專利名稱：受控劑量離子注入的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子注入機(jī)，且更為特別地涉及串行(serial)離子注入機(jī)，其一次處理一個(gè)諸如半導(dǎo)體晶片的工件。
背景技術(shù)：
不同設(shè)計(jì)的離子注入機(jī)可從多個(gè)渠道買到，其中包括本發(fā)明的受讓人——Axcelis科技公司。兩種商業(yè)上可獲得的注入機(jī)的銷售型號為MC3與8250。這些工具產(chǎn)生一離子束，該離子束作用于成批的工件或一次一個(gè)地作用于各個(gè)工件。離子注入機(jī)的一個(gè)典型應(yīng)用是用離子雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體晶片，以在由離子束所處理的區(qū)域中形成半導(dǎo)體材料。雖然不限于晶片，但是本發(fā)明在這種摻雜處理中具有特別的效用，且術(shù)語“工件”與“晶片”在本申請的下文中是可互換使用的。
目前可用于半導(dǎo)體器件制造的單晶片離子注入機(jī)設(shè)計(jì)成注入晶片的整個(gè)表面。期望的是，能夠在晶片的不同區(qū)域注入不同的注入種類或劑量或能量，以便能在單個(gè)晶片上進(jìn)行多分割、分割批量器件的實(shí)驗(yàn)。在同一晶片的不同區(qū)域上進(jìn)行多注入能降低處理開發(fā)成本，且亦改善對實(shí)驗(yàn)的控制，這是因?yàn)樗刑幚聿襟E都是在同一晶片上進(jìn)行的。
授與Iwasawa等人的美國專利No.6750462涉及一種離子注入方法，其在X方向上掃描一離子束，且在Y方向上機(jī)械式驅(qū)動(dòng)一基板。注入步驟的特征是向該基板的具有不同劑量的兩個(gè)注入?yún)^(qū)域分別注入離子，該注入步驟通過改變基板中心處該基板的驅(qū)動(dòng)速度而執(zhí)行多次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種離子注入機(jī)，其具有用于串行注入諸如硅晶片的工件的結(jié)構(gòu)。在本申請中，“串行(serial)”是意指一次注入一個(gè)工件。本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例包括一源，該源借由一抽真空區(qū)域而與一注入室分隔開。該源提供離子，并且，在該源與注入室之間的區(qū)域中，這些離子被加速至適當(dāng)能量，以便處理諸如半導(dǎo)體晶片的工件。
一種注入機(jī)的一個(gè)示例性實(shí)施例提供了進(jìn)入該注入室的一薄帶狀離子束。工件支撐件將工件定位在注入室內(nèi)，且一驅(qū)動(dòng)器使得該工件支撐件前后移動(dòng)而通過該薄離子束，以便對該工件進(jìn)行受控制的束處理。
一控制器提供第一控制輸出，該第一控制輸出將該帶狀束的范圍限制成小于一最大量，并由此將對該工件的離子處理限制到該工件的一指定區(qū)域。該控制器提供第二控制輸出，該第二控制輸出耦合至該驅(qū)動(dòng)器，以控制工件支撐件的前后移動(dòng)。這使得該離子束沖擊該工件的受控部分。
一種典型的控制器將包括一可編程控制器以及能將不同配方(recipe)編程到該控制器內(nèi)的能力。舉例而言，這種靈活性允許非均勻的離子注入，以作為評價(jià)注入機(jī)性能的手段。本發(fā)明的這些及其它方面與特點(diǎn)結(jié)合附圖而予以更詳細(xì)說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的一種離子注入機(jī)的總體示意圖；圖2和圖3是注入室的平面圖與前視圖，其說明了工件支撐件在該注入室內(nèi)的定位；圖4是截面圖，其顯示了直線軸承與馬達(dá)，用于當(dāng)已經(jīng)成形為一離子束的離子撞擊工件時(shí)沿著一直線行進(jìn)路徑移動(dòng)該工件支撐件；圖5是用于圖1的離子注入機(jī)的控制電子電路的方塊圖；圖6是一種晶片工件的示意圖示，該晶片工件被分割成各象限，且不同劑量配方施加至不同的象限；圖7是一種晶片工件的示意繪圖，離子束是掃描于晶片工件的兩個(gè)不同的子部分或子區(qū)域；圖8是一種方案的流程圖，用于控制注入至圖6和圖7的晶片的一部分；圖9是用于監(jiān)測離子束劑量的兩個(gè)劑量測定杯的透視圖；圖10示意性示出了不同的傾斜角度以及將不同的前后掃描方向與這些傾斜角度一起使用；及圖11示意性示出了一種系統(tǒng)，用于向晶片工件施加一扭轉(zhuǎn)角度，該晶片工件安裝于注入室內(nèi)的卡盤上。
具體實(shí)施例方式
圖1是一種離子注入機(jī)10的示意圖，諸如由本發(fā)明的受讓人所銷售的Axcelis型號MC-3的中電流離子注入機(jī)。這種注入機(jī)是用于對諸如硅晶片的工件進(jìn)行離子束處理，以供對這些晶片進(jìn)行選擇性摻雜。在這種注入機(jī)中，正離子在其橫越自一源至一注入站的一束路徑之后而撞擊于工件。雖然圖1所示的離子注入機(jī)10是一種中電流離子注入機(jī)，但是其它類型的注入機(jī)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，包括具有一直線加速器以加速離子的高能量注入機(jī)。
