2024年6月5日发(作者：肥珉)

团—　ｉ　■　‘ｊ舅簟塑　鬯鬯鬯　翼　鬯　半导体制造工艺与设备　曼签　童　堇　鱼　

Ｕ　ＬＶＡＣ　ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ注入机系统解析　

王振亚，徐磊，吴文涛　

（南京电子器件研究所，江苏南京２１００１６）　

摘　要：介绍ＵＬＶＡＣ　ＩＨ．８６０ＤＳＩ注入机系统的特点及其原理，在介绍其设备的基础上，着重分　

析这款注入机系统几个重要和特别的组成部分。根据多年的注入机设备维护经验，总结归纳　

ＵＬＶＡＣ　ＩＨ．８６０ＤＳＩ注入机系统的优点和缺点。　

关键词：离子注入；离子源；离子源加热静电吸盘；法拉第系统　

中图分类号：ＴＮ３０５．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—４５０７（２０１７）０１－００１９—０７　

ＵＬＶＡＣ　ＩＨ・－－８６０ＤＳＩＣ　ＵＬＶＡＣ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｙａ，ＸＵ　Ｌｅｉ，ＷＵ　Ｗｅｎｔａｏ　

（Ｎａｍｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｍｉｎｇ　２１００１６　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＵＬＶＡＣ　ＩＨ－８６０ＤＳＩＣ　ＵＬＶＡＣ　Ｉｏｎ　

Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｔ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　

ｓｅｖｅｒａｌ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｙｅａｒｓ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　

ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；Ｉｏｎ　ｓｏｕｒｃｅ；ＥＳＣ　ａｎｄ　ＨＰ；Ｆａｒａｄａｙ　ｓｙｓｔｅｍ　

日本真空ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ作为中能注入机在国　

内占有率还不是很高，目前投入使用的才两台左　

・　

右，这款注入机到底有什么优点和缺点，本文将为　

大家一探究竟。　

高温注入：　

・　

・　

・　

在带有加热功能的静电吸盘上　

升温高于５００℃，快速加热和良好的温度均匀性　

能量：４３０　ｋＶ（单电荷）　

８６０　ｋＶ（双电荷）　

多步骤的注入方法：　

能够编写连续的多步骤程序　

双终端系统：　

为高产能提供保障　

图１日本真空ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ　

收稿日期：２０１６—１２—０８　

半导体制造工艺与设备　

１结构和布局　

俯视图（见　２）。　

２离子产生和注入过程　

（１）气体如ＰＦ３，ＰＨ３和ＢＦ３由气体室的气　

传片系统（见　３）。　

制系统（见　４）。　

源提供：　

（２）正离了存吸极电压的作用下，从离了源中　

终端系统　）　（　束流射线　离　源　）　

体审　离ｒ源　

＼　＿　：：　／　

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｝弼　●封　士　ｌ　ｒ１　ｒ、　７ｎ　番皇＿立　＿Ｉ；击磐，　ｕ、，ｎ　番　离　

