CN109887858A - 离子注入剂量的测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种离子注入剂量的测量装置及其测量方法，所述测量装置包括：导电部件，用于与晶圆的侧壁贴合，在对所述晶圆进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆共同接收注入离子；电流测量仪，所述电流测量仪与所述导电部件电连接，以测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆的离子注入剂量。本发明方案可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种离子注入剂量的测量装置及其测量方法。
背景技术
随着半导体集成电路的发展，对离子注入工艺的性能需求越来越高，并且由于离子注入剂量的均匀性和准确性会影响到晶圆品质，对晶圆离子注入的剂量控制也越来越关键。
在现有技术的一种具体应用中，采用剂量杯(Dose Cup)接收绕过所述晶圆边缘的注入离子，并采用电流测量仪对接收到的注入离子转化的电流值进行测量，从而根据测得的电流值确定所述Dose Cup接收到的离子注入剂量，以作为晶圆的离子注入剂量。
然而，由于晶圆与Dose Cup之间往往具有较大的间隔，导致绕过所述晶圆边缘的注入离子受到损耗，影响测量准确性。
在现有技术的另一种具体应用中，在向所述晶圆进行离子注入之前，先采用分析杯(Profiler Cup)以及电流测量仪在晶圆接收离子束(Ion Beam)的位置，对该离子束的电流值进行单次测量，以及采用Dose Cup以及电流测量仪在Dose Cup所在的位置对该离子束的电流值进行单次测量，从而确定损失比例，又称为静态剂量效率(Dose Efficiency，DE)。进一步地，在向所述晶圆进行离子注入，并测得Dose Cup接收到的注入离子的电流值时，根据所述损失比例，确定所述晶圆的离子注入剂量。
然而，在现有技术中，由于离子注入仅采用Profiler Cup的单次测量值确定损失比例，准确性较低。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种离子注入剂量的测量装置及其测量方法，可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种离子注入剂量的测量装置，包括：导电部件，用于与晶圆的侧壁贴合，在对所述晶圆进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆共同接收注入离子；电流测量仪，所述电流测量仪与所述导电部件电连接，以测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆的离子注入剂量。
可选的，所述导电部件为导电环，所述导电环的内壁与所述晶圆的侧壁贴合。
可选的，所述导电环为非金属导电环。
可选的，所述非金属导电环的材料选自石墨以及多晶硅。
可选的，所述导电环包括：金属导电环以及包覆所述金属导电环的非金属导电包覆层；其中，所述非金属导电包覆层包覆所述金属导电环的全部，或者包覆所述金属导电环接收所述注入离子的区域以及与所述晶圆贴合的区域。
可选的，所述导电环为环状法拉第杯。
可选的，所述导电部件为导电块。
可选的，所述导电块为多个，且围绕所述晶圆的圆周呈均匀分布。
可选的，所述导电部件的宽度小于等于离子注入半径与晶圆半径的差值；其中，所述宽度的方向平行于所述晶圆的表面，并且自所述晶圆的中心向边缘延伸的方向。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种上述离子注入剂量的测量装置的测量方法，包括：向所述晶圆进行离子注入；采用所述导电部件与所述晶圆共同接收所述注入离子；测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值；根据所述电流值确定所述导电部件接收到的离子注入剂量DF；采用下述公式，确定所述晶圆的离子注入剂量：
DW＝DF×SW/SF；
