TWI803890B - 半導體對準裝置及半導體對準方法 - Google Patents

半導體對準裝置及半導體對準方法 Download PDF

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TWI803890B TW110123022A TW110123022A TWI803890B TW I803890 B TWI803890 B TW I803890B TW 110123022 A TW110123022 A TW 110123022A TW 110123022 A TW110123022 A TW 110123022A TW I803890 B TWI803890 B TW I803890B
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Abstract

揭示一種校正晶圓在晶圓保持件上之錯位的方法以及執行此方法的裝置。在一實施方式中，半導體對準裝置包含晶圓平台；晶圓保持件位於晶圓平台上；第一位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第一方向上的對準；第二位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第二方向上的對準；以及旋轉偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上的旋轉對準。

Description

半導體對準裝置及半導體對準方法
本揭露之實施方式是有關於半導體對準裝置及半導體對準方法。
半導體元件用於各式各樣的電子應用，例如個人電腦、行動電話、數位攝影機、以及其他電子設備中。通常透過依序沉積絕緣或介電層、導電層、以及半導體層的材料於半導體基材之上，並使用微影圖案化各種材料層，以形成電路組件與元件在其上，來製造半導體元件。
透過不斷縮減最小特徵的尺寸，半導體產業持續提升各種電子組件(例如，電晶體、二極體、電阻、電容等)的整合密度，而使得更多組件可整合至一給定面積中。
依照一實施方式，一種半導體對準裝置包含晶圓平台；晶圓保持件位於晶圓平台之上；第一位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第一方向上的對準；第二 位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第二方向上的對準；以及旋轉偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上的旋轉對準。
依照另一實施方式，一種半導體對準方法包含裝載晶圓於晶圓保持件上；進行第一掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第一方向上的第一錯位；進行第二掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第二方向上的第二錯位；以及沿第一方向或第二方向之至少一者移動晶圓保持件的位置，以校正第一錯位與第二錯位。
依照又一實施方式，一種半導體對準方法包含裝載晶圓於晶圓保持件上；進行旋轉掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉錯位；旋轉晶圓保持件，以校正旋轉錯位；傾斜晶圓保持件；以及將晶圓暴露於離子束。
100:方法
101:步驟
103:步驟
105:步驟
107:步驟
109:步驟
111:步驟
113:步驟/離子暴露製程
201:晶圓平台
202:中心軸
203:晶圓保持件
204:中心軸
205:晶圓
207:對準標記
209:離子束
213:x方向光發射器
214:x方向光偵測器
215:y方向光發射器
216:y方向光偵測器
217:光束
221:旋轉攝影機
223:旋轉光發射器
224:旋轉光偵測器
227:光束
300:離子植入機
301:離子束
303:離子源
305:初始離子束
307:質量分析磁鐵
309:同調離子束
311:孔徑
313:線性加速器
315:掃描單元
317:會聚單元
319:最終能量磁鐵
321:終端站
CB:中心點
CH:中心點
CW:中心點
D:深度
W:寬度
△x:x方向錯位
△y:y方向錯位
θ:旋轉錯位
下列詳細的描述配合附圖閱讀可使本揭露的態樣獲得最佳的理解。需注意的是，依照業界的標準實務，許多特徵並未按比例繪示。事實上，可任意增加或減少各特徵的尺寸，以使討論清楚。
圖1係依照一些實施方式之用以偵測與校正晶圓在晶圓平台上之錯位的方法的流程圖。
圖2A、圖2B、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7A、圖7B、圖8、圖9、圖10A、以及圖10B係依照一些實施方式之方法中的中間階段的側視圖與上視圖。
圖11係依照一些實施方式之可用來執行方法之離子植入機的平面圖。
