TW201308509A

TW201308509A - 一種易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法

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Publication number: TW201308509A
Application number: TW100128003A
Authority: TW
Inventors: Kevin Pears
Original assignee: Advanced Micro Fab Equip Inc
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-16
Also published as: TWI456688B

Abstract

本發明涉及一種易於釋放晶片的靜電吸盤，包含基座和設置在基座頂部的介電層；介電層上放置有晶片，在介電層與晶片之間產生有吸持固定晶片的靜電引力；其特徵在於，介電層中設置有提升介電層溫度的若干加熱體，來減小介電層與晶片之間的靜電引力。將介電層分區並分別嵌設不同鎢絲結構的加熱體，使鎢絲分別與電源電流相同或不相同的直流電源連接後發熱，能夠使介電層和晶片的表面溫度迅速提高，在不增加散熱時間的情況下，有效減小介電層和晶片間的靜電引力，說明晶片快速地解吸釋放；介電層分區的設置，還能夠實現對不同分區溫度的分別控制，因而在與該若干分區分別接觸的晶片區域獲得不同的晶片溫度。

Description

一種易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法

本發明涉及一種靜電吸盤，特別涉及一種易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法。

在半導體器件的製造過程中，為了在作為基板的半導體晶片上進行澱積、蝕刻等工藝處理，一般通過靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)產生靜電力吸持來固定和支撐晶片；同時靜電吸盤幫助晶片上溫度均勻分佈，以利於晶片散熱。

靜電吸盤通常設置在如等離子體處理裝置的真空處理腔室底部，作為下電極與射頻功率源連接，而在真空處理腔室頂部的上電極與該下電極間形成射頻電場，使被電場加速的電子等與通入處理腔室的蝕刻氣體分子發生電離衝撞，產生蝕刻氣體的等離子體與晶片進行反應。

靜電吸盤一般包含基座和設置在基座頂部的介電層。調節與基座連接的射頻功率源，來控制生成的等離子體的密度。晶片放置在高導熱陶瓷材料的介電層上，通過在介電層中埋設電極並施加直流電源，使在介電層表面產生極化電荷，並進一步在晶片表面的對應位置產生極性相反的極化電荷。因而通過在晶片和介電層之間產生的庫侖力或詹森‧拉別克(Johnsen-Rahbek)力，使晶片被牢牢地吸附在靜電吸盤上。

然而現有靜電吸盤在釋放晶片(De-chucking)時，往往會在斷開介電層上的直流電源後，因為殘餘靜電荷的引力作用，使晶片難以從靜電吸盤上取下，致使晶片在被頂起或是被抓取時破裂。

本發明的目的在於提供一種易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法，通過在靜電吸盤上設置加熱體使介電層和晶片表面溫度提高，在不增加晶片散熱時間的情況下幫助晶片快速釋放。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種易於釋放晶片的靜電吸盤，包含基座和設置在基座頂部的介電層；上述介電層上放置有晶片，在介電層與晶片之間產生有吸持固定上述晶片的靜電引力；其特徵在於：上述介電層中設置有提升上述介電層溫度的若干加熱體，來減小上述介電層與晶片之間的靜電引力。

上述介電層上設有若干分區，其中若干分區內嵌有上述加熱體。

上述若干加熱體分別與升溫電源電性連接而發熱。

與上述介電層若干分區內的加熱體分別電性連接的上述升溫電源，具有相同或不同的直流電流。

上述介電層若干分區內嵌入的加熱體，分別在上述介電層內形成相同或不同的圖形形狀。

上述介電層上由若干加熱體提升的表面溫度，在上述介電層上晶片取放的交替期間，由於斷開與上述升溫電源的電性連接，而恢復至原有工作溫度。

上述加熱體是嵌設在上述介電層內的若干鎢絲。

上述基座還與射頻功率源連接，生成與上述晶片反應的蝕刻氣體等離子體。

上述介電層是由導熱的陶瓷材料製成的。

上述介電層內還設置有電極，其與直流的電極電源電性連接，生成吸持上述晶片的靜電引力。

一種易於釋放晶片的方法，其特徵在於，包含以下步驟：

步驟1.1　切斷與上述介電層內電極電性連接的電極電源，減少上述晶片與介電層間的靜電引力；

步驟1.2　連通與上述介電層內加熱體電性連接的升溫電源，使上述介電層表面溫度提升；

步驟2.　切斷上述升溫電源，取走上述晶片。

在切斷上述升溫電源的步驟2後，還包含，在上述介電層上晶片取放的交替期間，使上述介電層提升的表面溫度，恢復至原有工作溫度的步驟。

上述晶片與介電層之間、用於吸持固定上述晶片的靜電引力，是在連通上述電極電源後產生的。

本發明提供的易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法，與現有技術相比，其優點在於：本發明由於在靜電吸盤的介電層中設置不同鎢絲結構的加熱體，並與直流的升溫電源連通，能夠使介電層和晶片的表面溫度迅速提高，同時在不增加散熱時間的情況下，有效減小介電層和晶片間的靜電引力，說明晶片快速地解吸釋放。

