Abstract
摘要 在所有半導體元件中，離子植入是電晶體結構中一項相當重要的技術。在離子植入過程中，晶圓會受到被稱為摻質的帶電離子束撞擊，當摻質加速到獲得足夠的能量後，即可植入薄膜達到預定的深度，進而改變材料的性質，提供特定的電氣特性。 離子植入製程可對植入區內的摻質濃度加以精密控制。基本上，摻質濃度（劑量）係由離子束電流（離子束內之總離子數）與掃瞄率（晶圓通過離子束之次數）來控制，而摻質植入的深度則由離子束能量的大小來決定。 NV6200AV中電流離子佈植機的晶片夾具有兩個運作機構，分別是傾斜、旋轉，兩者均為微步進馬達控制。其中傾斜馬達和系統之間有編碼器作為回授，但是旋轉馬達則沒有編碼器，因此無法即時得知晶片植入的角度。反之、若將旋轉馬達加裝編碼器並做回授控制則可以即時偵測晶片植入時的位置、速度及加速度，一但機台發生問題時能夠即時偵測到並減少晶片的報廢。本文針對NV6200AV的離子佈植機旋轉馬達的錯誤分析，研究成果可以歸納為以下幾項： 1.增加機台的使用率及調度性 2.減少大量晶片報廢並且對有問題之晶片給予適時的補救 3.改善晶片的均勻度及其良率 目錄 摘要 …………………………………………………………Ⅰ 目錄 ………………………………………………………………… Ⅱ 圖表目錄 ..…………………………………………………………… Ⅳ 第一章 導論 ...……………………………………………………. 1 1.1 研究背景與研究動機 …………………………….. 1 1.2 文獻回顧 .……………………………………… 6 1.3 本文大綱 ..……………………………………….. 9 第二章 問題描述與解決策略 …………………………………… 10 2.1 離子佈植機的簡介及原理 .……………………... 10 2.2 NV6200AV旋轉馬達介紹 …….………………… 13 2.3 晶片傾斜角度與製程之相關性 …..……………… 14 2.4 旋轉馬達失效對於元件的影響 ………………… 17 2.5 即時偵測旋轉馬達位置的方法 …..……………… 18 2.6 旋轉馬達位置編碼器的設計原理 .…………….. 19 2.7 量測離子佈植機的離子佈植量的方式 ………. 20 第三章 系統設計與製作 …………………………………… 24 3.1. 系統架構與硬體規劃 ………………………………. 24 3.2 硬體方塊圖 ……………………………………… 25 3.3 程式設計流程說明 ………………………………. 27 3.4 旋轉馬達位置的錯誤偵測分析 .………………… 31 第四章 模擬與實驗結果分析 ….…………………………… 36 4.1. 系統架構 ….……………………………………… 36 4.2 CPLD電路架構 ………………………………… 37 43 CPLD電路模擬結果 ……………………………… 43 第五章 實驗結果 …………………………………………….. 47 5.1. 傾斜角 及 離子佈植 ….………………… .47 5.2 傾斜角 離子佈植 …...………………………… 51 5.3 晶片的實驗結果 ..………………………………… 55 5.4 圖形比對方法及結果 ..…………………………… 59 第六章 結論 …………………………………………………. 65 6.1 本文結論 ………………………………………… 65 6.2 未來研究方向 ………………………………….. 66 參考文獻 .………………………………………………………… 67 圖表目錄 圖1.1 晶圓的製造生產流程示意圖 圖1.2 NV6200AV End Station示意圖 圖1.3 離子佈植機示圖 圖2.1 擴散製程示意圖 圖2.2 閘極的對準失誤示意圖 圖2.3 離子佈植與擴散製程之摻雜輪廓比較圖 圖2.4 離子束和晶片位置及原點感知器位置圖 圖2.5 MOS電晶體的熱電子效應 圖2.6抗接面擊穿佈植製程 圖2.7大傾斜角佈植(High Tilt Implantation) 圖2.8元件相對於旋轉位置圖 圖2.9光柵板及光感知器設計圖 圖2.10編碼器介面系統架構圖 圖2.11熱波系統圖 圖2.12 四點探針示意圖 圖3.1 監控系統I/O功能方塊圖 圖3.2 編碼器及計數器介面電路方塊圖 圖3.3旋轉馬達與離子閘的關係圖 圖3.4晶片完成事件(Wafer complete event)訊號與馬達關係圖 圖3.5 FDC(Fault Detection Classification)系統示意圖 圖3.6 NV6200AV旋轉馬達的FDC系統圖 圖4.1旋轉馬達偵測之系統圖 圖4.2 傾斜馬達、旋轉馬達與光電感知器安裝位置圖 圖4.3圖4.3編碼氣之CPLD電路圖 圖4.4(a) 相位延遲電路 圖4.4(b) 相位延遲訊號波形 圖4.5(a) A、B相位解碼電路 圖4.5 (b) A、B訊號波形 圖4.6 (a) DA、DB相位解碼電路 圖4.6 (b) DA、DB訊號波形 圖4.7(a) 正轉相位解碼電路 圖4.7(b) 反轉相位解碼電路 圖4.8上、下計數電路 圖4.9 CCW電路模擬結果波形圖 圖4.10 CW電路模擬結果波形圖 圖4.11 A、B同相位電路模擬結果 圖5.1 NV6200AV晶片旋轉方向與傳送相對位置 圖5.2 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.3(a) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.3(b) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.4 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.5(a) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.5(b) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.6 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.7(a) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~900 圖5.7(b) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.8(a) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.8(b) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.9(a) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.9(b) 晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 圖5.11晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 及 ~ 熱波圖 圖5.12晶片傾斜角= 、 及旋轉位置為 ~ 及 ~ 熱波圖 圖5.13晶片傾斜角= 旋轉位置為 ~ 熱波圖 圖5.14晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 及 ~ 熱波圖 圖5.15晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 及 ~ 熱波圖 圖5.16晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 及補償 阻值圖 圖5.17晶片傾斜角= 及旋轉位置為 ~ 及補償 阻值圖 圖5.18晶片傾斜角 之 、 比較與FDC圖形比較 圖5.19晶片傾斜角 之 、 比較與FDC圖形比較 圖5.20晶片傾斜角 之 比較與FDC圖形比較 圖5.21晶片傾斜角 之 、 比較與FDC圖形比較 圖5.22晶片傾斜角 之 、 比較與FDC圖形比較 圖5.23傾斜角與均勻度之相關性 表2.1 離子佈植與擴散的比較表 表5.1 、 離子怖植實驗表 表5.2 、補償 離子怖植實驗表 表5.3 Tilt= 、 實驗結果表 表5.4 Tilt= 實驗結果表