一种改善低温离子注入中结露现象的装置和方法与流程

本发明涉及集成电路工艺制造技术领域，更具体地，涉及一种改善低温离子注入中结露现象的装置和方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展,离子注入技术在集成电路制造中的作用越来越重要。在离子注入工艺过程中维持较低的衬底(substrate)温度对于超浅节的形成非常有帮助，同时对提升离子注入的良率也有帮助。

请参阅图1，图1是目前传统的一种低温离子注入设备的结构示意图。如图1所示，在低温离子注入开始时，硅片由离子注入机的前置腔(loadlock)10通过位于缓冲腔(bufferchamber)20中的机械手201传送到注入机的预冷腔室(pre-cooling)30中，使硅片的温度从环境温度(例如20～25℃)降低到-15～-30℃；然后再通过机械手502把硅片传送到注入腔室(chamber)50中的承片台(plate)501上，并降温到注入所需的工艺温度(例如-60～-150℃)。其中，机械手502和承片台501一起位于注入腔室50内。注入工艺完成后，再通过机械手502把硅片传送到制热腔(warmchamber)40，然后加热，使硅片的温度恢复到环境温度(例如20～25℃)；最后把硅片传送到注入机的前置腔10，这样整个注入工艺就结束了。

然而在实际生产中，通过机械手把硅片从承片台传送到制热腔时，相当于把硅片从温度为-60～-150℃的地方取出，很容易发生结露现象，从而在机械手上会有水珠存在，这样在下次传送硅片时，就很容易发生粘片甚至碎片的现象；而且，机械手上的残留水珠很容易升华，从而会降低注入机的真空，继而影响到注入工艺条件。

另一方面，当硅片被传送到制热腔后，对硅片进行加热升温，需要一段时间，这样也降低了注入的效率，严重地影响了注入产能。

所以，急需找到一种改善低温离子注入中结露现象的手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善低温离子注入中结露现象的装置和方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种改善低温离子注入中结露现象的装置，包括：设于离子注入机中的传片机械手，所述传片机械手上设有加热模块，用于在通过所述传片机械手将半导体衬底从离子注入机的工艺腔向外界环境传送过程中，对所述半导体衬底进行加热。

优选地，所述加热模块设有微波发射器，用于朝向半导体衬底发射微波。

优选地，所述传片机械手具有双股鱼叉形的两个机械手爪，多个所述微波发射器分设于两个机械手爪上。

优选地，多个所述微波发射器成对排布在两个机械手爪的边缘。

优选地，还包括：设于传片机械手上的温度探测器，所述温度探测器连接温度显示器。

本发明还提供了一种改善低温离子注入中结露现象的方法，包括以下步骤：

步骤s01：通过传片机械手将半导体衬底由外界环境传送至离子注入机工艺腔中的承片台上，并降温到注入所需的工艺温度后完成注入工艺；

步骤s02：通过传片机械手将半导体衬底从承片台上取出，并开启传片机械手上设有的加热模块，对半导体衬底进行加热；

步骤s03：当探测到半导体衬底的温度达到外界环境温度时，停止对半导体衬底进行加热，并将半导体衬底传送出离子注入机。

优选地，所述加热模块设有微波发射器，用于朝向半导体衬底发射微波。

优选地，所述微波的波长为30nm～60nm。

优选地，所述传片机械手上设有温度探测器，所述温度探测器连接温度显示器。

从上述技术方案可以看出，本发明通过在传片机械手上设置加热模块(微波发射器)，可以直接在传片机械手上对半导体衬底进行加热，从而避免了在将半导体衬底从离子注入机的工艺腔向外界环境传送过程中，出现结露现象的问题，减少了发生粘片及碎片的概率，提高了注入工艺的质量；同时，采用本发明的方法，可以省掉以往需把半导体衬底传送到制热腔加热的过程，节约了时间，提高了生产效率，从而降低了工艺成本。

附图说明

图1是现有的一种低温离子注入设备结构示意图；

图2是本发明一较佳实施例的一种改善低温离子注入中结露现象的装置结构示意图；

图3是本发明一较佳实施例的一种传片机械手结构示意图；

图4是本发明的一种改善低温离子注入中结露现象的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图2，图2是本发明一较佳实施例的一种改善低温离子注入中结露现象的装置结构示意图。如图2所示，本发明的一种改善低温离子注入中结露现象的装置，设于离子注入机中；装置包括：设于离子注入机中的传片机械手5002(以下以第一传片机械手5002表示)；在第一传片机械手5002上设有加热模块，用于对第一传片机械手5002上传送的半导体衬底进行加热。

作为可选的实施方式，在离子注入机中可设有前置腔1000、缓冲腔2000、预冷腔3000和工艺腔5000，并可取消离子注入机中原有的制热腔(请参考图1)，替之为过渡腔4000。其中，用于对半导体衬底进行加热的第一传片机械手5002设于工艺腔5000中。

在缓冲腔2000中还可设有两个另外的传片机械手2001、2002(以下以第二传片机械手2001和第三传片机械手2002表示)。其中，第二传片机械手2001用于将注入工艺前的半导体衬底由前置腔1000经缓冲腔2000传送至预冷腔3000进行预冷；第一传片机械手5002用于将预冷后的半导体衬底由预冷腔3000传送至工艺腔5000，并将半导体衬底传送至工艺腔5000中的承片台5001上进行工艺，以及用于将注入工艺后并经第一传片机械手5002加热的半导体衬底传送至过渡腔4000；第三传片机械手2002用于将加热后具有环境温度的半导体衬底由过渡腔4000经缓冲腔2000传送至前置腔1000，直至将半导体衬底传送出离子注入机。

