TWI474433B - 電子束照射之下增加半導體晶圓基板間導電度的裝置 - Google Patents

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Description

電子束照射之下增加半導體晶圓基板間導電度的裝置
本發明是有關於一種在電子束照射之下增加晶圓基板間導電度的裝置，特別是本裝置顯著減少晶圓背面的損傷。
半導體元件製程中電子束檢測(electron beam inspection)或電子束微影製程(electron beam lithography)是以電子束照射基板或是晶圓(wafer)表面。如果電子束照射時基板或是晶圓(wafer)上之絕緣膜或非導電層時基板或晶圓電接觸(electric contact)不完全，電荷會堆積在晶圓與非導電層的介面上。電荷的堆積會造成電子束的偏折(deflection)導致電子束微影製程形成的圖案(pattern)變形，電荷的堆積也會限制訊號電子自晶圓表面的放射造成電子束檢測過程中表面影像的扭曲。
避免電子束照射時電荷堆積在晶圓表面的方法有許多種。Takagi美國專利U.S.6,734,429係藉由控制照射電子束的著陸能量(landing energy)；Madonado美國專利U.S.6,465,795揭露於電子束照射時利用發射罕見氣體分子至晶圓表面；Matsui美國專利U.S.6,753,524揭露於電子束照射時同時發射雷射至晶圓表面；而最常使用的方式為Komori美國專利U.S.6,068,964中揭露的以導電接 觸探針(electric contact pin)將多餘電荷釋放。藉由導電接觸探針實際接觸晶圓背面的導電層(透過刺穿的方式)，或由導電接觸探針與晶圓背面的導電層之間形成導電路徑(藉由電荷擊穿絕緣層)，晶圓的導電層可獲得穩定的電位。
傳統容納導電接觸探針的設計中，導電接觸探針之貫孔的尺寸公差很小，因此當晶圓置於靜電吸盤上施加吸力時，導電接觸探針容許隨晶圓移動的空間十分有限。在晶圓背面發現長度在20-30 micron之間的滑動刮痕成為製程中的顆粒汙染源。這些滑動刮痕相信是導電接觸探針在晶圓吸取、放開於靜電吸盤上時所造成。
本發明的目的在於提出一種在電子束照射之下增加晶圓導電度的裝置，特別是以一種更自由的機械方式讓靜電式晶圓座內之導電接觸探針與晶圓接觸，以有效減少晶圓背面的刮痕及損傷。
本發明的實施例提供複數個可用於移除多餘電荷並產生較少晶圓背面刮痕的導電接觸探針。實施例中導電接觸探針與半導體基板的接觸面積有效增加以減少刮痕。
本發明的其他實施例提出一些導電接觸探針新的位置配置方式以降低因刮痕所引發的損害。
10‧‧‧系統
12‧‧‧導電接觸探針
12’‧‧‧導電接觸探針
14‧‧‧靜電式吸盤
14’‧‧‧靜電式吸盤
16‧‧‧晶圓
16’‧‧‧晶圓
17‧‧‧氧化層
17’‧‧‧氧化層
18‧‧‧導電層
18’‧‧‧導電層
19‧‧‧彈簧
21‧‧‧接地端
21’‧‧‧接地端
100‧‧‧系統
102‧‧‧貫孔開口
119‧‧‧彈簧
第一圖顯示未施加吸力的狀態下傳統靜電式吸盤與導電接觸探針。
第二圖顯示施加吸力的狀態下傳統靜電式吸盤與導電接觸探針。
第三圖顯示本發明一實施例中未施加吸力的狀態下靜電式吸盤與自由站立式導電接觸探針設計。
第三A圖顯示導電接觸探針的頂視圖。
第四圖顯示本發明一實施例中施加吸力的狀態下靜電式吸盤與自由站立式導電接觸探針設計。
第五圖顯示本發明實施例中導電接觸探針的設計構型。
第六圖顯示本發明實施例中導電接觸探針的分佈位置設計。
本發明係關於一種在電子束照射之下增加晶圓導電度的裝置。以下的敘述是為使本領域具有一般技術能力者能實施並利用本發明，並滿足一份專利申請書所需的格式與內容需求。本領域具有一般技術能力者能輕易針對較佳實施例的各種變化修改，且本發明的基本原理亦可應用於其他實施例。因此本發明不限於現有的實施例，而應為基於符合本發明原理與特徵的最寬的範圍。
