JP2008533721A - 単一基板上で多数の工程段階を実現する方法および装置 - Google Patents

Abstract

基板マスキング装置は、処理のために基板を支持するプラテンアセンブリと、開口を有するマスクと、マスクをマスキング位置で保持する保持機構と、マスクと基板との相対位置を変更することにより、マスクにおける開口を介し、基板の異なる領域が露光されるようにする位置決め機構とを含む。装置は、マスクをマスキング位置と非マスキング位置との方へおよびその間で移動させるマスク装填機構をさらに含む。処理は、異なる領域に異なる注入パラメータ値を有する基板のイオン注入を含んでよい。他の実施形態においては、処理される基板の領域は、基板の前にあるマスク、シャッタ、または、ビームモディファイヤにより選択することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体のウェーハなどの基板の処理に関し、より詳しくは、異なるプロセスパラメータを有する基板の異なる領域を処理する方法および装置に関する。本発明は、半導体ウェーハのイオン注入に用いることができるが、イオン注入または半導体ウェーハに限定されない。
本出願は、２００５年３月９日に出願された仮出願番号６０／６６０，４２０の利益を主張し、そのすべてを参照としてここに組み込む。

従来のイオン注入では、ウェーハ全体が線量、エネルギー、ドーパント種、および、ビーム入射角などの一そろいの注入パラメータ値により注入される。ほとんどの用途では、半導体ウェーハの表面全体に、均一にイオンが注入されることが必要条件となる。

集積回路の開発においては、最適なプロセスおよびデバイスパラメータ値を決定すべく、プロセス条件を変更する必要が頻繁にある。研究開発および生産設備における実験計画（ＤＯＥ）は、単一のウェーハが実験におけるそれぞれのデータポイントに使用されることが求められていた。開発者が多数の異なるパラメータ値により実験を行いたい場合、異なるパラメータ値の数に等しい数のウェーハが必要になる。プロセスおよびデバイスパラメータを最適化するためにはウェーハのコスト、特に大型のウェーハのコストがひどく高くなる。例えば、直径３００ミリメートルのウェーハはそれぞれ５、０００ドルもする場合もある。

したがって、多数の工程段階を単一の基板上で実行できるようにし、その結果、集積回路の開発に必要な基板数を減らすことができる方法および装置が要求される。

本発明の第１の態様によれば、基板マスキング装置であって、処理のための基板を支持するプラテンアセンブリと、開口を有するマスクと、マスクをマスク位置で保持する保持機構と、マスクと基板との相対位置を変更することにより、基板の異なる領域がマスクにおける開口を介して露光される位置決め機構とを有する。

いくつかの実施形態では、処理は、異なる領域に異なる注入パラメータ値を有する基板のイオン注入を含む。マスクにおける開口は、注入パラメータ値の特定のセットを用い、注入されるべき基板の領域を定義する。

本発明の第２の態様によれば、基板を処理する方法が提供される。方法は、開口を有するマスクを基板に対して位置決めすることにより、基板の第1の領域がマスクにおける該開口を介し露光される工程と、マスクにおける開口を介し、基板の第1の領域を処理する工程と、マスクと基板との相対位置を変更することにより、開口を介し、基板の第２の領域が露光される工程と、マスクにおける開口を介し基板の第２の領域を処理する工程とを含む。

本発明の第３の態様によれば、イオン注入機であって、イオンビームを生成するイオンビーム発生器と、イオンビームによるイオン注入のために基板を支持するプラテンアセンブリと、開口を有するマスクと、マスクをマスキング位置に移動させるマスク装填機構と、マスクをマスキング位置で保持する保持機構と、マスクと基板との相対位置を変更することにより、マスクにおける開口を通過するイオンビームにより基板の異なる領域が注入される位置決め機構とを有する。本発明の第４の態様によれば、基板を処理する方法が提供される。方法は、異なる処理パラメータ値を有する基板の異なる領域を処理する工程を含む。いくつかの実施形態では、処理は、異なる注入パラメータ値を有する基板のイオン注入を含む。

本発明の第５の態様によれば、イオン注入装置が提供される。イオン注入装置は、処理チャンバと、イオンビームを生成するイオンビーム発生器と、処理チャンバ内で基板を支持するプラテンと、基板の異なる領域が異なる注入パラメータ値により注入されるようイオン注入を制御する注入制御デバイスとを有する。デバイスは、マスクと、注入される基板の領域を定義するよう基板の前に位置するシャッタまたはビームモディファイヤとを含んでよい。

半導体ウェーハなどの基板の製造には様々なプロセスツールが用いられている。本発明の一側面によれば、イオン注入機などのプロセスツールは、基板の選択された領域を処理すべく修正される。いくつかの実施形態では、処理されるべき基板の領域は、基板に関連して、一般的には基板の前に間隔を置いて配置された物理的マスクにより選択可能に処理される。基板の異なる領域は、基板、マスク、あるいは両方を再配置し、かつ、２つまたはそれ以上の処理ステップを用いることにより処理されることができる。さらなる実施形態では、処理される基板の領域は、基板に関連して配置されたシャッタにより選択可能である。シャッタは、サイズおよび／または位置が変更可能な開口を有する。基板の異なる領域は、シャッタ、基板位置、あるいは両方を制御することにより処理されることができる。別の実施形態では、処理される基板の領域は、イオン注入の選択された期間中にイオンビームをブロックするなど、イオンビームを修正することにより、あるいは、注入の選択された期間中に基板からイオンビームを逸らすことにより、選択可能である。異なるプロセスパラメータは、基板の異なる領域で用いられることができる。

