半导体晶圆离子注入扫描机器人的制作方法

本发明涉及一种半导体晶圆离子注入扫描机器人，更具体地说，该半导体晶圆离子注入扫描机器人在半导体晶圆的离子注入工序能在水平方向的任何指定方向扫描晶圆而让注入晶圆上的离子分布均匀。

背景技术：

半导体元件制造工序通常在硅晶圆上反复进行氧化工序、照相蚀刻工序、扩散工序、离子注入工序及金属工序等。

所述工序中的离子注入工序指的是，按照所需要的量及所需要的深度把按照预设能量带电荷的杂质注入晶圆。在半导体工序中，离子注入工序通常指的是在硅晶圆的表面注入掺杂剂(dopant)离子。

用于离子注入工序的离子注入机(ionimplanter)主要包括下列三大部分。

该主要部分可以划分为：作为提取离子束(ionbeam)的领域的离子源(ionsource)领域；包括按照所需质量把提取的离子束予以分类的质量分析仪(massanalyzer)和作为离子束路径的束线(beamline)的端子(terminal)领域；移送晶圆并且最终注入离子束的终端台(end-station)领域。

在终端台(end-station)领域，在高真空状态的处理腔内扫描晶圆并注入离子束。

图1是现有的晶圆束扫描方式中最具代表性的例示，在高真空的处理腔下端安装空气轴承(airbearing)并且进行机构学中的上、下运动，从而以相对于水平带状离子束(parallelribbonbeam)或水平扫描离子束(parallelscannedbeam)呈垂直的方向进行机械式扫描(mechanicalscanning)地做了离子注入。

采取下述倾斜(tilt)方式，即，根据待形成于晶圆上的元件的种类让晶圆相对于离子束倾斜一定角度后在一定时间内进行工序。因此，离子注入工序需要具有调节离子束入射到晶圆上的角度的能力，该入射角则称为倾角。

如图2所示，现有技术针对固定晶圆的晶圆固定座(waferchuck)的旋转轴的角度进行调整地调整了作为离子束入射角的倾角。

然而，如图3所示，现有的倾角调整方式以高倾角(hightiltangle)把束散(beamblow-up)现象严重的低能量离子束予以离子注入的话，离子束抵达晶圆上部与晶圆下部的距离不同而使得晶圆垂直方向的离子束密度出现差异，从而导致离子束注入的均匀性劣化。这如同晚间打开闪光灯时距离较近处较亮而距离越远束散越严重而变暗的情形是一个道理。

尤其是，近来半导体装置日益高密度化而使得其电路宽度急剧变小，因此为了让掺杂深度越来越薄地形成于晶圆表面而逐渐需要使用更低能量(lowenergy)的离子注入。

因此，需要开发出一种即使在高倾角(hightiltangle)使用低能量离子束也能不受晶圆(wafer)位置影响地以同一离子束密度进行离子注入的离子注入设备。

【现有技术文献】

(专利文献1)大韩民国公开专利第10-2000-0024763号(公开日2000.05.06)

(专利文献2)大韩民国公开专利第10-2007-0047637号(公开日2007.05.07)

技术实现要素：

【解决的技术课题】

本发明旨在解决现有技术的问题。

本发明的目的是提供一种半导体晶圆离子注入扫描机器人，安装在终端台领域的高真空状态处理腔(processchamber)并且能在水平方向的任何指定方向扫描晶圆而使得来自端子(terminal)的离子束均匀地注入晶圆(wafer)上。

本发明的另一个目的是提供一种独创性的扫描方式的半导体晶圆离子注入扫描机器人，即使在高倾角的低能量离子注入时也能凭借等距离子束照射晶圆上的全区而提高晶圆上的掺杂均匀度，与此同时，还能符合新一代半导体的掺杂均匀度要求条件。

