CN217134344U - 半导体承载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体承载装置，包括：静电卡盘、电源和控制器；静电卡盘包括：卡盘、通孔、升降销和电压传感器；通孔贯穿卡盘，电压传感器位于升降销的顶部，升降销带动电压传感器在所述通孔方向往返移动；电压传感器用于测试卡盘作用的晶圆上的电荷信息；控制器接收电压传感器的测试信号，并根据测试信号调整电源供给卡盘的反向电压。本实用新型的半导体承载装置，在去夹持时能根据晶圆上的实际残留电荷电压实时调整加在卡盘上的反向电压，实现反向电压的调控，达到最佳释放效果，避免破片，使不同种类的晶圆均能正常安全的去夹持或释放。

Description

半导体承载装置

技术领域

本实用新型属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种半导体承载装置。

背景技术

集成电路的制造过程是一个高度自动化的流水作业过程，加工处理工艺(如刻蚀技术、物理气相沉积和化学气相沉积等)多数是在反应腔室内完成，在反应腔室内对诸如晶圆等的半导体器件进行加工处理时，通常需要固定晶圆，因此，人们设计了静电卡盘(Electronic Static Chuck，ESC)来固定晶圆。

等离子体工艺通常通过从处理室中排空气体而在真空中进行。在这样的工艺中，晶圆被放置在处理室内的静电卡盘上。ESC包括ESC电极，在进行等离子体工艺时，来自直流电源的正向电压被施加到ESC电极，从而通过施加电压产生的库仑力将晶圆吸附在静电卡盘上。在等离子体工艺完成之后，施加到ESC电极的正向电压通常被关闭，以便晶圆可以从ESC上脱离。在一些情况下，为了去夹持或释放(dechuck)晶圆，执行放电过程，放电过程包括施加反向电压在ESC电极上，然后关闭反向电压施加，使得静电卡盘和晶圆的电荷可以被释放。然后，升降销被升起，使得晶圆可以从静电卡盘上抬起和脱离。

但是一些应用场景中，残留电荷不能通过上述放电过程快速完全放电。结果，升降销被抬起，由于残留电荷，静电卡盘依然对晶圆具有吸引力，晶圆受到升降销向上顶起的力，还受到静电卡盘向下吸附的力，从而晶圆被损坏(例如破片)。因此现有预设固定反向电压的静电卡盘无法及时将晶圆上的静电释放完全并准确判断晶圆上的静电已经释放完全，存在较大的破片风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体承载装置，根据晶圆上的实际残留电荷电压实时调整加在卡盘上的反向电压，避免破片，使不同种类的晶圆均能正常安全的去夹持或释放。

本实用新型提供一种半导体承载装置，包括：

静电卡盘、电源和控制器；

所述静电卡盘包括：卡盘、通孔、升降销和电压传感器；所述通孔贯穿所述卡盘，所述电压传感器位于所述升降销的顶部，所述升降销带动所述电压传感器在所述通孔方向往返移动；所述电压传感器用于测试所述卡盘作用的晶圆上的电荷电压；

所述控制器接收所述电压传感器的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源供给所述卡盘的反向电压。

进一步的，所述电源供给所述卡盘的反向电压范围：100V～4000V，所述反向电压施加时间为3s～60s。

进一步的，所述电压传感器的量程范围：50V～5000V。

进一步的，所述通孔包括至少两个，每个所述通孔中设置有一个所述升降销，至少一个所述升降销的顶部设置一个所述电压传感器。

进一步的，所述卡盘包括绝缘层和嵌设在所述绝缘层中的电极。

进一步的，所述电极包括单极电极或双极电极。

进一步的，所述双极电极包括相互绝缘的第一电极和第二电极，所述第二电极分布在若干环形设置的所述升降销围成的区域内，平行于所述卡盘的截面上所述第二电极呈圆形；所述第一电极分布在若干环形设置的所述升降销与所述绝缘层外边界之间的区域，平行于所述卡盘的截面上所述第一电极呈环形。

