可拆卸的衬底平面结构环的制作方法

本发明及所阐述实施例大体来说涉及离子束装置领域。更具体来说，本发明及所阐述实施例涉及包括环绕衬底的晕圈(halo)或衬底平面结构(substrateplanestructure)以及对所述衬底进行保持的台板的离子束装置。

背景技术：

为在半导体晶片或其他衬底上形成所期望表面特征，可以预定图案将具有规定能量的离子束投射到所述衬底的表面上来将所述所期望特征“蚀刻”到所述衬底中。可采用台板来对衬底进行保持(holdthesubstrate)。在蚀刻工艺期间，可在横断由离子源投射到衬底上的离子束的方向上机械地驱动或“扫描”所述衬底。举例来说，如果离子束是沿水平面朝垂直取向的衬底投射，则所述衬底可在垂直方向上和/或在与所投射离子束垂直的侧向方向上被扫描。因此，衬底的整个表面可暴露至离子束。

用于在衬底上投射离子束的传统设备可包括环绕所述衬底的晕圈或晶片平面结构以及台板。晕圈或晶片平面结构可用于减轻在衬底的背面及边缘上进行的离子束曝光(ionbeamexposure)。另外，晶片平面结构可用于减轻在台板上进行的离子束曝光及对所述台板附近的硬件及装备进行的离子束曝光。

在用于投射离子束的传统设备中使用的晶片平面结构一般是整体式结构(one-piecestructure)。传统晶片平面结构的整体式结构设计的预防维修(preventativemaintenance)一般需要拆卸掉乃至可能替换整个所述晶片平面结构。因此，传统晶片平面结构的整体式结构设计的预防维修可能是昂贵的。此外，传统晶片平面结构的整体式结构设计的预防维修可能使用于投射离子束的相关联设备具有长的停运时间(operationaldowntime)。

鉴于这些及其他考量，本发明所作的改良可为有用的

技术实现要素：

提供此发明内容是为了以简化形式介绍以下在具体实施方式中进一步阐述的一系列所选概念。此发明内容并非旨在识别所主张主题的关键特征或必不可少的特征，此发明内容也并非旨在用于帮助确定所主张主题的范围。

在一个实施例中，一种设备可包括台板，所述台板对衬底进行保持。衬底平面结构可设置在所述台板的前面。所述衬底平面结构中具有开口。所述设备还可包括可拆卸的结构，所述可拆卸的结构设置在所述衬底平面结构的所述开口中。所述可拆卸的结构可具有开口，所述可拆卸的结构的所述开口暴露出所述台板的表面。

在另一实施例中，一种设备可包括台板，所述台板对衬底进行保持。衬底平面结构可设置在所述台板的前面。所述衬底平面结构中可具有开口。可拆卸的环结构可设置在所述衬底平面结构的所述开口中。所述可拆卸的环结构可具有开口，所述可拆卸的环结构的所述开口暴露出所述台板的表面。

在又一实施例中，一种设备可包括台板。衬底可耦合到所述台板。所述设备还可包括衬底平面结构，所述衬底平面结构设置在所述台板的前面。所述衬底平面结构中可具有开口。所述衬底平面结构的前表面可与所述衬底的前表面对齐。可拆卸的环结构可设置在所述衬底平面结构的所述开口中。所述可拆卸的环结构可具有开口。所述衬底可设置在所述开口中。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施例的离子束蚀刻系统的示意性方块图。

图2示出根据本发明一个实施例的衬底平面结构的前表面图。

图3示出根据本发明一个实施例的从图2中所示的线i-i的角度观察的衬底平面结构、台板、衬底及可拆卸的结构的剖视图。

图4示出根据本发明另一实施例的从图2中所示的线i-i的角度观察的衬底平面结构、台板、衬底及可拆卸的结构的剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明一个实施例的离子束蚀刻系统100的示意性方块图。离子束蚀刻系统100包括离子束产生器102、末端站(endstation)104及控制器106。离子束产生器102产生离子束108且朝衬底110的前表面引导离子束108。离子束108通过束移动、衬底移动或通过其任意组合而分布在衬底110的前表面之上。

