TW201511098A - 一種將多個罩幕對準至多個工作的系統與方法 - Google Patents

Abstract

多個罩幕附接至罩幕框的底面。此附接使各罩幕能夠在三方向上相對於罩幕框而獨立地移動。此相對移動使各罩幕調整其位置以與配置於工作表面上的個別對準銷對準。在一實施例中，使用固定器將各罩幕附接至罩幕框，其中固定器具有軸部，軸部的直徑小於配置於罩幕上之固定孔的直徑。可使用偏置元件使得罩幕與罩幕框能在垂直方向上相對移動。各罩幕亦可具有活動零件，以與工作表面上的個別對準銷配對。

Description

基板至罩幕的機械對準 【相關申請案互相參照】

本申請案主張在2013年7月26日提申的美國臨時專利申請案第61/858,852號的優先權，其所揭露的內容以引用方式併入本文。

本揭露的實施例是有關於在基板處理期間將罩幕對準至基板的方法與裝置，且特別是有關於在離子植入期間將罩幕對準至基板的方法與裝置。

常將摻雜物(dopant species)植入至半導體工件(semiconductor workpieces)中，以產生所需的傳導性(conductivity)。舉例來說，可將摻雜物植入太陽電池，以產生射極區(emitter region)。一般而言，離子是由離子源(ion source)所產生。離子源可以是利用RF能量以產生離子的電漿腔室(plasma chamber)，或間接加熱陰極(indirectly heated cathode，IHC)，或 另一種類型的離子源。離子是從離子源提取，且離子在到達工件之前可先通過質量分析與聚焦元件(mass analyzing and focusing components)。在一些實施例中，將提取出的離子直接植入工件中，且離子源與工件之間不存在其他元件。也可將工件置於平台上，以使工件處於適當位置。

通常只會對部分工件進行植入。因此，會在離子源與工件之間插入機構(例如罩幕)以防止離子到達工件的特定部分。此罩幕可與工件對準，以嚴格控制罩幕所覆蓋的區域。在一些實施例中，將罩幕對準至工件、進行所需植入以及移除罩幕所需的時間可能過長。

因此，在一些實施例中，同時植入多個工件可能是有利的。然而，在此多個工件上方安置多個罩幕的系統與方法可能昂貴且耗時。

因此，若有一種系統與方法能夠讓多個罩幕對準至多個工件，且此對準可以快速而不昂貴的方式完成，則將會是有利的。

多個罩幕附接至罩幕框的底面。此附接使各罩幕能夠在三方向上相對於罩幕框而獨立地移動。此相對移動使各罩幕調整其位置以與配置於工作表面上的個別對準銷對準。在一實施例中，使用固定器將各罩幕附接至罩幕框，其中固定器具有軸部(shaft)，軸部的直徑小於配置於罩幕上之固定孔的直徑。可使用 偏置元件使得罩幕與罩幕框能在垂直方向上相對移動。各罩幕亦可具有活動零件，以與工作表面上的個別對準銷配對(mate)。

在一實施例中，揭露一種用於工件處理的系統。系統包括：罩幕框，包括其中具有開口的上部平板以及將罩幕框支撐於工作表面上的兩個或更多個垂直側壁；多個罩幕，每一罩幕包括具有圖案的中心部分以及從中心部分的邊緣延伸之一個或更多個突出部；固定器，穿過配置於一個或更多個突出部中的固定孔並連接至上部平板的底面，使得多個罩幕的各中心部分與上部平板中的個別開口對準；以及偏置元件，在上部平板的底面與各罩幕之間產生分離力。

在第二實施例中，揭露一種將多個罩幕對準至多個基板的方法。方法包括：在工作表面上安置罩幕框，其中多個罩幕附接至罩幕框的底面且各罩幕安置於個別基板上方，其中將各基板配置成鄰近於用來對準基板的至少一對準銷；將每一個個別罩幕(each respective mask)對準至個別對準銷，其中各罩幕可相對於罩幕框而獨立地移動。

