專利名稱：在不利條件下執(zhí)行均勻的劑量注入的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及離子注入系統(tǒng)，并且更具體地涉及在不利條件下(例如在覆有光致抗蝕劑的工件/晶片的植入期間的重度排氣)用于執(zhí)行劑量測定控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在制造半導(dǎo)體器件時(shí)，離子注入被用以對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行雜質(zhì)摻雜。在集成電路的制造期間離子束注入裝置用來以離子束處理硅晶片，以便形成η型或ρ型非本征材料摻雜或形成鈍化層或保護(hù)層。當(dāng)被用于摻雜半導(dǎo)體時(shí)，離子束注入裝置注入一選定的離子種類以產(chǎn)生期望的非本征材料。注入由諸如銻、砷、或磷的源材料所產(chǎn)生的離子得到“η型”非本征材料的晶片，而如果想得到“P型”非本征材料晶片，可注入諸如硼、鎵、或銦的源材料所產(chǎn)生的離子。典型的離子束注入裝置包括離子源，其用于自可離子化的源材料產(chǎn)生正電荷的離子。產(chǎn)生的離子形成為束且沿著預(yù)定的束路徑被引導(dǎo)至注入站。離子束注入裝置可包括在離子源與注入站之間延伸的束形成和成形結(jié)構(gòu)。束形成和成形結(jié)構(gòu)維持離子束且界定該束流通過于其途中至注入站的伸長的內(nèi)部腔部或通道。當(dāng)操作注入裝置，此通道通常被抽真空以降低離子由于碰撞于氣體分子而偏轉(zhuǎn)離開預(yù)定束路徑的幾率。劑量測定是測量注入在晶片或工件中的離子。在控制注入離子的劑量中，通常地利用閉合回路反饋控制系統(tǒng)，以便動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)注入以實(shí)現(xiàn)在注入工件中的均勻度。這種控制系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)電流監(jiān)測以控制工件慢掃描速度。法拉第碟或法拉第杯周期地測量束電流并調(diào)節(jié)慢掃描速度以確保恒定調(diào)配劑量。頻繁的測量允許劑量控制系統(tǒng)以快速響應(yīng)于束電流的變化。法拉第杯接近工件放置，由此使得其對(duì)實(shí)際調(diào)配工件劑量的束電流敏感。劑量測定系統(tǒng)的目的是為了了解傳送至工件的摻雜物的量，并且在離子注入應(yīng)用中，這通過測量電流(即束電流)完成。若所有摻雜物粒子帶相同的電荷值q，每秒傳送至晶片的摻雜物粒子“η”的數(shù)量僅由所測量的電流(束電流)“i”(安培)給出，如下式η = i/(qe),其中e是電子電荷的值，其約為1.6X10_19庫侖。通常，所有離子具有相同的電荷值且電荷值q是一個(gè)整數(shù)。若離子束是由不同的電荷狀態(tài)的離子(包括電荷值為零的中性粒子)所組成，則q是電荷值與其電荷狀態(tài)分布的加權(quán)平均值并且前面給出的簡單關(guān)系不再成立。因?yàn)殡x子束的電荷狀態(tài)分布可以改變(通過將詳細(xì)介紹的電荷交換反應(yīng))且難以測量，特別是由于其可能含有大部分的中性原子(其無法用任何電的方法測量)，付出很大的努力保持離子束的電荷值在初始期望的單一值。然而，一些處理是用以使改變離子的初始的電荷值，且一個(gè)這種處理被稱為電荷交換反應(yīng)。當(dāng)高速離子緊密接近另一個(gè)分子或原子，該離子可能從該分子或原子拾取或獲取電子(即電子“拾取”反應(yīng))，或可能釋放電子至該分子或原子(即電子脫離反應(yīng))。 前者反應(yīng)將離子電荷的值減小1，例如，一單電荷離子變成一中性粒子，即電中性的原子。 后者將離子電荷的值增大1，例如一單電荷的離子變成一雙電荷的離子在離子注入系統(tǒng)中，花費(fèi)大量的精力通過維持離子的整個(gè)路徑在高的真空度(通常為在< 1X10_6托(torr))以防止頻繁發(fā)生這些電荷交換反應(yīng)。然而，在處理半導(dǎo)體制造的許多離子注入應(yīng)用中，工件(半導(dǎo)體晶片)部分地覆蓋稱為光致抗蝕劑的薄有機(jī)膜，以屏蔽某些區(qū)域，并由此選擇地僅摻雜晶片的期望的部分。當(dāng)高速的離子撞擊在晶片的光致抗蝕劑層，有機(jī)膜的一些分子鍵被打斷并且釋放的原子的部分形成氣體，很可能是氫氣。釋放氣體的量可能很多并且可以運(yùn)作以降低在離子束路徑的真空水平，且在極端的情形，在離子束中幾乎50%的離子經(jīng)歷電荷交換反應(yīng)。針對(duì)每個(gè)電荷交換反應(yīng)，存在稱為反應(yīng)橫截面的值，其描述在剩余原子的單位密度下的反應(yīng)發(fā)生機(jī)率。反應(yīng)橫截面以面積的尺寸的形式給出(如同其名稱所指，通常是平方厘米)，且其值通過離子速度、離子電荷值、離子質(zhì)量以及剩余氣體原子而在寬的范圍內(nèi)變化。若針對(duì)改變離子電荷X至y的反應(yīng)而將電荷交換橫截面的值表示為Oxy，在已經(jīng)通過氣體層后電荷值從原始電荷χ改變至最后電荷值y的離子束的部分給定為f產(chǎn) 3. 3 X 1016p*L* σ xy,其中，ρ是真空壓力(單位為托)，且L是通過的長度(單位為厘米)。原始電荷狀態(tài)X的部分如下式表示fx = 1- (。