施加单相方波交流吸附电压时通过使用力延迟在具有微加工表面的J-R静电吸盘上吸附和释放半导体晶圆制造技术

本发明专利技术旨在提供使用单相方波交流吸附电压将晶圆吸附到Ｊ－Ｒ静电吸盘的方法和系统。该方法包括为Ｊ－Ｒ静电吸盘确定单相方波吸附电压，其中，所述确定至少部分地基于与晶圆和静电吸盘以及泄漏电介质层的表面形态相关的最小剩余吸附力。将晶圆放置在静电吸盘上；并向静电吸盘施加所确定的吸附电压，这样，便以静电的方式将晶圆吸附到静电吸盘，在单相方波吸附电压的极性转换过程中，至少保持所述的最小剩余吸附力。确定表面形态的操作包含确定晶圆和静电吸盘之间的第一间隙和第二间隙以及岛面积比，其中，分别与所述第一间隙和第二间隙相关的ＲＣ时间常数之间存在差异，使得在所述极性转换过程中保持了至少最小的剩余吸附力。当去掉方波吸附电压时，释放时间大幅减少，该释放时间对应于方波吸附电压的脉宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体加工系统，更具体地说，涉及通过施加单相方波交流吸附电压将晶圆吸附到Johnsen-Rahbek静电吸盘的方法和系统。
技术介绍
静电吸盘(ESC)已在蚀刻、CVD和离子注入等基于等离子体或基于真空的半导体工艺中有了很长时间的应用。已经证明，ESC的性能(包括非边缘排斥(non-edge exclusion)和晶圆温度控制)在加工硅晶圆之类的半导体衬底或晶圆的过程中很有价值。例如，典型的ESC包括设置在导电电极上的电介质层，其中，半导体晶圆放置在ESC的表面上(例如，晶圆放置在电介质层的表面上)。在半导体加工过程(如等离子体加工)中，通常在晶圆和电极之间施加吸附电压，其中，由静电力将晶圆吸附在吸盘表面上。此外，可以通过引入氦气之类的气体和在晶圆与电介质层之间施加反压力对晶圆进行冷却。然后，通过调节晶圆和电介质层之间的反压力，可以控制晶圆的温度。然而，在许多ESC应用中，将晶圆从吸盘表面释放或分开是人们所关心的问题。例如，在关掉吸附电压后，晶圆通常在吸盘表面“粘附”相当长时间，但是，不能通过通常的晶圆提升机构(如伸出ESC来将晶圆从电介质层表面升起的支杆)来释放晶圆，且该晶圆释放问题会降低总处理能力。人们相信，当吸附电压激发的剩余电荷保留在电介质层或晶圆表面上从而导致不希望的电场和吸附力时，便出现了晶圆释放问题。根据电荷迁移模型，吸附过程中的电荷迁移和累积造成了剩余电荷，其中，电荷在电介质表面和/或晶圆背面(例如，当晶圆表面包含绝缘层时)上累积。例如，可以用RC时间常数来描述充电/放电时间，这些时间通常分别与吸附或释放晶圆所需的时间对应。该时间常数由电介质层的体积电阻和晶圆与电介质表面之间的间隙电容确定，即RC=RdieCgap=ρ(dielectric)ϵ0ϵrd(dielectric)gap---(1)]]>其中Rdie是电介质层的电阻，Cgap是晶圆与吸盘表面之间的间隙电容，ρ(dielectric)是电介质层的体积电阻率，ε0是自由空间介电常数，而εr是间隙的介电常数，d(dielectric)是电介质层的厚度，而gap(间隙)是电介质和晶圆表面之间的距离。例如，对于典型的平板ESC，如果我们假设ρ(dielectric)＝1015Ω-cm，ε0＝8.85×10-14F/cm，εr＝1，d(dielectric)＝0.2mm，gap＝3μm，则我们发现RC＝5900秒。这是相当长的充/放电时间，意味着如果吸附超过5900秒，则释放时间也将持续约5900秒。之前已公开了多种用于减少在使用ESC时遇到的晶圆释放问题(时间)的技术。例如，一种传统的技术包括在将晶圆从ESC上释放之前施加反向电压，以消除剩余吸引力。然而，该反向电压通常是吸附电压的1.5至2倍，且通常释放时间仍然很长。另一种传统技术包括提供低频正弦交流电压，以产生幅值和相位受控的正弦波场。然而，这样的低频正弦交流电压通常提供了较小的吸附力，同时剩余吸附时间仍然较长。