专利名称：采用可移动工作台和法拉第杯的均匀带电粒子曝光装置和方法
相关申请本发明要求美国临时申请No.60/192268的优先权，在此引证供参考。
发明的领域本发明一般涉及离子注入，特别涉及在处理期间改进晶片上的离子束的均匀性。
发明的背景为了更好地理解本发明，这里引证美国专利US5481116、4980562和4922106作为参考背景。
传统单晶片离子注入器穿过固定晶片扫描离子束或在一个方向穿过扇形离子束或在一个轴上扫描的离子束移动晶片。扫描或成形均匀离子束的工艺一般需要复杂和长的束线，这在低能下是不合乎需要的。通过将大量晶片放在滚轮上，同时旋转和径向移动滚轮通过离子束，传统高电流离子注入器实现了短束线。多晶片滚轮使离子注入器不希望地大。采用它以减少热效应；然而，在低能下是不需要的。因此需要提高晶片扫描系统和方法。
本发明的一个目的是提供在离子注入器中处理期间穿过晶片表面的基本上均匀剂量的离子束注入。通过下面的说明使其它目的更清楚。
发明的概述在一个方案中，本发明提供利用离子束均匀注入晶片的方法。晶片一般是表面区域具有直径和中心并为盘状的类型。首先形成入射到晶片上的细长形状的离子束，该形状具有沿着第一轴并小于直径的长度，和沿着第二轴并短于长度的宽度。接着，晶片以可变的速度在基本上平行于第二轴的方向移动。晶片还基本上绕着中心以旋转速度旋转。进行这些运动以使离子束以基本上均匀的剂量穿过晶片表面注入晶片。
在另一方案中，移动晶片以使离子束从晶片的一侧、穿过晶片表面区域并经过晶片另一侧相对于位置轮廓以被选速度注入晶片。
在又一方案中，以可变速度移动的步骤包括在离子束注入晶片的中心时以较大速度移动晶片和在离子束注入晶片边缘时以较慢速度移动晶片。
在再一方案中，移动步骤包括移动晶片，以使离子束从晶片一侧到中心注入晶片。优选，在离子束到达晶片中心时离子束阻隔(blank)。此外，然后晶片优选在与扫描方向相反的方向减速(declerated)。
在另一方案中，本发明的方法还包括在旋转晶片的同时倾斜晶片的步骤，以便离子束以相对于晶片的晶轴基本上恒定的角度注入表面区域。优选，这个方案的晶片在基本上平行于离子束的方向移动，以使离子束以基本上恒定的束点尺寸注入表面区域。在又一方案中，相对于垂直于穿过中心的离子束的平面，晶片以与晶片上的撞击位置成比例的大小在一个方向上移动。
在另一方案中，本发明的方法包括确定离子束的束流密度的步骤。利用这个确定步骤，该方法还优选包括作为束流密度的函数调整可变速度的步骤。在又一方案中，该方法包括作为束流密度的函数调整旋转速度的步骤。
优选在两个维度上测量束流密度；并且更优选利用具有多个孔(优选在圆盘的每个扇形象限中有一个孔)的圆盘来测量。根据本发明，圆盘与晶片一样移动和旋转，同时确定两维束流密度。在一个方案中，圆盘具有围绕圆盘中心的4个相等的间隔孔，如果需要的话，也可以采用多个孔。
在另一方案中，确定离子束的束流密度的方法包括采用法拉第杯测量束流密度。在一个方案中，去掉圆盘，用于将离子束刻度引入法拉第杯中。
通过下面的说明和附图将使本发明的这些和其它方案和优点更明显。
附图的简要说明
图1表示根据本发明构成的离子束扫描系统和成组工具晶片处理机构；图2表示图1的系统和机构的顶视图；图3表示根据本发明的方法利用离子束对晶片进行注入；图4表示在注入期间晶片的移动速度与扫描位置作为离子束点尺寸的函数的曲线图；图5表示在从晶片边缘到晶片中心的注入期间晶片的移动速度与扫描位置的曲线图；图6表示根据本发明的教导的晶片旋转和倾斜；图7表示如在图6中的晶片的顶视图；图8表示根据本发明的教导移动和旋转晶片；图9表示本发明的离子束刻度圆盘；图10表示根据本发明图9中的圆盘与法拉第杯使用；和图11表示图9和10的圆盘和法拉第杯的典型取样图形。
发明的详细说明图1表示离子束扫描系统10，表示本发明的离子束扫描技术。诸如常规Bernais源的离子源12产生离子束14，离子束被调整以用于通过分析磁铁。分析狭缝18用于调整离子束发散以便在位置A注入晶片20。为保持束流密度低，离子源狭缝的长轴31(见图2)平行于分析磁铁中的磁场，以便保证离子束14宽至整个路径。位置B示意性地表示了在注入之前在负载位置A的晶片20a。在离子束14注入期间，晶片20旋转和/或移动，如分别由移动线22和24所示。法拉第杯26用于测量这里所讨论的离子束密度。