以下揭露提供許多不同實施方式或例子，以實施所提供之標的之不同特徵。以下描述組件及排列的特定例子以簡化本揭露。這些當然僅為例子，而非作為限制。舉例而言，在描述中，形成第一特徵於第二特徵之上的製程可包含第一特徵與第二特徵以直接接觸形成的實施方式，亦可包含額外特徵形成於第一特徵與第二特徵之間，而使得第一特徵和第二特徵可非直接接觸的實施方式。除此之外，本揭露可在多個例子中重複參考符號及/或字母。此重複為簡明與清楚之目的，並非在本質上規定所討論之多個實施方式及/或配置之間的關係。
此外，可在此使用空間關係的用語，例如「下方(beneath)」、「在…之下(below)」、「低於(lower)」、「在…之上(above)」、「高於(upper)」、以及相似用語，以簡明描述如圖式所繪示之一元件或特徵與另一(另一些)元件或特徵之關係的敘述。這些空間關係的用語，除了在圖中所描繪的方向外，意欲包含元件在使用上或操作時的不同方向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或其他方向)，而本文使用的空間關係描述詞也可依此解讀。
多個實施方式提供用於偵測與校正離子暴露裝置中之晶圓在晶圓平台上之位置的裝置及其使用方法。晶圓 可裝載於晶圓保持件上。晶圓保持件連接晶圓平台，晶圓平台相對於用以對晶圓進行離子暴露製程的離子束移動晶圓保持件與裝載的晶圓。在裝載晶圓後，晶圓平台沿x方向移動晶圓，以確定晶圓的x方向錯位，並沿y方向移動晶圓，以確定晶圓的y方向錯位。可使用光發射器/偵測器對來偵測晶圓的x方向錯位與y方向錯位。晶圓平台移動晶圓與晶圓保持件的位置，以校正所偵測之晶圓的x方向錯位與y方向錯位。晶圓平台進行旋轉掃描，以確定晶圓的旋轉錯位。晶圓可包含對準標記，且可使用攝影機及/或光發射器/偵測器對來偵測對準標記，而可確定晶圓的旋轉錯位。晶圓平台移動晶圓與晶圓保持件的位置，以校正所偵測之晶圓的旋轉錯位。晶圓平台接著將晶圓保持件與晶圓傾斜至所需的傾斜角，並對晶圓進行離子暴露製程。在對晶圓進行離子暴露製程前，校正晶圓的位置以解決晶圓與晶圓保持件之間的錯位，可改善晶圓中的均勻性、降低晶圓間的製程差異、減少元件缺陷、以及提升元件效能。
第1圖係繪示依照一些實施方式之用以偵測與校正晶圓在晶圓保持件上之錯位的方法100的流程圖。可在半導體元件的製造中實施方法100。在一些實施方式中，可在離子暴露裝置中實施方式100。可在離子暴露製程中將晶圓暴露於離子束前先執行方法100。方法100可包含多個偵測與校正步驟，且可以任意適合的順序執行。雖然本申請討論離子暴露裝置與離子暴露製程之背景下的對準裝置與方法，對準裝置與方法可用於任意的半導體製造裝 置與製程中。
在步驟101中，將晶圓裝載於連接晶圓平台之晶圓保持件上。晶圓平台可包含一或多個驅動單元，例如馬達，驅動單元可相對於欲在離子暴露製程期間使用之離子束的主軸來移動、旋轉、以及傾斜晶圓保持件。晶圓可裝載於晶圓保持件的上表面上，此上表面可平行離子束的主軸。當晶圓裝載於晶圓保持件上時，在晶圓與晶圓保持件之間可能會有錯位，例如x方向錯位、y方向錯位、以及旋轉錯位。在未校正晶圓與晶圓保持件之間之錯位的情況下將晶圓暴露於離子束，可能導致整個晶圓的均勻性問題、晶圓間的製程差異、元件缺陷、以及降低之元件效能。因此，在將晶圓暴露於離子束前，可先校正晶圓之位置的錯位。
將晶圓裝載於晶圓保持件上後，在步驟103中進行x方向掃描，以確定晶圓在晶圓保持件上的x方向錯位，並在步驟105中進行y方向掃描，以確定晶圓在晶圓保持件上的y方向錯位。雖然x方向掃描繪示及討論為在y方向掃描前進行，可以任意的順序來進行x方向掃描與y方向掃描。
x方向掃描包含使用晶圓平台沿x方向移動晶圓保持件與晶圓，同時使用x方向位置感測器來偵測晶圓之第一邊緣相對於晶圓保持件的第一位置。y方向掃描包含使用晶圓平台沿y方向移動晶圓保持件與晶圓，同時使用y方向位置感測器來偵測晶圓之第二邊緣相對於晶圓保持件 的第二位置。x方向感測器與y方向感測器可包含障礙感測器。在一些實施方式中，x方向感測器與y方向感測器可各自包含光發射器(例如，雷射或類似者)與光偵測器(例如，光偵測器或類似者)；然而，可使用任意適合的感測器。x方向感測器與y方向感測器可位於特定的固定位置。當晶圓擋住從光發射器發射的光時，光偵測器可偵測到，而可偵測晶圓之邊緣的位置。接著可根據所偵測之晶圓的位置與晶圓保持件的位置，來確定晶圓的x方向錯位與y方向錯位。在步驟107中，當確定晶圓保持件上之晶圓的x方向錯位與y方向錯位後，晶圓平台沿x方向與y方向移動晶圓保持件的位置，以校正晶圓之位置的x方向錯位與y方向錯位。
