專利名稱：晶片支座傾斜機(jī)構(gòu)和冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于加工半導(dǎo)體晶片的離子植入裝置，更具體地講，本發(fā)明涉及用于離子植入裝置的晶片支撐支座和晶片冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
離子植入裝置被用于將能改變導(dǎo)電性的雜質(zhì)導(dǎo)入半導(dǎo)體晶片中。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，通過(guò)一個(gè)離子源將需要的雜質(zhì)材料離子化，然后進(jìn)行加速，以便形成具有預(yù)定能量的離子束。然后將所述離子束指向所述半導(dǎo)體晶片，以便離子束中的離子穿透半導(dǎo)體材料，并且包埋在晶格內(nèi)，從而形成具有所需導(dǎo)電性的區(qū)域。
在半導(dǎo)體晶片加工中，為了獲得有效的離子植入裝置，有若干種重要因素需要考慮。一個(gè)重要因素是產(chǎn)量，或單位時(shí)間所加工的晶片數(shù)量。另外，晶片轉(zhuǎn)移時(shí)間，離子植入時(shí)間和植入裝置故障時(shí)間是其他重要因素。另一個(gè)重要因素是以大的傾斜角植入的能力。在大傾斜角度下，通常在大約20-大約60度范圍內(nèi)，可以將硅結(jié)構(gòu)摻雜在離子束阻隔層下面。另一個(gè)重要因素是在加工期間冷卻晶片的能力。
系列植入裝置一次加工一個(gè)硅晶片。批量植入裝置能同時(shí)加工多個(gè)晶片或批量的晶片。典型的批量離子植入裝置采用旋轉(zhuǎn)盤，要加工的晶片被安裝在該旋轉(zhuǎn)盤上的支座上。在批量植入系統(tǒng)中，重要的是能夠傾斜并且冷卻晶片，而又不會(huì)導(dǎo)致不平衡的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如，這種狀態(tài)可能在所有支座不能同時(shí)移動(dòng)到位的時(shí)候出現(xiàn)，導(dǎo)致冷卻劑產(chǎn)生不平衡的負(fù)荷。因此，需要能夠大量均勻地生產(chǎn)晶片，并且具有大的傾斜角植入和晶片冷卻能力的離子植入系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種晶片平臺(tái)，它包括至少一個(gè)晶片墊組件，用于安裝和冷卻晶片，并且被安裝在離子植入裝置上。所述晶片墊組件包括一個(gè)晶片支撐墊，它具有一個(gè)用于安裝晶片的上表面，和一個(gè)下表面。所述晶片支撐墊的下表面與具有相對(duì)安裝的入口部分和出口部分的冷卻劑通道連接，其中，所述入口部分的質(zhì)量是通過(guò)出口部分的質(zhì)量平衡的。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用于安裝晶片，并且被放置在離子植入裝置中的晶片墊組件。所述晶片墊組件包括一個(gè)晶片支撐墊，它具有一個(gè)用于安裝晶片的上表面，和一個(gè)用于安裝一個(gè)或多個(gè)冷卻劑通道的下表面。所述下表面與具有外部弧形表面的支架連接，該弧形表面與一個(gè)殼體的互補(bǔ)形狀的支撐表面配合接合，其中，所述晶片可以繞安裝在所述墊上的晶片的中心線的軸線旋轉(zhuǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合附圖閱讀以下優(yōu)選實(shí)施方案和用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)說(shuō)明，可以方便地理解和了解本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是離子植入系統(tǒng)的平面示意圖；圖2是本發(fā)明晶片支座組件和冷卻系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖3是圖2所示晶片支座組件的俯視圖；圖4是圖2所示本發(fā)明晶片支座組件和冷卻系統(tǒng)的正視圖；圖5是圖4所示晶片支座組件的冷卻通道的俯視圖；圖6是處于傾斜狀態(tài)的本發(fā)明晶片支座組件的冷卻系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖7是安裝在批量類型離子植入裝置圓盤上的多個(gè)晶片支座組件的透視側(cè)視圖；和圖8是安裝在系列類型離子植入裝置的處理室中的單個(gè)晶片支座組件的透視側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參見(jiàn)附圖，圖1表示總體上用編號(hào)10表示的離子植入裝置，它包括一個(gè)輸入端12，一個(gè)光束線組件14，和末端裝置16。一般，由輸入端12輸出離子束，而由光束線組件14調(diào)節(jié)離子束的焦距、離子種類和能量水平，并且將其導(dǎo)向放置在末端裝置16上的晶片W。
