CN101038005B - 螺栓和半导体制造装置 - Google Patents

Abstract

一种螺栓(300)，包括主体(310)和弹簧销钉(330)。主体包括栓头(311)和轴(312)。弹簧销钉包括基台部分(332)和末端部分(331)。轴包括外螺纹部分(312a)和中空部分(310c)。栓头包括顶部表面(311a)和在顶部表面上开的孔(310a、310b)。该孔连接到中空部分。基台部分被配置在中空部分中，以沿主体的轴线(S)移动。末端部分被配置在该孔中，以沿轴线移动。使弹簧销钉朝向栓头侧蓄能，由此末端部分突出超出顶部表面。末端部分电气连接到外螺纹部分。

Description

螺栓和半导体制造装置

技术领域

本发明涉及螺栓和半导体制造装置，特别地，涉及优选用于夹持晶片的晶片夹持设备的螺栓，其中离子束辐射到该晶片，并且涉及通过向晶片辐射离子束对晶片进行处理的半导体制造装置。

背景技术

制造半导体器件的一个重要的步骤是使用少量的化学元素掺杂半导体材料的步骤。已知离子注入是一种使用掺杂剂原子掺杂半导体晶片的方法。离子注入是一种用于掺杂半导体晶片的技术，其方法是，使掺杂剂原子离子化，使离子化的原子加速以形成具有所需能量的离子束，并且使离子束辐射到晶片的前表面。离子化的原子与半导体晶体的组成原子反复碰撞，并且最终停止在晶体中。

在离子注入中，晶片的不充分的接地引起了晶片带电，导致离子束对晶片的前表面的不均匀的辐射。结果，掺杂剂在晶片表面中的分布的均匀性变差，引起半导体器件的质量下降和产量损失。

日本公开专利申请(JP-A-Heisei 7-180053)公开了一种传统的晶片夹持设备，其使电荷从晶片的后表面放电到基台。

图1和2示出了根据日本公开专利申请(JP-A-Heisei 7-180053)的晶片夹持设备。图1示出了夹持晶片400的晶片夹持设备的截面视图。图2示出了晶片夹持设备的平面视图。在图2中，略去了晶片400。该晶片夹持设备安装在半导体制造装置中。

通常，在晶片400的前表面上形成了诸如抗蚀层的绝缘膜或者绝缘氧化物，并且因此，晶片400不能经由将晶片400的外围部分按压到基台401的夹钳403接地。此外，与晶片400的后表面接触的类似橡胶的弹性体402是电介质，并且因此，晶片400不能经由类似橡胶的弹性体402接地。

因此，在这样的晶片夹持设备中，通过在基台401中安装电传导材料的销钉404、弹簧405和盖罩406，在类似橡胶的弹性体402中制作通孔402a，并且将具有弹簧405的销钉404按压到晶片400的后表面以产生销钉404和后表面之间的接触，形成了放电通路。

当销钉404和弹簧405的滑动部分劣化，引起了销钉404的不顺畅的移动时，并且当销钉404和弹簧405的表面被污染，增加了销钉404和弹簧405的接触电阻时，应更换新的销钉404和弹簧405。

然而，当更换销钉404和弹簧405时，有必要从基台401移除盖罩406，用于移除旧的销钉404和弹簧405，并且将新的销钉404和弹簧405安装在基台401上，随后将盖罩406附装到基台401。因此，需要许多更换步骤。

特别地，在基台401固定到用于使晶片夹持设备旋转的电机轴的状态下，不能更换销钉404和弹簧405，此时需要从轴移除基台一次并且再将其附装到轴的步骤，并且因此，不能使用半导体制造装置的时段变长。

发明内容

本发明的一个目的是，提出了一种螺栓和一种半导体制造装置，其能够容易地更换用于使晶片接地的销钉。

在本发明的一个方面，一种螺栓，包括主体和弹簧销钉。主体包括栓头和轴。弹簧销钉包括基台部分和末端部分。轴包括外螺纹部分和中空部分。栓头包括顶部表面和在顶部表面上开的孔。该孔连接到中空部分。基台部分被配置在中空部分中，以沿主体的轴线移动。末端部分被配置在该孔中，以沿轴线移动。使弹簧销钉朝向栓头侧蓄能，由此末端部分突出超出顶部表面。末端部分电气连接到外螺纹部分。