在步驟109中，進行旋轉掃描，以確定晶圓在晶圓保持件上的旋轉錯位。在一些實施方式中，晶圓可包含一或多個對準標記，可使用對準標記來確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉位置。在一些實施方式中，對準標記可包含凹口，凹口可設於晶圓的側壁中。在一些實施方式中，旋轉掃描包含利用攝影機來擷取晶圓的影像以及分析影像。分析影像以確定對準標記的位置，對準標記的位置係指晶圓在晶圓保持件之上的旋轉錯位。在一些實施方式中，旋轉掃描包含旋轉晶圓，同時使用旋轉感測器來偵測對準標記的位置。旋轉感測器可包含光發射器與光偵測器。當晶圓與晶圓保持件旋轉時，光偵測器可偵測從晶圓及/或晶圓保持件的表面反射的光。根據光偵測器所接收之光的強度、 波長、或類似者的變化，可確定對準標記的位置。接著可根據所偵測之晶圓的旋轉與晶圓保持件的位置，來確定晶圓的旋轉錯位。可透過攝影機及/或旋轉感測器來進行旋轉掃描。攝影機與旋轉感測器可位於特定的固定位置。
在步驟111中，當確定晶圓在晶圓保持件上的旋轉錯位後，晶圓平台移動晶圓保持件的旋轉位置，以校正晶圓的旋轉錯位。雖然旋轉掃描與校正說明與討論為在x方向掃描與y方向掃描後進行，以及在x方向校正與y方向校正後進行，在一些實施方式中，可在x方向掃描、y方向掃描、x方向校正、以及y方向校正前，或在其之間進行旋轉掃描與旋轉校正。
當晶圓在晶圓保持件上的x方向錯位、y方向錯位、以及旋轉錯位已被確定與校正後，可在將晶圓暴露於離子束前，先將晶圓保持件傾斜。舉例而言，晶圓平台可將晶圓保持件與晶圓傾斜，使得晶圓保持件與晶圓的主表面垂直離子束的軸，或與離子束成特定的傾斜角。接著，在步驟113中，在離子暴露製程中將晶圓暴露於離子束。在將晶圓暴露於離子束前，先校正晶圓與晶圓保持件之間的錯位，可改善整個晶圓表面之離子暴露製程的均勻性、降低晶圓間的製程差異、減少元件缺陷、以及提升元件效能。
圖2A至圖10B係繪示執行方法100期間之部分的離子植入機的側視圖與上視圖。圖2A、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7A、圖9、以及圖10A係繪示側視圖，圖2B、圖7B、圖8、以及圖10B係繪示上視圖。在圖2A 與圖2B中，晶圓205裝載於晶圓保持件203上，晶圓保持件203連接晶圓平台201。晶圓平台201可包含一或多個驅動單元，例如馬達，可使用驅動單元沿x方向、y方向、以及z方向移動晶圓保持件203；繞著晶圓保持件203的中心軸204旋轉晶圓保持件203；以及繞著晶圓平台201的中心軸202傾斜/旋轉晶圓保持件203。
當晶圓保持件203在xy平面上的初始位置時，可將晶圓205裝載於晶圓保持件203的上表面上。xy平面可平行於後續晶圓將暴露之離子束的軸。在對晶圓205進行離子暴露製程前，可先將晶圓保持件203傾斜至yz平面(例如，垂直於後續晶圓將暴露之離子束的軸的平面)，或與yz平面成一傾斜角。在一些實施方式中，晶圓保持件203可使用真空壓力、靜電力、或類似者來將晶圓205固定在其表面上。晶圓保持件203可包含加熱與冷卻機構，以在離子暴露製程期間控制晶圓205的溫度。
晶圓205可包含多個材料層(例如，介電材料層、半導體材料層、導電材料層、及/或類似材料層)及/或積體電路特徵(例如，摻雜區/特徵、閘極特徵、互連特徵、及/或類似特徵)，取決於執行方法100之積體電路製造的階段。晶圓205的多個材料層與積體電路特徵可形成於基材，例如矽基材之上。在一些實施方式中，基材可包含另一元素半導體，例如鍺；化合物半導體，包含碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、及/或銻化銦；合金半導體，包含矽鍺、磷砷化鎵、砷化銦鋁、砷化鋁鎵、砷化銦鎵、磷 化銦鎵、及/或砷磷化銦鎵；任意其他適合的材料；或其組合。在一些實施方式中，基材為絕緣體上半導體基材，例如絕緣體上矽(SOI)基材、絕緣體上矽鍺(SGOI)基材、或絕緣體上鍺(GOI)基材。可使用氧離子植入隔離(SIMOX)、晶圓接合、及/或其他適合的方法，來製造絕緣體上半導體基材。
如圖2A所示，晶圓205可包含對準標記207。在一些實施方式中，對準標記207可為形成於晶圓205之側壁中的凹口，且可在旋轉錯位掃描與校正期間使用，如以下關於圖7A至圖9所討論般。在圖2A中，對準標記207繪示成具有三角形形狀；然而，對準標記207可具有矩形形狀、圓形形狀、或任意其他適合的形狀。對準標記207可具有約1mm至約4mm的寬度W，以及從晶圓205之側壁約1mm至約4mm的深度D。因此，可輕易地偵測到對準標記207，而不需過度地限制由對準標記207所佔據之晶圓205的面積。在一些實施方式中，對準標記207可為反射對準標記、高對比對準標記、或類似標記。
如圖3所示，晶圓205可能以晶圓205的中心點CW與晶圓保持件203的中心點CH之間的x方向錯位、y方向錯位、以及旋轉錯位方式裝載於晶圓保持件203上。x方向錯位的大小以x方向錯位△x表示，y方向錯位的大小以y方向錯位△y表示，旋轉錯位的大小以旋轉錯位θ表示。可在一開始將後續晶圓205所欲暴露之離子束的中心點CB設於晶圓保持件203的中心點CH。使用圖4至圖 9所示的步驟與後續討論的步驟來移動晶圓205的位置，使得離子束的中心點CB與晶圓205的中心點CW對準，藉以改善晶圓中的均勻性、降低晶圓製程差異、減少元件缺陷、以及提升元件效能。
