TWI479595B - 從靜電夾盤解箝制晶圓 - Google Patents

Description

從靜電夾盤解箝制晶圓

本發明大體而言係關於半導體處理系統，且更具體而言係關於用於從靜電夾盤解箝制晶圓的方法及系統。

相當長時間以來，已在諸如蝕刻、化學氣相沈積(CVD)、及離子植入等之基於電漿或基於真空之半導體製程中利用靜電夾盤。舉例而言，一典型靜電夾盤包含一定位於一導電電極上方之介電層，其中將半導體晶圓置放於靜電夾盤之一表面上。在半導體處理期間，通常將一箝制電壓施加於晶圓與電極之間，從而引起使晶圓黏附至靜電夾盤之表面的靜電力。

然而，在諸多應用中，從夾盤表面解箝制或分開晶圓為所關心的問題。舉例而言，在箝制電壓關閉之後，晶圓通常在相當長時間中「黏著」至夾盤表面，其中無法藉由典型晶圓提升機構恰當地移除晶圓。在一先前解決方案中，使用一下子(in one fell swoop)從表面提升晶圓的典型晶圓提升機構可引起晶圓從夾盤之表面「拋出」。此「拋出」的力量不僅可使晶圓從夾盤脫離，而且可使晶圓從晶圓提升機構移位。此可最終引起晶圓跌落在地面上，其可使晶圓破裂或使晶圓上充斥疵點以致無法挽救。

因此，在此項技術中存在對能夠將晶圓從靜電夾盤恰當地移除的解箝制系統及方法的需要。

下文呈現本發明之簡化概述以便提供對本發明之一些態樣的基本理解。此概述並非本發明之廣泛綜述。其既不意欲識別本發明之重要或關鍵要素，亦不意欲描繪本發明之範疇。其目的為以簡化形式呈現本發明之一些概念以作為稍後呈現之更詳細描述的序部。

本發明之一實施例係關於一種用於解箝制一半導體晶圓之方法，該晶圓由於一箝制電壓而電性黏附至一靜電夾盤之一表面。在此方法中，撤銷該箝制電壓。在該撤銷之後的一段時間，使該晶圓之一第一區域從該靜電夾盤之該表面提升一第一距離，同時使該晶圓之一第二區域保持黏附至該靜電夾盤之該表面。在該段時間期間監視一預定條件。當滿足該預定條件時，使該第二區域從該靜電夾盤之該表面提升。

以下描述及隨附圖式詳細闡述本發明之某些說明性實施例。然而，此等實施例指示可使用本發明之原理之各種方式中的少許。當結合圖式來考慮時，本發明之其他目標、優點及新穎特徵將自本發明之以下詳細描述而變得顯而易見。

本發明係針對用於解箝制利用一靜電夾盤的晶圓的系統及方法。此夾盤可為庫倫型夾盤(Coulombic type chuck)或Johnsen-Rabbeck(J-R)型夾盤。因而，現將參看圖式描述本發明，其中相似參考數字在全文中用以指代相似元件。應理解，此等態樣之描述僅為說明性的且其不應以限制性意義理解。在以下描述中，為了達成解釋之目的，闡述眾多特定細節以便提供對本發明之澈底理解。然而，熟習此項技術者將顯而易見，可在無此等特定細節的情況下實踐本發明。

本發明藉由提供用於解箝制晶圓(例如，半導體基板)之系統及方法來克服先前技術之挑戰，在本發明之系統及方法中在滿足一預定條件以前僅從靜電夾盤之表面提升晶圓之一部分。當滿足該預定條件時，從夾盤之表面完全移除晶圓。以此方式，以受限「拋出」力從夾盤逐漸移除晶圓，從而減少落下之晶圓之數目且仍維持系統之有利的處理量。

現參看圖式，圖1說明根據本發明之一些態樣之箝制系統100的方塊圖。該箝制系統包括一包含一導電基座104及一薄介電質106之靜電夾盤102。在操作期間，晶圓108由於施加至導電基座104之箝制電壓V而選擇性地黏附至介電質106之表面110。此箝制電壓V引起將晶圓108黏附至介電表面110之靜電力。

