襯底保持器和夾具的制作方法

專利名稱：襯底保持器和夾具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種襯底保持器和一種用于將襯底可拆除地保持在襯底保持器上的 夾具。這種襯底保持器和/或夾具例如用于離子注入設備當中。
背景技術：
離子注入機，例如應用材料公司(Applied Materials)的Quantum注入機用于 向半導體襯底中注入離子。例如，在用于制造絕緣體上半導體(SOI)襯底的所謂的Smart Cut 工藝中，將氫和/或氦離子注入直徑為200或300mm的硅晶片中。圖1示意性地顯示了這種注入機。設備包括具有多個臂3的注入輪(wheel) 1，每 個臂3在其外端具有放置待處理襯底的襯底支撐件5。在圖1中看不到襯底，因為襯底放置 在襯底支撐件5的不可見的那一側。輪1能夠圍繞它的軸7在垂直面內以大約850rpm的 速度轉動。注入輪1位于離子注入機的腔9內，腔9還包括離子束發生器11，離子束發生器 11被配置成發射用于注入到襯底中的離子束，例如所述氫和/或氦離子。輪1不僅被配置 為圍繞軸7轉動，還可以在方向13中平移，從而可以對放置在襯底支撐件5的其中之一上 的襯底的整個表面進行注入。為在轉動和平移過程中將襯底固定在襯底支撐件5上，襯底支撐件5在位于輪1 外緣的襯底支撐件5的邊緣區域包括固定保持裝置15，如顯示襯底支撐件5的背面的圖2 所示。在轉動過程中，離心力迫使位于襯底支撐件5上的襯底抵靠在固定保持裝置15上， 從而將其穩固地保持在適當的位置。同樣為了在輪1減速和停下來的時候(例如為了裝載 或卸載輪)將襯底保持在襯底支撐件5上，在與固定保持裝置15相對的一側設置有額外的 夾緊裝置17和19。在Quantum注入機中，夾緊裝置17，19被配置成當輪1減速和停下來的 時候接合襯底支撐件5上的襯底，但在輪1高速轉動的時候離開襯底。這可以通過使用彈 簧和平衡物來實現，其中平衡物被配置和設置成當離心力不存在或低于某個閾值的時候， 彈簧所施加的力使夾緊裝置17，19向襯底方向回退，以將襯底保持在保持器5上，以及在轉 動過程中，平衡塊上的離心力將抵消彈簧的彈性力，從而夾緊裝置17，19離開襯底。在Smart Cut 工藝中，離子被注入到半導體襯底上以形成預定的分裂區域，隨后 半導體襯底被鍵合到第二襯底上以轉移由預定的分裂區域限定的層，因此注入步驟的質量 是至關重要的。但是，襯底離開注入機時被小顆粒污染是經常出現的問題，由于必須進行清 潔操作，導致工具的正常運行時間減少。在離子注入機中已經確認有多個污染源。另外，由 于襯底在輪1上的裝載機構、離子束的產生以及輪1的轉動，也會出現污染。為了確保最終 的產品質量，必須不得不因此而中斷生產周期，定期打開注入腔9以將離子注入機清理干 凈。每次打開工具進行保養時都必須進行檢驗，這增加了生產線的停機時間，因此增加了總 的制造成本。

發明內容
出于以上原因，本發明的目的在于提供一種能夠減少小顆粒污染的方案。
通過根據權利要求1的襯底保持器來實現這一目的。根據本發明的襯底保持器包 括襯底支撐件；可移動的夾緊裝置，其被配置為在第一位置接合所述襯底支撐件上的襯 底以及在第二位置遠離所述襯底；定位裝置，特別是彈性定位裝置，其用于使所述夾緊裝置 從所述第二位置向所述第一位置移動；以及止動裝置，特別是彈性止動元件，其用于在所述 第二位置和所述第一位置所限定的方向上限制所述夾緊裝置朝向所述襯底支撐件的運動， 從而即使所述襯底支撐件上沒有襯底，所述夾緊裝置也保持遠離所述襯底支撐件。通過提供止動裝置，可以減少在注入機中觀察到的顆粒污染。即使襯底支撐件上 沒有襯底，止動裝置，特別是彈性元件，確保夾緊裝置和襯底支撐件之間不會發生接觸。與 此形成對比的是，在現有技術中，當輪減速時，夾緊裝置和空閑的襯底支撐件之間發生接 觸，這會導致顆粒的產生。實際上，朝向襯底保持器的運動可由彈簧來保證，并且僅由襯底 保持器自身來限制。優選地，所述可移動的夾緊裝置、所述定位裝置以及所述止動裝置形成一個模塊 單元。通過提供模塊單元，易于將現有技術中已有的夾緊裝置同定位裝置一同調換，從而不 需要長時間停機即可升級本領域中已經使用的機器。更優選地，所述模塊單元可包括用于將所述模塊單元連接到所述襯底支撐件上的 連接板。