在静电吸盘上吸附半导体晶圆的系统及方法技术方案

本发明专利技术旨在于提供一种利用单相方波交流吸附电压将晶圆吸附到静电吸盘上的方法。该方法包含确定用于静电吸盘的单相方波吸附电压，其中的确定操作至少部分地基于晶圆的惯性响应时间。晶圆被放到静电吸盘上，其中静电吸盘和晶圆之间的间隙被限定。接着被施加已确定的单相方波吸附电压，其中晶圆通常在预定的距离内被吸附到静电吸盘上，且通常不让静电电荷量被积累，从而使晶圆的快速释放成为可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体处理系统，具体涉及通过施加单相方波交流吸附电压将晶圆吸附到静电吸盘上的方法。
技术介绍
静电吸盘(ESC)已经在很长时间内被用于基于等离子体的或基于真空的半导体处理过程(例如蚀刻、CVD和离子注入等)。ESC的性能(包括非边缘排斥和晶圆温度控制)已证实在处理半导体衬底或晶圆(如硅片)时是非常有用的。例如，典型的ESC包含位于导电电极上的电介质层，其中半导体晶圆被置于ESC的表面(例如晶圆被置于电介质层表面)。在半导体处理期间(例如等离子体处理)，吸附电压通常被施加于晶圆和电极之间，其中晶圆通过静电力被吸附于吸盘表面。此外，通过注入气体(如氦)并可在晶圆和电介质层之间施加反压力而使晶圆冷却。接着通过调节晶圆和电介质层之间的反压力而使晶圆的温度可控。然而，从吸盘表面释放或松开晶圆是许多ESC应用中关注的事情。例如，在切断吸附电压之后，在相当长的一段时间内，晶圆通常“粘”在吸盘表面，其中晶圆不能通过典型的晶圆提升机构(如可用来将晶圆从电介质层表面提升的、伸进ESC的支杆)被移去。这种晶圆难以释放的问题可降低过程的总处理能力。一般认为当由吸附电压引起的剩余电荷保留在电介质层或晶圆表面时，就会发生晶圆难以释放的问题，在晶圆表面产生不希望有的电场和吸附力。按照电荷迁移模式，剩余电荷由吸附期间的电荷迁移和积累造成，其中电荷在电介质表面和/或晶圆背侧(例如当晶圆表面包含绝缘层时)积累。例如，RC时间常数可用来表示充电/放电时间的特征，所述的充电/放电时间分别与吸附或释放晶圆通常所需要的时间量相对应。这个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的乘积来确定，即，RC=RdleCgap=ρ(dielectric)ϵ0ϵ1d(dielectric)gap...(1)]]>其中Rdie为电介质层的电阻，Cgap为晶圆和吸盘表面之间的间隙电容，ρ(dielectric)为电介质层的体积电阻率，ε0为自由空间介电常数，εr为间隙的介电常数，d(dielectric)为电介质层的厚度，以及gap为电介质和晶圆表面之间的距离。例如，对于典型的平板ESC，如果假定ρ(dielectric)＝1015Ω-cm、ε0＝8.85×10-14F/cm、εr＝1、d(dielectric)＝0.2mm以及gap＝3μm，则会发现RC＝5900秒。这是一个相当长的充电/放电时间，这意味着如果吸附时间超过5900秒，则释放时间还将持续大约5900秒。各种用于减少在使用ESC时遇到的晶圆释放问题的技术之前已经被公开。例如，一种传统的技术包括在将晶圆从ESC移开之前施加反向电压，于此除去剩余的吸引力。然而，这个反向电压通常是吸附电压的1.5到2倍，并且释放时间通常仍然非常大。另一种传统技术涉及为了产生振幅和相位受控的正弦波场而提供低频正弦波交流电压。然而，这样的低频正弦波交流电压通常提供了较低的吸附力以及相当长的剩余夹紧时间。其它的用于释放晶圆的传统技术包括确定加于电极的相反极性的直流驱动电压的值，以取消剩余静电电荷的保持效果而使晶圆释放，。然而，一般这种技术包括十分复杂的计时电路，并且似乎并未优化晶圆的惯性效应、来自冷却气体的反压力或静电吸盘的整个RC时间常数。因此，本领域存在针对晶圆惯性效应以及静电吸盘的物理和电学特性作了优化的吸附和释放系统及方法的需求。
技术实现思路