在圖4中，對晶圓205進行x方向掃描，以確定x方向錯位△x。如圖4所示，此裝置可包含x方向光發射器213、x方向光偵測器214、y方向光發射器215、以及y方向光偵測器216。x方向光發射器213與x方向光偵測器214可統稱為x方向光發射器/偵測器對，y方向光發射器215與y方向光偵測器216可統稱為y方向光發射器/偵測器對。x方向光發射器/偵測器對與y方向光發射器/偵測器對可包含障礙感測器。在一些實施方式中，x方向光發射器213與y方向光發射器215可包含雷射或類似者。在一些實施方式中，x方向光偵測器214與y方向光偵測器216可包含光偵測器或類似者。x方向感測器與y方向感測器可使用任意適合的感測器。x方向光發射器213、x方向光偵測器214、y方向光發射器215、以及y方向光偵測器216可位於特定的固定位置。當晶圓保持件203位於初始位置時，x方向光發射器213、x方向光偵測器214、y方向光發射器215、以及y方向光偵測器216可位於平行xy平面以及晶圓205與晶圓保持件203之主平面的平面上。
透過使用晶圓平台201沿x方向移動晶圓保持件203與晶圓205，來進行x方向掃描。x方向光發射器213 朝x方向光偵測器214發射光束217(例如，雷射光束或類似者)。如圖4所示，光束217沿平行y軸的方向延伸。當晶圓205擋住從x方向光發射器213發射的光束217時，x方向光偵測器214會偵測到。這表示晶圓205的邊緣，可由晶圓205的邊緣確定晶圓205在x方向上的位置。當偵測到晶圓205的邊緣時，接著可根據晶圓保持件203的位置來計算出晶圓205的x方向錯位△x。
在圖5中，對晶圓205進行y方向掃描，以確定y方向錯位△y。透過使用晶圓平台201沿y方向移動晶圓保持件203與晶圓205，來進行y方向掃描。y方向光發射器215朝y方向光偵測器216發射光束219(例如，雷射光束或類似者)。如圖5所示，光束219沿平行x軸的方向延伸。當晶圓205擋住從y方向光發射器215發射的光束219時，y方向光偵測器216會偵測到。這表示晶圓205的邊緣，可由晶圓205的邊緣確定晶圓205在y方向上的位置。當偵測到晶圓205的邊緣時，接著可根據晶圓保持件203的位置來計算出晶圓205的y方向錯位△y。
在圖6中，晶圓平台201調整晶圓保持件203與晶圓205的位置，以校正x方向錯位△x與y方向錯位△y。如圖6所示，在調整晶圓保持件203與晶圓205的位置後，離子束的中心點CB與晶圓205的中心點CW對準，且離子束的中心點CB與晶圓205的中心點CW二者以x方向錯位△x與y方向錯位△y偏離晶圓保持件203的中心點 CH。在進行離子暴露製程前，先將晶圓205的中心點CW與離子束的中心點CB對準，可改善晶圓中的均勻性、降低晶圓製程差異、減少元件缺陷、以及提升元件效能。
圖7A與圖7B係繪示依照一些實施方式之對晶圓205進行旋轉掃描的製程。如圖7A與圖7B所示，旋轉攝影機221可被包含在晶圓205與晶圓保持件203之上。旋轉攝影機221可位於特定的固定位置。旋轉攝影機221可用來擷取晶圓205與晶圓保持件203的影像。接著分析影像，以確定對準標記207或其他在晶圓205之表面上的識別特徵的位置。根據對準標記207的位置，可確定晶圓205的旋轉位置。接著可根據晶圓保持件203的旋轉位置與晶圓205的旋轉位置，來計算出晶圓205的旋轉錯位θ。
圖8係繪示依照一些實施方式之對晶圓205進行旋轉掃描的額外製程。可進行圖8所示之額外製程，以增加或取代參考圖7A與圖7B所示與討論之製程。如圖8所示，此裝置可包含旋轉光發射器223與旋轉光偵測器224。旋轉光發射器223與旋轉光偵測器224可統稱為旋轉光發射器/偵測器對。旋轉光發射器/偵測器對可包含障礙感測器。在一些實施方式中，旋轉光發射器223可包含雷射或類似者。在一些實施方式中，旋轉光偵測器224可包含光偵測器或類似者。旋轉感測器可使用任意適合的感測器。旋轉光發射器223與旋轉光偵測器224可位於特定的固定位置。當晶圓保持件203位於初始位置時，旋轉光 發射器223與旋轉光偵測器224可以傾斜於xy平面及晶圓205與晶圓保持件203之主平面的角度指向晶圓205與晶圓保持件203的上表面。
透過使用晶圓平台201旋轉晶圓保持件203與晶圓205，來進行旋轉掃描。旋轉光發射器223朝晶圓205與晶圓保持件203發射光束227(例如，雷射光束或類似者)，光束227經晶圓205或晶圓保持件203的表面反射至旋轉光偵測器224。旋轉光偵測器224偵測反射之光束227的變化，此變化指示對準標記207的位置。根據對準標記207的位置，可確定晶圓205的旋轉位置。接著可根據晶圓保持件203的旋轉位置與晶圓205的旋轉位置，來計算出晶圓205的旋轉錯位θ。
在圖9中，晶圓平台201調整晶圓保持件203與晶圓205的旋轉，以校正旋轉錯位θ。如圖9所示，在調整晶圓保持件203與晶圓205的旋轉後，晶圓205的中心點CW的旋轉與離子束的中心點CB的旋轉對準，且離子束之中心點CB的旋轉及晶圓205之中心點CW的旋轉均以旋轉錯位θ與晶圓保持件203之中心點的旋轉錯位。在進行離子暴露製程前，先將晶圓205的中心點CW與離子束的中心點CB對準，可改善晶圓中的均勻性、降低晶圓製程差異、減少元件缺陷、以及提升元件效能。
