用于工件的靜電夾持的系統和方法與流程

相關申請的引用

本申請要求于2014年9月19日遞交的名稱為“systemandmethodforelectrostaticclampingofworkpieces”的美國臨時申請no.62/052,834的優先權，其內容通過引用全部合并于此。

本發明總體涉及靜電夾持系統，更具體地，涉及快速釋放靜電夾持的工件的系統和方法。

背景技術：

靜電夾具或卡盤(esc)通常在半導體工業中用于在基于等離子體或基于真空的半導體工藝(例如離子注入、蝕刻、化學氣相沉積(cvd)等)期間夾持工件或襯底。已證明esc的夾持能力以及工件溫度控制在處理半導體襯底或晶片(例如硅晶片)方面是非常有價值的。例如，典型的esc包括位于導電電極上方的電介質層，其中半導體晶片被放置在esc的表面上(例如，晶片被放置在電介質層的表面上)。在半導體處理(例如，離子注入)期間，通常在晶片和電極之間施加夾持電壓，其中通過靜電力將晶片夾持抵靠esc的表面。

大多數靜電夾具在一個時間或另一個時間表現出“粘附”行為，由此盡管esc未被供電，工件仍保持抵靠esc的表面。工件粘附到esc的表面通常是因為，在移除到esc的電極的電力之后，esc和工件之間的界面處的殘余靜電荷沒有找到到電接地的快速路徑。殘余電荷的性質、量和分布通常不受控制，因為保持電荷的現象通常也不受控制也不易理解。

保持現象可以按天或甚至按小時變化，而且基于特定esc和正被夾持的工件批次而變化。粘附行為影響工件通過系統的吞吐量，并且因此是有問題的。

因此，本領域需要一種用于減輕工件到esc的殘余夾持，同時提高工件吞吐量并使工件的破損最小化的裝置、系統和方法。

附圖說明

圖1是根據本公開的若干方面的利用esc的示例性真空系統的框圖。

圖2示出了根據又一方面的用于使工件從esc解夾持的時間最小化的流程方法。

圖3是示出根據另一方面的在工件傳送期期間的示例性夾持電壓的曲線圖。

圖4是示出根據另一方面的示例性控制系統的框圖。

具體實施方式

本公開總體涉及用于使工件從靜電夾具解夾持的時間最小化的系統、裝置和方法。因此，現在將參考附圖描述本發明，其中，相似的附圖標記可以用于始終表示相似的元件。應當理解，對這些方面的描述只是說明性的，并且它們不應當被解釋為限制意義。在下文的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多具體細節，以便提供對本發明的徹底理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是；可以在沒有這些具體細節的情況下實施本發明。此外，本發明的范圍并不旨在受下文參考附圖描述的實施例或示例限制，而是旨在僅由所附權利要求及其等同物限制。

還應注意，提供附圖以給出對本公開的實施例的一些方面的說明，并且因此附圖應被認為僅是示意性的。具體地，附圖中所示的元件不一定彼此成比例，并且附圖中各種元件的放置被選擇為提供對相應實施例的清楚理解，并且不應被解釋為必然表示在根據本發明實施例的實現中各種組件的實際相對位置。此外，除非另外明確指出，否則本文中描述的各種實施例和示例的特征可以彼此組合。

還應理解的是，在以下描述中，附圖中示出或本文中描述的功能塊、設備、組件、電路元件或其他物理或功能單元之間的任何直接連接或耦接也可以通過間接連接或耦接來實現。此外，應當認識到，附圖中所示的功能塊或單元可以在一個實施例中被實現為分開的特征或電路，并且還可以或備選地在另一實施例中被完全或部分地實現在公共特征或電路中。例如，若干功能塊可以被實現為在公共處理器(例如，信號處理器)上運行的軟件。還應當理解，除非另有相反說明，否則在下面的說明書中被描述為基于有線的任何連接也可以被實現為無線通信。

根據本公開的一個方面，圖1示出了其中可以實施本發明的各個方面的示例性真空系統100。本示例中的真空系統100包括離子注入系統101，然而也設想各種其他類型的真空系統，例如等離子體處理系統或其他半導體處理系統。例如，離子注入系統101包括端子(terminal)102、束線組件104和端站(endstation)106。一般來說，端子102中的離子源108耦接至電源110以將摻雜劑氣體離子化成多個離子并且形成離子束112。在本示例中，離子束112被引導通過波束轉向裝置114，并且自孔徑116引導離開朝向端站106。在端站106中，離子束112轟擊被選擇性地夾持或安裝到靜電夾具120(esc)的工件118(例如，諸如硅晶片、顯示面板等的半導體)。一旦被嵌入到工件118的晶格中，注入的離子就改變工件的物理和/或化學性質。因此，離子注入被用于半導體器件制造和金屬精加工以及材料科學研究中的各種應用。

