專利名稱：移除基板與靜電卡鉗之間的電荷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基板處置(substrate handling)，尤其涉及處置基板的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
電子裝置(electronic device)可由已經(jīng)歷各種制程的基板形成。此等制程中之一者可包含引入雜質(zhì)(impurity)或摻雜劑(dopant)，以更改原始基板的電特性。舉例而言，可將帶電離子作為雜質(zhì)或摻雜劑而引入至基板(諸如硅晶圓(silicon wafer)), 以更改基板的電特性。將雜質(zhì)引入至基板的制程中的一者可為離子植入制程(ion implantationprocess) 0離子植入器(ion implanter)用于執(zhí)行基板的離子植入或其他改質(zhì)。圖1繪示已知離子植入器的方塊圖。已知離子植入器可包括離子源(ionSourCe)102，其可由電源 (power supply) 101來施加偏壓。所述系統(tǒng)可由控制器(controller) 120控制。操作者經(jīng)由用戶界面系統(tǒng)(user interfacesystem) 122而與控制器120通信。離子源102通常包含于被稱為源外殼(source housing)(未圖示)的真空室(vacuum chamber)中。離子植入器系統(tǒng)(ion implanter system) 100亦可包括離子10所經(jīng)過的一系列射束線(beam-line) 組件。所述一系列射束線組件可包含(例如)提取電極(extraction electrode) 104, 90°磁體分析器(90° magnet analyzer) 106、第一減速(Dl)級108、70 °磁體準(zhǔn)直儀 (70° magnet collimator) 110以及第二減速(D2)級112。非常類似于操縱光束的一系列光學(xué)透鏡(optical lens)，所述射束線組件可在使離子束10轉(zhuǎn)向基板或晶圓114之前操縱離子束10且使其聚焦，所述基板或晶圓114安置于基板支撐件(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安置于基板支撐件116上，基板支撐件116可藉由一設(shè)備(有時被稱為“旋轉(zhuǎn)板(roplat)”) (未圖示)而在一個或多個維度上移動(例如平移、旋轉(zhuǎn)及傾斜)。同時，離子在離子源102 中產(chǎn)生，且由提取電極104提取。所提取的離子10在一種類似射束的狀態(tài)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后，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100移除。參看圖2A及圖2B，繪示說明在離子植入制程期間支撐基板114的工件支撐件 (work-piece support) 116的方塊圖。如圖2A中所說明，工件支撐件116可包括密封環(huán) (sealing ring) 202，以及與基板114接觸的多個凸起(embossment) 204。所述密封環(huán)可為環(huán)形環(huán)，其寬度約為0. 25時，且高度為5微米。凸起204的直徑可為約1密耳(mil)，且高度可為5微米。另外，工件支撐件116亦可包含至少一冷卻區(qū)域(cooling region) 206。在植入制程期間，可將冷卻氣體(cooling gas)提供至冷卻區(qū)域206，防止基板114過熱。工件支撐件116可具有氣體通道(gas channel)及導(dǎo)管(conduit)，以允許此冷卻氣體流至冷卻區(qū)域206。工件支撐件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的方向上推動基板114使其離開工件支撐件116。起模頂桿208可縮回至工件支撐件116內(nèi)，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。工件支撐件116的形狀可為圓柱形，使得其頂面為圓形，以便固持圓盤(disc)形基板。當(dāng)然，其他形狀是可能的。為了有效地將基板114固持在適當(dāng)位置，大多數(shù)工件支撐件通常使用靜電力(electrostatic force) 0藉由在工件支撐件116的上側(cè)上形成較強的靜電力，支撐件可充當(dāng)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)的情況下被固持于適當(dāng)位置。此使污染減至最小，避免因機械卡緊而造成的晶圓損壞，且亦改良循環(huán)時間，因為基板在已被植入之后不需要被松開。此等卡鉗通常使用兩種類型的力中的一種來將基板固持于適當(dāng)位置 庫侖(coulombic)力或約翰遜-拉貝克(Johnson-fcihbeck)力。