CN101238539A - 靠近连续注入机最后能量过滤器中弯折部的闭环回路剂量控制剂量杯 - Google Patents
靠近连续注入机最后能量过滤器中弯折部的闭环回路剂量控制剂量杯 Download PDFInfo
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Abstract
一种离子注入系统(600)，具有靠近连续离子注入机的扫描或条带状离子束最后能量弯折定位的剂量杯(634)，以用于提供与工件或晶片的剂量相关联的精确离子流测量。该系统包括具有用于产生条带状离子束(602)的离子束源的离子注入机。该系统还包括角能量过滤器(AEF)系统，其配置成通过在最后能量弯折部弯折该离子束以过滤该条带状离子束的能量。该AEF系统还包括与该AEF系统相关联且配置成测量离子束流的AEF剂量杯，该剂量杯基本上紧接着在该最后能量弯折部之后定位。位于该AEF系统下游的终端站(610)由室定义，其中工件紧固在适当位置，以相对于该条带状离子束而移动，以将离子注入于该工件。该AEF剂量杯有利地置于该终端站的上游靠近该最后能量弯折部，从而减轻了由于在该工件上的注入操作造成的气体释出所产生的压力变化。因此，该系统可在这些气体在离子束里产生显著数量的中性粒子之前，提供精确的离子流测量，而通常无须压力补偿。这种剂量测量的测量结果也可用于在出现从该离子源的离子流变化以及从该工件的气体释出时影响该扫描速度，以确保均匀的闭环回路剂量控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子注入系统，且更具体地涉及一种在连续离子注入机中存在光致抗蚀剂气体释出、压力及离子源波动时用于离子剂量测量和补偿的系统与方法。
背景技术
在半导体装置的制造中，离子注入用于将杂质掺入半导体。离子束注入机使用离子束来处理硅晶片，从而在集成电路制作过程中产生n或p型外来材料掺杂或者形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离子束注入机注入选定的离子物质，以产生期望的外来材料。注入由诸如锑、砷或磷的源材料产生的离子形成“n型”外来材料晶片，而如果期望“p型”外来材料晶片时，则可注入使用诸如硼、镓或铟的源材料所产生的离子。
典型的离子束注入机包括用于由可电离源材料产生正电荷离子的离子源。所产生的离子形成为离子束，并且沿预定束路径被引导至注入站。该离子束注入机可包括在该离子源与该注入站之间延伸的束形成及成形结构。该束形成及成形结构维持离子束，并界定出延长的内腔或通道，离子束途中经过该延长的内腔或通道到达注入站。当操作注入机时，通常将该通道抽空，以降低离子由于与空气分子碰撞而偏离该预定束路径的几率。
离子的质量相对于其上电荷(例如，电荷-质量比)会影响其在轴向上及横向上被静电场或磁场加速的程度。因此，可以使得到达半导体晶片或其它目标物的期望区域的束非常纯净，这是因为不期望分子量的离子将被偏转到离开束的位置，并且可避免注入不期望的材料。选择性地分离期望和不期望电荷-质量比的离子的过程称为质量分析。质量分析器通常采用一种质量分析磁体，该质量分析磁体产生偶极磁场，以在弧状通道里通过磁性偏转来偏转离子束中的各种离子，这会有效地分离具有不同电荷-质量比的离子。
剂量测量(dosimetry)是对注入晶片或其它工件中的离子所进行的测量。在控制注入离子的剂量时，通常利用闭环回路反馈控制系统来动态地调整注入，以实现在被注入工件中的均匀性。这种控制系统利用实时流监测(real-time current monitoring)来控制注入机的慢扫描速度。法拉第碟或法拉第杯周期性地测量束流并调整慢扫描速度以确保恒定的剂量。频繁测量使得该剂量控制系统能够快速地对束流变化进行响应。该法拉第杯可以是静止、具有良好遮蔽且被置为靠近晶片，从而使其对掺杂晶片的束流敏感。然而，该法拉第杯仅测量该束流的电流部分。
离子束与在注入过程中形成的气体之间的相互作用可导致该电流即电荷通量(flux)改变，即使在该粒子流即掺杂剂通量恒定时也是如此。为补偿这种影响，剂量控制器可同时从法拉第杯读取该束流并从压力计读取压力。当对注入配方指定了压力补偿因子时，则通过软件修改所测得的束流，以向控制该慢扫描的电路提供经过补偿的束流信号。因此，在此闭环回路系统中的补偿量(例如在经过补偿的束流信号中)可为在该法拉第杯测得的束流以及该压力二者的函数。
在适当地应用时，压力补偿改善了在宽注入压力范围上的可重复性与均匀性。然而，注入机内的真空绝不会是完美的。在系统里总是存在一些残余气体。通常该残余气体不会引起问题(事实上，少量的气体对于良好的束传输及有效的电荷控制是有益的)。不过，在足够高的压力下，例如因光致抗蚀剂气体释出而压力增加时，离子束与残余气体之间的电荷交换会造成剂量测量误差。如果注入裸晶片与注入经光致抗蚀剂涂覆(PR)的晶片之间的剂量偏移大得无法接受，或者如果剂量均匀性显著地降低时，则可以采用压力补偿来改善均匀性。
