專利名稱：晶片夾持臺(tái)板和提升裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地是關(guān)于用于半導(dǎo)體處理設(shè)備的晶片夾持裝置，更具體地說(shuō)，是關(guān)于用在成批型離子注入器中的晶片夾持裝置。發(fā)明背景在成批型離子注入器中，許多晶片裝在一受冷卻的臺(tái)板上，這一臺(tái)板構(gòu)成旋轉(zhuǎn)的注入盤(pán)的一部分并且暴露于離子束，以便對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行摻雜。這種結(jié)構(gòu)布置使得可以用高電流的離子束來(lái)提高生產(chǎn)量，同時(shí)將晶片的溫度保持在允許的范圍內(nèi)。
迄今，人們已經(jīng)做了旨在通過(guò)消除沾染和交叉沾染來(lái)改進(jìn)離子注入技術(shù)的許多努力。
造成沾染的一個(gè)根源是積累的各種離子從暴露于離子束的晶片夾持器上濺落到晶片上。這些各種離子就是以前注入留下的交叉沾染物。
造成沾染的另一個(gè)根源是在晶片處理過(guò)程中各種微粒落在晶片上。大多數(shù)微粒是由對(duì)晶片的夾緊不當(dāng)產(chǎn)生的。在注入處理之前落積在晶片表面上的微粒對(duì)注入有遮擋作用。在注入之后落積在晶片上的微粒會(huì)引起隨后處理的晶片的沾染。
用于在離子注入過(guò)程中夾持晶片的早期裝置有的采用周邊夾緊機(jī)構(gòu)，例如帶有與晶片的的前表面接觸的夾緊環(huán)的機(jī)構(gòu)，有的采用離心夾緊裝置，將晶片夾持在受冷卻的臺(tái)板上。
由于要防止這兩種夾緊方式中微粒的形成和交叉沾染，在處理過(guò)程中必須保持晶片免受物理?yè)p傷。為避免晶片的破裂，應(yīng)先將它們精確地定位在轉(zhuǎn)盤(pán)上而后再將其夾緊于轉(zhuǎn)盤(pán)。
諸如夾緊環(huán)之類的周邊夾緊裝置遮斷了晶片的前表面的一部分且對(duì)微粒產(chǎn)生作用很敏感。由于飛濺的材料積累在夾緊環(huán)上，夾緊環(huán)將成為一個(gè)微粒沾染源。在注入處理過(guò)程中，夾緊環(huán)暴露于離子束并且成為一個(gè)從夾緊環(huán)向晶片表面的散落沾染源。而且，晶片的被夾緊環(huán)遮住的部分不能暴露于注入處理離子束。
離心夾緊方法消除了對(duì)接觸晶片表面的夾緊件的需要，并且減小了暴露于離子束的晶片夾持器在晶片平面以上的量。離心夾緊裝置可使晶片的整個(gè)表面得到離子處理。但是為了產(chǎn)生用于夾緊的足夠大的離心力，需要特殊的機(jī)械上很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
授予本專利的受讓人的題為“用于夾持晶片的裝置”的美國(guó)專利No.4,817,556揭示了一種旨在更好地利用晶片的表面并降低微粒產(chǎn)生和飛濺沾染作用的企圖。這一機(jī)構(gòu)基本上是設(shè)置在臺(tái)板的背面并且采用邊緣夾持。用一個(gè)有若干夾爪的彈性?shī)A頭通過(guò)其各夾爪接觸高出于臺(tái)板平面的晶片邊緣來(lái)夾持晶片。臺(tái)板有繞其圓周布置的多個(gè)槽口，每一槽口內(nèi)容納一個(gè)夾爪。夾頭的外面部分模鑄成一個(gè)彈性環(huán)并且由其支撐，以使夾頭能彈性地張開(kāi)，各夾爪向外運(yùn)動(dòng)，以便可將晶片裝放到臺(tái)板上。臺(tái)板上的那些槽口使彈性?shī)A頭及其彈性支撐環(huán)暴露于離子束。在夾頭動(dòng)作時(shí)，由離子束沉積產(chǎn)生的材料以及機(jī)構(gòu)中的磨損產(chǎn)生的微粒就被排出來(lái)并且可能落積在晶片的前表面上。
美國(guó)專利No.4,817,556中采用的一種用于將晶片裝放到注入轉(zhuǎn)盤(pán)的臺(tái)板上的多軸自動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)會(huì)造成一定量的定位誤差，尤其是在大的真空室內(nèi)操作時(shí)，很難達(dá)到完好的對(duì)準(zhǔn)。由夾頭的彈性變形產(chǎn)生的頗為有限的夾爪運(yùn)動(dòng)使這種結(jié)構(gòu)型式對(duì)定位誤差很敏感。任何一個(gè)錯(cuò)位夾緊的晶片都可能在注入處理過(guò)程中破碎，造成寶貴的材料的損失以及昂貴的用于清理注入器的停機(jī)時(shí)間。所以，應(yīng)該設(shè)法使晶片夾持機(jī)構(gòu)的動(dòng)作非?？煽浚ㄔ谙到y(tǒng)上進(jìn)行晶片錯(cuò)位夾緊檢測(cè)，以使夾錯(cuò)的晶片得以重新正確夾緊。
