CN87106497A

CN87106497A - 离子束注入器扫描控制系统

Info

Publication number: CN87106497A
Application number: CN87106497.9A
Authority: CN
Inventors: 道格拉斯·迪恩·米罗恩
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Axcelis Technologies Inc
Priority date: 1986-09-24
Filing date: 1987-09-23
Publication date: 1988-07-20
Also published as: JPS6388744A; CN1012403B; JP2700648B2; KR880004560A; AU7864187A; CA1275742C; US4736107A; KR920002865B1; AU586608B2

Abstract

本发明涉及一种利用两对互相垂直的扫描电极(26、28)的离子束注入系统。频率大致相同的两个锯齿波形B加到扫描电极上，以产生四边形扫描图形C。改变这些扫描图形的尺寸，来扫出一能对圆形晶片作均匀注入的扫描图形。用使扫描电压扰动的方法，来调节束的即时速度，以补偿小的剂量不均匀性。

Description

本发明涉及一种离子束注入系统，并更详细地涉及使离子束接受控轨迹在靶上扫描的方法和设备。

一种用于对硅晶片掺杂的技术是操纵落在这种晶片上的离子束，使此晶片内掺入杂质的浓度得到控制。半导体晶片离子注入过程的一个重要参量是整个晶片注入量的空间均匀度。另一重要参量是离子束相对于晶片和硅晶体内部晶格结构（或砷化镓晶格或其它结晶的基片）的入射角。入射角之所以重要是因为它在沟道现象中所起的作用。如果束的入射角沿晶片表面变化的话，那末掺杂物深度的断面图将随该晶片表面位置的变化而变化。

在一些中低电流的离子注入机中，一般是使离子束按光栅或其它类似的图形作x-y偏转扫描来控制电子束扫过晶片表面。通常这是利用两个相互垂直的静电偏转板或电极以产生束偏转来实现的。一种三角波电压加到偏转板上，能在晶片上产生矩形光栅扫描图形。在颁发给迪克斯脱拉（Dykstra）等人的第4，514，637号美国专利中披露了一种这样的中低电流离子注入机。在此将引入迪克斯脱拉等人的专利中所披露的内容作为参考。

静电离子束偏转扫描会在晶片表面不同位置处产生不同的束入射角。这就是在这种类型的注入机中发生深度不均匀性的主要来源（由于造成沟道作用的变化而引起的）。

在大电流的注入机中，利用机械装置使晶片通过一静止的束来运动，例如把晶片附着于一穿过束旋转的圆盘上，或用其它熟知的机械扫描技术。已有趋势设计出这些机械扫描装置，以致当晶片穿过离子束运动时束的入射角保持常数或几乎不变。为此，晶片穿过一静止的束作机械扫描已逐渐被认为是一种用来达到深度均匀和最小掩模阴影变化的，优于使束作x-y偏转的方法。

然而，大电流离子束技术所采用的成批晶片操作通常导致晶片生产率的下降，并需要昂贵的操作台。另一方面，偏转扫描机构在体积、简易性和造价上有其优点，但存在着束入射角变化的问题。

为了有助于消除沟道作用的影响，晶片相对于入射束倾斜一角度。晶片的倾斜引起较靠近源的晶片区域束的速度较低（较高剂量），离源较远的晶片区域束的速度较高（较低剂量）。

传统的偏转系统在一个方向上使用高频扫描、而在与之垂直的方向上用低频扫描，来扫描整个圆形的半导体晶片。低和高扫描频率之间的关系被选择成产生一高度交织的李沙育图形。在靶上所产生的图形是矩形或正方形，而由于超过圆形晶片扫描的束部分造成扫描效率低。由高低频扫描信号组合产生的这种正方形图形，为了束的调准和对中，必须要有两个可视显示。低频扫描显示同步于低频束扫描信号，而高频扫描显示同步于高频束扫描信号。这种类型束对准的经验指出：束有可能不能精确地在工件上对中。

本发明提供一种用于半导体晶片注入的高效离子束扫描。所披露的扫描步骤可导致高度均匀的剂量浓度，并包含有对半导体晶片倾斜的补偿。

一种本发明的离子注入系统包括一个为处理工件而提供离子的源以及一个把工件相对于该源定方位的支座。束成形装置把离子成形为聚焦良好的离子束，该离子束以特定的能量沿一条使离子束打在工件某一区域内的轨迹运动。在本发明的最佳实施方案中，该工件通常为一圆形半导体晶片，而束的初始轨迹导致该束打在晶片的中心位置处。

扫描系统把离子束弯曲到偏离初始轨迹，使之打在工件的其它区域，从而在工件的整个表面上注入离子。该扫描系统包括一个或更多建立电场的电极，这些电极连接到产生达到最佳扫描的控制电压的控制电路。