本発明の側面は、個別の集積回路の超小型の特徴を選択可能に処理するのとは対照的に、多数の集積回路をそれぞれ含む領域のような、基板のマクロ領域を選択可能に処理することを目的とする。イオン注入機においてプロセスを実施する方法がいくつかある。これらの技術は、バッチアーキテクチャにおいてと同様に、一次または二次元スキャンを用いる単一のウェーハアーキテクチャにおいて利用されることができる。さまざまなイオン注入機アーキテクチャでは、イオンビームは、基板を移動することによるビームスキャン、または、ビームスキャンと基板の移動との組み合わせにより基板上に分散される。
本発明は、これらのイオン注入機アーキテクチャのいずれを用いて利用されることもできる。

一実施形態では、マスクは、半導体ウェーハのような基板の前に配置される。この実施形態では、ウェーハは、機械的あるいは静電的にプラテンのような保持機構上に固定される。マスクは、ウェーハの前に配置される。マスクは、切り抜き領域または開口を有し、処理はこの開口を介してのみ可能である。マスクは、ウェーハの前のマスキング位置と、マスクがウェーハから除去され、実質的にウェーハ処理に影響しない非マスキング位置との間を移動可能である。非マスキング位置は、処理チャンバの内側または外側にある記憶場所であってもよい。処理システムは、以下に述べる自動マスク装入取り出し機構を利用することもできる。他の実施形態では、マスクは、マスキング位置に手動で取り付けられてよい。

いくつかの実施形態では、マスク装入取り外し機構は、真空チャンバ内の記憶場所からウェーハの前のマスキング位置までマスクを移動させる。ウェーハの第1の領域は、マスクの開口を介し、イオン注入などにより処理される。その後、ウェーハは、マスクに関連して移動し、ウェーハの第２の領域が処理される。ウェーハは、例えば、ウェーハハンドラの配向器の上で回転することにより再配置されることができる。他の実施形態では、マスクは、ウェーハに対し再配置される。

さらなる実施形態では、マスクは、ウェーハの大きさであってよく、したがって、ウェーハをプロセスステーションに供給する同じウェーハ操作システムにより操作されることができる。一連のマスクは、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）で配置されることができ、それによって、それぞれのマスクが変更された後に起きている処理工程を伴い、異なるマスクがウェーハの前に正確に供給されかつ配置されることができる。マスクおよびウェーハの異なる相対位置を利用することにより、単一のマスクを使用してウェーハの２つまたはそれ以上の領域を処理することができる。ウェーハおよび／またはマスクは、再配置されることができる。ＦＯＵＰにおけるマスクは、物理的に異なっていてよいので、ウェーハの異なる領域は、個別に処理されることができる。この方法は、スパッタリング、蒸着プロセス、ＣＶＤ、エッチング、プラズマ洗浄システム、レーザアニールなど、他の半導体処理ツールにおける処理チャンバ同様、シングルおよびデュアルアクシス・メカニカル・スキャン、および、イオン注入機におけるバッチ終端ステーションを含む単一のウェーハイオン注入機に適用されることができる。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態に従うイオン注入機の簡略ブロック図である。半導体ウェーハ２０は、支持機構、あるいは、静電ウェーハクランプまたはメカニカルウェーハクランプなどのプラテン２２に取り付けられる。３２における開口を有するマスク３０は、リテーナ３４を用い、ウェーハ２０の前に取り付けられる。好ましくは、マスク３０は、ウェーハ２０から距離を置いて配置され、物理的に接触しない。いくつかの実施形態では、マスク３０とウェーハ２０との間隔は、ウェーハ２０がマスク３０に接触せずに装入され、プラテン２２から取り出されるのに十分である。イオンビーム発生器４０は、イオンビーム４２をウェーハ２０に導く。イオンビーム４２は、少なくともウェーハ２０の直径くらいの幅を有するリボンイオンビームか、（一次元または二次元でスキャンされる）スキャンイオンビーム、あるいは、固定イオンビームであってよい。メカニカルスキャナ４４は、ウェーハ２０の表面全体にイオンビーム４２が分散されるよう、イオンビーム４２の構成およびイオン注入機のアーキテクチャに基づき、ウェーハ２０を一次元または二次元で表現してよい。

マスク３０は、開口３２の領域以外のイオンビーム４２を遮蔽するよう構成される。したがって、マスク３０は、イオンビーム遮蔽部分３０ａ、および、開口３２により定義される非遮蔽部分を有する。したがって、ウェーハ２０は、開口３２により定義される領域のみで注入される。ウェーハ２０の注入領域は、開口３２の境界近くの領域でエッジ効果を呈することもあると理解されよう。マスク３０は、単一の開口３２、あるいは、２つまたはそれ以上の開口を含む。開口３２は、マスク３０のイオンビーム遮蔽位置３０ａ内に配置されてよく、その結果、開口３２は、イオンビーム遮蔽部分３０ａに囲まれることになる。他の実施形態では、開口３２は、イオンビーム遮蔽部分３０ａにより部分的に囲まれてよい。したがって、開口３２は、マスク３０の上に内部位置を有するか、または、マスク３０の端に位置してよい。例えば、マスク３０は、扇形の開口を有する円形であってよい。1つの具体例において、マスク３０は、円形であり、開口３２は、９０度の扇形である。

