使用临场光罩匹配离子注入装置的性能的技术的制作方法

专利名称：使用临场光罩匹配离子注入装置的性能的技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及基板处理技术，特别是涉及使用临场光罩(in-situ mask)匹 酉己(match)离子注入装置(ion implantation device)的寸生能(performance) 的技术。
背景技术：
在半导体制造中，离子注入用于改变部份基板的材质属性。实际上，离 子注入已经成为各种基于半导体(semiconductor-based)的产品的生产过程 中变更半导体晶圓属性的标准技术。注入可用于将导电性变更杂质 (conductivity—altering impuriries)引入到产生的i里层(光晕';主入4勿/hal0 implants)，改变晶体表面(预非晶化/pre-amorphization)，以l更产生污染物 吸收(gettering)位置，产生扩散屏障(F及C注入物)。注入还用于平面显示 器制造以及表面处理中的非晶体应用的半导体中，例如合金化金属接触区域。 所有这些离子注入应用 一般可以归类为形成材质属性改性区域。
在离子注入工艺中，所希望的杂质材质在离子源中离子化，最终的离子 进行加速以便形成规定能量的离子束，并且离子束引导到目标基板例如基于 半导体的晶圓。离子束中的高能离子穿入晶圓的松散(bu 1 k)的半导体材质内 并嵌入半导体材质的晶格内，以便形成所希望的导电性的区域。
离子注入系统通常包括用于将气体或固体材质转化成明确定义的离子束 的离子源。离子束可以进行质量分析以便消除不希望的种类，加速到所希望 的能量，并且引导到目标区域，通常是半导体材质的晶圆。离子束可以藉由 光束扫描、目标区域移动或光束扫描与目标区域移动两者的组合分配到目标 区域上。目标可以相对离子束设定成规定的角度以及方位。现有技术的离子注入器的实例公开于Enge的1981年6月30日公开的美国专利第4, 276， 477 号、Turner的1981年8月11日公开的美国专利第4， 283， 631号、Freytsis 等人的1990年2月6日公开的美国专利第4， 899， 059号、Berrian等人的1990 年5月1日公开的美国专利第4， 922， 106号以及White等人的1994年9月 27日公开的美国专利第5， 350， 926号。
半导体制造商的收益直接受到其保持高成品率能力的影响。制造商的成 品率是指可以成功处理成可用微电子装置(处理器、存储单元或者其它基于晶 体管的半导体组件)的硅晶圆面积的百分比。由于硅晶圓的高成本以及处理设 备的高开支，制造商希望保持高的成品率。举个例子，如果单个晶圓可以支 持300个装置，并且每个装置的批发价为$150，如果整个可用表面区域可处 理成可用装置-即成品率为100°/。，则单个处理晶圓的价值可高达$45， 000。通 常，成品率必须保持在70%以上，以便制造商实现收益或者甚至可以进行生 存发展，并且甚至是成品率的细小改良都可以转变成收益性的显著增长。在 半导体装置制造业，由于在每个晶圓上制造更多良好(即，可用)产品的增值 成本相对较低，因此，主要目标是最大化成品率。
影响成品率的一个重要因素是制造商的工艺控制。因此，确保制造设备 始终如一地并且以正确的操作参数操作是非常重要的。消除工艺变化可以大 幅改进并且理论上最大化成品率。
在离子注入设备的情况下，通常存在四种半导体制造商需要针对其应用 进行调节的装置参数离子束角度(ion beam angle)、离子剂量(ion dose)、 离子种类(ion species)以及离子能量(ion energy)。除了这些可调参数，还 存在可以调整的注入设备设定，所有这些都影响半导体装置性能并且从注入 工具到注入工具可能会发生变化。当前的技术包括校准各注入器的各种设定、 量测系统设定或者使用非装置无图案晶圓(blanket wafer)。使用这些关注于 一次一个地校准注入器的技术，不可能进行精确校准。此外， 一次一个地校 准注入器是很耗时的，需要高成本的晶圓而且很难与装置成品率相互关联。
6考虑到前述原因，希望提供一种克服习知系统的上述某些或者全部不足
及缺点以降低工具间(tool-to-tool)性能变化的技术。

发明内容
一种使用临场光罩匹配离子注入装置的性能的技术。在 一特定实施例中， 该技术可以实现一种降低工具间工艺变化的方法，该方法藉由屏蔽剩余晶圓
并利用单个离子注入器仅处理单个基板的一部份；随后使用另 一离子注入器 处理晶圆的另一部份；重复使用多个离子注入器，每次仅处理晶圓的单一部 份；并随后对利用各注入器处理的晶圓部份执行参数测试以便确定由不同注 入器产生的装置是否存在性能变化。
根据该特定实施例的第一方面，提供了 一种匹配半导体制造装置之间性 能的方法。根据该第一方面的方法包括利用第一装置处理基板的第一部份； 将基板从第一装置移到第二装置；用第二装置处理基板的第二部份；将第一 和第二部份与相应的第 一和第二装置相关联；以及将第 一部份的一个或多个 属性与第二部份的一个或多个对应属性进行比较。
