CN100492584C - 用于离子注入系统的离子束入射角度检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在离子注入过程中通过入射离子束角度检测器监控和修正角度误差而有利于半导体器件的制造。此外，本发明通过在进行离子注入工艺之前相对于入射离子束校准工艺圆盘而不测量晶片上的注入结果而有利于半导体器件的制造。

Description

用于离子注入系统的离子束入射角度检测器
技术领域
本发明主要涉及半导体器件制造和离子注入，且更具体而言涉及在安装过程中或原位(in situ)校准、检测和/或调整离子束入射角度。
背景技术
离子注入是一种在半导体器件制造中采用的用以将掺杂剂选择性地注入半导体和/或晶片材料中的物理工艺。因此，注入作用不依赖于掺杂剂和半导体材料之间的化学相互作用。为了进行离子注入，掺杂剂原子/分子被离子化、加速、形成射束、进行分析和扫过晶片，或晶片扫过射束。掺杂剂离子物理轰击晶片、进入表面且停驻在表面下面处于与其能量相关的深度处。
离子注入系统是复杂子系统的一个集合，所述子系统分别在掺杂剂离子上执行具体作用。以气体或固体形式存在的掺杂剂元素被放置在电离腔内部且通过适当的电离工艺被离子化。在一种典型的工艺中，所述腔被保持处于低压(真空)。丝极被设置在腔内且被加热至使得从丝源中产生电子的温度点。带负电的电子被吸引至同样在腔内的带相反电荷的阳极。在从丝极向阳极的行进过程中，电子与掺杂剂源的元素(例如分子或原子)相撞且由分子中的元素产生大量带正电的离子。
通常情况下，除了所需的掺杂剂离子之外，产生了其它正离子。通过被称为分析、质量分析、选择或离子分离的工艺从离子中选择出所需掺杂剂离子。利用质量分析器完成所述选择，所述质量分析器产生磁场，来自电离腔的离子飞行穿过所述磁场。离子以相对较高的速度离开电离腔且由磁场弯曲形成电弧。该电弧的半径由单个离子的质量、速度和磁场强度来控制。分析器的出口仅允许一种离子，所需掺杂剂离子，离开质量分析器。
采用加速系统以使所需掺杂剂离子加速或减速至预定动量(例如掺杂剂离子质量乘以其速度)以穿透晶片表面。为了进行加速，系统通常为线性设计，具有沿其轴线的环形动力电极。当掺杂剂离子进入其中时，它们被加速从其中通过。
然而，在离子注入过程中可发生多种可能损害和/或毁坏进行制造的半导体器件的潜在问题。离子注入过程中所遇到的一个潜在问题是晶片表面不可接受的充电(晶片充电)程度。例如，离子束可携带使晶片表面带电荷或累积在所述晶片表面上的过量的正电荷。该正电荷可从表面、本体、射束、结构、层和类似物中吸引中和电子且使得这种部件降级或毁损。此外，过量的电荷累积可导致电压和/或电流以不受控方式被施加到半导体器件的部件上，由此损害该器件的部件。
离子注入过程中遇到的另一个潜在问题是不正确的注入角度。通常情况下，在相对于晶片表面的特定角度下进行离子注入。如果存在校准误差或角度误差(例如，工艺设备未得到适当校准)，那么可在与预期相比不同的角度、位置和/或深度的条件下进行离子注入。这种误差可不希望地改变注入轮廓、不能掺杂进入特定区域、将掺杂剂注入未预期区域内、损害器件结构、掺杂至不正确的深度和类似问题。
发明内容
下文进行了简要的概括以便提供对本发明的一个或多个方面的基本理解。该概要不是本发明的广泛综述，且既不旨在确定本发明的关键或决定性元件，也不旨在限定本发明的范围。相反地，所述概要的主要目的是以简化形式提出本发明的一些概念作为随后提出的更详细描述的前序。
本发明通过在离子注入过程前或在该过程中监控和修正角度误差而有利于半导体器件的制造。此外，本发明通过相对于入射离子束校准工艺圆盘而不需要测量晶片上的注入结果而有利于半导体器件的制造。
本发明采用离子束入射角度检测器，所述检测器使带电离子作为离子束入射角度的函数通过其中。带电离子产生信号(射束电流或电荷电位)，所述信号是离子束入射角度的函数。本发明的角度检测器包括具有有利于准确度且可增加信噪比的纵横比的孔。可在离子注入器件制造工艺之前采用这些角度检测器中的一个或多个以便校准工艺圆盘、晶片和/或相对于入射离子束保持工件的终端站。在校准程序中，角度检测器提供了多个所谓“α和β”偏移角度的值，所述“α和β”偏移角度大约是正交轴且通常与晶片扭曲和倾斜相关。通常情况下，大体上垂直于晶片或圆盘表面的入射离子束应产生最大值。因此，基于这些提供/测量的峰值，可检测角度误差并确定修正值。
在半导体器件制造的离子注入工艺过程中，角度检测器可提供多个值，所述值随后可与在前和/或预期电荷值相比较以确定是否应该进行原位修正。一旦在加工过程中识别出角度误差，包括角度偏移量值在内的工艺参数被调整或调节以至少部分地修正识别出的角度误差。
根据本发明的一个方面，角度检测器包括使作为离子入射角度函数的带电离子通过的管道部分，和积聚带电离子的电容器或检测器部分。管道部分具有有利于准确度且可增加信噪比的纵横比。角度检测器提供了多个角偏移量角度的电荷峰值。通常情况下，大体上垂直于晶片或圆盘表面的入射离子束应产生最大峰值。因此，基于这些提供/测量的电荷峰值，可检测角度误差并确定修正值。
根据本发明的另一个方面，角度检测器包括使作为离子入射角度函数的带电离子通过的管道部分和异型孔眼，和根据通过由管道和异型孔眼限定出的孔的带电离子测量射束电流的圆盘法拉第部件。所述孔具有有利于准确度且可减少信噪比的纵横比。角度检测器提供了多个角偏移量角度的射束电流峰值。通常情况下，大体上垂直于晶片或圆盘表面的入射离子束应产生最大测量射束电流值。因此，基于这些提供/测量的射束电流值，可检测角度误差并确定修正值。
为了实现前述和相关目标，本发明包括在下文中充分描述且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面和实施方式。然而，这些仅表示了本发明的原理可采用的多种方式中的少数方式。通过对本发明的下列详细描述并结合附图进行考虑，将易于理解本发明的其它目的、优点和新特征。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的横断面视图；
图2是示出了具有根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的离子注入系统的终端站的透视图；
图3是示出了根据本发明的一个方面的工艺圆盘上的射束入射角度检测器的一种构型的俯视图；
图4是示出了根据本发明的一个方面的工艺圆盘上的射束入射角度检测器的另一种构型的俯视图；
图5是示出了根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的俯视图；
图6是示出了根据本发明的一个方面的典型射束入射角度检测器的横断面视图；
图7是示出了根据本发明的一个方面的工艺圆盘的一部分的俯视图；
图8是示出了根据本发明的一个方面的由射束入射角度检测器的电压表示的积聚电荷或电荷峰值的曲线图；
图9是示出了根据本发明的一个方面的对于多个α值获得的典型电荷峰值的曲线图；
图10是示出了根据本发明的一个方面的对于多个β值获得的典型电荷峰值的曲线图；
图11是示出了根据本发明的一个方面使入射离子束对准离子注入系统的工艺圆盘的方法的流程图；
图12是示出了根据本发明的一个方面使入射离子束对准离子注入系统的工艺圆盘的方法的流程图；
图13是示出了根据本发明的一个方面使入射离子束原位对准离子注入系统的工艺圆盘的方法的流程图；
图14是示出了根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的横断面视图；
图15是示出了具有根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的离子注入系统的终端站的透视图；
图16是示出了具有根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器的离子注入系统的终端站的透视图；
图17是示出了在根据本发明的一个方面的角度检测器中使用的管道阵列的透视图；和
图18是示出了根据本发明的一个方面使入射离子束对准离子注入系统的工艺圆盘的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行描述，其中自始至终使用相似的附图标记表示相似的元件。本领域的技术人员将意识到本发明不限于下文阐述和描述的典型实施方式和方面。
本发明通过使用下文中讨论的一个或多个离子束入射角度检测器在离子注入过程中监控和修正角度误差而有利于半导体器件的制造。此外，本发明通过再次采用一个或多个离子束入射角度检测器相对于入射离子束校准工艺圆盘而不测量晶片上的入射结果而有利于半导体器件的制造。