マスクは、注入がなされるウェーハの汚染を最小限にする導電材料で作製されることができる。適切な材料は、カーボンファイバ、シリコンカーバイド、シリコン、および、グラファイトを含む。カーボンファイバマスクは、例えば、厚さ０．０９０インチを有する。開口は、比較的鋭角を有することにより、マスク材料と開口との間の境界におけるエッジ効果を制限する。このマスク情報は、例に挙げられているに過ぎず、本発明の範囲を限定しない。

開口３２を介し、ウェーハ２０の異なる領域に注入するよう、マスク３０とウェーハ２０との相対位置は変更できる。ウェーハ２０を再配向するか、マスク３０を再配向するか、または両方を再配向することにより、再配置が実現する。他の実施形態では、異なるマスクは、ウェーハ２０の異なる領域に注入するよう用いられることができる。ウェーハ２０の異なる領域が露光されるたびに、イオンビーム４２の１つまたはそれ以上のパラメータ値が変更され得る。結果として、ウェーハ２０の異なる領域は、異なる注入パラメータ値で注入されてよい。

図３は、本発明の第２の実施形態に従う基板マスキング装置を示す。基板マスキング装置１００は、イオン注入などによる処理のために半導体ウェーハ１１２などの基板を支持するプラテンアセンブリ１１０を含む。プラテンアセンブリ１１０は、スキャンシステム１１４により支持される。基板マスキング装置１００は、開口１２２を有するマスク１２０、マスク装填機構１３０、および、マスク１２０とウェーハ１１２との相対位置を変更する位置決め機構１３２をさらに含む。図３の実施形態では、位置決め機構１３２は、図９に関連して以下に述べるウェーハハンドラの一部であるウェーハ配向器であってよい。

プラテンアセンブリ１１０は、ウェーハ１１２を支持するための一の表面を有するプラテン１４０、および、ウェーハ１１２をプラテン１４０に固定するための静電クランプまたは機械クランプを含む。プラテンアセンブリ１１０は、処理の間ウェーハ１１２を冷却するための冷却システム、および、その中心軸の周りでウェーハ１１２を回転させるまたはねじる機構とをさらに含む。図３の実施形態では、プラテンアセンブリ１１０は、マスク保持要素１４２を含む。図に示すように、マスク１２０は、マスク保持要素１４２を係合するためのフィンガ１４４を備えてもよい。

プラテンアセンブリ１１０は、スキャンシステム１１４により支持される。スキャンシステム１１４は、角度をもたせた注入のために水平軸に関しプラテンアセンブリ１１０を傾けることができ、ウェーハ装入／取り出し位置に対する水平軸に関しプラテンアセンブリ１１０を回転させることができる。
さらに、スキャンシステム１１４は、イオン注入の間、プラテンアセンブリ１１０を垂直に移動させてよい。

図３の実施形態では、マスク装填機構１３０は、マスク１２０を係合する要素１５２を有する転送アーム１５０と、装入位置と格納位置との間で転送アーム１５０を移動させる駆動システム１５４とを含む。動作中、マスク装填機構１３０は、駆動システム１５４の動作により、ウェーハ１１２の前でマスク１２０をマスキング位置に対し往復移動させる。マスキング位置で、マスク１２０は、マスク保持要素１４２を係合する。その後、マスク装填機構１３０は、引っ込み、スキャンシステム１１４は、プラテンアセンブリ１１０をウェーハ装入／取り出し位置へと移動させる。その後、ウェーハ１１２は、図９および下記に示すウェーハ操作システムによりマスク１２０の下に装入される。そして、ウェーハ１１２は、注入されるかまたは処理されることができる。ウェーハ１１２は、マスク１２０内の開口１２２により定義される第１の領域に注入される。ウェーハは、注入された後、ウェーハ操作システムにより除去される。ウェーハ１１２は、再配置でき、その結果、ウェーハ１１２の第２の領域が開口１２２を介し露光される。例えば、ウェーハは、ウェーハハンドラの一部である配向器により再配置されることができる。ウェーハの選択された領域が注入された後、ウェーハ１１２は、除去されることができ、新たなウェーハが注入のためにプラテン１４０上に装填される。マスク１２０は、同じ場所のままか、あるいは、動作の望ましいモードに基づき除去されることができる。マスク１２０は、転送アーム１５０を係合マスク１２０に移動させることにより除去されることができる。保持要素１４２は、マスク１２０を開放し、転送アーム１５０は、マスク１２０を格納位置まで引っ込ませる。

別の動作では、ウェーハ１１２は、マスク１２０がマスキング位置まで移動される前にプラテン上に装填されることができる。

図４は、本発明の第３の実施形態に従う基板マスキング装置２００を示す。基板マスキング装置２００は、プラテンアセンブリ２１０とマスク２２０とを含む。スキャンシステム、マスク装填機構、および、位置決め機構は、説明を容易にするために図４から省略されている。プラテンアセンブリ２１０は、ウェーハ２１２を保持するための内部静電クランプ２４２と、マスク２２０を保持するための外部静電クランプ２４４とを有するプラテン２４０を含む。マスク２２０は、開口２２２、外部静電クランプ２４４を係合するリング状領域２２４、および、ウェーハ２１２から間隔を置いて配置された隆起した中央域２２６を含む。

