在扫描离子植入期间改进的剂量均匀度的制作方法

专利名称：在扫描离子植入期间改进的剂量均匀度的制作方法
技术领域：
本发明一般而言涉及半导体处理系统、更具体讲，涉及在离子植 入期间控制基板相对于离子束的移动。
技术背景在半导体工业里，各种的生产程序典型地在一个基板(例如半导 本工件)上进行，以在基板上取得各种结果。例如可以进行离子植入， 以在基板上或是基板内获得特定的特性，例如透过植入特定类型的离 子来限定基板介电层的扩散率。传统上，离子植入程序或是以批次处 理来进行或是以序列程序来进行，其中批次程序同时处理多个基板， 而在序列程序中分别处理单一基板。例如，可操作传统的高能或高电 流的批次离子植入器，以得到一个短离子束线，在其中大量的工件可 以置于一个轮子或是碟片上，并且轮子同时旋转及径向地穿越离子 束，因此在整个程序期间的不同时间暴露所有基板表面区域于束线 中。不过，以这样的批次基板处理通常使离子植入器的尺寸相当大。另一方面，在一个典型的序列植入程序中，通常离子束多次经过 工件来回扫描，其扫描路径的长度超过工件的直径，以使得离子植入 或是对所有工件进行掺杂变得容易。每一次束线经过工件时束线有效 地"涂"工件的一部分或是一 "条，，。可以理解，通常最好是以离子 均匀地将工件掺杂。依此，必需控制植入程序，更具体讲，需要晶片 相对于束线移动，以使离子均匀植入工件。控制工件的移动也是需要 的，以使得在其上形成的扫描图案与工件的尺寸以及形状相似。以这 种方式，"过冲"，或是束线"离开"工件(通常为圆形)的时间量 将减少，因而程序将更有效率。发明内容本发明克服了已有技术的限制。因此，以下说明本发明的概括内 容，以提供对本发明一些观点的基本理解。此概括内容不是本发明的 深入概述。即不在于指出本发明的关键或是重要要素，也不在于说明 本发明的范围。相反，它的主要目的仅仅是要以一个简化的形式说明 本发明的一个或更多概念，作为稍后说明的更详细描述的序言。
本发明是关于将离子植入工件的序列植入程序，以便离子被均匀 的植入，同时也节省资源及增加产量或是产能。工件以一受控制的方 式来回经过基本上固定的离子束，以减少"过冲"。更具体讲，当工 件沿着一个基本上垂直的慢速扫描路径移动时，工件沿着一个快速扫 描路径摆动，以在工件上产生一个大小接近工件尺寸以及/或是形状的 扫描图案。这种方式减少了过冲，因为沿着快速扫描路径的相应扫描 在相应移动范围发生，这些移动范围在沿着快速扫描路径的相应摆动 期间对应于被扫描工件的相应大小。这样，植入程序以一种有效率的 方式进行。更进一步控制工件对离子束的相对移动，以在工件上产生 一个或更多其他的扫描图案，而该图案是被叠插在现存的扫描图案 中。这使得在整个工件的均匀离子植入变得容易。
为了完成上述以及相关的目的，本发明包括一些将在下面完全描 述以及特别地在权利要求的范围中指出的特征。下列描述以及附图用 于详细阐述本发明的说明性实施例。不过，这些实施例仅表示可使用 本发明原理的各种方式其中的一些方式。由以下本发明配合附图的详 细描述，将可更清楚地了解其他本发明的目的、优点以及新颖特征。


图l是工件的俯视图，在该工件上方具有常规的扫描图案。
图2A是工件的俯视图，在该工件上方具有一个或更多扫描图案， 该图案可以根据本发明的一个或更多方面由移动工件经过离子束而产 率，其中扫描图案大约与工件的形状相当，并且被叠插以提供均匀的 覆盖。
图2B是工件的另一俯视图，在该工件上方具有一个或更多扫描图 案，该图案可以根据本发明的一个或更多方面由移动工件经过离子束 而产生，其中扫描图案大约与工件的形状相当，并且被叠插以提供均 匀的覆盖。
图2C是工件的又一俯视图，在该工件上方具有一个或更多的锯齿 形图案，该图案可以根据本发明的一个或更多方面由移动工件经过离 子束而产生，其中扫描图案大约与工件的形状相当，并且被叠插以提 供均匀的覆盖。
图3是扫描频率对距离的图形，其被扫描用来产生扫描图案，诸 如根据本发明一个或更多方面的在图2C中所描绘的。
图4是根据本发明一个或更多方面的经由离子束扫描工件的范例 方法流程图。图5是说明范例离子植入系统的一个示意方块图，该系统适于实现本发明的一个或更多方面。图6是范例扫描设备的平面图，该设备适于实现本发明的一个或 更多方面。图7A-7L是图6范例扫描设备的旋转子系统在各种操作位置的平 面图。图8是图7A-7L之旋转子系统的平面图，说明沿着第一扫描路径 的一个范例移动范围。图9是图6的扫描设备的平面图，说明沿着第二扫描路径的一个 范例移动范围。图IO是范例扫描设备的系统方块图，该系统适于实现本发明的一 个或更多方面。
具体实施方式
本发明关于相对基本上固定的离子束移动的一个工件或是基板， 以在基上产生相似于工件形状的一个扫描图案，并且因此在工件上产 生的扫描图案是相互叠插的，以使均匀的离子植入变得容易。本发明 的一个或更多方面现在将参考附图来描述，其中相似的标号表示全文 中的相似元件。应该理解附图以及接下来的描述仅仅是说明性的并且 不应该作为限定的方式看待。在下列描述中，为了解释的目的，阐述 了许多特定的细节，以便于对本发明的彻底理解。不过，本领域的普 通技术人员应清楚地了解，本发明可以不以这些特定的细节实现。因 此应该理解，不同于在此i兌明以及描述的说明性系统及方法的变4匕可 以存在，并且这些变化是属于本发明以及所附权利要求的范围内。根据本发明的一个或更多方面，当工件相对于基本上固定的离子 束移动时，可以通过叠插形成于工件上的扫描图案而获得更均匀的离 子植入。这减少一些在各扫描路径之间的工件部分接收很少甚至没有 掺杂原子的状况。