相關(guān)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(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過引用全部合并于此。

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

背景技術(shù)：

靜電夾具或卡盤(esc)通常在半導(dǎo)體工業(yè)中用于在基于等離子體或基于真空的半導(dǎo)體工藝(例如離子注入、蝕刻、化學(xué)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(dǎo)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(dǎo)電電極上方的電介質(zhì)層，其中半導(dǎo)體晶片被放置在esc的表面上(例如，晶片被放置在電介質(zhì)層的表面上)。在半導(dǎo)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(shù)靜電夾具在一個時間或另一個時間表現(xiàn)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?yàn)?，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(zhì)、量和分布通常不受控制，因?yàn)楸３蛛姾傻默F(xiàn)象通常也不受控制也不易理解。

保持現(xiàn)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(tǒng)的吞吐量，并且因此是有問題的。

因此，本領(lǐng)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(tǒng)和方法。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開的若干方面的利用esc的示例性真空系統(tǒng)的框圖。

圖2示出了根據(jù)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(jù)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(jù)另一方面的示例性控制系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)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(tǒng)、裝置和方法。因此，現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明，其中，相似的附圖標(biāo)記可以用于始終表示相似的元件。應(yīng)當(dāng)理解，對這些方面的描述只是說明性的，并且它們不應(yīng)當(dāng)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(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是；可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。此外，本發(fā)明的范圍并不旨在受下文參考附圖描述的實(shí)施例或示例限制，而是旨在僅由所附權(quán)利要求及其等同物限制。

還應(yīng)注意，提供附圖以給出對本公開的實(shí)施例的一些方面的說明，并且因此附圖應(yīng)被認(rèn)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(yīng)實(shí)施例的清楚理解，并且不應(yīng)被解釋為必然表示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)中各種組件的實(shí)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(shí)施例和示例的特征可以彼此組合。

還應(yīng)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(shè)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(shí)現(xiàn)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，附圖中所示的功能塊或單元可以在一個實(shí)施例中被實(shí)現(xiàn)為分開的特征或電路，并且還可以或備選地在另一實(shí)施例中被完全或部分地實(shí)現(xiàn)在公共特征或電路中。例如，若干功能塊可以被實(shí)現(xiàn)為在公共處理器(例如，信號處理器)上運(yùn)行的軟件。還應(yīng)當(dāng)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(shí)現(xiàn)為無線通信。

根據(jù)本公開的一個方面，圖1示出了其中可以實(shí)施本發(fā)明的各個方面的示例性真空系統(tǒng)100。本示例中的真空系統(tǒng)100包括離子注入系統(tǒng)101，然而也設(shè)想各種其他類型的真空系統(tǒng)，例如等離子體處理系統(tǒng)或其他半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。例如，離子注入系統(tǒng)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(dǎo)通過波束轉(zhuǎn)向裝置114，并且自孔徑116引導(dǎo)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(dǎo)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(xué)性質(zhì)。因此，離子注入被用于半導(dǎo)體器件制造和金屬精加工以及材料科學(xué)研究中的各種應(yīng)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(tǒng)100的各種其它方面。

根據(jù)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(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)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(rèn)識到，本發(fā)明不受這些動作或事件的所示出的排序限制，因?yàn)橐恍┎襟E可以按不同次序發(fā)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(fā)生。另外，并非所有示出的步驟都可以是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法所需的。此外，將認(rèn)識到，可以與本文中示出并描述的系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地以及與未示出的其他系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)地實(shí)現(xiàn)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(shù)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(shù)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(zhí)行動作204，可以在動作206中執(zhí)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(zhí)行或者貫穿方法200連續(xù)執(zhí)行，諸如與動作206中的工件的處理同時執(zhí)行。在另一示例中，至少與將第一組夾持參數(shù)施加到esc和將第二組夾持參數(shù)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(guān)聯(lián)的分開的控制器(未示出)接收夾持狀態(tài)。

