CN109148248B - 一种芯片生产用离子植入设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片生产用离子植入设备，包括箱体，所述箱体内左侧底部固定设有离子源，所述离子源上方设有离子萃取装置，所述离子萃取装置包括四块入射板；所述离子萃取器上方设有第一加速器，所述第一加速器上方设有质量分析器，所述右侧开口右侧设有第二加速器；所述第二加速器右侧设有聚焦透镜，所述聚焦透镜右侧设有静电夹盘；所述箱体前侧壁外侧固定设有主控装置，所述主控装置内部嵌设有智能控制芯片。本发明结构设计合理，有效提高了灯丝的寿命，加强了偏离离子的吸收，并且使离子植入更加均匀而全面；通过智能控制板能够向智能控制芯片输入预订程序，并且通过显示板能够查看各类重要参数，有效提高设备的智能性、准确性与可操作性。

Description

一种芯片生产用离子植入设备

技术领域

本发明涉及一种离子植入设备，具体是一种芯片生产用离子植入设备。

背景技术

离子植入是将导电率变动杂质引入到半导体晶圆中的标准技术。在束线离子植入器中，掺质气体可在离子源中被离子化，且可从离子源提取离子并将离子加速以形成所需能量的离子束，然后离子束可被导向至由压板所支撑的晶圆的前表面。离子植入技术在芯片的生产领域中已近开始被广泛应用。

现如今的离子植入设备仍旧存在缺陷，在离子源内部的离子浓度不够均匀，使得灯丝寿命大大缩短，影响生产效率，还增加了生产成本；并且萃取装置的萃取效果不好，还无法精确测量离子量，对于偏移离子的问题无法很好地解决；并且离子植入过程中会在静压夹盘上形成沉积物，对于夹持力具有不利影响，现如今的设备无法有效对此进行测量监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片生产用离子植入设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种芯片生产用离子植入设备，包括箱体、离子源、离子萃取装置、第一加速器、质量分析器、第二加速器、聚焦透镜、离子测量装置、偏转电极板、静电夹盘，所述箱体整体为长方体结构，所述箱体内左侧底部固定设有离子源，所述离子源内部设有弯曲灯丝，所述弯曲灯丝上加设有灯丝电源，并且所述弯曲灯丝外侧设有送气管；所述离子源上方设有离子萃取装置，所述离子萃取装置包括四块入射板，所述第一入射板整体为长方体结构，所述第一入射板中心位置开设有中间入射孔，所述第一入射板卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有固定杆，所述固定杆固定连接在箱体内部的后侧壁上；所述第一入射板上方设有第二入射板，所述第二入射板结构与规格均同第一入射板相同，所述第二入射板上方设有第三入射板；所述第三入射板中心开设有中间入射孔，所述中间入射孔上方开设有同规格的上入射孔，中间入射孔下方开设有同规格的下入射孔，所述所述第三入射板卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有第四伸缩杆，所述第四伸缩杆后侧还套设有可伸缩的第三伸缩杆，所述第三伸缩杆固定连接在箱体内部的后侧壁上，所述第三入射板上方固定设有同规格的第四入射板；所述离子萃取装置上方设有第一加速器，所述第一加速器为左右对称分布的两块弧形板；所述第一加速器上方设有质量分析器，所述质量分析器内部加设有可调控磁场；所述质量分析器为弧形，所述质量分析器右侧设有第二加速器，所述第二加速器为上下对称分布的两块弧形板；所述第二加速器右侧设有一块聚焦透镜，所述聚焦透镜右侧设有静电夹盘；所述静电夹盘整体为圆形结构，所述静电夹盘右侧设有旋转电机，所述旋转电机的输出轴与静电夹盘固定连接，所述旋转电机底部固定连接有第二伸缩杆，所述第二伸缩杆底部设有第一伸缩杆，所述第一伸缩杆固定在固定底座上，所述固定底座固定在支撑底座上，所述支撑底座固定在箱体底板上；所述静电夹盘正上方的箱体上侧壁上开设有缺口，并且缺口内设有第一电磁阀；所述箱体前侧壁外侧固定设有主控装置，所述主控装置内部嵌设有智能控制芯片。

作为本发明进一步的方案：所述箱体右侧壁底端开设有排气口，所述排气口与箱体侧壁相接处还设有第二电磁阀。

作为本发明再进一步的方案：所述箱体内底部固定设有气压测量装置，所述气压测量装置与智能控制芯片通讯连接。

作为本发明再进一步的方案：所述质量分析器与第二加速器之间设有预订方向的挡板，所述挡板等间隔平行设置，并且所述挡板上设有纹理。

作为本发明再进一步的方案：所述离子源内部的弯曲灯丝的弯曲部分截面与竖直部分截面的宽度相同；所述送气管环绕着灯丝弯曲设置，并且面向灯丝的一侧管壁上均匀开设有若干出气口。