另外，通过选择性控制工件沿着一条快速扫描路径 移动，同时工件亦沿着一条慢速扫描路径移动，而使产量得到提升以 及效率改良，使得沿着快速扫描路径的各移动范围对应于在各快速扫 描期间工件扫描部分的大小。这样的控制优点是工件相对于离子束的 位置是工件和离子束的尺寸的函数。以这种方式扫描工件至少可以通 过不必要"过冲，，的减少而改变效率。本发明的一个或更多优点可以透过参考例如图1已有技术与图2A 之间差异的说明而理解。在已有技术的图1中，工件10与在工件10 上面的范例(单一)扫描图案12 —起被描绘出来。扫描图案12透过 沿着第一或是"快速"扫描路径14来回扫描离子束的方式产生，其中 快速扫描路径14对应于工件10的最宽部分26加上一些过冲16。过冲 16进而对应于几个距离，其为束线扫描通过工件10并且不再碰触工件 IO的距离。当束线沿着第一扫描路径14摆动时，束线也沿着第二或是 "慢速，，扫描路径18移动。可以理解，扫描图案12基本上与工件10 的形状的尺寸以及/或是形状无关，而只有考虑工件10的最宽部分26， 使扫描图案12足够大以盖住工件10的最宽部分26。因此，在扫描图 案12内存在实质的过冲16，特别是在工件10最宽部分26以外的区域。另外，位于扫描图案12各扫描路径之间的工件10的部分40可能 收到很少甚至没有离子的植入，其中例如离子束的大小(例如截面形 状以及/或是区域)太小，以及/或是在各扫描路径(有时称为节距42) 之间的距离太大(例如，沿着快扫描路径通过离子束的次数不足，以 及/或是沿着慢速扫描路径的移动太多)可以理解，不太可能有工件IO 的任何部分都将不被离子植入，而其中的工件io却经过离子束移动了 很多次，在其上产生很多扫描图案12以及/或是在(至少一些)扫描路 径之间限定很小的节距。不过即使通过离子束多次，各扫描图案的扫描路径不以在此提供 的相等间距隔开，掺杂不足的部分训可能在其中持续存在。这也可能 导致工件的一些部分变得过分掺杂。例如，在一些扫描路径的节距可 能较小，使得一些离子多次撞击在工件的相同部分上，因此在这些区 域内植入过高量的掺杂原子。类似地，在其他扫描路径之间的节距保 持较大，使得掺杂不足的部分40出现在这些区域。尽管如此，可以理 解这种非均匀的离子植入是不想要的，因为它可能对最终半导体元件 的性能以及/或是可靠性有不良的影响，而这些元件是在这工件外面以 及/或是上方制造，因为植入工件10的掺杂原子改变工件10的电特性 以及/或是在植入区域的表现。如在图2A说明的，本发明的一个或更多方面使工件IIO相对于基 本上固定的离子束(不显示)的移动控制变得容易，因此在工件上方产生的扫描图案112对应于工件110的尺寸以及/或是形状。另外，多 重扫描图案112、 113根据本发明一个或更多方面是叠插的或是平均分 配在工件110上方，以使在工件110整体上方的更均匀离子植入变得 容易。可以理解，虽然在此说明的范例只描绘两种扫描图案，任何数 量的扫描图案可以根据本发明一个或更多方面来叠插。至于制作对似于工件no的尺寸以及/或是形状的各扫描图案 112、 113，控制工件110的移动，使得它沿着第一或是快速扫描路径 114通过各移动范围移动，其中各移动范围对应于工件IIO在沿着第一 扫描路径114的各摆动期间被扫描的大小。在图2A的说明范例中，工 件也沿着第二或是慢速扫描路径118、在沿着第一扫描路径114的各摆 动之间标记一个增量。以这种方式，根据本发明之一个或更多方面， 过冲116可以显著降低。不过，可以根据本发明一个或更多方面保持各相对少量的过冲 116,以当工件110改变方向、速度以及/或是加速度时受到的惯性效应 时(例如，在沿着第一扫描路径114各摆动之间以及/或是当沿着笫二 扫描路径118移动时)，调适工件IIO。应该理解，因为工件通常为圆形的，扫描通常在工件110的最狭 窄部分122开始，并且在工件110相对的最狭窄部分124结束，而工件 110的最宽部分126大约在二者之间中间扫描。这通常是真的除非扫描 并且植入不到工件110的全部(例如工件的一半)，在这种情况下扫 描可以在工件110较宽的部分开始并且在工件110上任何其他想要的 位置结束。如在图2B所说明的，也应该理解工件IIO可以在各过沖期间，重复且增量地沿着第一扫描路径1"以及第二扫描路径118移动，使得 扫描图案112的"移动"部分130在过沖时期更相似于工件110的形状(例如，曲率)。以这种方式，更进一步减少过冲的量。也应该理解，虽然在此很多讨论属于针对一些关于范例的细节， 在其中工件沿着快速扫描路径114的各摆动之间，工件110沿着慢速 扫描路径118移动，本发明的一个或更多的方面也考虑工件110当工 件沿着快速扫描路径摆动时同时沿着慢速扫描路径118移动。图2C说 明这种情况，其中扫描图案112看起来为经过工件110的锯齿形状，