下面从图1开始，示出了根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器100的横断面视图。角度检测器100通过收集作为射束入射角度函数的电荷而检测和/或识别离子注入系统的离子束角度误差。角度检测器100通常位于终端站的工艺圆盘上，且处于晶片通常位于的加工区域中或另一种可选方式是处于晶片通常不位于的非加工区域中。角度检测器100可以是位于工艺圆盘上的多个射束入射角度检测器中的一个，或角度检测器100可以是位于工艺圆盘上唯一的角度检测器。此外，角度检测器100可选择性地用作电荷监控装置，其中角度检测器100在加工过程中监控电荷的累积，由此允许根据响应采取修正动作。
角度检测器100包括电荷收集器101和位于电荷收集器101上的管道部分108。电荷收集器101包括第一板103、在第一板上形成的介电层104和在介电层上形成的第二板106。第一板103和第二板106包括导电材料，例如金属(例如铝)。介电层104包括介电材料，例如SiO2(二氧化硅)或人造电介质(Kapton，聚酯薄膜(Mylar)等)。
管道部分108具有延伸穿过其中的孔110，所述孔允许来自离子束118的带电离子通过并到达电荷收集器101且由此在其上累积电荷。管道108包括导电材料例如金属(例如铝)且接地。另一种可选方式是，管道108可加偏压至某一另外的电压值且依然与本发明一致。因此，撞击在管道上的离子倾向于失去其电荷(例如，无论是正还是负)。管道部分108是可与本发明一起使用的多个适当的射束区分结构中的一个。
绝缘层107被设置在电容器101和管道108之间且使管道108与电容器101的第二板106电绝缘。绝缘层107包括绝缘材料，例如介电材料或空气。此外，绝缘层107还具有与其相关联且与管道孔110大体上共轴的孔或开口。管道108具有高度116和宽度112。此外，管道108的孔110具有宽度114，所述宽度与绝缘层107的孔大体上相似。最初，带电离子进入孔110且开始通过管道。如果来自射束118的带电离子不是大体上与管道108的轴线120成一直线或平行于管道108的轴线120行进，而是与该轴线120成一定角度或相对于该轴线120偏移倾斜，那么至少一部分带电离子将撞击管道108的内部侧壁且因此失去其电荷。通过管道108的带电离子撞击电荷收集器101，所述电荷收集器在一个实例中使收集的电荷通过通道到达工艺圆盘背部上的电容器。已经撞击管道108内部侧壁的来自射束118的离子仍可通过管道108并冲击电荷收集器101，但基本上不能对所述电荷收集器上的电荷有所贡献，这是因为它们的电荷已经由于撞击管道108内部而被消耗了。另一种可选方式是，撞击管道108的内部侧壁的来自射束118的离子被管道收集或捕获且不排出，且因此不到达电荷收集器。通常情况下，入射角度相对于轴线120的偏移量越大，则产生更少的电荷累积。因此，更大量的电荷表示优良的入射角度，即射束大体上平行于轴线120。
角度检测器100具有被限定为管道高度116与孔宽度114的比率的纵横比。应选择纵横比以使得足够和/或最小数量的离子通过孔110且使得相对于表面的不对准是可辨别的。通常情况下，选择各种尺寸，即高度116、管道宽度112和孔宽度114以及纵横比，以使得足够的离子通过以获得足够的信号而不损失对准或不对准的准确度。此外，尽管管道108被示出为圆柱形，但本发明预期多种横截面形状和/或尺寸(例如，圆形或其它多边形)适用于管道108，只要它们允许足够的信号强度且允许选择纵横比。
角度检测器100的导电部分通常包括金属材料例如铝，且涂覆有与半导体加工相容的材料，例如硅涂层。否则，溅射型过程可由撞击材料例如铝的离子引起，且可损害或污染终端站、工艺圆盘、晶片和类似物。然而，还可采用其它材料且依然与本发明一致。此外，现有的电荷监控器可适于和/或被构造以包括管道部分(例如通过将管道安装在电荷监控器的接地平面上)并由此变成根据本发明的角度检测器。尽管上面的实例示出本发明在一批或多晶片终端站中，但应该理解，本发明还可用于单晶片系统，且这些其它可选方式被预期落入本发明的范围内。
继续参见图2，示出了根据本发明的一个方面的离子注入装置的终端站200的透视图。终端站200可操作以根据本发明进行原位校准和调节。终端站200允许且执行大体上准确的离子注入程序，其中有利于半导体器件制造。
终端站200至少部分地包括工艺腔202和支承工艺腔202的腔体支架201。工艺腔202包括保持多个晶片206的工艺圆盘204且柔性不锈波纹管208允许终端站相对于离子束围绕一个或多个轴移动。晶片206位于工艺圆盘上的扫描/加工区域内或在注入程序中离子束可进入的区域范围内。工艺圆盘204可围绕与工艺圆盘倾斜和扭曲相关的正交轴210、212(α轴和β轴)旋转。在典型离子注入工艺的操作过程中，工艺圆盘以可根据进行制造的特定装置和执行的离子注入而变化的速度围绕旋转轴线214旋转。典型的转速为1200转/分钟(rpm)，然而其它适当的转速可被采用且依然与本发明一致。在离子注入工艺的操作过程中，离子束220沿垂直方向210扫过工艺圆盘204。因此，离子束220扫过晶片206，所述晶片位于被离子束扫描的区域内。
工艺圆盘204附加地包括一个或多个射束角度检测器222，所述射束角度检测器提供电荷电位的相对测量，所述电荷电位是离子束220相对于工艺圆盘的角度的函数。角度检测器222可位于扫描区域内，或另一种可选方式是，可位于离子束220可到达但在典型扫描/加工区域外部的区域中。离子束220还可扫过一个或多个射束角度检测器222。射束角度检测器222可选择性地和附加地操作作为电荷监控器，其中所述检测器222可检测电荷累积(正或负)并引起对超过阈值量的电荷累积的修正动作。修正动作是对过量电荷累积的适当和/或充分的响应，所述响应将电荷累积减少至可接受的水平。作为实例，适当的修正动作是将电子加在带正电的离子束上以便减少过量的正电荷累积且有时被称为电荷中和。
半导体器件制造工艺通常包括需要在特定角度下执行/注入的离子注入程序。正如上文阐述地，工艺圆盘204可分别围绕可与晶片的扭曲和倾斜相关的α轴210和β轴212旋转。该性质允许通过分别调整与α轴210和β轴212相关联的α和β角度而在受控角度下对晶片进行注入。在执行离子注入工艺之前，工艺圆盘204可进行校准，通常使α和β角度为零，所述零度表示射束与工件垂直。多种适当的机构可被用以执行该校准。
一种适当的机构是在一组测试晶片上执行多次离子注入且将实际注入与预期注入进行比较。在测试晶片上执行在多个不同α和β角度下的一系列注入，以便识别和/或修正角度误差。测试晶片为被专门开发(例如由相同的晶块)用于测试且不能随后用以制造半导体器件的特级晶片。结果是，该校准机构就时间和材料而言可以是昂贵的。注入深度以及随注入深度和特征例如槽道特征的位置而变化的其它特点和/或特征可被测量和/或另外被得到。一旦获得不同α和β角度的这些测量数据，则这些测量数据可相对于彼此以及与预期/所需结果进行比较以确定是否存在校准和/或角度误差。多种适当的测量技术可被用以测量这些特征。一种测量技术是通过扫描电子显微镜、散射法、椭圆对称法、反射法和类似技术直接测量注入特征。另一种测量技术是测量薄层电阻，所述薄层电阻随给定剂量的注入深度而变化。还可采用其它适当测量技术。将所获测量数据与预期结果进行比较以确定是否存在校准误差，所述校准误差也被称为角度误差，且如果存在校准误差，那么确定α和β校准因子，所述校准因子随后可被应用以校准为零的α和β值。随后可执行验证测试以验证校准是适当的。如果验证失败，那么随后执行另一次校准，如此继续直至达到满意校准结果。
另一种适当的机构是采用射束角度检测器222以便校准工艺圆盘204。射束角度检测器222包括管道和检测器(例如电荷收集器)且允许来自离子束的离子通过管道并冲击检测器/电容器。管道具有被选择以有利于准确度和信噪比的纵横比。除电荷或电荷峰值外，射束角度检测器222可选择性地监控管道电流。探针或其它适当机构可被用以从射束角度检测器中获得电荷值。此外，角度注入板(未示出)对从射束角度检测器222中接收的信号/值进行处理。角度注入板可与电荷监控板相似，且单独和/或共同地处理和确定来自射束角度检测器222的电荷峰值。
