加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法

摘要

本发明涉及一种加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法，这里是专指半导体硅晶片加工时以金属铝作为连接导体时，其采用中音频高压可以加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，较佳地，硅晶片的直径为300mm，硅晶片下面的陶瓷圆片的厚度为1至6mm，中音频高压为0.6KV～2.0KV，半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率逐步快速降低，直至为零。本发明的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法设计独特巧妙，能够显著加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而显著提高生产效率，增加经济效益，对于半导体加工企业具有重要的经济意义，适于大规模推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工硅晶片加工技术领域，特别涉及半导体加工硅晶片消除静电吸附作用技术领域，具体是一种加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法。

背景技术

在实际的半导体工业化设备中大功率等离子体反应腔的正中央承托硅晶片的圆盘(chuck)通常由大约几个毫米厚的陶瓷圆片粘合在一个有液体冷却功能的合金基座上。陶瓷圆片的总体平整度要求非常高，可达±10～20微米；其上面会至少有一条敞开的漕沟。当硅晶片覆盖后这条敞开的漕沟就变成了气体(常用氩气)冷却硅晶片功能的通道，是因为半导体工业化设备中使用大功率等离子体加工时会使硅晶片的表面急速升温。气体(氩气)冷却功能通道内的气体压力大致有20～30公斤，才能确保硅晶片的表面得到均匀而快速地减温，可以有效控制硅晶片上部的的表面温度均匀地分布在120℃之内，才能保证直径为300mm的硅晶片加工均匀度好于1％，这是提高硅晶片加工成品率的最为关键措施之一。这里是专指半导体硅晶片加工以金属铝作为连接导体。但是如果半导体硅晶片加工以铜或其它比铝熔点更高的金属作为连接导体时(有人曾使用铁，镍，锰等铁磁性金属)，那么半导体硅晶片加工的温度将远远高于120℃，可达200℃，甚至400℃以上。如有一种CVD的半导体加工工序会使硅晶片的表面温度达到540℃左右。陶瓷圆片又是一种极为优良的绝缘体通常在常温下对地电阻可达10¹¹～10¹²欧姆。陶瓷圆片的电阻率对温度非常敏感，它将以指数的形式与温度的升高成反比。在高温下为了保持静电吸附作用，要使硅晶片仍可以覆盖陶瓷圆片上的敞开的槽沟，有时只能提高直流高压5000V至7000V。同时由于陶瓷圆片在这样的高温下对地电阻急剧下减，其工作电流将从100μA至200μA猛增至800μA至1000μA。当然这些只是特例，不在本发明涉及的半导体硅晶片加工以金属铝作为连接导体范围之内。半导体加工用的硅晶片也是一种优良的半导体材料，具有的电阻率介于导体和绝缘体之间。当硅晶片由机械手移至陶瓷圆片正上面之后在硅晶片的下半面部立即会感应出与陶瓷圆片上的极性反相的静电荷；而在硅晶片的上半面部立即会感应出与陶瓷圆片上的极性同相的静电荷；这二种静电荷是极性反相的，但是由于静电荷量是等量的，所以硅晶片是电中性的。根据物理学上的二个极性反相点电荷是有静电吸附作用力的：作用力的大小是与二个极性反相静电荷量的乘结成正比而与这二个反相点电荷量的距离的平方成反比。由于硅晶片的本身具有一定地厚度，所以在硅晶片的下半面感应出的极性反相静电荷远远比在硅晶片的上半面部感应出的极性同相静电荷离陶瓷圆片上静电荷的距离要小得多，故在此静电吸附作用是起主导作用的。而这种静电吸附作用力又必须大于气体(氩气)冷却功能通道内的气体压力(20～30公斤)才能完成半导体加工硅晶片的工序。而一旦完成半导体加工硅晶片的工序后，就需要消除静电吸附作用，以便方便地取出硅晶片，因为当硅晶片由机械手移开陶瓷圆片正上面之前一步，必须将硅晶片由机械手的辅助机构顶离陶瓷圆片(5～10mm)，这样机械手才能插入硅晶片的底部而将硅晶片移至下一个工序，那就需要消除硅晶片与陶瓷圆片之间的静电吸附作用，不然硅晶片将被顶破。

