CN108155091A - 离子植入方法及离子植入设备 - Google Patents

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Abstract

一种离子植入方法及离子植入设备，所述离子植入方法包括：发射离子束，所述离子束覆盖的范围形成离子植入区；所述离子植入区内具有第一晶圆进行离子植入，所述离子植入区外具有第二晶圆作为待处理晶圆；当所述第一晶圆完成离子植入后，控制所述第一晶圆离开离子植入区的过程中，控制所述第二晶圆进入离子植入区作为第一晶圆进行离子植入。由于第一晶圆离开离子植入区的同时，第二晶圆进入离子植入区，使得相邻两片晶圆在离子植入区内的时间间隔可以很短，甚至做到无缝交替，从而使离子束始终能够作用于晶圆，对晶圆的表面进行离子植入，提升离子植入的效率。

Description

离子植入方法及离子植入设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种离子植入方法及离子植入设备。
背景技术
离子植入指的是半导体制造过程中，利用离子植入设备在晶圆的表面植入杂质，以改变晶圆表面特性的工艺方法。
离子植入过程中，需要将待处理的晶圆装载固定，并传送至离子源所发射的离子束所覆盖的区域内，离子束的运动方向朝向晶圆的表面，以将离子植入至晶圆的表面。待离子植入后，将晶圆传送至离子束所覆盖的区域外，卸下晶圆，并将下一待处理的晶圆装载固定，传送至离子束所覆盖的区域内。往复循环，以实现对多个晶圆的离子植入。
其中，在装载、传送、卸下晶圆的过程中，晶圆位于离子束所覆盖的区域外，离子束无法在晶圆的表面植入离子，降低离子植入效率。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中离子植入方法的效率较低。
为解决上述问题，本发明提供一种离子植入方法，包括：发射离子束，所述离子束覆盖的范围形成离子植入区；所述离子植入区内具有第一晶圆进行离子植入，所述离子植入区外具有第二晶圆作为待处理晶圆；当所述第一晶圆完成离子植入后，控制所述第一晶圆离开离子植入区的过程中，控制所述第二晶圆进入离子植入区作为第一晶圆进行离子植入。
可选的，控制所述第一晶圆离开离子植入区的过程包括：提供晶圆传送装置，利用所述晶圆传送装置固定所述第一晶圆，控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区外。
可选的，控制所述第二晶圆进入离子植入区的过程包括：提供晶圆传送装置，利用所述晶圆传送装置固定所述第二晶圆，控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区内。
可选的，在所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区外后，控制所述晶圆传送装置卸下晶圆，以待固定位于所述离子植入区外的第二晶圆，并控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区内。
为解决上述技术问题，本技术方案还提供一种离子植入设备，包括：壳体，围成工艺腔，所述工艺腔包括离子植入区和晶圆载卸区；离子源，适于发射离子束至所述离子植入区内；所述离子植入设备还包括：至少两个晶圆传送装置，均设置在所述工艺腔内，所述晶圆传送装置适于在所述晶圆载卸区和离子植入区之间运动，以传送晶圆。
可选的，多个晶圆传送装置沿离子束的发射方向依次设置，且所述晶圆传送装置适于沿垂直于离子束的发射方向进入离子植入区或进入晶圆载卸区。
可选的，至多一个所述晶圆传送装置位于所述离子植入区内。
可选的，所述晶圆传送装置包括第一传送装置和第二传送装置，所述离子植入设备还包括：控制器，所述控制器适于控制所述第一传送装置离开所述离子植入区的过程中，控制所述第一传送装置进入所述离子植入区；所述控制器适于控制所述第二传送装置离开所述离子植入区的过程中，控制所述第一传送装置进入所述离子植入区。
