CN115763310B - 一种离子注入装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离子注入装置及方法，其属于半导体设备技术领域，所述离子注入装置包括有相连接的离子束发生装置和工艺腔模块，离子束发生装置产生截面呈条形的带状离子束并输出至工艺腔模块内，离子束的条形截面的长度方向与水平面之间的锐夹角小于45度。本方案开创性地将离子束发生装置的设置方向进行扭转，将离子束由纵向的带状束流改为横向，晶圆扫描方向也相应地由横向变为纵向，从而使工艺腔内的空间得到了更为合理的利用，减少了晶圆在进行离子注入前、后进行移动的距离和时间，在工艺质量不受影响的前提下实现了生产效率更高的效果。
Description
技术领域
本发明属于半导体设备技术领域，具体地涉及一种离子注入装置及方法。
背景技术
离子注入是近年来半导体制造中广泛应用的技术之一。现有的离子注入装置的工作过程一般为：晶圆从处于大气环境的前端模块(EFEM)进入负责在真空与大气间转换的真空锁模块(Loadlock)，然后进入真空的传送腔进行传送，传送至真空的工艺腔模块进行注入。工艺腔模块连接有离子束发生装置，其产生竖直带状的离子束，晶圆在工艺腔模块中朝向该离子束、沿水平方向反复移动扫描，从而进行离子注入。离子注入完成后，晶圆再被传送回真空锁，最终再从前端模块取出。
此过程中，晶圆一般通过晶圆传送部件(如机械手)从传输腔传送至工艺腔模块，为使晶圆传输稳定，晶圆是水平放置于晶圆传送部件的相应结构(如叉臂)上进行移动的；传送至工艺腔模块附近后，晶圆在晶圆传送部件与工艺腔模块的晶圆扫描部件之间交接，由晶圆扫描部件(具有如静电吸盘结构的部件)将晶圆固持、翻转竖立起来，然后需要花费约2秒以上的时间水平移动约400mm的距离，移动至靠近离子束的扫描初始位置，再开始进行横向移动扫描；扫描完成后晶圆扫描部件动作反向，还需要再用时约2秒以上将晶圆从该初始位置移动回到靠近晶圆传送部件的位置进行交接，再进行后续移动。相当于每个晶圆离子扫描过程中有4秒以上的时间是能够进一步节省的，离子注入装置的工作效率仍有上升空间。
但对于现有的离子注入装置而言，这4秒又是难以加快的：若是单纯加快机械手的移动速度，则会导致晶圆不稳定，可能出现位移甚至掉落，欲速则不达；若是将该400mm的距离缩短，则又会导致空间过小，机械手或晶圆在翻转或传输的过程中会接触到离子束，进而造成机械手受损或晶圆离子注入不均匀。
因此，需要从装置整体的角度考虑进行改良，设计出一种新的离子注入装置，在保证工艺稳定的前提下，节省上述传输时间，提高工作效率。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明提供一种离子注入装置及方法，其缩短了晶圆在进行离子注入前、后进行移动的距离和时间，提高离子注入装置及方法的工作效率。
依据本发明技术方案的第一方面，本发明提供一种离子注入装置，其包括有相连接的离子束发生装置和工艺腔模块，离子束发生装置产生截面呈条形的带状离子束并输出至工艺腔模块内，离子束的条形截面的长度方向与水平面之间的锐夹角小于45度。
进一步地，离子束的条形截面的长度方向与水平面相平行。
进一步地，工艺腔模块内设置有晶圆扫描部件，晶圆扫描部件一端与工艺腔模块相连接，另一端具有用于固持晶圆的晶圆固持部；晶圆扫描部件上具有用于控制晶圆固持部翻转的翻转机构和用于控制晶圆固持部沿垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向移动的移动机构。
进一步地，工艺腔模块上还依次连接有传送腔模块、真空锁模块和前端模块；传送腔模块内设置有用于移动传送晶圆并在真空锁模块和晶圆扫描部件处取放晶圆的晶圆传送部件。
