TWI276195B - Wafer pedestal tilt mechanism - Google Patents

Description

1276195 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上是關於用於製造|導體晶圓㈤離子植入 機，特別是關於-種批次式離子植入機中的晶圓支禮台座 傾斜及扭轉機構。 【先前技術】 S離子植入機用於引入導電性改變的不純物進入半導體 晶圓。為了完成此目的，所需求之不純物材料經由一離子 源被離子〖，㈣加速，以形成指定之能量的離子束。缺 後i將離子束引至半導體晶圓的表面，以致於波束中的離 子牙透半導體材料，且埋入晶袼中 的區域。 ，成所欲之導電性 在半導體晶圓製造中，於这杰古 + “ 違成有效的離子植入機上有 ，要的考慮因素。一重要的因素是產能，或每單位時 間处理的晶圓數目。此外’日日日圓傳送時間、離子植 與機器停工時間是其他重要的考慮因素。 夺間 是以高傾斜角度植入的能力。高傾 要的因素 至…的範圍内-可使㈣構的推雜係二二？。 之下。因為某些電子裝置在晶圓上互相成為正六：阻礙 向’所以必須在四象限中的每一象限執行高：係疋 是，又希望能夠使晶圓繞一通過它的中、^乡雜。於 或扭轉。 t縱向軸線轉動 商用離子植入機通常包括二同 J i式的機器：串列式 1276195 與批次式。在串列式系統中，每次處理一晶圓。典型的批 次式離子植人機使用__旋轉圓盤，待處理的晶圓在旋轉圓 盤上安裝在位於圓盤之周緣的台座上。雖然現代的串列式 離子植入系統提供高傾斜角植入與晶圓轉動，但是與使用 機械式掃描系統的批次式系統相t匕，使用波束掃描之串列 式系統於劑量均句度方面具有一主要的缺點。此外，因為 批次式系統於單-植人過程中植人整批晶圓，所以離子束 產生的熱分佈在批次的晶圓之間，使得晶圓的冷卻比較容 易處理。耗批次式系統具有高晶圓產能的優點，但是先 刖技術的批-人式系統之一主要缺點是它們不提供高傾斜角 植入，當晶圓停留在圓盤上時，它們也不能使晶圓轉動。 此外，安置於旋轉圓盤之周緣的晶圓所造成的離心負載， 使糸統的機械複雜性大為增加。 因此，需要一種能夠提供高晶圓產能、均勻的劑量且 具有高傾斜角植人的能力之批次式植入系統。 【發明内容】 本發明之-特點為提供一配置於離子植入機中的晶圓 墊總成’曰曰曰圓可以被安裝在其上及被轉動或定標。晶圓墊 總成包含-晶圓支撐塾’其具有一上表面及一下表面，上 表面用於安裝晶圓。下表面可轉動地安裝至晶圓塾總成的 框架。晶圓支撐墊的下表面又包括一轉動式地連接至一軸 的凸緣；轴連接至一用於選擇性將軸定標的致動器，其中 晶圓支撐墊被轉動定標。 1276195 本發明之另一特點為提供一配置於離子植入機中的晶 圓墊總成，晶圓可以被安裝在其上及被傾斜。晶圓墊總成 包含一晶圓支撐墊，其具有一上表面及一下表面，上表面 用於安裝晶圓，下表面固接至一曲線形框架的内表面。曲 線形框架又包括一可轉動式地安裝至一外殼的對應匹配支 承表面中的外曲線形表面。曲線形框架連接至複數連桿， 用於轉動曲線形框架中的晶圓支撐墊。 專精於此技術的人從較佳實施例的下列詳細說明，及 鑑於附圖而思及實施本發明的最佳模式，可以容易了解及 明白本發明的這些與其他特點及優點。 【實施方式】 現在參考圖，圖1揭示—整體標示為的離子植入機 ，編，12、-束線總成14及-末站16。大體上 、Ί 12輸itj —離子束，且束線總成i 4調整 點與能量位準，且引莫亡έ0 A — ^ 卞采的焦 ^ 匕朝向女置於末站16的晶圓w〇 的摻=2注包入t"室具中有一Λ的離子源18，來自氣體箱20 以在源室中產生=。二 離子化的摻質氣體， 生正離子。