為了促進此功能性，控制器112將控制信號提供至電壓供應器114，電壓供應器114選擇性地將箝制電壓V施加至靜電夾盤102。控制器112亦可操作以控制提升組件116，提升組件116將晶圓108提升經過各種距離以將其從介電表面110移除。在移除晶圓108之過程中的最初時，控制器112指導提升組件116僅稍微將晶圓108從介電表面110提升。在晶圓從介電表面110稍微提升的同時，控制器112監視一預定條件。當滿足該預定條件時，控制器112指導提升組件116將晶圓108從介電表面110完全移除。

在一實施例中，提升組件116可包含一機械提升組件，諸如自介電表面110可移動地延伸之一系列插腳，或抓住晶圓108且使其自介電表面110移動的臂。在其他實施例中，提升組件116可包含一提供靜電力以提升晶圓108之靜電提升組件、一提供磁力以提升晶圓108之磁性提升組件，或一經調適以提升晶圓108之加壓氣體供應器。

現已描述了一說明性箝制系統100，接著參看圖2之流程圖描述更詳細功能性，圖2展示根據本發明之一方法200。在許多實施例中，箝制系統100包括用以執行此方法200以及本文所描述之其他功能性之軟體、硬體及韌體之合適組合。雖然在本文中將方法說明及描述為一系列動作或事件，但應瞭解，本發明不受此等動作或事件之所說明之次序限制，因為根據本發明，一些步驟可按與本文中所展示及描述之次序不同的次序發生及/或與其他步驟同時發生。另外，可能並不需要所有所說明之步驟來實施根據本發明之方法。此外，應瞭解，方法不僅可與本文中所說明及描述之系統相關聯地加以實施，而且可與未說明之其他系統相關聯地加以實施。

在圖2中，在動作202之前，啟動一箝制電壓以將晶圓黏附至夾盤，且對晶圓執行處理操作。從動作202開始，撤銷該箝制電壓。在動作204中，在撤銷之後的一段時間，使晶圓之第一區域從靜電夾盤之表面提升，同時晶圓之第二區域保持黏附至靜電夾盤之表面。在動作206中，在該段時間期間量測一預定條件。此預定條件可與在夾盤與晶圓之間量測之電容相關，或與如自箝制電壓之撤銷起量測之期滿時間相關。在動作208中，當滿足該預定條件時，使第二區域從靜電夾盤之表面提升。舉例而言，若量測到之電容大於一臨限值或若時間大於期滿時間，則將晶圓從靜電夾盤之表面完全移除。

作為一實例，圖3展示與圖2之方法一致之一系列波形圖。為了達成理解之目的，此實例在具有150毫米直徑及0.2毫米介電質106(例如，氧化鋁層)之平板靜電夾盤之情境中進行論述。

在時序圖之標記為「有效箝制」之區域中，施加大約±2000伏特之箝制電壓V ，從而建立大約250托之靜態箝制力以將晶圓黏附至介電表面。該箝制電壓可為直流(DC)電壓或交流(AC)電壓。若使用AC電壓，則其將通常為多相電壓(例如，三相或六相)。在將晶圓有效地箝制於適當位置中時，可對晶圓執行離子植入、基於電漿或基於真空之半導體處理或其他處理。

在時間302，撤銷該箝制電壓。在所說明之實施例中，箝制電壓之撤銷對應於大約0伏特，但其亦可對應於具有實質上小於有效箝制電壓之量值的量值的另一電壓。此經撤銷之電壓視實施而定可為正電壓或負電壓。由於經撤銷之箝制電壓之結果，如由標號304展示，箝制力趨向於隨時間減少。然而，因為晶圓及靜電箝制件充當其中儲存有殘餘電荷之RC電路，所以箝制力不立刻變為零而是逐漸(例如，指數地)下降。

在區域204/206中，如由標號306展示，使晶圓從靜電夾盤之表面提升第一距離。在一些實施例中，第一距離在大約0.1毫米與大約5毫米之間，或0.5毫米與2毫米之間。在一特定實施例中，第一距離為大約0.75毫米。在任何情況下，因為在204/206處靜電吸引(箝制力)可保持在晶圓與夾盤之間，所以僅晶圓之第一區域被從介電表面剝離，而晶圓之第二區域保持黏附至介電表面。

