專利名稱：施加單相方波交流吸附電壓時(shí)通過(guò)使用力延遲在具有微加工表面的j－r靜電吸盤上吸附 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體加工系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及通過(guò)施加單相方波交流吸附電壓將晶圓吸附到Johnsen-Rahbek靜電吸盤的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
靜電吸盤(ESC)已在蝕刻、CVD和離子注入等基于等離子體或基于真空的半導(dǎo)體工藝中有了很長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用。已經(jīng)證明，ESC的性能(包括非邊緣排斥(non-edge exclusion)和晶圓溫度控制)在加工硅晶圓之類的半導(dǎo)體襯底或晶圓的過(guò)程中很有價(jià)值。例如，典型的ESC包括設(shè)置在導(dǎo)電電極上的電介質(zhì)層，其中，半導(dǎo)體晶圓放置在ESC的表面上(例如，晶圓放置在電介質(zhì)層的表面上)。在半導(dǎo)體加工過(guò)程(如等離子體加工)中，通常在晶圓和電極之間施加吸附電壓，其中，由靜電力將晶圓吸附在吸盤表面上。此外，可以通過(guò)引入氦氣之類的氣體和在晶圓與電介質(zhì)層之間施加反壓力對(duì)晶圓進(jìn)行冷卻。然后，通過(guò)調(diào)節(jié)晶圓和電介質(zhì)層之間的反壓力，可以控制晶圓的溫度。
然而，在許多ESC應(yīng)用中，將晶圓從吸盤表面釋放或分開(kāi)是人們所關(guān)心的問(wèn)題。例如，在關(guān)掉吸附電壓后，晶圓通常在吸盤表面“粘附”相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，但是，不能通過(guò)通常的晶圓提升機(jī)構(gòu)(如伸出ESC來(lái)將晶圓從電介質(zhì)層表面升起的支桿)來(lái)釋放晶圓，且該晶圓釋放問(wèn)題會(huì)降低總處理能力。人們相信，當(dāng)吸附電壓激發(fā)的剩余電荷保留在電介質(zhì)層或晶圓表面上從而導(dǎo)致不希望的電場(chǎng)和吸附力時(shí)，便出現(xiàn)了晶圓釋放問(wèn)題。根據(jù)電荷遷移模型，吸附過(guò)程中的電荷遷移和累積造成了剩余電荷，其中，電荷在電介質(zhì)表面和/或晶圓背面(例如，當(dāng)晶圓表面包含絕緣層時(shí))上累積。
例如，可以用RC時(shí)間常數(shù)來(lái)描述充電/放電時(shí)間，這些時(shí)間通常分別與吸附或釋放晶圓所需的時(shí)間對(duì)應(yīng)。該時(shí)間常數(shù)由電介質(zhì)層的體積電阻和晶圓與電介質(zhì)表面之間的間隙電容確定，即RC=RdieCgap=ρ(dielectric)ϵ0ϵrd(dielectric)gap---(1)]]>其中Rdie是電介質(zhì)層的電阻，Cgap是晶圓與吸盤表面之間的間隙電容，ρ(dielectric)是電介質(zhì)層的體積電阻率，ε0是自由空間介電常數(shù)，而εr是間隙的介電常數(shù)，d(dielectric)是電介質(zhì)層的厚度，而gap(間隙)是電介質(zhì)和晶圓表面之間的距離。例如，對(duì)于典型的平板ESC，如果我們假設(shè)ρ(dielectric)＝1015Ω-cm，ε0＝8.85×10-14F/cm，εr＝1，d(dielectric)＝0.2mm，gap＝3μm，則我們發(fā)現(xiàn)RC＝5900秒。這是相當(dāng)長(zhǎng)的充/放電時(shí)間，意味著如果吸附超過(guò)5900秒，則釋放時(shí)間也將持續(xù)約5900秒。
之前已公開(kāi)了多種用于減少在使用ESC時(shí)遇到的晶圓釋放問(wèn)題(時(shí)間)的技術(shù)。例如，一種傳統(tǒng)的技術(shù)包括在將晶圓從ESC上釋放之前施加反向電壓，以消除剩余吸引力。然而，該反向電壓通常是吸附電壓的1.5至2倍，且通常釋放時(shí)間仍然很長(zhǎng)。另一種傳統(tǒng)技術(shù)包括提供低頻正弦交流電壓，以產(chǎn)生幅值和相位受控的正弦波場(chǎng)。然而，這樣的低頻正弦交流電壓通常提供了較小的吸附力，同時(shí)剩余吸附時(shí)間仍然較長(zhǎng)。
還開(kāi)發(fā)了Johnsen-Rahbek(J-R)效應(yīng)類型的ESC來(lái)使釋放問(wèn)題(時(shí)間)變得最小，其中，有意地使用“漏”電介質(zhì)層，以能更快地將剩余電荷放電完。例如，如果通過(guò)利用公式(1)和以上條件能將電介質(zhì)的電阻率Rdie控制到約為109Ω-cm，則可以將吸附/釋放時(shí)間減少到約為0.0059秒。例如，已發(fā)現(xiàn)J-R型ESC對(duì)于將裸硅晶圓的釋放問(wèn)題的影響最小化是有效的。然而，試驗(yàn)和模型均表明，對(duì)于有背面絕緣體的晶圓，釋放問(wèn)題仍很突出。
