降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置及方法

2023-10-23 10:24:47

專利名稱：降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及離子注入製程中的製程控制，特別涉及一種降低晶圓在離子注入製程
中的溫度升高的裝置及方法。
背景技術：
離子注入是一種把原子或分子引入目標工件襯底的製程，此製程通常被稱為摻 雜，它改變了材料的屬性。離子注入是一個在大規模集成電路的製造中常見的製程，離子注 入也可用於薄膜沉積等與製造光學儀器或顯示儀器(如平板顯示器)等相關的製造工藝， 離子注入還應用於SOI(SiliconOn Insulator)晶圓的製造。一個典型的離子注入機包括一 個產生離子束的離子源；一個離子束傳輸系統，它包括使用離子束質量分析系統和其它的 電磁裝置；以及一個靶室，用於處理將植入離子束的半導體矽晶片。具有一定能量的離子束 進入到基片的半導體材料中，並嵌入半導體材料的晶格中。離子束在目標工件表面的均勻 注入是由離子束和目標工件的相對運動來實現的。離子束可以是圓點狀束，也可以是寬帶 離子束，也可以是掃描準寬帶離子束。目標工件及其工件臺的構成和運動方式各種各樣，可 以是多片晶圓旋轉盤，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動， 以達到均勻注入的目的。SOI是一種層狀半導體結構，在一般的矽襯底內部有一絕緣層。絕 緣層的材料可以是Si02，SiN。 SOI技術降低了電晶體的充放電時間，降低源漏極電容，並可 能被用來減少電路的尺寸。SOI晶圓的製備技術之一是氧離子注入。另一種製備SOI晶圓 的技術是所謂的"Smart Cut"，這個技術的重要製程之一是氫離子和氦離子注入。多種類型 的離子注入機被應用於SOI技術中的氫離子和氦離子注入。在"Smart Cut"技術中，的氫/ 氦離子注入的劑量為5E15-lE17/cm2，為了提高產能，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6KW。在其它的一些應用中，離子束能量 可能是200KeV，束流功率可達到20KW。這樣的功率打到晶圓上，晶圓表面的溫度會上升很 高。 在離子注入製程中，晶圓表面上任何一點的溫度可能上升到造成對晶圓上的結構 和製程的損害的溫度。晶圓表面上的任何一點的溫度是離子束功率密度和晶圓冷卻技術的 函數。目前，已採取許多技術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，並提高通過晶圓背面的熱傳導率等。儘管已經採用這些已知的晶圓冷卻 系統，晶片的處理速度仍然受到晶圓過熱的限制。因此，仍有必要改進現有的儀器和方法， 以減少對晶圓表面的加熱，特別是在S0I晶圓製備中的的氫/氦離子注入的製程中。

發明內容
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種降低晶圓在離子注入製程中的溫
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工件表面過熱的問題。 本發明解決現有技術問題所採用的技術方案是設計和製造一種降低晶圓在離子
注入製程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機系統以及用於擴展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機系統包括用於生成離子束的離子束髮生器、離子束流線以及靶室；所述離子 束髮生器、離子束流線、用於擴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 於選擇特定荷質比的離子，並包含數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，並引導所述離子通過所述用於擴展離子束尺寸的裝置到達所述靶室； 所述靶室安裝有固定目標工件的工作檯；所述目標工件做基本垂直於離子束前進方向的一 維或二維運動，並穿過離子束；所述離子束在所述目標工件上形成離子束斑並注入到該目 標工件的內部。 本發明進一步的改進是，所述用於擴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展離 子束在目標工件表面上一個方向上的尺寸。 本發明進一步的改進是，所述工作檯為可固定多個目標工件的旋轉盤；所述旋轉 盤圍繞離子束做旋轉和線性運動。 本發明進一步的改進是，所述工作檯為可固定單個目標工件的靜電吸盤；所述靜 電吸盤圍繞離子束做一維或二維運動。 本發明進一步的改進是，所述離子束注入過程中會在所述目標工件的表面上定義 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動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用於擴展 離子束尺寸的裝置擴展離子束在第二方向上的尺寸。 本發明進一步的改進是，所述離子注入機系統為園束流多片旋轉盤離子注入機系
統，所述離子束斑的擴展方向垂直於所述離子束在所述工作檯上的圓形軌跡。 本發明進一步的改進是，所述離子注入機系統為寬帶束單片一維掃描離子注入機
