專利名稱：降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子注入制程中的制程控制，特別涉及一種降低晶圓在離子注入制程
中的溫度升高的裝置及方法。
背景技術(shù)：
離子注入是一種把原子或分子引入目標(biāo)工件襯底的制程，此制程通常被稱為摻 雜，它改變了材料的屬性。離子注入是一個在大規(guī)模集成電路的制造中常見的制程，離子注 入也可用于薄膜沉積等與制造光學(xué)儀器或顯示儀器(如平板顯示器)等相關(guān)的制造工藝， 離子注入還應(yīng)用于SOI(SiliconOn Insulator)晶圓的制造。一個典型的離子注入機(jī)包括一 個產(chǎn)生離子束的離子源；一個離子束傳輸系統(tǒng)，它包括使用離子束質(zhì)量分析系統(tǒng)和其它的 電磁裝置；以及一個靶室，用于處理將植入離子束的半導(dǎo)體硅晶片。具有一定能量的離子束 進(jìn)入到基片的半導(dǎo)體材料中，并嵌入半導(dǎo)體材料的晶格中。離子束在目標(biāo)工件表面的均勻 注入是由離子束和目標(biāo)工件的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。離子束可以是圓點(diǎn)狀束，也可以是寬帶 離子束，也可以是掃描準(zhǔn)寬帶離子束。目標(biāo)工件及其工件臺的構(gòu)成和運(yùn)動方式各種各樣，可 以是多片晶圓旋轉(zhuǎn)盤，可以是單片晶圓靜電吸盤，工件臺在圍繞離子束做一維或二維運(yùn)動， 以達(dá)到均勻注入的目的。SOI是一種層狀半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在一般的硅襯底內(nèi)部有一絕緣層。絕 緣層的材料可以是Si02，SiN。 SOI技術(shù)降低了晶體管的充放電時間，降低源漏極電容，并可 能被用來減少電路的尺寸。SOI晶圓的制備技術(shù)之一是氧離子注入。另一種制備SOI晶圓 的技術(shù)是所謂的"Smart Cut"，這個技術(shù)的重要制程之一是氫離子和氦離子注入。多種類型 的離子注入機(jī)被應(yīng)用于SOI技術(shù)中的氫離子和氦離子注入。在"Smart Cut"技術(shù)中，的氫/ 氦離子注入的劑量為5E15-lE17/cm2，為了提高產(chǎn)能，所要求的離子束電流為30-100mA，束 流能量為30-60KeV，因此，最大的離子束功率可達(dá)6KW。在其它的一些應(yīng)用中，離子束能量 可能是200KeV，束流功率可達(dá)到20KW。這樣的功率打到晶圓上，晶圓表面的溫度會上升很 高。 在離子注入制程中，晶圓表面上任何一點(diǎn)的溫度可能上升到造成對晶圓上的結(jié)構(gòu) 和制程的損害的溫度。晶圓表面上的任何一點(diǎn)的溫度是離子束功率密度和晶圓冷卻技術(shù)的 函數(shù)。目前，已采取許多技術(shù)以限制加工過程中的基板表面的最高溫度，這些包括晶圓掃 描，晶圓靜電吸盤，并提高通過晶圓背面的熱傳導(dǎo)率等。盡管已經(jīng)采用這些已知的晶圓冷卻 系統(tǒng)，晶片的處理速度仍然受到晶圓過熱的限制。因此，仍有必要改進(jìn)現(xiàn)有的儀器和方法， 以減少對晶圓表面的加熱，特別是在S0I晶圓制備中的的氫/氦離子注入的制程中。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種降低晶圓在離子注入制程中的溫
度升高的裝置及方法，解決目前在離子注入過程中減少目標(biāo)工件表面過熱的問題。 本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)和制造一種降低晶圓在離子
注入制程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機(jī)系統(tǒng)以及用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)包括用于生成離子束的離子束發(fā)生器、離子束流線以及靶室；所述離子 束發(fā)生器、離子束流線、用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置以及靶室依次排列；所述離子束流線用 于選擇特定荷質(zhì)比的離子，并包含數(shù)個電磁裝置其用以形成或園形離子束流、寬帶離子束 流或掃描離子束流，并引導(dǎo)所述離子通過所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室； 所述靶室安裝有固定目標(biāo)工件的工作臺；所述目標(biāo)工件做基本垂直于離子束前進(jìn)方向的一 維或二維運(yùn)動，并穿過離子束；所述離子束在所述目標(biāo)工件上形成離子束斑并注入到該目 標(biāo)工件的內(nèi)部。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置為電掃描器、磁掃描器、 電四極透鏡或磁四極透鏡；所述電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透鏡用以擴(kuò)展離 子束在目標(biāo)工件表面上一個方向上的尺寸。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述工作臺為可固定多個目標(biāo)工件的旋轉(zhuǎn)盤；所述旋轉(zhuǎn) 盤圍繞離子束做旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述工作臺為可固定單個目標(biāo)工件的靜電吸盤；所述靜 電吸盤圍繞離子束做一維或二維運(yùn)動。