輸入端12包括一個(gè)具有腔室的離子源18，將來(lái)自氣體盒20的摻雜氣體注入該室。將能量賦予可離子化的摻雜氣體，以便在所述離子源室中產(chǎn)生正離子。由高壓電源24供電的提取電極22，從所述離子源室中提取正離子的離子束26，并且將提取的離子向質(zhì)量分析磁鐵28加速。所述質(zhì)量分析磁鐵28起著讓具有合適的電荷-質(zhì)量比的離子通過(guò)到達(dá)光束線組件14的作用。由質(zhì)量分析磁鐵28提供的離子束通道29的抽真空是通過(guò)真空泵30提供的。
光束線組件14包括一個(gè)正交透鏡32，一個(gè)flag Faraday34，一個(gè)電子簇射36，并且選擇性地包括一個(gè)離子束加速/減速電極(未示出)。由正交透鏡32對(duì)輸入端12輸出的離子束進(jìn)行聚焦，而由flagFaraday34在系統(tǒng)設(shè)定期間測(cè)定離子束的特征?？梢杂盟鲞x擇性的加速和減速電極，將聚焦的離子束加速或減速到需要的能量水平，然后植入位于末端裝置16上的晶片。由光束線組件14提供的離子束通道的抽真空是通過(guò)真空泵38提供的。
末端裝置16包括一個(gè)晶片平臺(tái)，如可旋轉(zhuǎn)的圓盤40，將多個(gè)晶片W安裝在該圓盤周圍的支座上。提供了一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)42，以便賦予所述圓盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且還提供一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)44，以便賦予所述圓盤線性運(yùn)動(dòng)。一個(gè)機(jī)械臂46通過(guò)一個(gè)負(fù)荷鎖定室48將晶片W加載到圓盤40上。該系統(tǒng)的操縱是通過(guò)位于末端裝置16末端的操作控制裝置50控制的。
如圖2所示，旋轉(zhuǎn)盤40上的在上面安裝有晶片的支座各自包括一個(gè)按本發(fā)明方法制造的晶片墊組件100。所述晶片墊組件總體上用編號(hào)100表示，使安裝在它上面的晶片能夠在大約0-大約45度范圍內(nèi)以大角度傾斜。傾斜在本文中被定義為晶片W繞圖6所示晶片墊組件100的x，y，z坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸旋轉(zhuǎn)。每一個(gè)晶片W的幾何中心與z軸對(duì)齊，以便每一個(gè)晶片繞它的幾何中心傾斜。
通過(guò)一個(gè)或多個(gè)常規(guī)夾子104，如機(jī)械或靜電夾子或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的裝置將每一個(gè)晶片W安裝并且固定在晶片支撐墊102上。晶片支撐墊102包括一個(gè)圓形平板，它具有用于安裝晶片W的大體上扁平的上表面101。在晶片支撐墊102的下面安裝一個(gè)或多個(gè)冷卻通道103(以下稱之為“冷卻通道”)，用于循環(huán)冷卻劑，以便冷卻支撐墊102，并因此冷卻晶片。通過(guò)沉浸鉛焊，機(jī)械固定裝置或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他常規(guī)方式，將冷卻通道103安裝在晶片支撐墊102下面。冷卻通道103優(yōu)選具有圓形截面，并且是由諸如鋁的高導(dǎo)熱性材料組成。更優(yōu)選的是，所述冷卻通道的內(nèi)表面用諸如聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨涂料涂敷，或用能防止所述墊基礎(chǔ)材料降解的硬的涂層涂敷。
如圖3和5所示，冷卻通道103具有一個(gè)入口末端106和一個(gè)位于靠近晶片支撐墊102中點(diǎn)的出口末端108。更具體地講，入口末端106和出口末端108的幾何中心相對(duì)分布在距離墊102幾何中心(相當(dāng)于安裝在它上面的晶片W的中心)等距離的位置上。冷卻劑通道是以螺旋形式安裝的，該螺旋形式是繞晶片支撐墊102的x軸對(duì)稱的。