离子束与残余气体之间的电荷交换反应可以增加或减少离子的电子，从而改变离子的电荷状态使其偏离该配方中的期望值。当电荷交换反应是中和时，入射离子通量的一部分被中和。其结果为电流降低，同时粒子流(包含中性物)维持不变。当电荷交换反应为电子剥除时，离子通量的一部分失去电子。其结果为电流增加，同时粒子流维持不变。
对于其中电荷交换是一个重点的典型配方而言，束通常经历的中和比剥除多得多。结果，每当终端站(end station)压力增加时，由法拉第杯测得的束流减少。束内的离子被中和，但是未被残余气体偏转或阻止。经分析磁体后，该剂量率，即单位面积单位时间的掺杂剂原子，并未通过电荷交换而改变。注入的中性物对晶片所接收的剂量有贡献，但未被法拉第杯所测得。因此，该晶片可能会剂量过度。
因此每当处理室中的离子束与残余气体之间的电荷交换对于剂量具有显著影响时，即可采用压力补偿。发生这种情况时的压力取决于配方及工艺规格。对于一些配方，当在压力计处测得的因光致抗蚀剂气体释出所产生的压力为5×10-6torr时，则需要进行补偿以满足注入机规格。对于其中因光致抗蚀剂气体释出所产生的压力为2×10-5torr或更高的大多数配方，补偿值得研究。这种补偿可包括通过注入具有或不具有光致抗蚀剂的监测晶片来测量光致抗蚀剂气体释出的影响，并且将所测得的变化与工艺规格进行比较。所需要的补偿量取决于在注入过程中剂量控制器从压力计读取的压力。
此外，离子源输出本身的变化会导致在剂量杯所测得的一些束流变动。晶片处这些离子源变化的剂量杯测量结果也如前所述受到中和产生与所测得的电流的比例以及气体释出的压力变化的影响。需要对于晶片处离子通量中的真实变化来补偿剂量率，这要求系统对由于源输出的变化所造成的流变化和由于束路径内气体的电荷交换所造成的变化加以区别。因此，使用这种剂量杯测量结果来校正或补偿剂量率会由于这些变量而遭遇显著阻碍。
因此，需要改进的系统及方法，用于在出现由于离子源以及晶片气体释出而产生的束流变化时，在离子注入机内获得均匀的剂量率，而没有与使用压力测量和压力补偿相关联的附加复杂性及成本。
发明内容
本发明涉及一种供离子注入系统使用的用于提供与晶片剂量相关联的精确离子流测量的系统及方法。根据本发明，该离子注入系统具有靠近连续注入机的扫描或条带状离子束的最后能量弯折部的剂量杯。该系统包括具有用于产生条带状离子束的带电粒子源的离子注入机。该系统还包括角能量过滤器(AEF)系统，其配置成利用在该离子束内的最后能量弯折部来过滤该条带状离子束的能量。该AEF系统还包括AEF剂量杯，该AEF剂量杯优选地紧接着该离子束的最后能量弯折部，以提供该束的离子流的精确测量。该AEF系统沿着束路径朝下游方向将该束引导向保持在终端站内的目标晶片。该AEF系统是由室或AEF室所定义，其中该AEF部件位于该处理室或终端站的上游。该AEF系统的终端站下游是由室所定义，在该室中，该晶片或工件被紧固于恰当位置以相对于该条带状离子束而移动，用于将离子注入该晶片。
该AEF系统可包括泵浦，该泵浦将靠近该AEF处维持在比产生气体处的终端站更低的压力。该AEF系统可通过限制气流的开口与该终端站室分隔，从而允许该AEF室及该终端站处理室之间存在压力差。
根据本发明一个方面，该AEF剂量杯优选地位于该AEF系统里靠近该最后能量弯折部的该终端站的上游，以减轻因来自对晶片的注入操作的气体释出所产生的压力变动。因而，该系统可在该气体在该离子束中产生显著数量的中性粒子之前，提供精确的离子流测量，通常无需压力补偿。这种剂量测量也可用于在来自该离子源以及从该晶片的气体释出而出现束流变化时，影响晶片的扫描速度以确保均匀的闭环回路剂量控制。
根据本发明一个方面，该离子束可包括扫描的或连续的条带状束。
根据本发明另一方面，在该离子束内的最后能量弯折部的平面与该条带状离子束的平面正交。
根据本发明又一方面，该AEF系统位于该终端站的上游的AEF室区域内，且该AEF室内的压力通过泵浦进一步降低，由此减少气体释出及其它压力源对该AEF剂量杯的影响。
尽管在本发明一个方面，该AEF剂量杯靠近该AEF室内的最后能量弯折部以及该终端站的上游，并且未采用压力补偿，然而在本发明另一方面，该离子注入系统还包括压力补偿以进一步细致化该AEF剂量杯测量。
根据本发明再一方面，该AEF剂量杯位于相对于由该条带状离子束扫描的晶片或工件的过扫描区域内。
根据本发明另一方面，在注入过程中，来自位于该晶片平面附近的分布轮廓杯(profiler cup)的读数与该AEF杯的读数进行比较，以推导这两个位置之间的电荷交换率差异，由此使得能够决定在相应的路径长度上产生的中性粒子的数目。
尽管在本发明的系统中，部分离子在转移晶片内时将变成中性，但在该AEF剂量杯所测得的离子流Imeasured根据下式与到达该晶片的粒子流Iimplanted成正比：
