用于工件的静电夹持的系统和方法与流程

相关申请的引用

本申请要求于2014年9月19日递交的名称为“systemandmethodforelectrostaticclampingofworkpieces”的美国临时申请no.62/052,834的优先权，其内容通过引用全部合并于此。

本发明总体涉及静电夹持系统，更具体地，涉及快速释放静电夹持的工件的系统和方法。

背景技术：

静电夹具或卡盘(esc)通常在半导体工业中用于在基于等离子体或基于真空的半导体工艺(例如离子注入、蚀刻、化学气相沉积(cvd)等)期间夹持工件或衬底。已证明esc的夹持能力以及工件温度控制在处理半导体衬底或晶片(例如硅晶片)方面是非常有价值的。例如，典型的esc包括位于导电电极上方的电介质层，其中半导体晶片被放置在esc的表面上(例如，晶片被放置在电介质层的表面上)。在半导体处理(例如，离子注入)期间，通常在晶片和电极之间施加夹持电压，其中通过静电力将晶片夹持抵靠esc的表面。

大多数静电夹具在一个时间或另一个时间表现出“粘附”行为，由此尽管esc未被供电，工件仍保持抵靠esc的表面。工件粘附到esc的表面通常是因为，在移除到esc的电极的电力之后，esc和工件之间的界面处的残余静电荷没有找到到电接地的快速路径。残余电荷的性质、量和分布通常不受控制，因为保持电荷的现象通常也不受控制也不易理解。

保持现象可以按天或甚至按小时变化，而且基于特定esc和正被夹持的工件批次而变化。粘附行为影响工件通过系统的吞吐量，并且因此是有问题的。

因此，本领域需要一种用于减轻工件到esc的残余夹持，同时提高工件吞吐量并使工件的破损最小化的装置、系统和方法。

附图说明

图1是根据本公开的若干方面的利用esc的示例性真空系统的框图。

图2示出了根据又一方面的用于使工件从esc解夹持的时间最小化的流程方法。

图3是示出根据另一方面的在工件传送期期间的示例性夹持电压的曲线图。

图4是示出根据另一方面的示例性控制系统的框图。

具体实施方式

本公开总体涉及用于使工件从静电夹具解夹持的时间最小化的系统、装置和方法。因此，现在将参考附图描述本发明，其中，相似的附图标记可以用于始终表示相似的元件。应当理解，对这些方面的描述只是说明性的，并且它们不应当被解释为限制意义。在下文的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是；可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。此外，本发明的范围并不旨在受下文参考附图描述的实施例或示例限制，而是旨在仅由所附权利要求及其等同物限制。

还应注意，提供附图以给出对本公开的实施例的一些方面的说明，并且因此附图应被认为仅是示意性的。具体地，附图中所示的元件不一定彼此成比例，并且附图中各种元件的放置被选择为提供对相应实施例的清楚理解，并且不应被解释为必然表示在根据本发明实施例的实现中各种组件的实际相对位置。此外，除非另外明确指出，否则本文中描述的各种实施例和示例的特征可以彼此组合。

还应理解的是，在以下描述中，附图中示出或本文中描述的功能块、设备、组件、电路元件或其他物理或功能单元之间的任何直接连接或耦接也可以通过间接连接或耦接来实现。此外，应当认识到，附图中所示的功能块或单元可以在一个实施例中被实现为分开的特征或电路，并且还可以或备选地在另一实施例中被完全或部分地实现在公共特征或电路中。例如，若干功能块可以被实现为在公共处理器(例如，信号处理器)上运行的软件。还应当理解，除非另有相反说明，否则在下面的说明书中被描述为基于有线的任何连接也可以被实现为无线通信。

根据本公开的一个方面，图1示出了其中可以实施本发明的各个方面的示例性真空系统100。本示例中的真空系统100包括离子注入系统101，然而也设想各种其他类型的真空系统，例如等离子体处理系统或其他半导体处理系统。例如，离子注入系统101包括端子(terminal)102、束线组件104和端站(endstation)106。一般来说，端子102中的离子源108耦接至电源110以将掺杂剂气体离子化成多个离子并且形成离子束112。在本示例中，离子束112被引导通过波束转向装置114，并且自孔径116引导离开朝向端站106。在端站106中，离子束112轰击被选择性地夹持或安装到静电夹具120(esc)的工件118(例如，诸如硅晶片、显示面板等的半导体)。一旦被嵌入到工件118的晶格中，注入的离子就改变工件的物理和/或化学性质。因此，离子注入被用于半导体器件制造和金属精加工以及材料科学研究中的各种应用。

