TWI483342B - 移除基板與靜電卡鉗之間的電荷 - Google Patents

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TWI483342B
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Description

移除基板與靜電卡鉗之間的電荷
本申請案主張2009年4月16日申請的美國臨時專利申請案第61/169,950號之優先權，該案之揭露內容於此以引用之方式併入本文中。
本揭露案是有關於基板處置(substrate handling)，且更特定而言，是有關於處置基板之設備及方法。
電子裝置(electronic device)可由已經歷各種製程之基板形成。此等製程中之一者可包含引入雜質(impurity)或摻雜劑(dopant)，以更改原始基板之電特性。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))，以更改基板之電特性。將雜質引入至基板之製程中的一者可為離子植入製程(ion implantation process)。
離子植入器(ion implanter)用於執行基板之離子植入或其他修改。圖1繪示習知離子植入器之方塊圖。習知離子植入器可包括離子源(ion source)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。操作者經由使用者介面系統(user interface system)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)之真空室(vacuum chamber)中。離子植入器系統(ion implanter system)100亦可包括離子10所經過之一系列射束線(beam-line)組件。所述一系列之射束線組件可包含(例如)提取電極(extraction electrode)104、90°磁體分析器(90°magnet analyzer)106、第一減速(D1)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之一系列光學透鏡(optical lens)，所述射束線組件可在使離子束10轉向基板114之前操縱離子束10且使其聚焦，所述基板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。所提取之離子10在一種類似射束之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及自離子植入器系統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之基板支撐件116的方塊圖。如圖2A中所說明，基板支撐件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吋，且高度為5微米。凸起204之直徑可為約1密耳(mil)，且高度可為5微米。另外，基板支撐件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。基板支撐件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。基板支撐件116可進一步包含多個起模頂桿(lift pin)208，其可移動以便在由箭頭指示之方向上推動基板114使離開基板支撐件116。起模頂桿208可縮回至基板支撐件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。
基板支撐件116之形狀可為圓柱形，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，大多數基板支撐件通常使用靜電力(electrostatic force)。藉由在基板支撐件116之上側形成較強的靜電力，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)之情況下被固持於適當位置。此使污染減至最小，避免因機械卡緊而造成之晶圓損壞，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之力中的一種來將基板固持於適當位置：庫侖(coulombic)力或約翰遜-拉貝克(Johnson-Rahbeck)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之情況下產生靜電場。在一些實施例中，此層之厚度約為4密耳。對於使用庫侖力之彼等實施例，通常使用結晶及非晶介電材料形成之頂部層210之電阻率通常大於1014 Ω-cm。對 於使用約翰遜-拉貝克力之彼等實施例，由半導電材料形成之頂部層之體(volume)電阻率通常在1010 Ω-cm至1012 Ω-cm之範圍內。術語「非導電性」用於描述在此等範圍中之任一者內且適合於形成任一類型之力的材料。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，其含有形成靜電場之電極。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之金屬或金屬合金製成，以使基板支撐件116之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，起模頂桿208處於降低位置。基板處置機器人250接著將基板114移動至基板支撐件116上方之位置。起模頂桿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移動而遠離基板支撐件116，且起模頂桿208可後退至基板支撐件116中，使得基板支撐件116之密封環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。接著可在起模頂桿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之 基板114自基板支撐件116鬆開。起模頂桿208接著可延伸至升高位置中，進而升高基板114，且使基板114與基板支撐件116之邊緣202及凸起204分離，如圖2A中所示。起模頂桿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可擷取處於升高位置的已植入基板114。起模頂桿208接著可降低，且基板處置機器人250接著可被致動，以便將基板114自植入器移除。
習知離子植入器系統100可能出現之狀況可在將基板114自基板支撐件116移除之過程中發現。在將基板114卡緊至基板支撐件116及鬆開之多個循環之後，基板114之卡緊至基板支撐件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以及基板支撐件116之頂部層210上之靜電荷引起之放電。靜電荷可向接地插針205或直接向基板支撐件116之表面放電(電弧)。