(1)Iimplanted＝Imeasured＊CP＊CCC，其中CP为一因子，其根据如下定义来校正经历电荷交换而成为中性或更高电荷状态的束流的比例；CCC为比例常数，其可基于在AEF剂量杯测得的流与在靠近该晶片的平面测得的流(例如，在晶片由分布轮廓杯测得)之间的比例，在针对每个配方的初始注入设定时在杯校正过程中确定。
(a)在AEF区域内的压力维持足够低而使得AEF弯折部与AEF杯之间的短路径上的电荷交换为真实流的一小部分的情况下，可假设CP＝1。预期这样会涵盖中等流工具(medium current tool)的大多数配方。
(b)备选地，在AEF区域内的压力足够高而足以影响IAEF＝Imeasured＊CCC以要求校正的情况下，可如目前对高流工具所进行操作那样，使用CP＝exp(K＊PAEF)来对AEF杯读数使用压力补偿。这种情况下，可通过当压力在感兴趣范围上增加时按压力函数绘出用于剂量控制的法拉第杯中测得的束流，而依经验确定K，例如“Two ImplantMeasurement of Pressure Compensation Factors”，Mike Halling，IEEEProceedings of 2000International Conference on Ion ImplantationTechnology，Alpbach，Austria，(2000)585中所述。所测得的束流相对于压力的曲线可被拟合为函数I0＝Imeasured＊exp(K＊P)，其中I0为在零压力下的流，而K为与该数据拟合程度最好的因子。
(c)第三种备选是利用在AEF杯及终端站内的所述杯的流之间的差异来补偿电荷交换。这种情况下，
CP＝1+((IAEF-IES)/IAEF)＊(LAEF/(LES-LAEF))＊(PAEF/PES)，其中
IAEF为设定杯校准校正的AEF杯所测得的流；
IES为设定杯校准校正的终端站杯所测得的流；
LAEF为标称上从AEF弯折部到AEF杯的距离；
LES为标称上从AEF弯折部到终端站杯的距离；
PAEF为在AEF室内测得的压力；
PES为在终端站内所测得的压力。
这种方式使得与终端站杯相比可以在电荷交换会影响其读数的更短距离上校正AEF杯流，这是通过(LAEF/(LES-LAEF))这一因子来完成。这也使得可以对AEF区域内的较低压力来校正该更短距离，这标称上是通过因子(PAEF/PES)来完成。这两个因子应用于该两个杯之间的束流内的比例变化((IAEF-IES)/IAEF)。这种方式可提供非经验性的压力补偿。
为完成前述和相关目的，本发明包括下文中将完整描述且在权利要求特别指出的特征。下述说明书和附图详细叙述本发明的特定示范性方面。然而，这些方面仅说明了可运用本发明原理的各种方式中的几种而已。结合附图并通过下述详细描述，本发明的其它方面、优点及新颖特征将显而易见。
附图说明
图1为本发明的离子束注入系统的功能性方框图；
图2为图1的离子注入系统中的选定部件及扫描或条带状离子束的俯视平面图；
图3为图1及2的注入系统中的选定部件及由离子束扫描的区域的离子束路径的图示；
图4为本发明示范性离子束注入系统的选定最后能量过滤部件的透视图；
图5A及5B分别为本发明的离子束注入系统的离子束路径及若干可能的法拉第杯位置的示意俯视平面图及右侧视图；
图6为本发明的示范性离子束注入系统的具有最后能量弯折部、AEF系统的部件以及终端站的离子束路径的简化右侧视图；以及
图7为适用于图1至6的离子束注入系统的示范性AEF系统的简化右侧视图。
具体实施例
现将参考附图来描述本发明，在附图中相同的参考符号总是表示相同的部件。本发明提供一种供离子注入系统使用的用于提供与晶片的剂量相关联的精确离子流测量的系统及方法。这种使用可包括剂量测量、数据记录以及到该系统的反馈以用于对例如晶片慢扫描移动驱动器的速度进行闭环回路控制。
特别是由于光致抗蚀剂气体释出而在处理室内存在高压力时的剂量控制需要一种用于当部分离子束在到达晶片的路径中被中和时来确定有效注入束流的措施。传统上，这是通过测量在束路径内的压力，并通过基于压力和已知或经验确定的电荷交换几率来估算已变成中性的部分来校正在终端站内晶片处测得的流而达成。这些测量及估算技术极为繁琐，成本昂贵，且会将额外的不精确性引入至该最后的剂量确定，特别是与来自离子源及来自晶片的气体释出的束流变化相关联。
本发明的离子注入系统组合了具有最后能量弯折部的最后能量过滤器与扫描或条带状离子束，以为离子束提供新的起始点。也就是说，从该最后能量弯折部开始，在被引导朝向晶片的离子束中，该离子束基本上没有中性物。根据本发明的一个方面，将法拉第剂量杯设于紧接着最后能量弯折部之后，该最后能量弯折部与该条带状离子束的平面正交。如此，在引导朝向该晶片的路径内有大量机会产生中性物之前，测量该离子流。因而，在该最后能量弯折部附近的杯流测量，可在大部分注入条件下消除对测量的流进行压力补偿的需要。相反，位于终端站或室区域内的剂量杯遭受光致抗蚀剂气体释出的显著不利影响。
