專利名稱：離子注入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于離子注入的裝置，特別是涉及在裝置中提供的用于夾持晶片的晶片盤結(jié)構(gòu)，以便使用用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的批量型生產(chǎn)系統(tǒng)在晶片上進(jìn)行離子注入。
在批量型離子注入處理裝置中，對于由大直徑晶片盤支持的多個晶片進(jìn)行離子注入。通常，晶片盤包括圍繞其周邊排列的多個晶片夾持器，而每個晶片在每個晶片夾持器中由諸如夾具這樣的固定裝置予以支撐和固定。在實(shí)際的離子注入操作中，驅(qū)動晶片盤，使之旋轉(zhuǎn)并以往復(fù)運(yùn)動繞垂直于晶片表面而入射的離子束移動，從而使晶片盤上的多個晶片經(jīng)受均勻的離子注入。
但是，在常規(guī)批量型離子注入裝置中會遇到下面的問題這種批量型離子注入裝置包括固定數(shù)量的晶片夾持器，即可以作為一批來處理的晶片數(shù)是固定的。但是，在實(shí)際的離子注入操作中，要處理的晶片數(shù)不總是與晶片夾持器的數(shù)量相同，并且有時晶片數(shù)少于固定的晶片夾持器數(shù)。在這種情況下，由于離子束掃描晶片盤的整個表面區(qū)域，因而需要例如用假晶片覆蓋空晶片夾持器。假晶片的使用提高了每個晶片的成本，并引起晶片的制造成本上漲。
此外，即使晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)，離子也仍然要照射包括晶片夾持器的晶片盤的整個周邊表面區(qū)域，從而產(chǎn)生產(chǎn)品晶片的面積與離子照射的整個面積之比低的問題，這導(dǎo)致低的生產(chǎn)率。
而且，即使需要改變用于一批中的晶片的離子劑量，在常規(guī)離子注入裝置中改變離子劑量的唯一方式是在不同批次中給晶片提供不同的離子劑量。
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題，并提供用于離子注入的裝置，該裝置即使在未處理晶片數(shù)少于一個完整批量數(shù)時也能夠進(jìn)行離子注入而不使用假晶片，從而可以減小制造成本，并提高生產(chǎn)率，同時還提供能夠在同一批量中以不同離子劑量生產(chǎn)晶片的離子注入裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種離子注入裝置，該裝置具有晶片盤，晶片盤有用于支持多個晶片的多個晶片夾持器，并在所述晶片盤旋轉(zhuǎn)的同時，和所述晶片盤按往復(fù)運(yùn)動垂直于離子束而前后移動的同時，對每個晶片進(jìn)行離子注入，從而使晶片夾持器上的晶片受離子束照射，其特征在于，所述多個晶片夾持器被設(shè)計(jì)成使它們能夠利用晶片夾持器的夾持臂而沿晶片盤的徑向運(yùn)動，并且其特征在于所述裝置包括控制裝置，用于控制沿晶片盤徑向的往復(fù)運(yùn)動的移動位置的中心，以使所述晶片夾持器上支持的所述多個晶片受離子束照射。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，上述方案的離子注入裝置還包括連接到所述多個晶片夾持器上的夾持臂，并且夾持臂被設(shè)計(jì)成沿盤的徑向是可伸長和可收縮的，并且還包括用于驅(qū)動的驅(qū)動裝置，以使那些夾持臂自動伸長或收縮。
在本發(fā)明的離子注入裝置中，多個晶片夾持器可以沿晶片盤的徑向運(yùn)動。這樣，有可能在不同位置將晶片夾持器分成支持晶片的一組和空晶片夾持器的另一組。然后控制單元控制晶片盤的往復(fù)運(yùn)動的中心位置，以使晶片夾持器支持未處理晶片的區(qū)域受離子束照射。因此，由于被填滿的夾持器和空夾持器被幾何地分開，并且空夾持器的區(qū)域不受離子束照射，所以對于這種離子注入裝置，不需要使用在常規(guī)裝置中所需的假晶片。