因为半导体工业对其工业化设备中每一个部件的时间衡量都是以秒为计较单位，甚至在其控制软件中以毫秒为计较单位。例如：按常规半导体加工硅晶片直径为300毫米(12英寸)而言，如果光靠自然地消除静电吸附作用的时间大约为20至40秒。基于现代化半导体工业对其工业化设备的要求：一是可靠；二是快速。从而提高半导体加工业的硅晶片加工效益，用其行业的话是：(硅晶片数/小时)；其是作为衡量半导体工业化设备优良品质的标志。

因此，需要一种加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法，其能够显著加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而显著提高生产效率，增加经济效益，对于半导体加工企业具有重要的经济意义。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法，该方法设计独特巧妙，能够显著加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而显著提高生产效率，增加经济效益，对于半导体加工企业具有重要的经济意义，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，本发明的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法，其特点是，采用中音频高压加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用。

较佳地，所述硅晶片的直径为300mm，所述硅晶片下面的陶瓷圆片的厚度为1至6mm，所述中音频高压为0.6KV～2.0KV。

更佳地，所述中音频高压由5KHz～10KHz的中音频升压而成。

较佳地，所述半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率逐步快速降低，直至为零。

更佳地，所述输出功率快速地分成3～5个按10～50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，直至所述输出功率快速缩减为满负荷输出功率的10％之后，才由这个台阶缩减为零。

本发明的有益效果在于：本发明采用中音频高压加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而阻止硅晶片的下半面部再次会感应出与陶瓷圆片上的极性反相的静电荷；硅晶片的下半面部会感应出与陶瓷圆片上的极性反相的不具备静电吸附作用的中音频电荷，可以控制在10秒以内，甚至5秒，设计独特巧妙，能够显著加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而显著提高生产效率，增加经济效益，对于半导体加工企业具有重要的经济意义，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法的示意图，其中1是硅晶片，2是陶瓷圆片，3是合金基座，4是射频输入，5是液体输入，6是氩气输入，7是中音频高压输入。

图2是陶瓷圆片厚度(mm)与中音频高压(V)输入的关系示意图。

具体实施方式

本发明的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法是采用中音频高压加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用。

较佳地，所述硅晶片的直径为300mm，所述硅晶片下面的陶瓷圆片的厚度为1至6mm，所述中音频高压为1.5KV～2.0KV。

更佳地，所述中音频高压由5KHz～10KHz的中音频升压而成。

本发明采用中音频大致在5KH至10KHz是因为现代化半导体加工设备大功率射频源注入等离子加工腔之中单个的或多个的射频源的频谱大致在2MHz至200MHz之间，中音频大致只有这个射频谱中最小的2MHz射频频率的二百分之一，以能够极大地减低中音频与射频相互作用而在等离子加工腔之中引起的自激震荡的可能性，这种自激震荡有可能将使正在加工的硅晶片与陶瓷圆片之间放电而受损。有许多时候硅晶片与陶瓷圆片之间放电是微放电，肉眼都很难分辨。保护了半导体加工设备的安全。中音频高压大致在0.6KV至2.0KV之间是为了与原有的直流高压即直接用于等离子加工腔之中使硅晶片与陶瓷圆片之间有足够的静电吸附作用去克服冷却功能通道内的气体压力的电压数相对应。

较佳地，所述半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率逐步快速降低，直至为零。

更佳地，所述输出功率快速地分成3～5个按10～50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，直至所述输出功率快速缩减为满负荷输出功率的10％之后，才由这个台阶缩减为零。一般需要大约2秒钟；例如按快速地分成5个按50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，5×50毫秒＝250毫秒。

这种大功率等离子体发生器的输出功率(2～12千瓦)最好避免只有一个从满负荷输出功率到输出功率为零的一个台阶；如这样有可能损坏大功率等离子体发生器的输出功率放大器，因为这种大功率等离子体发生器实际上是2～200MHz的射频功率放大器。这种大功率射频功率放大器输出功率(2～12千瓦)的输出级常常有几十个200～300瓦的大功率场效应管按并联和串联组合而成的。场效应管中的半导体结极为容易被射频功率放大器通道中的反相自感电动势所击穿。

用于本发明的中音频发生器的中音频大致为5KHz至10KHz；高压大致为0.6KV至2.0KV，可以直接加接在半导体加工用的等离子加工腔中原直流高压注入接口处(原用于承托硅晶片的圆盘(英文名叫chuck)；同时要将原有系统中的高压(开/关)的控制信号直接加接在本方法的中音频高压的控制接口即可(请参见图1)，其中F＝α(ΔV)，F-静电吸附作用力是正比于(ΔV)-电位差。

