專利名稱：加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工硅晶片加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜 電吸附作用技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法。
背景技術(shù)：
在實際的半導(dǎo)體工業(yè)化設(shè)備中大功率等離子體反應(yīng)腔的正中央承托硅晶片的圓 盤(chuck)通常由大約幾個毫米厚的陶瓷圓片粘合在一個有液體冷卻功能的合金基座上。 陶瓷圓片的總體平整度要求非常高，可達(dá)士 10 20微米；其上面會至少有一條敞開的漕 溝。當(dāng)硅晶片覆蓋后這條敞開的漕溝就變成了氣體(常用氬氣)冷卻硅晶片功能的通道， 是因為半導(dǎo)體工業(yè)化設(shè)備中使用大功率等離子體加工時會使硅晶片的表面急速升溫。氣 體(氬氣)冷卻功能通道內(nèi)的氣體壓力大致有20 30公斤，才能確保硅晶片的表面得到 均勻而快速地減溫，可以有效控制硅晶片上部的的表面溫度均勻地分布在120°C之內(nèi)，才能 保證直徑為300mm的硅晶片加工均勻度好于1 %，這是提高硅晶片加工成品率的最為關(guān)鍵 措施之一。這里是專指半導(dǎo)體硅晶片加工以金屬鋁作為連接導(dǎo)體。但是如果半導(dǎo)體硅晶片 加工以銅或其它比鋁熔點更高的金屬作為連接導(dǎo)體時(有人曾使用鐵，鎳，錳等鐵磁性金 屬)，那么半導(dǎo)體硅晶片加工的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于120°C，可達(dá)200°C，甚至400°C以上。如有 一種CVD的半導(dǎo)體加工工序會使硅晶片的表面溫度達(dá)到540°C左右。陶瓷圓片又是一種極 為優(yōu)良的絕緣體通常在常溫下對地電阻可達(dá)IO11 IO12歐姆。陶瓷圓片的電阻率對溫度非 常敏感，它將以指數(shù)的形式與溫度的升高成反比。在高溫下為了保持靜電吸附作用，要使硅 晶片仍可以覆蓋陶瓷圓片上的敞開的槽溝，有時只能提高直流高壓5000V至7000V。同時 由于陶瓷圓片在這樣的高溫下對地電阻急劇下減，其工作電流將從100 μ A至200 μ A猛增 至800 μ A至1000 μ Α。當(dāng)然這些只是特例，不在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體硅晶片加工以金屬鋁 作為連接導(dǎo)體范圍之內(nèi)。半導(dǎo)體加工用的硅晶片也是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，具有的電阻 率介于導(dǎo)體和絕緣體之間。當(dāng)硅晶片由機(jī)械手移至陶瓷圓片正上面之后在硅晶片的下半面 部立即會感應(yīng)出與陶瓷圓片上的極性反相的靜電荷；而在硅晶片的上半面部立即會感應(yīng)出 與陶瓷圓片上的極性同相的靜電荷；這二種靜電荷是極性反相的，但是由于靜電荷量是等 量的，所以硅晶片是電中性的。根據(jù)物理學(xué)上的二個極性反相點電荷是有靜電吸附作用力 的作用力的大小是與二個極性反相靜電荷量的乘結(jié)成正比而與這二個反相點電荷量的距 離的平方成反比。由于硅晶片的本身具有一定地厚度，所以在硅晶片的下半面感應(yīng)出的極 性反相靜電荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)比在硅晶片的上半面部感應(yīng)出的極性同相靜電荷離陶瓷圓片上靜電荷 的距離要小得多，故在此靜電吸附作用是起主導(dǎo)作用的。而這種靜電吸附作用力又必須大 于氣體(氬氣)冷卻功能通道內(nèi)的氣體壓力(20 30公斤)才能完成半導(dǎo)體加工硅晶片 的工序。而一旦完成半導(dǎo)體加工硅晶片的工序后，就需要消除靜電吸附作用，以便方便地取 出硅晶片，因為當(dāng)硅晶片由機(jī)械手移開陶瓷圓片正上面之前一步，必須將硅晶片由機(jī)械手 的輔助機(jī)構(gòu)頂離陶瓷圓片(5 10mm)，這樣機(jī)械手才能插入硅晶片的底部而將硅晶片移至 下一個工序，那就需要消除硅晶片與陶瓷圓片之間的靜電吸附作用，不然硅晶片將被頂破。