该控制电路包括一个存储器件，该存储器件存储相应于一系列电压的信号，这些电压适合于用来使束以控制扫描方式弯曲。这些信号被传送到例如数模转换器那样的转换装置，把存储在存储装置内的信号转换成随时间变化的电压输出到扫描电极上。一个补偿电路调节此加到扫描电极上的、随时间变化的电压，从而当离子束在工件上扫描时，即时的离子剂量得到了调节。

最佳的存储器件是可编程只读存储器（PROM），它存储了确定一个最佳扫描方式的信号。这些信号对应于偏转电压，偏转电压通常转而对应于在半导体晶片平面内的坐标位置。换句话说，存储在PROM内的每一对信号可以转换成一对偏转扫描电压，这对偏转扫描电压偏转离子束，使之离开初始轨迹到达在半导体晶片平面内的某一坐标位置。

此最佳扫描系统使用两对相互成直角方向定位的偏转电极或板，第一对电极在一个方向上将束偏转，而第二对电极将束在正交的方向上偏转。在此系统中，对每一对偏转电极使用单独的扫描电压发生器。一个扫描电极控制电路调整离子束的扫描，并如主控电路那样工作，而另一扫描电极控制电路响应于此主控电路，并从而成为它的从动电路。

存储在存储器内的扫描图形规定了扫出一些四边形的束偏转顺序，这些四边形的四角超出晶片表面。离子束在这些角之间扫过整个晶片表面，以受控的方式注入离子。四边形扫描图形随时间而变，从而晶片的整个表面得到了处理。

为了使离子注入剂量更为均匀，在一组扫描电极上加有高频脉动电压。此高频脉动电压使矩形扫描图形移位，以改善由于以克服由小几何尺寸的束所造成的注入的间隔分辨率和剂量的不均匀性。

为了考虑入半导体晶片的倾斜并避免由晶片倾斜所造成的剂量不均匀性，用扫描控制电路去扰动扫描电压。当离子束扫过工件时，离子束被加速和减速，以补偿晶片的倾斜。

补偿晶片倾斜的扰动过程还有其它用途。此扰动可校正系统的和或许是不易阐明的剂量不均匀性。这导致半导体生产有较高的产量，增加的产量应该不只是抵消了由更为高级的扫描电子设备所稍许增加的造价。

剂量校正是用一检查表来完成的。两正交扫描电极对上的即时扫描电压被用作为进入检查表的索引。这些扫描电压的组合指向一个单值，此值加到扫描电压上或从它那里减去。加到扫描电极上的正常扫描电压受到轻微的扰动，并导致离子剂量小而得到控制的变化。

本发明的方法和装置具有其它优点。两对电极上的扫描频率是大致相同的。因此，两个扫描放大器是相同的，这导致部件可以通用，维修方便。可以用单个视频监视器来使离子束成形和对中。此外，因为扫描图形是八角形的，对于圆形工件来说，扫描效率提高了。

从上面所述可以认识到，本发明的一个目的是提供一种用于离子注入系统的、改进的、更为均匀的离子束扫描技术。从结合附图描述的，本发明一个最佳实施方案的描述中，将对本发明上述这个和其它的目的、优点和特点有更好的了解。

图1是利用扫描电极使离子束射向工件的离子注入系统的总图。

图2示出了由于离子束扫描过头造成扫描效率低的现有技术的离子束扫描技术。

图3示出了根据本发明的一种离子束扫描工序，该工序由于较少过头的扫描，所以离子束的利用更为有效。

图4是一示意图，图中比较了图2的现有技术扫描和图3的根据本发明的扫描所造成的过头的扫描的程度。

图5是用于激励离子注入系统的偏转电极的扫描电路示意图。

图6是加到水平和垂直偏转电极以产生图3的扫描图形的电压波形图。

图7是另一种供离子注入系统用的改进的离子束扫描图形。

图8示出了适用于激励偏转电极以产生图7扫描图形的电压波形。

图9-11概略示出了供本发明用的扫描控制和剂量校正电路。

图12是一显示屏的正视图，该显示屏帮助系统操作员相对于一半导体晶片去调准和对中离子束。

图13示出了用于修改剂量扫描剂量的剂量校正表的构造。

图14和15是整个圆形靶晶片表面的剂量均匀性图。

图16-19示出了图9-11中画出的垂直和水平扫描电子线路的更为详尽的原理图。

现借助于附图，图1中示出了一个离子注入系统10，它有着离子源12，离子源12把离子束14射向离子质量分析磁铁16，磁铁16把束弯曲成直角并使束沿着细长的通路通过束闸20和加速电极22。束离开加速电极22的出口处后通过把束聚焦的四极透镜系统24。然后束14穿过两对偏转电极26、28。加在这些电极26、28上的控制电压建立起偏转离子束14的电场。偏转了的离子束射向离子注入台30，在那里，通常为圆形的硅晶片110被置于束的通路内。借助于调制加在扫描电极26、28上的扫描电压，束14在晶片上扫描。