對(duì)于有背面絕緣體的晶圓，典型的釋放時(shí)間一般為5至50秒之間，這至少部分地取決于該背面絕緣體的厚度、體積電阻率和吸盤的表面條件。例如，圖1的圖表10示出了現(xiàn)有技術(shù)的典型J-R型ESC的釋放時(shí)間(RC時(shí)間常數(shù))與背面絕緣層厚度的關(guān)系曲線。圖表10示出了晶圓和電介質(zhì)之間的示范性的1μm間隙(曲線15)和4.5μm間隙(曲線20)?？梢钥闯?，例如，對(duì)于變化的間隙，當(dāng)背面絕緣層約為2k時(shí)，一般釋放時(shí)間處于約4至20秒的范圍內(nèi)。當(dāng)加工時(shí)間和處理能力成為關(guān)心的因素時(shí)，這種大晶圓的釋放時(shí)間會(huì)造成相當(dāng)高的代價(jià)。
通常，電荷遷移和累積到晶圓的背面絕緣體至少部分地導(dǎo)致了J-R型ESC中的晶圓釋放問(wèn)題。如公式(1)所示，可以用充/放電時(shí)間常數(shù)來(lái)描述釋放時(shí)間，且釋放時(shí)間通常與ESC的吸附時(shí)間成正比。然而，似乎當(dāng)前尚不存在針對(duì)用于有背面絕緣體的Si晶圓的J-R型ESC的釋放問(wèn)題的可接受的解決方案。
因此，本領(lǐng)域需要用于J-R型ESC的改進(jìn)的吸附和釋放系統(tǒng)以及方法，該系統(tǒng)和方法同時(shí)考慮了具有背面絕緣體的半導(dǎo)體晶圓和ESC的物理和電特性。

發(fā)明內(nèi)容
以下是對(duì)本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以讓讀者對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)方面有基本的理解。概述不是對(duì)本發(fā)明的詳盡綜述，并不試圖確定本發(fā)明的重要或關(guān)鍵因素，也不試圖界定本發(fā)明的范圍。其目的是在后面提供的更詳細(xì)的說(shuō)明之前簡(jiǎn)述本發(fā)明的某些概念。
在本發(fā)明中，通過(guò)將單相方波交流電壓施加于Johnsen-Rahbek(J-R)靜電吸盤(ESC)來(lái)吸附和釋放有背面絕緣層的半導(dǎo)體晶圓，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，其中，例如，方波電壓的極性至少部分地基于ESC的表面形態(tài)和與之相關(guān)的最小剩余吸附力來(lái)確定和控制。與各種傳統(tǒng)的靜電吸盤相比，本發(fā)明采用了相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜的設(shè)備。與某些試圖盡可能快地除去剩余電荷的傳統(tǒng)技術(shù)不同，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成首先防止剩余電荷的生成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性方面，所述方法稱為“力延遲”，其中包括對(duì)施加到J-R型ESC的方波單相交流吸附電壓之確定。通過(guò)調(diào)整所施加電壓的脈寬和脈幅并調(diào)整ESC的表面形態(tài)，可以使釋放時(shí)間為最小?？梢圆捎梦⒓庸さ腏-R型ESC，其中，在晶圓和ESC之間采用了間隙差異(gap differential)，對(duì)ESC的表面形態(tài)進(jìn)行精確的控制和調(diào)整，且一般允許對(duì)吸附電壓的波形進(jìn)行精確地確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范性方面，將吸附電壓關(guān)掉后，幾乎可以立即釋放晶圓，而這至少部分是由于吸附過(guò)程中脈寬足夠短而在很大程度上防止了電荷遷移和累積到電介質(zhì)前表面和/或晶圓的后表面的緣故。根據(jù)本發(fā)明的另一示范性方面，ESC可以包括各種類型的電極圖案，例如，可以包括用于等離子體環(huán)境系統(tǒng)的簡(jiǎn)單單極結(jié)構(gòu)或用于真空環(huán)境系統(tǒng)的簡(jiǎn)單D形雙極結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明不需要復(fù)雜的電極圖案或復(fù)雜的信號(hào)定時(shí)控制電子裝置。
為實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)的目的，本發(fā)明包括在以下得到完全說(shuō)明的并在權(quán)利要求中具體指出的特征。以下的描述和附圖詳細(xì)闡明了本發(fā)明特定的說(shuō)明性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例僅僅是應(yīng)用本發(fā)明原理的各種方案中的一些方案?？梢詤⒄崭綀D從本發(fā)明的以下詳細(xì)說(shuō)明中清楚地看出本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。