美國(guó)專利N.4,774,713描述了一種旨在解決定位問(wèn)題的企圖，它是通過(guò)感受由晶片的表面反射出來(lái)的平行光束來(lái)檢測(cè)晶片的位置，防止其錯(cuò)位夾緊。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)，必須在離子注入器的真空室內(nèi)部在距晶片表面足夠遠(yuǎn)處的一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)光源和一個(gè)光感受器，以便不妨礙轉(zhuǎn)盤(pán)從接裝晶片位置向注入位置的過(guò)渡。為確保對(duì)錯(cuò)位夾緊的晶片的可靠檢測(cè)，必須保持注入轉(zhuǎn)盤(pán)和傳感系統(tǒng)的各元件的精確對(duì)準(zhǔn)。盡管這種裝置能有效地防止晶片在裝放中的錯(cuò)位夾緊，也能避免晶片受到可能的物理?yè)p傷，但是晶片的夾緊仍是由一種周邊夾緊機(jī)構(gòu)來(lái)保持，這種夾緊系統(tǒng)包括一個(gè)有兩個(gè)臂的可縮放的彈簧施力的夾子，在裝放晶片時(shí)兩個(gè)臂與晶片接觸，其中，在使用運(yùn)行中，晶片的一部分被兩個(gè)臂遮住。暴露于離子束的兩個(gè)臂上會(huì)積累各種離子，它們將成為隨后的注入處理過(guò)程的交叉沾染物。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種以機(jī)械的方法將半導(dǎo)體晶片夾靠在特別用在成批離子注入器的轉(zhuǎn)盤(pán)上的臺(tái)板上的晶片夾持機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種，晶片夾持機(jī)構(gòu)，它能檢測(cè)晶片的夾緊，并通過(guò)減少其各構(gòu)成部分對(duì)離子束的暴露來(lái)降低晶片的沾染和交叉沾染作用，以及能避免晶片受到機(jī)械損傷。
本發(fā)明的這些和其他目的是用這樣一種晶片夾持機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到，它包括一個(gè)帶有擋墻的用于支承晶片的臺(tái)板；用于將晶片夾靠到臺(tái)板的擋墻上的夾緊裝置；用于使夾緊裝置作向著和遠(yuǎn)離臺(tái)板中心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的彈簧裝置和杠桿裝置；用于推動(dòng)杠桿裝置并使杠桿裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電絕緣的推桿裝置；以及與推桿聯(lián)合動(dòng)作的用于在夾緊裝置釋放了晶片之后將晶片提升而離開(kāi)臺(tái)板的提升裝置。在推桿脫離杠桿時(shí)對(duì)推桿位置的監(jiān)測(cè)可以給出晶片是否正確就位的指示，因而不需要各構(gòu)成部分的任何對(duì)準(zhǔn)。這種機(jī)構(gòu)的除夾緊裝置外的全部零部件都裝在臺(tái)板的背面，因而能防止它的暴露于離子束。
在下面結(jié)合附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明的原理的詳細(xì)描述中本發(fā)明的其它各方面也將變得明顯。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是用于將晶片可釋放地夾持在按照本發(fā)明構(gòu)造的成批離子注入器的轉(zhuǎn)盤(pán)上的裝置的詳細(xì)剖視圖。
圖2是本發(fā)明的用于夾持住晶片的裝置的部分剖切立體視圖。
圖3是用于本發(fā)明的晶片夾持機(jī)構(gòu)的晶片檢測(cè)系統(tǒng)的示意框圖。發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1示出了有一個(gè)晶片接受臺(tái)板1的晶片夾持裝置。臺(tái)板1安裝在成批處理離子注入系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)8上并且有多個(gè)通孔(未示)。臺(tái)板1有一用于暴露于離子注入束的前表面和一安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)8上的后表面。在臺(tái)板1的前表面的周邊上有以突起的圓弧部分形成的擋墻1A(見(jiàn)圖2)，其弧線與晶片2的圓周相匹配，以便擋住晶片2的圓周表面。