例如，esc120包括耦接到合适的电源122(例如，三相电源)的交流电(ac)夹具(例如，三相esc)。电源122例如被配置或可操作以控制提供给esc120的ac电力124的电流、电压和频率，其中选择性地将工件118夹持到esc的表面126。还提供例如控制器128，其中控制器可操作以控制电源122和/或真空系统100的各种其它方面。

根据本公开，图2示出了用于从esc夹持和解夹持工件的示例性方法200。应当注意的是，根据本发明，尽管示出示例性方法并且本文中将示例性方法描述为一系列动作或事件，但是将认识到，本发明不受这些动作或事件的所示出的排序限制，因为一些步骤可以按不同次序发生和/或与本文中示出并描述的步骤之外的其他步骤同时发生。另外，并非所有示出的步骤都可以是实现根据本发明的方法所需的。此外，将认识到，可以与本文中示出并描述的系统相关联地以及与未示出的其他系统相关联地实现所述方法。

图2的方法200从动作202开始，其中将第一工件放置在esc的表面上。在动作204中，将第一组夹持参数施加到esc，其中用第一夹持力将第一工件夹持到esc的表面。第一组夹持参数例如包括将第一频率的第一交流(ac)电压施加到一个或多个电极。例如，第一ac电压的三相可以被施加到esc的三个电极。此外，一旦执行动作204，可以在动作206中执行对工件的处理，例如离子注入工艺。

在动作208中，确定工件到esc的夹持程度。例如，在动作208中确定夹持力和工件相对于esc的位置中的一个或多个。在一个示例中，动作208可以与其他动作同时执行或者贯穿方法200连续执行，诸如与动作206中的工件的处理同时执行。在另一示例中，至少与将第一组夹持参数施加到esc和将第二组夹持参数施加到esc二者同时地确定工件到esc的夹持程度。在一个示例中，在动作208中确定工件到esc的夹持程度可以由图1的控制器128确定，或者可以包括从与esc120相关联的分开的控制器(未示出)接收夹持状态。

在图2的动作210中，停止向esc施加第一组夹持参数，并且在动作212中，将第二组夹持参数施加到esc。例如，在动作210中，可以基于用于处理工件的工艺配方来停止到esc的第一组夹持参数。在动作212中施加的第二组夹持参数例如包括第二频率的第二ac电压。在一个示例中，第一ac电压比第二电压大大约一个数量级。在另一示例中，第一频率比第二频率小大约一个数量级。例如，第一ac电压可以大约为约600-1200伏，并且第一频率可以大约为约1-5赫兹。此外，第二ac电压可以大约为约50-200伏，并且第二频率可以大约为约80-120赫兹。

在动作214中，当工件到esc的夹持程度小于或近似等于阈值夹持值时，与向esc施加第二组夹持参数同时地从esc的表面移除工件。例如，阈值夹持值包括工件和esc之间的阈值夹持力，从esc物理地移除工件(例如，通过机器人或其他移除机构)可以克服该阈值夹持力，其中不会对工件或esc造成不利影响。在一个示例中，可以从背面气体源提供在esc和工件之间的背面气体，其中背面气体通常降低向esc施加第二组夹持参数同时的工件到esc的夹持程度。例如，可以阻挡通常允许背面气体排放到周围环境的背面气体排气口，使得背面气体(例如，大约10托(torr)或更小)帮助将工件从esc移除。

在动作216中，在从esc的表面移除工件的同时或者之后，停止到esc的第二组夹持参数。然后可以对附加的工件重复方法200。在一个示例中，在动作216中停止到esc的第二组夹持参数，并且在将第二工件放置在esc的表面上之前，在动作218中允许esc上的残余电荷耗散。在另一示例中，可以将第二工件放置在esc的表面上，尽管有残余电荷留在esc上(例如，动作218的同时)。