其中，所述DW用于表示所述晶圆的离子注入剂量，所述DF用于表示所述导电部件接收到的离子注入剂量，所述SW用于表示所述晶圆接收所述注入离子的区域的面积，所述SF用于表示所述导电部件接收所述注入离子的区域的面积。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，所述测量装置包括：导电部件，用于与晶圆的侧壁贴合，在对所述晶圆进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆共同接收注入离子；电流测量仪，所述电流测量仪与所述导电部件电连接，以测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆的离子注入剂量。采用上述方案，通过设置围绕晶圆基座的导电部件，在离子注入时与所述晶圆一起接收注入离子，然后采用电流测量仪对所述导电部件接收到的注入离子转化的电流值进行测量，相比于现有技术中，测量装置的接收部件与晶圆距离较远，并且需要根据存在有误差的DE值推知晶圆的离子注入剂量，采用本发明实施例的方案，可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
进一步，当导电环包括金属环时，所述金属环的至少一部分包裹于所述非金属导电环内，与所述晶圆之间经由所述非金属导电环隔离，且所述导电环用于接收所述注入离子的区域采用所述非金属导电环包裹所述金属环，从而可以避免离子直接注入到金属表面，产生金属污染并影响晶圆。
进一步，所述导电部件的宽度小于等于离子注入半径与晶圆半径的差值，从而使得导电部件的全部表面有机会位于离子注入的区域内，从而在计算晶圆的离子注入剂量时，提高计算准确性，降低计算复杂度。
附图说明
图1是现有技术中一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种导电部件的正视图；
图4是图3中导电部件沿切割线A1-A2的一种剖面结构的剖面图；
图5是图3中导电部件沿切割线A1-A2的另一种剖面结构的剖面图；
图6是图3中导电部件沿切割线A1-A2的又一种剖面结构的剖面图；
图7是本发明实施例中另一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
在现有技术中，可以采用包含有Dose Cup以及Profiler Cup的测量装置，确定晶圆的离子注入剂量。
参照图1，图1是现有技术中一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图。
所述离子注入剂量的测量装置可以用于对离子束101进行测量，以确定注入至晶圆102的离子注入剂量。
其中，所述离子注入剂量的测量装置可以包括分析杯(Profiler Cup)103、剂量杯(Dose Cup)104、电流测量仪105以及电流测量仪106。
具体地，在向所述晶圆102进行离子注入之前，首先采用Profiler Cup103以及电流测量仪106在晶圆102接收离子束101的位置，对该离子束101注入Profiler Cup103的电流值(Profiler Cup Beam Current)进行单次测量，以得到近端测量结果；然后采用DoseCup104以及电流测量仪105对该离子束101注入Dose Cup104的电流值(Dose Cup BeamCurrent)进行单次测量，以得到远端测量结果。
由于Profiler Cup103所在位置(即晶圆102的离子注入位置)与Dose Cup104所在位置之间存在一定距离，容易导致注入离子的损耗，可以根据近端测量结果与远端测量结果，确定损失比例，又称为静态剂量效率。
具体地，可以采用下述公式确定DE值：
静态剂量效率(DE)＝远端测量结果/近端测量结果；
进一步地，向所述晶圆102进行离子注入，在晶圆102上下扫描的过程中，只有当晶圆102移动到离子束101外侧时，后面的Dose Cup104才会接收到离子束101，从而对离子注入所述Dose Cup104时形成的电流值进行测量，并根据所述DE值，确定所述晶圆102的离子注入剂量。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，由于离子注入仅采用ProfilerCup103的单次测量值确定损失比例，准确性较低。具体而言，DE值在离子注入过程当中是实时变化的，如受到光阻气体污染(Photo Resist Outgasing，PR Outgasing)的影响，或者受到气压变化的影响，均会影响。所以由静态DE值推知晶圆102的离子注入剂量是存在误差的。
在本发明实施例中，所述测量装置包括：导电部件，用于与晶圆的侧壁贴合，在对所述晶圆进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆共同接收注入离子；电流测量仪，所述电流测量仪与所述导电部件电连接，以测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆的离子注入剂量。采用上述方案，通过设置围绕晶圆基座的导电部件，在离子注入时与所述晶圆一起接收注入离子，然后采用电流测量仪对所述导电部件接收到的注入离子转化的电流值进行测量，相比于现有技术中，测量装置的接收部件与晶圆距离较远，并且需要根据存在有误差的DE值推知晶圆的离子注入剂量，采用本发明实施例的方案，可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2，图2是本发明实施例中一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图。所述离子注入剂量的测量装置可以用于对离子束201进行测量，以确定注入至晶圆202的离子注入剂量。