图２结构俯视图　

静电吸盘　

人　

图３传片系统　

脓　ｌ　Ｉ　：　静叱吸黼［源，分　泵，冷泵压缩　乜源，ｌ』Ｊｌ＿热电　

Ｉ　ｌ　机，水泵，真　传感器，　

ＵＳＢ　ｌ　ＵＳＢ　１　．－Ｊ　¨　☆　Ｌ／　真空机械下，夫，ｌ（机械　

ｒｕ脯　—　。　”　…。　于，找半边装置，平台旋　

转ｔ５达摔制。　

ｌ　线　，．，……．．．，　ｌ　灯丝｝源，ＡＲ乜Ｃ电源　源，Ｂｏｍｂｅｒｄ电　

ｌ　、　…　Ｉ’仪１Ⅸ吧压　ｍｕ　ｒ—　帧革搋里Ⅵ　

ｌ　…—　Ｉ　分析器电源，ｌ及ｌ极电源，　

Ｉ　１　加减速电源

单透镜电　

．　

ｌ　柬ｌ流控制　ｌ　

Ｉ　苛压　ｔ—　源，

ＨＶ—电源　Ｑ透镜电源，

束流过滤电源，

，

分子泵　

４００　ＫＶ电源，抑制电源　

ＧＱ透镜电源，扫描电源　

图４控制系统　

（总第２６２　圜圜匝固　

巳　

电子工业毫用设苗　半导体制造工艺与设备　

被引出；　

中未能过滤掉的杂质离子；　

（８）扫描和加速后的离子束，注入到晶片上。　

如图５所示，设备很多单元会产生高压，在作　

业时会非常危险，所以没有接受过操作培训的人　

员不得进入设备内部。主要的高压位置有：　

（１）气体室和离子源（＋３５　ｋＶ）　

（２）加减速电压（一２～ｌ０　ｋＶ）　

（３）主高压（０～４００　ｋＶ）　

（３）分析器通过质量数分离提取离子束，只有　

符合要求的离子才会通过分析器的狭缝；　

（４）通过分析器狭缝的离子束，在４级透镜的　

作用下形成最合适的光斑；　

（５）加速管是为了让离子束加速到所需要的　

能量；　

（６）被加速后的离子束会再次经过另一个４　

级透镜，调整光斑的形状和位置；　

（４）抑制级电压（一２　ｋＶ）　

（５）Ｑ透镜电压（最大±ｌ５　ｋＶ）　

（７）光斑调整过后的离子束会经过Ｙ（垂直）　

和　（水平）方向的扫描，并在　扫描的同时加上　

Ｏｆｆｓｅｔ偏置电压，最后处理掉在分析器或加速管　

（６）扫描电压（最大±２０　ｋＶ）　

（７）法拉第电压（．５００　ｖ）　

透镜　扫描　

晶片　

图５主要电源　

３　ＩＨＣ离子源　

电离是将一个中性的原子或分子转化成一个　

离子的过程，在过程中原子或分子失去一些电子　

或者得到一些电子。本注入机利用间接加热阴极　

的方式产生离子（见图６）。　

（１）间接加热阴极离子源（ＩＨＣ）和常见的　

ｂｅｒｎａｓ离子源很相近。二者都依靠一根被加热的　

图６　ＩＨＣ离子源　

半导体制造工艺与设备　电子工业苣用ｉ殳备　巴　

钨丝发射电子。二者都利用了源磁场和反射极来　

限制阴极发射电子的运动。最后在这两种离子源　

中，阴极发射的电子和掺杂原子碰撞，使原予电　

离，这些离子被从离子源吸引出来形成离子束流。　

ＩＨＣ和ｂｅｍａｓ离子源之间的主要区别是前者多加　

了一个阴极，这个附加的阴极有两个主要功能，一　

个是为了保护相对脆弱的灯丝免遭电离腔体内恶　

劣环境的破环，从而延长灯丝寿命，另一个是用作　

离了腔内激发离子的电子源；　

（１）作为高温部件，所有的材料必须有一定的　

耐高温能力；　

（２）有些部件必须有良好的绝缘性，所以耐热　

陶瓷，氧化铝，氮化铝将被采用：　

（３）在电子发射部件如阴极和灯丝，钨作为有　

效的高电子剥离材料将被采用；　

（４）在高温环境下，相同材料的部件很容易粘　

合，所以厂家选取了不同材料的金属。　

（５）关于ＡＲＣ腔体，因为形状比较复杂，所以　

（２）如果阻隔块（Ｂｌｏｃｋ）的材料是ＡＬＮ，并随　

着阴极的加热而升温，那么气体就会和ＡＬＮ起反　

应，并在ＡＲＣ腔体内释放出ＡＬ离子；　

厂家采用了石墨材料；（这里作者有不同的看法，　

将在下文讨论）　

