專利名稱：一種易于釋放晶片的靜電吸盤結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電吸盤，特別涉及一種易于釋放晶片的靜電吸盤結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造過程中，為了在作為基板的半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行淀積、蝕刻等 工藝處理，一般通過靜電吸盤(Electrostatic chuck，簡稱ESC)產(chǎn)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布，以利于晶片散熱。靜電吸盤通常設(shè)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(fā)生電離沖撞，產(chǎn)生蝕刻氣體的等離子體與晶 片進(jìn)行反應(yīng)。靜電吸盤一般包含基座和設(shè)置在基座頂部的介電層。調(diào)節(jié)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(dǎo)熱陶瓷材料的介電層上，通過在介電層 中埋設(shè)電極并施加直流電源，使在介電層表面產(chǎn)生極化電荷，并進(jìn)一步在晶片表面的對應(yīng) 位置產(chǎn)生極性相反的極化電荷。因而通過在晶片和介電層之間產(chǎn)生的庫侖力或約翰遜 拉 別克(Johnsen-Rahbek)力，使晶片被牢牢地吸附在靜電吸盤上。然而現(xiàn)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 電源后，因?yàn)闅堄囔o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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于釋放晶片的靜電吸盤結(jié)構(gòu)及方法，通過在靜電吸 盤上設(shè)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(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種易于釋放晶片的靜電吸盤，包 含基座和設(shè)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(chǎn)生有吸持固定上述晶片的靜電 引力；其特征在于，上述介電層中設(shè)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(shè)有若干分區(qū)，其中若干分區(qū)內(nèi)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(fā)熱。與上述介電層若干分區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)嵌入的加熱體，分別在上述介電層內(nèi)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，由于斷開與上述升溫電源的電性連接，而恢復(fù)至原有工作溫度。上述加熱體是嵌設(shè)在上述介電層內(nèi)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(yīng)的蝕刻氣體等離子體。上述介電層是由導(dǎo)熱的陶瓷材料制成的。上述介電層內(nèi)還設(shè)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。一種易于釋放晶片的方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1. 1切斷與上述介電層內(nèi)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(nèi)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后，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(fù)至原有工作溫度的步驟。上述晶片與介電層之間、用于吸持固定上述晶片的靜電引力，是在連通上述電極 電源后產(chǎn)生的。本發(fā)明提供的易于釋放晶片的靜電吸盤結(jié)構(gòu)及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在 于本發(fā)明由于在靜電吸盤的介電層中設(shè)置不同鎢絲結(jié)構(gòu)的加熱體，并與直流的升溫電源 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，幫助晶片快速地解吸釋放。本發(fā)明還由于將介電層分區(qū)，并分別嵌設(shè)該不同結(jié)構(gòu)鎢絲的加熱體，并使鎢絲分 別與電源電流相同或不相同的直流電源連接后發(fā)熱，能夠?qū)崿F(xiàn)對介電層上不同分區(qū)溫度的 分別控制，因而在與該若干分區(qū)分別接觸的晶片區(qū)域獲得不同的晶片溫度。


圖1是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的另一種鎢絲結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的又一種鎢絲結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結(jié)構(gòu)在實(shí)施例1中的 示意圖；圖6是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結(jié)構(gòu)在實(shí)施例2中的 示意圖；圖7是本發(fā)明一種易于釋放晶片的靜電吸盤的加熱體的鎢絲結(jié)構(gòu)在實(shí)施例3中的 示意圖；圖8是本發(fā)明一種易于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(guān)系曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。請參見圖1所示，本發(fā)明提供的一種易于釋放晶片的靜電吸盤，具體包含基座110 和設(shè)置在基座Iio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(chǎn)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(shè)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(nèi)產(chǎn)生蝕刻氣體的等離子體與晶片200反應(yīng)。