进一步的，所述卡盘还包括基底，所述绝缘层设置在所述基底上，所述通孔贯穿所述绝缘层和所述基底。

进一步的，所述基底中设置有加热装置和冷却装置。

进一步的，所述电源为直流电源。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种半导体承载装置，包括：静电卡盘、电源和控制器；所述静电卡盘包括：通孔、升降销和电压传感器；所述通孔贯穿所述卡盘，所述电压传感器位于所述升降销的顶部，所述升降销带动所述电压传感器在所述通孔方向往返移动；所述电压传感器用于测试所述卡盘作用的晶圆上的残余电荷电压；所述控制器接收所述电压传感器的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源供给所述卡盘的反向电压。本实用新型的半导体承载装置，在去夹持时能根据晶圆上的实际残留电荷电压实时调整加在卡盘上的反向电压，实现反向电压(释放电压)自动控制功能(APC)，即实时调控反向电压大小，达到最佳的释放效果，避免破片，使不同种类的晶圆均能正常安全的去夹持或释放。

附图说明

图1为本实用新型实施例的静电卡盘俯视图。

图2为本实用新型实施例的静电卡盘从图1中AA’处的剖面示意图。

图3为本实用新型实施例的电压传感器测试晶圆电压示意图。

图4为本实用新型实施例的升降销将晶圆顶起脱离静电卡盘示意图。

图5为本实用新型一种实施例单极性静电卡盘从图1中BB’处的剖面示意图。

图6为本实用新型另一种实施例双极性静电卡盘从图1中AA’处的剖面示意图。

图7为本实用新型另一种实施例双极性静电卡盘的电极分布示意图。

其中，附图标记如下：

10-晶圆；11-硅基板；12-介质层；13-绝缘层；14-金属层；C-静电卡盘；21-卡盘；21a-基底；21b-绝缘层；21c-电极；21d-第一电极；21e-第二电极；22-电压传感器；23a-升降销；23b-升降基板；24-电源；25-控制器；26-电源；V-通孔。

具体实施方式

如背景技术所述，一些应用场景中，残留电荷不能通过放电过程完全放电，研究发现晶圆的硅基板表面形成介质层(例如氧化硅层和/或氮化硅层)，或者晶圆为绝缘体上硅(SOI)，在这种情况下，硅基板与静电卡盘之间存在介质层(绝缘层)，硅基板与静电卡盘之间会形成一个电容回路，电荷容易积聚在介质层中，从而即使当施加到ESC电极的反向电压被关闭时，这种残留电荷不能通过上述放电过程快速完全放电，导致现有预设固定反向电压的静电卡盘无法及时将晶圆上的静电释放完全并准确判断晶圆上的静电已经释放完全，存在较大的破片风险。

本实用新型实施例提供了一种半导体承载装置。以下结合附图和具体实施例对本实用新型进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型实施例提供了一种半导体承载装置，包括：

静电卡盘、电源和控制器；

所述静电卡盘包括：卡盘、通孔、升降销(lift pin)和电压传感器；所述通孔贯穿所述卡盘，所述电压传感器位于所述升降销的顶部，所述升降销带动所述电压传感器在所述通孔方向往返移动；所述电压传感器用于测试所述卡盘作用的晶圆上的电荷电压；

所述控制器接收所述电压传感器的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源供给所述卡盘的反向电压，以使所述晶圆上的静电释放，应当理解晶圆上的静电完全释放是期望的理想状态，具体晶圆上的静电释放至不影响升降销向上顶起晶圆。