在圖2的動作210中，停止向esc施加第一組夾持參數(shù)，并且在動作212中，將第二組夾持參數(shù)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(shù)。在動作212中施加的第二組夾持參數(shù)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(shù)量級。在另一示例中，第一頻率比第二頻率小大約一個數(shù)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(dāng)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(shù)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(jī)器人或其他移除機(jī)構(gòu))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(shù)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(huán)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(shù)。然后可以對附加的工件重復(fù)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(shù)，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(tǒng)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(guān)聯(lián)的電壓和頻率來定義，其中可以經(jīng)由與圖1的esc120和工件118之間的電容相關(guān)聯(lián)的電容監(jiān)視波形304(例如，從波形302的分析導(dǎo)出的)來監(jiān)視夾持條件。

目前認(rèn)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(shè)置為低值，例如10-100v，并且頻率被設(shè)置為高值，例如100hz，則可能難以在進(jìn)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(shè)置(例如，10v，100hz)下，工件118處于解夾持的可再現(xiàn)狀態(tài)。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(shù)，以及第二組夾持參數(shù)，其中第二組夾持參數(shù)的低壓/高頻條件創(chuàng)建“受控”的解夾持狀態(tài)，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(fèi)的時間)與工件等待移除期期間增加的電容相關(guān)。在此期間，殘余電荷自身表現(xiàn)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(diǎn)，以將esc120的提供用于處理的期望夾持的操作設(shè)置(例如，第一組夾持參數(shù))修改為夾持較弱但仍然提供一些夾持力的設(shè)置(例如，第二組夾持參數(shù))。例如，在常規(guī)離子注入過程期間，電壓和頻率可以分別設(shè)置為900v和2hz。

在離子注入結(jié)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(shè)置通常被設(shè)置為零以從esc移除工件。然而，在這種常規(guī)系統(tǒng)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(dǎo)致工件不受控制地“粘附”到esc。

因此，根據(jù)當(dāng)前公開，將到esc120的電壓和頻率從第一組夾持參數(shù)(例如，“高電壓/低頻率”條件)調(diào)整到第二組夾持參數(shù)(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(shè)置回用于離子注入的那些夾持條件(例如，第一組夾持參數(shù))。因此，可以快速實(shí)現(xiàn)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(qiáng)夾持期306中，將第一組夾持參數(shù)施加到esc。在本示例中，在強(qiáng)夾持期306的同時進(jìn)行注入，其中第一組夾持參數(shù)被設(shè)置為900v/2hz。在注入結(jié)束時，例如，控制器發(fā)出命令以將esc定位在原位位置以準(zhǔn)備移除工件。在接近注入結(jié)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(qū)308中，工件和esc之間的夾持從強(qiáng)夾持轉(zhuǎn)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(shù)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(qiáng)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(guān)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(qiáng)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(jīng)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(zhí)行工件的常規(guī)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(shù)(例如，低電壓/高頻率)，因此創(chuàng)建受控的低夾持力狀態(tài)，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(shù)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(shù)(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(qiáng)夾持期306。第二過渡期312可以介于弱夾持期310和強(qiáng)夾持期306之間的轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)置為零，例如與將另一工件118放置在esc120上進(jìn)行后續(xù)處理之前同時進(jìn)行。

因此，上述方法用于協(xié)調(diào)控制器128的設(shè)置以創(chuàng)建非常弱的夾持的可再現(xiàn)狀態(tài)，以便消除esc120處的不受控制的“粘附”行為。

根據(jù)另一方面，上述方法可以使用一個或多個通用計算機(jī)或基于處理器的系統(tǒng)中的計算機(jī)程序代碼來實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，提供了根據(jù)另一個實(shí)施例的基于處理器的系統(tǒng)400的框圖?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)400是通用計算機(jī)平臺，并且可以用于實(shí)現(xiàn)本文所討論的過程?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)400可以包括處理單元402，諸如臺式計算機(jī)、工作站、膝上型計算機(jī)或?yàn)樘囟☉?yīng)用定制的專用單元。基于處理器的系統(tǒng)400可以配備有顯示器418和一個或多個輸入/輸出設(shè)備420，例如鼠標(biāo)、鍵盤或打印機(jī)。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(shè)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(jié)構(gòu)中的一種或多種。cpu304可以包括任何類型的電子數(shù)據(jù)處理器，并且存儲器306可以包括任何類型的系統(tǒng)存儲器，諸如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(sram)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)或只讀存儲器(rom)。

