CN107210177B - 用于扫描束注入机的束轮廓确定速度提升 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子注入系统和方法，其中离子束被调节到第一工艺处方。沿扫描平面以第一频率扫描该离子束，限定第一扫描离子束。将束轮廓确定装置平移通过所述第一扫描离子束，并在所述第一扫描离子束的宽度的范围测量所述第一扫描离子束的一个或多个属性，由此限定与所述第一扫描离子束相关联的第一束轮廓。然后，沿扫描平面以第二频率扫描所述离子束，由此限定第二扫描离子束，其中，第二频率小于第一频率。至少部分地基于所述第一束轮廓确定与所述第二扫描离子束相关联的第二束轮廓。随后，经由所述第二扫描离子束将离子注入到工件中。

Description

用于扫描束注入机的束轮廓确定速度提升

相关申请的引用

本申请要求于2014年12月26日递交的题为“BEAM PROFILING SPEED ENHANCEMENTFOR SCANNED BEAM IMPLANTERS”的美国临时申请No.62/096,963的优先权，其全部内容通过引用的方式并入。

技术领域

本发明一般地涉及离子注入系统，更具体地，涉及用于方便地确定离子束电流轮廓的剂量测定系统方法。

背景技术

在半导体器件的制造中，使用离子注入对半导体掺杂杂质。离子注入系统通常被用于利用来自离子束的离子对诸如半导体晶圆的工件进行掺杂，以在集成电路的制造期间产生n型或p型材料掺杂或者形成钝化层。当被用于掺杂半导体晶圆时，离子注入系统将所选择的离子种类注入工件中以产生期望的非本征材料。

在离子注入中通常希望确定传送至该工件的掺杂剂的量。对注入到晶圆或工件中的离子的测量被称为剂量测定。在离子注入应用中，剂量测定通常通过测量电流(例如，离子束电流)来执行。在控制被注入离子的剂量时，通常是利用闭环反馈控制系统来动态地调节注入，以在被注入的工件中实现剂量均匀性。这种控制系统监测离子束的电流，以控制工件扫描通过离子束的速度，由此在工件上提供均匀的离子注入。

在具有带状离子束(例如，横截面宽度大于高度的静电扫描离子束)的离子注入系统中，经常需要离子束的轮廓或形状，以便正确地调节工件通过束的平移速度以及路径，以实现均匀掺杂。在这种情况下，当以与向工件中进行注入期间所利用的频率相同的频率对离子束进行静电扫描时，法拉第杯通常平移或扫描通过离子束。这样，法拉第杯中的缝递增地测量与离子束相关联的束电流并且法拉第杯将在每一个空间点处停留足够长的时间，以在整个束轮廓上对电流进行积分。

法拉第杯如此通过离子束提供了离子束的时间相关轮廓，并且通常被认为是离子束的总轮廓的充分近似。然而，因为时间相关轮廓通常使用与在实际向工件中注入期间所利用的离子束扫描频率相同的频率来执行，并且因为经常期望一个以上的轮廓以降低噪声效应，过长的轮廓确定时间非常常见，并且吞吐量受到影响。

发明内容

本公开内容目前提供了一种用于通过以显著大于实际注入期间所利用的速度的离子束扫描速度执行轮廓确定操作来充分并快速确定离子束轮廓的系统和方法。因此，以下呈现了简单的发明内容以提供对本发明的一些方面的基本理解。本发明内容不是本发明的扩展概述。其既不意在确定本发明的关键或必要元素，也不意在勾画本发明的范围。其目的是以简化形式呈现本发明的一些构思，作为稍后呈现的更详细描述的前言。

在扫描束离子注入系统中(例如，二维的扫描束或使用一维机械扫描的一维的扫描束)，剂量均匀性校正、角度测量和校正以及其它“带状”束测量通常发生于离子束以用于注入至工件中的扫描频率进行扫描。当扫描频率非常低(例如，近似1至2Hz)时，为得到特定的工艺优点，测量时间变得非常长(例如，1至2分钟或更多的数量级)，原因在于测量设备需要累积足够数量的扫描。