另外，當(dāng)與晶片夾持器相比一批的晶片數(shù)較少時，在常規(guī)裝置中存在生產(chǎn)率因產(chǎn)品與離子注入的小的面積比而下降的問題，反之，由于在本發(fā)明離子注入裝置中，有必要在限制區(qū)域(其中置有夾持未處理晶片的夾持器)中進(jìn)行離子注入，因而面積比變得大于常規(guī)裝置的面積比，并進(jìn)一步提高了生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，根據(jù)第一方面的離子注入裝置還包括重心調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)盤的重心使之與盤中心位置重合。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的離子注入裝置中，當(dāng)所述控制裝置判別出對于一批次中的未處理晶片需要多種離子劑量，并且未處理晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)時，所述控制裝置通過移動晶片夾持器的位置形成與離子劑量數(shù)對應(yīng)的多個同心環(huán)形區(qū)，并且使用中間范圍作為速度改變的過渡區(qū)，通過改變晶片盤的往復(fù)運(yùn)動速度來進(jìn)行離子注入。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，要用同樣的離子劑量進(jìn)行處理的晶片被排列在晶片盤上的同一環(huán)形區(qū)中，并且一批中的晶片被在各分開的同心環(huán)形區(qū)中分隔開。通過對于每個區(qū)設(shè)定最佳掃描速度，并且如果有可能連續(xù)地改變每個區(qū)的掃描速度，則可以以不同的離子劑量處理同一批中的未處理晶片，這提高了離子注入的加工效率。
圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施例的離子注入裝置的晶片盤結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖2示出離子注入裝置的夾持臂的結(jié)構(gòu)。
圖3是說明當(dāng)未處理晶片數(shù)與晶片夾持器數(shù)一致時裝置中晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖4是說明當(dāng)未處理晶片數(shù)是晶片夾持器數(shù)的一半或更少時裝置中晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖5是說明當(dāng)未處理晶片數(shù)是晶片夾持器數(shù)的一半時晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖6是示出在被如圖5所示那樣夾持的晶片上進(jìn)行離子注入的示意圖。
圖7是說明當(dāng)未處理晶片數(shù)多于晶片夾持器數(shù)的一半并少于晶片夾持器數(shù)時裝置中晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖8是說明在應(yīng)用圖7的條件時晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖9是說明當(dāng)對于一批晶片應(yīng)用兩種加工條件時晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖10是說明在應(yīng)用圖9的條件時晶片盤的運(yùn)動的示意圖。
圖11是示出本發(fā)明離子注入裝置中夾持臂的另一結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖。
下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的離子注入裝置的晶片盤的平面圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的離子注入裝置中的晶片盤1帶有多個晶片夾持器2，用于支持晶片；夾持臂3，其一端連接到晶片夾持器2上，并且其長度可以沿晶片盤1的徑向伸長或收縮；中心部分4，其與夾持臂的另一端連接，并且與晶片盤的轉(zhuǎn)軸連接；和重心調(diào)節(jié)單元5(重心調(diào)節(jié)裝置)，用于將安裝在離子注入裝置中中心部分4內(nèi)的盤的重心位置調(diào)節(jié)到盤的中心位置。在每個晶片支持件表面上粘接薄板6，以改善晶片的附著性和晶片冷卻，并且晶片支持件被設(shè)計(jì)成利用在支持部分2的周邊的三個位置上提供的夾具7將晶片支持件2中的晶片固定。本發(fā)明的離子注入帶有控制單元(控制裝置)，用于根據(jù)未處理晶片數(shù)和加工條件來控制夾持臂的長度和離子束的掃描位置。此外，在本裝置中提供傳送機(jī)構(gòu)(未示出)，以便將未處理的晶片從例如盒子等自動輸送到晶片盤中。