作为本发明再进一步的方案：所述离子萃取装置的第一入射板上对称设有两块电热板，并且第一入射板内部还嵌设有温度传感器，所述温度传感器与智能控制芯片通讯连接。

作为本发明再进一步的方案：所述静电夹盘前侧设有左右对称的弧形偏转电极板，包括左电极板与右电极板，所述两电极板之间设有电极板电源。

作为本发明再进一步的方案：所述静电夹盘后侧面的上下两端均固定设有电极，所述两电极之间设有夹持电源。

作为本发明再进一步的方案：所述主控装置上设有显示板，所述显示板下方设有智能控制板，所述智能控制板下方设有指纹解锁板，所述指纹解锁板左侧设有电源开关键，右侧设有急停键；所述显示板正上方设有加工进行指示灯，所述加工进行指示灯左右两侧分别设有加工完成指示灯与故障指示灯，并且所述故障指示灯内还设有蜂鸣器。

作为本发明再进一步的方案：所述第一加速器上侧与聚焦透镜右侧均设有离子测量装置，所述离子测量装置的长方体外壳采为永磁铁外壳，所述永磁铁外壳内部设有石墨块，所述石墨块中心位置开设有狭长的通孔，所述石墨块上下两端均固定设有电荷感应装置，所述电荷感应装置与电流计相连接，电流计与智能控制芯片通讯连接；所述永磁铁外壳外接有一接地的电子计量器，电子计量器与智能控制芯片通讯连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，灯丝各处的阻值相同，并且灯丝各部位的离子源气体浓度均匀，使得灯丝周围的等离子体浓度均匀，避免了灯丝某部位等离子体浓度过高腐蚀灯丝，有效提高了灯丝的寿命；离子萃取装置有效萃取离子，并实现离子束聚焦以及方向的调整；通过可以调控的磁场选择合适质量的离子进行预订方向的偏转，从而完成对离子的分析筛选，通过挡板有效加强了偏离离子的吸收并且减少其飞溅效应，有效保证离子束的运动方向；通过第一伸缩杆与第二伸缩杆能够控制静电夹盘的上下移动，通过旋转电机能够控制静电夹盘的旋转移动，从而控制待加工物品的移动，使得加工物品的离子植入更加均匀而全面；其中通过智能控制板能够预先向智能控制芯片输入预订程序，从而调节各部分参数，使加工过程符合预订程序；并且通过显示板能够查看箱体内气压值、入射板温度值、离子量、各模块电压值、沉积物等重要参数，有效提高设备的智能性、准确性与可操作性。

