TWI747986B - 離子束設備 - Google Patents
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Abstract
一種設備可包括台板,所述台板對基底進行保持。基底
平面結構可設置在所述台板的前面。所述基底平面結構中具有開口。所述設備還可包括可拆卸的結構,所述可拆卸的結構設置在所述基底平面結構的所述開口中。所述可拆卸的結構可具有開口,所述可拆卸的結構的所述開口暴露出所述台板的表面。
Description
本發明及所闡述實施例實質上是有關於一種離子束裝置領域,且更具體來說,本發明及所闡述實施例是有關於一種包括環繞基底的暈圈(halo)或基底平面結構(substrate plane structure)以及對所述基底進行保持的台板的離子束裝置。
為在半導體晶圓或其他基底上形成所期望表面特徵,可以預定圖案將具有規定能量的離子束投射到所述基底的表面上來將所述所期望特徵“蝕刻”到所述基底中。可採用台板來對基底進行保持(hold the substrate)。在蝕刻製程期間,可在橫斷由離子源投射到基底上的離子束的方向上機械地驅動或“掃描”所述基底。舉例來說,如果離子束是沿水平面朝垂直取向的基底投射,則所述基底可在垂直方向上及/或在與所投射離子束垂直的側向方向上被掃描。因此,基底的整個表面可暴露至離子束。
用於在基底上投射離子束的傳統設備可包括環繞所述基底的暈圈或晶圓平面結構以及台板。暈圈或晶圓平面結構可用於減輕在基底的背面及邊緣上進行的離子束曝光(ion beam
exposure)。另外,晶圓平面結構可用於減輕在台板上進行的離子束曝光及對所述台板附近的硬體及裝備進行的離子束曝光。
在用於投射離子束的傳統設備中使用的晶圓平面結構一般是整體式結構(one-piece structure)。傳統晶圓平面結構的整體式結構設計的預防維修(preventative maintenance)一般需要拆卸掉乃至可能替換整個所述晶圓平面結構。因此,傳統晶圓平面結構的整體式結構設計的預防維修可能是昂貴的。此外,傳統晶圓平面結構的整體式結構設計的預防維修可能使用於投射離子束的相關聯設備具有長的停運時間(operational downtime)。
鑒於這些及其他考量,本發明所作的改良可為有用的。
提供此發明內容是為了以簡化形式介紹以下在具體實施方式中進一步闡述的一系列所選概念。此發明內容並非旨在識別所主張主題的關鍵特徵或必不可少的特徵,此發明內容也並非旨在用於說明確定所主張主題的範圍。
在一個實施例中,一種設備可包括台板,所述台板對基底進行保持。基底平面結構可設置在所述台板的前面。所述基底平面結構中具有開口。所述設備還可包括可拆卸的結構,所述可拆卸的結構設置在所述基底平面結構的所述開口中。所述可拆卸的結構可具有開口,所述可拆卸的結構的所述開口暴露出所述台板的表面。
在另一實施例中,一種設備可包括台板,所述台板對基底進行保持。基底平面結構可設置在所述台板的前面。所述基底平面結構中可具有開口。可拆卸的環結構可設置在所述基底平面結構的所述開口中。所述可拆卸的環結構可具有開口,所述可拆卸的環結構的所述開口暴露出所述台板的表面。
在又一實施例中,一種設備可包括台板。基底可耦合到所述台板。所述設備還可包括基底平面結構,所述基底平面結構設置在所述台板的前面。所述基底平面結構中可具有開口。所述基底平面結構的前表面可與所述基底的前表面對齊。可拆卸的環結構可設置在所述基底平面結構的所述開口中。所述可拆卸的環結構可具有開口。所述基底可設置在所述開口中。
100:系統
102:離子束產生器
104:末端站
106:控制器
108:離子束
110:基底
112:台板
114:驅動機構
116:位置感測器
118、120:束感測器
122:處理器
124:記憶體
126:使用者介面系統
128:基底平面結構
130:電壓源
200:可拆卸的結構
202:開口
204:外側邊緣表面
206:內側邊緣表面
208:外部表面
210、212:前表面
300:凹槽
302:有角度表面
304、310:背面
306:表面
308:凸緣
400:貫穿孔
402:止動元件
