薄衬底静电卡盘系统和方法
【专利摘要】本发明公开了薄衬底静电卡盘系统和方法。在本发明的不同方面，半导体衬底处理系统可以包括：静电卡盘，用于保持附接至电绝缘载体的半导体衬底；以及交流电源，电耦接至所述静电卡盘。
【专利说明】薄衬底静电卡盘系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明的各方面大体上涉及用于在半导体加工期间固定衬底的静电卡盘。
【背景技术】
[0002]作为半导体器件生产过程的一部分，通常需要支撑例如半导体衬底，该半导体衬底充当组成在器件中的不同器件层的衬底。通常使用的是称为卡盘的器件。机械卡盘通常包括用于支撑衬底的某些类型的机械销。这种类型的装置的问题是其倾向于损坏衬底的边缘。当在加工过程中使用薄衬底时，该问题则放大。因此，理想的是，提高在生成过程中支持薄衬底的性能。对于较大衬底来说这尤其重要，高达，例如，300mm。
【发明内容】
[0003]根据不同实施方式的处理系统可以包括:静电卡盘，用于保持附接(attach，附着)至电绝缘载体的半导体衬底，其中，电绝缘载体设置在静电卡盘和半导体衬底之间；交流电源，电耦接至所述静电卡盘；其中供应电压取决于电绝缘载体的至少一个特性。
[0004]根据不同实施方式的处理系统可以包括:静电卡盘，保持附接至电绝缘载体的半导体衬底，其中，所述电绝缘载体设置在静电卡盘和半导体衬底之间；交流电源，电耦接至所述静电卡盘，其中交流电源提供至少500V峰-峰值电压。
[0005]根据不同实施方式的制造器件的方法可以包括:提供半导体衬底；将所述半导体衬底附接至电绝缘载体；利用静电卡盘支撑半导体衬底和电绝缘载体，所述电绝缘载体设置在静电卡盘和半导体衬底之间；其中供应给静电卡盘的电压与电绝缘载体的至少一个特性相关联。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]在附图中，相似的参考符号一般是指不同图中相同的部件。附图不一定按比例绘制，相反一般将重点放在举例说明本发明的原理。在下面的描述中，参考下面的附图描述本发明的公开的不同方面，在附图中:
[0007]图1A至图1B示出静电卡盘；
[0008]图2A示出根据本发明的方面的玻璃结构上的硅；
[0009]图2B示出根据本发明的另一个方面的静电卡盘；
[0010]图3示出根据本发明的另一个方面的系统；
[0011]图4示出根据本发明的另一个方面的系统组件；
[0012]图5示出根据本发明的另一个方面的系统组件；
[0013]图6A至图6C示出根据本发明的另一个方面的系统；
[0014]图7示出根据本发明的另一个方面的过程；
[0015]图8示出根据本发明的另一个方面的玻璃结构上的硅；
[0016]图9示出根据本发明的方面的施加电压的计算；以及[0017]图10示出根据本发明的方面的施加电压的另一个计算。
【具体实施方式】
[0018]在本发明的各方面，可以提供科包括电源的静电卡盘。在一个或多个实施方式中，电源可以是交流(AC)电源。在一个或多个实施方式中，电源可以是高压电源。而且，在进一步的方面中，高压电源可以结合薄半导体衬底使用。薄半导体衬底可以可选地支撑在玻璃或其他非导电载体上。薄的半导体衬底可以延伸多达300mm，或更大。可选地，可以改进电源，从而更好地支持高电压操作，而不会出现电弧作用。可选地，可以改进所使用的电力电缆，从而更好地支持高电压操作。在本发明的另一个方面中，用于支撑薄半导体衬底的非导电载体可以利用薄层导电材料喷溅。进一步，系统可以用于传统的半导体衬底和所支撑的薄衬底。可选地,系统能够自动检测衬底类型。[0019]下面的详细描述参照了通过图解方式示出可以实践实施方式的本发明的特定细节和方面。为了能够使本领域的技术人员实践某些实施方式，充分相似地描述本发明的这些方面。在不偏离本发明的保护范围的情况下，可以使用本发明的其他方面，并且对本发明做出结构改变、逻辑改变、和电气改变。本发明的不同方面不一定是排它的，因为本发明的某些方面可以组合本发明的一个或多个其他方面，形成本发明的新方面。因此，下面的详细说明书是非限制性的，和本发明的保护范围由相关权利要求限定。
[0020]提供本发明的各方面供器件使用，和提供本发明的各方面供方法使用。将理解的是，器件的基本特性还适用方法，反之亦然。因此，为了简洁起见，可以省略这些特性的重复描述。
[0021]本文中使用的术语“至少一个”可以理解为包括大于或等于一的任何整数。
[0022]本文中使用的术语“多个”可以理解为包括大于或等于两的任何整数。
[0023]本文中使用的术语“耦接”或“连接”可以理解为分别包括直接“耦接”或直接“连接”和间接“耦接”或间接“连接”。
[0024]本文中使用的术语“设置在……上”、“位于……上”、“布置在……上”旨在包括第一元件或层可以直接设置、位于或布置在第二元件或层上，第一元件或层和第二元件或层之间没有额外元件或层的布置，和第一元件或可以设置、位于或布置在第二元件或层上方，第一元件或层和第二元件或层之间有一个或多个额外的元件或层的布置。
