注入掩膜及对齐的制作方法

本申请要求来自于2014年8月5日提交的62/033,104号美国临时申请的优先权，其全部公开内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造，尤其是在制造工艺中掩膜的使用，例如掩膜的离子注入工艺。

背景技术：

典型的注入图案对装置的精度具有严格的要求，例如注入作业线的位置和间隔。作业线可以是，例如，用于提升被用于从太阳能电池吸引电流的金属触头的下面的电导率的注入。这些作业线可以是非常细并且非常密集的(即，窄间距)，其需要注入的高精度。在同一个基板上需要不止一次的注入图案。在这种情况下，高水平的精度不仅需要在单个注入步骤中被保持，也需要在多个注入步骤之间(有时跨越若干加工工具)被保持。为实现此，基板和图案掩膜之间高精度的对齐是必需的。一般的方法是在真空中将掩膜和基板精密对齐在一起，并随后穿过掩膜注入。但这种方法具有一些挑战，包括以下：光学地或通过其它方法在真空环境中精密对齐是困难和非常昂贵的。对于多个注入，精密对齐需要被重复多次以适应用于不同图案的每个掩膜变化。在真空环境中更换掩膜增加了对齐的不精确性、花费和复杂度。

因此，本领域存在对用于基板与掩膜对齐的更简单系统的需求。一般地，任何能够在大气环境中被执行的步骤减少系统的复杂度和花费。此外，消除在基板保持器穿过系统的输送期间对精密定向的要求将进一步较少系统的复杂度和花费。

技术实现要素：

下列发明内容旨在提供对于本发明的某些方面和特征的基本了解。该发明内容并非是对本发明的广泛概述，并且同样其并不旨在具体识别本发明的重要的或关键的元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的某些概念以作为下文中呈现的更为详细描述的序言。

所公开的实施例使得能使用全部精密地被对齐至基板的一个或多个掩膜加工基板。这使得能在基板上产生全部相互对齐的多个图案。初始的对齐步骤可以在基板被导入真空前在大气环境中被执行，并且初始的对齐步骤可以在真空中的加工期间被保持。此外，基板保持器无需在其运输穿过系统期间被精密地定向。而是，使得保持器的精密定向的对齐机构能被设置在每个工位内，使得基板被精密地对齐至掩膜。应当理解，在上下文中提及的“掩膜”是有时被称为荫罩的由薄片制成的掩膜，例如，薄金属片。

根据所公开的实施例，基板在大气中被精密对齐(光学地或通过其它方法)至基准边，并且随后当基板在每个掩膜下面行进时，基板通过内装(built-in)的引导条自对齐至多个掩膜。这种方法提供多种优势。例如，精密对齐能够在具有更多的选择和成本较低的解决方案的环境中被完成。掩膜能够被固定并且无需从真空中移除以用于对齐每个后续的掩膜。而且，由于掩膜能够在其各自的工位中保持静止，掩膜能够达到热平衡使得由于热效应的尺寸变化能够被最小化。由于掩膜保持在真空中，其不受到热循环，因此剥落被最小化。而且，由于掩膜是静止的，存在更少的机械处理。由于掩膜通常是脆弱的并且能够在机械处理下破裂，这是有益的。而且，能够穿过无需用于每个掩膜改变的精密对齐的不同掩膜实现多个注入。