+。+· ..)-(fx+1+fx+2+fx+3+. · ·)且在右邊的第二項(xiàng)是針對(duì)在電子“拾取”反應(yīng)，而第三項(xiàng)是針對(duì)在脫離反應(yīng)。使用最后電荷部分fy，在通過氣體層后，計(jì)算的平均電荷值為qav = fx*X+ (x-1) +fx_2* (x-2) +···} + {fx+1* (x+1) +fx+2* (x+2) +···}。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，最后電荷狀態(tài)可限制為0與3之間的值。例如，對(duì)于在+l(x = 1) 的起始的離子電荷的情況，qav ^ (1-(f0+f2+f3)) + {fQ*0+f2*2+f3*3}。此外，當(dāng)所有的脫離反應(yīng)的離子束能量足夠低以至于可忽略地小 (σ 12 ^ σ 13 ^ 0)且僅有的電荷交換反應(yīng)是電子拾取，該公式變得簡單得多qav ^ l-f0。在此簡化的實(shí)例中，針對(duì)在摻雜原子的數(shù)目“η”的公式由測量的束電流i給出n = i/((l-f0)*e)，即針對(duì)在相同的束電流摻雜原子的數(shù)目以1/(1- 倍增大。上述的實(shí)例顯示為了通過測量的束電流得到摻雜物的實(shí)際數(shù)目，必須知道f；， 即電荷交換離子的部分，這是很難知道的。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的離子注入系統(tǒng)，其對(duì)劑量測定控制采用壓力補(bǔ)償。離子束9 離開離子源2，并且通過質(zhì)量分析器3進(jìn)行質(zhì)量分析，然后被引導(dǎo)朝向末端站5，在一個(gè)示例中末端站5是其中包含多個(gè)工件6的批量系統(tǒng)。法拉第杯7通過在盤上的狹縫8且在末端站的后方即刻測量到達(dá)晶片的離子束。因?yàn)榈竭_(dá)盤的摻雜物粒子的數(shù)目必須通過在法拉第杯7的測量的束電流用上面包含依次依賴于束流路徑內(nèi)的壓力的因子f；的公式計(jì)算，這種
5方法使用放置在處理室15的離子計(jì)16所測量的瞬時(shí)壓力對(duì)在測量的束電流根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行校正。在這種方法中，束電流與晶片上的原子數(shù)目之間的比例因子是針對(duì)在各個(gè)注入條件而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定的，根據(jù)各個(gè)注入“配方(recipe)”，即該注入的離子束能量、質(zhì)量、 電荷值、束電流、與注入的總劑量水平。這種P運(yùn)算電路(p-comp)方法的缺點(diǎn)是對(duì)每個(gè)注入配方必須在實(shí)際注入前確定經(jīng)驗(yàn)因子且必須盡力使得該因子長時(shí)間維持不變?，F(xiàn)有技術(shù)的解決方案的另一個(gè)問題在于在壓力與劑量之間的假設(shè)作用近似傾向于在較高壓力條件下破壞。因?yàn)檫@個(gè)問題，一些使用者限制束電流以保持近似有效值，但是這負(fù)面地影響生產(chǎn)力。因此，期望改進(jìn)的用于執(zhí)行劑量測定控制的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
下面給出簡化的發(fā)明內(nèi)容以便提供本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的基本的理解。發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的寬的總的看法，并且不是為了確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵的或至關(guān)重要的元件， 也不是描述本發(fā)明的范圍。相反，發(fā)明內(nèi)容的主要功能是為了以簡化的方式給出本發(fā)明一些概念，作為后面描述的更詳細(xì)的說明書的前奏。 提供一種離子注入系統(tǒng)，包括掃描儀，配置成將筆狀離子束掃描成帶狀離子束，和束彎曲組件，配置成接收具有第一方向的帶狀離子束，并且將帶狀離子束彎曲以沿第二方向行進(jìn)。系統(tǒng)還包括末端站，定位在束彎曲組件的下游，其中末端站配置成接收沿第二方向行進(jìn)的帶狀離子束，并且進(jìn)一步配置成將工件固定，離子注入所述工件內(nèi)。此外，系統(tǒng)包括束電流測量系統(tǒng)，位于束彎曲組件的出口開口處，以及配置成在束彎曲組件的出口開口處測量帶狀離子束的束電流。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，系統(tǒng)包括劑量測定控制系統(tǒng)，配置成接收來自束電流測量系統(tǒng)的測量的束電流并控制在末端站上沿大體與第三方向正交的第四方向的工件掃描。在本發(fā)明的一個(gè)方面，束電流測量系統(tǒng)包括在其入口處具有一個(gè)或多個(gè)狹縫的法拉第杯，其中一個(gè)或多個(gè)狹縫操作以將帶狀離子束的離子的接收限制在相對(duì)于法拉第杯的軸線的預(yù)定角度范圍。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，系統(tǒng)還包括閘門，可操作地與法拉第杯相關(guān)聯(lián)，并且配置成選擇地阻止法拉第杯記錄束電流。