圖1示出了示范性的釋放時(shí)間與背面絕緣體厚度的關(guān)系曲線，該曲線用于現(xiàn)有技術(shù)的J-R型靜電吸盤。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的示范性J-R靜電吸盤的系統(tǒng)級(jí)框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的示范性ESC的局部橫截面圖，該ESC包括粗糙的泄漏電介質(zhì)層。
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的示范性ESC的平面圖，該ESC包括經(jīng)微加工的泄漏電介質(zhì)層。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的示范性ESC的局部橫截面圖，該ESC包括經(jīng)微加工的泄漏電介質(zhì)層。
圖6示出了吸附電壓波形，該波形是時(shí)間的函數(shù)，用于根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的示范性ESC。
圖7示出了吸附力和總吸附壓力的波形，該波形是時(shí)間的函數(shù)，用于根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的示范性ESC。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示范性方面的吸附和釋放晶圓的示范性方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一般針對(duì)利用Johnsen-Rahbek(J-R)型靜電吸盤(ESC)吸附和釋放有背面絕緣層的晶圓的方法和系統(tǒng)，其中，將確定的單相方波交流吸附電壓施加到ESC，從而有選擇地將晶圓吸附到該ESC。相應(yīng)地，現(xiàn)在參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，所有圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的要素。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)這些方面的說(shuō)明僅僅是說(shuō)明性的，不應(yīng)當(dāng)將它們視為限制性的。在以下的說(shuō)明中，出于解釋之目的，給出了許多具體的細(xì)節(jié)，以讓讀者透徹地理解本發(fā)明。顯然，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)施本發(fā)明。
傳統(tǒng)技術(shù)中，已開(kāi)發(fā)出J-R型ESC來(lái)使與裸半導(dǎo)體晶圓的靜電吸附相關(guān)的釋放問(wèn)題的影響成為最小。通過(guò)利用ESC表面的包含“漏”電介質(zhì)材料的電介質(zhì)層，可以自然地“泄漏”累積在ESC的電介質(zhì)層處的靜電電荷，或是從該電介質(zhì)層放電，從而縮短釋放時(shí)間。然而，觀察和理論均表明，當(dāng)吸附具有背面絕緣層(如SiO2)的晶圓時(shí)，該晶圓的釋放時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)，其中，去除已遷移和累積在晶圓的絕緣層處的剩余電荷導(dǎo)致了較長(zhǎng)的釋放時(shí)間。
利用單相方波吸附電壓，通過(guò)提供相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜的方法和系統(tǒng)來(lái)吸附和釋放晶圓，本發(fā)明克服了釋放具有背面絕緣層的晶圓面臨的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)。參看附圖，圖2是示范性的吸附系統(tǒng)100的框圖，其中，該吸附系統(tǒng)包括用于有選擇地將具有背面絕緣層112的晶圓110吸附到其上的J-R型靜電吸盤105。例如，系統(tǒng)100包括用來(lái)有選擇地將電勢(shì)V提供給ESC105的一個(gè)或多個(gè)電極117的電壓源115，其中，所述電勢(shì)用來(lái)通過(guò)在ESC和晶圓110之間激發(fā)靜電吸附力Fesc，以有選擇地將晶圓110吸附到ESC的表面120。例如，ESC105還包括泄漏電介質(zhì)層125，其中，該泄漏電介質(zhì)層用來(lái)以預(yù)定的速度將與其相關(guān)的靜電電荷放電。
