專利名稱:離子束注入器掃描控制系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一種離子束注入系統(tǒng)，并更詳細(xì)地涉及使離子束接受控軌跡在靶上掃描的方法和設(shè)備。
一種用于對硅晶片摻雜的技術(shù)是操縱落在這種晶片上的離子束，使此晶片內(nèi)摻入雜質(zhì)的濃度得到控制。半導(dǎo)體晶片離子注入過程的一個重要參量是整個晶片注入量的空間均勻度。另一重要參量是離子束相對于晶片和硅晶體內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)(或砷化鎵晶格或其它結(jié)晶的基片)的入射角。入射角之所以重要是因為它在溝道現(xiàn)象中所起的作用。如果束的入射角沿晶片表面變化的話，那末摻雜物深度的斷面圖將隨該晶片表面位置的變化而變化。
在一些中低電流的離子注入機中，一般是使離子束按光柵或其它類似的圖形作x-y偏轉(zhuǎn)掃描來控制電子束掃過晶片表面。通常這是利用兩個相互垂直的靜電偏轉(zhuǎn)板或電極以產(chǎn)生束偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。一種三角波電壓加到偏轉(zhuǎn)板上，能在晶片上產(chǎn)生矩形光柵掃描圖形。在頒發(fā)給迪克斯脫拉(Dykstra)等人的第4，514，637號美國專利中披露了一種這樣的中低電流離子注入機。在此將引入迪克斯脫拉等人的專利中所披露的內(nèi)容作為參考。
靜電離子束偏轉(zhuǎn)掃描會在晶片表面不同位置處產(chǎn)生不同的束入射角。這就是在這種類型的注入機中發(fā)生深度不均勻性的主要來源(由于造成溝道作用的變化而引起的)。
在大電流的注入機中，利用機械裝置使晶片通過一靜止的束來運動，例如把晶片附著于一穿過束旋轉(zhuǎn)的圓盤上，或用其它熟知的機械掃描技術(shù)。已有趨勢設(shè)計出這些機械掃描裝置，以致當(dāng)晶片穿過離子束運動時束的入射角保持常數(shù)或幾乎不變。為此，晶片穿過一靜止的束作機械掃描已逐漸被認(rèn)為是一種用來達(dá)到深度均勻和最小掩模陰影變化的，優(yōu)于使束作x-y偏轉(zhuǎn)的方法。
然而，大電流離子束技術(shù)所采用的成批晶片操作通常導(dǎo)致晶片生產(chǎn)率的下降，并需要昂貴的操作臺。另一方面，偏轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)在體積、簡易性和造價上有其優(yōu)點，但存在著束入射角變化的問題。
為了有助于消除溝道作用的影響，晶片相對于入射束傾斜一角度。晶片的傾斜引起較靠近源的晶片區(qū)域束的速度較低(較高劑量)，離源較遠(yuǎn)的晶片區(qū)域束的速度較高(較低劑量)。
傳統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)在一個方向上使用高頻掃描、而在與之垂直的方向上用低頻掃描，來掃描整個圓形的半導(dǎo)體晶片。低和高掃描頻率之間的關(guān)系被選擇成產(chǎn)生一高度交織的李沙育圖形。在靶上所產(chǎn)生的圖形是矩形或正方形，而由于超過圓形晶片掃描的束部分造成掃描效率低。由高低頻掃描信號組合產(chǎn)生的這種正方形圖形，為了束的調(diào)準(zhǔn)和對中，必須要有兩個可視顯示。低頻掃描顯示同步于低頻束掃描信號，而高頻掃描顯示同步于高頻束掃描信號。這種類型束對準(zhǔn)的經(jīng)驗指出束有可能不能精確地在工件上對中。
本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體晶片注入的高效離子束掃描。所披露的掃描步驟可導(dǎo)致高度均勻的劑量濃度，并包含有對半導(dǎo)體晶片傾斜的補償。
一種本發(fā)明的離子注入系統(tǒng)包括一個為處理工件而提供離子的源以及一個把工件相對于該源定方位的支座。束成形裝置把離子成形為聚焦良好的離子束，該離子束以特定的能量沿一條使離子束打在工件某一區(qū)域內(nèi)的軌跡運動。在本發(fā)明的最佳實施方案中，該工件通常為一圓形半導(dǎo)體晶片，而束的初始軌跡導(dǎo)致該束打在晶片的中心位置處。
掃描系統(tǒng)把離子束彎曲到偏離初始軌跡，使之打在工件的其它區(qū)域，從而在工件的整個表面上注入離子。該掃描系統(tǒng)包括一個或更多建立電場的電極，這些電極連接到產(chǎn)生達(dá)到最佳掃描的控制電壓的控制電路。
該控制電路包括一個存儲器件，該存儲器件存儲相應(yīng)于一系列電壓的信號，這些電壓適合于用來使束以控制掃描方式彎曲。這些信號被傳送到例如數(shù)模轉(zhuǎn)換器那樣的轉(zhuǎn)換裝置，把存儲在存儲裝置內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換成隨時間變化的電壓輸出到掃描電極上。一個補償電路調(diào)節(jié)此加到掃描電極上的、隨時間變化的電壓，從而當(dāng)離子束在工件上掃描時，即時的離子劑量得到了調(diào)節(jié)。
最佳的存儲器件是可編程只讀存儲器(PROM)，它存儲了確定一個最佳掃描方式的信號。這些信號對應(yīng)于偏轉(zhuǎn)電壓，偏轉(zhuǎn)電壓通常轉(zhuǎn)而對應(yīng)于在半導(dǎo)體晶片平面內(nèi)的坐標(biāo)位置。換句話說，存儲在PROM內(nèi)的每一對信號可以轉(zhuǎn)換成一對偏轉(zhuǎn)掃描電壓，這對偏轉(zhuǎn)掃描電壓偏轉(zhuǎn)離子束，使之離開初始軌跡到達(dá)在半導(dǎo)體晶片平面內(nèi)的某一坐標(biāo)位置。
