一种静电卡盘和半导体处理装置

摘要

本发明提供一种静电卡盘和半导体处理装置。该静电卡盘包括静电卡盘基体和设置在静电卡盘基体内部的顶针组件，顶针组件能升起和下降，以将置于静电卡盘基体上的晶片顶起和降下，顶针组件包括设置在静电卡盘基体的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布的顶针，且正三角形的中心与静电卡盘基体的中心对应重合。该静电卡盘能够在晶片相对静电卡盘基体未产生位置偏移以及由于粘片晶片相对静电卡盘基体在一定范围内产生重心偏移时，有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针组件的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行。

权利要求

1.一种静电卡盘，包括静电卡盘基体和设置在所述静电卡盘基体内部的顶针组件，所述顶针组件能升起和下降，以将置于所述静电卡盘基体上的晶片顶起和降下，其特征在于，所述顶针组件包括设置在所述静电卡盘基体的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布的顶针，且所述正三角形的中心与所述静电卡盘基体的中心对应重合；

所述顶针包括对应分布在所述静电卡盘基体边缘区域的三个第一顶针和对应分布在所述静电卡盘基体中心区域的三个第二顶针；

三个所述第一顶针分布呈正三角形；三个所述第二顶针分布呈正三角形；

所述第一顶针与所述静电卡盘基体的外缘的径向距离范围为1.5-2.5mm。

2.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边中点上。

3.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边的内侧，且分别位于所述第一顶针形成的正三角形的中心与各边中点的连线上。

4.根据权利要求1所述的静电卡盘，其特征在于，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边的外侧，且分别位于所述第一顶针形成的正三角形的中心与各边中点连线的延长线上。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的静电卡盘，其特征在于，所述静电卡盘基体与所述晶片的大小形状相同，且中心对应重合。

6.一种半导体处理装置，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的静电卡盘。

7.根据权利要求6所述的半导体处理装置，其特征在于，还包括机械手，用于将晶片从所述静电卡盘上取下，所述机械手的形状呈排叉状或半环形。

说明书

一种静电卡盘和半导体处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体器件制备技术领域，具体地，涉及一种静电卡盘和半导体处理装置。

背景技术

[0002] 目前，固态影像传感器已被广泛使用，其有两种不同的设计结构：CCD(电荷耦合图像传感器)与CMOS(互补金属氧化物半导体图像传感器)。CMOS相比于CCD可以提供更好的画质，并且能够将成像组件与处理电子组件做在同一颗芯片晶粒内，尺寸小，功耗低且组装简单，因而目前各种光学镜头主要采用的是CMOS图像传感器。

[0003] CMOS的构成主要是玻璃层和硅层，两者之间是芯片层。将CMOS器件封装的主要办法是采用晶圆级封装，业内目前广泛采纳的解决方案是运用TSV(through silicon via，硅通孔技术)，这项工艺是在等离子体刻蚀机上完成。这种由CMOS传感器所组成的SOG片(silicon on glass，硅玻璃)对刻蚀机的Echuck(Electrostatic chuck，静电卡盘)吸附能力要求很高，所加载的电压一般大于5KV。因此在工艺完成后如果wafer(晶片)的静电释放不彻底，非常容易产生粘片，卡盘若不能完全释放吸附力就会造成晶片倾斜，顶针取片时易发生基片破碎，损失严重。

[0004] 目前刻蚀机静电卡盘的顶针位置要么设置在靠近静电卡盘中心的位置，要么设置在靠近静电卡盘边缘的位置，顶针的这两种设置情况通常会在静电卡盘静电释放不彻底时导致以下问题：

[0005] 对于顶针位置靠近静电卡盘中心的设置，当晶片在静电卡盘的静电释放过程中被弹出时，晶片的中心很容易偏移到顶针围成的支撑区域以外，从而导致晶片发生倾斜，进而导致机械手无法将其从静电卡盘上取下。

[0006] 对于顶针位置靠近静电卡盘边缘的设置，由于静电卡盘边缘除了顶针还集成有冷却气体通孔和通电孔，所以使静电卡盘边缘设置太多的顶针会影响冷却气体通孔和通电孔的集成，因此，顶针在静电卡盘边缘的设置，一方面会导致晶片在静电卡盘的静电释放过程中被弹出时，晶片会脱离部分顶针的支撑，容易发生倾斜；另一方面如果顶针设置的太多，还会对刻蚀机刻蚀的均匀性造成不利影响。

