TWI581298B - 離子植入機及離子植入方法 - Google Patents

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TWI581298B TW105101184A TW105101184A TWI581298B TW I581298 B TWI581298 B TW I581298B TW 105101184 A TW105101184 A TW 105101184A TW 105101184 A TW105101184 A TW 105101184A TW I581298 B TWI581298 B TW I581298B
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安瓦爾 侯塞因
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Description

離子植入機及離子植入方法
本發明是有關一種離子植入機及離子植入方法，特別是一種可以調整工件溫度以配合離子植入配方的離子植入機及離子植入方法。
對半導體產品的製造而言，離子植入是非常重要的技術，例如：積體電路、平面顯示器、太陽能電池等。離子植入技術係以離子植入機將〝雜質〞摻入工件，例如：矽晶圓或玻璃板等。離子植入的精確度對產品的良率有明顯的影響。然而大部份離子植入的研究人員專注於掃瞄工件的方法而忽略掃瞄工件之前及之後的溫度控制。
當離子植入機提供的離子連續撞擊工件時，工件的溫度會升高。習知的離子植入機通常僅用負戴鎖定的方式將工件降溫到室溫，而不用任何的冷卻器或急冷器，因而導致離子植入生產效率大幅降低。在某些情況，在植入前加溫或降溫工件可提升離子植入的整體精確度。然而，習知的離子植入機並不具備任何的加熱器及冷卻器，以便在植入前加熱或冷卻工件，以配合離子植入配方。綜上所述，一種新的離子植入方法及一種新的離子植入機，其能在植入前及/或植入後調整工件的溫度，便是目前極需努力的目標。
本發明係針對可以在植入前及/或植入後可調整工件溫度以配合離子植入配方的一種離子植入機及一種離子植入方法。
本發明一實施例之一種離子植入機包含一處理室、一傳送盒及一溫度處理組件。在處理室中，一工件可依離子植入配方被植入離子。傳送盒能將工件送入或送出處理室。溫度處理組件包含一真空室、一加熱模組及一冷卻模組。真空室與處理室連通，且真空室具有一加熱空間及一與加熱空間相鄰且空間上分離設置的冷卻空間。加熱模組安裝於加熱空間，用於將位於加熱空間的工件加熱到一第一溫度；而冷卻模組安裝於冷卻空間，用於將位於冷卻空間的工件冷卻到一第二溫度，其中第二溫度不同於第一溫度。
根據本發明的一實施例，離子植入機更包含一負載鎖，其位於傳送盒及處理室之間，用於在一常態及一真空狀態中傳送工件。
根據本發明的一實施例，離子植入機更包含一手臂，其用於在處理室及真空室間傳送工件。
根據本發明的一實施例，溫度處理組件更包含一隔板，其用於將加熱空間及冷卻空間隔開。
根據本發明的一實施例，加熱模組更包含：一箱體、至少一加熱器安裝於箱體、及一石英窗遮蓋箱體以將加熱器及加熱空間隔開。於一實施例中，加熱器包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。於一實施例中，加熱模組更包含一反射器，其位於箱體的內表面，用於將加熱器產生的熱反射到石英窗。於一實施例中，加熱模組更包含一遮蔽元件，其位於加熱器及石英窗之間，用以將加熱器產生的熱散佈到石英窗。
根據本發明的一實施例，冷卻模組更包含：一靜電吸盤，其安裝於冷卻空間，用以抓取工件；一急冷器，其安裝於真空室外面；及一冷卻劑管，其連接靜電吸盤及急冷器，其中急冷器經由冷卻劑管激冷靜電吸盤。於一實施例中，冷卻模組更包含一熱敏電阻，其安裝於靜電吸盤，用以監測靜電吸盤的溫度。
根據本發明的一實施例，冷卻模組更包含一感測器，其安裝於冷卻空間，用以偵測工件的位置。
根據本發明的一實施例，在工件被植入離子之前，第一溫度及第二溫度其中之一溫度是符合配方的溫度要求；而在該工件返回該傳送盒之前，第一溫度及第二溫度中的另一個溫度則達到室溫。