404:孔
圖1繪示根據本發明一個實施例的離子束蝕刻系統的示意性方塊圖。
圖2繪示根據本發明一個實施例的基底平面結構的前表面圖。
圖3繪示根據本發明一個實施例的從圖2中所示的線I-I的角度觀察的基底平面結構、台板、基底及可拆卸的結構的剖視圖。
圖4繪示根據本發明另一實施例的從圖2中所示的線I-I的角度觀察的基底平面結構、台板、基底及可拆卸的結構的剖視圖。
圖1繪示根據本發明一個實施例的離子束蝕刻系統100的示意性方塊圖。離子束蝕刻系統100包括離子束產生器102、末端站(end station)104及控制器106。離子束產生器102產生離子束108且朝基底110的前表面引導離子束108。離子束108通過束移動、基底移動或通過其任意組合而分佈在基底110的前表面之上。
離子束產生器102可包括各種類型的元件及系統以產生具有所期望特性的離子束108。離子束108可為點狀束(spot beam)或帶狀束(ribbon beam)。在一個情形中,點狀束可具有近似圓形的不規則橫截面形狀。在一個實施例中,在不使用掃描器的條件下點狀束可為固定點狀束或靜止點狀束。作為另外一種選擇,點狀束可由用於提供掃描離子束的掃描器來掃描。帶狀束可具有大的寬度/高度比(width/height aspect ratio)且可至少與基底110一樣寬。離子束108可例如為用於對基底110進行植入的高能離子束(energetic ion beam)等任意類型的帶電荷粒子束。
末端站104可支撐處於離子束108的路徑中的一個或多個基底,使得所期望物種(species)的離子植入到基底110中。基底110可由台板112支撐且通過例如靜電晶圓夾持(electrostatic wafer clamping)等已知技術而被夾持到台板112。基底110可呈各種物理形狀,例如常見圓盤形狀(common disk shape)。基底110
可例如為由任意類型的半導體材料(如矽)或將使用離子束108來植入及/或蝕刻的任意其他材料製作而成的半導體晶圓等工件。
在基底110及台板112的前面可設置有暈圈或基底平面結構128。在一個實施例中,基底平面結構128與基底110的前表面形成共用平面表面。基底平面結構128有助於對基底110進行過掃描(overscan)。具體來說,使用基底平面結構128會減少沉積物或顆粒在對基底110進行掃描的期間累積在基底110的邊緣及背面上。此外,使用基底平面結構128會減少沉積物或顆粒累積在台板112上以及位於台板112近旁的硬體及裝備上。在一個實施例中,電壓源130可耦合到基底平面結構128的一部分。電壓源130可用於對基底平面結構128的一部分施加電荷。在一個實施例中,電壓源130可用於對與基底平面結構128相關聯的可拆卸的結構200(參見圖2)施加電壓或電荷。對可拆卸的結構200施加電荷可進一步減少沉積物或顆粒在對基底110進行掃描的期間累積在所述基底的邊緣及背面上。以下將參照圖2至圖4來提供基底平面結構128的其他細節。
末端站104可包括驅動系統(圖中未繪示),以相對於保持區域往來於台板112來物理地移動基底110。末端站104還可包括驅動機構114,以通過所期望方式驅動台板112且因此驅動基底110。驅動機構114可包括所屬領域中已知的伺服驅動電動機(servo drive motor)、螺旋驅動機構(screw drive mechanism)、機械連杆(mechanical linkage)及任何其他元件,以在基底110
附著(attach)到台板112時驅動基底110。
末端站104還可包括位置感測器116,以提供基底110相對於離子束108的位置的感測器訊號表示形式。位置感測器116可耦合到驅動機構114。儘管被示作單獨的元件,然而位置感測器116可例如為驅動機構114等其他系統的一部分。此外,位置感測器116可例如為位置編碼裝置(position-encoding device)等所屬領域中已知的任意類型的位置感測器。來自位置感測器116的位置訊號可被提供到控制器106。
