專利名稱：用來在真空度波動期間控制離子注入的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在真空度波動期間控制離子注入。具體地說，本發(fā)明涉及根據(jù)實測的射束電流而不是實測的壓力控制離子束注入過程來補償真空度的波動。
本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)離子注入是一種用來把改變導(dǎo)電率的雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的標準技術(shù)。典型的離子注入過程使用高能離子束把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片。如同眾所周知的那樣，以統(tǒng)一的深度和密度把雜質(zhì)引入晶片對于保證即將形成的半導(dǎo)體器件在規(guī)范之內(nèi)操作是至關(guān)重要的。
在離子注入過程中能夠影響晶片中雜質(zhì)劑量的均勻性一個因素是在注入過程中真空度的波動。真空度波動可能是由涂在半導(dǎo)體晶片上當離子束擠入半導(dǎo)體晶片的時候脫氣、揮發(fā)或濺射的光敏抗蝕劑或其它材料引起的。脫氣、揮發(fā)或濺射散釋放氣體粒子，這些被釋放的粒子在正常的高真空條件下引起壓力沿著射束線上升并且能夠?qū)е屡c射束中的離子碰撞。這些碰撞能夠使射束中的離子經(jīng)歷電荷變化。例如，離子束中個個帶電的陽離子可能與在注入期間通過光敏抗蝕劑脫氣產(chǎn)生的殘留氣體原子碰撞并且在動能沒有重大變化的情況下經(jīng)歷電荷交換。于是個個帶電的陽離子可能通過碰撞被中和并且以中性電荷狀態(tài)擠入半導(dǎo)體晶片。反之，當脫氣、揮發(fā)或濺射不從半導(dǎo)體晶片表面發(fā)生的時候，真空水平能夠沿著射束線保持比較高和恒定不變，因此導(dǎo)致比較少的交換離子電荷的碰撞。
當真空水平沿著射束線下降的時候造成的交換電荷的碰撞可能引起問題，因為用來在注入期間確定和控制離子束電流(以及晶片的總劑量)的檢測器通常僅僅檢測帶電粒子，而不檢測中性粒子。在晶片中被注入的中性粒子是符合需要的注入物種并且具有符合注入要求的能量，因此應(yīng)該被計算在總注入劑量之內(nèi)。由于典型的離子束電流檢測器(例如，法拉第杯)不能檢測中性粒子，所以因為對晶片劑量有貢獻應(yīng)該被計算在內(nèi)的中性粒子不被檢測。結(jié)果，比實際的束電流少的束電流被檢測到，借此促使束電流的增加和晶片的過量注入。
早先用來在真空度波動期間控制注入均勻性的方法如同在授權(quán)給Farley的美國專利第4,587,433號和授權(quán)給Chen的美國專利第5,760,409號中揭示的那樣包括檢測離子束電流和注入室中的真空水平兩者并且相應(yīng)地控制離子束。這樣的系統(tǒng)有一些缺點，包括在沿著射束線真空度的實際變化和檢測到真空度變化(即壓力變化)之間的時間延遲所引起的不適當?shù)目刂?。這種在真空度的實際變化和檢測之間的延遲能夠引起離子束控制延遲和造成不適當?shù)木⑷雱┝?。這種類型的方法具有需要用多套離子注入?yún)?shù)(例如，氣體組成、射束能量、注入的物種、劑量、光敏抗蝕劑的類型等)使用的相應(yīng)的修正值對眾多檢測到的氣壓和射束電流的數(shù)值進行經(jīng)驗修正的缺點。
因此，需要的是一種與這樣的注入?yún)?shù)無關(guān)而且能夠?qū)φ婵斩炔▌友杆僮龀龇磻?yīng)的用來在注入期間控制注入的方法。
本發(fā)明的概述本發(fā)明提供用來在沿著射束線有真空度波動存在的情況下控制離子束注入過程的方法和裝置。在本發(fā)明的一個方面中，真空度波動能夠根據(jù)檢測到的離子束電流而不是檢測到的壓力進行檢測。因此，離子注入裝置和方法可以在不檢測注入室內(nèi)的壓力的情況下根據(jù)射束電流對真空度波動進行修正。
在一個說明性的實施方案中，用來控制離子注入過程的方法包括產(chǎn)生離子束和沿著射束線導(dǎo)引離子束。射束電流是沿著射束線檢測到的，而且材料是用離子束中的離子注入的。在注入期間真空度波動是根據(jù)檢測到的射束電流而不是根據(jù)檢測到的壓力進行補償?shù)摹?br> 在一個說明性的實施方案中，首先生成包括用于注入到半導(dǎo)體晶片之中的高能粒子的離子束。然后，確定用于離子束電流的參考數(shù)值。這個用于離子束電流的參考數(shù)值可以這樣確定，即在開始半導(dǎo)體晶片的注入之前當真空水平處于需要的水平，例如，處于比較高而且穩(wěn)定的水平的時候沿著射束線實測離子束電流。例如，用于離子束電流的參考數(shù)值還可以是從存儲器取回的或由操作員輸入的存儲數(shù)值。一旦用于離子束電流的參考數(shù)值被確定下來，半導(dǎo)體晶片的注入就開始運行。離子束電流在注入期間被測量，而且在用于離子束電流的參考數(shù)值和實測的離子束電流之間的差被確定。離子束電流、晶片掃描頻率或其它注入過程參數(shù)都可以根據(jù)這個參考數(shù)值和實測的離子束電流之間的差值進行調(diào)整。由于實測的離子束電流包括關(guān)于真空度波動的信息，例如，實測的射束電流的減少可以被假定為主要是真空度波動引起的，因此離子注入過程可以被調(diào)整，例如，晶片掃描頻率可以作為對檢測到的射束電流的減少的反應(yīng)而被降低。
