静电卡盘装置及晶片或托盘的固定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体设备制造领域，特别是涉及一种用于等离子体刻蚀设备的静电 卡盘装置及晶片或托盘的固定方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，在半导体晶片加工行业，等离子体刻蚀设备利用等离子体实现对晶 片的刻蚀，晶片或者装载晶片的托盘放置在设备的真空腔室内的卡盘上。等离子体处理晶 片的过程中，为避免过高的温度对处理过程带来不利的影响，需要对晶片温度进行有效的 管理。通常是在卡盘内的冷却液通道中不断循环冷却液，同时通过卡盘的气体通道输入热 媒气体如氦气，对晶片背面进行气吹，稳定地控制晶片温度在合适的范围。
[0003] 为将晶片或者托盘固定，同时避免氦气泄露，一般使用机械夹具、按压单元或粘 着板将晶片或者托盘固定在卡盘上，但这种办法通常也会带来诸如处理过程麻烦，晶片可 加工有效面积减小，冷却效果恶化等弊端，解决此类问题一种普遍的办法是利用静电卡盘 (Electrostatic Chuck, ESC)将晶片或者托盘吸附固定。
[0004] 请参阅图1所示，其为真空平行板电容器示意图，静电卡盘是一种利用静电力固 定晶片或者托盘的卡盘。真空中，电容内部两块彼此绝缘的带有相反电荷的直流电极板，根 据库仑定律，两极板间静电引力计算公式为：
[0006] 其中，F-静电引力，k_绝缘层介电常数，ε。-真空介电常数，
[0007] Α-直流电极层面积，V-直流电极间电压差，d_直流电极间距尚。
[0008] 请参阅图2所示，其为双电极的静电卡盘固定普通晶片的示意图,静电卡盘包括 卡盘本体301、绝缘本体302、第一静电吸附电极306与第二静电吸附电极307。晶片320放 置在绝缘本体302的上表面，第一静电吸附电极306与第二静电吸附电极307埋设在绝缘 本体302的内部，相邻的两个电极相互绝缘，绝缘本体302的底部设置卡盘本体301。
[0009] 供电电源305的直流负电压输出端（或者正电压输出端）连接到第一静电吸附电 极306,供电电源305的直流正电压输出端（或者负电压输出端）连接到第二静电吸附电极 307,实现对第一静电吸附电极306与第二静电吸附电极307的供电。
[0010] 绝缘本体302上设置覆盖部件303,机械压环304作用在覆盖部件303上。
[0011] 卡盘本体301中设置多条第一冷媒通道308,绝缘本体302中设置多条第二冷媒通 道 309。
[0012] 当晶片320是半导体例如Si，或者导体材料例如金属AL，或者晶片320与绝缘本 体302的上表面接触的部分（即晶片320的下表面）是半导体或者导体材料时，供电电源 305向第一静电吸附电极306与第二静电吸附电极307通电，在两电极空间区域，形成静电 场，同时晶片320的下表面区域，在电场作用下，分别感应出与第一静电吸附电极306、第二 静电吸附电极307相反极性的感应电荷。
[0013] 由于第一静电吸附电极306、第二静电吸附电极307，与晶片320之间相互绝缘，分 别相当于图1中电容的极板，两极板间存在电压差V，第一静电吸附电极306、第二静电吸附 电极307与晶片320之间存在静电力，静电力将晶片320固定在绝缘本体302上。
[0014] 上述静电卡盘固定晶片的方式，基于晶片320为普通材料，一般是基于半导体或 者导体材料的晶片320在电场作用下，其内部存在一定数量的电子可定向运动的原理。在 静电电极存在高压直流电压时，晶片320的空间区域形成静电场，其内部的自由电子在电 场影响的区域内，做定向运动，在晶片320下表面或者上表面积累，形成感应电荷层；晶片 320下表面与静电卡盘的电极之间携带的电荷极性相反，并彼此绝缘，从而在两者之间产生 静电力；这样，静电卡盘的电极将晶片320吸附在静电卡盘上。