如圖2A中所見，卡鉗116傳統(tǒng)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(dǎo)電材料(諸如氧化鋁)制成，因為其必須在不形成短路的情況下產(chǎn)生靜電場。在一些實施例中，此層的厚度約為4密耳。對于使用庫侖力的彼等實施例，通常使用結(jié)晶及非晶介電材料形成的頂部層210的電阻率通常大于1014Q-cm。對于使用約翰遜-拉貝克力的彼等實施例，由半導(dǎo)電材料形成的頂部層的體電阻率(volume resistivity)通常在101° Ω-cm至IO12 Ω-cm的范圍內(nèi)。術(shù)語“非導(dǎo)電性”用于描述在此等范圍中的任一者內(nèi)且適合于形成任一類型的力的材料。庫侖力可由交變電壓(alternating voltage, AC)或由恒定電壓(constant voltage, DC)源產(chǎn)生。在此層正下方為導(dǎo)電層212，其含有形成靜電場的電極。使用導(dǎo)電材料(諸如銀) 來制作此導(dǎo)電層212。在此層中形成圖案(極類似于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(dǎo)電層212下方為第二絕緣層214，其用于使導(dǎo)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(dǎo)熱性的金屬或金屬合金制成，以使工件支撐件 116的總體溫度維持于可接受范圍內(nèi)。在許多應(yīng)用中，將鋁用于此下部部分220。最初，起模頂桿208處于降低位置。基板處置機器人250接著將基板114移動至工件支撐件116上方的位置。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。其后，基板處置機器人250移動而遠(yuǎn)離工件支撐件116，且起模頂桿208可后退至工件支撐件116中，使得工件支撐件116的密封環(huán)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處于此凹陷(recessed)位置的情況下執(zhí)行植入制程。在植入制程之后， 將一直由靜電力固持于適當(dāng)位置的基板114自工件支撐件116松開。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與工件支撐件116的邊緣202及凸起 204分離，如圖2A中所示。起模頂桿208為絕緣的或?qū)щ姷?，且因此可不自基?14移除任何剩余電荷?；逄幹脵C器人250接著可安置于基板114下方，在該處，基板處置機器人 250可擷取(retrieve)處于升高位置的已植入基板114。起模頂桿208接著可降低，且機器人250接著可被致動，以便將基板114自植入器移除。已知離子植入器100可能出現(xiàn)的狀況可在將基板114自工件支撐件116移除的過程中發(fā)現(xiàn)。在將基板114卡緊至工件支撐件116及松開的多個循環(huán)之后，基板114的卡緊至工件支撐件116的此側(cè)可能顯示出損壞。此損壞可能歸因于累積于基板114以及工件支撐件116的頂部層210上的靜電荷引起的放電。靜電荷可向接地插針205或直接向工件支撐件116的表面放電(電弧)。之前，基板114已經(jīng)由與金屬起模頂桿208或接地插針205的接觸而接地?；?114先前亦已使用等離子體泛射槍(plasma flood gun,PFG)而接地。歸因于起模頂桿208 或接地插針205與基板114的含有靜電荷的區(qū)域之間的較短接觸時間及較小接觸面積，其中起模頂桿208及接地插針205并不有效地自基板114汲取靜電荷的狀況可能存在。因此， 此項技術(shù)中需要一種可移除電荷的經(jīng)改良的靜電卡鉗。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的問題由本發(fā)明的設(shè)備及方法來克服。本發(fā)明揭露一種靜電卡鉗，其在移除之前，較有效地自基板移除累積的電荷。當(dāng)前，起模頂桿及接地插針為用于在植入之后自基板移除電荷的僅有機構(gòu)(onlymechanism)。本發(fā)明描述一種卡鉗，其具有接地的較多額外低電阻導(dǎo)管中之一者。此等額外導(dǎo)管允許累積的電荷在基板自卡鉗移除期間被耗散。藉由提供自基板的背側(cè)表面的充分電荷汲取(sufficient chargedrainage)，可減少基板粘住卡鉗的問題。此舉導(dǎo)致基板破裂的相對減少。在一些實施例中，此等接地路徑是間歇的， 以免在正產(chǎn)生靜電力時存在。


為了促進對本發(fā)明的更全面理解，現(xiàn)參考隨附圖，其中相同元件以相同標(biāo)號表示。 此等圖不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明，而是設(shè)定成僅為例示性的。圖1表示傳統(tǒng)的離子植入系統(tǒng)。圖2A表示用延伸的起模頂桿來支撐基板的工件支撐件的方塊圖。圖2B表示用凹陷的起模頂桿來支撐基板的工件支撐件的方塊圖。圖3表示靜電卡鉗的實施例的俯視圖。圖4表示圖3的實施例的橫截面圖。圖5表示靜電卡鉗的第二實施例的俯視圖。圖6表示圖5的實施例的橫截面圖。圖7表示圖6中基板粘住卡鉗的實施例的橫截面圖。