本發明還由於將介電層分區，並分別嵌設該不同結構鎢絲的加熱體，並使鎢絲分別與電源電流相同或不相同的直流電源連接後發熱，能夠實現對介電層上不同分區溫度的分別控制，因而在與該若干分區分別接觸的晶片區域獲得不同的晶片溫度。

以下結合附圖說明本發明的具體實施方式。

請參見圖1所示，本發明提供的一種易於釋放晶片的靜電吸盤，具體包含基座110和設置在基座110頂部的介電層120。晶片200放置在介電層120上，在介電層120與晶片200之間產生靜電引力，使基座110通過介電層120吸持來固定和支撐晶片200。

靜電吸盤設置在如等離子體處理裝置的真空處理腔室底部，其圓盤狀的基座110與射頻功率源HF連接，使在真空處理腔室內產生蝕刻氣體的等離子體與晶片200反應。調節該與基座110連接的射頻功率源HF，來控制生成的等離子體的密度。

基座110頂部的介電層120用導熱的陶瓷材料製成，其中埋設有電極140。通過在介電層120的電極140上施加直流的電極電源DC10，使在介電層120和晶片200之間形成靜電引力對晶片200進行吸持固定。

陶瓷的介電層120中還設置有若干加熱體130來提升介電層120表面的溫度，從而使介電層120上的晶片200溫度升高，幫助晶片200的解吸釋放(De-chucking)。在該加熱體130上施加直流的升溫電源DC20，使陶瓷介電層120和晶片200表面溫度升高。對正溫度係數的陶瓷材料來說，其電阻率隨溫度升高按指數關係增加，因而在電極電源DC10的電壓不變時，介電層120和晶片200之間形成的靜電引力變小，使晶片200能夠方便地從介電層120上取下。

上述加熱體130可以是嵌設在陶瓷介電層120內、形成任意幾何形狀的若干鎢絲131，其在介電層120內可設置為“米”字型(圖2)、若干圈同心圓型(圖3)或是星型(圖4)等等多種圖形。

在介電層120上設置若干分區，在該若干分區中分別嵌設上述具有不同形狀鎢絲131的加熱體130，並使加熱體130的鎢絲131分別與電源電流相同或不相同的直流升溫電源DC20連接後發熱。由於鎢絲131的形狀不同，或施加的電源電流不同，能夠實現對介電層120上不同分區溫度的分別控制，並在與該若干分區分別接觸的晶片200區域獲得不同的晶片200溫度。

為了便於理解，以下提供本發明的多種實施例說明上述介電層120中加熱體130的不同鎢絲131結構。

實施例1

請參見圖5所示，本實施例中假設晶片200的中心位置難以釋放，因而將介電層120分為同圓心設置的內側分區121和外側分區122，內側分區121設置在介電層120中間，與晶片200的中心位置接觸；外側分區122環繞內側分區121設置，與晶片200的邊緣位置接觸。

在介電層120的內側分區121中嵌設的加熱體130是“米”字型的鎢絲131；外側分區122中不設置加熱體130。將內側分區121的鎢絲131與直流的升溫電源DC20連接後，介電層120內側分區121的溫度高於外側分區122，因而晶片200中心位置的靜電引力減少，方便晶片200釋放。

實施例2

請參見圖6所示，本實施例中假設晶片200的邊緣位置難以釋放，因而與上述實施例1類似，將介電層120分為同圓心設置的內側分區121和外側分區122。

不同點在於，本實施例中在介電層120的外側分區122中嵌設加熱體130，並使分佈在介電層120邊緣位置的鎢絲131呈若干圈同心圓；介電層120內側分區121不設加熱體130。將外側分區122的鎢絲131與直流的升溫電源DC20連接後，介電層120外側分區122的溫度高於內側分區121，因而晶片200邊緣位置的靜電引力減少，方便晶片200釋放。

實施例3

請參見圖7，本實施例中，在介電層120上設置同圓心的四個分區，由介電層120外緣至圓心分別設為第一至第四分區。

在位於介電層120外緣的第一分區123中嵌設具有星型鎢絲131的加熱體130；第二分區中124的鎢絲131為若干同心圓；第三分區125不設加熱體130；中心位置的第四分區126中設“米”字型的鎢絲131。