在一個(gè)實(shí)施例中，間門配置成作為定位在束彎曲組件上游的掃描儀的掃描電壓的函數(shù)選擇地阻止法拉第杯記錄束電流。在另一實(shí)施例中，閘門配置成允許法拉第杯在掃描離子束掠過法拉第杯入口處的一個(gè)或多個(gè)狹縫時(shí)記錄束電流， 并阻止法拉第杯記錄其他的束電流。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，帶狀離子束包括沿其寬度方向的邊緣，以及束電流測量系統(tǒng)包括兩個(gè)法拉第杯，每一個(gè)法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的相應(yīng)的邊緣。劑量測定控制系統(tǒng)配置成一起接收并平均來自兩個(gè)法拉第杯的測量的束電流， 并控制工件在末端站上大體與第一方向正交的第四方向上的掃描。根據(jù)本發(fā)明的還一方面，末端站在處理室內(nèi)，所述處理室具有可操作地與其相關(guān)的真空泵以在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)真空。此夕卜，束彎曲組件位于磁體室內(nèi)。系統(tǒng)還包括傳導(dǎo)限制器，傳導(dǎo)限制器配置成將處理室與磁體室耦合在一起，并且所述傳導(dǎo)限制器還配置成減少從末端站上的工件至磁體室排氣的流入通量。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種在離子注入系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行劑量測定控制的方法，包括下列步驟使用束彎曲組件彎曲帶狀離子束和測量在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的束電流。所述方法還包括作為測量的離子束電流的函數(shù)控制工件相對(duì)于帶狀離子束的掃描。在一個(gè)實(shí)施例中，測量束電流的步驟包括將法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處。在另一實(shí)施例中，所述方法包括將通過法拉第杯接收的帶狀離子束的離子的接收限制至相對(duì)于法拉第杯的軸線的預(yù)定角度。在還一實(shí)施例中，帶狀離子束包括沿其寬度方向的邊緣，并且所述方法包括測量束電流的步驟，包括將法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的每個(gè)邊緣。平均所測量的來自法拉第杯的束電流并且作為平均束電流的函數(shù)控制工件的掃描。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述方法包括在彎曲帶狀離子束之前將筆狀束掃描成帶狀離子束；和作為將筆狀離子束掃描為帶狀離子束的函數(shù)選擇地阻止法拉第杯記錄束電流測量值。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇地阻止的步驟包括允許法拉第杯在掃描的離子束流掠過法拉第杯時(shí)記錄束電流，并且阻止法拉第杯記錄其他的束電流。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，工件位于處理室內(nèi)的末端站上，并且束彎曲組件位于磁體室內(nèi)。在這種情況下，所述方法包括用配置成減小從工件到磁體室的排氣的流入通量的傳導(dǎo)限制器將處理室耦合至磁體室。為了實(shí)現(xiàn)前面的和相關(guān)的末端，本發(fā)明包括隨后充分地描述的且在權(quán)利要求中特地指出的特征。下面的說明書和附圖詳細(xì)地給出本發(fā)明的某些示例性方面。然而這些方面是示例，僅是可以采用的本發(fā)明的原理的不同方式的一部分。本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點(diǎn)以及新穎的特征通過下面的詳細(xì)說明書在結(jié)合附圖考慮時(shí)變得清楚。


圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的基于壓力補(bǔ)償?shù)木哂袆┝繙y定控制系統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)的系統(tǒng)水平圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明至少一方面的離子注入系統(tǒng)的部分；圖3是示出本發(fā)明的不同方面和優(yōu)點(diǎn)的示意圖；圖4-6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)方面的電閘門的平面圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明還一實(shí)施例的執(zhí)行劑量測定控制的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行描述，其中，相同的附圖標(biāo)記用于表示附圖中的相同元件。 本發(fā)明提出一種確定在離子注入裝置中應(yīng)用的確定壓力補(bǔ)償因子的系統(tǒng)與方法。如上所述，在離子束與剩余氣體之間的電荷交換反應(yīng)可以增加或減去這種離子的電子，由此從配方中表示的值改變不同的離子的電荷狀態(tài)。當(dāng)電荷交換反應(yīng)為中性時(shí)，入射的離子通量的部分為中性的。結(jié)果是所檢測的電流減小，但是實(shí)際的粒子電流或通量(包括中性粒子)保持不變。當(dāng)電荷交換反應(yīng)是電子脫離，則離子通量的一部分損失電子，結(jié)果是電流增大，但是粒子電流保持相同。