进一步地，晶圆传送部件在靠近晶圆扫描部件处的移动范围位于离子束下方且与离子束之间具有间隙。
进一步地，离子束发生装置包括依次相连通地连接的离子源模块、质量分析磁铁模块、磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块，电透镜模块的输出端与工艺腔模块的侧壁贯通地相连接；工艺腔模块与离子束发生装置相对的一侧设置有法拉第杯。
进一步地，离子源模块输出离子束的方向朝向斜下方；质量分析磁铁模块中离子束的通路呈下凹的弧线形；磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块中离子束的通路均朝向斜上方。
依据本发明技术方案的第二方面，本发明提供一种离子注入方法，其采用上述的离子注入装置进行实施，其包括如下步骤：
步骤S1，离子束发生装置中产生横向的带状离子束，离子束通过下潜后再上翘的转弯方式进行筛选过滤，最终输出到工艺腔模块内；离子束输入工艺腔模块时的行进方向为水平方向，或者相对于水平面向上倾斜；
步骤S2，晶圆被水平输送至位于工艺腔模块中离子束行进路线下方的晶圆扫描部件上，晶圆扫描部件对晶圆进行固持；
步骤S3，晶圆扫描部件在离子束行进路线下方将晶圆翻转立起至朝向离子束，然后纵向移动晶圆，使离子束在晶圆表面反复纵向扫描，进行离子注入；
步骤S4，离子注入完成后，晶圆位于离子束行进路线下方，晶圆扫描部件将晶圆翻转至水平并释放晶圆，然后晶圆被取走，下一片待处理晶圆被放置于晶圆扫描部件；如此反复连续处理多片晶圆。
进一步地，步骤S1包括：
离子束发生装置中的离子源模块产生带状的离子束，离子束在水平和垂直方向上发散；离子束从离子源模块输出后依次通过质量分析磁铁模块、磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块；
质量分析磁铁模块使离子束在其条形截面的宽度方向上聚焦、在其条形截面的长度方向上继续发散；
磁透镜模块产生四极杆场，使离子束在其条形截面的长度方向上聚焦至接近平行；
分析狭缝模块使离子束中被有效聚焦的部分继续通过，将其余部分阻挡；
电透镜模块产生垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向的偏转电场，使离子束中的杂质颗粒与所需的离子束行进方向分离从而被筛选过滤。
进一步地，在步骤S3中，在晶圆被翻转立起后，晶圆的上边缘位于靠近离子束的位置；在纵向移动晶圆之前，晶圆均未接触离子束；随后晶圆扫描部件带动晶圆沿垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向的方向以一个可控的速度进行反复扫描，从而实现特定剂量的离子束有效注入到晶圆表面。
与现有技术相比，本发明离子注入装置及方法的有益技术效果如下：
1、本发明的离子注入装置及方法，开创性地将离子束发生装置的设置方向进行扭转，将离子束由纵向的带状束流改为横向，晶圆扫描方向也相应地由横向变为纵向，从而使工艺腔内的空间得到了更为合理的利用。
2、本发明离子注入装置及方法采用使离子束下潜之后再上翘的转弯方式进行筛选，因而进入工艺腔模块的位置较高，加之离子束为横向的束流，使得离子束下方的空间足够大，取放晶圆的位置可以直接设置在离子束的下方，且离子束不会影响到晶圆的翻转和传送过程，晶圆扫描部件获得晶圆后，直接将晶圆原地竖立起来，然后就可以向上移动进行扫描注入，从而完全节省了现有技术方案中晶圆所需水平移动的距离及时间，达到生产效率更高的效果。实验显示，采用现有的横向扫描方式中注入后的晶圆与待注入的晶圆之间进行交换的总用时一般在14秒以上；采用本方案进行纵向扫描，晶圆之间交换所需时间明显缩短，可实现达到8秒以下。