【解决课题的技术方案】

为了达到所述目的，本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人包括：l1轴，垂直地结合在第一连杆的一侧，凭借第一驱动单元的驱动驱使所述第一连杆旋转；l2轴，在所述第一连杆的上部叠上其长度和所述第一连杆相同的第二连杆，垂直地结合在所述第一连杆的另一侧及叠在其上的所述第二连杆的一侧并且凭借第二驱动单元的驱动驱使所述第二连杆旋转；r轴，在所述第二连杆的另一侧上部叠上支持扫描头的支撑架，垂直地结合在所述第二连杆的另一侧与所述支撑架的中央并且凭借第三驱动单元的驱动驱使所述支撑架旋转；及y轴，水平地结合在所述支撑架并支持所述扫描头的两侧，凭借第四驱动单元的驱动驱使所述扫描头旋转。

在此，所述第一驱动单元设于第一连杆的下部以便让所述l1轴垂直地结合在所述第一连杆，所述第二驱动单元设于所述第一连杆的另一侧内部以便让所述l2轴垂直地结合在所述第二连杆，所述第三驱动单元设于所述第二连杆的另一侧内部以便让所述r轴垂直地结合在所述支撑架的中央，所述第四驱动单元设于所述支撑架的一侧以便让所述y轴水平地结合在所述支撑架的上端。

而且，所述第一驱动单元和第二驱动单元同步驱动，所述第一连杆以所述l1轴为基准往左、右旋转，所述第二连杆以所述l2轴为基准往左、右旋转，从而使得所述扫描头往左、右水平移动。

而且，所述第三驱动单元和所述第一驱动单元同步驱动，所述r轴以和所述l1轴相同的旋转角驱使所述扫描头旋转。

而且，驱使所述l1轴旋转调整倾角，在所述调整的倾角下将所述第一驱动单元与第二驱动单元的驱动同步化而以所述l1轴为基准让所述第一连杆往左、右旋转，以所述l2轴为基准让所述第二连杆往左、右旋转，从而使得所述扫描头往左、右水平移动。

而且，所述第三驱动单元在所述调整的倾角下和所述第一驱动单元同步驱动，所述r轴以和所述l1轴相同的旋转角驱使所述扫描头旋转。

所述y轴驱使所述扫描头的晶圆旋转到晶圆装载或卸载位置或者驱使所述扫描头的晶圆旋转到离子注入位置或束轮廓分析(beamprofiling)位置。

而且，所述扫描头包括固定晶圆的晶圆固定座、驱使所述晶圆固定座旋转的s轴、驱动所述s轴的第五驱动单元，所述s轴垂直于所述y轴，驱使置放所述晶圆的晶圆固定座旋转而调整晶圆的扭转角(twistangle)或方位角(orientationangle)。

【有益效果】

依据本发明的实施例，通过l1轴与l2轴的动作实现能在水平方向的任何指定方向扫描的标量运动，通过r轴的动作进行调整以便让离子束在左、右扫描过程中保持一定的入射角，通过s轴的动作能根据晶圆结晶方向防止束沟道效应并防止阴影现象，从而提高晶圆上的离子束注入的均匀度。

而且，在高倾角的低能量离子注入时也能让晶圆上的全区被等距离子束照射而大幅提高晶圆上的掺杂均匀度，与此同时，还能符合新一代半导体的掺杂均匀度要求条件。

附图说明

图1是示出现有的晶圆束扫描方式的概念图。

图2是示出图1所现有晶圆束扫描方式中倾角调整动作的概念图。

图3是为了说明图1与图2所示现有晶圆束扫描方式中晶圆的大角度倾斜离子注入时的问题而示出的侧视图。

图4是示出本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人的晶圆束扫描方式的概念图。

图5是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人的结构的模拟图。

图6的(a)、(b)是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人的l1轴、l2轴、r轴的各驱动单元同步驱动而进行左、右扫描的动作的动作图。

图7的(a)、(b)是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人的45°倾斜扫描动作的动作图。

图8的(a)、(b)是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人中基于y轴驱动的扫描头动作的动作图。

图9的(a)、(b)是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人中凭借扫描头的s轴驱动调整晶圆扭转角(twistangle)或方位角(orientationangle)调整的动作图。

图10是说明本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人进行晶圆的大角度倾斜离子注入时掺杂均匀度的俯视图。

