1.本技术关于一种冷却循环装置，特别关于一种可实时监控冷却液体的水位并自动产生警报的冷却循环装置。
背景技术：2.离子注入是半导体掺杂以及改性常用的一个工艺，其步骤是把需要掺杂的杂质电离成电子，然后加速去碰撞半导体晶圆。半导体为改变载流子浓度和导电类型需要对半导体表面附近区域进行掺杂，而离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制，使得离子注入在半导体制造中被广泛应用。
3.离子注入工艺过程带能量的离子束会产生一定的热量，这些热量会被一台冷却循环装置运转以保证产品的质量，离子注入工艺过程带能量的离子束会产生一定的热量，这些热量如果不被迅速带走会对晶圆表面产生的晶格损伤产生修复功能，这些正常的晶格损伤一旦被修复，会对离子注入深度产生很大的影响，因而影响到晶圆的电性。
4.接着请参考图1，图1为现有技术用于晶圆的离子注入冷却的示意图，其中，冷却循环装置内的去离子水由于设备故障或者其他因素而消耗，在水量少的时候会大大影响冷却效果，造成产品晶圆表面实际温度升高而系统又不能立即检测到而造成损失甚至报废。如图所示，由于现有技术的缺乏能够即时反应冷却循环装置水温过高的机制，通常仅通过人工监测来进行补水，当循环水冷却循环装置显示水温正常时，往往晶圆端实际侦测到的温度过高的。在图1中，由于循环水冷却循环装置误判水温为正常的15～17摄氏度，故于图中将这种误判情形标注为“温度显示异常”。晶圆在失去妥善温控的情况下，工艺的良率也大幅下降，进而造成厂商庞大的经济损失。如图1所示，晶圆的注入结深d1会变得过深，严重影响产品的电性，其中源极、漏极、栅极和氧化层分别以source、drain、gate和oxide来表示。
5.综上所述，实有需要一种更机械化的方式来提前预报晶圆的高温风险，藉此避免人工监控的缺陷。
技术实现要素：6.本技术所要解决的技术问题是：冷却循环装置内的去离子水由于设备故障或者其他因素而有消耗，在水量少的时候会大大影响冷却效果，造成产品晶圆表面实际温度升高而系统又不能立即检测到而造成损失甚至报废。对此，本技术提供一种能够实时监控冷却循环装置冷却水槽的水位，并能在出现紧急情况时自动警报的装置。
7.为了达到上述目的，本技术公开了一种适用离子注入工艺的冷却方法，包括以下步骤：分别取得冷却循环装置内水槽的水槽体积、取得离子注入设备注入晶圆的离子束最大总能量，和所述晶圆的转换系数；提供处理器，所述处理器根据所述水槽体积、所述离子束最大总能量以及所述转换系数计算出对应所述冷却循环装置的水位阀值；以及将所述水槽所承载的冷却液体的当前水位与所述水位阀值进行比对，以决定是否发出警报信号。
8.可选的，在本技术的一些实施例中，所述处理器通过比热容物理公式，以根据所述
水槽体积、所述离子束最大总能量以及所述转换系数计算出对应所述冷却循环装置的所述水位阀值，其中所述离子束最大总能量关联于注入离子束的最大电压、最大电流以及注入时间。
9.可选的，在本技术的一些实施例中，所述比热容物理公式为q＝cm
△
t，其中c是所述冷却循环装置所承载的所述冷却液体的比热容常数，q＝离子束最大总能量*所述转换系数，m为所述冷却循环装置中所述冷却液体的最小质量，
△
t为制程环境温度和预定室温的差，且所述水槽的所述冷却液体的所述水位阀值是根据所述冷却液体的所述最小质量计算。
10.可选的，在本技术的一些实施例中，所述冷却液体为水，且所述比热容常数为4.2
×
103j/(kg
·
℃)
11.可选的，在本技术的一些实施例中，所述转换系数介于1％～9％
12.搭配上述适用离子注入工艺的冷却方法，本技术还对应公开了一种冷却循环装置。所述冷却循环装置连接离子注入设备，且包括水槽、冷泵、水位监测单元、处理器以及警报装置，其中，水槽用以承载冷却液体；冷泵连接所述水槽与所述离子注入设备，使得废水由所述离子注入设备注入至所述水槽，且净水由所述冷泵注入至所述离子注入设备；水位监测单元设置于所述水槽，用以实时反馈所述冷却液体的当前水位；处理器取得所述水槽的水槽体积、所述离子注入设备注入晶圆的离子束最大总能量以及所述所述晶圆的转换系数，以计算出水位阀值，以计算出水位阀值；以及警报装置，用以于所述冷却液体的所述当前水位达到所述水位阀值时发出警报信号。
13.可选的，在本技术的一些实施例中，所述水槽的一侧设有透明的液位窗。
14.可选的，在本技术的一些实施例中，所述水位监测单元是设置于所述水槽内的悬浮式液位开关，且连接于所述警报装置。
