CN103339721B - 摩擦电荷控制静电夹钳 - Google Patents

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Abstract

揭示在卸除前更有效从衬底去除累积电荷的静电夹钳。目前，升降销与接地销是植入后用来从衬底去除电荷的唯一机制。本揭示描述一种静电夹钳，其在顶部介电表面中具有嵌入的导电区，例如在密封环中的环形导电区。因此，不论松开期间衬底的方向为何，衬底的至少一部分会接触在工件支撑件的介电层上的导电区。此导电区可通过使用介电层中的导电穿孔而接地。在一些实施例中，这些导电穿孔是用来将气体供应至衬底背面的流体导管。

Description

摩擦电荷控制静电夹钳
技术领域
本揭示涉及一种衬底处理(handling)，尤其涉及一种处理衬底的装置与方法。
背景技术
电子装置可自经历各种工艺的衬底中形成。其中一种工艺可包括引入杂质或掺杂物以改变原衬底的电性质。举例而言，作为杂质或掺杂物的带电离子可被引入衬底(例如硅晶圆)中，以改变衬底的电性质。将杂质引入衬底的其中一种工艺可为离子植入工艺。
离子植入机用来对衬底执行离子植入或进行其他修饰。传统离子植入机的方框图显示于图1中。传统离子植入机可包括被电源供应器101施加偏压的离子源102。***可由控制器120控制。操作人员通过使用者界面***122与控制器120沟通。离子源102通常包含在称为源外壳(未显示)的真空腔室中。离子植入***100也可包括离子束10通过的一系列射束线组件。此一系列的射束线组件可包括(例如)萃取电极104、90°磁分析仪106、第一减速(D1)台108、70°磁准直仪110，以及第二减速(D2)台112。与操控光束的一系列光学透镜极相似，射束线组件能够在将离子束10转向至配置于工件支撑件116上的衬底114或晶圆之前，操控并聚焦离子束10。
在操作中，衬底处理机械手(未显示)将衬底114配置在工件支撑件116上，工件支撑件116可以藉由有时被称为“转动平台(roplat)”(未显示)的装置在一维或多维上移动(例如移动、转动以及倾斜)。同时，在离子源102中产生离子，并藉由萃取电极104萃取离子。经萃取的离子以类似射束的状态沿射束线组件前进，并被植入到衬底114上。在离子植入完成后，衬底处理机械手可自工件支撑件116与离子植入机100移除衬底114。
参照图2A与图2B，其显示工件支撑件116在离子植入工艺期间支撑衬底114的方框图。如图2A所显示，工件支撑件116可包括密封环(sealingring)202以及与衬底114接触的多个凸起(embossments)204。密封环可为环形环(annularring)，其宽度约为0.25英寸，且高度为5微米。凸起204的直径可为约1密耳(千分之一英寸)，且高度可为5微米。此外，工件支撑件116也可包括至少一冷却区206。在植入工艺期间，冷却气体可被提供至冷却区206，以防止衬底114过热。工件支撑件116可具有气体通道与导管(conduit)，以容许冷却气体流至冷却区206。工件支撑件116可进一步包括多个升降销(liftpin)208，其可移动以将衬底114沿箭头所示方向推离工件支撑件116。升降销208可缩回工件支撑件116中，如图2B所显示。一般而言，工件也会与多个接地销(groundpin)205接触。
工件支撑件116可为圆柱形，使其顶面为圆形，以便固托圆盘形的衬底。当然，其他形状是可能的。为有效固持衬底114在适当位置(inplace)，大多数的工件支撑件通常使用静电力。藉由在工件支撑件116的上侧形成强静电力，支撑件可作为静电夹钳(electrostaticclamp)或夹盘(chuck)，而衬底114可不用任何机械固定装置而被固持于适当位置。此将污染最小化，避免因机械夹持造成晶圆损坏，并且因为衬底在已被植入后不需被拆卸，从而改善周期时间。这些夹钳通常使用两种力的其中一种来固持衬底于适当位置：库伦(coulombic)力或强森-罗贝克(Johnson-Rahbeck)力。
如图2A中可见，工件支撑件116传统上是由数层组成。接触衬底114的第一层(或顶层)210因为必须在不形成短路的情况下形成静电场，所以是用电性绝缘或半导电材料(例如氧化铝)制成。在一些实施例中，此层厚约4密耳。对使用库伦力的实施例而言，顶层210通常是用结晶和非晶介电材料形成，顶层210的电阻率通常大于1014Ω-cm。对利用强森-罗贝克力的实施例而言，顶层通常是用半导电材料形成，顶层的体积电阻率(volumeresistivity)通常在109到1012Ω-cm的范围内。“非导电”这个术语用来描述在以上两个范围之一的材料，并适合产生两种力中的一种。库伦力可藉交流电压(alternatingvoltage，AC)或恒定电压(constantvoltage，DC)供应器产生。