具體實施例方式在本發(fā)明中，介紹用于處置經(jīng)處理的基板的設(shè)備及方法的若干實施例。出于清楚及簡單的目的，本發(fā)明將集中于用于處置由射束線離子植入器處理的基板的設(shè)備及方法。 然而，熟習(xí)此項技術(shù)者可認(rèn)識到，本發(fā)明同等適用于其他類型的處理系統(tǒng)，包含(例如)等
(plasma immersion ion implantation, "PHI“) MM^m^W 摻雜(plasma doping，“PLAD”)系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)、基于光學(xué)的處理系統(tǒng)以及化學(xué)氣相沉積 (chemical vapor deposition, CVD)系統(tǒng)。由此，本發(fā)明在范疇方面不受本文所描述的具體實施例限制。本文所揭露的實施例為基板以及靜電卡鉗的頂部層提供到達(dá)接地的更可靠且更低電阻的路徑。基板的某一部分將接地，無論基板如何或在哪一方向上自靜電卡鉗釋放。藉由提供自基板的背側(cè)表面的充分電荷汲取，可減少基板“粘住”靜電卡鉗以及基板破裂。
圖3為靜電卡鉗(或“卡鉗”)300的實施例的俯視透視圖。靜電卡鉗300為工件支撐件的一實例。卡鉗300具有外部環(huán)帶(armulus)或密封環(huán)301。在一實例中，環(huán)301的寬度可為近似0.25時。盡管未圖示，但卡鉗300的上表面亦可具有凸起。起模頂桿302用于在對基板的處理已完成之后，將基板自卡鉗300提起。如圖4中所見，密封環(huán)301連接至接地。由于密封環(huán)301由高電阻率材料制成，因此可能需要多個連接(connection) 310，其在空間上圍繞密封環(huán)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(jīng)由導(dǎo)電材料(諸如銅)來達(dá)成。在其他實施例中，至接地的連接310可經(jīng)由半導(dǎo)電材料， 諸如碳膜(carbonfilm)。在一些實施例中，用于將密封環(huán)301連接至接地的材料的電阻率可為約IO7 Ω-cm。圖4繪示圖3的卡鉗300的橫截面圖。如上文所述，靜電卡鉗300的下部部分320 通常由金屬制成，且亦連接至接地。因此，在一些實施例中，藉由將密封環(huán)301連接至卡鉗 300的下部部分320，來使密封環(huán)301連接至接地?？山逵蓢@密封環(huán)301的整個圓周而施加導(dǎo)電或半導(dǎo)電涂層來制作此連接310，使得密封環(huán)301與下部部分320形成連續(xù)的接觸。 在其他實施例中，環(huán)301與下部部分302之間的連接310并不圍繞整個圓周。而是，下部部分320與密封環(huán)301之間制成若干離散的連接310。在一些實施例中，在密封環(huán)301的圓周周圍施加碳膜，從而將其連接至下部部分320。亦可使用其他材料，諸如Aguadag 漆，其為基于水的膠體石墨懸浮液(water-based colloidal graphite suspension)或其他基于碳的材料。雖然圖4繪示經(jīng)由連接310而連接至靜電卡鉗300的下部部分320的密封環(huán)301， 但其他接地連接是可能的且在本發(fā)明的范疇內(nèi)。圖4僅描述一個可能實施例。舉例而言， 密封環(huán)301可連接至接地，而非經(jīng)由靜電卡鉗300的下部部分320。如上文所述，使用非導(dǎo)電材料來構(gòu)造靜電卡鉗300的頂部層304，其中材料的電阻率可在IO8 Ω -cm與IO15 Ω -cm之間的范圍內(nèi)。在接近此范圍的下限的電阻率，密封環(huán)301至接地的連接310可足以消除靜電卡鉗300的頂部層304以及基板114上的累積電荷。換言之，頂部層304的電阻率足夠低，以允許累積于頂部層304及基板114上的電荷流動至連接至接地的密封環(huán)301。此外，多種測試已顯示密封環(huán)301的接地(亦即，至接地的被動連接)對靜電卡鉗 300的卡緊力具有最小影響。此是歸因于頂部表面304的通常較高的電阻率，其限制已接地密封環(huán)301的作用。然而，在一些實施例中，密封環(huán)301可間歇地連接至接地(亦即，有效(active)的接地連接)。舉例而言，在電極306有效地(actively)產(chǎn)生靜電場的同時， 藉由使用開關(guān)或其他裝置，則接地連接310可被中斷。換言之，所述開關(guān)串聯(lián)于密封環(huán)301 與接地之間，使得開關(guān)的致動可啟用或停用至接地的連接。當(dāng)電極306不作用(inactive) 時，該接地連接310可恢復(fù)。此種修改保證了卡鉗300的頂部表面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的電阻率可能較大，諸如大于1012Q-cm。在所述實施例中，密封環(huán)301的接地可能不足以汲取基板114及頂部層304上的累積電荷。換言之， 頂部層304的電阻率過高，以致不允許累積電荷自由流動至密封環(huán)301。在此實施例中，導(dǎo)電或半導(dǎo)電導(dǎo)管可沉積于頂部層304上(或頂部層304中)。此等導(dǎo)管意欲允許累積的電荷更容易地流動至密封環(huán)301。