對(duì)于電荷交換是問題的通常的配方，射束比在脫離過程經(jīng)受更多的中性化。結(jié)果， 每當(dāng)末端站壓力升高，法拉第杯測量的束電流減小。束中的離子是中性的，但是它們不被剩余氣體偏轉(zhuǎn)或截止。在束管線內(nèi)最后的束彎曲組件之后每個(gè)時(shí)刻每個(gè)區(qū)域的摻雜原子、劑量比率沒有被電荷交換改變。注入的中性粒子對(duì)工件所接收的劑量做出貢獻(xiàn)，但是沒有被法拉第杯測量，因而在劑量測定控制中沒有被正確地計(jì)算。結(jié)果，工件被超劑量了。因此， 本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，需要改進(jìn)劑量測定控制。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)有技術(shù)劑量測定控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題在于用于測量束電流的法拉第杯非?？拷蛔⑷牍ぜ⑶译x離子注入束管線的最后的束彎曲組件太遠(yuǎn)。 本發(fā)明通過移動(dòng)束測量系統(tǒng)，例如移動(dòng)法拉第杯至束管線的最終束彎曲組件的出口開口 (例如角度校正磁體或角能量濾波器)處而克服與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的多個(gè)缺點(diǎn)。因此，在束測量系統(tǒng)測量的束電流基本上與工件表面處實(shí)際的離子粒子通量相符。根據(jù)下面的介紹將更加充分地認(rèn)識(shí)多個(gè)有利的特征。圖2示出根據(jù)本發(fā)明一方面的離子注入系統(tǒng)束管線100的一部分。處理室102包含工件或半導(dǎo)體晶片104，其通過劑量測定系統(tǒng)106，在一個(gè)實(shí)施例中例如速度控制伺服馬達(dá)系統(tǒng)，向上和向下機(jī)械地移動(dòng)(即，沿χ方向進(jìn)入紙面或離開紙面)。晶片運(yùn)動(dòng)的速度被控制成使得，即使撞擊晶片的束的強(qiáng)度因?yàn)槟承┰蚨淖?，摻雜密度保持恒定。仍然參照圖2，在一個(gè)實(shí)施例中所示的部分100包括普遍使用的離子注入裝置結(jié)構(gòu)的后半部分，通常稱為混合掃描單晶片注入裝置。在該結(jié)構(gòu)中，形成離子束并且質(zhì)量分析離子束為筆狀束108，并且隨后通過靜電或通過磁場掃描離子束以形成寬的帶狀束流112。 工件，例如晶片104，沿與離子束寬度正交的方向移動(dòng)。在圖2中，離子束114在離開束彎曲組件112之后沿ζ方向移動(dòng)，同時(shí)劑量測定控制系統(tǒng)106沿χ方向移動(dòng)工件104。如果離子束強(qiáng)度及時(shí)保持絕對(duì)的穩(wěn)定，以恒定速度移動(dòng)晶片將在晶片的整個(gè)區(qū)域上實(shí)現(xiàn)均勻的摻雜。然而，因?yàn)槎喾N原因，例如衰減或光致抗蝕劑排氣，離子束強(qiáng)度起伏或波動(dòng)。在這種情況下，不得不通過劑量測定控制系統(tǒng)106改變晶片運(yùn)動(dòng)速度，使得工件上的摻雜密度在時(shí)間上保持恒定。作為穩(wěn)定狀態(tài)的DC束(寬的束)或借助快靜電或電磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在點(diǎn)108處出現(xiàn)展開的離子束110進(jìn)入束彎曲組件112，例如磁透鏡，有時(shí)稱為角校正器磁體。替換地，束彎曲組件112可以稱為角能量濾波器(AEF)。束彎曲組件112從點(diǎn)108以類似將目標(biāo)放置在透鏡前焦距長度處的光學(xué)透鏡系統(tǒng)中的方式將扇形散開束轉(zhuǎn)化成平行的寬束。平行離子束的寬度(沿y方向延伸的寬度)與工件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方向(χ方向)正交。在點(diǎn)108處扇形散開的角度被調(diào)整成使得離開束彎曲組件112的形成平行化的束具有足夠的寬度以覆蓋處理室102內(nèi)的工件的整個(gè)寬度或直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，束彎曲組件112(例如，角度校正器磁體)被容納在分離的具有自身的真空泵118的真空室116內(nèi)并且通過傳導(dǎo)限制器118 窄的管道連接至處理室102，其在一種實(shí)施方式中僅足夠?qū)捰糜谕ㄟ^整個(gè)平行化的離子束。在束彎曲組件112的出口 120，兩個(gè)窄的法拉第杯122放置在寬的離子束110的兩側(cè)以監(jiān)測和取樣離子束電流的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)窄的法拉第杯122的前面是一個(gè)或多個(gè)窄孔或狹縫124，其配置成限制離子束至杯的接收角，下面將詳細(xì)描述。在一個(gè)實(shí)施例中，在兩個(gè)法拉第杯處觀察到的離子束電流被加在一起，并且電流的和被提供至劑量測定控制系統(tǒng)106。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)106將多個(gè)束電流讀數(shù)平
