一种用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具的制作方法

1.本实用新型属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具，其适用于离子注入设备。


背景技术：

2.静电吸盘在半导体制造领域应用广泛，它是一种通过静电感应原理产生感应电荷来吸住晶圆的装置。其工作原理为：当电极通电后介质层产生感应电荷，该电荷诱发晶圆感应出等量对应电荷，两种电荷相互吸引，从而使得晶圆被牢牢吸住；当电极断电后，感应电荷消失，晶圆即可被机械手取走。
3.在半导体量产的过程中，机械手经常会遇到以下问题，（1）电极断电后机械手无法将晶圆顺利取走，究其原因是因为电极断电后晶圆背面还存在残余电荷，该电荷使得晶圆依然吸附在静电吸盘上；（2）对于一些特殊制程的晶圆，由于晶圆背面还存在非纯硅薄膜，这些薄膜容易捕获电荷，使得机械手无法从静电吸盘上取走晶圆。对此，目前一般采用在静电吸盘与晶圆之间通入少量气体的方式，但这种做法时常导致晶圆向上弹起、位置发生偏移，甚至掉落，导致后续工艺无法顺利进行。
4.此外，对于超低温离子注入工艺，晶圆在进行离子注入时处于所需的超低温（温度低于-50摄氏度），而此过程中晶圆也需要由静电吸盘进行固持、翻转和移动，这便会带来如下问题：若静电吸盘的吸附力较大，晶圆能够被稳固吸住，但晶圆与静电吸盘间的实际接触面积也会有所增加，进而热传导较快，晶圆的温度会逐渐升高，导致超低温离子注入效果变差；若静电吸盘的吸附力较小，当晶圆被翻转至垂直于水平面时，可能在重力作用下发生位置偏移甚至掉落。
5.因此，急需对现有运移静电吸盘的装置或传统静电吸盘固持晶圆的方式进行改进或改进优化。