3、本发明的离子注入装置及方法由于节省了晶圆所需移动的路程，工艺腔的空间也可进一步缩小，有助于更加快速且有保障地实现其中的真空度及洁净度要求，同时能够降低装置的成本以及占地面积。
4、本发明的离子注入装置及方法打破了纵向离子束、横向扫描晶圆的这一传统常规方式的限制，为离子注入工艺开辟了新的发展方向，有助于相关产业的发展与进步。
附图说明
图1是本发明离子注入装置的一实施例的立体结构示意图。
图2是图1所示实施例的剖视结构示意图。
图3是图1所示实施例中离子束发生装置及晶圆扫描部件部分的立体结构示意图。
图4是本发明又一实施例工艺腔模块中晶圆动作过程的侧视示意图。
图5是本发明再一实施例的工艺腔模块、传送腔模块、真空锁模块及前端模块部分的俯视结构示意图。
图6是本发明一实施例的离子源模块的立体装配图。
图7是本发明一实施例的质量分析磁铁模块的立体装配图。
图8是图7所示的质量分析磁铁模块装配后的结构示意图。
图9是本发明一实施例的磁透镜模块的立体装配图。
图10是图9所示的磁透镜模块装配后的结构示意图。
图11是本发明一实施例的电透镜模块的立体装配图。
图12是图11所示的电透镜模块装配后的结构示意图。
图13是本发明一实施例的工艺腔模块的立体装配图。
图14是图13所示的工艺腔模块装配后的结构示意图。
图15是本发明一实施例的离子注入方法流程图。
附图中的附图标记说明：
1、离子源模块；101、离子源；102、绝缘套管；103、离子源腔体；104、引出电极调整机构；105、离子源分子泵；106、闸板阀；107、离子源机架；
2、质量分析磁铁模块；201、质量分析磁铁腔体；202、左侧线圈；203、右侧线圈；204、铁芯组件；205、质量分析磁铁机架；
3、磁透镜模块；301、第一线圈组件；302、第二线圈组件；303、磁透镜腔体；304、磁透镜分子泵；305、磁透镜冷泵；306、磁透镜机架；
4、分析狭缝模块；
5、电透镜模块；501、电透镜腔体；502、偏转电极；503、PFG组件；
6、工艺腔模块；601、晶圆扫描部件；6011、晶圆固持部；602、上工艺腔体；603、下工艺腔体；604、束流检测组件；605、法拉第杯；606、工艺腔冷泵；607、工艺腔分子泵；608、工艺腔机架；
7、传送腔模块；701、晶圆传送部件；702、对准平台；
8、真空锁模块；9、前端模块；W、晶圆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明提供一种离子注入装置及方法，其最重要的改进点在于开创性地将离子束发生装置的设置方向进行扭转，将离子束由纵向的带状束流改为横向，晶圆扫描方向也相应地由横向变为纵向，从而使工艺腔内的空间得到了更为合理的利用，减少了晶圆在进行离子注入前、后进行移动的距离和时间，在工艺质量不受影响的前提下实现了生产效率更高的效果。
请参阅图1和图2，本发明的一种离子注入装置包括有相连接的离子束发生装置和工艺腔模块6，离子束发生装置产生截面呈条形(长度远大于宽度，理想情况宽度极小)的带状离子束并通过离子束入射窗口输出至工艺腔模块6内。工艺腔模块6内设置有晶圆扫描部件601，例如为扫描机械手(ScanRobot)，晶圆扫描部件601一端与工艺腔模块6相连接，另一端具有用于固持晶圆的晶圆固持部6011(例如静电吸盘，能够受控固持及释放其上方的晶圆)；晶圆扫描部件601上具有用于控制晶圆固持部6011翻转的翻转机构和用于控制晶圆固持部6011沿基本垂直于离子束长度方向、且垂直于离子束行进方向的方向上反复移动的移动机构。
