移除基板與靜電卡鉗之間的電荷的製作方法

2023-08-08 19:07:36 3

專利名稱：移除基板與靜電卡鉗之間的電荷的製作方法
技術領域：
本發明涉及基板處置(substrate handling)，尤其涉及處置基板的設備及方法。
背景技術：
電子裝置(electronic device)可由已經歷各種製程的基板形成。此等製程中之一者可包含引入雜質(impurity)或摻雜劑(dopant)，以更改原始基板的電特性。舉例而言，可將帶電離子作為雜質或摻雜劑而引入至基板(諸如矽晶圓(silicon wafer)), 以更改基板的電特性。將雜質引入至基板的製程中的一者可為離子植入製程(ion implantationprocess) 0離子植入器(ion implanter)用於執行基板的離子植入或其他改質。圖1繪示已知離子植入器的方塊圖。已知離子植入器可包括離子源(ionSourCe)102，其可由電源 (power supply) 101來施加偏壓。所述系統可由控制器(controller) 120控制。操作者經由用戶界面系統(user interfacesystem) 122而與控制器120通信。離子源102通常包含於被稱為源外殼(source housing)(未圖示)的真空室(vacuum chamber)中。離子植入器系統(ion implanter system) 100亦可包括離子10所經過的一系列射束線(beam-line) 組件。所述一系列射束線組件可包含(例如)提取電極(extraction electrode) 104, 90°磁體分析器(90° magnet analyzer) 106、第一減速(Dl)級108、70 °磁體準直儀 (70° magnet collimator) 110以及第二減速(D2)級112。非常類似於操縱光束的一系列光學透鏡(optical lens)，所述射束線組件可在使離子束10轉向基板或晶圓114之前操縱離子束10且使其聚焦，所述基板或晶圓114安置於基板支撐件(substrate support) 116 上。在操作中，基板處置機器人(substrate handling robot)(未圖示)將基板114安置於基板支撐件116上，基板支撐件116可藉由一設備(有時被稱為「旋轉板(roplat)」) (未圖示)而在一個或多個維度上移動(例如平移、旋轉及傾斜)。同時，離子在離子源102 中產生，且由提取電極104提取。所提取的離子10在一種類似射束的狀態下沿射束線組件行進，且被植入至基板114上。在植入離子已完成之後，基板處置機器人可將基板114自基板支撐件116及自離子植入器100移除。參看圖2A及圖2B，繪示說明在離子植入製程期間支撐基板114的工件支撐件 (work-piece support) 116的方塊圖。如圖2A中所說明，工件支撐件116可包括密封環 (sealing ring) 202，以及與基板114接觸的多個凸起(embossment) 204。所述密封環可為環形環，其寬度約為0. 25時，且高度為5微米。凸起204的直徑可為約1密耳(mil)，且高度可為5微米。另外，工件支撐件116亦可包含至少一冷卻區域(cooling region) 206。在植入製程期間，可將冷卻氣體(cooling gas)提供至冷卻區域206，防止基板114過熱。工件支撐件116可具有氣體通道(gas channel)及導管(conduit)，以允許此冷卻氣體流至冷卻區域206。工件支撐件116可進一步包含多個起模頂杆(lift pin) 208，其可移動以便在由箭頭指示的方向上推動基板114使其離開工件支撐件116。起模頂杆208可縮回至工件支撐件116內，如圖2B中所說明。工件亦將通常與多個接地插針(ground pin) 205接觸。工件支撐件116的形狀可為圓柱形，使得其頂面為圓形，以便固持圓盤(disc)形基板。當然，其他形狀是可能的。