CN106816402A - 消除静电荷的方法及基片卸载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消除静电荷的方法及基片卸载方法，该消除静电荷的方法，包括以下步骤:向基片背面吹第一气体，以使基片和静电卡盘之间存在间隙；同时向腔室内通入第二气体，并激发所述第二气体形成等离子体。本发明提供的消除静电荷的方法及基片卸载方法，可保证在后续卸载基片时不会发生粘片，因而可避免粘片造成基片被顶碎或者基片发生倾斜而造成被机械手撞碎，从而保证基片卸载过程可靠、安全的运行。

Description

消除静电荷的方法及基片卸载方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种消除静电荷的方法及基片卸载方法。

背景技术

等离子体刻蚀设备、物理气相沉积设备和化学气相沉积设备等的半导体加工设备，较多采用静电卡盘来支撑和固定基片、以及对基片进行温度控制。

图1为典型的反应腔室的结构示意图，请参阅图1，在该反应腔室1顶部的介质窗10上方设置有电感耦合线圈11，上激励射频电源12通过上匹配器13与电感耦合线圈11电连接，构成上电极，用于将腔室内工艺气体激发形成等离子体；在反应腔室1内设置有基座14，基座14上放置有由于承载基片S的静电卡盘15，静电卡盘15内设置有电极16，电极16与直流电源17电连接，用以向电极16加载直流电压，以采用静电吸附的方式固定基片S；静电卡盘15内部还设置有冷却管路18，用以与冷却源相连，向基片S的背面吹冷却气体来对基片S温控；下激励功率源19通过下匹配器20与静电卡盘15本体电连接，构成下电极，用于在基片S的表面产生直流自偏压，吸引等离子体朝向基片S移动；反应腔室1还包括可在静电卡盘15内升降的升降针21，在升降针21上升至静电卡盘10上方预设位置时，可将位于静电卡盘10上的基片S顶起，此时，可借助机械手来卸载基片S；在升降针21下降至静电卡盘10上表面下方时，位于其上的基片则会落在在静电卡盘10上，由此可知，借助升降针21升降与机械手配合来向静电卡盘10装卸载基片。

下面结合图2详细描述静电卡盘15固定基片的工作原理。具体地，如图2所示，静电卡盘15内设置有两个电极161和162，分别与直流电源17的正极和负极相连，加载有正电压的电极161和加载有负电压的电极162形成直流电场，在该直流电场的作用下，基片S内部的自由电子发生定向移动，最终如图2所示，基片S背面的与加载有正电压的电极161对应的区域形成负电荷聚集，与加载有负电压的电极162对应的区域形成正电荷聚集，基片S上形成的正负电荷统称为感应电荷，此时，由于电极和基片S之间的正负电荷间形成相互吸引的静电力，因此，使得基片S被吸附固定在静电卡盘15上。

在实际工艺进行中采用静电卡盘15固定基片S，在工艺完成之后，需要卸载基片，此时就需要去除静电力作用，目前通常的做法包括：

第一，向腔室内通入非刻蚀性气体，并激发形成等离子体，这样，基片S通过等离子体、电感耦合线圈11接地，形成电中性。

第二，向电极16加载反向电压，即电极161加载负电压，电极162加载正电压，从而改变直流电场方向，使得基片S上感应电荷反向移动，即，正电荷向负电荷的区域移动，负电荷向正电荷的区域移动，形成中和作用。在一定时间之后直流电源17输出电压设置为0V，电极和基片S均不带电，形成电中性。

然而，在实际应用中采用上述两种方式均不能完全将基片S上的静电电荷释放，即存在残余电荷，特别地，基片S为绝缘材料或者基片S为键合片的情况下，残余电荷较多。由于残余电荷的存在会产生残余吸附力，这在卸载过程中会造成粘片现象，若残余电荷较多，粘片现象越严重，升降针21上升会出现基片S被顶碎，如图3a所示；若残余电荷较少，则粘片现象相对较好，升降针21上升会出现基片S倾斜，这样机械手22取片时会撞击基片S，如图3b所示。上述图3a和图3b中的任一请况均是不希望出现的，尤其是针对自动化生产中，粘片不仅导致基片被升降针21顶碎，还会造成机械手22撞击基片S，这都将造成经济损失及硬件损坏，是必须要避免的。

