静电抓持方法及设备的制造方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及以静电方式将电介质晶片(工件)抓持于加工工作台的方法和设备，典型地适合在等离子加工设备中使用。【
背景技术：
】[0002]等离子蚀刻和淀积工艺依赖于将晶片温度维持在允许范围内。通过将晶片抓持于支撑工作台实现晶片温度控制，支撑工作台的温度则使用冷却液维持。淀积工艺通常使用50°C?500°C范围内的晶片温度；蚀刻工艺通常使用-100°C?+250°C。理想的是，在温度稳定之后，将晶片保持在目标温度的几度范围内。加工期间，通过以离子轰击和/或化学反应(尤其是在蚀刻加工过程中)的形式进行等离子处理，将能量施加于晶片的正面。加工期间，热量可以从工作台流向晶片，或者从晶片流向工作台，蚀刻中以晶片冷却更为常见，以及，在淀积工艺中一般来说进行晶片加热。对于给定的最大晶片温度，通过改善晶片与工作台之间的热接触，减少了温度稳定时间，并且增大了指向工作台的最大热通量。这二者都有效地帮助提高晶片的生产量。更好的热接触还减少了因其它工艺变化所导致的晶片温度变化，有利于改进工艺的可重复性。[0003]这些工艺通常在减压下运转，对于等离子蚀刻是0.1?100帕，以及，对于等离子淀积是100?1000帕。基底与支撑工作台之间的传热通常以传导和辐射为特征，如公式I中所述:[0004]H=h(Twafer-Ttable)+e12ssb(Twafer4_Ttable4)Wm2(I)[0005]其中:[0006]HWm_2是晶片与工作台之间的热通量[0007]TwafCTK是晶片温度[0008]TtableK是工作台温度[0009]hWHT2IT1是线性传导传热系数[0010]e12是一对表面的辐射传热的有效辐射系数[0011]ssbWIrT2KT4是Stefan-Boltzmann常数[0012]已知的是，传热系数取决于表面之间的间隙、表面之间气体的压力及性质、以及调适系数(accommodat1ncoefficient)，该调适系数描述与各表面进行接触的气体颗粒与该表面达到热平衡的程度。通过提高晶片与工作台之间的压力(一般是由将晶片抓持于工作台的操作带来的)，实现了传热系数的增大。通常在晶片背侧使用100?3000帕范围内的氦气压力，用于在半导体加工中进行热传导，这已知为“氦气背侧冷却法”。[0013]当背侧压力升到加工压力以上时，必须将晶片抓持于工作台。可以采用机械抓持，但受限于与基底正面接触的允许面积、以及基底挠性。还存在产生颗粒的缺点，因此，不适宜用于大规模生产。半导体晶片的静电抓持已经成为更加常规的技术，尤其在等离子蚀刻方面。许多文献都披露了这项技术，例如，US5，103,367；GAWardlyRevSciInstruments44(10)pp1506-1509(1973)；US6，297，274。静电抓持器或“抓盘”经常缩写为ESC。[0014]ESC(静电抓持器)抓持力具有随时间减小的趋势，据信起因是:ESC(静电抓持器)内的电荷迀移，或者，在通常位于静电抓持器顶部的绝缘层表面上的电荷聚集。通常通过下述方式处理此情况:只要有措施在电压反转期间保持晶片，在加工期间，使从晶片到晶片的充电电压反转，或者使抓持电压反转。一种这样的方法由Kellerman提出(US6947274B2)，利用晶片的惯性(inertia)作为有关电压反转时机的准则:在晶片的背侧压力已导致其加速离开太远以致不能被再次俘获之前，重新施加该电压。此方法的缺点在于要求相对快速的切换，并且增大了在任意切换过渡时晶片突然离开(poppingoff)的风险。另一方法是使用具有独立电压控制的多个区，使得一些区保持晶片，同时使一个区切换。此方法的缺点是需要多个电源和电压引线。_5]需要解决的问题[0016]绝缘材料的抓持比导体或半导体更加困难。其依赖于晶片电介质材料的感应极化，使用嵌置在绝缘介质中的紧密排列的或“交错”导电电极(US5838529)。抓持该晶片所要求的电压通常明显高于非绝缘型晶片，否则，抓持力更有限。静电抓持器导体通常覆盖有绝缘层，该绝缘层容易因电击穿而受损。这些因素共同作用限制了能够为提高热传导而在晶片下施加的最大压力。[0017]对绝缘晶片上的非绝缘层进行蚀刻时也有问题。当存在非绝缘层时，静电抓持器电极可以使电荷在非绝缘层内部移置，相比于仅仅通过极化电荷分离所能获得的力，这样增强了抓持力。随着该层被蚀刻，失去了附加的抓持力，或者使热传导减小，或者静电抓持完全失去。【