一由南電壓供應源24 取電極22自湄f @ t ^ (、電的k ，、至k取正離子束26，且將所 速朝向一質量彳 取的離子加 使適當的電：：：：鐵28。質量分析磁鐵28的作用是只 。人貝里比之離子到達束線總成14。| b、 灰仏的波束路徑29之清空是由真 束線總成14 4 k &刊徒供。 成“匕括一正交透鏡32、一旗標法拉第以、 1276195 電^射^裝置36及一選擇性的離子束加速/減速電極（未 透鏡32使終端12輸出的離子束聚焦，而旗標 ，：第3“則量在系統設定期間的離子束特徵。選擇性的 ^電極可以用於使聚焦的離子束在植人位於末站 16的晶圓中以箭 4、由—、ά 加速或減速至所欲的能量位準。束線總 成1 4 供的波走了 (Λ? Β 1 , 果路仕之/月二疋由一或更多真空泵38提供 末站16包含一晶圓平台，諸如旋轉圓盤"，其上安 裝複數個晶圓W。提供—轉盤驅動機# 42，用於使圓盤轉 動二也提供一線性驅動機構44,用於使圓盤線性移動。一 機器手46經由一負載鎖定室48,將晶圓$裝載到圓盤4。 上。系統的操作由—位於末站16末端的操作者控制站5〇 控制。 旋轉圓盤40上的台座—晶圓安裝於其上一各包含一依 據本發明而構成的晶圓塾總成1GG，如圖2所示。晶圓墊 總成1GG提供⑴安裝於其上之晶圓w的高角度傾斜，範圍 在約零至約35度，及（ii)每一個別晶圓w的定標轉動（即 ，扭轉）。傾斜界定為晶圓w繞χ，y，z座標系統之χ軸的轉 動，座標系統在任何傾斜或不傾斜的位置通過晶圓的中心 ，且位於晶圓的平面内，如圖2所示。定標的轉動（即， 扭轉）界定為晶圓W的中心繞χ_ζ平面中之γ軸的轉動（在 圖4所示的不傾斜位置）。 晶圓墊總成100包含一晶圓支撐墊1〇2、一形狀允許 晶圓支#塾102之傾斜運動的晶圓墊半球形框架2〇〇、一 1276195 用於提供晶圓支撐墊102之傾斜與扭轉致動的傾斜/扭轉連 桿系統300。每一晶圓W經由一或更多傳統夾子（未顯示） 或專精於此技術的人習知的其他裝置，安裝及夾持至晶圓 支撐墊102。晶圓支撐墊1〇2可轉動地安裝至半球形框架 200，俾使它可繞γ軸轉動，而框架2〇〇停留在固定的位置 〇 晶圓支撐墊102包括一實質上平坦的圓形板，其具有 一上平坦表面1〇4,用以安裝一晶圓w於其上。晶圓支撐 墊又包括一下表面106，其具有一中央安裝凸緣1〇8，用以 連接至傾斜/扭轉連桿系統3〇〇，如以下更詳細說明者。晶 圓支撐墊102又包括一安裝在下表面1〇6上的圓周軸承 Π 0。圓周軸承被承接於一與真空（未顯示）隔離的角軸承 202中’以允許圓周軸承11〇及整個晶圓支撐墊1〇2獨立 於半球形框架200而繞γ軸轉動。角軸承202安裝於半球 形框架200上如以下更詳細說明者。 為了便利於晶圓支撐墊1〇2繞γ軸的扭轉（定標）作用 ’中央凸緣108的第一端部連接至第一萬向接頭120。萬 向接頭120連接至一伸縮多鍵軸i3〇，其可以由於晶圓支 樓塾10 2的傾斜運動而增加或減少長度。伸縮多鍵軸13 〇 的第二端部連接至第二萬向接頭135。第二萬向接頭135 連接至一中間軸14 〇，其具有一遠端，而滑輪1 5 〇安裝於 返端上。 /骨輪150具有第一與第二組溝槽152與154，用於個 別承接一推動纜線160與一拉動纜線162。纜線160與162 12 1276195 直接連接至一位於圓盤40中心的中央定標環或轂（ 本 \不顯示〕 。紱的獨立轉動促使纜線16〇與162在相反方向的 τ 獨 至動，以轉動滑輪1 5 0。滑輪1 5 0的轉動使軸J 3 姑去 ^ 140 轉動，繼而使晶圓支撐墊〗〇2以不連續的角增量轉動。。 以獲得90、18〇與270度（對於正交植入機而言）的定標= 動，或其他所需要的角位置。 