KR20020041412A - Wafer holder assembly - Google Patents
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Abstract
이온 주입 시스템에 사용되는 웨이퍼 유지 조립체는 상기 이온 주입 시스템 내부의 단부 스테이션에 부착가능한 적어도 하나의 기초 구조부재를 포함한다. 전기 전도성 굴절재료로 제조되는 적어도 웨이퍼 유지 부재는 이온 주입 시스템 내부의 이온 비임의 통로에 웨이퍼를 유지하며 상기 기초 구조부재에 결합된다. 웨이퍼 유지 조립체는 상기 제 1 제 2 웨이퍼 유지 아암이 연장하는 제 1 및 제 2 주 구조부재를 포함할 수 있다. 상기 제 1 아암은 흑연 유지부재에 의해 상기 주 구조부재에 고정된다. 상기 제 2 아암은 흑연 편향부재에 의해 웨이퍼 유지 위치에 피봇가능하게 편향된다. 이러한 배열체는 이온 주입 공정중에 웨이퍼로부터 전기 방전을 방지하기 위해 웨이퍼로부터 상기 조립체로 전도성 통로를 제공한다. 상기 아암의 말단부에 있는 웨이퍼 접촉핀은 실리콘 또는 흑연으로 제조될 수 있다. 상기 핀은 예를들어 티타늄 질화물로 코팅되어 웨이퍼와의 전기 접촉성을 개선하고 내마모성 표면을 제공한다. 상기 핀은 웨이퍼로부터 핀으로의 전기적 아아킹 등을 감소시키기 위해 웨이퍼 근처의 핀 재료의 양을 최소화하는 형상을 가진다.The wafer holding assembly used in the ion implantation system includes at least one foundation structural member attachable to an end station inside the ion implantation system. At least a wafer holding member made of an electrically conductive refractive material holds the wafer in the passage of the ion beam inside the ion implantation system and is coupled to the foundation structural member. The wafer holding assembly may include first and second main structural members from which the first second wafer holding arm extends. The first arm is fixed to the main structural member by a graphite holding member. The second arm is pivotally deflected to a wafer holding position by a graphite biasing member. This arrangement provides conductive passages from the wafer to the assembly to prevent electrical discharge from the wafer during the ion implantation process. The wafer contact pins at the distal end of the arm can be made of silicon or graphite. The fins are coated with, for example, titanium nitride to improve electrical contact with the wafer and provide a wear resistant surface. The fins are shaped to minimize the amount of fin material near the wafer to reduce electrical arcing from the wafer to the fins and the like.
Description
집적 회로와 같은 소자들을 형성하기 위해 실리콘 웨이퍼를 처리하는 여러가지 기술이 이미 공지되어 있다. 그 중 하나의 기술은 산소 이온을 실리콘 웨이퍼내로 주입하여 실리콘-온-절연체(silicon-on-insulator;SOI) 소자로 알려진 베리드 레이어(buried layer) 소자를 형성하는 것을 포함한다. 이러한 소자에서, 베리드 절연층은 얇은 표면 실리콘 막 아래에 형성된다. 이러한 소자는 통상적인 실리콘 소자 보다 많은 잠재적인 이점을 가진다(예를 들어, 고속 성능, 고온 성능 및 큰 복사 강도(radiation hardness). 벌크 실리콘 소자와 비교할 때, SOI 소자내의 보다 적은 체적의 전기적 활성화 반도체 물질은 누설 커패시턴스, 저항 및 복사 민감도와 같은 해로운 효과를 줄이는 경향이 있다.Various techniques for processing silicon wafers to form devices such as integrated circuits are already known. One technique involves implanting oxygen ions into a silicon wafer to form a buried layer device known as a silicon-on-insulator (SOI) device. In such devices, the buried insulating layer is formed under a thin surface silicon film. Such devices have many potential advantages over conventional silicon devices (eg, high speed performance, high temperature performance and large radiation hardness. Less volume electrically activated semiconductors in SOI devices when compared to bulk silicon devices). The material tends to reduce harmful effects such as leakage capacitance, resistance and radiation sensitivity.
두문자(頭文字) SIMOX로 알려진 하나의 공지 기술에서, 단결정 실리콘 기판의 얇은 층은 산소 이온을 기판에 주입하여 베리드 유전 층을 형성하는 것에 의해 기판의 벌크와 분리된다. 이러한 "주입된 산소에 의한 분리"(SIMOX) 기술은, 베리드 실리콘 다이옥사이드 층이 표면 층 전자 소자에 대한 고효율의 절연체로서 작용하는, 이질성(hetero)구조를 제공한다.In one known technique known as the acronym SIMOX, a thin layer of single crystal silicon substrate is separated from the bulk of the substrate by implanting oxygen ions into the substrate to form a buried dielectric layer. This " separation by implanted oxygen " (SIMOX) technology provides a heterogeneous structure in which the buried silicon dioxide layer acts as a high efficiency insulator for surface layer electronic devices.
SIMOX 공정에서, 산소 이온들이 실리콘내로 주입되고, 그 후에 물질이 어닐링되어 베리드 실리콘 다이옥사이드 층 또는 BOX 영역이 형성된다. 어닐링 단계는 산소 이온을 재분포시켜, 실리콘/실리콘 다이옥사이드 경계가 보다 급변하게(abrupt)되며 그에 따라 날카롭고 확실하게 경계지어진 BOX 영역을 형성하며, 이온 충돌로 인한 표면 실리콘 층내의 손상을 치유한다.In the SIMOX process, oxygen ions are implanted into the silicon, after which the material is annealed to form a buried silicon dioxide layer or a BOX region. The annealing step redistributes the oxygen ions so that the silicon / silicon dioxide boundary is more rapidly disrupted, thus forming a sharp and firmly bounded BOX region, which heals the damage in the surface silicon layer due to ion bombardment.
SIMOX 공정 중에, 웨이퍼들은 비교적 가혹한 조건에 놓여진다. 예를 들어, 이온 주입 공정 동안 통상적으로 웨이퍼들은 약 500 내지 600 ℃ 의 온도까지 가열된다. 이어지는 어닐링 온도는 통상적으로 1000 ℃ 이상이 된다. 이와 대조적으로, 대부분의 통상적인 이온 주입 기술은 100 ℃ 이상의 온도를 허용하지 못한다. 또한, SIMOX 웨이퍼를 위해 주입된 이온 양(dose)은 평방 센티미터당 1 ×1018개 정도이며, 일부 공지 기술에서 그 개수는 2 또는 3 자리수 정도 클 수도 있다.During the SIMOX process, wafers are placed in relatively harsh conditions. For example, wafers are typically heated to a temperature of about 500-600 ° C. during the ion implantation process. The subsequent annealing temperature is usually at least 1000 ° C. In contrast, most conventional ion implantation techniques do not allow temperatures above 100 ° C. Also, implanted ions for SIMOX wafers are on the order of 1 × 10 18 per square centimeter, and in some known techniques the number may be as large as 2 or 3 digits.
통상적인 웨이퍼 홀딩 장치의 대부분은 SIMOX 공정과 관련된 비교적 고온을 견딜 수 없다. 또한, 이온 비임이 금속의 스퍼터링을 유발하고 그에 따라 웨이퍼 오염을 초래하기 때문에, 금속이 노출된 웨이퍼 홀딩 구조물은 SIMOX 프로세스에 적합하지 않다. 또한, 그 구조물은 열팽창에 의해 비대칭적으로 변형될 수 있으며, 이는 고온 어닐링 중에 웨이퍼의 표면 및/또는 엣지를 손상시켜 웨이퍼의 완전성(integrity)을 해치고 그 웨이퍼를 사용하지 못하게 할 수 있다.Most of the conventional wafer holding devices are unable to withstand the relatively high temperatures associated with SIMOX processes. In addition, because the ion beam causes sputtering of the metal and hence wafer contamination, the exposed wafer holding structure is not suitable for the SIMOX process. In addition, the structure can be deformed asymmetrically by thermal expansion, which can damage the surface and / or edges of the wafer during high temperature annealing, impairing the integrity of the wafer and making the wafer unusable.