末端站104還可包括各種束感測器(例如位於基底110的上游的束感測器118及位於所述基底下遊的束感測器120),以感測離子束108在各種位置處的束流密度(beam current density)。本文中所使用的“上游”及“下游”是以與離子束108相關聯的離子束傳送方向為參考。每一束感測器118、120可含有例如法拉第杯(Faraday cup)等多個束流感測器,所述多個束流感測器被排列成感測特定方向上的束流密度分佈。
所屬領域中的技術人員應意識到離子束蝕刻系統100可具有圖1中所未繪示的其他元件。舉例來說,在基底110的上游可具有提取電極(extraction electrode),以從離子束產生器102接收離子束且使形成所述束的帶正電荷的離子加速。離子束蝕刻系統100還可包括分析器磁鐵(analyzer magnet),以在已從離子束產生器提取到帶正電荷的離子之後接收離子束且加速並過濾來自所述束中的無用物種。離子束蝕刻系統100還可包括質量狹縫
(mass slit),以進一步限制從所述束中選擇的物種、用於對離子束進行造型及聚焦的靜電透鏡(electrostatic lens)以及用於調處所述離子束的能量的減速級(deceleration stage)。末端站104可包括例如束角度感測器、充電感測器、晶圓位置感測器、晶圓溫度感測器、局部氣體壓力感測器、殘餘氣體分析器(residual gas analyzer,RGA)感測器、光學發射光譜學(optical emission spectroscopy,OES)感測器、離子化物種感測器(例如飛行時間(time of flight,TOF)感測器)等其他感測器,以測量相應的參數。
控制器106可從離子束蝕刻系統100的任何各種系統及元件接收輸入資料及指令並提供輸出訊號以控制系統100的元件。控制器106可為或包括被程式設計為進行所期望輸入/輸出功能的通用電腦或通用電腦網路。控制器106可包括處理器122及記憶體124。處理器122可包括所屬領域中已知的一個或多個處理器。記憶體124可包括一個或多個電腦可讀媒體,所述一個或多個電腦可讀媒體提供由電腦系統或任何指令執行系統使用或與所述電腦系統或任何指令執行系統有關的程式碼或電腦指令。出於本說明的目的,電腦可讀媒體可為可含有、存儲、傳輸、傳播或傳送由電腦、指令執行系統、設備或裝置等使用或與所述電腦、指令執行系統、設備或裝置有關的程式的任意設備。電腦可讀媒體可為電子系統(或設備或裝置)、磁性系統(或設備或裝置)、光學系統(或設備或裝置)、電磁系統(或設備或裝置)、紅外線
系統(或設備或裝置)或半導體系統(或設備或裝置)或者傳播媒體。電腦可讀媒體的實例包括半導體或固態記憶體、磁帶、可拆卸的電腦軟碟、隨機存取記憶體(random access memory,RAM)、唯讀記憶體(read-only memory,ROM)、硬磁片及光碟。光碟的當前實例包括光碟唯讀記憶體(compact disk-read-only memory,CD-ROM)、讀寫光碟(compact disk-read/write,CD-R/W)及數位視訊光碟(digital video disc,DVD)。
控制器106還可包括其他電子電路系統或元件,例如應用專用積體電路(application specific integrated circuit)、其他硬連線(hardwired)電子裝置或可程式設計電子裝置、分立元件電路等。控制器106還可包括傳輸裝置。
使用者介面系統126可包括但不限於例如觸控式螢幕(touch screen)、鍵盤、使用者指向裝置(user pointing device)、顯示器、印表機等裝置,所述裝置容許使用者輸入命令、資料及/或通過控制器106來監控離子束蝕刻系統100。
控制器106可被配置成容許使用者與離子束蝕刻系統100進行互動(interact)。舉例來說,用戶可輸入用於蝕刻基底110的配方(recipe)、觀察或修改被控制器106自動選擇用於蝕刻所述基底的配方。配方體現期望在基底110上實現的特性。具體來說,配方將體現將被離子束蝕刻系統100用來生產具有所期望特性的基底的製程參數的值。製程參數的說明性而非排他性列示包括:真空腔室壓力、基底溫度、離子束物種、能量、電流、電流
