静电吸附装置和晶圆吸附方法与流程

1.本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种静电吸附装置和晶圆吸附方法。


背景技术：

2.存储器件的存储密度的提高与半导体制造工艺的进步密切相关。已经开发出三维结构的存储器件(即，3d存储器件)。3d存储器件包括衬底、在衬底上形成的叠层结构以及贯穿栅叠层结构的沟道柱，从而形成沿着垂直方向堆叠的多个存储单元。在单位面积的晶片上，3d存储器件可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。
3.随着3d存储器件的技术发展，栅叠层结构的层数越来越多，甚至已经推出128层的3d存储器件。在3d存储器件的制造过程中，晶圆中的半导体结构越来越复杂，例如，在衬底上先形成牺牲叠层结构，然后将牺牲叠层结构中的牺牲层置换成栅极导体，从而形成栅叠层结构。
4.在高温处理期间，例如等离子蚀刻工艺中，复杂的叠层结构产生剧烈的物理形变导致晶圆翘曲，结果导致等离子体的电场异常，甚至薄膜的本征特性变化，例如产生电弧击穿、边缘厚度异常、薄膜剥落等。为了在高温处理期间对晶圆的卡盘施加吸附电压可以减小晶圆翘曲。
5.在一种现有技术的方法中，对晶圆的卡盘施加高吸附电压以确保获得期望的晶圆平整度。然而，在该方法中采用的吸附电压的数值过大，不仅可能导致晶圆背面结构损伤，而且可能导致卡盘的寿命减少。在另一种现有技术的方法中，先检测晶圆的翘曲度，然后计算与翘曲度相对应的吸附电压。然而，在该方法中需要根据检测参数计算出晶圆的翘曲度，以及预先获得晶圆的翘曲度与校正的吸附电压的关系曲线，不仅导致系统成本升高，而且吸附电压调节的准确度受到关系曲线随系统参数变化的影响。
6.期望进一步改进3d存储器件的晶圆静电吸附装置及方法，以提供准确的吸附电压和降低系统成本。


技术实现要素：

7.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种静电吸附装置和晶圆吸附方法，采用重复调节吸附电压的方式递增吸附电压，将晶圆的翘曲度控制在变形量容限之内，因而无需复杂的翘曲度计算即可提供准确的吸附电压。
8.根据本发明的第一方面，提供一种静电吸附装置，包括：卡盘，用于静电吸附晶圆；电压源，用于向所述卡盘提供吸附电压以产生吸附力；至少一个光源，用于发射源光束；至少一个传感器，用于接收所述源光束或者所述源光束的反射光束，并将所述源光束或所述反射光束的光信号转化为电信号；以及电压调节模块，与所述至少一个传感器相连接以接收所述电信号，与所述电压源相连接以提供调节信号，所述调节信号用于调节所述吸附电压，其中，所述电压调节模块根据所述电信号判断所述至少一个传感器是否接收到光束，在
所述至少一个传感器未接收到光束的情形下，重复调节所述吸附电压，直至所述至少一个传感器接收到光束。
9.优选地，所述电压调节模块在重复调节所述吸附电压的步骤中，在每次调节时将所述吸附电压提高预定值。
10.优选地，所述至少一个光源和所述至少一个传感器相对于所述晶圆表面水平设置，所述至少一个传感器检测所述至少一个光源沿着所述晶圆表面照射的源光束。
11.优选地，所述至少一个光源包括多个光源，所述至少一个传感器包括与所述多个光源相对应的多个传感器。
12.优选地，所述多个光源发射出彼此交叉的多个源光束。
13.优选地，所述多个光源发射出彼此平行且彼此隔开的多个源光束。
14.优选地，所述至少一个光源和所述至少一个传感器设置在所述晶圆表面上方，且与所述晶圆表面之间的距离对应于所述晶圆在发生翘曲时的变形量容限。
15.优选地，还包括：第一驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述至少一个光源和所述至少一个传感器相对于所述晶圆表面垂直移动以调节所述至少一个光源和所述至少一个传感器与所述晶圆表面之间的距离。