一组测试晶片或一组工艺晶片被插入到工艺圆盘上。工艺晶片是随后将进行所需离子注入工艺的晶片。然而，如果射束角度检测器222被构造或放置在工艺圆盘上，以使得离子束在校准程序中可在它们上面通过，而不碰撞晶片，那么工艺晶片可仅被用于校准。确定包括α和β角度变化的多种工艺制度。作为一个实例，所述工艺制度包括一系列不同的β值，而α保持恒定，且包括一系列不同的α值，而β保持恒定.然而，应该意识到，根据本发明可采用其它范围和值。随后根据工艺制度的数量执行离子注入。在这些离子注入过程中由射束角度检测器222获得电荷数据。该电荷数据随后被用以确定是否存在校准误差，也被称为角度误差，且如果存在，那么确定α和β校准因子。应该意识到，该机构不需要测量或检查晶片以便检测和/或修正校准误差。此外，应该意识到，晶片的存在对于校准目的而言不是必要的，而是可为了便利存在和/或保护保持晶片的工艺圆盘上的敏感表面不受离子束的损害。因此，本发明包括在存在或不存在晶片的情况下执行上面的校准。
在校准之后，可执行离子注入工艺。如果测试晶片被用于进行校准，那么工艺晶片现在被插入到工艺圆盘204上；要不然工艺晶片已经处于适当位置。一旦离子注入工艺已经开始，那么一个或多个射束角度检测器222提供反馈数据。根据该反馈数据，测量电荷可与预期测量电荷比较，由此在离子注入工艺过程中提供校准或角度误差的指示。可采用以前在相似的离子注入过程中检测的电荷值的数据库，或另一种可选方式是且优选地，智能控制系统可被用于迭代过程中以确定获得α和β偏移量所需的偏移量。一些误差可通过以适当的偏移量调节α和β角度而进行修正。控制信号(未示出)可被发送至α和β马达(未示出)以适当调节α和β角度。其它误差可表示更严重的问题且可引起适当的修正动作，例如停止测试。然而，应该意识到，一些角度误差可具有严重性以使得晶片受到损害且不可恢复。然而，甚至在这种情况下，对严重注入误差的及早检测可阻止对不可恢复器件/晶片进行不必要的连续加工。
现在转到图3，示出了根据本发明的一个方面的工艺圆盘300上的射束入射角度检测器的构型的俯视图。在该构型中，第一角度检测器302、第二角度检测器304和第三角度检测器306位于工艺圆盘308上的工艺晶片的离子注入区域的扫描范围内。此外，多个晶片310位于工艺圆盘308上，如图所示。角度检测器(304、306、308)还可进一步操作作为电荷检测单元。应该意识到，本发明不限于特定数量的角度检测器，且除了受到工艺圆盘上空间的限制外，对检测器的数量没有限制。
图3所示的构型适于进行原位离子角度射束检测，其中离子束扫过晶片310的情况通常在指定的α和β角度下发生，且离子束同时还扫过角度检测器，由此导致电荷在检测器上累积。如果由角度射束检测器(304、306和308)检测到的电荷累积，具体而言为电荷数量，与预期情况相比产生显著变化，那么可能角度误差已经产生和/或已被引入离子注入工艺内。正如上面讨论地，角度误差或校准误差可以多种方式(例如，震荡、误校准、未对齐、动力转向、震动、设备故障和类似方式)被引入离子注入系统内。从角度检测器(304、306、308)检测的电荷也可与由一个或多个电荷监控器(未示出)积聚的电荷数据进行比较以将电荷累积与角度误差区别开来。基于反馈数据，可对α和β角度进行调节。原位工艺过程中采用的晶片310为工艺晶片。
此外，图3所示的构型还适用于校准程序，所述校准程序通常在半导体器件制造中采用的离子注入工艺之前执行。然而，测试晶片、仿真(dummy)晶片或以前使用的晶片可代替工艺晶片被用作晶片310以避免对工艺晶片的非预期损害和/或损害离子注入。校准程序包括多种工艺制度，所述工艺制度包括α和β角度的变化。每种工艺制度包括离子注入的多个参数和特征，包括，例如α值和β值(例如，注入角度)、掺杂剂材料、射束强度、注入能量水平和类似参数和特征。通常情况下，除了通常从制度至制度产生变化的α和β值外，工艺制度相对于彼此大体上相似。作为一个实例，工艺制度包括一系列不同的β值，而α保持恒定，且包括一系列不同的α值，而β值保持恒定。然而，应该意识到，根据本发明可采用其它范围和值。随后根据多种工艺制度执行离子注入。在这些离子注入过程中，从射束角度检测器(302、304和306)获得电荷数据，所述电荷数据正如前面讨论地是离子束注入角度的函数。
通常情况下，对于更垂直于工艺圆盘(例如晶片表面)的离子束，从检测器(302、304和306)中积聚的电荷更多。该电荷数据随后被用以确定是否存在校准误差，也被称为角度误差。作为一个实例，β值为0.5，所述β值比β值为0时产生更多积聚电荷，而α保持恒定的情况表示存在角度误差。继续地，如果检测到校准误差，那么确定α和β校准因子。
应该意识到，上面讨论的校准程序不需要测量或检查晶片以便检测和/或修正校准误差。此外，应该意识到，工艺圆盘、构型、晶片数量和类似物的变型是允许的且与本发明一致。此外，应该意识到本构型仅是可根据本发明采用的多种可能构型中的一种。
图4是示出了根据本发明的一个方面的工艺圆盘400上的射束入射角度检测器的另一种构型的俯视图。在该构型中，第一角度检测器402、第二角度检测器404和第三角度检测器406不位于工艺圆盘408上晶片的扫描区域内，而是位于或被安装在内侧，所述内侧为通常进行注入的区域内部。此外，多个晶片410位于工艺圆盘上。
图4的构型特别适于在执行作为半导体器件制造工艺一部分的离子注入工艺之前执行的校准程序。通常情况下，校准程序被执行以识别、检测和修正为零的α和β值的角度误差。由于角度检测器(402、404和406)的位置原因，晶片410在校准程序中可以是工艺晶片(然而，工艺晶片是不需要的)，这是因为离子束未扫过晶片410。离子束扫描区域被调节以覆盖包括角度检测器但不包括晶片的区域。
校准程序采用多种工艺制度，所述工艺制度包括α和β角度的变化。每种工艺制度包括离子注入的多个参数和特征，例如包括α值和β值(例如，注入角度)、掺杂剂材料、射束强度、注入能量水平以及类似参数和特征。通常情况下，除了通常从制度至制度产生变化的α和β值，所述多种工艺制度相对于彼此大体上相似。作为一个实例，工艺制度包括不同β值的一个范围，同时α保持恒定，且包括不同α值的一个范围，同时β值保持恒定。然而，应该意识到，根据本发明可采用其它范围和值。随后根据多种工艺制度执行离子注入。在这些离子注入过程中，由射束角度检测器(402、404和406)获得电荷数据，所述电荷数据正如前面讨论地是离子束注入角度的函数。通常情况下，对于更垂直于工艺圆盘(例如晶片表面)的离子束，从检测器(402、404和406)中积聚的电荷更多。该电荷数据随后被用以确定是否存在校准误差，也被称为角度误差。作为一个实例，β值为1.5，所述β值比β值为0时产生更多积聚电荷，而α保持恒定的情况表示存在角度误差。继续地，如果检测到校准误差，那么α和β校准因子被确定。
应该意识到，上面讨论的校准程序不需要测量或检查晶片以便检测和/或修正校准误差。此外，应该意识到，工艺圆盘、构型、晶片数量和类似物的变型根据本发明是允许的。
应该意识到，图3和图4所示的构型本质上是示范性的，且本发明不如此仅限于那些构型。此外，应该意识到，变化数量的角度检测器和位置可被使用且依然与本发明相一致。例如，适当的构型可以是一种构型，其中一个或多个角度检测器位于在离子注入过程中被扫描的区域内(例如用于进行校准和/或原位)，且还包括一个或多个位于该扫描区域外部区域内的角度检测器(例如，用于进行校准)。
继续地，图5是示出了根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器500的俯视图。该图进一步示出了在角度检测器500上直接通过的离子束。射束角度检测器500仅是根据本发明可使用的多种适当角度检测器中的一种。该射束角度检测器500在离子注入工艺中还可被用作电荷检测器。检测器500包括管道部分502，所述管道部分具有从其中穿过的孔503，如图所示。管道502和孔503的形状被示出为圆柱形，然而，应该意识到，其它类型的形状(例如，正方形、矩形、三角形和类似形状)可被用于管道502和孔503的横截面轮廓，且被预期与本发明相一致。
离子束的离子部分506，此处带正电，被示出位于孔部分503内。电子部分504被示出位于孔部分503外部。结果是，获得了大体上仅与带正电的离子506相关的电荷数量，其中电子仅对电荷数量具有最小效应。这种布置通过从处于或大约处于其最大值的检测电荷中至少部分除去电子而有利于进行校准和角度误差调节。
现在转到图6，示出了根据本发明的一个典型方面的射束入射角度检测器500的横断面视图。检测器500包括管道部分502和从其中穿过的孔503。孔503延伸穿过基底507和绝缘层506。管道部分502是接地的以使得撞击在其上的带电离子失去其电荷。管道部分502可加偏压至一定电压或加偏压成另一种类型的电连接，只要撞击管道部分的离子电荷被至少部分地消耗。由于绝缘层506的原因，管道502与电荷收集器电绝缘，所述电荷收集器包括第一板606和被称为接收器608的第二板。
在另一种可选方式中，管道可接地或可不接地或要不然被加偏压，而替代地管道内部捕获或收集冲击其内部侧壁的离子。在这种情况下，基于入射离子束相对于通过管道的轴线的角度，选定数量的离子将到达在或接近管道底部的电荷收集器，同时剩余离子被管道“收集”。