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述離子束注入過程中會在所述目標(biāo)工件的表面上定義 一個平面，所述離子束與該平面在第一方向上有一個快速相對運(yùn)動；所述離子束與該平面 在第二方向上有一個慢速的相對運(yùn)動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用于擴(kuò)展 離子束尺寸的裝置擴(kuò)展離子束在第二方向上的尺寸。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為園束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系
統(tǒng)，所述離子束斑的擴(kuò)展方向垂直于所述離子束在所述工作臺上的圓形軌跡。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為寬帶束單片一維掃描離子注入機(jī)
系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于所述寬帶束的長軸方向。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為園束流單片二維機(jī)械掃描離子注 入機(jī)系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于快速機(jī)械掃描的方向。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為掃描束單片一維掃描離子注入 機(jī)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于所述離子束掃描方向。 —種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法，包括如下步驟，(Sl)離子注 入機(jī)系統(tǒng)中的離子束發(fā)生器生成離子束；(S2)離子束通過離子束流線進(jìn)入用于擴(kuò)展離子 束尺寸的裝置；(S3)所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置擴(kuò)展所述離子束在一個方向上的尺 寸；(S4)所述離子束進(jìn)入靶室并注入目標(biāo)工件。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置可以是電掃描器、磁掃 描器、電四極透鏡或磁四極透鏡；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)可以是園束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入 機(jī)系統(tǒng)、寬帶束單片一維掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)、園束流單片二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng) 或掃描束單片一維掃描離子注入機(jī)。 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述步驟(S2)中，所述離子束流線用于選擇特定荷質(zhì)比 的離子，并包含數(shù)個電磁裝置，其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流， 并引導(dǎo)所述離子通過所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室；所述靶室安裝有固定 目標(biāo)工件的工作臺；所述目標(biāo)工件做基本垂直于離子束前進(jìn)方向的一維或二維運(yùn)動，并穿 過離子束；所述離子束在所述目標(biāo)工件上形成離子束斑并注入到該目標(biāo)工件的內(nèi)部。所述步驟(S 3)中，所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進(jìn)行擴(kuò)
展，如增加離子束的高度，將增加高度的離子束發(fā)送至靶室并注入到目標(biāo)工件。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過一個用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置來擴(kuò)展離子束
斑的高度，從而使離子注入過程中目標(biāo)工件(如晶圓)受熱的表面積增大，減少了目標(biāo)工件
溫度的上升，保證了目標(biāo)工件離子注入的質(zhì)量。


圖1是簡化的離子束加熱模型；
圖2是通常的離子注入機(jī)系統(tǒng)示意圖； 圖3顯示了電磁掃描器在一個方向上擴(kuò)大離子束斑的大??；