15.可选的，在本技术的一些实施例中，所述水位监测单元为承载于所述冷却液体的浮球装置，且连接于所述警报装置所耦接的电路的电路开关，以开启或关闭所述电路开关。
16.可选的，在本技术的一些实施例中，所述水位监测单元耦接于所述处理器，并将所述冷却液体的当前水位数字化后传至所述处理器。
17.可选的，在本技术的一些实施例中，所述处理器耦接于电脑装置，由所述电脑装置存储所述水位监测单元侦测到的水位数据。
18.综上所述，本技术主要利用比热容物理公式来根据注入机台本省特性进行最小允的水量推导，并且根据比热容物理公式推导出来的最小水量设计浮球开关(或搭配摄像头和电脑装置)进行预警报。本技术能够带来以下技术效果：根据比热容物理公式推导出来的最小水量来进行预警报，能够即早发现水位问题而避免经济损失、节省工程师人力，以及提高整体的工作效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所下面针对需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是为现有技术用于晶圆的离子注入冷却的示意图；
21.图2本技术离子注入设备1搭配冷却循环装置2运转的示意图；
22.图3为本技术实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图；
23.图4为本技术另一实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图；
24.图5为本技术再一实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图；
25.图6为本技术用于晶圆的离子注入冷却的示意图；
26.图7为本技术适用离子注入工艺的冷却方法的流程图。
27.1离子注入设备；2冷却循环装置；3冷泵；4处理器；w1废水；w2净水；l冷却液体；100水槽；h1当前水位；70水位监测单元；200电脑装置；90液位窗；s702、s704、s706步骤
具体实施方式
28.以下实施例仅是用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本技术内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本技术内容的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。在通篇说明书与权利要求中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“所述”的意义包括“一或至少一”所述组件或成分。此外，如本揭露所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个组件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部权利要求中时，除非内容清楚指定，否则“在其中”的意思可包括“在其中”与“在其上”。在通篇说明书与权利要求所使用的用词，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅是用以举例说明，当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地，本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
29.在此所使用的用词“大约”、“约”或“近乎”应大体上意味在给定值或误差范围在20％以内，较佳是在10％以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可用词“大约”、“约”或“近乎”加以表示。当一数量、浓度或其他数值或参数有指定的范围、较佳范围或表列出上下理想值的时，应视为特别揭露由任何上下限的数对或理想值所构成的所有范围，不论所述等范围是否分别揭露。举例而言，如揭露范围某长度为x公分到y公分，应视为揭露长度为h公分且h可为x到y中间的任意实数。