之前，基板114已經由與金屬起模頂桿208或接地插針205之接觸而接地。基板114先前亦已使用電漿泛射槍(plasma flood gun，PFG)而接地。歸因於起模頂桿208或接地插針205與基板114之含有靜電荷之區域之間的較短接觸時間及較小接觸面積，一種狀況可能存在，其中起模頂桿208及接地插針205並不有效地自基板114汲取靜電荷。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。
先前技術之問題由本揭露案之設備及方法來克服。本揭露案揭露一種靜電卡鉗，其在移除之前，較有效地自基板移除累積之電荷。當前，起模頂桿及接地插針為用於在植入之後自基板移除電荷之僅有機構。本揭露案描述一種卡鉗，其具有接地之較多額外低電阻導管中之一者。此等額外導管允許累積之電荷在基板自卡鉗移除期間被耗散。藉由提供自基板之背側表面的充分電荷的汲取，可減少基板黏住卡鉗之問題。此舉導致基板破裂之相對減少。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出現。
在本揭露案中，介紹用於處置經處理之基板的設備及方法的若干實施例。出於清楚及簡單之目的，本揭露案將集中於用於處置由射束線離子植入器處理之基板的設備及方法上。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之處理系統，包含(例如)電漿浸沒離子植入(plasma immersion ion implantation，「PIII」)系統、電漿摻雜(plasma doping，「PLAD」)系統、蝕刻系統、基於光學之處理系統以及化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)系統。由此，本揭露案在範疇方面不受本文所描述之具體實施例限制。
本文所揭露之實施例為基板以及靜電卡鉗之頂部層提供到達接地之更可靠且更低電阻之路徑。基板之某一部 分將接地，無論基板如何或在哪一方向上自靜電卡鉗釋放。藉由提供自基板之背側表面的充分電荷汲取，可減少基板「黏住」靜電卡鉗以及基板破裂。
圖3為靜電卡鉗(或「卡鉗」)300之實施例的俯視透視圖。靜電卡鉗300為基板支撐件之一實例。卡鉗300具有外部環帶(annulus)或密封環301。在一實例中，密封環301之寬度可為近似0.25吋。儘管未圖示，但卡鉗300之上表面亦可具有凸起。起模頂桿302用於在對基板之處理已完成之後，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，至接地之連接310可經由半導電材料，諸如碳膜(carbon film)。在一些實施例中，用於將密封環301連接至接地之材料的電阻率可為約10 7 Ω-cm 。
圖4繪示圖3之卡鉗300的橫截面圖。如上文所述，靜電卡鉗300之下部部分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之下部部分320，來使密封環301連接至接地。可藉由圍繞密封環301之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，密封環301與下部部分320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之圓周周圍施加碳膜，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之下部部分320的密封環301，但其他接地連接是可能的且在本揭露案之範疇內。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之下部部分320。
如上文所述，使用非導電材料來構造靜電卡鉗300之頂部層304，其中材料之電阻率可在108 Ω-cm與1015 Ω-cm之間的範圍內。在接近此範圍之下限的電阻率處，密封環301至接地之連接310可足以消除靜電卡鉗300之頂部層304以及基板114上之累積電荷。換言之，頂部層304之電阻率足夠低，以允許累積於頂部層304及基板114上之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之接地(亦即，至接地之被動連接)對靜電卡鉗300之卡緊力具有最小影響。此是歸因於頂部層304之通常較高的電阻率，其限制已接地密封環301之作用。然而，在一些實施例中，密封環301可間歇地連接至接地(亦即，主動(active)接地連接)。舉例而言，在電極306主動產生靜電場的同時，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，使得開關之致動可啟用或停用至接地之連接。當電極306不作用時，該接地連接310可恢復。此種修改保證了卡鉗300之頂部層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之電阻率可能較大，諸如大於1012 Ω-cm。在所述實施例中，密封環301之接地可能不足以汲取基板114及頂部層304上之累積電荷。換言之，頂部層304之電阻率過高，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沈積於頂部層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之第二實施例的俯視透視圖。在一些實施例中，卡鉗400之橫截面可類似於圖4中所示之橫截面，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吋。在一個實施例中，密封環401可對應於圖3中之密封環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亦包含起模頂桿430及接地插針405。靜電卡鉗400亦包含自靜電卡鉗400之頂部表面上之各個位置至密封環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中所說明之情形不同之導管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中之導管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之頂部表面上之點與接地之間存在較低電阻(相較於當前存在之電阻)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沈積材料來製造。在一些實施例中，使用化學氣相沈積(CVD)將導管402施加至靜電卡鉗400之頂部表面。此等導管402意欲降低至接地之電阻。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104 Ω-cm 與108 Ω-cm 之間的電阻率。
