CN109256314B - 一种基片的定点离子注入装置及注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基片的定点离子注入装置及注入方法，装置包括控制单元、真空腔室、基片定位装置和机器视觉系统，基片定位装置包括基片座、掩盖板、第一X轴移动机构、第二X轴移动机构、第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，基片座设于第一X轴移动机构上，掩盖板设于第二X轴移动机构上，掩盖板上设有束流穿孔，机器视觉系统用于检测基片上注入点位置以及束流穿孔中心位置，掩盖板可移动以使束流穿孔的中心位置与基片上的注入点位置对正。方法包括对真空腔体抽真空；移动基片座测基片上注入点位置；移动掩盖板测束流穿孔中心位置，掩盖板移动，使束流穿孔的中心位置与注入点的位置对正；同步移动基片座和掩盖板至离子束注入口下方；启动离子束。

Description

一种基片的定点离子注入装置及注入方法

技术领域

本发明涉及半导体装备技术领域，尤其涉及一种基片的定点离子注入装置及注入方法。

背景技术

离子注入机是半导体工艺中的关键设备之一。在传统注入机系统中，一般的要求是：离子源系统引出离子束，离子束再经过电磁铁修正、加速等，最终是达到基片，通过设备配备的扫描装置使整个基片得到相同的均匀的离子注入剂量。

近年来，随着离子注入工艺的不断发展，在某些领域对离子注入设备有一些特殊要求，比如需要在基片特定点上实现精确的定点注入而不是传统的整片离子注入，然而现有技术中，还没有专门装置进行定点注入。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可实现基片定点注入的基片的定点离子注入装置及注入方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基片的定点离子注入装置，包括控制单元、真空腔室、设于真空腔室内的基片定位装置和设于真空腔室外的机器视觉系统，所述基片定位装置包括基片座、掩盖板、第一X轴移动机构、第二X轴移动机构、第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构，所述第一X轴移动机构设于第一Y轴移动机构上，所述第二X轴移动机构设于第二Y轴移动机构上，所述基片座设于第一X轴移动机构上，所述掩盖板设于第二X轴移动机构上，基片固定于基片座上，所述掩盖板上设有束流穿孔，所述机器视觉系统用于检测基片上注入点的位置以及束流穿孔的中心位置，所述掩盖板可移动至覆盖在基片的上方，以使束流穿孔的中心位置与基片上的注入点位置对正，所述真空腔室的顶板设有离子束注入口，所述控制单元与第一Y轴移动机构和第二Y轴移动机构、第一X轴移动机构、第二X轴移动机构和机器视觉系统连接。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述掩盖板中部设有一可拆卸的盖板，所述束流穿孔位于可拆卸的盖板上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述基片座顶部设有装片板和片夹，所述装片板上设有凹槽，所述基片位于所述凹槽内，并通过片夹夹紧。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第一X轴移动机构包括第一线性导轨和第一线性马达，所述第二X轴移动机构包括第二线性导轨和第二线性马达，所述第一线性导轨设于第一Y轴移动机构上，所述第二线性导轨设于第二Y轴移动机构上，所述基片座固定于第一线性马达上，所述掩盖板固定于第二线性马达上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第一Y轴移动机构包括第三线性马达，所述第二Y轴移动机构包括第四线性马达，所述第三线性马达和第四线性马达共设一个Y轴线性导轨，所述第一线性导轨固定在第三线性马达上，所述第二线性导轨固定在第四线性马达上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第一Y轴移动机构包括第三线性导轨和第三线性马达，所述第二Y轴移动机构包括第四线性导轨和第四线性马达，所述第一线性导轨固定在第三线性马达上，所述第二线性导轨固定在第四线性马达上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第三线性导轨和第四线性导轨位于同一直线上。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述机器视觉系统包括工业照相机、照明光源和透光玻璃，所述透光玻璃嵌在真空腔室顶板的外侧，所述工业照相机固定于透光玻璃上，二者之间设置所述照明光源。

