CN110556332B - 静电吸附装置及晶圆吸附方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种静电吸附装置及晶圆吸附方法。所述静电吸附装置包括：卡盘，用于静电吸附晶圆；检测组件，用于检测置于所述卡盘表面的所述晶圆的弯曲度信息；控制器，连接所述卡盘和所述检测组件，用于根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘的吸附电压。本发明使得即便晶圆出现弯曲也能将其平整的吸附到卡盘表面，确保了后续制程的顺利进行，提高了半导体产品的性能。

Description

静电吸附装置及晶圆吸附方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种静电吸附装置及晶圆吸附方法。

背景技术

随着技术的发展，半导体工业不断寻求新的方式生产，以使得存储器装置中的每一存储器裸片具有更多数目的存储器单元。在非易失性存储器中，例如NAND存储器，增加存储器密度的一种方式是通过使用垂直存储器阵列，即3D NAND(三维NAND)存储器；随着集成度的越来越高，3D NAND存储器已经从32层发展到64层，甚至更高的层数。

静电吸附装置是在半导体制程中用于承载晶圆的装置，其通过外界施加的电压，利用静电吸附作用将晶圆稳定的固定在静电吸附卡盘表面。但是，当前的静电吸附装置无法将晶圆平整的吸附在卡盘表面，从而影响了后续制程的顺利进行。

因此，如何提高晶圆被吸附到卡盘表面后的平整度，确保后续制程的顺利进行，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种静电吸附装置及晶圆吸附方法，用于解决当前无法将晶圆平整的吸附到卡盘表面的问题，以确保后续半导体制程的顺利进行。

为了解决上述问题，本发明提供了一种静电吸附装置，包括：

卡盘，用于静电吸附晶圆；

检测组件，用于检测置于所述卡盘表面的所述晶圆的弯曲度信息；

控制器，连接所述卡盘和所述检测组件，用于根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘的吸附电压。

可选的，所述检测组件包括均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘外侧的光源和传感器；

所述光源，用于朝向所述传感器发射光信号；

所述传感器，用于检测接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为所述弯曲度信息，所述光源与所述传感器在竖直方向上的投影分布于所述卡盘一径向方向的相对两侧。

可选的，在沿竖直方向上，所述光源的发射端和所述传感器的接收端均距离所述卡盘一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘的表面与所述卡盘用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

可选的，所述控制器连接所述传感器，用于存储多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压，并用于根据所述传感器检测到的强度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

可选的，所述检测组件包括多个所述光源、以及与多个所述光源一一对应的多个所述传感器；

所述控制器用于获取多个所述传感器检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

可选的，所述光源为激光光源。

可选的，所述检测组件包括均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘内的光源和传感器；

所述光源，用于向位于所述卡盘表面的晶圆发射光信号；

所述传感器，用于检测所述晶圆反射的所述光信号的强度；

驱动器，用于驱动所述光源与所述传感器水平移动，以获取所述晶圆表面多个区域反射的所述光信号的强度；

处理器，连接所述光源和所述传感器，用于根据所述晶圆表面多个区域反射的所述光信号的强度计算所述晶圆的弯曲度。

可选的，所述控制器连接所述处理器，用于存储多个弯曲度范围、以及与多个弯曲度范围一一对应的吸附电压，并用于根据所述处理器计算的所述晶圆的弯曲度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆吸附方法，包括如下步骤：

放置一晶圆于卡盘表面；

检测所述晶圆的弯曲度信息；

根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘的吸附电压。

可选的，检测所述晶圆的弯曲度信息的具体步骤包括：

设置光源和传感器，所述光源和传感器均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘外侧，所述光源与所述传感器在竖直方向上的投影分布于所述卡盘一径向方向的相对两侧；

控制所述光源朝向所述传感器发射光信号；

通过所述传感器检测其接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为所述弯曲度信息。

可选的，在沿竖直方向上，所述光源的发射端和所述传感器的接收端均距离所述卡盘一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘的表面与所述卡盘用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