还开发了Johnsen-Rahbek(J-R)效应类型的ESC来使释放问题(时间)变得最小，其中，有意地使用“漏”电介质层，以能更快地将剩余电荷放电完。例如，如果通过利用公式(1)和以上条件能将电介质的电阻率Rdie控制到约为109Ω-cm，则可以将吸附/释放时间减少到约为0.0059秒。例如，已发现J-R型ESC对于将裸硅晶圆的释放问题的影响最小化是有效的。然而，试验和模型均表明，对于有背面绝缘体的晶圆，释放问题仍很突出。对于有背面绝缘体的晶圆，典型的释放时间一般为5至50秒之间，这至少部分地取决于该背面绝缘体的厚度、体积电阻率和吸盘的表面条件。例如，图1的图表10示出了现有技术的典型J-R型ESC的释放时间(RC时间常数)与背面绝缘层厚度的关系曲线。图表10示出了晶圆和电介质之间的示范性的1μm间隙(曲线15)和4.5μm间隙(曲线20)。可以看出，例如，对于变化的间隙，当背面绝缘层约为2k时，一般释放时间处于约4至20秒的范围内。当加工时间和处理能力成为关心的因素时，这种大晶圆的释放时间会造成相当高的代价。通常，电荷迁移和累积到晶圆的背面绝缘体至少部分地导致了J-R型ESC中的晶圆释放问题。如公式(1)所示，可以用充/放电时间常数来描述释放时间，且释放时间通常与ESC的吸附时间成正比。然而，似乎当前尚不存在针对用于有背面绝缘体的Si晶圆的J-R型ESC的释放问题的可接受的解决方案。因此，本领域需要用于J-R型ESC的改进的吸附和释放系统以及方法，该系统和方法同时考虑了具有背面绝缘体的半导体晶圆和ESC的物理和电特性。
技术实现思路
以下是对本专利技术的简要概述，以让读者对本专利技术的几个方面有基本的理解。概述不是对本专利技术的详尽综述，并不试图确定本专利技术的重要或关键因素，也不试图界定本专利技术的范围。其目的是在后面提供的更详细的说明之前简述本专利技术的某些概念。在本专利技术中，通过将单相方波交流电压施加于Johnsen-Rahbek(J-R)静电吸盘(ESC)来吸附和释放有背面绝缘层的半导体晶圆，解决了现有技术中存在的难题，其中，例如，方波电压的极性至少部分地基于ESC的表面形态和与之相关的最小剩余吸附力来确定和控制。与各种传统的静电吸盘相比，本专利技术采用了相对简单和便宜的设备。与某些试图尽可能快地除去剩余电荷的传统技术不同，本专利技术的方法和系统通常设计成首先防止剩余电荷的生成。根据本专利技术的一个示范性方面，所述方法称为“力延迟”，其中包括对施加到J-R型ESC的方波单相交流吸附电压之确定。通过调整所施加电压的脉宽和脉幅并调整ESC的表面形态，可以使释放时间为最小。可以采用微加工的J-R型ESC，其中，在晶圆和ESC之间采用了间隙差异(gap differential)，对ESC的表面形态进行精确的控制和调整，且一般允许对吸附电压的波形进行精确地确定。根据本专利技术的另一示范性方面，将吸附电压关掉后，几乎可以立即释放晶圆，而这至少部分是由于吸附过程中脉宽足够短而在很大程度上防止了电荷迁移和累积到电介质前表面和/或晶圆的后表面的缘故。根据本专利技术的另一示范性方面，ESC可以包括各种类型的电极图案，例如，可以包括用于等离子体环境系统的简单单极结构或用于真空环境系统的简单D形双极结构。此外，本专利技术不需要复杂的电极图案或复杂的信号定时控制电子装置。为实现前述和相关的目的，本专利技术包括在以下得到完全说明的并在权利要求中具体指出的特征。以下的描述和附图详细阐明了本专利技术特定的说明性实施例。然而，这些实施例仅仅是应用本专利技术原理的各种方案中的一些方案。可以参照附图从本专利技术的以下详细说明中清楚地看出本专利技术的其他目的、优点和新颖特征。附图说明图1示出了示范性的释放时间与背面绝缘体厚度的关系曲线，该曲线用于现有技术的J-R型静电吸盘。图2是根据本专利技术一个方面的示范性J-R静电吸盘的系统级框图。图3是根据本专利技术另一个方面的示范性ESC的局部横截面图，该ESC包括粗糙的泄漏电介质层。图4是根据本专利技术另一个方面的示范性ESC的平面图，该ESC包括经微加工的泄漏电介质层。