CN107030064A - 清洁静电吸盘的方法 - Google Patents

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Abstract

一种清洁静电吸盘的方法。在静电吸盘并未固持任何工件于其工作表面时，传输离子束至静电吸盘的工作表面，借以通过离子束与工作表面上沉积物的相互作用，像是物理性轰击及/或化学性结合，将沉积物自静电吸盘工作表面移除。借此，在静电吸盘并未固持工件时出现在静电吸盘工作表面的沉积物，不论是自工件脱落的光阻剂或是漂浮于制造过程反应室的颗粒等等，对于静电吸盘与工件之间实际固持力量的影响得以改善。离子束的电流量、能量与离子种类皆可以视沉积物的结构、厚度与材料等而定，像是使用低能量离子束以减少损伤静电吸盘工作表面的可能性，像是使用氧离子或是惰性气体离子等来一面移除沉积物又一面减少对静电吸盘工作表面的电介质层导电性的影响。

Description

清洁静电吸盘的方法
技术领域
本发明是有关于清洁静电吸盘的方法，特别是有关于将离子束传输至静电吸盘用以固持工件的工作表面来将沉积物自工作表面去除的方法。
背景技术
离子布植是将搀杂物(dopants)传输至材料中借以改变材料的性质，像是借由搀入三价元素离子及/或五价元素离子来提高非导体材料的导电率。近年来，离子布植普遍被应用在诸如集成电路、内存、发光二极管、太阳能电池与平面显示器等等的制造过程。
当以离子束对工件(workpiece)进行离子布植时，若离子束的横截面面积小于工件表面面积(或说工作表面待处理区域的面积)，离子束与工件必须在与离子束行进方向相交(不限于相互垂直)的平面进行相对运动，借以确保整个工件(或说至少整个工件表面整个待处理区域)可以被离子束适当地布植。随着工件尺寸的增加，像是晶圆直径由8吋进展到12吋，由于大横截面面积的离子束不易提供也不容易保持均匀的横截面离子束电流，离子束与工件的相对运动更为重要。一般来说，静电吸盘(electrostatic chuck，ESC)普遍被应用来固持工件，借由至少移动静电吸盘与移动离子束的某一者，可以让工件与离子束相对运动。
基本上，静电吸盘的一侧为用以固持工件的工作表面(work surface)，而静电吸盘的另一侧为连接到基座(pedestal)及/或制造过程反应室腔壁的背面。在工作表面有数个电极镶嵌在电介质层中，当这些电极被施加电压时便会在电介质层表面产生电场，进而在电介质层表面与工件表面产生极性相反的多数电荷，从而将工件固持在静电吸盘工作表面。因此，静电吸盘的工作表面上有没有会影响工作表面与工件之间相互作用的污染，是一个关键因素。
虽然在某个工件正在被离子束所布值的过程，工作表面会被工件所覆盖而不会有任何污染形成在工作表面上(除非是工件本身已经被污染了)。但是，在将某个工件自静电吸盘移开之后到让静电吸盘固持另一个工件之前的空档，甚至在将待处理工件移入制造过程反应室及/或将已处理工件移出制造过程反应室的过程中，静电吸盘的工作表面是裸露的。此时，静电吸盘往往会被污染而出现沉积物于工作表面上。而沉积物的存在，往往会影响到工作表面与工件之间的固持力量，也往往会使得工作表面的电荷无法正常地释放。常见的污染来源至少包括但不限于下列几项:工件上因为制造过程需要所残留的光阻剂、离子束与工件上光阻剂相互作用所产生漂浮于制造过程反应室内的颗粒、离子束传输过程中部份离子相互碰撞所产生漂浮于制造过程反应室内的颗粒、以及离子布植程序中沉积于制造过程反应室腔壁的沉积物。