作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述离子束注入口设有控制离子束注入口打开和关闭的阀门。

一种如上述的基片的定点离子注入装置的注入方法，包括以下步骤：

S1、关闭离子束注入口，对真空腔体进行抽真空，以达到工艺要求设定值；

S2、移动基片座至机器视觉系统的下方，机器视觉系统检测出基片上注入点的位置，并记录；

S3、移动掩盖板至机器视觉系统的下方，并覆盖在基片的上方，机器视觉系统检测出掩盖板上束流穿孔的中心位置，并与注入点的位置进行比较，将比较值反馈给控制单元，控制单元控制掩盖板移动，以使束流穿孔的中心位置与基片上注入点的位置对正；

S4、同步移动基片座和掩盖板至离子束注入口的下方；

S5、打开离子束注入口，启动离子束，完成基片上定点离子注入。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的基片的定点离子注入装置，通过一个二维平面运动机构，装在平面运动机构上可沿XY轴两个方向运动的基片座，装在平面运动机构上可沿XY轴两个方向运动的掩盖板，以及位于运动机构上方的机器视觉系统，实现基片一定范围内平面方向的精确定位，同时还可以通过掩盖板的配合运动精确实现基片的定点注入，与传统离子注入设备相比，可实现基片的定点，且通过对束流穿孔直径的控制，可实现离子束斑直径特别小（微米级）的注入，满足更严格的注入工艺要求。

（2）本发明的基片的定点离子注入方法，采用上述定点离子注入装置，同样可实现基片一定范围内平面方向的精确定位，同时还可以通过掩盖板的配合运动精确实现基片的定点注入。

附图说明

图1是本发明基片的定点离子注入装置的主视结构示意图。

图2是图1的俯视结构示意图（逆时针旋转90°）。

图3是本发明中机器视觉系统的结构示意图。

图4是本发明中束流穿孔的结构示意图。

图5是本发明基片的定点离子注入方法的流程示意图。

图中各标号表示：

1、真空腔室；11、离子束注入口；2、机器视觉系统；21、工业照相机；22、照明光源；23、透光玻璃；3、基片座；31、装片板；32、片夹；33、凹槽；4、掩盖板；41、束流穿孔；42、可拆卸的盖板；43、底座；5、第一X轴移动机构；51、第一线性导轨；52、第一线性马达；6、第二X轴移动机构；61、第二线性导轨；62、第二线性马达；7、第一Y轴移动机构；71、第三线性马达；72、Y轴线性导轨；8、第二Y轴移动机构；81、第四线性马达；9、基片。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例的基片的定点离子注入装置，包括控制单元、真空腔室1、设于真空腔室1内的基片定位装置和设于真空腔室1外的机器视觉系统2，基片定位装置包括基片座3、掩盖板4、第一X轴移动机构5、第二X轴移动机构6、第一Y轴移动机构7和第二Y轴移动机构8，第一X轴移动机构5设于第一Y轴移动机构7上，第二X轴移动机构6设于第二Y轴移动机构8上，基片座3设于第一X轴移动机构5上，掩盖板4设于第二X轴移动机构6上，基片9固定于基片座3上，掩盖板4上设有束流穿孔41，机器视觉系统2用于检测基片9上注入点的位置以及掩盖板4上束流穿孔41的中心位置，掩盖板4可移动至覆盖在基片9的上方，以使束流穿孔41的中心位置与基片9上的注入点位置对正，真空腔室1的顶板设有离子束注入口11，控制单元与第一Y轴移动机构7和第二Y轴移动机构8、第一X轴移动机构5、第二X轴移动机构6和机器视觉系统2连接。

第一X轴移动机构5和第一Y轴移动机构7控制基片座3在真空腔室1内沿水平面任意位置移动，第二X轴移动机构6和第二Y轴移动机构8控制掩盖板4在真空腔室1内沿水平面任意位置移动，各移动机构均由控制单元进行控制，基片座3可移动至机器视觉系统2的下方，检测基片9上注入点的位置，掩盖板4也可以移动至机器视觉系统2的下方，并覆盖在基片9的上方，机器视觉系统2也检测掩盖板4上束流穿孔41的中心位置，然后将二者的位置进行比较，并反馈给控制单元，控制单元控制遮盖板4移动，以使束流穿孔41的中心位置与基片9上的注入点位置对正，对正后，一起移动至离子束注入口11的正下方，打开该注入口，启动离子束（图1箭头所示），离子束只有小部分从束流穿孔41穿过到达基片9上（实际离子束的大部分被掩盖板4挡住，只有透过束流穿孔41的离子束能到达基片9上），并对注入点进行离子注入。

