一种控制静电吸盘吸力的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体集成电路制造设备领域，涉及一种控制静电吸盘吸力的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着半导体制造工艺的发展，等离子体处理工艺被广泛应用于半导体元 器件的制程中。上述制程，如沉积、刻蚀工艺等一般是在等离子体处理装置内进行。一般来 说，等离子体处理装置包括腔室，用于将工艺气体从供气源提供至腔室内的气体喷淋头，以 及固定、支撑晶圆的静电吸盘（Electrostatic chuck，简称ESC)。其中静电吸盘通常设置 在等离子体处理装置的腔室底部，作为下电极与射频功率源连接，而在腔室顶部的气体喷 淋头作为上电极与射频功率源或地连接。上下电极间形成射频电场，使被电场加速的电子 等与通入处理腔室的蚀刻气体分子发生电离冲撞，产生由工艺气体形成的等离子体与晶圆 进行反应，以进行所需的工艺制程。
[0003] 请参阅图1，图1为静电吸盘以及晶圆的结构示意图，包括静电吸盘10以及晶 圆20。在静电吸盘的绝缘材料中镶嵌着一组直流电极，用以接通到直流电源，分别使正负 电极的电压大小相等，极性相反（例如输入500V电压，正电极电压为+250V，负电极电压 为-250V)，绝缘质的表面会产生极化电荷，表面极化电荷会产生电场，该电场会进一步在置 于吸盘之上的晶圆底面产生极化电荷，分布在晶片背面的电荷与分布在吸盘上面的电荷极 性相反，从而吸住晶圆。根据Johnsen - Rahbek效应公式可以得出静电吸力为：
[0005] 其中：F为静电吸力，C为晶圆与吸盘之间的电容，V为正负电极间的电压，D为晶 圆与吸盘间的间距。
[0006] 目前静电吸盘在工艺过程中使用一个固定的吸力，而在晶圆制造的多种工艺步骤 中，由于温度、压力、薄膜应力在整个工艺过程中的不断变化，晶圆片所受的应力也会不断 变化，这时如果依旧维持一个固定的吸力，就会造成晶圆弯曲度发生变化，从而会影响到静 电吸力的稳定性。
[0007] 请参阅图2,图2为静电吸盘以及变形后的晶圆的结构示意图，包括静电吸盘10 以及变形后的晶圆20。以铝薄膜物理气相沉积工艺为例：假设铝薄膜沉积之前晶圆为平 板，随着工艺过程的进行，铝薄膜会使晶圆越来越弯曲，若静电吸力过小，在工艺初期可以 维持晶圆的吸附，但到工艺末期则会发生吸力不足，无法维持用于热交换的背压，甚至造成 跳片；若静电吸力过大，造成晶圆背面和静电吸盘表面材料摩擦，损害晶圆产品质量和静电 吸盘的寿命。
[0008] 因此，本领域技术人员亟需提供一种可以合理控制静电吸盘吸力的方法，以适应 工艺过程中晶圆产生形变的问题，防止静电吸力过小而导致跳片现象，同时防止静电吸力 过大导致晶圆和静电吸盘之间的摩擦力过大，而造成晶圆产品质量下降和静电吸盘寿命减 短。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可以合理控制静电吸盘吸力的方法，以适 应工艺过程中晶圆产生形变的问题，防止静电吸力过小而导致跳片现象，同时防止静电吸 力过大导致晶圆和静电吸盘之间的摩擦力过大，而造成晶圆产品质量下降和静电吸盘寿命 减短。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种控制静电吸盘吸力的方法，包括以下 步骤：
[0011] 步骤S01、晶圆工艺前，对晶圆设定初始吸力NO ;其中，在初始吸力NO的作用下，晶 圆刚好被静电吸盘吸附；
[0012] 步骤S02、晶圆工艺过程中，对晶圆弯曲度的变化程度拟合成工艺时间的函数 f(t)；
[0013] 步骤S03、根据晶圆材料的弹性模量计算出克服晶圆形变所需要的静电吸力 g(t)，其中，所述g(t)为静电吸力随工艺时间变化的函数；
[0014] 步骤S04、计算出工艺过程中静电吸力变化函数N(t) =N0+g(t)，以使晶圆在工艺 过程中保持刚好被静电吸盘吸附。
[0015] 优选的，步骤S03中，克服晶圆形变所需要的静电吸力g(t)的方向与晶圆形变的 方向相反。
[0016] 优选的，所述晶圆形变后的横截面为弧形。
[0017] 优选的，所述晶圆形变后的横截面的中间区域向远离静电吸盘的方向凸出。
[0018] 优选的，所述静电吸盘的绝缘材料中镶嵌一组直流电极。
[0019] 优选的，所述直流电极包括正电级以及负电极。
[0020] 与现有的方案相比，本发明提供的控制静电吸盘吸力的方法，解决了现有工艺过 程中，静电吸盘静电吸力不稳定的问题，可以合理控制在工艺过程中静电吸盘的静电吸力， 防止静电吸力过小而导致跳片现象，同时防止静电吸力过大导致晶圆和静电吸盘之间的摩 擦力过大，在工艺过程中，可以保持晶圆刚好被静电吸盘所吸附，保证晶圆产品质量，延长 静电吸盘寿命。
【附图说明】
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。
[0022] 图1为现有技术中静电吸盘以及晶圆的结构示意图；
[0023] 图2为现有技术中静电吸盘以及变形后的晶圆的结构示意图；
[0024] 图3为本发明控制静电吸盘吸力的方法的流程示意图；
[0025] 图4至图6为本发明控制静电吸盘吸力的方法优选实施例的结构示意图。
[0026] 图中标号说明如下：
[0027] 10、静电吸盘；20、晶圆。
【具体实施方式】