在第三實施例中，揭露一種用於工件處理的系統。系統包括：罩幕框，包括其中具有開口的上部平板以及從上部平板延伸以將罩幕框支撐於工作表面上的兩個或更多個垂直側壁；多個罩幕，每一罩幕包括具有圖案的中心部分；一個或更多個突出部，從中心部分的邊緣延伸；一個或更多個固定孔，配置於一個或更多個突出部中；以及一個或更多個活動零件，配置於一個或更多 個突出部中，各活動零件用以與工作表面上的個別對準銷接合(engage)；固定器，穿過固定孔並連接至上部平板的底面，使得各罩幕的中心部分與上部平板的個別開口對準，其中各固定器包括頭部與軸部，頭部的直徑大於固定孔的直徑，軸部的直徑則小於固定孔的直徑，使各罩幕在兩側向方向上相對於罩幕框而移動。

1‧‧‧工件

10‧‧‧罩幕

15‧‧‧中心部分

16‧‧‧突出部

18‧‧‧對準孔

25‧‧‧固定孔

27‧‧‧活動零件

35‧‧‧對準銷

36‧‧‧側部

50‧‧‧靜電夾具

100‧‧‧罩幕框

110‧‧‧上部平板

111‧‧‧垂直側面元件

112‧‧‧磁性材料

115‧‧‧開口

125‧‧‧支撐部

130‧‧‧偏置元件

170‧‧‧工作表面

175‧‧‧電切換磁鐵

198‧‧‧螺釘

210‧‧‧離子束

為了更加了解本案，參考以引用方式併入本文的附圖：圖1呈現罩幕的實施例。

圖2呈現依據一實施例的罩幕框。

圖3呈現圖1的罩幕之上視圖。

圖4呈現罩幕、工件與對準銷之間的對準示意圖。

圖5是將罩幕框安置於工件上方的側視圖。

圖6呈現罩幕框與附接於其上的罩幕。

圖7是依據一實施例的罩幕框與罩幕之間的連接之側視圖。

圖1呈現可用來進行圖案式(patterned)植入的罩幕。此罩幕10包含中心部分15，中心部分15經過加工以包含所需圖案。沿著罩幕10的邊緣，可配置具有一個或更多個對準孔18的一個或更多個突出部16。在一些實施例中，活動接頭(未繪示)與對準孔18是一體成形，使得這些接頭支撐於位於下方平台上的銷並 與其對準。這些活動接頭可由碳化矽(silicon carbide)製成。活動接頭的上表面可以是v形，以便與對準銷對準。這些活動接頭可以有效地使罩幕10與工件精準對準。

如上所述，在特定情況下，同時植入多個工件(例如4 x 4陣列)可以是有利的。舉例來說，可能想要結合毯覆式(blanket)與圖案式植入以達成每小時超過3000個晶圓的植入速度。然而，16個罩幕的各別對準與安置是耗時的，因而構成對於使用同時植入的需求的主要原因。

圖2呈現用來容納罩幕10的陣列之罩幕框100。即使罩幕框100被繪示為能夠容納16個罩幕10，但罩幕框100可為任意尺寸而用以容納任何數量的罩幕10。罩幕框100包含上部平板110，上部平板110具有相當於罩幕框100所能支撐的罩幕10之數目的多個開口115。開口115的尺寸與形狀必須設置成可經由開口115看見各罩幕10的中心部分15。罩幕相對於上部平板110配置，使得罩幕10的突出部16可被上部平板110的支撐部125覆蓋。

圖3是圖1所示罩幕10的上視圖。一個或更多個突出部16可包含對準孔18。如上所述，這些對準孔18可填充有(populate)活動零件，此活動零件用來與配置於平台上的對準銷配合。在一些實施例中，這些對準孔18可配置於罩幕10的兩相鄰側邊上。此外，這些突出部16中的一個或更多個可包含固定孔25。這些固定孔25是用來將罩幕10附接至罩幕框100，下文將描述更多細節。