例如，通常利用移动穿过“带状”束轮廓的行进缝法拉第杯来执行剂量均匀性测量。杯需要在每一个空间点处驻留足够长的时间，以在整个束轮廓上对电流进行积分。典型地，在至少若干完整的轮廓上对大约300个空间点进行测量和积分，以减小噪声。即使使用一对轮廓，在1Hz处，该动作仍耗费约300秒(例如，300*1个完整循环(束通过杯2次)*1秒/循环＝300秒)。由于通常执行至少两次轮廓确定，这会导致测量时间长至不可接受，由此产生与较高扫描频率相比较大的吞吐量下降。因此，本公开内容描述了用于缩短与慢速束扫描相关联的测量时间的装置和方法。

本公开目前呈现的是，瞬时束轮廓形状并不强烈地根据关注范围(例如，1至1000Hz)中的扫描频率。因此，本公开可以有利地提供将在高频处进行的束测量，由此缩短测量花费的时间。一旦测量完成之后，扫描频率可以降回到注入所需要的低频。如果需要，可以在注入频率处进行最终检查。

因此，本发明提供一种用于注入离子的方法，其中将离子束调节到期望电流。例如，该离子束调节能够利用关闭对束的扫描或开启扫描来执行并且以注入扫描频率或不同的频率来执行。然后，将扫描调节至和用于注入的频率不同的频率处，使得新频率对较快的测量时间是最佳的。例如，用于测量的频率显著高于用于注入的频率。进一步执行离子束测量，例如剂量均匀性测量和束角度测量。接着将扫描频率改变为注入扫描频率。如果需要，可以在注入扫描频率处执行束测量的最终检查。

如果以两个不同频率进行的测量之间存在变化，则可以基于两个测量集合之间的频率差别应用校正。例如，如果束角度在低频边缘处增加，则可以校正高频处的测量以对此加以考虑。例如，可以按处方逐个储存这些校正(例如，与自动调节历史类似)。

此外，提供利用这种校正的另一方法，在该方法中将离子束调节到期望电流。该束调节能够通过扫描关闭或扫描开启来执行并且可以在注入扫描频率或不同的频率处执行。将扫描调节至与用于注入的频率不同的频率处，使得新频率对于较快的测量时间是最佳的。例如，用于测量的频率能够显著高于用于注入的频率。进一步执行束测量，例如剂量均匀性测量和束角度测量。

然后将扫描频率切换至注入扫描频率，并可以应用对测量和扫描波形的校正。如果需要，还可以在注入扫描频率处执行最终束测量检查。

以两个频率进行的测量之间的变化的一个主要原因在于：扫描生成或放大系统的频率响应的差别。在这种情况下，以比比较束轮廓确定器的各次操作更快的特定方式来匹配两个频率的波形可能是有利的。作为一个示例，可以先使用电场或磁场的高带宽不相关测量来测量每一个频率处的实际波形，并且然后在慢速扫描频率处修改扫描波形直到其与较高频率扫描处的波形形状精确匹配为止。在一个示例中，利用频率响应误差的理论模型而不是直接测量来调节波形同样是足够的。在任一情况下，本公开内容能够减少轮廓测量的迭代次数并且缩短总校正时间。

本发明一般地涉及一种用于快速确定离子束轮廓的离子注入系统和方法。根据一个示例性方面，离子注入系统包括：离子源，被配置为产生具有与离子束相关联的离子束电流的离子束。例如，离子束包括扫描笔状束或带状束。质量分析器还被提供和配置为对离子束进行质量分析。

根据一个示例，提供离子束扫描器并将其配置为沿扫描平面对离子束进行扫描，从而限定扫描离子束。例如，束扫描器还被配置为以第一频率和第二频率扫描离子束，其中第一频率大于第二频率。在一个示例中，第一频率比第二频率大一个数量级，其中第一频率用于对离子束进行分析，并且第二频率用于将离子注入到工件中。端台被配置为例如当所述束扫描器以所述第二频率扫描所述离子束时在与所述工件相关联的工件平面处接收所述扫描离子束。

在一个方面，束轮廓设备被配置成至少当以第一频率扫描离子束时沿扫描平面平移扫描离子束。例如，束轮廓设备还被配置为测量扫描离子束的一个或多个属性，例如扫描离子束的电流和角度取向，其中测量与束成像设备的平移同时发生。