根据本发明的方面，提供一种用于将基板对齐至加工掩膜的系统，包括：基板保持器、系统引导器、掩膜对齐机构、和导轨，基板保持器具有保持器对齐机构，系统引导器被构造成被保持器对齐机构接合从而将基板保持器定向至系统引导器，掩膜对齐机构被附接至加工室并且被对齐至系统引导器，掩膜对齐机构具有用于将加工掩膜以精密对齐附接至掩膜对齐机构的掩膜附接机构，导轨被定位在加工掩膜下方并且被构造成当保持器对齐机构接合掩膜对齐机构时能使基板保持器将基板置于掩膜下方。掩膜对齐机构可以包括至少两个辊子。系统引导器可以包括被构造成被辊子接合的直边。掩膜对齐机构可以包括被构造成被辊子接合的直条。系统可以进一步包括被构造成用于在导轨上行进和支承基板保持器的装载器。基板保持器能够被构造成在装载器上以两个自由度自由地移动。装载器可以包括底座，基板保持器可以包括延伸部，延伸部被构造成延伸进入底座并具有充分余隙使得基板保持器能以两个自由度行进。装载器能够被构造成同时地保持多个基板保持器。装载器可以被构造成保持1×n个基板保持器的线性阵列，其中n是等于或大于2的自然数。掩膜对齐机构可以包括多个直条，每个直条被构造成接合基板保持器中的一个并且每个直条具有被附接至所述每个直条的一个掩膜。辊子能够被磁化，直边和直条是由顺磁材料或者铁磁材料制成的。可替代地，或者额外地，反射式引导器(reflexiveguide)可以被设置迫使基板保持器紧靠直条。

根据本发明的进一步的方面，提供一种离子注入系统，包括，大气对齐室、真空离子注入室、和基板保持器。大气对齐室包括导轨和保持器对齐机构。真空离子注入室被联接至大气对齐室并包括：离子源、导轨、掩膜对齐机构、和掩膜，掩膜对齐机构被对齐至保持器对齐机构，掩膜被附接至掩膜对齐机构。基板保持器被构造成用于卡紧(chuck)基板，并且基板保持器具有接合机构，当接合机构接合保持器对齐机构时和当接合机构接合掩膜对齐机构时定向基板保持器。保持器对齐机构可以包括直边，掩膜对齐机构可以包括在平行定向上被对齐至保持器对齐机构的直边。接合机构可以包括被构造成用于接合保持器对齐机构和掩膜对齐机构的多个轮子，并且接合机构可以进一步包括被构造成用于迫使基板保持器紧靠直边的弹性引导器。轮子或直边中的至少一个可以被磁化。系统可以进一步包括装载器，装载器被构造成用于跨骑在导轨上并支承基板保持器。装载器能够被构造成使得基板保持器能以两个自由度自由地移动。

根据本发明的进一步的方面，提供一种用于将基板对齐至荫罩的方法，包括：将基板放置在基板保持器的顶部上；将基板保持器紧靠对齐直边并且将基板定向至期望的定向；当基板保持器被紧靠对齐直边时，将基板以期望的定向卡紧至基板保持器；将基板保持器移动进入具有附接至掩膜直边的荫罩的真空室；在将基板置于荫罩下面的位置将基板保持器紧靠掩膜直边；穿过掩膜在基板上执行加工步骤；和，将基板保持器移出真空室。将基板紧靠对齐直边可以包括将附接至基板保持器的辊子压迫紧靠对齐直边。将基板定向至期望的定向可以包括根据对齐直边上的基准标记定向基板。

附图说明

被并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图对本发明的实施例进行例示，并与本说明书一起用来解释和展示本发明的原理。附图旨在以图形方式示出示例性实施例的主要特征。附图并不是用来显示实际实施例的每个特征，也不是用来描绘所描绘元件的相对尺寸，而且并未按比例绘制。

图1示出了根据一个实施例的在基板保持器上的基板，其中基板保持器被对齐至外部精密边。

图2示出了根据一个实施例的在基板保持器上的基板，其中基板保持器具有对齐辊子以对齐至外部精密边。

图3示出了根据一个实施例的附接至掩膜保持器的掩膜，其中掩膜被对齐并联接至作为引导条的精密边。

图4示出了根据一个实施例的在基板保持器上的基板的俯视图，其中基板保持器被定位在装载器的顶部上。

图5示出了根据一个实施例的在基板保持器上的基板的仰视图，其中基板保持器被对齐至支承掩膜的精密引导条。

图6示出了根据一个实施例的被定位在装载器上的基板保持器和被设置成用于遮掩基板的一部分的掩蔽机构(obscuring mechanism)。

图7示出了根据一个实施例的在对应的基板装载器上的一个基板的特写，其中基板保持器被定位在浮动装置内，即，基板保持器在装载器的平面内自由地移动，以使得基板保持器能对齐至外部精密边和掩膜引导条。

