低温离子注入机及其工作方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种低温离子注入机及其工作方法。


背景技术：

2.随着近些年工艺制程的迅速提升，低温离子注入工艺对改善器件性能有着重要作用。然而，在实际应用中，我们发现低温注入的层工艺wph(wafer per hour)，即机台每小时之芯片产出量普遍明显低于常温注入的层工艺(layer)，进而影响了产能的提升。因为在低温注入前，冷却板(platen)需要由室温冷却至注入所需要的温度，晶圆(wafer)需要经过预冷(precool)或者直接到冷却板上降温到一定范围才能开始注入，完成注入后还需要在预中空腔(loadlock)内对晶圆进行升温，并且升温的过程中会有晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
3.如图1所示，是现有低温离子注入机结构示意图；现有低温离子注入机包括预真空腔103，传送腔104，角度对准腔105，工艺腔107。还包括多个用于放置晶圆的晶圆传输盒如foup101以及将晶圆传输盒101里的晶圆传输到预真空腔103里的传输装置102。晶圆传输盒101和传输装置102都为大气环境，晶圆传输到预真空腔103之后，在预真空腔103抽真空，之后在真空环境下预真空腔103和传送腔104之间实现晶圆的传送。
4.所述角度对准腔105用于在将晶圆传送到所述工艺腔107之前对所述晶圆进行角度对准。
5.在所述工艺腔107中包括有冷却台板108，所述冷却台板108用于放置经过角度对准的所述晶圆并对所述晶圆进行冷却以将所述晶圆的温度降低到工艺温度范围内，所述工艺温度为低于室温的低温；所述工艺腔107用于对处于工艺温度范围的所述晶圆进行离子注入。
6.通常，所述晶圆的边缘上设置有一个定位凹槽或边，所述角度对准腔105通过和所述定位凹槽或边对齐实现对所述晶圆的角度对准。
7.所述传送腔104中包括有机械手106，所述晶圆通过所述机械手106从所述角度对准腔105中传送到所述工艺腔107的所述冷却台板108上。
8.图1中，所述预真空腔103包括两个，所述传送腔104的机械手106也包括两个，通常需要离子注入的晶圆先放置在一个所述预真空腔如右侧的所述预真空腔103中，之后通过所述传送腔104的一个机械手106将晶圆传输到所述角度对准腔105中，之后再传输到所述工艺腔107中，在离子注入完成之后再将晶圆从所述工艺腔107中取出并传送到另一个所述预真空腔如左侧的所述预真空腔103中，在左侧的所述预真空腔103中实现对晶圆的加热，但是等待升温而延长的工艺时间，进而降低了产能，并且会产生由于在预真空腔内升温产生的晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
9.如图2所示，是图2所示的现有低温离子注入机的晶圆传输路径图；晶圆从所述晶圆传输盒101传输到所述预真空腔103中，之后再传送到所述角度对准腔105中，所述角度对准腔105实现角度对准。在角度对准完成之后，在将晶圆传输到所述工艺腔107的所述冷却
台板108进行离子注入。后续的传输路径还包括：机械手106会将晶圆从所述工艺腔107的所述冷却台板108取出并放回到另一个所述预真空腔103中，在另一个所述预真空腔103中对晶圆进行加热升温，所述预真空腔103破真空后后再传回到所述晶圆传输盒101中，图三为现有技术中的晶圆加热回温机理示意图。
10.为解决上述问题，需要提出一种新型的低温离子注入机及其工作方法。


技术实现要素：

11.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温离子注入机及其工作方法，用于解决现有技术中在低温注入前，冷却板需要由室温冷却至注入所需要的温度，晶圆需要经过预冷或者直接到冷却板上降温到一定范围才能开始注入，完成注入后还需要在预中空腔内对晶圆进行升温，并且升温的过程中会有晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