몇몇 공지된 웨이퍼 홀더와 관련한 다른 단점들은 웨이퍼의 방전(放電)이다.만약 웨이퍼 홀더가 전기 절연성 물질로 형성된다면, 이온 비임에 노출됨에 따라 웨이퍼가 대전(帶電)될 것이다. 그 전하 축적은, 공간 전하 중성화 전자의 이온 비임을 제거함으로써, 이온 주입 공정을 방해한다. 웨이퍼상의 전하 축적은 또한 전기적 아아크(arc)에 의해 인접 구조물로의 방전을 초래하며, 이는 또한 웨이퍼를 오염시키거나 또는 웨이퍼를 손상시킬 수 있다.Another disadvantage associated with some known wafer holders is the discharge of the wafer. If the wafer holder is formed of an electrically insulating material, the wafer will be charged as it is exposed to an ion beam. The charge accumulation interferes with the ion implantation process by removing ion beams of space charge neutralizing electrons. Charge buildup on the wafer also causes discharge to adjacent structures by electrical arcs, which can also contaminate the wafer or damage the wafer.
따라서, 전기 전도성이고, 비교적 고온 및 SIMOX 웨이퍼 처리와 관련한 에너지 레벨을 견딜 수 있으면서도, 스퍼터 오염 가능성을 최소화할 수 있는 웨이퍼 홀더를 제공하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is desirable to provide a wafer holder that is electrically conductive and capable of withstanding relatively high temperatures and energy levels associated with SIMOX wafer processing while minimizing the possibility of sputter contamination.
본 발명은 대체로 실리콘 웨이퍼 처리에 관한 것으로서, 특히 이온 충돌되고 열처리되는 실리콘 웨이퍼를 유지하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates generally to silicon wafer processing, and more particularly to an apparatus for holding a silicon wafer that is ion bombarded and heat treated.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 유지 조립체의 사시도,1 is a perspective view of a wafer holding assembly according to the present invention;
도 2는 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 전면도,2 is a front view of the wafer holding assembly in FIG. 1, FIG.
도 3은 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 일부를 형성하는 제 1 아암의 측면도,3 is a side view of a first arm forming part of the wafer holding assembly in FIG. 1, FIG.
도 4는 도 3에서 제 1 아암 조립체의 평면도,4 is a plan view of the first arm assembly in FIG. 3, FIG.
도 5는 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 말단 영역의 사시도,5 is a perspective view of the distal region of the wafer holding assembly in FIG. 1, FIG.
도 6은 도 5에서 말단 영역의 평면도,6 is a plan view of the distal region in FIG. 5, FIG.
도 7은 도 3에서 제 1 아암 조립체과 맞물리는 제 1 및 제 2크로스 부재의 사시도,7 is a perspective view of the first and second cross members engaged with the first arm assembly in FIG. 3, FIG.
도 8은 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체를 형성하는 말단 유지 부재의 측면도,8 is a side view of the end holding member forming the wafer holding assembly in FIG. 1;
도 9는 도 8에서 말단 유지 부재의 다른 실시예의 측면도,9 is a side view of another embodiment of the end retaining member in FIG. 8;
도 10은 도 8에서 말단 유지 부재의 또 다른 실시예의 측면도,10 is a side view of another embodiment of the end retaining member in FIG. 8, FIG.
도 11은 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 기단부의 부분 측면도,FIG. 11 is a partial side view of the proximal end of the wafer holding assembly in FIG. 1; FIG.
도 12는 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 기단부의 저면도,12 is a bottom view of the proximal end of the wafer holding assembly in FIG.
도 13은 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 일부를 형성하는 개재 유지 부재의 저면도,FIG. 13 is a bottom view of an interposition holding member forming part of the wafer holding assembly in FIG. 1; FIG.
도 14는 도 1의 웨이퍼 유지 조립체의 일부를 형성하는 기단부 유지 부재의 부분 측면도,14 is a partial side view of the proximal end holding member forming part of the wafer holding assembly of FIG. 1;
도 15는 본 발명에 따른 웨이퍼 유지 조립체의 다른 실시예의 사시도,15 is a perspective view of another embodiment of a wafer holding assembly according to the present invention;
도 16a는 도 1에서 웨이퍼 유지 조립체의 웨이퍼를 포함한 핀의 사시도,16A is a perspective view of a pin including a wafer of the wafer holding assembly in FIG. 1, FIG.
도 16b는 도 15에서 웨이퍼를 포함한 핀의 측면도,16B is a side view of the pin including the wafer in FIG. 15, FIG.
도 17은 도 15의 웨이퍼를 포함한 핀이 웨이퍼를 유지하면서 도시된 측면도,17 is a side view of the fin including the wafer of FIG. 15 while holding the wafer;
도 18은 본 발명에 따른 웨이퍼를 포함한 핀의 사시도,18 is a perspective view of a pin including a wafer according to the present invention;
도 19는 도 18에서 웨이퍼를 포함한 핀의 평면도,19 is a plan view of the pin including the wafer in FIG. 18,
도 20은 도 18에서 웨이퍼를 포함한 핀을 일정각으로 바라본 도면,FIG. 20 is a view of the pin including the wafer in FIG. 18 at an angle; FIG.
도 22는 도 18의 웨이퍼를 포함한 핀의 전면도, 그리고22 is a front view of the pin including the wafer of FIG. 18, and
도 23은 도 20의 라인 23-23을 따라 절개된 웨이퍼를 포함한 핀의 단면도.FIG. 23 is a cross sectional view of the fin including the wafer cut along line 23-23 of FIG. 20;
본 발명은, 이온 주입 프로세스 중에 웨이퍼상에 전하가 축적되는 것을 방지하고 구조적 완전성을 유지할 수 있는, 이온 주입 시스템에 사용되는 웨이퍼 유지 조립체를 제공한다. 비록 본 발명이 주로 SIMOX 웨이퍼 프로세싱과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 상기 웨이퍼 유지 조립체가 일반적인 웨이퍼 처리 및 기판으로 이온을 주입하는 것과 관련된 기타의 용도를 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The present invention provides a wafer holding assembly for use in an ion implantation system that can prevent charge buildup on the wafer during the ion implantation process and maintain structural integrity. Although the present invention has been shown and described primarily in connection with SIMOX wafer processing, it will be appreciated that the wafer holding assembly has other uses related to general wafer processing and implanting ions into a substrate.
본 발명의 일 양태에서, 웨이퍼 유지 조립체는 이온 주입 시스템내의 마지막-스테이션에 부착가능한 하나 이상의 기초 구조 부재를 포함한다. 구조 부재는 그 구조 부재에 결합되는 하나 이상의 웨이퍼-유지 부재용 기초 구조부재로서 기능한다. 웨이퍼-유지 부재는 전도성 굴절(refractive) 물질로 형성되고, 주입 시스템내의 이온 비임 경로에 웨이퍼를 홀딩한다. 전도성 굴절 물질은 실리콘, 흑연 및 게르마늄을 포함할 수 있다. 그러나 그러한 물질로 한정되는 것은 아니다.In one aspect of the invention, the wafer holding assembly includes one or more foundation structural members attachable to the last-station within the ion implantation system. The structural member functions as a base structural member for one or more wafer-holding members coupled to the structural member. The wafer-holding member is formed of a conductive refractory material and holds the wafer in the ion beam path in the implantation system. Conductive refractive materials may include silicon, graphite, and germanium. But it is not limited to such materials.