圖5繪示靜電卡鉗(或“卡鉗”)400的第二實施例的俯視透視圖。在一些實施例中，卡鉗400的橫截面可類似于圖4中所示的橫截面，其中存在非導(dǎo)電頂部層、導(dǎo)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(huán)帶或密封環(huán)401，其寬度可為近似 0.25時。在一個實施例中，密封環(huán)401可對應(yīng)于圖3中的密封環(huán)301。如前，密封環(huán)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的頂部表面上的各個位置至密封環(huán)401的若干導(dǎo)管402。 雖然圖5中說明六個導(dǎo)管402，但可使用更多或更少導(dǎo)管402，且此實施例并不僅限于六個導(dǎo)管402。此外，與圖5中所說明的情形不同的導(dǎo)管402的圖案是可能的。導(dǎo)管402允許電荷流動至密封環(huán)401。此外，將圖5中的導(dǎo)管402繪示為徑向輪輻(spoke)。然而，其他導(dǎo)管402圖案是可能的。導(dǎo)管402可經(jīng)配置以允許靜電卡鉗400的頂部表面上的點與接地之間存在較低電阻(相較于當(dāng)前存在的電阻)的路徑。導(dǎo)管402可由(例如)碳或SiC來制造。導(dǎo)管402亦可由熟習(xí)此項技術(shù)者已知的某一其他導(dǎo)電沉積材料來制造。在一些實施例中，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)將導(dǎo)管402施加至靜電卡鉗400的頂部表面。此等導(dǎo)管402意欲降低至接地的電阻。然而，此等導(dǎo)管402可能仍展現(xiàn)某一電阻率。舉例而言，在一些實施例中，導(dǎo)管402具有介于IO4 Ω -cm與IO8 Ω -cm 之間的電阻率。圖6為靜電卡鉗400的實施例的橫截面圖?；?14安置于靜電卡鉗400上。在此位置，接地插針405通常可與基板114接觸。若基板114不與密封環(huán)401直接接觸，則導(dǎo)管402 (由圖6中的陰影部分表示)可將電荷自基板114攜帶至密封環(huán)401。若基板114與環(huán)401及導(dǎo)管402接觸，則電荷流動可增加。雖然圖6中說明單個導(dǎo)管402，但可存在其他數(shù)目的導(dǎo)管402。此外，雖然在圖6中將導(dǎo)管402說明為自卡鉗400的頂部表面突出，但導(dǎo)管402可凹入至卡鉗400的頂部表面中。圖7為圖6的實施例的橫截面圖，其中基板粘住密封環(huán)。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。由于至經(jīng)接地的密封環(huán)401的連接，則可能不發(fā)生放電。導(dǎo)管402將電荷自頂部表面移除，從而使在松開卡鉗之前可累積于基板上的電荷量減至最小。若基板114因靜電荷而粘住卡鉗400，則可使用導(dǎo)管402將電荷傳遞至接地。舉例而言，藉由使用圖5中所說明的導(dǎo)管402的圖案，無論基板114在何處粘住卡鉗400，電荷均可傳遞至接地。此舉將防止粘住基板114及防止對基板114的損壞。靜電卡鉗400的頂部上的較低電阻的導(dǎo)管的存在可減小將基板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(chǎn)生靜電力的同時，經(jīng)由使用開關(guān)來使導(dǎo)管402的接地連接中斷可能是有利的。此舉可藉由中斷密封環(huán)401與接地之間的連接 403來完成。在其他實施例中，開關(guān)位于導(dǎo)管402與密封環(huán)401之間，使得導(dǎo)管402與密封環(huán)401之間的連接可在靜電力正被產(chǎn)生時中斷。本發(fā)明的范疇不受本文所描述的具體實施例限制。實際上，除本文所描述的實施例之外，熟習(xí)此項技術(shù)者自前面的描述內(nèi)容以及隨附圖將明了本發(fā)明的其他各種實施例以及對本發(fā)明的修改。因此，所述其他實施例及修改亦將屬于本發(fā)明的范疇內(nèi)。另外，盡管本文已為特定目的，在特定環(huán)境下，在特定實施方案的上下文中描述了本發(fā)明，但熟習(xí)此項技術(shù)者將認(rèn)識到，本發(fā)明的有用性不限于此，且本發(fā)明可為任何數(shù)目的目的，在任何數(shù)目的環(huán)境下有益地實施。