密度、離子相對於基底的角度、晶圓掃描速度、束掃描速度、末端站壓力(或真空泵送速度)、離子束均勻性分佈。其他參數可包括由一個或多個可個別調整的氣體流控制器供應的一種或多種中性氣體物種的背景壓力(background pressure)、用於產生用來進行電漿蝕刻(plasma etching)的電漿的氣體物種、電漿密度、電漿中的中性密度(neutral density)、電子溫度及電子約束程度(degree of electron confinement)。
控制器106使用來自配方的製程參數的值來選擇在用於蝕刻基底110的離子束108中體現的離子束參數的值。將被控制器設定初始值的離子束參數的說明性而非排他性列示包括:離子束強度、離子束流、離子束108撞擊表面的角度及離子束108中的離子劑量率(dose rate of ion)。在一個實施例中,控制器106從歷史資料庫中選擇這些離子束參數的初始值,所述歷史資料庫包含用於提供如在過往離子束蝕刻中應用的這些參數的設定組合的大量表項。通常,每一表項已通過從例如配方產生器、束設定報告及離子植入報告等各種源接收輸入資料而被編譯。
控制器106還使用來自配方的製程參數的值來確定及控制在蝕刻製程期間由離子束產生器102施加到基底110的原子物種的施加。在一個實施例中,由離子束產生器102產生的離子束108可由化學惰性物種(Si+、Ar+等)或其他化學蝕刻成分(SiFx +、BF2等)構成。在另一實施例中,離子束產生器102還可引入反應性物種(reactive species)以幫助得到對基底110的均勻蝕刻。典
型的反應性物種可包括HCl、Cl2、CO2、CO、O2、O3、CF4、NF3、NF2 +離子、BF2 +離子、F離子、F+離子、Cl或Cl+離子。反應性物種還可包括具有反應性氣體(reactive gas)的紫外光或不具有反應性氣體的紫外光。在另一實施例中,離子束產生器102還可引入中性反應性物種或反應性低能離子。
在操作中,在已將基底110載入到且夾持到台板112之後,離子束產生器102對基底的表面施加原子物種。所述原子物種對於基底110的表面來說是反應性的。在原子物種已與基底110的表面進行相互作用達預定時間之後,此時離子束產生器102會將離子束108引導到基底110的表面。離子束108撞擊基底110的表面從而使原子物種揮發且使蝕刻開始。在本質上,離子束108控制原子物種與基底110的表面進行的相互作用且有助於更均勻地蝕刻所述基底。
為了確保離子束108提供對基底110的均勻蝕刻,控制器106持續地對離子束參數(例如,離子束流、離子束撞擊表面的角度及所述離子束中的離子劑量率)進行監控。具體來說,控制器從束感測器118及120及/或以上列示出的其他感測器接收測量結果。所接收測量結果呈訊號形式,所述訊號指示由控制器用來與例如以下等束參數進行相互關聯的離子束特性:離子束電流、離子束108撞擊基底110的表面的角度、所述離子束的密度及離子束108中的離子劑量率。
控制器106接著採取離子束參數的所述值並確定離子束
相對於基底110的蝕刻深度及蝕刻率。具體來說,控制器使用例如以下等任何眾所熟知的技術來確定蝕刻深度及蝕刻率:殘餘氣體分析(RGA)、對蝕刻副產物進行的光學發射光譜學(OES)分析、通過反射計(reflectometry)對基底進行的表面分析、橢偏測量術(ellipsometry)、干涉測量術(interferometry)或其他技術。控制器106使用蝕刻深度及蝕刻率來確定蝕刻的均勻性。具體來說,適時地整合的局部蝕刻深度或局部蝕刻速率會提供對蝕刻深度均勻性的測量。
儘管圖1中未繪示,然而控制器106可從位於末端站104內的感測器接收其他測量結果。所述其他測量結果可被控制器用來控制蝕刻的均勻性。舉例來說,控制基底110的溫度會允許調整原子物種的吸附速率及吸附時間以及在所述物種的脫附(desorption)期間的反應速率。通常,對基底110的溫度控制可通過在氣體的幫助下冷卻台板112或者通過冷卻或加熱基底110來實現。舉例來說,通過控制背面氣體壓力及台板112的溫度,可實現有助於實現更均勻的蝕刻輪廓的徑向溫度分佈(radial temperature distribution)。