관련된 양태에서, 기초 구조 부재는 전도성 굴절 물질로 형성된다. 일 실시예에서, 기초 구조 부재는 대체적으로 서로 평행하고 소정 간격으로 이격된 레일들과 같은 제 1 및 제 2 기초 구조 부재에 의해 형성될 수 있다. 제 1 웨이퍼-홀딩 아암이 기초 구조 부재의 말단부로부터 회전가능하게 연장할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 아암은 제 1 및 제 2 부분을 가지는 횡단 부재를 포함하고, 제 1 및 제 2 부분은 각각의 웨이퍼-접촉 핀을 분리가능하게 맞물기 위한 말단 팁(tip)을 포함한다. 웨이퍼-접촉 핀은, 예를 들어 실리콘 또는 그라파이트로 형성될 수 있다. 횡단 부재는, 웨이퍼 엣지상에서 서로 이격된 웨이퍼-접촉 핀들이 웨이퍼에 실질적으로 동일한 압력을 가하도록, 회전될 수 있다.In a related aspect, the foundation structural member is formed of a conductive refractive material. In one embodiment, the foundation structural member may be formed by first and second foundation structural members, such as rails that are generally parallel to one another and spaced at predetermined intervals. The first wafer-holding arm may rotatably extend from the distal end of the base structural member. In one embodiment, the first arm comprises a transverse member having first and second portions, the first and second portions including distal tips for releasably engaging respective wafer-contacting pins. do. Wafer-contact pins may be formed, for example, of silicon or graphite. The crossing member may be rotated such that the wafer-contacting pins spaced apart from each other on the wafer edge exert substantially equal pressure on the wafer.
제 2 웨이퍼-유지 아암은 조립체의 기단부 영역으로부터 연장하여 웨이퍼-접촉 핀을 통해 웨이퍼상에 제 3 접촉점을 제공할 수 있다. 적어도 하나의 기초 구조 부재에 연결된 베어링에 의해 형성되는 축선을 중심으로 제 2 아암이 피봇운동하여, 조립체로부터 웨이퍼를 적재 및 하역하는 것을 용이하게 한다. 일 실시예에서, 편향부재가 제 2 아암을 웨이퍼-유지 위치를 향해 편향시킨다.The second wafer-holding arm may extend from the proximal end region of the assembly to provide a third contact point on the wafer through the wafer-contacting pin. The second arm pivots about an axis formed by a bearing connected to the at least one foundation structural member to facilitate loading and unloading of the wafer from the assembly. In one embodiment, the biasing member biases the second arm toward the wafer-holding position.
본 발명의 다른 양태에서, 전도성 피복이 웨이퍼-접촉 핀의 적어도 일부상에 배치된다. 그 피복은 티타늄 실리사이드(TiSi2) 또는 텅스텐 실리사이드(WSi2)와 같은 금속 실리사이드로 형성될 수 있다. 대신에, 피복을 티타늄 질화물(TiN), 타타늄 알류미늄 질화물(TiAlN) 또는 텅스텐 질화물(WN)로 형성할 수도 있다.In another aspect of the invention, a conductive coating is disposed on at least a portion of the wafer-contacting pin. The coating may be formed of a metal silicide such as titanium silicide (TiSi 2 ) or tungsten silicide (WSi 2 ). Instead, the coating may be formed of titanium nitride (TiN), titanium aluminum nitride (TiAlN) or tungsten nitride (WN).
관련된 양태에서, 코팅은 약 0.5에서 약 10.0 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다. 이러한 코팅은 웨이퍼와 접촉하기 위한 내구성의, 내마모성 표면을 제공한다. 또한, 티타늄 질화물 코팅은 핀이 형성가능한 곳으로부터 실리콘보다 더욱 전도성으로 웨이퍼와 핀 사이의 전기적 접촉을 강화하도록 하므로써 웨이퍼로부터 유동하는 전류량 즉, 전하를 증대시킨다. 또한 티타늄 질화물 코팅은 웨이퍼와 핀 사이에서의 소위 웨이퍼-접착을 방지한다.In a related aspect, the coating can have a thickness in the range of about 0.5 to about 10.0 μm. Such coatings provide a durable, wear resistant surface for contact with the wafer. In addition, the titanium nitride coating increases the amount of current flowing from the wafer, i.e., charge, by allowing the pin to form a more conductive electrical contact between the wafer and the fin, more conductive than silicon. The titanium nitride coating also prevents the so-called wafer-adhesion between the wafer and the fins.
본 발명의 다른 관점에서, 웨이퍼를 포함한 핀은 웨이퍼로부터의 전기적 방전과 같은 것을 감소하는데 효과적인 기하학적 형상을 갖는다. 일실시예에서, 핀은 웨이퍼 유지 아암과 웨이퍼를 유지하기 위한 말단부를 연결하는 기단부를 갖는다. 일실시예에서, 말단부는 웨지형 상부 영역과 테이퍼진 표면 사이에 놓여지는 아치형 웨이퍼 수용 목부를 갖는다. 핀 상부 영역의 기하학적 형상은 이온 주입시에 웨이퍼와 핀 사이에서 일어날 수 있는 전기적인 아아크를 감소하도록 웨이퍼 근처의 핀의 양을 감소한다.In another aspect of the invention, the pins, including the wafer, have a geometry that is effective to reduce such electrical discharges from the wafer. In one embodiment, the pin has a proximal end connecting the wafer holding arm and the distal end for holding the wafer. In one embodiment, the distal end has an arcuate wafer receiving neck that lies between the wedge top region and the tapered surface. The geometry of the upper fin region reduces the amount of fins near the wafer to reduce the electrical arc that can occur between the wafer and the fins during ion implantation.
본 발명의 다른 관점에서, 웨이퍼 유지 조립체는 웨이퍼 오염물과 관련되는 종래의 고정구와 부착제에 대한 필요성이 없도록 일련의 유지 부재에 의해 함께 고정된다. 일실시예에서, 말단부 유지 부재는 제 1 아암에 맞물리는 제 1단부 및 스프링 단부에 의하여 기초 구조부재에 대응하는 제 2 단부를 포함하는데, 스프링 단부는 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장된다. 말단부 유지 부재는 스프링 부재에 의하여 장력 상태하에서 고정되어 제 1 아암이 기초 구조부재에 고정되면서 횡방향 부재가 제 1 축선에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 하므로 제 1 및 제 2핀은 웨이퍼에 동일한 압력을 인가한다.In another aspect of the invention, the wafer holding assembly is held together by a series of holding members so that there is no need for conventional fixtures and adhesives associated with wafer contaminants. In one embodiment, the distal end retaining member includes a first end that engages the first arm and a second end corresponding to the foundation structural member by a spring end, the spring end extending between the first end and the second end. . The distal end retaining member is fixed under tension by the spring member to allow the transverse member to rotate freely about the first axis while the first arm is secured to the foundation structural member so that the first and second pins are subjected to equal pressure on the wafer. Is authorized.
중간 유지 부재가 조립체의 중간 영역에서 기초 구조부재에 연결될 수 있다. 일실시예에서, 중간 유지 부재는 스프링 부재에 의한 제 1 및 제 2 대향 U형 외측 부재를 포함하는데, 스프링 부재는 이들 사이에서 연장된다. 스프링 부재는 장력 상태이므로 외측 부재는 기초 구조부재의 바닥면에 있는 해당 돌기와 맞물리는 상태를 계속하게 한다. 중간 유지 부재는 제 1 및 제 2 기초 구조부재의 공간을 유지시키고 조립체의 전반적인 기계적 강도를 향상시킨다.An intermediate retaining member may be connected to the foundation structural member in the middle region of the assembly. In one embodiment, the intermediate retaining member comprises a first and a second opposing U-shaped outer member by a spring member, the spring member extending between them. Since the spring member is in tension, the outer member continues to engage the corresponding protrusion on the bottom of the base structural member. The intermediate retaining member maintains the space of the first and second foundation structural members and improves the overall mechanical strength of the assembly.
조립체는 기단부 영역에 놓이는 기단부 유지 부재를 더 포함할 수 있다. 기단부 유지 부재는 기단부 스프링 부재에 의해 연결된 상부 및 하부 부재를 포함한다. 상부 및 하부 부재는 장력상태하에서 스프링 부재에 의하여 기초 구조부재에 맞물린다.The assembly may further comprise a proximal end retaining member that lies in the proximal end region. The proximal end holding member includes an upper and a lower member connected by a proximal end spring member. The upper and lower members are engaged with the base structural member by the spring member under tension.