但是透过过沖116的降低量，仍然相似于工件110的形状。在这种配 置下，工件110可以例如沿着慢速扫描路径118以一个相对的固定速 率移动，而沿着快速扫描路径114的摆动频率是动态调整的(例如， 根据有关工件对束线的相对取向的取向数据，以及有关工件以及/或是 离子束的尺寸以及/或是形状，以及测得的或是预期的离子束电流漂 移)。图3是以图表途述说明频率(f)对距离(d)的曲线200 ，该距离为工件 110沿着快速扫描路径114移动的距离，其中工件110沿着慢速扫描路 径118的速度保持相对固定。显然工件110沿着快扫描路径114的频率 在扫描的开始122以及结束124是最高的，并且在扫描中间126是最低 的。当然，这相当于工件最狭窄部分122被首先扫描的情况，接着为 工件的最宽部分126并且在工件110的相反的最狭窄的部分124结束。 不过，应该理解本发明也考虑到了调整沿着慢速扫描路径的工件速 度。例如，当工件110的最狭窄部分122、 124被扫描时，可增加沿着 慢速扫描路径118的速度，以及当工件最宽部分126被扫描时，可以 减少沿着慢速扫描路径118的速度。应该理解， 一个动态地调整工件 100沿着慢速118以及快速114扫描路径的调整组合也被考虑过了 ，并 且应落入本发明的范围中。回到图2A、 2B以及2C，本发明的一个或更多方面透过叠插或是 在工件110上平均分配扫描图案，也使更均匀的离子植入变得容易。 更具体讲，选择性控制工件110的移动，使得后来形成的扫描图案的 各扫描路径为叠插的或是在原扫描图案的扫描路径之间等距离隔开。 以另一种方法说明，在第一扫描图案的扫描路径之间的各别节距或是 距离是由后来形成的扫描图案的几个扫描路径平均分配的。因为在提 出的范例里只说明了两个扫描图案112、 113，在第一扫描图案112的 扫描路径之间的各节距142由第二扫描图案113的扫描路径对分(以 虚线说明)。以这种方式，原始扫描图案112的各节距142的一半位 于随后扫描图案113扫描路径的任意一边。当工件经过离子束移动时， 这使更均匀的离子植入变得容易，因此工件110的每个部分相等地暴 露于离子束中。不过，应该理解，任何数量的扫描图案可以根据本发 明的一个或更多方面在工件110上产生，并且这样的扫描图案将类似 地均匀分布在工件110上。例如，如果三个扫描图案产生越过工件110， 原始扫描图案的各别节距将被第二以及第三扫描图案的扫描路径切成三分之一。类似地，如果四个扫描图案越过工件110显现，原始扫描图案的各节距将由第二、第三以及第四扫描图案的扫描路径切为四个 相等部分。应该理解可操作与这此相关的任何类型的扫描系统以及/或是控制，以实行这些对工件iio相对于离子束的移动的控制，这些考虑属 于本发明范围之内。根据本发明的一个或更多方面所对工件110的移 动的动态控制，可以基于例如工件110相对于离子束的一个已知的取 向，以及工件110的一个或是更多尺度观点上的知识(例如尺寸形状)以及/或是离子束(例如截面形状以及/或是区域)，以及检测到或是预 期的离子束电流漂流。类似地，可以利用束线检测器(例如位于工件稍后方)指示出何时束线不再撞击工件110，以及何时一个过冲条件发生以及/或是何时扫描图案已经完成。例如，沿着快速扫描路径114通过工件110、用来曝照工件110每 一部分所需的次数，可以由工件直径或是宽度除以离子束的宽度来决 定(例如，假定束线具有圆或是椭圆的横截面)。然后可以在扫描图 案的各扫描路径之间的节距或是距离为已知情况下，决定用来完成均 匀掺杂所需要的扫描图案总数。另一种方案，如果扫描图案的数量是 固定的或是预先规定的，可以确定扫描图案的节距。这允许通过扫描 图案的离子植入程序取得最小数量而最佳化，而这最小数量是整个工 件110达成所要求的掺杂程度必需的。现在转到图4，说明了 一个根据本发明一个或更多方面通过离子束 扫描工件来进行离子植入工件的范例方法400。虽然方法400在下文以 一系列动作或是事件说明及描述，应该理解本发明不因为这种动作或 是事件的说明顺序而被限定。例如，有些动作可以在不同的顺序发生 以及/或是与不同于在此说明以及/或是描述的其他动作或是事件同时 发生。另外，并非所有说明的动作是实现根据本发明一个或更多方面 的方法所需要的。甚且， 一个或更多动作可以在一个或更多分开的动 作或是阶段完成。应该理解才艮据本发明一个或更多方面完成的方法， 可以与在此描述并且iC明的系统相关联的方式实现，也可以、不在此 说明并且描述的其他系统相关联的方式实现。如在图4里说明的，方法400在405开始，移动工件于基本上固定
的离子束前面，以产生工件上的第一扫描图案，该图案大约为工件的尺寸以及/或是形状。然后在410，工件再次经过离子束移动，以在工 件上产生一个或更多随后的扫描图案，该图案也大约为工件的尺寸以 及/或是形状近似。该一个或更多的扫描图案接续在工件上形成，因而 与第一扫描图案叠插，其中将扫描图案叠插使在整个工件上的均匀离 子植入变得容易。方法在此后结束。在一个范例中，工件沿着第一扫 描路径在一个少于大约10赫兹的频率摆动。图5说明适于实现本发明一个或更多方面的一个范例离子植入系 统500。植入系统500包括一个离子原512、 一个束线组件514、以及 一个靶或是终端516。离子源512包括一个离子产生室520以及一个离 子抽取(以及/或是抑制)组件522。 一种待离子化的掺杂材料(图中 未示出)(等离子体)气体位于产生室520。掺杂气体可以例如从一个 气体源(图中未示出)馈入产生室520。能量可以经由电源(图中未示 出)给予掺杂气体，以便于在产生室520内产生离子。应该理解，离 子源512也可以利用任何数量的合适机制(都未显示)，以在离子产 生室520内激发自由电子，例如RF或是微波激发源、电子束注入源、 电磁源以及/或是例如在产生室内产生电弧放电的阴极。激发的电子在 产生室520里与掺杂气体分子相撞因此产生离子。通常产生正的离子， 虽然本发明也可以应用于由源512产生负离子的系统。离子由离子抽 出组件522可控制地经由产生室520里的缝518抽出，其包括多个抽出 以及/或是抑制电极524。应该理解，抽出组件522可以包括，例如抽 出电源(现在显示)以将抽出以及/或是抑制电极524偏压，而加速从 源512来的离子，沿着一个在束线组件内、导引到离子质量分析 磁铁528的轨迹加速。