除了管道部分502、基底507和接收器608之外，角度检测器500还包括接收器连接装置614和接收器608的捡拾连接装置612。检测器500的壳体604通常加偏压接地且包括壳体捡拾连接装置614。在操作过程中，捡拾装置(612和614)被电荷收集器机构用以测量收集电荷并由此获得电荷峰值。
检测器502可由一种或多种适当材料形成。一种可用于检测器组件500的适当材料为铝。因此，检测器组件500可由一片或多片铝形成或模制成型出。此外，射束入射角度检测器500可覆盖或涂覆有半导体材料，例如硅，以便避免在离子注入过程中发生溅射。在没有这种涂层的情况下，撞击检测器的离子可驱逐原子或分子(例如铝)且导致它们通过溅射型作用沉积在包括工艺晶片本身的终端站上的别处。图7是工艺圆盘700的一部分的俯视图，示出了工艺圆盘通过根据本发明的一个方面的离子束702的路径或扫描区域。在本实例中，工艺圆盘700沿垂直和径向方向扫过离子束，如图7所示。离子束702的中心704大体上包括带正电的离子。离子束702的外部706主要包括电子。离子束702可被用于校准程序或用于作为半导体器件制造程序一部分的离子注入工艺。
工艺圆盘部分700包括一对晶片708和离子束角度检测器710。在本发明的这个方面中，角度检测器710位于所述成对晶片708之间。然而，如上面讨论地，本发明可设置角度检测器具有其它位置和构型。
当离子束702在角度检测器710上通过时，由于外部主要包括电子706，因此角度检测器710首先获得负电荷。当离子束702继续通过角度检测器710时，获得的电荷随着包括带正电离子的被称为射束质心的射束702的中心部分704通过角度检测器710而由负转变为正。当离子束702继续时，一旦外部再次居于主导地位，则导致获得负电荷。样品电荷特征在下文中进行描述。
应该意识到，图7所示的部分工艺圆盘700被提供用于示范性目的且不旨在使本发明限于具体实施例。例如，单晶片压板型系统可被采用且被预期落入本发明的范围内。
图8是示出了在根据本发明的一个方面的射束入射角度检测器上的积聚电荷的曲线图800。曲线图800上的线802示出了典型离子束通过/扫过根据本发明的射束入射角度检测器的情况。从该曲线图800中，可获得最大电荷数量以有利于识别可能的角度误差。曲线图以时间作为x轴，所述x轴从0开始，且y轴表示电荷/电荷峰值。相对于彼此的相对电荷值被用以确定角度误差的存在且用以确定修正值。
当离子束起初通过检测器或在其上通过时，位于射束外部区域中的电子导致检测器获得负电荷，如806处所示。当射束逐渐通过检测器时，检测器上的电荷由负向正或甚至向更正转变。最终，大体上包括带正电的离子的射束中心在检测器上通过，或检测器通过离子束，同时检测器产生最大电荷值，如804处所示。随后，当大体上包括电子的离子束外部通过角度检测器或在其上通过时，电荷减少并最终再次变负，如806处所示。当离子束的质心部分在808处通过角度检测器或在其上通过时，这一过程被再次重复。
图9示出了通过根据本发明的一个方面的角度检测器获得的多个第一或所谓“α值”的典型电荷峰值的曲线图。该曲线图示出了来自利用根据本发明的一个或多个离子束角度检测器进行的校准程序的结果。第二或所谓β值被保持恒定，处于约为零的未校准值。α值，ALPHA_0、ALPHA_1、ALPHA_2、ALPHA_3和ALPHA_4为α偏移值的不同值。作为一个实例，α值可被设置如下：ALPHA_0＝-0.5度、ALPHA_1＝0.0度、ALPHA_2＝0.5度、ALPHA_3＝1.0度和ALPHA_4＝1.5度。在每个α值处获得最大电荷值。统计平均，例如平均数、平均值和类似值可被用以避免获得错误的最大电荷值。
图9的曲线图示出ALPHA_3提供了最佳的电荷数量值。因此，ALPHA_3是校准值的良好候选值，这是因为在该角度处，最大量的离子被接收通过管道并向下至顶部电容器板。一旦获得α校准值，终端站且更具体而言工艺圆盘被调节至校准值，或偏移量被注意以进行进一步参考。在已经施加校准后，可执行验证程序以确保调整的α值是改进的。
图10示出了通过根据本发明的一个方面的角度检测器获得的多个β值的典型电荷峰值的曲线图。该曲线图是利用根据本发明的一个或多个离子束角度检测器进行的校准程序的结果。α值被保持恒定，处于约为零的未校准值。β值，BETA_0、BETA_1、BETA_2、BETA_3和BETA_4为β偏移值的不同值。作为一个实例，β值可被设置如下：BETA_0＝-1.5度、BETA_1＝-1.0度、BETA_2＝-0.5度、BETA_3＝0.0度和BETA_4＝0.5度。在每个β值处获得最大电荷值。统计平均，例如平均数、平均值和类似值可被用以避免获得错误的最大电荷值。
图10的曲线图示出BETA_1提供了最佳的电荷数量值。因此，BETA_1是校准值的良好候选值。一旦获得β校准值，终端站且更具体而言工艺圆盘根据校准值进行调节。在已经施加校准后，可执行验证程序以确保调整的β值是改进的和/或适当的。随后，对于α值和β值可执行附加的校准程序以进一步改进校准和校准的准确度。
应该意识到，图9和图10被示出主要为了示例目的。其它校准程序、α值和β值可被采用且依然与本发明相一致。此外，应该注意，识别的α和β角度对大体上垂直于入射的进入离子束的工艺圆盘取向进行识别。在许多情况下，这些α和β角度可被用以使系统“置零”(“zeroout”)。由于许多工艺制度需要在一定角度下执行注入，因此α和β角度可被用作起始点且α和β马达控制装置随后以已公知的方式从该起始点或在此确定的基准进行变化/调节，以使得以大体上受控和可靠的方式达到所需入射角度。
鉴于上文和下文中描述的前述结构和功能特征，结合图11-图13和图18将更好地意识到根据本发明各个方面的方法学。尽管为了简化说明的目的，图11-图13和图18的方法学被说明和描述为顺序实施，但应该理解和意识到，本发明不被所述顺序限制，这是因为根据本发明一些方面可以不同顺序发生和/或与在此说明和描述的其它方面同时发生。此外，实施根据本发明的一个方面的方法学可不需要所有阐述的特征。
图11是示出了根据本发明的一个方面使入射离子束与离子注入系统的工艺圆盘对准的方法1100的流程图。方法1100在测试之前使圆盘对准且使用测试/仿真晶片。然而，与常规程序不同的是，方法1100不需要检查或测量测试晶片上的离子注入结果。此外，测试晶片可受到损害或要不然与测试晶片形成对比的不可用晶片被用于其它程序中，例如需要测量注入特征的程序。
所述方法1100从框1102开始，其中多个测试晶片被安放在包括一个或多个射束入射角度检测器的工艺圆盘内/上。工艺圆盘是离子注入系统的终端站的部件且可围绕旋转轴旋转。此外，工艺圆盘可围绕α轴和β轴进行调节，以便允许实现多种所需的注入角度。α轴的角度与倾斜相关且β轴的角度与扭曲相关。角度检测器被构造和设置在离子束的扫描区域内，以使得离子束在操作过程中通过角度检测器，例如图3所示。应该意识到，本发明的其它可选方面可包括除α和β轴外的其它轴且可通过所述其它轴进行操作。
在框1104中继续方法1100，其中工艺圆盘被起始设置或对准成约为零的α和β值，所述约为零的α和β值应导致大体上垂直于测试晶片和工艺圆盘的离子束。正如上文讨论地，α是与倾斜相关的调节且β是与扭曲相关的调节。更具体而言，倾斜量约为(α2+β2)的平方根，且扭曲量约为arctan(-β/α)+δ，其中α、β和δ是正交轴(δ是围绕晶片法线的缺口对准器偏移量)。因此在简化情况中，α角度可等同于倾斜量且β角度可等同于扭曲量。结果是，为零的α和β值产生大体上垂直于工艺圆盘的离子束且要不是校准或角度误差的话，应该产生由角度检测器检测到的最大检测电荷。
在框1106中确定了多个α偏移量和β偏移量以及其它离子注入工艺参数。α和β偏移量为α值的增量调节范围，例如结合图9和图10描述的那些调节。偏移量值基于预期角度误差量进行选择。因此，如果预期存在大的角度误差，那么选择更大的偏移量值。要不然，如果相对较小的角度误差被预期，那么选择更小的偏移量值。此外，α和β偏移量值的数量可根据预期角度误差进行变化。应该意识到，更大数量的偏移量值更可能识别角度误差并获得适当的校准因子。离子注入工艺参数包括，例如注入能量、射束宽度、剂量、持续时间和类似参数。通常情况下，注入工艺参数被选择以便大体上类似于器件制造的注入程序中使用的那些参数。然而，工艺参数可适于有利于角度误差检测(例如，通过设置大约等于角度检测器的孔的射束宽度)。