现有习知技术的清洁静电吸盘的方法，可以摘要如图1与下列描述。首先，如步骤101所示，提供静电吸盘，静电吸盘的工作表面上并没有固持任何工件。其次，如步骤103所示，将静电吸盘自制造过程反应室拆除并移出制造过程反应室。然后，如步骤105所示，清洁静电吸盘，至少清洁静电吸盘的工作表面。在此，大多是使用化学药剂来清洁工作表面，并可以一并清洁静电吸盘的背面。接着，如步骤107所示，将静电吸盘移入制造过程反应室并安装。再来，如步骤109所示，校正静电吸盘是否正确地安装。最后，如步骤111所示，确认静电吸盘的清洁结果。常见的确认清洁结果作法是提供工件让静电吸盘固持于其工作表面，并测量工件与静电吸盘之间的固定力量是否正常。当然，也可以使用其它的方法来确认是否已适当地清洁，像是一并移动静电吸盘与工件二者以测量工件是否被适当地固持，像是比对清洁前后静电吸盘工作表面的颜色变化，像是比对清洁后静电吸盘工作表面与新的静电吸盘的工作表面颜色的差异。
显然地，现有习知清洁静电吸盘的方法有几个无法回避的缺点。首先，静电吸盘的拆除与安装都需要时间，并且需要校正是否正确地安装。其次，拆除、移动与安装静电吸盘的过程都可能损伤到静电吸盘。再者，将静电吸盘移出制造过程反应室的过程需要破真空而可能引起额外的污染，而将静电吸盘移入制造过程反应室的过程需要再次抽真空而耗费时间。最后，安装静电吸盘于离子布植机的制造过程反应室后，还需要就整个离子布植机再进行验机，往往需要使用数片工件进行离子布植以进行测试，既消耗时间又增加成本。
因此，需要发展新的方法，借以较现有习知清洁静电吸盘方法更有效率与更低成本地清洁静电吸盘。
发明内容
本发明是有关于一种清洁静电吸盘的方法。在静电吸盘未固持任何工件时，传输离子束至静电吸盘工作表面借以清洁工作表面。当工作表面上有沉积物时，离子束与沉积物之间的相互作便可以将沉积物自静电吸盘工作表面移除，不论相互作用是物理性轰击或是化学性结合或是二者兼俱。
进一步地，离子束的电流量、能量与离子种类皆可以视沉积物的结构、厚度与材料等而定。沉积物的结构、厚度与材料等等讯息的来源，可以是在传输离子束之前事先测量静电吸盘工作表面的沉积物，或者是通过离子布植机运作经验所得到的沉积物讯息。
进一步地，可以使用低能量离子束来避免对静电吸盘工作表面造成损伤。此外，可以使用不是三价的离子也不是五价的离子来形成离子束，借以一方面移除沉积物又一方面减少对静电吸盘工作表面的电介质层导电性的影响。
显然地，由于本发明不用打开制造过程反应室将静电吸盘移出进行清洁然后再将静电吸盘安装至制造过程反应室内部，不只可以节省停机拆除以及装回校正的时间，也不用再重新验机确认整个离子布植机的状况，也可以从头到尾保持制造过程反应室在高真空度而不用先破真空再抽真空。因此，较现有习知的清洁静电吸盘的方法，本发明明显地可以简化维护程序、降低清洁成本以及节省校正与验机的时间。
除此之外，本发明并不限定离子束是如何产生以及如何被传输至位于制造过程反应室的静电吸盘。举例来说，离子束可以是产生于离子源反应室(ion source chamber)，并陆续经由质量分析仪(mass analyzer)、加减速电极(acceleration/decelerationelectrodes)、磁铁(magnets)等等调整后被传输至静电吸盘。举例来说，离子束可以是产生于等离子体反应室(plasma chamber)，并通过电极等被从等离子体反应室引出并传输往静电吸盘。
附图说明
图1绘示了现有习知清洁静电吸盘方法的流程图。
图2A至图2D为本发明所提出的清洁静电吸盘方法的几个较佳实施例的流程图。
【主要元件符号说明】
步骤：101、103、105、107、109、111
步骤：200、202、204、206、208、209
具体实施方式
本发明的详细描述将借由以下的实施例讨论，这些实施例并非用于限制本发明的范围，而且可适用于其他应用中。图示揭露了一些细节，必须理解的是揭露的细节可不同于已透露者，除非是明确限制特征的情形。
本发明的出发点是在不需要将静电吸盘移出与移入制造过程反应室的状况下便清洁静电吸盘，借以回避掉现有习知清洁静电吸盘方法所无法回避的几个缺点。特别是，由于只有出现在静电吸盘用以固持工件的工作表面的污染(像是沉积物)才会影响到静电吸盘与工件二者之间的固持力量，可以只清洁工作表面。