這一裝置還包括安裝在導(dǎo)套14內(nèi)的拉桿6。拉桿6的第一端向外伸并向上彎而延伸至臺(tái)板1的前表面。滾子7安裝在拉桿6的第一端上，并且使?jié)L子7和拉桿6的第一端處于臺(tái)板1的前表面以上，以使?jié)L子7能接觸到晶片2的邊緣。拉桿6的第二端連接于由殼體3支承的樞轉(zhuǎn)杠桿5。杠桿5以軸15為支點(diǎn)樞轉(zhuǎn)。彈簧4裝在殼體3內(nèi)。彈簧4提供使晶片2移動(dòng)而靠在臺(tái)板1的擋墻1A上所需的力并且?jiàn)A持住晶片2而使其在轉(zhuǎn)盤(pán)8翻轉(zhuǎn)到垂直位置時(shí)不會(huì)松落下來(lái)。指狀件9從杠桿5的側(cè)面向連接有拉桿6的那一面的反方向延伸到轉(zhuǎn)盤(pán)8的下方。杠桿5的下表面上固定有一平衡重塊10。這一裝置還包括彈簧施力的推桿機(jī)構(gòu)11，它與安裝在驅(qū)動(dòng)軸16上的晶片提升板13聯(lián)合動(dòng)作。提升板13上裝有多個(gè)提升銷(xiāo)12。
在使用運(yùn)行中，在轉(zhuǎn)盤(pán)處于水平位置時(shí)將晶片裝到注入室內(nèi)和從其中取出。使轉(zhuǎn)盤(pán)8轉(zhuǎn)動(dòng)，以使晶片臺(tái)板處于能接收向轉(zhuǎn)盤(pán)傳送過(guò)來(lái)的晶片的位置。具有適用于將晶片裝到臺(tái)板上的機(jī)構(gòu)的注入系統(tǒng)的一個(gè)例子以及典型工作過(guò)程概述見(jiàn)授予本發(fā)明之受讓人的美國(guó)專利No.4,817,556，這里將其引為參考。
在晶片裝入完畢之后，將轉(zhuǎn)盤(pán)8翻轉(zhuǎn)成近似垂直于離子束的垂向平面，以便進(jìn)行注入，并且隨后使轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。滾子7借助于彈簧4的力將晶片壓靠在擋墻1A。必須使轉(zhuǎn)盤(pán)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到約400轉(zhuǎn)/分以及晶片由離心力的作用被牢靠地夾持在臺(tái)板上時(shí)，同時(shí)也受離心力作用的平衡重塊10將克服彈簧4的偏置力并且通過(guò)樞轉(zhuǎn)杠桿5使拉桿6連同滾子7移離晶片2。在注入過(guò)程完畢且轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速降低之后，滾子7將回到其初始位置而將晶片夾持在位，而轉(zhuǎn)盤(pán)8也同時(shí)地被翻轉(zhuǎn)回水平位置，以便晶片2的成批卸下和再裝入。
為打開(kāi)晶片夾持機(jī)構(gòu)，可用連接于驅(qū)動(dòng)軸16(圖1)的直線作動(dòng)機(jī)構(gòu)將晶片提升板13連同提升銷(xiāo)12抬起。推桿11首先與指狀件9接觸并使樞轉(zhuǎn)杠桿5樞轉(zhuǎn)。從而拉伸彈簧4并使拉桿6連同滾子7一起移離晶片2的邊緣。提升板13的繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)將使提升銷(xiāo)12接觸晶片2并將其抬高至臺(tái)板表面之上，隨后晶片2可由自動(dòng)機(jī)械手裝取裝置取走。
在一個(gè)新的晶片由自動(dòng)機(jī)械手裝取裝置放在各提升銷(xiāo)12上之后，提升銷(xiāo)12下降而將這一晶片2下放到臺(tái)板1的表面上。晶片2放到臺(tái)板1上之后，銷(xiāo)子12繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，推桿11開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，指狀件9隨推桿11向下樞轉(zhuǎn)并保持與推桿11的接觸，直至滾子7接觸晶片2并將其鎖靠在臺(tái)板1的擋墻1A上。此后，指狀件9停止運(yùn)動(dòng)，推桿11和指狀件9之間的電接觸斷開(kāi)。