為了有效地將基板114固持在適當位置，大多數工件支撐件通常使用靜電力(electrostatic force) 0藉由在工件支撐件116的上側上形成較強的靜電力，支撐件可充當靜電卡鉗(electrostatic clamp)或卡盤(chuck)，基板114可在無任何機械緊固裝置(mechanical fastening device)的情況下被固持於適當位置。此使汙染減至最小，避免因機械卡緊而造成的晶圓損壞，且亦改良循環時間，因為基板在已被植入之後不需要被鬆開。此等卡鉗通常使用兩種類型的力中的一種來將基板固持於適當位置 庫侖(coulombic)力或詹森-拉貝克(Johnson-fcihbeck)力。如圖2A中所見，卡鉗116傳統上由若干層組成。第一層或頂部層210(其接觸基板114)由電絕緣或半導電材料(諸如氧化鋁)製成，因為其必須在不形成短路的情況下產生靜電場。在一些實施例中，此層的厚度約為4密耳。對於使用庫侖力的彼等實施例，通常使用結晶及非晶介電材料形成的頂部層210的電阻率通常大於1014Q-cm。對於使用詹森-拉貝克力的彼等實施例，由半導電材料形成的頂部層的體電阻率(volume resistivity)通常在101° Ω-cm至IO12 Ω-cm的範圍內。術語「非導電性」用於描述在此等範圍中的任一者內且適合於形成任一類型的力的材料。庫侖力可由交變電壓(alternating voltage, AC)或由恆定電壓(constant voltage, DC)源產生。在此層正下方為導電層212，其含有形成靜電場的電極。使用導電材料(諸如銀) 來製作此導電層212。在此層中形成圖案(極類似於印刷電路板中所進行者)，以形成所要的電極形狀及大小。在此導電層212下方為第二絕緣層214，其用於使導電層212與下部部分220分離。下部部分220較佳是由具有較高導熱性的金屬或金屬合金製成，以使工件支撐件 116的總體溫度維持於可接受範圍內。在許多應用中，將鋁用於此下部部分220。最初，起模頂杆208處於降低位置。基板處置機器人250接著將基板114移動至工件支撐件116上方的位置。起模頂杆208接著可被致動至升高位置(如圖2A中所示)， 且可自基板處置機器人250接收基板114。其後，基板處置機器人250移動而遠離工件支撐件116，且起模頂杆208可後退至工件支撐件116中，使得工件支撐件116的密封環202及凸起204可與基板114接觸，如圖2B中所示。接地插針205亦通常與基板114接觸。接著可在起模頂杆208處於此凹陷(recessed)位置的情況下執行植入製程。在植入製程之後， 將一直由靜電力固持於適當位置的基板114自工件支撐件116鬆開。起模頂杆208接著可延伸至升高位置中，進而升高基板114，且使基板114與工件支撐件116的邊緣202及凸起 204分離，如圖2A中所示。起模頂杆208為絕緣的或導電的，且因此可不自基板114移除任何剩餘電荷。基板處置機器人250接著可安置於基板114下方，在該處，基板處置機器人 250可擷取(retrieve)處於升高位置的已植入基板114。起模頂杆208接著可降低，且機器人250接著可被致動，以便將基板114自植入器移除。已知離子植入器100可能出現的狀況可在將基板114自工件支撐件116移除的過程中發現。在將基板114卡緊至工件支撐件116及鬆開的多個循環之後，基板114的卡緊至工件支撐件116的此側可能顯示出損壞。此損壞可能歸因於累積於基板114以及工件支撐件116的頂部層210上的靜電荷引起的放電。靜電荷可向接地插針205或直接向工件支撐件116的表面放電(電弧)。之前，基板114已經由與金屬起模頂杆208或接地插針205的接觸而接地。基板 114先前亦已使用等離子體泛射槍(plasma flood gun,PFG)而接地。歸因於起模頂杆208 或接地插針205與基板114的含有靜電荷的區域之間的較短接觸時間及較小接觸面積，其中起模頂杆208及接地插針205並不有效地自基板114汲取靜電荷的狀況可能存在。因此， 此項技術中需要一種可移除電荷的經改良的靜電卡鉗。

發明內容