（６）ＡＬＮ（氮化铝）作为ＡＬ离子的供应材料　

将被采用。　

注入机离子源各部位结构和材料见图７。　

（３）因为在ＡＲＣ腔体内产生离子的溅射作　

用，ＡＬ离予也会从ＡＬＮ中释放到ＡＲＣ腔体。　

如何选择离子源的材料必须基于以下条件：　

射极固定：耐热陶瓷　狭缝保护板

：

钨　

阴　

Ｉ后　船．锚．ＩＩ　狭缝：钼　

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螺丝盖：铝　

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／　＼　ＡＲＣ腔体：石墨　金属板ｌ～３：相　≯｝　

／　

绝缘予：耐热陶瓷　

反射极装备螺丝：钼　

图７离子源结构和材料　

灯丝固定：钼　

４带加热功能的静电吸盘（ＥＳＣ，ＨＰ）　

静电吸盘以及晶片的结构示意图见图８。在　

静电吸楹的绝缘材料中镶嵌着一组直流电极，用　

以接通直流电源，分别使正负电极的电压大小相　

等，极性相反（例如输入５００　Ｖ电压，正电极电压　

为＋２５０　Ｖ，负电极电压为一２５０　Ｖ），绝缘质的表面　

会产生极化电荷，表面极化电荷会产生电场，该电　

场会进一步存置于吸盘上的晶片底面产生极化电　

荷，分布在品片背面的电荷与分布在吸盘上面的　

电倚极性相反，从而吸住晶片。根据Ｊｏｈｎｓｅｎ．Ｒａｈ。　

ｉ　型　型　Ｊ　

图８静电吸盘结构　

ｂｅｋ效应公式可以得出静电吸力如图８所示公　

电子工业苣用设备　半导体制造

工艺与设备　

式，其中：厂为静电吸力，Ｏｔ为静电吸附电极与吸盘　

表面的电容，ｄ为静电吸附电极与吸盘表面的间　

距，　为晶片与吸盘表面的电容，６为晶片和吸盘　

表面的间距，　为正负电极之间的电压。　

平台的温度由热电偶直接测量，晶片表面的　

温度由光学温度计测量，但在注入时无法测量，如　

图９所示。　

晶片装载状态　

提供静电吸盘的电压，传统的方法如图１０①：　

通过反复的开关静电吸盘电压，所提供的脉　

冲电压，能够有效地减少应力从而使晶片在吸盘　

作用下不至于凸起的方法如图１０②③。　

图ｌ１所示是１５０　ｍｍ　ＳｉＣ晶片在搬送和注入　

图９温度测量系统　

过程中的温度变化（ＨＰ被设置成５００℃）　

Ｉ　

时间／　

＼　

时问／ｓ　时间／ｓ　

图１０静电吸附电压　

《　

嚏　

士　

凸＿　

图ｌ１晶片搬送和注入时的温度曲线　

５法拉第系统　

法拉第系统是一种电流转换器，把真空中运　

动的离子流转换成在导体中运动的电子流，　

续流动，直达放大器输入端。当接收正离了时，　

离　无法直接失去正电荷，必须俘获板内等电倚　

量自由电子才能使自身电性中和，被捕获的电子　

断由导线方向补充到板内，形成与离予流等量　

的电流。所以只要计量出电子的数量也就知道了　

离子的数量。见图ｌ２。　

高速运动的离子与板碰撞后，变成中性粒子散射　

出去，失去的电荷则转移至板内继续流动，并沿导　

线流向放大器，维持电流的连续性。实际上，当接　

受的是负离子时，负离子可以直接失去负电荷，即　

电子，这些电子像接力手一样在板内和导线内继　

而该注入机采用双法拉第系统，分别为主法　

拉第和角法拉第（见图１３），其中主法拉第用于束　

斑的调节，角法拉第用于测量电流比值和计鼍。注　

／、　

圜固囡圈（总第２６２其Ｈ）（　

电子工业薹用设备　

半导体制造工艺与设备　

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　

入前，　大托第和角法　第的｝乜流比１＿｝ｌｆ都会被洲　

培。汴入丌始时，　仃ｆｆ】法拉第｝　的　流才会　

肼椿　，』ｉ：计算计　。　

Ａ’　