圖6為靜電卡鉗400之實施例的橫截面圖。基板114安置於靜電卡鉗400上。在此位置中，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中之陰影部分表示)可將電荷自基板114攜帶至密封環401。若基板114與密封環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，但可存在其他數目之導管402。此外，雖然在圖6中將導管402說明為自卡鉗400之頂部表面突出，但導管402可凹入至卡鉗400之頂部表面中。
圖7為圖6之實施例之橫截面圖，其中基板黏住密封環。使用起模頂桿430來使基板114升起。隨著起模頂桿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之連接，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之電荷量減至最小。
若基板114因靜電荷而黏住卡鉗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中所說明之導管402的圖案，無論基板114在何處黏住卡鉗400，電荷均可傳遞至接地。此舉將防止黏住基板114及防止對基板114之損壞。
靜電卡鉗400之頂部上之較低電阻的導管之存在可減小將基板114固持至靜電卡鉗400的靜電力。如上文所述，在一些實例中，正在產生靜電力之同時，經由使用開關來使導管402之接地連接中斷可能是有利的。此舉可藉由中斷密封環401與接地之間的接地連接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。
本揭露案之範疇不受本文所描述之具體實施例限制。實際上，除本文所描述之實施例之外，熟習此項技術者自前面之描述內容以及隨附圖式將明瞭本揭露案之其他各種實施例以及對本揭露案之修改。因此，所述其他實施例及修改亦將屬於本揭露案之範疇內。另外，儘管本文已為特定目的，在特定環境下，在特定實施方案之上下文中描述了本揭露案，但熟習此項技術者將認識到，本揭露案之有用性不限於此，且本揭露案可為任何數目之目的，在任何數目之環境下有益地實施。
10‧‧‧離子
100‧‧‧離子植入器系統
101‧‧‧電源
102‧‧‧離子源
104‧‧‧提取電極
106‧‧‧90°磁體分析器
108‧‧‧第一減速級
110‧‧‧70°磁體準直儀
112‧‧‧第二減速級
114‧‧‧基板
116‧‧‧基板支撐件
120‧‧‧控制器
122‧‧‧使用者介面系統
202‧‧‧密封環
204‧‧‧凸起
205‧‧‧接地插針
206‧‧‧冷卻區域
208‧‧‧起模頂桿
210‧‧‧頂部層
212‧‧‧導電層
214‧‧‧第二絕緣層
220‧‧‧下部部分
250‧‧‧基板處置機器人
300‧‧‧卡鉗
301‧‧‧密封環
302‧‧‧起模頂桿
304‧‧‧頂部層
306‧‧‧電極
310‧‧‧連接
320‧‧‧下部部分
400‧‧‧卡鉗
401‧‧‧密封環
402‧‧‧導管
403‧‧‧接地連接
405‧‧‧接地插針
430‧‧‧起模頂桿
為了促進對本揭露案之更全面理解，現參考隨附圖式，其中相同元件以相同標號表示。此等圖式不應被解釋為限制本揭露案，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表示用延伸之起模頂桿來支撐基板之基板支撐件的方塊圖。
圖2B表示用凹陷之起模頂桿來支撐基板之基板支撐件的方塊圖。
圖3表示靜電卡鉗之實施例的俯視圖。
圖4表示圖3之實施例的橫截面圖。
圖5表示靜電卡鉗之第二實施例的俯視圖。
圖6表示圖5之實施例的橫截面圖。
圖7表示圖6中基板黏住卡鉗之實施例的橫截面圖。
114‧‧‧基板
300‧‧‧卡鉗
301‧‧‧密封環
304‧‧‧頂部層
306‧‧‧電極
310‧‧‧連接
320‧‧‧下部部分

Claims (14)

  1. 一種用於處置基板之卡鉗，其包括：頂部層，其由非導電材料製成，所述頂部層用以接觸所述基板，外部環形環，其環繞所述頂部層，其由非導電材料製成，以及所述外部環形環與接地之間的連接，其中所述連接包括具半導性的碳膜，藉此對位於所述外部環形環上的基板提供電荷的汲取。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之卡鉗，其更包括安置於所述頂部層下面之下部部分，其中所述下部部分包括金屬且接地，且所述連接位於所述外部環形環與所述下部部分之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之卡鉗，其更包括位於所述頂部層下面之電極，藉此使所述電極經組態以形成靜電力以固持所述基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之卡鉗，其中所述連接在所述靜電力正被形成的期間中斷。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之卡鉗，其更包括安置於所述頂部層上之導管，其中所述導管的電阻率低於所述頂部層的電阻率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之卡鉗，其中所述導管連接至所述外部環形環。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之卡鉗，更包括位於所 述外部環形環與接地之間的另一連接，其中所述另一連接包括所述碳膜。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之卡鉗，其中所述連接圍繞所述外部環形環之整個圓周。
  9. 處理及自卡鉗釋放基板之方法，其包括：將所述基板定位於所述卡鉗上，使得所述基板與所述卡鉗之頂部表面接觸，其中所述頂部表面由非導電材料製成；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；使所述電荷經由圍繞所述卡鉗之所述頂部表面之環形環而流動至接地，所述環形環由非導電材料製成，其中所述電荷流經將所述環形環連接至接地之具半導性的碳膜；以及將所述基板自所述卡鉗移除。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中所述電流在所述靜電力去活化時流動至接地。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中所述電荷流經所述卡鉗之所述頂部表面上之導管，所述導管之電阻率低於所述卡鉗之所述頂部表面的電阻率。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，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。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中所述卡鉗更包括位於所述外部環形環與接地之間的另一連接，其中所述另一連接包括所述碳膜。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中所述連接圍繞所述外部環形環之整個圓周。
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