マスク２２０は、上述のようなマスク装填機構により、または、後述するようなウェーハ操作システムによりマスキング位置まで移動される。マスク２２０は、外部静電クランプ２４４によりマスキング位置内のしかるべき場所に保持される。ウェーハ２１２は、マスク２２０の装入前か、あるいは、マスク２２０における適切な大きさの開口（図示せず）を介しプラテン２４０上に装填される。ウェーハ２１２は、内部静電クランプ２４２によりしかるべき場所に保持される。その後、ウェーハ２１２の第１の領域は、注入されるか、または、開口２２２を介し処理される。ウェーハ２１２およびマスク２２０の相対位置は、開口２２２を介しウェーハ２１２の第２の領域を露光するよう変更され、ウェーハ２１２の第２の領域は、開口２２２を介し注入される。上述のように、ウェーハ２１２およびマスク２２０の相対位置は、ウェーハ２１２を再配置することにより、または、マスク２２０を再配置することにより、あるいは、どちらも再配置することにより変更できる。このシーケンスは、ウェーハ２１２の望ましい領域が注入され終わるまで繰り返される。

図５は、本発明の第４の実施形態に従う基板マスキング装置３００を示す。基板マスキング装置３００は、スキャンシステム３１４により支持されるプラテンアセンブリ３１０と、開口３２２を有するマスク３２０とを含む。マスク装填機構および位置決め機構は、説明を簡単にすべく、図５から省略される。図５の実施形態において、スキャンシステム３１４は、マスク保持要素３４２を備える。マスク保持要素３４２は、プラテンアセンブリ３１０がウェーハ装入／取り出し位置に対し傾けられるかあるいは回転されるとき、マスク３２０を固定位置に維持する。

動作中、マスク３２０は、上述したようなマスク装填機構により、または、後述のようなウェーハハンドラによりマスキング位置まで移動されることができる。マスキング位置では、マスク３２０は、マスク保持要素３４２を係合する。マスク装填機構は、引っ込み、スキャンシステム３１４はプラテンアセンブリ３１０をウェーハ装入／取り出し位置に対し回転させる。ウェーハ３１２は、ウェーハ操作システムによりプラテン３４０上に装填される。その後、ウェーハ３１２の第１の領域は、マスク３２０における開口３２２を介し注入される。ウェーハ３１２の第１の領域が注入された後、マスク３２０とウェーハ３１２との相対位置は、注入のためにウェーハ３１２の第２の領域を露光するよう変更される。ウェーハ３１２の選択された領域が注入された後、ウェーハ３１２は、プラテンアセンブリ３１０をウェーハ装入／取り出し位置まで持っていくことにより除去される。マスク装填機構は、マスク３２０を係合すべく装入位置まで移動され、マスク保持要素３４２は、マスク３２０を開放する。マスク３２０は、使用されていないときは、記憶場所に移動されることもできる。他の動作において、ウェーハ３１２は、マスク３２０がマスキング位置まで移動される前にプラテン３４０上に装填される。

図６は、本発明の第５の実施形態に従う基板マスキング装置４００を示す。基板マスキング装置４００は、スキャンシステム４１４により支持されるプラテンアセンブリ４１０、開口４２２を有するマスク４２０、および、マスク装填機構４３０を含む。図６の実施形態では、マスク装填機構４３０は、イオン注入の間、イオンビームの経路内でマスク４２０を位置決めする。マスク装填機構４３０は、イオンビームの経路外の記憶位置までマスク４２０を引っ込めてよい。さらに、マスク装填機構４３０は、ウェーハ４１２に対しマスク４２０を回転させる位置決め機構４３２を含む。他の実施形態では、ウェーハ４１２の異なる領域は、ウェーハ４１２を再配置することにより開口４２２を介し露光されることができる。例えば、ウェーハ４１２は、ウェーハ操作システムにおける配向器により再配置されることができる。

図７は、本発明の第６の実施形態に従う基板マスキング装置５００を示す。基板マスキング装置５００は、スキャンシステム５１４により支持されるプラテンアセンブリ５１０と、開口５２２を有するマスク５２０とを含む。プラテンアセンブリ５１０は、マスク保持要素５４２を備える。図７の実施形態では、マスク５２０は、マスク保持要素５４２上に手動で装填される。ウェーハ５１２は、ウェーハ操作システムにより装入または取り出されることもでき、マスク５２０内の開口５２２を介し注入のための異なる領域を露光するよう再配置されることもできる。使用する必要がない場合、マスク５２０は、マスク保持要素５４２から手動で除去されてよい。

図８は、本発明の第７の実施形態に従う基板マスキング装置６００を示す。基板マスキング装置６００は、スキャンシステム６１４により支持されるプラテンアセンブリ６１０、および、開口６２２を有するマスク６１０を含む。プラテンアセンブリ６１０は、プラテン６４０、および、マスク保持要素６４２を含む。マスク６２０は、マスク保持要素６４２により手動で装填されることができる。図８の実施形態は、主にマスク保持要素について図７の実施形態と異なる。図８の実施形態では、マスク保持要素６４２は、プラテン６４０をひねることにより開閉位置の間を移動される。ウェーハ保持要素６４２が開位置に移動され、マスク６２０がマスキング位置へと装入され、プラテン６４０がひねられることにより、マスク保持要素６４２は、マスク６２０を係合する。プロセスは、マスキング位置からマスク６２０を除去するよう逆行される。

図９は、図３−８の基板マスキング装置による動作に適するウェーハ操作システムの簡略化概略図である。ウェーハ操作システムは、本願明細書中に参照として組み込まれたアメリカ特許Ｎｏ．５，４８６，０８０（１９９６年１月２３日発行、Ｓｉｅｒａｄｚｋｉ）に開示されるタイプであってよい。真空チャンバ７１０は、第１のロボット７１２、第２のロボット７１４、転送ステーション７１６、または、ウェーハ配向器、および、プラテンアセンブリ７１８を含む。プラテンアセンブリ７１８は、上述の図３−８に示すプラテンアセンブリに対応する。ロードロック７２０および７２２は、遮断バルブ７２４および７２６をそれぞれ介し、真空チャンバ７１０と通信する。それぞれ複数の半導体ウェーハを保持するカセット、または、ＦＯＵＰ７３０および７３２は、それぞれのロードロック７２０および７２２内に配置される。

