靜電抓持方法及設(shè)備的制造方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及以靜電方式將電介質(zhì)晶片(工件)抓持于加工工作臺的方法和設(shè)備，典型地適合在等離子加工設(shè)備中使用?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]等離子蝕刻和淀積工藝依賴于將晶片溫度維持在允許范圍內(nèi)。通過將晶片抓持于支撐工作臺實現(xiàn)晶片溫度控制，支撐工作臺的溫度則使用冷卻液維持。淀積工藝通常使用50°C?500°C范圍內(nèi)的晶片溫度；蝕刻工藝通常使用-100°C?+250°C。理想的是，在溫度穩(wěn)定之后，將晶片保持在目標(biāo)溫度的幾度范圍內(nèi)。加工期間，通過以離子轟擊和/或化學(xué)反應(yīng)(尤其是在蝕刻加工過程中)的形式進(jìn)行等離子處理，將能量施加于晶片的正面。加工期間，熱量可以從工作臺流向晶片，或者從晶片流向工作臺，蝕刻中以晶片冷卻更為常見，以及，在淀積工藝中一般來說進(jìn)行晶片加熱。對于給定的最大晶片溫度，通過改善晶片與工作臺之間的熱接觸，減少了溫度穩(wěn)定時間，并且增大了指向工作臺的最大熱通量。這二者都有效地幫助提高晶片的生產(chǎn)量。更好的熱接觸還減少了因其它工藝變化所導(dǎo)致的晶片溫度變化，有利于改進(jìn)工藝的可重復(fù)性。[0003]這些工藝通常在減壓下運轉(zhuǎn)，對于等離子蝕刻是0.1?100帕，以及，對于等離子淀積是100?1000帕?；着c支撐工作臺之間的傳熱通常以傳導(dǎo)和輻射為特征，如公式I中所述:[0004]H=h(Twafer-Ttable)+e12ssb(Twafer4_Ttable4)Wm2(I)[0005]其中:[0006]HWm_2是晶片與工作臺之間的熱通量[0007]TwafCTK是晶片溫度[0008]TtableK是工作臺溫度[0009]hWHT2IT1是線性傳導(dǎo)傳熱系數(shù)[0010]e12是一對表面的輻射傳熱的有效輻射系數(shù)[0011]ssbWIrT2KT4是Stefan-Boltzmann常數(shù)[0012]已知的是，傳熱系數(shù)取決于表面之間的間隙、表面之間氣體的壓力及性質(zhì)、以及調(diào)適系數(shù)(accommodat1ncoefficient)，該調(diào)適系數(shù)描述與各表面進(jìn)行接觸的氣體顆粒與該表面達(dá)到熱平衡的程度。通過提高晶片與工作臺之間的壓力(一般是由將晶片抓持于工作臺的操作帶來的)，實現(xiàn)了傳熱系數(shù)的增大。通常在晶片背側(cè)使用100?3000帕范圍內(nèi)的氦氣壓力，用于在半導(dǎo)體加工中進(jìn)行熱傳導(dǎo)，這已知為“氦氣背側(cè)冷卻法”。[0013]當(dāng)背側(cè)壓力升到加工壓力以上時，必須將晶片抓持于工作臺。可以采用機(jī)械抓持，但受限于與基底正面接觸的允許面積、以及基底撓性。還存在產(chǎn)生顆粒的缺點，因此，不適宜用于大規(guī)模生產(chǎn)。半導(dǎo)體晶片的靜電抓持已經(jīng)成為更加常規(guī)的技術(shù)，尤其在等離子蝕刻方面。許多文獻(xiàn)都披露了這項技術(shù)，例如，US5，103,367；GAWardlyRevSciInstruments44(10)pp1506-1509(1973)；US6，297，274。靜電抓持器或“抓盤”經(jīng)?？s寫為ESC。[0014]ESC(靜電抓持器)抓持力具有隨時間減小的趨勢，據(jù)信起因是:ESC(靜電抓持器)內(nèi)的電荷迀移，或者，在通常位于靜電抓持器頂部的絕緣層表面上的電荷聚集。通常通過下述方式處理此情況:只要有措施在電壓反轉(zhuǎn)期間保持晶片，在加工期間，使從晶片到晶片的充電電壓反轉(zhuǎn)，或者使抓持電壓反轉(zhuǎn)。一種這樣的方法由Kellerman提出(US6947274B2)，利用晶片的慣性(inertia)作為有關(guān)電壓反轉(zhuǎn)時機(jī)的準(zhǔn)則:在晶片的背側(cè)壓力已導(dǎo)致其加速離開太遠(yuǎn)以致不能被再次俘獲之前，重新施加該電壓。此方法的缺點在于要求相對快速的切換，并且增大了在任意切換過渡時晶片突然離開(poppingoff)的風(fēng)險。另一方法是使用具有獨立電壓控制的多個區(qū)，使得一些區(qū)保持晶片，同時使一個區(qū)切換。此方法的缺點是需要多個電源和電壓引線。_5]需要解決的問題[0016]絕緣材料的抓持比導(dǎo)體或半導(dǎo)體更加困難。其依賴于晶片電介質(zhì)材料的感應(yīng)極化，使用嵌置在絕緣介質(zhì)中的緊密排列的或“交錯”導(dǎo)電電極(US5838529)。抓持該晶片所要求的電壓通常明顯高于非絕緣型晶片，否則，抓持力更有限。靜電抓持器導(dǎo)體通常覆蓋有絕緣層，該絕緣層容易因電擊穿而受損。