CN108242421B - 静电卡盘装置和静电吸附方法 - Google Patents

静电卡盘装置和静电吸附方法 Download PDF

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Abstract

提供静电卡盘装置和静电吸附方法，在大气压环境下也能够对半导体或绝缘体等被保持物进行静电吸附。一种静电卡盘装置，器在大气压环境下对被保持物进行静电吸附，其中，该静电卡盘装置具有：静电卡盘工作台，其具有电极和保持面；以及离子化空气提供单元，其对保持在该保持面上的该被保持物的露出面提供离子化空气，该电极具有在被保持物的静电吸附时被提供电荷的功能，该离子化空气提供单元具有如下的功能：对该被保持物的露出面提供电荷的极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子，来维持该被保持物的该露出面侧的电荷。可以在该被保持物的一个面上设置保护部件，也可以将该被保持物隔着该保护部件静电吸附在该保持面上。

Description

静电卡盘装置和静电吸附方法
技术领域
本发明涉及静电卡盘装置和静电吸附方法。
背景技术
等离子蚀刻装置等加工装置对半导体晶片等被保持物进行保持而进行加工，该等离子蚀刻装置等加工装置具有对该被保持物进行静电吸附的静电卡盘工作台等静电卡盘装置，将被保持物固定在加工装置的静电卡盘装置上而进行加工。
静电卡盘装置具有电极和该电极之上的电介质(绝缘体)。被保持物隔着该电介质载置在电极的上方，之后，当该电极成为规定的电位时，因从电极产生的电场(静电场)而在被保持物中产生静电感应或静电极化。然后，通过被保持物中的电荷或极化与静电卡盘装置的电极之间的库仑力(静电力)，被保持物被固定在静电卡盘装置上。
在被保持物是具有自由电子的导体的情况下，基于库仑力的静电吸附会产生静电感应而变得特别强力。另一方面，在被保持物为半导体或绝缘体的情况下，会产生静电极化，但基于该静电极化的静电吸附力比较弱。因此，例如，当使加工装置内的静电卡盘装置的电极成为规定的低电位而对半导体或绝缘体的被保持物进行保持时，使加工装置的内部成为真空而在加工装置的内部产生等离子，从该等离子对被保持物提供阳离子。
于是，在该被保持物的上表面侧产生静电极化。该极化由负电荷配置在上而正电荷配置在下的电偶极子构成。对静电卡盘装置的电极提供低电位的直流电压时所产生的该被保持物的下表面侧的静电极化也由负电荷配置在上而正电荷配置在下的电偶极子构成。因此，通过在被保持物的上侧产生的静电极化来辅助下侧的静电极化，基于库仑力的静电吸附增强。
在该情况下，即使对静电卡盘装置的电极停止供电，也不易完全失去吸附力，因此在将被保持物剥离时，在停止供电之后产生等离子，从该等离子对被保持物的上表面(露出面)提供电子而使残留于被保持物的电位消失。但是，为了使用等离子，则必须将静电卡盘装置放置在真空环境中，无法在大气压环境下实现对基于等离子的静电吸附的控制。
因此，为了能够在大气压环境下对半导体或绝缘体的被保持物进行保持，在静电卡盘装置所具有的电极的形状上花费工夫，开发出了能够通过梯度力对被保持物进行保持的静电卡盘装置。并且，开发出了提高保持面的平坦性而在供电停止后也能够维持吸附力的静电卡盘装置。
专利文献1：日本特开2016-51836号公报
但是，无论是利用梯度力的情况下还是提高保持面的平坦性的情况下，在被保持物不是导体的情况下或不维持对电极的供电的情况下，静电卡盘装置的吸附力仍不能称为充分。
发明内容