π 重要的是注意，晶圓支撐墊102可以在任何傾斜或不 傾斜的位置扭轉（定標）。在任何位置，傾斜/扭轉連=系 統300之用於扭轉致動的部分，能夠經由滑輪15〇 ^軸 135、140及經由萬向接頭12〇、135，傳送來自纜線、 162的扭矩至晶圓支撐墊1〇2。第一與第二軸支撐軸承工几 與1 72支撐中間軸14〇(亦見於圖5)。 晶圓墊總成1 00又提供每一個別晶圓w繞它的個別幾 何中心之高傾斜角植入。晶圓墊總成1〇〇能夠提供晶圓墊 繞晶圓X軸之約〇至約仏35度範圍内的高傾斜。為了完 成傾斜運動，晶圓支撐墊102安裝至半球形框架2〇〇。2 球形框架_具有—連接至角軸承202的内表面2G3及一 外凸$表Φ 204 ’外凸形表面2〇4可轉動地安裝於外殼⑽ 的匹配内凹形表面41G中。框架200的外凸表® m滑動 嚙合於外殼的内凹表面410。磨損板接合至匹配的表面204 :4:0 ’纟包括具有低摩擦係數的材料’諸如類似鑽石的 人（DLC )鑽石狀的奴提供接近無摩擦、光滑的可滑動表 面0 如圖3A所示’ -或更多支擇臂21〇包括一安裝至半球 13 1276195 形框架200的第一端部212及一安裝至枕塊216的第二端 部214。枕塊包括一内部槽道，其尺寸與形狀適於滑動承 接一支撐執道220。支撐軌道安裝於外殼40Q上，且其形 狀可提供與匹配表面204、410相同的曲率半徑。於是，支 撐臂210、枕塊216與支撐執道220的作用是連結半球形 框架200至外殼400，及使框架2〇〇的外凸表面2〇4保持 匹配嚙合於外殼400的内凹表面41〇，以致於半球形框架 與晶圓支撐墊102可以繞X軸樞動。 ' 傾斜/扭轉連桿系統3〇〇之用於傾斜致動的部分在此稱 為「四連桿」系統’且設計成為使晶圓的幾何中心繞X轴 樞動或傾斜。四連；j：旱糸^； & & # 逆枰糸統包括苐一與第二對三角形構件 31 0a、b 及 320a、b(盆"一λ：ρ 4¾ ja- \ 起刼作）、一上傾斜臂330、一對 下傾斜臂340a、b及一拉動桿彻（見4)。位於每一對二 角形構件之間及上與下傾斜臂之間的是傾斜/扭轉連桿; 統300之用於扭轉致動的部分，如前述。 上傾斜臂330具有—枢動連接至凸緣334 332，凸緣334安F名束π 丨 女戒在+球形框架200的内表面336上。 傾斜臂330具有一位於第一立^ ^ 織Ρ州甘丄 牙332附近之約160度的肘 =二，其功能是提供傾斜連桿系統之轉動的餘 圖3Β所不’上傾斜臂33〇的中段335連 35〇,其連結第-組三角形構件襲、b的上端件 312a、b。上傾钭劈沾μ 上知邛或頂點 上頂斜# 330的第二端部337連 丄 件352，其連妹第—細—弟一父又構 、、口弟一、、且二角形構件32〇a、b 點322a、b。 j上$而4或頂 14 1276195 一：圖4所示，四連桿系統的每一下傾斜臂3·、Μ 有一安接至凸緣344a、b的第-端部342a、b，凸緣34^ 二二半第球形二：的内表* 336上。每-下傾斜臂 弟一编邛包括一叉形端部346a、b與348a、b。 ::端部346a、b連結至第一組三角形構件3i〇a、b的下 立而部3l4a、b。又形端部馳、b 件320a、b的下端部324a、b。 、，且一“構 :-個三角形構件310a、w、b具有相同的幾 \ ，其頂點在圖4中標示為”A，，、，，B”與”c”。每一個三 、車il構件兀&不為，A”的頂點柩動或轉動。上傾斜臂330之 ^半球形框架咖上的凸緣334(標示為B，）、下傾斜 中 =不為㈧、晶KW的幾何中心(圖"標示為Α，)形成 1 =構件lb與…相同的幾何關係。點A， 與圖2中的χ、γ、ζ軸之交點重合。 