在外緣的第一分區123上施加直流的第一升溫電源DC21；而在第二、第四分區上分別施加直流的第二升溫電源DC22。由於第一升溫電源DC21和第二升溫電源DC22通入的電流值不同，使該第一、第二、第四分區的鎢絲131具有不同的發熱效果；由於第三分區125不設加熱體130，其表面溫度低於第一、第二和第四分區；由於第二、第四分區的鎢絲131形狀不同，雖然同樣與第二升溫電源DC22連接，通入的電流相同，但是對介電層120分區的升溫效果也不同。

由上述實施例1、2、3可見，在介電層120的若干分區中，分別嵌設上述具有不同形狀鎢絲131的加熱體130，並使鎢絲131分別與電源電流相同或不相同的直流電源連接後發熱，能夠實現對介電層120上不同分區溫度的分別控制，因而在與該若干分區分別接觸的晶片200區域獲得不同的晶片200溫度。

由上述實施例還可以看到，通過在與晶片200難以釋放區域對應的介電層120分區上，連接較高直流電流值的升溫電源DC20，或是在該分區中佈置較密集形狀的鎢絲131，使該介電層120分區和晶片200表面的溫度升高，能夠有效減小介電層120和晶片200之間的靜電引力，使晶片200能夠被快速地解吸釋放而方便取下。

另外靜電吸盤通常有很大的熱質(thermal mass)，即具有很強的熱傳導能力，或是通過在靜電吸盤的基座110內設置通入氦氣的冷卻管道和使氦氣在晶片200背面流通的冷卻溝道等幫助散熱。因而只提高與晶片200接觸的介電層120上某些分區的溫度，不會對介電層120表面或晶片200整體的散熱造成過多影響。一般在晶片200釋放、被抓取、晶片200交替的短暫時間內，能夠完成對介電層120分區加熱、到介電層120溫度恢復原始工作溫度的整個加速晶片200釋放的過程。

如圖8所示，是本發明所述的靜電吸盤的介電層120，其表面溫度、靜電引力與時間變化之間的關係曲線示意圖。

對第一晶片W1蝕刻處理的過程P1中，t1為晶片200蝕刻階段；t2是晶片200釋放階段；t3是該第一晶片W1被從靜電吸盤上抓取並拿出處理腔室的階段。之後是對第二晶片W2蝕刻處理的過程P2，其中第二晶片W2被抓取放到靜電吸盤上，用時t4；t5時第二晶片W2被靜電吸盤的引力可靠固定；之後開始重複上述t1至t4的整個工藝步驟。

假設對晶片200蝕刻的正常工作溫度是20℃，在蝕刻第一晶片W1的t1期間，該溫度維持不變。

在釋放第一晶片W1的t2時，斷開電極電源DC10，並使介電層120中的加熱體130與直流的升溫電源DC20導通，在3~5秒的時間內使介電層120表面的溫度迅速提升至40℃，此時介電層120與晶片200間的靜電引力呈指數型下降，第一晶片W1被順利地解吸釋放。

之後進行晶片200交替：第一晶片W1被取走，第二晶片W2被放上靜電吸盤的介電層120；在t3開始時斷開升溫電源DC20，可以看到在該t3至t4時間段、約15秒~20秒內，介電層120的表面溫度恢復至初始的工作溫度20℃，因而不會對後續第二晶片W2的蝕刻處理產生影響。

t4結束時，重新導通電極電源DC10，在介電層120上產生靜電引力來固定第二晶片W2；t5時靜電引力恢復初始狀態，使第二晶片W2被可靠固定，開始對第二晶片W2的處理。

因此，本發明提供的易於釋放晶片的靜電吸盤結構及方法，能夠通過在靜電吸盤的介電層120中設置不同鎢絲131結構的加熱體130並與直流的升溫電源DC20連通，使介電層120和晶片200的表面溫度能迅速提高，同時在不增加散熱時間的情況下，有效減小介電層120和晶片200間的靜電引力，說明晶片200快速地解吸釋放。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。

10．．．電極電源

20．．．升溫電源

110．．．基座

120．．．介電層

121．．．內側分區

122．．．外側分區

123．．．第一分區

124．．．第二分區

125．．．第三分區

126．．．第四分區

130．．．加熱體

131．．．鎢絲

140．．．電極

200．．．晶片

圖1是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的總體結構示意圖；

圖2是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結構的示意圖；

圖3是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的另一種鎢絲結構示意圖；

圖4是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的又一種鎢絲結構示意圖；

圖5是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結構在實施例1中的示意圖；

圖6是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結構在實施例2中的示意圖；

圖7是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結構在實施例3中的示意圖；

圖8是本發明一種易於釋放晶片的靜電吸盤的介電層的溫度、靜電引力與時間變化的關係曲線示意圖。