CN111128655B - 一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制的***，包括：主控***(1)、信号变送器(2)、红外温度探头(3)、冷却机(4)、水冷管路(5)、回水温度传感器(6)、气冷装置(7)、气冷管路(8)、靶盘(9)、晶圆(10)、气膜(11)。此***实现全晶圆本身注入温度的精确检测，并准确实时地控制注入温度。

Description

一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制造设备，尤其涉及一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***。
背景技术
在半导体离子注入领域，随着工艺制程中集成度与低能浅结大剂量掺杂等技术要求的提高，对离子注入机靶上工艺注入的注入温度提出更高的要求。离子注入机中实现半导体掺杂工艺，是将目标离子通过离子束形式以一定能量注入到目标晶圆内。离子束流带有能量，轰击到晶圆上会产生热量，这部分热量是影响晶圆注入温度的诱因。靶上工艺注入温度一般需保持在15℃，过高的注入温度会破坏晶圆表面的光刻胶图形，导致非目标图形化的注入，最终影响产品性能。并且光刻胶的挥发会影响设备真空，严重时也会影响产品性能。所以需要靶上注入温度检测及控制***，用来补偿这部分由于注入引发的温度变动。
传统的靶上注入温度检测，只是通过冷却水回水端的温度传感器测量，是间接测量，不能完全准确提现靶上晶圆的真实温度。除此之外，传统的气冷装置的送气量在指定菜单下是固定值，不会因为晶圆的注入温度而调节。因此，本发明引入恰当的靶上晶圆冷却及注入温度精确控制的***，对产品良率的提升具有重要意义。
发明内容
本发明是针对现有注入机中晶圆注入温度控制只是片面监测冷却***的温度，不能直接体现晶圆本身温度，且不能监测全晶圆范围内的局部温度，而开发出的一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制的***。
如图1所示，本发明通过以下技术方案实现：
一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制的***，包括：主控***(1)、信号变送器(2)、红外温度探头(3)、冷却机(4）、水冷管路(5)、回水温度传感器(6)、气冷装置(7)、气冷管路(8)、靶盘(9）、晶圆(10)、气膜(11)。此***实现对靶上注入晶圆温度的精确闭环控制。
红外温度探头(3)直接实时测量注入过程中晶圆(10)本身的温度，测量精准且实时性强。红外温度探头(3)位于束流(13)下方，当离子注入机中机械扫描装置(12)带动晶圆(10)注入扫描至束流下方时，红外温度探头(3)对晶圆(10)进行温度测量，通过信号变送器(2)，将温度信号传输给主控***(1)，完成对晶圆(10)温度的采集。
红外温度探头(3)采集的温度信号为，全晶圆(10)范围内的温度云图，这样无监测死点，主控***(1)可根据此温度信号，做出逻辑判定及响应。红外温度探头(3)位于离子束流(13)下面，不会对原有束流注入路径造成影响。
红外温度探头(3)采集的温度云图，可检测全晶圆(10)范围内温度的平衡，当温度的不均匀超过阈值时，主控***(1)报警，避免引发晶圆局部性能失效。
对靶盘(9)上晶圆(10)的温度控制，是通过水冷与气冷两种方式相结合实现。水冷控制是通过主控***(1)控制冷却机(4)，冷却机通过水冷管路(5)将冷却水送入靶盘(9)，进而通过热传递冷却靶盘(9)上晶圆(10)，冷却水温度监测是通过回水温度传感器(6)实现。气冷控制是通过主控***(1)控制气冷装置(7)，通过气冷管路(8)将气体送入到靶盘(9)上。
气冷装置(7)，其控制的气体，会在靶盘(9)与晶圆(10)之间形成气膜(11)，充当导热介质，以避免真空条件下晶圆（Wafer）无法与靶盘进行充分的热交换。
主控***(1)通过对红外温度探头(3)采集到的温度信号以及冷却机(4)的回水温度传感器(6)进行逻辑判定，闭环控制冷却机(4)以及气冷装置(7)，实现快速精准对晶圆(10)注入温度的控制。
温度闭环控制，当红外温度探头(3)采集到的温度为目标温度时，主控***(1)保持涉及的温控***不变，直至结束。当红外温度探头(3)采集的温度大于目标温度，且大于冷却机(4)的回水温度时，此时通过调节气冷装置(7)，加大送气量，增加导热介质以实现快速降晶圆(10)温度的目的。当红外温度探头(3)采集的温度大于目标温度，但小于冷却机(4)的回水温度时，此时通过降低冷却机(4)水冷温度，同时通过调节气冷装置(7)，加大送气量，用以实现温度闭环控制。
气冷装置(7)送气，是根据冷却需求动态调节的，这样当水冷能够满足要求的条件下，气冷能够保持最少的送气量，进而保证对设备真空的最小影响。
本发明具有如下显著优点：
1.本发明能够实现对离子注入机中晶圆本身全范围温度测量，测量准确，实时性高，且可以避免晶圆局部温度异常检测不到的情况。
2.本发明气冷控制***，其具有响应快速，且可以根据需求自动调节送气量，对设备真空最小影响。
3.本发明温控***，可移植到离子注入机中超低温及热靶注入，只需将冷却部分更换为相应装置即可，温度测量***同样可以采用此种方式。
附图说明
图1为靶上注入温度控制***示意图。
图2为温度探头位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。
红外温度探头(3)直接实时测量注入过程中晶圆(10)本身的温度。红外温度探头(3)位于束流(13)下方，不会对原有束流注入路径造成影响。当离子注入机中机械扫描装置(12)带动晶圆(10)注入扫描至束流下方时，红外温度探头(3)对晶圆(10)进行温度测量，通过信号变送器(2)，将温度信号传输给主控***(1)，完成对晶圆(10)温度的采集。红外温度探头(3)采集的温度信号为全晶圆(10)范围内的温度云图，这样无监测死点。主控***(1)可根据此温度信号，做出逻辑判定及响应，如检测全晶圆(10)范围内温度的平衡，当温度的不均匀超过阈值时，主控***(1)报警，避免引发晶圆局部性能失效。
对靶盘(9)上晶圆(10)的温度控制，是通过水冷与气冷两种方式相结合实现。水冷控制是通过主控***(1)控制冷却机(4)，冷却机通过水冷管路(5)将冷却水送入靶盘(9)，进而通过热传递冷却靶盘(9)上晶圆(10)，冷却水温度监测是通过回水温度传感器(6)实现。气冷控制是通过主控***(1)控制气冷装置(7)，通过气冷管路(8)将气体送入到靶盘(9)上。气体会在靶盘(9)与晶圆(10)之间形成气膜(11)，充当导热介质，以避免真空条件下晶圆（Wafer）无法与靶盘进行充分的热交换。
主控***(1)通过对红外温度探头(3)采集到的温度信号以及冷却机(4)的回水温度传感器(6)进行逻辑判定，闭环控制冷却机(4)以及气冷装置(7)，实现快速精准对晶圆(10)注入温度的控制。当红外温度探头(3)采集到的温度为目标温度时，主控***(1)保持涉及的温控***不变，直至结束。当红外温度探头(3)采集的温度大于目标温度，且大于冷却机(4)的回水温度时，此时通过调节气冷装置(7)加大送气量，增加导热介质以实现快速降晶圆(10)温度的目的。当红外温度探头(3)采集的温度大于目标温度，但小于冷却机(4)的回水温度时，此时通过降低冷却机(4)水冷温度，同时通过调节气冷装置(7)，加大送气量，用以实现温度闭环控制。气冷装置(7)送气，是根据冷却需求动态调节的，这样当水冷能够满足要求的条件下，气冷能够保持最少的送气量，进而保证对设备真空的最小影响。
本发明专利的特定实施例已对本发明专利的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明专利精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (6)

