CN111293058B - 静电卡盘的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种静电卡盘控制系统及其控制方法，应用于半导体加工设备中静电卡盘的卡合控制。该控制方法包括如下步骤：判断当前晶圆的处理工艺的执行状态；当所述执行状态为完成时，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，并且获取吹气结构的气体流量值；当所述气体流量值达到预设流量值时，控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动所述晶圆远离所述静电卡盘的承载面。本申请实施例可以消弱甚至消除粘片的情况发生，进而可以防止机械手搬运晶圆时与基座发生干涉，并且可以有效增加晶圆受力点，以使得晶圆的受力更加均匀。

Description

静电卡盘的控制系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种静电卡盘控制系统及其控制方法。

背景技术

目前，在集成电路芯片制造行业中，对晶圆进行加工的整个流程中，普遍包括光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积及核心封装等工艺。在等离子刻蚀工艺，刻蚀机将光刻工艺所产生的诸如线、面或孔洞等光阻图案，忠实无误地转印到光阻底下的材质上，以形成整个集成电路所应有的复杂架构。在封装领域，将器件晶圆整体减薄及背部封装，也需要等离子刻蚀工艺。在执行处理工艺时，通常是将晶圆放置在半导体加工设备的工艺腔室内的卡盘上，对晶圆进行加工。卡盘起到支撑及固定晶圆的作用，对工艺过程晶圆温度进行控制等作用。静电卡盘是一种利用静电力固定晶圆的卡盘结构，消除了机械卡盘结构复杂，晶圆有效加工面积减少等缺点。但静电卡盘的排除工装(Dechuck)问题一直是个难题，处理工艺完成后由于某种原因，静电卡盘未能完全释放晶圆，两者之间还存在吸附力，此时顶针升起时可直接导致晶圆碎裂，或者顶针升起后或者晶圆倾斜，机械手执行晶圆传出腔室动作，造成机械手撞击晶圆。由于顶针升降、机械手伸缩为连贯动作，导致晶圆被顶针顶碎，或者机械手撞击晶圆都将造成经济损失及硬件损坏。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种静电卡盘控制系统及其控制方法，用以解决现有技术存在的静电卡盘粘片及撞击晶圆的技术问题。

第一个方面，本申请实施例一种工艺后升起晶圆的控制方法，应用于半导体加工设备中静电卡盘的卡合控制，包括如下步骤：判断当前晶圆的处理工艺的执行状态；当所述执行状态为完成时，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，并且获取吹气结构的气体流量值；当所述气体流量值达到预设流量值时，控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动所述晶圆远离所述静电卡盘的承载面。

于本申请的一实施例中，所述判断当前晶圆的处理工艺的执行状态，包括：当所述执行状态为未完成时，继续执行当前处理工艺。

于本申请的一实施例中，所述控制升降组件由第一位置上升至第二位置之后，还包括：控制吹气结构停止向晶圆吹气，并且控制机械手从所述承载面上方所述将晶圆搬走。

于本申请的一实施例中，所述控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，还包括：控制抽气结构抽出留存在所述吹气结构内的气体。

于本申请的一实施例中，当所述升降组件在第一位置时，所述升降组件位于静电卡盘内，且所述升降组件的顶端低于所述承载面；当所述升降组件在第二位置时，所述升降组件部分位于所述静电卡盘内，且所述升降组件的顶端高于所述承载面。

于本申请的一实施例中，所述预设压值为0-20托尔。

于本申请的一实施例中，所述预设流量值为5-50sccm。

第二个方面，本申请实施例提供了一种用于静电卡盘的控制系统，采用如第一个方面提供的控制方法，包括：判断单元、控制单元、获取单元、吹气结构、升降组件；其中，所述判断单元用于判断当前晶圆的处理工艺的执行状态；所述控制单元用于根据所述执行状态，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，并且通过所述获取单元获取吹气结构中气体的气体流量值；所述控制单元还用于当所述气体流量值达到预设流量值时，控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动所述晶圆远离所述静电卡盘的承载面。