本发明是鉴于该问题点而完成的，其目的在于，提供静电卡盘装置和静电吸附方法，在大气压环境下也能够对半导体或绝缘体等被保持物进行静电吸附。
根据本发明，提供静电卡盘装置，其在大气压环境下对被保持物进行静电吸附，其特征在于，该静电卡盘装置具有：静电卡盘工作台，其具有电极和保持面；以及离子化空气提供单元，其对该保持面上所保持的该被保持物的露出面提供离子化空气，该电极具有在被保持物的静电吸附时被提供电荷的功能，该离子化空气提供单元具有如下的功能：对该被保持物的露出面提供电荷的极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子，来维持该被保持物的该露出面侧的电荷。
在本发明的一个方式中，也可以是在该被保持物在一个面上设置有保护部件，将该被保持物隔着该保护部件而静电吸附在该保持面上。
并且，根据本发明的另一个方式，提供静电吸附方法，其特征在于，该静电吸附方法具有如下的步骤：载置步骤，将被保持物载置在具有电极和保持面的静电卡盘工作台的该保持面上；吸引控制步骤，对该电极提供电荷，产生静电吸引力；以及吸引辅助步骤，对该被保持物的露出面提供电荷的极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子化空气，来维持该被保持物的该露出面的电荷，对静电吸引力的控制进行辅助。
本发明的静电卡盘装置具有：静电卡盘工作台，其具有电极和保持面；以及离子化空气提供单元，其能够提供离子化空气。当将被保持物静电保持在该静电卡盘装置上时，使被保持物与该静电卡盘装置的静电卡盘工作台的保持面接触，对该静电卡盘工作台的电极提供电荷。
于是，在该被保持物中的朝向该保持面的面侧，因从该电荷产生的电场而感应出极性与该电荷的极性相反的电荷等。或者在朝向该保持面的面侧产生极化。该极化由电偶极子构成，在该电偶极子中，在该保持面侧配有极性与该电极的电荷的极性相反的电荷，在与该保持面侧相反的一侧配有极性与该电极的电荷的极性相同的电荷。然后，通过被保持物中的电荷或极化与静电卡盘装置的电极之间的库仑力(静电力)，被保持物被固定在静电卡盘装置上。
此外，该静电卡盘装置能够从离子化空气提供单元向被保持物的露出面(不朝向该保持面的面)提供离子化空气。此时，从离子化空气提供单元对被保持物提供极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子化空气。于是，在被保持物的该露出面侧感应出极性与该离子化空气的极性相反的电荷。或者，产生由电偶极子构成的极化，该电偶极子与被保持物中的朝向该保持面的面侧的极化的电偶极子同样。
因此，分别在被保持物的朝向该保持面的面侧和该露出面侧感应出的电荷的极性是相反的。或者，分别在被保持物中的朝向该保持面的面侧和该露出面侧产生的极化的方向是一致的。因此，通过从该离子化空气提供的电荷来加强被保持物中的带电状态。即，离子化空气提供单元对基于库仑力的被保持物的静电吸附进行辅助。
并且，当解除静电吸附而将被保持物从该静电卡盘工作台剥离时，对该电极提供极性与在静电吸附时提供给静电卡盘工作台的电荷相反的电荷。
此时，由于通过从离子化空气提供单元提供的残留于被保持物的该露出面的离子化空气来维持被保持物中的带电状态，所以被保持物的朝向该保持面的面的电荷等的极性与新提供给该电极的电荷的极性一致。于是，由于在该电极与该被保持物之间在互相反作用的方向上产生力，所以容易使被保持物从该静电卡盘工作台剥离。
因此，根据本发明，提供静电卡盘装置和静电卡盘工作台的吸引控制方法，在大气压环境下也能够对半导体或绝缘体等被保持物进行静电吸附。