ｉ一　６缺点和不足　

整体米说１Ｈ一８６０ＤＳＩＣ汴入机系统还足很令　

人满意的，ｆＩ　也　

的便足离Ｊ　源部分。　

改进的　分，尤　突…　

１４所／ｊ　。　

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图ｌ２法拉第系统原理图　

７承”　

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离Ｊ　流　

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讹桶　

Ｉ４离子挥　

６．１灯丝部分　

如图１　５所示，灯丝位置为ｒ防Ｉ　岛了泺内仃　

杂质生成物掉落灯丝电极，设汁者给灯丝的两极　

加了个金属保护盖板，‘侧固定存灯　

想而知，　

卡ｌ乏，　ｊ‘　

侧由绝缘了保护。似　仃一个螺丝ＩｌＩ【Ｉ定Ｉ，｝｛Ｊ　什ｌ１ｊ’　

高温环境下极易松动导敛灯丝　ｌ　路或　

者高爪打火。这里ｆ１：行提｝ｉｃ整个　板　ｍ咐热绝　

缘材料制作，方可解决　题。　

６．２　Ｂｏｍｂｅｒｄ电压引入线　

』／ｌＩ　１冬｛１　６乡Ｉ．｝１Ｉ　Ｊ　；　ｎｌ，Ｊ地，Ｊ　就址Ｂｏｍｂｅｒｄ　Ｉ乜Ｊ　１　

接线十１：。…Ｊ选拔址　外　食仃陶瓷绝缘　门　

团盛　：曼　遣　茎　

患。而厂家给用户的反馈是在不引束流的时候也　

软电线，在离子源高温环境下，这些陶瓷绝缘子的　

耐用性有待商榷，更何况一根软的电线，也会给离　

子源的打火和寿命带来隐患。　

要给灯丝加电从而使整个离子源的腔体内保持一　

定的温度，但这样同样会使灯丝的寿命缩短。　

图ｌ７　ＡＲＣ腔体　

上述的几点问题，我们都已经反馈给了设备　

厂家，将和厂家一起协商解决的办法。　

参考文献：　

【１］　赵树武，朱践知，于世恩等译，芯片制造一半导体　［　

艺制程实用教程［Ｍ］．北京：电子丁业　版社，２００４．　

［２］　Ｒ．ＤｅＪｕｌｅ，“Ｎｅｗ　Ｄｅｓｉｇｎｓｉｎ　Ｈｉｇｈ—Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｒｓ，”　

图１６　Ｂｏｍｂｅｒｄ电压引线　

［Ｊ】．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ａｐｒｉｌ　１９９８）．６１．　

址．Ｓ　．＾　．址．址　．ｓ　．Ｓ止．ｉ止．　屯　—址　．址．Ｓ止　ｊ止．址．址．Ｓ止—Ｓ屯．址　

６．３　ＡＲＣ腔体　

本文上面已经提到，该注入机的ＡＲＣ腔体是　

作者简介：　

由石墨制成，但固定的螺丝是金属材料，由于不同　

材料的膨胀系数不同，离子源在工作状态是高温　

环境，不使用时会冷却。在不断的热胀冷缩下，固　

定在ＡＲＣ腔体上所有的金属螺丝都会出现松动　

王振亚（１９８１．），男，南京人，本科，工程　

师，主要从事半导体设备维护与维修。　

徐磊（１９８４．）男，盐城人，硕士，工程　

师，主要从事半导体设备维护与维修。　

吴文涛（１９８１－）男，南京人，硕士，工程　

现象如图ｌ７所示，这也给离子源寿命带来了隐　

．

王振亚　师，主要从事半导体设备维护与维修。　

．５　．址　—址．Ｓ止．Ｓｔ．Ｓ屯．址．　Ｌ　．Ｓ　．址　‘ｔ舢．址．ｊ止．Ｓ止　．Ｓ‘．Ｓ　．址—ｊ止．址．址　址．＾　．ｊ止．址　—址．址．址—￥‘Ｌ．址．址．址．‘屯—址舢—址—址．Ｓ　．址．址　

・

业界要闻・　

广第十一届（２ｏ１　６年度）中国半导体设备创新产品获选项目Ｊ　

2024年6月5日发(作者：肥珉)