12.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温离子注入机，包括：
13.预真空腔，传送腔，角度对准腔，工艺腔，加热腔；
14.所述角度对准腔设置有冷却装置，所述角度对准腔用于在将晶圆传送到所述工艺腔之前对所述晶圆进行角度对准以及对所述晶圆进行预冷却；
15.在所述工艺腔中包括有冷却台板，所述冷却台板用于放置经过角度对准以及预冷却的所述晶圆并对所述晶圆进行冷却以将所述晶圆的温度降低到工艺温度范围内，所述工艺温度为低于室温的低温；所述工艺腔用于对处于工艺温度范围的所述晶圆进行离子注入；
16.所述加热腔设于所述冷却台板与所述预真空腔间，所述加热腔用于对离子注入后的所述晶圆进行加热回温。
17.优选地，所述晶圆的边缘上设置有一个定位凹槽或边，所述角度对准腔通过和所述定位凹槽或边对齐实现对所述晶圆的角度对准。
18.优选地，所述传送腔中包括有机械手，预冷却后的所述晶圆通过所述机械手从所述角度对准腔中传送到所述工艺腔的所述冷却台板上；离子注入后的所述晶圆通过所述机械手从所述工艺腔的所述冷却台板上传送到所述加热腔中；加加热回温后的所述晶圆从所述加热腔中通过所述机械手传送到传输装置中，所述传输装置用于将所述晶圆传送至晶圆传输盒中。
19.优选地，所述加热腔设于所述传送腔中。
20.优选地，所述加热腔的底端内表面设置有多个用于固定所述晶圆的支撑针，所述加热腔的顶端内表面设置有多个加热灯。
21.一种低温离子注入机的工作方法，低温离子注入机包括预真空腔，传送腔，角度对准腔，工艺腔，加热腔；低温离子注入机的工作方法包括：
22.步骤一、所述传送腔将所述晶圆从所述预真空腔传输到所述角度对准腔中；
23.步骤二、所述角度对准腔中设置有冷却装置，所述角度对准腔对所述晶圆进行角度对准以及对所述晶圆进行预冷却；
24.步骤三、所述传送腔将所述经过角度对准以及预冷却的所述晶圆传送到所述工艺腔中并放置在所述工艺腔中的冷却台板上，所述冷却台板对所述晶圆进行冷却以将所述晶
圆的温度降低到工艺温度范围内，所述工艺温度为低于室温的低温；所述工艺腔对处于工艺温度范围的所述晶圆进行离子注入；
25.步骤四、所述传送腔将所述离子注入后的所述晶圆传送到所述加热腔中，所述加热腔对离子注入后的所述晶圆进行加热回温。
26.优选地，所述晶圆的边缘上设置有一个定位凹槽或边，所述角度对准腔通过和所述定位凹槽或边对齐实现对所述晶圆的角度对准。
27.优选地，所述传送腔中包括有机械手，预冷却后的所述晶圆通过所述机械手从所述角度对准腔中传送到所述工艺腔的所述冷却台板上；离子注入后的所述晶圆通过所述机械手从所述工艺腔的所述冷却台板上传送到所述加热腔中；加热回温后的所述晶圆从所述加热腔中通过所述机械手传送到传输装置中，所述传输装置将所述晶圆传送至晶圆传输盒中
28.优选地，所述加热腔设于所述传送腔中，所述加热腔用于晶圆传输至其中前以及传输至其中后升温。
29.优选地，所述加热腔的底端内表面设置有多个用于固定所述晶圆的支撑针，所述加热腔的顶端内表面设置有多个加热灯，所述加热用于晶圆传输至其中前以及传输至其中后升温。
30.如上所述，本发明的低温离子注入机及其工作方法，具有以下有益效果：
31.本发明提供的低温离子注入机及其工作方法，能够减少因等待升温而延长的工艺时间，进而提升产能，并且降低由于在预真空腔内升温产生的晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
附图说明
32.图1显示为现有技术的低温离子注入机结构示意图；
33.图2显示为图1所示的现有低温离子注入机的晶圆传输路径示意图；
34.图3显示为图1所示的现有低温离子注入机的晶圆加热回温示意图；