系統；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於所述寬帶束的長軸方向。 本發明進一步的改進是，所述離子注入機系統為園束流單片二維機械掃描離子注 入機系統；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於快速機械掃描的方向。 本發明進一步的改進是，所述離子注入機系統為掃描束單片一維掃描離子注入 機；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於所述離子束掃描方向。 —種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法，包括如下步驟，(Sl)離子注 入機系統中的離子束髮生器生成離子束；(S2)離子束通過離子束流線進入用於擴展離子 束尺寸的裝置；(S3)所述用於擴展離子束尺寸的裝置擴展所述離子束在一個方向上的尺 寸；(S4)所述離子束進入靶室並注入目標工件。 本發明進一步的改進是，所述用於擴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；所述離子注入機系統可以是園束流多片旋轉盤離子注入 機系統、寬帶束單片一維掃描離子注入機系統、園束流單片二維機械掃描離子注入機系統 或掃描束單片一維掃描離子注入機。 本發明進一步的改進是，所述步驟(S2)中，所述離子束流線用於選擇特定荷質比 的離子，並包含數個電磁裝置，其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流， 並引導所述離子通過所述用於擴展離子束尺寸的裝置到達所述靶室；所述靶室安裝有固定 目標工件的工作檯；所述目標工件做基本垂直於離子束前進方向的一維或二維運動，並穿 過離子束；所述離子束在所述目標工件上形成離子束斑並注入到該目標工件的內部。所述步驟(S 3)中，所述用於擴展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進行擴
展，如增加離子束的高度，將增加高度的離子束髮送至靶室並注入到目標工件。
本發明的有益效果是本發明通過一個用於擴展離子束尺寸的裝置來擴展離子束
斑的高度，從而使離子注入過程中目標工件(如晶圓)受熱的表面積增大，減少了目標工件
溫度的上升，保證了目標工件離子注入的質量。


圖1是簡化的離子束加熱模型；
圖2是通常的離子注入機系統示意圖； 圖3顯示了電磁掃描器在一個方向上擴大離子束斑的大小；
圖4顯示了離子注入機系統與擴大離子束斑用的電磁掃描器； 圖5顯示了對於旋轉盤離子注入機系統，離子束斑擴展的方向垂直於離子束在旋 轉盤上圓形軌跡； 圖6顯示了對於寬帶束和線性一維掃描離子注入機系統，離子束斑擴展的方向垂 直於寬帶束的長軸方向； 圖7顯示了對於二維機械掃描離子注入機系統，離子束斑擴展的方向垂直於其中 的快速機械掃描方向； 圖8顯示了對於掃描離子束離子注入機系統，束斑擴展的方向垂直於離子束掃描 方向。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。 —種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機系統以及用 於擴展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機系統包括用於生成離子束的離子束髮生器、離 子束流線以及靶室；所述離子束髮生器、離子束流線、用於擴展離子束尺寸的裝置以及靶室 依次排列；所述離子束流線用於選擇特定荷質比的離子，並包含數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，並引導所述離子通過所述用於擴展離子 束尺寸的裝置到達所述靶室；所述靶室安裝有固定目標工件的工作檯；所述目標工件做基 本垂直於離子束前進方向的一維或二維運動，並穿過離子束；所述離子束在所述目標工件 上形成離子束斑並注入到該目標工件的內部。 所述用於擴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展離子束在目標工件表面上 一個方向上的尺寸。 所述工作檯為可固定多個目標工件的旋轉盤；所述旋轉盤圍繞離子束做旋轉和線 性運動。 所述工作檯為可固定單個目標工件的靜電吸盤；所述靜電吸盤圍繞離子束做一維 或二維運動。 所述離子束注入過程中會在所述目標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動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用於擴展離子束尺寸的裝置擴展離子束在第二方向上的尺寸。 所述離子注入機系統為固束流多片旋轉盤離子注入機系統，所述離子束斑的擴展方向垂直於所述離子束在所述工作檯上的圓形軌跡。 所述離子注入機系統為寬帶束單片一維掃描離子注入機系統；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於所述寬帶束的長軸方向。 所述離子注入機系統為園束流單片二維機械掃描離子注入機系統；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於快速機械掃描的方向。 所述離子注入機系統為掃描束單片一維掃描離子注入機；所述離子束尺寸的擴展方向垂直於所述離子束掃描方向。 本發明又提供了一種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法，包括如下步驟，Sl離子注入機系統中的離子束髮生器生成離子束；S2離子束通過離子束流線進入用於擴展離子束尺寸的裝置；S3所述用於擴展離子束尺寸的裝置擴展所述離子束在一個方向上的尺寸；S4所述離子束進入靶室並注入目標工件。 