[0025]电子器件一般利用半导体材料制造。生成过程包含许多步骤，一般从裸半导体衬底开始。半导体衬底材料通常包含硅，因为该材料的可用导电率范围、耐久性和相对低成本。典型的硅衬底具有的厚度在600-1000 μ m之间，尽管该厚度可以广泛地改变。在加工期间，同时在各种机器之间的传输和在实际加工步骤期间，衬底必须保持在合适的位置。一般利用包括卡盘的抓紧臂实现，其用于保持半导体衬底。本文中使用的术语“半导体衬底”包括可以用于制造半导体器件的所有衬底，包括但不限于，硅衬底、绝缘体上硅结构(SOI)衬底、锗衬底、锗/硅衬底、磷化铟衬底和砷化镓衬底。
[0026]卡盘可以采用许多不同形式，包括机械卡盘(包括用于将衬底保持在合适位置的销)、真空卡盘(包括将衬底保持在合适位置的真空力)、或静电卡盘(包括将衬底保持在合适位置的静电卡盘)。下面更详细地描述静电卡盘。
[0027]图1示出示例性静电卡盘的操作。静电卡盘100包括一个或多个电极115和电介质120。电介质120可以包括许多材料，具体取决于应用。示例性的电介质包括氧化铝、石英、蓝宝石和聚酰亚胺。静电卡盘100进一步连接高电压电源125。电源125用于向电极115提供高电压。
[0028]半导体衬底130放置在邻近卡盘100的位置。如图1B中所示，一旦半导体衬底130接触卡盘100，就启动电源125。电源125的启动引起在电极115的区域的较强电场。在图1中描绘的双电极设计的情况下，导致在卡盘电极115中出现正电荷区域和负电荷区域。在卡盘电极115的正电荷区域和负电荷区域对面的半导体衬底130的区域，引起符号相反的区域135，由于相反电荷导致正的抓紧压力。半导体衬底130通过抓紧力140保持在合适的位置。
[0029]电压通常以两种方式中的一种施加至卡盘电极115，无论最为直流(DC)还是交流(AC)。部分因为在衬底中的残留电荷消散更慢，直流系统通常比交流系统慢。因此，对于期望高吞吐量的应用，优选地使用交流卡盘。而且，以下将进一步讨论，交流卡盘系统能够通过检测交流钳位电流检测半导体衬底。在直流系统中不太可行，因为由于存在充当电容性负载的半导体衬底，直流系统中没有钳位电流。应当注意，以上静电卡盘描述假设存在导电或半导体衬底。
[0030]然而，由于降低器件大小的市场需求，特别是关于移动电子器件，和增加在电子器件中较小功率消耗的需求，尤其在垂直连接功率电子半导体器件中，已经稳定地降低半导体衬底的厚度。典型的薄半导体衬底可具例如70μπι到200μπι之间的厚度。随着半导体衬底的厚度已经降低，由于更薄半导体衬底的易碎性质，在加工期间进行处理的难度也随之增加。处理更薄的半导体衬底的一个方法已经将半导体衬底粘结(bond)至支撑结构。
[0031]该结构的实例在图2A中示出。半导体衬底200粘结至粘合材料210的层。粘合材料210是聚合物，其包括中心层211，中心层的两面都具有胶黏剂212、213。一层胶黏剂213的粘结半导体衬底200，和另一层胶黏剂212粘结被称为载体230的支撑结构。载体230可以包括适用于支撑半导体衬底的任何材料。根据本发明的方面，载体包括玻璃。在实施方式中，所使用的玻璃是硼硅酸盐玻璃。由半导体衬底、粘合剂和玻璃(载体)形成的结构在本文中被称为“玻璃体上硅”(SOG)工件(假设使用具有玻璃载体的硅衬底)，尽管在本领域中可以使用其他名称。
[0032]通过提供增稠剂，SOG工件提供结构完整性，并因此为在加工期间进行处理提供更加固的衬底。然而，玻璃载体是不导电的。这倾向于将SOG工件限制为利用不需要将电场施加于衬底的衬底处理方法进行处理，例如机械方法。这些方法具有与其相关联的某些缺点，包括微粒生成和对衬底造成损伤的可能性；这比静电卡盘系统更慢和更不可靠；以及机械夹紧工具不允许所谓的“四模式晶片加工”(例如，在离子注入机工具的不同冲击角)或其他类型的背面加工。下面进一步讨论四模式晶片加工应用。静电方法不会引起接触半导体衬底的边缘和不允许进行后方加工，例如四模式加工，理想的是，能够使用具有SOG工件的方法。
[0033]当放置在邻近如图1B和图2B中所示的静电卡盘100的位置时，没有或具有玻璃或其他绝缘载体的半导体衬底构成电容器(其中图1B示出没有绝缘载体的半导体衬底130的实例，图2B示出具有绝缘载体230的半导体衬底200的实例)。根据下面的关系，从绝缘层的某些性质可以估计电容:
【权利要求】
1.一种处理系统，包括: 静电卡盘，用于保持附接至电绝缘载体的半导体衬底，其中所述电绝缘载体设置在所述静电卡盘和所述半导体衬底之间； 交流电源，电耦接至所述静电卡盘； 其中，供应电压取决于所述电绝缘载体的至少一个特性。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述交流电源提供至少500V峰-峰值电压。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电绝缘载体的所述至少一个特性包括所述电绝缘载体的厚度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述厚度包括至少0.2mm。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电绝缘载体的所述至少一个特性包括用于形成所述电绝缘载体的材料。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供应电压进一步取决于所述半导体衬底和所述电绝缘载体的重量。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括处理工具。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理工具是注入器件。