본 발명의 다른 관점에서, 웨이퍼 유지 조립체는 웨이퍼로부터 조립체까지 접지 연결될 수 있는 전도성 경로를 제공한다. 웨이퍼를 접지시키므로써, 웨이퍼상의 전기적 전하가 향상되면서 이온 주입 과정중 웨이퍼로부터 잠재적으로 전기적 아아크를 손상하는 것을 방지한다. 예시적인 실시예에서, 기초 구조부재, 제 1 및 제 2 아암, 편향 부재 그리고 유지 부재들은 흑연으로 형성되고 웨이퍼를 포함한 핀은 실리콘으로 형성된다. 이러한 재료들은 웨이퍼 유지 조립체가 최적의 SIMOX 웨이퍼 처리 조건을 달성하는데 필요한 강도와 전기적 전도성을 제공한다. 또한, 실리콘만이 실리콘 웨이퍼에 접촉되며 실리콘만이 이온 빔에 노출되기 때문에 발생가능한 웨이퍼 오염이 감소되므로써 웨이퍼 오염과 입자 발생을 최소화한다. 또한, 흑연 편향 부재는, 실온으로부터 약 600℃까지 정도의 넓은 온도 범위에 걸쳐 실질적으로 불변하는 스프링 상수를 갖는다. 그리하여, 조립체는 실온에서 실질적으로 캘리브레이션될 수 있다.In another aspect of the invention, the wafer holding assembly provides a conductive path that can be grounded from the wafer to the assembly. By grounding the wafer, the electrical charge on the wafer is improved to prevent damage to the potential electrical arc from the wafer during the ion implantation process. In an exemplary embodiment, the base structural member, the first and second arms, the deflection member, and the retaining members are formed of graphite and the pins including the wafer are formed of silicon. These materials provide the strength and electrical conductivity needed for the wafer holding assembly to achieve optimal SIMOX wafer processing conditions. In addition, because only silicon is in contact with the silicon wafer and only silicon is exposed to the ion beam, possible wafer contamination is reduced, thereby minimizing wafer contamination and particle generation. The graphite deflection member also has a spring constant that is substantially unchanged over a wide temperature range, from room temperature to about 600 ° C. Thus, the assembly can be substantially calibrated at room temperature.
다른 관점에서, 웨이퍼 유지 조립체는 조립체에 대응하는 차폐물을 포함하므로 이온 빔이 단지 웨이퍼 및 웨이퍼를 포함한 핀과 충돌한다. 이와 관련된 관점에서, 웨이퍼 유지 아암은 이온 비임의 경로에 웨이퍼를 위치시키므로 웨이퍼는 이온 비임으로부터 웨이퍼 유지 부재의 적어도 일부를 차폐한다.In another aspect, the wafer holding assembly includes a shield corresponding to the assembly such that the ion beam only collides with the wafer and the pins containing the wafer. In this regard, the wafer holding arm positions the wafer in the path of the ion beam so that the wafer shields at least a portion of the wafer holding member from the ion beam.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하는 이후의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.The invention will be more fully understood from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 비교적 높은 이온 비임 에너지 및 온도를 이용하는 SIMOX 웨이퍼프로세싱에 특히 적합한 웨이퍼 유지 조립체를 제공한다. 대체적으로, 웨이퍼 유지 조립체는 SIMOX 웨이퍼 프로세싱과 관련된 극한 조건하에서 웨이퍼 오염등을 줄일 수 있고 완전성(integrity)을 유지할 수 있는 구조를 가진다. 웨이퍼 유지 조립체는 전도성 물질로 형성되어, 웨이퍼로부터 접지로 전기적인 경로를 제공함으로써 이온 주입 프로세스중에 웨이퍼의 대전 및 아아크 발생 가능성을 방지할 수 있다.The present invention provides a wafer holding assembly that is particularly suitable for SIMOX wafer processing using relatively high ion beam energy and temperature. In general, the wafer holding assembly has a structure that can reduce wafer contamination and maintain integrity under extreme conditions associated with SIMOX wafer processing. The wafer holding assembly may be formed of a conductive material to provide an electrical path from the wafer to ground to prevent the possibility of charging and arcing of the wafer during the ion implantation process.
도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 웨이퍼 유지 조립체(100)를 도시한다. 조립체는, 실질적으로 서로 평행하고 소정 간격으로 이격된 제 1 및 제 2 기초 구조 레일부재(102, 104)를 가지는 기초 구조 부재(100a)를 포함한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 기초 구조 부재(102, 104)는 대체적으로 C-자 형상이다. 제 1 웨이퍼 홀딩 아암(106)은 유지 조립체의 말단부(108)에 회전 가능하게 고정되고, 제 2 웨이퍼 홀딩 아암(110)은 일반적으로 유지 조립체의 기단부 영역(112)에 피봇가능하게 고정된다.1 and 2 illustrate a wafer holding assembly 100 in accordance with the present invention. The assembly includes a foundation structural member 100a having first and second foundation structural rail members 102, 104 substantially parallel to one another and spaced at predetermined intervals. In the exemplary embodiment shown, the foundation structural members 102 and 104 are generally C-shaped. The first wafer holding arm 106 is rotatably fixed to the distal end 108 of the holding assembly, and the second wafer holding arm 110 is generally pivotably fixed to the proximal end region 112 of the holding assembly.
제 1 아암(106)은 각각의 말단부(120, 122)에서 종단되는 제 1 및 제 2 부분(116, 118)을 가지는 횡단 부재(114)를 포함한다. 웨이퍼-접촉 핀(124, 126)은 제 1 및 제 2 아암 부분의 말단부(120, 122)에 고정된다. 제 1 아암(106)은 제 1 및 제 2 기초 구조 부재(102, 104)와 대체적으로 평행한 제 1 축선(128)을 중심으로 회전될 수 있다. 제 1 아암(106)이 제 1 축선(128)을 중심으로 회전할 수 있게 함으로써, 제 1 및 제 2 아암 부분은 서로 이격된 웨이퍼-접촉 핀(124, 126)을 통해 웨이퍼 엣지에 실질적으로 균일한 압력을 가한다.The first arm 106 includes a cross member 114 having first and second portions 116, 118 terminating at respective distal ends 120, 122. Wafer-contact pins 124, 126 are secured to distal ends 120, 122 of the first and second arm portions. The first arm 106 can be rotated about a first axis 128 that is generally parallel with the first and second foundation structural members 102, 104. By allowing the first arm 106 to rotate about the first axis 128, the first and second arm portions are substantially uniform at the wafer edge through the wafer-contacting pins 124, 126 spaced apart from each other. Apply a pressure.
제 2 아암(110)은 웨이퍼의 적재 및 하역이 용이하도록 기초 구조 부재(102, 104)에 대체적으로 수직인 제 2 축선(130)을 중심으로 피봇운동이 가능하다. 웨이퍼-접촉 핀(132)이 제 2 아암의 말단부(134)에 부착되어, 제 1 아암(106)에 결합된 핀들(124, 126)과 함께, 3 개의 이격된 접촉점들을 제공함으로써 웨이퍼를 정위치에 확실하게 유지한다.The second arm 110 is pivotable about a second axis 130 that is generally perpendicular to the foundation structural members 102 and 104 to facilitate loading and unloading of the wafer. A wafer-contact pin 132 is attached to the distal end 134 of the second arm, with the pins 124, 126 coupled to the first arm 106, providing the three spaced contact points in place. Keep it on.