根据该特定实施例的另 一方面，提供了 一种匹配离子注入工具的临场方 法。根据该方面的方法包括使用第一离子注入器在基板的第一部份上执行 离子注入，其中将具有暴露该第一部份的第一开孔的第一光罩施加在该基板 上；使用第二离子注入器在该基板的第二部份上执行离子注入，其中将具有 暴露该第二部份的第二开孔的第二光罩施加到该基板上；量测第一和第二部 份两者中至少一个特征值；执行第一和第二部份的相应特征值的比较，并且 基于比较结果确定对第一或第二注入器的可调参数进行至少一次调整。
根据本发明的其它方面，在由多个离子注入器构成的半导体制造工厂环 境中，提供了一种降低工具间性能变化的方法。根据这些方面的方法包括向 半导体基板施加第 一光罩，该第一光罩具有暴露该基板的第一部份的第 一开 孔；利用第一注入器在基板上执行离子注入工艺；将该基板移到第二注入器；向该基板施加第二光罩，该第二光罩具有暴露该基板的第二部份的第二开孔；
利用该第二注入器在该基板上执行离子注入工艺；量测该第一和第二部份的 每一个的至少一个特征值；比较第一部份和第二部份的每一个的量测值；基 于比较结果调整第一或第二注入器的至少一个可调操作参数。
在各种实施例中，将包括才艮据标题为"在单个基板上进行多个工艺步骤的 方法及设备"的共同受让的美国专利申请第11/327,761号(以下称为'761申 请)中所公开的一种或多种方法执行屏蔽，该申请并入本案以供参考。
在一实施例中，上述'761申请中所描述的屏蔽工艺可用于对单个工具 进行实验设计(Design of Experiment, DOE)以便建立该注入工具的最佳参 凄t。随后，所建立的"主，，-没定("master" settings)可用于匹配每个工具并 将来进行重新校准。在各种实施例中，在试图匹配多个工具时，'761申请 中所描述的这种屏蔽工艺是最有效的，因为节约更多成本并且备选方法的复 杂性更差。
在各种实施例中，这种屏蔽工艺可用于基于装置的参数结果选择最佳执 行工具，以便匹配那些工具(以经验方式使其匹配"主"设定)或者选出"最佳"工
具进行特定应用。
在各种实施例中，这种屏蔽工艺可用于在没有如图3背景中所讨论进行 优化的情况下检查所有工具在控制下操作。不是进行假设，而是出于"统计工 艺控制"的目的，单个晶圓可能经多个工具处理以便确保不出现工具间的变 化。这种方法能够建立"正常"变化并在工具开始漂移(drift)时釆取动作。或 者，这也可以藉由在没有光罩的情况下以静电方式、磁方式扫描该光束或者 移动晶圆、仅移过晶圓的一部份进行。然而，这种方法的性能是很低的，因 为难以或者不可能精确挡住晶圓的区域。
非晶体管注入物，例如任何表面调节应用、任何掺杂物应用，像镍中的硅注 入物以便改良镍硅化(Ni S i)工艺等。本发明的各种实施例允许优化非半导体注入物应用，例如，金属表面处 理、平面显示器应用、用于硬盘驱动器的磁阻式^f兹头等。
本发明的各种实施例还使用于离子注入以外的应用，该应用类似在晶圓 前面使用光罩以避免处理部份晶圓，并随后使用光罩，向不同注入器暴露不 同部份，藉此能够进行工具间的匹配。例如，在进入工具并类似一次仅外露
晶圓的一'卜部l分之前，也可以-使用光阻剂(photo-resist)或以手动或其它方 法附着到晶圓的固体光罩复制。
现在参照附图中显示的实施例更详细地描述本发明。尽管下面参照实施 例描述本发明，但应该理解本发明并不局限于此。获得本申请教导的本领域 普通技术人员将意识到其它实施方式、修改和实施例以及落在本申请所描述 的范围并且本发明明显有用的其它使用领域。


为了便于更全面地理解本发明，现在参照附图，其中相似的构件由相似 的标号表示。这些附图不应解释为限制本发明，而是意图仅是示范性的。 图1是可用于本发明的各种实施例的第一离子注入系统的结构示意图。 图2是可用于本发明的各种实施例的另 一 离子注入系统的结构示意图。 图3是根据本发明的各种实施例中降低基板注入工具的工具间性能变化 的详细方法步骤的流程图。
图4是根据本发明的各种实施例的基板屏蔽装置的透视图。
具体实施例方式
现在参照图1，显示了可用于本发明的各种实施例的第一离子注入系统 100的结构示意图。该离子注入系统100包括产生并朝半导体晶圓103导引 光束(beam) 102的光束产生器(beam generator) 101。光束产生器101可以包 括各种不同类型的组件及系统以便产生光束102,使它具有所希望的特征。
9该光束102可以是任何类型的充电粒子束，例如用于对半导体晶圆103进行 注入的高能离子束。该半导体晶圆103可以采用各种实体形状，例如具有平 面几何形状的常见圓碟形。半导体晶圆103可以包括任何类型的半导体材质 或要使用光束102进行注入的任何其它材质。同样，尽管在图1中没有描述， 但会在图3的背景下更详细讨论，系统100还可以包括一个或多个设计为将 离子注入限制在半导体晶圓103的特定表面区域的一个或多个屏蔽装置。