1.一种离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：包括：主控***、信号变送器、红外温度探头、冷却机、水冷管路、回水温度传感器、气冷装置、气冷管路、靶盘、晶圆、气膜；此***实现对靶上注入晶圆温度的精确闭环控制；
对靶盘上晶圆的温度控制，是通过水冷与气冷两种方式相结合实现；
水冷控制是通过主控***控制冷却机，冷却机通过水冷管路将冷却水送入靶盘，进而通过热传递冷却靶盘上晶圆，冷却水温度监测是通过回水温度传感器实现；
气冷控制是通过主控***控制气冷装置，通过气冷管路将气体送入到靶盘上；
气冷装置控制的气体在靶盘与晶圆之间形成气膜，充当导热介质，以避免真空条件下晶圆无法与靶盘进行充分的热交换；
当红外温度探头采集到的温度为目标温度时，主控***保持涉及的温控***不变，直至结束；
当红外温度探头采集的温度大于目标温度，且大于冷却机上回水温度传感器检测的回水温度时，此时通过调节气冷装置，加大送气量，增加导热介质以实现快速降晶圆温度的目的；
当红外温度探头采集的温度大于目标温度，但小于冷却机上回水温度传感器检测的回水温度时，此时通过降低冷却机水冷温度，同时通过调节气冷装置，加大送气量，用以实现温度闭环控制。
2.如权利要求1所述的离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：红外温度探头直接实时测量注入过程中晶圆本身的温度，测量精准且实时性强；红外温度探头位于束流下方，当离子注入机中机械扫描装置带动晶圆注入扫描至束流下方时，红外温度探头对晶圆进行温度测量，通过信号变送器，将温度信号传输给主控***，完成对晶圆温度的采集。
3.如权利要求2所述的离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：红外温度探头采集的温度信号为，全晶圆范围内的温度云图，这样无监测死点，主控***可根据此温度信号，做出逻辑判定及响应；红外温度探头位于离子束流下面，不会对原有束流注入路径造成影响。
4.如权利要求3所述的离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：有红外温度探头采集的温度云图，可检测全晶圆范围内温度的平衡，当温度的不均匀超过阈值时，主控***报警，避免引发晶圆局部性能失效。
5.如权利要求1所述的离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：主控***通过对红外温度探头采集到的温度信号以及冷却机的回水温度传感器进行逻辑判定，闭环控制冷却机以及气冷装置，实现快速精准对晶圆注入温度的控制。
6.如权利要求5所述的离子注入机中靶上晶圆冷却及注入温度精确控制***，其特征在于：气冷装置送气是根据冷却需求动态调节的，这样当水冷能够满足要求的条件下，气冷能够保持最少的送气量，进而保证对设备真空的最小影响。
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