本發明的實施例將標示代表符號。實施例的範例將伴隨圖示進行說明。雖然本發明將以實施例進行描述，但本發明的範圍並不限於所舉的實施例。本發明的範圍涵蓋所舉實施例的其他符合本發明之發明精神以及申請專利範圍定義的替換、修改與等效實施例。在以下的敘述中，將描述許多特徵細節以利於了解本發明。本發明可在缺少部分甚至某些全部特徵細節的情形下實施。一些已知的製程將不會被詳細描述以避免混淆本發明。
在大部分的半導體產業中，半導體元件係於一單晶矽基材表面上製造而成。矽在某些條件下會成為導體；不過晶圓背面在製造的過程中會逐漸形成一層氧化矽。氧化矽係電絕緣體。逐漸累積的氧化矽層的厚度大約在700-800奈米(nanometer)之間；有時累積的氧化矽層會厚達2000埃(angstrom)或0.2微米(micron)。傳統上是使用導電接觸探針將累積在晶圓上的多餘電荷移除。為了要將多餘電荷導離，導電接觸探針必須穿透絕緣層以接觸導電的矽晶體。第一圖顯示包含一位於一靜電式吸盤14(electrostatic chuck)內探針室之導電接觸探針12的傳統系統10，其中處於尚未施加吸力的狀態。雖然靜電式吸盤14中僅顯示一探針室，一導電接觸探針12與一貫孔，本發明技術領域具有一般技術能力者應能輕易聯想到靜電式吸盤14可包含複數個探針室，導電接觸探針12與貫孔。系統10包含一晶圓16，導電接觸探針12穿過一氧化層17與晶圓16接觸。系統10更包含一彈簧19並透過接地端21(stage ground)接地。晶圓16係透過一機械手臂(未圖示)輸送至靜電式吸盤14表面。靜電式吸盤14接著施加吸力以將晶圓16下拉並吸在靜電式吸盤14表面上。導電接觸探針12則從晶圓16背面與導電層18連通(透過機械刺穿的方式)，或由導電接觸探針12與導電層18之間形成導電路徑(藉由電性擊穿絕緣層)，晶圓的導電層18可建立穩定的電位如第二圖所示。
傳統容納導電接觸探針的設計中，導電接觸探針之貫孔的尺寸公差很小。當晶圓16置於靜電吸盤上施加吸力時，導電接觸探針12容許隨晶圓移動的空間十分有限。在晶圓16背面發現長度在20-30 micron之間的滑動刮痕成為 製程中顆粒汙染的來源。這些滑動刮痕相信是導電接觸探針12在晶圓16吸取、放開於靜電吸盤14上時所造成。
在一個實施例中，解決背面滑動刮痕的方式是重新設計探針室中導電接觸探針的貫孔。第三圖的實施例顯示包含一位於一靜電式吸盤內之導電接觸探針的系統100，其中處於尚未施加吸力的狀態，導電接觸探針係自由站立。當施加吸力時，貫孔開口102搭配自由站立導電接觸探針12’與一壓縮彈簧119除了向下的方向之外具有更多移動方向。壓縮彈簧119包含具有較高彈性係數的彈簧，如第一與二圖中的彈簧19。第三A圖顯示導電接觸探針12’的頂視圖。在本實施例中，如圖所示，導電接觸探針的寬度為2mm，但接觸部分的寬度為0.1mm以形成一針狀設計。自由站立之導電接觸探針12’的360度自由轉動可抵銷晶圓吸取、放開時來自任一方向的滑動應力。第四圖顯示當施加吸力時，靜電式吸盤14’中自由站立式導電接觸探針的設計。
導電接觸探針與具有重新設計之導電接觸探針貫孔的靜電式吸盤構成一減少晶圓電荷密度的裝置。如一些實施例所揭露，導電接觸探針貫孔的開口遠較對應的導電接觸探針部分寬。舉例來說，使用導電接觸探針貫孔的寬開口設計可使導電接觸探針進行360度自由轉動。為了使導電接觸探針進行360度自由轉動，導電接觸探針可置於一彈簧上。此外彈簧的彈性係數應適當選擇以控制導電接觸探針的動作以抵銷晶圓吸取、放開時的吸力變化。
在其他的實施例中，解決背面刮痕的方式是重新設計導電接觸探針的構型。第五圖顯示本發明一些實施例中導電接觸探針的設計構型。這些實施例的特點在於增加導電接觸探針與晶圓之間的接觸面積，如此可增加導電接觸 探針與晶圓之間的摩擦力因此可減少會造成滑動刮痕的相對滑動。透過導電接觸探針的平坦頂端或圓形頂端而非傳統尖銳頂端可達成增加摩擦力的目的。透過導電接觸探針的斧形頂端而非針狀頂端亦可達成增加摩擦力的目的。導電接觸探針斧形頂端的刀鋒可穿透氧化層；斧形頂端的長刀鋒邊緣可避免晶圓吸取、放開過程中導電接觸探針滑動造成滑動刮痕。