光束电流，即由光束102中的离子带到晶圆103的电荷数量可以藉由检 测器104进行量测以便保持剂量控制。检测器104可以是;f企测光束电流位准 的任何类型的装置。例如，检测器104可以是法拉第杯(Faraday cup)或者本 领域习知的其它装置。^r测器104可以固定在适当位置或可移动，并且可以 藉由各种不同方式定位，例如沿光束102到晶圓103的路径、如图1所示与 晶圆103相邻、在晶圓103后面等。若有需要，可以使用量测光束电流的其 它类型装置作为检测器104，例如使用热量计(calorimetery)或光束感生磁 场量测方法的装置。
在各种实施例中，检测器104将代表检测的光束电流的信号输出到控制 器105。该控制器105可以是或者包括程序化为执行所希望的输入/输出以及 其它功能的通用计算器或者通用计算器网络。在各种实施例中，控制器105 可以是程序化有执行半导体工艺的指令码的数据处理器。在各种实施例中， 控制器105可以包括到各种系统组件的动力和/或数据连接，包括光束产生器 101、检测器104、晶圓驱动器106、真空系统107以及气体源108。控制器 105还可以包括其它电子电路或组件，像是专用集成电路(例如，A卯lication Specific circuitry, ASIC)、其它石更接线或可编程电子装置、分割组件电路 (discrete element circuit) 、 J见场可禾呈序《匕门阵歹寸(Field Programmable GateArray， FPGA)等。控制器105还可以包括例如用户输入/输出装置(键盘、 触控屏幕、用户指向装置、显示器、打印机等)、通讯装置、数据储存装置、 机械驱动装置等，以便执行所希望的功能。
10控制器105还可以与晶圓驱动器106通讯，其能够相对光束102移动晶 圓103。例如，晶圆驱动器106可以将晶圆103扫过光束102使得离子注入 到晶圓103的表面。晶圓驱动器106可以包括各种不同装置或系统以便以所 希望的方式实体移动晶圓103。例如，晶圓驱动器106可以包括伺服驱动马 达、螺线管、螺杆驱动器、 一个或多个空气轴承、位置编码装置、机械联动 装置、机械臂或本领域众所皆知的移动晶圆103的任何其它组件。
光束102藉由真空系统107在处理室外罩(chamber housing) 109内产生 的相对高真空环境内从光束产生器101传输到晶圓103。高真空意味着在处 理室外罩109内存在低压力。相反地，低真空是指外罩109内的相对较高压 力。使用众所皆知的系统例如真空泵、真空隔离阀、压力传感器等来保持外 罩109内的真空。真空系统107可以与控制器105通讯，例如以^_向控制器 105提供关于外罩109的一个或多个部份内的当前真空位准。真空系统107 还可以包括一个或多个监视外罩109内的压力并将压力读数传递到控制器 105的压力传感器。或者，这些传感器可以独立于真空系统107并与控制器 105直接通讯。
光束102在图1中显示为沿着光束产生器101到晶圓103的直线前进。 然而如图2的注入系统200所示，光束102可沿在光束产生器101内和/或在 光束产生器101和晶圆103之间具有一个或多个偏转的曲线路径前进。该光 束102可以例如由一个或多个石兹体、透镜或其它光束成形装置进行偏转。
本发明的各种实施例中，在注入之前，晶圓驱动器106移动晶圓103远 离光束102使得光束102不会入射到晶圓103上。光束产生器101随后产光 生束102并且检测器104检测光束电流的参考位准，同时外罩108内的真空 位准保持在所希望的位准和/或是稳定的。举个例子，以确定光束电流的参考 位准的真空位准可以是藉由真空系统107在外罩109产生的最高真空位准。 当然，也可以在外罩109的其它真空位准下确定光束电流参考位准。
在各种实施例中，检测器104将信号输出到控制器105,控制器105将其作为光束电流参考位准使用，或者控制器105可以对该信号进行处理以便
产生光束电流参考位准。例如，检测器104可以输出代表检测的离子数量的 模拟信号，并且控制器105将该模拟信号转化成储存于控制器105内的数字 化数字。储存的数字化数字用来作为计算光束电流的参考位准。
在注入过程中，光束102入射到晶圓103的至少一部份上并且/或者晶圆 103可以藉由晶圓驱动器106移动越过光束102，或者可以出现两者的组合。 例如，光束102可以藉由光束产生器101在一方向上扫描，同时晶圆103在 另一方向上移动。光束102和晶圓103的移动可以在同一平面或者不同平面 内。