发明内容

[0007] 本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种静电卡盘和半导体处理装置。该静电卡盘能够在晶片相对静电卡盘基体未产生位置偏移以及由于粘片晶片相对静电卡盘基体在一定范围内产生重心偏移时，有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针组件的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行；同时还能确保采用的顶针数量较少，降低了顶针成本。

[0008] 本发明提供一种静电卡盘，包括静电卡盘基体和设置在所述静电卡盘基体内部的顶针组件，所述顶针组件能升起和下降，以将置于所述静电卡盘基体上的晶片顶起和降下，所述顶针组件包括设置在所述静电卡盘基体的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布的顶针，且所述正三角形的中心与所述静电卡盘基体的中心对应重合。

[0009] 优选地，所述顶针包括对应分布在所述静电卡盘基体边缘区域的多个第一顶针和对应分布在所述静电卡盘基体中心区域的多个第二顶针；

[0010] 多个所述第一顶针分布呈至少一个正三角形；多个所述第二顶针分布呈至少一个正三角形。

[0011] 优选地，所述顶针包括三个所述第一顶针，三个所述第一顶针分布呈正三角形；所述顶针还包括三个所述第二顶针，三个所述第二顶针分布呈正三角形。

[0012] 优选地，所述第一顶针与所述静电卡盘基体的外缘的径向距离范围为1.5-2.5mm。

[0013] 优选地，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边中点上。

[0014] 优选地，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边的内侧，且分别位于所述第一顶针形成的正三角形的中心与各边中点的连线上。

[0015] 优选地，三个所述第二顶针分别位于三个所述第一顶针形成的正三角形的各边的外侧，且分别位于所述第一顶针形成的正三角形的中心与各边中点连线的延长线上。

[0016] 优选地，所述静电卡盘基体与所述晶片的大小形状相同，且中心对应重合。

[0017] 本发明还提供一种半导体处理装置，包括上述静电卡盘。

[0018] 优选地，还包括机械手，用于将晶片从所述静电卡盘上取下，所述机械手的形状呈排叉状或半环形。

[0019] 本发明的有益效果：本发明所提供的静电卡盘，通过使顶针组件包括的顶针设置在静电卡盘基体的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布，并使正三角形的中心与静电卡盘基体的中心对应重合，能够在晶片相对静电卡盘基体未产生位置偏移以及由于粘片晶片相对静电卡盘基体在一定范围内产生重心偏移时，有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针组件的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行；同时还能确保采用的顶针数量较少，降低了顶针成本。

[0020] 本发明所提供的半导体处理装置，通过采用上述静电卡盘，降低了该半导体处理装置中晶片粘片后发生倾斜的概率，提升了该半导体处理装置的工艺质量和工艺效率。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例1中顶针分布的俯视图；

[0022] 图2为晶片发生位置偏移，脱离图1中一个顶针支撑后的俯视图；

[0023] 图3为晶片发生位置偏移，脱离图1中两个顶针支撑后的俯视图；

[0024] 图4为本发明实施例1中另一种顶针分布的俯视图；

[0025] 图5为本发明实施例1中又一种顶针分布的俯视图；

[0026] 图6为本发明实施例2中顶针分布的俯视图；

[0027] 图7为本发明实施例3中顶针分布的俯视图；

[0028] 图8为本发明实施例4中一种机械手的结构俯视图；

[0029] 图9为本发明实施例4中另一种机械手的结构俯视图。

[0030] 其中的附图标记说明：

[0031] 1.静电卡盘基体；2.顶针；21.第一顶针；22.第二顶针；P.静电卡盘基体的中心；P′.晶片的中心；3.晶片；4.机械手。

具体实施方式

[0032] 为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种静电卡盘和半导体处理装置作进一步详细描述。

[0033] 实施例1：

[0034] 本实施例提供一种静电卡盘，如图1所示，包括静电卡盘基体1和设置在静电卡盘基体1内部的顶针组件，顶针组件能升起和下降，以将置于静电卡盘基体1上的晶片顶起和降下，顶针组件包括设置在在静电卡盘基体1的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布的顶针2，且正三角形的中心与静电卡盘基体1的中心P对应重合。

[0035] 通过使顶针2设置在静电卡盘基体1的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布，并使正三角形的中心与静电卡盘基体1的中心P对应重合，能够在晶片相对静电卡盘基体1未产生位置偏移以及由于粘片晶片相对静电卡盘基体1在一定范围内产生重心偏移时，有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针组件的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行。