在本发明的另一方面，一种半导体制造装置，包括用于夹持晶片的晶片夹持设备、用于将离子束辐射到晶片的离子束辐射装置、支撑晶片夹持设备的支架、和将晶片夹持设备紧固到支架的螺栓。该螺栓包括主体和弹簧销钉。主体包括栓头和轴。轴包括外螺纹部分和中空部分。弹簧销钉包括基台部分和末端部分。栓头包括顶部表面和在顶部表面上开的孔。该孔连接到中空部分。基台部分被配置在中空部分中，以沿主体的轴线移动。末端部分被配置在该孔中，以沿轴线移动。支架包括内螺纹部分，其中旋接了外螺纹部分。该晶片夹持设备包括具有支撑表面的基台。支撑表面接触晶片的后表面。基台包括在支撑表面中开的锪孔，以及将该锪孔连接到内螺纹部分的轴孔。栓头配置在锪孔中。使弹簧销钉朝向栓头侧蓄能，由此末端部分突出超出顶部表面。末端部分电气连接到外螺纹部分。使支架接地。

本发明使得易于更换用于使晶片接地的销钉。

附图说明

通过下面的描述，结合附图，本发明的上面的和其他的目的、优点和特性将是更加显而易见的，在附图中：

图1是示出了传统的晶片夹持设备的截面视图；

图2是示出了传统的晶片夹持设备的平面视图；

图3示出了根据本发明的第一实施例的半导体制造装置；

图4是示出了根据本发明的第一实施例的晶片夹持设备的平面视图；

图5示出了根据本发明的第一实施例的晶片夹持设备的截面视图；

图6示出了示出了根据本发明的第一和第二实施例的螺栓；

图7是示出了根据本发明的第二实施例的晶片夹持设备的平面视图；以及

图8是示出了根据本发明的第二实施例的晶片夹持设备的截面视图。

具体实施方式

现将通过参考说明性实施例描述本发明。本领域的技术人员应认识到，使用本发明的教授内容可以实现许多可替换的实施例，并且本发明不限于出于解释性目的而说明的实施例。

下面将通过参考附图描述本发明的实施例。

(第一实施例)

图3示出了根据本发明的第一实施例的半导体制造装置100。半导体制造装置100包括用于在真空容器11中夹持晶片14的晶片夹持设备200、用于支撑晶片夹持设备200的支架15以及用于将离子束13辐射到晶片14的离子束辐射装置12。当支架15是电机16(诸如旋转角电机)的轴时，晶片14可以同晶片夹持设备200一起旋转。电机16包括：轴承161，用于支撑支架15，以使支架15能够旋转；以及机架162，其配备有轴承161。轴承161由滚珠轴承示例。支架15经由轴承161和机架162接地。

半导体制造装置100由离子注入装置、离子束刻蚀装置和使用离子束的溅射装置示例。

将参考图4～6描述晶片夹持设备200和螺栓300，螺栓300是内六角圆柱头螺栓，并且将晶片夹持设备200紧固到支架15。

图4和5分别示出了晶片夹持设备200的平面视图和截面视图。晶片夹持设备200具有基台210，其配备有晶片支架部件211。根据第一实施例，晶片支架部件211是绝缘橡胶。晶片支架部件211的支撑表面211a面对晶片14的后表面14b并且与之接触。晶片14包括与后表面14b相反的前表面。离子束13辐射到前表面14a。晶片夹持设备200包括夹具环251、环形板252、连接轴253和弹簧254。夹具环251将晶片14的外围部分按压到基台210。基台210配置在环形板252和夹具环251之间。连接轴253延伸通过基台210中的通孔212。连接轴253的一个末端同夹具环251连接，另一末端同环形板252连接。弹簧254在基台210和环形板252之间蓄能，以保持其之间的距离。换言之，夹具环251通过作用于环形板252的弹簧254的蓄能力，将晶片14按压到基台210。结果，后表面14b与支撑表面211a紧密接触。支撑表面211a用作用于安置晶片14的安置面。

晶片夹持设备200由支架15支撑。基台210配置在晶片支架部件211和支架15之间。支架15具有内螺纹部分150，其连接到基台210中的通孔213。通孔213具有锪孔213a和轴孔213b。锪孔213a贯穿晶片支架部件211，并且在支撑表面211a中开口。在锪孔213a的底部开轴孔213b。轴孔213b使锪孔213a同内螺纹部分150连接。

基台210和支架15具有通孔213和内螺纹部分150的多个耦合。在每个耦合中，配置了螺栓300或者螺栓301。螺栓301是内六角圆柱头螺栓。基台210和支架15通过一个螺栓300和三个螺栓301紧固。螺栓300具有触及后表面14b的弹簧销钉330。螺栓301不具有弹簧销钉。

使用内六角圆柱头螺栓，诸如螺栓300和301，将基台210固定到支架15，允许使锪孔213a的直径较小，并且允许使接触晶片支架部件211的晶片14的面积较大。因此，可以防止晶片14的变形。