在本發(fā)明的另一個說明性的實施方案中，在參考數(shù)值和實測的射束電流之間的差值可以被按比例縮放，而按比例縮放的差值被用來控制離子注入過程參數(shù)。例如，離子注入系統(tǒng)可以包括一個使離子束在入射到半導(dǎo)體晶片之上之前彎曲和準直的角度修正器磁鐵。在這種類型的安排中，沿著射束線真空度波動能夠引起沿著射束線在兩個區(qū)域(即，視線區(qū)域和非視線區(qū)域)中發(fā)生的交換離子電荷的碰撞增加。在非視線區(qū)域中使粒子呈中性的交換電荷的碰撞使粒子不被角度修正器磁鐵沿著通往晶片的路徑偏轉(zhuǎn)。改為中性粒子遵循一條不擠入晶片的路徑。因此，雖然非視線碰撞引起在晶片檢測到的離子束電流減少，但是這種碰撞還引起晶片處的劑量率減少。反之，發(fā)生在視線區(qū)域中的交換電荷的碰撞中和高能粒子，但由于這些粒子正沿著通向晶片的路徑前進，中性粒子仍然被注入晶片并且對總劑量做出貢獻。然而，由于粒子呈中性，它們不作為離子束電流的一部份被檢測。因此，在視線區(qū)域中中和粒子的碰撞引起檢測到的離子束電流減少，但是不一定引起晶片劑量率的改變。用于離子束電流的參考數(shù)值和實測的離子束電流之間的差值的按比例縮放可以被用來調(diào)整注入過程參數(shù)(例如，晶片掃描頻率)以便補償視線和非視線的兩種碰撞。
例如，離子束電流方面檢測到的減少可以被假定為主要是由于真空度沿著射束線波動。一部分檢測到的離子束電流的減少是由非視線碰撞產(chǎn)生的，而剩余部分檢測到的離子束電流的減少是由視線碰撞產(chǎn)生的。由于視線碰撞對離子束電流的減少有貢獻，但是不一定影響交付給晶片的總劑量，所以檢測到的這部分離子束電流的減少不一定需要得到補償。因此，用于離子束電流的參考數(shù)值和檢測到的離子束電流之間的差值可以為了大體上補償非視線碰撞和把晶片劑量率調(diào)整到一個適當?shù)乃蕉幢壤s放。
本發(fā)明的這些和其它的方面從下面的描述將變得清楚明了和/或明顯。
附圖簡要說明下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中同樣的參考數(shù)字指的是同樣的要素，其中

圖1是依照本發(fā)明的第一離子注入系統(tǒng)的示意方框圖；圖2是依照本發(fā)明的第二離子注入系統(tǒng)的示意方框圖；圖3是圖2的離子注入系統(tǒng)的一部分的示意方框圖；圖4是用來依照本發(fā)明調(diào)整離子注入?yún)?shù)的方法的各個步驟的流程圖。
本發(fā)明的詳細說明下面將結(jié)合離子注入系統(tǒng)描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明能夠與諸如電子束成像系統(tǒng)之類的其它使用高能帶電粒子束的系統(tǒng)或過程一起使用。因此，本發(fā)明不局限于下面描述的特定的實施方案。
圖1是依照本發(fā)明的離子注入系統(tǒng)100的示意方框圖。離子注入系統(tǒng)100包括一個產(chǎn)生并且朝半導(dǎo)體晶片3導(dǎo)引射束2的射束發(fā)生器1。射束發(fā)生器1可以包括各種不同類型的組成部分和系統(tǒng)以便產(chǎn)生具有所需要的特性的射束2。射束2可以是任何類型的帶電粒子束，例如，被用來注入半導(dǎo)體晶片3的高能離子束。半導(dǎo)體晶片3可以采用各種不同的實際形狀，例如，通常的盤片形狀。半導(dǎo)體晶片3可以包括任何類型的半導(dǎo)體材料或任何其它的準備用射束2注入的材料。
射束電流(即被射束2中的粒子攜帶給晶片3的電荷的數(shù)量)是用檢測器4測量的。檢測器4可以是任何類型的檢測射束2的電流水平的裝置。例如，檢測器4可以是法拉第杯或其它技術(shù)上眾所周知的裝置。檢測器4可以被固定在適當?shù)奈恢?，或者是可移動的并且能夠以各種不同的方式(例如，沿著射束2到晶片3的路徑，如圖1所示毗鄰晶片3，在晶片3的后面等等)定位的。其它類型的測量射束2的電流的裝置(例如，使用量熱裝置或射束-感應(yīng)磁場測量的裝置)可以在需要時作為檢測器4使用。
檢測器4把代表檢測到的射束2的電流的信號輸出到控制器5?？刂破?可以是或包括為實現(xiàn)所需要輸入/輸出和其它功能而編程的通用計算機或通用計算機網(wǎng)絡(luò)?？刂破?還可以包括其它的電子電路或組成部分，例如，特定應(yīng)用的集成電路(例如，ASIC)、其它硬連線的或可編程的電子裝置、分立元件電路、FPGA等。控制器5還可以包括實現(xiàn)各種需要的功能的裝置，例如用戶輸入/輸出裝置(鍵盤、觸摸屏、用戶標定設(shè)備、顯示器、打印機等)、通信裝置、數(shù)據(jù)儲存裝置、機械驅(qū)動系統(tǒng)等。
控制器5還與～通信能夠相對于射束2移動晶片3的晶片驅(qū)動器6，例如，晶片驅(qū)動器6能夠橫越注入晶片3的射束2掃描晶片3。晶片驅(qū)動器6可以包括各種不同的以需要的方式實際移動晶片3的裝置或系統(tǒng)。例如，晶片驅(qū)動器6可以包括伺服驅(qū)動馬達、螺線管、螺桿驅(qū)動機構(gòu)、一個或多個氣墊、位置編碼裝置、機械聯(lián)動、遙控臂或任何其它技術(shù)上眾所周知的移動晶片3的組成部分。