离子注入台30位于真空室32内。装在室32内的两臂34，36自动地把晶片装在晶片支座38上或从它那里卸下。用携带单块晶片到臂44附近的传送装置42从晶片盒40中取出未掺杂的晶片，臂44把未掺杂的晶片移到定向器46。该定向器把未掺杂的晶片转动到一特定的结晶排列方向。臂44取回适当取向了的晶片并把它移入在真空室32旁边的载片台48。关闭载片台48并把它抽空，再把它打开与室32连通。臂34抓住晶片并把它带入室32，然后把它放在支座38的装/卸位置处。支座有一机构，能先夹住晶片，再把它转动到垂直方向，使晶片表面向着离子束14。

在室32的卸片侧，第二臂36从支座38抓起掺杂了的晶片并把它从室32移开。臂62把晶片移到传送器64上，传送器64自动把晶片放入第二晶片盒66中。

把适当的激励电压加到偏转电极26、28，导致束偏离初始轨迹，扫过在离子注入台30上垂直取向的晶片。在一种现有技术的离子注入系统中，激励电压同时加在电极26、28上，以产生画于图2中的扫描图形100。离子束以锯齿形扫过图靶晶片。

为了完成图2的锯齿图形100，有必要给水平偏转电极26加上一慢时间变化信号，而给垂直偏转电极28加上一较高频率的锯齿波信号。这导致离子束以一较低的频率从一侧扫到另一侧，而以一较高的频率从上扫到下，结果产生图2的扫描图形100。

为了扫出均匀的图形和产生比较均匀的掺杂，在一种现有技术束处理方案中，在每一次重复扫描中把水平扫描偏移。当完成多次重复扫描后，工作表面注入的离子变得均匀，且填充了图2的离子束图形100之间的间隙。

现借助于图3，示出了一个新颖和改进的扫描图形120。如在后文将变得显而易见那样，利用频率大致相同的垂直和水平电极激励波形（图6和8）去控制离子束14的偏转来完成这一扫描图形。图3中的扫描图形120用参考标志A-Z绘出。这些标志的每一个是指离子束扫描图形的一个区域，在该区域离子束14通常在直角处改变方向。每一这些区域位于圆形晶片110之外，所以，在离子注入期间，离子束扫出一直线路径或线段扫过晶片。

参阅图4可看出本发明的一个优点，图中比较了现有技术（图2）的过头扫描部分和图3的扫描图形120的过头扫描部分。在现有技术中，扫描图形100扫出的是一个包括图4中以面积A、面积B、面积C和面积D来标志的面积的四边形，当离子束14扫过这些区域时，没有离子注入晶片110。本发明的新的扫描图形120（图3）通常扫出一个八边形，但不扫过以面积A-D标出的区域。

在图7中画出了一个比图2的扫描图形更为高效的第二种扫描图形125。在图7的扫描图形中，离子束在A点开始扫描，以对角线扫描方式扫描晶片110，在V点扫描终止。在V点位置，通过到点W的小的束偏转，开始下一个相继的对工件的扫描，跟随着点W的是由点X、Y等规定的线段。像从图7中看出的那样，离子束对工件的过头扫描比图2的现有技术扫描的要少得多。图3中实行的高效扫描将称之为八边形扫描方式，而图7的将称之为准圆形扫描方式。

现转主图5，图中示出了一种把激励电压加到水平和垂直偏转电极26、28上去的束扫描系统130。系统130包括许多连接到系统总线138的许多模块电路132-137。系统时钟电路137产生定时信号，去协调扫描系统130其它电路的工作。控制电路134包括一微处理器和存储在内存里的操作系统。连接到面板接口电路132的计算机140，在一连接到面板电路132的常用计算机终端（未示出）上显示附加的离子注入系统的信息。在束处理晶片之前，用一个特殊的阴极射线观察监视器142来把离子束聚焦和对中。系统操作员通过观察监视器142就能估计出离子束聚焦和对中的情况。束聚焦和对中控制144-147（图12）被设置在监视器142的旁边，允许使用者调节连接到使束14成形的四极透镜系统24上的电压，并调节在晶片110上束扫描图形的位置和尺寸。

水平和垂直扫描发生器电路135、136产生出画于图6和8中的电压波形，图6画出了跨接在水平和垂直偏转电极26、28两端以产生图3的扫描图形120的、随时间变化电压的差别。图8画出了跨接在水平和垂直偏转电极26、28两端以产生图7所示扫描图形125的、随时间变化的电压。示于图6和8中两个电压波形的参考标志A-U相应于在图3和7中画出的晶片110平面内束扫描位置A-U。