现有技术方案中，离子束发生装置中相关的质量分析磁铁(AMU)等部件为根据工艺原理直观而容易想到的横放，离子源产生纵向的离子束，进而在磁场/电场中进行水平方向的偏转，从而进行筛选及束流形状的调整，最终获得的离子束为纵向的带状束流，晶圆扫描部件控制晶圆横向移动进行扫描。由于晶圆在大部分时间中都是水平地放置和传送的，而纵向离子束在纵向上长度较长，这就导致晶圆在注入前、后需要在水平方向上与离子束间隔足够大的距离，从而避免在非注入阶段与离子束接触，因此在注入前、后也需要花时间移动该距离，导致工作效率不高。
本发明的方案针对所发现的这一问题，将离子束的状态进行扭转调整，使离子束的条形截面(与离子束行进方向相垂直的截面)的长度方向与水平面之间的锐夹角小于45度，优选为更进一步地，该锐夹角等于0度，即，将离子束调整为横向，长度方向与水平面相平行。如此设置后，如图4或图5所示，晶圆的传送方向与离子束长度方向平行、不相交，因而能够将离子注入装置各部件设置得更紧凑，取消现有技术方案中晶圆在进行注入前水平移动的距离，晶圆直接传送至离子束下方的晶圆扫描部件601的晶圆固持部6011上，接着直接将晶圆原地竖立起来，然后就可以向上移动、进行纵向的反复扫描注入，因此晶圆在注入前后的传送时间明显缩短、效率明显提高。
以图5所示的一种具体实施方式为例进行说明，工艺腔模块6上依次连接有传送腔模块7、真空锁模块8(为提高效率设有两个)和前端模块9；传送腔模块7内设置有用于晶圆对准的对准平台702，以及用于移动传送晶圆W并在真空锁模块8和晶圆扫描部件601处取放晶圆W的晶圆传送部件701(例如为具有叉臂的传送机械手，为提高效率设有两个)，晶圆传送部件701至少能够实现旋转、伸缩、升降的功能，从而完成传送及交接晶圆的工作。在靠近晶圆扫描部件601处，晶圆传送部件701的移动范围位于离子束下方且与离子束之间具有间隙；在该位置进行传送及交接晶圆时，晶圆扫描部件601位于晶圆传送部件701下方，更加远离离子束，晶圆扫描部件601、晶圆传送部件701及晶圆均不会与离子束相接触。
晶圆扫描部件601及晶圆传送部件701可采用机械手(如六轴机械手)，优选地，如图1、图3、图5、图13所示，晶圆扫描部件601横向连接在工艺腔模块6内侧壁上，晶圆扫描部件601的主轴垂直于离子束行进方向(图4、图5中实线箭头所指方向)，晶圆扫描部件601的主轴的自由端与晶圆固持部6011转动连接，从而进行水平和竖起状态之间的翻转；晶圆扫描部件601的主轴与工艺腔模块6内侧壁相连的一端例如采用多轴机械手形式，或者由于其只进行纵向一个方向的运动，也可采用滑轨的方式，简化结构及控制。另外需要说明的是，在翻转过程中，晶圆W及晶圆固持部6011是围绕晶圆扫描部件601的一根转轴(例如主轴)旋转的，若将该转轴设置在居中位置，则如图4所示，晶圆W在纵向上的最高点将提高近一个晶圆W半径的距离；若将该转轴设置的位置偏离晶圆固持部6011的中心，则能够实现减小或增大翻转过程中最高点的位置；通过此处的设计调整，即可满足晶圆W翻转过程不接触离子束，或者借此调整晶圆扫描部件601、晶圆传送部件701以及离子束等的空间位置，以根据装置整体的空间布局进行统筹优化，提高空间利用率。
进一步具体而言，离子束发生装置包括依次相连通地连接的离子源模块1、质量分析磁铁模块2、磁透镜模块3、分析狭缝模块4和电透镜模块5，电透镜模块5的输出端与工艺腔模块6的侧壁通过离子束入射窗口贯通地相连接。工艺腔模块6与离子束发生装置相对的一侧设置有用于侦测离子束的法拉第杯605。
请参阅图2，离子源模块1输出离子束的方向朝向斜下方，质量分析磁铁模块2中离子束的通路呈下凹的弧线形，磁透镜模块3、分析狭缝模块4和电透镜模块5中离子束的通路均朝向斜上方，各模块均通过各自的机架实现支撑定位。从而离子束的行进路线呈现“对勾”的形状，离子束向上倾斜翘起地进入工艺腔模块6，为离子束下方提供更多的空间。可以想到的是，离子束水平、甚至向下倾斜入射也可，但为了在离子束下方安装所需结构，则需要装置整体高度提升，体积将会较大。采用此种“对勾”形结构为一种空间占用最小的方式。
