[发明专利]静电夹持装置、减少残余电荷的方法及等离子体处理设备

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种用于夹持工件的静电夹持装置以及减少静电夹持装置上残余电荷的方法，本发明还涉及应用上述静电夹持装置和/或减少残余电荷方法的等离子体处理设备。

背景技术

随着集成电路的飞速发展，生产制造企业间的竞争越来越激烈，因此，各生产企业都在尽一切努力来降低生产成本、提高生产效率，以提高其竞争优势。

众所周知，集成电路的制造过程是一个工艺复杂、高度自动化的流水作业过程。在加工时需要将晶片放置在卡盘上进行作业，而如果晶片在离座和取片过程中发生错位或移动，甚至发生碎片现象，将导致整个生产过程的中断，进而影响生产的效率及产品良率。因此，在集成电路的制造过程中需要尽量避免出现晶片错位、移动或碎片的情况。

为此，人们设计了诸如静电卡盘的静电夹持装置来支撑和固定晶片。目前所采用的静电卡盘的结构如图1所示。图1中，静电卡盘包括基座1和顶针3，基座1内设有两个电极，电极被绝缘层包裹并与设置在基座外部的ESC电源连接。基座1的中心位置设有通孔，顶针3可在所述通孔内上下移动。在离座时，顶针3向上运动将放置在基座1顶部的晶片2顶起，以便机械手取走该晶片2；在入座时，顶针3向下运动将来自机械手的晶片2放置在基座1的顶部。在加工工艺过程结束后，为了避免晶片的移动和错位，需要减小晶片与静电卡盘之间的静电引力。通常采用的减小静电引力的方法是：利用ESC电源在电极上施加与工作时电压极性相反的反向电压，以中和晶片上在工艺过程中所感应出的静电荷，从而减小晶片2与基座1之间的静电引力。然而，上述方法由于没有判断晶片2与基座1之间静电引力的大小，因此，在施加反向电压后的离座和取片过程具有盲目性。当晶片2与基座1之间的静电引力较大时，晶片仍会发生偏离或掉片，而且，当静电引力较大时还会发生碎片现象，导致工艺过程的中断，影响生产效率和产品良率。

为此，技术人员开发了一种带有放电探针的静电卡盘，如图2所示，该静电卡盘是在上述图1所示的静电卡盘的顶针3的中间位置设置放电探针4，放电探针4的一端与弹性阻尼5连接，弹性阻尼5通过导线和开关6接地。弹性阻尼5固定在套筒7上，套筒7固定在顶针3底部的顶针圆盘上。因此，放电探针4被固定在顶针3的中部，并可相对于顶针3上下运动。当弹性阻尼5处于松弛状态时，放电探针4的顶部高于顶针3的顶部。在降针状态时，放电探针4的最高端低于基座1的上表面。

上述带有放电探针的静电卡盘降低静电引力的过程如下：在加工工艺完成后，首先利用ESC电源在电极上施加反向电压；然后，闭合开关6，并使顶针3开始向上运动而实现升针，在升针过程中，放电探针4率先与晶片2接触，晶片2上的电荷可借助于放电探针4、弹性阻尼5和导线构成的接地通路而导走，随着升针过程的继续，弹性阻尼5被不断地压缩，一直到顶针3与晶片接触并将其顶起；最后，用机械手将晶片取走。

尽管现有技术中提供的上述静电卡盘能够借助于放电探针来释放晶片上的静电荷，然而在实际应用过程中，这种方法不可避免地存在下述缺陷：

其一，由于上述静电荷释放过程是依靠放电探针与晶片单点接触来放电，因此，只能将接触点附近的静电荷释放掉，而距离接触点较远位置处的静电荷仍不易或者不能释放掉，这使得晶片和电极之间的静电引力依然较大并且分布不均。

其二，在上述静电荷释放方法中，虽然可以借助于与晶片相接触的放电探针来释放静电荷，但是在整个离座乃至取片过程中始终无法确知静电荷的释放程度(即，无法确知晶片和电极之间的静电荷是否完全释放掉或者释放到可以安全实施取片操作的程度)，这种情况下，往往会出现这样的问题：即，在晶片离座过程中顶针已经触碰到晶片下表面时，晶片和电极之间的静电引力有可能会依然较大，此时，若因无法获知该静电引力的大小状况而继续实施离座过程，则可能会出现顶针因晶片和电极之间的静电引力较大而不能完全顶起晶片(即，出现粘片问题)的情况，从而导致晶片出现偏移或者掉片等问题，致使机械手不能顺利取走晶片，进而影响下一道工序。更为严重的是，如若为克服晶片和电极之间的静电引力而使顶针对晶片施加更大的推动力，这又会使晶片在较大的静电引力和推动力的作用下易于破碎(即，产生碎片问题)，污染整个腔室，并且影响产品良率和生产效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种静电夹持装置，其能够在取片操作之前先行判断静电夹持装置与工件之间的静电引力状况，并在确定静电引力小于预定阈值后再实施取片操作，从而减少甚至避免工件发生偏离或碎片的现象，进而提高产品良率和生产效率。