圖4是罩幕10對準至平台或靜電夾具50的側視圖。罩幕10包含對準孔18，對準孔18填充有活動零件27。活動零件27安置於配置在平台或靜電夾具50上的對準銷35上。對準銷35的上部可具有與活動零件27的v形凹槽接合(interface)的球狀末端。對準銷35也可具有側部36，其做為工件1的硬停止元件(hard stop)。可將工件1向側部36推動，使側部36做為工件1的側對準零件。因此，對準銷35是用來使工件1與罩幕10一同對準至單個參考點。這減少產生公差疊加(tolerance stackup)的主要原因，且可精準對準至10微米範圍內。即使圖4呈現單個對準銷35，但可以理解各罩幕10可與配置於平台或靜電夾具50上的多個對準銷35接合。

圖5是罩幕框100、罩幕10、工件1以及平台或靜電夾具50的剖面圖。罩幕框100可具有如圖2所示的上部平板110。除了具有上部平板110，罩幕框100也可以具有多個垂直側面元件(vertical side member)111，垂直側面元件111從上部平板110的兩個或更多個邊緣向下延伸。當罩幕框100安置於工作表面170上時，這些垂直側面元件111支撐罩幕框100。這些垂直側面元件111經過尺寸定制，因此能夠使靜電夾具50、工件1、與罩幕10皆在罩幕框100的上部平板110的下方堆疊而不壓縮。此外，這些垂直側面元件111也可配置於罩幕框100的所有側(即四側)上。然而，在其他實施例中，垂直側面元件111可僅配置於罩幕框100的相對兩側上。如圖5所示，垂直側面元件111可包括配置於垂 直側面元件111之末端附近的磁性材料112。此磁性材料112可以是鐵，但也可使用其他材料。可依據離子植入或其他工件處理操作程序中用以固定罩幕框100所需的力來選擇磁性材料的量。

可在工作表面170中配置一個或更多個電切換磁鐵175。這些電切換磁鐵175可與控制器(未繪示)通信(communication)，而控制器是用來對電切換磁鐵175提供電力，以將電切換磁鐵175的從有效或磁性狀態改變成無效或無作用狀態。因此，將罩幕框100放置於工作表面170上之前，電切換磁鐵175可處於其無效狀態。將罩幕框100妥善地對準後，電切換磁鐵175可切換至其有效或磁性狀態，以使罩幕框100固持於適當位置。欲移除罩幕框100時，將電切換磁鐵175切換至其無效狀態，則可移除罩幕框100。

即使圖5呈現具有電切換磁鐵175與磁性材料112的結構，亦可使用其他機制來將罩幕框100固持至(hold)工作表面170上。舉例來說，可使用機械固定器(例如勾扣(hooks)或閂扣(latches))以使罩幕框100處於適當位置。因此，罩幕框100與工作表面170可包含固持零件，而固持零件本身可以是磁性、機械或電氣零件。

可在工作表面170上配置一個或更多個平台或靜電夾具50。如上所述，這些每一平台可包含一個或更多個對準銷35，其是用來使工件1與罩幕10對準。罩幕10可包含用來與對準銷35之球狀末端對準的活動零件27。即使僅繪示一個靜電夾具50，可 理解的是可在工作表面170上配置由罩幕框100所覆蓋的多個靜電夾具50。如前文所述，在一實施例中，有排列成4 x 4陣列的16個靜電夾具50。

透過螺釘或其他機械固定器將罩幕10固定至上部平板110的底面，更多細節請見圖6。此外，使用偏置元件(biasing element)130(例如彈簧)在上部平板110與罩幕10之間產生分離力。此分離力可確保罩幕10牢固地安置於對準銷35上。透過適當的彈簧尺寸與間隙(clearances)，即使在建立此複雜組合(complex assembly)時可能出現公差疊加的情況下，罩幕10的陣列能夠結合(couple)至靜電夾具50的陣列。

此外，圖5所示之組件可能因為入射離子束210所產生的熱能而膨脹。基於組件各自的熱膨脹係數與所接收的熱量差異，這些組件可能以不同速率膨脹。偏置元件130提供所需的位置移動以確保各罩幕10將適當地配對至其活動零件27且各罩幕10將與其各自的靜電夾具50對準。