请参阅图6，离子源模块1包括相装配连接的离子源101、绝缘套管(高压绝缘BUSING)102、离子源腔体103、引出电极调整机构104、离子源分子泵105、闸板阀106以及离子源机架107。离子源101可产生带状离子束，该离子束在水平和垂直方向上发散。绝缘套管102用于提供保护和隔离，离子源分子泵105使离子源腔体103及离子源101中形成所需的真空环境，引出电极调整机构104用于使离子源101产生的离子束定向移动，闸板阀106用于控制离子源模块1与后方模块之间的连通或隔离。
离子源模块1引出的离子束进入质量分析磁铁模块2，质量分析磁铁模块2实质为一个高分辨率分析磁铁，离子束穿过该磁铁狭窄的狭缝通道后在其狭缝相对较窄的方向上聚焦，但是允许离子束在其狭缝相对较宽的方向上继续发散。请参阅图7、图8，质量分析磁铁模块2包括相装配连接的质量分析磁铁腔体201、左侧线圈202、右侧线圈203、铁芯组件(磁回路)204以及质量分析磁铁机架205。质量分析磁铁腔体201用于提供离子束通过的通道，左侧线圈202、右侧线圈203及铁芯组件204共同构成电磁铁结构，形成所需的分析磁场，离子束中不同荷质比的离子会在该磁场下产生不同的偏转，从而能够筛除杂质离子。
通过质量分析磁铁模块2的离子束进入磁透镜模块3，其实质为一个能够产生四极杆场的透镜组，其所产生的适当强度的四极杆场，可对离子束在其相对较宽的方向上局部适当聚焦，从而调节离子束轨迹近似平行。请参阅图9、图10，磁透镜模块3包括相装配连接的第一线圈组件301、第二线圈组件302、磁透镜腔体303、磁透镜分子泵304、磁透镜冷泵305以及磁透镜机架306。第一线圈组件301和第二线圈组件302安装于磁透镜腔体303中，其一用于调整离子束在长度方向的密度分布，另一用于终止离子束的发散趋势，并使离子束变为平行传播，控制离子束在晶圆上的注入角度；磁透镜分子泵304和磁透镜冷泵305用于使磁透镜腔体303内形成所需真空环境。
离子束接着进入分析狭缝模块4，使得被磁透镜模块3有效聚焦的离子束可通过该狭缝，而具有较大发散角度的、带有能量污染和角度污染部分的离子束可被该狭缝阻挡掉。
随后离子束进入电透镜模块5，请参阅图11、图12，电透镜模块5包括相装配连接的电透镜腔体501、偏转电极502和PFG组件(压电浮栅场效应晶体管阵列)503。电透镜模块5产生垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向的偏转电场，可使离子束中带有能量污染部分的杂质颗粒与正常离子束行进方向分离从而被筛选并过滤掉，进一步保证离子束的纯净。
最终，经过净化、整形等处理后的所需离子束进入工艺腔模块6进行离子注入。请参阅图13、图14，工艺腔模块6包括相装配连接的晶圆扫描部件601、上工艺腔体602、下工艺腔体603、束流检测组件(Profiler)604、法拉第杯605、工艺腔冷泵606、工艺腔分子泵607以及工艺腔机架608。晶圆扫描部件601为一个可带动晶圆进行扫描的机构，该机构带动晶圆沿近似于平行带状离子束条形截面长度方向的垂直方向，以一个可控的速度进行扫描，从而实现特定剂量的离子束有效注入到晶圆表面。上工艺腔体602和下工艺腔体603共同构成真空腔体，其上均具有透明的观察窗，在下工艺腔体603与传送腔模块7连接的侧面还开设有用于容纳晶圆传送部件701、传送晶圆的开口。工艺腔冷泵606和工艺腔分子泵607用于使上工艺腔体602和下工艺腔体603形成所需的真空环境。束流检测组件604用于对离子束流大小及均匀性进行检测。法拉第杯605用于接收并侦测离子束流的大小及其稳定性，以及避免离子束直接照射腔体内壁。