连接到系统10的是成组工具晶片处理机构30，其将晶片提供给系统10并从系统10取出晶片。机构30对于本领域技术人员来说是公知的，并且通常包括一个或多个负载锁定门(load lock door)32和按要求移动晶片的自动传送装置34。图2表示系统10和机构30的进一步细节的顶视图。在图2中，示出了晶片20相对于晶片20a倾斜，以便离子束14的照射点40通过狭缝注入晶片20所希望的表面区域。由于相对于晶片20的尺寸系统10的尺寸较小，系统10可做得很小足以配合到标准300mm成组工具机构30中的一个位置上。
图1也示意性地示出了连接到法拉第杯26的输出端上的计算机33。计算机33被编程以收集和整理来自法拉第杯26的束流数据，以便确定束流密度，如这里所述。
图3示出了晶片20如何被离子束14注入以实现本发明的所希望的剂量均匀性。具体而言，在被离子束14注入期间，晶片20旋转和移动(分别如运动线22、24所示)。离子束14示意性地在晶片20上形成注入点40。晶片20的扫描移动速度和位置作为离子束尺寸的函数以曲线形式示于图4中。图4的“x”轴36指的是位置，“y”轴38指的是移动速度。与点束相比，较大的离子束产生较小的动态位置/移动轮廓线42，如轮廓线44所示。轮廓线44在“0”位置发散以表示在晶片20的中心46束点尺寸和移动速度之间的相反关系。
在图3中，示出了有利的离子束形状产生扇形的注入点40，它在一个维度50上较窄，在垂直维度52上较宽，但不与晶片20的直径一样宽。因此离子束14(图1)优选如此取向，以使晶片20沿着维度50移动，使从晶片中心46到晶片边缘56的保持剂量恒定所需要的移动速度最小化。或者，晶片20可以从边缘56到边缘56穿过直径54扫描，或者从边缘56到中心46扫描，每个都具有图3的轮廓线。然而，在任何一种情况下，在晶片中心4的速度最大，使其成为停止和倒转最难的位置；因此优选晶片20如图3所示那样从边缘56到边缘56并穿过中心46扫描。作为替换方式，当离子束到达中心46时离子束14阻隔，然后在反方向减速，如图5所示。图5中的扫描优选从晶片边缘56开始向中心46进行，如轮廓线66所示，然后通过停止离子束14而反向运动，如轮廓线68所示。优选，当离子束14到达中心46时离子束14阻隔。利用图5的轮廓线的扫描避免了必须移动整个晶片直径54，由此几乎切断一半移动长度。在图5中，“x”轴60示为位置，“y”轴62示为移动速度。
为减少通行量，传统地设定离子束14，以便以距离垂直方向约7度的角度θ撞击晶片20，如图6所示。角度θ使离子束14导向(orient)到晶片20中的晶体。然而这个导向会造成问题，由于处于关于中心46的运动22中的旋转晶片20不垂直于离子束，这导致角度θ随着晶片20的不同移动位置而相对于晶体轴改变。为避免这种情况，在旋转期间，旋转轴70保持平行于离子束14，并且晶片倾斜。图6示意性地示出了在第一位置A和第二位置B的晶片20，表示在通过预计倾斜调整而旋转180度之后晶片20的相对取向。图7表示晶片20的顶视图；并具体表示用于确保晶体与离子束14的取向的预计倾斜轴72。倾斜轴72随着晶片20的旋转而旋转。
然而，在进行图6的倾斜时，产生另外的问题即从晶片20一侧到另一侧注入点40的形状改变，这是因为到晶片20的离子束运行距离改变了(具体而言，由于离子束发散了，束点尺寸40改变了，除非离子束以距离源12相同的距离撞击晶片20)。这个束点尺寸差不明显，但是如果明显，晶片20还优选地垂直移动，如图8中的垂直移动线76所示。沿着线76进行移动，以便在旋转期间向上和向下移动晶片20，保持离子束14在晶片20上的撞击点在相同距离；运动76具有与从离子束撞击80到中心46的距离成正比的幅度78。
提供均匀剂量所需要的移动速度的确定优选采用束流密度的精确测量。因而，本发明还提供精确测量密度的装置，如图9和10所示。晶片20形状的圆盘100用于该目的。圆盘100具有小孔102，使离子束能量通过并到达法拉第杯26，用于测量离子流98。尽管实际晶片20正处于注入时，也进行测量，以便通过孔102进行离子束强度的精确测量。圆盘100关于中心104旋转，如旋转线105所示，并在方向106移动，如上所述，以便产生束流对扫描旋转105和移动107的图形。图11表示通过注入束点40’的四个孔的各个路径110，然后通过采样两维束点密度而用于形成图形。采用至少四个等间隔孔102，两个沿着倾斜轴72，两个垂直于倾斜轴，(如果需要的话，可采用多个孔)，这是由于它们之间的束流差将确定在倾斜晶片所产生的高度范围上随垂直位置的束流密度的变化。还通过向旁边移动圆盘100和通过为整个剂量标定测量离子束14的所有束流，进行测量。计算机(例如计算机33，图1)编辑来自法拉第杯26的束流数据以确定束流密度。一旦知道束点40’的束流密度，通过开始恒定速度和然后进行确定用于速度轮廓线的径向分布剂量的重复计算，由此确定线形移动所需要的速度(例如图3)。一旦知道相对速度，计算绝对速度以产生所希望的剂量。
