晶片脱附的方法、装置及半导体处理设备与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶片脱附的方法、一种晶片脱附的装置和一种半导体处理设备。

背景技术：

在集成电路芯片制造行业中，在对晶片进行加工的整个工艺流程中，一般包括光刻、刻蚀、离子注入、金属沉积和核心封装等工艺。在等离子刻蚀工艺中，刻蚀机将光刻工艺所产生的诸如线、面或孔洞等光阻图案，准确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。

在等离子刻蚀工艺中，一般是将晶片放置在半导体加工设备的反应腔室内的静电卡盘上，对晶片进行加工。其中的静电卡盘起到支撑、固定晶片以及对工艺过程中晶片温度进行控制等作用。当晶片完成工艺以后，需要对晶片进行脱附。

相关技术中，如图1所示，晶片脱附的装置100包括旋转气缸150和与旋转气缸连接的顶针机构140(图中为三针机构)，旋转气缸150在通入或者排除压缩空气的时候，将会带动顶针机构140进行相应的升降，以达到将晶片脱离或者放置在静电卡盘的表面的目的。该方案的优点是结构十分的简单，而且具有一定的价格优势。

但是，上述结构的晶片脱附的装置，具有下述缺陷：

首先，其在通入或者排除压缩空气的时候只能完成机械的伸缩动作，而无法对运动进行精确的控制。例如当通入的压缩空气压力较大的时候，其伸缩速度会较快，容易导致晶片飞出或者对晶片产生较大的损坏，而若压缩空气压力较小的时候，则会存在上升和下降速度较慢的问题，需要对气压等做出反复的调整，不容易做到精确的控制。另外，由于旋转气缸本身是不带任何反馈的，其运行状态等需要外部的传感器才能检测其状态。

其次，该装置并没有从根本上解决粘片问题，原因之一该结构并没有明确的给出一个准确的加载反向电压所需的时间。根据电荷的中和效应，如果加载反向电压的时间过短的话，那么晶片上的剩余电荷将会无法完全中和从而导致粘片，反之加载反向电压时间过长的话，可能存在晶片上存在较多反向电荷从而再次粘片的情况，因此加载反向电压的时间是关系到该方案是否能够顺利实施的关键。然而每次工艺后的晶片上的残余电荷并不是固定的，即使是多次同一个配方执行后也并不一致，即每次工艺需要完全中和这些残余电荷所需要的时间并不是固定的。而当前加载反向电压的时间只是一个经验值，即需要工艺人员多次反复实验得到，且该经验值并不能适用于所有的情况。

最后，该晶片脱附的装置中判断粘片的主要依据为冷媒气体的流量，使用该方案判断是否粘片并不可靠，其需要保证晶片在静电卡盘表面基本完全贴合，若仅仅是边缘有点出现翘曲，冷媒气体将会从该翘曲点溢出，这样将会出现虽然冷媒气体流量较大，但是却仍然粘片的情况出现，造成误判。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶片脱附的方法、一种晶片脱附的装置以及一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种晶片脱附的方法，所述晶片脱附的方法包括：

