CN219017622U - 一种静电吸附辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种静电吸附辅助装置，包括基座、固定在基座上用于吸附晶圆的静电吸盘和固定在静电吸盘外围用于按压晶圆的压环。静电吸盘上表面设有升降装置，负责将晶圆运输至静电吸盘上表面，静电吸盘凸起部分的外圆周面上固定有石英环和聚焦环。压环位于静电吸盘上方的中间区域，由若干根分布在静电吸盘外围的升降支架支撑，升降支架下部与升降驱动装置连接。工作时，压环将晶圆按压在静电吸盘表面，配合静电吸盘的静电引力，能够大大提高装置的吸附效果。该装置不仅能够适用于普通的规则晶圆，更为重要的是能够很好地吸附翘曲大于0.5mm的不规则晶圆，具有很好的应用前景。

Description

一种静电吸附辅助装置

技术领域

本实用新型涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种通过机械压环法来协同增强吸附能力的静电吸附辅助装置。

背景技术

干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片进行物理和化学反应，从而刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术。该工艺技术的突出优点在于，可以获得极其精确的特征图形。当今超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上能够完成极其精确的图形转移，任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。因此，刻蚀过程中晶圆的吸附需要非常的稳定和可靠，现今干法刻蚀过程中常用的吸附晶圆技术为静电吸附技术。

静电吸附辅助装置一般包括基座以及设置在基座上用于吸附晶圆的静电吸附盘，静电吸附辅助装置利用静电吸附原理将待加工的晶圆吸附在静电吸附盘表面，避免了晶圆在进行工艺处理过程中发生移位或者错位。但是，现有的静电吸盘工作一段时间后吸附力就会减弱，在冷却时向上喷射的冷却气体还会对晶圆造成一定的冲击，进一步削弱静电吸盘的吸附力，吸附力下降就会导致晶圆移位，削弱冷却气体和冷却液的冷却效果，造成晶圆烧焦异常。另外，现有的静电吸附辅助装置通常针对的是表面较为平整的晶圆，当晶圆翘曲大于0.5mm时，静电吸附辅助装置对晶圆各部分的吸附力不均匀，吸附效果就会大打折扣，容易导致刻蚀过程中晶圆晃动，从而严重影响加工精度。因此，有必要设计一种静电吸附辅助装置来解决上述缺陷。

实用新型内容

针对现有的静电吸附辅助装置存在长期使用后吸附力下降导致晶圆移位烧损、以及无法处理翘曲晶圆的吸附任务等缺陷，本实用新型提供了一种静电吸附辅助装置，在原有静电吸盘的基础上增加了一个压环部件，能够将翘曲晶圆压平固定在静电吸盘表面，使得静电引力均匀作用在晶圆各部分，保证了静电吸附辅助装置对翘曲晶圆的吸附效果。同时借助压环将晶圆牢牢按压在静电吸盘表面还能避免氦气对晶圆的冲击力过大造成晶圆偏移，工业实用性得到了很大提升。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种静电吸附辅助装置，其特征在于，包括基座、固定在基座上用于吸附晶圆的静电吸盘和固定在静电吸盘外围用于按压晶圆的压环；

所述静电吸盘为圆形凸台结构，上表面设有升降装置，负责将晶圆运输至静电吸盘上表面；静电吸盘凸起部分的外圆周面上固定有石英环，石英环上固定有阶梯状的聚焦环，聚焦环上表面高于静电吸盘上表面；