在先校正晶圓205的x方向錯位與y方向錯位，再進行旋轉掃描的實施方式中，於旋轉掃描與旋轉校正二者期間，晶圓平台201可沿x方向與y方向移動晶圓保持 件203與晶圓205，同時旋轉晶圓保持件203與晶圓205。具體而言，晶圓平台201可旋轉晶圓保持件203，而晶圓205繞著晶圓205的中心點CW旋轉。這使離子束的中心點CB與晶圓205的中心點CW保持對準，以防止額外的x方向錯位與y方向錯位。在一些實施方式中，可在x方向與y方向掃描及校正前，先進行旋轉掃描及/或後續的旋轉校正。在先進行旋轉掃描及/或旋轉校正，再進行x方向與y方向掃描及校正的實施方式中，晶圓平台201可使晶圓保持件203與晶圓205繞著晶圓保持件203的中心點CH旋轉。
在圖10A與圖10B中，晶圓平台201使晶圓保持件203與晶圓205繞著晶圓平台201的中心軸202旋轉，並對晶圓205進行離子暴露製程。晶圓平台201可旋轉晶圓保持件203與晶圓205，使得晶圓保持件203與晶圓205的主表面與晶圓205將暴露之離子束209的主軸垂直或成一傾斜角。在晶圓205傾斜至適合的角度後，晶圓平台201沿x方向與z方向移動晶圓205，而使晶圓205的整個表面暴露於離子束209。此離子暴露製程可為任意適合的製程，例如離子蝕刻製程、離子植入製程、或類似製程。離子束209可由離子束產生器所產生，離子束產生器可包含任意數量的離子源、質量分析磁鐵、孔徑、線性加速器、掃描單元、會聚單元、最終能量磁鐵、終端站、及/或控制器。
因為在將晶圓205暴露於離子束209前，先校正 晶圓205在晶圓保持件203上之位置的x方向、y方向、以及旋轉錯位，晶圓205的整個主表面可均勻地暴露於離子束209一段所需的曝光時間。這減少晶圓中的均勻性問題、降低晶圓間的製程差異、減少由變化之離子暴露所造成的元件缺陷、以及改善元件效能。
圖11係繪示依照一些實施方式的離子植入機300，離子植入機300可用以在離子暴露製程(例如，離子植入、離子蝕刻、或類似製程)中將晶圓205暴露於離子束301。離子植入機300可用來將離子束301導向晶圓205，以進行方法100的離子暴露製程113。如圖11所示，離子植入機300可包含離子源303、質量分析磁鐵307、孔徑311、線性加速器313、掃描單元315、會聚單元317、最終能量磁鐵319、終端站321、晶圓平台201(包含晶圓保持件203)、以及控制離子植入機300之運作的控制器327。將在以下段落中討論這些部件的每一個。
離子源303可包含用來產生初始離子束305的各種組件。舉例而言，離子源303可包含離子分離元件、離子加速元件、多個這些元件或其組合、或類似元件。在一些實施方式中，離子源303可為電弧放電離子源。離子源303可從多個原子或分子，可包含硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、碳(C)、矽(Si)、鍺(Ge)、氮(N2)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、氧(O2)、氟(F2)、氦(He)、氬(Ar)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、一氟化硼(BF)、二氟化硼(BF2)、三氟化硼(BF3)、一氟化矽(SiF)、二氟化矽 (SiF2)、三氟化矽(SiF3)、四氟化矽(SiF4)、磷雙分子(P2)、矽烷(SiH4)、甲烷(CH4)、其組合、或類似物，產生初始離子束305。然而，在一些實施方式中，可使用其他原子或分子作為離子源303。
離子源303可產生具有廣泛之電荷質量比的離子，其中只有特定較小範圍之電荷質量比的離子適合離子暴露製程。因此，可將初始離子束305導向質量分析磁鐵307。質量分析磁鐵307將具有離子暴露製程所需之電荷質量比的離子與具有非所需之電荷質量比的離子電磁分離。當獲得具有適合之電荷質量比的離子的同調離子束309後，可將同調離子束309送至孔徑311。
在透過質量分析磁鐵307獲得同調離子束309後，同調離子束309通過孔徑311，以進一步增強與控制同調離子束309的發散。在一些實施方式中，孔徑311為具有可調之寬度的孔徑，其可調整同調離子束309的大小。舉例而言，孔徑311可包含可調整且可移動的數個板子，如此可調整板子之間的間隔，藉此可調整束電流大小。當同調離子束309通過孔徑311後，可將同調離子束309送至線性加速器313。
當同調離子束309通過線性加速器313時，線性加速器313可用來對同調離子束309施加額外的能量。線性加速器313使用產生電磁場之一系列電極(未個別繪示)來施加此額外的能量。當同調離子束309通過電磁場時，電磁場起作用而加速同調離子束309。線性加速器313可 包含多個電磁場，且可隨時間而週期性地改變電磁場，或可調整電磁場的相位，以容納具有不同原子序的離子，以及具有不同初始速度的離子。