在保持β角度恒定约为零的情况下，在框1108中执行多个α偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得电荷测量数据。确定每次离子注入和α偏移量值的电荷峰值，导致产生多个α电荷峰值。电荷峰值不一定是注入过程中检测到的最大电荷，而可以被统计地获得作为平均值、平均最大电荷、平均最大电荷值和类似值。
在保持α角度恒定约为零的情况下，在框1110中执行多个β偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得电荷测量。确定每次离子注入和β偏移量值的电荷峰值，导致产生多个β电荷峰值。β电荷峰值不一定是注入过程中检测到的最大电荷，而可以被统计地获得作为平均值、平均最大电荷、平均最大电荷值和类似值。
在框1112中，基于α峰值电荷和β峰值电荷做出关于是否存在校准或角度误差的确定。正如前面讨论地，如果离子注入缺乏角度误差，那么应在等于零的α和β值下获得最大值。要不然，角度误差或校准误差是存在的且应该进行修正。接下来在框1114中，如果发现存在角度误差，那么，α校准值被选择作为多个α偏移量值中产生最大α峰值的那个值，且β校准值被选择作为多个β偏移量值中产生最大β峰值的那个值。
在框1116中，α校准值和β校准值被分别施加到正交轴上(例如，在一些情况中的倾斜和扭曲)，且执行验证过程。验证过程可简单地为执行离子注入以验证获得了相似的电荷峰值，或另一种可选方式为，验证工艺可采用多个α和β偏移量值。如果验证是成功的，那么方法结束且离子注入系统被认为进行了适当校准。否则，方法返回框1104，其中工艺圆盘被再次初始化成零的α和β值。
应该意识到，方法1100的变型被预期且与本发明一致。例如，工艺圆盘可被初始化成其它值而不是零，且对于每次注入，α和β偏移量可变化而不是保持一个常数。此外，由角度检测器获得的电荷数据以及其它信息例如α和β值和离子注入工艺参数可被储存在数据库中，以便原位使用和/或用于其它校准程序。因此，电荷峰值可与数据库中的那些值进行比较以验证校准值并与其产生关联。对于另一个实例，方法1100可使工艺圆盘与第一轴和第二轴对准，其中第一轴和第二轴不一定是倾斜和扭曲轴。
图12是示出了根据本发明的一个方面对准工艺圆盘的方法1200的流程图。方法1200在测试前对准工艺圆盘且不需要测试晶片。随后将进行注入且使器件在其上进行制造的工艺晶片，意味着那些晶片，在开始方法1200前被放置在工艺圆盘上。一个或多个角度检测器被设置在工艺圆盘上，但被设置在离子束的正常扫描区域外部。该构型允许对工艺圆盘进行校准，而不会对工艺圆盘产生负面影响，这是因为离子束角度检测器在晶片加工区域外部。因此，离子束指向覆盖或包括角度检测器但不包括工艺晶片的区域。方法1200与图11所示的方法1100相似且正因为此，为简明起见省略了一些细部。
方法1200从框1202开始，其中多个工艺晶片被安放在包括一个或多个射束入射角度检测器的工艺圆盘上。工艺圆盘是离子注入系统的终端站的部件且可围绕旋转轴旋转。此外，工艺圆盘可围绕一个或多个轴进行调节，以便允许多种所需的注入角度。在该特定实例中，倾斜轴的角度被称为α且扭曲轴的角度被称为β。角度检测器被构造和设置在离子束的典型扫描区域外部，以使得离子束在操作过程中通过角度检测器，而不撞击工艺晶片。一个或多个角度检测器的适当构型的一个实例如图4所示。
在框1204中继续方法1200，其中工艺圆盘被起始设置或对准成约为零的α和β值，所述约为零的α和β值应导致大体上垂直于测试晶片和工艺圆盘的离子束。这些值产生大体上垂直于工艺圆盘的离子束且要不是存在校准或角度误差的话，应该产生由角度检测器检测到的最大检测电荷。
在框1206中确定了多个α偏移量和β偏移量以及其它离子注入工艺参数。α和β偏移量为α值的增量调节范围，例如结合图9和图10描述的那些调节。偏移量值基于预期角度误差量进行选择。此外，α和β偏移量值的数量可根据预期角度误差进行变化。应该意识到，更大数量的偏移量值更可能识别角度误差并获得适当的校准因子。离子注入工艺参数包括，例如注入能量、射束宽度、剂量、持续时间和类似参数。通常情况下，注入工艺参数被选择以便大体上类似于装置制造的注入过程中使用的那些参数。然而，工艺参数可适于有利于角度误差检测(例如，通过设置大约等于角度检测器的孔的射束宽度)。
在保持β角度恒定约为零的情况下，在框1208中执行多个α偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得电荷测量。确定每次离子注入和α偏移量值的电荷峰值，导致产生多个α电荷峰值。电荷峰值不一定是注入过程中检测到的最大电荷，而可以被统计地获得作为平均值、平均最大电荷、平均最大电荷值和类似值。
在保持α角度恒定约为零的情况下，在框1210中执行多个β偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得电荷测量。确定每次离子注入和β偏移量值的电荷峰值，导致产生多个β电荷峰值。β电荷峰值不一定是注入过程中检测到的最大电荷，而可以被统计地获得作为平均值、平均最大电荷、平均最大电荷值和类似值。应该意识到，本发明包括在多个α和β偏移量值下同时执行离子注入，且不限于在β等于零的情况下执行α偏移量的离子注入和在α等于零的情况下执行β偏移量的离子注入。
在框1212中，基于α峰值电荷和β峰值电荷做出关于是否存在校准或角度误差的确定。正如前面讨论地，如果离子注入缺乏角度误差，那么应在等于零的α和β值下获得最大值.要不然，角度误差或校准误差是存在的且应该进行修正。接下来在框1214中，一旦存在角度误差，那么，α校准值被选择作为多个α偏移量值中产生最大α峰值的那个值，且β校准值被选择作为多个β偏移量值中产生最大β峰值的那个值。
在框1216中，α校准值和β校准值被分别施加到α和β轴上，且执行验证过程。验证过程可简单地为执行离子注入以验证获得了相似的电荷峰值，或另一种可选方式为，验证工艺可采用多个α和β偏移量值。如果验证是成功的，那么方法结束且离子注入系统被认为进行了适当校准。要不然，方法返回框1204，其中工艺圆盘被再次初始化成零的α和β值。
应该意识到，方法1200的变型被预期且与本发明一致。例如，工艺圆盘可被初始化成其它值而不是零，且对于每次注入，α和β偏移量可变化而不是保持一个常数。此外，由角度检测器获得的电荷数据以及其它信息，例如，α和β值和离子注入工艺参数可被储存在数据库中，以便原位使用和/或用于其它校准程序。因此，电荷峰值可与数据库中的那些值进行比较以验证校准值并与其产生关联。
图13是示出了根据本发明的一个方面的原位对准终端站上的工艺圆盘的方法1300的流程图。方法1300采用一个或多个离子束角度检测器以检测/监控在离子注入程序中电荷累积从预期值产生的变化。获得的电荷数据，被称为反馈数据，可被用以进行α和β角度的最小调节且其中有利于离子注入工艺的执行。
方法1300通过初始对准或校准离子注入系统的离子束的入射角度而从1302开始。适当的校准程序，例如上面讨论的程序，可被用以对准系统。在1304中，选择和/或确定半导体器件注入的一个阶段的离子注入工艺参数。该阶段可以是形成活化区域、形成阱、形成导电层和/或需要注入掺杂剂的其它类型的半导体结构。工艺参数包括例如能量水平、掺杂剂、剂量、注入角度等参数。
在1306中，工艺参数，特别是注入角度，与角度注入电荷数据一起被用以确定一个或多个离子束角度检测器的可接受和不可接受的电荷值范围。角度注入电荷数据可包括来自以前的离子注入和/或校准程序的数据。此外，可通过运行测试离子注入程序同时通过一个或多个离子束角度检测器监控电荷以及在测试注入后验证校准而汇编角度注入电荷数据。
在1308中继续，根据上文确定或选择的离子注入工艺参数对离子注入进行初始化。在1310中，在离子注入过程中，通过一个或多个离子束角度检测器监控电荷值。在1312中，一旦电荷值超过可接受值的范围，这表示角度误差，那么对离子注入工艺参数进行适当调整以修正角度误差。
应该意识到本方法1300的变型，其中作为入射角度函数的射束电流由角度检测器测量且代替电荷值被使用。
现在转到图14，示出了根据本发明另一个方面的射束入射角度检测器1400的横断面视图。角度检测器1400通过测量作为射束入射角度函数的射束电流而检测和/或识别离子注入系统的离子束的角度误差。角度检测器1400位于终端站的工艺圆盘1402中/上或附近，且处于晶片通常位于的加工区域中。角度检测器1400可以是位于工艺圆盘1402上的多个射束入射角度检测器中的一个，或角度检测器1400可以是位于工艺圆盘1402上唯一的角度检测器。再次地，尽管在分批型终端站背景下提供所述实例，但应该理解，本发明还预期了单晶片型终端站。