以下结合图1至图7详细介绍本实施例的半导体承载装置。

如图1、图2、图5和图6所示，所述静电卡盘C包括：卡盘21、通孔V、升降销23a和电压传感器22；所述通孔V贯穿所述卡盘21，所述电压传感器22位于所述升降销23a的顶部，所述升降销23a带动所述电压传感器22穿过所述通孔V往返移动，具体做靠近晶圆10和远离晶圆10的往返移动。晶圆10可包括硅基板11、位于硅基板11靠近静电卡盘C一侧表面的介质层12、位于硅基板11远离静电卡盘C一侧表面的绝缘层13以及嵌设在绝缘层13中的金属层14。在一些实施方式中，硅基板11可以为半导体衬底，由适合于半导体装置的任何半导体材料(诸如Si、SiC、SiGe等)制成。在另一些实施方式中，硅基板11也可以为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗硅等各种复合衬底。本领域技术人员均理解硅基板11(衬底)不受到任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。硅基板11上可以形成有各种装置(不限于半导体装置)构件(图中未示出)。硅基板11还可以已经形成有其他层或构件，例如：栅极结构、接触孔、介质层、金属连线和通孔等等。所述电压传感器22用于测试所述卡盘21作用的晶圆10上的残余电荷电压。所述电压传感器的量程范围：50V～5000V。

卡盘21包括绝缘层21b和嵌设在所述绝缘层21b中的电极21c。绝缘层21b可仅嵌设有单个电极21c(如图5所示)，形成单极型静电卡盘；绝缘层21b也可嵌设有一对电极21e和21d(如图6所示)，形成双极型静电卡盘。所述通孔V贯穿所述卡盘21；通孔V中插设有升降销23a，升降销23a能够相对于卡盘21可自由突出缩回的上下往返移动，在一些实施例中，升降销23a通过气缸等驱动装置相对于卡盘21可自由突出缩回的上下往返移动。示例性的，如俯视图图1所示，通孔V例如为3个，每个通孔V中插设有1个升降销23a，升降销23a例如为3个，通孔V和升降销23a的数量可根据实际需要设置，不做限制。每个升降销23a的顶部设置有一个电压传感器22，电压传感器22可随升降销23a穿过通孔V升降。若干升降销23a可全部设置在升降基板23b上，亦即升降基板23b上向上延伸出柱状的升降销23a，若干升降销23a随升降基板23b同步上升或下降，若干升降销23a也可以单独分别进行驱动。

卡盘21还可包括基底21a，绝缘层21b设置在基底21a上。绝缘层21b上波浪状突起代表静电卡盘的不平坦表面。所述通孔V贯穿绝缘层21b和基底21a。基底21a可为金属材质，基底21a具有与晶圆对应的轮廓，例如基底21a俯视看呈圆形。基底21a的内部可设置加热晶圆的加热装置和循环冷媒而冷却晶圆的冷却装置，可在处理中根据需要加热或冷却晶圆。

在一些实施例中，半导体承载装置可应用在刻蚀工艺或沉积工艺中。以应用在刻蚀工艺中为例，进行详细说明。

具体的，如图1至图5所示，执行等离子体蚀刻工艺，晶圆10放置在卡盘21上，晶圆10可包括硅基板11和位于硅基板11表面的介质层12，介质层12面向卡盘21，介质层12例如氧化硅层或氮化硅层或为复合介质层。在其他示例中，晶圆也可为绝缘体上硅(SOI)晶圆。在进行等离子体工艺时，来自电源24的正向电压被施加到电极21c上，从而通过施加正向电压产生的库仑力将晶圆10吸附在卡盘21上。示例性的，电源24为直流电源，电源24的一端提供正电压到电极21c上，电源24的另一端接地。此时，升降销23a缩回不接触晶圆，处于较低状态。本实施例利用静电引力将晶圆10固定在卡盘21上，卡盘21使晶圆固定并给与支撑可以减少碎片现象，同时还可增大晶圆的有效加工面积。