這進一步有助于已經使用的工具的升級。 根據優選實施例，所述襯底支撐件包括金屬板，所述夾緊裝置也是金屬的。襯底支 撐件應該是金屬的，從而其可以作為熱沉，夾緊裝置也是由金屬制成的，以便在將襯底夾緊 在襯底支撐件上的時候具有足夠的硬度。金屬夾緊銷一方面可以具有足夠的耐熱性，從而 在離子束的沖擊下，夾緊裝置保持其形狀。另一方面，不再需要額外的檢驗過程。優選地，所述彈性止動元件可以是由聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚醚醚酮(PEEK)制 成的。PVDF和PEEK具有柔性，重量輕，且具有良好的耐化學性、耐熱性和耐燃性，從而其使 用壽命足夠長，能夠用于離子注入機的高要求環境中。PVDF比PEEK更經濟。根據優選實施例，所述襯底保持器可包括反向定位裝置，所述反向定位裝置用于 將所述夾緊裝置從所述第一位置移動到所述第二位置，特別是基于轉動力/離心力。因此， 在注入過程中，夾緊裝置離開襯底，從而襯底的整個表面可被注入，因為可以防止由于鄰近 夾緊裝置而出現的陰影效應等等。還通過根據權利要求7的夾具來實現本發明的目的，其適合于將襯底可拆除地保 持在根據上述實施例及變形的襯底保持器上。該夾具包括可移動的夾緊裝置；定位裝置， 其用于移動所述夾緊裝置，特別用于線性移動所述夾緊裝置；以及止動裝置，特別是彈性止 動元件，其用于在至少一個方向上限制由所述定位裝置賦予所述夾緊裝置的定位運動的程 度。通過該設備，可以防止或至少減少可移動夾緊裝置和襯底保持器之間的不必要的接觸， 這種不必要的接觸可導致顆粒的形成，而顆粒會污染隨后放到襯底保持器上的襯底的表 面。優選地，所述彈性止動元件可以是由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成的，聚偏二氟乙烯 (PVDF)具有柔性，重量輕，并且具有良好的耐化學性、耐熱性和耐燃性，從而其使用壽命足 夠長，能夠用于離子注入機的高要求環境中。有利地，所述彈性止動元件是固定的。通過將彈性止動元件設置在夾具的固定部 分上，可以簡化夾具的設計，并且可以將活動部分的重量降至最低。
根據另一優選實施例，所述夾緊裝置可包括銷區域和止動元件接合板，其被配置 和設置成所述止動元件接合板與所述止動裝置接觸，從而阻止所述夾緊裝置的運動。這樣， 兩個功能都可以通過單一工件來實現，因此進一步簡化了夾具的設計。優選地，所述止動元件接合板可被配置和設置成所述止動元件接合板至少部分地 遮蓋所述彈性止動元件。這樣，可以防止彈性止動元件受到離子束的作用。本發明還涉及包括如上文所述的襯底保持器和夾具的離子注入設備。


下面將根據附圖更詳細地描述本發明圖1示意性地顯示了本領域已知的離子注入機的注入輪，圖2顯示了本領域已知的離子注入機中使用的襯底保持器的后視圖。圖3a_圖3c示意性地顯示了根據本發明的襯底保持器的一部分和夾具的仰視圖、 俯視圖及示意性側剖圖，其中相應的夾緊裝置處于第一位置，圖4a_圖4c示意性地顯示了當夾緊裝置處于第二位置時襯底保持器和夾具的仰 視圖、俯視圖以及側剖圖，圖5顯示了當襯底保持器上存在襯底時根據本發明的襯底保持器和夾具。
具體實施例方式圖3a示意性地顯示了根據本發明的襯底保持器21的底部的局部視圖。圖中的襯 底保持器上沒有放置襯底。對于接下將描述的具有圖1所顯示的離子注入機和圖2所顯示 的襯底保持器中已使用的附圖標記的特征時，將不再進行詳細的描述，而是以引用的方式 將它們的描述包括于此。根據本發明的襯底保持器21包括襯底支撐件5和夾具23，襯底支撐件5典型為圓 形金屬板，例如由不銹鋼(inox)制成，從而可以作為熱沉。夾具23在襯底保持器5上的設 置位置與圖2所示的現有技術的夾具17和19相同。夾具23包括具有銷區域(pin region) 25和防護板27的可移動的夾緊裝置。在 該實施例中，銷區域25和防護板27是由單一工件制成。此外，代表反向定位裝置(counter positioning means)的平衡體(counter body) 31與銷區域25和防護板27—體成型。該 工件固定在限定轉動軸的樞軸29上，其中該工件構成一個臂，銷區域和防護板27構成第二個臂。