本发明的基本概念是使用离子束来清洁静电吸盘的工作表面。一般的离子布植是将离子束传输至被静电吸盘所固持的工件，借以对工件进行离子布植。相对地，本发明是在静电吸盘并未固持工件的时候，将离子束传输至静电吸盘用以固持工件的工作表面。因此，本发明可以直接使用任何已知的(well-known)、发展中的(on-developing)或未来会出现的(to-be-developed)离子布植机，而不需要修改任何硬件或新增任何元件。因此，本发明以离子束处理静电吸盘工作表面的过程大抵类似一般离子布植以离子束处理被固持于静电吸盘的工件的过程，而只需要针对静电吸盘工作表面以及位于工作表面的沉积物(亦即污染)二者来调整离子束与离子布植参数。
本发明所提出的清洁静电吸盘方法的一个较佳实施例，如图2A所示。首先，如步骤202所示，提供静电吸盘，静电吸盘的工作表面上并没有固持任何工件。其次，如步骤204所示，传输离子束至静电吸盘的工作表面，借以使用离子束清洁工作表面。在整个离子束被传输至工作表面的过程，静电吸盘与离子束都是位于制造过程反应室内部，亦即都是位于真空环境中。
在此，至少取决于离子束所使用的离子种类以及位于工作表面上沉积物的种类，离子束可以同时借由化学性结合与物理性轰击二种方式来去除沉积物(亦即污染)，也可以仅通过物理性轰击或仅通过化学性结合来去除沉积物。举例来说，由于沉积物的一大来源是光阻而光阻的材料多为高分子、酚醛树脂、环氧树脂与聚异戊二烯橡胶等等，因此若使用氧离子(像是O+)来形成离子束，往往可以同时通过化学性结合与物理性轰击二种方式去除沉积物。
在此，为了能同时使用化学性结合与物理性轰击二种方式来去除沉积物，借以避免只使用物理性轰击时若离子束能量低时去除沉积物效率低而若离子束能量高时可能损伤到静电吸盘工作表面的两难，可以使用化学活性较高的元素来形成传输至静电吸盘工作表面的离子束。举例来说，离子束可以是氧离子离子束，不论是使用O+或O++或其它的氧离子。举例来说，离子束也可以是氢离子离子束或氟离子离子束。相对地，若沉积物的材料并没有适当的离子可以与其通过化学性结合转变为易于从工作表面移除的其它材料时，离子束也可以是惰性气体离子束或氮离子离子束，单纯地只通过物理性轰击将沉积物自工作表面移除。
除此之外，当静电吸盘工作表面为电介质层所覆盖时，为了避免增加电介质层的导电性，一般来说离子束所使用的离子并不是三价元素的离子也并不是五价元素的离子。
本发明所提出的清洁静电吸盘方法的一个较佳实施例，如图2B所示。首先，如步骤200所示，在传输离子束至静电吸盘工作表面之前，便调整离子束。其次，如步骤202所示，提供静电吸盘，静电吸盘的工作表面上并没有固持任何工件。接着，如步骤204所示，传输离子束至静电吸盘的工作表面，借以使用离子束清洁工作表面。步骤200调整离子束至少是为了在步骤204能更有效率地清洁工作表面，也是为了在步骤204能减少对工作表面的可能损伤。在步骤200所需要的沉积物结构、厚度、材料与分布等等讯息的来源，可以是在传输离子束之前事先测量静电吸盘工作表面的沉积物，也可以是通过离子布植机运作经验所得到的沉积物讯息。
在此，步骤200可以是在传输离子束至静电吸盘工作表面之前，便依照工作表面上的沉积物调整离子束，借以能更有效率地清洁工作表面。离子束的能量可以与沉积物结构有关，当沉积物结构越密实，便将离子束能量调整至越大，使得离子束能有足够的能量通过物理性轰击将沉积物自工作表面移除掉。在此，离子束电流量可以与沉积物厚度有关，当沉积物厚度越厚，便将离子束电流量调整至越大，使得离子束能有足够的离子数量可以与沉积物反应来将沉积物自工作表面移除掉。
在此，步骤200可以是在传输离子束至静电吸盘工作表面之前，便依照工作表面调整该离子束，借以极小化离子束对工作表面可能的损伤。在此，离子束的能量可以与静电吸盘工作表面的材料有关，当工作表面的材料越容易被离子束的离子打入到内部，便将离子束能量调整至越小，使得离子束具有低能量而可以一方面移除沉积物又一方面减少对工作表面的伤害。