控制器还被配置为在离子束以第二频率扫描时确定扫描离子束的轮廓，其中该确定至少部分地基于在以第一频率扫描离子束时扫描离子束的一个或多个属性。在另一示例中，控制器还被配置为当以第二频率扫描离子束时基于以第一频率测量的离子束的一个或多个属性以及离子束的期望的一个或多个属性来调节离子束。控制器例如被配置为经由对离子源、质量分析器以及束扫描器中的一个或多个的控制来调节离子束。

根据本公开的另一方面，提供了用于注入离子的方法，其中将离子束调节到第一工艺配方。沿扫描平面以第一频率扫描离子束，其中限定第一扫描离子束，并且束轮廓确定装置平移通过第一扫描离子束。在束轮廓确定装置平移的同时在第一扫描离子束的宽度范围测量第一扫描离子束的一个或多个属性，由此限定与第一扫描离子束相关联的第一束轮廓。例如，第一束轮廓包括在第一扫描频率处的离子束的时间和位置相关轮廓。

离子束还被配置为以第二频率沿扫描平面扫描以注入工件中，由此限定第二扫描离子束，其中第二频率小于第一频率。由此，至少部分地基于第一束轮廓确定与第二扫描离子束相关联的第二束轮廓。例如，第二束轮廓包括在第二扫描频率处的离子束的时间和位置相关轮廓，其中第二束轮廓同样基于第一束轮廓。在一个示例中，进一步将离子束调节到第二工艺处方，其中第二工艺处方基于第二轮廓。在另一示例中，确定第二轮廓还基于与离子束的扫描相关联的扫描生成和放大系统的频率响应。

因此，为了完成前述和相关目的，本发明包括：在下文中完全描述且在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的特定说明性执行例。然而，这些执行例指示可以采用本发明原理的各种方式中的一些方式。在结合附图考虑时，根据下面对本发明的详细说明，本发明的其他目的、优点和新颖性特征将变得清楚。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个示例性方面的离子注入系统的框图。

图2是示出了根据本公开的用于确定离子束轮廓的示例性方法的框图。

具体实施方式

本发明总体上针对一种用于快速确定扫描离子束的轮廓的系统、装置和方法。因此，现在将参照附图描述本发明，其中，相似的参考标号可以用于始终表示相似的元件。应当理解，对这些方面的描述仅是说明性的，它们不应当被解释为限制意义。在下文的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是：可以在没有这些具体细节的情况下执行本发明。

现在参照附图，图1示出了具有终端102、束线组件104和端台106的示例性离子注入系统100。终端102例如包括由高压电源110供电的离子源108，其中，离子源产生并引导离子束112通过束线组件104，并最终到达端站106。离子束112例如可以采用点状束、笔状束、带状束或任何其他形状束的形式。束线组件104还具有束导(beamguide)114和质量分析器116，其中，建立偶极磁场以仅使具有适当电荷质量比的离子在束导114的出口端通过孔径118以到达位于端站106中的工件120(例如，半导体晶圆、显示面板等)。

根据一个示例，诸如静电或电磁扫描器(一般被称为“扫描器”)的离子束扫描机制122被配置为沿相对于工件120的至少第一方向123(例如，+/-y方向，也叫做第一扫描路径或者“快速扫描”轴、路径或方向)扫描离子束112，其中限定带状离子束124或扫描离子束。此外，在本示例中，提供了工件扫描机制126，其中，工件扫描机制被配置为沿至少第二方向125(例如，+/-x方向，也叫作第二扫描路径或者“慢速扫描”轴、路径或方向)选择性地扫描工件120通过离子束112。例如，离子束扫描系统122和工件扫描系统126可以被单独设立或者彼此结合地设立，以提供工件相对于离子束112的期望扫描。

在另一示例中，沿第一方向123静电扫描离子束112，其中产生扫描离子束124，并且通过扫描离子束124沿第二方向125机械地扫描工件120。离子束112和工件120的这种静电和机械扫描的组合产生了所谓的“混合扫描”。本发明适用于相对于离子束112扫描工件120的所有组合，反之亦然。

根据另一示例，沿离子束112的路径设置束轮廓确定装置128，以测量离子束的一个或多个属性(例如，离子束电流)。束轮廓确定装置128可以设置在工件120的上游或下游，其中，束轮廓确定装置被配置为当离子束没有与工件相交时感测离子束112的一个或多个属性(例如，离子束电流)。例如，束轮廓确定装置128被配置为在预定时间内沿轮廓确定平面130(例如，沿第一方向123)平移通过离子束，其中，束轮廓确定装置还被配置为在平移的同时在离子束112的宽度132的范围测量束电流，由此限定离子束的时间和位置相关束电流轮廓134(也称为时间相关轮廓或时间相关测量)。