16.优选地，所述至少一个光源和所述至少一个传感器相对于所述晶圆表面倾斜设置，以检测所述至少一个光源发射的源光束在所述晶圆表面反射的反射光束。
17.优选地，所述至少一个光源包括多个光源，所述至少一个传感器包括与所述多个光源镜像设置的多个传感器。
18.优选地，所述多个光源发射出照射在所述晶圆表面的不同位置的多个源光束。
19.优选地，所述至少一个传感器检测的反射光束的角度范围对应于所述晶圆在发生翘曲时的变形量容限。
20.优选地，还包括：第二驱动器，所述第二驱动器用于驱动所述至少一个光源和所述至少一个传感器相对于所述晶圆表面水平移动，以检测所述至少一个光源发射的源光束在所述晶圆表面的不同位置反射的反射光束。
21.优选地，所述至少一个光源为激光光源。
22.优选地，所述至少一个传感器为光电二极管。
23.根据本发明的第二方面，提供一种晶圆吸附方法，包括：在卡盘上放置晶圆；向所述卡盘提供吸附电压以产生吸附力；发射源光束；接收所述源光束或者所述源光束的反射光束，并将所述源光束或所述反射光束的光信号转化为电信号；以及根据所述电信号产生调节信号以调节所述吸附电压，其中，根据所述电信号产生调节信号以调节所述吸附电压的步骤包括：根据所述电信号判断是否接收到光束，以及根据判断结果产生调节信号，在未接收到光束的情形下，所述调节信号用于重复调节所述吸附电压，直至接收到光束。
24.优选地，在重复调节所述吸附电压的步骤中，每次将所述吸附电压提高预定值。
25.优选地发射源光束的步骤包括：产生沿着所述晶圆表面照射的至少一个源光束。
26.优选地，所述至少一个源光束包括彼此交叉、或者彼此平行且彼此隔开的多个源光束。
27.优选地，所述至少一个源光束与所述晶圆表面之间的距离对应于所述晶圆在发生翘曲时的变形量容限。
28.优选地，还包括：相对于所述晶圆表面，垂直调节所述至少一个源光束光源与所述晶圆表面之间的距离。
29.优选地，发射源光束的步骤包括：产生相对于所述晶圆表面倾斜照射的至少一个源光束，所述至少一个源光束在所述晶圆表面反射以产生反射光束。
30.优选地，所述至少一个源光束包括照射在所述晶圆表面的不同位置的多个源光束。
31.优选地，还包括：相对于所述晶圆表面，改变所述至少一个源光束在所述晶圆表面的位置。
32.根据本发明实施例的静电吸附装置，采用光束检测晶圆的翘曲程度，在晶圆翘曲超过变形量容限时，晶圆表面的突起部将阻挡源光束，或者使得源光束在晶圆表面的反射光束偏离预定角度。电压调节模块在传感器未接收到光束的情形下判断为晶圆翘曲超过变形量容限，重复调节吸附电压，在传感器重新接收到光束的情形下判断为晶圆表面恢复平整状态，停止调节吸附电压。该静电吸附装置无需根据晶圆翘曲度计算吸附电压，可以降低系统复杂度并且提高吸附电压调节的响应速度和准确度。
33.在优选的实施例中，电压调节模块在重复调节吸附电压的步骤中，在每次调节时将吸附电压提高预定值，因此可以避免对晶圆的卡盘施加过高的吸附电压，不仅保护了晶圆的背面结构，而且延长了卡盘的寿命。
34.在优选的实施例中，采用沿着晶圆表面照射的多个源光束检测晶圆不同方向的翘曲，以及根据多个源光束的接收状态重复调整吸附电压以恢复晶圆平整状态。多个源光束可以彼此交叉或彼此平行且隔开。该电压调节模块可以在晶圆翘曲各向异性时恢复晶圆的平整状态。
35.在优选的实施例中，采用相对于晶圆表面倾斜照射的多个源光束产生的多个反射光束检测晶圆不同位置的翘曲，以及根据多个源光束的接收状态重复调整吸附电压以恢复晶圆平整状态。该电压调节模块可以在晶圆翘曲分布不均匀时恢复晶圆的平整状态。
附图说明
36.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
37.图1示出了根据本发明第一实施例的静电吸附装置的俯视结构示意图。
38.图2示出了根据本发明第一实施例的静电吸附装置中晶圆处于平整状态的截面示意图。
39.图3示出了根据本发明第一实施例的静电吸附装置中晶圆处于翘曲状态的截面示意图。
40.图4示出了根据本发明第二实施例的静电吸附装置中晶圆处于平整状态的截面示意图。