9.根据权利要求1所述 的系统，其中，所述交流电源是6相位高压交流电源。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供应电压是至少3kV峰-峰值。
11.一种处理系统,包括: 静电卡盘，保持附接至电绝缘载体的半导体衬底，其中，所述电绝缘载体设置在所述静电卡盘和所述半导体衬底之间； 交流电源，电耦接至所述静电卡盘， 其中，所述交流电源供应至少500V峰-峰值电压。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，供应电压是至少IkV峰-峰值。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，供应电压取决于所述电绝缘载体的厚度。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述半导体衬底的厚度小于或等于200μπι。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述半导体衬底的厚度小于或等于ΙΟΟμπι。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，供应电压取决于用于形成所述电绝缘载体的材料。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，供应电压进一步取决于所述半导体衬底和所述电绝缘载体的重量。
18.根据权利要求11所述的系统，进一步包括处理工具。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述处理工具是注入器件。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，所述交流电源是6相位高压交流电源。
21.根据权利要求11所述的系统，其中，供应电压是至少3kV峰-峰值。
22.—种器件制造方法，所述方法包括: 提供半导体衬底； 将所述半导体衬底附接至电绝缘载体； 利用静电卡盘支撑所述半导体衬底和所述电绝缘载体，所述电绝缘载体设置在所述静电卡盘和所述半导体衬底之间；其中，供应给所述静电卡盘的电压与所述电绝缘载体的至少一个特性相关联。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，将所述半导体衬底附接至所述电绝缘载体包括:将所述半导体衬底，附接为所述半导体衬底的正面面对所述电绝缘载体。
24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少一个特性是所述电绝缘载体的厚度。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，所述至少一个特性是用于形成所述电绝缘载体的材料。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，供应给所述静电卡盘的电压是高电压。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述高电压是至少500V峰-峰值。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述高电压在6kV到8kV峰-峰值的范围内。
29.根据权利要求22所述的方法，其中，所述电绝缘载体进一步包括导电层。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述导电层是可透过光的。
31.根据权利要求22所述的方法，其中，所述半导体衬底是300mm衬底。
32.根据权利要求22所述的方法，进一步包括注入所述衬底。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述注入根据象限式注入工艺完成。
34.根据权利要求32所述的方法，其中，所述注入工艺是背面注入工艺。
【文档编号】H01L21/683GK103456669SQ201310215556
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】埃瓦尔德·威尔茨奇, 彼得·朱潘 申请人:英飞凌科技股份有限公司