发明内容】[0018]根据本发明的第一方面，一种在等离子加工期间以静电方式将电介质晶片抓持于加工工作台的方法，该工作台具有嵌置于其中的交错电极，本方法包括将具有相反的第一极性和第二极性的各切换电压施加于相邻的电极，其中，以与相应下方的电极相反的极性，在晶片中感应极化电荷，从而以静电方式将晶片抓持于工作台；以及，在预定时间(tm)之后，将电压的极性反转，使得极化电荷以及静电抓持作用持续，其特征在于:[0019]i)各第一极性和第二极性的接通时间(tj预先选择为[0020]a)大于时间(T1),要求时间(T1)以在晶片中产生足够极化电荷，使得撤销抓持电压之后，具有所要求的压力，保持晶片至少2秒钟，[0021]b)小于时间(T2)，时间(T2)是在有稳定电压和等离子体的情况下使晶片按第一预定量与工作台分离所用的时间，以及[0022]c)小于时间(T3)，时间(T3)是在所施加电压已施加之后没有等离子体的情况下使晶片按第二预定量与基底分离所用的时间；以及，在于[0023]ii)第一极性与第二极性之间切换所用的时间(ts)小于时间(T1)并且小于2秒。[0024]本发明还提供等离子加工设备，包括:等离子体发生室，在其内部设置加工工作台，该加工工作台具有嵌入式交错电极，并且，在使用中将电介质晶片布置于该加工工作台上；电压源，其与交错电极相联结；以及控制系统，程序设定为控制电压源，以将具有相反的第一极性和第二极性的各切换电压施加于相邻的电极，其中，以与相应下方的电极相反的极性，在晶片中感应极化电荷，从而将晶片以静电方式抓持于该工作台，以及，在预定时间(tm)之后，使电压的极性反转成第二极性，使得极化电荷以及静电抓持作用持续，其特征在于:[0025]i)各第一极性和第二极性的接通时间(tj预先选择为[0026]a)大于时间(T1),要求时间(T1)以在晶片中产生足够极化电荷，使得撤销抓持电压之后，具有所要求的压力，保持晶片至少2秒钟，[0027]b)小于时间(T2)，时间(T2)是在有稳定电压和等离子体的情况下使晶片按第一预定量与工作台分离所用的时间，以及[0028]c)小于时间(T3)，时间(T3)是在所施加电压已施加之后没有等离子体的情况下使晶片按第二预定量与基底分离所用的时间；以及，在于[0029]ii)第一极性与第二极性之间切换所用时间(ts)小于时间(T1)并且小于2秒。[0030]根据本发明的第三方面，提供一种在适合由根据本发明等离子加工设备的控制系统使用的记录介质上生成并存储指令的方法，本方法包括:将具有相反的第一极性和第二极性的相应切换电压施加于相邻电极，其中，以与各自下方的电极相反的极性，在晶片中感应极化电荷，从而，以静电方式将晶片抓持于该基底；以及，在预定时间(tj之后，使电压的极性反转，使得极化电荷以及静电抓持作用持续，其特征在于:[0031]i)各第一极性和第二极性的接通时间(tj预先选择为[0032]a)大于时间(T1),要求时间(T1)以在晶片中产生足够极化电荷，使得撤销抓持电压之后，具有所要求的压力，保持晶片至少2秒钟，[0033]b)小于时间(T2)，时间(T2)是在有稳定电压和等离子体的情况下使晶片按第一预定量与工作台分离所用的时间，以及[0034]c)小于时间(T3)，时间(T3)是在所施加电压已施加之后没有等离子体的情况下使晶片按第二预定量与基底分离所用的时间；以及，在于[0035]ii)第一极性与第二极性之间切换所用时间(ts)小于时间(T1)并且小于2秒。[0036]本申请发明人对电荷迀移所涉及过程进行了详细调查研宄，并发现能实现更为有效的电压切换过程，该电压切换过程可预先规定，并且，利用了当前第1页1 2 3 4