圖2示出夾持臂3的剖面圖。根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的夾持臂3由空氣汽缸結(jié)構(gòu)驅(qū)動?？諝馄撞糠职ɑ钊麠U10，活塞11，油套管12，桿密封墊13，緩沖密封墊14，活塞密封墊15和磁鐵16。在活塞桿10中提供有管道17，用于冷卻夾持臂3頂端的晶片支持件2，冷卻管18連接在該管道17的一端上。而且，在用于驅(qū)動活塞11的汽缸管中提供有空氣管道19，針狀體20a和20b，還提供有真空管道21和真空密封件22。
下面將描述夾持臂的運(yùn)動。當(dāng)向針狀體20a中供應(yīng)空氣時，夾持臂通過活塞在圖2的右方向上的運(yùn)動而收縮，而當(dāng)向針狀體20b中供應(yīng)空氣時，夾持臂通過活塞在圖2的左方向上的運(yùn)動而伸長?？諝夤?yīng)的切換通過在汽缸管9中設(shè)置的空氣管道19來實(shí)現(xiàn)。在活塞桿10中提供有水冷管18，用于冷卻晶片支持件，冷卻管18被設(shè)計(jì)成即使在夾持臂伸長時也能夠擴(kuò)張或收縮，以便進(jìn)行水冷。用于在活塞桿被驅(qū)動時使空氣汽缸的內(nèi)部與外部真空區(qū)域之間密封的真空密封件22設(shè)置在汽缸管9的頂端，并且設(shè)計(jì)成通過真空管道21由真空泵(未示出)將真空密封件22抽真空。
下面對于不同的晶片數(shù)描述晶片盤的工作。
(1)當(dāng)對于每個晶片離子劑量相同，并且晶片數(shù)與晶片盤的晶片夾持器數(shù)一致時的情況。
對下面的條件予以說明對于每個晶片離子注入相同，并且未處理晶片數(shù)與晶片夾持器數(shù)相同，即對于如圖3所示的一批14個晶片進(jìn)行離子注入。
在控制單元8判別出對于每個晶片離子注入相同，并且未處理晶片W的數(shù)量與晶片夾持器數(shù)相同的情況下，進(jìn)行離子注入而不調(diào)節(jié)夾持臂3的長度和重心調(diào)節(jié)單元5。此時，晶片支持件的中心和晶片盤的中心之間的距離為R1。往復(fù)運(yùn)動的寬度(掃描寬度)不改變，保持原始值。在區(qū)域A中進(jìn)行離子注入。
(2)當(dāng)對于每個晶片離子劑量相同，并且未處理晶片數(shù)少于晶片盤的晶片夾持器數(shù)的一半時的情況。
下面參照圖4、5和6描述離子注入對于每個晶片相同，并且未處理晶片數(shù)W少于晶片夾持器2的數(shù)量的一半，即一批的晶片數(shù)少于7的情況。
在控制單元8判別出對于每個晶片離子劑量相同，并且未處理晶片數(shù)少于一半(圖4中為7個晶片)時，將未處理晶片W傳送并夾持到晶片夾持器上，使盤1的重心不從盤1的中心改變。此時，支持每個加工晶片的晶片夾持器的中心和盤的中心之間的距離保持為R1。
接著，如圖5所示，支持未處理晶片W的晶片夾持器2的夾持臂3朝著晶片盤的中心收縮。此時，晶片支持件的中心和晶片盤的中心之間的距離變?yōu)樾∮赗1的R2。在這種狀態(tài)下，利用重心調(diào)節(jié)單元5調(diào)節(jié)晶片盤1的重心位置，使之與晶片盤1的中心重合。當(dāng)夾持臂的收縮完成時，盤1的運(yùn)動距離(掃描寬度)改變，使盤上的離子注入?yún)^(qū)域從圖3所示的區(qū)域A變?yōu)閳D6所示的區(qū)域B。通過在旋轉(zhuǎn)和掃描盤的同時在未處理晶片上的離子照射來進(jìn)行離子注入。完成離子注入后，夾持臂伸長到原始位置，晶片W被送到盤的外部。
(3)當(dāng)對于每個晶片離子劑量相同，并且未處理晶片數(shù)多于晶片盤的晶片夾持器數(shù)的一半時的情況。