步骤s110、伺服控制器获取预设安全扭矩值；

步骤s120、所述伺服控制器控制伺服电机驱动顶针机构运动，以对晶片进行脱附，并获取所述伺服电机驱动过程中的最大扭矩值；

步骤s130、所述伺服控制器判断所述最大扭矩值是否大于所述预设安全扭矩值，是则执行步骤s140，否则无粘片产生，完成晶片脱附；

步骤s140、所述伺服控制器控制所述伺服电机抱闸。

优选地，执行所述步骤s140之后继续执行下述步骤：

步骤s150、所述伺服控制器获取所述伺服电机抱闸瞬间的扭矩值；

步骤s160、基于所述伺服电机抱闸瞬间的扭矩值，确定对静电卡盘加载反向电压的加载时间t；

步骤s170、向所述静电卡盘加载t时间的反向电压后转至所述步骤s120。

优选地，所述步骤s160中，确定所述加载时间t的方法包括：

步骤s161、获取n个测试晶片，对n个所述测试晶片依次编号为1、2、3…n，其中，n为大于或等于1的正整数；

步骤s162、分别获取n个所述测试晶片的加载正向电压的时间以及在所述伺服电机驱动过程中的最大测试扭矩值；

步骤s163、根据每个所述测试晶片的加载正向电压的时间以及所述最大测试扭矩值生成测试集合a，并基于所述测试集合a，确定加载反向电压的加载时间t。

优选地，所述步骤s162中，对每个所述测试晶片均进行下述步骤：

将当前测试晶片m放置到所述静电卡盘的表面，并对所述静电卡盘加载tm时间的正向电压，其中，1≤m≤n；

所述伺服电机驱动所述顶针机构运动，以脱附所述静电卡盘上的所述当前测试晶片m，所述伺服控制器获取所述伺服电机驱动过程中的所述当前测试晶片m对应的最大测试扭矩值wm。

优选地，所述步骤s163具体为：

根据所述测试集合a，其中，a＝{(t1,w1),(t2,w2)…(tn,wn)}，基于最小二乘法进行曲线拟合，生成最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的关系曲线，得到最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的函数关系式；

基于所述最大扭矩值和所述函数关系式，确定加载反向电压的加载时间t。

优选地，所述步骤s163具体为：

根据所述测试集合a，其中，a＝{(t1,w1),(t2,w2)…(tn,wn)}，基于最小二乘法进行曲线拟合，生成最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的关系曲线，得到最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的函数关系式；

将所述最大扭矩值与预设安全扭矩值的预定部分作差处理，获得负载扭矩值，将所述负载扭矩值代入所述函数关系式中，确定加载反向电压的加载时间。

优选地，所述预设安全扭矩值的预定部分为所述预设安全扭矩值的一半。

优选地，所述测试晶片的加载正向电压的时间小于或等于5s。

本发明的第二方面，提供了一种基于前文记载的晶片脱附的方法的装置，包括伺服电机控制系统、传动机构、直线模组以及顶针机构，其中：

所述伺服电机控制系统包括电连接的伺服电机和伺服控制器，所述伺服控制器用于获取所述伺服电机驱动过程中的最大扭矩值；

所述传动机构与所述伺服电机的输出轴可转动连接；

所述直线模组与所述传动机构连接，所述传动机构能驱动所述直线模组升降；

所述顶针机构与所述直线模组连接，所述直线模组能带动所述顶针机构升降，以脱附晶片。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的晶片脱附的装置，还包括静电卡盘和直流电源，所述直流电源用于选择性地向所述静电卡盘加载正向电压或反向电压。

本发明的晶片脱附的方法，采用伺服控制器控制伺服电机驱动顶针机构运动，伺服电机具有优良的运动特性和精确的反馈特性，利用伺服控制器可以设置伺服电机的最大扭矩值，最大转速值等等限制条件。此外，在伺服电机的驱动过程中，伺服控制器还可以实时(大约ms级别)的读取所设定的这些数值并记录最大扭矩值等信息。因此，利用发明的晶片脱附的方法，能够准确判断晶片是否完全脱附以及晶片是否存在粘片现象，以供技术人员后续对发生粘片的晶片进行后续处理(例如，对静电卡盘加载反向电压)，能够有效避免取片机构对晶片造成破损，提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

本发明的晶片脱附的装置，采用伺服电机作为驱动顶针机构的动力源，伺服电机具有优良的运动特性和精确的反馈特性，利用伺服控制器可以设置伺服电机的最大扭矩值，最大转速值等等限制条件。此外，在伺服电机的驱动过程中，伺服控制器还可以实时(大约ms级别)的读取所设定的这些数值并记录最大扭矩值等信息。因此，利用发明的晶片脱附的装置，能够准确判断晶片是否完全脱附以及晶片是否存在粘片现象，以供技术人员后续对发生粘片的晶片进行后续处理(例如，对静电卡盘加载反向电压)，能够有效避免取片机构对晶片造成破损，提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中晶片脱附的装置结构示意图；