圖4顯示了離子注入機(jī)系統(tǒng)與擴(kuò)大離子束斑用的電磁掃描器； 圖5顯示了對于旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂直于離子束在旋 轉(zhuǎn)盤上圓形軌跡； 圖6顯示了對于寬帶束和線性一維掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂 直于寬帶束的長軸方向； 圖7顯示了對于二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂直于其中 的快速機(jī)械掃描方向； 圖8顯示了對于掃描離子束離子注入機(jī)系統(tǒng)，束斑擴(kuò)展的方向垂直于離子束掃描 方向。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 —種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機(jī)系統(tǒng)以及用 于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)包括用于生成離子束的離子束發(fā)生器、離 子束流線以及靶室；所述離子束發(fā)生器、離子束流線、用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置以及靶室 依次排列；所述離子束流線用于選擇特定荷質(zhì)比的離子，并包含數(shù)個電磁裝置其用以形成 或園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流，并引導(dǎo)所述離子通過所述用于擴(kuò)展離子 束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室；所述靶室安裝有固定目標(biāo)工件的工作臺；所述目標(biāo)工件做基 本垂直于離子束前進(jìn)方向的一維或二維運(yùn)動，并穿過離子束；所述離子束在所述目標(biāo)工件 上形成離子束斑并注入到該目標(biāo)工件的內(nèi)部。 所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置為電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透 鏡；所述電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透鏡用以擴(kuò)展離子束在目標(biāo)工件表面上 一個方向上的尺寸。 所述工作臺為可固定多個目標(biāo)工件的旋轉(zhuǎn)盤；所述旋轉(zhuǎn)盤圍繞離子束做旋轉(zhuǎn)和線 性運(yùn)動。 所述工作臺為可固定單個目標(biāo)工件的靜電吸盤；所述靜電吸盤圍繞離子束做一維 或二維運(yùn)動。 所述離子束注入過程中會在所述目標(biāo)工件的表面上定義一個平面，所述離子束與 該平面在第一方向上有一個快速相對運(yùn)動；所述離子束與該平面在第二方向上有一個慢速的相對運(yùn)動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置擴(kuò)展離子束在第二方向上的尺寸。 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為固束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系統(tǒng)，所述離子束斑的擴(kuò)展方向垂直于所述離子束在所述工作臺上的圓形軌跡。 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為寬帶束單片一維掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于所述寬帶束的長軸方向。 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為園束流單片二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于快速機(jī)械掃描的方向。 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為掃描束單片一維掃描離子注入機(jī)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直于所述離子束掃描方向。 本發(fā)明又提供了一種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法，包括如下步驟，Sl離子注入機(jī)系統(tǒng)中的離子束發(fā)生器生成離子束；S2離子束通過離子束流線進(jìn)入用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；S3所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置擴(kuò)展所述離子束在一個方向上的尺寸；S4所述離子束進(jìn)入靶室并注入目標(biāo)工件。 所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置可以是電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透鏡。 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)可以是園束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系統(tǒng)、寬帶束單片一維掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)、園束流單片二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)或掃描束單片一維掃描離子注入機(jī)。 