[0036] 本实施例中，顶针2包括对应分布在静电卡盘基体1边缘区域的多个第一顶针21和对应分布在静电卡盘基体1中心区域的多个第二顶针22；多个第一顶针21分布呈至少一个正三角形；多个第二顶针22分布呈至少一个正三角形。

[0037] 优选的，第一顶针21包括三个，三个第一顶针21分布呈正三角形；第二顶针22包括三个，三个第二顶针22分布呈正三角形。如此设置，不仅使用顶针2数量最少，使位于静电卡盘基体1边缘区域的第一顶针21不会过多的占用冷却气体通孔和通电孔(即为对静电卡盘基体1内部的电极施加直流电配置的孔)的设置位置，从而确保了晶片在工艺(如刻蚀工艺)过程中的工艺均匀性，还降低了顶针2成本；而且能使晶片在相对静电卡盘基体1未产生位置偏移和产生中心偏移时，都能对晶片形成有效支撑，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下。

[0038] 本实施例中，优选地，第一顶针21与静电卡盘基体1的边缘的径向距离范围为1.5-2.5mm，该径向距离为第一顶针21与静电卡盘基体1的边缘相对距离较小的一端的径向距离。该径向距离范围的设置能够确保在晶片由于粘片发生位置偏移后，在一定的位置偏移距离范围内，对晶片进行有效支撑的顶针2仍能对晶片构成平稳支撑，从而避免晶片出现倾斜。

[0039] 本实施例中，优选地，三个第二顶针22分别位于三个第一顶针21形成的正三角形的各边中点上。如此设置，能够确保在晶片由于粘片发生位置偏移后，在一定的位置偏移距离范围内，对晶片进行有效支撑的顶针2仍能对晶片构成平稳支撑，从而避免晶片出现倾斜。

[0040] 本实施例中，静电卡盘基体1与晶片的大小形状相同，且中心对应重合。

[0041] 下面对晶片由于粘片相对静电卡盘基体1发生位置偏移时顶针组件对其的平稳支撑进行举例说明：

[0042] 例如：如图2所示，当晶片3由于静电释放不彻底而产生粘片时，晶片3弹起瞬间延y方向运动，晶片3的中心P’从静电卡盘基体1的中心P往上移动，晶片3脱离了顶针组件中的一根顶针2。本实施例中，晶片3的重心即为其中心P’。当晶片3上移时，其重心上移，依据物理重心原理，支撑晶片3的剩余五根顶针2(即两根第一顶针21和三根第二顶针22)的合力等于其重力，只要晶片3的重心不超过当前晶片3中心P’所在位置，晶片3就可被五根顶针2(即两根第一顶针21和三根第二顶针22)平稳顶起。其中，按照静电卡盘基体1直径为200mm，第一顶针21距离静电卡盘基体1边缘为2mm，经试验测量可得晶片3的偏移移动距离能够达到49.5mm。晶片3弹起延其他方向(xy面内任意方向)所能移动的距离均可达到此值。可见，晶片3由于粘片发生位置偏移时，只要其重心偏移在一定的距离范围内，都能够确保晶片3被平稳顶起，从而避免晶片3位置偏移后发生倾斜。

[0043] 如图3所示，晶片3弹起瞬间延y方向运动，晶片3的中心P’从静电卡盘基体1的中心P往下移动，晶片3脱离了顶针组件中的两根顶针2，同样依据物理重心原理，支撑晶片3的剩余四根顶针2(即一根第一顶针21和三根第二顶针22)的合力等于其重力，只要晶片3的重心不超过当前晶片3中心P’所在位置，晶片3就能被剩余四根顶针2平稳顶顶起。同样按照静电卡盘基体1直径为200mm，第一顶针21距离静电卡盘基体1边缘的径向距离为2mm，经试验测量可得晶片3的偏移移动距离能够达到90mm。晶片3弹起延其他方向(xy面内任意方向)所能移动的距离均可达到此值。可见，晶片3由于粘片发生位置偏移时，只要其重心偏移在一定的距离范围内，都能够确保晶片3被平稳顶起，从而避免晶片3位置偏移后发生倾斜。