30.此外，“电(性)耦接”或“电(性)连接”在此是包括任何直接及间接的电气连接手段。举例而言，若文中描述一第一装置电性耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至所述第二装置。另外，若描述关于电信号的传输、提供，熟习此技艺者应可了解电信号的传递过程中可能伴随衰减或其他非理想性的变化，但电信号传输或提供的来源与接收端若无特别叙明，实质上应视为同一信号。举例而言，若由电子电路的端点a传输(或提供)电信号s给电子电路的端点b，其中可能经过一晶体管开关的源极和漏极两端及/或可能的杂散电容而产生电压降，但此设计的目的若非刻意使用传输时产生的衰减或其他非理想性的变化而达到某些特定的技术效果，电信号s在电子电路的端点a与端点b应可视为实质上为同一信号。
31.可了解如在此所使用的用词“包括”、“具有”、“含有”等等，为开放性的用词，即意
指包括但不限于。另外，本技术的任一实施例或权利要求不须达成本技术所揭露的全部目的或优势或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻，并非用来限制本技术的范畴。
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向，而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。
33.请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件。以下的说明是基于所例示的本技术具体实施例，其不应被视为限制本技术未在此详述的其它具体实施例。
34.参考图2，其为本技术离子注入设备1搭配冷却循环装置2运转的示意图，其中离子注入设备1内部载有晶圆，冷却循环装置2连接离子注入设备1，且包括冷泵3、处理器4、水槽、水位监测单元以及警报装置等元件，水槽、水位监测单元以及警报装置将于后续图式中介绍。如图2所示，离子注入设备1通过管路传输废水w1(即，高温的离子水)至冷却循环装置2上的冷泵3，经冷却循环装置2处理后，再由冷泵3再将净水w2(即，低温或常温的去离子水)回传至离子注入设备1，以此方式循环进行。通常，净水w2较佳为15～17摄氏度的去离子水，但本技术不以此为限。
35.接着参考图3，图3为本技术实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图。如图3所示，水槽100用以承载冷却液体l。冷泵3连接于水槽100和离子注入设备1，藉此，废水w1由离子注入设备1注入至水槽100，且经水槽处理后的净水由冷泵3回传至离子注入设备1。水位监测单元70设置于水槽100，用以得知冷却液体l的当前水位h1，其中水位监测单元70可为摄像头、水位传感器，或者本身可为高分贝警报装置。本技术不限定水位监测单元70的位置必须在水槽100内冷却液体l的上方，倘若水位监测单元70为具备防水功能的摄像头，则也可设置于冷却液体l内。此外，倘若水槽100为透明材质，则水位监测单元70也可设置于水槽100的外部。冷却液体l可以是水或是其他成份的液体，只要其化学特性利于传导热能和吸附离子。
36.举例来说，水位监测单元70可实时监测内部的水位数据(诸如离子含量、水位高低变化、水温等)，并将水槽100内的水位状态数字化后传至处理器(诸如图2所示的处理器4)以作分析和存储。进一步来说，如图3所示，水位监测单元70可耦接于电脑装置200(相当于处理器4)，并通过电脑装置200存储水位监测单元70侦测到的水位数据，藉此，电脑装置200可于水位数据是否达到水位阀值来决定是否发出警报信号，使用者可根据警报信号决定是否中止冷却循环装置2的运作，或即刻更换/添加冷却液体。举例来说，阀值可以是水位含量低至冷却循环装置2的散热功能可正常运作的容许值。此外，警报信号可以是声音、灯光效果或文字信息，且水位监测单元70可通过有线或无线的方式对电脑装置200进行传输。此外，水位监测单元70可耦接于处理器4，并将冷却液体l的当前水位数字化后传至处理器4，以提供处理器4进行运算的参数。
37.具体的，为了消除上述冷却水量下降而导致散热失效给产品带来的影响，本技术
是通过以下比热容物理公式，以根据水槽体积、离子束最大总能量以及转换系数计算出对应冷却循环装置2的水位阀值：
38.q＝cm
△
t
39.其中比热容物理公式为q＝cm
△
t，其中c是冷却循环装置2所承载的冷却液体l的比热容常数，q＝离子束最大总能量*转换系数，m为冷却循环装置中冷却液体的最小质量，
△
t为制程环境温度和预定室温的差，且水槽的冷却液体的水位阀值是根据冷却液体l的最小质量计算。举例来说，制程环境温度可以是50℃，且预定室温可以是25℃。
40.可选的，在本技术的一些实施例中，冷却液体l为水，而比热容常数为4.2