现参照各附图，图1和图2说明了以100概括示出的其中可实施本发明的各个方面的离子束注入系统。系统100包括用于提供形成扫描或条带状离子束104的离子的离子注入机102，该离子束经由角能量过滤器(AEF)系统110而通过束路径，该角能量过滤器(AEF)系统使用最后能量弯折部来过滤用于注入的最后能量离子束114的离子并将其重新引导至位于终端站120的工件或晶片118内。在本发明中，可以互换地使用术语“晶片”与“工件”。
AEF系统110包括一对偏转板122，偏转板122静电地(或备选地磁性地)弯折扫描或条带状离子束104的带电离子，以便按选择性最后能量产生所得的离子束114。AEF系统110的抑制电极124终止了带正电偏转板的电势场，因此电子不会从终端站120被牵引。AEF系统110还包括AEF剂量杯128，该AEF剂量杯128紧接在该离子束的最后能量弯折部之后，以精确地测量该离子流。该AEF系统的最后能量弯折部还用于沿着离子束路径朝下游方向将经过能量过滤的离子束114引导向终端站120内由静电夹钳130所夹持的目标晶片118。
图3说明了当从经过能量过滤的离子束114观察时图1及2的注入系统中由离子束所扫描的区域以及若干系统部件的图示300。条带状离子束114撞击到晶片118，该晶片118例如被夹持到终端站120或另一这种注入室内的平移碟形静电夹钳130。尽管公开了平移夹钳130，但是应理解，本发明同样可应用许多类型的夹钳移动，包含旋转、平移以及“连续”离子束注入机的移动，即，其中离子束114被引导以扫描静止工件118的表面。晶片118的平移“慢扫描”或“y”移动330，连同扫描或条带状离子束114的“x”宽度，提供一涵盖整个晶片118的较大扫描区域310。未被该晶片使用或扫描的区域称为过扫描区域320，其可用于剂量测量。
根据本发明，紧接在该最后能量弯折部之后，条带状离子束114在到达晶片118的路径上还撞击图2的AEF剂量杯128。图3说明AEF剂量杯128利用过扫描区域320，并因此不会干扰撞击该工件的离子束。不同于令剂量杯位于晶片处、靠近晶片或超过晶片的传统系统，本发明的离子注入系统100将AEF系统110的AEF剂量杯128设于AEF室内，正好位于终端站或注入室的上游，由此减轻所讨论的气体释出和离子交换问题。此外，通过使剂量杯128紧接在该最后能量弯折部之后，已经从离子束移除中性离子且仅出现极少的束中和，由此使测得的电流为注入流的极为精确的近似。尽管AEF剂量杯128在示例中示出为位于离子束过扫描区域320的右侧，但是还应理解，在本发明中离子束过扫描的左侧或右侧都可以用于放置AEF剂量杯128，诸如剂量杯备选位置128a。
图4说明了根据本发明的示范性离子束注入系统400的选定最后能量过滤部件。注入机(例如，图1及2的102)可用于提供扫描或条带状离子束104。离子束104进入角能量过滤器AEF系统110，在角能量过滤器AEF系统110，离子束在例如包括正电势板122a(例如，+25kV)与负电势板122b(例如，-25kV)的偏转板122之间弯折(偏转)。离子束104随后通过用于终止正电势偏转板122a以及吸收该离子束中性部分的能量的抑制电极124。然后，在被朝下游引导向终端站120之前，由紧接在板122处能量弯折部之后的AEF系统110内的AEF剂量杯128来测量离子束104内的离子流。在该束朝向该工件经过该束路径的显著距离并遭遇到持续增加的离子交换率之前，AEF剂量杯128测量与束104的最后能量相关联的离子流。如此，与在晶片处或其附近进行的典型测量的剂量测量结果相比，可以获得更精确的剂量测量结果。
当AEF剂量杯128测量该过扫描区域(例如图3的320)内的离子流时，可利用该离子束过扫描的左侧或者右侧(或二者)来放置剂量杯128，诸如剂量杯备选位置128a。
离子束注入系统400还包括在由注入室壁定义的终端站120内的部件。能量过滤狭缝440进一步定义被朝向晶片118引导的离子束114内的可接受离子的高度，并因此定义该可接受离子的能量带。可在注入设定时以及用于校正系统400时利用位于或靠近晶片平面的分布轮廓器(proflier)或分布轮廓剂量杯442，。
图5A及5B分别示意性地说明了离子束路径以及使用根据本发明的离子束注入系统500的注入过程中用于监测离子流的若干可能剂量杯位置的俯视平面图及右侧视图。系统500从离子源产生扫描或条带状离子束502，其中在一个示例中该束的离子通过P透镜和加速管503被均匀地成形和加速至更高能量状态或较低能量状态。离子束502然后进入配置成过滤该束502的能量的角能量过滤系统504。例如，通常带正电的离子束502按照与该最后能量状态及期望方向相对应的角度(例如15°角)，被偏转板506弯折(例如，绕标称弯折轴505)朝向负偏转板并离开正偏转板。尽管这里说明和讨论了15°偏转角，但是还应理解，可根据本发明利用任何这种角度和相应能量。