動作中、ウェーハは、第１のロボット７１２によりＦＯＵＰ７３０から取り外され、転送ステーション７１６に配置される。転送ステーション７１６は、ウェーハサポート、および、ウェーハの基準値に対する偏向誤差および回転誤差を決定する位置センサを含む。位置検知は、通常、センサに対するウェーハの回転を必要とする。回転誤差は、転送ステーション７１６におけるウェーハサポートの適切な回転により補正される。ウェーハは、その後、偏向エラーをなくすべく適切な調整を伴い、第２のロボット７１４によりプラテンアセンブリ７１８に転送される。処理後、ウェーハは、第１のロボット７１２によりＦＯＵＰ７３０へと返送される。

上述のように、ウェーハハンドラは、マスクにおける開口を介し、注入のためのウェーハの異なる領域を露光するようウェーハを再配置することができる。このことは、ウェーハをプラテンアセンブリ７１８から転送ステーション７１６まで移動させ、ウェーハを予め定められた量だけ回転させることにより成し得る。マスクにおける開口が９０度の扇形である例では、転送ステーション７１６は、各注入後、ウェーハを９０度回転することができる。ウェーハは、マスクにおける開口を介し、異なる領域の注入のためにプラテンアセンブリ７１８まで戻される。したがって、転送ステーション７１６は、ウェーハ再配置の機能を実行する。

図１０は、本発明の第８の実施形態を一部実行するウェーハ操作システムの簡略化概略図である。ウェーハ操作システムは、通常、上述の図９に示すタイプであってよい。図に示すように、第１のロードロック８００は、処理されるべきウェーハ８３０と共に装入され、第２のロードロック８０２は、マスク８３２と共に装入されてよい。第１のロボット８１０は、ロードロック８００からウェーハ８３０を除去し、配向のためにウェーハ８３０を転送ステーション８２０に配置する。ウェーハは、プラテン８２２に転送される。第２のロボット８１２は、開口８３４を有するマスク８３２をロードロック８０２から、配向のために転送ステーション８２０に移動させる。マスク８３２は、その後、上述のように、プラテン８２２に転送され、ウェーハ８３０と位置合わせして配置される。ウェーハ８３０の第１の領域は、マスク８３２における開口８３４を介しイオンビーム８３６が注入される。マスク８３２は、注入後、再配置するためにプラテン８２２から転送ステーション８２０へと移動され、その後、ウェーハの第２の領域を注入するためにプラテン８２２へと返送されることができる。あるいは、ウェーハ１３０は、注入後、再配置するためにプラテン８２２から転送ステーション８２０へと移動され、その後、ウェーハの第２の領域を注入するためにプラテン８２２へと返送されることができる。このプロセスは、ウェーハ８３０の選択された領域が注入され終えるまで繰り返されることができる。次に、さらなるウェーハが注入のためにロードロック８００から装入されることができる。同様に、異なる開口構成および／または配向を有するマスクがロードロック８０２から装入されることができる。

図１１および１２は、本発明の第９の実施形態に従う基板マスキング装置９００を示す。図１１は、基板マスキング装置９００を示し、一方、図１２は、イオン注入機における基板マスキング装置９００を示す。基板マスキング装置９００は、スキャンシステム９１４により支持されるプラテンアセンブリ９１０と、開口９２２を有するマスク９２０と、マスク装填機構９３０とを含む。図１１および１２のそれぞれにおいて、プラテンアセンブリ９１０上のマスキング位置９６０、および、プラテンアセンブリ９１０から間隔を置いた格納位置９６２のどちらにおいてマスク９２０が示される。実際のシステムでは、マスク９２０は、任意の所定時間においては一箇所のみに配置されると理解されたい。図に示すように、プラテンアセンブリ９１０にはマスク保持要素９４２が設けられ、マスク９２０には、保持要素９４２をマスキング位置で係合するフィンガ９４４が設けられる。特に、フィンガ９４４は、保持要素９４２にきちんとはまることができる。

マスク装填機構９３０は、マスククリップ９５２を有する転送アーム９５０と、駆動システム９５４とを含んでよい。図に示すように、駆動システム９５４は、転送アーム９５０がマスク９２０を移動させられるように、また、マスキング位置９６０と格納位置９６２との間で移動できるようにする。スキャンシステム９１４は、プラテンアセンブリ９１０をマスク９２０に関し上方に移動させることにより、マスク９２０上でフィンガ９４４を保持要素９４２にきちんとはめることもできる。

図１２に示すように、基板マスキング装置９００の一部は、イオンビーム９７２と交差する経路の下のハウジング９７０内に配置されてよい。
イオン注入すべく、スキャンシステム９１４は、プラテンアセンブリ９１０およびマスク９２０を、イオン注入を実行するべくイオンビーム９７２の経路に向けて垂直かつ上方に並進させる。マスク装入機構９３０およびマスク９２０の格納位置９６２は、イオンビーム９７２の経路から間隔を置いて配置される。