晶圆103内或者晶圆103上的材质，例如晶圓103的表面上的光阻剂， 在被光束102中的粒子冲击时出气(outgas)或者以其它方式产生材质。这在 外罩108内引起真空波动，该真空波动引起真空位准在晶圓103附近并沿光 束线(beamline)降低。真空位准的降低可以引起行进到晶圓103的光束102 内的粒子发生电荷交换碰撞的数量增加。如上文讨论的，电荷交换碰撞，即 光束102中的高能粒子与藉由晶圓103的出气或挥发释放的材质之间的碰撞， 引起光束102中各粒子的电荷改变。例如，光束102的带单正电的离子可以 藉由沿光束线的碰撞中和，或者该正电离子可以带双倍正电。尽管离子的电 荷变更，但粒子的能量实质上不变。因而，尽管某些粒子的电荷可以变更成 使得检测器104无法检测到该粒子的存在，但该粒子仍可以冲击晶圓103并 且对晶圓的总杂质剂量作出贡献。因而，即便晶圓103的总剂量不受影响， 检测器104在注入过程中输出指示光束电流降低的信号。
控制器105可以识别，即基于假设操作，在注入过程中真空波动已经引 起检测的光束电流降低或者一部份的检测光束电流降低，但是注入晶圓103 的总剂量不受影响。因此，控制器105可以基于检测的光束电流的降低检测 真空波动。应该理解，光束电流可以由于其它因素在注入过程中变化，例如 离子源变化，并且在这种情况下，控制器105可以确定^f全测的光束电流降低的某一部份是由真空波动引起，同时降低的另一部份是由其它因素引起，例 如离子源的变化。如本领域所习知的，控制器105可以调节某些注入参数以 便校正不是由真空波动引起的光束电流的变化。此外，出气可以随时间变化，
而且控制器105可以在注入过程中确定与其它因素相比真空波动对检测的光 束电流降低的贡献随时间变化。在这种情况下，控制器105可以使用仅反应 真空波动的贡献而不反应其它因素的贡献的调整的量测光束电流来控制注 入。
控制器105可以感应光束电流的降低，但无需调整特定注入参数，例如 光束102的扫描速率、晶圓103的扫描速率等。取而代之，控制器105可以 向真空系统107输出指示已经检测到真空压力升高并随之调节外罩108内的 真空位准的信号。除了由压力传感器提供给真空系统107的量测真空位准信 号，还可以将该信号提供给真空系统107。因而，基于来自控制器105的信 号，真空系统107在由与真空系统107关联的压力传感器检测到真空位准降 低之前开始调整外罩108内的真空位准以便藉此保持稳定的真空压力。
或者，控制器105可以将在注入过程中由检测器104提供的检测光束电 流位准与储存的光束电流的参考位准进行比较并使用两个值之间的差来控制 光束102、晶圓驱动器106或者两者。例如，控制器105可以确定(基于储存 的信息)在注入过程中由检测器104检测的光束电流大幅降低是由于沿光束 线的真空波动引起。进一步，控制器105可以确定由于电荷交换碰撞产生的 那部份检测的光束电流降低不会影响输送到晶圆103的总剂量，同时检测的 光束电流降低的另一部份对输送到晶圓103的总剂量降低作出贡献。例如， 某些电荷交换碰撞在不影响粒子动能的情况下中和光束粒子。中和的粒子将 不被检测器104检测，但仍对注入晶圓103内的总剂量作出贡献。由真空波
动引起的其它碰撞可以引起粒子的电荷以及动能改变，或者引起粒子沿避免 粒子注入晶圓103的轨道前进。后面的碰撞引起检测的光束电流的降低并引 起注入晶圆103内的总剂量的降低。控制器105可以放大检测的光束电流和光束电流参考值之间的差值，使得输送到晶圓103的总剂量调整到所希望的
位准。还可以藉由例如将该差值除以该参考值正规化(normal ize)该差值。例 如，控制器105可以控制晶圓驱动器106以便基于放大的以及正规化的放大 参考值将晶圓103更緩慢地移过光束路径。控制器105所使用的放大系数以 经验方式确定并储存在控制器105中。因而，当由控制器105确定一特定差 值时，可以检索对应的放大系数并用于调节该差值以便适当控制光束102、 晶圆103的移动或者两者。
现在参照图2,显示了可用于本发明的各种实施例的另一离子注入系统 的结构示意图。图2的注入器系统200 (采用曲线离子束)是与图1所示的系 统不同布局的。在图2的系统中，离子束产生器210产生所希望种类(也就是， 气体源类型)的离子束，将离子束中的离子加速到所希望的能量，执行离子束 的质量/能量分析以便移除能量及质量污染物并供应具有低能量及质量污染 物位准的高能离子束212。包括扫描仪220、角度校正器224以及扫描发生器 (未图标)的扫描系统216偏转离子束212以便产生具有平行或近似平行的离 子轨道的扫描离子束230。
终端站(end station) 232包括将半导体晶圓234或其它工件(work piece) 支撑在扫描离子束230的路径内的压板(platen) 236，使得所希望种类的离子 注入到半导体晶圓234内，以便藉此改变所有未屏蔽部份的材质属性。终端 站232也可以包括法拉第杯238或者检测离子束剂量以及剂量均匀性的其它 剂量检测器。
图2的离子束产生器210包括离子束源260、源过滤器262、加速/减速 筒264以及质量分析器270。源过滤器262优先选定位在离子束源260的附 近。加速/减速筒264定位在源过滤器262和质量分析器270之间。质量分析 器270包括偶极分析磁体272以及具有解析开孔276的光罩274。