例如，系統(tǒng)100還包括用來(lái)將背面氣壓P(也稱為冷卻氣體反壓力Fgas)提供給晶圓110的氣源130。例如，氣源130用來(lái)在ESC105的表面120和晶圓110之間提供氦之類的冷卻氣體(未示出)。系統(tǒng)100還包括控制器135，其中，用所述控制器來(lái)控制所述冷卻氣體的壓力P，用對(duì)所述壓力的控制來(lái)進(jìn)一步控制ESC105和晶圓110之間的熱傳遞。例如，用控制器135控制電壓源115(如電源)來(lái)控制吸附電壓V對(duì)ESC105之施加。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性方面，用電壓源115來(lái)將單相方波交流吸附電壓V提供給ESC105，其中，一般用脈寬、脈沖重復(fù)頻率(prf)和脈幅來(lái)定義該方波吸附電壓。如以上的公式(1)所示，可以用充/放電RC時(shí)間常數(shù)來(lái)描述釋放時(shí)間，其中，對(duì)于ESC105，釋放時(shí)間一般正比于吸附時(shí)間。然而，根據(jù)本發(fā)明，施加作為吸附電壓V的單相方波交流信號(hào)，其中所述吸附電壓具有足夠短的脈寬，則剩余電荷幾乎沒(méi)有時(shí)間遷移和累積到晶圓110的絕緣層112的背面136，從而在很大程度上解決了以上討論的釋放問(wèn)題。換言之，可以將釋放時(shí)間減少到約等于吸附電壓的脈寬。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬(例如，脈沖重復(fù)頻率)，可以確定并選擇釋放時(shí)間來(lái)使其足夠短，以滿足對(duì)半導(dǎo)體加工的處理能力要求。
然而，在將單相方波吸附電壓V提供給ESC105時(shí)，由于吸附電壓V的極性發(fā)生轉(zhuǎn)換(例如，如由電壓脈沖的上升時(shí)間所表征的，吸附電壓V以相對(duì)于時(shí)間的變化速率跨過(guò)0伏)，因此靜電吸附力Fesc可能降低到零，從而若ESC的方位是面朝下，則可能會(huì)這樣由于氣體反壓力Fgas或其他力(如重力，未示出)的緣故，引起晶圓110的“丟失”。然而，通過(guò)沿晶圓在晶圓和ESC105之間設(shè)置間隙差異，當(dāng)吸附電壓V跨過(guò)0伏時(shí)，本發(fā)明以有利的方式吸附晶圓110，平衡了沿所述晶圓上的靜電吸附力Fesc。
因此，就本發(fā)明的一個(gè)示范性方面而言，可以在J-R ESC105中利用“力延遲”來(lái)基本上解決通常與具有背面絕緣層的晶圓有關(guān)的吸附和釋放問(wèn)題。例如，“力延遲”采用了施加到J-R型ESC105的單極或多極電極的一個(gè)或多個(gè)電極117的單相方波交流吸附電壓，其中，例如，根據(jù)吸盤表面120的形態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)吸附電壓的脈寬和脈幅，所述吸附電壓可用來(lái)以可預(yù)測(cè)的方式吸附和釋放晶圓110。由于吸盤表面120的非均勻形態(tài)的緣故，因而在極性轉(zhuǎn)換過(guò)程中(當(dāng)電壓跨過(guò)0伏時(shí))，通過(guò)利用“力延遲”將平均的非零吸附力Fesc施加在晶圓110上，其中，這在很大程度上改變了吸盤表面120和晶圓之間的間隙。
例如，在圖3的橫截面中示出了示范性的ESC105的局部視圖，其中，吸盤表面120包括電介質(zhì)層125和晶圓110之間的變化的間隙距離間隙1，間隙2...間隙N。例如，由于沿表面120的每個(gè)點(diǎn)N處的電壓V1，V2...VN處的電壓的緣故，因而所述變化的間隙距離導(dǎo)致RC時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化，或說(shuō)導(dǎo)致了延遲?？梢杂?jì)算沿整個(gè)晶圓110的凈吸附力(如最小的剩余吸附力)，且所得的凈吸附力在極性轉(zhuǎn)換期間不為零，這至少部分地歸因于沿晶圓各吸附電壓具有不同的RC時(shí)間常數(shù)。因此，通過(guò)控制單相方波交流吸附電壓V的脈寬、脈沖重復(fù)頻率(prf)和脈幅，并通過(guò)控制吸盤表面120的形態(tài)，在極性轉(zhuǎn)換期間，至少部分地由于最小剩余吸附力，可以可靠的吸附晶圓110。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性方面，通過(guò)控制ESC105的表面形態(tài)，可以對(duì)電壓極性轉(zhuǎn)換期間的最小剩余吸附力進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以對(duì)泄漏電介質(zhì)層125的表面140進(jìn)行微加工，其中，經(jīng)過(guò)微加工的吸附表面120提供了間隙距離方面的更大的不同，從而在RC時(shí)間常數(shù)方面提供更大的差異。另外，可以使用其他傳統(tǒng)的加工方法對(duì)泄漏電介質(zhì)層125進(jìn)行加工，從而在間隙距離方面提供了更大的差異。