基于上述的离子注入装置，本发明提供一种离子注入方法，请参阅图15，其包括如下步骤：
步骤S1，离子束发生装置中产生横向的带状离子束，离子束通过下潜后再上翘的转弯方式进行筛选过滤，最终输出到工艺腔模块6内；离子束输入工艺腔模块6时的行进方向为水平方向，或者相对于水平面向上倾斜；
步骤S2，晶圆被水平输送至位于工艺腔模块6中离子束行进路线下方的晶圆扫描部件601上，晶圆扫描部件601对晶圆进行固持；
步骤S3，晶圆扫描部件601在离子束行进路线下方将晶圆翻转立起至朝向离子束，然后纵向移动晶圆，使离子束在晶圆表面反复纵向扫描，进行离子注入；
步骤S4，离子注入完成后，晶圆位于离子束行进路线下方，晶圆扫描部件601将晶圆翻转至水平并释放晶圆，然后晶圆被取走，下一片待处理晶圆被放置于晶圆扫描部件601；如此反复连续处理多片晶圆至所有晶圆均完成处理、工艺结束。
进一步地，步骤S1具体包括：
离子束发生装置中的离子源模块1产生带状的离子束，离子束在水平和垂直方向上发散；离子束从离子源模块1输出后依次通过质量分析磁铁模块2、磁透镜模块3、分析狭缝模块4和电透镜模块5；
质量分析磁铁模块2使离子束在其条形截面宽度方向上聚焦、在其条形截面长度方向上继续发散；
磁透镜模块3产生四极杆场，使离子束在其条形截面长度方向上聚焦，形成基本平行的离子束；
分析狭缝模块4使离子束中被有效聚焦的部分继续通过，将其余部分阻挡；
电透镜模块5产生垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于束流行进方向的偏转电场，使离子束中的杂质颗粒与所需的离子束行进方向分离从而被筛选过滤。
此外，在步骤S3中，在晶圆被翻转立起后，晶圆的上边缘位于靠近离子束的位置；在纵向移动晶圆之前，晶圆均未接触离子束；随后晶圆扫描部件601带动晶圆沿垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束流行进方向的方向以一个可控的速度进行反复扫描，从而实现特定剂量的离子束有效注入到晶圆表面。
综上所述，本发明的离子注入装置及方法开创性地将离子束发生装置的设置方向进行扭转，将离子束由纵向的带状束流改为横向，晶圆扫描方向也相应地由横向变为纵向，从而使工艺腔内的空间得到了更为合理的利用。采用使离子束下潜之后再上翘的转弯方式进行筛选，因而进入工艺腔模块的位置较高，加之离子束为横向的束流，使得离子束下方的空间足够大，取放晶圆的位置可以直接设置在离子束的下方，且离子束不会影响到晶圆的翻转和传送过程，晶圆扫描部件获得晶圆后，直接将晶圆原地竖立起来，然后就可以向上移动进行扫描注入，从而完全节省了晶圆所需水平移动的距离及时间，达到生产效率更高的效果。实验显示，采用现有的横向扫描方式中注入后的晶圆与待注入的晶圆之间进行交换的总用时一般在14秒以上；采用本方案进行纵向扫描，晶圆之间交换所需时间明显缩短，可实现达到8秒以下。另一方面，本发明的离子注入装置及方法由于节省了晶圆所需移动的路程，工艺腔的空间也可进一步缩小，有助于更加快速且有保障地实现其中的真空度及洁净度要求，同时能够降低装置的成本以及占地面积。并且，本发明的离子注入装置及方法打破了纵向离子束、横向扫描晶圆的这一传统常规方式的限制，为离子注入工艺开辟了新的发展方向，有助于相关产业的发展与进步。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种离子注入装置，其包括有相连接的离子束发生装置和工艺腔模块，离子束发生装置产生截面呈条形的带状离子束并输出至工艺腔模块内，其特征在于，离子束的条形截面的长度方向与水平面之间的锐夹角小于45度；