本发明的基片的定点离子注入装置，通过一个二维平面运动机构，装在平面运动机构上可沿XY两方向运动的基片座，装在平面运动机构上可沿XY两方向运动的掩盖板，以及位于运动机构上方的机器视觉系统，实现基片一定范围内平面方向的精确定位，同时还可以通过掩盖板的配合运动精确实现基片的定点注入，与传统离子注入设备相比，可实现基片的定点，且通过对束流穿孔41直径的控制，可实现离子束斑直径特别小（微米级）的注入，满足更严格的注入工艺要求。

本实施例中，离子束注入口11设有控制离子束注入口11打开和关闭的阀门（图中未示出）。阀门与控制单元连接，由控制单元控制。阀门盖在离子束注入口11上，需要在真空腔室1内抽真空以及离子注入时关闭，需要在真空腔室1内装片时打开。

本实施例中，掩盖板4中部设有一可拆卸的盖板42，束流穿孔41位于可拆卸的盖板42上，可拆卸的盖板42是可更换的，束流穿孔41设置在可拆卸的盖板42上，可根据需要加工为不同的大小，这样通过更换可拆卸的盖板42就能改变束流穿孔41的大小。

本实施例中，基片座3顶部设有装片板31和片夹32，装片板31上设有凹槽33，基片9位于凹槽33内，并通过片夹32夹紧。凹槽33略大于基片9一点，这样基片9卡入凹槽33内，采用两个片夹32夹紧。

本实施例中，第一X轴移动机构5包括第一线性导轨51和第一线性马达52，第二X轴移动机构6包括第二线性导轨61和第二线性马达62，第一Y轴移动机构7包括第三线性马达71，第二Y轴移动机构8包括第四线性马达81，第三线性马达71和第四线性马达81共设一个Y轴线性导轨72，第一线性导轨51固定在第三线性马达71上，第二线性导轨61固定在第四线性马达81上，基片座3固定于第一线性马达52上，掩盖板4通过一底座43固定于第二线性马达62上。通过四个线性马达实现从而实现基片座3和掩盖板4在水平面XY轴方向的精确定位。

本实施例中，机器视觉系统2包括工业照相机21、照明光源22和透光玻璃23，透光玻璃23嵌在真空腔室1顶板的外侧，工业照相机21固定于透光玻璃23上，二者之间设置照明光源22。工业照相机21用于识别远端的基片9上的标记的特定点（注入点）。透光玻璃23是透明的，主要作用是实现真空隔离。

如图5所示，采用上述定点离子注入装置的注入方法，包括以下步骤：

S1、关闭离子束注入口11，对真空腔体1进行抽真空，以达到工艺要求设定值；

S2、移动基片座3至机器视觉系统2的下方，机器视觉系统2检测出基片9上注入点的位置，并记录；

S3、移动掩盖板4至机器视觉系统2的下方，并覆盖在基片9的上方，机器视觉系统2检测出掩盖板4上束流穿孔41的中心位置，并与注入点的位置进行比较，将比较值反馈给控制单元，控制单元控制掩盖板4移动，以使束流穿孔41的中心位置与基片9上注入点的位置对正；