構成轉動軸的樞軸29與連接板33相連接，連接板33用于通過螺釘37使夾具23 連接到襯底保持器21的連接區域(attachment area) 350當不存在其他的力時，作為彈性 定位裝置并且連接銷區域25和連接板33的彈簧39的彈性力將銷區域25保持在靠近邊緣 41的固定位置上，確切地說是將其保持在襯底支撐件5的邊緣區域中的弧形空隙43中，而 不接觸襯底支撐件5。為了確保銷區域25和邊緣41之間不存在接觸，將作為止動裝置的彈性止動元件 45連接到連接板33上。在該實施例中，止動元件45具有立方體形狀且由聚偏二氟乙烯 (PVDF)或聚醚醚酮(PEEK)制成。在該實施例中，當防護板27停在彈性止動元件45的表面 47上的時候，止動元件45有效地限制彈簧39賦予夾緊裝置(銷區域25和防護板27)的運
5動。將PVDF之類的彈性材料用于止動元件45，以防止當防護板27接觸表面47時產生 小顆粒。PVDF具有柔性，重量輕，且具有良好的耐化學性、耐熱性和耐燃性。本發明的止動 元件45不限于立方體形狀，因為任何能夠使防護板27緊靠在止動元件45上的形狀都能實 現該創造性功能。防護板27在離子注入過程中防止下面的止動元件45暴露在離子束中。圖3b是與圖3a的情形相對應的襯底保持器21的俯視圖。圖3b顯示了具有固定 保持裝置15和臂元件3的襯底支撐件5。從上方能夠看見兩個夾具23的銷區域25。根據 本發明，彈性止動元件45協同止動元件接合板(stop element engagement plate)27來確 保當襯底支撐件5上沒有襯底時，銷區域25與襯底支撐件5之間不存在接觸。在該視圖中止動元件45是不可見的。事實上，上文已經提到過，彈性止動元件45 被還充當止動元件接合板的防護板27保護起來，以免被離子束沖擊。圖3c用側剖圖顯示了相同的情形。在彈簧39的彈性力如箭頭所示的作用下，銷 區域25和平衡體31圍繞樞軸29轉動，止動元件接合板27停在止動元件45上，平衡體31 遠離連接板33。因而襯底保持器5的邊緣43的空隙與銷25之間不存在接觸。在該實施例中，具有夾緊區域25的夾具23、防護板27、由樞軸29與彈簧39共同 構成的定位裝置、平衡體31以及止動元件45全部都連接到連接板33上，從而形成模塊單元。根據一種變形，不是使防護板27與止動元件45之間接觸來限制銷區域25的運 動，而是可以將止動元件45’置于在彈簧39的力的作用下使平衡體緊靠止動元件45’的位 置。在圖3c中用虛線示意性地顯示了這種方式。圖4a再次顯示了襯底保持器21的局部視圖，但其中銷區域25現在是位于進一步 遠離襯底保持器5的邊緣43的第二位置。當輪1以例如大約850rpm的高速轉動時可以出 現這種情形，這時作為反向定位裝置的平衡體31上的轉動力抵抗彈性定位裝置39的彈性 力以引起圍繞樞軸29的轉動，從而使銷25離開襯底支撐件5的邊緣43附近的位置，如圖 3a所示。實際上，由于轉動力，平衡體向轉動平面移動。在該實施例中，與彈性力相反的移 動被進一步限制，以防止平衡體31和連接板33之間的任何的金屬和金屬的接觸。在圖4a 所示的配置中，在高速情況下，平衡體31位于轉動平面。止動元件接合板27 (防護板27) 不再和止動元件45接觸。圖4b中顯示了相應的俯視圖。其顯示了具有固定保持裝置15的襯底保持器5、臂 區域3以及此時與圖3b相比進一步遠離襯底支撐件5的邊緣41的可移動的夾緊裝置25。圖4c顯示了與側剖圖中相同的情形。在第二位置，止動元件接合板27不再接觸 止動元件45。通過這種方式，當在襯底保持器5上卸載或裝載襯底時，夾子致動器(clip actuator)迫使實質上處于與圖4a至圖4c中相同的位置的平衡體31將夾緊銷25從襯底 支撐件的邊緣41移開，這在輪靜止時有助于卸載或裝載。圖5通過側剖示意圖顯示了當輪1靜止時襯底保持器5上放置有襯底51的情形。 在襯底保持器5的邊緣41的空隙區域43中，襯底51超出襯底支撐件5的邊緣41橫向延 伸。由于彈簧39的彈性力(見箭頭)，銷區域25保持與襯底51的邊緣53接觸，實際上是將襯底51壓靠到固定保持裝置15，從而將襯底51卡緊在襯底保持器5上。此處，銷區域 25因此接觸襯底51的邊緣55，這可以防止彈簧39使止動元件接合板27抵靠在止動元件 45的表面47上。因此，在襯底接合位置，銷區域25處于圖3c所示的位置和圖4c所述的位 置之間的中間位置。通過包括例如可用于如圖1所述的離子注入設備的創造性的夾具23的創造性襯 底保持器21，可以確保在輪1的襯底保持器5的其中之一上沒有放置襯底的時候，銷區域 25 一直不接觸襯底支撐件5。這樣可以防止或者至少減少現有技術所出現的由于襯底附近 的金屬/金屬接觸而產生顆粒。通過提供模塊單元，不需要改變機器的設計就可以替換已經使用的不具有止動元 件41的夾具。