为了对本专利技术的若干方面提供一个基本了解，下面给出了本专利技术的概述，它不是对本专利技术的全面综述。其目的既不是为了辨别本专利技术关键的或重要的单元也不是为了描绘本专利技术的范围，而在于以简明的形式提出本专利技术的若干概念作为后面更详细描述的序言。本专利技术中通过将单相方波交流电压施加于静电吸盘(ESC)而克服了现有技术所面临的难题，其中比如方波电压的极性被转换得快于被夹紧的半导体晶圆的惯性响应时间。与各种传统静电吸盘相比，本专利技术使用了相对简单和便宜的装置。与一些试图尽可能快地去除剩余电荷的传统技术相反，本专利技术的方法和系统通常首先设计成可阻止剩余电荷的生成。该方法被称为“晶圆惯性限制”，使用了可施加于单极或多极电极ESC的方波单相交流吸附电压。还可通过调节所施加电压的脉冲宽度和脉冲上升时间而将释放时间减至最小。按照本专利技术的一个方面，该方法可用于平板ESC以及基于MEMS的ESC，其中半导体晶圆通过晶圆惯性限制机构而被吸附和释放。通过控制比如单相方波交流信号的上升时间、脉冲宽度和脉冲重复频率(prf)这些参数，由于、至少部分由于电压转换期间晶圆的惯性质量而使半导体晶圆容易被吸附。此外，按照本专利技术的另一示范性层面，在吸附电压切断之后，晶圆几乎能够被同时释放，这至少部分是由于在吸附期间脉冲宽度被缩减得足够短，从而极大地阻止了电荷迁移和积累到电介质前表面和/或晶圆背侧。按照本专利技术的又一示范性层面，ESC可包含各种类型的电极样式，包括比如用于等离子体环境系统的简单的单极结构或用于真空环境系统的简单的L形双极结构。此外，本专利技术不需要复杂的电极样式或复杂的信号定时控制电子部件。为了完成前述的以及相关的目的，本专利技术包含在下文中全面描述的以及在权利要求中特别指出的特征。下面的描述和附图详细描述了本专利技术的某些说明性的实施例。然而，这些实施例是其中本专利技术的原则可被利用的几种不同的方式的表示。通过下面结合附图对本专利技术的详细描述，本专利技术的其它目的、优点和新颖性将变得显而易见。附图说明图1是本专利技术一个层面的示范性静电吸盘的系统级框图。图2A-2D是说明本专利技术另一层面的、示范性的传统ESC的、作为时间函数的吸附电压、晶圆位置、速度和加速度的波形曲线图。图3说明了本专利技术又一示范性层面的基于MEMS的ESC。图4A-4D是说明本专利技术另一示范性层面的、基于MEMS的ESC的、作为时间函数的吸附电压、晶圆位置、速度和加速度的波形曲线图。图5说明了本专利技术另一示范性层面的、用于吸附和释放晶圆的方法。具体实施例方式本专利技术之目的在于利用静电吸盘(ESC)来吸附和释放晶圆的系统和方法。因此，现在将参考附图对本专利技术进行描述，图中的相同附图标记用来指相同的部分。应当理解，这些描述仅仅是说明性的而不应当理解为限制性的。出于解释之目的，以下描述了许多特定的细节以让读者对本专利技术有全面的了解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，没有这些特定细节也可实现本专利技术。本专利技术通过提供吸附和释放晶圆(如半导体衬底)的系统和方法克服了现有技术所面临的挑战，其中预定的方波电压被施加于静电吸盘，于此选择性地将晶圆吸附其上。按照本专利技术的一个示范性层面，预定的方波电压与晶圆的惯性特性、静电吸盘的电学特性以及与晶圆和ESC之间的冷却气体关联的背侧压力有密切关系。现在参见附图，图1说明的是示范性吸附系统100的框图，其中吸附系统包含用于选择性地将晶圆吸附的静电吸盘105。例如，可操作电压源115以选择性地为ESC105提供电位V，其中该电位可用来选择性地以静电方式将晶圆相对于ESC的电介质层125表面吸附和释放。按照本专利技术的一个示范性层面，电压源115可用来为ESC105提供单相方波交流吸附电压V。正如下文将讨论的，例如，提供单相方波交流吸附电压V，可将晶圆110的释放时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将半导体晶圆吸附到静电吸盘上的方法，包含：确定用于静电吸盘的单相方波吸附电压，其中所述确定至少部分地基于所述晶圆的惯性响应时间；将所述晶圆放到所述静电吸盘上，其中所述晶圆和所述静电吸盘之间的间隙被限定；将已确定单 相方波吸附电压施加于所述静电吸盘，以将所述晶圆静电吸附到所述静电吸盘上；以及切断所述已确定单相方波吸附电压，从所述静电吸盘释放所述晶圆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P凯勒曼，S秦，W迪韦尔吉利奥，
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]