参考图6可以看出，图3的扫描波形120是通过在水平和垂直偏转电极26、28的两端加以频率大致相同的两个锯齿波偏转电压来完成的。明确地说，通过把第一个偏转电压加于水平偏转板26以及把第二个较大的偏转电压加于垂直偏转板28，离子束被偏转到点A（图3）。为了使离子束14离开点A扫描，X和Y偏转电压均需减小。离子束14以对角线方向扫过晶片，并在图3中X轴上部的一点处与Y轴相交。该离子束继续以对角线方向扫描，离开图3中的点A，直到离子束14完全扫过晶片110并到达图3中以B来标志的点为止。在这点，扫描图形120已达到一最大负水平偏转。在B点，当加于垂直偏转电极28上的电压继续斜线下降时，水平偏转电压反向（图6）离子扫描图形120出现直角转弯。离子束14改变离开晶片表面的方向（点B），并十分接近晶片边缘扫至图3中以C标志的区域。在此位置水平扫描电压继续增长，扫描继续在对角线方向进行下去，直至到达图形120中的U点为止。

扫描图形120的起始部分，即由点A-D联接的扫描线段，代表晶片110整个离子束扫描的一小部分，每一这种部分的四段线限定出一个四边形，每一四边形至少有两条平行的边以相反方向扫过晶片110。

虽然在图3画出的扫描图形120中离子束以一根无宽度的线来表示，但扫描束14真实宽度可以在1-5厘米变化，并受四极透镜、束流和束能量的影响。在与图3中画出的轨迹线段相一致的束中心处，束强度最大。在点Z（图3）以上的继续扫描填补了扫描有效区域中的间隙。根据本发明的一个最佳实施方案，一特定的晶片扫描从点A开始超过4000扫描线段。这4000段线化费大致65毫秒去完成，构成称之为细框架的图形。一个完全的离子注入序列化费10-15秒，所以需要几百次重复这些细框架。

在图7的准圆形扫描图形125中，选用不同的扫描方法。图8中画出了用以产生这种扫描图形125的水平和垂直扫描电压。每一波形由耦合到两对水平和垂直偏转电极26、28的锯齿波的一些端点来限定。图8中的标志A-Y和图7中以A-Y标出的扫描图形区域相对应。

图9示出了产生图6和8的波形的水平和垂直扫描信号发生器电路135、136的组成部分。电可编程只读存储器单元210、212存储16比特的信号，这些信号标志限定图3和7的扫描图形的端点A、B、C、D等的位置。图9中其余的电路把这些端点转换成斜线电压，此斜线电压耦合到在图9电路和扫描电极26、28之间的放大器接口214（图10）。

接口214从图9的扫描电路接收一模拟信号，并把该信号通过变压器218耦合到高压电源216。一个出现在输入端214a到接口214的锯齿波耦合到一对扫描板的两端，并把它从来自电源216的直流对中电压中减去或与之相加。虽然图10中只示出了一个接口214，但是明显地，水平电极26需要一个接口，而垂直电极28需第二个接口。

现转向图9，在控制电路134的控制下，存储在存储器210、212中的指示波形（例如图6）端点的信号被装入32字、字长16位的先进先出（FIFO）缓冲存储器220、222。缓冲放大器220存储用于垂直偏转电压的绝对端点，而第二缓冲存储器222存储用于水平偏转电压的端点。端点数据的装入是以较高速率进行的，直至存储器220和222的每一个被装满为止。当存储器220、222被装满后，每一存储器中首先进入的数据被装入相应的12位的数字计数器230、232中。计数器230产生相应于垂直扫描电压的数字值，而第二个计数器232产生相应于水平扫描电压的数字值。两个计数器被同时启动，并取决于在先进先出存储器220、222输出端提供的字的升/降位的状态、两计数器开始开或降计数。

参考图6可以看出，在图3中标以A的起始矢量偏移需要两个计数器以恒定的速率开始递减计数，以产生图3的扫描图形中从点A至B延伸的对角线扫描线段。为了实现这种计数，用来自时钟电路137的普通时钟信号以同一速率去同步两计数器进行计数。

从两计数器230、232来的12位的输出耦合到两个加法电路240、242。来自两计数器230、232的输出通过这些电路加上或减去一个校正因子，这些电路将在下面作更详细的描述。来自计数器经修正后的输出传送到数模转换器250、252。这些数模转换器的输出跟随着它们相应的计数器230、232的输出，并通过频宽限制扫描放大器进行滤波或平滑。

比例电路260、262衰减来自数模转换器250、252的输出，以提供垂直和水平扫描信号。来自比例电路260、262的输出耦合到扫描电极接口214，接口214转而耦合一高压锯齿波给偏转电极26、28。如前所述，编程电极26、28中的每一个都有它自己的扫描接口电路214，而图10只是解说性的画出了这样一些电路中的一个。

垂直扫描电路136作为从动的水平扫描放大电路135的主电路而工作。从图9中可看出，来自垂直计数器230的输出耦合到数字比较器电路270，来自先进先出存储器220的输出也耦合到此比较器270。每次把图3的扫描端点的矢量位置从存储器220装入计数器230后，在存储器输出端出现下一个相继的矢量。这个数字信号作为一个输入信号耦合到比较器270，以致当来自计数器230的输出到达此下一端点矢量时，因为垂直计数器处于此下一端点，所以来自比较器270的一个输出信号270a只把下一端点记录入水平计数器232。