此最佳掃描系統(tǒng)使用兩對相互成直角方向定位的偏轉(zhuǎn)電極或板，第一對電極在一個方向上將束偏轉(zhuǎn)，而第二對電極將束在正交的方向上偏轉(zhuǎn)。在此系統(tǒng)中，對每一對偏轉(zhuǎn)電極使用單獨的掃描電壓發(fā)生器。一個掃描電極控制電路調(diào)整離子束的掃描，并如主控電路那樣工作，而另一掃描電極控制電路響應(yīng)于此主控電路，并從而成為它的從動電路。
存儲在存儲器內(nèi)的掃描圖形規(guī)定了掃出一些四邊形的束偏轉(zhuǎn)順序，這些四邊形的四角超出晶片表面。離子束在這些角之間掃過整個晶片表面，以受控的方式注入離子。四邊形掃描圖形隨時間而變，從而晶片的整個表面得到了處理。
為了使離子注入劑量更為均勻，在一組掃描電極上加有高頻脈動電壓。此高頻脈動電壓使矩形掃描圖形移位，以改善由于以克服由小幾何尺寸的束所造成的注入的間隔分辨率和劑量的不均勻性。
為了考慮入半導(dǎo)體晶片的傾斜并避免由晶片傾斜所造成的劑量不均勻性，用掃描控制電路去擾動掃描電壓。當(dāng)離子束掃過工件時，離子束被加速和減速，以補償晶片的傾斜。
補償晶片傾斜的擾動過程還有其它用途。此擾動可校正系統(tǒng)的和或許是不易闡明的劑量不均勻性。這導(dǎo)致半導(dǎo)體生產(chǎn)有較高的產(chǎn)量，增加的產(chǎn)量應(yīng)該不只是抵消了由更為高級的掃描電子設(shè)備所稍許增加的造價。
劑量校正是用一檢查表來完成的。兩正交掃描電極對上的即時掃描電壓被用作為進(jìn)入檢查表的索引。這些掃描電壓的組合指向一個單值，此值加到掃描電壓上或從它那里減去。加到掃描電極上的正常掃描電壓受到輕微的擾動，并導(dǎo)致離子劑量小而得到控制的變化。
本發(fā)明的方法和裝置具有其它優(yōu)點。兩對電極上的掃描頻率是大致相同的。因此，兩個掃描放大器是相同的，這導(dǎo)致部件可以通用，維修方便?？梢杂脝蝹€視頻監(jiān)視器來使離子束成形和對中。此外，因為掃描圖形是八角形的，對于圓形工件來說，掃描效率提高了。
從上面所述可以認(rèn)識到，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于離子注入系統(tǒng)的、改進(jìn)的、更為均勻的離子束掃描技術(shù)。從結(jié)合附圖描述的，本發(fā)明一個最佳實施方案的描述中，將對本發(fā)明上述這個和其它的目的、優(yōu)點和特點有更好的了解。
圖1是利用掃描電極使離子束射向工件的離子注入系統(tǒng)的總圖。
圖2示出了由于離子束掃描過頭造成掃描效率低的現(xiàn)有技術(shù)的離子束掃描技術(shù)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種離子束掃描工序，該工序由于較少過頭的掃描，所以離子束的利用更為有效。
圖4是一示意圖，圖中比較了圖2的現(xiàn)有技術(shù)掃描和圖3的根據(jù)本發(fā)明的掃描所造成的過頭的掃描的程度。
圖5是用于激勵離子注入系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)電極的掃描電路示意圖。
圖6是加到水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極以產(chǎn)生圖3的掃描圖形的電壓波形圖。
圖7是另一種供離子注入系統(tǒng)用的改進(jìn)的離子束掃描圖形。
圖8示出了適用于激勵偏轉(zhuǎn)電極以產(chǎn)生圖7掃描圖形的電壓波形。
圖9-11概略示出了供本發(fā)明用的掃描控制和劑量校正電路。
圖12是一顯示屏的正視圖，該顯示屏幫助系統(tǒng)操作員相對于一半導(dǎo)體晶片去調(diào)準(zhǔn)和對中離子束。
圖13示出了用于修改劑量掃描劑量的劑量校正表的構(gòu)造。
圖14和15是整個圓形靶晶片表面的劑量均勻性圖。
圖16-19示出了圖9-11中畫出的垂直和水平掃描電子線路的更為詳盡的原理圖。
現(xiàn)借助于附圖，圖1中示出了一個離子注入系統(tǒng)10，它有著離子源12，離子源12把離子束14射向離子質(zhì)量分析磁鐵16，磁鐵16把束彎曲成直角并使束沿著細(xì)長的通路通過束閘20和加速電極22。束離開加速電極22的出口處后通過把束聚焦的四極透鏡系統(tǒng)24。然后束14穿過兩對偏轉(zhuǎn)電極26、28。加在這些電極26、28上的控制電壓建立起偏轉(zhuǎn)離子束14的電場。偏轉(zhuǎn)了的離子束射向離子注入臺30，在那里，通常為圓形的硅晶片110被置于束的通路內(nèi)。借助于調(diào)制加在掃描電極26、28上的掃描電壓，束14在晶片上掃描。
離子注入臺30位于真空室32內(nèi)。裝在室32內(nèi)的兩臂34，36自動地把晶片裝在晶片支座38上或從它那里卸下。用攜帶單塊晶片到臂44附近的傳送裝置42從晶片盒40中取出未摻雜的晶片，臂44把未摻雜的晶片移到定向器46。該定向器把未摻雜的晶片轉(zhuǎn)動到一特定的結(jié)晶排列方向。臂44取回適當(dāng)取向了的晶片并把它移入在真空室32旁邊的載片臺48。關(guān)閉載片臺48并把它抽空，再把它打開與室32連通。臂34抓住晶片并把它帶入室32，然后把它放在支座38的裝/卸位置處。支座有一機構(gòu)，能先夾住晶片，再把它轉(zhuǎn)動到垂直方向，使晶片表面向著離子束14。
在室32的卸片側(cè)，第二臂36從支座38抓起摻雜了的晶片并把它從室32移開。臂62把晶片移到傳送器64上，傳送器64自動把晶片放入第二晶片盒66中。
把適當(dāng)?shù)募铍妷杭拥狡D(zhuǎn)電極26、28，導(dǎo)致束偏離初始軌跡，掃過在離子注入臺30上垂直取向的晶片。在一種現(xiàn)有技術(shù)的離子注入系統(tǒng)中，激勵電壓同時加在電極26、28上，以產(chǎn)生畫于圖2中的掃描圖形100。離子束以鋸齒形掃過圖靶晶片。
為了完成圖2的鋸齒圖形100，有必要給水平偏轉(zhuǎn)電極26加上一慢時間變化信號，而給垂直偏轉(zhuǎn)電極28加上一較高頻率的鋸齒波信號。這導(dǎo)致離子束以一較低的頻率從一側(cè)掃到另一側(cè)，而以一較高的頻率從上掃到下，結(jié)果產(chǎn)生圖2的掃描圖形100。