41.图5示出了根据本发明第二实施例的静电吸附装置中晶圆处于翘曲状态的截面示意图。
42.图6示出了根据本发明第三实施例的晶圆吸附方法的流程图。
43.图7示出了根据本发明实施例的晶圆吸附装置加热和冷却过程中的变形量容限。
具体实施方式
44.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
45.在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。
46.此外，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且包括没有明确列出的其他要素，或者是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
47.为了解决上述问题，本发明提供了一种静电吸附装置和晶圆吸附方法，采用重复调节吸附电压的方式实现吸附电压的递增，使晶圆的翘曲度控制在变形量容限内。具体地，下面示出了本发明的实施例。
48.本发明的第一实施例，如附图1所示，提供的静电吸附装置包括：卡盘10，用于静电吸附晶圆；电压源14，用于向所述卡盘10提供吸附电压，使所述卡盘10产生吸附力；至少一个光源11，用于发射源光束；至少一个传感器12，用于接收所述源光束，并将接收到的光束的光信号转化为电信号；以及电压调节模块13，与所述至少一个传感器12电连接，用于接收所述电信号，与所述电压源14电连接，用于提供调节信号，所述调节信号用于调节所述电压源14向所述卡盘10提供的吸附电压大小。其中，所述至少一个传感器12根据其是否接收到光束发出不同的电信号，当所述电压调节模块13接收到的电信号表明所述至少一个传感器12未接收到光束时，所述电压调节模块13重复调节所述吸附电压，直至所述至少一个传感器12接收到光束。
49.具体来说，所述卡盘10用于通过静电吸附作用吸附位于其表面的晶圆，晶圆翘曲后向上突起至超过变形量容限时，会阻挡源光束，导致源光束无法被传感器接收，从而将晶圆是否翘曲转换为传感器12是否接收到光束，本领域技术人员应当理解，传感器12在接收光束和不接收光束时所产生的电信号不同。电压调节模块13实时接收传感器12输出的电信号并根据该电信号产生调节信号，该调节信号被提供至电压源14，电压源14根据所述调节信号提供吸附电压至卡盘10。例如，当晶圆翘曲后向上突起至超过变形量容限时，源光束被阻挡，则存在至少一个传感器12没有接收到光束，此传感器12产生一表明未接收到光束的电信号并传递至电压调节模块13，当电压调节模块13接收到上述表明未接收到光束的电信号时，提供一调节信号至电压源14，该调节信号用于增大电压源14向卡盘10提供的吸附电压，本领域技术人员应当理解，卡盘10的吸附电压增大会使晶圆的翘曲程度减小，当减小程度不足以使晶圆的翘曲程度不超过变形量容限时，上述步骤被反复执行，直至晶圆的翘曲程度小于其变形量容限。
50.在一些实施例中，为了确保卡盘10的吸附电压不会过高，在上述重复调节吸附电压的步骤中，每次将吸附电压提高一预定值，使卡盘10的吸附电压逐步逼近使晶圆刚好平
整的吸附电压，避免调节过程中卡盘10的吸附电压过高，导致晶圆背面结构的损伤和卡盘的寿命减少。
51.附图2是本发明第一实施例的静电吸附装置中晶圆处于平整状态的截面示意图，附图3是本发明第一实施例的静电吸附装置吸附中晶圆处于翘曲状态的截面示意图。优选的，本实施例中光源11和传感器12相对于晶圆20表面平行设置，使光源11发出的源光束40与晶圆20的表面相对平行。源光束40和晶圆20表面之间的距离对应于晶圆20发生翘曲时的变形量容限，源光束40和晶圆20表面之间的距离越大，代表此静电吸附装置对于晶圆翘曲变形的容忍度越高。