束轮廓确定装置128例如包括法拉第杯136，其中，一个示例中的法拉第杯包括指向上游(例如，面向离子束112)的窄缝138，并被配置为在离子束的整个宽度范围沿第一方向123橫穿法拉第杯，以获得离子束的轮廓。相应地，法拉第杯136因而被配置为向控制器140提供与时间和位置相关的束电流轮廓134。例如，控制器140被配置为针对离子源108、高压电源110、束导114、质量分析器116、离子束扫描机制122、工件扫描机制126和束轮廓确定装置128中的至少一个或多个控制和/或发送并接收信号。具体地，如将在下文进一步详细讨论的，控制器140被配置为控制扫描离子束112的频率，参见下文。

根据本发明的另一方面，图2示出了用于快速确定离子束轮廓的示例性方法200。应当注意的是，根据本发明，尽管示出了示例性方法并且本文中将示例性方法描述为一系列动作或事件，但是将认识到，本发明不受这些动作或事件的所示出的顺序限制，一些步骤可以按不同顺序发生和/或与除本文中示出并描述的步骤之外的其他步骤同时发生。另外，并非所示出的所有步骤都是执行根据本发明的方法所需的。此外，将认识到，可以与本文中示出并描述的系统相关联地以及与未示出的其他系统相关联地实现方法。

如图2中所示，方法200以动作202开始，在动作202中利用第一工艺处方形成离子束。例如，第一工艺处方包括用于对工件进行处理的各种设置。在动作204中，沿扫描平面以第一频率扫描离子束，以形成第一扫描离子束。例如，以第一频率经由离子束扫描系统122对图1的离子束112进行静电式扫描，由此限定图2的动作204的第一扫描离子束。在动作206中，通过将束轮廓确定装置平移通过离子束来测量第一扫描离子束的一个或多个属性。相应地，在一个示例中，限定与第一扫描离子束相关联的时间和位置相关第一轮廓。

例如，在束轮廓确定装置平移的同时在第一扫描离子束的宽度范围测量第一扫描离子束的一个或多个属性，由此限定与第一扫描离子束相关联的第一束轮廓。例如，第一扫描离子束的一个或多个属性包括电流、均匀性和离子束入射到工件的平面的角度中的一个或多个。

在动作208中，沿扫描平面以第二频率扫描离子束，以形成第二扫描离子束。在本示例中，第二频率小于第一频率。在一个示例中，第一频率比第二频率大一个数量级。在另一示例中，第一频率是第二频率的至少两倍。

在动作210中，确定与第二扫描离子束相关联的时间和位置相关第二轮廓，在动作210中该确定至少部分地基于第一束轮廓。因此，在动作212中，经由以第二频率扫描的第二扫描离子束将离子注入工件中。这样，例如，在以实质上高于注入期间所利用的扫描频率的频率处对图1的离子束112进行轮廓确定。因此，通过缩短确定离子束的轮廓所耗费的时间而提高吞吐量。

根据另一示例，离子束在图2的动作214中进一步按照第二工艺处方被调节，其中，第二工艺处方至少部分地基于第二轮廓。例如，第一扫描频率与第二扫描频率之间的变化能够通过将离子束调整到第二工艺处方而得到补偿。此外，确定第二轮廓可以进一步基于与离子束的扫描相关联的扫描生成和放大系统的频率响应。

虽然已经参照特定优选实施例示出并描述了本发明，但是显然的是，在阅读和理解本说明书和附图后本领域技术人员将能够进行等同替换和修改。具体地，关于由以上描述的元件(组件、装置、电路等)执行的各种功能，除非另外指示，否则用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)意在与执行所描述的元件的指定功能的任何元件相对应(即，功能上等同)，即使结构上与本文中示出的本发明示例性实施例中的执行所述功能的公开结构不等同。另外，虽然可能已经仅针对若干实施例中的一个实施例公开了本发明的具体特征，但是这种特征可以与其他实施例中的对于任何给定或具体应用而言是想要的和有利的一个或多个其它特征组合。