因为两个计数器的时钟速率是相同的，对于图3扫描的每一扫描线段，发生对角线方向的扫描。当垂直计数器230到达一个矢量端点时，水平计数器232也到达该端点。

到达一矢量端点表示至少两计数器之一应该开始反向计数。这是由从存储器单元220、222来的16位输出的升/降位来控制的。在数模转换器输出端260a、262a继续产生扫描信号，直至存储在先进先出存储器220、222中的大部分、但非所有的字用完为止。控制电路134产生一个信号，此信号导致数据从两个只读存储器210、212高速转移到先进先出存储器220、222。

通过加法电路240、242，来自两计数器230、232的输出得到了修正。这种修正给出了剂量控制，这种剂量控制可用于，例如，去校正由引入晶片倾斜所造成的剂量不均匀性以避免沟道效应。晶片靶按照一道工序对水平轴（X）倾斜大致7°。这一倾斜导致离子束到达晶片的上半部比到达下半部要行经稍稍长一些的距离。对于较靠近源的晶片区域，离子束的速度较低，并产生较高的离子剂量。对于离源较远的晶片，离子束速度较高，导致较低的离子剂量。为了补偿这种束的倾斜或任何其它离子束剂量的不规则性，给两计数器230、232的输出加上（或减去）一个校正量。该校正量取决于在图3的扫描中扫描束所占位置，并可利用两个数字的检查表280、282计算出来，一个检查表用于垂直计数器，另一个用于水平计数器。

图13示出了剂量补偿检查表之一的构造。对于每一检查表总数为4096个剂量校正区，该检查表被分成64×64个矩阵区。两种晶片（6英寸和4英寸）的轮廓线迭加在此矩阵上，以表明在每一矩阵位置处的剂量校正因子和在晶片110上离子束的位置有关。两计数器230、232的即时的输出被用作为检查表的索引，以决定剂量校正因子是从计数器230、232中减去，还是和它相加。如图9所示，为了从计数器230的输出中减去校正因子或加上校正因子，要访问垂直检查表280，而检查表282修改计数器232的输出。

插入计数器的输出和检查表280、282之间的是两个比例电路290、292。从系统数据总线138d把尺度因子装入这些电路290、292。比例因子的用途是使不同尺寸的晶片使用单一的检查表。6英寸的晶片与图13的数据格式成比例和示意地在图中画出。对于4英寸晶片的离子注入，偏转电压被衰减，把扫描图形按比例缩小。

然而，4英寸晶片用的是同样的校正因子检查表280、282，但是因为扫描被衰减到覆盖一较小的晶片，从两计数器230、232的输出必须也要用一与束能量及最大束偏转有关的因子束按比例缩小，去确定进入两检查表280、282的一个索引。

当离子加速能量变化时，如果扫描电压保持不变，则束偏转量反比于加速能量。这种束偏转与束能量的相关性可以用调节出现在系统数据总线138d上的比例因子来予以考虑。计数器230、232产生12位的信号，信号的所有12位耦合到加法器240、242。计数器输出的高8位形成至比例电路290、292的输入。当这一计数器输出乘以来自数据总线138d的8位比例因子后，产生出一个16位的结果。此乘积的6个最有效位作为索引，输入到水平和垂直剂量校正检查表280、282。来自两比例电路的6位输出在检查表280、282内进行检索，并唯一地指定每一检查表中64×64剂量校正元素的一个。一个8位的校正因子从检查表280、282输出，并通过数字加法器240、242和计数器的输出相加。正是这补偿或校正后的值、而不是计数器的输出，被数模转换器250、252转换成模拟输出。

在加上补偿因子后，图6和8的波形被变动或扰动成当离子束扫描晶片时它被加速或减速。这控制了束的剂量并补偿了晶片的倾斜。在一剂量校正表中，校正因子随束离开水平轴（即晶片环绕着它倾斜的轴）的偏转量的变化作平方的变化。

检查表280、282为电可编程存储单元，它们的内容取决于所需特定的校正因子可以被编程和改动，特别是对不同的晶片偏转量可以得到调节。在本发明的一个实施方案中，晶片110围绕着水平轴倾斜，和不需水平校正，水平检查表282内充以零。在此实施方案中，垂直校正表280在它的4096个存储位置中充以常数，这些常数用来增大或减小来自数模转换器250的扫描波形电压输出，去补偿由离子束打在倾斜晶片上造成的剂量不均匀性。在校正表282充有零处，加法器242不改变来自水平计数器232的输出，而只是由于由数模转换器262所加的比例因子，使来自数模转换器252的输出发生变动。

图14和15示出了以7°倾斜、22.5°旋转用和没有用校正因子注入后5英寸晶片的均匀度。晶片的上半部倾斜离开扫描板26、28。图14和15是注入后晶片薄片电阻率图。负号表示相应于稍高剂量的、比平均值较低的电阻率。正号表示由较低剂量引起的较高薄层层电阻率。