所述步驟S2中，所述離子束流線用于選擇特定荷質(zhì)比的離子，并包含數(shù)個電磁裝置，其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流，并引導(dǎo)所述離子通過所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室；所述靶室安裝有固定目標(biāo)工件的工作臺；所述目標(biāo)工件做基本垂直于離子束前進(jìn)方向的一維或二維運(yùn)動，并穿過離子束；所述離子束在所述目標(biāo)工件上形成離子束斑并注入到該目標(biāo)工件的內(nèi)部。所述步驟S3中，所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進(jìn)行擴(kuò)展，如增加離子束的高度，將增加高度的離子束發(fā)送至靶室并注入到目標(biāo)工件。 以下通過優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明中，該目標(biāo)工件可以為晶圓。
圖1顯示了一個典型的離子注入時的離子束加熱模型，由于離子束和晶圓的相對運(yùn)動，離子束2在兩個方向上進(jìn)行掃描，如快速掃描4和慢速掃描5 ;通過掃描，該離子束2通過晶圓1的全部表面。對高電流離子注入機(jī)來說，兩個方向上的快慢掃描速度比例因子一般大于IO，這樣可以確保在連續(xù)掃描過程中，離子束斑的良好重疊，以達(dá)到離子束在晶圓表面均勻注入的效果。在每次快速掃描之后，在晶圓l表面留下了加熱條紋3。在每次快速掃描之后，晶圓表面的溫度上升可表示為正比于離子束的束功率密度，尸 <formula>formula see original document page 7</formula> 其中P是離子束功率，其等于束電流乘以束能量，H是離子束斑高度，W是加熱條紋3的長度。簡單地說，為了降低溫度上升，可以通過增加束斑高度h或加熱條紋長度W來實(shí)現(xiàn)。 增加束斑高度H或加熱條紋長度W都是作為降低晶圓表面溫度上升行之有效的辦法。這里，把離子束斑高度H定義為垂直于加熱條紋方向上的束斑尺寸。
對于通常的離子注入，束流功率通常小于2KW，離子束斑H約為50毫米的。現(xiàn)有的商用注入機(jī)的設(shè)計(jì)和工件冷卻能力已能使溫度上升控制在80攝氏度業(yè)內(nèi)，從而滿足要求。然而，在Smart Cut技術(shù)中，氫或氦離子的注入劑量大約是5E15-lE17/cnf2。為了提高產(chǎn)能，所要求的離子束電流為30-100mA，束流能量為30-60KeV，而最大的離子束功率可達(dá)6KW。然而，氫或氦離子束斑尺寸H只有約15mm。因此，當(dāng)氫離子注入時，其溫升可增加若干倍。由此，我們可以看出，針對氫離子注入，為了降低溫度的上升，我們可以增加離子束斑尺寸H。 以下重點(diǎn)闡述通過增加束斑高度來降低在離子注入制程中的溫度的升高。
圖2是通常的離子注入機(jī)示意圖；離子注入機(jī)系統(tǒng)10 —般包括一個離子束發(fā)生器11其用來生成離子束和離子束流線12，離子束流線通常包括一系列電磁設(shè)備，選擇離子束中的一個特定荷質(zhì)比的離子，并引導(dǎo)這些離子通過離子束流真空室到達(dá)設(shè)置在靶室13內(nèi)的目標(biāo)工件14(目標(biāo)工件可為晶圓或其它襯底材料，本發(fā)明目標(biāo)工件主要以晶圓進(jìn)行說明，其它目標(biāo)工件的操作方式與晶圓相同，故不予說明)。晶圓14的表面定義為XY平面，Z軸方向垂直于XY平面，離子束16沿Z軸方向達(dá)到晶圓表面。此外，耙室13中的工作臺，這里可以為晶圓臺15，晶圓臺15可攜帶晶圓14在X或Y方向上圍繞離子束做一維或二維運(yùn)動，以達(dá)到均勻注入的目的。 離子束在目標(biāo)工件表面的均勻注入是由離子束和目標(biāo)工件的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。一般來說，離子束與工作臺(如晶圓臺)的組合有如下幾種方式 固定圓點(diǎn)狀離子束，目標(biāo)工件圍繞離子束做圓周和直線的二維運(yùn)動；晶圓臺是一個旋轉(zhuǎn)盤，其上通常裝有多個晶圓，旋轉(zhuǎn)盤繞Z軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)盤也同時在y方向上做線性往復(fù)運(yùn)動； 固定圓點(diǎn)狀離子束，目標(biāo)工件圍繞離子束做二維線性的運(yùn)動；晶圓臺通常裝有一個晶圓，晶圓臺在X和Y兩個方向上做線性往復(fù)運(yùn)動，該運(yùn)動在x方向的運(yùn)動速度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在y方向的運(yùn)動速度； 固定寬帶狀離子束，離子束在x方向的寬度至少寬于目標(biāo)工件，目標(biāo)工件圍繞離子束做一維線性的運(yùn)動。晶圓臺通常裝有一個晶圓，晶圓臺在Y方向上做線性往復(fù)運(yùn)動；