本發明並提供一離子植入的方法，其包含下列步驟：在一真空室的一加熱空間將一來自一傳送盒的一工件預熱至符合適用於一處理室的一離子植入配方的一第一溫度；在處理室依配方將離子植入工件；在工件回到傳送盒前，在真空室的一冷卻空間將工件後冷至低於第一溫度的一第二溫度，且冷卻空間與加熱空間鄰近且空間上分離設置。
根據本發明的一實施例，第一溫度遠高於第二溫度；第二溫度實質上等同於室溫。
根據本發明的一實施例，預熱工件的步驟是在一真空室的加熱空間進行，而真空室與一配方處理室連通。
根據本發明的一實施例，預熱工件的步驟包含使用至少一加熱器加熱工件。根據本發明的一實施例，加熱包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。
根據本發明的一實施例，後冷工件的步驟是在一真空室的一冷卻空間進行，而真空室與一配方處理室連通。
根據本發明的一實施例，後冷工件的步驟更包含使用一急冷器經由一冷卻劑管激冷一靜吸盤，其中冷卻劑管連接急冷器及靜電吸盤。
根據本發明的一實施例，離子植入方法更包含一步驟：在預熱工件之前，於一負載鎖定狀態，自一常態，將工件送至一真空狀態。
根據本發明的一實施例，離子植入方法更包含一步驟：在工件回到傳送盒前，於一負載鎖定狀態，自一真空狀態，將一工件送至一常態。
本發明亦提供一離子植入方法，其包含下列步驟：在一真空室的一加熱空間使用至少一加熱器加熱來自一傳送盒的一工件，以預熱工件至一第一溫度，以配合使用於一處理室的離子植入的一配方；傳送工件至處理室；使用在處理室的配方將離子植入工件；在真空室的一冷卻空間使用一急冷器，經由一冷卻劑管路激冷一靜電吸盤，藉此以〝後冷(post-cool)〞工件至一第二溫度，其中冷卻劑管路連接靜電吸盤及急冷器，且第二溫度低於第一溫度，且冷卻空間與加熱空間鄰近且空間上分離設置；工件送回傳送盒。
根據本發明的一實施例，第一溫度遠高於室溫；第二溫度實質上等同於室溫。
根據本發明的一實施例，預熱工件的步驟是在一真空室的一加熱空間進行，而真空室連接一處理室。
根據本發明的一實施例，加熱器包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。
根據本發明的一實施例，後冷工件的步驟是在一真空室的一冷卻空間進行，且真空連接一處理室。
根據本發明的一實施例，離子植入方法更包含一步驟：在預熱工件之前，在一負載鎖定狀態，自一常態傳送工件至一真空狀態。
根據本發明的一實施例，離子植入方法更包含一步驟：在工件回到傳送盒之前，在一負載鎖定狀態，自一真空狀態傳送工件至一常態。
藉由本發明之離子植入機及離子植入方法，在一低溫離子植入時，工件可被預冷以配合低溫植入配方，在回到傳送盒前，工件可被後熱以防止溼氣凝結於晶圓；在一高溫離子植入時，工件可被預熱以配合高溫離子植入配方，在回到傳送盒前，工件可被後冷以大幅增加離子植入的生產效率。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10‧‧‧離子植入機
20‧‧‧工件
300‧‧‧真空傳送模組
400‧‧‧溫度處理組件
410‧‧‧真空室
412‧‧‧加熱空間
414‧‧‧冷卻空間
420‧‧‧加熱模組
422‧‧‧箱體
424‧‧‧加熱器
426‧‧‧石英窗
428‧‧‧反射器
429‧‧‧遮蔽元件
430‧‧‧冷卻模組
432‧‧‧靜電吸盤
434‧‧‧急冷器
436‧‧‧冷卻劑管路
438‧‧‧感測器
439‧‧‧熱敏電阻
440‧‧‧隔板
500‧‧‧處理室
600‧‧‧第二負載鎖
700‧‧‧機械手臂
S100~S120‧‧‧步驟
圖1為一示意圖，顯示本發明之一實施例之離子植入機。
圖2是一示意圖，顯示本發明之一實施例之溫度處理組件。
圖3是一示意圖，顯示本發明之一實施例之遮蔽元件上視圖。
圖4是流程圖，顯示本發明之一實施例之離子植入方法流程圖。