例如，esc120包括耦接到合適的電源122(例如，三相電源)的交流電(ac)夾具(例如，三相esc)。電源122例如被配置或可操作以控制提供給esc120的ac電力124的電流、電壓和頻率，其中選擇性地將工件118夾持到esc的表面126。還提供例如控制器128，其中控制器可操作以控制電源122和/或真空系統100的各種其它方面。

根據本公開，圖2示出了用于從esc夾持和解夾持工件的示例性方法200。應當注意的是，根據本發明，盡管示出示例性方法并且本文中將示例性方法描述為一系列動作或事件，但是將認識到，本發明不受這些動作或事件的所示出的排序限制，因為一些步驟可以按不同次序發生和/或與本文中示出并描述的步驟之外的其他步驟同時發生。另外，并非所有示出的步驟都可以是實現根據本發明的方法所需的。此外，將認識到，可以與本文中示出并描述的系統相關聯地以及與未示出的其他系統相關聯地實現所述方法。

圖2的方法200從動作202開始，其中將第一工件放置在esc的表面上。在動作204中，將第一組夾持參數施加到esc，其中用第一夾持力將第一工件夾持到esc的表面。第一組夾持參數例如包括將第一頻率的第一交流(ac)電壓施加到一個或多個電極。例如，第一ac電壓的三相可以被施加到esc的三個電極。此外，一旦執行動作204，可以在動作206中執行對工件的處理，例如離子注入工藝。

在動作208中，確定工件到esc的夾持程度。例如，在動作208中確定夾持力和工件相對于esc的位置中的一個或多個。在一個示例中，動作208可以與其他動作同時執行或者貫穿方法200連續執行，諸如與動作206中的工件的處理同時執行。在另一示例中，至少與將第一組夾持參數施加到esc和將第二組夾持參數施加到esc二者同時地確定工件到esc的夾持程度。在一個示例中，在動作208中確定工件到esc的夾持程度可以由圖1的控制器128確定，或者可以包括從與esc120相關聯的分開的控制器(未示出)接收夾持狀態。

在圖2的動作210中，停止向esc施加第一組夾持參數，并且在動作212中，將第二組夾持參數施加到esc。例如，在動作210中，可以基于用于處理工件的工藝配方來停止到esc的第一組夾持參數。在動作212中施加的第二組夾持參數例如包括第二頻率的第二ac電壓。在一個示例中，第一ac電壓比第二電壓大大約一個數量級。在另一示例中，第一頻率比第二頻率小大約一個數量級。例如，第一ac電壓可以大約為約600-1200伏，并且第一頻率可以大約為約1-5赫茲。此外，第二ac電壓可以大約為約50-200伏，并且第二頻率可以大約為約80-120赫茲。

在動作214中，當工件到esc的夾持程度小于或近似等于閾值夾持值時，與向esc施加第二組夾持參數同時地從esc的表面移除工件。例如，閾值夾持值包括工件和esc之間的閾值夾持力，從esc物理地移除工件(例如，通過機器人或其他移除機構)可以克服該閾值夾持力，其中不會對工件或esc造成不利影響。在一個示例中，可以從背面氣體源提供在esc和工件之間的背面氣體，其中背面氣體通常降低向esc施加第二組夾持參數同時的工件到esc的夾持程度。例如，可以阻擋通常允許背面氣體排放到周圍環境的背面氣體排氣口，使得背面氣體(例如，大約10托(torr)或更小)幫助將工件從esc移除。

在動作216中，在從esc的表面移除工件的同時或者之后，停止到esc的第二組夾持參數。然后可以對附加的工件重復方法200。在一個示例中，在動作216中停止到esc的第二組夾持參數，并且在將第二工件放置在esc的表面上之前，在動作218中允許esc上的殘余電荷耗散。在另一示例中，可以將第二工件放置在esc的表面上，盡管有殘余電荷留在esc上(例如，動作218的同時)。

圖3示出了本公開的方法的另一示例，其總體上參考圖1的示例性真空系統100。圖1的esc120例如由控制器128控制，以便提供圖3的電壓波形302(例如，“boxcar”圖案)，其具有最高100hz的頻率和最高1100v的交變極性電壓。圖1的esc120例如使用ac電力的三個通道，其中每個通道或相位相對于另一個延遲120度，每個通道或相位被控制以分別提供圖3的電壓波形302。因此，夾持條件通常由與電壓波形302相關聯的電壓和頻率來定義，其中可以經由與圖1的esc120和工件118之間的電容相關聯的電容監視波形304(例如，從波形302的分析導出的)來監視夾持條件。