電或磁掃描離子束形成的準(zhǔn)寬帶狀離子束，掃描離子束在x方向的寬度至少寬于目標(biāo)工件，目標(biāo)工件圍繞離子束做一維線性的運(yùn)動。晶圓臺通常裝有一個晶圓，晶圓臺在Y方向上做線性往復(fù)運(yùn)動。 圖3中，離子束21的束斑在y方向大小的定義是束高度hl。為了減少離子注入制程中的溫升，這里，我們通過增加離子束斑高度hl來實(shí)現(xiàn)，為了擴(kuò)大束高度，需要應(yīng)用一個裝置22，該裝置用來擴(kuò)展離子束在一個方向上的尺寸。例如，該裝置可以是電或磁四極透鏡，通過四極透鏡在y方向散焦離子束21，則可以在y方向擴(kuò)大束斑高度至h2。當(dāng)然，這個裝置也可以是電或磁掃描器，電或磁掃描器通過隨時間變化的電場或磁場的作用，使得離子束21在y方向上往復(fù)移動。由于離子束在Y方向的往復(fù)移動，其造成的時間平均的效果是，離子束斑的有效高度將增加到h2。電或磁掃描器的掃描頻率可以是幾十至幾千赫茲。同時，在x方向上，電或磁掃描器對離子束的影響很小，從而在離子注入過程中降低溫度的上升。電掃描器通常是兩個電極板產(chǎn)生時變電場，離子束從兩個電極板之間的空間通過，如
822所示；磁掃描器通常是框型鐵磁材料和繞在其上的線圈產(chǎn)生時變磁場，離子束從框形中
間的空間通過。 圖4為采用擴(kuò)大離子有效束斑用的電或磁掃描器22的離子注入機(jī)系統(tǒng)30的示意圖。該實(shí)施例中，離子注入機(jī)系統(tǒng)10 —般包括一個離子束發(fā)生器11生成離子束16和離子束流線12，離子束流線通常包括一系列電磁設(shè)備選擇離子束中的一個特定荷質(zhì)比的離子，并引導(dǎo)這些離子通過離子束流真空室到達(dá)設(shè)置在靶室13內(nèi)的目標(biāo)工件14(晶圓或其它襯底材料)。其中，離子束16可以是圓點(diǎn)狀束、寬帶離子束或掃描準(zhǔn)寬帶離子束。此外，工作臺(晶圓臺15)可攜帶晶圓14，晶圓臺15的構(gòu)成和運(yùn)動方式各種各樣，可以是多片晶圓旋轉(zhuǎn)盤，可以是單片晶圓靜電吸盤；晶圓臺15在X或Y方向上圍繞離子束做一維或二維運(yùn)動，以達(dá)到均勻注入的目的。電或磁掃描器22可安裝在耙室13的上游，電或磁掃描器與目標(biāo)工件14有一定距離，通過電或磁掃描器和這個距離的共同作用，可以將離子束16在目標(biāo)工件的有效高度增加到新高24。 值得提及的是，離子注入機(jī)中也采用過電或磁掃描器。在那里，離子注入機(jī)中的電或磁掃描器，其目的是保證離子束的均勻注入；它對離子束的掃描范圍大于整個工件的特征尺寸(如直徑或?qū)挾?，例如，掃描范圍遠(yuǎn)大于晶圓的直徑200或300mm，從而實(shí)現(xiàn)對離子束的均勻注入。而在這里，電或磁掃描器用來擴(kuò)大離子束的有效束斑尺寸，此時，它對離子束的掃描范圍遠(yuǎn)小于工件的特征尺寸(如直徑或?qū)挾?，在一種實(shí)施例中，其束斑的有效高度h2通過電或磁掃描器的擴(kuò)展后，可以達(dá)到原束斑高度hl的2-10倍；同時，對于氫或氦離子束來說，原束斑高度hl約為15mm，擴(kuò)展后的高度為h2約為30-150mm ;這些有效束斑尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于晶圓的直徑200或300mm。因此，本發(fā)明的電或磁掃描器的應(yīng)用與以往的應(yīng)用明顯不同。 離子束斑擴(kuò)展可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)盤多晶圓離子注入機(jī)，圖5顯示了對于旋轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂直于離子束在旋轉(zhuǎn)盤上的圓形軌跡；旋轉(zhuǎn)盤101通常裝有一批晶圓，在一種實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)盤裝有13片晶圓，晶圓102是13片晶圓中的一片。離子束105具有原始高度hl，離子束105沿Z軸方向到達(dá)旋轉(zhuǎn)盤。離子束105在固定的位置，而旋轉(zhuǎn)盤101的旋轉(zhuǎn)繞其中心IIO旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸沿z方向，旋轉(zhuǎn)方向如箭頭103所示，旋轉(zhuǎn)頻率約為5-20Hz。這樣，每轉(zhuǎn)一圈，離子束105在旋轉(zhuǎn)盤上留下了圓形痕跡106，這個圓形痕跡106就是加熱條紋。加熱條紋106的寬度是離子束斑高度hl，加熱條紋的面積是2Jirhl。為了減少離子束功率密度，離子束105可被前述的電或磁掃描器22在Y方向上擴(kuò)展，擴(kuò)展的離子束107具有更高的束斑高度h2， h2約為hl的2-10倍。由此，加熱條紋面積將變大為2Jirh2，從而減少溫度的上升。該旋轉(zhuǎn)盤還可沿y軸方向如顯示的箭頭104的方向來回線性運(yùn)動，這個的往復(fù)運(yùn)動使得旋轉(zhuǎn)盤上的晶圓片102和其它的晶圓獲得均勻注入。
離子束斑擴(kuò)展也可應(yīng)用于寬帶束單晶圓離子注入機(jī)，圖6顯示了對于寬帶束和線性一維掃描系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂直于寬帶束的長軸方向。寬帶離子束205具有原始高度hl，其寬度W超過晶圓202的直徑206，寬帶離子束205沿Z軸方向到達(dá)晶圓202。離子束205是在固定的位置，加熱條紋的面積是WXhl。為了減少離子束功率密度，離子束205可被前述的電或磁掃描器22在Y方向上擴(kuò)展，擴(kuò)展的離子束207具有更高的束斑高度h2， h2約為hl的2-10倍。由此，加熱條紋面積將變大為WXh2，從而降低溫度的上升。同時，晶圓202還沿y軸方向如顯示的箭頭204的方向來回線性運(yùn)動，這個的往復(fù)運(yùn)動使得晶園202獲得均勻注入。 