因此，离子抽出组件522作用为从等离子室520中抽出离子束526 并且加速抽出的离子进入束线组件514，并且更特别地进入束线组件 514中的质量分析磁铁528。质量分析磁铁528大约以90度角形成，并 且在其中产生一个磁场。当束线526进入磁铁528时，它相应地由磁 场弯曲，使得不适当电荷质量比的离子被拒绝。更具体讲，具有太大 或是太小电荷质量比的离子被530偏折到磁铁528的侧壁532里。以这 种方式，磁铁528只允许那些在束线526内、具有期望的电荷质量比 的离子完全穿越其中。尤其可以包括控制电子或是控制器534以调整磁场的电源以及方向。透过流经磁铁528之场绕组所调节的电流量可 以控制例如磁场。应该理解控制器534可以包括可编程微控制器、处 理器以及其他类型的计算机制以全面控制系统500 (例如，由一位操作 者预先以及/或是即时取得数据以及/或是程序)。束线组件514也可以包括加速器536，例如包括配置以及偏压用来 加速以及/或是减速离子以及聚焦、弯曲以及/或是净化离子束526的多 个电极538。更进一步，应该理解离子束与其他粒子相撞降低了束线的 完整性，因此从来源512到终端516的整个束线组件514，包括质量分 析磁铁528可以由一或更多个泵(未显示)抽真空。加速器536的下 游为终端516，其接收从束线组件514已经过质量分析的离子束526。 终端516包括一个扫描系统540，其可以包括一个支撑或是末端效应器 542，在其上装栽要处理的工件544以进行其中的选择性移动。末端效 应器542以及工件544位于目标平面，该平面通常与526离子束的方向 垂直。根据本发明的一个或更多方面，工件544沿着第一或是"快速" 扫描路径574 (例如沿着x轴)在方向554、 564来回移动(例如经由 末端效应器542),使得在工件544沿着第一扫描路径574的各摆动期 间，工件544沿着第一扫描路径574的各移动范围，相当于工件544 在各摆动期间被扫描部分的各大小。当工件544沿着第一扫描路径574 摆动时，工件544也沿着第二或是"慢速"扫描路径578 (例如沿着y 轴)，在慢速扫描方向558或是568移动。以这种方式，所产生的一 个或更多扫描图案接近工件544的形状。以范例观点，在图5中说明 的系统500里，工件544刚刚完成在方向554的一个快速扫描，并且准 备通过快速扫描方向5"移动回来(例如，工件544已经沿着慢速扫 描路径578被标记一次)。另外，根据一个或更多本发明的方面，在其上形成起始扫描图案 之后，随后的扫描图案可以在工件544形成。随后的扫描图案与第一 扫描图案叠插，以使均匀的离子植入变得容易。例如，这可以透过将 工件5"沿着第二扫描路径移动回来而完成，其中沿着第二扫描 路径578的每次回移是根据相位调整而完成的，相位调整与节距相等 或第一扫描图案的相邻扫描路径间的距离除以要在工件上形成扫描图 案的次数的值相等。例如，如果第一扫描图案(或是相关的任何扫描
图案，因为通常所有扫描图案以相等的节距形成)具有1亳米的节距，并且将在工件上形成总共4个扫描图案，那么沿着第二扫描路径578 的工件的每个随后移动可以以四分之一亳米偏移。以这种方式，不同 扫描图案的扫描路径将以基本上相等的距离分开(例如四分之一毫 米)，以使均匀的离子植入变得容易。工件544沿着第一扫描路径5"移动的各范围，以及工件沿着第 二扫描路径578移动回来的次数以及沿着第二扫描路径578回来，在不同移动之中的相位差，如果有的话就可以是取向数据的函数，该数 据为有关于工件544相对离子束526的取向，以及离子束的尺寸、扫 描图案的节距、测得的或是预期的离子束电流漂移以及/或是例如在工 件544上形成的扫描图案的目前数量。例如控制器534可以利用这种 取向数据以及尺寸数据，以控制工件544的选择性移动。例如，可以 控制工件544沿着快速扫描路径574的各移动范围(例如由控制器 534)，在各摆动期间以稍微超过工件544被扫描部分的相应尺寸来调 适惯性效应，而惯性效应是当工件544改变方向以及/或是速度时不可 避免的。在工件544与离子束526相交处外边，调适这样的惯性效应， 使更均匀的离子植入变得容易，因为当工件544经过离子束526时普 遍地将以固定的速度移动。类似地，可以控制工件544的移动(例如由控制器534)，使得工 件544如所需的朝向相对于给定的特定束线526的离子束取向。例如， 离子束526可以不是圆形的，而改为具有最宽尺寸以及最窄尺寸的横 断面。束线526的高宽比可以例如在大约1 (对圆形的束线来说)到大 约3 (对拉长的束线来说)之间改变。这可以包括在尺寸数据内，并且 可以用来使得束线的最窄尺寸在第一或是快速扫描路径574里，而最 宽尺寸在第二或慢速扫描路径578里。另外，例如可以通过跟踪工件544相对于离子束526的位置(例 如以控制器534)来确定以及/或是预期扫描末端(例如，通过预先了 解工件544最初相对于离子束526的取向，了解工件以及/或是离子束 的尺寸并且例如由末端效应器542跟踪工件544的移动，以保持经常 性地"观看"工件544相对于束线526的位置)。 一旦惯性效应已经 调适，工件544可以在此后沿着快扫描路径574以相反方向移动回来。 类似地， 一旦完整的扫描图案已经在工件上产生，工件544可以沿着