該示例性離子注入機(jī)10包括離子源12，以供發(fā)射產(chǎn)生自一源材料的離子。典型的源材料是注入在一源殼體14內(nèi)的氣體或是汽化了的固體，以便在源殼體內(nèi)產(chǎn)生離子。如在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知，這樣一種源12典型包括一抽取電極，用于使離子沿著離開該源的束路徑退出該殼體14。
圖1所示的注入機(jī)10還包括一質(zhì)量區(qū)分磁鐵20，用于在離子源的下游使得離子沿著一離子行進(jìn)路徑彎曲而離開一初始軌跡。不同種類的相同離子產(chǎn)生于該源12，并且由該磁鐵對這些種類進(jìn)行區(qū)分。不期望的質(zhì)量的離子由該磁鐵來濾除，使得離開該質(zhì)量分析磁鐵20的離子是用于對工件進(jìn)行離子束處理的單一種類的離子。
該離子注入機(jī)10還包括一束掃描結(jié)構(gòu)30，其定位成在質(zhì)量分析磁鐵20之后截取離子，并以一種受控方式橫向(from side to side)掃描離子，以形成具有一定寬度的帶狀離子束。在一種已知的設(shè)計(jì)中，該掃描結(jié)構(gòu)利用一形成于兩個(gè)掃描板之間的靜電場，這兩個(gè)掃描板約長15cm且分隔開5cm。在這兩個(gè)掃描電極的退出端處，該分隔向外擴(kuò)展至約為7.5cm的分隔。受控幅值高達(dá)+/-5千伏特的時(shí)變電壓施加至與各板耦聯(lián)的適當(dāng)放大器，以達(dá)到10千伏特的總板間電壓差。適合的鋸齒波形是由控制電子電路26(圖5)所施加，以便以一受控頻率橫向掃描離子。產(chǎn)生帶狀束的替代方式是利用時(shí)變磁場，以及利用一結(jié)構(gòu)來在進(jìn)行種類區(qū)分之前限定該束離開該源。
回到圖1所示的示例性結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括透鏡結(jié)構(gòu)40，該透鏡結(jié)構(gòu)40接受來自掃描結(jié)構(gòu)30并沿著發(fā)散路徑移動(dòng)的離子，且隨著它們在曲面電極之間的間隙上的加速而將它們彎曲，以使得離開該透鏡結(jié)構(gòu)40的離子形成基本上平行的離子軌跡。在離開透鏡結(jié)構(gòu)40之后，構(gòu)成該束的離子沿基本平行的方向移動(dòng)且形成一薄帶或帶狀束42(參閱圖2)。該束42通過一能量過濾器44，由于離子的電荷，該能量過濾器44向下偏轉(zhuǎn)離子。該向下偏轉(zhuǎn)去除了那些在進(jìn)入過濾器44之前在上游束形成期間已經(jīng)進(jìn)入該束的中性粒子。
晶片24由工件支撐結(jié)構(gòu)100可移動(dòng)地支撐在離子注入室50內(nèi)。工件24(典型為晶片)借助于一裝載鎖(load lock)54而插入該室50內(nèi)，且借助于真空機(jī)械臂53而移動(dòng)至一晶片夾具102。在該室50的外部，晶片由機(jī)械臂56操縱，該機(jī)械臂56自一儲存匣58取出未處理的晶片，并將處理后的晶片送回至第二匣60，或者是可將處理后的晶片送回到與取出晶片時(shí)相同的匣。
概括而言，帶狀離子束42的范圍足以注入該工件24的整個(gè)注入表面。即，若工件24的直徑為300mm，控制電子電路26將適當(dāng)?shù)叵驋呙桦姌O30加電壓，使得進(jìn)入該注入室的帶狀離子束42的水平范圍或?qū)挾萕(圖2)將至少為300mm。如下文所論，該束42的范圍是針對具體的注入控制而選擇性地被限制成一較窄的尺寸。
如下面將要解釋的，工件支撐組件100在注入期間相對于該帶狀離子束42而支撐以及移動(dòng)該工件24，使得工件24的所需注入表面可受控地被注入離子。如前文所述，除了上述的掃描技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，注入室22內(nèi)的帶狀離子束42的帶狀形狀可以以多種替代方式來形成。
適用于工件的串行注入的一種現(xiàn)有離子注入機(jī)的更詳細(xì)說明公開于1990年12月4日授予Ray等人的美國專利No.4975586以及1988年8月2日授予Myron的美國專利No.4761559。該’586與’599號專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，且將它們各自的整個(gè)內(nèi)容在此引入作為參考。這些專利的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)授于Iwasawa等人的’462號現(xiàn)有專利的圖12A至12D所含的掃描圖案。