所述压环位于静电吸盘上方的中间区域，由若干根分布在静电吸盘外围的升降支架支撑；所述升降支架下部与升降驱动装置连接。

进一步地，所述压环下方具有向下延伸的垫圈。

进一步地，所述垫圈由陶瓷材料制成。

进一步地，所述升降装置为若干根贯穿静电吸盘、底部固定在基座上的升降针，在静电吸盘内开设有供升降针活动的密封通道，在基座下方固定有负责驱动升降针的气缸波纹管。

进一步地，所述密封通道为上窄下宽结构，所述升降针呈上小下大的圆形凸台结构，二者大小适配。

进一步地，所述密封通道上下两端均设置有密封圈。

进一步地，所述静电吸盘的下表面开设有与冷却气体进气管道连通的进气孔、上表面开设有若干出气孔，二者组成了静电吸盘的冷却气流循环系统。

进一步地，所述冷却气体为氦气。

进一步地，所述静电吸盘内设有冷却液循环管路，所述冷却液循环管路一端通过静电吸盘下表面的进液孔与冷却液进液管道连通，另一端连通静电吸盘下表面的出液孔。

进一步地，所述静电吸盘底部设有与电极电路连接的电极孔。

工作时，在工艺腔室内升降针处于最高点状态，机械手臂将晶圆送至静电吸盘上方后落下，使得晶圆落在升降针上，完成后手臂退出工艺腔室，工艺腔室门阀关闭，预先调整好下降位置，在气缸波纹管的作用下升降针的针孔顺着密封通道下降，直至针孔上的晶圆贴附在静电吸盘上表面，此时晶圆的边缘正好落在截面呈阶梯状的聚焦环的限位区域内。接着压环在升降驱动装置的作用下开始下降，直至将晶圆压平固定在静电吸盘表面。完成后开启静电引力，将晶圆牢牢吸附在静电吸盘表面，完成这一切后即可开始刻蚀作业。刻蚀的过程中静电吸盘的冷却气流循环系统和冷却液循环管路同时工作，避免了温度过高造成晶圆烧焦异常。

有益效果

1.本实用新型在处理翘曲晶圆的吸附任务时，通过设置一个压环，借助压环下端的垫圈能够将翘曲晶圆牢牢地压平固定在了静电吸盘表面，使得静电吸盘的静电引力均匀作用在翘曲晶圆上，避免了因翘曲晶圆各部分受力不足造成刻蚀过程中晶圆发生偏移晃动，影响刻蚀精度，具有很好的应用前景。

2.本实用新型中压环将晶圆按压在静电吸盘表面，不仅能使其与静电吸盘表面贴合严密，压环对晶圆的压力还能抵消掉下方氦气对晶圆的冲击力，避免了晶圆位移脱落和氦气的大量泄露，使得氦气的泄漏量处于安全范围内而不至于触发机台互锁停止机制，保证静电吸附辅助装置的工作效率和使用寿命，避免频繁更换静电吸盘造成的成本上升。

3.本实用新型通过压环将晶圆牢牢地压平固定在了静电吸盘表面，解决了在竖直方向上的限位问题。同时在静电吸盘承载晶圆时，聚焦环环绕于晶圆的外侧，工作时能够防止晶圆滑偏，解决了在水平方向上的限位问题。二者协同作用，避免了晶圆的偏移脱落，大大增强了晶圆的固定效果。

附图说明

图1为本实用新型所述吸附前的晶圆静电吸附辅助装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述吸附后的晶圆静电吸附辅助装置的结构示意图。

图3为本实用新型所述静电吸盘的结构示意图。

图4为本实用新型所述压环的结构示意图。

图5为本实用新型所述静电吸盘底部的结构示意图。

图6为本实用新型所述基座表面的结构示意图。

图7为本实用新型所述升降针的结构示意图。

其中，1-晶圆；2-升降针；3-静电吸盘；4-石英环；5-聚焦环；6-升降支架；7-压环；8-垫圈；9-基座；10-密封通道；11-进气孔；12-出气孔；13-出液孔；14-进液孔；15-电极孔；16-气缸波纹管。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图1所示为本实用新型所述吸附前的晶圆静电吸附辅助装置的结构示意图，所述静电吸附辅助装置包括基座9、固定在基座9上用于吸附晶圆1的静电吸盘3和固定在静电吸盘3外围用于按压晶圆1的压环7。所述静电吸盘3为圆形凸台结构，如图3所示，上表面设有升降装置，负责将晶圆1运输至静电吸盘3上表面；静电吸盘3凸起部分的外圆周面上固定有石英环4，石英环4上固定有阶梯状的聚焦环5，聚焦环5上表面高于静电吸盘3上表面，在所述静电吸盘3承载晶圆1时，所述聚焦环5环绕于晶圆1的外侧。

所述升降装置为若干根贯穿静电吸盘3、底部固定在基座9上的升降针2，在静电吸盘3内开设有供升降针2活动的密封通道10，所述密封通道10为上窄下宽结构，密封通道10两端均设置有密封圈，防止冷却液外泄。所述升降针2呈上小下大的圆形凸台结构，二者大小适配。在基座9下方固定有负责驱动升降针2的气缸波纹管16。

图4为本实用新型所述压环的结构示意图，所述压环7为圆环结构，压环7位于静电吸盘3上方的中间区域，由若干根分布在静电吸盘3外围的升降支架6支撑，压环7下方具有向下延伸的垫圈8，且升降支架6、压环7与垫圈8均由陶瓷材料制成。升降支架6下部与升降驱动装置连接(图中未示出)。工作时由升降驱动装置带动压环下降，直至压环下表面将晶圆牢牢按压在静电吸盘上表面，下降前需事先调整好下降位置。