第二扫描路径578移动回来。一个测量零部件580 (例如， 一个法拉第杯)也可以整合到终端 516。测量零部件580是可操作以侦测束线电流，例如可以位于在工件 544后面(例如不会因而干扰离子植入处理)。可以例如用束线电流之 一个检测电平来识别扫描末端。例如，当测量零部件580检测到离子 束526的全强度时，它可以给控制器534提供一个信号，以指示工件 544正好完全通过离子束526。例如，了解了工件544的速度以及/或是 工件544沿着第二扫描路径578必须传送的距离增量，控制器534可以 调节相应过冲的持续时间以调适惯性效应。类似地，如果工件544太 快地开始回到离子束(例如，工件仍然沿着第二扫描路径578移动)， 可以进行一个或更多对工件544移动的调整。在这种情况下，测量零 部件可以例如比期望的更快检测到束线电流。这样的情况能导致工件 544的周边或是边缘部分变得例如太过分掺杂。更进一步，当工件沿着 第一扫描路径摆动回来、离子束的全部强度继续由测量零部件580检 测到时，可以确认扫描图案的末端或是已完成(例如，显示出工件544 已经完全通过慢速扫描路径578)。应该理解也可以利用测量零部件580来"映射，，离子植入。例如， 在试运转期间可以以一个法拉第杯代替工件580。当束线电流保持不 变，然后法拉第杯可以相对于526离子束移动。以这种方式，可以侦 测离子剂量的变化。可以因此识别束线电流强度对扫描位置的波形或 是图案(例如，通过将法拉第杯送回控制器534的读数)。然后可以 利用检测到的波形来调整在实际植入期间的束线电流。更进一步，等 离子源(未显示)也可以包含于终端516以将束线526浸于中性等离 子中，使正电荷数量减少，否则其将在目标工件544上累积。例如一 个等离子浴可以使电荷中性化，否则这些电荷将因为带电离子束526 的植入而在目标工件544上累积。现在转到图6，说明了一个适于实现本发明之一个或更多方面的范 例扫描机构600。扫描机构600可以例如包含在图5里参考的扫描系统 540内，以选择性地相对于稳定的离子束调动工件，以使植入离子进入 工件变得容易。扫描机构600包括一个基底部分605，可操作地连接到 一个旋转子系统610。基底部分605可以例如相对于束线(未显示)是 稳定的或是可以进一步操作以相对于束线移动，这将在以下讨论。旋
转子系统610包括在其中相关联的第一连接615以及笫二连接620，其 中例如，旋转子系统610可以操作使一个基板或是工件(未显示)通 过第一连接615以及第二连接620的移动以相对于基底部分605线性地 传送。在1个范例中，第一连接615是通过第一接头625可旋转地连接于 基底部分605，第一连接615可操作以绕着第一轴627在第一旋转方向 628旋转(例如，第一连接615可相对于第一接头625顺时针或是逆时 针旋转操作)。第二连接620进一步通过第二接头630可旋转地连接 于第一连接615，其中第二接头630以一段预先决定的距离L与第一接 头625隔开。第二连接620更进一步操作以一个第二旋转方向633绕着 第二轴632旋转(例如，第二连接620可相对于第二接头630顺时针或 是逆时针旋转操作)。第一连接615以及第二连接620，例如更进一步 可操作单独旋转，但通常分别平行于第一以及第二平面(未显示)， 其中第一以及第二平面通常垂直于各第一以及第二轴627以及632。第一连接615以及第二连接620可操作但是不一定在相应的第一 旋转路径634以及第二旋转路径635绕相应的第 一接头625以及第二接 头630旋转360度。不过，第一旋转方向628通常与第二旋转633反向， 其中一个与第二连接620相关联的末端效应器640可操作以沿着第一 扫描路径642线性地传送，其与第一连接615以及第二连接620的移动 相关联。例如，末端效应器640透过与第二连接620相关联的第三接 头645，可操作地连接到第二连接620，其中第三接头645以预先决定 的距离L与第二接头。0隔开。例如，可操作第三接头645以提供末 端效应器"0围线第三轴648的旋转647。甚且，根据另一个范例，第 三接头645可操作以提供末端效应器640的一个倾斜(未显示)，其 中，在一个范例中，末端效应器640可操作以对一个或更多轴(未显 示)倾斜，该轴通常平行于第二平面(未显示)。例如，末端效应器640更进一步可操作以在其中固定基板(未显 示)，其中末端效应器640的移动通常限定基板的移动。例如，末端 效应器640可以包括一个静电夹盘(ESC)，其中可操作ESC以基本 上夹住或是保持基板相对于末端效应器630的一个特别位置或是取 向。应当注意，尽管ESC描述成末端效应器640的一个范例，但末端 效应器640也可以包括各种其他元件以保持负载(例如基板)的紧握， 并且所有这种的元件的考虑都应落入本发明的范围内。例如，第一连接615以及第二连接620的移动可以更进一步受控 制，以沿着第一扫描路径642线性地摆动末端效应器640,其中基板(未 显示)可以以预定的方式相对于离子束移动(例如离子束与第一轴627 一致)。例如，可以更进一步控制第三接头645的旋转，其中末端效 应器640保持相对于第一扫描路径642为通常固定的旋转。应当注意， 当在各接头之间测量时，分开第一接头625以及第二接头630的预定 距离L，以及分开第二接头630以及第三接头645的预定距离L提供 一个连接长度的普遍一致性。这种第一连接615以及第二连接620在 长度上的一致性普遍地提供各种动态优点，例如末端效应器640沿着 第一扫描路径642的一个更固定的速度。图7A-7L说明图6中以各种行进位置的旋转子系统610，其中在说 明的范例内，第一旋转方向628对应一个顺时针移动并且第二旋转方 向633在呈现的范例里对应一个逆时针移动。在图7A里，末端效应器 640在沿着第一扫描路径642的第一位置650，其中第三接头645以一 个大约两倍预定距离L的距离与第一接头625隔开，如此限定末端效 应器640的一个最大位置655。