×
103j/(kg
·
℃)，倘若冷却液体l选用其他液体，则比热容常数也会跟着变化。此外，转换系数可介于1％～9％，但本技术不限定转换系数的范围。在注入离子束工艺所使用的最大电压为800kv、最大注入电流为0.01安培、注入时间为600秒、比热容常数为4.2
×
103j/(kg
·
℃)、且转换系数为5％的条件下，离子束最大总能量＝800000v*0.01a*600秒＝4800000焦耳，最终晶圆表面的热量q＝离子束最大总能量*转换系数＝4800000*5％，冷却循环装置2中去离子水(即冷却液体l)的最小质量m＝q/(c
△
t)＝4800000*5％/(4200*25)＝2.2千克。在得出冷却液体l的最小质量为2.2千克，便可根据水槽100的截面积(或体积)推算出对应的水位高度，即上述水位阀值。如此一来，便可确保制程温度要求下(即小于50摄氏度)，在水量低于2.2升(或水位低于水位阀值)的时候即时警报(此处假设水的密度为1，2.2千克的水可换算为2.2升，然而实际换算时须以当下环境数据为主)。
41.参考图4，图4为本技术另一实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图。如图4所示。图4实施例与图3实施例的差别在于：图4实施例中用浮球设计取代图3实施例中通过摄像头，以进行实时监测，其中浮球装置80连接于警报装置53所耦接的电路60，以开启或关闭电路开关51。详细来说，浮球的体积可根据上述最小水量来作设计，使得冷却液体l的当前水位h1一旦低于水位阀值，就使电路开关51产生连动，藉此导通电路60，此时警报装置53即会发出警示信号。同样的，图4实施例可确保制程温度要求下(即小于50摄氏度)，在水量低于2.2升(或水位低于水位阀值)的时候即时警报。
42.综上，本实施例通过冷却循环装置2中去离子水的最小质量确定安全液位的高度，并对浮球式液位开关的液位基准高度进行可调式固定，从而实现去离子水的最小质量与开关的液位基准高度的对应。相较于图3实施例，本实施例进一步省下摄像头和电脑装置的成本，更具有经济优势。
43.参考图5，图5为本技术再一实施例中冷却循环装置2内部循环水冷却系统的示意图。如图5所示。图5实施例与图4实施例的差别在于：水槽100的一侧还设有透明的液位窗90(材质可为玻璃、压克力等)，藉此工程人员可在收到警报时直接以肉眼观测警报是否为误报。液位窗可增加水位刻度，有助于加快工程人员的判断。要注意的是冷却循环装置2外壳对应液位窗90的位置也必须在视觉上能够透视，例如采用透明材质(诸如玻璃、压克力等)，或是采用镂空的设计。
44.同时参考图1和图6，图6为本技术用于晶圆的离子注入冷却的示意图，通过上述实施例，冷却循环装置2内的水量变化已可正确估测，使工程人员能够即时补水，进而避免现有技术仅通过人工监测水量而容易发生冷却循环装置水温过高的问题。如图6所示，晶圆的注入结深d2为正常，故可确保产品的电性良好，其中源极、漏极、栅极和氧化层分别以
source、drain、gate和oxide来表示。
45.请参考图7，其为本技术适用离子注入工艺的冷却方法的流程图，并且可应用于图2～图6的冷却循环装置2，包括以下步骤:
46.步骤s702：分别取得冷却循环装置内水槽的水槽体积、取得离子注入设备注入晶圆的离子束最大总能量，和晶圆的转换系数；
47.步骤s704：处理器根据水槽体积、离子束最大总能量以及转换系数计算出对应冷却循环装置的水位阀值；
48.步骤s706：将水槽所承载的冷却液体的当前水位与水位阀值进行比对，以决定是否发出警报信号。
49.请注意，只要能达到相同/相仿功效，本技术并不限制必须完全遵照上述步骤，例如，一些额外的步骤可插入其中，且有的步骤在特定条件下可予以省略。
50.综上所述，本技术主要利用比热容物理公式来根据注入机台本省特性进行最小允的水量推导，并且根据比热容物理公式推导出来的最小水量设计浮球开关(或搭配摄像头和电脑装置)进行预警报。本技术能够带来以下技术效果：根据比热容物理公式推导出来的最小水量来进行预警报，能够即早发现水位问题而避免经济损失、节省工程师人力，以及提高整体的工作效率。
51.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，除本技术实施例提到的与本技术实施例方案一致的此类设计，都属于本技术保护的范围。