下面參照圖7和8描述離子劑量對于每個晶片相同，并且未處理晶片數(shù)多于晶片盤的晶片夾持器數(shù)的一半，即未處理晶片數(shù)是8到13的情況。
在控制單元8判別出對于每個晶片離子劑量相同，并且未處理晶片數(shù)多于晶片夾持器數(shù)的一半(圖中為11個晶片)時，將未處理晶片W傳送并安裝到晶片盤，使盤1的重心與盤1的中心一致，如圖7所示。
接著，與圖2相反，如圖8所示，沒有支持未處理晶片W的晶片夾持器的夾持臂3朝著盤的中心收縮。此時，晶片夾持器2的中心和盤1的中心之間的距離為R1。重心調(diào)節(jié)單元5調(diào)節(jié)盤1的中心位置，使之與該盤的重心重合。盤運(yùn)動的距離(掃描寬度)不改變，保持初始值。對與例(1)相同的區(qū)域A進(jìn)行離子注入。
(4)采用兩種不同的離子劑量，并且未處理晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)的情況。
下面參照圖9和10描述對于未處理晶片采用兩種離子注入條件(兩種離子劑量)，并且未處理晶片的總數(shù)少于晶片夾持器數(shù)的情況。
在控制單元8判別出對于一批中的晶片需要兩種離子注入條件，并且晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)(在圖中，用加工條件A處理8個晶片，用加工條件B處理的晶片是3個)時，如圖9所示，首先將作為大部分的8個晶片A傳送并夾持到盤上，使盤中心不從盤重心偏移。然后將作為小部分的3個晶片傳送并夾持到晶片夾持器上，使盤中心不從盤重心偏移。此外，將假晶片傳送并夾持到?jīng)]有夾持未處理晶片的晶片夾持器上(假晶片只用于此種情況)。此時，晶片夾持器的中心和盤中心之間的距離為正常距離R1。
支持未處理晶片B的晶片夾持器2的夾持臂3朝著晶片盤中心收縮，盤中心和支持未處理晶片B的晶片夾持器的中心之間的距離變?yōu)镽2。相反，與支持未處理晶片A和假晶片的晶片夾持器相連的夾持臂朝著盤外部伸長。此時，晶片夾持器中心和盤中心之間的距離變?yōu)镽3，長于正常距離R1。在這種狀態(tài)下，利用重心調(diào)節(jié)單元5調(diào)節(jié)盤1的重心位置，使之與盤中心重合。一旦完成夾持臂的伸長和收縮，則控制單元8就改變盤運(yùn)動距離(掃描寬度)，并將離子注入?yún)^(qū)域從A區(qū)域改變?yōu)锳+B+C區(qū)域。此外，控制單元8根據(jù)A區(qū)域和B區(qū)域中離子注入條件之間的差別來計(jì)算各區(qū)域A和B的最佳掃描速度(盤的運(yùn)動速度)，然后將C區(qū)域作為掃描速度的改變區(qū)域，按所述最佳掃描速度進(jìn)行離子注入。如果僅通過改變各區(qū)域的掃描速度不可能處理離子注入條件的不同情況，則可以通過首先掃描A+B+C區(qū)域，然后分別掃描A或B區(qū)域來改變用于各區(qū)域的照射時間，從而處理這種不同情況。
在根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的離子注入裝置中，通過處于不同位置來使支持未處理晶片W的晶片夾持器和空晶片夾持器分開，從而使空晶片夾持器不受離子照射。這樣，本發(fā)明裝置不需要使用在常規(guī)離子注入裝置中所需的假晶片。此外，當(dāng)未處理晶片數(shù)不大時，本發(fā)明裝置可以只通過在小面積上照射來進(jìn)行離子注入，該小面積是通過朝著盤中心移動支持未處理晶片W的晶片夾持器而形成的。在這種情況下，產(chǎn)品面積與總的離子照射面積之比增大，從而使生產(chǎn)率提高。另外，由于本發(fā)明離子注入裝置能夠在連續(xù)進(jìn)行的離子注入中處理用于一批中的晶片的兩種不同的離子劑量，因而提高了離子注入的加工效率。
應(yīng)注意本發(fā)明的范圍不限于上述實(shí)施例，可以對本發(fā)明的離子注入裝置進(jìn)行修改而不脫離本發(fā)明的主題。例如，晶片盤1上的晶片夾持器數(shù)在上述實(shí)施例中被描述為14個，但可以任意改變晶片夾持器數(shù)。
下面描述夾持臂的一些其它的例子。圖11中所示的夾持臂的例子與圖2所示的夾持臂的不同在于，與圖2所示用于夾持臂的空氣汽缸相對照，圖11的夾持臂由馬達(dá)驅(qū)動。