基台210具有管道(图4和5中未示出)，其中冷却剂流动，用于冷却晶片14。自支架15提供冷却剂，其在基台210的管道中流动，由晶片14吸收热量，并且返回到支架15。

图6示出了螺栓300的截面视图。螺栓300具有主体310、弹簧320、弹簧销钉330和弹簧固定部件340。主体310具有栓头311和轴312。栓头311具有在栓头311的顶部表面311a中开的六角形槽(内六角形孔)310a。轴312具有外螺纹部分312a和中空部分310c。栓头311中的连接孔310b使六角形槽310a同中空部分310c连接，并且在六角形槽310a的底部中开口。弹簧销钉330具有：基台部分332，其可以在中空部分310c中沿主体310的轴线S移动；以及末端部分331，其同基台部分332连接。末端部分331插入到连接孔310b中，以到达六角形槽310a。中空部分310c具有轴312的末端中的开口310d。弹簧固定部件340，其固定到轴312的末端，将开口310d封闭。配置在基台部分332和弹簧固定部件340之间的中空部分310c中的弹簧320由基台部分332朝向栓头侧311蓄能。弹簧320是螺旋状压缩弹簧。

当在开口310d中制作内螺纹并且将作为固定螺钉的弹簧固定部件340旋入开口310d中时，可以容易地制作螺栓300。

主体310、弹簧320、弹簧销钉330和弹簧固定部件340由电传导材料制成，其由诸如不锈钢的金属示例。

图6示出了垂直于轴线S的虚拟面L1～L5。在从栓头311观察轴312的方向中，虚拟面L1～L5以此顺序配置。虚拟面L3指出了顶部表面311a的位置。虚拟面L5指出了栓头311的轴承表面311b的位置。当栓头300将基台210紧固到支架15时，虚拟面L5还指出了锪孔213a的底部位置。

末端部分331和基台部分332具有圆柱的形状。连接孔310b具有圆形截面。末端部分331的直径小于连接孔310b的内直径。基台332的直径大于连接孔310b的内直径。因此，弹簧销钉330，其由弹簧320蓄能，停止在如下位置，其中弹簧销钉330的末端表面331a位于虚拟面L1上。此时，末端部分331突出超过顶部表面311a。

当使用螺栓300将基台210紧固到支架15时，螺栓300插入到通孔213中，使用六角形扳手(未示出)使外螺纹部分312a旋入并紧固到内螺纹部分150，直至轴承表面311b接触锪孔213a的底部。此时，通过六角形扳手压下弹簧销钉330，并且末端表面331a位于由虚拟面L4指出的位置。

将晶片14安装在支撑表面211a上，以使后表面14b同支撑表面211a紧密接触，导致了晶片14将弹簧销钉330压下到如下位置，其中末端表面331a位于由虚拟面L2指出的位置。此时，虚拟面L2指出了支撑表面211a和后表面14b的位置。

在该状态下，由弹簧320使弹簧销钉330蓄能，并且因此，后表面14b稳固地接触末端表面331a。此外，螺栓300将基台210紧固到支架15，并且因此，外螺纹部分312a稳固地接触内螺纹部分150。此外，使弹簧320压缩，并且因此，弹簧320稳固地接触基台332和弹簧固定部件340。并且，如果弹簧固定部件340旋入到开口310d，则弹簧固定部件340稳固地同轴312接触。因此，晶片14稳固地接地。

螺栓300直接连接至接地支架15。因此，在从晶片14到地的放电通路中存在很少的按压接触(face contacts)。结果，降低了由于接触失效引起的晶片14不充分接地的概率。

因此，半导体制造装置100具有保持晶片14接地的高度可靠性。因此，抑制了晶片14上的电荷积累，并且离子束13均匀地辐射到前表面14a。因此，改善了由半导体制造装置100制造的半导体器件的性能和产量。而且，由于不需要频繁维护用于保持晶片14的良好的接地状态，因此，提高了半导体制造装置100的操作速率。

当末端表面331a被污染时，并且当弹簧销钉330滑动不顺畅时，所需要的只是更换新的螺栓300。由于触及晶片14的弹簧销钉330和使弹簧销钉330蓄能的弹簧320被制造为单元，并且由于通过螺纹附装和分离螺栓300，因此可以容易地更换螺栓300。而且，更换螺栓300不需要从支架15移除基台210，并且因此，可以在短时间中更换螺栓300。

在图4和5中，使用一个螺栓300和三个螺栓301将基台210紧固到支架15。然而，可以使用两个螺栓300和两个螺栓将基台210紧固到支架15。使用多个螺栓300，即使在一个螺栓300的末端表面331a被污染的情况中，仍能够利用其他的螺栓300使晶片14接地。