隨著提升組件將晶圓提升此第一距離，控制器監視一預定條件，該預定條件指示何時從夾盤完全移除晶圓為適當的。舉例而言，在圖3中，在時間308處滿足該預定條件。因此，在時間308，控制器指導提升組件將晶圓從表面移動至第二距離，或否則將晶圓從靜電夾盤完全移除。在圖3之實例中，在時間310處將晶圓提升至第二距離且將其從靜電夾盤完全移除。

在一較佳實施例中，控制器藉由提供一低頻AC信號來量測晶圓與夾盤之間的電容而監視該預定條件。控制器比較該量測到之電容與一臨限位準。若該量測到之電容與臨限位準之比較結果有利，則控制器假設箝制力低到足以將晶圓從夾盤安全地移除。在一實施例中，此信號為用以監視電極與接地端之間的電容的128赫茲AC信號。在具有被箝制的晶圓之情況下，該信號可為12000縮放計數(scaled count)，且在無被箝制的晶圓之情況下，該信號可下降至6000縮放計數。

在另一實施例中，控制器藉由等待一期滿時間經過來監視該條件。通常自時間302起量測此期滿時間，在時間302撤銷箝制電壓。舉例而言，若控制器判定在撤銷箝制電壓之後已經過大於1000微秒，則控制器可指導提升組件將晶圓從夾盤移除。雖然使用一期滿時間具有一些益處，但量測晶圓與夾盤之間的電容為較佳的，因為其可自動地解決晶圓間差異及製程間差異。

圖4A至圖4C展示當隨著時間的過去從靜電夾盤102移除晶圓108時的橫截面圖。圖4A描繪當晶圓108之後表面實質上黏附至靜電夾盤102之介電表面110的時候。此橫截面為當箝制電壓為有效的或剛剛撤銷箝制電壓時的典型實例。因此，靜電力線402指示晶圓108在此時被吸引至靜電夾盤102。

圖4B描繪當提升組件已將晶圓108之外邊緣區域404從夾盤之介電表面110提升第一距離406的時候。此橫截面可與具有接觸並提升晶圓108之外邊緣區域404之插腳或指狀物的提升裝置相關。如所展示，在此時，晶圓之中心區域410中之靜電力402大於歸因於提升裝置之力408。因此，儘管將外邊緣區域404提升至第一距離406，但中心區域410保持黏附至介電表面110。在各種未說明實施例中，在此時可將中心區域410(或其他區域)而非外邊緣區域404提升至第一距離406。如先前所論述，在此時間期間監視預定條件。

最終，在圖4C中，該預定條件被滿足，且將晶圓108從靜電夾盤之介電表面110完全移除。因此，在一實例中，可將晶圓提升至第二距離412，此達成晶圓從介電表面110之完全移除。

儘管已關於某一或某些較佳實施例展示且描述本發明，但顯而易見的是熟習此項技術之其他者在閱讀並理解此說明書及隨附圖式之後將想到等效更改及修改。尤其關於由上文所描述之組件(組件、器件、電路等)執行之各種功能，除非另外指示，否則用於描述此等組件之術語(包括對「構件」之引用)意欲對應於執行所描述之組件之指定功能的任何組件(意即，為功能等效的)，即使在結構上不等效於在本發明之本文中所說明之例示性實施例中執行該功能的所揭示結構。另外，雖然可能已關於若干實施例中之僅一者揭示了本發明之一特定特徵，但此特徵可與對於任何給定或特定應用所要及有利的其他實施例之一或多個其他特徵組合。

100．．．箝制系統

102．．．靜電夾盤

104．．．導電基座

106．．．介電質

108．．．晶圓

110．．．介電表面

112．．．控制器

114．．．電壓供應器

116．．．提升組件

200．．．解箝制的方法

202-208．．．解箝制的步驟

302．．．時間

304．．．標號

306．．．標號

308．．．時間

310．．．時間

402‧‧‧靜電力線/靜電力

404‧‧‧晶圓之外邊緣區域

406‧‧‧第一距離

408‧‧‧提升裝置之力

410‧‧‧晶圓之中心區域

412‧‧‧第二距離

圖1為根據本發明之一態樣之靜電箝制系統的系統級方塊圖。

圖2說明根據本發明之另一態樣之用於箝制及解箝制一晶圓的方法。

圖3為說明根據本發明之另一態樣的靜電夾盤的隨時間而變的箝制電壓、箝制力、晶圓之第一區域距表面之距離，及電容的波形的一系列曲線。

圖4A至圖4C為根據本發明之另一態樣說明在解箝制之各個階段時的晶圓及靜電夾盤之橫截面圖。

100．．．箝制系統

102．．．靜電夾盤

104．．．導電基座

106．．．介電質

108．．．晶圓

110．．．介電表面

112．．．控制器

114．．．電壓供應器

116．．．提升組件

Claims (18)