图5是根据本专利技术另一个方面的示范性ESC的局部横截面图，该ESC包括经微加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将具有背面绝缘层的半导体晶圆吸附到具有泄漏电介质层的Ｊ－Ｒ静电吸盘的方法，所述方法包括：为所述静电吸盘确定单相方波吸附电压，其中，所述确定操作至少部分地基于与所述晶圆和所述静电吸盘以及所述泄漏电介质层的表面形态相关的最小剩余吸附 力；将所述晶圆放置在所述静电吸盘上；以及将所确定的单相方波吸附电压施加到所述静电吸盘，从而以静电方式将所述晶圆吸附到所述静电吸盘，其中，在单相方波吸附电压的极性发生转换期间，至少维持所述最小剩余吸附力，使得所述晶圆保持被吸附 在所述静电吸盘上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-9-12 10/661,1801.一种将具有背面绝缘层的半导体晶圆吸附到具有泄漏电介质层的J-R静电吸盘的方法，所述方法包括为所述静电吸盘确定单相方波吸附电压，其中，所述确定操作至少部分地基于与所述晶圆和所述静电吸盘以及所述泄漏电介质层的表面形态相关的最小剩余吸附力；将所述晶圆放置在所述静电吸盘上；以及将所确定的单相方波吸附电压施加到所述静电吸盘，从而以静电方式将所述晶圆吸附到所述静电吸盘，其中，在单相方波吸附电压的极性发生转换期间，至少维持所述最小剩余吸附力，使得所述晶圆保持被吸附在所述静电吸盘上。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述泄漏电介质层的表面形态包含处于所述晶圆和所述静电吸盘之间的第一间隙和第二间隙，其中RC时间常数与各自的第一和第二间隙有关，且与所述第一和第二间隙相关的所述RC时间常数之间的差异达到这样的程度，使得在所确定的单相方波吸附电压的极性发生转换期间，至少维持所述最小剩余吸附力。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二间隙与所述泄漏电介质层的自然表面粗糙度有关，且所述第一间隙大于所述第二间隙。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一间隙至少为所述第二间隙的两倍。5.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一间隙至少为所述第二间隙的三倍。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一间隙约为4微米，而所述第二间隙约为1微米。7.如权利要求3所述的方法，其中，通过对所述泄漏电介质层进行传统加工或微加工在所述泄漏电介质层内形成所述第一间隙。8.如权利要求2所述的方法，其中，确定所述单相方波吸附电压包括确定由脉宽和脉幅定义的波形，其中所述波形是与各自的第一间隙和第二间隙相关的RC时间常数的函数。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述脉幅确定成这样，在所述晶圆和所述静电吸盘之间至少提供所述最小剩余吸附力。10.如权利要求8所述的方法，其中，所确定的单相方波吸附电压的脉幅约小于+/-300伏。11.如权利要求8所述的方法，还包括断开所确定的单相方波吸附电压，从而将所述晶圆从所述静电吸盘上释放，其中释放时间与所确定波形的脉宽有关。12.如权利要求11所述的方法，其中，所确定波形的脉宽比要求的释放时间短，且所述释放时间满足处理能力要求。13.如权利要求11所述的方法，其中，所确定波形的脉冲短于约1秒。14.如权利要求1所述的方法，还包括确定所述泄漏电介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦舒，P克雷曼，
申请(专利权)人：艾克塞利斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]