在此层正下方的是导电层212，其包括形成静电场的电极。此导电层212是用电传导性材料(例如银)制成。在此层中形成图案(极类似于印刷电路板中所进行者)，以形成期望的电极形状与尺寸。在此导电层212下方的是第二绝缘层214，其用来将导电层212与下部部分220分隔。
下部部分220较佳地是由具高导热性的金属或金属合金制成，以将工件支撑件116的整体温度维持在可接受的范围内。在许多应用中，将铝用于此下部部分220。也可使用包括基质材料(例如复合材料或陶瓷材料)的其他材料。
起初，升降销208在较低位置。衬底处理机械手250接着将衬底114移至高于工件支撑件116的位置。升降销208接着可被启动至升高位置(如图2A所显示)，并可从衬底处理机械手250接收衬底114。其后，衬底处理机械手250移动而远离工件支撑件116，而升降销208可缩进工件支撑件116中，使得工件支撑件116的密封环202与凸起204可与衬底114接触，如图2B所显示。接地销205(如有使用)可接触衬底114。接着，可在升降销208处于此回缩(recessed)位置时执行植入工艺。衬底114先前由静电力固持于适当位置，在植入工艺后，衬底114自工件支撑件116松开。升降销208接着可延伸至升高的位置，藉此抬高衬底114，并将衬底114与工件支撑件116的密封环202及凸起204分隔，如图2A所显示。在一些实施例中，升降销208是绝缘的，因此可不将任何剩余电荷自衬底114移除。在其他实施例中，升降销是导电的，例如是金属的。衬底处理机械手250接着可配置在衬底114下方，在该处，衬底处理机械手250可取回在升高位置的经植入的衬底114。升降销208接着可降低，而机械手250可被启动，以将衬底114自植入机移除。
在将衬底114自工件支撑件116移除的过程中，可发现传统的离子植入机100可能发生的状况。在将衬底114夹持至工件支撑件116并松开的数个周期后，衬底114的夹持至工件支撑件116的侧可能出现损坏。此损坏可因放电造成，放电是因静电电荷累积(buildup)在衬底114与工件支撑件116的顶层210上而造成。静电电荷可向接地销205或直接向工件支撑件116的表面放电(电弧)。
之前，衬底114已通过接触金属升降销208或接地销205而接地。衬底114之前也已用淹没式等离子体枪(plasmafloodgun，PFG)接地。因为升降销208或接地销205与衬底114含有静电电荷的区域之间的接触时间短且接触面积小，升降销208或接地销205未有效将静电电荷自衬底114排出的状况可存在。这些接地销也可造成衬底114的背面损坏，且在整个松开程序中，接地销可不保持接触。因此，在处理期间或在衬底114被夹持时，接地销205可成功将衬底114接地，但在晶圆松开过程中当摩擦电荷产生时，接地销205可能无法将衬底114接地。升降销208可用来将衬底114自工件支撑件116松开。这些升降销208可为导电金属，且在整个松开程序期间会成功将衬底114接地。然而，在松开期间，金属升降销208可能产生金属与粒子污染，且会损坏衬底114的背面。因此，可使用弹性升降销208来消除污染与衬底表面的损坏，然而，此种销是绝缘的，且无法在松开程序期间将衬底114接地。
因此，本领域需要改良的静电夹钳，其可去除电荷且不会将污染引入衬底或损坏衬底。
发明内容
本揭示的装置与方法克服了现有技术的问题。揭示在卸除前更有效从衬底去除累积电荷的静电夹钳。目前，升降销与接地销是植入后用来从衬底去除电荷的唯一机制。本揭示描述一种静电夹钳，其在顶部介电表面中具有嵌入的导电区，例如在密封环中的环形导电区。因此，不论松开期间衬底的方向(orientation)为何，衬底的至少一部分会接触在工件支撑件的介电层上的导电区。此导电区可通过使用介电层中的导电穿孔而接地。在一些实施例中，这些导电穿孔是用来将气体供应至衬底背面的流体导管(fluidconduits)。
附图说明
为更容易完整了解本揭示，现在将参照随附图式，图式中类似元件以类似元件符号指称。这些图式不应理解为限制本揭示，而是意指仅为例示性的。
图1描绘传统的离子植入***。
图2A描绘使升降销延伸时的工件支撑件支撑衬底的方框图。
图2B描绘使升降销缩回时的工件支撑件支撑衬底的方框图。
图3描绘静电夹钳的一实施例的上视图。