8均并使用平均束電流控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)或工件沿χ方向的掃描，χ方向與離子束在y方向上的延伸寬度正交。圖3簡單示出本發(fā)明的兩個(gè)法拉第杯的放置于束彎曲組件(即角度校正器)的立即出口的后方的優(yōu)點(diǎn)。為了清楚和描述，離子束被假定為在整個(gè)束管線上保持窄。束管線被分成三個(gè)部分A部分是束彎曲組件112的前面部分，B部分是束彎曲組件的內(nèi)部部分以及C部分是束彎曲組件和工件之間的最后的筆直部分。在本發(fā)明中，布置兩個(gè)虛擬法拉第杯，一個(gè)在晶片或工件位置224，而另一個(gè)2 在束彎曲組件的出口開口處。在電荷交換反應(yīng)是可忽略的良好的真空中，到達(dá)法拉第杯2 (表示工件的位置)的粒子實(shí)際數(shù)量與位于束彎曲組件112的出口開口處的法拉第杯2M或2 測量的束電流相同。當(dāng)在所有部分 (A、B以及C部分)中的真空水平變差并且開始發(fā)生電荷交換反應(yīng)時(shí)，電流開始偏離到達(dá)法拉第杯224的實(shí)際粒子數(shù)。由熟知的洛倫茲力F = qv X B，行進(jìn)通過磁場的離子在垂直于磁場方向的平面上被彎曲。彎曲的度數(shù)或曲率的半徑R為R = k*sqrt (質(zhì)量*能量)/q/B，其中，質(zhì)量、能量與q是離子的質(zhì)量、能量與電荷值且B是磁場的場強(qiáng)度。在圖3，調(diào)整磁場，使得原始(無電荷交換)的離子彎曲以于2 而直線射出至法拉第杯224的方向。當(dāng)一些離子在A部分因?yàn)殡姾山粨Q反應(yīng)而改變其電荷狀態(tài)，它們在磁場內(nèi)經(jīng)歷不同的彎曲，如220a和220b所示， 并且將不到達(dá)位于法拉第杯位置224的晶片。在B部分中的離子發(fā)生相同的情形，它們改變電荷狀態(tài)，如22 和222b所示，它們最可能不到達(dá)在法拉第杯位置224的晶片。簡要地說，因?yàn)榇朋w112內(nèi)的不同的彎曲度數(shù)，在A和B部分內(nèi)的所有電荷交換離子很可能不到達(dá)在法拉第杯位置224的晶片。對(duì)于在束彎曲組件112的出口開口和法拉第杯2M之間的C部分內(nèi)電荷交換離子情況差別很大。在C部分內(nèi)的所有電荷交換離子將進(jìn)入法拉第杯224，也就是說，到達(dá)法拉第杯224的粒子數(shù)不會(huì)受到C部分的電荷交換反應(yīng)的影響，并且如果晶片被放置在法拉第杯位置224，則經(jīng)歷電荷交換反應(yīng)的離子將對(duì)注入有貢獻(xiàn)。這是因?yàn)樵跊]有可感知的磁場存在那里的情況下在C部分內(nèi)電荷交換反應(yīng)不會(huì)顯著影響離子束方向。然而，在法拉第杯 2M處的電流受到C部分內(nèi)存在的電荷交換離子的影響并且因?yàn)殡x子數(shù)量和電流之間的關(guān)系，必須使用qav，而不是單個(gè)值q，并且它們之間的直線關(guān)系崩塌。還參照圖3，將估計(jì)在束彎曲組件112的出口開口處法拉第杯2 處記錄的束電流。在一個(gè)實(shí)施例中，法拉第杯2 具有一個(gè)或多個(gè)與其相關(guān)的窄狹縫以在法拉第杯軸線上或法拉第杯軸線附近限制僅接收離子。也就是說，將僅接收在相對(duì)于法拉第杯226的軸線的預(yù)定角度范圍內(nèi)的離子。到達(dá)法拉第杯226的離子必須具有期望的電荷值(例如，單電荷值)，因?yàn)樗杏捎陔姾山粨Q反應(yīng)而具有錯(cuò)誤電荷的離子具有諸如220a、220b、22h以及222b的不同軌線并且不在法拉第杯226的軸線上。因此在法拉第杯2 處，上面介紹的在粒子數(shù)量和束電流之間的公式的簡單關(guān)系在這里保持不變。此外，在法拉第杯2 處測量的所有離子位于直的軸線2 上，并且當(dāng)法拉第杯2 縮回時(shí)那些離子將筆直地行進(jìn)至位于法拉第杯2M位置處的晶片。因此，即使在存在大量電荷交換反應(yīng)的時(shí)候通過法拉第杯2 測量的束電流也極佳地測量到達(dá)晶片的離子數(shù)量。重新參照圖2，在束彎曲組件112的出口開口處離子束具有寬的束寬度(即帶狀束)。代替圖3中的法拉第杯226，具有窄的接收角的兩個(gè)法拉第杯122在離子束的兩個(gè)邊緣處對(duì)離子束的一部分取樣。具有二個(gè)法拉第杯且一個(gè)位于寬的帶狀束的一側(cè)具有明確的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)真空水平下降，因?yàn)锳和B部分內(nèi)的束路徑長度不同，到達(dá)晶片的外側(cè)部分和晶片的內(nèi)側(cè)部分的實(shí)際粒子數(shù)量開始彼此偏離。因此，工件的一個(gè)外邊緣接收較少的粒子，因?yàn)橥廛壘€路徑較長。