圖11所示夾持臂包括安裝在汽缸管25中的活塞桿26，潤滑器27a和27b，馬達(dá)29，水冷管道30和用于冷卻水的管31。利用電信號使馬達(dá)可沿兩個方向轉(zhuǎn)動。馬達(dá)29和驅(qū)動軸28相互連接，并且驅(qū)動軸28沿與馬達(dá)相同的方向轉(zhuǎn)動。在驅(qū)動軸上形成有螺桿，并且在此部分活塞桿26的凸出部26a與螺桿接觸并嚙合。當(dāng)驅(qū)動軸28正向轉(zhuǎn)動時，通過與螺桿接觸，活塞桿26通過向圖中的左側(cè)運(yùn)動而伸長。相反，當(dāng)驅(qū)動軸28向相反方向轉(zhuǎn)動時，活塞桿26通過向圖的右側(cè)運(yùn)動而收縮?；钊麠U26安裝在汽缸管25的中心，并由潤滑器27a和27b保持與驅(qū)動軸28平行。汽缸管25中鉆有孔25a，并且汽缸管25的內(nèi)部與外部真空區(qū)域類似地達(dá)到真空狀態(tài)。
如前所述，本發(fā)明的離子注入裝置有下列效果。
第一個效果是，當(dāng)對于一批中的每個晶片離子劑量相同時，通過改變它們在盤上的徑向位置，將支持晶片的晶片夾持器或空晶片夾持器分開，從而使空晶片夾持器不受離子注入，結(jié)果假晶片減少，并且生產(chǎn)成本降低。
第二個效果是，當(dāng)對于一批中的每個晶片注入相同的離子劑量，并且一批中的晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)的一半時，可通過朝著盤中心移動支持晶片的晶片夾持器使產(chǎn)品面積與總離子注入面積之比增大，結(jié)果提高了生產(chǎn)率。
第三個效果是，當(dāng)對于一批中的晶片采用多種離子劑量，并且一批中的晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)時，通過移動晶片夾持器，以及通過根據(jù)離子劑量的不同改變掃描速度，可以按不同離子劑量進(jìn)行離子注入，結(jié)果提高了離子注入的加工效率。
權(quán)利要求
1．一種離子注入裝置，該裝置具有晶片盤，晶片盤具有用以支持多個晶片的多個晶片夾持器，并在所述晶片盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動的同時對每個晶片進(jìn)行離子注入，所述裝置包括控制裝置，用于通過沿晶片徑向的往復(fù)運(yùn)動來控制掃描位置，使在所述晶片夾持器上支持的所述多個晶片受離子束照射，而所述多個晶片夾持器被設(shè)計(jì)成可以沿晶片盤的徑向運(yùn)動。
2．如權(quán)利要求1的離子注入裝置，其特征在于，所述裝置還包括夾持臂，連接到所述多個晶片夾持器上，并且所述夾持臂被設(shè)計(jì)成沿盤的徑向是可伸長和可收縮的；以及驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述夾持臂，以使之自動伸長或收縮。
3．如權(quán)利要求1的離子注入裝置，其特征在于，所述裝置還包括重心調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)盤的重心使之與盤中心的位置重合。
4．如權(quán)利要求1的離子注入裝置，其特征在于，當(dāng)所述控制裝置判別出對于一批次中的未處理晶片需要多種離子劑量類型，并且未處理晶片數(shù)少于晶片夾持器數(shù)時，所述控制裝置通過移動晶片夾持器的位置形成與劑量類型數(shù)對應(yīng)的多個同心環(huán)形區(qū)，并且使用中間范圍作為速度改變的過渡區(qū)，通過改變晶片盤的往復(fù)運(yùn)動速度來進(jìn)行離子注入。
全文摘要
提供不需要假晶片并且能夠降低制造成本和提高生產(chǎn)率的離子注入裝置。該離子注入裝置帶有與晶片盤上的各晶片夾持器連接的夾持臂,夾持臂可使晶片夾持器沿晶片盤徑向移動。離子注入裝置還帶有控制單元,它控制掃描位置,以便用離子束照射晶片。
文檔編號H01L21/67GK1232286SQ9910577
公開日1999年10月20日 申請日期1999年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月15日
發(fā)明者三平潤 申請人:日本電氣株式會社