于本申请的一实施例中，所述控制系统还包括：机械手；所述控制单元，还用于控制吹气结构停止向晶圆吹气，并且控制机械手从所述承载面上方将所述晶圆移走。

于本申请的一实施例中，所述控制系统还包括：抽气结构；所述控制单元，还用于控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，控制抽气结构对所述吹气结构进行抽气。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过向晶圆背面吹气，以消弱甚至消除粘片的情况发生，然后控制升降组件由第一位置上升至第二位置，以带动晶圆远离静电卡盘的承载面，进而可以防止机械手搬运晶圆时与静电卡盘发生干涉。进一步的，控制吹气结构与升降组件配合工作，由于通过向晶圆背面吹气，可以有效增加晶圆受力点，以使得晶圆的受力更加均匀，防止升降组件升起后晶圆发生倾斜，从而可以防止机械手撞击晶圆，进而可以大幅提高晶圆的成品率，并且大幅提高了经济效率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种静电卡盘的控制方法的流程示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种吹气结构与静电卡盘配合的工作状态的剖视示意图；

图2B为本申请实施例提供的一种升降组件与静电卡盘配合顶抵晶圆的剖视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本申请实施例提供了一种工艺后升起晶圆的方法，应用于半导体加工设备中静电卡盘的卡合控制，该方法的流程示意图如图1所示，该方法包括：

S101：判断当前晶圆的处理工艺的执行状态。

可选地，当执行状态为未完成时，继续执行当前处理工艺。

例如，当晶圆在工艺腔室内执行处理工艺时，控制单元可以判断当前晶圆的处理工艺的执行状态。控制单元例如可以是半导体加工设备的下位机，其可以直接获取到当前处理工艺的执行状态，从而判断当前的处理工艺是否执行完成。当执行状态为未完成时，控制单元可以控制半导体加工设备继续执行当前处理工艺；而当执行状态为完成时，则可以进入步骤S102。

S102：当执行状态为完成时，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，并且获取吹气结构的气体流量值。可选地，预设压值为0-20托尔，预设流量值为5-50sccm。

例如，例如当执行状态为完成时，控制单元可以控制吹气结构根据预设压力值向晶圆的背面吹气，并且控制单元还能根据获取单元实时获取吹气结构的气体流量值。预设压力值可以根据晶圆尺寸预先设置，例如预设压力值具体是0Torr-20Torr(Torr，托尔为压强单位，1Torr约等于133.32帕)，例如在一些实施例中，预设压力值可以是4Torr-8Torr，预设压力值可以与晶圆尺寸大小成正比，但是本申请实施例并不以此为限。由于吹气结构吹气孔在基座的承载面上均匀分布，可以保证晶圆所受吹力均匀分布。对于存在残余吸附力的位置，只要设置合适的预设压力值，吹力可以消弱甚至抵消残余吸附力，而静电卡盘的聚焦环可以保证在吹气过程中，晶圆一直处于聚焦环的容置槽内，晶圆不至于被吹离静电卡盘表面。采用该设计，由于吹气结构在向晶圆背面吹气之前，已经将吹气结构内压力进行了稳压，从而使得晶圆的受力更加均匀。

进一步的，预设流量值同样可以根据晶圆尺寸预先设置，例如预设流量值具体可以是5sccm-50sccm，例如在一些实施例中，预设流量值可以是6sccm-30sccm，预设流量值可以与晶圆尺寸大小成正比，但是本申请实施例并不以此为限。对于存在残余吸附力的位置，只要设置合适的预设流量值，吹力可消弱甚至抵消残余吸附力，而聚焦环的容置槽可以保证在吹气过程中，晶圆一直处于聚焦环的容置槽内，晶圆不至于被吹离静电卡盘。控制单元可以通过获取单元实时获取流量传感器的流量检测值，当晶圆远离静电卡盘的承载面后吹气结构内的气流会趋于稳定，当气体流量值达到预设流量值时，则可以确定晶圆已经脱离承载面，即消除了静电卡盘对晶圆残余的吸附力。

S103：当气体流量值达到预设流量值时，控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动晶圆远离静电卡盘的承载面。

例如，当气体流量值达到预设流量值时，则可以确定晶圆已经脱离承载面，此时控制单元可以控制升降组件由第一位置上升至第二位置，升降组件通过上升带动晶圆远离静电卡盘的承载面，从而便于后续步骤中机械手搬运。由于升降组件的顶针横截面积较小，因此可以认为顶针和晶圆背部是点接触。由于吹气结构气体的吹力，可以保证升降组件由第一位置升至第二位置时过程，晶圆背部受力均匀，这样不仅可以有效避免排除工装(Dechuck)问题导致的碎片，还可以避免升降组件升起后晶圆倾斜导致后续步骤中机械手搬运晶圆失败的情况发生。