可选的，根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘的吸附电压的具体步骤包括：

设置多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压；

根据所述传感器检测到的强度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

可选的，还包括如下步骤：

设置多个所述光源、以及与多个所述光源一一对应的多个所述传感器；

获取多个所述传感器检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

可选的，所述光源为激光光源。

可选的，检测所述晶圆的弯曲度信息的具体步骤包括：

设置光源和传感器，所述光源和传感器均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘内；

控制所述光源向位于所述卡盘表面的晶圆发射光信号；

通过所述传感器检测所述晶圆反射的所述光信号的强度；

驱动所述光源与所述传感器水平移动，以获取所述晶圆表面多个区域反射的所述光信号的强度；

根据所述晶圆表面多个区域反射的所述光信号的强度计算所述晶圆的弯曲度。

可选的，根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘的吸附电压的具体步骤包括：

设置多个弯曲度范围、以及与多个弯曲度范围一一对应的吸附电压；

根据所述晶圆的弯曲度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘。

本发明提供的静电吸附装置及晶圆吸附方法，通过检测待吸附晶圆的弯曲度信息，根据所述晶圆的弯曲度信息调整施加于卡盘的吸附电压，使得即便晶圆出现弯曲也能将其平整的吸附到卡盘表面，确保了后续制程的顺利进行，提高了半导体产品的性能。

附图说明

附图1是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置的俯视结构示意图；

附图2是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置吸附未发生弯曲的晶圆时的截面示意图；

附图3是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置吸附发生弯曲的晶圆时的截面示意图；

附图4是本发明第一具体实施方式中晶圆吸附方法的流程图；

附图5是本发明第二具体实施方式中静电吸附装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的静电吸附装置及晶圆吸附方法的具体实施方式做详细说明。

第一具体实施方式

随着3D NAND存储器中堆叠结构的堆叠层数不断增加，晶圆出现弯曲的可能性越来越大，而且弯曲的程度也越来越高。在当前工艺中主要通过向卡盘施加吸附电压，使得所述卡盘通过静电吸附作用稳定的吸附位于其表面的晶圆，以便进行后续制程。然而，针对任何形状的晶圆，当前施加于所述卡盘的吸附电压都是固定不变的，这就导致所述卡盘不能将晶圆平整的吸附于卡盘表面，从而极易引起后续制程的异常，例如晶圆表面形成的膜层厚度不均匀、晶圆表面出现电弧击穿现象、晶圆表面出现膜层剥离等，严重影响最终半导体产品的良率以及性能。

为了解决上述问题，本具体实施方式提供了一种静电吸附装置，附图1是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置的俯视结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的静电吸附装置，包括：

卡盘10，用于静电吸附晶圆；

检测组件，用于检测置于所述卡盘10表面的所述晶圆的弯曲度信息；

控制器13，连接所述卡盘10和所述检测组件，用于根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘10的吸附电压。

具体来说，所述卡盘10用于通过静电吸附作用吸附位于其表面的晶圆。本具体实施方式对所述检测组件的具体形式并不作限定，只要能实现对位于所述卡盘10表面上的晶圆的弯曲度信息的检测即可。所述弯曲度信息可以是直接表面所述晶圆弯曲度情况的弯曲度值，也可以是通过光强度信息等物理量间接反映所述晶圆弯曲度情况的信息，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

本具体实施方式能够通过实时检测位于所述卡盘10表面的待吸附的晶圆的弯曲度信息，及时调整施加于所述卡盘10上的吸附电压，例如当所述晶圆的弯曲度较大时，增大施加于所述卡盘10上的吸附电压，使得所述晶圆能够被平整的吸附到所述卡盘表面，从而确保了后续半导体制程的顺利进行，提高了最终半导体产品的良率和性能可靠性。

附图2是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置吸附未发生弯曲的晶圆时的截面示意图，附图3是本发明第一具体实施方式中静电吸附装置吸附发生弯曲的晶圆时的截面示意图。可选的，如图1-图3所示，所述检测组件包括均位于所述卡盘10上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘10外侧的光源11和传感器12；