如圖3所示，為了進(jìn)行說(shuō)明，冷卻劑通道被表示為兩個(gè)部分“103a”和“103b”，其中，103a表示冷卻劑通道的入口部分，而103b表示冷卻劑通道的出口部分。正如圖3所示，入口部分103a和出口部分103b是繞x軸對(duì)稱的，這種對(duì)稱關(guān)系導(dǎo)致了位于冷卻劑通道103的入口部分103a的冷卻劑的質(zhì)量是通過(guò)位于冷卻劑通道出口部分103b的冷卻劑的質(zhì)量平衡的。冷卻劑通道入口103a的末端110通向冷卻通道出口的入口末端112。所述入口冷卻劑部分103a和出口冷卻劑部分103b，還能夠以多種其他結(jié)構(gòu)安裝(未示出)，以便位于冷卻劑通道入口部分103a的冷卻劑的質(zhì)量是由位于冷卻劑出口部分的冷卻劑質(zhì)量平衡的。
在冷卻通道入口和出口中提供的冷卻劑可以是任何合適的冷卻流體，如水，防凍液，氟利昂或它們的混合物，或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他合適的冷卻劑。
回頭參見(jiàn)圖2，晶片支撐墊102的下表面被固定在固定蓋板130上。蓋板130同樣是一個(gè)扁平的圓形平板，并且優(yōu)選是用鋁材料制成，并且起著封閉冷卻通道和將所述組件安裝在一個(gè)半徑支架200上的作用。所述蓋板還包括一個(gè)入口輸入孔132，和一個(gè)出口返回孔134，用于分別接納冷卻流體通道的入口末端106和出口末端108。
將晶片墊半徑支架200安裝在蓋板130的下表面上。半徑支架200包括一個(gè)外部耐磨表面202，它具有弧形外表面，以便使晶片墊組件可以繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)或“傾斜運(yùn)動(dòng)”(參見(jiàn)圖6)，它還是安裝的晶片頂部的幾何中線。所述外部耐磨表面具有外部凸出表面并且對(duì)齊以便與凸輪殼體300的互補(bǔ)成形支承表面302滑動(dòng)配合。
當(dāng)外部耐磨表面202與支承表面302滑動(dòng)配合時(shí)，該晶片圍繞其幾何中心旋轉(zhuǎn)。所述外部耐磨表面的半徑形狀使所述晶片能夠從0度傾斜到大約45度。所述外部耐磨表面202是由具有低摩擦系數(shù)的材料制成的，如堅(jiān)硬的鍍鉻、鍍鎳鋼材或鋁材料。
如圖4所示，半徑支架200具有矩形截面，它具有相對(duì)的側(cè)壁201。在側(cè)壁201上安裝一個(gè)或多個(gè)弧形凸輪從動(dòng)滾道204。優(yōu)選采用兩個(gè)相對(duì)的滾道204。凸輪從動(dòng)滾道204具有與所述外部耐磨表面202相同的曲率。將一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件205納入一個(gè)滾道204內(nèi)，它起著將半徑支架200固定在凸輪殼體300上，同時(shí)使得支架200的外部耐磨表面202可以與凸輪支撐表面302滑動(dòng)接合，以便所述晶片可以傾斜(參見(jiàn)圖2)。凸輪從動(dòng)件205還起著攜帶旋轉(zhuǎn)盤40的離心載荷，以及保持位于冷卻通道103的旋轉(zhuǎn)的入口和出口末端106，108和固定的通道或管道206和208之間的密封間隙的作用，正如下文更詳細(xì)地說(shuō)明的。
凸輪殼體300具有大體為矩形的形狀，它具有相對(duì)的平行側(cè)壁304，凸輪支撐表面302，和內(nèi)部空腔306。優(yōu)選側(cè)壁304之一部分形成有可除去的板306，以便可以進(jìn)入所述內(nèi)部空腔的內(nèi)部部分。側(cè)壁304優(yōu)選具有截取過(guò)的內(nèi)部角305，以便半徑支架200可以不受干擾地旋轉(zhuǎn)(圖2)。
輸送和回流冷卻劑管206，208可容納在所述內(nèi)部空腔306中，所述冷卻劑管與凸輪支撐表面302的弧形下表面連接，并且是沿它的下部分布的。輸送和回流冷卻劑管206，208是與冷卻劑通道103的相應(yīng)的末端106，108成流體連通狀態(tài)的。必須指出的是，冷卻劑通道103的末端106，108隨著半徑支架200轉(zhuǎn)動(dòng)或傾斜，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)期間保持與不轉(zhuǎn)動(dòng)的回流和輸送冷卻劑管206，208流體連通。