1. 一種用於解箝制一晶圓之方法，該晶圓由於一箝制電壓而電性黏附至一靜電夾盤之一表面，該方法包含：撤銷該箝制電壓；在該撤銷之後，使該晶圓之一第一區域從該靜電夾盤之該表面提升且保持一第一距離，同時該晶圓之一第二區域保持黏附至該靜電夾盤之該表面；測量當該晶圓之該第一區域被保持在自該靜電夾盤之該表面的該第一距離處時的一經過時間；及依據該經過時間是否大於或等於一預定期滿時間，選擇性地使該第二區域從該靜電夾盤之該表面提升。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一距離大於大約0.1毫米且小於大約5毫米。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該箝制電壓為一直流(DC)電壓。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該箝制電壓為一交流(AC)電壓。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該AC電壓為一多相AC電壓，其建立一用以將該晶圓黏附至該靜電夾盤之該表面之近似恆定力。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一區域對應於該晶圓之一外邊緣區域。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該第二區域對應於該晶圓之一中心區域。
8. 一種用於處理一晶圓之系統，其包含：一靜電夾盤，其包含可操作以在該晶圓與該靜電夾盤之一表面之間提供一靜電箝制力的一或多個電極；一電源，其經組態以將一箝制電壓提供至該一或多個電極；及一提升組件，其經調適以在一第一時間期間將該晶圓之一第一區域從該靜電夾盤之該表面提升一第一距離，同時該晶圓之一第二區域保持在該表面上；一控制器，其經調適以測量當該晶圓之該第一區域被提升離開該靜電夾盤之該表面時的一經過時間，以及依據該經過時間是否大於或等於一預定期滿時間將控制信號提供至該提升組件以從該表面選擇性地提升該整個晶圓。
9. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該提升組件為一機械提升組件。
10. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該機械提升組件包含至少一插腳，該至少一插腳經調適以自該靜電夾盤之該表面可移動地延伸以從該表面提升該晶圓。
11. 如申請專利範圍第9項之系統，其中該構件包含一臂，該臂經調適以抓住該晶圓且從該靜電夾盤之該表面提升該晶圓。
12. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該提升組件包含以下各者中之至少一者：一經調適以提供一靜電力以提升該晶圓之靜電提升組件，或一經調適以提供一磁力以提升該晶圓之磁性提升組件。
13. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該提升組件包含一經調適以提升該晶圓之加壓氣體供應器。
14. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該靜電夾盤之該表面包含一平板。
15. 如申請專利範圍第8項之系統，其中該控制器經調適以藉由判定在該晶圓與該靜電夾盤之間量測的一電容與一臨限值的比較結果是否有利而監視該預定條件。
16. 一種用於解箝制一晶圓之方法，該晶圓由於一箝制電壓而電性黏附至一靜電夾盤之一表面，該方法包含：撤銷該箝制電壓；在該撤銷之後的一段時間，使該晶圓之一第一區域從該靜電夾盤之該表面提升且保持一第一距離，同時該晶圓之一第二區域保持黏附至該靜電夾盤之該表面；在當該晶圓之該第一區域被保持在自該靜電夾盤之該表面的第一距離處時之期間，測量在該期間所改變的一動態條件的複數個連續數值；及在經過一段時間之後，依據一或多個該複數個連續數值是否與一臨限值有一預定關係，選擇性地提升該第二區域離開該靜電夾盤之表面。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中測量該複數個連續數值包含：測量在該晶圓與該靜電夾盤之間的複數個連續電容數值。
18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中測量該複數個 連續數值包含：提供一交流(AC)電壓以量測在該晶圓與該靜電夾盤之間的複數個連續電容數值。