在注入之前，工件支撐組件100將該工件24從自機(jī)械臂53傳遞來之后所具有的水平方位轉(zhuǎn)動(dòng)至供注入的豎直或接近豎直的位置。若工件24是豎直的(即垂直于離子束42)，則注入角度或入射角度是零度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了使得不期望的溝道效應(yīng)最小化，典型而言，要選擇小而非零的注入角度。如在圖10中所見，該工件可如箭頭101所示而旋轉(zhuǎn)通過不同的角度。附圖中所示的結(jié)構(gòu)的一個(gè)特征是能沿著一直線路徑(由圖10的箭頭103所示)進(jìn)行掃描，使得離子束42在撞擊工件之前在注入室50中行進(jìn)的距離對于工件的所有區(qū)域來說都大約相同。
該支撐組件100亦可選地包括一含有馬達(dá)105(圖11)的結(jié)構(gòu)，該馬達(dá)使得該工件繞一軸線107旋轉(zhuǎn)大約360度，該軸線107垂直于該晶片支撐件而穿過該工件的中心。這允許該控制電子電路26向該工件施加一指定量的扭轉(zhuǎn)，以重新設(shè)定該晶片的方位。用于施加這種扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)在下面結(jié)合圖11更詳細(xì)地說明。
單個(gè)晶片被置放至裝載鎖54之中，且注入室被抽至期望的真空。在注入室之內(nèi)，機(jī)械臂53抓取該工件24，將其帶至于注入室22之內(nèi)，且將其置放于工件支撐結(jié)構(gòu)100的靜電夾具或卡盤102上。當(dāng)工件在該室50內(nèi)重新定向時(shí)，靜電夾具102被加電以將工件24保持就位。適合的靜電夾具公開于1995年7月25日授于Blake等人的美國專利No.5436790以及1995年8月22日授于Blake等人的美國專利No.5444597，這兩件專利都被轉(zhuǎn)讓至本發(fā)明的受讓人。該’790與’597號專利各自的整體內(nèi)容在此引入作為參考。在對工件24進(jìn)行離子注入后，工件支撐結(jié)構(gòu)100將工件24送回至一水平位置，且靜電夾具102被去電以釋放工件，以便由真空機(jī)械臂53將工件移回至裝載鎖54。
工件支撐結(jié)構(gòu)100是由控制電子電路26(圖5)所操作。工件支撐結(jié)構(gòu)100在注入期間支撐該工件24，而且提供工件24相對于注入室22內(nèi)帶狀離子束的旋轉(zhuǎn)(傾斜與扭轉(zhuǎn))及平移運(yùn)動(dòng)。借助其旋轉(zhuǎn)能力，工件支撐結(jié)構(gòu)100有利地允許對離子束與工件的注入表面之間的期望注入角度或入射角度進(jìn)行選取。
借助其平移或直線移動(dòng)能力，工件支撐結(jié)構(gòu)100允許工件24的注入表面在注入期間在相對于該期望注入角度為固定的一平面內(nèi)移動(dòng)，由此維持該期望注入角度，而且另外維持該帶狀離子束從其進(jìn)入該注入室50內(nèi)部的入口至其沖擊該工件的注入表面的區(qū)域所行進(jìn)的一段距離。關(guān)于該晶片支撐結(jié)構(gòu)的另外細(xì)節(jié)包含于已授權(quán)的美國專利No.6740894中，該專利被轉(zhuǎn)讓至Axcelis科技公司，且其整體內(nèi)容在此引入作為參考。
在工件24的注入期間，工件支撐結(jié)構(gòu)100在橫向于帶狀離子束42的方向上移動(dòng)該工件24，使得整個(gè)注入表面被適當(dāng)沖擊并注入所期望的離子。如在圖2的示意圖示中所見，帶狀離子束42在與工件24撞擊的位置處具有“x”方向上的最大寬度W(圖2)，該最大寬度大于工件24的直徑，因此，對于工件的完全注入來說無需工件在“x”方向上平移。
如在圖2與圖3中最佳所見，工件支撐結(jié)構(gòu)100固定于注入室50的側(cè)壁50a。工件支撐結(jié)構(gòu)100包括一旋轉(zhuǎn)件110，以控制注入角度(傾斜)；及一集成平移件150。工件支撐結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)件110包括固定至注入室50的一旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)盤組件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)件110包括一主軸軸承支撐殼體112，其固定至該注入室；及一旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)120，其可旋轉(zhuǎn)地固定至該支撐殼體112。該支撐殼體112固定至注入室，且優(yōu)選為固定至注入室側(cè)壁50a，并延伸至該注入室側(cè)壁的開口內(nèi)。
該旋轉(zhuǎn)件110包括一主軸軸承系統(tǒng)，其布置于支撐殼體112內(nèi)；及一中空的傾斜軸機(jī)軸123，其由該主軸軸承系統(tǒng)可旋轉(zhuǎn)地支撐。如在圖2中所見，該傾斜軸機(jī)軸123延伸至注入室內(nèi)部區(qū)域。該旋轉(zhuǎn)件110還包括一鐵磁流體(ferrofluidic)旋轉(zhuǎn)真空密封系統(tǒng)130，其也布置在主軸軸承系統(tǒng)的間隔成組的軸承116a、116b之間。
旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)120包括一旋轉(zhuǎn)式伺服馬達(dá)122，其響應(yīng)于來自控制電子電路26的控制信號而精確旋轉(zhuǎn)該傾斜軸機(jī)軸123，且由此旋轉(zhuǎn)工件24至期望的注入角度。該機(jī)軸123的角度位置被監(jiān)測，且由適合的旋轉(zhuǎn)編碼器126報(bào)告至該控制電子電路26。伺服馬達(dá)122是常規(guī)的設(shè)計(jì)，且可例如為一種直接驅(qū)動(dòng)式伺服馬達(dá)或一種齒輪減速式伺服馬達(dá)。一中央開口或鉆孔124延伸通過該傾斜軸機(jī)軸123，以允許諸如電線的設(shè)施沿給定路線到達(dá)該平移件150。中央鉆孔124處于大氣壓力之下，不同于被抽真空的注入室內(nèi)部區(qū)域。
借由包括兩個(gè)分開的軸承116a、116b的軸承組件，該傾斜軸機(jī)軸123被可旋轉(zhuǎn)地支撐于該支撐殼體112之內(nèi)，各軸承116a、116b包括常規(guī)機(jī)械軸承組件，諸如支撐在一軸承罩之內(nèi)且布置在內(nèi)、外座圈之間的滾珠軸承或滾柱軸承。
或者，該軸承組件116可為其它類型的軸承組件，諸如例如一種非接觸式氣體軸承組件或本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識到的其它類型軸承組件。
該磁性流體密封系統(tǒng)130的鐵磁流體密封提供了在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)條件下密封，而防止氣體、蒸氣與其它污染物進(jìn)入該注入室50。進(jìn)一步，由于該密封介質(zhì)是流體，旋轉(zhuǎn)式機(jī)軸123與該密封系統(tǒng)130的靜止部分之間的摩擦較低。用于該磁性流體密封系統(tǒng)130的適當(dāng)?shù)闹锌諜C(jī)軸托架安裝真空饋通件(feedthrough)與中空機(jī)軸凸緣安裝真空饋通件是商業(yè)上可從Ferrotec(USA)公司(地址為40Simon Street，Nashua，N.H.03060-3075)(網(wǎng)址為http//www.fero.com/usa/sealing)獲得的。一種磁性流體密封系統(tǒng)公開于1981年10月6日授予Ezekiel的美國專利No.4293137。該專利的整個(gè)內(nèi)容在此引入作為參考。
工件支撐結(jié)構(gòu)100還包括平移或往復(fù)件150，其布置在注入室的內(nèi)部區(qū)域之內(nèi)。如在圖4中最佳所見，平移件150包括支撐框架152，其附著至旋轉(zhuǎn)式的傾斜軸機(jī)軸123；及托架154，其經(jīng)由一直線軸承組件160而機(jī)械聯(lián)接至支撐框架152，以便相對于支撐框架152直線移動(dòng)。平移件150提供了工件24沿與所選定的注入角度相一致的平面的直線平移。
如于圖2中最佳可見，該托架154包括支撐該工件保持器組件200的兩個(gè)凸緣155。工件保持器組件200包括支撐臂206，其一端附著至托架154。在其相對端部，支撐臂206支撐工件保持器組件200的工件保持器208。工件保持器208支撐該靜電夾具102，該靜電夾具102又支撐著工件24，以移動(dòng)通過該帶狀離子束42。
回到圖4，托架154被支撐成借助于該直線軸承組件160而相對于該支撐框架152作直線移動(dòng)。軸承組件160優(yōu)選包括一對間隔開的且平行的直線軌道支撐件162、164，其固定至靜止支撐框架152的朝外端面166；以及四個(gè)軸承通道168、170、172、174(圖4)，其固定至托架154的朝內(nèi)端面176。多個(gè)滾珠或滾柱軸承布置在該四個(gè)軸承通道168、170、172、174的每一個(gè)中。這兩個(gè)間隔開的通道168、170的軸承靠在軌道支撐件162上，并沿著該軌道支撐件162滾動(dòng)，而兩個(gè)間隔開的通道172、174的軸承靠在軌道支撐件164上，并沿著該軌道支撐件164滾動(dòng)，以供托架154相對于該靜止的支撐框架152與注入室22作直線移動(dòng)。
在圖3與圖4中，托架154相對于支撐框架152的直線運(yùn)動(dòng)是由一直線馬達(dá)組件來實(shí)現(xiàn)的，該直線馬達(dá)組件包括直線伺服馬達(dá)180，其布置在托架154的面朝內(nèi)的臺階部分182與該支撐框架152之間。關(guān)于馬達(dá)180的另外細(xì)節(jié)公開于前述的’894號專利。馬達(dá)(諸如馬達(dá)180)用于現(xiàn)有的離子注入機(jī)上，且本領(lǐng)域技術(shù)人員知道從該控制電子電路輸出的信號的方式與大小來激勵(lì)該馬達(dá)，以實(shí)現(xiàn)對所謂的慢速掃描移動(dòng)的速度控制及方向控制。