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性方面，圖4示出了包含微加工表面155的示范性的ESC150的平面圖。例如，ESC150的表面155包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)或島160，其中，所述多個(gè)島一般從泄漏電介質(zhì)層125的表面165向外延伸。例如，圖中示出的多個(gè)島160為圓形島，然而，所述多個(gè)島也可以是正方形、矩形、同心環(huán)等之類的任何形狀，且認(rèn)為任何這樣的形狀均落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可以通過(guò)調(diào)節(jié)方波吸附電壓V的脈幅和ESC表面155的表面形態(tài)來(lái)對(duì)電壓極性轉(zhuǎn)換期間的最小剩余吸附力進(jìn)行可靠的控制，且所述對(duì)表面形態(tài)的調(diào)節(jié)包括，但不限于，調(diào)節(jié)島的高度和與泄漏電介質(zhì)層125相關(guān)的島面積比。
例如，如之前圖4中所示，圖5示出了包括多個(gè)島160的微加工的ESC150的橫截面。例如，如圖5所示，微加工表面155具有第一間隙(gap1)和第二間隙(gap2)，其中，gap1一般基于形成于泄漏電介質(zhì)層125中的島160的高度，而gap2由所述島的上表面的表面條件定義。例如，相對(duì)于電介質(zhì)層125的總厚度T(例如，約為1mm)，島的高度(例如，約為3μm的高度)可以忽略不計(jì)，因此，可以假定與島160相關(guān)的體積電阻R1約等于所述上表面的體積電阻R2。然而，由于間隙距離方面的顯著差異，gap1的電容C1遠(yuǎn)小于gap2的電容C2。在此例中，相應(yīng)的RC時(shí)間常數(shù)為RC1=ρϵ0d(dielectric)gap1=0.066sec,---(2)]]>和RC2=ρϵ0d(dielectric)gap2=0.266sec,---(3)]]>其中，ρ(dielectric)為電介質(zhì)層的體積電阻率(如ρ(dielectric)＝3×109Ω-cm)，ε0是自由空間介電常數(shù)(如ε0＝8.85×10-14F/cm)，且d(dielectric)為電介質(zhì)層的厚度。為上例之目的，令d(dielectric)＝1mm，gap1＝4μm，gap2＝1μm。
根據(jù)一個(gè)實(shí)例，gap1至少為gap2的兩倍，其中，間隙距離之間的差異提供了所述間隙電容之間的相應(yīng)差異。較大的間隙差異(如gap1＝4μm和gap2＝1μm)提供了間隙之間的較大的電容差異，從而提供了較大和有利的RC時(shí)間常數(shù)方面的差異。
圖6示出了分別施加到電極的gap1、gap2的上述示范性吸附電壓的示范性波形，此處假設(shè)V0為所施加的吸附電壓，且該電壓為完美的方波脈沖，且電壓V1和V2分別按時(shí)間常數(shù)RC1和RC2延遲。例如，如以下所示，按指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)作為時(shí)間t的函數(shù)的吸附電壓V進(jìn)行了延遲。
V(t)＝V0(1-2e-t/RC).(4)如圖6所示，當(dāng)V0轉(zhuǎn)換極性時(shí)，示范性的吸附電壓V1(t)和V2(t)以不同的延時(shí)跨過(guò)0伏。
圖7示出了以上的示范性吸附力F1(t)和F2(t)以及總吸附力Ftot，其中，吸附力由以下公式計(jì)算
F1(t)=A12ϵ0(V1(t)gap1)2,---(5)]]>和F2(t)=A22ϵ0(V2(t)gap2)2,---(6)]]>其中，A1是總的吸盤表面積減去由多個(gè)島包圍的面積所得的面積，而A2是島的表面積。因而，總的吸附力為F(t)＝F1(t)+F2(t)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性方面，將最小剩余吸附力定義為將晶圓維持在吸附于ESC中的狀態(tài)所需的最小力。如圖7所示，吸附了示范性的6英寸(150mm)直徑的硅晶圓，其中，當(dāng)V0轉(zhuǎn)換極性時(shí)，在以上條件下，總的最小剩余吸附壓力可高達(dá)約100托。因而，可以通過(guò)調(diào)節(jié)V0的脈寬以及控制島高度(與RC時(shí)間常數(shù)相關(guān))與面積比(與力的分量相關(guān))之類的表面形態(tài)來(lái)可靠地控制V0轉(zhuǎn)換極性期間的最小剩余吸附力。例如，如果島與吸盤表面的面積之比為0.1，gap1＝4μm，gap2＝1μm，則當(dāng)V0的幅值為±300、400和500V時(shí)，V0轉(zhuǎn)換極性期間的最小剩余吸附力分別為94、170和260托。另外，如果V0約為±300伏，面積比為0.1，gap1＝4μm，gap2＝1、0.8和0.5μm，則V0轉(zhuǎn)換極性期間的最小剩余吸附力分別為94、140和170托。