在此，步骤200可以是在传输离子束至静电吸盘工作表面之前，便依照工作表面上沉积物的分布调整离子束与静电吸盘的相对运动，借以能更有效率地清洁工作表面。在此，静电吸盘与离子束的相对运动可以是让离子束均匀地扫描整个工作表面，也可以是让离子束均匀地扫描工作表面上所有被沉积物所覆盖的区域。显然地，若沉积物是均匀地分布在整个工作表面，直接扫描整个工作表面比较有效率；但若沉积物是特别集中在工作表面的某些部份，集中扫描工作表面的这些部份比较有效率。
本发明所提出的清洁静电吸盘方法的一个较佳实施例，如图2C所示。首先，如步骤202所示，提供静电吸盘，静电吸盘的工作表面上并没有固持任何工件。其次，如步骤204所示，传输离子束至静电吸盘的工作表面，借以使用离子束清洁工作表面。然后，如步骤206所示，确认工作表面的清洁结果。在此，在确认工作表面清洁结果之前，需要停止传输离子束至静电吸盘工作表面，不论是暂停产生离子束，或是暂停将离子束传输至静电吸盘于步骤204所在的位置，或是不改变离子束的传输途径而将静电吸盘移动到与步骤204所在位置不同的新位置。
在此，本发明并不限制是以任何方法来确认工作表面清洁结果，可以是使用任何已知的方法，也可以是使用任何正在发展中或是任何将来会出现的方法。举例来说，可以用静电吸盘工作表面固持工件，并测量静电吸盘与工件之间的固持力量。像是，一个新的静电吸盘与各种工件的理想固持力量是可以事先测量得知的，因此在步骤204清洁过的静电吸盘被用来固持某特定工件时，借由测量此清洁过静电吸盘工作表面与此特定工件的实际固持力量，便可以通过与相对应的理想固持力量的差别，来判断步骤204的清洁结果。举例来说，可以用静电吸盘工作表面固持工件，并一并移动静电吸盘与工件二者来测量工件是否被适当地固持。像是可以让静电吸盘与工件二者一起沿着某个离子布植程序的移动轨迹与运动速率进行移动，借以确认清洁过的静电吸盘工作表面能否适当地固持住工件。举例来说，可以分析工作表面在以离子束清洁之前以及在以离子束清洁之后的颜色变化。这是由于工作表面材料的颜色往往与位于工作表面上沉积物的颜色有所不同，因此静电吸盘工作表面的颜色变化往往是反映沉积物数量与分布的一项指标。
在此，停止传输离子束至工作表面并确认静电吸盘清洁结果的条件，有多种的可能。举例来说，可以是在自开始传输离子束至工件表面起已达到预定时间间隔，便停止传输离子束至工作表面并确认静电吸盘清洁结果。在此，预定时间间隔往往是根据经验，离子束可以处理过整个工作表面至少一次所需要的最少时间。举动来说，可以是在自开始传输离子束至工件表面起离子束已经处理过整个工作表面至少一次时，或者是已经处理过工作表面上存在沉积物的部份(亦即预定清洁区域)至少一次时，便停止传输离子束至工作表面并确认静电吸盘清洁结果。在此，由于离子束与静电吸盘的相对运动轨迹是可以事先设定的，由于静电吸盘工作表面上沉积物的分布也往往是可以事先确认的(如果沉积物的颜色与工作表面材料的颜色不同)，可以轻易地设定切换传输离子束与确认清洁结果的具体条件也可以轻易地在具体条件符合时进行切换。举例来说，可以在传输离子束至工件表面的过程便同时测量工作表面的变化，像是测量工作表面的颜色的变化，并在测量到的工作表面变化量(像是颜色变化量)达到预定变化量时，停止传输离子束至该工作表面并确认静电吸盘清洁结果。
本发明所提出的清洁静电吸盘方法的一个较佳实施例，如第二D图所示，在依序进行步骤202、步骤204与步骤206之后，再进行步骤208的判断工作表面的清洁结果符不符合预定标准。如果不符合，便回到步骤202，再次传输离子束至静电吸盘工作表面，借以再度使用离子束清洁工作表面。如果符合，便如步骤209所示般停止清洁静电吸盘。