射束2在由真空系統(tǒng)7在殼體8中形成的比較高的真空環(huán)境中從射束發(fā)生器1傳送到晶片3。高真空意味著在殼體8中存在低壓力。反之，低真空指的是在殼體8中壓力相對地比較高。殼體8中的真空是用眾所周知的系統(tǒng)(例如，真空泵、真空隔離閥、壓力傳感器等)維持的。真空系統(tǒng)7可以與控制器5通信，例如，把關(guān)于在殼體8的一個或多個部分中當前的真空水平的信息提供給控制器5。
射束2在圖1中被展示為遵循從射束發(fā)生器1到晶片3的直線路徑。然而，射束2可以遵循在發(fā)生器1之內(nèi)和/或在射束發(fā)生器1和晶片3之間有一次或多次偏轉(zhuǎn)的彎曲路徑。射束2可以被偏轉(zhuǎn)，例如，用一個或多個磁鐵、透鏡或其它離子光學(xué)器件。
在注入之前，晶片驅(qū)動器6能夠移動晶片3遠離射束2以使射束2不在晶片3上入射。然后，射束發(fā)生器1產(chǎn)生射束2，當殼體8內(nèi)的真空水平處于需要的水平和/或穩(wěn)定狀態(tài)的時候，檢測器4檢測用于束電流的參考水平。作為一個例子，確定用于射束電流的參考水平的真空水平可能是真空系統(tǒng)7在殼體8之內(nèi)產(chǎn)生的最高的真空水平。當然，用于射束電流的參考水平可以是針對殼體8之內(nèi)的其它的真空水平確定的。
檢測器4把能夠被控制器5作為用于射束電流的參考水平使用的或者控制器5能夠通過處理產(chǎn)生用于射束電流的參考水平的信號輸出到控制器5。例如，檢測器4可以輸出代表檢測到的離子的數(shù)目的模擬信號，而控制器5可以將這個模擬信號轉(zhuǎn)換成儲存在控制器5之內(nèi)的數(shù)字。被儲存的數(shù)字可以作為用于射束電流的參考水平使用。
在注入期間，射束2是至少入射在一部分晶片3上。射束2能夠橫越晶片3被掃描和/或晶片3能夠借助驅(qū)動器6橫越射束2被掃描。例如，在圖1中，射束2可以在平行于紙張的平面中被射束發(fā)生器1掃描，而晶片3在垂直于紙張的方向上被晶片驅(qū)動器6移動。
在晶片3之中或之上的材料(例如，在晶片3的表面上的光敏抗蝕劑)在受到射束2中的粒子沖擊時可能脫氣或以其它方式產(chǎn)生某些物質(zhì)。這將在殼體8之內(nèi)引起能夠引起真空水平在晶片3附近沿著射束線下降的真空度波動。這種真空水平的降低能夠引起發(fā)生在射束2中粒子朝晶片3行進的過程中的電荷交換碰撞的次數(shù)增加。如同前面討論的那樣，電荷交換碰撞(即，在射束2中的高能粒子和由于脫氣或揮發(fā)在晶片3釋放的材料之間的碰撞)引起射束2中的個體粒子的電荷被改變。例如，射束2中個個帶正電荷的離子通過沿著射束線的碰撞能夠被中和，或者帶正電荷的的離子可能帶加倍的正電荷。雖然離子的電荷可能被改變，但是粒子的能量本質(zhì)上是不變的。所以，雖然一些粒子的電荷可以被這樣改變以致檢測器4檢測不到粒子的存在，但是這些粒子仍然可能擠入晶片3并且對晶片3的總雜質(zhì)劑量做出貢獻。因此，即使晶片3的總劑量不受影響，檢測器4可能也在注入期間輸出一個表明射束電流減少的信號。
控制器5能夠識別，即根據(jù)檢測到的射束電流的減少(或檢測到的射束電流的減少的一部分)是由注入期間的真空度波動引起的但是注入晶片3的總劑量不受影響這一假定操作。因此，控制器5能夠根據(jù)檢測到的射束電流的減少來檢測真空度波動。應(yīng)該理解在注入期間射束電流可能由于其它的因素(例如，離子源的變化)發(fā)生變化，而且控制器5可以確定檢測到的射束電流的減少某個部分是由真空度波動引起的，而這種減少的另一部分是由其它因素(例如，在離子源的種種變化)引起的?？刂破?可以調(diào)整某些注入?yún)?shù)以便改正那些不是由于真空度波動引起的射束電流的變化，這在技術(shù)上是已知的并且在這里不予以描述。除此之外，脫氣可能隨著時間變化，而且控制器5在與其它的在注入期間可能隨著時間變化的因素進行比較時可以確定真空度波動對檢測到的射束電流的減少的貢獻。在這種情況下，控制器5可以使用僅僅反映真空度波動的貢獻而不反映其它因素的貢獻的經(jīng)過調(diào)整的實測的射束電流來控制注入過程。
控制器5可以感受到射束電流的減少，但是不必調(diào)整特定的注入?yún)?shù)，例如，射束2的掃描頻率、晶片3的掃描頻率。作為替代，控制器5可以把一個信號輸出的真空系統(tǒng)7，指出真空壓力的升高已被檢測到而且在殼體8內(nèi)的真空水平應(yīng)該進行相應(yīng)的調(diào)整。除了由壓力傳感器提供給真空系統(tǒng)7的實測的真空水平信號之外，這個信號也可以提供給真空系統(tǒng)7。因此，在真空水平的減少被與真空系統(tǒng)7相關(guān)聯(lián)的壓力傳感器檢測到之前，根據(jù)來自控制器5的信號，真空系統(tǒng)7就可以開始調(diào)整在殼體8之內(nèi)的真空水平。