扫描仪220 (可以是静电扫描仪)偏转离子束212以便产生离子轨迹从扫 描源头280偏离的扫描离子束。扫描仪220可以包括连接到扫描产生器的隔
14开的扫描板。扫描产生器施加扫描电压波形，例如三角波，以便根据扫描板 之间的电场来扫描离子束。通常在水平面内扫描离子束。
角度校正器224设计为偏转扫描离子束内的离子以便产生具有平行离子 轨道的扫描离子束，因而聚焦扫描离子束。具体来说，角度校正器224可以 包4舌隔开成定义一定间隙的》兹才及片(magnetic pole piece)以及耦4妄到动力供 应装置(未图标)的磁线圈。扫描的离子束通过极片之间的间隙并根据间隙内 的磁场偏转。磁场可以藉由改变通过磁线圈的电流进行调整。
操作过程中，扫描系统216将离子束212在水平方向上扫过目标晶圓234， 并且机械平移系统240相对扫描离子束230垂直平移压板236和晶圓234。 离子束212的电子扫描与晶圆234的机械平移的组合使离子束分配在晶圓234 的表面上。如上文提到的，在压板236处于降低位置时藉由法拉第杯238量 测离子束电流，并且离子束电流的信号表示供应到系统控制器(未图标)。电 子扫描速度可以作为水平束位置的函数变化以便实现剂量的均匀性。
尽管图l和图2描述了两种习知的注入装置，但应该知道根据本发明的 各种系统和方法可与图1和图2的注入器或与其它任何适当的基板处理装置 一起使用。因此，图1和图2的注入器仅是示范性的并且不应解释为本发明 的各种实施例的限制。
如上文讨论的，离子注入装置通常具有至少4个可调参数离子束入射 角度、离子剂量、离子种类以及离子能量位准。特定半导体装置的制造"处方 (recipe)"由这些参数的值连同该装置"处方"中的各离子注入步骤的定时信息 构成。本发明的发明人已经观察到两个看似一样的离子注入装置在实际应用 中呈现不同的性能特征。也就是，尽管制造工厂中的两个或多个注入器运行 相同的"处方"并且可使其可调参数(角度、剂量、种类、能量)设定成相同的值， 但这些参数的一个或多个的实际值可能不同。例如，注入器输送的剂量高于 处方所要求的，并且检测系统没有读取该较高的剂量。这种类型的变化可能 导致由不精确的注入器处理的半导体装置的性能参数与同一制造工厂的其它注入器相比有所不同。
注入器性能最实在的测量方法是量测形成于晶圓上的实际装置的性能。 如果两个注入器采用同一"处方"制造特定半导体装置，例如，闪存芯片，由不 精确的注入器处理的基板上产生的芯片的参数性能不同于在其它注入器上产 生的那些芯片。给定芯片应在特定阀值电压下开始切换并且应以特定速度切 换。由上述注入器产生的芯片的这些参数值不同，有些低于可接受的偏差阀 值，因此引起晶粒浪费以及成品率降低。
现在参照图3，在本图中，详细描述了根据本发明的各种实施例中降低 基板注入工具的工具间性能变化的方法的流程图。该方法开始于步骤300并
进入到步骤305,其中目标基板被屏蔽。在各种实施例中，包括将硅晶圓插 入第一注入器装置并用例如图4所示的具有仅暴露一部份晶圆开孔的屏蔽装 置来屏蔽晶圓。在各种实施例中，晶圓以机械方式或藉由静电力夹持在像是 压板的保持机构上。光罩随后定位在夹持的晶圓和离子束之间。光罩具有允 许离子束到达基板表面的暴露部份同时保护剩余部份的开口或开孔。在各种 实施例中，光罩可在晶圓上方的屏蔽位置和非屏蔽位置之间移动。非屏蔽位 置可以是注入器的处理室内部或外部的储存位置。在各种实施例中，注入器 釆用自动光罩加载以及卸载机构。在其它实施例中，光罩可由注入器的操作 者手动安装在屏蔽位置。在各种实施例中，包括根据'761申请中公开的一种 或多种方法执行屏蔽，该申请并入本案以供参考。在各种实施例中，基板是 硅晶圆。
继续参考图4的流程图，在步骤305之后，操作进入步骤310,其中使 用第一注入器工具在屏蔽基板上执行注入工艺。在各种实施例中，注入工艺 包括例如使用离子注入器的离子注入工艺。在各种实施例中，使用例如美国 专利申请第2005/0260354号所公开的电浆注入器执行离子注入工艺，该申请 并入本案以供参考。在各种实施例中，该注入器可以在基板上执行正常注入 工艺，也就是说，通常由注入器执行的较大装置制造工艺的子工艺。在各种其它实施例中，注入器将执行设计成展示典型工艺条件下的注入器性能而不
作为装置工艺的一部份的仅测试用(test-only)工艺。在离子注入完成后，基 板在步骤315内移动到第二注入器工具。在各种实施例中，这可以使用机器 控制执行，例如藉由能够将基板从一个注入器工具带走并将其移动到另一注 入器工具的晶圓驱动装置。在各种其它实施例中，这种步骤需要操作者将基 板从第一注入器实体移动到第二注入器工具的晶圓驱动器系统。随后，在步 骤320中，用屏蔽装置屏蔽基板。与步骤305 —样，屏蔽基板可以包括利用 共同受让的美国申请第11/XXX, XXX号中公开的一种或多种方法和/或装置进 行屏蔽。接下来，在步骤325中，使用第二工具对基板进行注入。在各种实 施例中，可以包括利用第二注入器工具在基板的不同部份执行与步骤310相 同的工艺。在各种实施例中，这可以包括执行不同工艺，例如装置工艺中的 后续或附加子工艺步骤。