综合上面对本发明的描述，本发明相对于现有习知清洁静电吸盘方法至少有下列几个明显的优点。第一，本发明从头到尾都保持静电吸盘位于制造过程反应室内，因此不用像现有习知技术般需要先破真空将静电吸盘移出制造过程反应室然后再将清洁过的静电吸盘移入制造过程反应室并抽真空，显然地既节省时间又减少制造过程反应室被污染的危险。第二，本发明从头到尾都没有改变静电吸盘在制造过程反应室的配置，甚至没有先拆除静电吸盘以清洁然后再将清洁过静电吸盘安装回去，因此既不需要校正静电吸盘的位置与方向等，更不需要对整个离子布植机进行验机以确认是否能正常地运作。第三，本发明可以直接使用现有的离子布植机，也可以直接参照现有的离子布植程序来清洁静电吸盘工作表面，因此实际应用本发明并没有任何的困难。
在此摘要地比较本发明以及现有习知清洁静电吸盘方法在对静电吸盘工作表面达到相等的清洁结果时的时间与成本。本发明以氧离子束清洁一个静电吸盘的工作表面大约需要一至二个小时，而所需要的氧离子束可以使用二氧化碳为制造过程气体来提供，其成本不高。相对地，现有习知清洁静电吸盘方法光是拆除与校正静电吸盘的时间便约需要一至二个小时，再加上对整个离子布植机进行验机的时间又约需要三至四个小时，总计得消耗五至六个小时，在此还未计算使用化学药剂清洁静电吸盘所需要的时间，而一次验机往往需要测试数片工件(若以晶圆为例，一片约需新台币六千元)，并且用来清洁静电吸盘的化学药剂的成本约需新台币四千元。显然地，相较于现有习知清洁静电吸盘方法，本发明可以明显地节省所需要的时间，而且使用的材料等等成本可能还较低。
当然，本发明只能清洁静电吸盘工作表面，而现有习知清洁工作表面方法还可以顺带清洁静电吸盘背面(反正整个静电吸盘都已经被拆除并移出制造过程反应室)。但由于静电吸盘背面并不会影响到静电吸盘与工件之间的固持力量，因此这点差异并不会影响本发明的实用性。顶多，在未经清洁的静电吸盘背面所累积的沉积物，也是在静电吸盘工作表面的沉积物的一个来源。
附带一提的是，虽然已经有一些习知技术是使用等离子体来清洁用以提供离子束的离子源反应室，但是本发明是使用离子束来清洁静电吸盘工作表面，并且清洁离子源反应室所使用的等离子体的离子种类是取决于离子源反应室腔壁上的沉积物，而本发明所使用的离子束的离子种类是取决于静电吸盘工作表面上的沉积物。因此，本发明与这些现有习知技术并不相同，而且无法简单地由这些现有习知技术推得本发明。举例来说，离子源反应室的构造往往无法在离子源反应室内产生离子束，或说是往往无法在有沉积物需要处理的部份产生离子束。举例来说，本发明可以使用氧离子束来清洁静电吸盘工作表面，但是由于氧离子等离子体会增加离子源反应室中金属氧化速度，因此这些现有习知技术往往不可以使用氧离子等离子体以免损伤到离子源反应室。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (20)

1.一种清洁静电吸盘的方法，其特征在于包含：
提供静电吸盘；以及
传输离子束至该静电吸盘的工作表面，借以使用该离子束清洁该工作表面；
在此，该工作表面并没有固持任何工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该静电吸盘与该离子束皆是位于制造过程反应室内真空环境中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该离子束与位于该工作表面上的沉积物的相互作用至少包含下列之一:
该离子束物理性轰击该沉积物，使得该沉积物脱离该工作表面；以及
该离子束与该沉积物发生化学性结合，使得该沉积物转变为其它材料并脱离该工作表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该离子束为氧离子离子束。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：该离子束的离子是选自下列之一:氧离子、氢离子、氮离子、氟离子与惰性气体离子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当该静电吸盘的该工作表面的表层为电介质层所覆盖时，该离子束的离子并不是三价元素的离子也并不是五价元素的离子。