基于相同的原因在連接器的出口處束的外邊緣的法拉第杯比束的內(nèi)邊緣的法拉第杯經(jīng)歷較少的束。如果單獨(dú)用外法拉第杯表示束，將低估到達(dá)晶片朝向內(nèi)側(cè)的其余部分的粒子實(shí)際數(shù)量。如果僅在內(nèi)邊緣處單獨(dú)使用法拉第杯則情形相反。通過使用法拉第杯信號(hào)的平均，可以表示到達(dá)晶片中間的粒子實(shí)際數(shù)量并且在整個(gè)晶片區(qū)域上的誤差可以減半。當(dāng)高速離子束撞擊容納在圖2中的處理室102內(nèi)的晶片上例如光致抗蝕劑的有機(jī)膜時(shí)將產(chǎn)生大量的排氣。如上所述，在C部分、束彎曲組件112的出口開口和工件104之間的最后的筆直部分中的所有電荷交換反應(yīng)不影響將到達(dá)晶片104的粒子的數(shù)量，并且只要?jiǎng)┝繙y定系統(tǒng)保持完整性，則在C部分內(nèi)具有稍增大的壓力(即變差的真空)是無害的。然而，不良的光致抗蝕劑排氣效應(yīng)引起A和B部分內(nèi)壓力升高，因?yàn)槠鋵?shí)際地改變了到達(dá)工件或晶片的粒子的數(shù)量。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例阻止了 A和B部分內(nèi)真空壓力變差。在該實(shí)施例中，長的窄傳導(dǎo)限制器118連接磁體室116和處理室102以減少排氣進(jìn)入A和B 部分的流入通量，并且在磁體室116上或其內(nèi)安裝獨(dú)立的高真空泵118以在注入過程發(fā)生的光致抗蝕劑排氣期間保持最佳的真空。仍然參照圖2，在法拉第杯122之前的是設(shè)計(jì)用以限制接收角的一系列一個(gè)或多個(gè)狹縫1 使得它們僅測量達(dá)到晶片的離子，即使它們之后改變電荷。優(yōu)選地，法拉第杯不應(yīng)記錄相對(duì)于法拉第杯軸線具有大的角度且將不到達(dá)晶片的離子，例如圖3所示的射線 222b。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于通過在點(diǎn)108掃過窄的束產(chǎn)生寬的帶狀束的系統(tǒng)還可以通過電的方式提高至法拉第杯的角度準(zhǔn)直。假定通過類似圖4中示出的三角形波形在點(diǎn)108處向左和向右偏轉(zhuǎn)束流，波形可以被看作隨時(shí)間偏轉(zhuǎn)，或晶片104上的束位置隨時(shí)間變化。圖 5示出在內(nèi)法拉第杯122處的相應(yīng)的束電流信號(hào)。法拉第杯122僅在束掠過法拉第杯的窄的狹縫時(shí)記錄并且脈沖的定時(shí)與束的瞬時(shí)位置和法拉第杯的位置相關(guān)聯(lián)。在具有如圖4所示的波形402和圖5中示出的來自法拉第杯(如圖2中的法拉第杯12 的典型的放大的信號(hào)500的情況下離子束來回移動(dòng)。在法拉第杯上觀察的束脈沖 502相對(duì)于掃描波形的位置(即，相位)，一個(gè)從“上”掠過，一個(gè)從“下”掠過。因?yàn)榉ɡ诒?22被設(shè)置在磁體邊緣附近，但是在掃描寬度的稍微內(nèi)側(cè)，脈沖502出現(xiàn)在波形的峰值附近并且兩個(gè)脈沖出現(xiàn)非?？拷?。對(duì)于劑量測定測量，僅采用包含在束脈沖內(nèi)的束電流(即， 電荷)，并且為了劑量測定任何脈沖之間的信號(hào)被處理為噪音并且在測量低電流的過程是非常有害的。噪音(與束掃描不同步)內(nèi)可能包含來自法拉第杯的漏電流、I/V中產(chǎn)生的直漏干擾(leakage noise)和不規(guī)則噪聲(random noise)以及由商業(yè)頻率(硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器)誘發(fā)的噪音或來自馬達(dá)或PWM電源的周期尖脈沖。此外噪音(與束流掃描同步)可以來自實(shí)際的束但是被散射，或來自另一軌線的電荷交換反應(yīng)產(chǎn)物，例如圖3中示出的偏離束流22b。如果電荷交換后的束，例如圖3中的射線222b在與主峰不同的位置處進(jìn)入法拉第杯，其將顯露或成為被測量的束電流的一部分，因?yàn)槠鋪碜話呙璧牟煌南辔?。因此，這種偏離束構(gòu)成噪音，其在圖5中所標(biāo)示出。類似射線222b的電荷交換射束的拒斥是根據(jù)本發(fā)明而主要為借著一機(jī)械狹縫系統(tǒng)1 所完成，運(yùn)用自電荷交換離子的信號(hào)為發(fā)生于掃描的不同相位的事實(shí)，則可將其為進(jìn)一步拒斥，藉由應(yīng)用一電子式閘門至該信號(hào)以除了環(huán)繞主要尖峰的窄區(qū)域而切除法拉第杯122的所有信號(hào)，如圖6所示。此是可藉由同步于射束掃描時(shí)序之電子式閘門控而作成這通過與束掃描時(shí)序同步的電子式閘門控(gating)而實(shí)現(xiàn)。例如，如果原始信號(hào)(可以是I/V輸出)通過以與束掃描同步的短的時(shí)間間隔打開的電閘門，可以消減上述兩種類型噪音的大部分，如圖6波形圖的底部線所示的。電閘門可以延伸至更多的更廣的應(yīng)用中，其中任何時(shí)候杯形信號(hào)由與掃描波形同步的脈沖構(gòu)成。 任何時(shí)候束脈沖傾向于被掩埋在隨機(jī)的噪音或DC噪音之間，通常面臨測量束電流范圍的低端，電閘門可以簡單地用作噪音抑制。