因為半導(dǎo)體工業(yè)對其工業(yè)化設(shè)備中每一個部件的時間衡量都是以秒為計較單位， 甚至在其控制軟件中以毫秒為計較單位。例如按常規(guī)半導(dǎo)體加工硅晶片直徑為300毫米 (12英寸)而言，如果光靠自然地消除靜電吸附作用的時間大約為20至40秒。基于現(xiàn)代化 半導(dǎo)體工業(yè)對其工業(yè)化設(shè)備的要求一是可靠；二是快速。從而提高半導(dǎo)體加工業(yè)的硅晶 片加工效益，用其行業(yè)的話是(硅晶片數(shù)/小時)；其是作為衡量半導(dǎo)體工業(yè)化設(shè)備優(yōu)良 品質(zhì)的標(biāo)志。因此，需要一種加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其能夠顯著加 快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用，從而顯著提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，對于半導(dǎo) 體加工企業(yè)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種加快半導(dǎo)體加工硅晶片 消除靜電吸附作用的方法，該方法設(shè)計獨(dú)特巧妙，能夠顯著加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜 電吸附作用，從而顯著提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，對于半導(dǎo)體加工企業(yè)具有重要的經(jīng)濟(jì) 意義，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法， 其特點是，采用中音頻高壓加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用。較佳地，所述硅晶片的直徑為300mm，所述硅晶片下面的陶瓷圓片的厚度為1至 6mm，所述中音頻高壓為0. 6KV 2. 0KV。更佳地，所述中音頻高壓由5KHz IOKHz的中音頻升壓而成。較佳地，所述半導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率逐步快 速降低，直至為零。更佳地，所述輸出功率快速地分成3 5個按10 50毫秒為計較單位的臺階組 合遞減輸出功率，直至所述輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之后，才由這個臺 階縮減為零。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明采用中音頻高壓加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電 吸附作用，從而阻止硅晶片的下半面部再次會感應(yīng)出與陶瓷圓片上的極性反相的靜電荷； 硅晶片的下半面部會感應(yīng)出與陶瓷圓片上的極性反相的不具備靜電吸附作用的中音頻電 荷，可以控制在10秒以內(nèi)，甚至5秒，設(shè)計獨(dú)特巧妙，能夠顯著加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除 靜電吸附作用，從而顯著提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，對于半導(dǎo)體加工企業(yè)具有重要的經(jīng) 濟(jì)意義，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法的示意圖，其中 1是硅晶片，2是陶瓷圓片，3是合金基座，4是射頻輸入，5是液體輸入，6是氬氣輸入，7是中 音頻高壓輸入。圖2是陶瓷圓片厚度(mm)與中音頻高壓(V)輸入的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法是采用中音頻高壓加 快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用。較佳地，所述硅晶片的直徑為300mm，所述硅晶片下面的陶瓷圓片的厚度為1至 6mm，所述中音頻高壓為1. 5KV 2. 0KV。更佳地，所述中音頻高壓由5KHz IOKHz的中音頻升壓而成。本發(fā)明采用中音頻大致在5KH至IOKHz是因為現(xiàn)代化半導(dǎo)體加工設(shè)備大功率射頻 源注入等離子加工腔之中單個的或多個的射頻源的頻譜大致在2MHz至200MHz之間，中音 頻大致只有這個射頻譜中最小的2MHz射頻頻率的二百分之一，以能夠極大地減低中音頻 與射頻相互作用而在等離子加工腔之中引起的自激震蕩的可能性，這種自激震蕩有可能將 使正在加工的硅晶片與陶瓷圓片之間放電而受損。有許多時候硅晶片與陶瓷圓片之間放電 是微放電，肉眼都很難分辨。保護(hù)了半導(dǎo)體加工設(shè)備的安全。中音頻高壓大致在0.6KV至 2. OKV之間是為了與原有的直流高壓即直接用于等離子加工腔之中使硅晶片與陶瓷圓片之 間有足夠的靜電吸附作用去克服冷卻功能通道內(nèi)的氣體壓力的電壓數(shù)相對應(yīng)。較佳地，所述半導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率逐步快 速降低，直至為零。