用于本发明的中音频发生器的音频大致为5KHz至10KHz和高压大致为0.6KV至2.0KV的原因是因为5KHz至10KHz是在音频300Hz至20KHz的中间，不需要任何特许的电子元件就可以构组成理想的中音频发生器和功率放大器；而0.6KV至2.0KV可由音频变压器将5KHz至10KHz升压而成。此处并不要求中音频发生器和功率放大器的输出都是标准正弦波。为了电路设计的方便如类正弦波或甚至方波都可以使用。

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

实施例1

硅晶片直径为300毫米，陶瓷圆片厚度为1毫米，一旦完成半导体加工硅晶片的工序后，立即(大约100毫秒)注入中音频高压0.6KV，其由5KHz的中音频升压而成，同时，半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率快速地分成5个按50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，直至输出功率快速缩减为满负荷输出功率的10％之后，才由这个台阶缩减为零，经过10秒后，用等离子体反应腔真空的真空度的突变判断硅晶片消除了静电吸附作用。

实施例2

硅晶片直径为300毫米，陶瓷圆片厚度为3毫米，一旦完成半导体加工硅晶片的工序后，立即(大约100毫秒)注入中音频高压1.2KV，其由7.5KHz的中音频升压而成，同时，半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率快速地分成5个按50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，直至输出功率快速缩减为满负荷输出功率的10％之后，才由这个台阶缩减为零，经过10秒后，用等离子体反应腔真空的真空度的突变判断硅晶片消除了静电吸附作用。

实施例3

硅晶片厚度为300毫米，陶瓷圆片厚度为6毫米，一旦完成半导体加工硅晶片的工序后，立即(大约100毫秒)注入中音频高压2.0KV，其由10KHz的中音频升压而成，同时，半导体加工硅晶片使用的大功率等离子体发生器的输出功率快速地分成5个按50毫秒为计较单位的台阶组合递减输出功率，直至输出功率快速缩减为满负荷输出功率的10％之后，才由这个台阶缩减为零，经过10秒后，用等离子体反应腔真空的真空度的突变判断硅晶片消除了静电吸附作用。

需要说明的是5秒需要很多因数的配合才有可能达到，如真正的等离子体反应腔的操作温度和真空度，等离子体功率和密度，冷却气体(氩气)的压力等等。5秒也可理解为并不需要硅晶片彻底消除了静电吸附作用，只要冷却气体(氩气)的压力大过于静电吸附作用了就行。因为机械手的辅助机构就可将硅晶片由陶瓷圆片(5～10mm)顶离，这样机械手才能插入硅晶片的底部而将硅晶片移至下一个工序，硅晶片不会被顶破。5秒已近极限值了。

一旦完成半导体加工硅晶片的工序后，立即(大约100毫秒)注入中音频是为了阻止硅晶片的下半面部再次会感应出与陶瓷圆片上的极性反相的静电荷；硅晶片的下半面部会感应出与陶瓷圆片上的极性反相的不具备静电吸附作用的中音频电荷。此处中音频高压需用大致为0.6KV至2.0KV是根据有几毫米厚的陶瓷圆片的实际厚度而定的；中音频高压大致为0.6KV至2.0KV可将1至6毫米厚的陶瓷圆片中的原滞留不动的静电荷拨动，从而立即使陶瓷圆片失去静电吸附作用(请参见图2)。同时因为硅晶片和陶瓷圆片都是不可压缩的刚体，它们之间原有的静电吸附作用是决定冷却功能通道内气体泄漏的决定性因素，一般在10～30毫托之间。在实际的现代化半导体工业工业化设备之中就是以等离子体反应腔真空表的指示来决定需要的直流高压电压。按现在正流行的半导体加工硅晶片直径为300毫米(12英寸)而言使用中音频高压大致为0.6KV至2.0KV可将1至6毫米厚的陶瓷圆片上快速缩减硅晶片静电吸附作用的方法可以控制在10秒以内，甚至5秒。所以在此揭示的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法具有重要的经济意义，可以大力加以推广。

综上，本发明的加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用的方法设计独特巧妙，能够显著加快半导体加工硅晶片消除静电吸附作用，从而显著提高生产效率，增加经济效益，对于半导体加工企业具有重要的经济意义，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。