現有技術的問題由本發明的設備及方法來克服。本發明揭露一種靜電卡鉗，其在移除之前，較有效地自基板移除累積的電荷。當前，起模頂杆及接地插針為用於在植入之後自基板移除電荷的僅有機構(onlymechanism)。本發明描述一種卡鉗，其具有接地的較多額外低電阻導管中之一者。此等額外導管允許累積的電荷在基板自卡鉗移除期間被耗散。藉由提供自基板的背側表面的充分電荷汲取(sufficient chargedrainage)，可減少基板粘住卡鉗的問題。此舉導致基板破裂的相對減少。在一些實施例中，此等接地路徑是間歇的， 以免在正產生靜電力時存在。


為了促進對本發明的更全面理解，現參考隨附圖，其中相同元件以相同標號表示。 此等圖不應被解釋為限制本發明，而是設定成僅為例示性的。圖1表示傳統的離子植入系統。圖2A表示用延伸的起模頂杆來支撐基板的工件支撐件的方塊圖。圖2B表示用凹陷的起模頂杆來支撐基板的工件支撐件的方塊圖。圖3表示靜電卡鉗的實施例的俯視圖。圖4表示圖3的實施例的橫截面圖。圖5表示靜電卡鉗的第二實施例的俯視圖。圖6表示圖5的實施例的橫截面圖。圖7表示圖6中基板粘住卡鉗的實施例的橫截面圖。
具體實施例方式在本發明中，介紹用於處置經處理的基板的設備及方法的若干實施例。出於清楚及簡單的目的，本發明將集中於用於處置由射束線離子植入器處理的基板的設備及方法。 然而，熟習此項技術者可認識到，本發明同等適用於其他類型的處理系統，包含(例如)等
(plasma immersion ion implantation, "PHI「) MM^m^W 摻雜(plasma doping，「PLAD」)系統、蝕刻系統、基於光學的處理系統以及化學氣相沉積 (chemical vapor deposition, CVD)系統。由此，本發明在範疇方面不受本文所描述的具體實施例限制。本文所揭露的實施例為基板以及靜電卡鉗的頂部層提供到達接地的更可靠且更低電阻的路徑。基板的某一部分將接地，無論基板如何或在哪一方向上自靜電卡鉗釋放。藉由提供自基板的背側表面的充分電荷汲取，可減少基板「粘住」靜電卡鉗以及基板破裂。
圖3為靜電卡鉗(或「卡鉗」)300的實施例的俯視透視圖。靜電卡鉗300為工件支撐件的一實例。卡鉗300具有外部環帶(armulus)或密封環301。在一實例中，環301的寬度可為近似0.25時。儘管未圖示，但卡鉗300的上表面亦可具有凸起。起模頂杆302用於在對基板的處理已完成之後，將基板自卡鉗300提起。如圖4中所見，密封環301連接至接地。由於密封環301由高電阻率材料製成，因此可能需要多個連接(connection) 310，其在空間上圍繞密封環301而分開。此連接310(其可被密封)可具有非常低的電阻，其諸如經由導電材料(諸如銅)來達成。在其他實施例中，至接地的連接310可經由半導電材料， 諸如碳膜(carbonfilm)。在一些實施例中，用於將密封環301連接至接地的材料的電阻率可為約IO7 Ω-cm。圖4繪示圖3的卡鉗300的橫截面圖。如上文所述，靜電卡鉗300的下部部分320 通常由金屬製成，且亦連接至接地。因此，在一些實施例中，藉由將密封環301連接至卡鉗 300的下部部分320，來使密封環301連接至接地。可藉由圍繞密封環301的整個圓周而施加導電或半導電塗層來製作此連接310，使得密封環301與下部部分320形成連續的接觸。 在其他實施例中，環301與下部部分302之間的連接310並不圍繞整個圓周。而是，下部部分320與密封環301之間製成若干離散的連接310。在一些實施例中，在密封環301的圓周周圍施加碳膜，從而將其連接至下部部分320。亦可使用其他材料，諸如Aguadag 漆，其為基於水的膠體石墨懸浮液(water-based colloidal graphite suspension)或其他基於碳的材料。雖然圖4繪示經由連接310而連接至靜電卡鉗300的下部部分320的密封環301， 但其他接地連接是可能的且在本發明的範疇內。圖4僅描述一個可能實施例。舉例而言， 密封環301可連接至接地，而非經由靜電卡鉗300的下部部分320。如上文所述，使用非導電材料來構造靜電卡鉗300的頂部層304，其中材料的電阻率可在IO8 Ω -cm與IO15 Ω -cm之間的範圍內。在接近此範圍的下限的電阻率，密封環301至接地的連接310可足以消除靜電卡鉗300的頂部層304以及基板114上的累積電荷。