另外，當(dāng)一半的半球形半徑支架200轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述支架的外部耐磨表面202和支撐表面302之間的界面起著密封作用，以防冷卻劑從弧形支撐表面302的通道310中溢出。優(yōu)選有一個(gè)或多個(gè)槽314(參見(jiàn)圖2)環(huán)繞凸輪支撐表面302的通道310的外緣，其中，提供一個(gè)或多個(gè)密封裝置320，優(yōu)選O形環(huán)，以防冷卻劑從所述內(nèi)部空腔中溢出?？梢赃x擇性地將第二組槽和密封用作冷卻劑從凸輪殼300中泄露的指示裝置。
如圖7所示，晶片支座組件100還包括一個(gè)用于與致動(dòng)器連接的凸緣400。該致動(dòng)器可以包括連桿，線纜，電力致動(dòng)器或任何合適的裝置，以便將運(yùn)動(dòng)輸送給晶片墊的可移動(dòng)部分。圖7表示離子植入裝置圓盤的側(cè)面透視圖，在它上面安裝了兩個(gè)或兩個(gè)以上本發(fā)明的晶片支座組件。所示出的晶片支座組件100繞z軸傾斜45度(相對(duì)于x軸)。所示出的冷卻劑(在這里是水)分配套管500位于圓盤40的中央部位附近，冷卻劑歧管系統(tǒng)管502，504向外徑向延伸，與支座組件的回流和輸送管206，208形成流體連通。
盡管業(yè)已結(jié)合用于傾斜晶片的組件對(duì)晶片冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了圖示和說(shuō)明，但是上述冷卻系統(tǒng)并不局限于這樣的用途，例如，所述晶片冷卻系統(tǒng)還可用于常規(guī)批量或系列離子植入裝置。另外，盡管所示出的所述晶片支座傾斜機(jī)構(gòu)主要是用于批量型離子植入裝置，但本發(fā)明還可用于系列離子植入裝置組合。最后，所示晶片支座傾斜機(jī)構(gòu)還可與其他冷卻系統(tǒng)一起使用。
圖8表示安裝在系列型離子植入裝置的處理室506中的單一晶片支座組件100的實(shí)施方案。通過(guò)一個(gè)伸縮臂組件508將所述支座組件定位于固定位置的離子束26的前面，該伸縮臂組件包括安裝在一個(gè)外部套管512中的內(nèi)部臂510。將支座組件100直接安裝在內(nèi)部臂510上。
所述支座組件上的晶片在固定位置的離子束26的前面同時(shí)沿x軸和z軸掃描。所述x掃描伴隨著通過(guò)線性轉(zhuǎn)換器514沿x軸移動(dòng)伸縮臂組件508。在線性轉(zhuǎn)換器514和處理室506之間提供一個(gè)滑動(dòng)密封裝置516，以便保持所述處理室內(nèi)的真空狀態(tài)。所述處理室壁上的槽518使得伸縮臂組件可以沿x軸做這種線性運(yùn)動(dòng)。在所述內(nèi)部臂510中提供冷卻劑通道520，以便通過(guò)伸縮臂組件提供來(lái)自外部源(未示出)的冷卻劑。冷卻劑通道520與支座組件100的返回和輸送管206，208形成流體連通。
Z掃描伴隨通過(guò)將內(nèi)部臂510伸入和伸出伸縮臂組件508的外部套管512。用于實(shí)現(xiàn)x掃描和z掃描線性運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)為本領(lǐng)域所公知。所述x掃描和z掃描運(yùn)動(dòng)是在植入期間同時(shí)進(jìn)行的，以便離子束和被植入的晶片表面之間的關(guān)系在晶片的整個(gè)表面上保持固定，即使在圖中所示的傾斜狀態(tài)下也是如此。就是說(shuō)，在植入過(guò)程中，被植入的晶片表面和沿離子束通道的一個(gè)特定點(diǎn)之間的距離保持穩(wěn)定。在圖8所示實(shí)施方案中，晶片支座組件100繞y軸傾斜。
盡管業(yè)已結(jié)合實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和說(shuō)明，但是這是用于說(shuō)明目的，而不是用于限定目的的，并且，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯而易見(jiàn)的對(duì)本文所示和所述特定實(shí)施方案的其他改變和改進(jìn)屬于在所述權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的預(yù)期的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶片平臺(tái)，它被安裝在離子植入裝置內(nèi)，并且包括至少一個(gè)用于安裝和冷卻晶片的晶片墊組件，所述晶片墊組件包括一個(gè)晶片支撐墊，它具有一個(gè)用于安裝所述晶片的上表面，和一個(gè)下表面，所述晶片支撐墊的下表面與具有一個(gè)入口部分和一個(gè)出口部分的相對(duì)安裝的冷卻劑通道連接，其中，所述入口部分的質(zhì)量是通過(guò)所述出口部分的質(zhì)量平衡的。