圖11示出了一種可選結(jié)構(gòu)，以便選擇性將一扭轉(zhuǎn)施加至卡盤上的晶片24。在此圖中，安裝在軸承221內(nèi)的機(jī)軸220聯(lián)接至一滑輪222，該滑輪響應(yīng)于來自馬達(dá)105的機(jī)軸224的旋轉(zhuǎn)輸出而旋轉(zhuǎn)，該機(jī)軸224使得滑輪226旋轉(zhuǎn)且移動(dòng)一皮帶230。該馬達(dá)可使得該晶片24旋轉(zhuǎn)大約一個(gè)全程旋轉(zhuǎn)。皮帶230與滑輪的區(qū)域是處于大氣壓下，且機(jī)軸220穿過一密封件而到達(dá)該室50內(nèi)部的抽真空區(qū)域。
隨著離子自該源移動(dòng)至該離子注入室，這些離子在控制電子電路26的控制下由掃描電極30以一受控方式進(jìn)行掃描。離子的這種受控偏轉(zhuǎn)形成了一種由該源所發(fā)射的離子的橫向(side to side)掃描，以提供一種移動(dòng)進(jìn)入該注入室的薄的離子束。當(dāng)?shù)竭_(dá)該離子注入室時(shí)，這些離子撞擊該工件支撐件上的工件(典型為晶片)，該工件支撐件可移動(dòng)地定位于該注入室之內(nèi)。在由該電極30提供該掃描的同時(shí)，該控制電子電路移動(dòng)該工件支撐組件200上下通過該薄離子束，以實(shí)現(xiàn)對該工件的受控束處理。
該控制電子電路26包括第一控制輸出26a，其耦合至掃描電極30，以將該離子束的橫向掃描范圍限制成小于一最大量。見圖6B，本發(fā)明的此方面可以用來將對工件的離子處理限制到一指定的子區(qū)域，例如該工件24的左半部的象限A與C。在控制該束的橫向掃描時(shí)，耦合至驅(qū)動(dòng)馬達(dá)180的第二控制輸出26b協(xié)調(diào)該工件的前后移動(dòng)，以使得該離子束沖擊該工件24上的一指定子區(qū)域。作為一個(gè)示例，圖7顯示了由離子束42所注入的象限A中的一子區(qū)域210。該注入?yún)^(qū)域是通過限制構(gòu)成該束的離子的掃描以及機(jī)械慢速掃描移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)類似的注入可利用該注入機(jī)的扭轉(zhuǎn)能力而以精確相同的掃描圖案(或許具有不同能量)在象限中實(shí)現(xiàn)?；蛘呤牵瑹o須利用扭轉(zhuǎn)，通過調(diào)整掃描電壓且同時(shí)維持該慢速掃描移動(dòng)，而對象限B的類似區(qū)域進(jìn)行注入。
該系統(tǒng)可通過沿慢速掃描方向用不同劑量注入該晶片的每一半部(A+B與C+D)且沿水平方向掃描整個(gè)寬度，而在各象限中注入不同的劑量。然后，通過繞垂直于晶片中心的軸線107扭轉(zhuǎn)該工件晶片90度，可向新的頂與底半部(A+C與B+D)疊加兩個(gè)更多劑量。各象限中的累積劑量針對這些組合注入而有不同。
對掃描尺寸的限制(用幾何術(shù)語來說是限制x掃描方向的起始點(diǎn)和終止點(diǎn))結(jié)合對處理參數(shù)的控制來實(shí)現(xiàn)，以確保該注入在該工件的注入面積的指定子區(qū)域內(nèi)的可接受劑量和均勻度。
用于能在單個(gè)晶片上進(jìn)行多注入的一種替代方式包括實(shí)施一可選擇的慢速掃描速度分布(profile)。這種情況下的慢速掃描是指該支撐結(jié)構(gòu)100沿上下方向的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)。根據(jù)構(gòu)成該注入配方一部分的可選擇的指定劑量限制，所注入的劑量自慢速掃描方向的一端單調(diào)增大至另一端。這是通過改變馬達(dá)180的掃描速度來實(shí)現(xiàn)的。為了增大劑量，掃描速度減慢(從而允許晶片的一部分有較多時(shí)間通過該束)，而為了減小劑量，則提高掃描速度。
此外，可在各快速掃描的端部處保持該束一小時(shí)間增量，隨著晶片以一直線速度沿慢速掃描方向掃描，該增量是減小的。這假定是，相比于甚至具有額外時(shí)間增量的束的高度，該晶片在各快速掃描之間不會移動(dòng)太遠(yuǎn)。這在目前使用的系統(tǒng)中是容易實(shí)現(xiàn)的，在這些系統(tǒng)中，快速、水平的掃描頻率約為1000Hz，而機(jī)械、垂直的掃描頻率是1Hz的量級?；谠诳傮w為水平的快速掃描之間的間隔或延遲，該劑量將再次單調(diào)增大或按照另一種預(yù)編程的模式增大。
來自上述注入的連續(xù)變化的劑量將允許選取產(chǎn)生最優(yōu)化的器件性能的劑量，這比本領(lǐng)域中目前實(shí)施的用一些離散的劑量增量來完成的情況更精確。為了進(jìn)行這樣的評估，使用掩模在該工件的不同區(qū)域形成半導(dǎo)體器件。在不同強(qiáng)度的劑量注入到工件上之后，可測試已經(jīng)完成的器件的性能，以及恰好是什么劑量可提供最佳或最優(yōu)化的性能。作為一個(gè)簡單的示例，可將不同的劑量注入到各象限，并在各象限中制造器件，然后評估它們的性能。