离子束产生器102可包括各种类型的组件及系统以产生具有所期望特性的离子束108。离子束108可为点状束(spotbeam)或带状束(ribbonbeam)。在一个情形中，点状束可具有近似圆形的不规则横截面形状。在一个实施例中，在不使用扫描器的条件下点状束可为固定点状束或静止点状束。作为另外一种选择，点状束可由用于提供扫描离子束的扫描器来扫描。带状束可具有大的宽度/高度比(width/heightaspectratio)且可至少与衬底110一样宽。离子束108可例如为用于对衬底110进行植入的高能离子束(energeticionbeam)等任意类型的带电荷粒子束。

末端站104可支撑处于离子束108的路径中的一个或多个衬底，使得所期望物种(species)的离子植入到衬底110中。衬底110可由台板112支撑且通过例如静电晶片夹持(electrostaticwaferclamping)等已知技术而被夹持到台板112。衬底110可呈各种物理形状，例如常见圆盘形状(commondiskshape)。衬底110可例如为由任意类型的半导体材料(如硅)或将使用离子束108来植入和/或蚀刻的任意其他材料制作而成的半导体晶片等工件。

在衬底110及台板112的前面可设置有晕圈或衬底平面结构128。在一个实施例中，衬底平面结构128与衬底110的前表面形成共用平面表面。衬底平面结构128有助于对衬底110进行过扫描(overscan)。具体来说，使用衬底平面结构128会减少沉积物或颗粒在对衬底110进行扫描的期间累积在衬底110的边缘及背面上。此外，使用衬底平面结构128会减少沉积物或颗粒累积在台板112上以及位于台板112近旁的硬件及装备上。在一个实施例中，电压源130可耦合到衬底平面结构128的一部分。电压源130可用于对衬底平面结构128的一部分施加电荷。在一个实施例中，电压源130可用于对与衬底平面结构128相关联的可拆卸的结构200(参见图2)施加电压或电荷。对可拆卸的结构200施加电荷可进一步减少沉积物或颗粒在对衬底110进行扫描的期间累积在所述衬底的边缘及背面上。以下将参照图2至图4来提供衬底平面结构128的其他细节。

末端站104可包括驱动系统(图中未示出)，以相对于保持区域往来于台板112来物理地移动衬底110。末端站104还可包括驱动机构114，以通过所期望方式驱动台板112且因此驱动衬底110。驱动机构114可包括所属领域中已知的伺服驱动电动机(servodrivemotor)、螺旋驱动机构(screwdrivemechanism)、机械连杆(mechanicallinkage)及任何其他组件，以在衬底110附着(attach)到台板112时驱动衬底110。

末端站104还可包括位置传感器116，以提供衬底110相对于离子束108的位置的传感器信号表示形式。位置传感器116可耦合到驱动机构114。尽管被示作单独的组件，然而位置传感器116可例如为驱动机构114等其他系统的一部分。此外，位置传感器116可例如为位置编码装置(position-encodingdevice)等所属领域中已知的任意类型的位置传感器。来自位置传感器116的位置信号可被提供到控制器106。

末端站104还可包括各种束传感器(例如位于衬底110的上游的束传感器118及位于所述衬底下游的束传感器120)，以感测离子束108在各种位置处的束流密度(beamcurrentdensity)。本文中所使用的“上游”及“下游”是以与离子束108相关联的离子束传送方向为参考。每一束传感器118、120可含有例如法拉第杯(faradaycup)等多个束流传感器，所述多个束流传感器被排列成感测特定方向上的束流密度分布。