其中，所述离子注入剂量的测量装置可以包括导电部件204以及电流测量仪205。
其中，所述导电部件204可以用于与晶圆202的侧壁贴合，在对所述晶圆202进行离子注入时，所述导电部件204与所述晶圆202共同接收注入离子。
所述电流测量仪205可以与所述导电部件204电连接，以测量离子注入所述导电部件204时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆202的离子注入剂量。
在具体实施中，所述导电部件204可以设置在晶圆基座(Platen)(图未示)上，所述晶圆基座用于放置晶圆202，并且所述导电部件204可以与所述晶圆202的侧壁贴合的。
进一步的，在离子束201注入至晶圆202的过程中，所述导电部件204可以与晶圆202共同上下移动。从而实现对对注入离子的直接全时测量。
在本发明实施例中，通过设置围绕晶圆基座的导电部件，在离子注入时与所述晶圆一起接收注入离子，然后采用电流测量仪对所述导电部件接收到的注入离子转化的电流值进行测量，相比于现有技术中，测量装置的接收部件与晶圆距离较远，并且需要根据存在有误差的DE值推知晶圆的离子注入剂量，采用本发明实施例的方案，可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
进一步地，所述导电部件204的宽度可以小于等于离子注入半径与晶圆202半径的差值；
其中，所述宽度的方向平行于所述晶圆的表面，并且自所述晶圆的中心向边缘延伸的方向。
在本发明实施例中，所述导电部件204的宽度小于等于离子注入半径与晶圆半径的差值，从而使得所述导电部件204的全部表面有机会位于离子注入的区域内，从而在计算晶圆202的离子注入剂量时，提高计算准确性，降低计算复杂度。
优选地，所述导电部件204的宽度可以为5mm至10mm。
具体而言，在所述导电部件204与晶圆202共同上下移动的过程中，所述导电部件204可以测量到离子束201在-160mm～+160mm范围内注入所述导电部件204时形成的电流值，从而使得所述导电部件204有机会实现对离子束201的常规的注入范围的完整测量，有助于避免由于一致性(Uniformity)较差带来的测量误差。
参照图3，图3是本发明实施例中一种导电部件的正视图。
所述导电部件204可以为导电环304，所述导电环304的内壁可以与所述晶圆202的侧壁贴合。
进一步地，所述导电环304可以为非金属导电环。
其中，非金属导电环的材料可以为用于导电的非金属材料
在本发明实施例中，通过采用非金属材料形成所述导电环304，可以有效地避免金属材料与晶圆202接触导致的问题，例如金属污染等，从而提高晶圆202的品质。
更进一步地，所述非金属导电环的材料可以选自石墨以及多晶硅。
其中，所述石墨以及多晶硅均具有导电性，可以实现采用电流测量仪的测量电流值的效果。
需要指出的是，由于所述石墨以及多晶硅可能存在较高的电阻，因此可以提前确定石墨以及多晶硅自身带来的电流值损耗比例，然后基于所述电流值损耗比例，计算晶圆的离子注入剂量，以提高计算准确性。
参照图4，图4是图3中导电部件沿切割线A1-A2的一种剖面结构的剖面图。
所述导电环304可以包括：金属导电环3042以及包覆所述金属导电环3042的非金属导电包覆层3041。
其中，所述非金属导电包覆层3041可以包覆所述金属导电环3042的全部。
具体地，所述金属导电环3042可以为用于导电的金属材料，所述金属材料例如可以选自：金属钨、铜、铝、金、银、钴等等。
具体地，所述非金属导电包覆层3041可以为用于导电的非金属材料，所述非金属材料例如可以选自：石墨以及多晶硅。
在本发明实施例中，当导电环304包括金属导电环3042时，通过设置所述非金属导电包覆层3041可以包覆所述金属导电环3042的全部，可以使得所述金属导电环3042与所述晶圆202之间经由所述非金属导电包覆层3041隔离，避免金属与晶圆之间直接接触；且所述导电环304用于接收所述注入离子的区域也采用所述非金属导电包覆层3041包裹，从而可以避免离子束201直接注入到金属材料表面，激发金属离子溅射，产生金属污染并影响晶圆202。