更佳地，所述輸出功率快速地分成3 5個按10 50毫秒為計較單位的臺階組 合遞減輸出功率，直至所述輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之后，才由這個臺 階縮減為零。一般需要大約2秒鐘；例如按快速地分成5個按50毫秒為計較單位的臺階組 合遞減輸出功率，5 X 50毫秒=250毫秒。這種大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率O 12千瓦)最好避免只有一個從滿負(fù) 荷輸出功率到輸出功率為零的一個臺階；如這樣有可能損壞大功率等離子體發(fā)生器的輸出 功率放大器，因為這種大功率等離子體發(fā)生器實際上是2 200MHz的射頻功率放大器。這 種大功率射頻功率放大器輸出功率O 12千瓦)的輸出級常常有幾十個200 300瓦的 大功率場效應(yīng)管按并聯(lián)和串聯(lián)組合而成的。場效應(yīng)管中的半導(dǎo)體結(jié)極為容易被射頻功率放 大器通道中的反相自感電動勢所擊穿。用于本發(fā)明的中音頻發(fā)生器的中音頻大致為5KHz至IOKHz ；高壓大致為0. 6KV至 2. 0KV，可以直接加接在半導(dǎo)體加工用的等離子加工腔中原直流高壓注入接口處(原用于 承托硅晶片的圓盤(英文名叫chuck)；同時要將原有系統(tǒng)中的高壓(開/關(guān))的控制信號 直接加接在本方法的中音頻高壓的控制接口即可(請參見圖1)，其中F= α (AV)，F(xiàn)_靜 電吸附作用力是正比于(Δν)_電位差。用于本發(fā)明的中音頻發(fā)生器的音頻大致為5ΚΗζ至IOKHz和高壓大致為0. 6KV至 2. OKV的原因是因為5ΚΗζ至IOKHz是在音頻300Hz至20KHz的中間，不需要任何特許的電 子元件就可以構(gòu)組成理想的中音頻發(fā)生器和功率放大器；而0. 6KV至2. OKV可由音頻變壓 器將5KHz至IOKHz升壓而成。此處并不要求中音頻發(fā)生器和功率放大器的輸出都是標(biāo)準(zhǔn) 正弦波。為了電路設(shè)計的方便如類正弦波或甚至方波都可以使用。為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。實施例1硅晶片直徑為300毫米，陶瓷圓片厚度為1毫米，一旦完成半導(dǎo)體加工硅晶片的工序后，立即(大約100毫秒)注入中音頻高壓0. 6KV，其由5KHZ的中音頻升壓而成，同時，半 導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率快速地分成5個按50毫秒為計 較單位的臺階組合遞減輸出功率，直至輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之后， 才由這個臺階縮減為零，經(jīng)過10秒后，用等離子體反應(yīng)腔真空的真空度的突變判斷硅晶片 消除了靜電吸附作用。實施例2硅晶片直徑為300毫米，陶瓷圓片厚度為3毫米，一旦完成半導(dǎo)體加工硅晶片的 工序后，立即(大約100毫秒)注入中音頻高壓1. 2KV，其由7. 5KHz的中音頻升壓而成，同 時，半導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率快速地分成5個按50毫秒 為計較單位的臺階組合遞減輸出功率，直至輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之 后，才由這個臺階縮減為零，經(jīng)過10秒后，用等離子體反應(yīng)腔真空的真空度的突變判斷硅 晶片消除了靜電吸附作用。實施例3硅晶片厚度為300毫米，陶瓷圓片厚度為6毫米，一旦完成半導(dǎo)體加工硅晶片的工 序后，立即(大約100毫秒)注入中音頻高壓2. 0KV，其由IOKHz的中音頻升壓而成，同時，半 導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率快速地分成5個按50毫秒為計 較單位的臺階組合遞減輸出功率，直至輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之后， 才由這個臺階縮減為零，經(jīng)過10秒后，用等離子體反應(yīng)腔真空的真空度的突變判斷硅晶片 消除了靜電吸附作用。需要說明的是5秒需要很多因數(shù)的配合才有可能達(dá)到，如真正的等離子體反應(yīng)腔 的操作溫度和真空度，等離子體功率和密度，冷卻氣體(氬氣)的壓力等等。5秒也可理解 為并不需要硅晶片徹底消除了靜電吸附作用，只要冷卻氣體(氬氣)的壓力大過于靜電吸附 作用了就行。