附图说明

图1为芯片生产用离子植入设备的结构示意图。

图2为芯片生产用离子植入设备的主视图。

图3为芯片生产用离子植入设备中离子源的结构示意图。

图4为芯片生产用离子植入设备中第一入射板的结构示意图。

图5为芯片生产用离子植入设备中第三入射板的结构示意图。

图6为芯片生产用离子植入设备中离子测量装置的结构示意图。

图7为芯片生产用离子植入设备中静电夹盘的主视图。

图8为芯片生产用离子植入设备中静电夹盘的右视图。

图中：1-箱体；2-离子源；3-离子萃取装置；4-第一加速器；5-质量分析器；6-挡板；7-第二加速器；8-聚焦透镜；9-离子测量装置；10-偏转电极板；11-静电夹盘；12-旋转电机；13-支撑底座；14-固定底座；15-第一伸缩杆；16-第二伸缩杆；17-第一电磁阀；18-气压测量装置；19-排气口；20-第二电磁阀；21-主控装置；22-显示板；23-智能控制板；24-指纹解锁板；25-电源开关键；26-急停键；27-智能控制芯片；28-加工完成指示灯；29-加工进行指示灯；30-故障指示灯；31-弯曲灯丝；32-灯丝电源；33-送气管；34-出气口；35-第一入射板；36-中间入射孔；37-固定杆；38-第三入射板；39-下入射孔；40-上入射孔；41-第三伸缩杆；42-第四伸缩杆；43-永磁铁外壳；44-石墨块；45-电荷感应装置；46-电子计量器；47-电流计；48-左电极板；49-右电极板；50-电极板电源；51-电极；52-夹持电源；53-电热板；54-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～8，一种芯片生产用离子植入设备，包括箱体1、离子源2、离子萃取装置3、第一加速器4、质量分析器5、第二加速器7、聚焦透镜8、离子测量装置9、偏转电极板10、静电夹盘11，所述箱体1整体为长方体结构，所述箱体1内左侧底部固定设有离子源2，所述离子源2内部设有弯曲灯丝31，所述弯曲灯丝31上加设有灯丝电源32，并且所述弯曲灯丝31外侧设有送气管33，通过向弯曲灯丝31上通入电流，使灯丝温度升高，产生热电子，再通过送气管33向灯丝排放离子源气体，热电子与离子源气体发生碰撞形成等离子体；所述离子源2上方设有离子萃取装置3，所述离子萃取装置3包括四块入射板，所述第一入射板35整体为长方体结构，所述第一入射板35中心位置开设有中间入射孔36，所述第一入射板35卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有固定杆37，所述固定杆37固定连接在箱体内部的后侧壁上；所述第一入射板35上方设有第二入射板，所述第二入射板结构与规格均同第一入射板35相同，所述第二入射板上方设有第三入射板38；所述第三入射板38中心开设有中间入射孔36，所述中间入射孔36上方开设有同规格的上入射孔40，中间入射孔36下方开设有同规格的下入射孔39，所述所述第三入射板38卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有第四伸缩杆42，所述第四伸缩杆42后侧还套设有可伸缩的第三伸缩杆41，所述第三伸缩杆41固定连接在箱体内部的后侧壁上，所述第三入射板38上方固定设有同规格的第四入射板；所述离子萃取装置3上方设有第一加速器4，所述第一加速器4为左右对称分布的两块弧形板；所述第一加速器4上方设有质量分析器5，所述质量分析器5内部加设有磁场，并且所述磁场可以调控，离子束进入质量分析器5，通过磁场选择合适质量的离子进行预订方向的偏转，从而完成对离子的分析筛选；所述质量分析器5为弧形，所述质量分析器5右侧设有第二加速器7，所述第二加速器7为上下对称分布的两块弧形板；所述第二加速器7右侧设有一块聚焦透镜8，通过聚焦透镜8将离子束聚焦，所述聚焦透镜8右侧设有静电夹盘11；所述静电夹盘11整体为圆形结构，所述静电夹盘11右侧设有旋转电机12，所述旋转电机12的输出轴与静电夹盘11固定连接，方便通过控制旋转电机12来使静电夹盘11旋转，所述旋转电机12底部固定连接有第二伸缩杆16，所述第二伸缩杆16底部设有第一伸缩杆15，所述第一伸缩杆15固定在固定底座14上，所述固定底座14固定在支撑底座13上，所述支撑底座13固定在箱体1底板上；所述静电夹盘11正上方的箱体上侧壁上开设有缺口，并且缺口内设有第一电磁阀17，方便静电夹盘11伸出设备；所述箱体1前侧壁外侧固定设有主控装置21，所述主控装置21内部嵌设有智能控制芯片27。

进一步的，本发明所述箱体1右侧壁底端开设有排气口19，所述排气口19与箱体1侧壁相接处还设有第二电磁阀20，方便排出箱体1内的气体，形成真空环境，进而完成离子植入操作。

进一步的，本发明所述箱体1内底部固定设有气压测量装置18，所述气压测量装置18与智能控制芯片27通讯连接，方便工作人员判断箱体内是否为合适的真空环境。

进一步的，本发明所述质量分析器5与第二加速器7之间设有预订方向的挡板6，所述挡板6等间隔平行设置，并且所述挡板6上设有纹理，能够有效加强偏离离子的吸收并且减少其飞溅效应。

进一步的，本发明所述离子源2内部的弯曲灯丝31的弯曲部分截面与竖直部分截面的宽度相同，因此灯丝各处的阻值相同，进而使得灯丝周围的等离子体浓度均匀，有效避免灯丝某部位等离子体浓度过高腐蚀灯丝，有效提高了灯丝的寿命；所述送气管33环绕着灯丝弯曲设置，并且面向灯丝的一侧管壁上均匀开设有若干出气口34，使得灯丝各部位的离子源气体浓度均匀，进而使得灯丝周围的等离子体浓度均匀，有效避免灯丝某部位等离子体浓度过高腐蚀灯丝，进一步提高了灯丝的寿命。

进一步的，本发明所述离子萃取装置3的第一入射板35上对称设有两块电热板53，方便对第一入射板35进行加热，并且第一入射板35内部还嵌设有温度传感器54，所述温度传感器54与智能控制芯片27通讯连接，方便工作人员了解第一入射板的温度情况；所述第二入射板上加有负压，方便将离子源内部的离子吸出。