可选的，所述晶圆传送装置包括：承载盘，适于固定晶圆；传动部，连接所述承载盘，适于带动所述承载盘在所述晶圆载卸区和离子植入区之间运动；所述传动部适于自转以改变所述离子束相对所述承载盘的入射角度。
可选的，所述晶圆传送装置还包括：旋转部，所述承载盘固定设置于所述旋转部，所述旋转部可旋转的设置于所述传动部；其中，所述旋转部的旋转轴垂直于所述传动部的自转轴。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
所述的离子植入方法，发射离子束形成离子植入区，位于离子植入区内的第一晶圆在离子植入区内进行离子植入，位于离子植入区外的第二晶圆作为待处理的晶圆等待进入离子植入区内进行离子植入。在第一晶圆完成离子植入后，在控制第一晶圆离开离子植入区的过程中，控制第二晶圆进入离子植入区进行离子植入，使得相邻两片晶圆在离子植入区内的时间间隔可以很短，甚至做到无缝交替，从而使离子束始终能够作用于晶圆，对晶圆的表面进行离子植入，提升离子植入的效率。
本技术方案还提供一种离子植入设备，包括具有离子植入区和晶圆载卸区的壳体和设置在壳体内的两个晶圆传送装置，当其中一个晶圆传送装置将离子植入区中的晶圆传送至晶圆载卸区的过程中，控制另一个晶圆传送装置将晶圆载卸区中的晶圆传送至离子植入区。两个传送装置能够交替的将待处理的晶圆传送至离子植入区内进行离子植入。使得相邻两片晶圆在离子植入区内的时间间隔可以很短，甚至做到无缝交替，从而使离子束始终能够作用于晶圆，对晶圆进行离子植入，提升离子植入的效率。
附图说明
图1是本发明现有技术离子植入设备的结构示意图；
图2是本发明具体实施例离子植入设备的结构示意图；
图3(a)、图3(b)分别是本发明现有技术离子植入设备中晶圆传送装置的工作时间分布图，本发明离子植入设备中第一传送装置、第二传送装置的工作时间分布图；
图4为图2所示第一传送装置的结构示意图；
图5是本发明具体实施例离子植入方法的示意图。
具体实施方式
参照图1，现有技术中用于半导体制造工艺的离子植入设备1，包括：离子源2、壳体3和设置在壳体3内的晶圆传送装置4。其中，所述壳体3围成工艺腔3a，所述工艺腔3a包括离子植入区3m和晶圆载卸区3n；所述离子源2适于发射离子束(图中箭头所示)至所述离子植入区3m内；所述晶圆传送装置4设置在所述工艺腔3a内，用于固定晶圆5，且适于在所述离子植入区3m、晶圆载卸区3n之间来回运动。
利用所述离子植入设备1向晶圆5进行离子植入的过程中，所述晶圆传送装置4位于晶圆载卸区3n内，利用机械手(图中未示出)将待处理的晶圆5从外界送入至晶圆载卸区3n，并被所述晶圆传送装置4所装载固定。
固定晶圆5后的晶圆传送装置4向上运动离开晶圆载卸区3n，进入离子植入区3m。所述晶圆5面向离子束的运动方向，以将离子植入至晶圆5的表面，此阶段需要一定的时间。待晶圆5完成离子植入后，晶圆传送装置4向下运动离开离子植入区3m，进入晶圆载卸区3n。
此时，晶圆传送装置4将晶圆卸下，并利用机械手将处理完的晶圆5传送至外界，进行下一工艺步骤。并且，还需利用机械手将待处理的下一晶圆从外界送入至晶圆载卸区3n，并被晶圆传送装置4固定，重复以上步骤。
其中，利用机械手在工艺腔和外界之间传送晶圆，利用晶圆传送装置装载或卸下晶圆均需要时间。以上时间为相邻两片晶圆在交换过程中所必须的时间，在该时间段内，离子束并没有真正的对晶圆进行离子注入，这便是现有技术离子注入导致效率低下的原因。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2，一种离子植入设备100，包括离子源10和壳体20。其中，所述壳体20围成工艺腔21，所述工艺腔21包括离子植入区aa和晶圆载卸区bb；所述离子源10适于发射离子束(图中箭头所示)至离子植入区aa内。
本实施例中，所述离子植入设备100还包括两个晶圆传送装置，分别为第一传送装置30和第二传送装置40，均用于固定晶圆。所述第一传送装置30、第二传送装置40均设置在所述工艺腔21内，且均能够在所述离子植入区3m、晶圆载卸区3n之间来回运动以传送晶圆。