图2为本发明中晶片脱附的方法的流程图；

图3为本发明中晶片脱附的方法中步骤s160的流程图；

图4为本发明中晶片脱附的装置的结构示意图。

附图标记说明

100：晶片脱附的装置；

110：伺服电机

120：传动机构；

121：皮带主动轮；

122：皮带从动轮；

130：直线模组；

140：顶针机构；

150：旋转气缸；

160：承载基台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2所示，本发明的第一方面，涉及一种晶片脱附的方法s100，晶片脱附的方法包括：

s110、伺服控制器获取预设安全扭矩值。

具体地，在本步骤中，对于预设安全扭矩值的具体取值并没有作出限定，在实际应用中，本领域技术人员可以根据对多个晶片进行脱附时，所获得的理论值或经验值进行设定该预设安全扭矩值。在该步骤中，对于该预设安全扭矩值，可以是用户主动输入到伺服控制器中，当然，也可以是伺服控制器根据程序，主动获取该预设安全扭矩值等等。

需要说明的是，在获取上述的预设安全扭矩值时，应当考虑并不是只要晶片上有残留电荷就会导致粘片，若晶片上残留电荷较小，则较小的外力即可使得晶片从静电卡盘的表面脱附，且不至于对晶片造成任何的损伤，因此需要反复的实验来确认一个能够接受的且不对晶片造成损伤的一个临界值，或者设置一个绝对安全的阈值，并将该值设置为伺服电机的预设安全扭矩值。

s120、伺服控制器控制伺服电机驱动顶针机构运动，以对晶片进行脱附，并获取伺服电机驱动过程中的最大扭矩值。

具体地，在本步骤中，伺服电机驱动顶针机构(例如，三针机构)从初始位置出发，向位于静电卡盘上的晶片方向运动，直至顶针机构与晶片接触，在这个过程中，伺服控制器会反馈伺服电机的最大扭矩值。

s130、伺服控制器判断最大扭矩值是否大于预设安全扭矩值，是则执行步骤s140，否则无粘片产生，完成晶片脱附。

在本步骤中，伺服控制器接收到伺服电机的最大扭矩值以后，其会将该最大扭矩值与上述预先获取的预设安全扭矩值进行比较，当最大扭矩值不大于预设安全扭矩值时，表明当前静电卡盘上的晶片不存在粘片的情况，换句话说，此时，晶片可以从静电卡盘的表面完全脱附。反之，当最大扭矩值大于预设安全扭矩值，表面当前静电卡盘上的晶片存在粘片的情况。

s140、伺服控制器控制伺服电机抱闸。

在本步骤中，伺服控制器所接收到的最大扭矩值大于预设安全扭矩值时，这表明，当前静电卡盘上的晶片存在粘片的情况，此时，伺服控制器应当立即控制伺服电机抱闸，也就是说，使得顶针机构停止对晶片的取片脱附，这样，能够有效防止顶针机构对晶片造成破坏，从而能够避免晶片出现工艺不良现象的发生。

本实施例的晶片脱附的方法，采用伺服控制器控制伺服电机驱动顶针机构运动，伺服电机具有优良的运动特性和精确的反馈特性，利用伺服控制器可以设置伺服电机的最大扭矩值，最大转速值等等限制条件。此外，在伺服电机的驱动过程中，伺服控制器还可以实时(大约ms级别)的读取所设定的这些数值并记录最大扭矩值等信息。因此，利用本实施例的晶片脱附的方法，能够准确判断晶片是否完全脱附以及晶片是否存在粘片现象，以供技术人员后续对发生粘片的晶片进行后续处理(例如，对静电卡盘加载反向电压)，能够有效避免顶针机构对晶片造成破损，提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

优选地，如图2所示，执行步骤s140之后继续执行下述步骤：

s150、伺服控制器获取伺服电机抱闸瞬间的扭矩值。

在本步骤中，伺服控制器所获取的伺服电机抱闸瞬间的扭矩值，也就是伺服控制器获取到的伺服电机驱动过程中最大扭矩值。

s160、基于伺服电机抱闸瞬间的扭矩值，确定对静电卡盘加载反向电压的加载时间t。

需要说明的是，在本步骤中，至于如何通过伺服电机抱闸瞬间的扭矩值，确定对静电卡盘加载反向电压的加载时间并没有作出限定。例如，本领域技术人员可以根据理论经验确定所需要的加载反向电压的加载时间，比如，本领域技术人员通过试验研究，获得最大扭矩值与加载反向电压的加载时间之间的对应关系，这样，当伺服控制器获取到当前的最大扭矩值时，可以根据最大扭矩值与加载反向电压的加载时间之间的对应关系，确定所需要的加载反向电压的加载时间。