為了掃出均勻的圖形和產(chǎn)生比較均勻的摻雜，在一種現(xiàn)有技術(shù)束處理方案中，在每一次重復(fù)掃描中把水平掃描偏移。當(dāng)完成多次重復(fù)掃描后，工作表面注入的離子變得均勻，且填充了圖2的離子束圖形100之間的間隙。
現(xiàn)借助于圖3，示出了一個新穎和改進(jìn)的掃描圖形120。如在后文將變得顯而易見那樣，利用頻率大致相同的垂直和水平電極激勵波形(圖6和8)去控制離子束14的偏轉(zhuǎn)來完成這一掃描圖形。圖3中的掃描圖形120用參考標(biāo)志A-Z繪出。這些標(biāo)志的每一個是指離子束掃描圖形的一個區(qū)域，在該區(qū)域離子束14通常在直角處改變方向。每一這些區(qū)域位于圓形晶片110之外，所以，在離子注入期間，離子束掃出一直線路徑或線段掃過晶片。
參閱圖4可看出本發(fā)明的一個優(yōu)點，圖中比較了現(xiàn)有技術(shù)(圖2)的過頭掃描部分和圖3的掃描圖形120的過頭掃描部分。在現(xiàn)有技術(shù)中，掃描圖形100掃出的是一個包括圖4中以面積A、面積B、面積C和面積D來標(biāo)志的面積的四邊形，當(dāng)離子束14掃過這些區(qū)域時，沒有離子注入晶片110。本發(fā)明的新的掃描圖形120(圖3)通常掃出一個八邊形，但不掃過以面積A-D標(biāo)出的區(qū)域。
在圖7中畫出了一個比圖2的掃描圖形更為高效的第二種掃描圖形125。在圖7的掃描圖形中，離子束在A點開始掃描，以對角線掃描方式掃描晶片110，在V點掃描終止。在V點位置，通過到點W的小的束偏轉(zhuǎn)，開始下一個相繼的對工件的掃描，跟隨著點W的是由點X、Y等規(guī)定的線段。像從圖7中看出的那樣，離子束對工件的過頭掃描比圖2的現(xiàn)有技術(shù)掃描的要少得多。圖3中實行的高效掃描將稱之為八邊形掃描方式，而圖7的將稱之為準(zhǔn)圓形掃描方式。
現(xiàn)轉(zhuǎn)主圖5，圖中示出了一種把激勵電壓加到水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極26、28上去的束掃描系統(tǒng)130。系統(tǒng)130包括許多連接到系統(tǒng)總線138的許多模塊電路132-137。系統(tǒng)時鐘電路137產(chǎn)生定時信號，去協(xié)調(diào)掃描系統(tǒng)130其它電路的工作?？刂齐娐?34包括一微處理器和存儲在內(nèi)存里的操作系統(tǒng)。連接到面板接口電路132的計算機140，在一連接到面板電路132的常用計算機終端(未示出)上顯示附加的離子注入系統(tǒng)的信息。在束處理晶片之前，用一個特殊的陰極射線觀察監(jiān)視器142來把離子束聚焦和對中。系統(tǒng)操作員通過觀察監(jiān)視器142就能估計出離子束聚焦和對中的情況。束聚焦和對中控制144-147(圖12)被設(shè)置在監(jiān)視器142的旁邊，允許使用者調(diào)節(jié)連接到使束14成形的四極透鏡系統(tǒng)24上的電壓，并調(diào)節(jié)在晶片110上束掃描圖形的位置和尺寸。
水平和垂直掃描發(fā)生器電路135、136產(chǎn)生出畫于圖6和8中的電壓波形，圖6畫出了跨接在水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極26、28兩端以產(chǎn)生圖3的掃描圖形120的、隨時間變化電壓的差別。圖8畫出了跨接在水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極26、28兩端以產(chǎn)生圖7所示掃描圖形125的、隨時間變化的電壓。示于圖6和8中兩個電壓波形的參考標(biāo)志A-U相應(yīng)于在圖3和7中畫出的晶片110平面內(nèi)束掃描位置A-U。
參考圖6可以看出，圖3的掃描波形120是通過在水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極26、28的兩端加以頻率大致相同的兩個鋸齒波偏轉(zhuǎn)電壓來完成的。明確地說，通過把第一個偏轉(zhuǎn)電壓加于水平偏轉(zhuǎn)板26以及把第二個較大的偏轉(zhuǎn)電壓加于垂直偏轉(zhuǎn)板28，離子束被偏轉(zhuǎn)到點A(圖3)。為了使離子束14離開點A掃描，X和Y偏轉(zhuǎn)電壓均需減小。離子束14以對角線方向掃過晶片，并在圖3中X軸上部的一點處與Y軸相交。該離子束繼續(xù)以對角線方向掃描，離開圖3中的點A，直到離子束14完全掃過晶片110并到達(dá)圖3中以B來標(biāo)志的點為止。在這點，掃描圖形120已達(dá)到一最大負(fù)水平偏轉(zhuǎn)。在B點，當(dāng)加于垂直偏轉(zhuǎn)電極28上的電壓繼續(xù)斜線下降時，水平偏轉(zhuǎn)電壓反向(圖6)離子掃描圖形120出現(xiàn)直角轉(zhuǎn)彎。離子束14改變離開晶片表面的方向(點B)，并十分接近晶片邊緣掃至圖3中以C標(biāo)志的區(qū)域。在此位置水平掃描電壓繼續(xù)增長，掃描繼續(xù)在對角線方向進(jìn)行下去，直至到達(dá)圖形120中的U點為止。
掃描圖形120的起始部分，即由點A-D聯(lián)接的掃描線段，代表晶片110整個離子束掃描的一小部分，每一這種部分的四段線限定出一個四邊形，每一四邊形至少有兩條平行的邊以相反方向掃過晶片110。
雖然在圖3畫出的掃描圖形120中離子束以一根無寬度的線來表示，但掃描束14真實寬度可以在1-5厘米變化，并受四極透鏡、束流和束能量的影響。在與圖3中畫出的軌跡線段相一致的束中心處，束強度最大。在點Z(圖3)以上的繼續(xù)掃描填補了掃描有效區(qū)域中的間隙。根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施方案，一特定的晶片掃描從點A開始超過4000掃描線段。這4000段線化費大致65毫秒去完成，構(gòu)成稱之為細(xì)框架的圖形。一個完全的離子注入序列化費10-15秒，所以需要幾百次重復(fù)這些細(xì)框架。
