一种晶圆去吸附装置、方法及半导体设备与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种晶圆去吸附装置、方法及半导体设备。

背景技术：

1、在半导体晶圆的刻蚀、沉积、离子注入等真空工艺中，静电卡盘是核心的晶圆固定部件。其通过施加高压电场，在卡盘介电层与晶圆之间产生静电力，从而实现晶圆的无机械接触固定，有效避免了传统机械夹持对晶圆造成的损伤和污染。工艺结束后，静电卡盘的高压电源首先被切断，然后升降销升起，将晶圆顶离静电卡盘表面，再由机械臂取走。

2、静电卡盘断电后，晶圆与静电卡盘介电层表面会残留大量的静电荷，产生残余吸附力。此时若直接升起升降销，晶圆将承受不均匀的应力，极易导致晶圆，尤其是超薄晶圆发生翘曲、隐裂、破裂或表面被刮伤。残留的静电荷在晶圆脱离静电卡盘或与机械臂接触的瞬间，可能发生快速的电荷转移，即静电放电。这种瞬间的高压脉冲会击穿或损伤晶圆上精密的半导体器件和电路，显著降低芯片的生产良率。传统被动泄放或简单接地方式的泄放效率不足，无法在合理时间内消除大尺寸晶圆上的残留静电，难以满足先进制程的工艺节拍和稳定性要求。

3、现有技术中，专利cn114743901a公开了提供一种半导体工艺腔室，包括腔体、静电卡盘和供电组件，通过供电组件向静电卡盘的吸附电极加载解吸附电压，极性在预设时长内正负交替变化，幅值逐渐减小，直至为零，以消除晶圆上的残余电荷。cn117373987a公开了一种晶圆解吸附方法、静电卡盘及半导体加工设备，通过关闭静电吸附电源后设置解吸附电压，确保其与上一次吸附电压极性相反且小于吸附电压，并在预设时长后关闭电源，利用导电顶针释放残余电荷，直至晶圆到达取片位置。cn108735624公开晶片的搬出方法，在搬出晶片之前，停止对静电卡盘工作台的电压施加，施加相反方向的除电电压以抵消剥离带电，并在空气喷出口处喷出空气以排除真空吸附力，确保静电卡盘工作台在脱离时不带电。以上通过接入相反方向的电压抵消残留静电，需在原有接地通路基础上，额外新增极性切换电路、电压精准调控单元，整体结构复杂度提高。

4、因此，亟需一种安全、快速、可控的晶圆去吸附装置及方法。

技术实现思路

1、本发明将与晶圆直接接触的导电升降销作为点对点静电泄放电极，仅在静电卡盘断电后通过控制模块进行导通泄放通路的时序控制，实现了晶圆残留静电的快速彻底释放，避免晶圆顶起时翘曲裂片及工艺阶段泄放通路对静电卡盘电场的干扰。

2、一方面，本发明提供了一种晶圆去吸附装置，包括：静电卡盘、导电升降销、导电支撑座、升降驱动机构、继电器、接地端和控制模块；其中，所述静电卡盘承载并固定晶圆；所述导电升降销的顶部穿过所述静电卡盘上的通孔，接触并顶起所述晶圆；所述导电升降销的底端固定连接所述导电支撑座且导通所述静电卡盘；所述继电器的一端与所述导电支撑座电连接，另一端与所述接地端连接；所述控制模块控制所述升降驱动机构驱动所述导电升降销上下运动，所述控制模块控制所述静电卡盘加载的直流电的通断状态；所述控制模块控制所述继电器的通断，从而控制所述导电升降销的接地状态。

3、优选的，所述导电支撑座与继电器之间串联限流电阻。

4、优选的，所述限流电阻为阻值固定的电阻或者阻值可调的电阻。

5、优选的，所述控制模块还包括静电检测单元，用于监测所述继电器的电流值。

6、优选的，所述导电升降销由导电材料制成，顶端为光滑圆弧形。

7、另一方面，本发明提供一种晶圆去吸附方法，基于所述的晶圆去吸附装置，包括以下步骤：

8、晶圆吸附和工艺阶段，所述继电器保持断开状态；

9、所述工艺阶段完成后，所述控制模块切断所述静电卡盘加载的直流电；

10、延时时间s1后，所述控制模块控制所述继电器闭合，所述控制模块控制所述升降驱动机构驱动所述导电升降销向上运动，至接触所述圆晶背面的位置；所述晶圆和所述静电卡盘的残留静电通过所述导电升降销、所述导电支撑座、所述继电器与所述接地端泄放；