통상적으로, 웨이퍼의 둘레에 핀들을 위치시키는 것은 유지 조립체에서 웨이퍼를 배향하는데 사용되는 웨이퍼의 노치 또는 "상당한 평평부"에 의해 제한받는다. 몇몇 프로세싱 기술은 균일한 도핑 정도를 보장하기 위해 주입 프로세스중에 웨이퍼를, 예를 들어 일회 이상, 1/4 바퀴 회전시키는 것을 포함한다.Typically, positioning the pins around the wafer is limited by the notch or "significant flat" of the wafer used to orient the wafer in the holding assembly. Some processing techniques include rotating the wafer, for example one or more times, one quarter of a turn during the implantation process to ensure a uniform degree of doping.
웨이퍼 유지 조립체는, 통상적인 체결구 및/또는 접착제 없이도 조립체의 부품들을 서로 고정하기 위한 일련의 유지 부재를 추가로 포함할 수 있다. 접착제는 이온 주입 프로세스 중에 증발되거나 기체를 발생시켜 웨이퍼를 오염시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 유사하게, 노출된 금속 나사, 너트, 볼트 및 리벳과 같은 통상적인 체결구 역시 웨이퍼를 오염시킬 수 있다. 또한, 그러한 체결 또는 접착 기구들은 열팽창계수가 적합하지 않아 조립체가 크게 손상될 수 있다.The wafer holding assembly may further include a series of holding members for securing the parts of the assembly to each other without conventional fasteners and / or adhesives. It will be appreciated that the adhesive may contaminate the wafer by evaporating or generating gas during the ion implantation process. Similarly, conventional fasteners such as exposed metal screws, nuts, bolts and rivets can also contaminate the wafer. In addition, such fastening or bonding mechanisms do not have a suitable coefficient of thermal expansion, which can greatly damage the assembly.
일 실시예에서, 조립체는, 제 1 아암(106)을 그 조립체에 결합시키는 말단부 유지 부재(136)와, 조립체의 바닥에 부착되어 조립체의 중간 영역(140)내의 제 1 및 제 2 기초 구조 부재(102, 104)의 간격을 유지하는 중간 유지 부재(138)를 포함한다. 조립체는 또한 구조 부재를 조립체의 기단부 영역(112)의 정위치에 고정하는 기단부 유지 부재(142)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the assembly includes a distal end retaining member 136 that couples the first arm 106 to the assembly, and first and second foundation structural members within the intermediate region 140 of the assembly that are attached to the bottom of the assembly. And an intermediate retaining member 138 that maintains the spacing of 102, 104. The assembly may also include a proximal end retaining member 142 that secures the structural member in place of the proximal end region 112 of the assembly.
도 3 내지 도 7(웨이퍼-접촉 핀이 없는 상태의 도면)은, 도 1 및 도 2 와 함께, 웨이퍼 유지 조립체 구조를 보다 상세히 도시한다. 제 1 아암(106)은 횡단 부재(114)로부터 수직으로 연장하는 지지 부재(144)를 포함한다(도 3 및 도 4 참조). 지지 부재(144)는 중간 영역(146) 및 원호형 결합 부재(148)를 포함한다. 베어링 부재(150)는 지지 부재(144)의 중간 영역(146)내의 길이방향 보어(152)를 통해 연장한다(도 3 및 도 4 참조).3-7 (shown without wafer-contact pins), in conjunction with FIGS. 1 and 2, illustrate the wafer holding assembly structure in more detail. The first arm 106 includes a support member 144 extending vertically from the crossing member 114 (see FIGS. 3 and 4). The support member 144 includes an intermediate region 146 and an arcuate coupling member 148. Bearing member 150 extends through longitudinal bore 152 in intermediate region 146 of support member 144 (see FIGS. 3 and 4).
제 1 크로스 부재(154)는 기초 구조 부재(102, 104)의 말단부(156, 158)에 끼워질 수 있고, 제 2 크로스 부재(160)는 제 1 크로스 부재(154)로부터 소정거리 이격되어 기초 구조 부재에 끼워질 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 제 1 및 제 2 크로스 부재(154, 169)는 기초 구조 부재(102, 104)의 양쪽 연부들에 끼워지도록 구성된다. 대응 부품들을 수용하기 위해 여러가지 부품들에 노치들이 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제 1 및 제 2 크로스 부재(154, 160) 각각은 베어링 부재(150)의 단부를 수용하기 위한 각각의 보어(162, 164)를 포함한다(도 7).The first cross member 154 may be fitted to the distal ends 156, 158 of the foundation structural members 102, 104, and the second cross member 160 may be spaced apart from the first cross member 154 by a predetermined distance. It can be fitted to the structural member (see FIGS. 5 and 6). The first and second cross members 154, 169 are configured to fit at both edges of the base structural members 102, 104. It will be appreciated that notches may be formed in the various components to accommodate the corresponding components. Each of the first and second cross members 154, 160 includes respective bores 162, 164 for receiving the ends of the bearing member 150 (FIG. 7).
한 실시예에서, 베어링 부재는 각 단부가 크로스 부재(154, 160)내의 구멍내에 놓여진 각 슬리브 부재(166, 168)내에 안치되어 있는 로드이다. 슬리브 부재(166, 168)는 제 1 아암(106)의 회전 동안 그라파이트 접촉시 그라파이트에 의한 입자 발생을 최소하면서, 제 1아암(106)이 자유롭게 회전하도록 허용한다. 한 실시예에서, 슬리브는 산화알루미늄(사파이어)과 같은 경질, 절연성 재료로 형성된다.In one embodiment, the bearing member is a rod with each end seated in each sleeve member 166, 168 placed in a hole in the cross member 154, 160. Sleeve members 166 and 168 allow the first arm 106 to rotate freely while minimizing particle generation by graphite during graphite contact during rotation of the first arm 106. In one embodiment, the sleeve is formed of a hard, insulating material such as aluminum oxide (sapphire).
도 8은 도 1과 도 2를 조합한 것으로, 주구성 부재중 하나(102)를 결합하기위한 제 1노치(172)와 제 1아암의 커플링 부재(148)(도 3)를 결합하기 위한 제 2노치(174)와 더불어 제 1단부(170)를 가진 말단 유지 부재(136)의 추가의 상세도이다. 말단 유지 부재(136)의 제 2단부(176)는 조립체의 중간 영역(140)에 맞추어질 수 있다. 돌기(178)는 조립체에 제 2 단부(176)의 결합을 용이하게 하도록 주구성 부재(102, 104)내에 형성될 수 있다(도 1).Fig. 8 is a combination of Figs. 1 and 2, wherein the first notch 172 for engaging one of the main structural members 102 and the coupling member 148 (Fig. 3) for the first arm are combined. Further details of the end retaining member 136 having the first end 170 in addition to the two notches 174. The second end 176 of the distal end member 136 may be fitted to the middle region 140 of the assembly. Protrusions 178 may be formed in major components 102 and 104 to facilitate engagement of second end 176 to the assembly (FIG. 1).
도 9 및 도 10은 제각기 나선형 스프링(136')과 벨로우즈(136") 형태의 말단 유지 부재의 변경 실시예를 도시한다. 당업자라면 유지 부재의 기하학 형상을 쉽게 변경할 수 있을 것으로 이해된다.9 and 10 show an alternative embodiment of the end retaining member in the form of a helical spring 136 'and a bellows 136 ", respectively. It will be appreciated by those skilled in the art that the geometry of the retaining member can be easily changed.