进一步的，控制单元在控制升降组件上升前，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，接着升降组件的顶针升起。采用上述设计，由于预先对晶圆背面进行吹气，增加了晶圆背面着力点，使晶圆尽可能受力均匀，避免晶圆升起过程中，由于受力不均而倾斜。

可选地，控制吹气结构停止向晶圆吹气，并且控制机械手从承载面上方将晶圆搬走。

例如，当步骤S103中控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，控制单元可以控制机械手将晶圆由工艺腔室内搬走。采用上述设计可以避免吹气结构的浪费，从而节省工艺成本。但是本申请实施例并不以此为限，例如控制单元也可以在吹气结构持续向晶圆吹气的同时，控制单元控制机械手搬运晶圆，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

可选地，控制抽气结构抽出留存在吹气结构内的气体。具体地，当步骤S103中控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，控制单元可以控制抽气结构将吹气结构中气体抽走，以便于执行后续的处理工艺。采用上述设计，可以避免吹气结构内存在有多余气体，从而确保工艺腔室稳定的工艺环境，进而有效提高晶圆的工艺性能。

于本申请的一实施例中，当升降组件在第一位置时，升降组件位于静电卡盘内，且升降组件的顶端低于承载面；当升降组件在第二位置时，升降组件部分位于静电卡盘内，且升降组件的顶端高于承载面。具体来说，升降组件具可以包括三个顶针，当升降组件位于第一位置时，三个顶针均位于静电卡盘内；而当升降组件位于第二位置时，三个顶针凸伸出静电卡盘的承载面，以带动晶圆远离静电卡盘的承载面，以便于机械手搬运晶圆。

本申请实施例通过向晶圆背面吹气，以消弱甚至消除粘片的情况发生，然后控制升降组件由第一位置上升至第二位置，以带动晶圆远离静电卡盘的承载面，进而可以防止机械手搬运晶圆时与静电卡盘发生干涉。进一步的，控制吹气结构与升降组件配合工作，由于通过向晶圆背面吹气，可以有效增加晶圆受力点，以使得晶圆的受力更加均匀，防止升降组件升起后晶圆发生倾斜，从而可以防止机械手撞击晶圆，进而可以大幅提高晶圆的成品率，并且大幅提高了经济效率。

基于相同的构思，本申请实施例还提供了一种用于静电卡盘的控制系统，其采用上述实施例提供的控制方法，如图2A及图2B所示，控制系统具体可以包括：判断单元、控制单元、获取单元1、吹气结构2、升降组件3；其中，判断单元用于判断当前晶圆200的处理工艺的执行状态；控制单元用于根据执行状态，控制吹气结构2根据一预设压力值向晶圆200吹气，并且通过获取单元1获取吹气结构2中气体的气体流量值；控制单元还用于当气体流量值达到预设流量值时，控制升降组件3由第一位置上升至第二位置，用于带动晶圆200远离静电卡盘100的承载面101。

如图2A及图2B所示，静电卡盘100可以设置于半导体加工设备的工艺腔室(图中未示出)内，其可以具有用于承载及固定晶圆200的承载面101，工艺腔室可以对晶圆200执行处理工艺。判断单元及控制单元(图中均未示出)均可以是半导体加工设备的下位机或者上位机，但是本申请实施例并不以此为限。判断单元可以判断当前晶圆200处理工艺执行状态，以及控制单元可以根据执行状态控制吹气结构2及升降组件3的运行状态。控制单元通过压力传感器5控制吹气结构2根据一预设压力值向晶圆200吹气。获取单元1具体可以包括流量传感器，获取单元1设置于吹气结构2上并且与控制单元电连接，控制单元可以通过获取单元1获取吹气结构2中气体流量值，当气体流量值达到预设流量值时，晶圆脱离静离卡盘的承载面，具体参照图2A所示的状态。升降组件3可以包括三个顶针，三个顶针均可升降的设置于静电卡盘100的中部位置，并且顶针的顶端可以凸伸出承载面101，即由第一位置上升至第二位置。控制单元可以控制升降组件3的顶针由第一位置上升第二位置，用于带动晶圆200远离静电卡盘100的承载面101，具体参照如图2B所示的状态。