当第一连接615以及第二连接620围绕 相应的第一以及第二接头625以及630，如在图7B;L里说明的，在相 应的第一旋转方向628以及第二旋转方向633旋转时，末端效应器640 可以沿着第一扫描路径642以一个通常为直线的方式移动。例如，在 图7G里，末端效应器640是在沿着第一扫描路径642的另一个最大位 置660，其中第三接头645再次隔开一个大约距离第一接头625的两倍 预定距离L。例如，在图7H里，应当注意末端效应器640正从第一位 置650移动回来，而第一旋转方向628以及第二旋转方向6:33保持不 变。跟随在图7L里说明的位置，旋转子系统610可操作再次移动到图 7A的第一位置650，而仍然保持固定的旋转方向628以及633，在其中 可以继续线性的摆动。图8说明旋转子系统610在图7A-7L的各种位置，其中一个工件 或是基板665 (以虚线说明)更进一步位于末端效应器640上。应当注 意旋转子系统610没有按比例描绘，并且为了明了的目的末端效应器 640被显示为基本上小于基板。例如， 一个范例末端效应器640可以大 约是基板665的大小，其可以提供对基板665的足够支撑。不过，应 该理解在此说明的末端效应器640以及其他特征可以具有各种形状以 及尺寸，并且所有这种形状以及尺寸考虑都应为在本发明范围内。如 在图8i兌明的，扫描机构600可操作以沿着第一路径642、在末端效应 器640的最大位置655以及660之间的任何地方线性地摆动扫描基板 665。在基板665的相反二端667传送的最大扫描距离666与末端效应 器640的最大位置655以及660有关。在一个范例中，最大扫描距离 666稍微比距离668大，而距离668等于基板665直径D的两倍。因此， 即使当工件的最宽部分经过离子束来回扫描时，工件或是基板665可 以"过冲"或是稍微地移动通过以调适惯性效应。例如，末端效应器640 (并且因此，基板665)的方向变化与末端 效应器640以及基板665的速度及加速度的变化有关。例如，在离子 植入处理中，对末端效应器640来说，当基板665通过离子束(未显 示)时沿着扫描路径6"保持基本上固定速度是普遍需要的，这离子 束为例如一个通常与第一轴627 —致的离子束。这种固定速度使基板 665在通过离子束的整个移动期间普遍均匀地暴露于离子束。不过，由 于末端效应器640的摆动移动，末端效应器640的加速度以及减速度 在线性摆动的任一末端是不可避免的。例如，在基板665暴露于离子 束期间，末端效应器640在速度上的变化(例如在扫描期间路径回转 时)，可以导致跨于基板665的非均匀离子植入。因此，工件665在 它沿着第一扫描路径642通过离子束扫描时，在移动的相应范围内需 要普遍固定的速度。依此，当基板665通过离子束时，末端效应器640 的加速度以及减速度基本不会影响离子植入处理或是跨过基板665的 剂量均匀度。根据如图9描绘的另一个范例的方面，扫描机构的600的基底部 分605可更进一步操作以在一个或更多方向传送。例如，基底部分605 可操作地连接到传送机构670,其中该传送机构可操作以沿着第二扫描 路径675传送基底部分605以及旋转子系统610，其中第二扫描路径675 基本上与第一扫描路径642垂直。例如，第一扫描路径642可以说是 与基板665的快速扫描相关，并且第二扫描路径675可以与基板665 的慢速扫描相关，在一个范例中，对每一个沿着第一扫描路径642的 基板665的传送，基板665可以沿着第二扫描路径675标记一个或更多 的增量。基底部分605的总传送676是例如大约等于(例如正好大于)
两部基板665的直径D。以这种方式，当工件665沿着慢速扫描路径 675移动时可以用离子植入整个工件665。传送机构670可以例如，包 括一棱柱接头以及/或是滚珠螺杆系统(未显示)，其中基底605部分 可以平滑地沿着第二扫描路径6"通过。这样的传送机构670，例如可 操作以通过末端效应器640沿着第一扫描路径642在相应摆动期间让 基板665通过离子束，以"涂，，放置在末端效应器640的基板665，因 此使整个基板665均匀地植入离子。应该理解，当工件665根据本发明的一个或更多方面移动时，第 一连接615以及第二连接620的相应旋转方向628以及633在到达最大 位置655 (图7A以及8 )或是660 (图7G以及8 )之前通常会反转。 以范例观点，为了扫描工件655的一部分，第一连接615以及第二连 接620可以仅仅旋转而使得末端效应器640 (以及由此附在其上的工 件)在图7C-7E里描绘的位置间传送。第一连接615以及第二连接620 然后反转方向以再次移动末端效应器640回来，以在传送机构670沿 着第二扫描路径675标记基底部分605以及旋转子系统610之后，进行 沿着第一扫描路径642的另外扫描。摆动末端效应器640通过少于图 7A以及7G图描绘的如传统进行(图1)的最大位置，增加了产量并且 节约资源，因为大量降低了工件不与离子束"接触"的时间量。图IO以方块图说明一个适用于实现本发明一个或更多方面的扫描 系统800。扫描系统800可以例如对应于在图5描绘的离子植入系统500 内包含的扫描系统540，其中扫描设备600的至少一些部分以及在图6 至图9里说明的组成部分是包括在扫描系统800中的。例如，第一旋 转致动器805与第 一接头625相关联，并且第二旋转致动器810与第二 接头630相关联，其中第一致动器805以及第二致动器810可操作以提 供分别到第一以及第二连接615以及620的旋转力。