對于慢速與快速掃描方向的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)的選取該系統(tǒng)通過用“校正因子”修改該掃描波形，從而調(diào)整該束并產(chǎn)生均勻通量。施加至該掃描電極的波形是截?cái)嗔说?，以便剛好?gòu)成該掃描圖案的從中心至左(或右)側(cè)的部分。劑量是由位于適當(dāng)側(cè)上的兩個(gè)劑量杯(cup)230、232中一個(gè)來監(jiān)測。圖9顯示了位于末端站的劑量監(jiān)測設(shè)備，其剛好位于晶片24的前方，且包括位于掃描束42的各側(cè)的兩個(gè)杯230、232，以監(jiān)視注入期間的過掃描電流。能量屏蔽件234從側(cè)邊插入到該束42中，以阻斷該束的一部分(頂部至底部)，以控制該注入的能量。
對晶片右側(cè)和左側(cè)上各杯230、232獨(dú)立地進(jìn)行杯校準(zhǔn)，同時(shí)掃描整個(gè)寬度，而不是像現(xiàn)有注入機(jī)那樣對這些幅度進(jìn)行求和。由一個(gè)杯所測量的通量大約為雙倍，由于掃描的面積降低了一半，故相比于注入于整個(gè)晶片，注入時(shí)間將降低。劑量計(jì)算是基于單個(gè)劑量杯所測量的通量而將依循正常程序?？刂齐娮与娐奋浖哂性谠撆浞街械囊蛔侄危灾该髟诰膭偤米髠?cè)或剛好右側(cè)上的注入。
慢速掃描方向馬達(dá)180使得該工件從該掃描的一端開始進(jìn)行掃描，直到該束到達(dá)晶片的中心，然后反向。非均勻劑量的區(qū)域?qū)⑷Q于束高度以及需要在一個(gè)方向上停止掃描所需要的距離，且激勵(lì)該馬達(dá)180以所期望的掃描速度在相反的方向上移動(dòng)工件。使用兩個(gè)劑量杯，且該注入是按照整個(gè)晶片的需要以相同的標(biāo)稱慢速掃描速度而采取相同數(shù)目的慢速掃描。在控制電子電路26的可編程控制器中執(zhí)行的軟件包括該配方中的一字段，以指明在晶片的剛好頂半部或剛好底半部中的注入。
可選取的劑量分布(profile)使用快速掃描器來控制分布若標(biāo)稱的快速掃描頻率是1000Hz，則橫跨該晶片的各條紋是以500微秒的間隔來間隔開的。若慢速掃描速度不變，在該快速掃描的各端部處的500微秒的延遲將降低劑量為一半。這將仍允許緊密間隔的掃描，故沒有出現(xiàn)條紋(striping)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)在各掃描端部處的延遲橫跨該晶片而線性地從0增大至500微秒時(shí)，一個(gè)示例性配方是以恒定的Y掃描速度以開環(huán)工作。然后，該劑量從頂部至底部從標(biāo)稱劑量線性改變至該標(biāo)稱劑量的一半。也可產(chǎn)生非線性劑量分布函數(shù)。使用慢速掃描速度來控制分布該注入設(shè)定的處理是計(jì)算一標(biāo)稱的慢速掃描速度以及需要實(shí)現(xiàn)該指定劑量的掃描的總數(shù)?？墒褂密浖砀淖凂R達(dá)180的速度，以將晶片中間處的掃描速度設(shè)定為一標(biāo)稱值，且令頂部與底部處的諸值為在頂部處是標(biāo)稱值+X％，在底部處是標(biāo)稱值-X％。這將提供橫跨晶片的一線性劑量變化2X％。同樣，該注入可以以該慢速掃描速度分布以開環(huán)運(yùn)行?；蛘?，可在該配方中指定一劑量分布，且該機(jī)械或慢速掃描速度作為Y位置的函數(shù)而變化，以實(shí)現(xiàn)該劑量分布，同時(shí)使用該劑量杯電流作為一閉環(huán)控制。
鏈接多注入上文論述的注入是允許晶片的各部分接收不同的劑量、注入角度、能量、或種類。在劑量或角度為掃描之間的僅有差異的情況下，有效率的是鏈接各個(gè)配方(recipe)，使得晶片的各種分段可被注入而無須將晶片移出晶片卡盤102。對于種類或能量的變化，若在很多晶片上進(jìn)行相同種類的注入，則重新調(diào)節(jié)該束是沒有效率的。能量變化可通過改變一能量屏蔽件234的位置來實(shí)現(xiàn)，且種類變化可通過替換不同的源材料來實(shí)現(xiàn)。在這些情況中，更有效率的是處理整批的晶片且接著改變注入的種類或能量。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的一種用于控制工件注入的方法的流程圖。這種方法由控制電子電路26起始于250，該控制電子電路26典型為一種可編程控制器的形式，從而得到用于注入一個(gè)或多個(gè)工件的一個(gè)或多個(gè)配方。在步驟206中建立或校準(zhǔn)離子束，以產(chǎn)生具有指定電流和能量的離子，以便沿著一初始軌跡移動(dòng)。利用一反復(fù)過程(即，用移動(dòng)式法拉第剖面儀(faraday profiler)231監(jiān)視晶片平面的束劑量，并且用“校正因子”修正該掃描波形電子電路)，該帶狀束上的通量密度被設(shè)置成均勻的。兩個(gè)法拉第杯230、232用于監(jiān)視注入期間的束電流。這些配方將表明是進(jìn)行正常(均勻整個(gè)晶片)注入或不同地進(jìn)行多區(qū)域注入。在判斷270處，這種方法決定是否進(jìn)行正常處理，若是正常處理，則進(jìn)行該處理280且這種方法終止360。