所述光源11，用于朝向所述传感器12发射光信号；

所述传感器12，用于检测接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为所述弯曲度信息，所述光源11与所述传感器12在竖直方向上的投影分布于所述卡盘10一径向方向的相对两侧。

具体来说，所述光源11朝向所述传感器12发射光信号，当待吸附的所述晶圆30的弯曲度越大时，被所述晶圆30阻挡的光线越多，则所述传感器12接收到的所述光信号的强度越弱，因此，可以根据所述传感器12接收到的所述光信号的强度间接反映所述晶圆的弯曲程度，即间接获取所述晶圆的弯曲度信息。为了进一步简化所述晶圆弯曲度信息的获取步骤，提高吸附电压的调整效率，优选的，所述光源11的发射端与所述传感器12的接收端位于同一水平高度。本具体实施方式根据所述传感器12接收到的光信号的强度间接反映所述晶圆的弯曲度，无需进行复杂的弯曲度值计算、也无需使用价格昂贵的弯曲度检测设备，操作简单，极大的提高了吸附电压的调整效率。

在沿竖直方向上，所述光源11的发射端和所述传感器12的接收端与所述卡盘10所在平面的距离越大，对待吸附的所述晶圆弯曲度的检测精度越低。为了进一步提高对待吸附的所述晶圆的弯曲度检测，从而更好的实现对所述卡盘10吸附电压的调整，可选的，在沿竖直方向上，所述光源11发出的光线和所述传感器12的接收端均距离所述卡盘10一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘10的表面与所述卡盘10用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

可选的，所述控制器13连接所述传感器12，用于存储多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压，并用于根据所述传感器12检测到的强度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘10。

具体来说，如图2所示，首先进行校准过程：即先提供一校准晶圆20，所述校准晶圆20为未发生弯曲的平整晶圆，并使得所述光源11的发射端和所述传感器12的接收端均与所述校准晶圆20背离所述卡盘10的表面处于同一水平高度，即所述光源11的发射端、所述传感器12的接收端和所述校准晶圆20背离所述卡盘10的表面在Z轴方向上的高度相同；所述光源11的发射端沿水平方向(例如图2中的X轴方向)朝向所述传感器12发射光线，此时，所述传感器12检测到的所述光信号的强度最大，并以此光信号的强度作为基准强度、以此时稳定吸附所述校准晶圆20的电压为基准电压。之后，如图3所示，将待吸附晶圆30置于所述卡盘10表面，并保持所述光源11与所述传感器12的位置不变，在所述光源11沿水平方向朝向所述传感器12发射所述光信号，若此时所述传感器12接收到的所述光信号的强度小于所述基准强度，则确认所述待吸附晶圆30发生了弯曲。所述控制器13根据此时所述传感器12检测到的所述光信号的强度所属的光强度范围选择与其匹配的吸附电压(此时的吸附电压大于所述基准电压)，并将此吸附电压施加于所述卡盘10，使得所述待吸附晶圆30被平整的吸附于所述卡盘10表面。

本具体实施方式是以所述光源11沿水平方向朝向所述传感器12发射光信号为例进行说明。在其他具体实施方式中，本领域技术人员也可以根据实际需要，调整所述光源发射光线的角度，使得所述光源以相对于水平方向倾斜一预设角度的方向朝向所述传感器12发射光信号，只需预先进行校准即可。