如果需要，可以改变螺栓300和螺栓301的数目和配置。

(第二实施例)

对于半导体制造装置100，当不需要晶片14旋转时，可通过静电吸附夹持晶片14。

图7和8分别示出了根据本发明的第二实施例的晶片夹持设备200′的平面视图和截面视图。晶片夹持设备200′具有与根据第一实施例的晶片夹持设备200共同的元件。这些元件由与针对第一实施例使用的符号相同的符号标出。将省略这些元件的描述。

晶片夹持设备200′在真空容器11中夹持晶片14。晶片夹持设备200′具有基台210，其通过螺栓300和螺栓301紧固到支架15。根据第二实施例，支架15可以不是电机16的轴。当支架15不旋转时，支架15可以直接接地。

晶片夹持设备200′具有双极类型的静电卡盘260。静电卡盘260包括晶片支架部件211以及直流电源255和256。根据第二实施例的晶片支架部件211是具有配置在相同面上的两个电极板211b和211c以及覆盖电极板211b和211c的绝缘层211d的板。晶片14安装在晶片支架部件211上。直流电源255向电极板211b施加正电压，在晶片14和电极板211b上感生了相反极性的电荷。直流电源256向电极板211c施加负电压，在晶片14和电极板211c上感生了相反极性的电荷。通过晶片支架部件211上的静电吸附夹持晶片14，导致了后表面14b紧密地接触支撑表面211a。

在根据本发明的第一和第二实施例中，描述了具有弹簧销钉330的内六角圆柱头螺栓。然而，该弹簧销钉还可以应用到六角头螺栓。

显而易见，本发明不限于上面的实施例，并且可以在不偏离本发明的前提下进行修改和变化。

Claims (6)

1.一种内六角圆柱头螺栓，包括：

主体，其包括栓头和轴；和

弹簧销钉，其包括基台部分和末端部分，

其中所述轴包括部分外螺纹和中空部分，

所述栓头包括顶部表面和在所述顶部表面上开的孔，

所述孔连接到所述中空部分，

所述基台部分被配置在所述中空部分中，以沿所述主体的轴线移动，

所述末端部分被配置在所述孔中，以沿所述轴线移动，

使所述弹簧销钉朝向所述栓头侧蓄能，由此所述末端部分突出超出所述顶部表面，

所述末端部分电气连接到所述部分外螺纹，

一部分所述孔是六角形孔，以及

所述的一部分所述孔在所述顶部表面中开口。

2.权利要求1的内六角圆柱头螺栓，进一步包括：

固定螺钉；和

螺旋压缩弹簧，

其中所述固定螺钉旋入所述中空部分的开口部分，

所述开口部分在所述轴的末端开口，并且

所述螺旋压缩弹簧配置在所述基台部分和所述固定螺钉之间的所述中空部分中。

3.一种半导体制造装置，包括：

用于夹持晶片的晶片夹持设备；

用于将离子束辐射到所述晶片的离子束辐射装置；

支撑所述晶片夹持设备的支架；和

将所述晶片夹持设备紧固到所述支架的内六角圆柱头螺栓，

其中所述内六角圆柱头螺栓包括主体和弹簧销钉，

所述主体包括栓头和轴，

所述轴包括部分外螺纹和中空部分，

所述弹簧销钉包括基台部分和末端部分，

所述栓头包括顶部表面和在所述顶部表面上开的孔，

所述孔连接到所述中空部分，

所述基台部分被配置在所述中空部分中，以沿所述主体的轴线移动，

所述末端部分被配置在所述孔中，以沿所述轴线移动，

所述支架包括部分内螺纹，其中旋接了所述部分外螺纹，

所述晶片夹持设备包括具有支撑表面的基台，

所述支撑表面接触所述晶片的后表面，

所述基台包括在所述支撑表面中开的锪孔，以及将所述锪孔连接到所述部分内螺纹的轴孔，

所述栓头配置在所述锪孔中，

使所述弹簧销钉朝向所述栓头侧蓄能，由此所述末端部分突出超出所述顶部表面，

所述末端部分电气连接到所述部分外螺纹，

所述支架接地，

一部分所述孔是六角形孔，以及

所述的一部分所述孔在所述顶部表面中开口。

4.权利要求3的半导体制造装置，其中所述支架是电机的轴。

5.权利要求4的半导体制造装置，其中所述晶片夹持设备包括夹具环，其将所述晶片的外围部分按压到所述基台。

6.权利要求3的半导体制造装置，其中所述晶片夹持设备包括双极类型的静电卡盘。

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