調(diào) 節(jié)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?；?10頂部的介電層120用導(dǎo)熱的陶瓷材料制成，其中埋設(shè)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(jìn)行吸持固定。陶瓷的介電層120中還設(shè)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 溫度系數(shù)的陶瓷材料來說，其電阻率隨溫度升高按指數(shù)關(guān)系增加，因而在電極電源DClO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(shè)在陶瓷介電層120內(nèi)、形成任意幾何形狀的若干鎢絲 131，其在介電層120內(nèi)可設(shè)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(shè)置若干分區(qū)，在該若干分區(qū)中分別嵌設(shè)上述具有不同形狀鎢絲 131的加熱體130，并使加熱體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連接后發(fā)熱。由于鎢絲131的形狀不同，或施加的電源電流不同，能夠?qū)崿F(xiàn)對介電 層120上不同分區(qū)溫度的分別控制，并在與該若干分區(qū)分別接觸的晶片200區(qū)域獲得不同 的晶片200溫度。為了便于理解，以下提供本發(fā)明的多種實(shí)施例說明上述介電層120中加熱體130 的不同鎢絲131結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1請參見圖5所示，本實(shí)施例中假設(shè)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(shè)置的內(nèi)側(cè)分區(qū)121和外側(cè)分區(qū)122，內(nèi)側(cè)分區(qū)121設(shè)置在介電層120中間， 與晶片200的中心位置接觸；外側(cè)分區(qū)122環(huán)繞內(nèi)側(cè)分區(qū)121設(shè)置，與晶片200的邊緣位置接觸。在介電層120的內(nèi)側(cè)分區(qū)121中嵌設(shè)的加熱體130是“米”字型的鎢絲131 ；外側(cè) 分區(qū)122中不設(shè)置加熱體130。將內(nèi)側(cè)分區(qū)121的鎢絲131與直流的升溫電源DC20連接 后，介電層120內(nèi)側(cè)分區(qū)121的溫度高于外側(cè)分區(qū)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(shí)施例2請參見圖6所示，本實(shí)施例中假設(shè)晶片200的邊緣位置難以釋放，因而與上述實(shí)施 例1類似，將介電層120分為同圓心設(shè)置的內(nèi)側(cè)分區(qū)121和外側(cè)分區(qū)122。
不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例中在介電層120的外側(cè)分區(qū)122中嵌設(shè)加熱體130，并使分 布在介電層120邊緣位置的鎢絲131呈若干圈同心圓；介電層120內(nèi)側(cè)分區(qū)121不設(shè)加熱 體130。將外側(cè)分區(qū)122的鎢絲131與直流的升溫電源DC20連接后，介電層120外側(cè)分區(qū) 122的溫度高于內(nèi)側(cè)分區(qū)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(shí)施例3請參見圖7，本實(shí)施例中，在介電層120上設(shè)置同圓心的四個分區(qū)，由介電層120外 緣至圓心分別設(shè)為第一至第四分區(qū)。在位于介電層120外緣的第一分區(qū)123中嵌設(shè)具有星型鎢絲131的加熱體130 ； 第二分區(qū)中124的鎢絲131為若干同心圓；第三分區(qū)125不設(shè)加熱體130 ；中心位置的第四 分區(qū)126中設(shè)“米”字型的鎢絲131。在外緣的第一分區(qū)123上施加直流的第一升溫電源DC21 ；而在第二、第四分區(qū)上 分別施加直流的第二升溫電源DC22。由于第一升溫電源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(qū)的鎢絲131具有不同的發(fā)熱效果；由于第三分區(qū)125 不設(shè)加熱體130，其表面溫度低于第一、第二和第四分區(qū)；由于第二、第四分區(qū)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(qū)的升 溫效果也不同。由上述實(shí)施例1、2、3可見，在介電層120的若干分區(qū)中，分別嵌設(shè)上述具有不同形 狀鎢絲131的加熱體130，并使鎢絲131分別與電源電流相同或不相同的直流電源連接后發(fā) 熱，能夠?qū)崿F(xiàn)對介電層120上不同分區(qū)溫度的分別控制，因而在與該若干分區(qū)分別接觸的 晶片200區(qū)域獲得不同的晶片200溫度。由上述實(shí)施例還可以看到，通過在與晶片200難以釋放區(qū)域?qū)?yīng)的介電層120分 區(qū)上，連接較高直流電流值的升溫電源DC20，或是在該分區(qū)中布置較密集形狀的鎢絲131， 使該介電層120分區(qū)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(zhì)(thermal mass)，即具有很強(qiáng)的熱傳導(dǎo)能力，或 是通過在靜電吸盤的基座110內(nèi)設(shè)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(qū)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(nèi)，能夠完成對介電層120分區(qū)加熱、到介電層120溫度恢復(fù)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(fā)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(guān)系曲線示意圖。對第一晶片Wl蝕刻處理的過程Pl中，tl為晶片200蝕刻階段；t2是晶片200釋 放階段；t3是該第一晶片Wl被從靜電吸盤上抓取并拿出處理腔室的階段。之后是對第二 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；之后開始重復(fù)上述tl至t4的整個工藝步驟。假設(shè)對晶片200蝕刻的正常工作溫度是20°C，在蝕刻第一晶片Wl的tl期間，該溫 度維持不變。在釋放第一晶片Wl的t2時，斷開電極電源DC10，并使介電層120中的加熱體130