圖2繪示根據本發明一個實施例的基底平面結構128的前視圖。如圖所示,基底平面結構128包括設置在基底平面結構128的開口202中的可拆卸的結構200。在一個實施例中,可拆卸的結構200是可拆卸的環結構。在圖中,基底110被繪示為設置在開口202中。對基底110進行保持的台板112位於基底110後
面。當台板112不對基底110進行保持時,台板112會實質上在開口202中被暴露出。
可拆卸的結構200具有外側邊緣表面204及內側邊緣表面206。內側邊緣表面206的圓周比台板112的圓周大。此外,在一個實施例中,可拆卸的結構200具有與基底平面結構128的前表面210對齊的外部表面208。此外,在一個實施例中,基底110的前表面212可與基底平面結構128的前表面210及可拆卸的結構200的外部表面208對齊。因此,在一個實施例中,可拆卸的結構200的外部表面208、基底平面結構128的前表面210、及基底110的前表面212形成為平面的表面。在另一實施例中,外部表面208不與基底平面結構128的前表面210及/或基底110的前表面212對齊。
圖3繪示根據本發明一個實施例的從圖2中所示的線I-I的角度觀察的基底平面結構128、台板112、基底110及可拆卸的結構200的剖視圖。圖3中所示剖視圖繪示可拆卸的結構200包括凹槽300。凹槽300可形成在可拆卸的結構200的圓周的至少一部分中。在一個實施例中,凹槽300形成在可拆卸的結構200的整個圓周中。凹槽300可包括具有引導與離子束108相關聯的粒子遠離基底110的背面304的功能的有角度表面(angled suface)302。此外,有角度表面302具有引導與離子束108相關聯的粒子遠離台板112的功能。在一個實施例中,與離子束108相關聯的粒子可被有角度表面302朝與凹槽300相關聯的表面306引導。
凹槽300可被形成為具有比圖3中所示深度淺或比所示深度深的深度。此外,儘管表面306被繪示為直的,然而作為另外一種選擇,表面306可被形成為呈現一與有角度表面302相似的角度。
如圖3中所進一步繪示,可拆卸的結構200包括凸緣308。凸緣308可接觸基底平面結構128的背面310。在一個實施例中,凸緣308在基底平面結構128的背面310可拆卸地壓配合(press fit)到基底平面結構128上。
圖4繪示根據本發明另一實施例的從圖2中所示的線I-I的角度觀察的基底平面結構128、台板112、基底110及可拆卸的結構200的剖視圖。圖4繪示可拆卸的結構200可包括一個或多個貫穿孔400。在一個實施例中,在凸緣308上設置多個貫穿孔400。所述多個貫穿孔400可接收例如緊固件、螺杆(screw)等止動元件402。止動元件402中的每一者可由基底平面結構128中的孔404接收。因此,基底平面結構128可包括多個孔404。在另一實施例中,孔404可為貫穿孔,使得止動元件402可從基底平面結構128的前表面210插入且使用螺母(nut)、緊固件或螺紋(thread)止動地附著到凸緣308。
具有可拆卸的環的基底平面結構有利於直接進行維修。具體來說,有利地,可簡單地拆卸掉可拆卸的環以完成所需的預防維修,而不是在需要預防維修時拆卸掉整個基底平面結構。此外,由於基底平面結構及可拆卸的環件有利地提供模組式單元,因此與維修及替換被形成為一個連續單元的傳統基底平面結構相
比,與維修及替換所述模組式單元相關聯的成本可有利地減少。另外,有利地,可拆卸的環可由與基底平面結構的其餘部分不同的材料製成。舉例來說,對可拆卸的環使用特定材料類型可有利地緩解沉積物及顆粒在晶圓邊緣上的累積。另一方面,對可拆卸的環使用其他特定材料類型可有利地幫助控制離子束的電場。
儘管公開了示例性離子植入機裝置及方法,然而所屬領域中的技術人員應理解,在不背離本申請的申請專利範圍的精神及範圍的條件下,可作出各種改變且可以等效形式加以替代。在不背離申請專利範圍的範圍的條件下,可作出其他潤飾以使具體情境或材料適應於以上所公開的教示內容。因此,申請專利範圍不應被視為僅限於所公開的具體實施例中的任一者,而是涵蓋落於申請專利範圍的範圍內的任意實施例。
110:基底