在等离子体刻蚀步骤结束，停止向硅基板11发射等离子体，施加到电极21c上的正向电压被关闭，以便晶圆可以从卡盘21上脱离。但是此时，晶圆上的静电仍存在，亦即晶圆上仍有残留电荷。具体的，硅基板11与卡盘21之间存在介质层12，硅基板11与卡盘21之间会形成一个电容，电荷容易积聚在介质层12中，因此即使当施加到卡盘21的反向电压被关闭时，残留的电荷也会残留在晶圆上。

如图3和图5所示，测试残留电荷电压并调整释放电压，升降销23a带动电压传感器22上升，使电压传感器22上升到卡盘21的顶部接触晶圆10并测试晶圆10上的残留电荷电压；电压传感器22将测试信号传递给控制器25，控制器25接收所述电压传感器22的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源24供给所述电极21c的反向电压大小，电源24施加调整好的反向电压到电极21c上，具体的，电源24的一端提供负电压到电极21c上，电源24的另一端可最终接到大地上。所施加的反向电压例如为100V～4000V，施加时间为3s～60s，以使所述晶圆上的静电电荷释放，具体晶圆上的静电释放至不影响升降销向上顶起晶圆。

如图4所示，去夹持步骤，当电压传感器22侦测到晶圆电压小于预设安全电压时，升降销23a上升，将晶圆顶起脱离卡盘21，完成晶圆从卡盘21上释放过程。具体的，反向电压施加一定时间后，升降销23a可用例如15psi～20psi范围内的力去顶晶圆，能顶起来说明dechuck合格，否则(顶不起来)会报警说明dechuck失败。

本实用新型的半导体承载装置，在去夹持时能根据晶圆上的实际残留电荷电压实时调整加在卡盘上的反向电压，实现自动过程控制(APC)，使不同种类的晶圆均能正常安全的去夹持或释放。

本实用新型还提供另一种实施例，半导体承载装置中的静电卡盘为双极性静电卡盘。图6为本实用新型另一种实施例双极性静电卡盘从图1中AA’处的剖面示意图。图7为本实用新型另一种实施例双极性静电卡盘的电极分布示意图。图6是从图7中AA’处的剖面图，图6也是从图1中AA’处的剖面图。

如图6和图7所示，卡盘包括绝缘层21b和嵌设在所述绝缘层21b中的一对电极。一对电极包括第一电极21d和第二电极21e，第一电极21d和第二电极21e可在同一层金属层形成工艺中制作，第一电极21d和第二电极21e绝缘(断开)。示例性的，第二电极21e分布在环形分布的升降销23a或电压传感器22围成的区域内，俯视看第二电极21e呈圆形。第一电极21d分布在若干环形设置的所述升降销23a与绝缘层21b外边界之间的区域，俯视看第一电极21d例如呈环形。

第一电极21d和第二电极21e被绝缘层21b包裹并与电源26的两端连接。在进行等离子体工艺时，先将晶圆放置在卡盘21的顶部；然后将第一电极21d和第二电极21e与电源26接通，例如电源26的负电压端接第一电极21d，使第一电极21d积聚负电荷；同时电源26的正电压端接第二电极21e，使第二电极21e上积聚正电荷，这些电荷又在晶圆上与第一电极21d和第二电极21e相对应的区域内分别对应地感应出正电荷和负电荷。借助于对应区域内的电极和晶圆所产生的极性相反的电荷而在电极和晶圆之间产生静电场，通过该静电场的静电引力而将晶圆牢固地吸附在卡盘的表面；而后，对晶圆实施加工处理工艺，例如刻蚀工艺或沉积工艺。此时，升降销23a缩回不接触晶圆，处于较低状态。

在等离子体刻蚀步骤结束，停止向硅基板11发射等离子体，施加到第一电极21d和第二电极21e上的正向电压被关闭，以便晶圆可以从静电卡盘21上脱离。但是此时，晶圆上的静电仍存在，亦即晶圆上仍有残留电荷。