在圖7的準(zhǔn)圓形掃描圖形125中，選用不同的掃描方法。圖8中畫出了用以產(chǎn)生這種掃描圖形125的水平和垂直掃描電壓。每一波形由耦合到兩對水平和垂直偏轉(zhuǎn)電極26、28的鋸齒波的一些端點來限定。圖8中的標(biāo)志A-Y和圖7中以A-Y標(biāo)出的掃描圖形區(qū)域相對應(yīng)。
圖9示出了產(chǎn)生圖6和8的波形的水平和垂直掃描信號發(fā)生器電路135、136的組成部分。電可編程只讀存儲器單元210、212存儲16比特的信號，這些信號標(biāo)志限定圖3和7的掃描圖形的端點A、B、C、D等的位置。圖9中其余的電路把這些端點轉(zhuǎn)換成斜線電壓，此斜線電壓耦合到在圖9電路和掃描電極26、28之間的放大器接口214(圖10)。
接口214從圖9的掃描電路接收一模擬信號，并把該信號通過變壓器218耦合到高壓電源216。一個出現(xiàn)在輸入端214a到接口214的鋸齒波耦合到一對掃描板的兩端，并把它從來自電源216的直流對中電壓中減去或與之相加。雖然圖10中只示出了一個接口214，但是明顯地，水平電極26需要一個接口，而垂直電極28需第二個接口。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖9，在控制電路134的控制下，存儲在存儲器210、212中的指示波形(例如圖6)端點的信號被裝入32字、字長16位的先進(jìn)先出(FIFO)緩沖存儲器220、222。緩沖放大器220存儲用于垂直偏轉(zhuǎn)電壓的絕對端點，而第二緩沖存儲器222存儲用于水平偏轉(zhuǎn)電壓的端點。端點數(shù)據(jù)的裝入是以較高速率進(jìn)行的，直至存儲器220和222的每一個被裝滿為止。當(dāng)存儲器220、222被裝滿后，每一存儲器中首先進(jìn)入的數(shù)據(jù)被裝入相應(yīng)的12位的數(shù)字計數(shù)器230、232中。計數(shù)器230產(chǎn)生相應(yīng)于垂直掃描電壓的數(shù)字值，而第二個計數(shù)器232產(chǎn)生相應(yīng)于水平掃描電壓的數(shù)字值。兩個計數(shù)器被同時啟動，并取決于在先進(jìn)先出存儲器220、222輸出端提供的字的升/降位的狀態(tài)、兩計數(shù)器開始開或降計數(shù)。
參考圖6可以看出，在圖3中標(biāo)以A的起始矢量偏移需要兩個計數(shù)器以恒定的速率開始遞減計數(shù)，以產(chǎn)生圖3的掃描圖形中從點A至B延伸的對角線掃描線段。為了實現(xiàn)這種計數(shù)，用來自時鐘電路137的普通時鐘信號以同一速率去同步兩計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。
從兩計數(shù)器230、232來的12位的輸出耦合到兩個加法電路240、242。來自兩計數(shù)器230、232的輸出通過這些電路加上或減去一個校正因子，這些電路將在下面作更詳細(xì)的描述。來自計數(shù)器經(jīng)修正后的輸出傳送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器250、252。這些數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出跟隨著它們相應(yīng)的計數(shù)器230、232的輸出，并通過頻寬限制掃描放大器進(jìn)行濾波或平滑。
比例電路260、262衰減來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器250、252的輸出，以提供垂直和水平掃描信號。來自比例電路260、262的輸出耦合到掃描電極接口214，接口214轉(zhuǎn)而耦合一高壓鋸齒波給偏轉(zhuǎn)電極26、28。如前所述，編程電極26、28中的每一個都有它自己的掃描接口電路214，而圖10只是解說性的畫出了這樣一些電路中的一個。
垂直掃描電路136作為從動的水平掃描放大電路135的主電路而工作。從圖9中可看出，來自垂直計數(shù)器230的輸出耦合到數(shù)字比較器電路270，來自先進(jìn)先出存儲器220的輸出也耦合到此比較器270。每次把圖3的掃描端點的矢量位置從存儲器220裝入計數(shù)器230后，在存儲器輸出端出現(xiàn)下一個相繼的矢量。這個數(shù)字信號作為一個輸入信號耦合到比較器270，以致當(dāng)來自計數(shù)器230的輸出到達(dá)此下一端點矢量時，因為垂直計數(shù)器處于此下一端點，所以來自比較器270的一個輸出信號270a只把下一端點記錄入水平計數(shù)器232。
因為兩個計數(shù)器的時鐘速率是相同的，對于圖3掃描的每一掃描線段，發(fā)生對角線方向的掃描。當(dāng)垂直計數(shù)器230到達(dá)一個矢量端點時，水平計數(shù)器232也到達(dá)該端點。
到達(dá)一矢量端點表示至少兩計數(shù)器之一應(yīng)該開始反向計數(shù)。這是由從存儲器單元220、222來的16位輸出的升/降位來控制的。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端260a、262a繼續(xù)產(chǎn)生掃描信號，直至存儲在先進(jìn)先出存儲器220、222中的大部分、但非所有的字用完為止。控制電路134產(chǎn)生一個信號，此信號導(dǎo)致數(shù)據(jù)從兩個只讀存儲器210、212高速轉(zhuǎn)移到先進(jìn)先出存儲器220、222。