图14的、利用存储在垂直检查表280中的校正因子的已注入的晶片表明在剂量均匀性方面有着重大的改进。在图15中，等电阻率线间距很近，这表明在整个晶片表面上有相对高的电阻率梯度。高和低电阻率区的走向平行于晶片的一条中心线。在图14中，等电阻率线间隔较远，且数目较少，这表明整个晶片表面的电阻率梯度较低。

由电路260、262所施加的比例因子不同于由两电路290、292所施加的比例因子。电路290、292基于束能量和偏转量来计算束位置。电路260、262控制束的过头扫描量，以决定图3和7中图形的尺寸。因为电路290、292、260、262在总路线138d上有独特的地址，基于这些地址可以提供不同的比例因子并锁存于这些电路内。这些比例电路290、292、260、262的使用使系统10对于不同的晶片尺寸会自动调节，而使用者不必送入晶片尺寸这一变量。系统操作员不用调节监视器142去实现适当对中、正确过头扫描的束的显示特征。在这方面，在与本申请同时递交的且在此处作为参考的、密伦（Myron）（attorney docket 10-566）的、题为“离子束注入显示方法和装置（Ion Beam Inplantation Display Method and Apparatus）”的共同待批专利申请中，披露了一种束对中和过头扫描控制系统。

图16-19给出了图9的垂直扫描信号发生器电路的详细原理图。此外还画出了控制电路134的一些部分。控制电路134包括微处理器300（图16），微处理器300执行存储在非挥发性只读存储器305内的操作系统计算机程序。该系统接通电源后，复位电路306产生一复位（信号），送给微处理器300，导致执行存储在存储器305中的程序。在执行操作系统期间，微处理器300利用动态随机存储器307去存储在计算中所用的值。

微处理器300是一以2兆赫时钟频率工作的8位微处理器，并有着形成8位数据总线138d和16位地址总线138a的输入和输出连接。这两个总线系统在图16中以DB0-DB7（数据）和AD0-AD13（地址）来标志。多路接口电路312-316耦合到微处理器、地址和数据总线。三个总路312-314包括把在总线318a、318d上的功率输出提高的线路激励器。接口电路315是外设接口适配器，用以驱动一个故障诊断发光二极管阵列320，去显示系统状态。电路316是一个地址译码器，用作允许读写存储电路305、307。

示于图17A中的可偏程只读存储器210耦合到地址总线。图中画出了垂直的可编程只读存储器210，明显地，为了产生水平扫描电压，在电路135中包括有一类似的可编程只读存储器212。从可编程只读存储器210的8位输出耦合到先进先出缓冲存储器220a、220b。因为在电源接通后，到存储器210的总片选择输入总是起作用的，所以输出的内容取决于线A0-A12上规定的地址。为了把数据从可编程只读存储器210装入缓冲存储器，地址译码器322译出地址总线上的地址，并指示从8位可编程只读存储器输出的数据装入存储器220a、220b中的某一个。如上所述，可编程只读存储器210存储约4000个矢量标志。利用把数据交替转移入存储器220a和220b的方法，16位先进先出的端点被存入存储器220。借助于改变这些可编程只读存储器，可以调节扫描图形。因此，要从图3的扫描改变成图7的扫描，需要用不同的可编程只读存储器。另一方面，这些可编程只读存储器是电可擦的，允许在微处理机控制下改变它们的内容。

32字、16位字长的先进先出存储器电路220a、220b提供的输出数据的结构是：12位矢量Q0-Q11（图17A）和4个附加位“结束（END）”、“开始（START）”、“仃止（STOP）”和“升/降（U/D）”。“开始”和“仃止”位用来将来监视器142与束扫描电压同步，而“升/降”位指示计数器230以开计数还是以降计数工作。“结束”位作同步用，表明4000个矢量信号中每一细框架的结束。

三个电路230a、230b、230c构成垂直电压计数器230，并装入来自先进先出存储器电路220a、220b的矢量数据，存储器电路220a、220b通过控制输入FIFOV而发出数据。计数器电路借助于一个CLKV信号按均匀的速率被钟控，并提供12位的输出CNO-CN11。如同从图17B中所看到的那样，计数器输出信号CNO-CN11作为输入信号提供给两个数字比较器电路270a、270b。这两个比较电路270a、270b也耦合到先进先出12位矢量Q0-Q11，所以当计数器230向下一个扫描束矢量端点计数时，比较器270比较计数器值和下一个先进先出矢量值。当这两个值相同时，以P＝QV标志的控制输出改变状态。这一输出信号传送到定时或时钟电路137，时钟电路137产生一个FIFOV信号，去记录来自先进先出存储器220的下一个矢量数据值。这个FIFOV信号使图17A的垂直扫描先进先出存储器220以及水平的先进先出存储器222都进行工作。在先进先出存储器中的每一矢量启动用来给监视器142定坐标位置的STARTV或STOPV位。在图6中可看出，在波形中每第四个矢量发出电压增加开始的信号。一个在显示电路中的计数器监视这一信号，在接收到七个STARTV信号后知道存储在先进先出存储器中32个字的28个已被利用，而先进先出存储器必须从电可编程只读存储器（EPROM）210那里以读下面28矢量来再次装入。