圖6呈現罩幕框100與單一罩幕10的側視圖。如上所述，罩幕框100可支撐任何數量的罩幕10。如圖所示，罩幕10附接至上部平板110的下表面。可使用螺釘198或其他固定器進行此附接作用。可將螺釘198旋緊至上部平板110的底面。螺釘198的頭部經過尺寸訂製，使得其大於固定孔25的直徑，以產生垂直停止(vertical stop)。因此，由於螺釘沒有固定至罩幕10，所以罩幕10能夠相對於罩幕框100而垂直地移動。固定孔25的直徑比 螺釘198之軸部的直徑大。此尺寸上的微小差異可使罩幕10相對於罩幕框100而側向地移動(亦即，與垂直方向垂直的X與Y方向)。此微小差異可使罩幕10相對於罩幕框100而些微地移動，這可能因熱膨脹而發生。此外，此微小差異可使罩幕10側向地移動，以適當地與個別靜電夾具50的對準銷35對準。在一些實施例中，固定孔25的直徑與螺釘198之軸部的直徑之間的差異可使罩幕10在XY平面上移動約.040英寸。

此外，偏置元件130(例如彈簧)配置於上部平板110的底面與罩幕10的上表面之間，例如是配置於螺釘198周圍。此偏置元件130促使罩幕10向下而遠離上部平板110。然而，偏置元件130是可壓縮的，使得罩幕10相對於上部平板110在垂直方向上移動。

圖7呈現圖6的罩幕框100與罩幕10與對準銷35接合。同樣地，即使僅繪示一個罩幕10，可理解的是罩幕框100可支撐多個罩幕10。此外，即使僅繪示一個對準銷35，可理解的是可透過任何數目的對準銷支撐各罩幕10。舉例來說，圖3呈現對準孔18用以容納三個活動接頭。此外，即使僅繪示一個螺釘198與一個固定孔25，可理解的是可使用任何數目的螺釘198將罩幕附接至罩幕框。舉例來說，圖3呈現具有三個固定孔25的罩幕。再者，即使圖3顯示固定孔25配置於對準孔18附近，在其他實施例中，這些孔可配置於不同的突出部16上。

回到圖7，由於罩幕10與對準銷35之間的互動，偏置元 件130可能會被壓縮。使用螺釘198與偏置元件130可使罩幕相對於罩幕框100在垂直方向上移動約100英寸。此外，如上所述，罩幕10亦可相對於上部平板110而側向地移動。罩幕10得以相對於罩幕框100而在所有三維度上移動的能力，可使各罩幕10與其對準銷35對準，並使罩幕10亦能夠補償熱膨脹作用。此外，基於用來將罩幕10附接至罩幕框100的機制，各罩幕10可獨立於其他每一罩幕10而移動。舉例來說，一個罩幕10可透過些微地向左移動而使其對準至下方對準銷35，而另一個罩幕10可透過些微地向右移動來使其對準。

本揭露不受限於本文所述的具體實施例的範圍。當然，除了本文所述，本揭露的其他各種實施例及修正，對本技術領域中具有通常知識者而言，透過前文所述與隨附圖式為顯而易見。因此，其他實施例及修正落入本揭露的範圍內。進而，雖然在用於特定目的的特定情形下之特定實施方式的內文中已描述本揭露，本技術領域中具通常知識者將理解其用途不限於此，且在用於任何目的之任何情形下可有效地實施本揭露。因此，下方所述申請專利範圍應解釋為基於本文所述本揭露的完整範疇與精神。

10‧‧‧罩幕

25‧‧‧固定孔

35‧‧‧對準銷

50‧‧‧靜電夾具

100‧‧‧罩幕框

110‧‧‧上部平板

130‧‧‧偏置元件

170‧‧‧工作表面

198‧‧‧螺釘

Claims (15)