附图说明
图1的(A)是示意性地示出被静电吸附在静电卡盘装置上的被保持物的一例的立体图，图1的(B)是示意性地示出静电卡盘装置的立体图。
图2的(A)是示意性地示出静电卡盘装置的剖视图，图2的(B)是示意性地说明将被保持物静电吸附在静电卡盘装置上的剖视图。
图3的(A)是示意性地说明被保持物的静电吸附时的电荷等的剖视图，图3的(B)是示意性地说明被保持物的剥离时的电荷等的剖视图。
标号说明
1：晶片；1a：正面；1b：背面；3：分割预定线；5：器件；7a：晶片上表面的电荷；7b：晶片下表面的电荷；2：静电卡盘装置；4：静电卡盘工作台；4a：保持面；4b：绝缘体；4c：电极；4d：电源；6：离子化空气提供单元；6a：离子化空气提供头；6b：离子化空气提供源；6c：提供口；8：离子化空气；10：离子化空气所产生的电荷；12、14：提供给电极的电荷。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1的(A)是示意性地示出被静电吸附在本实施方式的静电卡盘装置上的被保持物的一例的立体图。如图1的(A)所示，被静电吸附在本实施方式的静电卡盘装置上的被保持物例如是由半导体制成的晶片1。
该晶片1为大致圆板状，在正面1a的由呈格子状排列的多条分割预定线3划分出的各区域内形成有IC或LSI等器件5。通过从背面1b侧进行研磨加工而使该晶片1薄化。然后，当该晶片1沿着该分割预定线3被分割时，形成各个器件芯片。
但是，被静电吸附在本实施方式的静电卡盘装置上的被保持物并不限于由半导体制成的晶片，也可以是由金属等导电体或玻璃等绝缘体制成的圆板状的基板。在本实施方式的静电卡盘装置中，即使被保持物为导电体、绝缘体或半导体中的任意一种，也能够对被保持物进行静电吸附。并且，也可以在晶片1等被保持物的一个面上设置保护部件，在该情况下，该被保持物隔着该保护部件被静电吸附在静电卡盘装置上。
接着，对本实施方式的静电卡盘装置进行说明。图1的(B)是示意性地说明本实施方式的静电卡盘装置2的立体图。如图1的(B)所示，该静电卡盘装置2具有：静电卡盘工作台4；以及离子化空气提供单元6，其设置在该静电卡盘工作台4的上方。
图2的(A)是示意性地说明静电卡盘装置2的剖视图。静电卡盘工作台4具有能够对载置在该上侧的保持面4a上的晶片1等被保持物进行静电吸附的功能。在该静电卡盘工作台4的保持面4a侧设置有电极4c和围绕该电极4c的绝缘体4b。该电极4c与电源4d电连接，该电源4d具有对该电极4c提供正电荷或负电荷的功能。
离子化空气提供单元6例如是离子发生器，具有能够朝向静电卡盘工作台4的保持面4a提供带正电或带负电的离子化空气的功能。如图1的(B)所示，离子化空气提供单元6在静电卡盘工作台4的上方具有：离子化空气提供头6a；以及离子化空气提供源6b，其对该离子化空气提供头6a提供带正电或带负电的离子化空气。
一般地，当在规定的对象的除电中使用离子发生器时，使用该离子发生器来产生大致相同的量的带正电的离子化空气和带负电的离子化空气。与此相对，在本实施方式的静电卡盘装置2的离子发生器等的离子化空气提供单元6中，生成带正电的离子化空气或带负电的离子化空气中的一方并提供到静电卡盘工作台上。
离子化空气提供源6b例如具有与高压电源连接的放电针。使该离子化空气提供源6b从外部取入空气，从该放电针施加交流电压或直流电压而进行电晕放电，使空气带正电或带负电而产生离子化空气。