所属领域中的技术人员应意识到离子束蚀刻系统100可具有图1中所未示出的其他组件。举例来说，在衬底110的上游可具有提取电极(extractionelectrode)，以从离子束产生器102接收离子束且使形成所述束的带正电荷的离子加速。离子束蚀刻系统100还可包括分析器磁铁(analyzermagnet)，以在已从离子束产生器提取到带正电荷的离子之后接收离子束且加速并过滤来自所述束中的无用物种。离子束蚀刻系统100还可包括质量狭缝(massslit)，以进一步限制从所述束中选择的物种、用于对离子束进行造型及聚焦的静电透镜(electrostaticlens)以及用于调处所述离子束的能量的减速级(decelerationstage)。末端站104可包括例如束角度传感器、充电传感器、晶片位置传感器、晶片温度传感器、局部气体压力传感器、残余气体分析器(residualgasanalyzer，rga)传感器、光学发射光谱学(opticalemissionspectroscopy，oes)传感器、离子化物种传感器(例如飞行时间(timeofflight，tof)传感器)等其他传感器，以测量相应的参数。

控制器106可从离子束蚀刻系统100的任何各种系统及组件接收输入数据及指令并提供输出信号以控制系统100的组件。控制器106可为或包括被编程为进行所期望输入/输出功能的通用计算机或通用计算机网络。控制器106可包括处理器122及存储器124。处理器122可包括所属领域中已知的一个或多个处理器。存储器124可包括一个或多个计算机可读媒体，所述一个或多个计算机可读媒体提供由计算机系统或任何指令执行系统使用或与所述计算机系统或任何指令执行系统有关的程序码或计算机指令。出于本说明的目的，计算机可读媒体可为可含有、存储、传输、传播或传送由计算机、指令执行系统、设备或装置等使用或与所述计算机、指令执行系统、设备或装置有关的程序的任意设备。计算机可读媒体可为电子系统(或设备或装置)、磁性系统(或设备或装置)、光学系统(或设备或装置)、电磁系统(或设备或装置)、红外系统(或设备或装置)或半导体系统(或设备或装置)或者传播媒体。计算机可读媒体的实例包括半导体或固态存储器、磁带、可拆卸的计算机软盘、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、只读存储器(read-onlymemory，rom)、硬磁盘及光盘。光盘的当前实例包括光盘只读存储器(compactdisk-read-onlymemory，cd-rom)、读写光盘(compactdisk-read/write，cd-r/w)及数字视频光盘(digitalvideodisc，dvd)。

控制器106还可包括其他电子电路系统或组件，例如应用专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit)、其他硬连线(hardwired)电子装置或可编程电子装置、分立元件电路等。控制器106还可包括传输装置。

用户界面系统126可包括但不限于例如触摸屏(touchscreen)、键盘、用户指向装置(userpointingdevice)、显示器、打印机等装置，所述装置容许用户输入命令、数据和/或通过控制器106来监控离子束蚀刻系统100。

控制器106可被配置成容许用户与离子束蚀刻系统100进行交互。举例来说，用户可输入用于蚀刻衬底110的配方(recipe)、观察或修改被控制器106自动选择用于蚀刻所述衬底的配方。配方体现期望在衬底110上实现的特性。具体来说，配方将体现将被离子束蚀刻系统100用来生产具有所期望特性的衬底的工艺参数的值。工艺参数的说明性而非排他性列示包括：真空腔室压力、衬底温度、离子束物种、能量、电流、电流密度、离子相对于衬底的角度、晶片扫描速度、束扫描速度、末端站压力(或真空泵送速度)、离子束均匀性分布。其他参数可包括由一个或多个可个别调整的气体流控制器供应的一种或多种中性气体物种的背景压力(backgroundpressure)、用于产生用来进行等离子体蚀刻(plasmaetching)的等离子体的气体物种、等离子体密度、等离子体中的中性密度(neutraldensity)、电子温度及电子约束程度(degreeofelectronconfinement)。