在离子束502被偏转板506弯折后，离子束502接着通过用于终止正电势偏转板(例如122a)以及吸收离子束502中性部分能量的抑制电极507。随后紧接着在沿下游方向被引导朝向终端站510之后，由AEF系统504内的AEF剂量杯508来测量离子束502内的离子流。在该束朝向工件512经过该束路径的显著距离之前，AEF剂量杯508测量与离子束502的最后能量相关联的离子流。在AEF系统504之后，离子束502离开该AEF室区段内的AEF系统504，并通过该离子束路径下游进入终端站510。在终端站510中被抽成真空的注入室内，该离子束进入控制晶片512上的电子电荷的电子洪流组件(electron floodassembly，EF)514。EF 514也可以可选地包括一个或更多相关的剂量杯516，这些剂量杯516可用于监测终端站510内的过扫描流。离子束502随后撞击晶片512、用于测量跨过晶片512的通量的分布轮廓剂量杯518并最终撞击用于测量该未扫描或扫描离子束流的调谐旗板(tuneflag)520，同时在注入之前将束光学元件调整至期望值。
在设定过程中，就在注入开始之前，将在剂量杯508及516内测量的离子流与当通过晶片平面附近的扫描束时由分布轮廓杯518测量的通量进行比较。由于注入尚未开始，因此此时对于这些杯之间的电荷交换差异仅会有相对微小的校正，但是位置上的差异会由于通量变化以及剂量杯位置和晶片位置之间的束传送差异而导致流的微小差异。在杯校准过程中测得的方程(1)中的因子CCC＝IP-cup/IAEF校正这些影响。类似的因子CCC，＝IP-cup/IES用于校正终端站杯516。该校正确保在剂量杯508或516测得的流被恰当地按比例缩放以表示该晶片处的流，并且确保该流在无显著压力变化时可以用于精确剂量控制。
在注入过程中当带电离子经过离子束路径502时，带电离子遭遇与杂散气体分子的电荷交换碰撞。尽管在本发明中该影响被最小化，仍有部分离子被中和且不会被剂量杯508或516计算。因此，所测得的离子束流可能不会完整地反映晶片512处实际的掺杂剂通量。不过，在注入过程中可将前述方法a、b或c其中之一应用于AEF剂量杯读数过程，以校正对离子束流的电荷交换效应。
为了最小化晶片处的气体释出效应，可将AEF剂量杯508置于尽可能远离终端站的该系统的部分中，例如具有更佳真空状态的AEF室。此外，例如可以使用比例常数CP来解释经弯折部后变成中性而对该注入剂量有贡献的离子部分，以获得真实的注入剂量水平。
例如，对于大多数注入，AEF内的较低压力上升以及电荷交换的较短距离可将AEF剂量杯内的电荷交换效应保持在可以忽略的足够小程度，CP＝1提供了充分的剂量控制。
另一方面，如果经验显示某些注入导致较高的气体释出水平，使得AEF区域内的压力足够高从而显著了影响AEF剂量杯读数，则可利用如前在(b)及(c)中所示的用于导出CP的两种方法中的任意一种来校正该情况。可按如下若干方式之一来确定该结论：1)累积于覆盖有光致抗蚀剂的晶片内的剂量与由相同配方注入的裸晶片之间相差约1％或以上。或者，在覆盖有光致抗蚀剂的晶片的剂量中可能存在不均匀性，这是因为当离子束扫过晶片中部时，与在晶片上耗费了较少时间的慢扫描端部相比，会出现更多的气体释出。2)在注入过程中与AEF压力变化相关联的AEF杯流的读数显著变化，将表示该流读数受到电荷交换的影响而非受源输出变化的影响。3)与AEF剂量杯读数的较小变化相关联的终端站剂量杯516内的大变化，与朝此晶片的该路径内的电荷交换相一致。
图6说明了根据本发明的另一示范性离子束注入系统600。系统600还示出了穿过系统600的离子束602路径，系统600具有位于注入处理室612内终端站610上游的AEF室607的区域内的角能量过滤系统604。通过真空隔离阀614可以使终端站610内的环境气体与AEF室607的环境气体隔离。在操作过程中，这些室其中之一或二者内的压力可通过例如真空泵浦620及两个低温泵浦622的真空泵浦或低温泵浦来降低。在本发明一个实施例中，AEF室区域607内的压力可降低到低于终端站610内的压力，由此减少气体释出及其它压力源对AEF剂量杯的影响。
类似于前述系统，系统600从离子源产生扫描或条带状离子束602，其中该离子通过加速管626依需要被加速或减速。离子束602然后进入配置成过滤离子束602的能量的角能量过滤系统604。例如，通常带正电的离子束602以与最后能量状态及期望方向相对应的角度(例如，15°角)，而被偏转板630弯折远离正偏转板630a而朝向负偏转板630b。离子束602内具有期望能量的离子现在以沿期望离子束路径轨迹偏转，经过抑制电极632并到达AEF系统604中位于AEG弯折部附近的AEF剂量杯634。未被偏转的中性粒子的能量可被位于抑制电极之后的中性离子束俘获器636吸收。AEF剂量杯634可紧接着位于该中性离子束清除器(dump)之后。过高能量离子被高能量污染物清除器638滤除(俘获)，而过低能量离子被过低能量污染物清除器640滤除(图中示出了两处)。