图8示出了根据一个实施例的用于将基板保持器定位在浮动装置内的装置，即，基板保持器在装载器的平面内自由地移动，以使得基板保持器能对齐至外部精密边和掩膜引导条。

图9示出了根据一个实施例的离子注入系统。

具体实施方式

根据各种实施例，基板安装在静电卡盘(electro static chuck)或其它基座或保持器上(以下简称为保持器，以包含任何支承和卡紧基板的工具)，并且保持器在装载器上行进进出真空系统。基板保持器在基板保持器的一个或多侧上具有被与精密基准边接触(在大气中或者在真空中)的多个对齐特征和/或辊子。对齐特征磁性地、机械地或者以其它方式被精密对齐至精密基准边，使得对齐特征被压迫紧靠精密基准边。在一个实施例中，对齐特征包括辊子，辊子的切线依附至(adhere to)对齐条的对齐边。基板被精密对齐至(例如，光学地)保持器的固定的基准边，并且由此被精密对齐至保持器的对齐特征(例如辊子)的切线。若干特征被构造在保持器/装载器中以提高光学方法或机械方法的对齐，并且若干特征能够被用作参考标记或基准标记。

在基板被对齐至保持器后，基板随后被夹紧(clamped)(例如使用静电卡盘、真空卡盘、机械卡盘等)在基板保持器上防止基板移离其位置和定向。这可例如使用容性充电的方法实现，其中保持器随后被分离并且不受限制地移出对齐位置而基板保持被卡紧至精密定向。由于保持器被对齐至基准边并且基板被对齐至保持器，因此基板被精密对齐至基准边。当辊子被用于对齐时，基板被对齐至与保持器上的对齐辊子相切的线。

图1和图2示出了一个实施例，其中，辊子被用于将保持器对齐至精密边。如示出的，晶片105被放置在晶片保持器110的顶部上。这能够人工地或使用机械臂例如在大气装载模块中完成。保持器110的辊子120随后接触紧靠精密直边115。辊子120和直边是精密制造的，使得轮子120与边115的重复接合将产生保持器110相对于边115的完全相同的定向。当保持该接合的位置时，晶片被对齐至相对于直边的预选的定向。一旦对齐，晶片被卡紧/夹紧至保持器。注意，晶片至保持器110的定向或对齐是不重要的，所关注的是晶片105至直边115的对齐。一旦晶片105在到直边115的正确的定向处被卡紧至保持器110，每当保持器110与直边115接触时，晶片将被对齐至直边115。

如在图3中示出的，掩膜130被附接至直边117(有时在此被称为直条117，以帮助读者将其与被用于基板的初始对齐的直边区分开)。直边117被定位成与直边115一致的精密对齐，如此当保持器110的轮子120接合直边117时，晶片将以与其被对齐至直边115的定向相同的定向被对齐至直边117。掩膜130被附接至直边117，使得图案132被对齐至直边117。由于晶片105被对齐至直边117并且图案132也被对齐至直边117，图案132被对齐至晶片105。

系统可以具有被附接至相应的直边117的若干掩膜130，使得保持器能够从一个位置被输送至另一个位置，并且在每个工位处，当辊子120接合直边117时，使得掩膜能被对齐至晶片。这在图5中被示出，图5是从保持器和掩膜的下方仰视的视图。如示出的，轮子120接合直边/直条117。为保证保持器110到掩膜直边117的正确的对齐，轮子120必须正确地接合直边117。为实现此，轮子可以被磁化，使得轮子被吸引至紧靠或压靠直边117。其它方法可以被实施。例如，如以虚线示出的，弹簧加载或弹性的导轨126可以迫使轮子120紧靠直边117。只要使得轮子能被迫使紧靠或压靠直边以保证正确的对齐，其它机构可以被使用。