控制器106使用来自配方的工艺参数的值来选择在用于蚀刻衬底110的离子束108中体现的离子束参数的值。将被控制器设定初始值的离子束参数的说明性而非排他性列示包括：离子束强度、离子束流、离子束108撞击表面的角度及离子束108中的离子剂量率(doserateofion)。在一个实施例中，控制器106从历史数据库中选择这些离子束参数的初始值，所述历史数据库包含用于提供如在过往离子束蚀刻中应用的这些参数的设定组合的大量表项。通常，每一表项已通过从例如配方产生器、束设定报告及离子植入报告等各种源接收输入数据而被编译。

控制器106还使用来自配方的工艺参数的值来确定及控制在蚀刻工艺期间由离子束产生器102施加到衬底110的原子物种的施加。在一个实施例中，由离子束产生器102产生的离子束108可由化学惰性物种(si+、ar+等)或其他化学蚀刻成分(sifx+、bf2等)构成。在另一实施例中，离子束产生器102还可引入反应性物种(reactivespecies)以帮助得到对衬底110的均匀蚀刻。典型的反应性物种可包括hcl、cl2、co2、co、o2、o3、cf4、nf3、nf2+离子、bf2+离子、f离子、f+离子、cl或cl+离子。反应性物种还可包括具有反应性气体(reactivegas)的紫外光或不具有反应性气体的紫外光。在另一实施例中，离子束产生器102还可引入中性反应性物种或反应性低能离子。

在操作中，在已将衬底110加载到且夹持到台板112之后，离子束产生器102对衬底的表面施加原子物种。所述原子物种对于衬底110的表面来说是反应性的。在原子物种已与衬底110的表面进行相互作用达预定时间之后，此时离子束产生器102会将离子束108引导到衬底110的表面。离子束108撞击衬底110的表面从而使原子物种挥发且使蚀刻开始。在本质上，离子束108控制原子物种与衬底110的表面进行的相互作用且有助于更均匀地蚀刻所述衬底。

为了确保离子束108提供对衬底110的均匀蚀刻，控制器106持续地对离子束参数(例如，离子束流、离子束撞击表面的角度及所述离子束中的离子剂量率)进行监控。具体来说，控制器从束传感器118及120和/或以上列示出的其他传感器接收测量结果。所接收测量结果呈信号形式，所述信号指示由控制器用来与例如以下等束参数进行相互关联的离子束特性：离子束电流、离子束108撞击衬底110的表面的角度、所述离子束的密度及离子束108中的离子剂量率。

控制器106接着采取离子束参数的所述值并确定离子束相对于衬底110的蚀刻深度及蚀刻率。具体来说，控制器使用例如以下等任何众所熟知的技术来确定蚀刻深度及蚀刻率：残余气体分析(rga)、对蚀刻副产物进行的光学发射光谱学(oes)分析、通过反射计(reflectometry)对衬底进行的表面分析、椭偏测量术(ellipsometry)、干涉测量术(interferometry)或其他技术。控制器106使用蚀刻深度及蚀刻率来确定蚀刻的均匀性。具体来说，适时地整合的局部蚀刻深度或局部蚀刻速率会提供对蚀刻深度均匀性的测量。

尽管图1中未示出，然而控制器106可从位于末端站104内的传感器接收其他测量结果。所述其他测量结果可被控制器用来控制蚀刻的均匀性。举例来说，控制衬底110的温度会允许调整原子物种的吸附速率及吸附时间以及在所述物种的脱附(desorption)期间的反应速率。通常，对衬底110的温度控制可通过在气体的帮助下冷却台板112或者通过冷却或加热衬底110来实现。举例来说，通过控制背面气体压力及台板112的温度，可实现有助于实现更均匀的蚀刻轮廓的径向温度分布(radialtemperaturedistribution)。

图2示出根据本发明一个实施例的衬底平面结构128的前视图。如图所示，衬底平面结构128包括设置在衬底平面结构128的开口202中的可拆卸的结构200。在一个实施例中，可拆卸的结构200是可拆卸的环结构。在图中，衬底110被示为设置在开口202中。对衬底110进行保持的台板112位于衬底110后面。当台板112不对衬底110进行保持时，台板112会大体上在开口202中被暴露出。