当在离子化空气提供源6b中例如使用与交流电源连接的放电针的情况下，使该交流电压升压到比该交流电压的振幅大，以便使提供给该放电针的交流电压的最低电压为正。或者，使该交流电压降压到比该交流电压的振幅大，以便使交流电压的最高电压为负。然后，生成带正电的离子化空气或带负电的离子化空气中的一方。
并且，当在离子化空气提供源6b中使用与直流电源的正极侧连接的放电针和与直流电源的负极侧连接的放电针这两个放电针的情况下，仅对一方的放电针提供直流电压。然后，生成带正电的离子化空气或带负电的离子化空气中的一方。
通过离子化空气提供源6b生成的离子化空气被提供到离子化空气提供头6a，并从设置在该离子化空气提供头6a的下表面的提供口6c朝向静电卡盘工作台4的保持面4a喷出。
接着，对将被保持物静电吸引在本实施方式的静电卡盘装置上的方法进行说明。图2的(B)是示意性地示出将晶片1静电吸引在该静电卡盘装置2上的状态的剖视图。
如图2的(B)所示，在该方法中首先实施载置步骤，将晶片1载置在静电卡盘工作台4的保持面4a上。在载置步骤之后，实施吸引控制步骤，对静电卡盘工作台4的电极4c提供电荷而产生静电吸引力。并且，在载置步骤之后，实施吸引辅助步骤，对晶片1的露出面提供电荷极性与提供给该电极4c的电荷相反的离子化空气8，维持该晶片1的该露出面的电荷，对静电吸引力的控制进行辅助。
对将晶片1静电吸引在静电卡盘装置2上的方法的各步骤进行详述。在载置步骤中，将晶片1载置在静电卡盘工作台4上，以使得该保持面4a与不是对晶片1进行加工的对象的那一侧的面接触。于是，晶片1中的作为加工的对象的一侧的面是露出面，能够对该面实施规定的加工。
接着，对吸引控制步骤进行说明。在该吸引控制步骤中，从电源4d对静电卡盘工作台4的电极4c提供电荷而产生对晶片1的静电吸引力。当该电极4c成为规定的电位时，通过从电极4c产生的电场而在晶片1中产生静电感应或静电极化。然后，通过晶片1中的电荷或极化与静电卡盘工作台4之间的库仑力(静电力)，晶片1被固定在静电卡盘工作台4上。
但是，关于基于库仑力的静电吸附的吸附力，在晶片1是具有自由电子的导体的情况下会变强，但当被保持物是半导体或绝缘体时会比较弱，例如，当停止对电极4c的电荷提供时吸附力会大幅减少。因此，实施吸引辅助步骤。
接着，对吸引辅助步骤进行说明。在该吸引辅助步骤中，从离子化空气提供单元6对晶片1的露出面提供已按照与提供给该电极4c的电荷相反的极性带电的离子化空气8。例如，在对该电极4c提供正电荷的情况下，从离子化空气提供头6a喷出带负电的离子化空气8，在对该电极4c提供负电荷的情况下，从离子化空气提供头6a喷出带正电的离子化空气8。
图3的(A)是示意性地说明被保持物的静电吸附时的电荷等的剖视图。在图3的(A)中示意性地示出了电极4c的电荷、晶片1的电荷等、以及离子化空气所产生的电荷10的各自的极性的关系。在图3的(A)中，表示电荷等的圆圈的颜色表示该电荷等的极性。同颜色的圆圈是同极性的电荷等。在两个圆圈互相为不同颜色的情况下，表示极性互相相反的电荷。并且，关于晶片1的圆圈，将因静电感应或静电极化而产生的电偏转示意性地表现为电荷。
在提供给静电卡盘工作台4的电极4c的电荷12的极性为正的情况下，离子化空气所产生的电荷10的极性为负。于是，因电极4c而产生的晶片下表面的电荷7b的极性为负，另一方面，因离子化空气的电荷10而产生的晶片上表面的电荷7a的极性为正。因此，晶片上表面的电荷7a和晶片下表面的电荷7b是互相相反的极性。
与晶片上表面的电荷7a和晶片下表面的电荷7b呈同极性的情况相比，在呈相反极性的情况下，静电感应或静电极化更容易变强。并且，即使停止对电极4c的电荷(电压)的提供，由于基于离子化空气的电荷10，晶片1的内部的电荷或极化不会消失，依然能够对晶片1作用库仑力。因此，晶片1继续被静电吸附在静电卡盘工作台4上。