換言之，頂部層304的電阻率足夠低，以允許累積於頂部層304及基板114上的電荷流動至連接至接地的密封環301。此外，多種測試已顯示密封環301的接地(亦即，至接地的被動連接)對靜電卡鉗 300的卡緊力具有最小影響。此是歸因於頂部表面304的通常較高的電阻率，其限制已接地密封環301的作用。然而，在一些實施例中，密封環301可間歇地連接至接地(亦即，有效(active)的接地連接)。舉例而言，在電極306有效地(actively)產生靜電場的同時， 藉由使用開關或其他裝置，則接地連接310可被中斷。換言之，所述開關串聯於密封環301 與接地之間，使得開關的致動可啟用或停用至接地的連接。當電極306不作用(inactive) 時，該接地連接310可恢復。此種修改保證了卡鉗300的頂部表面304的接地對靜電卡鉗力具有最小影響或無影響。在其他實施例中，頂部層304的電阻率可能較大，諸如大於1012Q-cm。在所述實施例中，密封環301的接地可能不足以汲取基板114及頂部層304上的累積電荷。換言之， 頂部層304的電阻率過高，以致不允許累積電荷自由流動至密封環301。在此實施例中，導電或半導電導管可沉積於頂部層304上(或頂部層304中)。此等導管意欲允許累積的電荷更容易地流動至密封環301。
圖5繪示靜電卡鉗(或「卡鉗」)400的第二實施例的俯視透視圖。在一些實施例中，卡鉗400的橫截面可類似於圖4中所示的橫截面，其中存在非導電頂部層、導電層、絕緣層及下部部分。如上文所述，靜電卡鉗400具有外部環帶或密封環401，其寬度可為近似 0.25時。在一個實施例中，密封環401可對應於圖3中的密封環301。如前，密封環401使用接地連接403而連接至接地。靜電卡鉗400亦包含起模頂杆430及接地插針405。靜電卡鉗400亦包含自靜電卡鉗400的頂部表面上的各個位置至密封環401的若干導管402。 雖然圖5中說明六個導管402，但可使用更多或更少導管402，且此實施例並不僅限於六個導管402。此外，與圖5中所說明的情形不同的導管402的圖案是可能的。導管402允許電荷流動至密封環401。此外，將圖5中的導管402繪示為徑向輪輻(spoke)。然而，其他導管402圖案是可能的。導管402可經配置以允許靜電卡鉗400的頂部表面上的點與接地之間存在較低電阻(相較於當前存在的電阻)的路徑。導管402可由(例如)碳或SiC來製造。導管402亦可由熟習此項技術者已知的某一其他導電沉積材料來製造。在一些實施例中，使用化學氣相沉積(CVD)將導管402施加至靜電卡鉗400的頂部表面。此等導管402意欲降低至接地的電阻。然而，此等導管402可能仍展現某一電阻率。舉例而言，在一些實施例中，導管402具有介於IO4 Ω -cm與IO8 Ω -cm 之間的電阻率。圖6為靜電卡鉗400的實施例的橫截面圖。基板114安置於靜電卡鉗400上。在此位置，接地插針405通常可與基板114接觸。若基板114不與密封環401直接接觸，則導管402 (由圖6中的陰影部分表示)可將電荷自基板114攜帶至密封環401。若基板114與環401及導管402接觸，則電荷流動可增加。雖然圖6中說明單個導管402，但可存在其他數目的導管402。此外，雖然在圖6中將導管402說明為自卡鉗400的頂部表面突出，但導管402可凹入至卡鉗400的頂部表面中。圖7為圖6的實施例的橫截面圖，其中基板粘住密封環。使用起模頂杆430來使基板114升起。隨著起模頂杆430升高，接地插針405與基板114之間的連接被破壞。由於至經接地的密封環401的連接，則可能不發生放電。導管402將電荷自頂部表面移除，從而使在鬆開卡鉗之前可累積於基板上的電荷量減至最小。若基板114因靜電荷而粘住卡鉗400，則可使用導管402將電荷傳遞至接地。舉例而言，藉由使用圖5中所說明的導管402的圖案，無論基板114在何處粘住卡鉗400，電荷均可傳遞至接地。此舉將防止粘住基板114及防止對基板114的損壞。靜電卡鉗400的頂部上的較低電阻的導管的存在可減小將基板114固持至靜電卡鉗400的靜電力。如上文所述，在一些實例中，正在產生靜電力的同時，經由使用開關來使導管402的接地連接中斷可能是有利的。