掩膜130在晶片105的位置的上方被附接至直边117。保持器110可以与接触直边的轮子一起行进用于经过加工(pass-by processing)，或者保持器110可以停止在掩膜下面的特定位置用于静态加工(static processing)。不管加工的类型，在整个系统中，一个或多个直边117全部被对齐至直边115。因此，仅要求对于直边的对齐的精度，直边的对齐的精度使得晶片和掩膜总是被对齐的，而在保持器的输送期间，精度能够被放宽。因此，由于晶片和掩膜均无需被对齐至保持器，保持器110可以使用简单且成本较低的设计被制造。

图4示出了其中晶片保持器110在系统内部在装载器125上被输送的实施例。如通过箭头示出的，保持器110被放置在装载器125上，使得保持器110可以在两个自由度上(即，在装载器上表面的平面内)自由地移动。尽管所述移动可以被限制至预先确定的程度，但是其足以允许保持器110自由地改变其相对装载器125的定向。理想地，保持器被限制为不改变其升降(elevation)。因此，当装载器通过被定位在加工室内的直边进入具有掩膜的加工室时，装载器移动至使轮子120接合直边117的位置。由于保持器110能够自由地移动以改变其在装载器125的顶部上的定向，因此保持器能够通过轮子120被对齐至掩膜下面的位于掩膜下方以预先限定的距离处的精密位置。

在所公开的实施例中，基板保持器110“浮动(float)”在装载器125内。装载器125根据一系列被需要的注入在一个或多个掩膜下面输送预先地被精密对齐至辊子120的基板105。保持器110和装载器125用作基板挡护器(substrate retainer)并且能被制成通过充当散热器和电气导管来提高基板的热冷却和放电路径。然而，无需保证基板105至保持器110或装载器125的对齐的精度。基板105至保持器110或装载器125的对齐大体上是在晶片和对齐挡护器(alignment retainer)之间的，在所公开的实施例中，对齐挡护器是轮子120。

在一些实施例中，保持器和/或装载器能够具有掩蔽机构，掩蔽机构能够进一步遮蔽基板以免注入和沉积。例如，保持器和/或装载器可以具有覆盖晶片的边以防止边缘分流(edge shunting)的掩蔽机构，例如，内装的荫罩。图6示出了两个条133覆盖晶片105的两个边的示例。条133能够被附接至保持器110或装载器125并在掩膜下面穿过。因此，离子注入的实际图案是离子穿过在离子注入源上的荫罩和内装在保持器或装载器内的荫罩的结果。

图7是沿着图8的线A-A的剖面，图7示出了保持器110如何能够浮动在装载器125的顶部上同时具有两个自由度的运动以允许对齐的示例。在这个示例中，装载器125包括底座140，在这种情况中，底座140是具有圆形形状的孔的凹部。保持器110具有延伸进入底座140的延伸部117。延伸部117的外部尺寸被构造成小于底座140的内部尺寸，使得延伸部117与底座140之间的空间或余隙保证两个自由度的“自由活动”。在图7的示例中，底座和延伸部117是圆形的，使得延伸部117的外径比底座140的内径小预先设计的量，保证延伸部117与底座140之间的自由空间。

图8示出了能够同时地装载多个保持器110的包括若干个底座140的一个装载器125的示例。在图8的示例中，装载器125装载1×n个保持器110的线性阵列，n是等于或大于2的自然数。类似数量的掩膜和相应的直边被设置在每个加工室内，使得1×n个基板的阵列能够同时地被对齐和加工。装载器125在通过箭头标记的方向上行进穿过系统，使得多个保持器110接合相应的直边117以同时地将晶片带至掩膜130下面。