在另一個(gè)實(shí)例中，如果V0約為±300伏，gap1＝4μm，gap2＝1μm，且島面積比為0.05、0.1和0.2，則V0轉(zhuǎn)換極性期間的最小剩余吸附力分別為60、94和110托。從以上實(shí)例可以看出，吸附電壓和泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)可以提供很寬的“調(diào)整”ESC的能力，使得在電壓極性轉(zhuǎn)換期間晶圓能保持吸附狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性方面，吸附電壓V的脈幅應(yīng)當(dāng)足夠高，以激發(fā)所需的最小剩余吸附力，且該吸附電壓激發(fā)的吸附力也應(yīng)當(dāng)高于實(shí)現(xiàn)可靠的吸附和冷卻的背面氣體壓力所要求的值。例如，如果需要±300伏的吸附電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)最小的100托吸附壓力，則通過(guò)將脈寬調(diào)節(jié)成小于或等于約1秒，可以將釋放時(shí)間控制為小于或等于約1秒。交流信號(hào)的脈沖上升時(shí)間可以變化，但是應(yīng)當(dāng)盡可能小。因此，在一個(gè)實(shí)例中，5微秒或更短的脈沖上升時(shí)間提供了對(duì)所述加工的足夠的控制，并且，可以在市場(chǎng)上方便地找到采用MOSFET或IGBT技術(shù)的這類電壓源。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示范性方面，圖2的ESC105還包括各種類型的電極圖案，例如，包括用于等離子體環(huán)境系統(tǒng)的簡(jiǎn)單單極結(jié)構(gòu)或用于真空環(huán)境系統(tǒng)的簡(jiǎn)單D形雙極結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明不需要復(fù)雜的電極圖案或復(fù)雜的信號(hào)定時(shí)控制電子電路。在關(guān)掉吸附電壓V后，幾乎可以立即釋放晶圓110，這至少部分地歸因于吸附過(guò)程中的脈寬足夠短，從而可以在很大程度上限制或防止電荷遷移或累積到泄漏電介質(zhì)層125和/或晶圓110的絕緣層112。
現(xiàn)在參看圖8，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示范性方面的方法200，該方法用于將半導(dǎo)體晶圓吸附到J-R型靜電吸盤。盡管此處以一系列操作或事件的形式對(duì)各種示范性方法進(jìn)行了說(shuō)明，但仍應(yīng)理解，本發(fā)明不限于示出的操作或事件的順序，因?yàn)槟承┎襟E可能以不同的順序發(fā)生和/或與此處所示或所述的步驟以外的其他步驟同時(shí)發(fā)生。此外，不必用所有示出的步驟來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。而且，應(yīng)當(dāng)理解，可以結(jié)合本文示出和說(shuō)明的系統(tǒng)，也可以結(jié)合其他沒(méi)有示出的系統(tǒng)來(lái)實(shí)施所述方法。
從操作205開(kāi)始，至少部分地基于ESC的表面形態(tài)來(lái)確定單相方波吸附電壓。而ESC的表面形態(tài)例如由與其相關(guān)的泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)定義。接著，可基于與晶圓和靜電吸盤相關(guān)的最小剩余吸附力來(lái)確定吸附電壓。
在操作210中，將晶圓放置在泄漏電介質(zhì)層上。例如，該表面可以包括所述泄漏電介質(zhì)層的粗糙表面或經(jīng)過(guò)微加工的泄漏電介質(zhì)層表面(包含多個(gè)從電介質(zhì)表面向外延伸的微結(jié)構(gòu)或島)。在操作215中，將確定的單相方波吸附電壓加到ESC，這時(shí)，所述晶圓一般被吸附到所述ESC。所述確定的吸附電壓例如用來(lái)在ESC和晶圓之間產(chǎn)生靜電力，從而將晶圓吸附到ESC的表面上。例如，在施加的單相方波吸附電壓的極性發(fā)生轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，至少維持了最小剩余吸附力，這時(shí)，晶圓仍然被吸附到靜電吸盤，但在很大程度上防止了電荷遷移或累積在晶圓的絕緣層上。
在操作220中，例如，關(guān)掉了單相方波吸附電壓，從而將晶圓從ESC上釋放。例如，由于操作205中的吸附電壓確定，釋放時(shí)間被進(jìn)一步最小化。