在其他的實施例中，將背面刮痕減到最少的方式是將導電接觸探針貫孔重新分佈在不同的位置。在一實施例中，導電接觸探針貫孔係位於靜電式吸盤14’的次要區域。次要區域即晶圓上具有較少元件圖案的區域。舉例來說，次要區域可能為晶圓的邊緣。第六圖顯示一個晶圓次要區域的範例，圖中次要區域為距離晶圓邊緣1至3毫米的區域。而次要區域的範圍大小是可調整的，且取決於許多因素，例如晶圓尺寸與取放移動晶圓的機械手臂等。舉例來說，次要區域可為晶圓上無元件圖案的區域。次要區域亦可為晶圓上包含較少關鍵元件圖案的特殊部分，例如導線圖案或測試圖案(dummy pattern)。
上述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟悉此技藝之人士能了解本發明之內容並據以實施，當不能據以限定本發明之專利範圍，即凡其他未脫離本發明所揭示精神所完成之各種等效改變或修飾都涵蓋在本發明所揭露的範圍內，均應包含在下述之申請專利範圍內。
12’‧‧‧導電接觸探針
14’‧‧‧靜電式吸盤
16’‧‧‧晶圓
17’‧‧‧氧化層
18’‧‧‧導電層
21’‧‧‧接地端
100‧‧‧系統

Claims (12)

  1. 一種增加晶圓基板導電度的裝置，包含：一靜電吸盤以承載一晶圓，該靜電吸盤具有至少一個探針貫孔；及至少一個導電接觸探針於該探針貫孔內；其中該探針貫孔的開口明顯寬於該導電接觸探針之對應部位，使位於該探針貫孔內之該導電接觸探針可自由轉動以釋放當該晶圓於該靜電吸盤上滑動時來自任何方向的滑動應力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該探針貫孔的開口明顯寬於該導電接觸探針之一較狹小尖頂，該導電接觸探針具有較狹小的尖頂與一較寬之基座。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該探針貫孔的開口明顯寬於導電接觸探針之一較寬基座，該導電接觸探針具有一較狹小的尖頂與該較寬之基座。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該導電接觸探針電性連接至一接地端。
  5. 一種增加晶圓基板導電度的裝置，包含：一靜電吸盤以承載該晶圓，該靜電吸盤具有複數個位於次要區域的探針貫孔；至少一個導電接觸探針於該探針貫孔內；及至少一個連接至該導電接觸探針的壓縮彈簧以提供當該晶圓於該靜電吸盤上滑動時更多自由移動的方向。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該次要區域對應於該晶圓的邊緣區域。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該次要區域對應於該晶圓的無圖案區域。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該次要區域對應於該晶圓的一特定部位，該特定部位包含較少關鍵元件圖案。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中每一該導電接觸探針電性連接至一接地端。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該導電接觸探針包含一非針狀頂端。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該非針狀頂端包含一圓形頂端。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之增加晶圓基板導電度的裝置，其中該非針狀頂端包含一具有刀鋒邊緣的斧形頂端。
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