离子束发生装置包括依次相连通地连接的离子源模块、质量分析磁铁模块、磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块；
离子源模块输出离子束的方向相对于水平方向朝向斜下方；质量分析磁铁模块中离子束的通路相对于水平方向呈下凹的弧线形；磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块中离子束的通路均相对于水平方向朝向斜上方；
离子束发生装置产生横向带状离子束，离子束通过下潜后再上翘的转弯方式进行筛选过滤；纵向移动晶圆使离子束在晶圆表面反复纵向扫描；取放晶圆的位置设置在离子束的下方，且离子束不会影响到晶圆的翻转和传送过程。
2.如权利要求1所述的离子注入装置，其特征在于，离子束的条形截面的长度方向与水平面相平行。
3.如权利要求2所述的离子注入装置，其特征在于，工艺腔模块内设置有晶圆扫描部件，晶圆扫描部件一端与工艺腔模块相连接，另一端具有用于固持晶圆的晶圆固持部；晶圆扫描部件上具有用于控制晶圆固持部翻转的翻转机构和用于控制晶圆固持部沿垂直离子束长度方向移动的移动机构。
4.如权利要求3所述的离子注入装置，其特征在于，工艺腔模块上还依次连接有传送腔模块、真空锁模块和前端模块；传送腔模块内设置有用于移动传送晶圆并在真空锁模块和晶圆扫描部件处取放晶圆的晶圆传送部件。
5.如权利要求4所述的离子注入装置，其特征在于，晶圆传送部件在靠近晶圆扫描部件处的移动范围位于离子束下方且与离子束之间具有间隙。
6.如权利要求3-5中任意一项所述的离子注入装置，其特征在于，电透镜模块的输出端与工艺腔模块的侧壁贯通地相连接；工艺腔模块与离子束发生装置相对的一侧设置有法拉第杯。
7.一种离子注入方法，其特征在于，采用如权利要求3-6中任意一项所述的离子注入装置进行实施，其包括如下步骤：
步骤S1，离子束发生装置中产生横向的带状离子束，离子束通过下潜后再上翘的转弯方式进行筛选过滤，最终输出到工艺腔模块内；离子束输入工艺腔模块时的行进方向为水平方向，或者相对于水平面向上倾斜；
步骤S2，晶圆被水平输送至位于工艺腔模块中离子束行进路线下方的晶圆扫描部件上，晶圆扫描部件对晶圆进行固持；
步骤S3，晶圆扫描部件在离子束行进路线下方将晶圆翻转立起至朝向离子束，然后纵向移动晶圆，使离子束在晶圆表面反复纵向扫描，进行离子注入；
步骤S4，离子注入完成后，晶圆位于离子束行进路线下方，晶圆扫描部件将晶圆翻转至水平并释放晶圆，然后晶圆被取走，下一片待处理晶圆被放置于晶圆扫描部件；如此反复连续处理多片晶圆。
8.如权利要求7所述的离子注入方法，其特征在于，步骤S1包括：
离子束发生装置中的离子源模块产生带状的离子束，离子束在水平和垂直方向上发散；离子束从离子源模块输出后依次通过质量分析磁铁模块、磁透镜模块、分析狭缝模块和电透镜模块；
质量分析磁铁模块使离子束在其条形截面的宽度方向上聚焦、在其条形截面的长度方向上继续发散；
磁透镜模块产生四极杆场，使离子束在其条形截面的长度方向上聚焦至接近平行；
分析狭缝模块使离子束中被有效聚焦的部分继续通过，将其余部分阻挡；
电透镜模块产生垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向的偏转电场，使离子束中的杂质颗粒与所需的离子束行进方向分离从而被筛选过滤。
9.如权利要求7或8所述的离子注入方法，其特征在于，在步骤S3中，在晶圆被翻转立起后，晶圆的上边缘位于靠近离子束的位置；在纵向移动晶圆之前，晶圆均未接触离子束；随后晶圆扫描部件带动晶圆沿垂直于离子束条形截面长度方向且垂直于离子束行进方向的方向以一个可控的速度进行反复扫描，从而实现特定剂量的离子束有效注入到晶圆表面。
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