通過加法電路240、242，來自兩計數(shù)器230、232的輸出得到了修正。這種修正給出了劑量控制，這種劑量控制可用于，例如，去校正由引入晶片傾斜所造成的劑量不均勻性以避免溝道效應(yīng)。晶片靶按照一道工序?qū)λ捷S(X)傾斜大致7°。這一傾斜導(dǎo)致離子束到達(dá)晶片的上半部比到達(dá)下半部要行經(jīng)稍稍長一些的距離。對于較靠近源的晶片區(qū)域，離子束的速度較低，并產(chǎn)生較高的離子劑量。對于離源較遠(yuǎn)的晶片，離子束速度較高，導(dǎo)致較低的離子劑量。為了補償這種束的傾斜或任何其它離子束劑量的不規(guī)則性，給兩計數(shù)器230、232的輸出加上(或減去)一個校正量。該校正量取決于在圖3的掃描中掃描束所占位置，并可利用兩個數(shù)字的檢查表280、282計算出來，一個檢查表用于垂直計數(shù)器，另一個用于水平計數(shù)器。
圖13示出了劑量補償檢查表之一的構(gòu)造。對于每一檢查表總數(shù)為4096個劑量校正區(qū)，該檢查表被分成64×64個矩陣區(qū)。兩種晶片(6英寸和4英寸)的輪廓線迭加在此矩陣上，以表明在每一矩陣位置處的劑量校正因子和在晶片110上離子束的位置有關(guān)。兩計數(shù)器230、232的即時的輸出被用作為檢查表的索引，以決定劑量校正因子是從計數(shù)器230、232中減去，還是和它相加。如圖9所示，為了從計數(shù)器230的輸出中減去校正因子或加上校正因子，要訪問垂直檢查表280，而檢查表282修改計數(shù)器232的輸出。
插入計數(shù)器的輸出和檢查表280、282之間的是兩個比例電路290、292。從系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線138d把尺度因子裝入這些電路290、292。比例因子的用途是使不同尺寸的晶片使用單一的檢查表。6英寸的晶片與圖13的數(shù)據(jù)格式成比例和示意地在圖中畫出。對于4英寸晶片的離子注入，偏轉(zhuǎn)電壓被衰減，把掃描圖形按比例縮小。
然而，4英寸晶片用的是同樣的校正因子檢查表280、282，但是因為掃描被衰減到覆蓋一較小的晶片，從兩計數(shù)器230、232的輸出必須也要用一與束能量及最大束偏轉(zhuǎn)有關(guān)的因子束按比例縮小，去確定進(jìn)入兩檢查表280、282的一個索引。
當(dāng)離子加速能量變化時，如果掃描電壓保持不變，則束偏轉(zhuǎn)量反比于加速能量。這種束偏轉(zhuǎn)與束能量的相關(guān)性可以用調(diào)節(jié)出現(xiàn)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線138d上的比例因子來予以考慮。計數(shù)器230、232產(chǎn)生12位的信號，信號的所有12位耦合到加法器240、242。計數(shù)器輸出的高8位形成至比例電路290、292的輸入。當(dāng)這一計數(shù)器輸出乘以來自數(shù)據(jù)總線138d的8位比例因子后，產(chǎn)生出一個16位的結(jié)果。此乘積的6個最有效位作為索引，輸入到水平和垂直劑量校正檢查表280、282。來自兩比例電路的6位輸出在檢查表280、282內(nèi)進(jìn)行檢索，并唯一地指定每一檢查表中64×64劑量校正元素的一個。一個8位的校正因子從檢查表280、282輸出，并通過數(shù)字加法器240、242和計數(shù)器的輸出相加。正是這補償或校正后的值、而不是計數(shù)器的輸出，被數(shù)模轉(zhuǎn)換器250、252轉(zhuǎn)換成模擬輸出。
在加上補償因子后，圖6和8的波形被變動或擾動成當(dāng)離子束掃描晶片時它被加速或減速。這控制了束的劑量并補償了晶片的傾斜。在一劑量校正表中，校正因子隨束離開水平軸(即晶片環(huán)繞著它傾斜的軸)的偏轉(zhuǎn)量的變化作平方的變化。
檢查表280、282為電可編程存儲單元，它們的內(nèi)容取決于所需特定的校正因子可以被編程和改動，特別是對不同的晶片偏轉(zhuǎn)量可以得到調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的一個實施方案中，晶片110圍繞著水平軸傾斜，和不需水平校正，水平檢查表282內(nèi)充以零。在此實施方案中，垂直校正表280在它的4096個存儲位置中充以常數(shù)，這些常數(shù)用來增大或減小來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器250的掃描波形電壓輸出，去補償由離子束打在傾斜晶片上造成的劑量不均勻性。在校正表282充有零處，加法器242不改變來自水平計數(shù)器232的輸出，而只是由于由數(shù)模轉(zhuǎn)換器262所加的比例因子，使來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器252的輸出發(fā)生變動。
圖14和15示出了以7°傾斜、22.5°旋轉(zhuǎn)用和沒有用校正因子注入后5英寸晶片的均勻度。晶片的上半部傾斜離開掃描板26、28。圖14和15是注入后晶片薄片電阻率圖。負(fù)號表示相應(yīng)于稍高劑量的、比平均值較低的電阻率。正號表示由較低劑量引起的較高薄層層電阻率。
圖14的、利用存儲在垂直檢查表280中的校正因子的已注入的晶片表明在劑量均勻性方面有著重大的改進(jìn)。在圖15中，等電阻率線間距很近，這表明在整個晶片表面上有相對高的電阻率梯度。高和低電阻率區(qū)的走向平行于晶片的一條中心線。在圖14中，等電阻率線間隔較遠(yuǎn)，且數(shù)目較少，這表明整個晶片表面的電阻率梯度較低。