盡管用特定的優(yōu)選實(shí)施例和多個(gè)實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是顯而易見(jiàn)，在閱讀并理解了本說(shuō)明及附圖后，本領(lǐng)域其他技術(shù)人員能得到與所述實(shí)施例的等同的變更和修改。特別就上述部件(組合、裝置、電路等等)執(zhí)行的各種功能而言，除非另有說(shuō)明，描述這些部件的術(shù)語(yǔ)(包括指稱為“裝置”(“means)”的)與任何執(zhí)行上述部件的上述規(guī)定功能的部件(即功能上等同)一致對(duì)應(yīng)，即使這些部件在結(jié)構(gòu)上不與在此示出的本發(fā)明的示范性實(shí)施例中執(zhí)行所述功能的公開(kāi)結(jié)構(gòu)等同。此外，雖然僅用幾個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)公開(kāi)了本發(fā)明的一個(gè)特定特征，但是，如果對(duì)任何給定或特定的應(yīng)用有必要或是有利，就可將該特征與其他實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其他特征進(jìn)行組合。
權(quán)利要求
1.一種將具有背面絕緣層的半導(dǎo)體晶圓吸附到具有泄漏電介質(zhì)層的J-R靜電吸盤的方法，所述方法包括為所述靜電吸盤確定單相方波吸附電壓，其中，所述確定操作至少部分地基于與所述晶圓和所述靜電吸盤以及所述泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)相關(guān)的最小剩余吸附力；將所述晶圓放置在所述靜電吸盤上；以及將所確定的單相方波吸附電壓施加到所述靜電吸盤，從而以靜電方式將所述晶圓吸附到所述靜電吸盤，其中，在單相方波吸附電壓的極性發(fā)生轉(zhuǎn)換期間，至少維持所述最小剩余吸附力，使得所述晶圓保持被吸附在所述靜電吸盤上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)包含處于所述晶圓和所述靜電吸盤之間的第一間隙和第二間隙，其中RC時(shí)間常數(shù)與各自的第一和第二間隙有關(guān)，且與所述第一和第二間隙相關(guān)的所述RC時(shí)間常數(shù)之間的差異達(dá)到這樣的程度，使得在所確定的單相方波吸附電壓的極性發(fā)生轉(zhuǎn)換期間，至少維持所述最小剩余吸附力。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二間隙與所述泄漏電介質(zhì)層的自然表面粗糙度有關(guān)，且所述第一間隙大于所述第二間隙。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一間隙至少為所述第二間隙的兩倍。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一間隙至少為所述第二間隙的三倍。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一間隙約為4微米，而所述第二間隙約為1微米。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過(guò)對(duì)所述泄漏電介質(zhì)層進(jìn)行傳統(tǒng)加工或微加工在所述泄漏電介質(zhì)層內(nèi)形成所述第一間隙。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定所述單相方波吸附電壓包括確定由脈寬和脈幅定義的波形，其中所述波形是與各自的第一間隙和第二間隙相關(guān)的RC時(shí)間常數(shù)的函數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述脈幅確定成這樣，在所述晶圓和所述靜電吸盤之間至少提供所述最小剩余吸附力。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所確定的單相方波吸附電壓的脈幅約小于+/-300伏。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括斷開(kāi)所確定的單相方波吸附電壓，從而將所述晶圓從所述靜電吸盤上釋放，其中釋放時(shí)間與所確定波形的脈寬有關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所確定波形的脈寬比要求的釋放時(shí)間短，且所述釋放時(shí)間滿足處理能力要求。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所確定波形的脈沖短于約1秒。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定所述泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，確定所述表面形態(tài)的操作包含確定一個(gè)或多個(gè)島高度和島面積比。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將冷卻氣體反壓力通過(guò)所述靜電吸盤加到所述晶圓的背面，其中，所確定的單相方波吸附電壓被基于所述冷卻氣體反壓力進(jìn)一步確定。