具体的，机械手(图中未示出)能够将待处理的晶圆201从外界送入至晶圆载卸区bb，并能够被所述第一传送装置30所装载固定。固定晶圆201后的第一传送装置30能够运动至离子植入区aa，此时，晶圆201面向离子束的运动方向，离子束将离子植入至晶圆201的表面，改变晶圆201的表面特性。
待晶圆201完成离子植入后，第一传送装置30运动至晶圆载卸区bb，此时，第一传送装置30将晶圆201卸下，并利用机械手将处理完的晶圆201传送至外界，进行下一工艺步骤。
同样的，机械手能够将待处理的晶圆202从外界送入至晶圆载卸区bb，并能够被所述第二传送装置40所装载固定。固定晶圆202后的第二传送装置40能够运动至离子植入区aa，此时，晶圆202面向离子束的运动方向，离子束将离子植入至晶圆202的表面，改变晶圆202的表面特性。
待晶圆202完成离子植入后，第二传送装置40运动至晶圆载卸区bb，此时，第二传送装置40将晶圆202卸下，并利用机械手将处理完的晶圆202传送至外界，进行下一工艺步骤。
在所述离子植入设备100运行过程中，如图2中实线所示，若所述第一传送装置30位于离子植入区aa，则可以控制所述第二传送装置40位于晶圆载卸区bb，在对晶圆201进行离子植入的时间内，使所述第二传送装置40装载固定晶圆202，以待进入离子植入区aa。
当晶圆201完成离子植入后，控制所述第一传送装置30向晶圆载卸区bb运动的过程中，控制所述第二传送装置40向离子植入区aa运动，以使晶圆202能够快速进入离子植入区aa，对晶圆202进行离子植入。
如图2中虚线所示，此时，所述第二传送装置40位于离子植入区aa，在对晶圆202进行离子植入的时间内，控制所述第一传送装置30卸下晶圆201，并重新装载下一片待处理的晶圆，以待进入离子植入区aa。
当晶圆202完成离子植入后，控制所述第二传送装置40向晶圆载卸区bb运动的过程中，控制所述第一传送装置30向离子植入区aa运动，以使第一传送装置30上的晶圆能够快速进入离子植入区aa，进行离子植入。
也就是说，所述第一传送装置30、第二传送装置40能够交替的将待处理的晶圆传送至离子植入区aa内，进行离子植入。使得相邻两片晶圆在离子植入区aa内的时间间隔可以很短，甚至无缝交替，从而使离子束始终能够作用于晶圆，对晶圆进行离子植入，提升离子植入的效率。
其中，所述第一传送装置30、第二传送装置40的运动，具体可以通过控制器进行控制，相关参数可以根据离子注入的时间，第一传送装置30、第二传送装置40所需运动距离等进行设定，以使所述第一传送装置30、第二传送装置40的运动能够非常精确。
参照图3(a)、图3(b)，分别示出了现有技术离子植入设备中晶圆传送装置的工作时间分布和本技术方案离子植入设备中第一传送装置30、第二传送装置40的工作时间分布。其中，T1表示一片晶圆在离子植入区内进行离子注入的时间，T2表示相邻两片晶圆在交换过程中所需要的时间，T3表示第一传送装置或第二传送装置等待进入离子植入区的时间。T2所代表的时间即为现有技术离子植入效率低下的原因。
据统计，现有的离子植入设备工作过程中，相邻两片晶圆交换过程所需的时间：T2≈2s，离子植入设备正常工作下的时产出量：M≈160片/时，离子植入设备的日产出量：N0≈3500片/天(因设备调试等原因，并不是每个小时都在进行离子植入)。
那么，利用本技术方案的离子植入设备100，每天能够增加的产量N1≈N0×T2×M/3600＝310片/天，离子植入效率提升w≈N1/N0＝8.85％。
继续参照图2，所述离子植入设备100中仅设置两个晶圆传送装置，分别为第一传送装置30、第二传送装置40。这是因为：一般情况下，晶圆进行离子注入的时间大于相邻两片晶圆在交换过程中所需要的时间，即T1＞T2。因此，在第一传送装置30处于离子植入区aa内，对晶圆201进行离子植入的过程中，所述第二传送装置40能够完成将晶圆202卸下，并将新的待处理的晶圆固定的过程，无需增加其它的晶圆传送装置来利用时间T2。
但是，在其他变形例中，若晶圆进行离子注入的时间小于相邻两片晶圆在交换过程中所需要的时间，即T1＜T2时，则可以设置更多的晶圆传送装置以更有效的利用时间T2，进一步提升离子注入效率。