计数器输出的8个高位CN4-CN11连接到改变比例或乘法电路290（图17B）。来自数据总线连线DB0-DB7的比例因子锁存入比例电路290中。一个6位的比例因子输出MUL0-MUL5代表到剂量校正检查表280的一个索引。此6位输出代表计数高8位乘以8位比例因子所得16位乘积中的高6位数。此6位数代表即时的垂直束扫描，如计数器230的输出所表明的。

形成检查表280、282的存储电路280a、280b、282a、282b示于图19。6位输入MUL0-MUL5（垂直）和MUL0-MUL5（水平）在这些电路内检索，以确定两个8位校正因子输出CF0V-CF7V（垂直校正因子）和CF0H-CF7H（水平校正因子）。这些电路是具有写允许（WE）和芯片允许（CE）控制的电可擦可编程只读存储器。当校正剂量被编入检查表280、282时，锁存电路330、332、334、336、338从地址和数据总线访问数据。校正因子在数据总线上提供，而地址总线指明在检查表中欲存放数据之处。地址译码器电路330、332、334通过送到图19的OE、WR、和RD输入信号，去控制来自数据总线DB0-DB7的数据写入检查表。

用来自检查表280的剂量校正因子去修改计数器输出的数字加法器240可以从图18A中看到，它包括三个电路240a、240b、240c。加法器240把计数器输出CN0-CN11与校正因子信号CF0V-CF7V相加，以产生数字扫描输出S0-S11。校正因子以符号和幅度的形式存储在检查表内，第8位CF7V指示校正因子是正还是负，并用作对加法电路240a、240b、240c的控制（加或减）。所以，对计数最大的修正为127（2⁷-1），而当它与范围直达4095（2¹²-1）的计数器输出组合时，产生最大为3%的束扫描变化。

图18B的电路把数字扫描信号S0-S11转变成供激励垂直扫描电极用的低电压模拟输出。此低电压信号通过图10的接口214转换成一高压、随时间变化的信号。

数模转换器250产生一模拟输出，此模拟输出给放大器253所缓冲，并提供给比例电路260。此比例电路根据由微处理器300向数据总线提供的10位比例因子去衰减输出。用芯片选择控制信号CS0、CS1把衰减因子锁存入缓冲器340、341。耦合到数据总线DB0-DB7的其它缓冲器342、344允许电压扫描输出S0-S11出现在数据总线上，用作扫描发生器的故障诊断。

如前面所指出的，存储器210存储规定大致4000个构成细框架的扫描位置的矢量。为了完成离子注入，要相继形成几百个细框架。当检测到“结束”位时，细框架被完成，而扫描信号发生器返回到矢量系列的开始。当这些几百个细框架正在完成时，高频脉动电压350（图10）加到垂直偏转电压电源216上。此高频脉动电压把细框架上下移动，把晶片表面的扫描图形变得模糊，以使得离子剂量更为均匀。每一高频脉动的时间周期T₁比细框架的周期要长。高频阶梯电压V₁把图形阶跃一个等于细框架之间隔开距离的几分之一的距离。

要明白，本发明的这个实施方案的描述只是打算对本发明作解说，而不是全部发明。在有关技术领域内的普通专业人员将能对所描述的本发明的实施方案作出某些增、减和修改，如同在下面的权利要求书中所描述的那样。

Claims

1、一种用以可控地处理工件(110)的离子束注入设备(10)，它包括：

a)源装置(12)，它提供处理所述工件的离子；

b)支座装置(38)，它将所述工件在相对于所述源装置的一个位置处取向；

c)束成形装置(16)，它把所述离子成形为一离子束，所述离子束在导致它打在所述工件某一区域的第一条轨迹上运动；

d)扫描装置(26、28、214)，它将所述离子束偏离所述第一条轨迹，使之打在所述工件的其它区域，所述扫描装置包括一个或更多个建立场的电极；其特征在于：

e)控制装置(130)，它有着耦合到所述一个或更多个场建立电极，以将控制电压加到所述电极上去的输出，所述控制装置包括：

i)存储装置(210、212)，它存储相应于一种电压波形的偏转信号，所述电压波形适用于激励所述一个或更多个建立场的电极，将所述束弯曲，使它以一受控扫描的图形在所述工件的所述其它区域上运动。

ii)转换装置(220、222、230、232、240、242、250、252)，它把存储在所述存储装置内的值转换成耦合到所述扫描装置的、随时间变化的电压；

iii)补偿装置(240、242、280、282)，当所述束扫过所述工件时，所述补偿装置调节加于所述扫描装置上的所述随时间变化的电压，以影响即时的离子剂量。

2、权利要求1的设备，其中，所述存储装置（210、212）包括一个存储相应于扫描图形中端点（A、B、C、D等）值的存储器，在所述端点处离子束改变扫描方向，所述端点能加以调节以产生不同的扫描图形。