Claims (18)

1.一种用于将离子注入到工件中的离子注入系统，包括：

离子源，被配置为生成离子束；

质量分析器，被配置为对离子束进行质量分析；

束扫描器，被配置为沿扫描平面扫描所述离子束，由此限定扫描离子束，其中，所述束扫描器还被配置为以第一频率和第二频率扫描所述离子束，所述第一频率至少是所述第二频率的两倍；

端台，被配置为在所述束扫描器以所述第二频率扫描所述离子束时在与所述工件相关联的工件平面处接收所述扫描离子束；

束轮廓确定装置，被配置为在以所述第一频率扫描所述离子束时沿所述扫描平面平移通过所述扫描离子束，其中，所述束轮廓确定装置还被配置为在所述平移的同时测量所述扫描离子束的一个或多个属性；以及

控制器，被配置为在所述离子束以所述第二频率被扫描时部分地基于在以所述第一频率扫描所述离子束时所述扫描离子束的所述一个或多个属性来确定所述扫描离子束的轮廓。

2.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述离子束的所述一个或多个属性包括：离子束的电流和离子束入射到所述工件平面的角度中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述第一频率比所述第二频率至少大一个数量级。

4.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述束轮廓确定装置包括法拉第杯，所述法拉第杯被配置为沿所述扫描平面通过所述离子束。

5.根据权利要求4所述的离子注入系统，其中，所述法拉第杯包括窄缝，离子束的一部分被允许通过所述窄缝进入。

6.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述控制器还被配置为：当以所述第二频率扫描所述离子束时基于所述离子束的以所述第一频率测量的所述一个或多个属性以及所述离子束的期望的一个或多个属性来调节所述离子束。

7.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中，所述控制器被配置为：经由对所述离子源、所述质量分析器和所述束扫描器中的一个或多个的控制来调节所述离子束。

8.一种用于注入离子的方法，所述方法包括：

将离子束调节到第一工艺处方；

以第一频率沿扫描平面扫描所述离子束，由此限定第一扫描离子束；

将束轮廓确定装置平移通过所述第一扫描离子束；

在所述束轮廓确定装置平移的同时在所述第一扫描离子束的宽度范围测量所述第一扫描离子束的一个或多个属性，由此限定与所述第一扫描离子束相关联的第一束轮廓；以及

以第二频率沿所述扫描平面扫描所述离子束，由此限定第二扫描离子束，其中，所述第一频率至少是所述第二频率的两倍；

部分地基于所述第一束轮廓确定与所述第二扫描离子束相关联的第二束轮廓；以及

经由所述第二扫描离子束将离子注入工件中。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：将所述离子束调节到第二工艺处方，其中所述第二工艺处方基于第二轮廓。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一扫描离子束的所述一个或多个属性包括：所述离子束的电流、均匀性和角度中的一个或多个。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，束轮廓确定装置包括法拉第杯。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，确定第二轮廓还基于与所述离子束的扫描相关联的扫描生成和放大系统的频率响应。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一频率比所述第二频率至少大一个数量级。

14.一种在离子注入系统中执行剂量测定控制的方法，包括：

利用第一工艺处方形成离子束；

沿扫描平面以第一频率扫描所述离子束，以形成第一扫描离子束；

通过将束轮廓确定装置平移通过所述离子束来测量所述第一扫描离子束的一个或多个属性，由此限定与所述第一扫描离子束相关联的时间和位置相关的第一轮廓；

沿所述扫描平面以第二频率扫描所述离子束，以形成第二扫描离子束，其中，所述第一频率至少是所述第二频率的两倍；

部分地基于第一束轮廓确定与所述第二扫描离子束相关联的时间和位置相关的第二轮廓；以及

经由所述第二扫描离子束将离子注入到工件中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，测量所述离子束的所述一个或多个属性包括：测量离子束电流以及所述离子束在所述扫描平面处的入射角。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，测量所述离子束的一个或多个属性包括：将法拉第杯从第一扫描离子束的第一横向边缘平移到第一扫描离子束的第二横向边缘，并经由所述法拉第杯测量束电流。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一频率比所述第二频率至少大一个数量级。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：将所述离子束调节到第二工艺处方，其中所述第二工艺处方基于所述第二轮廓。

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