进一步的，本发明所述静电夹盘11前侧设有左右对称的弧形偏转电极板10，包括左电极板48与右电极板49，所述两电极板之间设有电极板电源50，通过改变加持电压的大小来改变两电极板之间的电场，从而改变离子束的方向，使其偏向预订方向。

进一步的，本发明所述静电夹盘11后侧面的上下两端均固定设有电极51，所述两电极51之间设有夹持电源52，既方便通过静电来夹持待加工品，又能够通过夹持电源52的感测信号并监控该感测信号以判断感测信号是否代表夹持盘表面上的沉积物超过预定临界。

进一步的，本发明所述主控装置21上设有显示板22，所述显示板22下方设有智能控制板23，所述智能控制板23下方设有指纹解锁板24，所述指纹解锁板24左侧设有电源开关键25，右侧设有急停键26；所述显示板22正上方设有加工进行指示灯29，所述加工进行指示灯29左右两侧分别设有加工完成指示灯28与故障指示灯30，并且所述故障指示灯30内还设有蜂鸣器；通过显示板22方便查看工作过程中的各种参数，通过智能控制板23方便进行相关调控。

进一步的，本发明所述第一加速器4上侧与聚焦透镜8右侧均设有离子测量装置9，所述离子测量装置9的长方体外壳采为永磁铁外壳43，所述永磁铁外壳43内部设有石墨块44，所述石墨块44中心位置开设有狭长的通孔，所述石墨块44上下两端均固定设有电荷感应装置45，所述电荷感应装置45与电流计47相连接，电流计47与智能控制芯片27通讯连接，当偏离的离子束打到上下两端的电荷感应装置45时，通过电荷感应装置45的漏电感应，使与其电连接的电流计47有电流产生并读值，从而通过智能控制芯片27引发故障报警；所述永磁铁外壳43外接有一接地的电子计量器46，电子计量器46与智能控制芯片27通讯连接，用于计算通过的电子数量，进而推算出进入该测量装置内部植入的离子数并发送给智能控制芯片27。

本发明的工作原理是：首先向弯曲灯丝31加持电压，使灯丝温度升高产生热电子，再通过送气管33向灯丝排放离子源气体，热电子与离子源气体发生碰撞形成等离子体，因为灯丝各处的阻值相同，并且灯丝各部位的离子源气体浓度均匀，使得灯丝周围的等离子体浓度均匀，避免了灯丝某部位等离子体浓度过高腐蚀灯丝，有效提高了灯丝的寿命；接着通过加持负压的第二入射板将离子吸出，并且通过另外三块入射板实现离子束聚焦以及方向的调整；又通过第一加速器4的加速进入质量分析器5，通过可以调控的磁场选择合适质量的离子进行预订方向的偏转，从而完成对离子的分析筛选，通过挡板6有效加强了偏离离子的吸收并且减少其飞溅效应，有效保证离子束的运动方向；再通过第二加速器7进行加速，经过聚焦透镜8时，使得离子束能量更加集中，最后植入到静电夹盘11上夹持的待加工物品上；通过第一伸缩杆15与第二伸缩杆16能够控制静电夹盘11的上下移动，通过旋转电机12能够控制静电夹盘的旋转移动，从而控制待加工物品的移动，使得加工物品的离子植入更加均匀而全面；其中通过智能控制板23能够预先向智能控制芯片27输入预订程序，从而调节各部分参数，使加工过程符合预订程序；并且通过显示板22能够查看箱体内气压值、入射板温度值、离子量、各模块电压值、沉积物等重要参数，有效提高设备的智能性、准确性与可操作性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种芯片生产用离子植入设备，包括箱体（1）、离子源（2）、离子萃取装置（3）、第一加速器（4）、质量分析器（5）、第二加速器（7）、聚焦透镜（8）、离子测量装置（9）、偏转电极板（10）、静电夹盘（11），其特征在于：所述箱体（1）整体为长方体结构，所述箱体（1）内左侧底部固定设有离子源（2），所述离子源（2）内部设有弯曲灯丝（31），所述弯曲灯丝（31）上加设有灯丝电源（32），并且所述弯曲灯丝（31）外侧设有送气管（33）；所述离子源（2）上方设有离子萃取装置（3），所述离子萃取装置（3）包括四块入射板，第一入射板（35）整体为长方体结构，所述第一入射板（35）中心位置开设有中间入射孔（36），所述第一入射板（35）卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有固定杆（37），所述固定杆（37）固定连接在箱体内部的后侧壁上；所述第一入射板（35）上方设有第二入射板，所述第二入射板结构与规格均同第一入射板（35）相同，所述第二入射板上方设有第三入射板（38）；所述第三入射板（38）中心开设有中间入射孔（36），所述中间入射孔（36）上方开设有同规格的上入射孔（40），中间入射孔（36）下方开设有同规格的下入射孔（39），所述第三入射板（38）卡接在固定座上，所述固定座后侧面左右两侧均固定连接有第四伸缩杆（42），所述第四伸缩杆（42）后侧还套设有可伸缩的第三伸缩杆（41），所述第三伸缩杆（41）固定连接在箱体内部的后侧壁上，所述第三入射板（38）上方固定设有同规格的第四入射板；所述离子萃取装置（3）上方设有第一加速器（4），所述第一加速器（4）为左右对称分布的两块弧形板；所述第一加速器（4）上方设有质量分析器（5），所述质量分析器（5）内部加设有可调控磁场；所述质量分析器（5）为弧形，所述质量分析器（5）右侧设有第二加速器（7），所述第二加速器（7）为上下对称分布的两块弧形板；所述第二加速器（7）右侧设有一块聚焦透镜（8），所述聚焦透镜（8）右侧设有静电夹盘（11）；所述静电夹盘（11）整体为圆形结构，所述静电夹盘（11）右侧设有旋转电机（12），所述旋转电机（12）的输出轴与静电夹盘（11）固定连接，所述旋转电机（12）底部固定连接有第二伸缩杆（16），所述第二伸缩杆（16）底部设有第一伸缩杆（15），所述第一伸缩杆（15）固定在固定底座（14）上，所述固定底座（14）固定在支撑底座（13）上，所述支撑底座（13）固定在箱体（1）底板上；所述静电夹盘（11）正上方的箱体上侧壁上开设有缺口，并且缺口内设有第一电磁阀（17）；所述箱体（1）前侧壁外侧固定设有主控装置（21），所述主控装置（21）内部嵌设有智能控制芯片（27）。