樞動二卜:每一個三角形構件3i〇a、b與32〇a、b的轉動 '車乂佳為與晶圓的幾何中心A，共線。此外，每一個 曰圓31()a'b與32Ga、b的枢動點B與c較佳為與 的樞動f"，及C，共線。也重要的是注意， 圓W雄/仏為⑨計成為具有偏置距離，，d”，其功能是使晶 :匕的幾何中心A，樞轉。偏置距離”d，，界定為自向量 每1 至樞動點A，的垂直距離1無偏置距離” d，，， 曰圓缺Γ角形構件將繞它的個別幾何中心樞轉，其將導致 曰曰固…幾何中心後方的某點樞轉。 15 1276195 四連桿系統致動器是拉動桿450，其與三角形構件 32〇a、b的下端部互相連接。拉動桿45〇的致動促使三角 形構件31〇a、b與320a、b繞它們的個別樞動點a轉動。 當每一個三角形構件310a、b與32〇a、b轉動時，上傾斜 臂330與下傾斜f 34〇協同工作，使半球形框架2〇〇與曰 圓W繞點A，轉動。 /、曰曰 也重要的是注意，傾斜/扭轉連桿系統3〇〇封閉於半球 形框架200與外殼4〇〇巾，其在大氣遷力狀況下操作。然 :’晶圓W安置於高真空環境中，典型上在托的: p白。所以’差動抽送的密封356設在半球形框架2〇〇的外 凸形表面204與外殼4〇〇的内凹形表面41〇之介面。 雖然已經參考特定實施例而說明本發明，但是此係為 :闡釋的目的而非加以限制，且此處顯示與說明之特定實 施例的其他改變與修改係專精於在附屬申請專利範圍中提 出之本發明所欲的精神與範嘴内之技術的Λ可以明白者。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 圖1是一離子植入系統的平面視圖，離子 可以併入本發明的晶圓塾總成； 。圖2是本發明的晶圓墊總成之切除側剖視圖，其中晶 圓墊顯示成為在傾斜的位置； 、 、圖3Α與3Β是顯示在不傾斜的位置之本發明的晶圓墊 〜成之立體後視圖’為了清楚起見’於圖Μ中移除一部 1276195 分外殼； 圖4是顯示在不傾斜的位置之本發明的晶圓墊總成之 切除側剖視圖； 圖5是不顯示外殼與傾斜機構之晶圓墊總成之立體後 視圖，圖中更詳細顯示定標機構； 圖6是晶固塾總成之後切除剖視圖，而 圖7是沿著圖6所示的線7-7方向所作的側剖視圖。 (二）元件代表符號 元件符號 名 稱 10 離子植入機 12 終端 14 束線總成 16 末站 18 離子源 20 氣體箱 22 提取電極 24 高電壓供應源 26 離子束 28 質量分析磁鐵 29 波束路徑 30 真空泵 32 正交透鏡 34 旗標法拉第 36 電子顯示機 17 1276195 38 真空泵 40 旋轉圓盤 42 轉盤驅動機構 44 線性驅動機構 46 機器手 48 負載鎖定室 50 操作者控制站 100 晶圓墊總成 102 晶圓支撐墊 104 上平坦表面 106 下表面 108 中央安裝凸緣 110 圓周軸承 120 第一萬向接頭 130 伸縮多鍵軸 135 第二萬向接頭 140 中間軸 150 滑輪 152 第一組溝槽 154 第二組溝槽 160 推動纜線 162 拉動纜線 170 第一軸支樓軸承 172 第二軸支撐軸承 1276195 200 半球形框架 202 角軸承 203 内表面 204 外凸形表面 210 支撐臂 212 第一端部 214 第二端部 216 安裝至枕塊 220 支撐執道 300 傾斜/扭轉連桿系統 310a 、 b 三角形構件 312a、b 上端部或頂點 320a、b 三角形構件 322a、b 上端部或頂點 324a、b 下端部 330 上傾斜臂 331 肘彎段 332 第一端部 334 凸緣 335 中段 336 内表面 337 第二端部 340a、b 下傾斜臂 342a、b 第一端部 19 1276195 344a 、 b 凸緣 346a、b 叉形端部 348a、b 叉形端部 350 第一交叉構件 352 第二交叉構件 356 密封 400 外殼 410 内凹形表面 450 拉動桿 A、B、C 三角形構件的頂點 A5 晶圓的幾何中心 B，、C， 樞動點 d 偏置距離 W 晶圓