如图6所示，测试残留电荷电压并调整释放电压，升降销23a带动电压传感器22上升，使电压传感器22接触晶圆并测试晶圆上的残留电荷电压，电压传感器22的测试信号传递给控制器25；控制器25接收所述电压传感器22的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源26供给第一电极21d和第二电极21e的反向电压大小，释放电压与之前吸附过程的电压反向。具体的，电源26施加调整好的反向电压到第一电极21d和第二电极21e上，例如电源26的正电压端接到第一电极21d，使第一电极21d积聚正电荷；同时电源26的负电压端接到第二电极21e，使第二电极21e上积聚负电荷，与之前吸附过程相反。所施加的反向电压例如为100V～4000V，反向电压施加时间为3s～60s，以使所述晶圆上的静电电荷释放。

如图4和图6所示，去夹持步骤，当电压传感器22侦测到晶圆电压小于预设安全电压时，亦即晶圆上的静电电荷释放至不影响升降销23a向上顶起晶圆，升降销23a上升，将晶圆顶起脱离静电卡盘21，完成晶圆从静电卡盘21上释放过程。

综上所述，本实用新型提供一种半导体加工装置，包括：静电卡盘、电源和控制器；所述静电卡盘包括：通孔、升降销和电压传感器；所述通孔贯穿所述卡盘，所述电压传感器位于所述升降销的顶部，所述升降销带动所述电压传感器在所述通孔方向往返移动；所述电压传感器用于测试所述卡盘作用的晶圆上的残余电荷电压；所述控制器接收所述电压传感器的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源供给所述卡盘的反向电压。本实用新型的半导体加工装置，在去夹持时能根据晶圆上的实际残留电荷电压实时调整加在卡盘上的反向电压，实现反向电压(释放电压)自动控制功能(APC)，即实时调控反向电压大小，达到最佳的释放效果，避免破片，使不同种类的晶圆均能正常安全的去夹持或释放。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体承载装置，其特征在于，包括：

静电卡盘、电源和控制器；

所述静电卡盘包括：卡盘、通孔、升降销和电压传感器；所述通孔贯穿所述卡盘，所述电压传感器位于所述升降销的顶部，所述升降销带动所述电压传感器在所述通孔方向往返移动；所述电压传感器用于测试所述卡盘作用的晶圆上的电荷信息；

所述控制器接收所述电压传感器的测试信号，并根据所述测试信号调整所述电源供给所述卡盘的反向电压。

2.如权利要求1所述的半导体承载装置，其特征在于，所述电源供给所述卡盘的反向电压范围：100V～4000V。

3.如权利要求1所述的半导体承载装置，其特征在于，所述电压传感器的量程范围：50V～5000V。

4.如权利要求1所述的半导体承载装置，其特征在于，所述通孔包括至少两个，每个所述通孔中设置有一个所述升降销，至少一个所述升降销的顶部设置一个所述电压传感器。

5.如权利要求1所述的半导体承载装置，其特征在于，所述卡盘包括绝缘层和嵌设在所述绝缘层中的电极。

6.如权利要求5所述的半导体承载装置，其特征在于，所述电极包括单极电极或双极电极。

7.如权利要求6所述的半导体承载装置，其特征在于，所述双极电极包括相互绝缘的第一电极和第二电极，所述第二电极分布在若干环形设置的所述升降销围成的区域内，平行于所述卡盘的截面上所述第二电极呈圆形；所述第一电极分布在若干环形设置的所述升降销与所述绝缘层外边界之间的区域，平行于所述卡盘的截面上所述第一电极呈环形。

8.如权利要求5所述的半导体承载装置，其特征在于，所述卡盘还包括基底，所述绝缘层设置在所述基底上，所述通孔贯穿所述绝缘层和所述基底。

9.如权利要求8所述的半导体承载装置，其特征在于，所述基底中设置有加热装置和冷却装置。

10.如权利要求1-9任意一项所述的半导体承载装置，其特征在于，所述电源为直流电源。

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