角度检测器1400包括管道部分1404和法拉第部件1406。孔1405延伸穿过管道部分1404和工艺圆盘1402中的异型孔眼1407，所述孔眼允许来自离子束1416的带电离子通过并到达测量射束电流的法拉第部件1406，或另一种适当类型的传感器。管道1404包括导电材料，例如金属(例如铝)且接地。
起初，带电离子进入孔1405且开始通过管道1404。如果来自射束1416的带电离子不是大体上与管道1404的轴线1403成一直线或平行于其行进，而是与轴线1403成一定角度或自轴线1403产生偏移，那么至少一部分带电离子将撞击管道1404的内部侧壁且因此驻留在侧壁材料中或失去其电荷。通过孔1405的带电离子撞击法拉第部件1406。已经撞击管道1404内部侧壁的来自射束1416的离子仍可通过孔1405并冲击法拉第部件1406，它们基本上不能对测量的射束电流有所贡献，这是因为撞击管道1404的内部已经消耗了它们的电荷。通常情况下，入射角度相对于轴线1403的偏移量越大，则测量到更少的射束电流。因此，更大的测量射束电流表示优良的入射角度，即射束大体上平行于轴线1403。
角度检测器1400具有被限定为孔长度与孔宽度1408的比率的纵横比。孔长度由外部长度1410和通过工艺圆盘的深度1412限定。纵横比应被选择，以使得足够和/或最小数量的离子通过孔1405且使得相对于表面的不对准是可辨别的。通常情况下，所述尺寸，即外部长度1410、深度1412和宽度140被选择以使得足够多的离子通过以获得足够的信号(射束电流)而不损失对准或不对准的准确度。此外，管道1404被示出为圆柱形，但本发明预期多种横截面形状和/或尺寸(例如，圆形或其它多边形)适用于管道1404，只要它们允许足够大的信号强度且允许选择纵横比。如果工艺圆盘1402足够厚，那么从其中穿过的孔眼可具有足够大的纵横比以便避免附加地需要管道或其它结构以获得足够大的纵横比。此外，尽管图14示出了在工艺圆盘正面上的管道，但这种管道还可存在于其背面上。进一步地，尽管在一个实例中采用管道以产生具有足够大纵横比的孔，但是具有与工艺圆盘中异型孔眼对准的从其中穿过的孔的任何材料可被采用且被本发明预期。此外，尽管管道部分1404和异型孔眼1407被示出具有相同的孔宽度，但是本发明预期到宽度的变化，只要所得的孔产生足够强的射束电流和适当的信噪比。此外，管道部分1404和异型孔眼1407共同为根据本发明的适当射束区分结构的一个实例。
在一个实例中，法拉第部件1406是位于管道1404下游的静止法拉第部件。另一种可选方式是，法拉第部件1406可与工艺圆盘1402一起转动。在任何情况下，在操作过程中，法拉第部件1406基于通过孔1405且保持其电荷的来自离子束1416的离子测量射束电流。法拉第部件在离子注入过程中通常被用于进行剂量控制。对于进入法拉第部件1406的来自离子束的每个正离子，通过电流计从地面中吸出电子以中和离子的正电荷。电流计基于吸出电子的数量测量射束电流。磁场阻止外部二次电子进入和内部产生的二次电子离开。
法拉第部件1406位于远离工艺圆盘1402和管道1404或其下游的适当距离1414处。距离1414可根据具体实施例从约零(圆盘上的法拉第部件)至另一个适当距离的范围内变化。
角度检测器1400可通过测量射束电流而不是电荷值被用于上述方法中。
继续参见图15，示出了根据本发明的一个方面的离子注入装置的终端站1500的透视图。终端站1500可操作以根据本发明进行原位校准和调节。终端站1500允许和执行大体上准确的离子注入程序，其中有利于半导体器件的制造。
终端站1500至少部分地包括工艺腔1502和支承工艺腔1502的腔体支架1501。工艺腔1502包括保持多个晶片1506的工艺圆盘1504，且柔性不锈波纹管1508(或其它形式的柔性联接装置)允许终端站沿相对于离子束的α和β方向移动.晶片1506位于工艺圆盘上且位于扫描/加工区域或范围内，其中离子束可在注入程序中进入所述范围内。工艺圆盘1504可围绕α轴1510和β轴1512旋转。在典型离子注入工艺的操作过程中，工艺圆盘以可根据进行制造的具体器件和执行的离子注入变化的速度围绕旋转轴线1514旋转。典型的转速是1200转/分钟(rβm)，然而其它适当的转速可被采用且依然与本发明相一致。在离子注入工艺的操作过程中，离子束1520沿垂直方向1510扫过工艺圆盘1504。因此，离子束1520扫过晶片1506，所述晶片位于被离子束扫描的区域内。
工艺圆盘1504附加地包括被形成在工艺圆盘1504上和/或通过其中的一个或多个射束角度检测器1522，所述射束角度检测器提供射束电流的测量，所述射束电流是离子束1520相对于工艺圆盘的角度的函数。角度检测器1522可位于扫描区域内，或另一种可选方式是，可位于离子束1520可到达但在典型扫描/加工区域外部的区域中。离子束1520还可扫过一个或多个射束角度检测器1522。再次地，尽管本实例阐述了分批型终端站，但是本发明可等同地应用于单晶片型应用中。
半导体器件制造工艺通常包括需要在特定角度下执行/注入的离子注入程序。正如上文阐述地，工艺圆盘1504可围绕α轴1510和β轴1512旋转。该性质允许通过分别调整与α轴1510和β轴1512相关联的α和β角度而在受控角度下对晶片进行注入。在执行离子注入工艺之前，工艺圆盘1504可进行校准，通常使α和β角度为零，所述零度表示射束与工件垂直。多种适当的机构可被用以执行该校准且在上面结合图1进行了讨论。
另一种适当的机构是采用射束角度检测器1522以便校准工艺圆盘1504。射束角度检测器1522包括具有足够大纵横比的孔和法拉第部件，且允许来自离子束的离子通过并冲击检测器/法拉第部件。在一个实例中，孔是在工艺圆盘1504中的孔眼和管道，所述孔眼和管道共同地具有被选择以有利于准确度、信号强度和信噪比的纵横比。角度检测器1522测量作为离子束1520的入射角度函数的射束电流或另一个适当参数/信号。此外，电流-频率转换板(未示出)对从射束角度检测器1522中接收的信号/值进行处理。电流-频率转换板可与电荷监控板相似，且单独和/或共同地处理和确定来自射束角度检测器1522的平均值、峰值和类似的射束电流值。应该理解，多种信号监控和/或计算装置和/或算法可用于根据本发明的角度检测系统的实际实施例中。
确定了包括α和β角度变化的多种工艺制度。作为一个实例，所述工艺制度包括不同β值的范围，而α保持恒定，且包括不同α值的范围，而β保持恒定。然而，应该意识到，根据本发明可采用其它范围和数值。随后根据工艺制度的数量执行离子注入。在这些离子注入过程中由射束角度检测器1522获得射束电流数据。该射束电流数据随后被用以确定是否存在校准误差，也被称为角度误差，且如果存在，那么确定α和β校准因子。应该意识到，该机构不需要测量或检查晶片以便检测和/或修正校准误差。此外，应该意识到，晶片的存在对于校准目的而言不是必要的，而是可为了便利存在和/或存在以保护保持晶片的工艺圆盘上的敏感表面不受离子束的损害。因此，本发明包括在存在或不存在晶片的情况下执行上面的校准。
在校准之后，可执行离子注入工艺。如果已采用测试、仿真或以前使用的晶片进行了校准，那么工艺晶片现在被插入到工艺圆盘1504上；要不然工艺晶片已经处于适当位置。一旦离子注入工艺已经开始，那么一个或多个射束角度检测器1522提供反馈数据。从该反馈数据中，测量射束电流可与预期测量射束电流进行比较，由此在离子注入工艺过程中提供校准或角度误差的指示。可采用以前在相似的离子注入过程中检测的射束电流的数据库，或另一种可选方式是且优选地，智能控制系统可被用于迭代过程中以确定获得α和β偏移所需的偏移量。一些误差可通过以适当的偏移量调节α和β角度而进行修正。控制信号(未示出)可被发送至α和β马达(未示出)以适当调节α和β角度。其它误差可表示更严重的问题且可开始适当的修正作用，例如停止测试。然而，应该意识到，一些角度误差可具有严重性以使得晶片受到损害且不可恢复。然而，甚至在这种情况下，对严重注入误差的及早检测可阻止对不可恢复器件/晶片进行不必要的连续加工。
图16是示出了根据本发明的一个方面的离子注入系统的终端站1600的透视图。终端站1600允许且执行大体上准确的离子注入程序，由此有利于半导体器件的制造。
终端站1600包括工艺圆盘1602和法拉第部件1604。工艺圆盘1602保持多个晶片(例如，测试晶片、工艺晶片和类似晶片)且以选定的转速进行旋转。法拉第部件1604位于工艺圆盘1604后面且测量离子束1606的射束电流。测量的射束电流基于通过狭槽、孔眼或如上所述在工艺圆盘1602上且通过其的角度检测器的带电离子。
法拉第部件1604是静止的，或另一种可选方式是可与工艺圆盘一起旋转且可用于在执行离子注入过程中或之前进行剂量控制。此外，法拉第部件1604可被用以测量通过根据本发明的一个或多个角度检测器的射束电流。当α和β偏移量值为零时(例如，入射离子束垂直于工艺圆盘)，测量的射束电流通常处于相对最大值。