团—　ｉ　■　‘ｊ舅簟塑　鬯鬯鬯　翼　鬯　半导体制造工艺与设备　曼签　童　堇　鱼　

Ｕ　ＬＶＡＣ　ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ注入机系统解析　

王振亚，徐磊，吴文涛　

（南京电子器件研究所，江苏南京２１００１６）　

摘　要：介绍ＵＬＶＡＣ　ＩＨ．８６０ＤＳＩ注入机系统的特点及其原理，在介绍其设备的基础上，着重分　

析这款注入机系统几个重要和特别的组成部分。根据多年的注入机设备维护经验，总结归纳　

ＵＬＶＡＣ　ＩＨ．８６０ＤＳＩ注入机系统的优点和缺点。　

关键词：离子注入；离子源；离子源加热静电吸盘；法拉第系统　

中图分类号：ＴＮ３０５．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—４５０７（２０１７）０１－００１９—０７　

ＵＬＶＡＣ　ＩＨ・－－８６０ＤＳＩＣ　ＵＬＶＡＣ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　

ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎｙａ，ＸＵ　Ｌｅｉ，ＷＵ　Ｗｅｎｔａｏ　

（Ｎａｍｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｍｉｎｇ　２１００１６　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＵＬＶＡＣ　ＩＨ－８６０ＤＳＩＣ　ＵＬＶＡＣ　Ｉｏｎ　

Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｔ　ｆｏｃｕｓｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　

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ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ；Ｉｏｎ　ｓｏｕｒｃｅ；ＥＳＣ　ａｎｄ　ＨＰ；Ｆａｒａｄａｙ　ｓｙｓｔｅｍ　