本领域普通技术人员应该理解在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种修改。例如，本发明可以采用如图1的系统10所示类型以外的离子注入，以便提供剂量均匀性校正。
因此本发明实现了上述目的，这些目的对于前述说明来说是很明显的。由于在不脱离本发明范围的情况下可以对上述方法做各种修改，因此包含在上述说明中或在附图中所示的方案只是示意性说明的，并不起限制作用。还应该明白下述权利要求应该覆盖这里所述的本发明的所有一般和具体特征，本发明的范围的所有说明应该也落入其内。
权利要求
1.一种利用离子束均匀注入晶片的方法，这种类型的晶片具有圆盘形状并具有直径和中心的表面区域，该方法包括以下步骤形成入射到晶片上的细长形状的离子束，该形状具有沿着第一轴并小于直径的长度和沿着第二轴并小于长度的宽度；以可变速度在基本上平行于第二轴的方向移动晶片；和以旋转速度基本上关于中心旋转晶片，以便离子束基本上以均匀剂量穿过晶片表面区域注入晶片。
2.根据权利要求1的方法，其中移动步骤包括移动晶片，以便从圆盘一侧，穿过圆盘表面区域并经过圆盘另一侧而注入离子束。
3.根据权利要求1的方法，其中以可变速度进行的移动步骤包括在离子束注入晶片中心时以较大速度移动晶片，在离子束注入晶片边缘时以较小速度移动晶片。
4.根据权利要求1的方法，其中移动步骤包括移动晶片，以便从晶片一侧到中心注入离子束。
5.根据权利要求4的方法，还包括当离子束到达中心时阻隔离子束。
6.根据权利要求5的方法，还包括在阻隔步骤之后，在与注入相反的方向上使晶片减速。
7.根据权利要求1的方法，还包括在旋转晶片的同时倾斜晶片，以使离子束以相对于晶片的晶体轴基本上恒定的角度注入表面区域。
8.根据权利要求7的方法，还包括在基本上平行于离子束的方向移动晶片，以使离子束以基本上恒定束点尺寸注入表面区域。
9.根据权利要求8的方法，还包括以相对垂直于穿过中心的离子束的平面、以与在晶片上的撞击位置成正比的幅度在该方向移动晶片。
10.根据权利要求1的方法，还包括确定离子束的束流密度的步骤。
11.根据权利要求10的方法，还包括作为束流密度的函数调整可变速度的步骤。
12.根据权利要求10的方法，还包括作为束流密度的函数调整旋转速度的步骤。
13.根据权利要求10的方法，还包括利用具有多个孔的圆盘绘制束流密度的两维曲线，并与处于移动和旋转的晶片一样移动圆盘。
14.根据权利要求10的方法，还包括采用关于圆盘中心等间隔的4个孔以采样束流密度。
15.根据权利要求10的方法，还包括采用法拉第杯测量束流密度。
16.根据权利要求15的方法，还包括通过法拉第杯内的直接测量而去除圆盘以标定离子束。
17.一种用于确定离子注入器中的离子束的束流密度的装置，包括圆盘，基本上为被离子注入器处理的典型晶片的形状，用于代替晶片安装在离子注入器内，圆盘形成多个孔，这些孔传输通过圆盘的离子束样品；和法拉第杯，用于接收样品并转换样品为束流，其中圆盘的旋转提供确定束流密度的样品数据阵列。
18.根据权利要求17的装置，还包括电连接到法拉第杯的输出端的计算机，用于比较样品数据阵列和确定束流密度。
19.根据权利要求17的装置，其中圆盘在圆盘的扇形象限中形成等间隔的四个孔。
20.根据权利要求19的装置，其中每个孔具有到圆盘中心的不同径向距离。
全文摘要
提供一种利用离子束均匀注入晶片的方法。晶片(20)一般为具有为圆盘形状并由直径和中心的表面区域的类型。离子束(14)首先形成为入射到晶片上的细长形状，该形状具有沿着第一轴并小于直径的长度和短于长度并沿着第二轴的宽度。接着，晶片以可变移动速度在基本上平行于第二轴的方向移动。晶片还基本上关于中心(22)以旋转速度旋转。优选晶片移动，以便从晶片一侧、穿过晶片表面区域并通过晶片另一侧，以选择速度与位置曲线注入离子束。晶片在旋转的同时还倾斜，以使离子束以相对于晶片的晶体轴基本上恒定的角度注入表面区域。晶片还可以在基本上平行于离子束的方向移动，以使离子束以基本上恒定束点尺寸注入表面区域。本发明的方法还包括确定离子束的束流密度，和作为束流密度的函数调整可变移动速度和旋转速度。
文档编号H01L21/265GK1439166SQ01810261
公开日2003年8月27日 申请日期2001年3月27日 优先权日2000年3月27日
发明者唐纳德·W·贝里亚 申请人:普罗泰罗斯公司