例如，第一以及 第二旋转致动器805以及810包括一个或更多伺服马达或是其他旋转 设备，其可操作以在图6的第一旋转方向628以及第二旋转方向633 分别旋转相应的第一连接615及第二连接620。例如，图10的扫描系统800更进一步包括一个与相应的第一以及 二致动器805以及810相关的第一传感元件815以及第二传感元件 820，其中第一传感元件815以及第二传感元件820更进一步可操作以 感知相应的第一以及第二连接615及620的位置，或是其他的动态参 数，例如速度或是加速度。甚且，控制器825 (例如多轴移动控制器) 可操作地连接到第一及第二旋转致动器805及810的驱动器以及/或是 放大器(未显示)，以及第一及第二传感元件815及820，其中控制器 825可操作以控制提供给相应的第 一旋转致动器805以及第二旋转致动 器810的电源830以及835的量(例如驱动信号)，以进行相关联的控 制占空比(例如在图8里说明，末端效应器640在最大位置655以及 660之间的任何地方移动)。图10中的第一以及第二传感元件815以 及800 (例如编码器或是分解器)可更进一步操作以提供相应的反馈信 号840以及845到控制器825，其中例如到相应致动器805以及810的 驱动信号830以及835是实时计算的。驱动信号830以及835的这种实 时计算通常使电源的被准确调整，其中电源以预定的时间增量提供到 每一个相应的旋转致动器805以及810。移动控制的通常提供末端效应器640的移动平滑度，并且可以因 此减少在其中相关的速度错误。根据另一个范例，控制器825更进一 步包括一个反转移动模型(未显示)，其中在每个占空周期从每一个 接头625以及630得到末端效应器640的关节连接移动。例如，末端效 应器640 (因此附在上面的晶片或是工件)的位置，可以连续地确定或 是被"跟踪"，其中工件以及离子束的大小以及/或是其他尺寸方面， 以及沿着工作对离子束的最初方向是已知的。工件对束线的方向可以 更新(或是甚至预测)，例如作为第一接头625以及第二接头630以 及/或是第一连接615以及第二连接620之移动的函数，其本身可以由 第一感测元件815以及第二感测元件820所提供的信号确定。了解了工件对束线的相对位置，就设定了沿着第一扫描路径642 的相应传送长度或移动范围，因此控制了相应的过冲量(例如，在大 约IO到大约IOO亳米之间以调适与工件反转相关的惯性效应)。这也 完成了扫描图案完成的认定以及/或是预测，并且使多重扫描图案彼此 叠插。此外，知道束线大小以及/或是(截面)的尺寸，以及沿着第一 以及第二扫描路径的速度，它们可以例如是束线电流以及/或是束线强 度(可以或可以不变动)的函数，这样就决定沿着第二扫描路径675 的距离以及通过沿着第一扫描路径的次数以均匀地盖住整个晶片。例 如，铅笔状束线具有大约IO到大约IOO亳米之间的截面直径，可以使 得工件在大约1到大约IO亳米之间的移动，例如在沿着第一扫描路径 642之间摆动，而沿着第二扫描路径675的移动。这样的束线也需要经 过工件几千遍以实现均匀的离子植入。数据可以放入最佳化算法以决 定一些在工件上形成的扫描图案，以及例如在图案之间需要用来取得均匀覆盖的偏移。
如在上述范例里讨论的，分别提供到第一以及第二旋转致动器805 以及810之电源830以及835的量，至少部分基于由相应的第一以及第 二感测元件815以及820感知到的位置。因此，扫描机构600之末端效 应器640的位置可以通过电源量的控制而控制，该电源提供到第一以 及第二致动器805以及810，其中电源量更进一步与沿着图6的第一扫 描路径642的末端效应器速度以及加速度有关。例如，图10的控制器 825更进一步可操作以控制图9的传送机制670，其中可以进一步控制 沿着第二扫描路径675之基底部分605的移动。根据一个范例，传送 机制670的一个增量移动(例如"慢速扫描"移动)与沿着扫描路径 642 (例如"快速扫描"移动)之末端效应器的移动是同步的，因此传 送机制在基板665经过离子束的每一次之后增量地移动(例如在工件 沿着快速扫描路径的方向改变期间)。
根据本发明的一个或更多方面， 一个测量零部件880可操作地连 接到扫描系统800。测量零部件880使扫描末端的检测变得容易，并且 更特别地，在扫描末端的"过冲"状态的检测变得容易。例如，虽然 不显示，测量零部件880可以位于工件665后面，直接与离子束的路 径在同一行。如此，因为工件沿着第一扫描路径642通过相应的移动 范围移动，束线将撞击在扫描末端的测量零部件(例如， 一个法拉第 杯)。由测量零部件测量到的束线量，例如可以回馈到控制器825，其 可以使用这个数据以控制工件的移动(例如透通致动器805、 810)。 例如，如果工件大小为已知，控制器可以将工件过冲到一个足够的程 度，使得工件当沿着第二扫描方向675 (图9)被标记时不会遇到离子 束。当工件沿着第二扫描路径标记时，例如如果测量零部件记录到被 检测束线的量减少，这可以标志为当工件沿着第二扫描路径标记时(圆 形)工件与束线相交。因此，工件可以更进一步沿着第一扫描路径移 动，使得当工件沿着第二扫描路径标记时，工件的外围部分不会如不 想要的变得(过度)掺杂。类似地，如果当工件的方向反转以沿着第 一扫描路径642 (图6)摆动工件回来时，测量零部件880记录到太少