[0044] 需要说明的是，静电卡盘基体1边缘区域也可以设置四个以上的第一顶针21，静电卡盘基体1中心区域也可以设置四个以上的第二顶针22，只要确保晶片由于粘片发生位置偏移，在其脱离部分顶针2的支撑后，剩余的对其形成有效支撑的顶针2仍能对晶片构成平稳支撑即可。例如：第一顶针21设置六个，六个第一顶针21分布呈两个正三角形；第二顶针22设置六个，六个第二顶针22分布呈两个正三角形；如；第一顶针21构成的两个正三角形边长相等，即六个第一顶针21分布呈正六边形；第二顶针22构成的两个正三角形边长相等，即六个第二顶针22分布呈正六边形，如图4所示。或者，也可以设置为第一顶针21构成的两个正三角形边长不相等，且第二顶针22构成的两个正三角形边长也不相等，如图5所示。上述顶针组件的设置及排布均能实现对发生位置偏移且脱离部分顶针支撑的晶片构成平稳支撑，从而避免晶片在位置偏移后发生倾斜。

[0045] 实施例2：

[0046] 本实施例提供一种静电卡盘，与实施例1中不同的是，如图6所示，三个第二顶针22分别位于三个第一顶针21形成的正三角形的各边的内侧，且对应第一顶针21形成的正三角形各边的中点位置。

[0047] 如此设置，使第一顶针21在静电卡盘基体1的边缘区域构成了正三角形分布，并使第二顶针22在静电卡盘基体1的中心区域构成了正三角形分布，从而能够在晶片相对静电卡盘基体1在一定范围内产生重心偏移时，剩余的对晶片形成有效支撑的部分顶针2仍能有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针2的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行；同时还能确保采用的顶针2数量较少。

[0048] 本实施例中静电卡盘的其他结构设置与实施例1中相同，此处不再赘述。

[0049] 实施例3：

[0050] 本实施例提供一种静电卡盘，与实施例1-2不同的是，如图7所示，三个第二顶针22分别位于三个第一顶针21形成的正三角形的各边的外侧，且对应第一顶针21形成的正三角形各边的中点位置。

[0051] 如此设置，使第一顶针21在静电卡盘基体1的边缘区域构成了正三角形分布，并使第二顶针22在静电卡盘基体1的中心区域构成了正三角形分布，从而能够在晶片相对静电卡盘基体1在一定范围内产生重心偏移时，剩余的对晶片形成有效支撑的部分顶针仍能有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针2的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行；同时还能确保采用的顶针2数量较少。

[0052] 本实施例中静电卡盘的其他结构设置与实施例1中相同，此处不再赘述。

[0053] 实施例1-3的有益效果：实施例1-3中所提供的静电卡盘，通过使顶针组件对应在静电卡盘基体的边缘区域和中心区域呈大小不等的正三角形分布，并使正三角形的中心与静电卡盘基体的中心对应重合，能够在晶片相对静电卡盘基体未产生位置偏移以及由于粘片晶片相对静电卡盘基体在一定范围内产生重心偏移时，有效分散对晶片的施力，使晶片的重力仍等于对晶片形成有效支撑的顶针组件的合力，从而使晶片能够被平稳顶起，避免晶片发生倾斜，进而确保机械手能够顺利地将晶片从静电卡盘上取下，确保后续工艺的顺利进行；同时还能确保采用的顶针数量较少，降低了顶针成本。

[0054] 实施例4：

[0055] 本实施例提供一种半导体处理装置，包括实施例1-3任意一个中的静电卡盘。

[0056] 优选地，如图8所示，本实施例中的半导体处理装置还包括机械手4，用于将晶片从静电卡盘上取下，机械手4的形状呈排叉状。当静电卡盘上的顶针组件将晶片3顶起后，排叉状的机械手4能够伸入至顶针组件中顶针2之间的间隙区域中，从而不仅能够将被顶起的晶片3从静电卡盘上移走，而且还不会碰触到顶针2，进而避免了机械手4对顶针2的碰撞损坏。

[0057] 需要说明的是，机械手4的形状也可以为半环形，如图9所示。当静电卡盘上的顶针组件将晶片3顶起后，半环形的机械手4能够对晶片3的局部边缘进行夹持，从而不仅能够将被顶起的晶片3从静电卡盘上移走，而且还不会碰触到顶针2，进而避免机械手4对顶针2的碰撞损坏。

[0058] 通过采用实施例1-3任意一个中的静电卡盘，降低了该半导体处理装置中晶片粘片后发生倾斜的概率，提升了该半导体处理装置的工艺质量和工艺效率。

[0059] 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。