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：是以低能量的该离子束来一方面移除该沉积物并一方面减少对该工作表面的伤害。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：更包含停止传输该离子束至该静电吸盘的该工作表面，并确认该工作表面的清洁结果。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：确认该工作表面清洁结果的方法至少包含下列之一:
以该工作表面固持工件，并测量该静电吸盘与该工件之间的固持力量；
以该工作表面固持工件，并一并移动该静电吸盘与该工件二者以测量该工件是否被适当地固持；以及
分析该工作表面在以该离子束清洁前后的颜色的变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：更包含在该静电吸盘清洁结果不符合预定标准时，再次传输该离子束至该静电吸盘的该工作表面，借以再度使用该离子束清洁该工作表面。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：停止传输该离子束至该工作表面并确认该工作表面清洁结果的条件，至少包含下列之一:
自开始传输该离子束至该工件表面起，已达预定时间间隔；
自开始传输该离子束至该工件表面起，该离子束已经处理过整个该工作表面；以及
自开始传输该离子束至该工件表面起，该离子束已经处理过该工作表面的预定清洁区域。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：更包含在传输该离子束至该工件表面的过程同时测量该工作表面的变化，并于测量到该工作表面变化量达到预定变化量时，停止传输该离子束至该工作表面并确认该静电吸盘清洁结果。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：测量该工作表面的变化的方式为在以该离子束清洁该工作表面的过程同时分析该工作表面颜色的变化。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：更包含于传输该离子束至该静电吸盘的该工作表面之前，便依照该工作表面上沉积物调整该离子束。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：当该沉积物的结构越密实，便将该离子束的能量调整至越大。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：当该沉积物的厚度越厚，便将该离子束的电流量调整至越大。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：更包含于传输该离子束至该静电吸盘的该工作表面之前，便依照该工作表面调整该离子束。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：当该工作表面的材料越容易被该离子束布植至其内部，便将该离子束的能量至越小。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：更包含于传输该离子束至该静电吸盘的该工作表面之前，便依照该工作表面的沉积物的分布调整该离子束与该静电吸盘的相对运动。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：该静电吸盘与该离子束的相对运动至少包下列之一:
该离子束均匀地扫描整个该工作表面；以及
该离子束均匀地扫描该工作表面上所有被该沉积物所覆盖的区域。
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