结果得到的具有期望能量的离子束602，连同在最后能量弯折部之后的离子交换中所形成的部分中性粒子，随后撞击到晶片642，该晶片642由终端站610的注入处理室612内的晶片支撑结构644所夹持。晶片支撑结构644可用于赋予该晶片相对于扫描或条带状离子束602的旋转与/或平移移动。
在生产过程期间，也就是说，当半导体晶片工件642正被离子束602撞击且由此被注入离子时，离子束602经过从离子源(未示出)到注入室612的抽真空路径，其中注入室也被抽真空。离子束602在晶片工件642旋转与/或平移时(例如图3的330)会撞击该晶片工件642。根据本发明的一个方面，可在由从AEF剂量杯634测量结果的反馈所提供的控制电子部件(未示出)的闭环回路控制下，通过支撑结构644的平移速度来(至少部分地)确定工件642所接收的离子剂量。
图7说明了适合在依据本发明的图1至6的离子束注入系统中使用的示范性AEF系统704。AEF系统704具有安装架(mounting)705，该安装架可以安装在AEF室壁707的右侧或左侧上。AEF系统704包含偏转板730，偏转板730通常分别使用正和负偏转板730a、730b上的高压电势(例如+/-25kV)，以如图所示偏转带正电离子束702。在本实施例中，离子束702沿向下方向相对于水平束路径弯折约15°，在继续向下游前进到终端站及晶片工件之前通过抑制电极732到达AEF剂量杯734。类似于AEF系统704的其它部件，AEF剂量杯734也可紧固到安装架705，或是安装到AEF室707的侧壁或后壁。
本发明的目的是考虑到诸如维持AEF内的均匀偏转场的其它因素，将AEF剂量杯734布置为尽可能靠近AEF系统704内的最后能量弯折部。因此，该布置的目的在于，在进行剂量测量之前提供用于离子交换的最短可能路径，以及将剂量杯734安装在达到最可能真空的位置以使离子交换碰撞最小化。此外，意在将AEF剂量杯734放置为尽可能远离晶片，其中该晶片由于光致抗蚀剂气体释出而成为主要的压力源，由此使这种负面影响剂量测量的离子交换碰撞机会最小化。AEF系统704还包括另一组的抑制电极740，用于抑止电子从AEF区域朝加速管移动。
因此，在本发明所述的系统中，剂量杯放置为靠近AEF最后能量弯折部，以测量在经过大部分的路径长度之前维持带电足够长久而能完成在离子束路径内的弯折以抵达晶片的那些离子。如此，按此杯的流会与进入晶片的流成正比，并且与先前在终端站内用于此目的剂量杯相比，遭遇到显著更少的电荷交换。比例常数CP可由所公开的两种方法其中之一来确定，以补偿大得足以需要校正的压力变化。接着，在注入过程中，可利用CP及AEF剂量测量结果来确定与AEF剂量测量结果成正比的真实注入剂量，如上面的方程(1)所示。因此，如前所述，诸如在图5A的516处所示剂量杯的其它剂量杯可以是不必要的。
通过将泵浦放置在AEF室(例如607、707)内以便保持AEF室内的压力低于处理室612内的压力，可以进一步降低光致抗蚀剂气体释出对于AEF剂量杯的影响。
因此，位于扫描或条带状离子束的最后能量弯折部的剂量杯可用于精确的剂量测量或者用于闭环回路剂量控制。这种控制可用于影响扫描速度，以确保在出现例如来自离子源输出的离子束流变化时或在出现来自晶片的气体释出时剂量仍是均匀的。
虽然已结合特定应用和实施例示出并描述了本发明，但是应理解，本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图之后，即可想到等同替代和修改。特别是对于由上述各部件(组件、装置、电路、系统等)所执行的各种功能，用于描述这些部件的用语(包含对“措施”的引用)旨在与(除另指出)执行该所述部件的指定功能的任何部件(也就是说功能性等同的部件)对应，即使在结构上并不等同于执行本文所述本发明示范性实施中的功能的公开结构时，也是如此。
此外，尽管已经结合多种实施例仅其中之一公开了本发明的具体特征，但是这些特征可根据期望与其他实施例中的一个或多个其他特征相组合，并且对于任何给定或具体应用也是有利的。此外，就详细说明书或权利要求书使用的词语“包含”、“含有”、“具有”、“拥有”及其变体的范围而言，这些用词语与“包括”一词相似的方式旨在是包含性的。
Claims (38)
1.一种离子注入系统，包括：
离子注入机，配置成产生条带状离子束；
角能量过滤器系统，配置成通过在最后能量弯折部使所述束弯折来过滤所述条带状离子束的能量；
角能量过滤器剂量杯，与所述角能量过滤器系统相关联，并配置成基本上紧接在所述最后能量弯折部之后来测量离子束流；以及