図１３は、本発明の第９の実施形態に従うイオン注入の簡略化概略ブロック図である。半導体ウェーハ１０２０は、静電ウェーハクランプまたはメカニカルウェーハクランプなどのプラテン１０２２により支持される。開口１０３２を有するシャッタ１０３０は、ウェーハ１０２０の前に取り付けられる。イオンビーム発生器１０４０は、イオンビーム１０４２をウェーハ１０２０に導く。イオンビーム１０４２は、少なくともウェーハ１０２０の直径くらいの幅を有するリボンビーム、（一次元または二次元でスキャンされる）スキャンイオンビーム、または、固定のイオンビームであってよい。メカニカルスキャナ１０４４は、ウェーハ１０２０の表面全体にイオンビーム１０４２を分散させるよう、イオンビーム１０４２の構成、および、イオン注入機のアーキテクチャに基づき、一次元または二次元でウェーハ１０２０を表現してよい。

シャッタ１０３０は、開口１０３２の領域を除き、イオンビーム１０４２をブロックするよう構成される。シャッタ１０３０は、単一の開口１０３２、あるいは、２つまたはそれ以上の開口を含む。シャッタ１０３０は、様々な異なる構成を有してよい。いくつかの実施例では、開口１０３２は、固定のサイズおよび形状を有してよい。他の実施形態では、開口１０３２は、一次元または二次元に変化してよく、サイズおよび／または形状も変化してよい。シャッタ１０３０は、開口１０３２が開閉できるよう構成されてよい。また、シャッタ１０３０は、イオンビーム１０４２をブロックしない大きさにまで開口１０３２を開くことができ、それによって効果的にシャッタ１０３０を機能しないようにする。また、シャッタ１０３０は、開口１０３２を介し、ウェーハ１０２０の異なる領域に注入するよう、イオンビーム１０４２およびウェーハ１０２０に関し一次元または二次元に移動することもできる。さらにまた、シャッタ１０３０は、必要ないときは、イオンビーム１０４２の経路外に移動されることもできる。

図１３に示すように、イオン注入機は、イオンビーム１０４２に対するシャッタ１０３０の位置を制御するシャッタ位置コントローラ１０５０と、開口１０３２の動作を制御する開口コントローラ１０５２と、イオン注入機のすべての動作を制御する注入コントローラ１０５４とをさらに含んでよい。シャッタ位置コントローラ１０５０は、シャッタ１０３０の位置が制御可能である複数の実施形態において用いられ、開口コントローラ１０５２は、開口１０３２が制御可能である複数の実施形態において用いられると理解されたい。様々な実施形態において、ウェーハ１０２０の選択される領域は、シャッタ１０３０を制御することにより、または、シャッタ１０３０に関しウェーハ１０２０を移動させることにより、あるいは、その組み合わせにより注入されることができる。メカニカルスキャナ１０４４、シャッタ位置コントローラ１０５０、および、開口コントローラ１０５２は、望ましい注入を実行すべく注入コントローラ１０５４により制御されることができる。

図１４は、本発明の第１０の実施形態に従うプロセス制御装置の斜視図である。プロセス制御装置１１００は、イオン注入などの処理のために半導体ウェーハ１１１２などの基板を支持するプラテンアセンブリ１１１０を含む。プラテンアセンブリ１１１０は、スキャンシステム１１１４により支持される。プロセス制御装置１１００は、開口１１２２を有するシャッタ１１２０、および、シャッタコントローラ１１３０をさらに含む。図１４の実施形態では、シャッタコントローラ１１３０は、ウェーハ１１１２に対するシャッタ１１２０の位置を制御することができるか、開口１１２２を制御することができるか、あるいはどちらも制御することができる。

動作中、シャッタコントローラ１１３０は、ウェーハ１１１２の前でシャッタ１１２０を位置決めし、開口１１２２の望ましいサイズ、形状、位置を設定する。ウェーハ１１１２は、前述した図９に示されるウェーハ操作システムによりプラテンアセンブリ１１１０上に装填される。その後、ウェーハ１１１２は、注入されるか、または、開口１１２２を介し処理されることができる。ウェーハ１１１２は、開口１１２２により定義される第１の領域において注入される。ウェーハ１１１２の第２の領域は、システムの構成に基づき、いくつかの方法のうちの１つで注入されることができる。１つの方法では、シャッタ１１２０は、開口１１２２が再配置された開口を介しウェーハ１１１２の第２の領域を露光すべく移動されるよう調整されることができる。他の方法では、ウェーハ１１１２は、例えば、上述したようなウェーハハンドラの一部である配向器により再配置されることができる。ウェーハの選択された領域が注入された後、ウェーハ１１１２は、除去され、新たなウェーハがプラテンアセンブリ１１１０上に装填されることができる。

図１５は、本発明の第１１の実施形態に従うイオン注入機の簡略化概略ブロック図を示す。半導体ウェーハ１２２０は、静電ウェーハクランプまたはメカニカルウェーハクランプなどのプラテン１２２２により支持される。
ビームモディファイヤ１２３０は、ウェーハ１２２０の前に取り付けられる。イオンビーム発生器１２４０は、ウェーハ１２２０にイオンビーム１２４２を導く。イオンビーム１２４２は、ウェーハ１２２０の少なくとも直径くらいの幅を有するリボンイオンビームであってよく、（一次元または二次元でスキャンされる）スキャンイオンビーム、あるいは、固定のイオンビームであってよい。メカニカルスキャナ１２４４は、ウェーハ１２２０の表面全体にイオンビーム１２４２が分散されるよう、イオンビーム１２４２の構成、および、イオン注入機のアーキテクチャに基づき、ウェーハ１２２０を一次元または二次元で表現してよい。