한 실시예에서, 말단 유지 부재(136)는 지지 부재의 커플링 부재(148)상에 화살표 180(도 5)에 의해 표시한 방향을 가진 힘을 가하도록 하는 인장 상태에 있다. 말단 유지 부재(136)에 의해 가해진 힘은 제 2크로스 부재(160)에 대항해 지지 부재의 네크(182)(도 3)를 가압한다. 또한 가해진 힘은 제 2크로스 부재(160)가 지지 부재(144)에 대한 지렛대 받침으로서 기능하면, 주 구성 부재(102, 104)에 대항해 베어링 부재(150)를 통해서 제 1크로스 부재(154)를 가압한다. 그러나, 제 1아암의 지지 부재(144) 뿐만 아니라 종단부(114)는 제 1축선(128), 즉 베어링 부재(150) 둘레로 자유롭게 회전하므로, 제 1아암부(116, 118)의 말단부에 있는 핀(124, 126)은 웨이퍼상에 거의 동일한 압력을 제공한다.In one embodiment, the end retaining member 136 is in tension to force a force with the direction indicated by arrow 180 (FIG. 5) onto the coupling member 148 of the support member. The force exerted by the end retaining member 136 forces the neck 182 (FIG. 3) of the support member against the second cross member 160. In addition, the applied force causes the first cross member 154 to pass through the bearing member 150 against the main constituent members 102 and 104 if the second cross member 160 functions as a lever support for the support member 144. Pressurize. However, the end portion 114 as well as the support member 144 of the first arm freely rotates around the first axis 128, ie, the bearing member 150, so that the end portions of the first arm portions 116, 118 are not present. Pins 124 and 126 provide approximately the same pressure on the wafer.
도 11과 도 12(저면도)는 도 1과 도 2의 조합으로, 웨이퍼 홀더 조립체(100)의 제 2인접 영역(112)의 추가의 상세도이다. 도 11은 명확함으로 위해서 제 2주구성 요소(104)없이 도시되어 있다. 제 1멈춤부재(184)(도 1) 및 제 2멈춤부재(186)는 주구조부재(102, 104)로부터 연장한다. 예시적인 실시예에서, 제 2아암(110)은 편향 부재(190)에 의해 멈춤부재(184, 186)의 단부에 대항해 편향되어 있는 윙 영역(188)(도 1)을 포함한다. 한 실시예에서, 편향 부재(190)는 멈춤부재(184, 186), 예 웨이퍼 유지부에 대항해 제 2아암(110)을 가압하도록 하는 압축상태 하에 놓여 있다. 편향 부재(190)는 제 1구성 부재(102)와 짝을 이룬 제 1단부(194)와 제 2구성 부재(104)에 결합된 제 2단부(196)를 가진 U형상 외부(192)를 포함한다(도 12). 제 2편향 부재의 스프링부(198)는 제 2 아암 부재(110)에 인접한 한 단부와 U형상 외부(192)의 바닥으로부터 연장하는 다른 단부를 포함한다.11 and 12 (bottom view) are additional details of the second adjacent area 112 of the wafer holder assembly 100 in a combination of FIGS. 1 and 2. 11 is shown without the second main component 104 for clarity. The first stop member 184 (FIG. 1) and the second stop member 186 extend from the main structural members 102, 104. In an exemplary embodiment, the second arm 110 includes a wing region 188 (FIG. 1) that is biased against the ends of the stop members 184, 186 by the biasing member 190. In one embodiment, the biasing member 190 is in a compressed state to force the second arm 110 against the stop members 184, 186, eg the wafer holder. The biasing member 190 includes a U-shaped exterior 192 having a first end 194 mated with the first component member 102 and a second end 196 coupled to the second component member 104. (FIG. 12). The spring portion 198 of the second deflection member includes one end adjacent to the second arm member 110 and the other end extending from the bottom of the U-shaped exterior 192.
제 2아암(110)의 바닥 단부에서는 제 2 아암은 제 2 축선(130)상에 배치된 제 2베어링 부재(200) 둘레로 피봇하며, 제 2 축선은 일반적으로 주 구조부재(102, 104)에 수직이다. 제 2베어링 부재(200)는 제 2 아암내의 보어를 통해서 연장하며, 베어링 부재의 각 단부는 각 주구성 부재(102, 104)내에 삽입된 슬리브내에 안치되어 있다. 제 2 아암(110)의 회전으로 주 구성 부재(102, 104)로부터 연장하는 각 브레이스 부재(202, 204)에 의해 제한된다.At the bottom end of the second arm 110, the second arm pivots about a second bearing member 200 disposed on the second axis 130, the second axis generally being the main structural member 102, 104. Is perpendicular to The second bearing member 200 extends through the bore in the second arm, and each end of the bearing member is seated in a sleeve inserted into each major component 102, 104. The rotation of the second arm 110 is constrained by each brace member 202, 204 extending from the main constituent member 102, 104.
도 13(저면도)은 도 1과 도 2의 조합으로 조립체의 중간 영역(140)내의 주 구조부재(102, 104)와 짝을 이루는 중간 유지 부재(138)의 추가의 상세도이다. 중간 유지 부재(138)는 제 1 및 제 2 대향 U형상 외부 부재(206, 208)를 포함하며 이들 사이로 스프링 부재(120)가 연장한다. 제 1외부 부재(206)는 주 구조부재(102, 104)의 바닥상에 형성된 대응 노치된 돌출부(216, 218)와 짝을 이루어 결합하기 위한 제 1 및 제 2아암(212, 214)을 가진다. 유사하게, 제 2외부 부재(208)는 노치된돌출부(220, 222)와 짝을 이룰 수 있는 아암을 포함한다. 한 실시예에서, U형상 외부 부재(206, 208)는 돌출부와 쉽게 짝맞춤 하도록 힘을 받고 있다. 적절한 위치설정시, 외부 부재(206, 208)가 해제되므로 스프링 부재(210)는 돌출부에 대항해 외부 부재를 편향한다. 중간 유지 부재(138)는 제 1 및 제 2주구성 부재(102, 104) 사이의 공간을 유지하는데 효과적이고 조립체의 전체 기계적 강도를 보강한다.FIG. 13 (bottom view) is a further detail of the intermediate retaining member 138 mating with the main structural members 102, 104 in the intermediate region 140 of the assembly in a combination of FIGS. 1 and 2. The intermediate retaining member 138 includes first and second opposing U-shaped outer members 206, 208 with a spring member 120 extending therebetween. The first outer member 206 has first and second arms 212, 214 for mating and mating with corresponding notched protrusions 216, 218 formed on the bottom of the main structural member 102, 104. . Similarly, the second outer member 208 includes an arm that can mate with the notched protrusions 220, 222. In one embodiment, the U-shaped outer members 206 and 208 are forced to easily mate with the protrusions. Upon proper positioning, the outer member 206, 208 is released so that the spring member 210 deflects the outer member against the protrusion. The intermediate retaining member 138 is effective in maintaining the space between the first and second principal component members 102 and 104 and reinforces the overall mechanical strength of the assembly.
도 14는 인접 유지 부재(142)를 도시하며, 이는 웨이퍼 홀더 조립체의 인접 영역(112)의 구조적 강성을 제공한다. 한 실시예에서, 인접 유지 부재(142)는 스프링 부재(228)에 의해 결합된 상부와 하부 부재(224, 226)를 포함한다. 스프링 부재(228)는 주구성 부재에 결합될 수 있으므로 스프링 부재는 인장상태 하에 있다. 인접 유지 부재(142)는 여기에 형성된 슬롯(232)을 가진 돌출 부재(230)를 포함할 수 있다.14 shows adjacent retention member 142, which provides structural rigidity of adjacent region 112 of the wafer holder assembly. In one embodiment, adjacent retaining member 142 includes upper and lower members 224, 226 coupled by spring member 228. The spring member 228 can be coupled to the main component member so that the spring member is under tension. Adjacent retaining member 142 may include protruding member 230 having a slot 232 formed therein.
도 15에 도시한 바와 같이, 조립체(100)는 일련의 웨이퍼 홀더가 고정될 수 있는 회전가능한 허브 조립체(250)와 짝을 이룰 수 있다. 시일드(252)는 조립체의 노출 영역을 빔 스트라이크로부터 보호하기 위해서 조립체의 인접 영역(112)에 고정될 수 있다. 시일드(252)는 이온 이식 공정 동안 조립체를 허브(250)에 고정하는데 사용된 어떠한 금속 장치 뿐만 아니라 조립체 부품의 스퍼터링을 방지한다. 추가로, 조립체 부품은 이온 빔에 직접 노출함으로써 가열되지 않는다. 한 실시예에서, 시일드(252)의 에지는 인접 유지 부재(142)내에 위치된 슬롯(232)(도 14)내에 잡혀있다.As shown in FIG. 15, assembly 100 may be mated with a rotatable hub assembly 250 to which a series of wafer holders may be secured. The shield 252 may be secured to the adjacent area 112 of the assembly to protect the exposed area of the assembly from beam strikes. The shield 252 prevents sputtering of assembly components as well as any metal devices used to secure the assembly to the hub 250 during the ion implantation process. In addition, the assembly component is not heated by direct exposure to the ion beam. In one embodiment, the edge of the shield 252 is held in a slot 232 (FIG. 14) located in the adjacent retaining member 142.