權利要求
1.一種襯底保持器，包括襯底支撐件(5)，可移動的夾緊裝置(25)，其被配置為在第一位置接合所述襯底支撐件(5)上的襯底 (51)以及在第二位置遠離所述襯底，定位裝置(39)，特別是彈性定位裝置，其用于將所述夾緊裝置(25)從所述第二位置移 動到所述第一位置，以及止動裝置，特別是彈性止動元件(45)，其用于在所述第二位置和所述第一位置所限定 的方向上限制所述夾緊裝置(25)朝向所述襯底支撐件的運動，從而即使所述襯底支撐件 (5)上沒有襯底，所述夾緊裝置(25)也保持遠離所述襯底支撐件(5)。
2.根據權利要求1所述的襯底保持器，其中所述可移動的夾緊裝置(25)、所述定位裝 置(39)以及所述止動裝置(41)形成一個模塊單元。
3.根據權利要求2所述的襯底保持器，其中所述模塊單元包括用于將所述模塊單元連 接到所述襯底支撐件(5)上的連接板(33)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的襯底保持器，其中所述襯底支撐件(5)包括金 屬板，以及其中所述夾緊裝置(25)也是金屬的。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的襯底保持器，其中所述彈性止動元件(45)是由 聚偏二氟乙烯或聚醚醚酮制成的。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的襯底保持器，進一步包括反向定位裝置(31)， 所述反向定位裝置(31)用于將所述夾緊裝置(25)從所述第一位置移動到所述第二位置， 特別是基于轉動力。
7.一種夾具，用于將襯底可拆除地保持在根據權利要求1至6中任一項所述的襯底保 持器上，包括可移動的夾緊裝置(25)，定位裝置(39)，其用于移動所述夾緊裝置，特別用于線性移動所述夾緊裝置，以及止動裝置，特別是彈性止動元件(45)，其用于在至少一個方向上限制由所述定位裝置 (39)賦予所述夾緊裝置(25)的定位運動的程度。
8.根據權利要求7所述的夾具，其中所述彈性止動元件(45)是由聚偏二氟乙烯或聚醚 醚酮制成的。
9.根據權利要求7或8所述的夾具，其中所述彈性止動元件(45)是固定的。
10.根據權利要求7或8所述的夾具，其中所述夾緊裝置包括銷區域(25)和止動元件 接合板(27)，其被配置和設置成所述止動元件接合板(27)與所述止動裝置(41)接觸，從而 阻止所述夾緊裝置(25)的運動。
11.根據權利要求10所述的夾具，其中所述止動元件接合板(27)被配置和設置成所述 止動元件接合板(27)至少部分地遮蓋所述彈性止動元件(45)。
12.—種離子注入設備，包括根據權利要求1至6中任一項所述的襯底保持器以及根據 權利要求7至11中任一項所述的夾具。
全文摘要
本發明涉及一種襯底保持器和夾具，所述襯底保持器包括襯底支撐件；可移動的夾緊裝置，其被配置為在第一位置接合位于所述支撐件上的襯底以及在不同的位置遠離襯底；定位裝置，其用于使所述夾緊裝置從所述第二位置向所述第一位置移動。為了防止當沒有襯底位于所述支撐件上時所述夾緊裝置和所述支撐件之間接觸，使用限制所述夾緊裝置的運動的彈性止動元件。本發明還涉及一種夾具以及一種使用所述襯底保持器和所述夾具的離子注入機。
文檔編號H01L21/687GK102104016SQ201010535420
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月1日 優先權日2009年11月5日
發明者T·貝納爾 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術公司