這些因素共同作用限制了能夠為提高熱傳導(dǎo)而在晶片下施加的最大壓力。[0017]對絕緣晶片上的非絕緣層進(jìn)行蝕刻時也有問題。當(dāng)存在非絕緣層時，靜電抓持器電極可以使電荷在非絕緣層內(nèi)部移置，相比于僅僅通過極化電荷分離所能獲得的力，這樣增強(qiáng)了抓持力。隨著該層被蝕刻，失去了附加的抓持力，或者使熱傳導(dǎo)減小，或者靜電抓持完全失去?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0018]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種在等離子加工期間以靜電方式將電介質(zhì)晶片抓持于加工工作臺的方法，該工作臺具有嵌置于其中的交錯電極，本方法包括將具有相反的第一極性和第二極性的各切換電壓施加于相鄰的電極，其中，以與相應(yīng)下方的電極相反的極性，在晶片中感應(yīng)極化電荷，從而以靜電方式將晶片抓持于工作臺；以及，在預(yù)定時間(tm)之后，將電壓的極性反轉(zhuǎn)，使得極化電荷以及靜電抓持作用持續(xù)，其特征在于:[0019]i)各第一極性和第二極性的接通時間(tj預(yù)先選擇為[0020]a)大于時間(T1),要求時間(T1)以在晶片中產(chǎn)生足夠極化電荷，使得撤銷抓持電壓之后，具有所要求的壓力，保持晶片至少2秒鐘，[0021]b)小于時間(T2)，時間(T2)是在有穩(wěn)定電壓和等離子體的情況下使晶片按第一預(yù)定量與工作臺分離所用的時間，以及[0022]c)小于時間(T3)，時間(T3)是在所施加電壓已施加之后沒有等離子體的情況下使晶片按第二預(yù)定量與基底分離所用的時間；以及，在于[0023]ii)第一極性與第二極性之間切換所用的時間(ts)小于時間(T1)并且小于2秒。[0024]本發(fā)明還提供等離子加工設(shè)備，包括:等離子體發(fā)生室，在其內(nèi)部設(shè)置加工工作臺，該加工工作臺具有嵌入式交錯電極，并且，在使用中將電介質(zhì)晶片布置于該加工工作臺上；電壓源，其與交錯電極相聯(lián)結(jié)；以及控制系統(tǒng)，程序設(shè)定為控制電壓源，以將具有相反的第一極性和第二極性的各切換電壓施加于相鄰的電極，其中，以與相應(yīng)下方的電極相反的極性，在晶片中感應(yīng)極化電荷，從而將晶片以靜電方式抓持于該工作臺，以及，在預(yù)定時間(tm)之后，使電壓的極性反轉(zhuǎn)成第二極性，使得極化電荷以及靜電抓持作用持續(xù)，其特征在于:[0025]i)各第一極性和第二極性的接通時間(tj預(yù)先選擇為[0026]a)大于時間(T1),要求時間(T1)以在晶片中產(chǎn)生足夠極化電荷，使得撤銷抓持電壓之后，具有所要求的壓力，保持晶片至少2秒鐘，[0027]b)小于時間(T2)，時間(T2)是在有穩(wěn)定電壓和等離子體的情況下使晶片按第一預(yù)定量與工作臺分離所用的時間，以及[0028]c)小于時間(T3)，時間(T3)是在所施加電壓已施加之后沒有等離子體的情況下使晶片按第二預(yù)定量與基底分離所用的時間；以及，在于[0029]ii)第一極性與第二極性之間切換所用時間(ts)小于時間(T1)并且小于2秒。[0030]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種在適合由根據(jù)本發(fā)明等離子加工設(shè)備的控制系統(tǒng)使用的記錄介質(zhì)上生成并存儲指令的方法，本方法包括:將具有相反的第一極性和第二極性的相應(yīng)切換電壓施加于相鄰電極，其中，以與各自下方的電極相反的極性，在晶片中感應(yīng)極化電荷，從而，以靜電方式將晶片抓持于該基底；以及，在預(yù)定時間(tj之后，使電壓的極性反轉(zhuǎn)，使得極化電荷以及靜電抓持作用持續(xù)，其特征在于:[0031]i)各第一極性和第二極性的接通時間(tj預(yù)先選擇為[0032]a)大于時間(T1),要求時間(T1)以在晶片中產(chǎn)生足夠極化電荷，使得撤銷抓持電壓之后，具有所要求的壓力，保持晶片至少2秒鐘，[0033]b)小于時間(T2)，時間(T2)是在有穩(wěn)定電壓和等離子體的情況下使晶片按第一預(yù)定量與工作臺分離所用的時間，以及[0034]c)小于時間(T3)，時間(T3)是在所施加電壓已施加之后沒有等離子體的情況下使晶片按第二預(yù)定量與基底分離所用的時間；以及，在于[0035]ii)第一極性與第二極性之間切換所用時間(ts)小于時間(T1)并且小于2秒。[0036]本申請發(fā)明人對電荷迀移所涉及過程進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查研宄，并發(fā)現(xiàn)能實現(xiàn)更為有效的電壓切換過程，該電壓切換過程可預(yù)先規(guī)定，并且，利用了當(dāng)前第1頁1 2 3 4