图4描绘图3的实施例的剖面图。
图5描绘图4的放大图。
图6描绘静电夹钳的第二实施例的上视图。
图7描绘静电夹钳的另一实施例的上视图。
图8描绘静电夹钳的另一实施例的剖面图。
具体实施方式
本揭示介绍处置经处理的衬底的装置与方法。为求清晰与简洁，本揭示将着重在用于处理经射束线离子植入机处理的衬底的装置与方法。然而，本领域中具通常知识者可理解，本揭示同样适用于其他类型的处理***，包括(例如)等离子体浸入离子植入(plasmaimmersionionimplantation，PIII)***、等离子体掺杂(plasmadoping，PLAD)***、淹没式离子植入机、聚焦等离子体***、调变等离子体鞘的***、蚀刻***、基于光学的处理***，以及化学气相沉积(CVD)***。因此，本揭示不限于本文描述的特定实施例的范围。
本文揭示的实施例为衬底与静电夹钳的顶层提供更为可靠且电阻较低的接地路径。不论衬底自静电夹钳松开时的方式与方向为何，衬底的某些部分会接地。藉由充分将电荷自衬底背面表面排出，可减少衬底“粘附”(sticking)至静电夹钳与衬底破裂的情况。
参照图3，夹钳(clamp)300具有外环或密封环301。在一例中，密封环301的宽度可为约0.25英寸。虽未显示，但夹钳300的上表面也可具有凸起。在衬底处理完成后，升降销305用来将衬底抬离夹钳300。金属销302可用来为衬底提供额外接地处(additionalgrounding)。在其他实施例中，可消除金属销302。
流体导管310用来提供气体至衬底的背面。这些流体导管310通过夹钳300(如图4所显示)，并连接至气体源330。换言之，流体导管310可通过顶层304、导电层306、绝缘层308以及下部部分320。在其他实施例中，流体导管310可通过底部以外的位置离开夹钳300，因此可不通过所有的上述层。流体导管310的侧壁是用导电材料制成，即使在非导电的顶层304与绝缘层308中亦然。此外，用于流体导管310侧壁的导电材料与导电层306中的材料电性绝缘。换言之，流体导管310的侧壁在从一层移动至另一层时彼此电性连接，但与其通过的层电性绝缘。导电的侧壁可用现有技术形成，例如为领域中所现有的用于印刷电路板的现有技术。流体导管310的侧壁可电性连接至通常是接地的下部部分320。在其他实施例中，侧壁电性连接至不同的接地点(groundpoint)。以此方式，可将接地连接件(groundconnection)带给夹钳300的顶层304，其中接地连接件内嵌在夹钳300中。
如图3中可见，流体导管310可沿一环配置，此环与密封环301同心且具有较小的半径。在一实施例中，位在顶面的导电环340用来将这些流体导管310的侧壁连接在一起。此导电环340连接至流体导管310的多个侧壁。在一些实施例中，导电环340连接至所有的流体导管310。
如图2B中最易见到，在衬底114处理期间及松开期间，密封环301均接触衬底114。因此，在密封环301上提供一个或多个接地点相当重要。在图3所示的实施例中，第二导电环(或导电密封环)345形成于密封环301上，并通过一个或多个导管347连接至导电环340。在一些实施例中，导管347是延伸横跨(across)夹钳300直径的辐条(spokes)。在一些实施例中，使用三个导管347，但导管的数量不限于特定数目。
使用导管347达成数个目的。第一，这些导管347在导电环340与导电密封环345之间提供多余路径。在导电环340或导电密封环345破裂的情形下，导管347提供替代电流路径。第二，这些导管347降低导电环340与导电密封环345之间的有效电阻。
图5显示放大的剖面图，显示导电环340与导电密封环345之间的电性连接。在此实施例中，导管347将导电环340与导电密封环345相互电性连接。导电环340、导电密封环345以及导管347可为导电或半导电材料，例如纯铝或高度掺杂的类钻碳(diamond-likecarbon，DLC)。此材料可例如藉由化学气相沉积(chemicalvapordeposition，CVD)法或等离子体辅助化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，PECVD)而沉积在顶层304上或嵌入于顶层304中。在一实施例中，金属(例如铝)沉积在顶层304的表面上。在其他实施例中，使用金属导电材料可导致半导体晶圆受到污染。因此，在其他实施例中，可使用非金属导体，例如掺杂氮的类钻碳(diamond-likecarbon，DLC)及碳化硅(SiC)。这些非金属导体可用等离子体辅助化学气相沉积法来沉积。在其他实施例中，金属导体沉积在顶层304上，而非金属导体沉积在所述金属上。此举降低污染风险，并增加电导管的导电性。