由電路260、262所施加的比例因子不同于由兩電路290、292所施加的比例因子。電路290、292基于束能量和偏轉(zhuǎn)量來計算束位置。電路260、262控制束的過頭掃描量，以決定圖3和7中圖形的尺寸。因為電路290、292、260、262在總路線138d上有獨特的地址，基于這些地址可以提供不同的比例因子并鎖存于這些電路內(nèi)。這些比例電路290、292、260、262的使用使系統(tǒng)10對于不同的晶片尺寸會自動調(diào)節(jié)，而使用者不必送入晶片尺寸這一變量。系統(tǒng)操作員不用調(diào)節(jié)監(jiān)視器142去實現(xiàn)適當(dāng)對中、正確過頭掃描的束的顯示特征。在這方面，在與本申請同時遞交的且在此處作為參考的、密倫(Myron)(attorney docket 10-566)的、題為“離子束注入顯示方法和裝置(Ion Beam Inplantation Display Method and Apparatus)”的共同待批專利申請中，披露了一種束對中和過頭掃描控制系統(tǒng)。
圖16-19給出了圖9的垂直掃描信號發(fā)生器電路的詳細(xì)原理圖。此外還畫出了控制電路134的一些部分?？刂齐娐?34包括微處理器300(圖16)，微處理器300執(zhí)行存儲在非揮發(fā)性只讀存儲器305內(nèi)的操作系統(tǒng)計算機程序。該系統(tǒng)接通電源后，復(fù)位電路306產(chǎn)生一復(fù)位(信號)，送給微處理器300，導(dǎo)致執(zhí)行存儲在存儲器305中的程序。在執(zhí)行操作系統(tǒng)期間，微處理器300利用動態(tài)隨機存儲器307去存儲在計算中所用的值。
微處理器300是一以2兆赫時鐘頻率工作的8位微處理器，并有著形成8位數(shù)據(jù)總線138d和16位地址總線138a的輸入和輸出連接。這兩個總線系統(tǒng)在圖16中以DB0-DB7(數(shù)據(jù))和AD0-AD13(地址)來標(biāo)志。多路接口電路312-316耦合到微處理器、地址和數(shù)據(jù)總線。三個總路312-314包括把在總線318a、318d上的功率輸出提高的線路激勵器。接口電路315是外設(shè)接口適配器，用以驅(qū)動一個故障診斷發(fā)光二極管陣列320，去顯示系統(tǒng)狀態(tài)。電路316是一個地址譯碼器，用作允許讀寫存儲電路305、307。
示于圖17A中的可偏程只讀存儲器210耦合到地址總線。圖中畫出了垂直的可編程只讀存儲器210，明顯地，為了產(chǎn)生水平掃描電壓，在電路135中包括有一類似的可編程只讀存儲器212。從可編程只讀存儲器210的8位輸出耦合到先進(jìn)先出緩沖存儲器220a、220b。因為在電源接通后，到存儲器210的總片選擇輸入總是起作用的，所以輸出的內(nèi)容取決于線A0-A12上規(guī)定的地址。為了把數(shù)據(jù)從可編程只讀存儲器210裝入緩沖存儲器，地址譯碼器322譯出地址總線上的地址，并指示從8位可編程只讀存儲器輸出的數(shù)據(jù)裝入存儲器220a、220b中的某一個。如上所述，可編程只讀存儲器210存儲約4000個矢量標(biāo)志。利用把數(shù)據(jù)交替轉(zhuǎn)移入存儲器220a和220b的方法，16位先進(jìn)先出的端點被存入存儲器220。借助于改變這些可編程只讀存儲器，可以調(diào)節(jié)掃描圖形。因此，要從圖3的掃描改變成圖7的掃描，需要用不同的可編程只讀存儲器。另一方面，這些可編程只讀存儲器是電可擦的，允許在微處理機控制下改變它們的內(nèi)容。
32字、16位字長的先進(jìn)先出存儲器電路220a、220b提供的輸出數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)是12位矢量Q0-Q11(圖17A)和4個附加位“結(jié)束(END)”、“開始(START)”、“仃止(STOP)”和“升/降(U/D)”。“開始”和“仃止”位用來將來監(jiān)視器142與束掃描電壓同步，而“升/降”位指示計數(shù)器230以開計數(shù)還是以降計數(shù)工作?！敖Y(jié)束”位作同步用，表明4000個矢量信號中每一細(xì)框架的結(jié)束。
三個電路230a、230b、230c構(gòu)成垂直電壓計數(shù)器230，并裝入來自先進(jìn)先出存儲器電路220a、220b的矢量數(shù)據(jù)，存儲器電路220a、220b通過控制輸入FIFOV而發(fā)出數(shù)據(jù)。計數(shù)器電路借助于一個CLKV信號按均勻的速率被鐘控，并提供12位的輸出CNO-CN11。如同從圖17B中所看到的那樣，計數(shù)器輸出信號CNO-CN11作為輸入信號提供給兩個數(shù)字比較器電路270a、270b。這兩個比較電路270a、270b也耦合到先進(jìn)先出12位矢量Q0-Q11，所以當(dāng)計數(shù)器230向下一個掃描束矢量端點計數(shù)時，比較器270比較計數(shù)器值和下一個先進(jìn)先出矢量值。當(dāng)這兩個值相同時，以P＝QV標(biāo)志的控制輸出改變狀態(tài)。這一輸出信號傳送到定時或時鐘電路137，時鐘電路137產(chǎn)生一個FIFOV信號，去記錄來自先進(jìn)先出存儲器220的下一個矢量數(shù)據(jù)值。這個FIFOV信號使圖17A的垂直掃描先進(jìn)先出存儲器220以及水平的先進(jìn)先出存儲器222都進(jìn)行工作。在先進(jìn)先出存儲器中的每一矢量啟動用來給監(jiān)視器142定坐標(biāo)位置的STARTV或STOPV位。在圖6中可看出，在波形中每第四個矢量發(fā)出電壓增加開始的信號。一個在顯示電路中的計數(shù)器監(jiān)視這一信號，在接收到七個STARTV信號后知道存儲在先進(jìn)先出存儲器中32個字的28個已被利用，而先進(jìn)先出存儲器必須從電可編程只讀存儲器(EPROM)210那里以讀下面28矢量來再次裝入。