52.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的技术方案及其核心思想。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例的技术方案的范围。
53.综上，虽然本技术已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本技术，本领域的普通技术人员，在不脱离本技术的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本技术的保护范围以权利要求界定的范围为准。
技术特征：1.一种适用离子注入工艺的冷却方法，其特征在于，包括：分别取得冷却循环装置内水槽(100)的水槽体积、取得离子注入设备(1)注入晶圆的离子束最大总能量，和所述晶圆的转换系数；提供处理器(4)，所述处理器(4)根据所述水槽体积、所述离子束最大总能量以及所述转换系数计算出对应所述冷却循环装置的水位阀值；以及将所述水槽(100)所承载的冷却液体的当前水位与所述水位阀值进行比对，以决定是否发出警报信号。2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述处理器(4)通过比热容物理公式，以根据所述水槽体积、所述离子束最大总能量以及所述转换系数计算出对应所述冷却循环装置的所述水位阀值，其中所述离子束最大总能量关联于注入离子束的最大电压、最大电流以及注入时间。3.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，所述比热容物理公式为q＝cm
△
t，其中c是所述冷却循环装置所承载的所述冷却液体的比热容常数，q＝离子束最大总能量*所述转换系数，m为所述冷却循环装置中所述冷却液体的最小质量，
△
t为制程环境温度和预定室温的差，且所述水槽(100)的所述冷却液体的所述水位阀值是根据所述冷却液体的所述最小质量计算。4.如权利要求3所述的冷却方法，其特征在于，所述冷却液体为水，且所述比热容常数为4.2
×
103j/(kg
·
℃)。5.如权利要求3所述的冷却方法，其特征在于，所述转换系数介于1％～9％。6.一种冷却循环装置，连接离子注入设备(1)，用以进行如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，包括：水槽(100)，用以承载冷却液体；冷泵(3)，连接于所述水槽(100)与所述离子注入设备(1)，使得废水由所述离子注入设备(1)注入至所述水槽(100)，且净水由所述冷泵(3)注入至所述离子注入设备(1)；水位监测单元(70)，设置于所述水槽(100)，用以实时反馈所述冷却液体的当前水位；处理器(4)，分别取得所述水槽(100)的水槽体积、所述离子注入设备(1)注入晶圆的离子束最大总能量以及所述晶圆的转换系数；以及警报装置(53)，用以于所述冷却液体的所述当前水位达到所述水位阀值时发出警报信号。7.如权利要求6所述的冷却循环装置，其特征在于，所述水槽(100)的一侧设有透明的液位窗(90)。8.如权利要求6所述的冷却循环装置，其特征在于，所述水位监测单元(70)为承载于所述冷却液体的浮球装置(80)，且连接于所述警报装置(53)所耦接的电路(60)的电路开关(51)，以开启或关闭所述电路开关。9.如权利要求6所述的冷却循环装置，其特征在于，所述水位监测单元(70)耦接于所述处理器(4)，并将所述冷却液体的当前水位数字化后传至所述处理器(4)。10.如权利要求9所述的冷却循环装置，其特征在于，所述处理器(4)耦接于电脑装置(200)，由所述电脑装置存储所述水位监测单元(70)侦测到的水位数据。
技术总结本申请实施例公开了一种适用离子注入工艺的冷却方法，包括以下步骤：分别取得冷却循环装置内水槽的水槽体积、取得离子注入设备注入晶圆的离子束最大总能量，和所述晶圆的转换系数；提供处理器，所述处理器根据所述水槽体积、所述离子束最大总能量以及所述转换系数计算出对应所述冷却循环装置的水位阀值；以及将所述水槽所承载的冷却液体的当前水位与所述水位阀值进行比对，以决定是否发出警报信号。本申请能够根据水位阀值产生预警报，能够即早发现水位问题而避免经济损失、节省工程师人力，以及提高整体的工作效率。以及提高整体的工作效率。以及提高整体的工作效率。
技术研发人员：李岩 齐玉 邵帅
受保护的技术使用者：杭州富芯半导体有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
