中采用机械固定方式造成基片温度均匀性和工艺质量差的问题。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种基片固定方法，至少包括以下步骤：步骤S1，将基片放置在静电卡盘上；步骤S2，使叠压件叠压在基片上；步骤S3，向所述静电卡盘施加直流电压，以实现采用静电吸附的方式固定将基片固定在静电卡盘上。

其中，在所述步骤S3之后还包括步骤S4，使所述叠压件远离所述基片。

其中，所述叠压件与驱动机构相连，所述驱动机构用于驱动所述叠压件升降；在所述步骤S2中，借助驱动机构驱动所述叠压件下降，直至所述叠压件叠压在基片上；在所述步骤S4中，借助驱动机构驱动所述叠压件上升至预设位置，以使所述叠压件远离所述基片。

其中，所述叠压件为压环，所述压环下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在所述基片的边缘区域，或者，所述压环上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪，每个所述压爪的下表面用于叠压在所述基片的边缘区域。

其中，所述驱动机构包括气缸。

作为另一技术方案，本发明还提供一种基片固定装置，包括静电卡盘和叠压件，所述静电卡盘用于采用静电吸附的方式固定位于其上的基片，所述叠压件用于在所述静电卡盘固定其上的基片之前叠压在所述基片上，以提高所述静电卡盘和所述叠压件之间的静电吸附力。

其中，所述叠压件还用于在所述静电卡盘固定其上的基片之后远离所述基片。

其中，还包括驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述叠压件升降，以使所述叠压件叠压在所述基片上或者远离所述基片。

其中，所述叠压件为压环，所述压环下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在所述基片的边缘区域，或者，所述压环上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪，每个所述压爪的下表面用于叠压在所述基片的边缘区域。

再作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在反应腔室内设置有基片固定装置，所述基片固定装置本发明另一技术方案提供的基片固定装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的基片固定方法，其借助步骤S2，先通过叠压件叠压在基片上，再借助步骤S3，通过静电卡盘采用静电吸附的方式将基片固定，可以在步骤S2之后实现基片与静电卡盘更好地接触，因此，在步骤S3中可以提高静电卡盘和基片之间的静电吸附力，因而，这与现有技术中相比，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率；而且还可以使得基片的中心区域与静电卡盘更好地接触，从而可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

优选地，本发明提供的基片固定方法，由于在步骤S3中静电卡盘与基片之间的静电引力已经形成，因此，在步骤S4中叠压件远离基片，不仅不会影响二者之间的吸附效果，而且还可以使得在进行工艺时叠压件不叠压在基片上，因而不仅可以减小叠压件对基片表面造成的损伤，而且还可以提高基片的有效加工面积，从而可以提高基片的寿命和利用率。

本发明提供的基片固定装置，其借助叠压件在静电卡盘固定基片之前叠压在基片上，可以在固定基片时，先借助叠压件叠压在基片上，实现基片和静电卡盘更好地接触，再向静电卡盘施加直流电，以采用静电吸附方式固定基片，由于基片和静电卡盘之间较好地接触，因此可以提高二者之间的静电吸附力，因而，这与现有技术相比，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率；而且还可以使得基片的中心区域与静电卡盘更好地接触，从而可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

优选地，本发明提供的基片固定装置，由于在静电卡盘固定基片之后，二者之间的静电引力已经形成，因此，借助叠压件在静电卡盘固定基片之后远离基片，不仅不会影响二者之间的吸附效果，而且还可以使得在进行工艺时中叠压件不叠压在基片上，因而不仅可以减小叠压件对基片表面造成的损伤，而且还可以提高基片的有效加工面积，从而可以提高基片的寿命和利用率；另外，还不会影响基片边缘区域的工艺结果，从而可以提高工艺质量。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提高的基片固定装置，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率，而且还可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

附图说明

图1为典型的刻蚀设备的反应腔室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基片固定方法的流程图；

图3为图2中固定基片之前的初始状态示意图；

图4为图2中步骤S2之后的状态示意图；

图5为压环与基片之间的第一种结构关系示意图；

图6为压环与基片之间的第二种结构关系示意图；以及

图7为本发明实施例提供的基片固定装置应用在反应腔室的结构示意图。

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，下面结合附图来对本发明提供的基片固定方法及装置、半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的基片固定方法的流程图。请参阅图2，本实施例提供的一种基片固定方法，至少包括以下步骤：