于本申请的一实施例中，控制系统还包括机械手(图中未示出)，控制单元还用于控制吹气结构2停止向晶圆200吹气，并且控制机械手从承载面101上方将晶圆200移走。

于本申请的一实施例中，如图2A及图2B所示，控制系统还包括抽气结构4，控制单元还用于控制吹气结构2停止向晶圆200吹气之后，控制抽气结构4对吹气结构2进行抽气。设置抽气结构4的主要作用在于，当机械手将晶圆200搬走之后，可以控制抽气结构4将吹气结构2中气体抽走，以便于执行后续的处理工艺。采用上述设计，可以避免抽气结构4内存在有多余气体，从而确保工艺腔室稳定的工艺环境，进而有效提高晶圆200的工艺性能。

于本申请的一实施例中，如图1至图2A所示，静电卡盘100还包括聚焦环102，聚焦环102设置于静电卡盘100的上方，并且与承载面101配合以形容置槽103，容置槽103用于限定晶圆200的横向活动空间。聚焦环102可以采用密封环状结构，当吹气结构2工作时还可以起到聚集气体的作用，从而可以进一步提高气体的均匀性。进一步的，由于设置有获取单元1及压力传感器5，而且可以预先根据晶圆200的尺寸设置有预设流量值及预设压力值，可以确保吹气结构2的吹气尽可能的抵消残余吸附力，而还可以有效防止晶圆200与聚焦环102及顶针脱落。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过向晶圆背面吹气，以消弱甚至消除粘片的情况发生，然后控制升降组件由第一位置上升至第二位置，以带动晶圆远离静电卡盘的承载面，进而可以防止机械手搬运晶圆时与静电卡盘发生干涉。进一步的，控制吹气结构与升降组件配合工作，由于通过向晶圆背面吹气，可以有效增加晶圆受力点，以使得晶圆的受力更加均匀，防止升降组件升起后晶圆发生倾斜，从而可以防止机械手撞击晶圆，进而可以大幅提高晶圆的成品率，并且大幅提高了经济效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种工艺后升起晶圆的控制方法，应用于半导体加工设备中静电卡盘的卡合控制，其特征在于，包括如下步骤：

判断当前晶圆的处理工艺的执行状态；

当所述执行状态为完成时，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，以使所述晶圆脱离所述静电卡盘的承载面；并且获取吹气结构的气体流量值；

当所述气体流量值达到预设流量值时，持续以所述预设流量值向所述晶圆吹气，并控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动所述晶圆远离所述静电卡盘的承载面；

控制吹气结构停止向晶圆吹气，并且控制机械手从所述承载面上方将所述晶圆搬走。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断当前晶圆的处理工艺的执行状态，包括：

当所述执行状态为未完成时，继续执行当前处理工艺。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，还包括：

控制抽气结构抽出留存在所述吹气结构内的气体。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述升降组件在第一位置时，所述升降组件位于静电卡盘内，且所述升降组件的顶端低于所述承载面；当所述升降组件在第二位置时，所述升降组件部分位于所述静电卡盘内，且所述升降组件的顶端高于所述承载面。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设压力值为0-20托尔。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设流量值为5-50sccm。

7.一种用于静电卡盘的控制系统，采用如权利要求1至6任一项所述的控制方法，其特征在于，包括：判断单元、控制单元、获取单元、吹气结构、升降组件；其中，

所述判断单元用于判断当前晶圆的处理工艺的执行状态；

所述控制单元用于根据所述执行状态，控制吹气结构根据一预设压力值向晶圆吹气，以使所述晶圆脱离所述静电卡盘的承载面；并且通过所述获取单元获取吹气结构中气体的气体流量值；

所述控制单元还用于当所述气体流量值达到预设流量值时，控制所述吹气结构持续以所述预设流量值向所述晶圆吹气，并控制升降组件由第一位置上升至第二位置，用于带动所述晶圆远离所述静电卡盘的承载面；

所述控制系统还包括：机械手；

所述控制单元，还用于控制吹气结构停止向晶圆吹气，并且控制所述机械手从所述承载面上方将所述晶圆移走。

8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：抽气结构；

所述控制单元，还用于控制吹气结构停止向晶圆吹气之后，控制所述抽气结构对所述吹气结构进行抽气。

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