接着，对解除晶片1的静电吸附而将晶片1从静电卡盘工作台4剥离的情况进行说明。当使晶片1从静电卡盘工作台4剥离时，对静电卡盘工作台4的电极4c提供与静电吸附时所提供的电荷的极性呈相反的极性的电荷。图3的(B)是示意性地说明使晶片1从静电卡盘工作台4剥离的状态的剖视图。
如图3的(B)所示，由于基于离子化空气的电荷10，晶片1的内部的电荷或极化不会消失。例如，在静电吸附时提供给电极4c的电荷12的极性为正的情况下，因电极4c而产生的晶片下表面的电荷7b的极性为负。
然后，对电极4c提供负电荷。于是，晶片下表面的电荷7b与提供给电极4c的电荷14互相呈同极性。因此，在电极4c与晶片1之间产生反作用力而使晶片1容易剥离。
以上，如所说明的那样，由于本实施方式的静电卡盘装置2具有：具有电极4c的静电卡盘工作台4；以及离子化空气提供单元6，所以，静电卡盘装置2能够容易地实施晶片1的静电吸附和剥离。此时，由于不使用等离子，所以静电卡盘装置2在大气压环境下也能够对晶片1进行静电吸附。
对被静电吸附在静电卡盘装置2上的晶片1实施规定的加工。例如，在静电卡盘装置2被组入到对晶片1进行磨削的磨削装置中的情况下，对晶片1实施磨削加工。并且，在静电卡盘装置2被组入到对晶片1进行切削的切削装置中的情况下，对晶片1实施切削加工。这样，即使静电卡盘装置2不处于真空环境下，也能够对晶片1进行静电吸附，因此对晶片1实施的加工并不限于在真空中进行的加工。
另外，本发明并不限于上述实施方式的记载，能够实施各种变更。例如，静电卡盘工作台4和离子化空气提供单元6可以互相分离地独立使用，也可以分别使用于其他用途。例如，在离子化空气提供单元6为离子发生器的情况下可以提供离子化空气，该离子化空气包含大致等量的两种极性的离子化空气，也可以使用在对象的除电中。
在为了实现晶片1等被保持物的静电保持而如上述的实施方式所说明的那样使用互相独立的静电卡盘工作台4和离子化空气提供单元6的情况下，两者构成了静电卡盘装置2。
另外，上述实施方式的结构和方法等只要在不脱离本发明的目的的范围内便能够适当变更而实施。

Claims (3)

1.一种静电卡盘装置，其在大气压环境下对被保持物进行静电吸附，其特征在于，
该静电卡盘装置具有：
静电卡盘工作台，其具有电极和保持面；以及
离子化空气提供单元，其对该保持面上所保持的该被保持物的露出面提供离子化空气，
该电极具有在被保持物的静电吸附时被提供电荷的功能，
该离子化空气提供单元具有如下的功能：对该被保持物的露出面提供电荷的极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子，来维持该被保持物的该露出面侧的电荷。
2.根据权利要求1所述的静电卡盘装置，其特征在于，
该被保持物在一个面上设置有保护部件，
将该被保持物隔着该保护部件而静电吸附在该保持面上。
3.一种静电吸附方法，其特征在于，该静电吸附方法具有如下的步骤：
载置步骤，将被保持物载置在具有电极和保持面的静电卡盘工作台的该保持面上；
吸引控制步骤，对该电极提供电荷，产生静电吸引力；以及
吸引辅助步骤，对该被保持物的露出面提供电荷的极性与提供给该电极的电荷的极性相反的离子化空气，来维持该被保持物的该露出面的电荷，对静电吸引力的控制进行辅助。
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