具体实施方式

下面对于本发明的详细说明是本发明可实行的实施例，说明时参考了作为该实施例的例示的附图。为了让本发明领域的技术人员能够实现本发明，下面将非常详细地说明这些实施例。本发明的各实施例虽然互不相同，但应该被解释为不必然互相排斥。例如，关于所记载的一个实施例的特定形状、结构及特性，可以在不脱离本发明的精神与范畴的情形下以另一个实施例实现。而且，所揭示的各实施例内的个别位置或配置应该被解释为可以在不脱离本发明的精神与范畴的情形下予以修改。

因此，下面的详细说明不应被视为限制性意义，只要能够妥当地说明，本发明的范围只能由等值于其权利要求项所请求内容的一切等值范围及所附权利要求项予以限定。图形中的相似符号表示其功能在各方面相同或相似。

本发明所使用的术语考虑了其在本发明中的功能后尽量选择了目前广泛使用的一般术语，但是可能会根据本领域的技术人员的意图或惯例或新技术的出现之类的因素而有所变化。而且，在特定情形下也使用了申请人任意选择的术语，此时会在相应的发明内容中详细记载其意义。因此，本发明所使用的术语不能仅靠术语名称予以定义，应该根据该术语所具备的意义和本发明的整体内容予以定义。

在整个本说明书中，当指称某一部分“包含”某一构成要素时，其指的是，除非特别记载了相反内容，否则其不排除其它构成要素而是还能包含其它构成要素。

而且，说明书中记载的“…单元”、“…模块”之类的术语指的是处理至少一个功能或动作的单位，其能以硬件或软件实现，或者通过硬件与软件的结合来实现。

如图4与图5所示，对于垂直带状离子束(verticalribbonbeam)或垂直扫描离子束(verticalscanning)，本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人通过由l1轴、l2轴、r轴、y轴、s轴构成的5个驱动轴的动作对水平面内的一切方向进行左、右机械式扫描。

首先，如图5所示，第一连杆100的一侧的下部设有第一驱动单元110，作为第一驱动单元110的驱动轴的l1轴120垂直地结合在第一连杆100的一侧。l1轴120成为扫描机器人的基准轴，凭借第一驱动单元110的驱动驱使第一连杆100往左、右旋转。

而且，在第一连杆100的上部叠上其长度和第一连杆100相同的第二连杆200。

第一连杆100的另一侧内部设有第二驱动单元210，作为第二驱动单元的驱动轴的l2轴220突出于上部并且垂直地结合在第二连杆200的一侧。l2轴220凭借第二驱动单元210的驱动驱使第二连杆200往左、右旋转。

而且，在第二连杆200的另一侧上部叠上支持扫描头400的支撑架300。

第二连杆200的另一侧内部设有第三驱动单元310，作为第三驱动单元310的驱动轴的r轴320突出于上部并且垂直地结合在支撑架300的中央。r轴320凭借第三驱动单元310的驱动驱使支撑架300往左、右旋转。

在此，第一驱动单元110、第二驱动单元210及第三驱动单元310同步化后驱动。

如图6的(a)、(b)所示，如果是0°的扫描，在图6(a)的初始状态，如图6(b)所示，第一连杆100在第一驱动单元110驱动时以l1轴120为基准旋转，具有和第一连杆相同长度的第二连杆200则在和第一驱动单元同步的第二驱动单元210驱动时以l2轴220为基准旋转而驱使扫描头400往左、右水平移动。

下面接合图6(b)进一步具体说明，第一连杆100由于第一驱动单元110的驱动而以l1轴120为基准往左侧旋转，与此同时，第二连杆200由于和第一驱动单元同步的第二驱动单元210的驱动而以l2轴220为基准往左侧旋转，接着，第一连杆100由于第一驱动单元110的驱动而以l1轴120为基准往右侧旋转，与此同时，第二连杆200由于和第一驱动单元同步的第二驱动单元210的驱动而以l2轴220为基准往右侧旋转，从而使得扫描头400往左、右水平移动。与此同时，扫描头400由于和第一驱动单元110同步的第三驱动单元310的驱动而以r轴320为基准往左、右旋转。此时，r轴320在左、右扫描过程中进行调整功能以便让离子束保持一定的入射角。