電接觸的這一斷開(kāi)由晶片處理程序控制器20檢測(cè)，控制器20是一段還包括晶片存在傳感器21、伺服電機(jī)控制器22和電機(jī)23的常規(guī)檢測(cè)系統(tǒng)的一部分，如圖3所示。如果送到臺(tái)板1上的晶片2太大的錯(cuò)位，例如被放到了擋墻上或滾子上，它就不能被夾持住，滾子7將繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到其行程范圍的終點(diǎn)，而指狀件保持著與推桿11的電接觸。由于推桿機(jī)構(gòu)的位置是由晶處理處理程序控制器20連續(xù)監(jiān)測(cè)，所以可以檢測(cè)出在推桿11的行程終止之后電接觸是否斷開(kāi)，從而能夠判別晶片2是否夾持錯(cuò)位。
還應(yīng)注意到，這種晶片夾持機(jī)構(gòu)的各環(huán)節(jié)的幾何形狀是這樣的，即，要使拉桿6的運(yùn)動(dòng)接近于直線運(yùn)動(dòng)，從而減小滾子7和晶片2的邊緣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種晶片夾持裝置的大多數(shù)零部件都安裝在臺(tái)板的背面上，這可以大大地減少微粒的產(chǎn)生。
盡管已描述和圖示說(shuō)明了晶片夾持機(jī)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)施例，但是本發(fā)明不受限于所描述和圖示的各零部件的具體形式或結(jié)構(gòu)布置。可以做出各種變型和更改而不會(huì)超出本發(fā)明的范圍和精神。所以，在所附權(quán)利要求的范圍中，本發(fā)明可以用除已特別描述和圖示的之外的其它結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于將一個(gè)晶片夾持在一轉(zhuǎn)盤(pán)上的裝置，所述晶片有第一和第二兩個(gè)相對(duì)的邊緣以及前和后兩個(gè)平的表面，所述裝置包括用于支承晶片的臺(tái)板，所述臺(tái)板有用于與所述晶片的第一邊緣接觸的擋墻；安裝在所述臺(tái)板上用于相對(duì)于所述擋墻往復(fù)運(yùn)動(dòng)的夾緊裝置；可樞轉(zhuǎn)地連接于所述夾緊裝置的杠桿裝置；連接于所述杠桿裝置用于迫使所述夾緊裝置與所述晶片的第二邊緣接觸進(jìn)而將所述晶片的第一邊緣壓靠到所述臺(tái)板的所述擋墻上的彈簧裝置；為產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)而安裝的推桿裝置，所述推桿裝置向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)就推動(dòng)所述杠桿裝置，從而使所述夾緊裝置作遠(yuǎn)離所述擋墻的運(yùn)動(dòng)而釋放所述晶片，而向另一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)就脫離與所述杠桿裝置的接觸，這樣所述夾緊裝置就將晶片夾靠到所述臺(tái)板的所述擋墻上；與所述推桿裝置聯(lián)合動(dòng)作用于在所述夾緊裝置已釋放晶片之后將所述晶片提升離開(kāi)所述臺(tái)板的提升裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述臺(tái)板有一平的用于接觸支承所述晶片的平的背面的前表面并且還有多個(gè)通孔。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述夾緊裝置還包括一根有第一和第二兩端的拉桿；裝在所述拉桿的所述第一端上的滾子，其特征在于，在使用運(yùn)行中所述滾子接觸所述晶片的第二邊緣；一個(gè)套裝在拉桿上的導(dǎo)套。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述杠桿裝置包括一根杠桿，所述杠桿有第一和第二兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述拉桿的所述第二端可樞轉(zhuǎn)地連接于所述杠桿的所述第一側(cè)面的上部；一個(gè)指狀件，所述指狀件固定于所述杠桿的所述第二側(cè)面的下部，其特征在于，在使用運(yùn)行中，所述指狀件由所述推桿裝置推動(dòng)而使所述杠桿樞轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述提升裝置有多個(gè)提升銷(xiāo)，其特征在于，在使用運(yùn)行中，所述提升銷(xiāo)穿過(guò)所述通孔提升所述晶片。