应该知道，在各种实施例中，可以在不屏蔽基板的情况下执行所述的工 艺。例如，在采用扫描束(也就是，光束移过晶圆表面)的离子注入器中，光 束的动作可以程序化为仅处理晶圓的一部份，藉此产生第一和第二处理部份。 或者，在移动晶圓的同时光束保持固定的注入器中，晶圓驱动器系统可以程 序化为在离子束前面移动晶圓使得仅一部份晶圆在第 一和第二注入器中暴露 于离子束。可以使用程序化为光束移动以及晶圆移动两者的组合型的注入器 以便用两个注入器影响同一晶圆上的两个独立处理部份。其中任一方法都与 针对藉由处理同 一 晶圓的不同部份匹配工具间性能的本发明的各种实施例兼 容。
继续参考图3的方法，在步骤330中，在注入工艺完成之后，分析基板 以便量测由两个注入器处理的两个基板部份的一个或多个性能特征。在各种 实施例中，这包括执行对藉由离子注入器在相应的第 一和第二部份内形成的 装置的参数测试。参数测试可以包括测试阀值电压、所需电流、切换速度等。 在各种实施例中，这可包括使用晶圓探针，执行芯片-准测试或者产生于其上
17的装置的材质属性量测。或者，可以执行装置的破坏性截面分析以便使用例
如扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)、穿透式电子显 微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)以及二次离子质谱仪 (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)等技术观察参数变化的影响，例 如，掺杂物的实际位置以及几何形状，剂量位准等。各种工艺控制和测试方 法以及设备是半导体制造领域所皆知的。例如，在装置制造中，可以量测以 下特;f正中的一个或多个Ion(或Idsat)-即装置处于"on"时的"驱动电流"(在漏 极接点量测)；Ion的"skew"-即装置结构的前向和后向上的Ion差；Ioff(或 Isubtheshold或者I leak)-即装置处于"of f"时的漏电流(在漏极接点量测)； Ion与Ioff的比率；Vt-即"阀值电压"，装置的"on"电流充分导通时(例如，luA) 的栅极电压；当其相对阱区(基板)反向偏压时在漏极量测的"二极管反偏漏电 流"；Cov-即漏极与栅极之间的"交迭"电容-该电容对栅极边缘在漏极上的实体 交迭以及漏极结构的侧向结沖突(lateral junction abruptness)非常壽文感； Cd-即使相对阱区的漏极电容-该电容对漏极结构中的垂直掺杂轮廓(d叩ing profile)非常敏感；St-即"反向次阀值斜率"-其是装置的打开特征的锐利度 (sharpness)的测量值；以及环振荡器延迟(通常为几微微秒)-即以重复次序 连续打开和关闭每个装置的装置环时间延迟-它将I0n、 Cov、 Cd参数的影响 整合成对电路位准有意义的参数。在优选实施例中，执行参数测试，因为如 上文提到的，由于显示了工具生产的产品而不是理论上的产品因而实际装置 性能是可以提供给制造商的最重要的验证。
接下来，在步骤335中，在性能测试完成之后，确定基板的该二处理部 份的一个或多个是否可识别参数变化，因而指示第一和第二注入器工具之间 的性能变化。如果在步骤335中，确定变化超过可以接受的阀值，操作进入 区块340,其中调节一个或两个注入器工具的一个或多个可调参数。在各种 实施例中，这是自动执行的。例如，在各种实施例中，测试设备可以与第一 与第二注入器装置的控制器保持通讯，以便能够进行自动调整。在各种其它实施例中，则使设备可以提供消息列表、打印输出或识别对注入器工具的一 个或多个可调参数的推荐调节的其它线索。在这种实施例中，由工具操作者
进行调整。在各种实施例中，步骤340之后，操作回到步骤305并返回继续， 直到在步骤335中确定不存在变化。在确定这种状态后，操作进入步骤345, 该方法1亭止。
应该知道，尽管是以离子注入器为背景公开的，但图3的流程图所列示
积子工艺、移除子工艺、图案化子工艺以及执行基板材质的电气属性的改变 的子工艺。
同样，应该知道尽管在图3的实例中仅使用两个注入器工具处理基板的 相应部份，但使用本申请所公开的各种技术可以校准两个以上注入器。同时 校准的不同注入器工具的数量仅受限于是否能够在目标基板表面上定义相异 部份，同时屏蔽剩余部份使得各工具处理该目标基板的不同部份。
现在参照图4,描述了根据本发明的各种实施例的基板屏蔽装置的透视 图。如上文提到的，本发明的各种实施例基于仅暴露基板的一部份同时屏蔽 剩余部份使得可以利用两个不同的注入器工具处理同 一基板。取决于使用屏 蔽在单个基板上处理的独立区域的数量，这样降低了所需的晶圓数量。