可选的，所述检测组件包括多个所述光源11、以及与多个所述光源11一一对应的多个所述传感器12；

所述控制器13用于获取多个所述传感器12检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘10。

举例来说，如图1所示，沿X轴方向，于所述卡盘10径向方向的相对两侧分别设置一所述光源11和一所述传感器12；沿Y轴方向，于所述卡盘10径向的相对两侧分别设置另一所述光源11和另一所述传感器12。两个所述光源11同时分别向与其对应的所述传感器12发射光信号，两个所述传感器12各检测到一个接收光信号强度。当两个所述传感器12检测到的接收光信号强度不同时，以其中接收光信号强度较小的一个作为所述吸附电压调整的依据。这是因为，某一方向上的接收光强度越小，则说明该方向上晶圆的弯曲度越大，因此，以最小的接收光信号强度作为吸附电压调整的依据，可以进一步确保所述卡盘10对发生弯曲的晶圆的平整吸附。

所述检测组件中所包含的所述光源11以及所述传感器12的具体数量以及分布情况，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本具体实施方式对此不作限定。

由于激光的方向性较佳，可选的，所述光源11为激光光源。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种晶圆吸附方法，附图4是本发明第一具体实施方式中晶圆吸附方法的流程图，本具体实施方式在吸附晶圆的过程中所使用的装置可以如图1-图3所示。如图1-图4所示，本具体实施方式提供的晶圆吸附方法，包括如下步骤：

步骤S41，放置一晶圆于卡盘10表面；

步骤S42，检测所述晶圆的弯曲度信息；

步骤S43，根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘10的吸附电压。

可选的，检测所述晶圆的弯曲度信息的具体步骤包括：

设置光源11和传感器12，所述光源11和传感器12均位于所述卡盘10上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘10外侧，所述光源11与所述传感器12在竖直方向上的投影分布于所述卡盘10一径向方向的相对两侧；

控制所述光源11朝向所述传感器12发射光信号；

通过所述传感器12检测其接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为所述弯曲度信息。

可选的，在沿竖直方向上，所述光源11的发射端和所述传感器12的接收端均距离所述卡盘10一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘10的表面与所述卡盘10用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

可选的，根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘10的吸附电压的具体步骤包括：

设置多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压；

根据所述传感器12检测到的强度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘10。

可选的，所述晶圆的吸附方法还包括如下步骤：

设置多个所述光源11、以及与多个所述光源11一一对应的多个所述传感器12；

获取多个所述传感器12检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘10。

可选的，所述光源11为激光光源。

本具体实施方式提供的静电吸附装置及晶圆吸附方法，通过检测待吸附晶圆的弯曲度信息，根据所述晶圆的弯曲度信息调整施加于卡盘的吸附电压，使得即便晶圆出现弯曲也能将其平整的吸附到卡盘表面，确保了后续制程的顺利进行，提高了半导体产品的性能。

第二具体实施方式

本具体实施方式提供了一种静电吸附装置，附图5是本发明第二具体实施方式中静电吸附装置的结构示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式的不同之处。

如图5所示，本具体实施方式提供的静电吸附装置，包括：

卡盘52，用于静电吸附晶圆50；

检测组件51，用于检测置于所述卡盘52表面的所述晶圆50的弯曲度信息；

控制器53，连接所述卡盘52和所述检测组件51，用于根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘52的吸附电压。

可选的，所述检测组件51包括均位于所述卡盘52上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘52内的光源和传感器；

所述光源，用于向位于所述卡盘52表面的晶圆50发射光信号；

所述传感器，用于检测所述晶圆50反射的所述光信号的强度；

驱动器，用于驱动所述光源与所述传感器水平移动，以获取所述晶圆50表面多个区域反射的所述光信号的强度；

处理器，连接所述光源和所述传感器，用于根据所述晶圆50表面多个区域反射的所述光信号的强度计算所述晶圆的弯曲度。

可选的，所述控制器53连接所述处理器，用于存储多个弯曲度范围、以及与多个弯曲度范围一一对应的吸附电压，并用于根据所述处理器计算的所述晶圆50的弯曲度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘52。

与第一具体实施方式不同，本具体实施方式的所述检测组件51是通过检测所述晶圆50多个不同区域的反射光信号，来计算所述晶圆的弯曲度，直接以所述晶圆50的弯曲度值作为所述弯曲度信息。本具体实施方式检测到的所述晶圆50的弯曲度信息的精准度相对较高，从而可以更好的调整施加至所述卡盘52的吸附电压。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种晶圆吸附方法。所述晶圆吸附方法，包括如下步骤：