6.一種用于將一個(gè)晶片夾持在一轉(zhuǎn)盤(pán)上的裝置，它包括一個(gè)臺(tái)板，所述臺(tái)板設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤(pán)上并有一突起的圓的部分，其特征在于，所述突起的圓的部分朝向所述轉(zhuǎn)盤(pán)的外側(cè)并形成一晶片裝放表面，所述裝放表面有多個(gè)穿通的孔；用于將所述晶片的位置調(diào)整到所述臺(tái)板的所述圓的部分的裝置；可樞轉(zhuǎn)地連接于所述調(diào)整裝置的杠桿裝置，所述杠桿裝置在使用運(yùn)行時(shí)傳遞將所述晶片移向所述圓的部分所需要的力；一個(gè)指狀件，所述指狀件作用于所述杠桿裝置，用于調(diào)節(jié)由所述杠桿裝置施加于所述調(diào)整裝置的力；晶片提升裝置，所述晶片提升裝置有一個(gè)帶有多個(gè)提升銷(xiāo)的板，所述各提升銷(xiāo)在所述板上布置成在使用運(yùn)行中所述各提升銷(xiāo)穿過(guò)所述晶片裝放表面的所述通孔，用于接受所述晶片并將其裝放到所述晶片裝放表面上；推桿裝置，所述推桿裝置安裝在所述晶片提升裝置的所述板上，向外伸并與所述指狀件相對(duì)，其特征在于，在使用運(yùn)行中，所述推桿裝置接觸推動(dòng)所述指狀件直至所述晶片被鎖靠到所述晶片裝放表面上。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述用于調(diào)整所述晶片的裝置包括一個(gè)導(dǎo)套；一根插裝在所述導(dǎo)套內(nèi)的拉桿，所述拉桿有穿過(guò)所述導(dǎo)套的第一和第二兩端，所述第一端向上彎至所述晶片裝放表面；一個(gè)裝在所述拉桿的所述第一端上的滾子，而且安裝在所述滾子的一小部分高出所述晶片裝放表面。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述杠桿裝置包括一根杠桿，所述杠桿有第一和第二兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面，所述拉桿的所述第二端可樞轉(zhuǎn)地連接于所述杠桿的所述第一側(cè)面；一安裝于所述杠桿的所述第二側(cè)面的殼體，所述殼體的頂面連接于所述臺(tái)板；設(shè)置在所述殼體內(nèi)的一根彈簧；固定于所述殼體的底面上的一平衡重塊，所述平衡重塊在使用運(yùn)行中在所述轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)由所述用于調(diào)整所述晶片的裝置夾持的所述晶片的離心運(yùn)動(dòng)起平衡作用。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述指狀件連接于所述杠桿的所述第二側(cè)面，與所述殼體相對(duì)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述推桿裝置是電絕緣于所述指狀件。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述臺(tái)板的所述圓的部分是與所述臺(tái)板構(gòu)成一個(gè)整體。
全文摘要
一種晶片夾持臺(tái)板和提升裝置包括用于支承晶片的臺(tái)板，臺(tái)板有用于與晶片的第一邊緣接觸的擋墻；安裝在臺(tái)板上用于相對(duì)于擋墻往復(fù)運(yùn)動(dòng)的夾緊裝置；樞轉(zhuǎn)地連接于夾緊裝置的杠桿裝置；使夾緊裝置與晶片的第二邊緣接觸而把晶片第一邊緣壓到臺(tái)板的擋板上的彈簧裝置；推桿裝置以及提升裝置，通過(guò)推桿脫離杠桿時(shí)對(duì)推桿位置監(jiān)測(cè)可以給出晶片是否正確就位的指示，因而無(wú)須各構(gòu)成部分對(duì)準(zhǔn)。本裝置除夾緊裝置外全部零件裝在臺(tái)板后，而防止暴露于離子束。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1110869SQ94190380
公開(kāi)日1995年10月25日 申請(qǐng)日期1994年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月14日
發(fā)明者阿夫拉姆·弗賴齊斯, 理查德·J·赫脫 申請(qǐng)人:凡利安同仁股份有限公司