S4、同步移动基片座3和掩盖板4至离子束注入口11的下方；

S5、打开离子束注入口11，启动离子束，完成基片上定点离子注入。

除本实施例外，还可以是，第一Y轴移动机构7包括第三线性导轨和第三线性马达71，第二Y轴移动机构8包括第四线性导轨和第四线性马达81，第一线性导轨51固定在第三线性马达71上，第二线性导轨61固定在第四线性马达81上。第三线性导轨和第四线性导轨位于同一直线上。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基片的定点离子注入装置，其特征在于：包括控制单元、真空腔室（1）、设于真空腔室（1）内的基片定位装置和设于真空腔室（1）外的机器视觉系统（2），所述基片定位装置包括基片座（3）、掩盖板（4）、第一X轴移动机构（5）、第二X轴移动机构（6）、第一Y轴移动机构（7）和第二Y轴移动机构（8），所述第一X轴移动机构（5）设于第一Y轴移动机构（7）上，所述第二X轴移动机构（6）设于第二Y轴移动机构（8）上，所述基片座（3）设于第一X轴移动机构（5）上，所述掩盖板（4）设于第二X轴移动机构（6）上，基片（9）固定于基片座（3）上，所述掩盖板（4）上设有束流穿孔（41），所述机器视觉系统（2）用于检测基片（9）上注入点的位置以及束流穿孔（41）的中心位置，所述掩盖板（4）可移动至覆盖在基片（9）的上方，以使束流穿孔（41）的中心位置与基片（9）上的注入点位置对正，所述真空腔室（1）的顶板设有离子束注入口（11），所述控制单元与第一Y轴移动机构（7）和第二Y轴移动机构（8）、第一X轴移动机构（5）、第二X轴移动机构（6）和机器视觉系统（2）连接。

2.根据权利要求1所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述掩盖板（4）中部设有一可拆卸的盖板（42），所述束流穿孔（41）位于可拆卸的盖板（42）上。

3.根据权利要求1所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述基片座（3）顶部设有装片板（31）和片夹（32），所述装片板（31）上设有凹槽（33），所述基片（9）位于所述凹槽（33）内，并通过片夹（32）夹紧。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述第一X轴移动机构（5）包括第一线性导轨（51）和第一线性马达（52），所述第二X轴移动机构（6）包括第二线性导轨（61）和第二线性马达（62），所述第一线性导轨（51）设于第一Y轴移动机构（7）上，所述第二线性导轨（61）设于第二Y轴移动机构（8）上，所述基片座（3）固定于第一线性马达（52）上，所述掩盖板（4）固定于第二线性马达（62）上。

5.根据权利要求4所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述第一Y轴移动机构（7）包括第三线性马达（71），所述第二Y轴移动机构（8）包括第四线性马达（81），所述第三线性马达（71）和第四线性马达（81）共设一个Y轴线性导轨（72），所述第一线性导轨（51）固定在第三线性马达（71）上，所述第二线性导轨（61）固定在第四线性马达（81）上。

6.根据权利要求4所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述第一Y轴移动机构（7）包括第三线性导轨和第三线性马达（71），所述第二Y轴移动机构（8）包括第四线性导轨和第四线性马达（81），所述第一线性导轨（51）固定在第三线性马达（71）上，所述第二线性导轨（61）固定在第四线性马达（81）上。

7.根据权利要求6所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述第三线性导轨和第四线性导轨位于同一直线上。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述机器视觉系统（2）包括工业照相机（21）、照明光源（22）和透光玻璃（23），所述透光玻璃（23）嵌在真空腔室（1）顶板的外侧，所述工业照相机（21）固定于透光玻璃（23）上，二者之间设置所述照明光源（22）。

9.根据权利要求1至3任意一项所述的基片的定点离子注入装置，其特征在于：所述离子束注入口（11）设有控制离子束注入口（11）打开和关闭的阀门。

10.一种如权利要求1至9任意一项所述的基片的定点离子注入装置的注入方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、关闭离子束注入口（11），对真空腔体（1）进行抽真空，以达到工艺要求设定值；

S2、移动基片座（3）至机器视觉系统（2）的下方，机器视觉系统（2）检测出基片（9）上注入点的位置，并记录；

S3、移动掩盖板（4）至机器视觉系统（2）的下方，并覆盖在基片（9）的上方，机器视觉系统（2）检测出掩盖板（4）上束流穿孔（41）的中心位置，并与注入点的位置进行比较，将比较值反馈给控制单元，控制单元控制掩盖板（4）移动，以使束流穿孔（41）的中心位置与基片（9）上注入点的位置对正；

S4、同步移动基片座（3）和掩盖板（4）至离子束注入口（11）的下方；

S5、打开离子束注入口（11），启动离子束，完成基片上定点离子注入。

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