图4所示的基板屏蔽装置400包括支撑基板(例如半导体晶圆412)由如 图1和图2所示的离子注入器进行处理的压板总成410。该压板总成410由 扫描系统414支撑。基板屏蔽装置400还包括具有开孔422的光罩420、光 罩加载机构430以及改变光罩420与晶圓412的相对位置的定位机构432。 在至少一个实施例中，该定位机构432可以是作为例如图1所示的实施例中 示意的晶圓驱动器系统的部件的晶圆定向器。
图4的压板总成410包括压板440,该压盘440具有用于将基板晶圓412 支撑到压板440的表面。压板总成410还包括用于在处理过程中冷却晶圆412 的冷却系统以及绕其中心旋转或者扭转晶圓412的机构。在图4的实施例中，
19压板总成410还包括光罩保持组件442。如图所示，光罩420可以设有用于 啮合光罩保持组件442的指状物444。
压板总成系统410由扫描系统414支撑。扫描系统414可以相对离子束 倾斜压板总成410以便进行有角度注入(angle implant)并且可以将压板总成 410旋转到基板晶圓加载/卸载位置。此外，扫描系统414可以在离子注入过 程中垂直平移压板总成410。
在图4所示的实施例中，光罩加载机构430包括具有用于啮合光罩420 的组件452的传输臂450以及用于在加载位置和储存位置之间移动传输臂450 的驱动系统454。
在系统400的操作过程中，光罩加载机构430藉由驱动系统454的操作 将光罩420移动到基板晶圓412前面的屏蔽位置并将其从该位置移走。在屏 蔽位置，光罩420啮合光罩保持组件442。光罩加载机构430随后收回并且 扫描系统414将压板总成410移动到晶圓加载/卸载位置。基板晶圓412藉由 晶圆搬运系统加载到光罩420下方。晶圓412随后准备注入或进行其它处理。 在由光罩420内的开孔422定义的第一区域对晶圆412进行注入。在对晶圆 进行注入后，藉由晶圓搬运系统将其移走。此时，操作者可以移走晶圓并将 其插入另一注入器工具的晶圓搬运系统。或者，晶圆搬运系统连接到运送器 (conveyor)、自动机(robot)或者能够传递晶圓412到第二注入器工具进行与 上述类似的处理的其它装置。在第二注入器中，屏蔽位置将相对晶圓定向以 便暴露与藉由第 一装置注入的部份不同的未处理部份。
因此，藉由本发明的各种实施例，可以有效地识别工具间的工艺变化并 藉由比可能的传统方法更低的成本降低该变化。同样，由不同注入器在同一 晶圓处理的装置的参数性能是可能的，藉此允许制造商在许多晶粒必须丢弃 之前和/或整个晶圆报废事件发生之前快速识別工艺变化。藉由量测实际参数 性能，由于微米以及亚微米宽度的晶体管对工艺变化的敏感性，可以检测到 更精确的工艺变化。因此，要知道降低注入器工具之间的性能变化将藉由增加产品的成品率以及藉此增加收益性而减少制造工厂的浪费。
本发明并不局限于本申请所描述的特定实施例的范围。实际上，除了本 申请所描述的，本领域普通技术人员藉由上述描述与附图容易想到本发明的 其它各种实施例以及修饰。因而，这些其它的实施例以及修饰意图落在本发 明的范围内。更进一步，尽管出于特定目的在特定环境下以特定的实施方式 为背景描述了本发明，但本领域熟知此项技艺者将意识到其有用性并不局限 于此，并且可出于许多目的在许多环境下实施本发明。因而，本文阐述的权 利要求应鉴广泛涵意以及本申请所描述的本发明的精神进行解释。
权利要求
1.一种匹配半导体制造装置之间性能的方法，包括利用一第一装置处理基板的一第一部份；将所述基板从所述第一装置移动到一第二装置；利用所述第二装置处理所述基板的所述第二部份；将所述第一和第二部份与所述相应的第一和第二装置关联；以及将所述第一部份的一个或多个属性与所述第二部份的一个或多个对应属性进行比较。
2. 根据权利要求1所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中处理 所述第一部份包括在所述基板的第一部份上执行离子注入。
3. 根据权利要求2所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中在一 硅基板的一第 一部份上执行离子注入包括在一硅晶圓的一第 一部份上执行离 子注入。
4. 根据权利要求2所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中处理 所述基板的所述第一和第二部份包括在所述基板和一离子源之间施加一屏蔽 装置。
5. 根据权利要求4所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中施加 所述屏蔽装置包括施加具有一开孔的所述屏蔽装置，该开孔暴露所述相应第 一和第二部份的同时，保护所述基板的剩余部份。
6. 根据权利要求2所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中处理 所述相应的第 一和第二部份包括利用 一扫描离子束仅扫描所述基板的所述第 一和第二部份。
7. 根据权利要求2所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中处理 所述相应的第 一和第二部份包括在所述相应的第 一和第二装置的 一 固定离子 束前面移动所述第一和第二部份。