시일드(252)가 조립체 부품을 빔 충돌로부터 차폐하기에 효과적인 다양한 기하학 형상을 가질 수 있음을 알 수 있다. 한 실시예에서, 시일드(252)는 거의 평탄하고 제 2웨이퍼 홀딩 아암(110)에 근접한 예각 에지(254)를 가진다.It can be appreciated that the shield 252 can have a variety of geometries that are effective to shield the assembly components from beam impingement. In one embodiment, the shield 252 has an acute edge 254 that is nearly flat and proximate the second wafer holding arm 110.
추가로 시일드는 적당한 강성을 가지며 이온 빔에 불투명한 다양한 재료로부터 형성될 수 있음을 알 수 있다. 한 예의 재료는 실리콘 웨이퍼와 유사한 성질을 갖는 실리콘이다.In addition, it can be seen that the seal can be formed from a variety of materials that have moderate stiffness and are opaque to the ion beam. One example material is silicon with properties similar to silicon wafers.
웨이퍼 홀딩 아암의 단부에 결합된 웨이퍼 접촉 핀(124, 126, 132)은 웨이퍼 홀더 조립체(100)내에 웨이퍼를 접촉하고 고정하는데 적합하다. 일반적으로, 핀은 웨이퍼가 수직 방위설정을 포함할 수 있는 이동의 범위로 조작되어지는 로딩과 언로딩 공정 동안 홀더 조립체내에 웨이퍼를 유지하는데 충분한 압력을 가해야 한다. 그러나, 웨이퍼상의 지나친 압력은 웨이퍼 표면 및/또는 에지에 대한 손상이 연속적인 고온 어닐링 공정 동안 슬립 라인(slip line)의 형성을 야기할 수 있기 때문에 피해야 한다. 추가로, 웨이퍼 접촉 핀은 조립체로부터 웨이퍼를 전기적으로 전연해서는 안된다. 더욱이, 핀은 웨이퍼의 오염을 최소화하는 재료로부터 만들어져야 한다.Wafer contact pins 124, 126, 132 coupled to the ends of the wafer holding arms are suitable for contacting and securing the wafer within the wafer holder assembly 100. In general, the pin should exert sufficient pressure to hold the wafer in the holder assembly during the loading and unloading process where the wafer is manipulated to a range of movements that may include vertical orientation. However, excessive pressure on the wafer should be avoided because damage to the wafer surface and / or edges can lead to the formation of slip lines during subsequent high temperature annealing processes. In addition, the wafer contact pins should not electrically edge the wafer from the assembly. Moreover, the pin should be made from a material that minimizes contamination of the wafer.
도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 웨이퍼 홀더 조립체를 사용하기에 적합한 웨이퍼 접촉 핀(300)을 도시한다. 핀은 웨이퍼의 에지를 유지하기에 적합한 기하학 형상을 가진 말단부(302)와 웨이퍼 아암(106, 110)(도 1)의 단부에 형성된 대응하는 채널과 짝을 이루는 형상을 가진 인접부(304)를 가진다. 다양한 형상과 표면 피쳐가 웨이퍼 홀딩 아암에 핀(300)을 탈착가능하게 짝맞춤 하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다.16A and 16B illustrate wafer contact pins 300 suitable for using a wafer holder assembly in accordance with the present invention. The pins have a distal end 302 having a geometry suitable for retaining the edge of the wafer and an adjacent portion 304 having a shape that mates with a corresponding channel formed at the ends of the wafer arms 106 and 110 (FIG. 1). Have It will be appreciated that various shapes and surface features can be used to detachably mat the pin 300 to the wafer holding arm.
핀의 말단부(302)는 핀내의 뾰족한 웨이퍼 수용 홈(308)으로부터 연장하는 릿지(306)를 포함한다. 경사진 표면(310)은 홈(308)으로부터 인접하게 연장한다. 도 17에 도시한 바와 같이, 핀은 홀더 조립체가 이식 공정 동안 회전되면 웨이퍼의 진동 및/또는 이동을 방지하도록 웨이퍼(350)의 상부(352)와 바닥(354)을 접촉해야 한다. 추가로 경사진 표면(310)은 웨이퍼 에지가 릿지(306)와 일치할 때까지, 웨이퍼 로딩 공정동안 먼저 접촉 및 슬라이드할 수 있는 램프를 제공한다.The distal end 302 of the pin includes a ridge 306 extending from the pointed wafer receiving groove 308 in the pin. The inclined surface 310 extends adjacently from the groove 308. As shown in FIG. 17, the pin should contact the top 352 and bottom 354 of the wafer 350 to prevent vibration and / or movement of the wafer when the holder assembly is rotated during the implantation process. Additionally, the inclined surface 310 provides a ramp that can first touch and slide during the wafer loading process until the wafer edge coincides with the ridge 306.
도 18 내지 도 23은 보다 제한된 프로화일을 가진 본 발명에 따른 웨이퍼 접촉 핀(400)을 도시한다. 핀(400)은 웨이퍼를 유지하기 위한 말단부(402)와 아암 단부에 결합하기 위한 인접부(404)를 포함한다. 핀의 말단부(402)는 웨이퍼로부터 핀까지 방전의 가능성을 감소시키도록 웨이퍼 에지에 인접해서 핀 재료의 량을 최소화하기 위해서 둥근게 되어 있다. 추가로, 핀 기하학 형상은 웨이퍼/핀 접촉 인터페에스를 제외하고는 웨이퍼와 핀사이의 거리를 최대로 하는 것이 최상이다. 더욱이, 핀(400)의 웨이퍼 접촉 영역은 웨이퍼와 핀사이의 전위차에 의해 발생된 전기장을 최소화하도록 매끄러워야 한다. 핀은 또한 웨이퍼/핀 접촉 영역을 최소화해야 한다.18-23 illustrate a wafer contact pin 400 in accordance with the present invention having a more limited profile. The pin 400 includes a distal end 402 for holding the wafer and a proximal portion 404 for engaging the arm end. The distal end portion 402 of the fin is rounded to minimize the amount of fin material adjacent the wafer edge to reduce the possibility of discharge from the wafer to the fin. In addition, the pin geometry is best to maximize the distance between the wafer and the pin, except for the wafer / pin contact interface. Moreover, the wafer contact area of the fin 400 should be smooth to minimize the electric field generated by the potential difference between the wafer and the fin. Fins should also minimize the wafer / fin contact area.
핀의 말단부(402)는 웨지형 상부 영역(408)과 경사진 표면(410)사이에 배치된 웨이퍼 수용 홈 또는 네크(406)를 포함한다. 네크(406)를 포함하는 상부 영역(408)은 웨이퍼와 핀사이의 전기 아크를 방지하도록 웨이퍼 에지에 가까운 핀 재료의 량을 감소하기 위해서 한 점 또는 에지(412)로 경사지게 할 수 있다.The distal end 402 of the fin includes a wafer receiving groove or neck 406 disposed between the wedge-shaped upper region 408 and the inclined surface 410. The upper region 408 including the neck 406 may be inclined to one point or edge 412 to reduce the amount of fin material close to the wafer edge to prevent an electric arc between the wafer and the pin.