图9示出了具有对齐室905、第一注入室910和第二注入室915的注入系统900的示例。在注入系统900中，每个注入源920、925具有相应的掩膜130、130’，掩膜130、130’具有作为对齐组件的精密对齐引导条117、117’。精密对齐引导条117、117’被精密地对齐至基板对齐室905的基准边115。在系统900的安装前或在系统900的安装期间，掩膜特征被精密对齐至引导条117、117’。

装载器首先进入对齐模块905，其中基板保持器110接合对齐直边115并且晶片被对齐至直边或者被对齐至设置在直边或保持器上的基准标记。这种对齐可以使用辅助设备(例如，光学相机908)被执行，光学相机908也可以包括在保持器110上标记基板的正确定位的激光指示器909。一旦晶片被对齐，晶片被卡紧至保持器110。

当装载器125在保持器110卡紧基板的情况下在导轨955上行进以在掩膜下面定位基板时，浮动的基板保持器110的对齐辊子(预先被对齐至基板)被附接(例如，机械地和/或磁性地)至掩膜引导条117、117’并根据需要在掩膜130、130’下面自由地滚过或停止。与对齐辊子相切的线被对齐至掩膜引导条117、117’。由于基板被对齐至这些辊子，此时基板被对齐至掩膜引导条并因此被对齐至在掩膜上的特征或图案。离子束922是连续地开启的或者必要时离子束922是脉冲的，晶片在掩膜下面经过(pass by)或者能够静止在掩膜下面，以在基板上产生需要的注入图案。

在一些实施例中，基板和掩膜130之间的竖直间隙(在图9中标示为“d”)能够被调节以提供注入区域限定的下一个水平面(next level)。

可替代地，或额外地，束光学操控(beam optics manipulation)能够被使用以调节在正交方向的束发散(beam divergence)以提供期望的注入区域尺寸。基板保持器和/或掩膜的单个或全部能够浮动以允许辊子至掩膜精密边的对齐。

注入工艺在室910中被完成后，装载器继续移动至下一个注入室915并且保持器110自对齐至下一个掩膜130’。应当注意，尽管在图9中离子注入源920和925被示出为在两个独立的室910和915内部，离子注入源920和925实际上可以存在于同一个真空室内部。

应当认识到，所公开的实施例避免了复杂和昂贵的在真空中的对齐设备，并且所公开的实施例提供用于掩膜和基板保持器的制造的更大的自由度。系统的很多部分，包括保持器和装载器，能够低成本地被制造并且无需包括对齐基板的对齐机构。全部所需要的是初始地将所有掩膜引导条对齐至直边115。随后每个掩膜被对齐至其引导条并且被固定在其正确的对齐内。这也仅需要被执行一次。随后每个晶片仅仅被对齐至直边，这使得每个晶片自动地被对齐至所有在系统中的掩膜。

最后，应理解，本文所述的过程和技术并不固有地涉及任何特定的装置，并且可以由部件的任何适当的组合实现。此外，可根据本文所述的教导来使用各种类型的通用设备。还可证明构造专用装置以执行本文所述的方法步骤是有利的。本发明已经涉及具体示例被描述，这些示例在所有方面都旨在是说明性的而非限制性的。本领域技术人员将理解，硬件、软件和固件的许多不同组合将适于实践本发明。

本发明已经涉及具体示例被描述，这些示例在所有方面都旨在是说明性的而非限制性的。本领域技术人员将理解，硬件、软件和固件的许多不同组合将适于实践本发明。此外，通过考虑本文中公开的专利说明书和本发明的实践，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说都将是明显的。所述实施例的各种方面和/或部件均可在真空室技术领域被单独地或以任一组合的方式加以使用。这意在，应将本专利说明书和示例视为仅是示例性的，本发明的真正的范围和精神均由下列权利要求所表示。