为此，目前亟需一种在卸载基片S之前完全消除静电荷的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种消除静电荷的方法及基片卸载方法，可解决现有技术中在卸载过程中发生的粘片问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种消除静电荷的方法，包括以下步骤：向基片背面吹第一气体，以使基片和静电卡盘之间存在间隙；同时向腔室内通入第二气体，并激发所述第二气体形成等离子体。

具体地，在所述静电卡盘的侧壁外侧设置有聚焦环；所述聚焦环的上表面高于所述基片的上表面，二者之间存在预设高度差。

具体地，所述第一气体在预设压力或预设气流量下吹向所述基片的背面，所述预设压力或预设气流量根据所述预设高度差和所述基片种类设置。

具体地，所述聚焦环内圈区域的上表面上形成有向下的台阶，所述台阶用于限制所述基片的外边缘。

具体地，在所述静电卡盘的上表面上设置有多个用于输送所述第一气体的孔，所述多个孔在所述静电卡盘的上表面上均匀设置。

具体地，在所述静电卡盘的上表面上设置有多个用于输送所述第一气体的凹槽段，所述多个凹槽段在所述静电卡盘的上表面上均匀设置。

具体地，所述第一气体包括氦气，所述第二气体包括氩气。

本发明还提供一种基片卸载方法，用于卸载静电卡盘上承载的基片，包括消除静电荷步骤和卸载步骤，所述消除静电荷步骤位于所述卸载步骤之前；并且所述消除静电荷步骤采用本发明提供的消除静电荷的方法。

具体地，所述卸载步骤包括：采用升降针将所述基片顶起至预设高度；机械手在所述预设高度位置处将所述基片传出腔室。

具体地，在所述消除静电荷步骤之前，和/或，在所述消除静电荷步骤和所述卸载步骤之间，还包括：检测是否粘片步骤，若粘片，则执行所述消除静电荷步骤；若未粘片，则执行所述卸载步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的消除静电荷的方法，借助向基片背面吹第一气体，吹力可消弱甚至抵消静电荷产生的吸附力，可使基片和静电卡盘之间存在间隙，同时激发第二气体形成等离子体，通过等离子体进入该间隙内，中和基片背面的感应电荷和静电卡盘表面上附着的静电荷，最终使得基片背面和静电卡盘表面不带电，也就完全消除了二者上的静电荷，从而保障后续卸载基片过程中不会发生粘片现象，使得卸载基片过程可靠、安全的运行；另外，可借助现有的向基片背吹气体的管路向基片背面吹第一气体，不需要对静电卡盘进行改进，从而不仅成本低而且不会产生其他负面影响。

本发明提供的基片卸载方法，在卸载基片之前借助本发明提供的消除静电荷的方法先消除静电荷，可保证在后续卸载基片时不会发生粘片，因而可避免粘片造成基片被顶碎或者基片发生倾斜而造成被机械手撞碎，从而保证基片卸载过程可靠、安全的运行。

附图说明

图1为典型的反应腔室的结构示意图，；

图2为静电卡盘固定基片的原理示意图；

图3a为粘片时升降针上升时产生的一种情况示意图；

图3b为粘片时升降针上升时产生的另一种情况示意图；

图4为本发明实施例提供的消除静电荷的方法的流程图；

图5为反应腔室在实际工艺完成之后的局部结构示意图；

图6为本发明实施例中向基片背吹第一气体的局部结构示意图；以及

图7为本发明实施例提供的基片卸载方法的流程图。

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消除静电荷的方法及基片卸载方法进行详细描述。

图4为本发明实施例提供的消除静电荷的方法的流程图。请参阅图4，本发明实施例提供的消除静电荷的方法，包括以下步骤：

S1，向基片背面吹第一气体，以使基片和静电卡盘之间存在间隙，同时向腔室内通入第二气体，并激发第二气体形成等离子体。

具体地，第一气体和第二气体一般选用对基片不产生影响的气体，例如，惰性气体。在本实施例中，第一气体采用氦气，第二气体采用氩气。

本发明实施例提供的消除静电荷的方法，借助向基片背面吹第一气体，吹力可消弱甚至抵消静电荷产生的吸附力，可使基片和静电卡盘之间存在间隙，同时激发第二气体形成等离子体，通过等离子体进入该间隙内，中和基片背面的感应电荷和静电卡盘表面上附着的静电荷，最终使得基片背面和静电卡盘表面不带电，也就消除了二者上的静电荷，从而保障后续卸载基片过程中不会发生粘片现象，使得卸载基片过程可靠、安全的运行；另外，可借助现有的向基片背吹气体的管路向基片背面吹第一气体，不需要对静电卡盘进行改进，从而不仅成本低而且不会产生其他负面影响。