图17是管道阵列1700的透视图，所述管道阵列可被附接到在根据本发明的一个方面的工艺圆盘上/中的角度检测器的一部分上。管道阵列1700可被用作本发明的一个或多个角度检测器的一部分(参见例如图1和图14)。
管道阵列1700可以与上述单个管道相似的方式被使用。因此，每个管道1701具有被选择以增强信号同时减少信号(例如，电荷、射束电流)噪声的纵横比。对于电荷收集器型监控器(例如图1)，管道阵列1700可被附到单个电荷收集器型传感器上以便增加收集器上的电荷累积，而不显著增加噪声。另一种可选方式是，管道阵列1700中的每个管道可被附接到独立的电荷收集器传感器上，其中提供数量上等于阵列1700中的管道数量的多个角度检测器。
管道阵列1700还可被附接到工艺圆盘上或形成在工艺圆盘内，以便测量作为入射角度函数的射束电流。工艺圆盘具有与管道阵列对应且一致的异型孔眼或异型孔，以便共同限定出角度检测器的纵横比。相似地，单个圆盘法拉第部件可被用以测量通过管道阵列1700的集合射束电流。
管道阵列1700被描述用于示例目的。应该意识到，根据本发明可使用具有孔的其它适当结构。
在一个实例中，管道阵列沿工艺圆盘的半径径向延伸，其中阵列总体上具有至少与射束高度或直径一样大的径向延伸范围。在该实例中，如果大分数或部分射束平行于或接近平行于孔的法线，那么通过阵列且被收集或检测的总射束电流更大。随后，通过利用陀螺马达调节工艺圆盘和收集这种变化的射束电流数据，可确定与角度相对的射束分数相关的信息。
在上面实例的另一种变型中，具有不同纵横比的阵列可被用以收集附加信息。例如，如果径向延伸的阵列具有极大的纵横比，以使得离子束轨迹和对于所述电流可通过其中的孔法线之间的角度远小于射束的角度分散，那么与角度相对的射束电流信息可被用以计算或测算与α和β角度相对的具有平行于圆盘法线的轨迹的射束分数。该信息随后可被用以使圆盘法线对准平均射束方向。在其它实例中，如果孔的纵横比较小以使得离子轨迹和对于该电流可通过的孔法线之间的角度可与射束的角度分散相比或大于所述角度分散，那么随后通过调整圆盘角度使射束电流最大化将使圆盘法线对准偏重于平均射束方向的电流。
图18是示出了根据本发明的一个方面对准工艺圆盘的方法1800的流程图。一个或多个角度检测器位于工艺圆盘上且可位于离子束的正常扫描区域内部或外部。方法1800与图11中的方法1100、图12中的方法1200和图13中的方法1300相似，且正因为此，为了简便起见省略了一些细节。
方法1800从框1802开始，其中提供包括一个或多个射束入射角度检测器的工艺圆盘。工艺圆盘是离子注入系统的终端站的部件且可围绕旋转轴旋转。此外，工艺圆盘可围绕倾斜轴和扭曲轴进行调节，以便允许多种所需的注入角度。倾斜轴的角度被称为α且扭曲轴的角度被称为β。
在框1804中继续方法1800，其中工艺圆盘被起始设置或对准成约为零(或其它初始偏移量值)的α和β值，所述α和β值应导致大体上垂直于工艺圆盘的离子束。这些值产生大体上垂直于工艺圆盘的离子束且要不是存在校准或角度误差的话，应该由角度检测器产生检测到的最大离子束。
在框1806中确定了多个α偏移量和β偏移量以及其它离子注入工艺参数。α和β偏移量为α值的增量调节范围，例如结合图9和图10描述的那些调节。偏移量值基于预期角度误差量进行选择。此外，α和β偏移量值的数量可根据预期角度误差进行变化。应该意识到，更大数量的偏移量值更可能识别角度误差并获得适当的校准因子。离子注入工艺参数包括，例如注入能量、射束宽度、剂量、持续时间和类似参数。通常情况下，注入工艺参数被选择以便大体上类似于器件制造的注入程序中使用的那些参数。然而，工艺参数可适于有利于角度误差检测(例如，通过设置大约等于角度检测器的孔的射束宽度)。
在保持β角度恒定约为零的情况下，在框1808中执行多个α偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得射束电流测量。确定每次离子注入和α偏移量值的峰值射束电流，导致产生多个测量射束电流峰值。
在保持α角度恒定约为零的情况下，在框1810中执行多个β偏移量下的离子注入，且从一个或多个射束入射角度检测器中获得电荷测量。确定每次离子注入和β偏移量值的射束电流峰值，导致产生多个测量射束电流峰值。应该意识到，本发明包括在多个α和β偏移量值下同时执行离子注入，且不被限于在β等于零的情况下执行α偏移量的离子注入和在α等于零的情况下执行β偏移量的离子注入。
在框1812中，基于测量的射束电流做出关于是否存在校准或角度误差的确定。正如前面讨论地，如果离子注入缺乏角度误差，那么应在等于零的α和β下获得最大值。要不然，角度误差或校准误差是存在的且应该进行修正。接下来在框1814中，在存在角度误差的情况下，那么α校准值被选择作为多个α偏移量值中产生最大值的那个值，且β校准值被选择作为多个β偏移量值中产生最大β值的那个值。
在框1816中，α校准值和β校准值被分别施加到倾斜轴和扭曲轴上，且执行验证过程。验证过程可简单地为执行离子注入以验证获得了相似的测量射束电流值，或另一种可选方式为，验证过程可采用多个α和β偏移量值。如果验证是成功的，那么方法结束且离子注入系统被认为进行了适当校准。要不然，方法返回框1804，其中工艺圆盘被再次初始化成零的α和β值。
应该意识到，方法1800的变型被预期且与本发明一致。例如，工艺圆盘可被初始化成其它值而不是零，且对于每次注入，α和β偏移量可变化而不是保持一个常数。此外，由角度检测器获得的射束电流数据以及其它信息例如α和β值和离子注入工艺参数可被储存在数据库中，以便原位使用和/或用于其它校准程序。因此，测量射束电流值可与数据库中的那些值进行比较以验证校准值并与其产生关联。
应该进一步意识到，已经根据α、β、扭曲和倾斜轴至少部分地对本发明进行了阐述和描述。然而，本发明不限于特定轴且可结合除扭曲和倾斜轴之外的一个或多个轴而进行操作。此外，已经通过多个射束区分结构对本发明进行了描述和阐述，所述射束区分结构至少部分地包括一个或多个管道部分和/或一个或多个异形孔眼。然而，应该意识到，可采用其它适当的射束区分结构，只要那些结构可选择性地区分电荷和/或带电离子在具有选定纵横比的孔中的通过。
尽管已经结合一种或多种实施方式对本发明进行了阐述和描述，但是本领域的技术人员通过阅读和理解本说明书和附图，将会想到等效改型和变型。具体就由上述部件(组件、器件、电路、系统等)执行的多种功能而言，用以描述这种部件的术语(包括参考“意味着”)旨在对应于，除非要不然表示，执行所述部件的特定功能(例如功能等效)的任何部件，即使在结构上不等效于执行在此所述的本发明的典型实施例中的功能的所披露结构。此外，尽管已仅结合多种实施方式中的一种对本发明的具体特征进行了披露，但是这种特征可与对于任何给定或具体应用来说所需的和有利的其它实施方式中的一个或多个其它特征相结合。此外，在术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”或其等效方式被用于具体实施方式和权利要求中的程度方面，这些术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式是包容性的。

Claims (29)

1、一种离子注入系统的终端站，包括：
被构造以容纳一个或多个离子束角度检测器的工艺腔；和
可围绕一个或多个轴进行调节且被构造以容纳一个或多个晶片的工艺支承结构，
其中每个所述离子束角度检测器包括安装在所述工艺支承结构上的射束区分结构。
2、根据权利要求1所述的终端站，进一步包括支承所述工艺腔和支承所述工艺支承结构围绕所述一个或多个轴进行调节的腔体支架。
3、根据权利要求1所述的终端站，其中所述工艺支承结构包括多晶片工艺圆盘，所述多晶片工艺圆盘可操作以支承多个晶片或单晶片压板用以对其进行注入。
4、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个轴分别包括α和β轴。
5、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个离子束角度检测器分别包括：
电荷收集器；
在所述电荷收集器上形成的绝缘层，所述绝缘层具有沿轴线的具有第一直径的孔，所述孔暴露出一部分所述电荷收集器；和
在所述绝缘层上形成的作为所述射束区分结构的管道部分，所述管道部分接地且具有沿所述轴线的孔，其中所述孔允许与所述轴线成一直线行进的离子撞击所述电荷收集器的所述暴露部分且在其上累积电荷，且其中大体上脱离所述轴线行进的离子撞击所述管道部分且失去至少部分的电荷。