35.图4显示为本发明的改进型低温离子注入机结构示意图；
36.图5显示为图4所示的改进型低温离子注入机的晶圆传输路径示意图；
37.图6显示为图4所示的改进型低温离子注入机的加热回温示意图；
38.图7显示为图4所示的改进型低温离子注入机的使用方法示意图。
具体实施方式
39.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
40.请参阅图4，本发明提供一种低温离子注入机，包括：
41.预真空腔103，传送腔104，角度对准腔105，工艺腔107，加热腔110；
42.优选地，所述传送腔104中包括有机械手，预冷却后的所述晶圆通过所述机械手从所述角度对准腔105中传送到所述工艺腔107的所述冷却台板108上；离子注入后的所述晶
圆通过所述机械手从所述工艺腔107的所述冷却台板108上传送到所述加热腔110中；加热腔110加热回温后的所述晶圆从所述加热腔110中通过所述机械手传送到传输装置102中，所述传输装置102用于将所述晶圆传输至晶圆传输盒101中。
43.优选地，所述加热腔110设于所述传送腔104中，即缩短了离子注入完成后通过机械臂从冷却台板108传送至加热腔110的时间，相对于现有技术中先预热预真空腔103，再将晶圆传送至预真空腔103，加快了晶圆预热的速度。
44.优选地，所述加热腔110的底端内表面设置有多个用于固定所述晶圆的支撑针，所述加热腔110的顶端内表面设置有多个加热灯。
45.所述角度对准腔105设置有冷却装置109，所述角度对准腔105用于在将晶圆传送到所述工艺腔107之前对所述晶圆进行角度对准以及对所述晶圆进行预冷却，冷却装置109为预冷室；
46.优选地，所述晶圆的边缘上设置有一个定位凹槽或边，所述角度对准腔105通过和所述定位凹槽或边对齐实现对所述晶圆的角度对准。
47.在所述工艺腔107中包括有冷却台板108，所述冷却台板108用于放置经过角度对准以及预冷却的所述晶圆并对所述晶圆进行冷却以将所述晶圆的温度降低到工艺温度范围内，所述工艺温度为低于室温的低温；所述工艺腔107用于对处于工艺温度范围的所述晶圆进行离子注入；
48.所述加热腔110设于所述冷却台板108与所述预真空腔103间，所述加热腔110用于对离子注入后的所述晶圆进行加热回温。
49.优选地，也就是说，图4中，所述预真空腔103包括两个，所述传送腔104的机械手106也包括两个，通常需要离子注入的晶圆先放置在一个所述预真空腔如右侧的所述预真空腔103中，之后通过所述传送腔104的一个机械手106将晶圆传输到所述角度对准腔105中，之后通过冷却装置冷却或直接传输到所述工艺腔107中，在离子注入完成之后再将晶圆从所述工艺腔107中取出并传送到加热腔110中，在加热腔110中实现对晶圆的加热，能够减少因等待升温而延长的工艺时间，进而提升产能，并且降低由于在预真空腔内升温产生的晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
50.如图5所示，是图5所示的改进型低温离子注入机的晶圆传输路径图；晶圆从所述晶圆传输盒101传输到所述预真空腔103中，之后再传送到所述角度对准腔105中，所述角度对准腔105实现角度对准。在角度对准完成之后，通过冷却装置冷却或直接将晶圆传输到所述工艺腔107的所述冷却台板108进行离子注入。后续的传输路径还包括：机械手106会将晶圆从所述工艺腔107的所述冷却台板108取出并放回到加热腔110中，在加热腔110中对晶圆进行加热升温，再传回到所述晶圆传输盒101中，图6为现有技术中的晶圆加热回温机理示意图。
51.请参阅图7，一种低温离子注入机的工作方法，低温离子注入机包括预真空腔103，传送腔104，角度对准腔105，工艺腔107，加热腔110；低温离子注入机的工作方法包括：
52.步骤一，所述传送腔104将所述晶圆从所述预真空腔103传输到所述角度对准腔105中；