電閘門還可以用作電子束準(zhǔn)直器以拒絕來自相鄰軌線涉及不同束掃描相位的“偏離角”的束?，F(xiàn)在參照圖7，根據(jù)本發(fā)明還應(yīng)該注意到，雖然這里示例性的方法700圖示并描述為一系列的動(dòng)作或事件，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明不限于圖示的這種動(dòng)作或事件的次序，因?yàn)橐恍┎襟E可以以與這里圖示的和描述的不同的次序和/或與其他步驟同時(shí)發(fā)生。此外， 不是所有的示出的步驟對(duì)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法都是必要的。而且，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，這些方法可以與這里圖示和描述的系統(tǒng)300以及這里沒有示出的其他系統(tǒng)聯(lián)系應(yīng)用。方法700在步驟702開始，其中離子源產(chǎn)生離子束并且引導(dǎo)束進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器的磁場強(qiáng)度可以根據(jù)荷質(zhì)比比值進(jìn)行選擇。質(zhì)量分析器(如果采用)，則可以配置在離子源的下游。在質(zhì)量分析器的下游和撞擊工件之前，離子束可以從筆狀的束流被掃描成帶狀離子束，并且其經(jīng)歷另一束彎曲組件，例如角度校正器磁體或角能量濾波器(AEF)。在步驟 704，在放置在束彎曲組件的出口開口處的一個(gè)或多個(gè)法拉第杯測量離子束電流(例如見圖2)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在一個(gè)實(shí)施例中，電流可以是法拉第杯讀數(shù)的平均或是來自單一束電流測量裝置的單一讀數(shù)。在步驟706，基于離子束電流讀數(shù)控制工件相對(duì)于離子束的慢掃描速度以最大化工件處的劑量均勻性。此外，方法700中的法拉第杯可以采用一個(gè)或多個(gè)狹縫以限制偏離離子束的接收，以便進(jìn)一步改善離子束的測量。此外，在另一實(shí)施例中，可以結(jié)合法拉第杯(或其他束電流測量裝置)采用電閘門以基于上游掃描儀的掃描電壓選擇地?cái)r截束電流讀數(shù)。以此方式，法拉第杯僅在掃描束通過杯的時(shí)候記錄束電流，由此減少噪音并進(jìn)一步改善離子束電流精確性。雖然本發(fā)明已經(jīng)示出并描述了特定應(yīng)用和實(shí)施方式，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書及其附圖的情況下將得出替換的和修改的實(shí)例。尤其地，上面描述的部件(組件、裝置、電路、系統(tǒng)等)執(zhí)行的多種功能，用以描述這些部件的術(shù)語(包括“裝置”)是為了對(duì)應(yīng)執(zhí)行這里描述的部件(即，功能等價(jià)物)的具體功能、甚至與這里公開的執(zhí)行這里示出的示例性應(yīng)用的結(jié)構(gòu)不是結(jié)構(gòu)上的等價(jià)物的具體功能。此外，雖然本發(fā)明的具體特征可以用若干個(gè)應(yīng)用中的僅一個(gè)公開，但是在期望的時(shí)候且對(duì)給定的或特定應(yīng)用有利的時(shí)候這種特征可以與其他應(yīng)用的一個(gè)或多個(gè)其他特征結(jié)合。此外，在術(shù)語“包括”、 “包含”、“具有”及其變體用在詳細(xì)說明書中或權(quán)利要求中程度內(nèi)，這些術(shù)語是為了以類似
11術(shù)語“包括”的方式被包含的。
權(quán)利要求
1.一種離子注入系統(tǒng)，包括束彎曲組件，配置成接收具有第一方向的帶狀離子束，以及將帶狀離子束彎曲以沿第二方向行進(jìn)；末端站，定位在束彎曲組件的下游，其中末端站配置成接收沿第二方向行進(jìn)的帶狀離子束，并且進(jìn)一步配置成將工件固定，離子注入所述工件內(nèi)；和束電流測量系統(tǒng)，位于束彎曲組件的出口開口處，以及配置成在束彎曲組件的出口開口處測量帶狀離子束的束電流。
2.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中帶狀離子束具有沿第三方向延伸的寬度， 以及所述離子注入系統(tǒng)還包括劑量測定控制系統(tǒng)，劑量測定控制系統(tǒng)配置成接收來自束電流測量系統(tǒng)的測量的束電流并控制在末端站上沿大體與第三方向正交的第四方向的工件掃描。
3.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中束電流測量系統(tǒng)包括在其入口處具有一個(gè)或多個(gè)狹縫的法拉第杯，其中一個(gè)或多個(gè)狹縫操作以將帶狀離子束的離子的接收限制在相對(duì)于法拉第杯的軸線的預(yù)定角度范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的離子注入系統(tǒng)，還包括可操作地與法拉第杯相關(guān)聯(lián)的閘門，以及所述間門被配置成選擇地阻止法拉第杯記錄束電流。
5.如權(quán)利要求4所述的離子注入系統(tǒng)，其中閘門配置成作為定位在束彎曲組件上游的掃描儀的掃描電壓的函數(shù)選擇地阻止法拉第杯記錄束電流。