作為替代，控制器5可以將注入期間由檢測器4提供的檢測到的射束電流水平與儲存的用于射束電流的參考水平進行比較，并且使用這兩個數(shù)值的差來控制射束2或晶片驅(qū)動器6。例如，控制器5可以確定(根據(jù)儲存的信息)檢測器4在注入期間檢測到的射束電流的減少主要是由真空度沿著射束線波動造成的。進而，控制器5能夠確定由電荷交換碰撞造成的一部分檢測到的射束電流的減少不影響被交付給晶片3的總劑量，而另一部分檢測到的射束電流的減少確實對交付給晶片3的總劑量有貢獻。例如，一些電荷交換碰撞可能在不影響粒子的動能的情況下將射束的粒子中和。被中和的粒子將不被檢測器4檢測，但是仍然對注入晶片3的總劑量有貢獻。由真空度波動引起的其它碰撞可以使粒子的電荷和動能發(fā)生變化，或者使粒子遵循阻止粒子注入晶片3的軌道。后面的這些碰撞引起檢測到射束電流的減少和注入晶片3的總劑量的減少?？刂破?能夠?qū)z測到的射束電流和用于射束電流的參考數(shù)值之間的差值按比例縮放，以使交付給晶片3的總劑量被調(diào)整到需要的水平。這個差值還可以被標準化，例如，通過差值除以參考數(shù)值。例如，控制器5可以根據(jù)按比例縮放的和標準化的按比例縮放的參考數(shù)值控制晶片驅(qū)動器6更緩慢地移動晶片3橫越射束2的路徑?？刂破?所使用比例系數(shù)可以通過實驗確定并且被儲存在控制器5中。因此，當特定的差值被控制器5確定的時候，相應(yīng)的比例系數(shù)可以被取回并且被用來調(diào)整該差值以便適當?shù)乜刂粕涫?或晶片3的運動。
控制器5還可以對真空度波動引起的二維的注入不均勻性實施控制。例如，真空度波動可能在晶片3上引起二維的注入不均勻性，例如，在圖1中沿著平行于紙的射束掃描方向的不均勻性和在圖1中沿著垂直于紙的晶片掃描方向的不均勻性。因此，控制器5可以為了對兩個方向的不均勻性實施控制而控制射束掃描頻率和晶片掃描頻率。不同的比例系數(shù)還可以用來分別控制射束掃描頻率和晶片掃描頻率。
圖2依照本發(fā)明展示離子注入系統(tǒng)100的更詳細的方框圖。離子源11產(chǎn)生離子和供應(yīng)離子束2。如同技術(shù)上已知的那樣，離子源11可以包括離子室和氣體盒(它裝著待離子化的氣體)。將氣體供應(yīng)給離子室，在那里氣體被離子化。這樣形成的離子從離子室抽取出來以形成離子束2。離子束2可以有被延長的橫截面而且可以是條形的，射束6的橫截面的長尺寸優(yōu)選具有水平取向，或者射束2可以有圓形的橫截面。抽取電源和抽取電極12加速來自離子源11的離子。抽取電源可以是可調(diào)的，例如，從大約0.2到80千電子伏。因此，來自離子源11的離子可以被抽取電極12加速到大約0.2到80千電子伏的能量。離子源的構(gòu)造和操作對于熟悉這項技術(shù)的人是眾所周知的。
離子束2經(jīng)過抑制電極和接地電極(未示出)被傳送到質(zhì)譜儀13。質(zhì)譜儀13包括使離子束2中的離子這樣偏轉(zhuǎn)以致符合要求的離子物種通過分辨孔14而不符合要求的離子物種不通過分辨孔14的分辨磁鐵。在優(yōu)選的實施方案中，質(zhì)譜儀13的分辨磁鐵使符合要求的物種離子偏轉(zhuǎn)90°。
符合要求的離子物種的離子通過分辨孔14送到位于質(zhì)譜儀13下游的掃描器15(這對于使用帶狀射束的系統(tǒng)并非是必要的)。掃描器15可以包括掃描電極和其它用來控制射束2的電極(未示出)。離子束2中的離子被掃描，然后通過角度修正器磁鐵16。角度修正器磁鐵16使符合要求的離子物種的離子偏轉(zhuǎn)并且將離子束2從發(fā)散的離子束轉(zhuǎn)換成具有本質(zhì)上平行的離子軌道的幾乎準直的離子束2。在優(yōu)選的實施方案中，角度修正器磁鐵16使符合要求的離子物種的離子偏轉(zhuǎn)70°。
終點站17這樣支撐著在離子束2的路徑中的一個或多個半導(dǎo)體晶片，以致符合要求的物種離子被注入半導(dǎo)體晶片(未示出)。終點站17可以包括被冷卻的靜電臺板和用來垂直于離子束2的橫截面的長尺寸移動晶片使離子分布在晶片表面上的晶片馬區(qū)動器6。
離子注入系統(tǒng)100可以包括熟悉這項技術(shù)的人已知的附加組成部分。例如，終點站17通常包括用來把晶片3引入離子注入系統(tǒng)100和用來在注入后取出晶片的自動化的晶片搬運設(shè)備。終點站17還可以包括劑量測定系統(tǒng)，讀數(shù)電子槍和其它已知的組成部分。人們將理解在離子注入期間離子束2所經(jīng)過的整個路徑都被抽真空。離子注入系統(tǒng)100的附加細節(jié)在這里不提供，因為它們在技術(shù)上是眾所周知的并且對于本發(fā)明未必是重要的。
離子注入系統(tǒng)100的各個組成部分都受控制器5控制。因此，控制器5能夠監(jiān)測離子注入過程并且采取各種步驟來調(diào)整該過程的方方面面，例如從離子源11產(chǎn)生離子的速率、離子束2的掃描頻率、在終點站17晶片相對于離子束2的掃描頻率等。
圖3是圖2中的離子注入系統(tǒng)100從分辨孔14到終點站17部分的示意方框圖，并且展示從分辨孔14到終點站17中的半導(dǎo)體晶片3的射束2的路徑。離子束2的路徑從概念上被區(qū)分為三個區(qū)域，區(qū)域I在角度修正器磁鐵16的上游、區(qū)域II在角度修正器磁鐵16之內(nèi)、而區(qū)域III在角度修正器磁鐵16的下游。在區(qū)域I中，射束2是發(fā)散射束。在區(qū)域II中，角度修正器磁鐵16使射束2中的帶電粒子偏轉(zhuǎn)大約70°并且使射束準直。因此，區(qū)域III中的射束2本質(zhì)上是這樣準直的，以致該射束中的離子以本質(zhì)上相同的角度全部入射在晶片3的表面上。