ビームモディファイヤ１２３０は、イオンビーム１２４２がウェーハ１２２０の１つまたはそれ以上の選択された領域に注入するよう、そして、ウェーハ１２２０の他の領域には注入しないよう、イオンビーム１２４２を修正するよう設定されることができる。１つの実施形態では、ビームモディファイヤ１２３０は、選択された部分の注入の間、イオンビーム１２４２の経路内に移動されるメカニカルビームブロックであってよい。他の実施形態では、ビームモディファイヤ１２３０は、選択された部分の注入の間、イオンビーム１２４２をウェーハ１２２０から逸らすよう作動されることができる静電または磁気偏向器である。イオン注入機は、ビームモディファイヤコントローラ１２５０および注入コントローラ１２５４をさらに含む。

動作中、注入コントローラ１２５４は、ウェーハ１２２０全体にイオンビーム１２４２が分散されるよう、注入の間、メカニカルスキャナ１２４４を制御する。注入の間の特定の時間、注入コントローラ１２４０は、例えばイオンビーム１２４２をブロックすることにより、または、イオンビーム１２４２をウェーハ１２２０から逸らすことによりイオンビーム１２４２がウェーハ１２２０に達することを避けるよう、ビームモディファイヤコントローラ１２５０に命じることもできる。したがって、プロセスは、ウェーハ１２２０の選択された領域を注入するよう制御されることができる。

ここまで本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの側面を説明してきたが、様々な変更、修正および改良が容易に生じ得ることは当業者であれば理解できよう。このような変更、修正および改良は、本開示の一部であると意図され、また、本発明の趣旨および範囲内であると意図される。
したがって、前述の説明および図面は、一例に過ぎない。

本発明をより理解すべく、本願明細書中に組み込まれた添付の図面を参照されたい。

本発明の第1の実施形態に従う、イオン注入システムの簡略ブロック図である。 図１に示されたマスクおよびウェーハの概略図である。 本発明の第２の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の第４の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の第５の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の第６の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の第７の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 本発明の基板マスキング装置と共に利用されることができる基板ハンドラの概略図である。 基板およびマスク両方を操作するために利用される基板ハンドラの概略図である。 本発明の第８の実施形態に従う基板マスキング装置の斜視図である。 イオン注入機に装着される図１１の基板マスキング装置を示す斜視図である。 本発明の第９の実施形態に従うイオン注入機の簡略化された概略ブロック図である。 本発明の第１０の実施形態に従うプロセス制御装置の斜視図である。 本発明の第１１の実施形態に従うイオン注入機の簡略化された概略ブロック図である。

Claims (46)