11、所述残留静电泄放时间s2后，所述控制模块控制所述导电升降销升起至取片位置，完成取片后，所述控制模块控制所述继电器断开。

12、优选的，所述残留静电泄放时，所述控制模块控制所述静电检测单元监测所述继电器的电流值，判断电流值是否下降至预设的泄放安全阈值以内，若是，所述控制模块控制所述升降驱动机构驱动所述导电升降销向上运动，若不是，继续泄放。

13、优选的，所述残留静电泄放时，所述控制模块控制所述静电检测单元监测继电器的电流值，判断电流值是否超过放电安全阈值，若是，控制模块控制限流电阻增大阻值，以减小峰值电流。

14、优选的，所述延时时间s1为50-200ms，所述残留静电泄放时间s2为400-900ms。

15、再一方面，本发明提供一种半导体设备，包括所述的晶圆去吸附装置。

16、与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

17、（1）本发明依托导电升降销与晶圆背面的直接物理接触并与静电卡盘导通，打破传统静电卡盘仅靠静电卡盘表面微弱间接泄放的路径限制，为残留的吸附电荷提供低阻抗的直接对地通路，实现残留静电的毫秒级快速完全泄放，彻底消除静电卡盘对晶圆的残余吸附力，从根源上避免晶圆受到的顶起力不均导致的晶圆翘曲、裂片缺陷，大幅降低晶圆破片率。

18、（2）本发明通过控制模块进行逻辑时序控制，将泄放通路的导通窗口严格限定在静电卡盘断电后的晶圆脱附阶段，晶圆吸附和工艺阶段保持泄放通路完全断开，彻底切断泄放路径与静电卡盘内部电场的耦合关联。晶圆吸附和工艺阶段完全隔离泄放通路，不会对静电卡盘内部的静电吸附电场、等离子体工艺电场产生任何扰动，提高了工艺稳定性。

19、（3）本发明通过限流电阻的阻抗分压特性，延长晶圆表面残留电荷的泄放时间，将原本纳秒级的瞬间自发放电过程拉长至毫秒级，把放电电流的峰值控制在敏感器件的安全阈值以内，从根源上抑制高压静电放电脉冲的生成，避免晶圆上的纳米级敏感器件被静电击穿，提高芯片生产良率。

20、（4）本发明中的晶圆去吸附装置无需改动静电卡盘内部的供电、介电层布局等成熟设计，仅对升降销和控制单元进行升级，易于改造实施，兼容性强。

1.一种晶圆去吸附装置，其特征在于，包括：静电卡盘、导电升降销、导电支撑座、升降驱动机构、继电器、接地端和控制模块；其中，所述静电卡盘承载并固定晶圆；所述导电升降销的顶部穿过所述静电卡盘上的通孔，接触并顶起所述晶圆；所述导电升降销的底端固定连接所述导电支撑座且导通所述静电卡盘；所述继电器的一端与所述导电支撑座电连接，另一端与所述接地端连接；所述控制模块控制所述升降驱动机构驱动所述导电升降销上下运动，所述控制模块控制所述静电卡盘加载的直流电的通断状态；所述控制模块控制所述继电器的通断，从而控制所述导电升降销的接地状态。

2.根据权利要求1所述的晶圆去吸附装置，其特征在于，所述导电支撑座与继电器之间串联限流电阻。

3.根据权利要求2所述的晶圆去吸附装置，其特征在于，所述限流电阻为阻值固定的电阻或者阻值可调的电阻。

4.根据权利要求1所述的晶圆去吸附装置，其特征在于，所述控制模块还包括静电检测单元，用于监测所述继电器的电流值。

5.根据权利要求1所述的晶圆去吸附装置，其特征在于，所述导电升降销由导电材料制成，顶端为光滑圆弧形。

6.一种晶圆去吸附方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一权利要求所述的晶圆去吸附装置，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的晶圆去吸附方法，其特征在于，所述残留静电泄放时，所述控制模块控制所述静电检测单元监测所述继电器的电流值，判断电流值是否下降至预设的泄放安全阈值以内，若是，所述控制模块控制所述升降驱动机构驱动所述导电升降销向上运动，若不是，继续泄放。

8.根据权利要求6或7所述的晶圆去吸附方法，其特征在于，所述残留静电泄放时，所述控制模块控制所述静电检测单元监测所述继电器的电流值，判断电流值是否超过瞬时安全阈值，若是，控制模块控制限流电阻增大阻值，以减小峰值电流。

9.根据权利要求6所述的晶圆去吸附方法，其特征在于，所述延时时间s1为50-200ms，所述残留静电泄放时间s2为400-900ms。

10.一种半导体设备，其特征在于，包括权利要求1-5任一权利要求所述的晶圆去吸附装置。