8. 根据权利要求1所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中将所述第 一和第二部份与所述相应第 一和第二装置进行关联包括向 一数据处理器 确认使用所述第一装置对所述第一部份进行注入以及使用所述第二装置对所述第二部^f分进;f亍注入。
9. 根据权利要求8所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，还包括将 所述第 一和第二装置两者的 一个或多个操作参数供应给所述数据处理器。
10. 根据权利要求8所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中将 所述第 一部份的一个或多个属性与所述第二部份的一个或多个对应属性进行 比较包括对形成于所述基板的所述第一和第二部份两者的至少一个半导体装 置执行参数测试。
11. 根据权利要求9所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中执 行参数测试包括对所述第 一和第二部份两者执行由以下测试所构成的族群中 选出的至少一种测试并比较量测值(l)Ion或Idsat、 (2) Ion中的Skew、 (3)1off、 (4) Ion与Ioff的比率、(5)阀值电压Vt、 (6)当相对阱区反向偏 压时在漏极量测的二极管反偏漏电流、(7)Cov、 (8)Cd、 (9)St、 (IO)环振荡 器延迟以及(11)这些测试的组合。
12. 根据权利要求10所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，还包括 比较在所述第一和第二部份上制造的所述半导体装置之间的所述参数测试的 结果。
13. 根据权利要求12所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，还包括 利用所述数据处理器基于所述量测值的比较结果识别对所述第一或第二装置 的 一操作参数进行至少 一 次的调整。
14. 根据权利要求1所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中移 动所述基板包括利用 一 自动基板搬运装置自动移动所述基板。
15. 根据权利要求1所述匹配半导体制造装置之间性能的方法，其中移 动所述基板包括将所述基板从所述第 一装置手动移动到所述第二装置。
16. —种临场匹配离子注入工具性能的方法，包括使用 一第 一 离子注入器在一基板的 一第 一部份执行离子注入，其中向所 述基板施加具有暴露所述第一部份的一第一开孔的一第一光罩；使用一第二离子注入器在所述基板的 一 第二部份上执行离子注入，其中向所述基板施加具有暴露所述第二部份的 一第二开孔的 一第二光罩； 量测所述第 一和第二部份两者的至少 一个特征值； 执行所述第一和第二部份的所述相应特征值的比较；以及 基于所述比较结果确定对所述第一或第二注入器的可调参数进行至少一次的调整。
17. 根据权利要求17所述临场匹配离子注入工具性能的方法，其中确定 对所述可调参数进行至少 一次调整包括确定对从下列参数所构成的群组中选 出的参数进行至少一次调整离子束入射角度、离子剂量以及离子能量。
18. —种降低工具间性能变化的方法，应用于由多个离子注入器构成的 半导体制造工厂环境下，该方法包括向半导体基板施加一第一光罩，所述第 一光罩具有暴露所述基板的一第 一部份的一第一开孔；利用 一第 一注入器在所述基板上执行一 离子注入工艺； 将所述基板移动到 一第二注入器；向所述基板施加一第二光罩，所述第二光罩具有暴露所述基板的一第二 部份的一第二开孔；利用所述第二注入器在所述基板上执行离子注入工艺； 量测所述第 一和第二部份两者的至少 一个特征值； 比较所述第一和第二部份两者的所述量测值；以及 基于比较结果调整所述第一或第二注入器的至少一个可调操作参数。
全文摘要
一种使用临场光罩匹配离子注入装置的性能的技术。在一特定实施例中，在基板的一部份上执行离子注入，同时屏蔽剩余部份。再将该基板移动到第二注入器工具。随后使用该第二工具在同一基板的另一部份上执行注入，同时光罩覆盖包括第一部份在内的基板的剩余部份。在第二注入工艺之后，对在第一和第二部份上制造的半导体装置执行参数测试，以便确定这些半导体装置的一个或多个性能特征是否存在变化。如果发现变化，则建议对注入工具之一的一个或多个操作参数进行改变，以便降低制造工厂中的注入器的性能变化。
文档编号H01J37/317GK101563752SQ200780043822
公开日2009年10月21日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年10月16日
发明者布雷特·W·亚当斯, 彼得·D·纽南 申请人:瓦里安半导体设备公司