目前認識到，夾持力隨著電壓降低和/或頻率增加而減小。如果夾持電壓被設置為低值，例如10-100v，并且頻率被設置為高值，例如100hz，則可能難以在進行所期望的處理的同時用足夠的夾持力將工件118充分夾持到圖1的esc120。然而，在這些設置(例如，10v，100hz)下，工件118處于解夾持的可再現狀態。這樣，圖1的esc120例如由控制器128控制，以提供在工件處理的同時將將工件118夾持到esc120的第一組夾持參數，以及第二組夾持參數，其中第二組夾持參數的低壓/高頻條件創建“受控”的解夾持狀態，其中工件118以顯著有限的夾持力被夾持。粘附性(例如，從esc120完全移除工件所花費的時間)與工件等待移除期期間增加的電容相關。在此期間，殘余電荷自身表現出來，并且可以采取一些行動來改善該情況。

可以通過使用圖1的控制器128來利用這一點，以將esc120的提供用于處理的期望夾持的操作設置(例如，第一組夾持參數)修改為夾持較弱但仍然提供一些夾持力的設置(例如，第二組夾持參數)。例如，在常規離子注入過程期間，電壓和頻率可以分別設置為900v和2hz。

在離子注入結束時，esc120和工件118通常位于安全的水平“原位(home)”位置，并且esc上的電壓和頻率設置通常被設置為零以從esc移除工件。然而，在這種常規系統中，在esc120和工件118之間可能存在相對未知的殘余電荷，因此導致工件不受控制地“粘附”到esc。

因此，根據當前公開，將到esc120的電壓和頻率從第一組夾持參數(例如，“高電壓/低頻率”條件)調整到第二組夾持參數(例如，“低電壓/高頻率”條件)，因此允許將工件118有利地從esc120移除，而不管剩余電荷如何。在將工件118從esc120移除之后，控制器128可以被配置為將夾持條件設置回用于離子注入的那些夾持條件(例如，第一組夾持參數)。因此，可以快速實現夾持條件的改變，同時保持高工件吞吐量。

在圖3所示的示例中，在強夾持期306中，將第一組夾持參數施加到esc。在本示例中，在強夾持期306的同時進行注入，其中第一組夾持參數被設置為900v/2hz。在注入結束時，例如，控制器發出命令以將esc定位在原位位置以準備移除工件。在接近注入結束時，例如，提供第一過渡期308，由此夾持電壓隨著夾持頻率的增加而先后或并行地減小。在第一過渡區308中，工件和esc之間的夾持從強夾持轉換到弱夾持。

在弱夾持期310中，夾持電壓被控制到低電壓，同時夾持頻率增加(例如，從大約900v/2hz到100v/100hz)。在弱夾持期310(例如，第二組夾持參數被施加到esc)的同時，可以從esc移除工件。在本示例中注意到，從強夾持期306改變到弱夾持期310所需的時間不在工件處理的“關鍵路徑(criticalpath)”中，因此，存在第一過渡期308，從而可以可靠地控制改變。然而，例如可以省略第一過渡期308，由此強夾持期306之后可以緊接著弱夾持期310。

例如，在第一過渡期308和/或弱夾持期310的同時，圖1的控制器128可以被配置為評估esc120經歷解夾持的模擬電容行為。例如，如果控制器128確定工件在具有很少的“粘附性”的情況下正常地解夾持，則可以執行工件的常規解夾持。然而，如果控制器128確定工件和esc展示出粘附性，則可以在弱夾持期310的同時施加第二組夾持參數(例如，低電壓/高頻率)，因此創建受控的低夾持力狀態，用于有利地從esc移除工件和向esc更換工件。在另一示例中，施加第二組參數以用于移除每個工件。

例如，控制器118可命令esc和工件在所建立的第二組夾持參數(例如，弱夾持期310)的同時移動。一旦工件從esc移除，可以將另一工件放置在esc上，并且可以重新建立強夾持期306。第二過渡期312可以介于弱夾持期310和強夾持期306之間的轉換之間，由此增加夾持電壓，同時保持弱夾持期310的高頻率。還設想了其它示例，例如改變夾持電壓和夾持頻率中的一個或二者。例如，可以提供零夾持期314，由此夾持電壓和夾持頻率二者都被設置為零，例如與將另一工件118放置在esc120上進行后續處理之前同時進行。