離子束斑擴(kuò)展也可應(yīng)用于二維機(jī)械掃描單晶圓離子注入機(jī)，圖7顯示了對于二維機(jī)械掃描系統(tǒng)，離子束斑擴(kuò)展的方向垂直于其中的快速機(jī)械掃描方向；離子束305具有原始高度hl，離子束305沿Z軸方向到達(dá)晶圓302。離子束305是在固定的位置，而晶圓302安置在類似鐘擺一樣晶圓臺301上，晶圓302持有晶圓臺301有兩個機(jī)械往復(fù)運(yùn)動，快速機(jī)械掃描是圍繞擺動中心310的鐘擺運(yùn)動，其擺動軸沿Z方向，擺動方向如顯示的箭頭303的方向，鐘擺運(yùn)動的頻率為0.5-5赫茲。當(dāng)擺桿結(jié)構(gòu)(類似鐘擺的晶圓臺)每擺動一次，離子束305在晶圓上留下了弧形痕跡306，弧形痕跡的長度為W，這個弧形痕跡306就是如圖1所示的加熱條紋，加熱條紋306的寬度是離子束斑高度hl，加熱條紋的面積是WXhl。為了減少離子束功率密度，離子束305可被前述的電或磁掃描器22在Y方向上擴(kuò)展，擴(kuò)展的離子束307具有更高的束斑高度h2， h2約為hl的2-10倍。由此，加熱條紋面積將變大為WXh2，從而降低溫度的上升。同時，晶圓臺301還有一個慢速的線性運(yùn)動，慢速的線性運(yùn)動沿y軸方向如顯示的箭頭304的方向來回線性運(yùn)動，這種雙向的往復(fù)運(yùn)動使得旋轉(zhuǎn)盤上的晶圓302獲得均勻注入。 離子束斑擴(kuò)展也可應(yīng)用于掃描束流單晶圓離子注入機(jī)，圖8顯示了對于掃描離子束系統(tǒng)，光斑擴(kuò)展的方向垂直于離子束掃描方向。離子束405具有原始高度hl，離子束405沿Z軸方向到達(dá)晶圓302，同時，如X方向顯示的箭頭403所示，離子束被注入機(jī)中的電磁掃描器來回掃描，離子束405的掃描范圍為W，W比晶圓402的直徑更寬，所以離子束能在X方向上覆蓋整個晶圓。如果按時間平均，這種掃描離子束可以為準(zhǔn)寬帶束406，準(zhǔn)寬帶束406是在固定的位置。因此，加熱條紋的面積是WXhl。為了減少離子束功率密度，離子束405可被前述的電或磁掃描器22在Y方向上擴(kuò)展，擴(kuò)展的離子束407具有更高的束斑高度h2，h2約為hl的2-10倍，準(zhǔn)寬帶束406的高度成為h2。因此，加熱條紋面積將變大為WXh2，從而降低溫度的上升。同時，晶圓402還沿y軸方向如顯示的箭頭404的方向來回線性運(yùn)動，這個的往復(fù)運(yùn)動使得晶園402獲得均勻注入。 因此，當(dāng)離子束注入到一個工件時，工件的表面會確定一個平面；離子束和工件的
表面在第一方向上有一個快速相對運(yùn)動；離子束和工件的表面在第二方向上有一個慢速的
相對運(yùn)動；第一方向和第二方向互相垂直。利用電或磁掃描器、電或磁四極透鏡擴(kuò)展離子束
在第二方向的尺寸，這樣能降低離子束的功率密度，從而減少晶圓的溫度上升。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定
本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在
不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的
保護(hù)范圍。
10
權(quán)利要求
一種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于，包括離子注入機(jī)系統(tǒng)以及用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)包括用于生成離子束的離子束發(fā)生器、離子束流線以及靶室；所述離子束發(fā)生器、離子束流線、用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置以及靶室依次排列；所述離子束流線用于選擇特定荷質(zhì)比的離子，并包含數(shù)個電磁裝置其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流，并引導(dǎo)所述離子通過所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室；所述靶室安裝有固定目標(biāo)工件的工作臺；所述目標(biāo)工件做基本垂直于離子束前進(jìn)方向的一維或二維運(yùn)動，并穿過離子束；所述離子束在所述目標(biāo)工件上形成離子束斑并注入到所述目標(biāo)工件的內(nèi)部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置為電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透鏡；所述電 掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透鏡用以擴(kuò)展離子束在目標(biāo)工件表面上一個方向 上的尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述工作臺為可固定多個目標(biāo)工件的旋轉(zhuǎn)盤；所述旋轉(zhuǎn)盤圍繞離子束做旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述工作臺為可固定單個目標(biāo)工件的靜電吸盤；所述靜電吸盤圍繞離子束做一維或二維運(yùn) 動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述離子束注入過程中會在所述目標(biāo)工件的表面上定義一個平面，所述離子束與該平面在 