放置一晶圆50于卡盘52表面；

检测所述晶圆50的弯曲度信息；

根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘52的吸附电压。

可选的，检测所述晶圆50的弯曲度信息的具体步骤包括：

设置光源和传感器，所述光源和传感器均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘52内；

控制所述光源向位于所述卡盘52表面的晶圆50发射光信号；

通过所述传感器检测所述晶圆50反射的所述光信号的强度；

驱动所述光源与所述传感器水平移动，以获取所述晶圆50表面多个区域反射的所述光信号的强度；

根据所述晶圆50表面多个区域反射的所述光信号的强度计算所述晶圆50的弯曲度。

可选的，根据所述弯曲度信息调整施加于所述卡盘52的吸附电压的具体步骤包括：

设置多个弯曲度范围、以及与多个弯曲度范围一一对应的吸附电压；

根据所述晶圆50的弯曲度选择与其匹配的吸附电压施加于所述卡盘52。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种静电吸附装置，其特征在于，包括：

卡盘，用于静电吸附晶圆；

检测组件，用于实时检测置于所述卡盘表面的所述晶圆的弯曲度信息，所述检测组件包括均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘外侧的光源和传感器；所述光源，用于朝向所述传感器发射光信号；所述传感器，用于检测接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为所述弯曲度信息，所述光源与所述传感器在竖直方向上的投影分布于所述卡盘一径向方向的相对两侧，所述光源的发射端与所述传感器的接收端位于同一水平高度；所述检测组件包括多个所述光源、以及与多个所述光源一一对应的多个所述传感器，其中，一所述光源和一所述传感器位于所述卡盘一径向方向的相对两侧，另一所述光源和另一所述传感器位于所述卡盘另一径向方向的相对两侧；

控制器，连接所述卡盘和所述检测组件，用于存储多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压，所述控制器还用于获取多个所述传感器检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘，所述吸附电压使得所述晶圆能够被平整的吸附到所述卡盘表面。

2.根据权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于，在沿竖直方向上，所述光源的发射端和所述传感器的接收端均距离所述卡盘一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘的表面与所述卡盘用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的静电吸附装置，其特征在于，所述光源为激光光源。

4.一种晶圆吸附方法，其特征在于，包括如下步骤：

放置一晶圆于卡盘表面；

设置多个光源、以及与多个所述光源一一对应的多个传感器，其中，一所述光源和一所述传感器位于所述卡盘一径向方向的相对两侧，另一所述光源和另一所述传感器位于所述卡盘另一径向方向的相对两侧，所述光源和传感器均位于所述卡盘上方、且沿竖直方向上的投影位于所述卡盘外侧，所述光源与所述传感器在竖直方向上的投影分布于所述卡盘一径向方向的相对两侧，所述光源的发射端与所述传感器的接收端位于同一水平高度；

控制所述光源朝向所述传感器发射光信号；

通过所述传感器检测其接收到的所述光信号的强度，并以所述光信号的强度作为实时检测到的所述晶圆的弯曲度信息；

设置多个光强度范围、以及与多个光强度范围一一对应的多个吸附电压；获取多个所述传感器检测到的多个所述强度中的最低值，并选择与所述最低值匹配的吸附电压施加于所述卡盘，所述吸附电压使得所述晶圆能够被平整的吸附到所述卡盘表面。

5.根据权利要求4所述的晶圆吸附方法，其特征在于，在沿竖直方向上，所述光源的发射端和所述传感器的接收端均距离所述卡盘一预设距离；

所述预设距离为所述晶圆未发生弯曲时，所述晶圆背离所述卡盘的表面与所述卡盘用于承载所述晶圆的表面之间的距离。

6.根据权利要求4所述的晶圆吸附方法，其特征在于，所述光源为激光光源。

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