步骤S1，将基片放置在静电卡盘上；

步骤S2，使叠压件叠压在基片上；

步骤S3，向静电卡盘施加直流电压，以实现采用静电吸附的方式固定将基片固定在静电卡盘上。

在本实施例提供的基片固定方法中，借助步骤S2，先通过叠压件叠压在基片上，再借助步骤S3，通过静电卡盘采用静电吸附的方式将基片固定，可以在步骤S2之后实现基片与静电卡盘更好地接触，因此，在步骤S3中可以提高静电卡盘和基片之间的静电吸附力，因而，这与现有技术中相比，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率；而且还可以使得基片的中心区域与静电卡盘更好地接触，因而可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

在本实施例中，优选地，在步骤S3之后还包括步骤S4，使叠压件远离基片。由于在步骤S3中静电卡盘与基片之间的静电引力已经形成，因此，在步骤S4中叠压件远离基片，不仅不会影响二者之间的吸附效果，而且还可以使得在进行工艺(沉积、刻蚀等工艺)时叠压件不叠压在基片上，因而不仅可以减小叠压件对基片表面造成的损伤，而且还可以提高基片的有效加工面积，从而可以提高基片的寿命和利用率；另外，还不会影响基片边缘区域的工艺结果，从而可以提高工艺质量。

下面结合图3-图4详细描述本实施例提供的基片固定方法的具体过程。具体地，在本实施例中，叠压件为压环，压环用于叠置在基片的边缘区域，如图3所示，在固定基片S之前，预先设置压环20位于静电卡盘21上方的预设位置处(如图3中压环20所在位置处)，并且，压环20与驱动机构22相连接，驱动机构22用于驱动压环20升降，因此，在步骤S2中，借助驱动机构22驱动压环20下降，直至压环20叠压在基片S的边缘区域，如图4所示；以及，在步骤S4中，借助驱动机构22驱动压环20上升至预设位置(例如，如图3中压环20所在位置处)，以使压环20远离基片S，因而可以使得等离子体对基片S的整个表面进行刻蚀、沉积等工艺。

优选地，驱动机构22包括气缸，即，驱动机构22采用气缸来实现直线驱动，这不仅使得驱动机构22的结构相对简单，易于实现，而且还有利于在洁净环境中使用。

需要说明的是，在本实施例中，为实现压环20叠压在基片S的边缘区域，压环20可以采用如图5或图6中的结构。具体地，如图5所示，压环20为全周压环，压环20下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在基片S的边缘区域；再如图6所示，在压环20上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪201，每个压爪201的下表面用于叠压在基片S的边缘区域。当然，在实际应用中，压环20还可以采用其他结构，只要能够实现叠压在基片S的边缘区域即可。

还需要说明的是，可以理解，若叠压件叠压在基片S表面的面积越大，就能越好地实现基片S与静电卡盘接触，因此，在实际应用中，可以根据实际需求设置叠压件的具体结构，例如，针对平整度稍微差的基片S，叠压件可以采用诸如图5和图6所示的压环结构，并且根据实际情况具体设置图5所示的全周压环的尺寸或者图6所示的压爪201的数量和尺寸等；再如，针对平整度较差的基片S，叠压件可以采用盘状结构，并且根据实际情况具体设置该盘状结构的尺寸。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种基片固定装置，图7为本发明实施例提供的基片固定装置应用在反应腔室的结构示意图。请参阅图7，本实施例提供的基片固定装置包括静电卡盘30、叠压件31和驱动机构32。其中，静电卡盘30用于采用静电吸附的方式固定位于其上的基片S，叠压件31用于在静电卡盘固定其上的基片S之前叠压在基片S上。因此，在固定基片时，先借助叠压件31叠压在基片S上，实现基片和静电卡盘更好地接触，再向静电卡盘施加直流电，以采用静电吸附方式固定基片，由于基片和静电卡盘之间较好地接触，因此可以提高二者之间的静电吸附力，因而，这与现有技术中相比，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率；而且还可以使得基片的中心区域与静电卡盘更好地接触，从而可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

优选地，由于在静电卡盘固定基片之后，二者之间的静电引力已经形成，因此，借助叠压件在静电卡盘固定基片之后远离基片，不仅不会影响二者之间的吸附效果，而且还可以使得在进行工艺(沉积、刻蚀等工艺)时叠压31件不叠压在基片S上，因而不仅可以减小叠压件31对基片S表面造成的损伤，而且还可以提高基片的有效加工面积，从而可以提高基片的寿命和利用率；另外，还不会影响基片边缘区域的工艺结果，从而可以提高工艺质量。