进一步的，本实施例的离子植入设备100工作过程中，保证至多一个晶圆传送装置位于所述离子植入区aa内。也就是说，若所述第一传送装置30处于离子植入区aa内，则需保证所述第二传送装置40处于晶圆载卸区bb内；若所述第二传送装置40处于离子植入区aa内，则需保证所述第一传送装置30处于晶圆载卸区bb内。
因此，能够避免两个晶圆传送装置均处于离子植入区aa内时，其中一个晶圆传送装置对另一个晶圆传送装置产生干涉，降低离子注入良率。
本实施例中，所述第一传送装置30、第二传送装置40沿离子束的发射方向依次设置，即其中一个晶圆传送装置更靠近所述离子源10。
当第一传送装置30、第二传送装置40希望从离子植入区aa运动至晶圆载卸区bb；或，从晶圆载卸区bb运动至离子植入区aa时，只需沿垂直于离子束的发射方向运动即可。
具体的，如图2所示，沿离子植入设备的高度方向，所述离子植入区aa位于晶圆载卸区bb的上方，离子束沿水平方向进入所述离子植入区aa内，所述第一传送装置30、第二传送装置40沿高度方向x向上运动进入离子植入区aa，向下运动进入晶圆载卸区bb。
因此，所述第一传送装置30、第二传送装置40的运动相对较为简单，易于控制，不会使第一传送装置30、第二传送装置40的运动轨迹变得十分复杂；而且，所述第一传送装置30、第二传送装置40的运动空间是相互独立的，彼此之间不会造成任何干涉。
参照图4，所述第一传送装置30包括承载盘31、旋转部32和传动部33。其中，所述承载盘31具有盘面31a，晶圆适于被固定在所述盘面31a上；承载盘31固定设置于旋转部32，所述旋转部32可旋转的设置于传动部33。具体的，所述旋转部32适于相对传动部33沿第一旋转方向y旋转。
通过控制所述旋转部32沿第一旋转方向y旋转，能够改变所述盘面31a的倾斜角度，即能够改变晶圆的倾斜角度。在离子注入过程中，根据不同的离子注入工艺，需要使离子束相对晶圆具有不同的入射角度，而离子束的入射方向一般不会发生变化，通过控制旋转部32旋转，能够实现离子束相对晶圆的入射角度的调整。
另外，在所述第一传送装置30装载固定晶圆的过程中，若所述盘面31a朝向离子束的方向(盘面31a平行于高度方向)，此时，不易将晶圆放置在所述盘面31a上，也不容易调整晶圆的具体位置。通过控制旋转部32旋转，使所述盘面平行于水平面(图2中虚线所示)，则能够较好的放置晶圆。
本实施例中，所述传动部33适于沿高度方向x运动，以带动所述旋转部32、承载盘31进入离子植入区aa或晶圆载卸区bb，实现晶圆在离子植入区aa、晶圆载卸区bb之间传送。
进一步的，所述传动部33适于沿第二旋转方向z自转。通过控制所述传动部33沿第二旋转方向z旋转，也能够使离子束相对盘面31a具有不同的入射角度，即能够实现离子束相对晶圆的入射角度的调整。其中，所述第二旋转方向z的旋转轴垂直于所述第一旋转方向y的旋转轴。
所述第二传送装置40的具体结构可以参照第一传送装置30，不再赘述。
参照图5，本技术方案还提供一种离子植入方法，包括：利用离子源10发射离子束，离子束方向如图中箭头所示，所述离子束覆盖的范围形成离子植入区aa。其中，晶圆能够从外界进入至离子植入区aa内实现离子植入，完成离子植入后的晶圆离开离子植入区aa，进行下一工艺步骤。
本实施例中，所述离子植入区aa内具有第一晶圆211，所述第一晶圆211在离子植入区aa内进行离子植入；所述离子植入区aa外具有第二晶圆212，所述第二晶圆212为待处理(待离子植入)的晶圆。
当所述第一晶圆211完成离子植入后，控制所述第一晶圆211离开离子植入区aa；同时，控制所述第二晶圆212进入离子植入区aa。当第二晶圆进入离子植入区aa后，即作为第二个第一晶圆211在离子植入区aa内进行离子植入。并且，在离子植入区aa外准备好第二个第二晶圆212作为待处理晶圆。
当第二个第一晶圆211完成离子植入后，控制第二个第一晶圆211离开离子植入区aa；同时，控制第二个第二晶圆212进入离子植入区aa。依次往复循环，连续对不同的晶圆进行离子植入。