計數(shù)器輸出的8個高位CN4-CN11連接到改變比例或乘法電路290(圖17B)。來自數(shù)據(jù)總線連線DB0-DB7的比例因子鎖存入比例電路290中。一個6位的比例因子輸出MUL0-MUL5代表到劑量校正檢查表280的一個索引。此6位輸出代表計數(shù)高8位乘以8位比例因子所得16位乘積中的高6位數(shù)。此6位數(shù)代表即時的垂直束掃描，如計數(shù)器230的輸出所表明的。
形成檢查表280、282的存儲電路280a、280b、282a、282b示于圖19。6位輸入MUL0-MUL5(垂直)和MUL0-MUL5(水平)在這些電路內(nèi)檢索，以確定兩個8位校正因子輸出CF0V-CF7V(垂直校正因子)和CF0H-CF7H(水平校正因子)。這些電路是具有寫允許(WE)和芯片允許(CE)控制的電可擦可編程只讀存儲器。當(dāng)校正劑量被編入檢查表280、282時，鎖存電路330、332、334、336、338從地址和數(shù)據(jù)總線訪問數(shù)據(jù)。校正因子在數(shù)據(jù)總線上提供，而地址總線指明在檢查表中欲存放數(shù)據(jù)之處。地址譯碼器電路330、332、334通過送到圖19的OE、WR、和RD輸入信號，去控制來自數(shù)據(jù)總線DB0-DB7的數(shù)據(jù)寫入檢查表。
用來自檢查表280的劑量校正因子去修改計數(shù)器輸出的數(shù)字加法器240可以從圖18A中看到，它包括三個電路240a、240b、240c。加法器240把計數(shù)器輸出CN0-CN11與校正因子信號CF0V-CF7V相加，以產(chǎn)生數(shù)字掃描輸出S0-S11。校正因子以符號和幅度的形式存儲在檢查表內(nèi)，第8位CF7V指示校正因子是正還是負(fù)，并用作對加法電路240a、240b、240c的控制(加或減)。所以，對計數(shù)最大的修正為127(27-1)，而當(dāng)它與范圍直達(dá)4095(212-1)的計數(shù)器輸出組合時，產(chǎn)生最大為3%的束掃描變化。
圖18B的電路把數(shù)字掃描信號S0-S11轉(zhuǎn)變成供激勵垂直掃描電極用的低電壓模擬輸出。此低電壓信號通過圖10的接口214轉(zhuǎn)換成一高壓、隨時間變化的信號。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器250產(chǎn)生一模擬輸出，此模擬輸出給放大器253所緩沖，并提供給比例電路260。此比例電路根據(jù)由微處理器300向數(shù)據(jù)總線提供的10位比例因子去衰減輸出。用芯片選擇控制信號CS0、CS1把衰減因子鎖存入緩沖器340、341。耦合到數(shù)據(jù)總線DB0-DB7的其它緩沖器342、344允許電壓掃描輸出S0-S11出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，用作掃描發(fā)生器的故障診斷。
如前面所指出的，存儲器210存儲規(guī)定大致4000個構(gòu)成細(xì)框架的掃描位置的矢量。為了完成離子注入，要相繼形成幾百個細(xì)框架。當(dāng)檢測到“結(jié)束”位時，細(xì)框架被完成，而掃描信號發(fā)生器返回到矢量系列的開始。當(dāng)這些幾百個細(xì)框架正在完成時，高頻脈動電壓350(圖10)加到垂直偏轉(zhuǎn)電壓電源216上。此高頻脈動電壓把細(xì)框架上下移動，把晶片表面的掃描圖形變得模糊，以使得離子劑量更為均勻。每一高頻脈動的時間周期T1比細(xì)框架的周期要長。高頻階梯電壓V1把圖形階躍一個等于細(xì)框架之間隔開距離的幾分之一的距離。
要明白，本發(fā)明的這個實施方案的描述只是打算對本發(fā)明作解說，而不是全部發(fā)明。在有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的普通專業(yè)人員將能對所描述的本發(fā)明的實施方案作出某些增、減和修改，如同在下面的權(quán)利要求
書中所描述的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用以可控地處理工件(110)的離子束注入設(shè)備(10)，它包括a)源裝置(12)，它提供處理所述工件的離子；b)支座裝置(38)，它將所述工件在相對于所述源裝置的一個位置處取向；c)束成形裝置(16)，它把所述離子成形為一離子束，所述離子束在導(dǎo)致它打在所述工件某一區(qū)域的第一條軌跡上運動；d)掃描裝置(26、28、214)，它將所述離子束偏離所述第一條軌跡，使之打在所述工件的其它區(qū)域，所述掃描裝置包括一個或更多個建立場的電極；其特征在于e)控制裝置(130)，它有著耦合到所述一個或更多個場建立電極，以將控制電壓加到所述電極上去的輸出，所述控制裝置包括i)存儲裝置(210、212)，它存儲相應(yīng)于一種電壓波形的偏轉(zhuǎn)信號，所述電壓波形適用于激勵所述一個或更多個建立場的電極，將所述束彎曲，使它以一受控掃描的圖形在所述工件的所述其它區(qū)域上運動。ii)轉(zhuǎn)換裝置(220、222、230、232、240、242、250、252)，它把存儲在所述存儲裝置內(nèi)的值轉(zhuǎn)換成耦合到所述掃描裝置的、隨時間變化的電壓；iii)補償裝置(240、242、280、282)，當(dāng)所述束掃過所述工件時，所述補償裝置調(diào)節(jié)加于所述掃描裝置上的所述隨時間變化的電壓，以影響即時的離子劑量。
2.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中，所述存儲裝置(210、212)包括一個存儲相應(yīng)于掃描圖形中端點(A、B、C、D等)值的存儲器，在所述端點處離子束改變掃描方向，所述端點能加以調(diào)節(jié)以產(chǎn)生不同的掃描圖形。