2.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述箱体（1）右侧壁底端开设有排气口（19），所述排气口（19）与箱体（1）侧壁相接处还设有第二电磁阀（20）。

3.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述箱体（1）内底部固定设有气压测量装置（18），所述气压测量装置（18）与智能控制芯片（27）通讯连接。

4.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述质量分析器（5）与第二加速器（7）之间设有预订方向的挡板（6），所述挡板（6）等间隔平行设置，并且所述挡板（6）上设有纹理。

5.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述离子源（2）内部的弯曲灯丝（31）的弯曲部分截面与竖直部分截面的宽度相同；所述送气管（33）环绕着灯丝弯曲设置，并且面向灯丝的一侧管壁上均匀开设有若干出气口（34）。

6.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述离子萃取装置（3）的第一入射板（35）上对称设有两块电热板（53），并且第一入射板（35）内部还嵌设有温度传感器（54），所述温度传感器（54）与智能控制芯片（27）通讯连接。

7.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述静电夹盘（11）前侧设有左右对称的弧形偏转电极板（10），包括左电极板（48）与右电极板（49），两电极板之间设有电极板电源（50）。

8.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述静电夹盘（11）后侧面的上下两端均固定设有电极（51），两电极（51）之间设有夹持电源（52）。

9.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述主控装置（21）上设有显示板（22），所述显示板（22）下方设有智能控制板（23），所述智能控制板（23）下方设有指纹解锁板（24），所述指纹解锁板（24）左侧设有电源开关键（25），右侧设有急停键（26）；所述显示板（22）正上方设有加工进行指示灯（29），所述加工进行指示灯（29）左右两侧分别设有加工完成指示灯（28）与故障指示灯（30），并且所述故障指示灯（30）内还设有蜂鸣器。

10.根据权利要求1所述的芯片生产用离子植入设备，其特征在于：所述第一加速器（4）上侧与聚焦透镜（8）右侧均设有离子测量装置（9），所述离子测量装置（9）的长方体外壳采为永磁铁外壳（43），所述永磁铁外壳（43）内部设有石墨块（44），所述石墨块（44）中心位置开设有狭长的通孔，所述石墨块（44）上下两端均固定设有电荷感应装置（45），所述电荷感应装置（45）与电流计（47）相连接，电流计（47）与智能控制芯片（27）通讯连接；所述永磁铁外壳（43）外接有一接地的电子计量器（46），电子计量器（46）与智能控制芯片（27）通讯连接。

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