s170、向静电卡盘加载t时间的反向电压后转至步骤s120。

具体地，在本步骤中，可以利用直流电源，向静电卡盘加载t时间的反向电压，以达到消除晶片上的剩余电荷的目的，以便伺服电机重新驱动顶针机构对晶片进行脱附。

本实施例中的晶片脱附的方法中，当判定晶片存在粘片以后，利用伺服电机抱闸瞬间的扭矩值，确定需要对静电卡盘加载反向电压的加载时间，以便消除(中和)晶片上的剩余电荷，从而能够方便地利用伺服电机驱动顶针机构重新对晶片进行脱附。因此，能够进一步地有效避免顶针机构对晶片造成破损，从而能够进一步地提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

优选地，如图2所示，上述步骤s160中，确定加载时间t的方法包括：

s161、获取n个测试晶片，对n个测试晶片依次编号为1、2、3…n，其中，n为大于或等于1的正整数；

s162、分别获取n个测试晶片的加载正向电压的时间以及在伺服电机驱动过程中的最大测试扭矩值。

s163、根据每个测试晶片的加载正向电压的时间以及最大测试扭矩值生成测试集合a，并基于测试集合a，确定加载反向电压的加载时间t。

需要说明的是，对于上述的基于测试集合a，如何确定加载反向电压的加载时间并没有作出限定，例如，可以根据测试集合a中的每一个测试晶片所处的位置坐标，进行曲线拟合，得到最大测试扭矩值与加载正向电压的加载时间的函数关系式，该函数关系式可以作为加载反向电压的加载时间的依据。当然，也可以采用其他的方式，根据测试集合a，确定加载反向电压的加载时间。

仍需要说明的是，对于上述测试晶片的数量n的取值以及每片测试晶片的加载正向电压的加载时间并没有作出限定，一般地，可以取n＝5，每片测试晶片的加载正向电压的加载时间每次递增1s，也就是说，测试晶片1的加载正向电压的加载时间t1＝1s，测试晶片2的加载正向电压的加载时间t2＝2s，测试晶片3的加载正向电压的加载时间t3＝3s，测试晶片4的加载正向电压的加载时间t4＝4s，测试晶片5的加载正向电压的加载时间t5＝5s。

本实施例中的晶片脱附的方法，采用多个测试晶片进行测试的情况下，确定所需要加载的反向电压的加载时间，可以有效避免晶片在静电卡盘上发生粘片的现象，能够进一步地有效避免取片机构对晶片造成破损，从而能够进一步地提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

优选地，上述步骤s162中，对每个测试晶片均进行下述步骤：

将当前测试晶片m放置到静电卡盘的表面，并对静电卡盘加载tm时间的正向电压，其中，1≤m≤n；

伺服电机驱动顶针机构运动，以脱附静电卡盘上的当前测试晶片m，伺服控制器获取伺服电机驱动过程中的当前测试晶片m对应的最大测试扭矩值wm。

优选地，上述步骤s163具体为：

根据测试集合a，其中，a＝{(t1,w1),(t2,w2)…(tn,wn)}，基于最小二乘法进行曲线拟合，生成最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的关系曲线，得到最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的函数关系式；

基于最大扭矩值和函数关系式，确定加载反向电压的加载时间t。

需要说明的是，对于上述测试集合a中，其中的(t1,w1)表示编号为1的测试晶片，其所加载的正向电压的加载时间t1以及与该加载时间t1所对应的最大测试扭矩值w1。换句话说，当以最大测试扭矩值和加载正向电压的加载时间为横纵坐标轴时，(t1,w1)表示在该坐标轴下的，编号为1的测试晶片所处的位置坐标。依次类推，其中的(tn,wn)表示编号为n的测试晶片，其所加载的正向电压的加载时间tn以及与该加载时间tn所对应的最大测试扭矩值wn。换句话说，当以最大测试扭矩值和加载正向电压的加载时间为横纵坐标轴时，(tn,wn)表示在该坐标轴下的，编号为n的测试晶片所处的位置坐标。