1. 基板マスキング装置であって、
   処理のために一の基板を支持する一のプラテンアセンブリと、
   一の開口を有する一のマスクと、
   前記マスクを一のマスキング位置で保持する一の保持機構と、
   前記マスクと前記基板との相対位置を変更することにより、前記基板の異なる領域が前記マスク内の前記開口を介し露光されるようにする一の位置決め機構と、
   を含む基板マスキング装置。
2. 前記保持機構は、前記プラテンアセンブリに固定される、請求項１に記載の基板マスキング装置。
3. 前記保持機構は、前記プラテンアセンブリを支持する一のスキャンシステムに固定される、請求項１に記載の基板マスキング装置。
4. 前記保持機構および前記マスクは、相互係合要素を含む、請求項１に記載の基板マスキング装置。
5. 前記保持機構は、前記プラテンアセンブリと関連する一の静電クランプを含む、請求項１に記載の基板マスキング装置。
6. 前記保持機構は、手動操作可能である、請求項１に記載の基板マスキング装置。
7. 前記マスクは、円形であり、一の扇形の開口を有する、請求項１に記載の基板マスキング装置。
8. 前記マスクは、前記プラテンアセンブリに対し前記基板が装入および取り出しできるよう、該基板から間隔を置いて配置される、請求項１に記載の基板マスキング装置。
9. 前記基板は、該基板の異なる領域が前記マスクの前記開口を介し露光されるよう再配置される、請求項１に記載の基板マスキング装置。
10. 前記マスクは、前記基板の異なる領域が該マスクの前記開口を介し露光されるよう再配置される、請求項１に記載の基板マスキング装置。
11. 前記再配置機構は、一の基板配向器と、前記基板を前記プラテンアセンブリと該基板配向器との方へおよびその間で移動させる一の転送機構とを有する、請求項１に記載の基板マスキング装置。
12. 前記マスクを前記保持機構に装填する一のマスク装填機構をさらに含む、請求項１に記載の基板マスキング装置。
13. 前記マスクを前記マスキング位置と一の非マスキング位置との方へおよびその間で移動させる一のマスク装填機構をさらに含む、請求項１に記載の基板マスキング装置。
14. 前記マスク装填機構は、前記保持機構としての機能を果たす、請求項１３に記載の基板マスキング装置。
15. 前記マスク装填機構は、前記位置決め機構としての機能を果たす、請求項１４に記載の基板マスキング装置。
16. 前記マスク装填機構は、一の転送アーム、および、該転送アームを前記マスキング位置と前記非マスキング位置との間で移動させる一のドライブアセンブリとを含む、請求項１３に記載の基板マスキング装置。
17. 前記基板を装入し、前記プラテンアセンブリから取り出す一の基板操作機構をさらに含む、請求項１に記載の基板マスキング装置。
18. 前記基板操作機構は、前記マスクを装入し、前記保持機構から取り出す、請求項１７に記載の基板マスキング装置。
19. 一の基板を処理する方法であって、
    一の基板に対し一の開口を有する一のマスクを位置決めすることにより、前記基板の一の第１の領域が前記開口を介し露光されるようにする工程と、
    前記マスクにおける前記開口を介し前記基板の前記第１の領域を処理する工程と、
    前記マスクと前記基板との相対位置を変更することにより、前記基板の一の第２の領域を前記開口を介し露光させる工程と、
    前記マスクにおける前記開口を介し前記基板の前記第２の領域を処理する工程と、
    を含む方法。
20. 前記基板の前記第１および第２の領域を処理する工程は、前記基板の前記第１および第２の領域にイオン注入する工程を含む、請求項１９に記載された方法。
21. 前記基板の前記第１および第２の領域にイオン注入する工程は、前記第１の領域へのイオン注入と前記第２の領域へのイオン注入との間で少なくとも１つのイオン注入パラメータを変更する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 一の基板に対し一のマスクを位置決めする工程は、前記基板を一のプラテン上に位置決めする工程と、前記マスクを一のマスキング位置で位置決めする工程とを含む、請求項１９に記載の方法。
23. 前記マスクと前記基板との相対位置を変更する工程は、前記基板を一の配向器まで移動させる工程と、前記基板を回転させる工程と、前記配向器から前記プラテンまで前記基板を移動させる工程と、を含む、請求項２２に記載の方法。
24. イオン注入機であって、
    一のイオンビームを生成する一のイオンビーム発生器と、
    イオン注入のために一の基板を支持する一のプラテンアセンブリと、
    一の開口を有する一のマスクと、
    前記マスクを一のマスキング位置へと移動させる一のマスク装填機構と、
    前記マスクを前記マスキング位置で保持する一の保持機構と、
    前記マスクと前記基板との相対位置を変更することにより、前記基板の前記第１および第２の領域が前記マスクの前記開口を介し注入されるようにする一の位置決め機構と、
    を有するイオン注入機。
25. 一の基板を処理する方法であって、
    異なるプロセスパラメータ値を有する一の基板の異なる領域を処理する工程を含む方法。
26. 異なる領域を処理する工程は、異なる注入パラメータ値を有する一の半導体ウェーハの異なる領域へのイオン注入工程を含む、請求項２５に記載の方法。
27. 異なる領域へのイオン注入工程は、注入されるべき一の領域を定義する一の開口を有する一のマスクを介し、前記ウェーハに注入する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
28. 一のマスクを介し、前記ウェーハに注入する工程は、イオン注入のために前記ウェーハの異なる領域を露光するよう、該ウェーハに対する前記マスクの一の向きを変更する工程を含む、請求項２７に記載の方法。
29. 一のマスクを介し前記ウェーハに注入する工程は、イオン注入のために前記ウェーハの異なる領域を露光するようマスクを変更する工程を含む、請求項２７に記載の方法。
30. 前記マスクおよび前記ウェーハを一の基板ハンドラにより一のプラテンに／から移動させる工程をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
31. 前記基板ハンドラにより、前記マスクを一の異なるマスクに変更する工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
32. 前記基板ハンドラにより、前記ウェーハに対する前記マスクの配向を変更する工程をさらに含む、請求項３０に記載の方法。
33. イオン注入装置であって、
    一の処理チャンバと、
    一のイオンビームを生成する一のイオンビーム発生器と、
    前記処理チャンバ内で一の基板を支持する一の支持機構と、
    前記基板の異なる領域が異なる注入パラメータ値により注入されるよう、イオン注入を制御する一の注入制御デバイスと、
    を有するイオン注入装置。
34. 前記注入制御デバイスは、前記基板の前に配置された一のマスクを含み、該マスクは、注入される一の領域を定義する一の開口を有する、請求項３３に記載のイオン注入装置。
35. 前記マスクおよび前記基板を前記支持機構に／から移動させる一の基板ハンドラをさらに含む、請求項３４に記載のイオン注入装置。
36. 前記基板ハンドラは、注入されるべき前記基板の異なる領域を定義すべくマスクを変更するよう設定される、請求項３５に記載のイオン注入装置。
37. 前記基板ハンドラは、注入されるべき前記基板の異なる領域を定義すべく前記基板に対する前記マスクの向きを変更するよう設定される、請求項３５に記載のイオン注入装置。
38. 前記支持機構は、前記基板に対し間隔を置いて前記マスクを位置決めするためのリテーナを含む、請求項３４に記載のイオン注入装置。
39. 前記注入制御デバイスは、前記イオンビーム発生器と、前記支持機構との間に配置された一のシャッタを含み、該シャッタは、前記イオンビームが通過する一の開口を有する、請求項３３に記載のイオン注入装置。
40. 前記シャッタは移動できる、請求項３９に記載のイオン注入装置。
41. 前記シャッタにおける前記開口は、調整できる、請求項３９に記載のイオン注入装置。
42. 前記シャッタにおける前記開口は、閉めることができる、請求項３９に記載のイオン注入装置。
43. 前記シャッタにおける前記開口は、実質的な修正なしに前記イオンビームを通過させるべく大きくすることができる、請求項３９に記載のイオン注入装置。
44. 前記注入制御デバイスは、一の注入の選択された期間に前記イオンビームを修正する一のビームモディファイヤを含む、請求項３３に記載のイオン注入装置。
45. 前記ビームモディファイヤは、前記イオンビームの一の経路内に／から移動可能である一のビームブロックを備える、請求項４４に記載のイオン注入装置。
46. 前記ビームモディファイヤは、前記注入の一の期間中に前記基板から前記イオンビームを逸らす一のビーム偏向器を備える、請求項４４に記載のイオン注入装置。

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