在本实施例中，驱动机构32用于驱动叠压件31升降，以使叠压件31叠压基片S上(如图7中叠压件31所示)或者远离基片S(如图7中虚线表示的叠压件31所示)。

优选地，驱动机构32包括气缸，即，驱动机构32采用气缸实现直线驱动，这不仅使得驱动机构32的结构相对简单，易于实现；而且还有利于在洁净环境中使用。

具体地，在本实施例中，叠压件31为压环，压环用于叠压在基片S的边缘区域，压环的具体结构可以采用如图5或图6所示。具体地，请参阅图5，压环为全周压环，压环下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在基片S的边缘区域；请参阅图6，压环上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪，每个压爪的下表面用于叠压在基片的边缘区域。当然，在实际应用中，压环还可以采用其他结构，只要能够实现叠压在基片的边缘区域即可。

另外，在本实施例中，驱动机构32设置在反应腔室的外侧，并且，在驱动机构32与反应腔室相接触的位置处设置有波纹管33，既保证驱动机构32驱动叠压件31升降，又保证反应腔室的密封性。

需要说明的是，在本实施例中，叠压件31为压环。但是，本发明并不局限于此，可以理解，若叠压件31叠压在基片S表面上的面积越大，就能越好地实现基片S与静电卡盘接触，因此，在实际应用中，可以根据实际需求设置叠压件31的具体结构。例如，针对平整度稍微差的基片S，叠压件31可以采用诸如图5和图6所示的压环结构，并且根据实际情况具体设置如图5所示的全周压环的尺寸，或者具体设置如图6所示的压爪的数量和尺寸等；再如，针对平整度较差的基片S，叠压件31可以采用盘状结构，并且根据实际情况具体设置该盘状结构的尺寸。

还需要说明的是，本实施例提供的基片固定装置的具体工作过程与上述实施例提供的基片固定方法相类似，在此不再赘述。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在反应腔室内设置有基片固定装置，基片固定装置为本发明上述实施例提供的基片固定装置，或者，基片固定装置采用上述实施例提供的基片固定方法固定基片。

具体地，半导体加工设备包括等离子体刻蚀设备等。

本实施例提供的半导体加工设备，不仅可以提高平整度较差的基片的吸附成功率，而且还可以提高基片的温度均匀性和工艺质量。

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 (10)

1.一种基片固定方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤S1，将基片放置在静电卡盘上；

步骤S2，使叠压件叠压在基片上；

步骤S3，向所述静电卡盘施加直流电压，以实现采用静电吸附的方式固定将基片固定在静电卡盘上。

2.根据权利要求1所述的基片固定方法，其特征在于，在所述步骤S3之后还包括步骤S4，使所述叠压件远离所述基片。

3.根据权利要求2所述的基片固定方法，其特征在于，所述叠压件与驱动机构相连，所述驱动机构用于驱动所述叠压件升降；

在所述步骤S2中，借助驱动机构驱动所述叠压件下降，直至所述叠压件叠压在基片上；

在所述步骤S4中，借助驱动机构驱动所述叠压件上升至预设位置，以使所述叠压件远离所述基片。

4.根据权利要求1所述的基片固定方法，其特征在于，所述叠压件为压环，所述压环下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在所述基片的边缘区域，或者，

所述压环上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪，每个所述压爪的下表面用于叠压在所述基片的边缘区域。

5.根据权利要求3所述的基片固定方法，其特征在于，所述驱动机构包括气缸。

6.一种基片固定装置，其特征在于，包括静电卡盘和叠压件，所述静电卡盘用于采用静电吸附的方式固定位于其上的基片，所述叠压件用于在所述静电卡盘固定其上的基片之前叠压在所述基片上，以提高所述静电卡盘和所述叠压件之间的静电吸附力。

7.根据权利要求6所述的基片固定装置，其特征在于，所述叠压件还用于在所述静电卡盘固定其上的基片之后远离所述基片。

8.根据权利要求7所述的基片固定装置，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述叠压件升降，以使所述叠压件叠压在所述基片上或者远离所述基片。

9.根据权利要求1所述的基片固定装置，其特征在于，所述叠压件为压环，所述压环下表面的靠近其环孔的环形区域用于叠压在所述基片的边缘区域，或者，

所述压环上沿其周向上间隔设置有朝向其环孔的多个压爪，每个所述压爪的下表面用于叠压在所述基片的边缘区域。

10.一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在反应腔室内设置有基片固定装置，其特征在于，所述基片固定装置为上述权利要求6-9任意一项所述的基片固定装置。