晶片3的注入開始之前，控制器5控制晶片驅(qū)動器6將晶片3移出射束2的路徑。然后，用一個或多個檢測器41、42和43測量離子束2的射束電流。檢測器41是在射束2在晶片3上的入射平面附近垂直于射束2移動的一維或移動式法拉第杯。這種類型的移動式法拉第檢測器41的用途是眾所周知的，而且檢測器41所產(chǎn)生的信號被用來確定射束2的均勻性。在注入期間，射束電流也可以用毗鄰晶片3放置的法拉第檢測器42測量。由于檢測器42毗鄰晶片3放置，所以檢測器42既能在晶片3為了注入被定位之前也能在晶片3的注入期間檢測射束電流。第三個檢測器43也能被用來檢測射束電流。由于檢測器43在注入期間位于晶片3的下游，所以檢測器43通常是法拉第型的檢測器)通常被用來在注入之前測量在晶片3中預(yù)期被注入的總劑量。人們應(yīng)該理解雖然在這個例子中的檢測器41-43是法拉第型的檢測器，但是用來覺察射束電流的其它類型的檢測器(例如，使用量熱計測定或射束感應(yīng)磁場測量的那些)可以與檢測器41-43一起使用或者代替它們。除此之外，使用全部三個檢測器41-43并非是必要的。例如，檢測器41和43可以被取消或者不被用來檢測射束電流以便控制與真空度波動有關(guān)的注入過程。因此，只有檢測器42可以用來檢測射束電流。
在下面的例子中，只有檢測器42被用來在真空度波動期間檢測離子束電流和控制注入過程。當終點站17內(nèi)沿著射束線的真空水平處在所需要的參考水平的時候，例如，當晶片3被遠離射束2路徑定位而且真空沿著射束線處在比較高而且一致的水平的時候，檢測器42檢測離子束2的射束電流。這個在真空水平處在參考水平時檢測到的電流被控制器5用作離子束電流的參考數(shù)值。離子束電流的參考數(shù)值不必是在晶片3處于射束2路徑之外時測定的。換言之，用于離子束電流的參考數(shù)值可以是在晶片3處在注入位置而且真空沿著射束線處在需要的水平時(例如，在晶片3開始注入之時)檢測到的射束電流。作為替代，控制器5可以使用儲存在控制器5的存儲器之內(nèi)通過實驗確定的射束電流的參考數(shù)值。
在晶片3的注入開始之后，在晶片3之中或之上的物質(zhì)(例如，光敏抗蝕劑)可能開始脫氣或以其它方式釋放粒子。這些粒子的釋放引起真空水平在晶片3附近沿著射束線(例如，沿著射束路徑回到分辨孔14)波動。如同前面討論的那樣，真空水平沿著射束線的減少能夠引起射束2中的離子和其它粒子(例如，從晶片3釋放的那些)之間的電荷交換碰撞的次數(shù)增加。這些電荷交換碰撞能夠引起使射束2的離子變成中性。角度修正器磁鐵16對中性粒子不起作用，因此中性粒子從它變成中性的那個點開始遵循直線路徑。電荷交換碰撞能夠沿著射束線在任何地方發(fā)生，而且電荷交換碰撞的位置通常決定中性粒子是否擠入晶片3并且對注入晶片3的總劑量有貢獻。在這個例子中，發(fā)生在線9上游使射束2中的離子中性化的電荷交換碰撞使中性化的粒子不擠入晶片3或在對射束電流有貢獻時被測量。然而，發(fā)生在線9下游使射束2中的離子中性化的電荷交換碰撞導(dǎo)致中性粒子擠入晶片3。在圖3中，中性粒子的路徑是用虛線軌道表示的。由于檢測器42不能檢測使中性粒子，檢測器42檢測到射束電流的減少，即使一些在線9下游經(jīng)歷電荷交換碰撞變成中性的粒子對晶片3的總劑量是有貢獻的。發(fā)生在線9上游的電荷交換碰撞被稱為非視線碰撞，而發(fā)生在線9下游的碰撞被稱為視線碰撞，因為這部分變成中性的粒子有到晶片的視線而且對晶片3的劑量有貢獻。
當真空水平沿著射束線下降的時候射束2的粒子的中性化使檢測器42檢測到射束電流的減少。一種不同。在用于射束電流Iref的參考數(shù)值和實測的射束電流Im之間的差ΔI是使射束2中的粒子中性化的非視線碰撞和視線碰撞兩者貢獻的。因此，射束電流差ΔI是視線碰撞和非視線碰撞兩者的函數(shù)。
由于視線碰撞對晶片3的總劑量有貢獻，控制器5不能不考慮被注入晶片3但是對檢測到的射束電流沒有貢獻的變成中性的粒子就簡單地增加射束2的射束電流使實測的電流Im等于參考數(shù)值Iref或調(diào)整晶片3的掃描頻率來補償射束電流差ΔI。因此，使用適當?shù)谋壤禂?shù)將差值ΔI按比例縮放，而且將按比例縮放后的數(shù)值用來控制晶片掃描頻率、射束電流或其它注入?yún)?shù)，以使晶片3的劑量符合要求。優(yōu)選的是調(diào)整晶片3的掃描頻率。比例系數(shù)通常可以表示在實測的射束電流Im中檢測到的由非視線碰撞引起的減少的百分比的估計值。比例系數(shù)可以通過實驗確定，例如，適當?shù)谋壤禂?shù)可以根據(jù)在實際的注入過程中實測的射束電流Im和實際注入晶片3的劑量確定。
比例系數(shù)也可以通過建立注入過程的數(shù)學(xué)模型被確定下來。例如，比例系數(shù)可以根據(jù)從注入系統(tǒng)模型獲得的計算的距離*密度乘積。中性粒子(例如，來自脫氣產(chǎn)物和其它來源)的密度可以根據(jù)真空系統(tǒng)的模型計算出來，而射束路徑長度*中性粒子密度可以針對視線和非視線路徑確定。根據(jù)這些距離*密度乘積的相對數(shù)值，用于注入系統(tǒng)的比例系數(shù)可以被推演出來。就確定比例系數(shù)而言，實驗法可能比模型法更精確，但是使用實驗法可能要花費更多的時間。
作為怎樣使用比例系數(shù)的一個例子，如果檢測到射束電流減少50％，例如，差值ΔI是通過ΔI除以Iref得到ΔI/Iref＝0.5被標準化的，而且檢測到的射束電流的減少的一半是由非視線碰撞引起的而檢測到的射束電流的減少的另一半是由視線碰撞引起的，那么晶片掃描頻率可以被減少其原值的1/4(用比例系數(shù)0.25進行調(diào)整)以使用于晶片3的劑量率符合要求。換言之，雖然檢測到的射束電流Im是用于射束電流Iref的參考數(shù)值的一半，但是在檢測到的束電流的減少中只有1/2需要得到補償，因為在射束電流中檢測到的減少的1/2是由對晶片3的總劑量仍然有貢獻的變成中性的粒子引起的。因此，在檢測到的射束電流Im方面增加25％或在晶片掃描頻率方面減少25％都可以被用來補償在晶片3的劑量方面非視線碰撞引起的全部減少。