[0028] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施 方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明 的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明 书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或 改变。
[0029] 上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图3至6对本发明的控制静 电吸盘吸力的方法进行详细说明图3为本发明控制静电吸盘吸力的方法的流程示意图；图 4至图6为本发明控制静电吸盘吸力的方法优选实施例的结构示意图。
[0030] 如图3所示，本发明提供了一种控制静电吸盘吸力的方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤S01、晶圆20工艺前，对晶圆20设定初始吸力NO ;其中，在初始吸力NO的作 用下，晶圆20刚好被静电吸盘吸附（请参阅图4)。本实施例中的静电吸盘的绝缘材料中镶 嵌一组直流电极，直流电极包括正电级以及负电极。
[0032] 步骤S02、晶圆20工艺过程中，对晶圆20弯曲度的变化程度拟合成工艺时间的函 数f(t)(请参阅图5)。由于晶圆20在工艺过程中会产生形变，一般的，晶圆20形变后的横 截面为弧形，即晶圆20形变后的横截面的中间区域向远离静电吸盘的方向凸出。
[0033] 步骤S03、根据晶圆20材料的弹性模量计算出克服晶圆20形变所需要的静电吸力 g(t)，其中，所述g(t)为静电吸力随工艺时间变化的函数（请参阅图6)，克服晶圆20形变 所需要的静电吸力g(t)的方向与晶圆20形变的方向相反。
[0034] 步骤S04、计算出工艺过程中静电吸力变化函数N(t) = N0+g(t)，以使晶圆20在 工艺过程中保持刚好被静电吸盘吸附，其中，晶圆20设定的初始吸力NO和克服晶圆20形 变所需要的静电吸力g(t)的方向一致。
[0035] 综上所述，本发明提供的控制静电吸盘吸力的方法，解决了现有工艺过程中，静 电吸盘静电吸力不稳定的问题，可以合理控制在工艺过程中静电吸盘的静电吸力，防止静 电吸力过小而导致跳片现象，同时防止静电吸力过大导致晶圆和静电吸盘之间的摩擦力过 大，在工艺过程中，可以保持晶圆刚好被静电吸盘所吸附，保证晶圆产品质量，延长静电吸 盘寿命。
[0036] 上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明 并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、 修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识 进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发 明所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤SO 1、晶圆工艺前，对晶圆设定初始吸力NO ;其中，在初始吸力NO的作用下，晶圆刚 好被静电吸盘吸附； 步骤S02、晶圆工艺过程中，对晶圆弯曲度的变化程度拟合成工艺时间的函数f(t); 步骤S03、根据晶圆材料的弹性模量计算出克服晶圆形变所需要的静电吸力g(t)，其 中，所述g(t)为静电吸力随工艺时间变化的函数； 步骤S04、计算出工艺过程中静电吸力变化函数N(t) =N0+g(t)，以使晶圆在工艺过程 中保持刚好被静电吸盘吸附。2. 根据权利要求1所述的控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，步骤S03中，克服晶 圆形变所需要的静电吸力g(t)的方向与晶圆形变的方向相反。3. 根据权利要求1所述的控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，所述晶圆形变后的 横截面为弧形。4. 根据权利要求3所述的控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，所述晶圆形变后的 横截面的中间区域向远离静电吸盘的方向凸出。5. 根据权利要求1所述的控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，所述静电吸盘的绝 缘材料中镶嵌一组直流电极。6. 根据权利要求5所述的控制静电吸盘吸力的方法，其特征在于，所述直流电极包括 正电级以及负电极。
【专利摘要】本发明公开了一种控制静电吸盘吸力的方法，首先晶圆工艺前，对晶圆设定初始吸力N0；其中，在初始吸力N0的作用下，晶圆刚好被静电吸盘吸附；然后工艺过程中，对晶圆弯曲度的变化程度拟合成工艺时间的函数f(t)；接着根据晶圆材料的弹性模量计算出克服晶圆形变所需要的静电吸力g(t)；最后计算出工艺过程中静电吸力变化函数N(t)＝N0+g(t)，以使晶圆在工艺过程中保持刚好被静电吸盘吸附。本发明可以合理控制在工艺过程中静电吸盘的静电吸力，防止静电吸力过小而导致跳片现象，同时防止静电吸力过大导致晶圆和静电吸盘之间的摩擦力过大，保证晶圆产品质量，延长静电吸盘寿命。
【IPC分类】H01L21/683
【公开号】CN104992920
【申请号】CN201510277990
【发明人】胡彬彬, 韩晓刚, 孔祥涛
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月27日