图3示出了本公开的方法的另一示例，其总体上参考图1的示例性真空系统100。图1的esc120例如由控制器128控制，以便提供图3的电压波形302(例如，“boxcar”图案)，其具有最高100hz的频率和最高1100v的交变极性电压。图1的esc120例如使用ac电力的三个通道，其中每个通道或相位相对于另一个延迟120度，每个通道或相位被控制以分别提供图3的电压波形302。因此，夹持条件通常由与电压波形302相关联的电压和频率来定义，其中可以经由与图1的esc120和工件118之间的电容相关联的电容监视波形304(例如，从波形302的分析导出的)来监视夹持条件。

目前认识到，夹持力随着电压降低和/或频率增加而减小。如果夹持电压被设置为低值，例如10-100v，并且频率被设置为高值，例如100hz，则可能难以在进行所期望的处理的同时用足够的夹持力将工件118充分夹持到图1的esc120。然而，在这些设置(例如，10v，100hz)下，工件118处于解夹持的可再现状态。这样，图1的esc120例如由控制器128控制，以提供在工件处理的同时将将工件118夹持到esc120的第一组夹持参数，以及第二组夹持参数，其中第二组夹持参数的低压/高频条件创建“受控”的解夹持状态，其中工件118以显著有限的夹持力被夹持。粘附性(例如，从esc120完全移除工件所花费的时间)与工件等待移除期期间增加的电容相关。在此期间，残余电荷自身表现出来，并且可以采取一些行动来改善该情况。

可以通过使用图1的控制器128来利用这一点，以将esc120的提供用于处理的期望夹持的操作设置(例如，第一组夹持参数)修改为夹持较弱但仍然提供一些夹持力的设置(例如，第二组夹持参数)。例如，在常规离子注入过程期间，电压和频率可以分别设置为900v和2hz。

在离子注入结束时，esc120和工件118通常位于安全的水平“原位(home)”位置，并且esc上的电压和频率设置通常被设置为零以从esc移除工件。然而，在这种常规系统中，在esc120和工件118之间可能存在相对未知的残余电荷，因此导致工件不受控制地“粘附”到esc。

因此，根据当前公开，将到esc120的电压和频率从第一组夹持参数(例如，“高电压/低频率”条件)调整到第二组夹持参数(例如，“低电压/高频率”条件)，因此允许将工件118有利地从esc120移除，而不管剩余电荷如何。在将工件118从esc120移除之后，控制器128可以被配置为将夹持条件设置回用于离子注入的那些夹持条件(例如，第一组夹持参数)。因此，可以快速实现夹持条件的改变，同时保持高工件吞吐量。

在图3所示的示例中，在强夹持期306中，将第一组夹持参数施加到esc。在本示例中，在强夹持期306的同时进行注入，其中第一组夹持参数被设置为900v/2hz。在注入结束时，例如，控制器发出命令以将esc定位在原位位置以准备移除工件。在接近注入结束时，例如，提供第一过渡期308，由此夹持电压随着夹持频率的增加而先后或并行地减小。在第一过渡区308中，工件和esc之间的夹持从强夹持转换到弱夹持。

在弱夹持期310中，夹持电压被控制到低电压，同时夹持频率增加(例如，从大约900v/2hz到100v/100hz)。在弱夹持期310(例如，第二组夹持参数被施加到esc)的同时，可以从esc移除工件。在本示例中注意到，从强夹持期306改变到弱夹持期310所需的时间不在工件处理的“关键路径(criticalpath)”中，因此，存在第一过渡期308，从而可以可靠地控制改变。然而，例如可以省略第一过渡期308，由此强夹持期306之后可以紧接着弱夹持期310。

例如，在第一过渡期308和/或弱夹持期310的同时，图1的控制器128可以被配置为评估esc120经历解夹持的模拟电容行为。例如，如果控制器128确定工件在具有很少的“粘附性”的情况下正常地解夹持，则可以执行工件的常规解夹持。然而，如果控制器128确定工件和esc展示出粘附性，则可以在弱夹持期310的同时施加第二组夹持参数(例如，低电压/高频率)，因此创建受控的低夹持力状态，用于有利地从esc移除工件和向esc更换工件。在另一示例中，施加第二组参数以用于移除每个工件。

例如，控制器118可命令esc和工件在所建立的第二组夹持参数(例如，弱夹持期310)的同时移动。一旦工件从esc移除，可以将另一工件放置在esc上，并且可以重新建立强夹持期306。第二过渡期312可以介于弱夹持期310和强夹持期306之间的转换之间，由此增加夹持电压，同时保持弱夹持期310的高频率。还设想了其它示例，例如改变夹持电压和夹持频率中的一个或二者。例如，可以提供零夹持期314，由此夹持电压和夹持频率二者都被设置为零，例如与将另一工件118放置在esc120上进行后续处理之前同时进行。

因此，上述方法用于协调控制器128的设置以创建非常弱的夹持的可再现状态，以便消除esc120处的不受控制的“粘附”行为。

根据另一方面，上述方法可以使用一个或多个通用计算机或基于处理器的系统中的计算机程序代码来实现。如图4所示，提供了根据另一个实施例的基于处理器的系统400的框图。基于处理器的系统400是通用计算机平台，并且可以用于实现本文所讨论的过程。基于处理器的系统400可以包括处理单元402，诸如台式计算机、工作站、膝上型计算机或为特定应用定制的专用单元。基于处理器的系统400可以配备有显示器418和一个或多个输入/输出设备420，例如鼠标、键盘或打印机。处理单元402可以包括中央处理单元(cpu)404、存储器406、大容量存储设备408、视频适配器412和连接到总线410的i/o接口414。

总线410可以是包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或视频总线的任何类型的若干总线体系结构中的一种或多种。cpu304可以包括任何类型的电子数据处理器，并且存储器306可以包括任何类型的系统存储器，诸如静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)或只读存储器(rom)。

大容量存储设备408可以包括被配置为存储数据、程序和其他信息并且使得数据、程序和其他信息可经由总线410访问的任何类型的存储设备。大容量存储设备308可以包括例如硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一种或多种。

视频适配器412和i/o接口414提供用于将外部输入和输出设备耦接到处理单元402的接口。输入和输出设备的示例包括耦接到视频适配器412的显示器418和i/o设备420，诸如耦接到i/o接口414的鼠标、键盘、打印机等。其他设备可以耦接到处理单元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)提供打印机的串行接口。处理单元402还可以包括网络接口416，其可以是到局域网(lan)或广域网(wan)422的有线链路和/或无线链路。

应当注意，基于处理器的系统400可以包括其他组件。例如，基于处理器的系统400可以包括电源、电缆、母板、可移除存储介质、壳体等。尽管未示出，但是这些其他组件被认为是基于处理器的系统400的一部分。

本公开的实施例可以例如通过由cpu404执行的程序代码来在基于处理器的系统400上实现。根据上述实施例的各种方法可以由程序代码实现。因此，本文中省略了显式讨论。

此外，应当注意，图1中的模块和设备以及图2和3的方法全部可以在图4的一个或多个基于处理器的系统400上实现。不同模块和设备之间的通信可以根据模块的实现方式而变化。如果模块在基于一个处理器的系统400上实现，则可以在由cpu404执行用于不同步骤的程序代码之间将数据保存在存储器406或大容量存储设备408中。然后，可以在各个步骤执行期间通过cpu404经由总线410访问存储器406或大容量存储设备408来提供数据。如果模块在不同的基于处理器的系统400上实现，或者如果要从另一个存储系统(例如分开的数据库)提供数据，则可以通过i/o接口414或网络接口416在系统400之间提供数据。类似地，由设备或级提供的数据可以通过i/o接口414或网络接口416输入到一个或多个基于处理器的系统300中。本领域普通技术人员将容易地理解在实现在变化的实施例的范围内设想的系统和方法中的其他变化和修改。

尽管已经针对某一实施例或多个实施例示出和描述了本发明，但是应当注意的是，上述实施例仅仅作为用于实现本发明的一些实施例的示例，并且本发明的应用不限于这些实施例。具体地，关于由以上描述的部件(组件、设备、电路等)执行的各种功能，除非另外指示，否则用于描述这些部件的术语(包括对“装置”的引用)意在与执行所描述的部件的指定功能的任何部件相对应(即，功能上等同)，即使结构上与执行本文中示出的本发明示例性实施例中的所述功能的所公开结构不等同。另外，虽然可能已经仅针对若干实施例中的一个实施例公开了本发明的具体特征，但是这种特征可以与其他实施例中的对于任何给定或具体应用而言可以是想要的和有利的一个或多个其它特征组合。因此，本发明不限于上述实施例，而旨在仅由所附权利要求及其等同物限制。