上述的例子是用來描述本發(fā)明的一個方面的一個過分簡化的例子。人們應(yīng)該理解在檢測到的射束電流和用于射束電流的參考數(shù)值中其它的差值可以被確定，而且對晶片3的總劑量有貢獻的和沒有貢獻的電荷交換碰撞的其它比例也可能被遇到。此外，二維的不均勻性效果可以通過控制器5得到補償。例如，通過實驗得到的比例系數(shù)可以被用來調(diào)整射束掃描頻率和晶片掃描頻率兩者，以便在射束掃描和晶片掃描兩個方向上對真空度波動引起的不均勻性進行調(diào)整。當然，比例系數(shù)可以用數(shù)學(xué)方法獲得，例如，通過建立在修正器磁鐵1 6中的射束路徑和中性粒子密度的計算模型來估算在射束掃描方向和晶片掃描方向上的不均勻性和用來調(diào)整這兩個方向的不均勻性的掃描頻率。
控制器5能夠把確定的射束電流差ΔI用于其它目的，例如控制離子注入系統(tǒng)100中的真空系統(tǒng)以便在注入期間對真空度波動給予補償?？刂破?還可以使用射束電流的差值信息控制注入過程的其它參數(shù)，例如，通過在掃描器15中調(diào)整施加給掃描板的掃描波形之類的方法控制射束2的掃描。射束2的掃描控制可以用來調(diào)整水平的不均勻性，即在晶片3中在垂直于晶片掃描方向的方向上的注入不均勻性。
控制器5還能夠使用確定的射束電流的差值信息對沿著射束線真空度波動的射束不均勻性效應(yīng)進行調(diào)整。如同能夠在圖3中看到的那樣，在射束包跡外面離子在到達線9之前從分辨孔14行進比離子在射束包跡之內(nèi)行進更長的距離。因此，在射束包跡外面行進的離子在到達線9之前可能具有更高的經(jīng)歷電荷交換碰撞的可能性。這可能獨自導(dǎo)致在晶片3一側(cè)(例如，在圖3中晶片3的右側(cè))與其它側(cè)面相比劑量不足。然而，沿著射束包跡內(nèi)側(cè)行進的離子在到達區(qū)域III之前從線9前進某個距離。如果離子在線9和區(qū)域III之間經(jīng)歷電荷交換碰撞，變成中性的粒子則不再被角度修正器磁鐵16操縱而且遵循朝向晶片3的某個比離子原來的擠入位置進一步向右的部分的直線路徑。這傾向于引起額外增加晶片3右側(cè)的劑量，并且可能幾乎抵消更頻繁地沿著射束2的外部路徑發(fā)生的電荷交換碰撞。本發(fā)明家業(yè)已發(fā)現(xiàn)在圖3所示的安排中真空度波動對射束均勻性的影響通常對注入均勻性具有比較小的影響。然而，在其它配置中，真空度波動可以對注入均勻性具有比較大的影響。在那些情況下，控制器5可以調(diào)整射束參數(shù)來抵消真空度波動的影響。
圖4展示用來根據(jù)離子束電流參考數(shù)值和實測的射束電流調(diào)整離子注入?yún)?shù)的方法的各個步驟的流程圖。在步驟S10中，產(chǎn)生離子束。離子束可以按照技術(shù)上眾所周知的幾種方法當中任何一種方法產(chǎn)生，而且可以包括在任何需要的能量下的任何類型的離子物種。離子束通常本質(zhì)上僅僅包括一種離子物種，但是如果需要射束可以包括不同的離子物種。
在步驟S10中，用于離子束電流的參考數(shù)值是確定下來。離子束電流是在單位面積的射束中或者就射束在某個時段的總橫截面積而言粒子攜帶的電荷量的度量。參考數(shù)值可以是當離子注入系統(tǒng)內(nèi)的真空水平處在預(yù)期水平的時候?qū)崪y的射束電流。例如，離子束電流可以是在晶片的注入開始之前當真空水平在離子注入系統(tǒng)內(nèi)沿著離子束路徑處在比較高而且穩(wěn)定的狀態(tài)下的時候?qū)崪y的。
在步驟S30中，使用在步驟S10中產(chǎn)生的離子束注入諸如半導(dǎo)體晶片之類的材料。材料的注入可以通過導(dǎo)引離子束以某個預(yù)期的角度指向半導(dǎo)體晶片，以致射束中的高能粒子能注入該材料。
在步驟S40中，離子束電流是在注入期間測量的。射束電流可以使用諸如法拉第杯、使用量熱計或射束感應(yīng)磁場測量的檢測器或其它的檢測器之類的任何符合要求的射束電流測定裝置進行測量。離子束電流可以在毗鄰待注入的材料的某個位置或者沿著通往待注入的材料的射束路徑進行測量。
在步驟S50中，離子注入?yún)?shù)是根據(jù)用于離子束電流的考數(shù)值調(diào)整和在注入期間實測的射束電流進行調(diào)整的。例如，參考數(shù)值和實測電流之間的差值能夠被確定下來，而離子注入?yún)?shù)能夠根據(jù)這個差值進行調(diào)整。各種不同的不同離子注入?yún)?shù)都可以根據(jù)這個差值進行調(diào)整。例如，晶片掃描頻率可以被調(diào)整，例如，為了適應(yīng)在注入期間沿著射束路徑真空度波動所造成的劑量水平的下降而被減少。其它的離子注入?yún)?shù)(例如，射束電流、射束掃描速率或頻率、射束均勻性、用來沿著射束線控制真空水平的真空系統(tǒng)的抽空速率等)都可以被調(diào)整。在注入期間用于射束電流的參考數(shù)值和實測的射束電流之間的差值可以按比例縮放，以便計算出對檢測到的射束電流的減少和晶片劑量的減少有貢獻的非視線碰撞和對檢測到的射束電流的減少有貢獻但不影響晶片劑量視線的碰撞。因此，差值可以被按比例縮放，而注入?yún)?shù)可以被這樣調(diào)整以致需要的劑量被交付給半導(dǎo)體材料。