1. 一種用於工件處理的系統，包括：罩幕框，包括其中具有開口的上部平板，以及將所述罩幕框支撐在工作表面上的兩個或更多的垂直側壁；多個罩幕，每一個所述罩幕包括具有圖案的中心部分，以及從所述中心部分的邊緣延伸之一個或更多個突出部；固定器，穿過配置於所述一個或更多個突出部中的固定孔並連接至所述上部平板的底面，使得所述多個罩幕的每一個所述中心部分與所述上部平板中的個別所述開口對準；以及偏置元件，在所述上部平板的所述底面與每一個所述罩幕之間產生分離力。
2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述固定孔具有直徑，且每一個所述固定器具有頭部與軸部，其中每一個所述固定器之所述頭部的直徑大於所述固定孔的直徑，而所述軸部的直徑小於所述固定孔的直徑，使得所述罩幕與所述罩幕框之間進行相對移動。
3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中所述偏置元件包括配置於所述軸部周圍且安置於所述上部平板的所述底面與所述罩幕之間的彈簧。
4. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中每一個所述罩幕更包括配置於所述一個或更多個突出部上的對準孔，用以與配置於所述工作表面上的個別對準銷配對。
5. 如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括配置於所述垂直側壁上的固持零件，以將所述罩幕框固持於所述工作表面上。
6. 如申請專利範圍第5項所述的系統，其中所述固持零件包括配置於所述垂直側壁末端的磁性材料與配置於所述工作表面中的電切換磁鐵。
7. 一種將多個罩幕對準至多個基板的方法，包括：將罩幕框安置於工作表面上，其中所述多個罩幕附接至所述罩幕框的底面且每一個所述罩幕安置於個別基板上方，其中將每一個所述基板配置於用來對準所述基板的至少一對準銷附近；以及將每一個所述罩幕對準至個別所述對準銷，其中每一個所述罩幕能夠相對於所述罩幕框而獨立地移動。
8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所述多個罩幕附接至所述罩幕框，使得每一個所述罩幕可相對於所述罩幕框在兩個方向上垂直地且側向地移動。
9. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中每一個所述罩幕包括與所述對準銷配對的活動零件，以將所述罩幕與個別所述基板對準。
10. 一種用於工件處理的系統，包括：罩幕框，包括其中具有開口的上部平板，以及從所述上部平板延伸以將所述罩幕框支撐在工作表面上的兩個或更多個垂直側壁； 多個罩幕，每一個所述罩幕包括：具有圖案的中心部分；一個或更多個突出部，從所述中心部分的邊緣延伸；一個或更多個固定孔，配置於所述一個或更多個突出部中；以及一個或更多個活動零件，配置於所述一個或更多個突出部中，每一個所述活動零件用以與配置於所述工作表面上的個別對準銷接合；以及固定器，穿過所述固定孔並連接至所述上部平板的底面，使得每一個所述罩幕的所述中心部分與所述上部平板中的個別所述開口對準，其中每一個所述固定器包括頭部與軸部，所述頭部的直徑大於所述固定孔的直徑，所述軸部的直徑小於所述固定孔的直徑，使每一個所述罩幕在兩側向方向上相對於所述罩幕框而移動。
11. 如申請專利範圍第10項所述的系統，更包括多個偏置元件，每一個所述偏置元件配置於所述固定器的個別所述軸部上，且位於所述罩幕框的底面與一個所述罩幕之間，以在所述上部平板與所述罩幕之間產生分離力，以及使得所述罩幕與所述罩幕框在垂直方向上進行相對移動。
12. 如申請專利範圍第10項所述的系統，其中所述活動零件與所述固定孔配置於相同的所述突出部上。
13. 如申請專利範圍第10項所述的系統，其中所述活動零件 與所述固定孔配置於不同的所述突出部上。
14. 如申請專利範圍第10項所述的系統，更包括配置於所述垂直側壁上的固持零件，以將所述罩幕框固持於所述工作表面上。
15. 如申請專利範圍第14項所述的系統，其中所述固持零件包括配置於所述垂直側壁末端的磁性材料以及配置於所述工作表面中的電切換磁鐵。