權(quán)利要求
1.一種用于處置基板的卡鉗，其包括頂部層，其由非導(dǎo)電材料制成，所述頂部層用以接觸基板， 外部環(huán)形環(huán)，其環(huán)繞所述頂部層，以及所述環(huán)形環(huán)與接地之間的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡鉗，其中所述連接包括碳膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡鉗，其更包括安置于所述頂部層下面的下部部分，其中所述下部部分包括金屬且接地，且所述連接位于所述環(huán)形環(huán)與所述下部部分之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡鉗，其更包括與所述連接串聯(lián)的開關(guān)，使得所述連接可因所述開關(guān)的致動而中斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡鉗，其更包括位于所述頂部層下面的電極，藉此使所述電極經(jīng)組態(tài)以形成靜電力以固持所述基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的卡鉗，其中所述連接在所述靜電力正被形成的期間中斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卡鉗，其更包括安置于所述頂部層上的導(dǎo)管，其中所述導(dǎo)管的電阻率低于所述頂部層的電阻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的卡鉗，其中所述導(dǎo)管連接至所述環(huán)形環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的卡鉗，其更包括串聯(lián)于所述導(dǎo)管與所述環(huán)形環(huán)之間的開關(guān)， 使得所述導(dǎo)管與所述環(huán)形環(huán)之間的所述連接可因所述開關(guān)的致動而中斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的卡鉗，其更包括位于所述頂部層下面的電極，藉此使所述電極經(jīng)組態(tài)以形成靜電力以固持所述基板，且其中所述導(dǎo)管與所述環(huán)形環(huán)之間的所述連接在所述靜電力正被形成的期間中斷。
11.一種固持、處理及自卡鉗釋放基板的方法，其包括將基板定位于卡鉗上，使得所述基板與所述卡鉗的頂部表面接觸；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；使所述電荷流動至接地；以及將所述基板自所述卡鉗移除。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電流在所述靜電力去活化時流動至接地。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電荷經(jīng)由圍繞所述卡鉗的所述頂部表面的環(huán)形環(huán)而流動至接地。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述電荷流經(jīng)將所述環(huán)形環(huán)連接至接地的碳膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電荷流經(jīng)所述卡鉗的所述頂部表面上的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管的電阻率低于所述卡鉗的所述頂部表面的電阻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電荷自所述導(dǎo)管沿所述頂部表面而流動至環(huán)形環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種靜電卡鉗，其在移除之前及期間，較有效地將累積電荷自基板移除。當(dāng)前，起模頂桿及接地插針為用于在植入之后將電荷自基板移除的僅有機構(gòu)。本發(fā)明描述一種卡鉗，其具有接地的較多額外低電阻路徑中之一者。此等額外導(dǎo)管允許累積的電荷在將所述基板自所述卡鉗移除之前及期間被耗散。藉由提供自基板114的背側(cè)表面的充分電荷汲取，可減少基板粘住卡鉗的問題。此舉導(dǎo)致基板破裂的相對減少。
文檔編號H01L21/687GK102460651SQ201080025426
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者可勞斯·派崔, 大衛(wèi)·蘇若恩, 岱爾·K·史東, 朱利安·G·布雷克, 留德米拉·史東 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司