盡管這項發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其特定的實施方案予以描述，但是許多替代方案、修改方案和變化對于熟悉這項技術(shù)的人顯然是顯而易見的。因此，在此陳述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案傾向于舉例說明而不是限制。不脫離本發(fā)明可以做出各種不同的變化。
權(quán)利要求
1.一種用來控制離子注入過程的方法，該方法包括產(chǎn)生離子束；確定離子束電流的參考水平；以及在半導(dǎo)體晶片的注入期間測量離子束電流；以及在注入期間根據(jù)參考水平和實測的離子束電流而不根據(jù)檢測到的壓力調(diào)整離子注入?yún)?shù)以補償真空的波動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定離子束電流的參考水平的步驟包括在開始注入半導(dǎo)體晶片之前測量離子束電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定離子束電流的參考水平的步驟包括當真空水平沿著離子束路徑穩(wěn)定的時候測量離子束電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定離子束電流的參考水平的步驟包括從存儲器取回儲存的參考水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定離子束電流的參考水平的步驟包括使用法拉第檢測器測量離子束電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定離子束電流的參考水平的步驟包括使用鄰近晶片注入位置放置的取樣法拉第檢測器測量離子束電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中測量離子束電流的步驟包括使用鄰近半導(dǎo)體晶片位置放置的法拉第檢測器測量離子束電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中測量離子束電流的步驟包括當真空水平沿著射束線偏離真空參考水平變化的時候測量離子束電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整離子注入?yún)?shù)的步驟包括根據(jù)離子束電流參考水平和實測的離子束電流之間的差異調(diào)整用來確定晶片橫越離子束的速率的晶片掃描頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整離子注入?yún)?shù)的步驟包括確定離子束電流參考水平和實測的離子束電流之間的差異；按比例縮放差異的數(shù)值以計算出在射束中離子的非視線電荷交換碰撞；以及根據(jù)按比例縮放的差值調(diào)整晶片掃描頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整離子注入?yún)?shù)的步驟包括調(diào)整對劑量不均勻性進行二維調(diào)整的離子注入?yún)?shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中調(diào)整步驟包括調(diào)整晶片掃描頻率和射束掃描頻率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中調(diào)整步驟包括根據(jù)兩個比例系數(shù)調(diào)整晶片掃描頻率和射束掃描頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整離子注入?yún)?shù)的步驟包括使用通過建立注入系統(tǒng)的模型用數(shù)學(xué)方法推演出來的比例系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中使用比例系數(shù)的步驟包括使用根據(jù)至少部分地從離子束路徑和真空系統(tǒng)的模型獲得的計算的射束路徑長度*中性粒子密度的乘積確定的比例系數(shù)。
16.一種離子注入系統(tǒng)，其中包括用來產(chǎn)生離子束的裝置；用來確定離子束電流參考水平的裝置；用來在注入期間測量離子束電流的裝置；以及用來在注入期間根據(jù)參考水平和實測的離子束電流而不根據(jù)檢測到的壓力調(diào)整離子注入?yún)?shù)以補償真空度波動的裝置。