6.如權(quán)利要求4所述的離子注入系統(tǒng)，其中閘門配置成允許法拉第杯在掃描離子束掠過法拉第杯入口處的一個(gè)或多個(gè)狹縫時(shí)記錄束電流，并阻止法拉第杯記錄其他的束電流。
7.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中帶狀離子束包括沿其寬度方向的邊緣，以及束電流測量系統(tǒng)包括兩個(gè)法拉第杯，每個(gè)法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的相應(yīng)的邊緣。
8.如權(quán)利要求7所述的離子注入系統(tǒng)，其中帶狀離子束具有沿第三方向延伸的寬度， 并且所述離子注入系統(tǒng)還包括劑量測定控制系統(tǒng)，劑量測定控制系統(tǒng)配置成一起接收并平均來自兩個(gè)法拉第杯的測量的束電流，并控制工件在末端站上大體與第一方向正交的第四方向上的掃描。
9.如權(quán)利要求7所述的離子注入系統(tǒng)，其中兩個(gè)法拉第杯每一個(gè)在其入口處具有一個(gè)或多個(gè)狹縫，其中一個(gè)或多個(gè)狹縫操作以將帶狀離子束的離子的接收限制在相對(duì)于相應(yīng)的法拉第杯的軸線的預(yù)定角度范圍。
10.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中末端站在處理室內(nèi)，所述處理室具有可操作地與其相關(guān)的真空泵以在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)真空，并且其中束彎曲組件位于磁體室內(nèi)，并且所述離子注入系統(tǒng)還包括傳導(dǎo)限制器，所述傳導(dǎo)限制器配置成將處理室與磁體室耦合在一起， 并且所述傳導(dǎo)限制器還配置成減少從末端站上的工件至磁體室排氣的流入通量。
11.如權(quán)利要求10所述的離子注入系統(tǒng)，還包括真空泵，真空泵可操作地與磁體室相關(guān)聯(lián)并且配置成在磁體室內(nèi)保持期望的真空條件。
12.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其中彎曲組件包括角能量濾波器。
13.一種在離子注入系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行劑量測定控制的方法，包括下列步驟使用束彎曲組件彎曲帶狀離子束；測量在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的束電流；作為測量的離子束電流的函數(shù)控制工件相對(duì)于帶狀離子束的掃描。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中測量束電流的步驟包括將法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將通過法拉第杯接收的帶狀離子束的離子的接收限制至相對(duì)于法拉第杯的軸線的預(yù)定角度。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中帶狀離子束包括沿其寬度方向的邊緣，測量束電流的步驟包括將法拉第杯定位在束彎曲組件的出口開口處帶狀離子束的每個(gè)邊緣。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括步驟平均所測量的來自法拉第杯的束電流并且作為平均束電流的函數(shù)控制工件的掃描。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在彎曲帶狀離子束之前將筆狀束掃描成帶狀離子束；和作為將筆狀離子束掃描為帶狀離子束的函數(shù)選擇地阻止法拉第杯記錄束電流測量值。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中選擇地阻止的步驟包括允許法拉第杯在掃描的離子束掠過法拉第杯時(shí)記錄束電流，并且阻止法拉第杯記錄其他束電流。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中工件位于處理室內(nèi)的末端站上，并且束彎曲組件位于磁體室內(nèi)，所述方法還包括步驟用配置成減小從工件到磁體室的排氣的流入通量的傳導(dǎo)限制器將處理室耦合至磁體室。
全文摘要
一種離子注入系統(tǒng)(100)和相關(guān)的方法包括掃描儀，配置成將筆狀離子束掃描成帶狀離子束(110)，和束彎曲組件(112)，配置成接收具有第一方向的帶狀離子束，并且將帶狀離子束彎曲以沿第二方向行進(jìn)。系統(tǒng)還包括末端站，定位在束彎曲組件的下游，其中末端站(102)配置成接收沿第二方向行進(jìn)的帶狀離子束，并且進(jìn)一步配置成將工件(104)固定，離子注入所述工件內(nèi)。此外，系統(tǒng)包括束電流測量系統(tǒng)(122，124，106)，位于束彎曲組件的出口開口處，并且配置成在束彎曲組件的出口開口處測量帶狀離子束的束電流。
文檔編號(hào)H01J37/244GK102460629SQ200980160148
公開日2012年5月16日 申請日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者佐藤秀 申請人:艾克塞利斯科技公司