2.如權(quán)利要求1的晶片平臺(tái)，其中，所述入口部分的入口末端和所述出口部分的出口末端靠近所述上表面的中央部位設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1的晶片平臺(tái)，其中，所述冷卻劑通道是以螺旋形式安裝的。
4.如權(quán)利要求1的晶片平臺(tái)，其中，所述入口部分和所述出口部分是以對(duì)稱形式安裝的。
5.如權(quán)利要求1的晶片平臺(tái)，其中，所述晶片支撐墊的下表面與一個(gè)支架連接，該支架具有與一個(gè)殼體的互補(bǔ)形狀的支撐表面配合接合的外部弧形表面，其中，所述晶片可以繞一條軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5的晶片平臺(tái)，其中，所述支撐表面還包括分別與輸送管道和回流管道形成流體連通的輸送通道和回流通道。
7.如權(quán)利要求6的晶片平臺(tái)，其中，所述輸送管道和回流管道分別與冷卻通道的入口和出口形成流體連通。
8.如權(quán)利要求5的晶片平臺(tái)，其中，所述支架還包括一個(gè)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件固定在所述殼體上的弧形滾道。
9.如權(quán)利要求6的晶片平臺(tái)，其中，所述支架的外部弧形表面起著密封所述支撐表面的輸送和回流通道的作用。
10.如權(quán)利要求1的晶片平臺(tái)，其中，所述至少一個(gè)晶片墊組件包括多個(gè)安裝在它上面的晶片墊組件。
11.一種用于安裝晶片并且被放置在離子植入裝置中的晶片墊組件，所述晶片墊組件包括一個(gè)晶片支撐墊，具有一個(gè)用于安裝所述晶片的上表面，和一個(gè)下表面，所述下表面與一個(gè)支架連接，該支架具有與一個(gè)殼體的互補(bǔ)形狀的支撐表面配合結(jié)合的外部弧形表面，其中，所述晶片可以繞一條軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11的晶片墊組件，其中，所述外部弧形表面是凸面。
13.如權(quán)利要求11的晶片墊組件，其中，所述支架還包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)凸輪從動(dòng)件固定在所述殼體上的弧形滾道。
14.如權(quán)利要求11的晶片墊組件，其中，所述晶片可以繞一條軸線在大約0-大約45度范圍內(nèi)傾斜。
15.如權(quán)利要求11的晶片墊組件，其中，所述支架還包括通過(guò)多個(gè)凸輪從動(dòng)件固定在所述殼體上的相對(duì)的滾道。
16.如權(quán)利要求11的晶片墊組件，還包括與所述晶片支撐墊的下表面連接的冷卻通道；所述冷卻通道具有一個(gè)入口部分和一個(gè)出口部分，其中，所述入口部分的質(zhì)量是通過(guò)所述出口部分的質(zhì)量平衡的。
17.如權(quán)利要求16的晶片墊組件，其中，所述支撐表面還包括一個(gè)回流通道和一個(gè)輸送通道，其中，所述回流通道與一個(gè)回流管和所述冷卻通道的出口形成流體連通；并且，所述輸送通道與所述輸送管和所述冷卻通道的入口形成流體連通。
18.如權(quán)利要求16的晶片墊組件，其中，所述支撐表面密封所述回流通道和所述輸送通道。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種晶片墊組件，可將其用在離子植入裝置中，用于安裝和冷卻晶片。所述晶片墊組件包括一個(gè)晶片支撐墊，它具有一個(gè)用于安裝晶片的上表面，和一個(gè)下表面。所述晶片支撐墊的下表面與一個(gè)冷卻劑通道連接，該通道具有相對(duì)安裝的入口部分和出口部分，其中，所述入口部分是通過(guò)所述出口部分平衡的，其下表面與一個(gè)支架連接，該支架具有弧形外表面，以便與一個(gè)殼體的具有互補(bǔ)形狀的支撐表面配合接合，其中，所述晶片可以繞一個(gè)軸線傾斜或轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1575504SQ02821195
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月25日
發(fā)明者A·維德, R·費(fèi)斯 申請(qǐng)人:艾克塞利斯技術(shù)公司