因此，上述方法用于協調控制器128的設置以創建非常弱的夾持的可再現狀態，以便消除esc120處的不受控制的“粘附”行為。

根據另一方面，上述方法可以使用一個或多個通用計算機或基于處理器的系統中的計算機程序代碼來實現。如圖4所示，提供了根據另一個實施例的基于處理器的系統400的框圖。基于處理器的系統400是通用計算機平臺，并且可以用于實現本文所討論的過程。基于處理器的系統400可以包括處理單元402，諸如臺式計算機、工作站、膝上型計算機或為特定應用定制的專用單元。基于處理器的系統400可以配備有顯示器418和一個或多個輸入/輸出設備420，例如鼠標、鍵盤或打印機。處理單元402可以包括中央處理單元(cpu)404、存儲器406、大容量存儲設備408、視頻適配器412和連接到總線410的i/o接口414。

總線410可以是包括存儲器總線或存儲器控制器、外圍總線或視頻總線的任何類型的若干總線體系結構中的一種或多種。cpu304可以包括任何類型的電子數據處理器，并且存儲器306可以包括任何類型的系統存儲器，諸如靜態隨機存取存儲器(sram)、動態隨機存取存儲器(dram)或只讀存儲器(rom)。

大容量存儲設備408可以包括被配置為存儲數據、程序和其他信息并且使得數據、程序和其他信息可經由總線410訪問的任何類型的存儲設備。大容量存儲設備308可以包括例如硬盤驅動器、磁盤驅動器或光盤驅動器中的一種或多種。

視頻適配器412和i/o接口414提供用于將外部輸入和輸出設備耦接到處理單元402的接口。輸入和輸出設備的示例包括耦接到視頻適配器412的顯示器418和i/o設備420，諸如耦接到i/o接口414的鼠標、鍵盤、打印機等。其他設備可以耦接到處理單元402，并且可以使用更多或更少的接口卡。例如，可以使用串行接口卡(未示出)提供打印機的串行接口。處理單元402還可以包括網絡接口416，其可以是到局域網(lan)或廣域網(wan)422的有線鏈路和/或無線鏈路。

應當注意，基于處理器的系統400可以包括其他組件。例如，基于處理器的系統400可以包括電源、電纜、母板、可移除存儲介質、殼體等。盡管未示出，但是這些其他組件被認為是基于處理器的系統400的一部分。

本公開的實施例可以例如通過由cpu404執行的程序代碼來在基于處理器的系統400上實現。根據上述實施例的各種方法可以由程序代碼實現。因此，本文中省略了顯式討論。

此外，應當注意，圖1中的模塊和設備以及圖2和3的方法全部可以在圖4的一個或多個基于處理器的系統400上實現。不同模塊和設備之間的通信可以根據模塊的實現方式而變化。如果模塊在基于一個處理器的系統400上實現，則可以在由cpu404執行用于不同步驟的程序代碼之間將數據保存在存儲器406或大容量存儲設備408中。然后，可以在各個步驟執行期間通過cpu404經由總線410訪問存儲器406或大容量存儲設備408來提供數據。如果模塊在不同的基于處理器的系統400上實現，或者如果要從另一個存儲系統(例如分開的數據庫)提供數據，則可以通過i/o接口414或網絡接口416在系統400之間提供數據。類似地，由設備或級提供的數據可以通過i/o接口414或網絡接口416輸入到一個或多個基于處理器的系統300中。本領域普通技術人員將容易地理解在實現在變化的實施例的范圍內設想的系統和方法中的其他變化和修改。

盡管已經針對某一實施例或多個實施例示出和描述了本發明，但是應當注意的是，上述實施例僅僅作為用于實現本發明的一些實施例的示例，并且本發明的應用不限于這些實施例。具體地，關于由以上描述的部件(組件、設備、電路等)執行的各種功能，除非另外指示，否則用于描述這些部件的術語(包括對“裝置”的引用)意在與執行所描述的部件的指定功能的任何部件相對應(即，功能上等同)，即使結構上與執行本文中示出的本發明示例性實施例中的所述功能的所公開結構不等同。另外，雖然可能已經僅針對若干實施例中的一個實施例公開了本發明的具體特征，但是這種特征可以與其他實施例中的對于任何給定或具體應用而言可以是想要的和有利的一個或多個其它特征組合。因此，本發明不限于上述實施例，而旨在僅由所附權利要求及其等同物限制。