图5为反应腔室在实际工艺完成之后的局部结构示意图。请参阅图5，静电卡盘30放置基座35上，且静电卡盘30和基座35内设置有相互连通的气体通道32，该气体通道32的出气口设置在静电卡盘30的上表面上，出气口与外部气体管路33相连，外部气体管路33与氦气源，氦气源作为冷却源；外部气体管路包括一条主路和一条支路，主路为连接氦气源和气体通道32的进气口之间的气路，支路的一端与主路相连通，另一端连接真空泵。

实际工艺过程中，静电卡盘30将基片S吸附固定，此时，打开主路上设置的阀V1和V2，关闭支路上设置的阀V3，氦气源提供的氦气依次通过阀V1、压力表W1、流量表W2、阀V2和气体通道32到达基片S的背面，对基片S进行气吹，从而实现对基片S温控。

在实际工艺结束后，关闭阀V1和V2打开阀V3，使真空泵将所有气路中的气体抽离，之后关闭阀V3，然后静电卡盘30进行释放电荷。

在释放电荷之后，基片上可能存在残余静电荷，此时，采用本发明实施例提供的消除静电荷的方法来消除残余静电荷。图6为本发明实施例中向基片背吹第一气体的局部结构示意图，请参阅图6，此时，打开阀V1和V2打开关闭阀V3，氦气源作为第一气体源，氦气作为第一气体，氦气依次通过阀V1、压力表W1、流量表W2、阀V2和气体通道32到达基片的背面，实现背吹，使基片S和静电卡盘30之间存在间隙L，在向基片S背面吹第一气体的同时，向腔室内通入第二气体，并激发第二气体形成等离子体，等离子体进入该间隙L内，可中和基片S背面的感应电荷和静电卡盘30表面上附着的电荷，最终使得基片S背面和静电卡盘30表面不带电，也就消除了残余静电荷。

可以看出，本发明实施例提供的消除静电荷的方法，不仅可借助用于冷却基片的外部气体管路33和气体通道32作为背吹第一气体的外部气体管路33和气体通道32，而且还可借助冷却源作为第一气体源，从而能够在很大程度上降低成本。

在消除残余电荷之后，关闭阀V1和V2，保持阀V3关闭，此时，基片S在自身重力的作用下落在静电卡盘30上，此时，再借助升降针34上升将基片S顶起至预设高度，之后机械手进入腔室，将基片S传出腔室。由于消除了残余电荷，升降针34上升过程中基片S被平稳安全地顶起，从而可以避免粘片造成基片S被顶碎或者基片S发生倾斜而被机械手撞碎。

值的在此说明的是，虽然本发明实施例提供的消除静电荷的方法应用在释放电荷之后来消除残余静电荷，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以直接采用本发明实施例提供的消除静电荷的方法直接进行释放电荷，这样，可以完全释放静电荷，不会存在残余静电荷。

如图5和图6所示，在静电卡盘30的侧壁外侧设置有聚焦环31；聚焦环31的上表面高于基片S的上表面，二者之间存在预设高度差，用以对基片S限制在聚焦环31侧壁形成的环形挡墙内，从而对基片S进行限位。可以理解，预设高度差应大于上述间隙L的高度，以避免基片S被吹出聚焦环31限制的区域，即保证基片S始终位于聚焦环限定的区域内。

具体地，第一气体在预设压力或预设气流量下吹向基片S的背面，预设压力或预设气流量根据预设高度差、基片S种类和累积作业经验等设置，该预设压力或预设气流量的窗口很大。具体地，预设高度差越大(越小)，则预设压力和预设气流量可越大(越小)；若基片S种类为易碎型，则设置预设压力和预设气流量较小，防止吹力过大而碎片。

优选地，聚焦环31的内圈区域的上表面上形成有向下的台阶(图中未示出)，台阶用于限制基片的外边缘，从而将基片S限制在该台阶所在区域。

另外优选地，在静电卡盘30的上表面上设置有多个用于输送第一气体的孔，多个孔在静电卡盘30的上表面上均匀设置，保证第一气体均匀地流通至静电卡盘30表面的各个位置，也即对基片S背面各个位置受到的吹力均匀。