3.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中，所述掃描裝置包括在第一方向上偏轉(zhuǎn)所述離子束(14)的第一電極裝置(26)以及在與所述第一方向正交的第二方向上偏轉(zhuǎn)所述離子束的第二電極裝置(28)，還有其中，存儲裝置(210、212)存儲多組信號對，所述信號對代表在轉(zhuǎn)換裝置(250、252)的控制下，按時控順序加到所述第一和第二電極裝置的電壓。
4.權(quán)利要求
3的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)換裝置包括第一計數(shù)器裝置(230)，它用以遞增或遞減一個第一計數(shù)器值;第二計數(shù)器裝置(232)，它用以遞增或遞減一個第二計數(shù)器值;定時裝置(220、222)，它以存儲于所述存儲裝置中的信號對去給所述第一和第二計數(shù)器設(shè)置初始值，并使所述計數(shù)器向所述信號對的下一個相繼的對遞增或遞減計數(shù);比較器裝置(270)，它將所述計數(shù)器中一個的計數(shù)與下一個相繼的端點進(jìn)行比較，并啟動所述第一計數(shù)器和第二計數(shù)器裝置兩者的下一個計數(shù)序列;模擬輸出裝置(250、252)，當(dāng)所述定時裝置使所述第一和第二計數(shù)器遞增或遞減計數(shù)時，所述模擬輸出裝置把所述計數(shù)器的計數(shù)轉(zhuǎn)換成耦合到所述第一和第二電極裝置上去的掃描電壓。
5.權(quán)利要求
4的設(shè)備，其中，所述補償裝置包括介于所述第一和第二計數(shù)器裝置(230、232)和所述模擬輸出裝置(250、252)之間、在轉(zhuǎn)換成所述掃描電壓前去修改所述計數(shù)的第一和第二數(shù)字加法電路(240、242)。
6.權(quán)利要求
5的設(shè)備，其中，所述補償裝置還包括有著存儲在存儲單元位置值的第一和第二補償存儲器裝置(290、292)，每一所述補償存儲器裝置包括一個與工件上束的即時位置有關(guān)的輸入以及一個耦合到數(shù)字加法電路去和所述第一或第二計數(shù)器的計數(shù)相加或從它那里減去的輸出。
7.權(quán)利要求
1的設(shè)備，其中，所述補償裝置包括裝置(280、282)，所述裝置(280、282)按所述束在所述工件上的位置的變化來改變所述掃描裝置使所述束掃過所述工件的速度。
8.權(quán)利要求
7的設(shè)備，其中，所述支座裝置(38)使所述工件定向，導(dǎo)致所述離子束以一非垂直的角度打在所述工件上。
9.權(quán)利要求
6的設(shè)備，其中，所述補償存儲器裝置(290、292)的內(nèi)容是可調(diào)節(jié)的，使得在所述工件的整個表面上產(chǎn)生得到控制的注入量的變化。
10.一種用于一般圓形工件(110)的均勻離子束處理方法，它包括下列步驟將離子束(14)沿初始軌跡射向所述圓形工件的中心位置;借助于把第一和第二隨時間變化的電壓同時耦合到兩對掃描電極(26、28)，去在互相垂直的方向偏轉(zhuǎn)所述束，來使所述離子束偏離所述初始軌跡，掃過所述工件的整個表面;所述方法的特征在于所述第一和第二隨時間變化的電壓含有增大著和減小著的、由最大和最小瞬時值所隔開的波形;以及協(xié)調(diào)所述兩電壓瞬時值的情況，使所述束掃出一系列交疊在所述工件上的四邊形掃描圖形。
11.權(quán)利要求
10的方法，其中，所述第一和第二隨時間變化的電壓是頻率稍有不同的、以比較均勻的速率增大和減小的兩個鋸齒波形電壓。
12.權(quán)利要求
10的方法，其中，所述調(diào)整步驟包括變動所述瞬時值的幅度、同時保持波形基本不變的子步，來調(diào)制四邊形掃描圖形的形狀，并導(dǎo)致所述離子束以每單位面積比較均勻的劑量去處理所述工件。
13.權(quán)利要求
10的方法，其中，所述四邊形圖形的角的相對位置存儲在一數(shù)字存儲器(210、212)內(nèi)，并被轉(zhuǎn)換成所述第一和第二隨時間變化的電壓。
14.權(quán)利要求
10的方法，還包括擾動掃描電壓，使掃過所述工件的即時離子束掃描速度提高或降低的步驟。
15.一種用于一般圓形工件(110)的均勻離子束處理的方法，它包括下列步驟將離子束(14)沿初始軌跡射向所述圓形工件的中心位置;借助于把第一和第二隨時間變化的電壓同時耦合到兩對掃描電極(26、28)，去在互相垂直的方向偏轉(zhuǎn)所述束，來使所述離子束偏離所述初始軌跡，掃過所述工件的整個表面;所述方法的特征在于所述第一和第二隨時間變化的電壓含有增大著和減小著的、由最大和最小瞬時值隔開的波形;以及協(xié)調(diào)所述兩電壓瞬時值的情況，使所述束以平行的掃描線段掃過所述工件，所述平行掃描線段隔開一定距離且在所述正交的第一和第二方向的對角線方向上。
16.權(quán)利要求
15的方法，其中，所述第一和第二隨時間變化的電壓是頻率稍有不同的、以比較均勻的速率增大和減小的兩個鋸齒波形電壓。
17.權(quán)利要求
15的方法，其中，所述平行掃描線段的長度被調(diào)節(jié)得與一復(fù)蓋所述一般圓形工件的、通常為圓形的包路線相搭接。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種利用兩對互相垂直的掃描電極(26、28)的離子束注入系統(tǒng)。頻率大致相同的兩個鋸齒波形B加到掃描電極上，以產(chǎn)生四邊形掃描圖形C。改變這些掃描圖形的尺寸，來掃出一能對圓形晶片作均勻注入的掃描圖形。用使掃描電壓擾動的方法，來調(diào)節(jié)束的即時速度，以補償小的劑量不均勻性。
文檔編號H01J37/317GK87106497SQ87106497
公開日1988年7月20日 申請日期1987年9月23日
發(fā)明者道格拉斯·迪恩·米羅恩 申請人:伊頓公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan