CN101061563A - 经改进的扫描离子注入期间的离子束利用 - Google Patents
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Abstract
在连续注入工艺中，以产生与工件的尺寸、形状和/或其他尺寸相仿的扫描图案的方式将离子注入工件。当工件往复通过的离子束未明显“过冲”工件时，就可以提高效率和产量。然而，扫描图案可略大于该工件，以在少量“过冲”内适应在往复地反转方向时与该工件的方向、速度和/或加速度相关联的惯性效应。这有助于以比较固定的速度移动工件通过离子束，从而基本上实现更均匀的离子注入。
Description
技术领域
本发明一般地涉及半导体加工系统，尤其涉及在离子注入期间衬底相对于离子束的移动控制。
背景技术
在半导体工业中，为了在衬底上达到各种效果，通常在衬底(例如，半导体工件)上进行各种制作工序。例如，可在衬底上即衬底内进行处理(如注入)，以获取特定的特征，例如通过注入特定类型的离子以限制该衬底上介质层的扩散能力。通常，离子注入工序或者以其中多个衬底同时处理的批次处理，或者以其中单个衬底被处理的连续处理方式进行。例如，传统的高能量或高电流批次离子注入机可用来获得短离子束线，其中，大量的工件可置于转轮或转盘上，而该转轮会同时自旋并径向移动穿过该离子束，从而在整个过程的不同时间使所有的衬底表面区暴露在该离子束中。然而，以此方式来处理数批衬底通常会使离子注入机的体积非常大。
另一方面，在典型的连续注入工艺中，离子束通常来回多次横跨工件扫描。为促成离子注入整个工件，扫描路径的长度通常超过工件的直径(例如，以使工件的边缘部分也被均匀掺杂)。然而，因工件通常为圆形(但是，例如对准用刻痕所在处除外)，所以，不难理解在大部分时间中，离子束“过冲”或未撞击在工件即衬底上(例如，离子束未扫描该工件的最宽部分时)。这会降低加工量且浪费资源。因此，理想的做法是以减轻过冲的方式连续处理，将离子注入工件，这有助于提高效率。
发明内容
本发明克服了现有技术的局限。为提供对本发明的一些方面的基本理解，下面对本发明作简要说明。该说明并非对本发明的广泛的全面评述。其目的既不在于确定本发明的关键或要素，也不是描述本发明的范围。其主要目的仅在于以简明的方式提出本发明的一个或多个概念，作为后面提出的更详细说明的引言。
本发明旨在提供连续注入工艺，以节省资源并提高加工量或产量的方式将离子注入工件。工件以受控的方式来回移动通过基本上固定的离子束以减轻“过冲”现象。更具体地说，该工件沿着快扫描路径往复运动，同时沿着基本上垂直的慢扫描路径移动。由该工件的选择性移动产生的扫描图案近似于该工件的形状，以使离子注入整个工件中。以此方式可减轻过冲，因为沿着快扫描路径的各扫描发生在各自移动范围中，所述移动范围对应于沿着快扫描路径的各往复移动期间各被扫描工件的尺寸。然而，扫描图案可能略大于该工件，所以在少量“过冲”内可顾及到来回往复地反转方向时与该工件的方向、速度和/或加速度相关联的惯性效应。这允许工件以比较固定的速度通过该离子束，从而有助于充分均匀的离子注入。
为达到前述及相关的目的，本发明包括下文完整说明并在权利要求中特别提出的特征。下面的说明和附图详细阐述了本发明的某些解释性实施例。然而，这些实施例仅表示可利用本发明的原理的各种不同方式中的几个。通过本发明下面结合附图的详细说明，本发明的其他目的、优点和新颖特征将显而易见。
附图说明
图1是其上具有传统扫描图案的工件的俯视图。
图2A是其上具有扫描图案的工件的俯视图，该扫面图案可根据本发明的一个或多个形态来移动工件通过离子束而形成，由此可基本上降低过冲。
图2B是其上具有扫描图案的工件的另一俯视图，该扫面图案可根据本发明的一个或多个形态来移动工件通过离子束而形成，由此可进一步降低过冲。
图2C是其上具有扫描图案的工件的又一俯视图，该扫面图案可根据本发明的一个或多个形态来移动工件通过离子束而形成，由此可降低过冲。
图2D是根据本发明的一个或多个形态用于产生例如图2C中所示的扫描图案的扫描频率相对于扫描距离的关系曲线图。
图3是说明根据本发明的一个或多个形态用于通过离子束扫描工件的示范性方法的流程图。
图4是说明根据本发明的一个或多个形态用于通过离子束扫描工件的另一示范性方法的流程图。
图5是说明适于实现本发明的一个或多个形态的示范性离子注入系统的示意性框图。
图6是适于执行本发明的一个或多个形态的示范性扫描装置的平面图。
图7A-7L是图6的示范性扫描装置旋转子系统在各操作位置的平面图。
图8是图7A-7L所示的旋转子系统的平面图，说明沿第一扫描路径的示范性移动范围。
图9是图6所示的扫描装置的平面图，说明沿第二扫描路径的示范性平移范围。
图10是适于实现本发明一个或多个形态的示范性扫描系统的系统级框图。
具体实施方式
本发明涉及相对于基本固定的离子束移动工件即衬底，以使所产生的扫描图案与该工件的形状类似。现参照附图说明本发明的一个或多个形态，其中，在所有附图中用相同的附图标记表示相同的要素。须知附图和下面的说明仅是解释性的，不应被视为限制性的。在以下说明中，出于解释目的，会阐述很多具体细节以提供对本发明的全面了解。然而，本领域技术人员当知，本发明可在没有这些具体细节的条件下实施。因此，应当理解，除了本文所描述的以外，本发明的系统和方法存在许多变化，而这些变化均落在本发明和所附的权利要求的范围内。
根据本发明的一个或多个形态，可通过以受控方式来选择性地操作工件，使其来回通过基本静止的离子束以达到提高加工量的目的。这种控制最好是工件位置对于离子束的函数。以此方式扫描至少可通过减少不必要的“过冲”来提高效率。例如，本发明的优点可通过参考现有技术的图1和图2A之间的差异来理解。在现有技术的图1中，工件10用叠加在工件10上的示范性扫描图案12来描述。该扫描图案12通过沿第一即“快”扫描路径14来回扫描离子束来产生，其中快扫描路径14对应于工件10的最宽部分25加上特定过冲16。而过冲16对应于离子束扫描完工件10并因此不再撞击在工件10上的情况。当离子束沿第一扫描路径14往复移动时，离子束也沿第二或“慢”扫描路径18移动。可知，扫描图案12基本上与工件10的尺寸和/或形状无关，因为只有工件10的最宽部分被考虑，所以扫描图案12足以覆盖工件10的最宽部分。由此，扫描图案12内存在大量过冲16，尤其在工件10的最宽区域之外的区域。
然而，如图2A所示，本发明的一个或多个形态有助于以基本上固定的离子束(图中未示出)为基准来控制工件110的扫描，以使形成的扫描图案112和工件110的尺寸和/或形状相仿。更具体地说，工件110可控地沿第一即快扫描路径114移动通过各移动范围，其中，所述移动范围对应于沿第一扫描路径114的各往复移动期间各被扫描的工件110的尺寸。在图示例中，工件还在沿第一扫描路径114的各往复运动之间被移位沿第二即慢扫描路径118的一个增量。由此，根据本发明的一个或多个形态，过冲116可被显著降低。
根据本发明的一个或多个形态，过冲116的各量可被保持，以使当工件110改变方向、速度和/或加速度时(例如，在沿第一扫描路径114的各往复移动之间和/或当沿第二扫描路径118移动时)，工件110所经历的惯性效应可在过冲116内适应。当会理解，可实行对工件110相对于离子束运动的这种控制的任何相关类型的扫描系统和/或控制系统都被认为落在本发明的范围内。根据本发明的一个或多个形态，对工件110运动的动态控制可例如基于工件110相对于离子束的已知方位，以及工件110和/或的一个或多个尺寸态样(例如，大小，形状)。类似地，可用离子束检测器(例如，位于工件后面)来给出离子束何时不再撞击在工件110上及何时发生过冲情况的指示。
当会理解，因为工件通常为圆形，扫描一般开始于工件110的最窄部分122而结束在工件110的对侧最窄部分124，而工件110的最宽部分126会在其间的中途被扫描。一般都是如此，除非少于整个工件110(例如该工件的一半)被扫描并注入，这时，扫描可开始于工件110的最宽部分并结束于工件110的任何其他期望的位置。如图2B所示，不难理解，工件110可在各过冲周期中沿第一扫描路径114与第二扫描路径118来回改变增量地移动以使扫描图案112的“过渡”部分130更接近工件110的形状(如周长曲率)。以此方式，可进一步降低过冲量。
还会理解，即使与文中详述的例子有关的大部分讨论在于：该工件沿快扫描路径的各往复移动之间，沿着慢速加工路径被移位或改变增量，本发明的一个或多个形态也涵盖当该工件沿着快扫描路径往复移动时，该工件沿着慢扫描路径进行连续移动。图2C说明了扫描图案112以Z字形出现在工件110上的情况，而通过减少过冲116的量，扫描图案仍与工件110的形状相仿。在这种配置中，因为该工件沿着慢扫描路径118以比较恒定的速度移动，所以沿着快扫描路径114的往复移动频率可动态调整以保持整个工件110上均匀的离子注入(例如，基于与该工件对离子束的相对方位有关的方位数据和与工件和/或离子束尺寸和/或形状有关的尺寸数据)。
图2D是说明频率(f)相对于工件110沿着快扫描路径114移动的距离(d)的曲线图，其中，工件110沿着慢扫描路径118的速度保持相对恒定。可以看出，工件110沿着快扫描路径114的频率在扫描的开始122和结束124处最高，而在扫描的中点125处最低。这当然对应于先扫描工件110的最窄部分122，然后扫描该工件110的最宽部分126并且结束扫描工件110的最窄部分124的情况。不难理解，根据本发明的一个或多个形态，通过将沿着慢扫描路径118和快扫描路径114对工件100的动态调整相结合，可实现均匀的离子注入。
参照图3和4，分别说明根据本发明的一个或多个形态的示范性方法300和400，它们用于通过离子束扫描工件来将离子注入工件。虽然下文将方法300、400说明和描述为一系列动作或事件，当会理解，本发明不限于所说明的这种动作或事件顺序。例如，某些动作可按不同的顺序发生和/或与其他动作或事件并行发生，不同于本文中说明和描述的顺序。此外，并非需要所有被说明的动作才能实现根据本发明的一个或多个形态的方法。另外，一个或多个动作可在一个或多个单独的动作或阶段来执行。当会理解，根据本发明的一个或多个形态，被执行的方法可结合本文中说明或描述的系统来实现，也可结合本文中未说明和描述的其他方法来实现。
如图3所示，方法300开始于步骤305，开始沿着快扫描路径移动工件以使工件被离子束扫描。然后，在步骤310，当工件沿第一扫描路径往复移动时，工件沿第二扫描路径移动，其中，关于工件和/或离子束的尺寸数据(例如，离子束的形状和/或截面面积用于确定在离子束撞击在工件的一部分上时，工件实际上有多大部分被离子注入)以及关于工件相对于离子束的相对方位的方位数据被用于在工件上产生与工件的尺寸(例如，大小、形状)相仿的离子束扫描图案。然后，该方法结束。在一例中，工件以小于约10赫兹的频率沿第一扫描路径往复移动。
类似地，图4所示的方法400开始于步骤405，沿第一扫描路径移动工件，以使该工件经由离子束被扫描。然后，在步骤410，当工件沿第一扫描路径往复移动时，工件沿第二扫描路径移动，其中，基于由测量部件检测到足够离子束量来判断何时反转工件沿第一扫描路径的方向，以使所产生的离子束扫描图案接近该工件的尺寸。然后该方法结束。在一例中，离子束的全强度对应于足以使工件反转方向的离子束量。
图5表示适于实现本发明的一个或多个形态的示范性离子注入系统500。注入系统500包括离子源512、束线组件514和目标或末端站516。离子源512包括离子生成室520和离子抽取(和/或抑制)组件522。要被离子化的掺杂材料的(等离子)气体(图中未示出)位于生成室520内。例如，该掺杂气体可从气体源(图中未示出)馈送到该生成室520中。能量可通过电源(图中未示出)传递给该掺杂气体以促成在生成室520内产生离子。当会理解，离子源512也可使用任何数量的的合适机构(图中均未示出)以在该离子生成室520内激发自由电子，如射频激发源或微波激发源、电子束入射源、电磁源和/或可在该生成室内产生弧光放电的阴极。受激电子在生成室520中撞击掺杂气体分子，从而产生离子。一般会产生正离子，但本发明也可应用到由离子源512产生负离子的系统中。离子可由包括多个抽取和/或抑制电极524的离子抽取组件522经由生成室520中的狭缝518可控地抽取。可知，离子抽取组件522包括例如抽取电源(图中未示出)，它用来提供偏压给抽出和/或抑制电极524，以沿着通往束线组件514内的离子质量分析磁铁528的轨道来加速来自离子源512的离子。
因此，离子抽取组件522的功能是从等离子生成室520中抽取离子束526，并加速被抽取的离子进入束线组件514中，更具体地说是进入束线组件514中的离子质量分析磁铁528中。离子质量分析磁铁528以大约90度的角形成，其中产生磁场。当离子束526进入磁铁528中时，会被磁场对应弯折，以排斥电荷质量比不合适的离子。更具体地说，电荷质量比太大或太小的离子会被偏转530进入磁铁528的侧壁532中。以此方式，磁铁528只允许离子束526中具有所需电荷质量比的离子完全贯穿。除此之外，可包括控制电子装置即控制器534以调整磁场的强度和方向。例如，磁场可经由调整通过磁铁528的磁场线圈的电流量来控制。可知，控制器534包括用于系统500的总体控制(例如，由操作员、事先或当前取得的数据和/或程序来控制)的可编程微控制器、处理器和/或其他类型的计算部件。
束线组件514还可包括加速器536，例如，包括多个被配置并偏压以加速和/或减速离子以及聚焦、弯曲和/或净化离子束526的电极538。另外，当会理解，离子束与其他粒子撞击会降低离子束的完整性，所以，从离子源512到末端站516的包含质量分析磁铁528的整个束线组件514可用一个或多个泵(图中未示出)进行抽空。加速器536的下游是接收来自束线组件514的经过质量分析的离子束526的末端站。末端站516包括扫描系统540，该系统可包含支撑体或末端执行器542，将被处理的工件544安置于其上，从而作选择性移动。末端执行器542与工件544位于大体上垂直于离子束526方向的目标平面中。
根据本发明的一个或多个形态，工件544在沿第一即“快”扫描路径574(例如，沿着x轴)的方向554、564中来回移动(例如，通过末端执行器542)，以使工件544沿第一扫描路径574往复移动期间，工件544沿第一扫描路径574的各移动范围对应于各往复移动期间工件544被扫描的部分的各尺寸。当工件544沿第一扫描路径574往复移动时，工件544也沿第二即“慢”扫描路径578(例如沿着y轴)移动经过慢速扫描方向558或568。以此方式，所产生的扫描图案与工件544的形状相仿。例如，在图5所示的系统500中，工件544刚在方向554上完成快速扫描，并准备在快速扫描方向564上反向移动(例如，一旦工件544已沿着慢扫描路径578移位)。
例如，工件544沿第一扫描路径574的各移动范围可与该工件544相对于离子束526的方位以及工件544和/或离子束的大小、形状和/或其他尺寸数据有密切关系。例如，控制器534可利用这种方位数据和尺寸数据来控制工件544的选择性移动。例如，工件544沿着快扫描路径574的各移动范围可被控制(例如，由控制器534来控制)成略超出各往复移动期间被扫描工件544的各部分尺寸，以使当工件正改变方向和/或沿第二扫描路径578移动期间，工件544不被离子束撞击。以此方式，可以说不同的往复移动具有其相应的过冲。例如，这种过冲可足够大以适应当工件544改变方向和/或速度时不可避免的惯性效应。
在工件544与离子束526相交处之外适应这种惯性效应有助于更均匀的离子注入，因为这使得在工件544实际通过离子束526时以更恒定的速度移动。此外，例如，扫描的终点可通过跟踪(例如，利用控制器534跟踪)工件544相对于离子束526的相对位置(例如，通过获知工件544相对于离子束526的初始方位，获知工件和或离子束的尺寸以及通过跟踪工件544的移动(例如，通过末端执行器542)来维持对工件544相对于离子束526的位置的固定“监视”)来确认和/或预测。其后，一旦惯性效应已被适应，工件544就可沿着快扫描路径574在反方向上移动。
测量部件580(例如，法拉第杯)也可并入末端站516。例如，该测量部件580可用来检测束电流并可设置在工件544的后面(例如，以不影响离子注入处理)。例如，检测的束电流电平可用于确认扫描的终点。例如，当测量部件580检测到离子束526的全强度时，它可给控制器534提供表示工件544刚全部通过离子束526的信号。例如，获知了工件544的速度和/或工件544必须沿第二扫描路径578移动的增量距离，例如，控制器534就可调节各过冲的期间来适应惯性效应。类似地，当工件544开始反向移动而进入离子束的速度过快时，可对工件544的运动进行一个或多个调整(例如，在工件仍沿第二扫描路径578移动时进行调整)。在这种情况下，例如，测量部件可早于预期的时间检测到束电流。例如，这种情况可能导致工件544的圆周或边缘部分被过度掺杂。另外，当工件沿第一扫描路径返回移动时，如果测量部件580继续检测到离子束的全强度，那么整个工件可被认为已通过离子束并已被离子注入(例如，它表示工件544已完全通过慢扫描路径578)。
当会理解，测量部件580也可用于“测绘(map)”离子注入。例如，可在测试运转期间用法拉第杯取代工件580。然后，该法拉第杯可在束电流保持恒定时相对于离子束移动。以此方式，可检测到离子剂量的变化。可确定束电流相对于扫描位置的波形或测绘图(例如，通过将法拉第杯获得的读数回送至控制器534)。然后，在实际注入期间可利用检测的波形来调整束电流。另外，在末端站516可包括等离子源(图中未示出)，用来将离子束526浸在中和等离子体中，以减少否则会累积在目标工件544上的正电荷数量。例如，等离子体簇射(plasma shower)会中和因带电离子束526注入而可能累积在目标工件544上的电荷。
现在参照图6，它说明了适于实现本发明一个或多个形态的示范性扫描机构600。例如，该扫描机构600可包含在图5所示的扫描系统540中，相对于静止的离子束来选择性操控工件，以有助于将离子注入工件。扫描机构600包括用来连接到旋转子系统610的基座部605。例如，基座部605可相对于离子束(图中未示出)静止，或可进一步操作以相对于离子束移动，这将在下文讨论。旋转子系统610包括与其相关联的第一连杆615和第二连杆620，其中，例如旋转子系统610用来通过第一连杆615和第二连杆620的移动相对于基座部605来直线平移衬底或工件(图中未示出)。
在一例中，第一连杆615通过第一关节625与基座部605以可旋转的方式联接，其中第一连杆615用来在第一旋转方向628中绕轴627旋转(例如，第一连杆615用来顺时针或逆时针绕第一关节625旋转)。第二连杆620还通过第二关节630以可旋转的方式联接第一连杆615，其中，第二关节630的位置与第一关节625相隔预定距离L。第二连杆620还用来在第二旋转方向633上绕第二轴632旋转(例如，第二连杆620用来绕第二关节630顺时针或逆时针旋转)。第一连杆615和第二连杆620，例如，还用来分别在分开而大体上平行的第一平面和第二平面(图中未示出)中进行旋转，其中第一平面和第二平面大体上垂直于第一轴627和第二轴632。
第一连杆615和第二连杆620用来分别在第一旋转路径634和第二旋转路径635中分别绕第一关节625和第二关节630旋转360度，但不是必须的。第一旋转方向628一般与第二旋转方向633相反，然而，其中与第二连杆620相关联的末端执行器640用来沿着与第一连杆615和第二连杆620的移动相关联的第一扫描路径642线性平移。例如，末端执行器640用来通过与第二连杆相关联的第三关节645来联接到第二连杆620上，其中，第三关节645与第二关节630相隔预定距离L。例如，第三关节645用来使末端执行器640绕第三轴648旋转647。此外，根据另一例，第三关节645用来使末端执行器640倾斜(图中未示出)，其中，在一例中，末端执行器640可相对于大体平行于第二平面的一个或更多个轴(图中未示出)倾斜。
例如，末端执行器640还用来将衬底(图中未示出)固定于其上，其中，末端执行器640的移动大体上确定衬底的移动。例如，末端执行器640可包括静电夹盘(ESC)，其中，ESC用来将衬底充分夹住或维持在相对于末端执行器640的特定位置或方位中。应注意，虽然ESC作为末端执行器640的一例被描述，但是末端执行器可包括用于维持夹紧有效载荷(例如，衬底)的各种其他装置，而所有这样的装置均被视为落入本发明的范围。
例如，第一连杆615和第二连杆620的移动还可被控制以沿第一扫描路径642线性往复移动末端执行器640，其中衬底(图中未示出)能够以预定方式相对于离子束(例如，与第一轴627相一致的离子束)移动。例如，第三关节645的旋转可被进一步控制，其中末端执行器640被保持在与第一扫描路径642大体上恒定的旋转关系上。应注意，第一关节625与第二关节630隔开的预定距离L以及第二关节630与第三关节645隔开的预定距离L实现了在各关节之间进行测量时大体一致的连杆长度。第一连杆615和第二连杆620的长度一致性通常会提供各种动力学优点，例如末端执行器640具有更恒定的沿第一扫描路径642的速度。
图7A-7L说明了在各行进位置上的图6中的旋转子系统610，在图示例中，第一旋转方向628对应于顺时针运动，而第二旋转方向633对应于逆时针运动。在图7A中，末端执行器645与第一关节625相隔距离约为预定距离L的两倍，从而确定末端执行器640的最远位置655。如图7B至7L所示，当第一连杆615和第二连杆620绕着各自的第一关节625和第二关节630分别在第一旋转方向628上和第二旋转方向633上旋转时，末端执行器640即能以大体直线的方式沿第一扫描路径移动。例如，在图7G中，末端执行器640位于沿第一扫描路径642的另一个最远位置660，其中，第三关节645与第一关节625的距离约为预定距离L的两倍。在图7H中，例如，应注意，末端执行器640朝第一位置650反向移动，而第一旋转方向628和第二旋转方向633保持不变。按照图7L所示的位置，旋转子系统610可再移动到图7A的第一位置650，同时仍维持恒定的旋转方向628和633，其中，线性往复移动能继续进行。
图8表示图7A-7L的各位置上的旋转子系统610，其中，工件即衬底665(用假想线表示)还可位于末端执行器640上。应注意，旋转子系统610没有按比例绘制，并且为清楚说明目的，图示的末端执行器640基本上小于衬底。例如，末端执行器640的大小可能约等于衬底665，其中，可提供对衬底665的足够支撑。然而，应了解本文说明的末端执行器640和其他装置可具有各种形状和大小，而所有形状和大小均被视为落如本发明的范围内。如图8所示，扫描机构600用来沿第一扫描路径642在末端执行器640的最远位置655和660之间的任何位置线形往复移动衬底665。衬底665的两端667经过的最大距离666与末端执行器640的最远位置655和660相关联。在一例中，最大扫描距离666略大于距离668，距离668等于衬底665的直径D的两倍。因此，即使当工件的最宽部分被穿越离子束来回扫描时，工件即衬底665可略微“过冲”或移动穿过离子束以适应惯性效应。
举例来说，末端执行器640(随之而来的衬底665)的方向变化与末端执行器640和衬底665的速度及加速度变化有关。例如，在离子注入工序中，当衬底665穿过离子束(图中未示出)(如大体上与第一轴627相一致的离子束)时，通常需要末端执行器640维持沿扫描路径642的基本恒定的速度。该恒定的速度使衬底665在移动穿过离子束的整个过程中可大体均匀地暴露在离子束中。然而，由于末端执行器640的往复运动，末端执行器640在直线往复移动的任一延伸方向上的加速和减速是不可避免的。例如，末端执行器640在衬底665暴露于离子束期间的速度变化(例如，在扫描路径反转期间)可能导致衬底665上不均匀的离子注入。所以，当工件665沿第一扫描路径642被离子束扫描时，需要工件665移动经过的各移动范围具有大体上恒定的速度。从而，一旦衬底665穿过离子束，末端执行器640的加速和减速将基本上不会影响到离子注入工序或衬底665上的剂量均匀度。
根据另一示范性方面，如图9所示，扫描机构600的基座部605还可在一个或多个方向中平移。例如，基座部605可操作地联接到平移机构670，其中，平移机构用来沿第二扫描路径675平移基座部605和旋转子系统610，其中，第二扫描路径675基本上垂直于第一扫描路径642。例如，第一扫描路径642可被表示成与衬底665的快速扫描相关联，而第二扫描路径675可表示成与衬底665的慢速扫描相关联，其中，在一例中，对于衬底665沿第一扫描路径642的每个平移，衬底665可沿第二扫描路径675移位一个或多个增量。例如，基座部605的总平移676约等于(例如略大于)衬底665的直径D的两倍。以此方式，在沿着慢扫描路径675移动时，整个工件665能用离子注入。例如，平移机构670可包括关节滑动关节和/或滚珠螺杆系统(图中未示出)，其中基座部605可沿第二扫描路径675平滑平移。例如，该平移机构670可通过在末端执行器640沿第一扫描路径642的各往复移动期间，使衬底665通过离子束来“涂敷(paint)”位于末端执行器640上的衬底665，从而可将离子均匀地注入整个衬底665中。
当会理解，根据本发明的一个或多个形态，当工件665移动时，第一连杆615和第二连杆620的各自旋转方向628和633通常会在到达最远位置655(图7A和8)或660(图7G和8)前反转。例如，为扫描工件665的一部分，第一连杆615和第二连杆620可能只旋转以将末端执行器640在图7C-7E所示的位置之间平移(从而平移附于其上的工件)。然后，第一连杆615和第二连杆620反转方向，以在平移机构670沿第二扫描路径675移位基座部605和旋转子系统610之后，将末端执行器640反向移动以再次沿第一扫描路径642进行附加扫描。作为传统做法(图1)，在小于图7A和7G中所示的最大位置之间往复移动末端执行器640，可增加处理量并节省资源，因为工件未“接触”离子束的时间充分缩短了。
另外，工件沿第一扫描路径642来回往复移动的各范围可能略大于各往复移动期间工件665被扫描部分的宽度或尺寸。换句话说，工件沿第一扫描路径642的各往复移动会有各自的过冲。这种各自的过冲通常足以适应末端执行器640及附属于其上的工件665的加速或减速。以此方式，在扫描路径反转期间经历的惯性作用力会发生在各扫描范围之外。这有助于衬底665暴露在离子束期间使末端执行器640有恒定的速度，从而有利于更均匀的离子注入。从而，当会理解，重要的是知道何时扫描已结束(例如，通过通过测量部件如法拉第杯)和/或何时扫描将结束(例如，通过了解工件和/或离子束的尺寸以及工件相对于离子束方位的更新信息)，以建立有效且实用的离子注入工序。
图10说明了适于实现本发明一个或多个形态的扫描系统800的框图。例如，扫描系统800可对应包括在图5所示的离子注入系统内的扫描系统540，其中图6-9中说明的扫描装置600的至少一部分及其组件部分被包括在扫描系统800中。例如第一旋转致动器805与第一关节625相关联，而第二旋转致动器810与第二关节630相关联，其中第一致动器805和第二致动器810用来分别提供旋转作用力给第一连杆615和第二连杆620。例如，第一致动器805和第二致动器810包括一个或多个伺服马达或其他旋转设备，所述伺候马达或其它旋转设备用来分别在图6所示的第一旋转方向628和第二旋转方向633上旋转各自的第一连杆615和第二连杆620。
例如，图10的扫描系统800还包括分别与第一致动器805和第二致动器810相关联的第一传感元件815和第二传感元件820，其中第一传感元件815和第二传感元件820还用来传感第一连杆615和第二连杆620的各自的位置或其他动力参数(如速度或加速度)。此外，控制器825(例如，多轴运动控制器)可操作地联接到第一旋转致动器805和第二旋转致动器810以及第一传感元件815和第二传感元件820的驱动器和/或放大器(图中未示出)，其中控制器825可针对相关控制工作周期(例如，末端执行器640在图8所示的最大位置655和660之间的任何位置的运动)来控制分别提供给第一旋转执行器805和第二旋转执行器810的功率量830和835(例如，驱动信号)。图10中的第一传感元件815和第二传感元件820(如编码器或解析器等)还用来将各自的反馈信号提供给控制器825，例如，其中分别送往致动器805和810的驱动信号830和835被实时计算。这种驱动信号830和835的实时计算一般允许精确调整在预定时间增量上被传递到各旋转致动器805和810的功率。
所述一般的运动控制技术通常可使末端执行器640产生平滑运动，并从而能够减轻与其相关联的速度误差。根据另一例，控制器825还包含对侧动力模型(图中未示出)，其中末端执行器640的关节运动(articulated motion)可在各工作循环中对各关节625和630产生。例如，在工件和/或离子束的大小和/或其他尺寸状态连同工件相对于离子束的初始方位均已知的情况下，末端执行器640(继而附属于其上的晶片或工件)的位置可被连续确认或“跟踪”。例如，工件相对于离子束的方位可作为第一关节625和第二关节630和/或第一连杆615和第二连杆620的运动的函数来更新(甚至预测)，而第一关节625和第二关节630和/或第一连杆615和第二连杆620的运动本身可由第一传感元件815和第二传感元件820所提供的信号来确认。获知了工件相对于离子束的相对位置就能控制沿第一扫描路径642的各移动长度和移动范围，从而可控制各过冲量(例如，适应与工件反转相关联的惯性效应)。例如，各过冲可能落在大约10至大约100毫米之间的范围内，但并不限于此范围。然而，当会理解，在工件的尺寸和相对于离子束初始方位以及工件沿第一扫描路径642的速度已知的情况下，也可确认并控制工件的运动，从而确认并控制各过冲量。同时，获知离子束的大小和沿第二扫描路径675的速度(例如可为束电流和/或束强度的函数)便可确定沿扫描路径675的距离。例如，截面直径约10至约100毫米之间的锥形离子束(pencil beam)，可导致工件在例如沿第一扫描路径642往复期间沿第二扫描路径675在约1至约10毫米之间移动。例如，控制器825还可通过在各控制工作周期期间计算各关节625和630的基于模型的前向进给补偿扭矩(complimentary torque)来控制各致动器805和810。
如上例所讨论的，分别提供给第一旋转致动器805和第二旋转致动器810的功率830和835的量至少部分基于分别由第一传感元件815和第二传感元件820传感的位置。从而，扫描机构600的末端执行器640的位置可通过控制提供给第一致动器805和第二致动器810的功率量来控制，其中，该功率量还与末端执行器沿着图6中的第一扫描路径642的速度和加速度关联。例如，图10的控制器825还可用来控制图9的平移机构670，其中，还可控制基座部605沿第二扫描路径675的移动。根据一例，平移机构670的增量移动(例如，“慢扫描”移动)与末端执行器沿第一扫描路径642的移动(例如，“快扫描”移动)是同步的，以使平移机构在衬底665每次穿过离子束之后(例如，在工件沿着快扫描路径改变方向期间)被增量移动。
根据本发明的一个或多个形态，测量部件880可操作地联接到扫描系统800。该测量部件880有助于扫描结束点的检测，更具体地说是有助于检测扫描结束点处的“过冲”情况。例如，该测量部件880可直接位于工件665的后面，与离子束的路径共线(图中未示出)。由此，当工件沿第一扫描路径642移动而通过各移动范围时，离子束将在扫描结束处撞击在该测量部件(例如，法拉第杯)上。由测量部件检到的离子束量可被反馈到控制器825，例如，该控制器可用该数据来控制工件的运动(例如，通过致动器805、810)。例如，如果工件的尺寸是已知的，控制器可充分过冲该工件，以使该工件在沿第二扫描路径移位时不遇到离子束(图9)。例如，当工件沿第二扫描路径移位时，如果所述测量部件指示被测到的离子束量下降，这可能表示该(圆形)工件在沿第二扫描路径移位时与离子束相交。从而，该工件还可沿第一扫描路径移动，以使当该工件沿第二扫描路径移位时，该工件的周围部分不会被无意地(过度)掺杂。类似地，如果测量部件880在工件的方向被反转而沿第一扫描路径642反向往复移动该工件时(图6)探测到极少束电流，或如果检测到足够数量的束电流但时间太短，那么所述各移动范围可能太短(例如，该过冲不足以适应与工件反转相关联的惯性效应，这可导致不均匀的离子注入，尤其是在该扫描路径中该工件的周围或边缘部分)。因此，控制器825可扩大该特定扫描的移动范围，以建立足够的但不浪费或过大的过冲。以此方式，扫描路径被实时地有效调整以产生与工件大小和形状相仿的扫描图案，这有助于均匀的离子注入。
因而，本发明的一个或多个形态有助于控制工件的快速扫描，以使沿第一扫描路径的各扫描长度基本上等于或略大于在该快速扫描期间被扫描的工件部分的各宽度。根据本发明的一个或多个形态，扫描图案可被实时调整以使快速扫描不超过工件太多。这与传统的扫描配置不同，在传统的扫描配置中，工件相对于离子束的相对位置无法获知或跟踪，因此工件在整个注入工序中会移动通过最大扫描距离。由此，产生的扫描图案会在大量的时间周期“偏离”工件，尤其是在工件的中央或最宽部分之外的部分被快速扫描时。当会理解，在“缺位”即空白区域上扫描会浪费时间和资源。因此，根据本发明的一个或多个形态扫描工件，能使离子注入工序以更有效的方式进行。另外，工件可被操控以使每次沿第一扫描路径扫描时，该扫描图案会略超出该工件，而当该工件沿第二扫描路径移动并准备沿第一扫描路径反向跨越该工件进行后续移动时，该扫描图案会保持偏离该工件。这提供轻微的相应“过冲”，而且可有效适应与工件的方向、速度和/或加速度改变相关联的惯性效应。由此，实现有效且实用的离子注入工序，从而，扫描图案可接近被扫描的晶片或工件的尺寸和形状。
虽然已针对特定优选实施例对本发明进行了说明和描述，然而，在阅读并理解说明本说明书和附图之后，本领域技术人员当会理解，可对本发明进行等效的变更与修改。尤其是对上述部件(组件、装置、电路等)所执行的各种功能，除非以其它方式指示，否则用于描述这种部件的术语(包括涉及到“装置(means)”)对应于能够实现所述部件的指定功能的任何部件(即，功能上等效)，即使在结构上不同于本文中说明的示范性实施例中用来实现该功能的公开的结构。此外，虽然本发明的特定特征只通过多个实施例之一被公开，但是这种特征可与其他实施例的一个或多个其他特征相结合，因为这对于任何给出的或特定的应用来说可能是需要的和有利的。
Claims (20)
1.移动工件通过基本上固定的离子束来将离子注入所述工件的方法，包括：
沿第一扫描路径移动所述工件，以使所述工件被所述离子束扫描；以及
当所述工件沿第一扫描路径往复移动时，沿第二扫描路径移动所述工件，其中利用了有关所述工件和/或所述离子束尺寸的尺寸数据和有关所述工件相对于所述离子束的方位的方位数据，以产生接近所述工件尺寸的、横跨所述工件的所述离子束扫描图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中：所述方位数据在所述工件沿第一扫描路径进行各往复移动之前被更新，并用于确定所述工件沿第一扫描路径往复移动的各移动范围。
3.如权利要求2所述的方法，其中：所述工件沿第一扫描路径进行各往复移动期间，所述工件沿第一扫描路径的各移动范围对应于各往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸。
4.如权利要求3所述的方法，其中：所述工件沿第一扫描路径往复移动的各移动范围超过所述工件沿第一扫描路径进行各往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸，超过量足以适应当所述工件改变方向或改变速度时所述工件经受的惯性效应。
5.如权利要求4所述的方法，其中：所述各移动范围超过各往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸，超过量在约10毫米至约100毫米之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中：所述工件相对于所述离子束来确定方位，以使所述离子束最先扫描所述工件的最窄部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中：所述工件基本上是圆形，并相对于所述离子束来确定方位，以使所述离子束最后扫描所述工件的另一最窄部分。
8.如权利要求2所述的方法，还包括：
获取关于所述工件和/或所述离子束尺寸的尺寸数据；以及
获取关于所述工件相对于所述离子束方位的方位数据。
9.如权利要求2所述的方法，其中：第一扫描路径对应于快速扫描，第二扫描路径对应于慢速扫描，且第一扫描路径和第二扫描路径基本上相互垂直。
10.如权利要求2所述的方法，其中：所述工件沿第一扫描路径以小于约10赫兹的频率往复移动。
11.如权利要求2所述的方法，其中：所述离子束是截面直径介于约10毫米至约100毫米之间的锥形离子束，并且沿第二扫描路径移动所述工件就是沿第二扫描路径在约1毫米至约10毫米之间移动所述工件。
12.移动工件通过基本上静止的离子束以将离子注入所述工件的方法，包括：
沿第一扫描路径移动所述工件以使所述工件被所述离子束扫描；以及
在所述工件沿第一扫描路径往复移动时沿第二扫描路径移动所述工件，其中，基于测量部件测到的足够离子束量来确定何时反转所述工件沿第一扫描路径的方向，以使所产生的扫描图案接近所述工件的尺寸。
13.如权利要求12所述的方法，其中：所述离子束的全强度对应于足以使所述工件反转方向的离子束量。
14.如权利要求12所述的方法，其中：所述工件沿第一扫描路径的各往复移动具有与所述工件沿第一扫描路径往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸对应的范围。
15.如权利要求14所述的方法，其中：所述工件沿第一扫描路径的往复移动的各移动范围超过所述工件沿该第一扫描路径往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸，超过量足以适应所述工件在改变方向或改变速度时经受的惯性效应。
16.如权利要求15所述的方法，其中：所述各移动范围超过各往复移动期间所述工件各被扫描部分的尺寸，超过量在约10毫米至约100毫米之间。
17.如权利要求12所述的方法，其中：所述工件相对于所述离子束来确定方位，以使所述离子束最先扫描所述工件的最窄部分。
18.如权利要求17所述的方法，其中：所述工件基本上是圆形，并相对于所述离子束来确定方位，以使所述离子束最后扫描所述工件的另一最窄部分。
19.如权利要求12所述的方法，其中：若所述工件沿第一扫描路径返回移动时所述离子束的全强度继续被测量部件测到，则可判定整个工件已被扫描。
20.如权利要求12所述的方法，其中：第一扫描路径对应于快速扫描，第二扫描路径对应于慢速扫描，并且第一扫描路径和第二扫描路径基本上相互垂直。
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