17.一種吸附具有背面絕緣體的晶圓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包含一個(gè)泄漏電介質(zhì)層和一個(gè)或多個(gè)用來(lái)在所述泄漏電介質(zhì)層與所述晶圓之間提供靜電吸附力的電極的J-R靜電吸盤，所述泄漏電介質(zhì)層具有多個(gè)從其放置所述晶圓的表面突出的多個(gè)島，其中，第一間隙規(guī)定為在所述泄漏電介質(zhì)層的表面和所述晶圓之間，第二間隙規(guī)定為在所述多個(gè)島的上表面與所述晶圓之間，而所述第一間隙和所述第二間隙與所述泄漏電介質(zhì)層一起進(jìn)一步確定了與它們相關(guān)的各自的RC時(shí)間常數(shù)；以及配置成將單相方波吸附電壓提供給一個(gè)或多個(gè)電極的電源，其中，所述單相方波吸附電壓的脈幅與所述第一間隙和第二間隙各自的RC時(shí)間常數(shù)有關(guān)，且至少部分地由于所述間隙各自的RC時(shí)間常數(shù)，所述J-R靜電吸盤用來(lái)在所述單相方波吸附電壓的極性轉(zhuǎn)換期間維持所述最小剩余吸附力。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述第二間隙由所述泄漏電介質(zhì)層的自然表面粗糙度定義。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述泄漏電介質(zhì)層的自然表面粗糙度約為1微米或更小。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述第一間隙至少為所述第二間隙的兩倍。
21.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述第一間隙至少為所述第二間隙的三倍。
22.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述第一間隙約為4微米，所述第二間隙約為1微米。
23.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)島通過(guò)用一種或多種傳統(tǒng)加工方法或微加工方法對(duì)所述泄漏電介質(zhì)層進(jìn)行加工而形成，其中，一部分所述泄漏電介質(zhì)層被去除，從而在所述晶圓和所述泄漏電介質(zhì)層的表面之間確定所述第一間隙。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)島通過(guò)對(duì)所述泄漏電介質(zhì)層進(jìn)行珠光處理而形成。
25.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述單相方波吸附電壓的脈幅用來(lái)向所述晶圓至少供給所述最小剩余吸附力。
26.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述單相方波吸附電壓的脈寬比要求的釋放時(shí)間短，所述釋放時(shí)間滿足處理能力要求。
27.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包含冷卻氣源，其中所述冷卻氣源用來(lái)在所述靜電吸盤和所述晶圓之間提供冷卻氣體反壓力，且所述冷卻氣體反壓力還與所述最小剩余吸附力有關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供使用單相方波交流吸附電壓將晶圓吸附到J－R靜電吸盤的方法和系統(tǒng)。該方法包括為J－R靜電吸盤確定單相方波吸附電壓，其中，所述確定至少部分地基于與晶圓和靜電吸盤以及泄漏電介質(zhì)層的表面形態(tài)相關(guān)的最小剩余吸附力。將晶圓放置在靜電吸盤上；并向靜電吸盤施加所確定的吸附電壓，這樣，便以靜電的方式將晶圓吸附到靜電吸盤，在單相方波吸附電壓的極性轉(zhuǎn)換過(guò)程中，至少保持所述的最小剩余吸附力。確定表面形態(tài)的操作包含確定晶圓和靜電吸盤之間的第一間隙和第二間隙以及島面積比，其中，分別與所述第一間隙和第二間隙相關(guān)的RC時(shí)間常數(shù)之間存在差異，使得在所述極性轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持了至少最小的剩余吸附力。當(dāng)去掉方波吸附電壓時(shí)，釋放時(shí)間大幅減少，該釋放時(shí)間對(duì)應(yīng)于方波吸附電壓的脈寬。
文檔編號(hào)H01L21/68GK1875472SQ200480032676
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月12日
發(fā)明者秦舒, P·克雷曼 申請(qǐng)人:艾克塞利斯技術(shù)公司