53.优选地，所述晶圆的边缘上设置有一个定位凹槽或边，所述角度对准腔105通过和所述定位凹槽或边对齐实现对所述晶圆的角度对准。
54.优选地，所述传送腔104中包括有机械手，预冷却后的所述晶圆通过所述机械手从所述角度对准腔105中传送到所述工艺腔107的所述冷却台板108上；离子注入后的所述晶圆通过所述机械手从所述工艺腔107的所述冷却台板108上传送到所述加热腔110中；加热腔110加热回温后的所述晶圆从所述加热腔110中通过所述机械手传送到传输装置102中，所述传输装置102将所述晶圆传输至晶圆传输盒101中。。
55.步骤二，所述角度对准腔105中设置有冷却装置109，所述角度对准腔105对所述晶圆进行角度对准以及对所述晶圆进行预冷却；
56.步骤三，所述传送腔104将所述经过角度对准以及预冷却的所述晶圆传送到所述工艺腔107中并放置在所述工艺腔107中的冷却台板108上，所述冷却台板108对所述晶圆进行冷却以将所述晶圆的温度降低到工艺温度范围内，所述工艺温度为低于室温的低温；所述工艺腔107对处于工艺温度范围的所述晶圆进行离子注入；
57.步骤四，所述传送腔104将所述离子注入后的所述晶圆传送到所述加热腔110中，所述加热腔110对离子注入后的所述晶圆进行加热回温，即缩短了离子注入完成后通过机械臂从冷却台板108传送至加热腔110的时间，相对于现有技术中先预热预真空腔103，再将晶圆传送至预真空腔103，加快了晶圆预热的速度。
58.优选地，所述加热腔110设于所述传送腔104中，所述加热腔110用于晶圆传输至其中前以及传输至其中后升温，具体地，可在晶圆传送至加热腔110前，首先预升温，或直接将晶圆传送至加热腔110中回温。
59.优选地，所述加热腔110的底端内表面设置有多个用于固定所述晶圆的支撑针，所述加热腔110的顶端内表面设置有多个加热灯，所述加热用于晶圆传输至其中前以及传输至其中后升温，具体地，可在晶圆传送至加热腔110前，首先预升温，或直接将晶圆传送至加热腔110中回温。
60.优选地，也就是说，图4中，所述预真空腔103包括两个，所述传送腔104的机械手106也包括两个，通常需要离子注入的晶圆先放置在一个所述预真空腔如右侧的所述预真空腔103中，之后通过所述传送腔104的一个机械手106将晶圆传输到所述角度对准腔105中，之后通过冷却装置冷却或直接传输到所述工艺腔107中，在离子注入完成之后再将晶圆从所述工艺腔107中取出并传送到加热腔110中，在加热腔110中实现对晶圆的加热，能够减少因等待升温而延长的工艺时间，进而提升产能，并且降低由于在预真空腔内升温产生的晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。
61.如图5所示，是图4所示的改进型低温离子注入机的晶圆传输路径图；晶圆从所述晶圆传输盒101传输到所述预真空腔103中，之后再传送到所述角度对准腔105中，所述角度对准腔105实现角度对准。在角度对准完成之后，通过冷却装置冷却或直接将晶圆传输到所述工艺腔107的所述冷却台板108进行离子注入。后续的传输路径还包括：机械手106会将晶圆从所述工艺腔107的所述冷却台板108取出并放回到加热腔110中，在加热腔110中对晶圆进行加热升温，再传回到所述晶圆传输盒101中，图6为现有技术中的晶圆加热回温机理示意图。
62.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可
能更为复杂。
63.综上所述，本发明提供的低温离子注入机及其工作方法，能够减少因等待升温而延长的工艺时间，进而提升产能，并且降低由于在预真空腔内升温产生的晶圆背面的颗粒掉落到下面晶圆的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
64.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。