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Claims (1)

1276195 ， 拾、申請專利範圍：I私年^壯1日修允正^ 1 ·種在一批次式離子植入機中之一旋轉圓盤的晶圓 墊總成，其包含： 一框架； 曰曰圓支撐墊，其具有一上表面及一下表面，上表面 用於安裝晶圓，下表面可轉動地安裝至該框架； 該晶圓支撐墊的下表面又包括一連接至一轉軸的凸緣 ’該轴連接至一用於選擇性轉動該轴的致動器，該晶圓支 撐墊係轉動式定標的。 φ 2·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該晶圓 支撐墊繞它的幾何中心轉動。 3 ·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該晶圓 支撐墊的上表面可以在真空狀況下操作，且該晶圓支撐墊 的下表面可以在大氣壓力狀況下操作。 4 ·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該凸緣 經由一萬向接頭連接至該軸。 5·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該軸又籲 包括一可配合該晶圓支撐墊傾斜之伸縮段。 6.如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該晶圓 支撐墊的下表面又包括一圓周軸承，其允許該晶圓支撐墊 轉動。 7-如申請專利範圍第5項之晶圓墊總成，其中該晶圓 支撐整的下表面具有一可轉動地安裝至外殼的對應曲線形 匹配支承表面中的外曲線形表面；且該外曲線形表面連接 21 1276195 至複數連桿’用於轉動曲線形框架中的晶圓支撐墊。 8·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該晶圓 支撐塾可以繞它的中心在約〇至約270度的範圍内轉動。 9·如申請專利範圍第1項之晶圓墊總成，其中該致動 為包含一滑輪與一對推動/拉動纜線。 10·—種在一批次式離子植入機中之一旋轉圓盤的晶圓 墊總成，其包含： 一晶圓支撐墊，其具有一上表面及一下表面，該上表 面用於女4曰曰圓’該下表面連接至一框架的内表面； β亥框木又包括一可轉動地安裝至外殼的匹配支承表面 中的外曲線形表面； "亥框木連接至複數連桿，用於轉動外殼中的框架。 力11·如申請專利範圍帛1〇項之晶圓塾總成，其中該框 木又括Jl與下凸緣，該上凸緣連接至一第一連桿的第 端邛，该第一連桿的第二端部連接至一樞動安裝至外殼 ，第二連桿的第_端部，該第二連桿的第二端部連接至一 第連杯的帛端部，該第三連桿的第二端部連接至該下 凸緣。 12·如申请專利範圍帛1〇項之晶圓墊總成，其中該晶 圓支撐墊又包括-可轉動地安裝至晶圓墊總成之框架的下 表面； • “日1]支撐墊的下表面又包括—連接至一轉軸的凸緣 晶 “軸連接至一用於選擇性轉動該轴的致動器，其中該 圓支撐墊係轉動式定標的。 22 1276195 1 3 _如申請專利範圍第10項之晶圓墊總成，其中該晶 圓支撐墊可以繞它的中心在約0至約+/-35度的範圍内傾 斜0 拾壹、圖式： 如次頁

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