若以不同劑量注入不同區(qū)域，則進(jìn)行判斷該注入是可變的還是均勻的290。若是可變的，工件的前后移動(dòng)的掃描分布建立于300，且在310設(shè)定該橫向掃描為全范圍掃描。最后于320進(jìn)行注入。
若選擇均勻掃描，控制電子電路于330針對多個(gè)區(qū)域的各者而設(shè)定傾斜、扭轉(zhuǎn)和在x與y方向的上掃描范圍。然后，于340進(jìn)行注入，且在350判斷是否要進(jìn)行下一個(gè)多注入的其它注入。如果是，則調(diào)節(jié)注入?yún)?shù)，且如果否，則該處理終止于360。
本發(fā)明是已經(jīng)借著某個(gè)程度的特定性而說明。然而，意圖的是本發(fā)明是包括對已經(jīng)揭示的設(shè)計(jì)的所有的修改與變更，其落入所附權(quán)利要求的精神與范疇。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于與離子注入機(jī)一起使用，該離子注入機(jī)具有一離子源與一注入室，該裝置包括a)束形成結(jié)構(gòu)，用于產(chǎn)生薄離子束，該薄離子束移動(dòng)進(jìn)入一離子注入室內(nèi)；b)工件支撐件，用于將工件定位于該注入室之內(nèi)；c)驅(qū)動(dòng)器，用于前后移動(dòng)該工件支撐件而通過該薄離子束，以便對該工件進(jìn)行受控的束處理；及d)控制器，該控制器包括i)第一控制輸出，其耦合至該束形成結(jié)構(gòu)，將該離子束的寬度限制成小于一最大量，并由此將對該工件的離子處理限制到該工件的一指定區(qū)域；及ii)第二控制輸出，其耦合至該驅(qū)動(dòng)器，以將該工件的前后移動(dòng)控制至一指定量；所述第一和第二控制輸出使得該離子束沖擊該工件的一受控部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該控制器使得該驅(qū)動(dòng)器以非均勻速率前后移動(dòng)該支撐件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該工件是總體上為圓形的工件，該控制器限制該離子束的范圍且還限制該支撐件的前后移動(dòng)，以便使得所述束在一掃描周期期間將離子注入至所述總體圓形工件的選定的單個(gè)象限內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，該控制器在所述工件的其它象限上進(jìn)行另外的掃描周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，一劑量被調(diào)整成在所述晶片的不同象限中具有不同的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，該劑量是通過調(diào)整一前后掃描速度而得以控制的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括間隔在所述工件支撐件的相對兩側(cè)上的兩個(gè)電流傳感器，用于監(jiān)視在該工件的該區(qū)域中流過該注入室的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該束形成結(jié)構(gòu)包括用于橫向掃描離子的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一傾斜驅(qū)動(dòng)器，用于調(diào)整構(gòu)成該束的離子撞擊一工件處理表面的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于繞一軸線旋轉(zhuǎn)該工件，以便對該工件的一指定部分進(jìn)行處理。
11.一種裝置，用于與離子注入機(jī)一起使用，該離子注入機(jī)具有一離子源與一注入室，該裝置包括a)用于形成薄離子束的結(jié)構(gòu)，該薄離子束移動(dòng)進(jìn)入一離子注入室內(nèi)；b)工件支撐件，用于將工件定位于該注入室之內(nèi)；c)驅(qū)動(dòng)器，用于前后移動(dòng)該工件支撐件而通過該薄離子束，以便對該工件進(jìn)行受控的束處理；及d)控制器，該控制器包括耦合至該驅(qū)動(dòng)器的控制輸出，用于通過改變該工件的前后移動(dòng)速度而改變一劑量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，該控制器使得該驅(qū)動(dòng)器以非均勻速率前后移動(dòng)該支撐件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，還包括間隔在所述工件支撐件的相對兩側(cè)上的兩個(gè)電流傳感器，用于監(jiān)視在該工件的該區(qū)域中流過該注入室的電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，該束形成結(jié)構(gòu)包括用于橫向掃描離子的結(jié)構(gòu)。