52.应当理解的是，晶圆在加工过程中厚度不同，其变形量容限也不同，因此，在另一些实施例中，为了更好的适应不同情况，本发明中的静电吸附装置还包括第一驱动器，用于驱动所述光源11和所述传感器12在相对于晶圆表面垂直的方向上移动。通过调节第一驱动器，可以调节源光束40与所述晶圆20的表面之间的距离，不同的距离对应不同的晶圆变形量容限。
53.具体来说，如图2所示，首先进行校准过程：使得所述光源11和所述传感器12均相对于所述晶圆20的表面平行设置，即所述光源11和所述传感器12在z轴上的高度相同，由光源11出射的源光束40沿与晶圆20的表面平行射出(例如图2中的x轴方向)；然后通过调整所述第一驱动器(图中未示出)调整源光束40与晶圆20表面之间的距离至对应变形量容限，此时传感器12接收到源光束40，输出的电信号为31，电压调节模块13控制电压源14不改变卡盘10的吸附电压。当晶圆发生翘曲时，如图3所示，源光束40被遮挡，传感器12接收不到光束，输出的电信号为32，电压调节模块13控制电压源14增大卡盘10的吸附电压，卡盘10的吸附力增强，晶圆翘曲度减小。上述步骤反复执行，直至晶圆20恢复平整。
54.本实施例是以所述光源11沿水平方向朝向所述传感器12发射光束40为例进行说明。在其他实施例中，本领域技术人员也可以根据实际需要，调整所述光源11发射光束的角度，使得所述光源11以相对于水平方向倾斜预设角度的方向朝向所述传感器12发射光束，只需预先进行校准即可。
55.可选的，在本发明的一些实施例中，所述静电吸附装置包括多个光源11、以及与多个光源11一一对应的多个传感器12。所述电压调节模块13能够获取多个所述传感器12输出的电信号，只要存在至少一个传感器12输出的电信号为32，则电压调节模块13输出调节信号，控制电压源14增大所述卡盘10的吸附电压。举例来说，如图1所示，沿x轴方向，于所述卡盘10径向方向的相对两侧分别设置一所述光源11和一所述传感器12；沿y轴方向，于所述卡盘10径向的相对两侧分别设置另一所述光源11和另一所述传感器12。两个所述光源11同时分别向与其对应的所述传感器12发射源光束40，两源光束40分别用于探测晶圆20在不同方向上的翘曲。
56.本发明的静电吸附装置中所包含的所述光源11以及所述传感器12的具体数量以及分布情况，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此不作限定。例如，在某些实施例中，设有多个光源11和传感器12，多个光源11发出的多束源光束40彼此交错；在另一些实施例中，多个源光束40彼此平行且相互隔开。通过上述设置，晶圆在不同方向上的翘曲都能被探测到。
57.由于激光的方向性较佳，可选的，所述光源11为激光光源；基于相似的理由，可选
地，所述传感器12为光电二极管。
58.本发明的第二实施例由附图4和附图5示出，其中：附图4是本发明第二实施例中静电吸附装置中晶圆处于平整状态的截面示意图，附图5是本发明第二实施例中静电吸附中晶圆处于翘曲状态的截面示意图。对于与第一实施例相同之处，本实施例不再赘述，以下主要叙述与第一实施例的不同之处。
59.如附图4和附图5所示，所述光源11和所述传感器12相对于所述晶圆20背离所述卡盘10的表面倾斜设置，所述源光束40由所述光源11发出后在晶圆20表面上反射，反射光束由所述传感器12接收。当晶圆20发生翘曲时，光束40的反射面发生变化，反射光束方向发生变化，无法被传感器12接收。本领域技术人员应当理解的是，传感器12检测的反射光束的角度范围对应于所述晶圆20在发生翘曲时的变形量容限。
60.可选地，在本发明的一些优选实施例中，所述静电吸附装置包括多个光源11、以及与多个光源11一一对应的多个传感器12。其中，多个光源11发出的多个源光束40分别照射在晶圆20的不同区域，用于检测晶圆20的不同区域的翘曲情况。特别地，上述静电吸附装置用于晶圆翘曲分布不均匀的情况。
61.在本发明的另一些实施例中，为了减少装置的复杂程度，为了检测晶圆20不同区域的翘曲情况，本实施例中的静电吸附装置还包括第二驱动器，用于驱动光源11和传感器12在水平方向上运动。通过调节第二驱动器，源光束40照射至晶圆20的不同区域，探测晶圆20不同区域的翘曲情况。通过上述方法，避免了静电吸附装置内需要设置多个光源和多个传感器。