所述用於擴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。 所述離子注入機系統可以是園束流多片旋轉盤離子注入機系統、寬帶束單片一維掃描離子注入機系統、園束流單片二維機械掃描離子注入機系統或掃描束單片一維掃描離子注入機。 所述步驟S2中，所述離子束流線用於選擇特定荷質比的離子，並包含數個電磁裝置，其用以形成園形離子束流、寬帶離子束流或掃描離子束流，並引導所述離子通過所述用於擴展離子束尺寸的裝置到達所述靶室；所述靶室安裝有固定目標工件的工作檯；所述目標工件做基本垂直於離子束前進方向的一維或二維運動，並穿過離子束；所述離子束在所述目標工件上形成離子束斑並注入到該目標工件的內部。所述步驟S3中，所述用於擴展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進行擴展，如增加離子束的高度，將增加高度的離子束髮送至靶室並注入到目標工件。 以下通過優選實施例對本發明進一步說明，本發明中，該目標工件可以為晶圓。
圖1顯示了一個典型的離子注入時的離子束加熱模型，由於離子束和晶圓的相對運動，離子束2在兩個方向上進行掃描，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來說，兩個方向上的快慢掃描速度比例因子一般大於IO，這樣可以確保在連續掃描過程中，離子束斑的良好重疊，以達到離子束在晶圓表面均勻注入的效果。在每次快速掃描之後，在晶圓l表面留下了加熱條紋3。在每次快速掃描之後，晶圓表面的溫度上升可表示為正比於離子束的束功率密度，屍 formula see original document page 7 其中P是離子束功率，其等於束電流乘以束能量，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來實現。 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。這裡，把離子束斑高度H定義為垂直於加熱條紋方向上的束斑尺寸。
對於通常的離子注入，束流功率通常小於2KW，離子束斑H約為50毫米的。現有的商用注入機的設計和工件冷卻能力已能使溫度上升控制在80攝氏度業內，從而滿足要求。然而，在Smart Cut技術中，氫或氦離子的注入劑量大約是5E15-lE17/cnf2。為了提高產能，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6KW。然而，氫或氦離子束斑尺寸H只有約15mm。因此，當氫離子注入時，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。 以下重點闡述通過增加束斑高度來降低在離子注入製程中的溫度的升高。
圖2是通常的離子注入機示意圖；離子注入機系統10 —般包括一個離子束髮生器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備，選擇離子束中的一個特定荷質比的離子，並引導這些離子通過離子束流真空室到達設置在靶室13內的目標工件14(目標工件可為晶圓或其它襯底材料，本發明目標工件主要以晶圓進行說明，其它目標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軸方向垂直於XY平面，離子束16沿Z軸方向達到晶圓表面。此外，耙室13中的工作檯，這裡可以為晶圓臺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動，以達到均勻注入的目的。 離子束在目標工件表面的均勻注入是由離子束和目標工件的相對運動來實現的。一般來說，離子束與工作檯(如晶圓臺)的組合有如下幾種方式 固定圓點狀離子束，目標工件圍繞離子束做圓周和直線的二維運動；晶圓臺是一個旋轉盤，其上通常裝有多個晶圓，旋轉盤繞Z軸旋轉，旋轉盤也同時在y方向上做線性往復運動； 固定圓點狀離子束，目標工件圍繞離子束做二維線性的運動；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運動，該運動在x方向的運動速度通常遠遠超過了在y方向的運動速度； 固定寬帶狀離子束，離子束在x方向的寬度至少寬於目標工件，目標工件圍繞離子束做一維線性的運動。晶圓臺通常裝有一個晶圓，晶圓臺在Y方向上做線性往復運動；
電或磁掃描離子束形成的準寬帶狀離子束，掃描離子束在x方向的寬度至少寬於目標工件，目標工件圍繞離子束做一維線性的運動。晶圓臺通常裝有一個晶圓，晶圓臺在Y方向上做線性往復運動。 圖3中，離子束21的束斑在y方向大小的定義是束高度hl。為了減少離子注入製程中的溫升，這裡，我們通過增加離子束斑高度hl來實現，為了擴大束高度，需要應用一個裝置22，該裝置用來擴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方向擴大束斑高度至h2。當然，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方向上往復移動。由於離子束在Y方向的往復移動，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生時變磁場，離子束從框形中