一旦被加速，同調離子束309導向掃描單元315。掃描單元315可用以橫跨晶圓205之表面掃描同調離子束309。掃描單元315可包含至少一對水平電極與一對垂直電極，以分別控制同調離子束309的水平掃描與垂直掃描。在一些實施方式中，掃描單元315可掃描同調離子束309，以覆蓋晶圓205的整個晶圓寬度。如以上所討論般，晶圓平台201可用以相對於離子束301移動晶圓205，以將晶圓205的表面暴露於離子束301。因此，在一些實施方式中可省略掃描單元315，或除了晶圓平台201外可額外提供掃描單元315。
在同調離子束309通過掃描單元315後，同調離子束309通過會聚單元317。可利用會聚單元317來修改同調離子束309的會聚與發散，同調離子束309可以實質平行束的形式從線性加速器313到達掃描單元315。在一些實施方式中，會聚單元317包含一或多個(例如三個)多極透鏡。多極透鏡可包含均勻多極透鏡、準直儀多極透鏡、其組合、或類似透鏡。然而，可使用任意數量與類型的透鏡。
在同調離子束309通過會聚單元317後，同調離子束309通過最終能量磁鐵319。最終能量磁鐵319可用來移除在離子植入機300之先前製程期間已產生之具有非 所需之電荷質量比的離子及/或中性粒子。最終能量磁鐵319可類似於質量分析磁鐵307，且可將具有離子暴露製程所需之電荷質量比的離子與具有非所需之電荷質量比的離子電磁分離。
在同調離子束309通過最終能量磁鐵319後，將離子束301傳送至終端站321。終端站321可容納晶圓平台201，晶圓平台201操縱晶圓205，晶圓205將植入來自於離子束301的離子。使用晶圓平台201相對於離子束301移動晶圓205，以將晶圓205的整個表面暴露於離子束301。如以上所討論般，晶圓平台201可包含一或多個驅動單元(未個別繪示)，可使用驅動單元來控制晶圓205相對於離子束301的位置。
在一些實施方式中，離子束301可以具有圓形剖面之點束的形式傳送至終端站321。在一些實施方式中，離子束301可以具有矩形剖面之帶狀束的形式傳送至終端站321。可結合使用晶圓平台201與掃描單元315，以橫跨晶圓205之表面掃描離子束301，藉此可在橫跨晶圓205的表面達成均勻的離子分佈。如先前所討論般，可在進行離子暴露製程前，先校正晶圓205在晶圓平台201之晶圓保持件203上的位置，而進一步協助確保橫跨晶圓205的表面可達成均勻的離子分佈。這樣可減少元件缺陷、減少元件良率損失、以及改善元件效能。
使用控制器327在運作期間控制離子植入機300的運作參數。控制器327可以硬體或軟體來實現，且可透 過輸入埠將參數硬編碼或饋送至控制器327中。可使用控制器327來儲存及控制與離子植入機300之運作有關的參數，例如所需的離子束電流、到加速器電極的電流、以及類似參數。另外，亦可使用控制器327來控制晶圓平台201，更具體來說，晶圓平台201的驅動單元，繼而控制晶圓205相對於離子束301之位置、移動方向、傾斜角、以及類似者。
實施方式可達成優勢。舉例而言，在離子暴露裝置中包含x方向光發射器/偵測器對、y方向光發射器/偵測器對、旋轉攝影機221、及/或旋轉光發射器/偵測器對，使得在對晶圓205進行離子暴露製程前，可執行方法100以及校正晶圓205與晶圓保持件203之間的錯位。這可改善橫跨晶圓205之表面之離子暴露製程的均勻性、降低晶圓間的製程差異、減少元件缺陷、以及改善元件效能。
依照一實施方式，一種半導體對準裝置包含晶圓平台；晶圓保持件位於晶圓平台之上；第一位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第一方向上的對準；第二位置偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上在第二方向上的對準；以及旋轉偵測器配置以偵測晶圓在晶圓保持件之上的旋轉對準。在一實施方式中，第一方向垂直於第二方向。在一實施方式中，第一位置偵測器包含第一光發射器與第一光偵測器，且第二位置偵測器包含第二光發射器與第二光偵測器。在一實施方式中，旋轉偵測器包含攝影機。在一實施方式中，此半導體對準裝置更包含離子束產 生器配置以產生離子束，第一光發射器的主軸與第二光發射器的主軸在平行離子束之主軸的平面上。在一實施方式中，旋轉偵測器包含第三光發射器與第三光偵測器。在一實施方式中，第三光發射器的主軸延伸穿過平行離子束之主軸的平面，且對平行離子束之主軸的平面傾斜一角度。