6、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个离子束角度检测器分别包括：
电荷收集器；
在电荷收集器上形成的绝缘层，所述绝缘层具有沿轴线的具有第一直径的孔，所述孔暴露出一部分所述电荷收集器；和
在所述绝缘层上形成的作为所述射束区分结构的管道部分，所述管道部分具有沿所述轴线的孔，其中所述孔允许与所述轴线成一直线行进的离子撞击所述电荷收集器的所述暴露部分且在其上累积电荷，且其中大体上脱离所述轴线行进的离子撞击所述管道部分且由此被收集。
7、根据权利要求1所述的终端站，所述工艺支承结构通过所述一个或多个离子束角度检测器围绕所述一个或多个轴进行校准。
8、根据权利要求1所述的终端站，所述工艺支承结构通过所述一个或多个离子束角度检测器围绕所述一个或多个轴原位调节。
9、根据权利要求1所述的终端站，所述离子束角度检测器位于离子束的扫描范围内。
10、根据权利要求1所述的终端站，所述离子束角度检测器位于离子束的扫描范围外。
11、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个角度检测器分别包括：
安装在所述工艺支承结构上且与所述工艺支承结构中限定出的孔对准的作为所述射束区分结构的管道部分，其中所述管道部分和孔限定出允许离子从其中通过的通道；和
被构造以接收通过所述管道部分和孔的所述离子的传感器机构，所述传感器机构提供了作为通过所述管道部分和孔的所述离子的电荷的函数的信号。
12、根据权利要求11所述的终端站，其中所述传感器机构包括位于所述工艺支承结构下游的法拉第部件，所述法拉第部件测量作为在通过所述工艺支承结构中限定出的所述孔后保持其电荷的带电离子的函数的射束电流。
13、根据权利要求11所述的终端站，其中所述传感器机构包括位于所述工艺支承结构下游的电荷收集器，所述电荷收集器收集作为在通过所述工艺支承结构中限定出的所述孔后保持其电荷的带电离子的函数的电荷。
14、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个角度检测器分别包括：
被安装在所述工艺支承结构上且与所述工艺支承结构中限定出的孔阵列对准作为所述射束区分结构的管道阵列，其中所述管道阵列和所述孔阵列限定出允许离子从其中通过的通道阵列；和
传感器机构，所述传感器机构被构造以接收通过所述通道阵列的所述离子用以共同测量作为在通过所述通道阵列后保持其电荷的带电离子函数的射束电流。
15、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个角度检测器分别包括：
被安装在所述工艺支承结构上且与穿过所述工艺支承结构的孔眼阵列一致的作为所述射束区分结构的管道阵列，其中孔由所述管道部分和所述孔眼限定出；和
分别与所述管道阵列中的一个相关联的多个法拉第部件，所述法拉第部件共同测量作为在通过所述孔后保持其电荷的带电离子函数的射束电流，其中所述多个法拉第部件中的每个接收一部分所述离子束。
16、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个角度检测器分别包括：
延伸穿过所述工艺支承结构作为所述射束区分结构的孔眼阵列，其中孔由异形孔眼限定出；和
被构造以接收通过所述异形孔眼的所述离子的传感器机构，所述传感器提供了作为通过所述异形孔眼的所述带电离子的量的函数的信号。
17、根据权利要求1所述的终端站，其中所述一个或多个角度检测器分别包括：
延伸穿过所述工艺支承结构作为所述射束区分结构的孔眼阵列，其中孔由异形孔眼限定出；和
分别与所述异形孔眼中的一个相关联的多个传感器机构，所述传感器机构被构造以接收通过所述异形孔眼的所述离子，所述传感器分别提供了作为通过所述异形孔眼的所述带电离子的电荷的函数的信号，其中所述多个传感器中的每个与一部分所述离子束相关联。
18、一种对准入射离子束的方法，包括以下步骤：
提供被构造以支承一个或多个晶片且具有一个或多个角度检测器的工艺支承结构；
沿一个或多个轴对准所述工艺支承结构以初始化第一和第二角度设置；
确定多个第一角度偏移量值和第二角度偏移量值；
对于所述多个第二角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二角度电荷值；
对于所述多个第一角度偏移量值执行离子注入且获得多个第一角度电荷值；以及
根据所述多个第一角度电荷值确定第一角度校准值且根据所述多个第二角度电荷值确定第二角度校准值。
19、根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述第一角度校准值和所述第二角度校准值施加到所述工艺支承结构上且验证所述工艺支承结构的对准。
20、根据权利要求19所述的方法，进一步包括在所述对准验证失败后所进行的下列步骤：
确定多个第二第一角度偏移量值和第二角度偏移量值；
对于所述多个第二角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二角度电荷值；
对于所述多个第二第一角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二第一角度电荷值；
确定角度误差的存在；以及
根据所述多个第二第一角度电荷值确定第二第一角度校准值且根据所述多个第二角度电荷值确定第二角度校准值；
将所述第二第一角度校准值和所述第二角度校准值施加到所述工艺支承结构上且验证其对准。
21、根据权利要求20所述的方法，其中直至所述对准得到成功地验证，所述方法被反复地完成。
22、一种对准入射离子束的方法，包括以下步骤：
提供被构造以支承一个或多个晶片且具有一个或多个角度检测器的工艺支承结构；
对准所述工艺支承结构以初始化第一和第二角度值；
确定多个第一角度偏移量值和第二角度偏移量值；
对于所述多个第二角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二角度射束电流值；
对于所述多个第一角度偏移量值执行离子注入且获得多个第一角度射束电流值；以及
根据所述多个第一角度射束电流值确定第一角度校准值且根据所述多个第二角度射束电流值确定第二角度校准值。
23、根据权利要求22所述的方法，进一步包括将所述第一角度校准值和所述第二角度校准值施加到所述工艺支承结构上且验证所述工艺支承结构的对准。
24、根据权利要求23所述的方法，进一步包括在所述对准验证失败后所进行的下列步骤：
确定多个第二第一角度偏移量值和第二角度偏移量值；
对于所述多个第二角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二角度射束电流值；
对于所述多个第二第一角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二第一角度射束电流值；
确定角度误差的存在；以及
根据所述多个第二第一角度射束电流值确定第二第一角度校准值且根据所述多个第二角度射束电流值确定第二角度校准值；
将所述第二第一角度校准值和所述第二角度校准值施加到所述工艺支承结构上且验证其对准。
25、根据权利要求24所述的方法，其中直至所述对准得到成功地验证，所述方法被反复地完成。
26、一种对准入射离子束的方法，包括以下步骤：
提供被构造以支承一个或多个晶片且具有一个或多个角度检测器的工艺支承结构；
对准所述工艺支承结构以初始化第一和第二角度值；
确定多个第一角度偏移量值和第二角度偏移量值；
对于所述多个第二角度偏移量值执行离子注入且获得多个第二角度信号值；
对于所述多个第一角度偏移量值执行离子注入且获得第一角度信号值；以及
根据所述多个第一角度信号值确定第一角度校准值且根据所述多个第二角度信号值确定第二角度校准值。
27、根据权利要求26所述的方法，其中所述第一角度信号值和所述第二角度信号值基于由电荷收集器获得的积聚电荷。
28、根据权利要求27所述的方法，其中所述第一角度信号值和所述第二角度信号值基于由法拉第部件测量的射束电流值。
29、一种用于离子注入系统的离子束入射角度检测器，包括：
具有从其中穿过的限定出孔的孔眼的结构，所述孔沿轴线延伸穿过所述结构且具有选择的纵横比，所述选择的纵横比根据所述离子束和所述结构之间的入射角度选择性地阻止所述离子束中的离子通过所述孔；
传感器机构，所述传感器机构被构造以接收通过所述结构中的所述孔的所述离子，所述传感器提供作为通过所述孔的所述带电离子的量的函数的信号，以及
具有权利要求1的特征的终端站。
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