間的空間通過。 圖4為採用擴大離子有效束斑用的電或磁掃描器22的離子注入機系統30的示意圖。該實施例中，離子注入機系統10 —般包括一個離子束髮生器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備選擇離子束中的一個特定荷質比的離子，並引導這些離子通過離子束流真空室到達設置在靶室13內的目標工件14(晶圓或其它襯底材料)。其中，離子束16可以是圓點狀束、寬帶離子束或掃描準寬帶離子束。此外，工作檯(晶圓臺15)可攜帶晶圓14，晶圓臺15的構成和運動方式各種各樣，可以是多片晶圓旋轉盤，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動，以達到均勻注入的目的。電或磁掃描器22可安裝在耙室13的上遊，電或磁掃描器與目標工件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在目標工件的有效高度增加到新高24。 值得提及的是，離子注入機中也採用過電或磁掃描器。在那裡，離子注入機中的電或磁掃描器，其目的是保證離子束的均勻注入；它對離子束的掃描範圍大於整個工件的特徵尺寸(如直徑或寬度)，例如，掃描範圍遠大於晶圓的直徑200或300mm，從而實現對離子束的均勻注入。而在這裡，電或磁掃描器用來擴大離子束的有效束斑尺寸，此時，它對離子束的掃描範圍遠小於工件的特徵尺寸(如直徑或寬度)，在一種實施例中，其束斑的有效高度h2通過電或磁掃描器的擴展後，可以達到原束斑高度hl的2-10倍；同時，對於氫或氦離子束來說，原束斑高度hl約為15mm，擴展後的高度為h2約為30-150mm ;這些有效束斑尺寸遠遠低於晶圓的直徑200或300mm。因此，本發明的電或磁掃描器的應用與以往的應用明顯不同。 離子束斑擴展可應用於旋轉盤多晶圓離子注入機，圖5顯示了對於旋轉盤系統，離子束斑擴展的方向垂直於離子束在旋轉盤上的圓形軌跡；旋轉盤101通常裝有一批晶圓，在一種實施例中，旋轉盤裝有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軸方向到達旋轉盤。離子束105在固定的位置，而旋轉盤101的旋轉繞其中心IIO旋轉，旋轉軸沿z方向，旋轉方向如箭頭103所示，旋轉頻率約為5-20Hz。這樣，每轉一圈，離子束105在旋轉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方向上擴展，擴展的離子束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。該旋轉盤還可沿y軸方向如顯示的箭頭104的方向來回線性運動，這個的往復運動使得旋轉盤上的晶圓片102和其它的晶圓獲得均勻注入。
離子束斑擴展也可應用於寬帶束單晶圓離子注入機，圖6顯示了對於寬帶束和線性一維掃描系統，離子束斑擴展的方向垂直於寬帶束的長軸方向。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方向上擴展，擴展的離子束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的方向來回線性運動，這個的往復運動使得晶園202獲得均勻注入。 離子束斑擴展也可應用於二維機械掃描單晶圓離子注入機，圖7顯示了對於二維機械掃描系統，離子束斑擴展的方向垂直於其中的快速機械掃描方向；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有兩個機械往復運動，快速機械掃描是圍繞擺動中心310的鐘擺運動，其擺動軸沿Z方向，擺動方向如顯示的箭頭303的方向，鐘擺運動的頻率為0.5-5赫茲。當擺杆結構(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方向上擴展，擴展的離子束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動，慢速的線性運動沿y軸方向如顯示的箭頭304的方向來回線性運動，這種雙向的往復運動使得旋轉盤上的晶圓302獲得均勻注入。 離子束斑擴展也可應用於掃描束流單晶圓離子注入機，圖8顯示了對於掃描離子束系統，光斑擴展的方向垂直於離子束掃描方向。離子束405具有原始高度hl，離子束405沿Z軸方向到達晶圓302，同時，如X方向顯示的箭頭403所示，離子束被注入機中的電磁掃描器來回掃描，離子束405的掃描範圍為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寬帶束406，準寬帶束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方向上擴展，擴展的離子束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的方向來回線性運動，這個的往復運動使得晶園402獲得均勻注入。 因此，當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。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定
本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在
不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的
保護範圍。
10
權利要求