依照另一實施方式，一種方法包含裝載晶圓於晶圓保持件上；進行第一掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第一方向上的第一錯位；進行第二掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第二方向上的第二錯位；以及沿第一方向或第二方向之至少一者移動晶圓保持件的位置，以校正第一錯位與第二錯位。在一實施方式中，此方法更包含傾斜晶圓保持件，以及將晶圓暴露於離子束。在一實施方式中，進行第一掃描包含沿第一方向移動晶圓保持件以及使用第一雷射發射器/偵測器對來偵測晶圓的第一側表面，且進行第二掃描包含沿第二方向移動晶圓保持件以及使用第二雷射發射器/偵測器對來偵測晶圓的第二側表面。在一實施方式中，此方法更包含進行旋轉掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉錯位；以及旋轉晶圓保持件，以校正旋轉錯位。在一實施方式中，進行旋轉掃描包含以攝影機擷取晶圓的影像，以及對攝影機擷取的影像進行分析，以確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉錯位。在一實施方式中，晶圓包含在其側表面中的凹口，且進行旋轉掃描包含旋轉晶圓保持件，以及使用雷射發射器/偵測器對來偵測凹口。在一實施方式中，晶圓包含在其側表面中的凹口，進行旋 轉掃描包含旋轉晶圓保持件以及使用雷射發射器/偵測器對來偵測凹口，且進行旋轉掃描更包含以攝影機擷取晶圓的影像以及對攝影機擷取的影像進行分析。
依照又一實施方式，一種方法包含裝載晶圓於晶圓保持件上；進行旋轉掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉錯位；旋轉晶圓保持件，以校正旋轉錯位；傾斜晶圓保持件；以及將晶圓暴露於離子束。在一實施方式中，離子束由離子束產生器所產生，且當進行旋轉掃描與旋轉晶圓保持件時，晶圓的主表面平行離子束產生器的主軸。在一實施方式中，進行旋轉掃描包含以攝影機擷取晶圓的影像，以及對攝影機擷取的影像進行分析，以確定晶圓相對於晶圓保持件的旋轉錯位。在一實施方式中，晶圓包含在其側表面中的凹口，且進行旋轉掃描包含旋轉晶圓保持件，以及使用雷射發射器/偵測器對來偵測凹口。在一實施方式中，此方法更包含進行第一掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第一方向上的第一錯位；進行第二掃描，以確定晶圓相對於晶圓保持件在第二方向上的第二錯位；以及沿第一方向或第二方向之至少一者移動晶圓保持件的位置，以校正第一錯位與第二錯位。在一實施方式中，使用第一光發射器/偵測器對來進行第一掃描，且使用第二光發射器/偵測器對來進行第二掃描。
上述揭露概述數個實施方式的特徵，使熟習此技藝者可更佳地理解本揭露的態樣。熟習此技藝者應理解，他們可輕易地利用本揭露作為基礎來設計或修飾其他製程及 結構，以實現與在此所介紹之實施方式相同的目的及/或達成相同優勢。熟習此技藝者也應了解這種均等的架構並未脫離本揭露之精神與範疇，且他們可在不偏離本揭露之精神與範疇下在此做出各種改變、替換、以及變動。
100:方法
101:步驟
103:步驟
105:步驟
107:步驟
109:步驟
111:步驟
113:步驟/離子暴露製程

Claims (10)

  1. 一種半導體對準裝置，包含：一晶圓平台；一晶圓保持件，位於該晶圓平台之上；一第一位置偵測器，配置以偵測一晶圓在該晶圓保持件之上在一第一方向上之一對準，其中該第一位置偵測器包含一第一光發射器與一第一光偵測器，該第一光發射器與該第一光偵測器配置以偵測該晶圓的一第一側表面，該第一光發射器配置以直接朝該第一光偵測器發射沿一第二方向延伸的一第一光束，該第一方向與該第二方向垂直；一第二位置偵測器，配置以偵測該晶圓在該晶圓保持件之上在該第二方向上之一對準；以及一旋轉偵測器，配置以偵測該晶圓在該晶圓保持件之上之一旋轉對準。
  2. 如請求項1所述之半導體對準裝置，其中該第二位置偵測器包含一第二光發射器與一第二光偵測器，該第二光發射器與該第二光偵測器配置以偵測該晶圓的一第二側表面，該第二光發射器配置以直接朝該第二光偵測器發射沿該第一方向延伸的一第二光束。
  3. 如請求項1所述之半導體對準裝置，其中該旋轉偵測器包含一攝影機。
  4. 一種半導體對準方法，包含：裝載一晶圓於一晶圓保持件上；進行一第一掃描，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件在一第一方向上之一第一錯位，其中進行該第一掃描包含使用一第一雷射發射器與一第一雷射偵測器來偵測該晶圓的一第一側表面，該第一雷射發射器朝該第一雷射偵測器發射沿一第二方向延伸的一第一光束，該第一方向與該第二方向垂直；進行一第二掃描，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件在該第二方向上之一第二錯位；以及沿該第一方向或該第二方向之至少一者移動該晶圓保持件之一位置，以校正該第一錯位與該第二錯位。
  5. 如請求項4所述之半導體對準方法，其中進行該第一掃描更包含沿該第一方向移動該晶圓保持件，且其中進行該第二掃描包含沿該第二方向移動該晶圓保持件以及使用一第二雷射發射器與一第二雷射偵測器來偵測該晶圓之一第二側表面，該第二雷射發射器朝該第二雷射偵測器發射沿該第一方向延伸的一第二光束。
  6. 如請求項4所述之半導體對準方法，更包含：進行一旋轉掃描，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件之一旋轉錯位；以及旋轉該晶圓，以校正該旋轉錯位。