日本真空ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ作为中能注入机在国　

内占有率还不是很高，目前投入使用的才两台左　

・　

右，这款注入机到底有什么优点和缺点，本文将为　

大家一探究竟。　

高温注入：　

・　

・　

・　

在带有加热功能的静电吸盘上　

升温高于５００℃，快速加热和良好的温度均匀性　

能量：４３０　ｋＶ（单电荷）　

８６０　ｋＶ（双电荷）　

多步骤的注入方法：　

能够编写连续的多步骤程序　

双终端系统：　

为高产能提供保障　

图１日本真空ＩＨ一８６０ＤＳＩＣ　

收稿日期：２０１６—１２—０８　

半导体制造工艺与设备　

１结构和布局　

俯视图（见　２）。　

２离子产生和注入过程　

（１）气体如ＰＦ３，ＰＨ３和ＢＦ３由气体室的气　

传片系统（见　３）。　

制系统（见　４）。　

源提供：　

（２）正离了存吸极电压的作用下，从离了源中　

终端系统　）　（　束流射线　离　源　）　

体审　离ｒ源　

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图２结构俯视图　

静电吸盘　

人　

图３传片系统　

脓　ｌ　Ｉ　：　静叱吸黼［源，分　泵，冷泵压缩　乜源，ｌ』Ｊｌ＿热电　

Ｉ　ｌ　机，水泵，真　传感器，　

ＵＳＢ　ｌ　ＵＳＢ　１　．－Ｊ　¨　☆　Ｌ／　真空机械下，夫，ｌ（机械　

ｒｕ脯　—　。　”　…。　于，找半边装置，平台旋　

转ｔ５达摔制。　

ｌ　线　，．，……．．．，　ｌ　灯丝｝源，ＡＲ乜Ｃ电源　源，Ｂｏｍｂｅｒｄ电　

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ｌ　…—　Ｉ　分析器电源，ｌ及ｌ极电源，　

Ｉ　１　加减速电源

单透镜电　

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ｌ　柬ｌ流控制　ｌ　

Ｉ　苛压　ｔ—　源，

ＨＶ—电源　Ｑ透镜电源，

束流过滤电源，

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分子泵　

４００　ＫＶ电源，抑制电源　

ＧＱ透镜电源，扫描电源　

图４控制系统　

（总第２６２　圜圜匝固　

巳　

电子工业毫用设苗　半导体制造工艺与设备　

被引出；　

中未能过滤掉的杂质离子；　

（８）扫描和加速后的离子束，注入到晶片上。　

如图５所示，设备很多单元会产生高压，在作　

业时会非常危险，所以没有接受过操作培训的人　

员不得进入设备内部。主要的高压位置有：　

（１）气体室和离子源（＋３５　ｋＶ）　

（２）加减速电压（一２～ｌ０　ｋＶ）　

（３）主高压（０～４００　ｋＶ）　

（３）分析器通过质量数分离提取离子束，只有　

符合要求的离子才会通过分析器的狭缝；　

（４）通过分析器狭缝的离子束，在４级透镜的　

作用下形成最合适的光斑；　

（５）加速管是为了让离子束加速到所需要的　

能量；　

（６）被加速后的离子束会再次经过另一个４　

级透镜，调整光斑的形状和位置；　

（４）抑制级电压（一２　ｋＶ）　

（５）Ｑ透镜电压（最大±ｌ５　ｋＶ）　

（７）光斑调整过后的离子束会经过Ｙ（垂直）　

和　（水平）方向的扫描，并在　扫描的同时加上　

Ｏｆｆｓｅｔ偏置电压，最后处理掉在分析器或加速管　

（６）扫描电压（最大±２０　ｋＶ）　

（７）法拉第电压（．５００　ｖ）　

透镜　扫描　

晶片　

图５主要电源　

３　ＩＨＣ离子源　

电离是将一个中性的原子或分子转化成一个　

离子的过程，在过程中原子或分子失去一些电子　

或者得到一些电子。本注入机利用间接加热阴极　

的方式产生离子（见图６）。　

（１）间接加热阴极离子源（ＩＨＣ）和常见的　

ｂｅｒｎａｓ离子源很相近。二者都依靠一根被加热的　

图６　ＩＨＣ离子源　

半导体制造工艺与设备　电子工业苣用ｉ殳备　巴　

钨丝发射电子。二者都利用了源磁场和反射极来　

限制阴极发射电子的运动。最后在这两种离子源　

中，阴极发射的电子和掺杂原子碰撞，使原予电　

离，这些离子被从离子源吸引出来形成离子束流。　

ＩＨＣ和ｂｅｍａｓ离子源之间的主要区别是前者多加　

了一个阴极，这个附加的阴极有两个主要功能，一　

个是为了保护相对脆弱的灯丝免遭电离腔体内恶　

劣环境的破环，从而延长灯丝寿命，另一个是用作　

离了腔内激发离子的电子源；　

（１）作为高温部件，所有的材料必须有一定的　

耐高温能力；　

（２）有些部件必须有良好的绝缘性，所以耐热　