由于第一晶圆211离开离子植入区aa的同时，第二晶圆212进入离子植入区aa，使得相邻两片晶圆在离子植入区aa内的时间间隔可以很短，甚至做到无缝交替，从而使离子束始终能够作用于晶圆，对晶圆的表面进行离子植入，提升离子植入的效率。
具体的，控制第一晶圆211离开离子植入区aa的过程可以利用晶圆传送装置，将第一晶圆211固定在晶圆传送装置上，控制晶圆传送装置，使其运行至离子植入区aa外，以使第一晶圆211离开离子植入区aa。
控制第二晶圆212进入离子植入区aa的过程也可以利用晶圆传送装置，将第二晶圆212固定在晶圆传送装置上，控制晶圆传送装置，使其运行至离子植入区aa内，以使第二晶圆212进入离子植入区aa。
其中，所述晶圆传送装置的具体设置方式可以参照离子植入设备中的第一传送装置30和第二传送装置40，不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种离子植入方法，其特征在于，包括：
发射离子束，所述离子束覆盖的范围形成离子植入区；
所述离子植入区内具有第一晶圆进行离子植入，所述离子植入区外具有第二晶圆作为待处理晶圆；
当所述第一晶圆完成离子植入后，控制所述第一晶圆离开离子植入区的过程中，控制所述第二晶圆进入离子植入区作为第一晶圆进行离子植入。
2.如权利要求1所述的离子植入方法，其特征在于，控制所述第一晶圆离开离子植入区的过程包括：提供晶圆传送装置，利用所述晶圆传送装置固定所述第一晶圆，控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区外。
3.如权利要求1所述的离子植入方法，其特征在于，控制所述第二晶圆进入离子植入区的过程包括：提供晶圆传送装置，利用所述晶圆传送装置固定所述第二晶圆，控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区内。
4.如权利要求2所述的离子植入方法，其特征在于，在所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区外后，控制所述晶圆传送装置卸下晶圆，以待固定位于所述离子植入区外的第二晶圆，并控制所述晶圆传送装置运行至所述离子植入区内。
5.一种离子植入设备，包括：
壳体，围成工艺腔，所述工艺腔包括离子植入区和晶圆载卸区；
离子源，适于发射离子束至所述离子植入区内；
其特征在于，还包括：
至少两个晶圆传送装置，均设置在所述工艺腔内，所述晶圆传送装置适于在所述晶圆载卸区和离子植入区之间运动，以传送晶圆。
6.如权利要求5所述的离子植入设备，其特征在于，多个晶圆传送装置沿离子束的发射方向依次设置，且所述晶圆传送装置适于沿垂直于离子束的发射方向进入离子植入区或进入晶圆载卸区。
7.如权利要求5所述的离子植入设备，其特征在于，至多一个所述晶圆传送装置位于所述离子植入区内。
8.如权利要求5所述的离子植入设备，其特征在于，所述晶圆传送装置包括第一传送装置和第二传送装置，所述离子植入设备还包括：控制器，
所述控制器适于控制所述第一传送装置离开所述离子植入区的过程中，控制所述第二传送装置进入所述离子植入区；
所述控制器适于控制所述第二传送装置离开所述离子植入区的过程中，控制所述第一传送装置进入所述离子植入区。
9.如权利要求5－8任一项所述的离子植入设备，其特征在于，所述晶圆传送装置包括：
承载盘，适于固定晶圆；
传动部，连接所述承载盘，适于带动所述承载盘在所述晶圆载卸区和离子植入区之间运动；
所述传动部适于自转以改变所述离子束相对所述承载盘的入射角度。
10.如权利要求9所述的离子植入设备，其特征在于，所述晶圆传送装置还包括：旋转部，所述承载盘固定设置于所述旋转部，所述旋转部可旋转的设置于所述传动部；其中，所述旋转部的旋转轴垂直于所述传动部的自转轴。
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Citations (6)

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