용어 웨지 형상은 핀 상부 영역에 대한 다양한 형상을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 일반적으로, 웨지 형상의 상부 영역은 조립체내에 홀딩된 웨이퍼의 중앙 근처의 포인트로부터 넓어진다. 전형적인 지오메트리는 삼각형상, 아치형상, 및 다각형상을 포함한다.The term wedge shape should be interpreted broadly to encompass various shapes for the pin top region. In general, the wedge shaped upper region widens from a point near the center of the wafer held in the assembly. Typical geometry includes triangular, arched, and polygonal shapes.
본 발명의 다른 양상에서, 도 1, 15, 18에 도시된 핀 122,300,400중 하나와 같이, 웨이퍼 접촉 핀은 티타늄 나이트라이드(TiN) 또는 티타늄 알루미늄 나이트라이드(TiAlN)와 같이 상대적으로 단단한 전도성 필름으로 코팅된다. 코팅은 핀의 단단함을 강화시키는 상대적으로 단단한 항마멸성 재료로 제공한다. 핀이 실리콘으로 형성된 경우, 예를 들면 TiN 코팅은 실리콘 핀보다 더 전도적이어서 전기적 아킹(arcing)의 가능성이 코팅되지 않은 핀에 비하여 감소된다. 또한, 코팅은 소위 웨이퍼 본딩을 방지하는데, 이러한 웨이퍼 본딩에서는 두 개의 실리콘 표면이 극한 처리 상태 동안, 예를 들면 상대적으로 높은 온도 동안 서로 고착되는 경향이 있다. 웨이퍼와 웨이퍼 접촉 핀 사이의 웨이퍼 본딩이 손상될 때 잠재적인 오염 입자가 발생될 수 있다는 것이 이해된다.In another aspect of the invention, the wafer contact pin is coated with a relatively rigid conductive film, such as titanium nitride (TiN) or titanium aluminum nitride (TiAlN), such as one of the fins 122,300,400 shown in FIGS. do. The coating provides a relatively hard anti-wear material that enhances the pin's rigidity. If the fins are formed of silicon, for example, the TiN coating is more conductive than silicon fins so that the possibility of electrical arcing is reduced compared to uncoated fins. In addition, the coating prevents so-called wafer bonding, in which two silicon surfaces tend to stick to each other during extreme processing conditions, for example, for relatively high temperatures. It is understood that potential contaminant particles can be generated when the wafer bonding between the wafer and the wafer contact pin is damaged.
화학적 증착 및 반응 스퍼터링을 포함하는 다양한 기술을 이용하여 코팅이 핀에 적용될 수 있다. TiN 코팅을 제공하는 화학적 증착에 대해, 전형적인 전구 가스는 티타늄 클로라이드이다. 반응 스퍼터링에 대해, 티타늄 타깃이 이용될 수 있으며 질소 가스는 아르곤 가스 환경에 부가될 수 있다.Coatings can be applied to the fins using a variety of techniques including chemical vapor deposition and reactive sputtering. For chemical vapor deposition to provide a TiN coating, a typical precursor gas is titanium chloride. For reactive sputtering, a titanium target can be used and nitrogen gas can be added to the argon gas environment.
TiN 또는 TiAlN 코팅은 전체 핀을 덮기 위해 적용될 수 있을 뿐만 아니라 핀/웨이퍼 인터페이스에 대응하는 부분으로 타깃될 수 있다. TiN 코팅은 불연속 부분에 또는 연속 코팅으로서 적용될 수 있다.TiN or TiAlN coatings can be applied to cover the entire fins as well as targeted to the portion corresponding to the fin / wafer interface. TiN coatings can be applied to discrete portions or as a continuous coating.
코팅의 두께는 약 0.1 마이크로미터로부터 약 10.0 마이크로미터로 변화될 수 있으며 더욱 바람직하게는 약 2 마이크로미터로부터 약 5 마이크로미터로 변화될 수 있다.The thickness of the coating may vary from about 0.1 micrometers to about 10.0 micrometers and more preferably from about 2 micrometers to about 5 micrometers.
본 발명의 다른 양상에서, 다양한 성분에 대한 재료는 조립체의 원하는 특징, 예를 들면 기계적 내구성, 전도성 및 최소 입자화를 제공하기 위하여 선택된다. 웨이퍼 접촉 핀에 대한 전형적인 재료는 실리콘 및 흑연을 포함한다. 실리콘은 상승된 온도에서 실리콘의 고유 상태내에서는 전도적이다. 주요 구조적 부재, 리테이너 부재 및 편향 부재용 전형적인 재료는 실리콘 카바이드, 흑연 및 투명 또는 진공 포화 흑연(vitreous or vacuum impregnated graphite)를 포함하며, 이는 티타늄 카바이드로 코팅된다. 흑연 리테이너 및 편향 부재는 와이어 전자 방출 기계("와이어 EDM"), 레이저 기계 및 종래의 절단 기술을 이용하여 흑연 시트로 제작될 수 있다.In another aspect of the invention, the materials for the various components are selected to provide the desired characteristics of the assembly, such as mechanical durability, conductivity and minimal granulation. Typical materials for the wafer contact pins include silicon and graphite. Silicon is conductive in its native state at elevated temperatures. Typical materials for the main structural members, retainer members and deflection members include silicon carbide, graphite and transparent or vacuum impregnated graphite, which is coated with titanium carbide. Graphite retainers and deflection members can be fabricated into graphite sheets using wire electron emission machines ("wire EDM"), laser machines, and conventional cutting techniques.
흑연 편향 및 유지 부재는 넓은 범위의 온도에 걸쳐 일정한, 즉 변하지 않는 스프링 상수를 유지한다. 이것은 웨이퍼 홀더 조립체가 600℃ 그리고 더 높은 온도에서 작동을 위해 실온을 유지하도록 하며, 이는 이온 이식 프로세스(ion implantation process) 동안 발생할 수 있다. 또한 흑연 성분은 웨이퍼를 그라운딩하기 위한 전도 통로를 제공하며 이는 베어링 부재를 위한 전도 슬리브가 쓰이는 경우에도 제공된다.The graphite deflection and retaining member maintains a constant, ie unchanging, spring constant over a wide range of temperatures. This allows the wafer holder assembly to maintain room temperature for operation at 600 ° C. and higher temperatures, which can occur during the ion implantation process. The graphite component also provides a conductive passageway for grounding the wafer, which is also provided when a conductive sleeve for the bearing member is used.
본 발명의 웨이퍼 홀더 조립체는 SIMOX 웨이퍼 프로세싱과 관련된 상대적으로 높은 온도 및 이온 비임 에너지를 견디는 구조물을 제공한다. 또한, 이온 비임이 실리콘에만 부딪쳐 탄소 오염 및 입자 생성을 최소화함으로써 웨이퍼 오염 가능성이 감소된다. 더욱이, 웨이퍼로부터의 전기 방출 가능성이 조립체 성분 및/또는 웨이퍼 접촉 핀의 지오메트리를 위한 전도 재료/코팅의 선택에 의해 최소화된다.The wafer holder assembly of the present invention provides a structure that withstands relatively high temperature and ion beam energy associated with SIMOX wafer processing. In addition, the ion beam hits only silicon, minimizing carbon contamination and particle generation, thereby reducing the likelihood of wafer contamination. Moreover, the possibility of electrical discharge from the wafer is minimized by the selection of conductive material / coatings for the assembly components and / or geometry of the wafer contact pins.
본 기술분야의 기술자는 상술된 실시예를 기초로하여 본 발명의 추가적인 특징 및 장점을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의하여 나타난바를 제외하고 특히 도시되고 설명된 것에 의하여 제한되지 않는다. 본 명세서에서 인용된 모든 공개물 및 참조문헌은 완전히 참고로서 본 명세서에 명백히 첨부되었다.Those skilled in the art will recognize additional features and advantages of the present invention based on the embodiments described above. Accordingly, the invention is not to be limited by what is particularly shown and described except as indicated by the appended claims. All publications and references cited herein are expressly incorporated herein by reference in their entirety.
Claims (43)
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