本發明之實施方式將參照某些實施例配合所附圖示詳細說明於下。然而該些實施例僅係用於例示本發明，而非用於限制本發明的範圍。本發明的範圍涵蓋基於本發明之精神及申請專利範圍的各種替代例，修改例、等效例。在以下的說明中，會提出許多特殊的細節，以助徹底的了解本發明。然而，即使沒有部份或全部該些細節，本發明仍得以實施。在以下的說明中，某些眾所週知的習知技術詳細描述，以免造成本發明的失焦。在以下的敘述中，不同實施例使用的相同或類似的元件，將使用相同的代號。
請參照圖1，本發明之一實施例之一離子植入機10包含：一前開式晶圓傳送盒(FOUP)100、一第一負載鎖200、一真空傳送模組(VTM)300、一 溫度處理組件400、一處理室500、及一第二負載鎖600。一工件20，例如但不限於一晶圓或一玻璃板，被送入或送出處理室500，以進行一離子植入配方。第一負載鎖200及第二負載鎖600兩者皆位於前開式晶圓傳送盒100及真空傳送模組300之間。第一負載鎖200是用於在工件20被送入真空傳送模組300之前將工件20自常態傳送到真空態。第二負載鎖600是用於在工件20被送出真空傳送模組300之後將工件20自真空態傳送到常態。真空傳送模組300與溫度處理組件400及處理室500連通，藉由如圖2所示之一機械手臂700，工件20可被傳送到溫度處理組件400進行溫度處理，或被傳送到處理室500進行離子植入配方。
請同時參照圖1及圖2。溫度處理組件400包含一真空室410、一加熱模組420及一冷卻模組430。真空室410藉由例如真空傳送模組300與處理室500連通，並具有一加熱空間412及一冷卻空間414，其中冷卻空間414在加熱空間412之近旁，例如在加熱空間412之下。在一實施例，一隔板440分隔加熱空間412及冷卻空間414。此外，加熱模組420是安裝在真空室410，舉例而言，加熱模組420蓋住真空室410的上方開口，以加熱位於加熱空間412的工件20。冷卻模組430則被安裝在冷卻空間414之中，舉例而言，冷卻模組430穿過真空室410的底板，以冷卻位於冷卻空間的工件20。
因此，針對一個高溫離子植入的配方，於工件20根據在處理室500的配方進行離子植入前，工件20可被預熱到此配方所需的溫度，例如一個遠高於室溫的溫度。然後，在返回前開式晶圓傳送盒100前，工件20可被後冷(post-cooled)，例如冷卻到室溫。反之，針對一個低溫離子植入配方，於工件20根據在處理室500的配方進行離子植入前，工件20可被預冷到此配方所需的溫度，例如一個遠低室溫的溫度。然後，在返回前開式晶圓傳送盒100前，工件20可被後熱(post-heated)，例如加熱到室溫。
請同時參照圖2及圖3。於一實施例中，加熱模組420包括一箱體422、至少一加熱器424、一石英窗426、一反射器428、及一遮蔽元件429。箱體422可蓋住真空室410的上方開口。加熱器424可由至少一安裝在箱體422的紅外線燈(如圖2所示)或加熱線來實現。石英窗426則蓋住箱體422，用於分隔加熱器424及加熱空間412。反射器428安裝於箱體422的內表面，用於反射加熱器424提供的熱能到石英窗426。遮蔽元件429可由複數的同心圓及連接這些同心圓的徑向的肋條反實現，如圖3所示。遮蔽元件429安裝於加熱器424及石英窗426之間，用於使加熱器424所提供的熱能均勻分佈，然後通過石英窗426到達工件20。
請參照圖2，冷卻模組430包括一靜電吸盤432、一急冷器434、及一冷卻劑管路436。靜電吸盤432可穿過真空室410的底面，用以抓取工件20。急冷器434安裝於真空室410之外，而冷卻劑管路436則連接靜電吸盤432及急冷器434。藉此，急冷器434可經由冷卻劑管路436激冷靜電吸盤432。於一實施例中，冷卻模組430更包括一感測器438及一熱敏電阻439。感測器438安裝於冷卻空間414，用以偵測工件20在真空室410的位置。熱敏電阻439則安裝於靜電吸盤432，用以監測靜電吸盤432的溫度。
