CN1067177C - 静电式夹盘 - Google Patents

Abstract

一种静电式夹盘，其能应用于如外延装置或刻蚀装置，用于静电式夹持半导体衬底或晶片。夹盘包括用于静电式保持其上晶片的一平台。多升降针杆能够提升以上推晶片。安置在平台上的多释放针杆用于上推晶片的周缘部分。多驱动机构分别在晶片允许的弹性变形范围内逐级地上推释放针杆。控制装置通过相联的驱动机构选择驱动释放针杆，其中驱动机构为电致伸缩单元。

Description

静电式夹盘

本发明涉及一种静电式夹盘，其可应用于外延装置或刻蚀装置中夹持半导体衬底。

例如，在等离子体刻蚀装置中，在等离子体刻蚀时，半导体衬底或下面称为晶片，它的外围部分被一个钳位器机械地夹住或者是它的背面被静电吸持在一个平台上。近些年来，静电吸持方案因其保证了晶片和平台之间的紧密接触从而加强了晶片冷却效果，因而正在取代机械钳位方案。另外，因为静电吸持方案不必钳住晶片，所以允许刻蚀整个晶片，从而增加了芯片组件密度。

用于前面所述用途的常规静电式夹盘包括一个由绝缘材料构成的平台，其中埋有一个电极。当来自直流电源的直流电压施加到这个电极时，该平台静电式地吸住其上面的晶片。多个升降针杆由提升机构选择地升起或降下。当升起时，升降针杆上推，晶片从平台的静电保持状态中释放出来。为从夹盘中释放出晶片，电源停止向电极供应直流电压。然后，为了放掉充电晶片背面的电荷执行一放电指令。其后，为了从平台上推起晶片，升降针杆在同时升起。接下来，一个为传送机的特殊形式的叉子叉入晶片和平台之间，然后升降针杆下降。所以晶片被放在叉子上，并且被叉子传送到反应室的外面。

然而，常规的夹盘有一个问题，即根据晶片背面的条件、残留电荷的数量、反应室内不同的气压和壁等条件，放电指令序列有时会出错。当电荷或静电吸力维持在晶片的整个面上或局部地维持在晶片上时，晶片不能够平稳地从平台表面释放。其结果，当释放时晶片往上弹起，不能准确停留在叉子上，或甚至由于振动和裂开掉下来并损坏。这对于近来的直径大到8英寸和12英寸和晶片来说更是一个事实。这是因为在释放时作用在每个升降针杆和晶片之间的力随着晶片直径的增加而增加。

因此本发明的一个目的在于提供一种既使当晶片上保留有电荷或静电吸力时，仍能够从平台上平稳地释放晶片的静电式夹盘。

本发明的一种静电式夹盘，其中包括：

一个静电式保持其上晶片的平台；

多个能够提升以上推晶片的升降针杆；

多个排放在所述平台上用以上推晶片周缘部分的释放针杆；

多个在晶片弹性变形允许的范围内逐级分别上推多个释放针杆的驱动机构，其中多个驱动机构中的每一个是一组电致伸缩单元；

一个选择地驱动多个驱动机构的控制装置。

通过下面结合附图的详细描述，本发明前面所述的和其它目的、特征和优点将变得很清楚明了。

图1是一种常规静电式夹盘的剖面图：

图2A是本发明的一个静电式夹盘实施例剖面图；

图2B是图2A中A部分的放大视图；

图2C是图2A中B部分的放大视图；

图3是本发明的另一个实施例。

在图中，相同的标注号码代表相同结构的单元。

为了更好的理解本发明，将对图1所示的常规的静电式夹盘作一简要说明。如图所示，夹盘有一个绝缘材料构成的平台5。在平台5中埋有一个电极6，当直流电源7的直流电压施加到电极6时，平台5静电式地吸住其上的晶片10。多个升降针杆9被提升机械8选择地升起或下降。当升起时，升降针杆9上推，晶片10从平台5的静电约束中释放出来。

为了从夹盘中释放晶片10，电源7停止向电极6提供直流电压。然后，执行一条指令以便放掉带电晶片10背面的电荷。在这一瞬间，没有画出的自高频电源施加的电能随着放电的完成序贯地下降。为使平台5上能更可靠地释放晶片10，在晶片10或电极间可以施加一与保持电压极性相反的电压，以便顺序地消除电荷。放电指令之后，升降针杆9在同时被升起以便上推晶片10离开平台5，如图1中点-划线表示的那样。其后，一个叉子11，其是一特定形式的传送机，插入晶片10和平台5之间，然后降下升降针杆9。其结果，晶片10被放置在叉子11上并被叉子11传送到反应室的外面。通常，夹盘有三个或四个升降针杆9。

如前面所讨论过的，上述的常规夹盘还有一些没解决的问题。

结合图2A、2B和2C，将描述本发明的一个实施例。如图2A所示，夹盘有一个包括多个释放针杆1的平台，释放针杆1被定位在平台5上便于上推晶片10背面周缘部分的位置。各驱动机构2使不同的释放针杆1在晶片10允许的变形范围内逐级地上推晶片10。控制装置3选择地驱动驱动机构2，如将在后面专门描述的那样。至于这个结构的其它部分，图示说明的实施例是与常规夹盘相同的。