还优选地，在静电卡盘30的上表面上设置有多个用于输送第一气体的凹槽段，多个凹槽段在静电卡盘的上表面上均匀设置，同样保证第一气体均匀地流通至静电卡盘30表面的各个位置，也即对基片S背面各个位置受到的吹力均匀。

举例说明：用先进封装领域的等离子刻蚀机，基片为键合片SOG(silicon on glass)，载片为玻璃，芯片为Si，两者通过键合胶压合在一起；在工艺配方中的最后一步，设置消除残余静电荷的步骤，此时静电卡盘30的电极不再加载电压，该步骤具体参数为：上电极功率：SRF＝500W；腔室工艺气体为氩气(即，第二气体)，气流量为200sccm；腔室压力为50mT；第一气体为氦气，氦气压力为10T；工艺时间10s。

图7为本发明实施例提供的基片卸载方法的流程图。请参阅图7，本发明一种基片卸载方法，用于卸载静电卡盘上承载的基片，包括消除静电荷步骤和卸载步骤，消除静电荷步骤位于卸载步骤之前，并且，消除静电荷步骤采用本发明上述实施例提供的消除静电荷的方法。

本发明实施例提供的基片卸载方法，借助上述实施例提供的消除静电荷的方法在卸载基片之前先消除基片和静电卡盘上的静电荷，可保证在后续卸载基片时不会发生粘片，因而可避免粘片造成基片被顶碎或者基片发生倾斜而造成被机械手撞碎，从而保证基片卸载过程可靠、安全的运行。

在本实施例中，卸载步骤包括：采用升降针将基片顶起至预设高度；机械手在预设高度位置处将基片传出腔室。

优选地，在消除静电荷步骤之前，和/或，在消除静电荷步骤和卸载步骤之间，还包括：检测是否粘片步骤，若粘片，则执行消除静电荷步骤；若未粘片，则执行卸载步骤。

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)

1.一种消除静电荷的方法，其特征在于，包括以下步骤:

向基片背面吹第一气体，以使基片和静电卡盘之间存在间隙；

同时向腔室内通入第二气体，并激发所述第二气体形成等离子体。

2.根据权利要求1所述的消除静电荷的方法，其特征在于，在所述静电卡盘的侧壁外侧设置有聚焦环；

所述聚焦环的上表面高于所述基片的上表面，二者之间存在预设高度差。

3.根据权利要求2所述的消除静电荷的方法，其特征在于，所述第一气体在预设压力或预设气流量下吹向所述基片的背面，

所述预设压力或预设气流量根据所述预设高度差和所述基片种类设置。

4.根据权利要求2所述的消除静电荷的方法，其特征在于，所述聚焦环内圈区域的上表面上形成有向下的台阶，所述台阶用于限制所述基片的外边缘。

5.根据权利要求1所述的消除静电荷的方法，其特征在于，在所述静电卡盘的上表面上设置有多个用于输送所述第一气体的孔，所述多个孔在所述静电卡盘的上表面上均匀设置。

6.根据权利要求1所述的消除静电荷的方法，其特征在于，在所述静电卡盘的上表面上设置有多个用于输送所述第一气体的凹槽段，所述多个凹槽段在所述静电卡盘的上表面上均匀设置。

7.根据权利要求1所述的消除静电荷的方法，其特征在于，所述第一气体包括氦气，所述第二气体包括氩气。

8.一种基片卸载方法，用于卸载静电卡盘上承载的基片，其特征在于，包括消除静电荷步骤和卸载步骤，所述消除静电荷步骤位于所述卸载步骤之前；并且

所述消除静电荷步骤采用权利要求1-7任意一项所述的消除静电荷的方法。

9.根据权利要求8所述的基片卸载方法，其特征在于，所述卸载步骤包括：

采用升降针将所述基片顶起至预设高度；

机械手在所述预设高度位置处将所述基片传出腔室。

10.根据权利要求8所述的基片卸载方法，其特征在于，在所述消除静电荷步骤之前，和/或，在所述消除静电荷步骤和所述卸载步骤之间，还包括：检测是否粘片步骤，若粘片，则执行所述消除静电荷步骤；若未粘片，则执行所述卸载步骤。