根據揭露於上的本發明內容，不論離子植入是屬高溫、低溫或常溫，本發明可以植入前及/或植入後調整工件溫度，以符合離子植入配方，而大幅提升離子植入的生產力。在本發明之一實施例中，加熱模組及冷卻模組被整合成真空室，而真空室與真空傳送模組連通，所以整個溫度處理組件的體積可以大幅度地降低。本發明更可改善習知的離子植入技術，藉由預冷/預熱工件至少一次，且後熱/後冷工件至少一次，以改進離子植入的良率。為讓具技術領域具有通常知識者更佳地了解揭露於此的離子植入機之應用，本說明書將在下文中舉例說明一些離子植入的方法。然而，要強調的是：本發明的離子植入機並不僅限 於應用於下述的離子植入方法。相同地，下述的離子植入方法亦不僅限於應用於上述的離子植入機。
圖4是本發明之一實施例之一離子植入方法的流程圖。在圖4所示之實施例中，本發明之一實施例之離子植入方法包含下列步驟。首先，在步驟S100，一來自前開式晶圓傳送盒的工件被預熱到一第一溫度，以符合一高溫離子植入的配方。在一較佳實施例，預熱工件是在一真空室的一加熱空間針對此配方進行，而此真空室是與進行此配方的一處理室連通，且預熱工件係使用至少一加熱器加熱工件而實現；加熱器可以是，但不限於是，至少一紅外線燈或至少一加熱線。在一較佳實施例中，第一溫度明顯地高於室溫。在真空室預熱工件的例子中，當注意的是：在工件被送至真空室預熱之前，本發明之離子植入法必須再具有一步驟：在負載鎖定狀態，將工件自常態轉換到真空態。
其次，在步驟S110，根據配方，將離子植入工件。然後，在步驟S120，在工件返回FOUP之前，將工件後冷至一第二溫度，而第二溫度低於第一溫度。在一較佳實施例中，後冷工件是在真空室的一冷卻空間中進行，且後冷工件是使用一急冷器經由冷卻劑管路激冷一靜電吸盤而達成，其中靜電吸盤是用於固持工件。在一較佳實施例中，第二溫度實質上等同於室溫。在真空室後冷工件的例子中，本發明之離子植入方法必須再具有一步驟：在工件返回FOUP前，在負載鎖定狀態，將工件自真空態轉換至常態。
綜合上述，本發明所揭露的離子植入機及離子植入方法具有至少一項以下優點，該些優點包含但不限於：在高溫離子植入前，預熱工件，以符合高溫植入配方，在高溫離子植入後，後冷工件至室溫，在低溫離子植入前，預冷工件，以符合低溫植入配方，在低溫離子植入後，後熱工件至室溫；大幅度地提高離子植入的生產效率；修改習知離子植入技術，藉由預冷/預熱工件至少一次，且/或後熱/後冷工件至少一次，以改善離子植入的良率。
本發明已藉由實施例詳述於上。然而，習於此項技術者應當理解，該此實施例尚有各種均等實施例。是故，本發明並不受限於本說明書所使用的實施例，而僅受限於所附的申請專利範圍。
20‧‧‧工件
400‧‧‧溫度處理組件
410‧‧‧真空室
412‧‧‧加熱空間
414‧‧‧冷卻空間
420‧‧‧加熱模組
422‧‧‧箱體
424‧‧‧加熱器
426‧‧‧石英窗
428‧‧‧反射器
429‧‧‧遮蔽元件
430‧‧‧冷卻模組
432‧‧‧靜電吸盤
434‧‧‧急冷器
436‧‧‧冷卻劑管路
438‧‧‧感測器
439‧‧‧熱敏電阻
440‧‧‧隔板
700‧‧‧機械手臂

Claims (28)

  1. 一種離子植入機，包含：一處理室，其中一工件在該處理室內依據一離子植入配方被植入離子；一傳送盒，傳送該工件進出該處理室；一溫度處理組件，其包含：一真空室，與該處理室連通，並具有一加熱空間及與該加熱空間鄰近且空間上分離設置的一冷卻空間；一加熱模組，安裝於該加熱空間，用於加熱位於該加熱空間的該工件到一第一溫度；及一冷卻模組，安裝於該冷卻空間，用於冷卻位於該冷卻空間的該工件到一第二溫度，其中該第二溫度不同於該第一溫度。
  2. 如請求項1所述之離子植入機，更包含一負載鎖，位於該傳送盒及該處理室之間，用於轉換該工件於常態及真空態之間。
  3. 如請求項1所述之離子植入機，更包含一機械手臂，用於在該處理室及該真空室之間傳送該工件。
  4. 如請求項1所述之離子植入機，其中該溫度處理組件更包括一隔板，用於分隔該加熱空間及該冷卻空間。
  5. 如請求項1所述之離子植入機，其中該加熱模組包括：一箱體；至少一加熱器，安裝於該箱體；以及一石英窗，蓋住該箱體，用於隔開該加熱器及該加熱空間。
  6. 如請求項5所述之離子植入機，其中該加熱器包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。