图5、6所示为本实用新型所述静电吸盘3底部和基座9上的结构示意图。所述静电吸盘3的底部开设有与氦气进气管道连通的进气孔11、上表面开设有若干出气孔12，二者组成了静电吸盘3的冷却气流循环系统。在基座9上对应位置处开设有供氦气通过基座9的通孔。工作时，负责冷却的氦气顺着氦气进气管道依次通过基座9上的通孔和进气孔11后进入静电吸盘3内，从静电吸盘3上表面的若干出气孔12排出。

所述静电吸盘3内设有冷却液循环管路，所述冷却液循环管路一端通过静电吸盘3下表面的进液孔14与冷却液进液管道连通，另一端连通静电吸盘3下表面的出液孔13。在基座9上对应位置处开设有供冷却液通过基座9的若干通孔。工作时，负责冷却的冷却液顺着冷却液进液管道依次通过基座9上的若干通孔和静电吸盘3下表面的进液孔14进入静电吸盘3内的冷却液循环管路，从静电吸盘3下表面的出液孔13排出。

所述静电吸盘3底部还设有与电极电路连接的电极孔15。

图7为本实用新型所述升降针2的结构示意图，本实用新型在基座9中间区域开设一个凹槽，并将升降针2嵌入凹槽内，升降针2底部与气缸波纹管上的伸缩式波纹管固定连接，通过气缸升降带动波纹管升缩，从而完成升降针升降动作。

图1、2所示为本实用新型所述吸附前和吸附后的晶圆静电吸附辅助装置的结构示意图。吸附前，在工艺腔室内升降针2在气缸波纹管16的作用下处于最高点状态，机械手臂将晶圆1送至静电吸盘3上方后落下，使得晶圆1落在升降针2上，完成后手臂退出工艺腔室，工艺腔室门阀关闭，升降针2在气缸波纹管16的作用下下降，直至晶圆1贴附在静电吸盘3表面，如图2所示，此时晶圆1的边缘正好落在截面呈阶梯状的的聚焦环5的限位区域内，实现了水平方向上的限位。接着压环7下降，垫圈8将晶圆1压平固定在静电吸盘3表面，实现了竖直方向上的限位。完成后开启静电引力，将晶圆1牢牢吸附在静电吸盘3表面，完成这一切后即可开始刻蚀作业。刻蚀过程中静电吸盘3内的冷却液循环管路和冷却气流循环系统同时工作来来完成整个吸附过程的冷却环节。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种静电吸附辅助装置，其特征在于，包括基座(9)、固定在基座(9)上用于吸附晶圆(1)的静电吸盘(3)和固定在静电吸盘(3)外围用于按压晶圆(1)的压环(7)；

所述静电吸盘(3)为圆形凸台结构，上表面设有升降装置，负责将晶圆(1)运输至静电吸盘(3)上表面；静电吸盘(3)凸起部分的外圆周面上固定有石英环(4)，石英环(4)上固定有阶梯状的聚焦环(5)，聚焦环(5)上表面高于静电吸盘(3)上表面；

所述压环(7)位于静电吸盘(3)上方的中间区域，由若干根分布在静电吸盘(3)外围的升降支架(6)支撑；所述升降支架(6)下部与升降驱动装置连接。

2.根据权利要求1所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述压环(7)下方具有向下延伸的垫圈(8)。

3.根据权利要求2所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述压环(7)和垫圈(8)均由陶瓷材料制成。

4.根据权利要求1所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述升降装置为若干根贯穿静电吸盘(3)、底部固定在基座(9)上的升降针(2)，在静电吸盘(3)内开设有供升降针(2)活动的密封通道(10)，在基座(9)下方固定有负责驱动升降针(2)的气缸波纹管(16)。

5.根据权利要求4所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述密封通道(10)为上窄下宽结构，所述升降针(2)呈上小下大的圆形凸台结构，二者大小适配。

6.根据权利要求4所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述密封通道(10)上下两端均设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述静电吸盘(3)的下表面开设有与冷却气体进气管道连通的进气孔(11)、上表面开设有若干出气孔(12)，二者组成了静电吸盘(3)的冷却气流循环系统。

8.根据权利要求7所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述冷却气体为氦气。

9.根据权利要求1所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述静电吸盘(3)内设有冷却液循环管路，所述冷却液循环管路一端通过静电吸盘(3)下表面的进液孔(14)与冷却液进液管道连通，另一端连通静电吸盘(3)下表面的出液孔(13)。

10.根据权利要求1所述的静电吸附辅助装置，其特征在于，所述静电吸盘(3)底部设有与电极电路连接的电极孔(15)。

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