因為機(jī)械手的輔助機(jī)構(gòu)就可將硅晶片由陶瓷圓片(5 IOmm)頂離，這樣機(jī)械手 才能插入硅晶片的底部而將硅晶片移至下一個工序，硅晶片不會被頂破。5秒已近極限值了。一旦完成半導(dǎo)體加工硅晶片的工序后，立即(大約100毫秒)注入中音頻是為了 阻止硅晶片的下半面部再次會感應(yīng)出與陶瓷圓片上的極性反相的靜電荷；硅晶片的下半面 部會感應(yīng)出與陶瓷圓片上的極性反相的不具備靜電吸附作用的中音頻電荷。此處中音頻高 壓需用大致為0. 6KV至2. OKV是根據(jù)有幾毫米厚的陶瓷圓片的實際厚度而定的；中音頻高 壓大致為0. 6KV至2. OKV可將1至6毫米厚的陶瓷圓片中的原滯留不動的靜電荷撥動，從 而立即使陶瓷圓片失去靜電吸附作用(請參見圖2)。同時因為硅晶片和陶瓷圓片都是不 可壓縮的剛體，它們之間原有的靜電吸附作用是決定冷卻功能通道內(nèi)氣體泄漏的決定性因 素，一般在10 30毫托之間。在實際的現(xiàn)代化半導(dǎo)體工業(yè)工業(yè)化設(shè)備之中就是以等離子 體反應(yīng)腔真空表的指示來決定需要的直流高壓電壓。按現(xiàn)在正流行的半導(dǎo)體加工硅晶片直 徑為300毫米(12英寸)而言使用中音頻高壓大致為0. 6KV至2. OKV可將1至6毫米厚的 陶瓷圓片上快速縮減硅晶片靜電吸附作用的方法可以控制在10秒以內(nèi)，甚至5秒。所以在 此揭示的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，可以大力 加以推廣。綜上，本發(fā)明的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法設(shè)計獨(dú)特巧妙， 能夠顯著加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用，從而顯著提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，對于半導(dǎo)體加工企業(yè)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出 各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的 而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其特征在于，采用中音頻高 壓加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其特征在 于，所述硅晶片的直徑為300mm，所述硅晶片下面的陶瓷圓片的厚度為1至6mm，所述中音頻 高壓為0. 6KV 2. 0KV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其特征在 于，所述中音頻高壓由5KHz IOKHz的中音頻升壓而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其特征在 于，所述半導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率逐步快速降低，直至 為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，其特征在 于，所述輸出功率快速地分成3 5個按10 50毫秒為計較單位的臺階組合遞減輸出功 率，直至所述輸出功率快速縮減為滿負(fù)荷輸出功率的10%之后，才由這個臺階縮減為零。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法，這里是專指半導(dǎo)體硅晶片加工時以金屬鋁作為連接導(dǎo)體時，其采用中音頻高壓可以加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用，較佳地，硅晶片的直徑為300mm，硅晶片下面的陶瓷圓片的厚度為1至6mm，中音頻高壓為0.6KV～2.0KV，半導(dǎo)體加工硅晶片使用的大功率等離子體發(fā)生器的輸出功率逐步快速降低，直至為零。本發(fā)明的加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用的方法設(shè)計獨(dú)特巧妙，能夠顯著加快半導(dǎo)體加工硅晶片消除靜電吸附作用，從而顯著提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，對于半導(dǎo)體加工企業(yè)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
文檔編號H01L21/02GK102142360SQ20101059043
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者夏耀民 申請人:夏耀民