强流氧离子注入机的晶片自转动装置

摘要

本发明为一种强流氧离子注入机的晶片自转动装置，包括正面有多个晶片放置位置的靶盘7，所述靶盘7的各晶片放置位置的中心部位有安装了滚珠轴承2、8的贯通轴孔9，对应于晶片放置位置的靶盘1的后部装有微型电动机1且其电动机转轴6装在所述贯通轴孔9的相应滚珠轴承2上并同装有滚珠轴承8的硅衬转盘轴5的一端相连接，该硅衬转盘轴5的另一端同安装在靶盘正面用于放置晶片3的硅衬转盘4中心部位相连接。应用本发明可以使强流氧离子注入机的晶片剂量均匀性达到≤1％，很好地克服了已有技术晶片注入剂量不均匀、颜色特征不一致的问题，从而得到均匀性好的晶片。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中离子注入所用的离子注入机，进一步是指离子注入机的晶片自转动装置。

背景技术

现有技术中，强流氧离子注入机的工作过程是(参见图1)，来自气体管道的气体被送入离子源11中，送入离子源11的气体在离子源11的放电室中电离变成为等离子状态。离子由于电位差而被引出送至磁分析器21，该磁分析器21使离子束受磁场力作用而发生偏转，因各种离子的质量差而发生轨迹分离，所希望的离子被送至加速器31。在加速器31中离子被加速，使其达到预定的能量，经过四极透镜41聚焦，再经过偏转器51使中性离子分离，最终所需要的纯离子束被注入到旋转靶室61中的目标晶片上，通过测束法拉第，测量离子注入的剂量。

为使离子束均匀注入到硅片上，离子注入机采用了利用磁聚焦系统将束拉成竖长条形在垂直方向覆盖整个晶片，水平方向通过靶盘旋转来扫描。剂量控制和均匀性测量利用靶盘上晶片之间的16个等面积的小孔来实现的，这些小孔在靶盘上的排列位置呈螺旋形(如图2所示)。

这些小孔投影到垂直方向上，则是一排等间距的小孔，如图3所示。小孔后面是带有磁抑制的法拉第接收板。当靶盘旋转时，束流通过小孔到达法拉第板上，形成一个束脉冲，靶盘旋转一周，就得到16个束流脉冲，剂量控制器对这16个束脉冲进行采集，计算出它们之间的误差。若误差在允许范围之内，则认为束斑在垂直方向是均匀的。因为水平方向是旋转扫描，故只要束在垂直方向是均匀的，注入剂量就会均匀。

由于靶盘上下半径不一样，使得晶片上下端扫过束流的速度不一样，因而导致上下部的剂量有一定的误差。对于已有的离子注入机靶片盘，理论计算误差约为3％。为此，在要求高注入均匀性的时候，这种方式是不能够实现的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出强流氧离子注入机的晶片自转动装置，通过目标晶片的匀速转动实现其被离子束注入的均匀性完全一致，即达到高要求的注入均匀性。

本发明的技术解决方案是，所述强流氧离子注入机的晶片自转动装置包括正面有多个晶片放置位置的靶盘，其结构特点是，所述靶盘的各晶片放置位置的中心部位有安装了滚珠轴承的贯通轴孔，对应于晶片放置位置的所述靶盘的后部装有微型电动机且其电动机转轴装在所述贯通孔中的相应滚珠轴承上并同装有滚珠轴承的硅衬转盘轴一端相连接，该硅衬转盘轴的另一端同安装在靶盘正面用于放置晶片的硅衬转盘中心部位相连接。

以下做出进一步说明。

参见图4，本发明包括正面有多个晶片放置位置的靶盘7，其结构特点是，所述靶盘7的各晶片放置位置的中心部位有安装了滚珠轴承2、8的贯通轴孔9，对应于晶片放置位置的靶盘7的后部装有微型电动机1且其电动机转轴6装在所述贯通轴孔9的相应滚珠轴承2上并同装有滚珠轴承8的硅衬转盘轴5的一端相连接，该硅衬转盘轴5的另一端同安装在靶盘正面用于放置晶片3的硅衬转盘4中心部位相连接。

本发明的基本原理是，由于晶片上下端都是在以大小不同的均匀线速度V转动，线速度V又等于角速度ω乘半径R，在同一个靶盘上角速度ω是一定的，所以目标晶片上每个点的线速度大小V只与它的转动半径R有关系，且呈线形比率关系。故只要目标实现了匀速转动，理论上就可以实现整个目标晶片被离子束注入的均匀性完全一致，从而达到高要求注入均匀性。

本发明的结构中，微型电动机1为带动晶片3匀速转动的硅衬转盘4提供旋转动力，滚珠轴承2、8起减少摩擦阻力和导热作用。

本发明的整个晶片自转动装置须处在洁净、高真空环境中，所以应选择带密封的特种直流微型电动机1和特种滚珠轴承2，以免传动部分的油脂挥发出来污染了靶室环境。由于强流氧离子注入机工艺的特点，整个晶片自转动装置都处在一个高温环境中(晶片注片时，表面温度要求高于600℃)。故选择的特种直流微型电动机1的表面材料应有耐高温处理。为防止金属材料在高温真空环境中挥发出来污染目标晶片，旋转靶盘7可做通水冷却处理，同时对微型转动电动机1和滚珠轴承2也起到降温保护作用(带水冷的转动靶盘后表面的温度只有100-150℃)。为了避免金属污染，用高纯硅做成硅衬转盘4而直接和目标晶片3接触。在硅衬转盘4上可设计为三个均匀分布的定位卡，用来固定晶片3。

由以上可知，本发明为强流氧离子注入机的晶片自转动装置，应用它可以使强流氧离子注入机的晶片剂量均匀性达到≤1％，很好地克服了已有技术中晶片注入剂量不均匀、颜色特征不一致的问题，从而得到均匀性合格的晶片。

附图说明

图1是已有强流氧离子注入机结构简图；

图2和图3是已有的离子注入剂量控制及均匀性测量原理图；

图4是本发明的晶片自转动装置结构图(其中箭头A为离子束注射方向)。

在附图中：

1-微型电动机，            2、8-滚珠轴承，

3-晶片，                  4-硅衬转盘，

5-硅衬转盘轴，            6-电动机转轴，

7-靶盘，                  9-贯通轴孔，

11-离子源，               21-磁分析器，

31-加速器，               41-四级透镜，

51-偏转器，               61-旋转靶室。

具体实施方式

按照图4和上述结构的本发明装置，其组成是，在靶盘1上打螺钉孔固定微型电动机1，然后用所述轴5穿过滚珠轴承8，把动力通过微型电动机轴6传递到硅衬盘4上。用一个M3的小螺钉把硅衬转盘4和轴5连接在一起。应该注意轴承2、8内外径和轴6与靶盘7上中心孔内腔的配合尺寸，做到既减少摩擦阻力又能为微型电动机1导热。微型电动机1的电源是通过与靶盘7相连的靶室电机中的电刷提供的，微型电动机1采用的是特种直流电机。它的输入电压是24V，输出功率为8W，工作环境温度高于600℃。为了避免注入机高压打火对微型电动机1的冲击和干扰，可在微型电动机1的电源连线处分别串联接入3个耐压30V的压敏电阻，即微型电动机1的正、负极引线和地线上分别串联接入所述压敏电阻。为了降低注片时晶片3的碎片率，微型电动机1的输出转速控制在6-8rpm较适宜。