陶瓷，氧化铝，氮化铝将被采用：　

（３）在电子发射部件如阴极和灯丝，钨作为有　

效的高电子剥离材料将被采用；　

（４）在高温环境下，相同材料的部件很容易粘　

合，所以厂家选取了不同材料的金属。　

（５）关于ＡＲＣ腔体，因为形状比较复杂，所以　

（２）如果阻隔块（Ｂｌｏｃｋ）的材料是ＡＬＮ，并随　

着阴极的加热而升温，那么气体就会和ＡＬＮ起反　

应，并在ＡＲＣ腔体内释放出ＡＬ离子；　

厂家采用了石墨材料；（这里作者有不同的看法，　

将在下文讨论）　

（６）ＡＬＮ（氮化铝）作为ＡＬ离子的供应材料　

将被采用。　

注入机离子源各部位结构和材料见图７。　

（３）因为在ＡＲＣ腔体内产生离子的溅射作　

用，ＡＬ离予也会从ＡＬＮ中释放到ＡＲＣ腔体。　

如何选择离子源的材料必须基于以下条件：　

射极固定：耐热陶瓷　狭缝保护板

：

钨　

阴　

Ｉ后　船．锚．ＩＩ　狭缝：钼　

．

／／　／　

彦　

／　●，ｔ一　

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摹．　■＿１　

■圜豳Ｊ　

－ｒ　ｌ叠　

阻隔块：匐　

—●—ｒ—．ｎ　　ｌ　

Ｕ宅　

螺丝盖：铝　

ｒｒ　

ｌ　＼　

ｌ　

／　

／　＼　ＡＲＣ腔体：石墨　金属板ｌ～３：相　≯｝　

／　

绝缘予：耐热陶瓷　

反射极装备螺丝：钼　

图７离子源结构和材料　

灯丝固定：钼　

４带加热功能的静电吸盘（ＥＳＣ，ＨＰ）　

静电吸盘以及晶片的结构示意图见图８。在　

静电吸楹的绝缘材料中镶嵌着一组直流电极，用　

以接通直流电源，分别使正负电极的电压大小相　

等，极性相反（例如输入５００　Ｖ电压，正电极电压　

为＋２５０　Ｖ，负电极电压为一２５０　Ｖ），绝缘质的表面　

会产生极化电荷，表面极化电荷会产生电场，该电　

场会进一步存置于吸盘上的晶片底面产生极化电　

荷，分布在品片背面的电荷与分布在吸盘上面的　

电倚极性相反，从而吸住晶片。根据Ｊｏｈｎｓｅｎ．Ｒａｈ。　

ｉ　型　型　Ｊ　

图８静电吸盘结构　

ｂｅｋ效应公式可以得出静电吸力如图８所示公　

电子工业苣用设备　半导体制造

工艺与设备　

式，其中：厂为静电吸力，Ｏｔ为静电吸附电极与吸盘　

表面的电容，ｄ为静电吸附电极与吸盘表面的间　

距，　为晶片与吸盘表面的电容，６为晶片和吸盘　

表面的间距，　为正负电极之间的电压。　

平台的温度由热电偶直接测量，晶片表面的　

温度由光学温度计测量，但在注入时无法测量，如　

图９所示。　

晶片装载状态　

提供静电吸盘的电压，传统的方法如图１０①：　

通过反复的开关静电吸盘电压，所提供的脉　

冲电压，能够有效地减少应力从而使晶片在吸盘　

作用下不至于凸起的方法如图１０②③。　

图ｌ１所示是１５０　ｍｍ　ＳｉＣ晶片在搬送和注入　

图９温度测量系统　

过程中的温度变化（ＨＰ被设置成５００℃）　

Ｉ　

时间／　

＼　

时问／ｓ　时间／ｓ　

图１０静电吸附电压　

《　

嚏　

士　

凸＿　

图ｌ１晶片搬送和注入时的温度曲线　

５法拉第系统　

法拉第系统是一种电流转换器，把真空中运　

动的离子流转换成在导体中运动的电子流，　

续流动，直达放大器输入端。当接收正离了时，　

离　无法直接失去正电荷，必须俘获板内等电倚　

量自由电子才能使自身电性中和，被捕获的电子　

断由导线方向补充到板内，形成与离予流等量　

的电流。所以只要计量出电子的数量也就知道了　

离子的数量。见图ｌ２。　

高速运动的离子与板碰撞后，变成中性粒子散射　

出去，失去的电荷则转移至板内继续流动，并沿导　

线流向放大器，维持电流的连续性。实际上，当接　

受的是负离子时，负离子可以直接失去负电荷，即　

电子，这些电子像接力手一样在板内和导线内继　

而该注入机采用双法拉第系统，分别为主法　

拉第和角法拉第（见图１３），其中主法拉第用于束　

斑的调节，角法拉第用于测量电流比值和计鼍。注　

／、　

圜固囡圈（总第２６２其Ｈ）（　

电子工业薹用设备　

半导体制造工艺与设备　

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　

入前，　大托第和角法　第的｝乜流比１＿｝ｌｆ都会被洲　

培。汴入丌始时，　仃ｆｆ】法拉第｝　的　流才会　

肼椿　，』ｉ：计算计　。　

Ａ’　

ｉ一　６缺点和不足　

整体米说１Ｈ一８６０ＤＳＩＣ汴入机系统还足很令　

人满意的，ｆＩ　也　

的便足离Ｊ　源部分。　

改进的　分，尤　突…　

１４所／ｊ　。　

＝　

黪　

ｊ　法扣　

图ｌ２法拉第系统原理图　

７承”　