技术实现要素：

6.基于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具，其适用于离子注入设备，尤其适用于进行超低温离子注入工艺的设备，为晶圆提供辅助夹持，有效防止晶圆位置发生偏移。
7.依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具，晶圆机械辅助夹具设置于静电吸盘的下表面，晶圆机械辅助夹具包括安装基板，安装基板固定设置于静电吸盘的下表面，静电吸盘的上表面与晶圆接触；安装基板的中心位置开设有一通孔，该通孔下方固定设置有升降机构，升降机构中作升降运动的部分与牵引绳的末端固定连接，从而控制牵引绳的拉动和释放；在安装基板上还设置有滑轮，滑轮位于滑杆和升降机构运动方向相交处附近。
8.在一具体实施例中，安装基板与静电吸盘采用固定连接方式连接。
9.在又一具体实施例中，安装基板粘接固定静电吸盘。
10.优选实施方式中，安装基板与静电吸盘采用螺栓连接方式连接，或者安装基板与静电吸盘采用可拆卸连接方式连接。
11.进一步地，在静电吸盘的背面开设一个或多个具有内螺纹的盲孔，在安装基板上开设相应的通孔，螺栓穿过通孔旋入盲孔中。
12.进一步地，安装基板边缘位置处设置有若干夹子，夹子夹持到晶圆的边缘。
13.优选地，夹子为均匀分布的三个夹子。
14.进一步地，若干夹子围绕构成的虚拟内接圆直径大于静电吸盘的直径。
15.一具体实施例中，夹子通过夹子限位滑动机构实现滑动。
16.进一步地，夹子限位滑动机构包括形状相匹配的滑杆和套筒。滑杆的外径等于或略小于套筒的内径，滑杆同轴地贯穿于套筒中，并能够在套筒的限制下沿其轴线方向顺畅滑动。
17.与现有技术相比，本实用新型的用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具的有益技术效果如下：
18.1、本实用新型的用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具，通过若干夹子对晶圆进行夹持固定，当晶圆无法顺利与静电吸盘分离时，在晶圆与静电吸盘间通入气体后，晶圆不会被吹飞；随后将夹子松开即可通过机械手抓取晶圆继续后续工艺，保证了离子注入工艺的顺利进行。
19.2、对于超低温注入工艺，由于本实用新型的方案具有夹子进行辅助夹持，静电吸盘仅提供较小的吸附力即可，进而静电吸盘与处于超低温的晶圆在微观角度上实际接触面积很小，热传导速度较慢，保证晶圆在注入过程中能够基本保持在所需的超低温。
20.3、本实用新型的用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具结构简单实用，能够可拆卸地安装在现有的静电吸盘上，使用灵活、方便，且成本较低。
附图说明
21.图1为晶圆机械辅助夹具部分的结构示意图。
22.图2为图1的右部放大图。
23.图3为图1中晶圆机械辅助夹具部分的俯视结构示意图。
24.图中附图标记所指示的部件名称如下：
25.s：晶圆；j：静电吸盘；4201：夹子；4202：滑杆；4203：套筒；4204：第一复位弹簧；4205：牵引绳；4206：滑轮；4207：升降杆；4208：升降滑块；4209：丝杆；4210：安装基板；4211：第二复位弹簧；4212：导轨；4213：马达。
具体实施方式
26.下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.本实用新型提供一种用于离子注入的单片晶圆机械辅助夹具，其适用于晶圆的离子注入工艺中，具体地所述单片晶圆机械辅助夹具辅助用于静电吸盘，其结构请参阅图1至
图3。晶圆机械辅助夹具设置于静电吸盘j的下表面。晶圆机械辅助夹具包括安装基板4210，安装基板4210固定设置于静电吸盘j的下表面，静电吸盘j的上表面与晶圆s接触。具体的，安装基板4210与静电吸盘j采用固定连接方式连接，例如粘接等方式固定均可；优选的，如图1所示，采用螺栓连接方式，在静电吸盘j的背面开设一个或多个具有内螺纹的盲孔，在安装基板4210上开设相应的通孔，螺栓穿过通孔旋入盲孔中；这样螺栓可拆卸，便于调整、修理、更换。
28.安装基板4210边缘位置处设置有若干夹子4201，其数量为二个以上，优选的，其数量为单数，进一步优选的，如图3所示，为均匀分布的三个。每个夹子4201均通过夹子限位滑动机构与安装基板4210相连接并位于静电吸盘j的下方，而夹子4201的顶端的位置高于静电吸盘j吸附晶圆s后晶圆s的上表面（晶圆s与接触面相对的另一面），从而保证夹子4201能够夹持到晶圆s的边缘。若干夹子4201围绕构成的虚拟内接圆的圆心与静电吸盘j圆心相同，若干夹子4201围绕构成的虚拟内接圆直径大于静电吸盘j的直径。夹子4201通过夹子限位滑动机构实现滑动，使若干夹子4201所在位置的内接圆直径增大或缩小，从而实现对晶圆s的夹紧和释放。
29.具体一实施例中，如图2所示，夹子限位滑动机构包括形状相匹配的滑杆4202和套筒4203。滑杆4202的外径等于或略小于套筒4203的内径，滑杆4202同轴地贯穿于套筒4203中，并能够在套筒4203的限制下沿其轴线方向顺畅滑动。套筒4203的一侧与安装基板4210固定连接，套筒4203的另一侧不超过静电吸盘j的下表面。滑杆4202上具有直径小于其余部分的一段，该端外、套筒4203内设置有第一复位弹簧4204，第一复位弹簧4204的一端与滑杆4202固定连接，另一端与套筒4203固定连接。例如图2所示实施例中，滑杆4202靠近安装基板4210中心位置的一侧为直径小的一段。夹子4201通过例如螺钉方式与滑杆4202固定连接，滑杆4202另一端固定设置有牵引绳4205。这样，当向内拉动牵引绳4205时，第一复位弹簧4204被挤压，夹子4201将晶圆s夹紧；当撤去拉力，第一复位弹簧4204恢复，夹子4201亦恢复至原位，将晶圆s释放。安装基板4210的中心位置开设有一通孔，该通孔下方固定设置有升降机构，升降机构中作升降运动的部分与牵引绳4205的末端固定连接，从而控制牵引绳4205的拉动和释放。优选的，在安装基板4210上还设置有滑轮4206，滑轮4206位于滑杆4202和升降机构运动方向相交处附近，牵引绳4205搭在滑轮4206上，并在各部件运动过程中始终与滑轮4206相接触，从而降低摩擦力，使夹子4201运动更顺畅。
30.在一实施例中，请参阅图1、图2，升降机构包括升降套管和作升降运动的升降杆4207，升降套管沿安装基板4210的通孔边缘向下（背离静电吸盘j的方向）延伸设置，升降套管中设置升降杆4207，升降杆4207与牵引绳4205固定连接。例如，如图1所示，升降杆4207上端开设有数量及位置与夹子4201相对应的、贯穿的小孔，牵引绳4205穿入其中并通过粘接、绳结、卡扣等方式固定。优选的，还包括第二复位弹簧4211，套设于升降杆4207外、升降套管内，第二复位弹簧4211一端与升降套管或安装基板4210固定连接，另一端与升降杆4207固定连接。进行夹紧操作时，升降杆4207在外力作用下向下运动，第二复位弹簧4211被拉伸；释放时，撤去外力，升降杆4207被第二复位弹簧4211拉回至初始位置。
31.进一步的，如图1所示，升降机构还包括升降滑块4208、丝杆4209和马达4213，升降套管中靠下的一段为导轨4212，其内侧面形状及大小与升降滑块4208的外侧面相匹配，使升降滑块4208只能够在导轨4212的限位作用下顺畅地做升降运动。在一实施例中，马达
4213为线性马达，马达4213与丝杆4209固定连接，丝杆4209与升降滑块4208通过螺纹固定连接，由马达4213直接地控制升降滑块4208上升或下降。另一实施例中，马达4213为转子马达，与丝杆4209固定连接，丝杆4209与升降滑块4208螺纹连接；升降滑块4208的截面形状为圆形以外的形状，例如为多边形或其他不规则形状，导轨4212的截面形状与之相对应，从而升降滑块4208无法在导轨4212中旋转；马达4213控制丝杆4209沿其轴线沿顺/逆时针旋转，由于螺纹的配合，升降滑块4208会在导轨4212作相应的升降运动。
32.可以想到的是，上述升降机构的目的为控制牵引绳4205的末端运动，以上仅以图示实施例进行说明，能实现类似功能的其他具体结构均可。
33.优选的，夹子4201由热固性聚酰亚胺（vespel）材料制成，避免产生金属污染，此材料为现有技术，广泛用于集成电路刻蚀和化学气相沉积（cvd）等真空设备中；套筒4203、升降套管等的材料例如为石英。
34.本实用新型的晶圆机械辅助夹具可直接安装在现有离子注入机上的静电吸盘上，且不会造成注入金属污染。具有晶圆机械辅助夹具的静电吸盘实现了对晶圆吸紧及松开过程中的辅助固定，当电荷残留导致晶圆不能被顺利抬起，而不得不在晶圆及静电吸盘之间的间隙通入气体时，晶圆由于被夹具固定而不再偏移或掉落。所有的夹具机构都位于静电吸盘的背面，不会被离子束打到；所有的运动部件都被限制在石英套管内，从而保证颗粒不会迁移到晶圆上。
35.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。