的束线电流，或是如果束线电流检测到为足够量，但是时间太少，那 么这个相应的移动范围可能太短(例如过冲将不足以调适与工件回转 相关的惯性效应)，其可以导致非均匀的离子植入，特别是位于扫描路径上、在工件的外围或是边缘部分。因此，控制器825可以对这个 特定扫描扩大相应的移动范围，以建立足够但不浪费或过分夸大的过 冲。以这种方式，扫描路径有效地得以即时调整，以产生相似于工件 大小与形状的扫描图案，这使得均勻的离子植入变得容易。也可以利用测量零部件880以检测扫描图案的完成。例如，如果 在工件沿着第一或是快速扫描路径642移动回来之后，测量零部件继 续检测到离子束的全部强度，那么这将表示工件已经完全通过第二扫 描路径675的长度，并且显示扫描图案已经完全形成。因此，工件然 后可以沿着第二扫描路径移动回来，以在工件上进行后续的扫描图 案，而这种后续的扫描图案是与先前的扫描图案相移一个适合的量， 以实现均匀覆盖。虽然本发明已经针对于某些优选实施例来表示及描述，但是应该 理解，熟悉本项技术的普通技术人员在阅读并且理解本说明书以及附 图后可进行等同替换以及修改。特别是针对各种由上述元件(组件、 装置、电路等等)所描述的各种功能、用来描述这种元件的用语(包 括对"装置，，的称谓)，除非另外表明，是对应于任何可以实行已描 述特定功能(例如功能上等同)的元件，即使不是结构上等同于执行 本说明的本发明范例实施例功能的所揭示的架构。另外，虽然已经针 对几个实施例的其中一个而揭示本发明的特征，然而这种特征可视需 要且对任何给定或是特定应用有利的话而与其它实施例的一个或更多 特征结合。此外，在此使用的范例用语是作为范例，但不是最佳的范 例。
权利要求
1. 一种将离子植入工件的方法，包括移动该工件经过基本上固定的离子束，以在其上产生接近该工件 形状的第一扫描图案；以及移动工件经过该离子束，以在其上产生一个或更多接近该工件形 状的后续的扫描图案，该后续的扫描图案与该第一扫描图案叠插。
2. 如权利要求l的方法，更进一步包括利用至少一个有关该工件相对于该离子束的取向的取向数据以及 有关该工件至少一个尺寸、该离子束尺寸、该扫描图案的节距的尺寸 数据以及该扫描图案的预定数量，以在该工件沿着第一扫描路径摆动 时，控制该工件沿着第一扫描路径的移动以及该工件沿着第二扫描路 径的移动，以产生该扫描图案。
3. 如权利要求2的方法，更进一步包括利用至少一个取向数据以及尺寸数据以决定数个扫描图案其中至 少一个，以在该工件上产生相应扫描图案和相应扫描图案的节距。
4. 如权利要求3的方法，其中该取向数据在该工件沿着第一扫描 路径相应摆动之前更新，并且用来决定该工件沿着第一扫描路径摆动 的相应的移动范围。
5. 如权利要求4的方法，其中在该工件沿着第一扫描路径的相应 摆动期间，该工件沿着第一扫描路径的相应移动范围对应于该工件在 相应摆动期间被扫描部分的相应大小。
6. 如权利要求5的方法，其中使该工件沿着第一扫描路径摆动的 相应移动范围超过该工件在沿着第一扫描路径相应摆动期间被扫描部 分的相应大小，该超过量足以调适由该工件在方向改变或是速度改变 时承受到的惯性效应。
7. 如权利要求6的方法，其中该相应范围超过该工件在相应摆动 期间被扫描部分相应大小在大约IO到大约100毫米之间。
8. 如权利要求3的方法，其中该工件相对于该离子束取向，使得 该工件最狭窄部分的至少一个首先经由该离子束扫描并且该离子束的 最狭窄尺寸是在第一扫描路径中，并且离子束的最宽尺寸在第二扫描 路径中。
9. 如权利要求8的方法，其中该工件基本上是圆的，并且相对于 离子束取向，使得工件的另一个最狭窄部分最后被扫描。
10. 如权利要求3的方法，更进一步包括 得到尺寸数据；以及得到取向数据。
11. 如权利要求3的方法，其中第一扫描路径对应于一个快速扫 描，而第二扫描路径对应于一个慢速扫描。
12. 如权利要求11的方法，其中第一以及第二扫描路径基本上是 彼此垂直的。
13. 如权利要求3的方法，其中该工件沿着第一扫描路径以少于大 约IO赫兹的频率摆动。
14. 如权利要求3的方法，其中该离子束是一个剖面直径大约在10 到大约100毫米之间的铅笔形束线，并且在其中沿着第二扫描路径移 动该工件对应于沿着第二扫描路径在大约l到大约IO亳米之间移动该 工件。
15. 如权利要求3的方法，其中该工件何时沿着第一扫描路径反转是基于一个测量零部件检测到足够量的离子束而决定。
16. 如权利要求15的方法，其中该离子束的全部强度对应于足够引起该工件方向反转的离子束量。
17. 如权利要求15的方法，其中当该工件沿着笫一扫描路径摆动 回来时，该测量零部件继续检测到该离子束的全部强度时，便确定已 经产生了完整的扫描图案。
18. 如权利要求17的方法，更进一步包括在确定已经完成完整的扫描图案之后，沿着第二扫描路径使该工 件移动回来，以产生一个后续的扫描图案。
19. 如权利要求18的方法，其中该扫描图案是有相移的，以便于 均匀覆盖。
20. —种将离子植入工件的方法，包括沿着第一扫描路径经过一离子束摆动该工件并且当该工件沿着第 一扫描路径摆动时，沿着第二扫描路径移动该工件，以在工件上形成 接近该工件形状的扫描图案；沿着第二扫描路径一次或更多次移动工件回来，以在工件上形成 一或更多个叠插的扫描图案，该图案接近该工件的形状，直到该工件 以离子均匀植入为止。
全文摘要
本发明是关于以一序列植入程序将离子直接植入于工件中，使得在工件上产生一个或更多扫描图案，该图案相似于工件大小、形状以及其他尺寸方面。更进一步，扫描图案为相互叠插的并且可以连续产生，直到整个工件均匀地以离子植入为止。
文档编号H01L21/687GK101124649SQ200580043499
公开日2008年2月13日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月8日
发明者A·芮, M·葛瑞夫 申请人:艾克塞利斯技术公司