6與直流的升溫電源DC20導(dǎo)通，在3 5秒的時間內(nèi)使介電層120表面的溫度迅速提升至 40°C，此時介電層120與晶片200間的靜電引力呈指數(shù)型下降，第一晶片Wl被順利地解吸 釋放。之后進(jìn)行晶片200交替第一晶片Wl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(nèi)，介電層120的表面溫度恢復(fù)至初始的工作溫度20°C，因而不會對后續(xù)第二晶片W2的蝕 刻處理產(chǎn)生影響。t4結(jié)束時，重新導(dǎo)通電極電源DC10，在介電層120上產(chǎn)生靜電引力來固定第二晶 片W2 ；t5時靜電引力恢復(fù)初始狀態(tài)，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(fā)明提供的易于釋放晶片的靜電吸盤結(jié)構(gòu)及方法，能夠通過在靜電吸盤 的介電層120中設(shè)置不同鎢絲131結(jié)構(gòu)的加熱體130并與直流的升溫電源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，幫助晶片200快速地解吸釋放。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
一種易于釋放晶片的靜電吸盤，包含基座(110)和設(shè)置在基座(110)頂部的介電層(120)；所述介電層(120)上放置有晶片(200)，在介電層(120)與晶片(200)之間產(chǎn)生有吸持固定所述晶片(200)的靜電引力；其特征在于，所述介電層(120)中設(shè)置有提升所述介電層(120)溫度的若干加熱體(130)，來減小所述介電層(120)與晶片(200)之間的靜電引力。
2.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述介電層(120)上設(shè) 有若干分區(qū)，其中若干分區(qū)內(nèi)嵌有所述加熱體(130)。
3.如權(quán)利要求2所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述若干加熱體(130) 分別與升溫電源電性連接而發(fā)熱。
4.如權(quán)利要求3所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，與所述介電層(120)若 干分區(qū)內(nèi)的加熱體(130)分別電性連接的所述升溫電源，具有相同或不同的直流電流。
5.如權(quán)利要求4所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述介電層(120)若干 分區(qū)內(nèi)嵌入的加熱體(130)，分別在所述介電層(120)內(nèi)形成相同或不同的圖形形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述介電層(120)上由 若干加熱體(130)提升的表面溫度，在所述介電層(120)上晶片(200)取放的交替期間，由 于斷開與所述升溫電源的電性連接，而恢復(fù)至原有工作溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述加熱體(130)是嵌 設(shè)在所述介電層(120)內(nèi)的若干鎢絲(131)。
8.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述基座(110)還與射 頻功率源連接，生成與所述晶片(200)反應(yīng)的蝕刻氣體等離子體。
9.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述介電層(120)是由 導(dǎo)熱的陶瓷材料制成的。
10.如權(quán)利要求1所述的易于釋放晶片的靜電吸盤，其特征在于，所述介電層(120)內(nèi) 還設(shè)置有電極(140)，其與直流的電極電源電性連接，生成吸持所述晶片(200)的靜電引 力。
11.一種易于釋放晶片的方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1. 1切斷與所述介電層(120)內(nèi)電極(140)電性連接的電極電源，減少所述晶片 (200)與介電層(120)間的靜電引力；步驟1.2連通與所述介電層(120)內(nèi)加熱體(130)電性連接的升溫電源，使所述介電 層(120)表面溫度提升；步驟2.切斷所述升溫電源，取走所述晶片(200)。
12.如權(quán)利要求11所述的易于釋放晶片的方法，其特征在于，在切斷所述升溫電源的 步驟2后，還包含，在所述介電層(120)上晶片(200)取放的交替期間，使所述介電層(120) 提升的表面溫度，恢復(fù)至原有工作溫度的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的易于釋放晶片的方法，其特征在于，所述晶片(200)與介電層 (120)之間、用于吸持固定所述晶片(200)的靜電引力，是在連通所述電極電源后產(chǎn)生的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種易于釋放晶片的靜電吸盤，包含基座和設(shè)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(chǎn)生有吸持固定晶片的靜電引力；其特征在于，介電層中設(shè)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(qū)并分別嵌設(shè)不同鎢絲結(jié)構(gòu)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后發(fā)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，幫助晶片快速地解吸釋放；介電層分區(qū)的設(shè)置，還能夠?qū)崿F(xiàn)對不同分區(qū)溫度的分別控制，因而在與該若干分區(qū)分別接觸的晶片區(qū)域獲得不同的晶片溫度。
文檔編號H01L21/00GK101916738SQ20101022223
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者凱文·皮爾斯 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司