  7. 一種半導體對準方法，包含：裝載一晶圓於一晶圓保持件上，其中該晶圓包含在該晶圓之一側表面中之一凹口；透過使用一旋轉光發射器與一旋轉光偵測器進行一旋轉掃描，該旋轉光發射器發射一光束，該光束經反射至該旋轉光偵測器，以偵測該晶圓的該凹口，並藉此確定該晶圓相對於該晶圓保持件之一旋轉錯位；旋轉該晶圓保持件，以校正該旋轉錯位；傾斜該晶圓保持件；以及將該晶圓暴露於一離子束。
  8. 如請求項7所述之半導體對準方法，其中進行該旋轉掃描更包含以一攝影機擷取該晶圓之一影像，以及對該攝影機擷取之該影像進行分析，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件之該旋轉錯位。
  9. 如請求項7所述之半導體對準方法，其中該旋轉光發射器與該旋轉光偵測器傾斜於該晶圓與該晶圓保持件的主平面。
  10. 如請求項7所述之半導體對準方法，更包含：進行一第一掃描，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件在一第一方向上之一第一錯位； 進行一第二掃描，以確定該晶圓相對於該晶圓保持件在一第二方向上之一第二錯位；以及沿該第一方向或該第二方向之至少一者移動該晶圓保持件之一位置，以校正該第一錯位與該第二錯位。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200620407A (en) * 2004-08-31 2006-06-16 Nikon Corp Aligning method, processing system, substrate loading repeatability measuring method, position measuring method, exposure method, substrate processing apparatus, measuring method and measuring apparatus
CN103208449A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 旺宏电子股份有限公司 晶圆在支撑座上对准的装置、方法及系统
CN108615699A (zh) * 2018-05-29 2018-10-02 深圳信息职业技术学院 一种晶圆对准系统及方法和用于晶圆对准的光学成像装置
US10651065B2 (en) * 2017-12-06 2020-05-12 Lam Research Corporation Auto-calibration to a station of a process module that spins a wafer
TWI709186B (zh) * 2014-11-04 2020-11-01 美商布魯克斯自動機械公司 晶圓對準器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2629709B2 (ja) * 1987-05-28 1997-07-16 株式会社ニコン 位置合わせ方法及び装置
CN1291445C (zh) * 2004-06-18 2006-12-20 清华大学 离子注入机中的靶盘角度控制与扫描运动机构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200620407A (en) * 2004-08-31 2006-06-16 Nikon Corp Aligning method, processing system, substrate loading repeatability measuring method, position measuring method, exposure method, substrate processing apparatus, measuring method and measuring apparatus
CN103208449A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 旺宏电子股份有限公司 晶圆在支撑座上对准的装置、方法及系统
TWI709186B (zh) * 2014-11-04 2020-11-01 美商布魯克斯自動機械公司 晶圓對準器
US10651065B2 (en) * 2017-12-06 2020-05-12 Lam Research Corporation Auto-calibration to a station of a process module that spins a wafer
CN108615699A (zh) * 2018-05-29 2018-10-02 深圳信息职业技术学院 一种晶圆对准系统及方法和用于晶圆对准的光学成像装置

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