－　

离Ｊ　流　

ｋ　＼　

　’

讹桶　

Ｉ４离子挥　

６．１灯丝部分　

如图１　５所示，灯丝位置为ｒ防Ｉ　岛了泺内仃　

杂质生成物掉落灯丝电极，设汁者给灯丝的两极　

加了个金属保护盖板，‘侧固定存灯　

想而知，　

卡ｌ乏，　ｊ‘　

侧由绝缘了保护。似　仃一个螺丝ＩｌＩ【Ｉ定Ｉ，｝｛Ｊ　什ｌ１ｊ’　

高温环境下极易松动导敛灯丝　ｌ　路或　

者高爪打火。这里ｆ１：行提｝ｉｃ整个　板　ｍ咐热绝　

缘材料制作，方可解决　题。　

６．２　Ｂｏｍｂｅｒｄ电压引入线　

』／ｌＩ　１冬｛１　６乡Ｉ．｝１Ｉ　Ｊ　；　ｎｌ，Ｊ地，Ｊ　就址Ｂｏｍｂｅｒｄ　Ｉ乜Ｊ　１　

接线十１：。…Ｊ选拔址　外　食仃陶瓷绝缘　门　

团盛　：曼　遣　茎　

患。而厂家给用户的反馈是在不引束流的时候也　

软电线，在离子源高温环境下，这些陶瓷绝缘子的　

耐用性有待商榷，更何况一根软的电线，也会给离　

子源的打火和寿命带来隐患。　

要给灯丝加电从而使整个离子源的腔体内保持一　

定的温度，但这样同样会使灯丝的寿命缩短。　

图ｌ７　ＡＲＣ腔体　

上述的几点问题，我们都已经反馈给了设备　

厂家，将和厂家一起协商解决的办法。　

参考文献：　

【１］　赵树武，朱践知，于世恩等译，芯片制造一半导体　［　

艺制程实用教程［Ｍ］．北京：电子丁业　版社，２００４．　

［２］　Ｒ．ＤｅＪｕｌｅ，“Ｎｅｗ　Ｄｅｓｉｇｎｓｉｎ　Ｈｉｇｈ—Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｒｓ，”　

图１６　Ｂｏｍｂｅｒｄ电压引线　

［Ｊ】．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ａｐｒｉｌ　１９９８）．６１．　

址．Ｓ　．＾　．址．址　．ｓ　．Ｓ止．ｉ止．　屯　—址　．址．Ｓ止　ｊ止．址．址．Ｓ止—Ｓ屯．址　

６．３　ＡＲＣ腔体　

本文上面已经提到，该注入机的ＡＲＣ腔体是　

作者简介：　

由石墨制成，但固定的螺丝是金属材料，由于不同　

材料的膨胀系数不同，离子源在工作状态是高温　

环境，不使用时会冷却。在不断的热胀冷缩下，固　

定在ＡＲＣ腔体上所有的金属螺丝都会出现松动　

王振亚（１９８１．），男，南京人，本科，工程　

师，主要从事半导体设备维护与维修。　

徐磊（１９８４．）男，盐城人，硕士，工程　

师，主要从事半导体设备维护与维修。　

吴文涛（１９８１－）男，南京人，硕士，工程　

现象如图ｌ７所示，这也给离子源寿命带来了隐　

．

王振亚　师，主要从事半导体设备维护与维修。　

．５　．址　—址．Ｓ止．Ｓｔ．Ｓ屯．址．　Ｌ　．Ｓ　．址　‘ｔ舢．址．ｊ止．Ｓ止　．Ｓ‘．Ｓ　．址—ｊ止．址．址　址．＾　．ｊ止．址　—址．址．址—￥‘Ｌ．址．址．址．‘屯—址舢—址—址．Ｓ　．址．址　

・

业界要闻・　

广第十一届（２ｏ１　６年度）中国半导体设备创新产品获选项目Ｊ