一種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於，包括離子注入機系統以及用於擴展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機系統包括用於生成離子束的離子束髮生器、離子束流線以及靶室；所述離子束髮生器、離子束流線、用於擴展離子束尺寸的裝置以及靶室依次排列；所述離子束流線用於選擇特定荷質比的離子，並包含數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，並引導所述離子通過所述用於擴展離子束尺寸的裝置到達所述靶室；所述靶室安裝有固定目標工件的工作檯；所述目標工件做基本垂直於離子束前進方向的一維或二維運動，並穿過離子束；所述離子束在所述目標工件上形成離子束斑並注入到所述目標工件的內部。
2. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述用於擴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展離子束在目標工件表面上一個方向 上的尺寸。
3. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述工作檯為可固定多個目標工件的旋轉盤；所述旋轉盤圍繞離子束做旋轉和線性運動。
4. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述工作檯為可固定單個目標工件的靜電吸盤；所述靜電吸盤圍繞離子束做一維或二維運 動。
5. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述離子束注入過程中會在所述目標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 動；所述第一方向和第二方向互相垂直；所述用於擴展離子束尺寸的裝置擴展離子束在第 二方向上的尺寸。
6. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述離子注入機系統為園束流多片旋轉盤離子注入機系統，所述離子束斑的擴展方向垂直 於所述離子束在所述工作檯上的圓形軌跡。
7. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述離子注入機系統為寬帶束單片一維掃描離子注入機系統；所述離子束尺寸的擴展方向 垂直於所述寬帶束的長軸方向。
8. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述離子注入機系統為園束流單片二維機械掃描離子注入機系統；所述離子束尺寸的擴展 方向垂直於快速機械掃描的方向。
9. 根據權利要求1所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，其特徵在於 所述離子注入機系統為掃描束單片一維掃描離子注入機；所述離子束尺寸的擴展方向垂直 於所述離子束掃描方向。
10. —種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法，其特徵在於包括如下步驟， (Sl)離子注入機系統中的離子束髮生器生成離子束；(S2)離子束通過離子束流線進入用 於擴展離子束尺寸的裝置；(S3)所述用於擴展離子束尺寸的裝置擴展所述離子束在一個 方向上的尺寸；(S4)所述離子束進入靶室並注入目標工件。
11. 根據權利要求io所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法，其特徵在於所述用於擴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；所述離子注入機系統可以是園束流多片旋轉盤離子注入機系統、寬帶束單片一維掃描 離子注入機系統、園束流單片二維機械掃描離子注入機系統或掃描束單片一維掃描離子注 入機。
12.根據權利要求10和ll任一所述降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法，其 特徵在於所述步驟(S2)中，所述離子束流線用於選擇特定荷質比的離子，並包含數個電 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，並引導所述離子通過所 述用於擴展離子束尺寸的裝置到達所述靶室；所述靶室安裝有固定目標工件的工作檯；所 述目標工件做基本垂直於離子束前進方向的一維或二維運動，並穿過離子束；所述離子束 在所述目標工件上形成離子束斑並注入到該目標工件的內部。所述步驟(S3)中，所述用於 擴展離子束尺寸的裝置將通過其的離子束在一個方向上進行擴展。
全文摘要
本發明涉及離子注入製程中的製程控制，其公開了一種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的裝置，包括離子注入機系統以及用於擴展離子束尺寸的裝置；所述離子注入機系統包括用於生成離子束的離子束髮生器、離子束流線以及靶室；所述離子束髮生器、離子束流線、用於擴展離子束尺寸的裝置以及靶室依次排列。本發明又提供了一種降低晶圓在離子注入製程中的溫度升高的方法。本發明的有益效果是本發明通過一個用於擴展離子束尺寸的裝置來擴展離子束斑的高度，從而使離子注入過程中目標工件(如晶圓)受熱的表面積增大，減少了目標工件溫度的上升，保證了目標工件的離子注入質量。
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 優先權日2009年10月20日
發明者胡新平, 黃永章 申請人:胡新平;黃永章;