图4显示图3的夹钳300的剖面图。如上所述，静电夹钳300的下部部分320通常以金属制成，且通常是接地的。因此，在一些实施例中，流体导管310的侧壁接触静电夹钳300的下部部分320，并因此接地。在其他实施例中，流体导管310的侧壁连接至不同的接地源。
图3显示导管347延伸横跨静电夹钳300的直径。然而，其他实施例是可能的。例如，导管347可仅从导电环340向外延伸至导电密封环345，如图6所显示。
在另一实施例中，流体导管310的侧壁与导电密封环345电性接触，且未使用导电环340。图7显示各流体导管310的侧壁电性连接至导电密封环345的一实施例。在其他实施例中，侧壁的子集合(subset)连接至导电密封环345。
也可使用其中利用流体导管310为夹钳300的顶面提供接地连接件的其他配置，且其落在本揭示的范围内。
在一些实施例中，导电密封环345永久接地。这是因为顶层304的普遍高电阻率限制了经接地的导电密封环345的作用。然而，在一些实施例中，导电密封环345可间歇地接地(即主动接地(activegroundconnection))。例如，使用开关或其他装置，在电极主动产生静电场时，流体导管310或导电密封环345的接地可中断。换言之，开关在密封环345与地面之间串联，使得开关启动时让接地连接致能或失效。当导电层306不作用时，接地连接可恢复。此修饰保证夹钳300的顶层304的接地对静电夹力具有最小影响或不具影响。
尽管一实施例利用流体导管310使顶层304接地，但其他实施例是可能的。例如，如图8中可见，不同于流体导管310的导电区可用来形成导电路径360，导电路径360可使顶层304接地。这些区域可嵌入夹钳300中。例如，各层可被形成，使得各层304、306、308的区域由导电材料制成，使得组装时，导电材料区对准并形成至顶层304的导电路径360。这些区域可连接至接地的下部部分320或另一地面。在一些实施例中，配置上述区域使得导电路径360终止于密封环301中。可使用一个或多个区域形成将导电密封环345接地的导电路径360。在另一实施例中，配置导电路径360使远离密封环301，使得必须将导电导管(例如导管347(参见图7))加至顶层304，以将导电密封环345连接至导电路径360。在其他实施例中，沿着夹钳300的外缘配置导电路径360。
本揭示不限于本文描述的特定实施例的范围。更确切地说，从以上描述与附图中，除本文所描述外，本揭示的其他各种实施例或修饰对本领域中普通技术人员是显而易见的。因此，此等其他实施例与修饰意欲落入本揭示的范围中。此外，尽管出于一特定目的本文已在一特定环境中的一特定实施中描述本揭示，但本领域中普通技术人员应认识到，其效用并不受限于此处且可出于任何目的在任何环境中有益地实施本揭示。

Claims (9)

1.一种处理衬底的夹钳，包括：
顶层，其由非导电的材料制成；
气体源；
导管，其嵌入于所述夹钳中，用于将气体自所述气体源携至所述顶层，其中所述导管的侧壁是由导电材料制成；
外密封环，其围绕所述顶层；
外部导电环，其形成于所述外密封环上，用于接触所述衬底；以及
所述外部导电环与所述导管的所述侧壁之间的第一导电材料，其中所述侧壁接地，所述第一导电材料嵌入于所述顶层中或沉积于所述顶层上。
2.根据权利要求1所述的处理衬底的夹钳，还包括沉积在所述第一导电材料上方的第二材料。
3.根据权利要求2所述的处理衬底的夹钳，其中所述第一导电材料包括金属，而所述第二材料包括非金属的电性传导材料。
4.根据权利要求1所述的处理衬底的夹钳，还包括配置在所述顶层下方的下部部分，其中所述下部部分包括金属并接地，且所述侧壁与所述下部部分连通。
5.根据权利要求1所述的处理衬底的夹钳，还包括：
配置成环形的多数个流体导管，各所述流体导管具有导电侧壁；以及
嵌入于所述顶层中或沉积于所述顶层上的内导电环，所述内导电环电性连接所述多数个流体导管的所述导电侧壁。
6.根据权利要求5所述的处理衬底的夹钳，包括所述内导电环与所述外部导电环之间的多个连接件。
7.根据权利要求6所述的处理衬底的夹钳，其中所述多个连接件延伸横跨所述顶层的直径。
8.根据权利要求1所述的处理衬底的夹钳，还包括非导电的升降销。
9.根据权利要求1所述的处理衬底的夹钳，其中所述夹钳不使用接地销。
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