本实施例中的晶片脱附的方法，根据测试集合a，基于最小二乘法进行曲线拟合，最终得到最大测试扭矩值与加载正向电压的时间的函数关系式，由于加载正向电压是为了使得晶片产生电荷，而加载反向电压是消除晶片所产生的电荷，因此，加载正向电压的时间一般与加载反向电压的时间相匹配，这样，在利用伺服电机驱动顶针机构进行脱附时，根据伺服电机的最大扭矩值，可以直接将该最大扭矩值代入到函数关系式当中，获得所需要的加载反向电压的加载时间。因此，可以有效避免晶片在静电卡盘上发生粘片的现象，能够进一步地有效避免顶针机构对晶片造成破损，从而能够进一步地提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

优选地，上述基于最大扭矩值和函数关系式，确定加载反向电压的加载时间t的步骤包括：

将最大扭矩值与预设安全扭矩值的预定部分作差处理，获得负载扭矩值，将负载扭矩值代入函数关系式中，确定加载反向电压的加载时间。

本实施例中的晶片脱附的方法，其确定加载反向电压的加载时间的依据是将最大扭矩值与预设安全扭矩值的预定部分作差处理，获得负载扭矩值，根据该负载扭矩值和函数关系式，确定加载反向电压的加载时间。这是因为，在实际应用中，由于直流电源波动等各方面的因素，无法保证也没有必要完全中和晶片上的剩余电荷，因此，可以将得到的最大扭矩值减去预设安全扭矩值的预定部分，将差值作为负载扭矩值来进行计算，获取加载反向电压的加载时间。因此，在能够有效避免晶片在静电卡盘上发生粘片的现象的前提下，可以有效节省晶片脱附取片的时间，降低工艺成本。

需要说明的是，对于上述的预设安全扭矩值的预定部分具体取值并没有作出限定，优选地，可以设定预设安全扭矩值的预定部分为预设安全扭矩值的一半。

本发明的第二方面，如图4所示，提供了一种基于前文记载的晶片脱附的方法的装置100，该晶片脱附的装置100包括伺服电机控制系统、传动机构120、直线模组130、顶针机构140和承载基台160。

其中，伺服电机控制系统包括电连接的伺服电机110和伺服控制器(图中并未示出)，该伺服控制器用于获取伺服电机110驱动过程中的最大扭矩值。传动机构120与伺服电机110的输出轴可转动连接。直线模组130与传动机构120连接，该传动机构120能驱动直线模组130升降。顶针机构140与直线模组130连接，直线模组130能带动顶针机构140升降，以脱附晶片。

本实施例结构的晶片脱附的装置，采用伺服电机作为驱动顶针机构的动力源，伺服电机具有优良的运动特性和精确的反馈特性，利用伺服控制器可以设置伺服电机的最大扭矩值，最大转速值等等限制条件。此外，在伺服电机的驱动过程中，伺服控制器还可以实时(大约ms级别)的读取所设定的这些数值并记录最大扭矩值等信息。因此，利用本实施例的晶片脱附的装置，能够准确判断晶片是否完全脱附以及晶片是否存在粘片现象，以供技术人员后续对发生粘片的晶片进行后续处理(例如，对静电卡盘加载反向电压)，能够有效避免顶针机构对晶片造成破损，提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

具体地，如图4所示，上述传动机构120可以为皮带传动机构，该皮带传动机构包括皮带主动轮121和皮带从动轮122，皮带主动轮121与伺服电机110的输出轴连接，皮带从动轮122与直线模组130连接。除此以外，该传动机构120还可以是齿轮传动机构等结构。

本发明的第三方面，提供了一种半导体处理设备(图中并未示出)，该半导体处理设备包括前文记载的晶片脱附的装置100，还包括静电卡盘(图中并未示出)和直流电源(图中并未示出)，该直流电源用于选择性地向静电卡盘加载正向电压或反向电压。

本实施例结构的半导体处理设备，具有前文记载的晶片脱附的装置，能够准确判断晶片是否完全脱附以及晶片是否存在粘片现象，以供技术人员后续对发生粘片的晶片进行后续处理(例如，对静电卡盘加载反向电压)，能够有效避免取片机构对晶片造成破损，提高晶片的脱附良率，降低工艺成本。

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。