第一方向上有一個快速相對運(yùn)動；所述離子束與該平面在第二方向上有一個慢速的相對運(yùn) 動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置擴(kuò)展離子束在第 二方向上的尺寸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為園束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系統(tǒng)，所述離子束斑的擴(kuò)展方向垂直 于所述離子束在所述工作臺上的圓形軌跡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為寬帶束單片一維掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向 垂直于所述寬帶束的長軸方向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為園束流單片二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展 方向垂直于快速機(jī)械掃描的方向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，其特征在于 所述離子注入機(jī)系統(tǒng)為掃描束單片一維掃描離子注入機(jī)；所述離子束尺寸的擴(kuò)展方向垂直 于所述離子束掃描方向。
10. —種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法，其特征在于包括如下步驟， (Sl)離子注入機(jī)系統(tǒng)中的離子束發(fā)生器生成離子束；(S2)離子束通過離子束流線進(jìn)入用 于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；(S3)所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置擴(kuò)展所述離子束在一個 方向上的尺寸；(S4)所述離子束進(jìn)入靶室并注入目標(biāo)工件。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法，其特征在于所述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置可以是電掃描器、磁掃描器、電四極透鏡或磁四極透 鏡；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)可以是園束流多片旋轉(zhuǎn)盤離子注入機(jī)系統(tǒng)、寬帶束單片一維掃描 離子注入機(jī)系統(tǒng)、園束流單片二維機(jī)械掃描離子注入機(jī)系統(tǒng)或掃描束單片一維掃描離子注 入機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和ll任一所述降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法，其 特征在于所述步驟(S2)中，所述離子束流線用于選擇特定荷質(zhì)比的離子，并包含數(shù)個電 磁裝置，其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流，并引導(dǎo)所述離子通過所 述用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置到達(dá)所述靶室；所述靶室安裝有固定目標(biāo)工件的工作臺；所 述目標(biāo)工件做基本垂直于離子束前進(jìn)方向的一維或二維運(yùn)動，并穿過離子束；所述離子束 在所述目標(biāo)工件上形成離子束斑并注入到該目標(biāo)工件的內(nèi)部。所述步驟(S3)中，所述用于 擴(kuò)展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進(jìn)行擴(kuò)展。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子注入制程中的制程控制，其公開了一種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機(jī)系統(tǒng)以及用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機(jī)系統(tǒng)包括用于生成離子束的離子束發(fā)生器、離子束流線以及靶室；所述離子束發(fā)生器、離子束流線、用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置以及靶室依次排列。本發(fā)明又提供了一種降低晶圓在離子注入制程中的溫度升高的方法。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過一個用于擴(kuò)展離子束尺寸的裝置來擴(kuò)展離子束斑的高度，從而使離子注入過程中目標(biāo)工件(如晶圓)受熱的表面積增大，減少了目標(biāo)工件溫度的上升，保證了目標(biāo)工件的離子注入質(zhì)量。
文檔編號C30B31/00GK101694011SQ20091016794
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者胡新平, 黃永章 申請人:胡新平;黃永章;