62.与第一实施例不同，本实施例的光源11和传感器12是通过检测所述晶圆20多个不同区域的反射光来反映所述晶圆20是否发生翘曲。本实施例检测到的所述晶圆20的翘曲情况的准确度相对较高，从而可以更好的调整施加至所述卡盘10的吸附电压。
63.根据本发明的第三实施例，提供了一种晶圆吸附方法，附图6是本发明中晶圆吸附方法的流程图，其中包括：步骤s010，在卡盘上放置晶圆；步骤s020，向卡盘提供吸附电压，使卡盘稳定吸附晶圆；步骤s030，发射源光束；步骤s040，接收所述源光束或者其反射光束并将所述源光束或者其反射光束的光信号转化为电信号；步骤s050，判断是否接收到光束；步骤s051，产生调节信号保持卡盘的吸附电压不变；步骤s052，产生调节信号调节卡盘的吸附电压。
64.具体来说，将待加工晶圆20放置在卡盘10的表面，待加工表面向上放置；晶圆20的位置确定后，电压源14向卡盘10提供较小的吸附电压，此较小的吸附电压用于使晶圆20稳定吸附在卡盘10上；调节好光源11和传感器12与晶圆20的相对位置关系后，光源发射源光束40，此时，源光束40或者其反射光束能被传感器12接收到。上述步骤完成后，开始晶圆加工过程，加工过程中由于温度变化，晶圆20产生翘曲，当晶圆20翘曲导致传感器12接收不到源光束40或者源光束40的反射光束时，传感器12产生的电信号发生变化，变化后的电信号被接受后，电压调节模块13产生调节信号，控制电压源14增大卡盘10的吸附电压。上述步骤重复执行，直至传感器12接收到源光束40或者其反射光束，此时，电信号恢复，电压调节模块13产生调节信号控制电压源14保持吸附电压不变。
65.在一些实施例中，在步骤s052中，为了保证吸附电压不会过高，调节吸附电压的过程中，每次将吸附电压增大预定值。
66.在一些实施例中，在步骤s030中，发射的源光束为沿晶圆表面照射的多个源光束，所述多个源光束在一些实施例中彼此交叉，在另一些实施例中彼此平行且相互隔开。上述多个源光束分别由对应的多个传感器接收，为了保证晶圆在各方向上都平整，只要有至少一个传感器输出的电信号表明其未接收到光束，则增大吸附电压。
67.在一些实施例中，在步骤s030中，发射的源光束与卡盘之间的距离可调，用于适应不同情况下不同的晶圆厚度和不同的变形量容限。
68.在一些实施例中，在步骤s030中，发射的源光束为相对于晶圆表面倾斜的光束，使源光束照射在晶圆表面，源光束的反射光被传感器接收。通过上述设置，晶圆在翘曲程度较小时就会导致反射光的出射方向变化较大，提高了本晶圆吸附方法对晶圆翘曲的敏感性。
69.在一些实施例中，采用多个光源，多个光源发出的源光束分别照射在晶圆的不同区域，用于检测晶圆不同区域的翘曲情况；在另一些实施例中，为了获取相同的技术效果，使光源和传感器能够在与晶圆表面相对平行的方向上移动。
70.图7示出了根据本发明实施例的晶圆吸附装置加热和冷却过程中的变形量容限。图中曲线的横坐标表示温度，纵坐标表示变形量。
71.在加热过程的曲线中，晶圆在从50℃加热至400℃的过程中发生负翘曲(即，晶圆的边缘部分高于中间部分)，在冷却过程的曲线中，晶圆在从400℃冷却至室温的过程中发生正翘曲(即，晶圆的边缘部分低于中间部分)。
72.根据本发明实施例的静电吸附装置，不论晶圆的负翘曲还是正翘曲均可以采用重复调节吸附电压的方式递增吸附电压，将晶圆的翘曲度控制在变形量容限之内。在本技术中，晶圆的平整状态即晶圆的翘曲度控制在变形量容限之内的状态。在图7中，晶圆翘曲的变形量容限表示为dm，例如，在负翘曲100微米至正翘曲100微米的范围之间。在每次调节时，电压递增预定电压值dv，相应产生与预定电压值dv相对应的变形调整量ddv。
73.依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。