终端站，位于所述角能量过滤器系统下游，所述终端站是由室所定义，其中工件被紧固在适当位置以相对于所述条带状离子束移动，从而将离子注入所述工件内。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器系统包括：
一对偏转板，用于将所述离子束偏转一目标偏转角度，由此定义与从原始路径的偏转角度相对应的所述离子束的最后能量水平；
一组抑制电极，位于所述偏转板下游，所述抑制电极配置成终止由所述偏转板赋予所述离子束的正电势，以及离子束清除板，用来吸收所述束内未被所述偏转板偏转的中性粒子的能量；以及
所述角能量过滤器剂量杯紧接在所述离子束内的所述最后能量弯折部之后，用于在所述离子束的显著部分被中性化之前测量所述束内的离子流。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述离子束的最后能量水平对应于偏离所述原始路径约15度的偏转角度。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于与被所述条带状离子束扫描的所述工件的区域相关的过扫描区域内。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述离子束内最后能量弯折部的平面与所述条带状离子束的平面正交。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器系统置于角能量过滤器室区域内，其中压力通过泵浦而降低至低于所述角能量过滤器室下游的所述终端站内的压力。
7.如权利要求1所述的系统，还包括剂量补偿控制系统，其中所述角能量过滤器剂量杯测量结果用于控制所述工件跨过所述离子束的扫描速度。
8.如权利要求7所述的系统，还包括压力补偿以校正所述角能量过滤器剂量杯测量结果，所述压力补偿包括：
压力传感器，可工作以测量与所述注入系统相关联的压力，所述传感器的输出连接到所述补偿控制系统，以基于所测得的压力来校正所述扫描速度；
补偿电路及补偿软件例程之一，其适用于确定压力补偿因子，所述压力补偿因子为所测得的压力及所测得的离子束流的函数；以及
扫描移动控制系统，可工作以基于所测得的压力和所述压力补偿因子来控制所述工件跨过所述离子束的扫描速度。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述角能量过滤器系统置于角能量过滤器室区域内，且其中所述角能量过滤器室内的压力通过泵浦进一步降低至低于所述角能量过滤器室下游的所述终端站的压力，以减少气体释出及压力对所述角能量过滤器杯的影响。
10.如权利要求1所述的系统，其中来自靠近所述工件的剂量杯的读数与注入过程中的所述角能量过滤器杯的读数比较，以推导两个位置之间的电荷交换率差异，由此可以确定在相应路径长度上所产生的中性粒子的数目。
11.如权利要求1所述的系统，其中在所述角能量过滤器剂量杯测得的离子流与前往所述工件的离子流成正比。
12.如权利要求1所述的系统，其中注入所述工件的离子流根据下式通过比例因子CP被确定为与在所述角能量过滤器剂量杯测得的流成正比：
Iimplanted＝IAEF＊CP。
13.如权利要求12所述的系统，其中CP是基于所述角能量过滤器杯和终端站杯的读数来计算，以确定影响所述角能量过滤器杯的电荷交换比例并对于压力变化来补偿所述读数。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述条带状离子束为扫描离子束。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述条带状离子束为连续离子束。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯在所述离子束朝所述工件经过所述束路径的较大部分距离之前的位置，测量与所述离子束的最后能量相关联的离子流。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置为与所述工件相比更靠近所述离子束的最后能量弯折部。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置为与所述工件相比更靠近所述离子束的最后能量弯折部。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于其中在所述离子束已经在朝所述工件的路径上随后交换所述离子束的较大部分的离子之前便进行与所述离子束的最后能量相关联的离子流测量的位置。
20.如权利要求1所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于其中在所述离子束已经在朝所述工件的路径上随后交换所述离子束的大量部分的离子之前便进行与所述离子束的最后能量相关联的离子流测量的位置。
21.一种离子注入系统，包括：
离子注入机，配置成产生扫描或条带状离子束之一；