即，扫描头400通过l1轴120、l2轴220、r轴320的同时旋转实现能在水平方向的任何指定方向进行扫描的标量运动。

而且，如图7的(a)、(b)所示，45°倾斜扫描时，如图7(a)所示，在0°的初始状态下让作为基准的l1轴120旋转45°。此时，凭借第一驱动单元110的驱动让l1轴120旋转45°的话，第一连杆100、第二连杆200、扫描头400旋转45°角度。而且，在扫描头400倾斜45°的状态下如图7(b)所示地让扫描头400往左、右水平移动。在此，扫描头400的左、右水平移动和图6(b)所说明者相同地实现。

即，扫描头400在倾斜45°的状态下实现能在水平方向的任何指定方向扫描的标量运动。

另一方面，支撑架300所支持的扫描头400则接合在水平地结合的y轴420。

如图5所示，支撑架300的一侧设有第四驱动单元410，作为第四驱动单元410的驱动轴的y轴420水平地结合在支撑架300并且支持扫描头400的两侧，凭借第四驱动单元410的驱动驱使扫描头400旋转。

如图8的(a)、(b)所示，凭借第四驱动单元410的驱动而旋转的y轴420发挥出驱使扫描头400旋转到晶圆装载或卸载位置或者驱使置于扫描头的晶圆固定座的晶圆旋转到离子注入位置或束轮廓分析(beamprofiling)位置的功能。

如图9的(a)所示，扫描头400包括固定晶圆(wafer)的晶圆固定座401、驱使晶圆固定座401旋转的s轴402、驱动s轴402的第五驱动单元403。

而且，如图9的(b)所示，s轴402垂直于y轴420，凭借着第五驱动单元403的驱动驱使置放晶圆(wafer)的晶圆固定座401旋转而调整晶圆(wafer)的扭转角(twistangle)或方位角(orientationangle)。

在此，注入离子时需要调整倾角(tiltangle)及扭转角(twistangle)的第一个理由是为了防止半导体结晶方向所导致的束沟道效应(beamchannelingeffect)而需要把束入射角调整到沟道效应较难的结晶方向，第二个理由是为了防止近来呈三维结构的半导体在倾斜离子注入时发生的阴影现象而需要在多种角度下进行离子注入。

因此，本发明通过l1轴120与l2轴220的动作实现能在水平方向的任何指定方向扫描的标量运动，通过r轴320的动作进行调整以便让离子束在左、右扫描过程中保持一定的入射角，通过s轴402的动作能根据晶圆结晶方向防止束沟道效应并防止阴影现象，从而提高晶圆上的离子束注入的均匀度。

图10是说明凭借本发明一个实施例的半导体晶圆离子注入扫描机器人进行晶圆的大角度倾斜离子注入时的掺杂均匀度的俯视图。

如图10所示，半导体晶圆离子注入扫描机器人在0°倾斜离子注入时(0°tiltimplantation)晶圆上的全部位置被等距离子束以均匀的离子束密度扫描晶圆。

与此同时，即使以大角度倾斜也会对垂直带状离子束或垂直扫描离子束往左-右进行晶圆扫描，因此不受倾角影响而在束路径上没有差异，凭此，晶圆扫描过程中束均匀度维持一定而得以在晶圆上的全部位置均匀地注入离子。

如前所述，本发明能在水平方向的任何指定方向扫描晶圆以便让离子束在晶圆(wafer)上均匀地注入，即使在高倾角的低能量离子注入时也能让晶圆上的全区被等距离子束照射而得以大幅提高晶圆上的掺杂均匀度。

而且，解决了现有技术中扫描方向的各晶圆位置的离子束路径的距离差及由此而来的离子束尺寸变化所引起的掺杂均匀度问题，与此同时，还能符合新一代半导体的掺杂均匀度要求条件。

前文说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限定于所述特定实施例。即，本发明所属技术领域中具备一般知识者能在不脱离权利要求书的精神与范畴的情形下对本发明进行各种变形与修改，这些适当的一切变形与修改作为等值物应阐释为属于本发明的范围。

符号说明

100：第一连杆110：第一驱动单元

120：l1轴200：第二连杆

210：第二驱动单元220：l2轴

300：支撑架310：第三驱动单元

320：r轴400：扫描头

401：晶圆固定座402：s轴

403：第五驱动单元410：第四驱动单元

420：y轴