17.一種離子注入系統(tǒng)，其中包括產(chǎn)生高能離子束而且使它指向半導(dǎo)體晶片的射束發(fā)生器；檢測離子束電流的檢測器；在橫穿離子束路徑的方向上移動半導(dǎo)體晶片的晶片驅(qū)動器；以及接收來自檢測器代表檢測到的離子束電流的信號、根據(jù)檢測到的離子束電流檢測真空度波動、而且在注入期間控制調(diào)整晶片掃描頻率的晶片驅(qū)動器以補償真空度波動的控制器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中控制器按比例縮放差值以便計算出射束中的離子沿著離子束路徑所經(jīng)歷的非視線電荷交換碰撞和視線電荷交換碰撞。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中差值是根據(jù)視線碰撞與非視線碰撞之比按比例縮放的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，進一步包括真空系統(tǒng)，而且其中控制器根據(jù)所確定的差值控制真空系統(tǒng)開始抽真空。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中檢測器是毗鄰半導(dǎo)體晶片放置法拉第杯。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中射束發(fā)生器包括角度修正器磁鐵。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中離子束電流參考數(shù)值是根據(jù)真空水平沿著離子束路徑處于穩(wěn)定狀態(tài)的時候?qū)崪y的離子束電流確定的。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中離子束電流參考數(shù)值是由控制器從存儲器取回的。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中控制器根據(jù)對應(yīng)于沿著離子束路徑?jīng)]有真空度波動時的離子束電流的離子束電流參考數(shù)值與沿著離子束路徑有真空度波動時實測的離子束電流之間的差值檢測真空度波動。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中控制器調(diào)整除了晶片掃描頻率之外用來對晶片注入劑量不均勻性進行二維調(diào)整的離子注入?yún)?shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中控制器調(diào)整晶片掃描頻率和射束掃描頻率。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的裝置，其中控制器根據(jù)兩個比例系數(shù)調(diào)整晶片掃描頻率和射束掃描頻率。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中控制器利用通過建立注入系統(tǒng)模型用數(shù)學(xué)方法推演出來的比例系數(shù)調(diào)整晶片掃描頻率。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的裝置，控制器使用根據(jù)至少部份地從注入系統(tǒng)中的離子束路徑和真空系統(tǒng)的模型獲得的一個有被確定計算的射束路徑長度*中性粒子密度的乘積確定的比例系數(shù)。
31.一種用來控制離子注入過程的方法，該方法包括產(chǎn)生離子束；沿著射束線導(dǎo)引離子束；沿著射束線檢測束電流；根據(jù)檢測到的束電流沿著射束線檢測真空度波動；以及在注入期間調(diào)整離子注入?yún)?shù)以補償真空度波動。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中檢測真空度波動的步驟包括確定對應(yīng)于沿著離子束路徑?jīng)]有真空度波動時的離子束電流的離子束電流參考數(shù)值與沿著離子束路徑有真空度波動時實測的離子束電流之間的差值。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中檢測真空度波動的步驟包括根據(jù)視線碰撞與非視線碰撞之比按比例縮放所述差值。
34.一種用來控制離子注入過程的方法，該方法包括產(chǎn)生離子束；沿著射束線導(dǎo)引離子束；沿著射束線檢測束電流；用離子束中的離子注入某種材料；以及在注入期間根據(jù)檢測到的束電流而不根據(jù)檢測到的壓力對真空度波動進行補償。
全文摘要
一種用來在真空度波動期間沿著射束線控制注入的方法和裝置。真空度波動可以根據(jù)檢測到的射束電流進行檢測和/或可以在不測量注入室中的壓力的情況下得到補償。用于離子束電流的參考水平能夠被確定下來，而且在參考數(shù)值和實測的離子束電流之間的差異可以被用來控制離子注入過程的參數(shù)，例如，晶片掃描頻率。差異的數(shù)值也可以按比例縮放，以便計算出造成檢測到的束電流減少的兩種類型的電荷交換碰撞。第一種類型的碰撞，非視線碰撞，將引起檢測到的束電流的減少和交付給半導(dǎo)體晶片的總劑量的減少。第二種類型的碰撞，視線碰撞，將引起檢測到的射束電流的減少，但是不影響交付給晶片的總劑量。因此，差異的按比例縮放能夠用來調(diào)整計算出非視線碰撞的晶片掃描頻率。
文檔編號H01J37/317GK1432187SQ01810260
公開日2003年7月23日 申請日期2001年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月2日
發(fā)明者史蒂文·R·沃爾特 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司