角能量过滤器系统，配置成通过在最后能量弯折部弯折所述离子束来过滤所述离子束的能量；
角能量过滤器剂量杯，与所述角能量过滤器系统相关联，并配置成测量离子束流，所述角能量过滤器剂量杯置于所述最后能量弯折部之后，与工件相比更靠近所述最后能量弯折部；以及
终端站，位于所述角能量过滤器系统下游，所述终端站是由室所定义，其中所述工件紧固在适当位置，并提供相对于所述条带状离子束的移动以将离子注入所述工件内。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述角能量过滤器系统包括：
一对偏转板，用于将所述离子束偏转一目标偏转角度，由此定义与从原始路径的偏转角度相对应的所述离子束的最后能量水平；
一组抑制电极，位于所述偏转板下游，所述抑制电极配置成终止由所述偏转板赋予所述离子束的正电势；以及
所述角能量过滤器剂量杯紧接在所述离子束内的所述最后能量弯折部之后，用于在所述离子束的显著部分被中性化之前测量所述束内的离子流。
23.如权利要求21所述的系统，其中所述离子束的最后能量水平对应于偏离所述原始路径约15度的偏转角度。
24.如权利要求21所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于与被所述条带状离子束扫描的所述工件的区域相关的过扫描区域内。
25.如权利要求21所述的系统，其中在所述离子束内的最后能量弯折部的平面与所述条带状离子束的平面正交。
26.如权利要求21所述的系统，其中所述角能量过滤器系统置于所述终端站上游的室区域内，其中压力通过泵浦被降低至低于所述终端站的压力。
27.如权利要求21所述的系统，还包括剂量补偿控制系统，其中所述角能量过滤器剂量杯测量结果用于控制所述工件跨过所述离子束的扫描速度。
28.如权利要求27所述的系统，还包括压力补偿以校正所述角能量过滤器剂量杯测量结果，所述压力补偿包括：
压力传感器，可工作以测量与所述注入系统相关联的压力，所述传感器的输出连接到所述补偿控制系统以基于所测得的压力来校正所述扫描速度；
补偿电路及补偿软件例程之一，其适用于确定压力补偿因子，所述压力补偿因子为所测得的压力及所测得的离子束流的函数；以及
扫描移动控制系统，可工作以基于所测得的压力和所述压力补偿因子来控制所述工件跨过所述离子束的扫描速度。
29.如权利要求27所述的系统，其中所述角能量过滤器系统置于室区域内，且其中所述室内的压力通过泵浦进一步降低至低于所述室下游的所述终端站的压力，以减少气体释出及压力对所述角能量过滤器杯的影响。
30.如权利要求21所述的系统，其中来自靠近所述工件的剂量杯的读数与注入过程中的所述角能量过滤器杯的读数比较，以推导两个位置之间的电荷交换率差异，由此可以确定在相应路径长度上所产生的中性粒子的数目。
31.如权利要求21所述的系统，其中在所述角能量过滤器剂量杯测得的离子流与前往所述工件的离子流成正比。
32.如权利要求21所述的系统，其中注入所述工件的离子流根据下式通过比例因子CP被确定为与在所述角能量过滤器剂量杯测得的流成正比：
Iimplanted＝IAEF＊CP。
33.如权利要求32所述的系统，其中CP是基于所述角能量过滤器杯和终端站杯的读数来计算，以确定影响所述角能量过滤器杯的电荷交换比例并对于压力变化来补偿所述读数。
34.如权利要求21所述的系统，其中所述离子束为扫描离子束。
35.如权利要求21所述的系统，其中所述离子束为连续条带状离子束。
36.如权利要求21所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于其中在所述离子束已经在朝所述工件的路径上随后交换所述离子束的较大部分的离子之前便进行与所述离子束的最后能量相关联的离子流测量的位置。
37.如权利要求21所述的系统，其中所述角能量过滤器剂量杯置于其中在所述离子束已经在朝所述工件的路径上随后交换所述离子束的较大部分的离子之前便进行与所述离子束的最后能量相关联的离子流测量的位置。
38.一种利用角能量过滤器剂量杯来补偿压力及离子源变动的方法，其中所述角能量过滤器剂量杯靠近离子注入系统终端站上游的最后能量弯折部，所述方法包括：
在所述终端站内提供工件，所述终端站在所述离子注入系统的工件平面处具有分布轮廓杯；
在注入设定过程中校正所述角能量过滤器剂量杯，以建立相对于所述分布轮廓杯的离子流比例常数；
假设所述工件通过所述离子束的初始扫描速度；
利用所述离子注入系统及所建立的离子流比例常数，使用离子束注入所述工件的区域，同时在所述离子注入系统内的所述角能量过滤器剂量杯处测量离子束流；
测量与被注入的工件相关联的离子流；以及
根据所述初始扫描速度、在所述角能量过滤器剂量杯处所测得的离子束流、所述离子流比例常数以及期望剂量水平来确定扫描速度补偿。
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