大容量存儲設(shè)備408可以包括被配置為存儲數(shù)據(jù)、程序和其他信息并且使得數(shù)據(jù)、程序和其他信息可經(jīng)由總線410訪問的任何類型的存儲設(shè)備。大容量存儲設(shè)備308可以包括例如硬盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器或光盤驅(qū)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(shè)備耦接到處理單元402的接口。輸入和輸出設(shè)備的示例包括耦接到視頻適配器412的顯示器418和i/o設(shè)備420，諸如耦接到i/o接口414的鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)等。其他設(shè)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(jī)的串行接口。處理單元402還可以包括網(wǎng)絡(luò)接口416，其可以是到局域網(wǎng)(lan)或廣域網(wǎng)(wan)422的有線鏈路和/或無線鏈路。

應(yīng)當(dāng)注意，基于處理器的系統(tǒng)400可以包括其他組件。例如，基于處理器的系統(tǒng)400可以包括電源、電纜、母板、可移除存儲介質(zhì)、殼體等。盡管未示出，但是這些其他組件被認(rèn)為是基于處理器的系統(tǒng)400的一部分。

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

此外，應(yīng)當(dāng)注意，圖1中的模塊和設(shè)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(tǒng)400上實(shí)現(xiàn)。不同模塊和設(shè)備之間的通信可以根據(jù)模塊的實(shí)現(xiàn)方式而變化。如果模塊在基于一個處理器的系統(tǒng)400上實(shí)現(xiàn)，則可以在由cpu404執(zhí)行用于不同步驟的程序代碼之間將數(shù)據(jù)保存在存儲器406或大容量存儲設(shè)備408中。然后，可以在各個步驟執(zhí)行期間通過cpu404經(jīng)由總線410訪問存儲器406或大容量存儲設(shè)備408來提供數(shù)據(jù)。如果模塊在不同的基于處理器的系統(tǒng)400上實(shí)現(xiàn)，或者如果要從另一個存儲系統(tǒng)(例如分開的數(shù)據(jù)庫)提供數(shù)據(jù)，則可以通過i/o接口414或網(wǎng)絡(luò)接口416在系統(tǒng)400之間提供數(shù)據(jù)。類似地，由設(shè)備或級提供的數(shù)據(jù)可以通過i/o接口414或網(wǎng)絡(luò)接口416輸入到一個或多個基于處理器的系統(tǒng)300中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地理解在實(shí)現(xiàn)在變化的實(shí)施例的范圍內(nèi)設(shè)想的系統(tǒng)和方法中的其他變化和修改。

盡管已經(jīng)針對某一實(shí)施例或多個實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)注意的是，上述實(shí)施例僅僅作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一些實(shí)施例的示例，并且本發(fā)明的應(yīng)用不限于這些實(shí)施例。具體地，關(guān)于由以上描述的部件(組件、設(shè)備、電路等)執(zhí)行的各種功能，除非另外指示，否則用于描述這些部件的術(shù)語(包括對“裝置”的引用)意在與執(zhí)行所描述的部件的指定功能的任何部件相對應(yīng)(即，功能上等同)，即使結(jié)構(gòu)上與執(zhí)行本文中示出的本發(fā)明示例性實(shí)施例中的所述功能的所公開結(jié)構(gòu)不等同。另外，雖然可能已經(jīng)僅針對若干實(shí)施例中的一個實(shí)施例公開了本發(fā)明的具體特征，但是這種特征可以與其他實(shí)施例中的對于任何給定或具體應(yīng)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(fā)明不限于上述實(shí)施例，而旨在僅由所附權(quán)利要求及其等同物限制。