例如，在单个圆周上排置四到十个释放针杆1以便于均匀地上推晶片10。其上排置释放针杆1的圆周是围绕着升降针杆9设置的。给出的用于逐级地上推相联释放针杆1的驱动机构2各为一组电致伸缩单元，用于推动不同针杆1的后端。各个驱动机构2的一端接触不同针杆1的后端，而另一端接触容纳机构2的容器的底部。一压缩弹簧保持向下压针杆1，当驱动机构2的电致伸缩组没有被施加电压时，针杆1的前端维持与平台5的表面平齐或略向下以吸住晶片10。

控制装置3有一个开关或选择器3a和一驱动电源3b。开关3a选择将要驱动的驱动机构2，同时驱动电源3b向由开关3a选择的驱动机构2施加一电压。控制装置3通过开关3a使驱动机构2选择地动作，因而允许力更加均匀地作用到晶片10上。此外，甚至当静电吸力保持在晶片10的整个面上时，作用在各释放针杆1和晶片10之间的力与仅有三个或四个升降针杆存在的情况相比，成功地减少到七分之一或更小。这就从变形和由于局部力的集中产生的反弹中解脱了晶片10。

作为例子每个驱动机构2有一个五个电致伸缩单元的组。当电压被加至五个电致伸缩单元中的一个时，该组将相联的释放针杆1上升约0.1毫米。也就是，当电压同时加至五个电致伸缩单元时，该组将针杆1提升0.5毫米。针杆1的最大提升选择为0.5毫米的原因是6英寸晶片允许变形范围为0.6毫米，而且其不会使这样一块晶片在0.6毫米左右时损坏。当然，当用8英寸或10英寸的晶片时，当提升到上述最大距离时，尽管造成晶片变形，针杆1将不会造成晶片损坏。

下面将介绍实施例如何从平台5释放晶片10。为了便于理解实施例，设定在单个圆周上排列四个释放针杆。首先，控制装置3控制第一组的两个驱动机构2，该两个驱动机构2是对应于在晶片10的径向方向相对的两个释放针杆1。相应的，这两个驱动机构将相联的释放针杆提升约0.1毫米。如在图2B所示，位于残留吸力弱的位置的针杆1能够轻易地将晶片10上推离开平台5。然而，如图2C所示，某些时候释放针杆没能从平台5上释放晶片10。事实上在图2C所示的情况中，控制装置3执行如下所述的下一步骤。

控制装置3控制第二组的两个驱动机构2，该两个驱动机构2对应于其它两个相对的并且与第一组针杆1间隔90度的释放针杆1，相应的属于第二组的驱动机构2将相联的释放针杆1提升约0.1毫米。其后，不管晶片10可能已经从平台5上释放出来，控制装置3进一步提升已在先前升高了0.1毫米的第一针杆1。这样一个过程重复到针杆1被提升到最大值0.5毫米。因此，既使在残留电荷存在时，晶片10也能够从平台5上释放出来。这是被一系列的实验所验证的。在上述的情况中，升降针杆9被升上，然后叉子11插入晶片10和平台5之间。其后，升降针杆9被降下以便于将晶片10放在叉子11上。

图3给出了一个释放针杆1，它表示本发明的另一个实施例。这个实施例不同于先前的实施例，其在释放针杆1中包括一压力传感器4。压力传感器4接触晶片10，以便于检测作用在针杆1和晶片10之间的压力。尤其是，在针杆1的前端放置一弹簧4b，并且持续压向接触部件4a，以致使部件4a部分地从针杆1的前端伸出。传感器4接触接触部件4a的后端。假设如图2A中所示，针杆1接触晶片10。那么，传感器4检测到一由接触压力表示的残留静电吸力。当残留吸力变为零时，传感器4确定晶片10已经从平台5释放。

比如，设定由于驻留电荷产生的作用在一单个释放针杆1和晶片10之间的维持力是50克/平方厘米。那么，在图2C所示情况中，传感器4每0.1毫米测得的输出是50克/平方厘米。然而，随着针杆1逐级重复地提升，晶片10从平台5上释放出来，如图2B所示。如果正对上面所说那根针杆1的针杆1也已从平台5上释放出晶片10，那么传感器4应该显示从晶片10的重量中导出的一个压力。如果正时前面所说那根针杆1的针杆1还没从平台5上释放晶片10，事实上是在图2B所示的释放状态下，那么传感器4应该显示一中间压力，即25克/平方厘米。

如上面所述的，另一实施例根据相联的传感器4的输出适当地控制释放针杆1的逐级提升。这使得在所有释放针杆1被升高到如先前实施例中的0.5毫米之前，能够确定晶片10是否已从平台5中释放出。

总之，可以看出，本发明提供了一种静电式夹盘，其通过慢慢平稳地上推晶片的周边部分，能使晶片从平台上释放，这就防止了由于晶片反弹落下并被损坏和因此产生的有缺陷地传送。

那些熟悉本领域的人员在了解了本发明公开的内容之后，能够进行不同的改动，而没有超出本发明的范围。

Claims (2)

1．一种静电式夹盘，其特征在于包括：

一个静电式保持其上半导体衬底的平台；

多个能够提升以上推半导体衬底的升降针杆；

多个排放在所述平台上用以上推半导体衬底周缘部分的释放针杆；

多个在半导体衬底弹性变形允许的范围内逐级分别上推所述多个释放针杆的驱动机构，其中所述多个驱动机构中的每一个是一组电致伸缩单元；

一个选择地驱动所述多个驱动机构的控制装置。

2．根据权利要求1所述的夹盘，其特征在于还包括用于检测所述各个释放针杆和半导体衬底间接触压力的多个压力传感器，各个压力传感器安装在各个释放针杆的顶部。

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