可拆卸的结构200具有外侧边缘表面204及内侧边缘表面206。内侧边缘表面206的圆周比台板112的圆周大。此外，在一个实施例中，可拆卸的结构200具有与衬底平面结构128的前表面210对齐的外部表面208。此外，在一个实施例中，衬底110的前表面212可与衬底平面结构128的前表面210及可拆卸的结构200的外部表面208对齐。因此，在一个实施例中，可拆卸的结构200的外部表面208、衬底平面结构128的前表面210、及衬底110的前表面212形成为平面的表面。在另一实施例中，外部表面208不与衬底平面结构128的前表面210和/或衬底110的前表面212对齐。

图3示出根据本发明一个实施例的从图2中所示的线i-i的角度观察的衬底平面结构128、台板112、衬底110及可拆卸的结构200的剖视图。图3中所示剖视图示出可拆卸的结构200包括凹槽300。凹槽300可形成在可拆卸的结构200的圆周的至少一部分中。在一个实施例中，凹槽300形成在可拆卸的结构200的整个圆周中。凹槽300可包括具有引导与离子束108相关联的粒子远离衬底110的背面304的功能的有角度表面(angledsurface)302。此外，有角度表面302具有引导与离子束108相关联的粒子远离台板112的功能。在一个实施例中，与离子束108相关联的粒子可被有角度表面302朝与凹槽300相关联的表面306引导。凹槽300可被形成为具有比图3中所示深度浅或比所示深度深的深度。此外，尽管表面306被示作直的，然而作为另外一种选择，表面306可被形成为呈现一与有角度表面302相似的角度。

如图3中所进一步示出，可拆卸的结构200包括凸缘308。凸缘308可接触衬底平面结构128的背面310。在一个实施例中，凸缘308在衬底平面结构128的背面310以可拆卸的方式压配合(pressfit)到衬底平面结构128上。

图4示出根据本发明另一实施例的从图2中所示的线i-i的角度观察的衬底平面结构128、台板112、衬底110及可拆卸的结构200的剖视图。图4示出可拆卸的结构200可包括一个或多个贯穿孔400。在一个实施例中，在凸缘308上设置多个贯穿孔400。所述多个贯穿孔400可接收例如紧固件、螺杆(screw)等止动元件402。止动元件402中的每一者可由衬底平面结构128中的孔404接收。因此，衬底平面结构128可包括多个孔404。在另一实施例中，孔404可为贯穿孔，使得止动元件402可从衬底平面结构128的前表面210插入且使用螺母(nut)、紧固件或螺纹(thread)止动地附着到凸缘308。

具有可拆卸的环的衬底平面结构有利于直接进行维修。具体来说，有利地，可简单地拆卸掉可拆卸的环以完成所需的预防维修，而不是在需要预防维修时拆卸掉整个衬底平面结构。此外，由于衬底平面结构及可拆卸的环件有利地提供模块式单元，因此与维修及替换被形成为一个连续单元的传统衬底平面结构相比，与维修及替换所述模块式单元相关联的成本可有利地减少。另外，有利地，可拆卸的环可由与衬底平面结构的其余部分不同的材料制成。举例来说，对可拆卸的环使用特定材料类型可有利地缓解沉积物及颗粒在晶片边缘上的累积。另一方面，对可拆卸的环使用其他特定材料类型可有利地帮助控制离子束的电场。

尽管公开了示例性离子植入机装置及方法，然而所属领域中的技术人员应理解，在不背离本申请的申请专利范围的精神及范围的条件下，可作出各种改变且可以等效形式加以替代。在不背离申请专利范围的范围的条件下，可作出其他润饰以使具体情境或材料适应于以上所公开的教示内容。因此，申请专利范围不应被视为仅限于所公开的具体实施例中的任一者，而是涵盖落于申请专利范围的范围内的任意实施例。