3、权利要求1的设备，其中，所述扫描装置包括：在第一方向上偏转所述离子束（14）的第一电极装置（26）以及在与所述第一方向正交的第二方向上偏转所述离子束的第二电极装置（28），还有其中，存储装置（210、212）存储多组信号对，所述信号对代表在转换装置（250、252）的控制下，按时控顺序加到所述第一和第二电极装置的电压。

4、权利要求3的设备，其中，所述转换装置包括：

第一计数器装置（230），它用以递增或递减一个第一计数器值;

第二计数器装置（232），它用以递增或递减一个第二计数器值;

定时装置（220、222），它以存储于所述存储装置中的信号对去给所述第一和第二计数器设置初始值，并使所述计数器向所述信号对的下一个相继的对递增或递减计数;

比较器装置（270），它将所述计数器中一个的计数与下一个相继的端点进行比较，并启动所述第一计数器和第二计数器装置两者的下一个计数序列;

模拟输出装置（250、252），当所述定时装置使所述第一和第二计数器递增或递减计数时，所述模拟输出装置把所述计数器的计数转换成耦合到所述第一和第二电极装置上去的扫描电压。

5、权利要求4的设备，其中，所述补偿装置包括介于所述第一和第二计数器装置（230、232）和所述模拟输出装置（250、252）之间、在转换成所述扫描电压前去修改所述计数的第一和第二数字加法电路（240、242）。

6、权利要求5的设备，其中，所述补偿装置还包括：有着存储在存储单元位置值的第一和第二补偿存储器装置（290、292），每一所述补偿存储器装置包括一个与工件上束的即时位置有关的输入以及一个耦合到数字加法电路去和所述第一或第二计数器的计数相加或从它那里减去的输出。

7、权利要求1的设备，其中，所述补偿装置包括装置（280、282），所述装置（280、282）按所述束在所述工件上的位置的变化来改变所述扫描装置使所述束扫过所述工件的速度。

8、权利要求7的设备，其中，所述支座装置（38）使所述工件定向，导致所述离子束以一非垂直的角度打在所述工件上。

9、权利要求6的设备，其中，所述补偿存储器装置（290、292）的内容是可调节的，使得在所述工件的整个表面上产生得到控制的注入量的变化。

10、一种用于一般圆形工件（110）的均匀离子束处理方法，它包括下列步骤：

将离子束（14）沿初始轨迹射向所述圆形工件的中心位置;

借助于把第一和第二随时间变化的电压同时耦合到两对扫描电极（26、28），去在互相垂直的方向偏转所述束，来使所述离子束偏离所述初始轨迹，扫过所述工件的整个表面;所述方法的特征在于：所述第一和第二随时间变化的电压含有增大着和减小着的、由最大和最小瞬时值所隔开的波形;以及

协调所述两电压瞬时值的情况，使所述束扫出一系列交叠在所述工件上的四边形扫描图形。

11、权利要求10的方法，其中，所述第一和第二随时间变化的电压是频率稍有不同的、以比较均匀的速率增大和减小的两个锯齿波形电压。

12、权利要求10的方法，其中，所述调整步骤包括变动所述瞬时值的幅度、同时保持波形基本不变的子步，来调制四边形扫描图形的形状，并导致所述离子束以每单位面积比较均匀的剂量去处理所述工件。

13、权利要求10的方法，其中，所述四边形图形的角的相对位置存储在一数字存储器（210、212）内，并被转换成所述第一和第二随时间变化的电压。

14、权利要求10的方法，还包括扰动扫描电压，使扫过所述工件的即时离子束扫描速度提高或降低的步骤。

15、一种用于一般圆形工件（110）的均匀离子束处理的方法，它包括下列步骤：

将离子束（14）沿初始轨迹射向所述圆形工件的中心位置;

借助于把第一和第二随时间变化的电压同时耦合到两对扫描电极（26、28），去在互相垂直的方向偏转所述束，来使所述离子束偏离所述初始轨迹，扫过所述工件的整个表面;所述方法的特征在于：所述第一和第二随时间变化的电压含有增大着和减小着的、由最大和最小瞬时值隔开的波形;以及

协调所述两电压瞬时值的情况，使所述束以平行的扫描线段扫过所述工件，所述平行扫描线段隔开一定距离且在所述正交的第一和第二方向的对角线方向上。

16、权利要求15的方法，其中，所述第一和第二随时间变化的电压是频率稍有不同的、以比较均匀的速率增大和减小的两个锯齿波形电压。

17、权利要求15的方法，其中，所述平行扫描线段的长度被调节得与一复盖所述一般圆形工件的、通常为圆形的包路线相搭接。