112:台板
128:基底平面結構
200:可拆卸的結構
204:外側邊緣表面
206:內側邊緣表面
208:外部表面
210:前表面
300:凹槽
302:有角度表面
304、310:背面
306:表面
308:凸緣
Claims (15)
- 一種離子束設備,包括:台板,對基底進行保持;基底平面結構,設置在所述台板的周圍,所述基底平面結構中具有開口;以及可拆卸的結構,設置在所述基底平面結構的所述開口中,所述可拆卸的結構具有開口,所述可拆卸的結構的所述開口暴露出所述台板的表面,其中所述可拆卸的結構具有與所述基底平面結構的前表面對齊的外部表面,且所述基底平面結構的所述前表面與所述基底的前表面形成共用平面表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的設備,其中使用一個或多個可拆卸的止動元件將所述可拆卸的結構可拆卸地固定到所述基底平面結構的背面。
- 如申請專利範圍第1項所述的設備,其中所述可拆卸的結構包括與所述基底平面結構的背面接觸的凸緣。
- 如申請專利範圍第3項所述的設備,其中所述凸緣包括與所述基底平面結構的所述背面中的一個或多個孔對齊的一個或多個貫穿孔,至少一個可拆卸的止動元件設置在所述一個或多個貫穿孔及所述基底平面結構的所述背面中的所述一個或多個孔中以將所述可拆卸的結構可拆卸地固定到所述基底平面結構。
- 如申請專利範圍第1項所述的設備,其中所述可拆卸的結構是環結構。
- 一種離子束設備,包括:台板,對基底進行保持;基底平面結構,設置在所述台板的周圍,所述基底平面結構中具有開口;以及可拆卸的環結構,設置在所述基底平面結構的所述開口中,所述可拆卸的環結構具有開口,所述可拆卸的環結構的所述開口暴露出所述台板的表面,其中所述可拆卸的環結構具有與所述基底平面結構的前表面對齊的外部表面,且所述基底平面結構的所述前表面與所述基底的前表面形成共用平面表面。
- 如申請專利範圍第6項所述的設備,其中所述可拆卸的環結構具有內側邊緣表面及外側邊緣表面,所述內側邊緣表面具有比所述台板的圓周大的圓周。
- 如申請專利範圍第6項所述的設備,其中使用一個或多個可拆卸的止動元件將所述可拆卸的環結構可拆卸地固定到所述基底平面結構的背面。
- 如申請專利範圍第6項所述的設備,其中所述可拆卸的環結構還包括形成在所述可拆卸的環結構的圓周的至少一部分中的凹槽。
- 一種離子束設備,包括: 合板;基底,耦合到所述台板;基底平面結構,設置在所述台板的周圍且所述基底平面結構中具有開口,所述基底平面結構具有與所述基底的前表面對齊的前表面;以及可拆卸的環結構,設置在所述基底平面結構的所述開口中,所述可拆卸的環結構具有開口,所述基底設置在所述可拆卸的環結構的所述開口中,其中所述可拆卸的環結構具有與所述基底平面結構的前表面對齊的外部表面,且所述基底平面結構的所述前表面與所述基底的前表面形成共用平面表面。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,其中所述可拆卸的環結構具有內側邊緣表面及外側邊緣表面,所述內側邊緣表面具有比所述台板的圓周大的圓周。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,其中使用一個或多個可拆卸的止動元件將所述可拆卸的環結構可拆卸地固定到所述基底平面結構的背面。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,其中所述可拆卸的環結構包括與所述基底平面結構的背面接觸的凸緣。
- 如申請專利範圍第13項所述的設備,其中所述凸緣包括與所述基底平面結構的所述背面中的一個或多個孔對齊的一個或多個貫穿孔,至少一個可拆卸的止動元件設置在所述一個或多 個貫穿孔及所述基底平面結構的所述背面中的所述一個或多個孔中,以將所述可拆卸的環結構可拆卸地固定到所述基底平面結構。
- 如申請專利範圍第10項所述的設備,還包括耦合到所述可拆卸的環結構的電壓源,所述電壓源對所述可拆卸的環結構施加電壓。
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