此舉可藉由中斷密封環401與接地之間的連接 403來完成。在其他實施例中，開關位於導管402與密封環401之間，使得導管402與密封環401之間的連接可在靜電力正被產生時中斷。本發明的範疇不受本文所描述的具體實施例限制。實際上，除本文所描述的實施例之外，熟習此項技術者自前面的描述內容以及隨附圖將明了本發明的其他各種實施例以及對本發明的修改。因此，所述其他實施例及修改亦將屬於本發明的範疇內。另外，儘管本文已為特定目的，在特定環境下，在特定實施方案的上下文中描述了本發明，但熟習此項技術者將認識到，本發明的有用性不限於此，且本發明可為任何數目的目的，在任何數目的環境下有益地實施。
權利要求
1.一種用於處置基板的卡鉗，其包括頂部層，其由非導電材料製成，所述頂部層用以接觸基板， 外部環形環，其環繞所述頂部層，以及所述環形環與接地之間的連接。
2.根據權利要求1所述的卡鉗，其中所述連接包括碳膜。
3.根據權利要求1所述的卡鉗，其更包括安置於所述頂部層下面的下部部分，其中所述下部部分包括金屬且接地，且所述連接位於所述環形環與所述下部部分之間。
4.根據權利要求1所述的卡鉗，其更包括與所述連接串聯的開關，使得所述連接可因所述開關的致動而中斷。
5.根據權利要求1所述的卡鉗，其更包括位於所述頂部層下面的電極，藉此使所述電極經組態以形成靜電力以固持所述基板。
6.根據權利要求5所述的卡鉗，其中所述連接在所述靜電力正被形成的期間中斷。
7.根據權利要求1所述的卡鉗，其更包括安置於所述頂部層上的導管，其中所述導管的電阻率低於所述頂部層的電阻率。
8.根據權利要求7所述的卡鉗，其中所述導管連接至所述環形環。
9.根據權利要求8所述的卡鉗，其更包括串聯於所述導管與所述環形環之間的開關， 使得所述導管與所述環形環之間的所述連接可因所述開關的致動而中斷。
10.根據權利要求9所述的卡鉗，其更包括位於所述頂部層下面的電極，藉此使所述電極經組態以形成靜電力以固持所述基板，且其中所述導管與所述環形環之間的所述連接在所述靜電力正被形成的期間中斷。
11.一種固持、處理及自卡鉗釋放基板的方法，其包括將基板定位於卡鉗上，使得所述基板與所述卡鉗的頂部表面接觸；在所述卡鉗中使用電極來形成靜電力以固持所述基板；在所述靜電力有效時處理所述基板，藉此使所述處理在所述基板上形成電荷；停用所述電極以使所述靜電力去活化；使所述電荷流動至接地；以及將所述基板自所述卡鉗移除。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述電流在所述靜電力去活化時流動至接地。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述電荷經由圍繞所述卡鉗的所述頂部表面的環形環而流動至接地。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述電荷流經將所述環形環連接至接地的碳膜。
15.根據權利要求11所述的方法，其中所述電荷流經所述卡鉗的所述頂部表面上的導管，所述導管的電阻率低於所述卡鉗的所述頂部表面的電阻率。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述電荷自所述導管沿所述頂部表面而流動至環形環。
全文摘要
本發明揭示一種靜電卡鉗，其在移除之前及期間，較有效地將累積電荷自基板移除。當前，起模頂杆及接地插針為用於在植入之後將電荷自基板移除的僅有機構。本發明描述一種卡鉗，其具有接地的較多額外低電阻路徑中之一者。此等額外導管允許累積的電荷在將所述基板自所述卡鉗移除之前及期間被耗散。藉由提供自基板114的背側表面的充分電荷汲取，可減少基板粘住卡鉗的問題。此舉導致基板破裂的相對減少。
文檔編號H01L21/687GK102460651SQ201080025426
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月15日 優先權日2009年4月16日
發明者可勞斯·派崔, 大衛·蘇若恩, 岱爾·K·史東, 朱利安·G·布雷克, 留德米拉·史東 申請人:瓦裡安半導體設備公司