[0015] 但对于1?绝缘电介质材料的晶片，例如监宝石、Si02晶片等，晶片材料是绝缘的， 由于图2中的电极为双电极，其形成的电场强度较小，在电介质的分子结构中，原子核和电 子之间的束缚力足以使电子处于被束缚状态，在外电场作用下，电介质分子中的正负电荷 不能脱离分子结构而形成自由电荷，其内部无自由运动的电荷，就无法形成感应电荷层，也 就无法产生静电力，高绝缘电介质晶片将很难被静电卡盘吸附。
【发明内容】
[0016] 基于此，有必要提供一种能有效固定晶片，特别是高绝缘电介质晶片的静电卡盘 装置，及一种保证晶片或托盘可靠固定的固定方法。
[0017] 本发明采用以下技术方案：
[0018] -种静电卡盘装置，包括绝缘本体、卡盘本体与供电电源，所述绝缘本体设置在所 述卡盘本体上，还包括至少两个第一静电吸附电极和至少两个第二静电吸附电极；
[0019] 所述第一静电吸附电极与所述第二静电吸附电极埋设在所述绝缘本体的内部；
[0020] 所述供电电源的直流电压输出端分别与所述第一静电吸附电极和所述第二静电 吸附电极电连接；所述第一静电吸附电极与所述第二静电吸附电极上加载的直流电压的极 性相反，所述第一静电吸附电极与所述第二静电吸附电极交替相邻设置，所述第一静电吸 附电极与所述第二静电吸附电极之间相互绝缘。
[0021] 作为一种可实施方式，所述第一静电吸附电极和所述第二静电吸附电极之间存在 有预设距离。
[0022] 作为一种可实施方式，所述供电电源具有输出电压的极性反转功能；所述供电电 源的输出电压极性反转时，正极输出端输出负极性电压，负极输出端输出正极性电压。
[0023] 作为一种可实施方式，所述供电电源为直流高压电源。
[0024] 作为一种可实施方式，还包括用于控制所述供电电源运行的控制模块。
[0025] 作为一种可实施方式，所述控制模块包括计时器和电源控制器；
[0026] 所述电源控制器通过所述供电电源的控制端口控制所述供电电源按照预设指令 运行；
[0027] 所述预设指令包括当所述计时器的到达预设时间时，所述电源控制器将所述供电 电源的输出电压的极性反转，并将所述计时器的计时清零。
[0028] 本发明还提供一种晶片或托盘的固定方法，包括如下步骤：
[0029] 在静电卡盘装置的绝缘本体内埋设至少两个第一静电吸附电极与至少两个第二 静电吸附电极，所述第一静电吸附电极与所述第二静电吸附电极上加载的直流电压的极性 相反、交替相邻并彼此电绝缘；
[0030] 将晶片或托盘放置在所述静电卡盘装置的绝缘本体上；
[0031] 开启供电电源，使相邻的所述第一静电吸附电极与所述第二静电吸附电极之间的 区域内产生强电场将所述晶片或托盘极化，产生第一极化电荷和第二极化电荷将所述晶片 或托盘吸附在所述静电卡盘装置上。
[0032] 作为一种可实施方式，在所述开启供电电源上的步骤之后还包括如下步骤：
[0033] 电源控制器控制所述供电电源的输出电压的极性；当计时器到达预设时间时，所 述电源控制器控制所述供电电源的输出电压极性反转，并将所述计时器的计时清零。
[0034] 作为一种可实施方式，电源控制器控制所述供电电源的输出电压极性；当计时器 到达预设时间时，所述电源控制器控制所述供电电源的输出电压极性反转，并将所述计时 器的计时清零，包括如下步骤：
[0035] 所述计时器设置记时参数T ;
[0036] 所述计时器的记时参数T达到设定值T0,所述供电电源的输出电压极性反转，同 时，所述计时器清零并重新开始计数；重复该步骤，直至工艺流程结束，所述电源控制器关 闭所述供电电源的输出电压。
[0037] 作为一种可实施方式，所述T0是通过以下方法设定的：
[0038] 将背吹气体的泄漏率的上限值设为a ;测量当背吹气体的泄漏率等于其上限值a 时的供电电源的