在第一传片机械手5002上安装加热模块，目的是在通过第一传片机械手5002将半导体衬底从离子注入机的工艺腔5000向外界环境传送过程中，直接对半导体衬底进行加热，防止半导体衬底产生结露现象。

通过第一传片机械手5002上加热模块对半导体衬底的直接加热，不但减少了发生粘片及碎片的概率，提高了注入工艺的质量；而且，可以省掉以往需把半导体衬底传送到制热腔再进行加热的过程，节约了时间，提高了生产效率，从而降低了工艺成本。

加热模块可设有微波发射器；微波发射器可设置在第一传片机械手5002的两侧，并面向半导体衬底的方向。通过微波发射器发射微波，可以直接对半导体衬底进行加热。

请参阅图3。第一传片机械手5002可包括机械手臂200和位于机械手臂200前端的机械手爪100。机械手爪100可以采用双股鱼叉形的形状，即第一传片机械手5002具有两个鱼叉形的机械手爪100。在两个机械手爪100上可安装多个微波发射器101，并均匀分设在两个机械手爪100上。

作为优选的实施方式，这些微波发射器101可按对称方式成对排布在两个机械手爪100的边缘位置。

第一传片机械手5002可采用陶瓷材质制作。第二传片机械手2001、第三传片机械手2002也可采用陶瓷材质制作。

在第一传片机械手5002上还可设置温度探测器201，例如可将温度探测器201安装在机械手臂200与机械手爪100的连接部位。利用温度探测器201可对半导体衬底的温度进行探测，以便随时掌握对半导体衬底的加热状况。

还可将温度探测器201与温度显示器(图略)相连设置，温度显示器可安装在离子注入机的外部或离子注入机的显示窗口。利用温度显示器可实时显示温度探测器201所探测到的半导体衬底的温度。

半导体衬底可以是例如硅片衬底等材料。

下面通过具体实施方式及附图2～附图4，对本发明的一种改善低温离子注入中结露现象的方法进行详细说明。

请参阅图4，图4是本发明的一种改善低温离子注入中结露现象的方法流程示意图。如图4所示，本发明的一种改善低温离子注入中结露现象的方法，可使用上述的改善低温离子注入中结露现象的装置，并应用于离子注入机中。方法可包括以下步骤：

步骤s01：通过传片机械手将半导体衬底由外界环境传送至离子注入机工艺腔中的承片台上，并降温到注入所需的工艺温度后完成注入工艺。

请参阅图3。首先，使用设置在缓冲腔2000中的第二传片机械手2001，将由外界环境进入前置腔1000的半导体衬底经过缓冲腔2000传送到注入机的预冷腔3000，对半导体衬底进行预冷，目的是将半导体衬底的温度由例如20～25℃的外界环境温度，初步降温至例如-15～-30℃的预冷温度。

然后，再通过第一传片机械手5002把半导体衬底传送到工艺腔5000(chamber)中的承片台5001(plate)上，并继续降温到注入所需的工艺温度(例如-60～-150℃)。

之后，采用业界通用的离子注入工艺完成注入工艺。

步骤s02：通过传片机械手将半导体衬底从承片台上取出，并开启传片机械手上设有的加热模块，对半导体衬底进行加热。

请参阅图3和图4。完成注入工艺后，继续通过第一传片机械手5002把半导体衬底从承片台5001上取出，然后向过渡腔4000方向传送。与此同时，将第一传片机械手5002上设置的加热模块打开，例如通过加热模块设有的微波发射器101，向半导体衬底发射微波，直接对半导体衬底进行加热，以便将离开承片台5001的半导体衬底的温度由工艺腔5000内的低温离子注入工艺温度加热至工艺腔5000外的环境温度，防止半导体衬底因温差产生结露现象。

由微波发射器101发射出的微波的波长可以是30nm～60nm。

步骤s03：当探测到半导体衬底的温度达到外界环境温度时，停止对半导体衬底进行加热，并将半导体衬底传送出离子注入机。

请参阅图4和图3。可利用一个安装在第一传片机械手5002上的温度探测器201，对半导体衬底的温度进行探测。并可利用一个温度显示器，对温度探测器201所探测到的半导体衬底温度进行实时显示。

对半导体衬底加热直到温度显示器显示温度为外界环境温度时，就停止加热。然后，先通过第一传片机械手5002将半导体衬底传送至过渡腔4000，再由第三传片机械手2002将半导体衬底从过渡腔4000取出，并经缓冲腔2000传送至前置腔1000，最终传送出离子注入机。

综上，本发明通过在第一传片机械手上设置加热模块(微波发射器)，可以直接在第一传片机械手上对半导体衬底进行加热，从而避免了在将半导体衬底从离子注入机的工艺腔向外界环境传送过程中，出现结露现象的问题，减少了发生粘片及碎片的概率，提高了注入工艺的质量；同时，采用本发明的方法，可以省掉以往需把半导体衬底传送到制热腔加热的过程，节约了时间，提高了生产效率，从而降低了工艺成本。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。