  7. 如請求項5所述之離子植入機，其中該加熱模組更包括一反射器，位於該箱體的一內表面，用於反射該加熱器所提供的熱能到該石英窗。
  8. 如請求項5所述之離子植入機，其中該加熱模組更包括一遮蔽元件，位於該加熱器及該石英窗之間，用以傳播該加熱器所提供的熱能到該石英窗。
  9. 如請求項1所述之離子植入機，其中該冷卻模組包括：一靜電吸盤，安裝於該卻冷空間，用於固持該工件；一急冷器，安裝於該真空室之外；及一冷卻劑管路，連接該急冷器及該靜電吸盤，其中該急冷器經由該冷卻劑管路激冷該靜電吸盤。
  10. 如請求項9所述之離子植入機，其中該冷卻模組更包含一熱敏電阻，安裝於該靜電吸盤，用於監測該靜電吸盤的溫度。
  11. 如請求項1所述之離子植入機，其中該冷卻模組更包括一感測器，安裝於該冷卻空間，用於感測該工件的位置。
  12. 如請求項1所述之離子植入機，其中在該工件被植入離子前，該第一溫度及該第二溫度其中之一者溫度是達到該離子植入配方的溫度需求；而在該工件返回該傳送盒之前，該第一溫度及該第二溫度其中之另一者溫度則達到室溫。
  13. 一種離子植入方法，其包含下列步驟：在一真空室的一加熱空間預熱來自一傳送盒的一工件至一第一溫度，以符合適用於一處理室的離子植入的一配方； 在該處理室根據該配方，將離子植入該工件；在該工件返回該傳送盒前，在該真空室的一冷卻空間後冷該工件至一第二溫度，其中該第二溫度低於該第一溫度，且該冷卻空間與該加熱空間鄰近且空間上分離設置。
  14. 如請求項13所述之離子植入方法，其中該第一溫度明顯地高於室溫，而該第二溫度實質上等同於室溫。
  15. 如請求項13之離子植入方法，其中該預熱工件的步驟是在一真空室的一加熱空間進行，其中該真空室連通進行該配方的一處理室。
  16. 如請求項13之離子植入方法，其中該預熱工件的步驟包括使用至少一加熱器加熱該工件。
  17. 如請求項16之離子植入方法，其中該加熱器包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。
  18. 如請求項13之離子植入方法，其中該後冷工件的步驟是在一真空室的一冷卻空間進行，其中該真空室連通進行該配方的一處理室。
  19. 如請求項13之離子植入方法，其中該後冷工件的步驟包括使用一急冷器經由一冷卻劑管路激冷一靜電吸盤。
  20. 如請求項13之離子植入方法，更包含一步驟：在預熱該工件前，於一負載鎖將該工件自常態轉為真空態。
  21. 如請求項13之離子植入方法，更包含一步驟：在該工件返回該傳送盒前，於一負載鎖將該工件自真空態轉為常態。
  22. 一種離子植入方法，其包含下列步驟：在一真空室的一加熱空間使用至少一加熱器加熱來自一傳送盒的一工件至一第一溫度，以符合使用於一處理室的離子植入的一配方； 移送該工件至進行該配方的該處理室；在該處理室依據該配方將離子植入該工件；在該真空室的一冷卻空間使用一急冷器經由一冷卻劑管路激冷一靜電吸盤至一第二溫度，其中該冷卻劑管路連接該急冷器及該靜電吸盤，且其中該第二溫度低於該第一溫度，且該冷卻空間與該加熱空間鄰近且空間上分離設置；以及傳送該工件返回該傳送盒。
  23. 如請求項22所述之離子植入方法，其中該第一溫度明顯地高於室溫，而該第二溫度實質上等同於室溫。
  24. 如請求項22所述之離子植入方法，其中該預熱工件的步驟是在一真空室的一加熱空間進行，其中該真空室連通進行該配方的該處理室。
  25. 如請求項22所述之離子植入方法，其中該加熱器包含至少一紅外線燈或至少一加熱線。
  26. 如請求項22所述之離子植入方法，其中該後冷工件的步驟是在一真空室的一冷卻空間進行，其中該真空室連通進行該配方的該處理室。
  27. 如請求項22所述之離子植入方法，更包含一步驟：在預熱該工件前，於一負載鎖將該工件自常態轉為真空態。
  28. 如請求項22所述之離子植入方法，更包含一步驟：在該工件返回該傳送盒前，於一負載鎖將該工件自真空態轉為常態。
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