15.一種用于對總體為圓形的工件進(jìn)行離子注入的方法，包括產(chǎn)生離子且使得這些離子沿一初始軌跡移動(dòng)，以形成薄離子束；將工件定位于一抽真空的室，以截取該薄離子束；及前后移動(dòng)該工件通過該薄離子束，在一位置中，使得該薄離子束中的離子在掃描過工件表面時(shí)沖擊該工件的一受控部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，該薄離子束是由受控的橫向掃描而形成，且一受控量的橫向掃描將離子接觸限制于該工件的一半。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，該工件的受控移動(dòng)將離子接觸限制于該工件的一半。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，該工件的前后移動(dòng)是以一非均勻的移動(dòng)速度來進(jìn)行的，以便在要處理的該工件受限部分上實(shí)現(xiàn)非均勻劑量的注入。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，該前后移動(dòng)是以一階梯函數(shù)來施加的，該移動(dòng)的第一部分是處于均勻速率，而該移動(dòng)的第二部分是處于一不同的均勻速率。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括相對于該離子束將該工件傾斜成一受控角度。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括扭轉(zhuǎn)該工件，以使得該離子束中的離子沖擊所述受控部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，這些離子的受控掃描的速率比該工件的移動(dòng)更快，且在離子掃描的反向之間包括一停留時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對注入到該工件的受控部分上的離子注入劑量的控制。
23.一種用于進(jìn)行離子注入的方法，包括產(chǎn)生離子且使得這些離子沿一初始軌跡移動(dòng)；以一受控量橫向掃描這些離子，以形成一薄離子束；提供一工件，該工件具有用于形成半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，這些半導(dǎo)體器件在該工件的一注入表面上間隔處于不同位置；將該工件定位在一抽真空的室內(nèi)，以截取該薄離子束；前后移動(dòng)該工件通過該薄離子束，在一位置中，使得該薄離子束中的離子在掃描過一工件表面時(shí)沖擊該工件；及控制該工件移動(dòng)通過該薄離子束的速度，以調(diào)整該工件注入表面上處于不同間隔位置處的不同器件上的注入劑量。
24.一種用于對總體為圓形的工件進(jìn)行離子注入的方法，包括產(chǎn)生一指定電流和能量的離子，該離子沿一初始軌跡移動(dòng)；以一受控量橫向掃描這些離子，以形成一薄離子束；通過在接近一晶片支撐件的一區(qū)域處監(jiān)測束劑量而校準(zhǔn)該束；將一工件定位在該晶片支撐件上一抽真空的室內(nèi)，以截取該薄離子束；以可變或均勻掃描速度前后移動(dòng)該工件而通過該薄離子束；若選擇均勻掃描速度，則在一位置中使得該薄離子束的離子在掃描一工件表面時(shí)沖擊該工件的一受限部分；及若選擇非均勻掃描速度，則選取一掃描分布且設(shè)定掃描至全范圍。
全文摘要
一種離子注入機(jī)，用于產(chǎn)生扁帶或帶狀束，其具有一種掃描裝置，該掃描裝置對由一源所發(fā)射的離子進(jìn)行橫向掃描，以提供移動(dòng)至一注入室內(nèi)的薄離子束。一工件支撐件將工件定位于注入室之內(nèi)，且一驅(qū)動(dòng)器使得該工件支撐件垂直于該扁帶的平面而上下移動(dòng)，以通過該薄的帶狀離子束，以實(shí)現(xiàn)對工件的受控束處理。一控制器包括第一控制輸出，其耦合至掃描裝置，將對該離子束的橫向掃描范圍限制成小于一最大量，并由此將對該工件的離子處理限制到該工件的一指定區(qū)域；及第二控制輸出，其耦合至該驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)將該工件的上下移動(dòng)范圍限制成小于一最大量，且使得離子束沖擊工件的受控部分。
文檔編號H01J37/304GK101065823SQ200580038756
公開日2007年10月31日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者A·阿加華爾, R·拉斯梅爾, D·侯格路德 申請人:艾克塞利斯技術(shù)公司