在本发明实施例中，通过设置导电环304包括金属导电环3042，可以利用金属导电环3042更好的导电性和较低的电阻，提高电流测量仪的测量灵敏度，从而提高计算所述晶圆202的离子注入剂量的准确性。
参照图5，图5是图3中导电部件沿切割线A1-A2的另一种剖面结构的剖面图。
所述导电环304可以包括：金属导电环3044以及包覆所述金属导电环3044的非金属导电包覆层3043。
其中，所述非金属导电包覆层3043可以包覆所述金属导电环3044接收所述注入离子的区域S1以及与所述晶圆202贴合的区域S2。
具体地，所述金属导电环3044可以为用于导电的金属材料，所述金属材料例如可以选自：金属钨、铜、铝、金、银、钴等等。
具体地，所述非金属导电包覆层3043可以为用于导电的非金属材料，所述非金属材料例如可以选自：石墨以及多晶硅。
在本发明实施例中，当导电环304包括金属导电环3044时，通过设置所述非金属导电包覆层3043包覆所述金属导电环3044接收所述注入离子的区域S1以及与所述晶圆202贴合的区域S2，可以使得所述金属导电环3044与所述晶圆202之间经由所述非金属导电包覆层3043隔离，避免金属与晶圆之间直接接触；且所述导电环304用于接收所述注入离子的区域也采用所述非金属导电包覆层3043包裹，从而可以避免离子束201直接注入到金属材料表面，激发金属离子溅射，产生金属污染并影响晶圆202。
在本发明实施例中，通过设置导电环304包括金属导电环3044，可以利用金属导电环3044更好的导电性和较低的电阻，提高电流测量仪的测量灵敏度，从而提高计算所述晶圆202的离子注入剂量的准确性。
参照图6，图6是图3中导电部件沿切割线A1-A2的又一种剖面结构的剖面图。
其中，所述导电环304可以为环状法拉第杯(Circular Ring Faraday Cup)3045。
具体地，所述环状法拉第杯3045呈杯状，且杯口朝向于离子束201的注入方向，有助于获取更多的离子注入，从而有助于提高电流测量仪的测量灵敏度，从而提高计算所述晶圆202的离子注入剂量的准确性。
进一步地，所述环状法拉第杯3045可以为非金属导电环。
具体地，所述环状法拉第杯3045的材料可以为用于导电的非金属材料，所述非金属材料例如可以选自：石墨以及多晶硅。
需要指出的是，在具体实施中，还可以设置所述环状法拉第杯3045作为非金属导电包覆层，内部包覆有金属导电环的全部，或者包覆所述金属导电环接收所述注入离子的区域以及与所述晶圆贴合的区域。具体实施方式请参照前文描述以及图4至图5的描述执行，此处不再赘述。
参照图7，图7是本发明实施例中另一种离子注入剂量的测量装置的结构示意图。所述另一种离子注入剂量的测量装置可以用于对离子束201进行测量，以确定注入至晶圆202的离子注入剂量。
其中，所述另一种离子注入剂量的测量装置可以包括导电部件以及电流测量仪405。
所述导电部件可以为导电块404。
进一步地，所述导电块404可以用于与晶圆202的侧壁贴合，在对所述晶圆202进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆202共同接收注入离子。
所述电流测量仪405与所述导电块404电连接，以测量离子注入所述导电块404时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆202的离子注入剂量。
进一步地，所述导电块404可以为非金属导电块。
更进一步地，所述非金属导电块的材料可以选自石墨以及多晶硅。
进一步地，所述导电块404可以包括非金属导电层(图未示)以及金属层(图未示)。
其中，所述金属层可以与所述晶圆202之间经由所述非金属导电层隔离，且所述金属层用于接收所述注入离子的区域的表面为所述非金属导电层。
在本发明实施例中，当导电块404包括金属层时，所述金属层与所述晶圆202之间经由所述非金属导电层隔离，且所述导电块404用于接收所述注入离子的区域的表面为所述非金属导电层，从而可以避免离子直接注入到金属表面，产生金属污染并影响晶圆202。
进一步地，所述导电块404可以为多个，且围绕所述晶圆202的圆周呈均匀分布。
在本发明实施例中，通过设置所述导电块404为多个，且围绕所述晶圆202的圆周呈均匀分布，可以经由所述导电块404测量的电流值更真实地体现晶圆202的注入情况，从而提高所述晶圆的离子注入剂量的计算准确性。
在本发明实施例中，还提供了一种图2至图7示出的任意一种离子注入剂量的测量装置的测量方法，可以包括：向所述晶圆进行离子注入；采用所述导电部件与所述晶圆共同接收所述注入离子；测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值；根据所述电流值确定所述导电部件接收到的离子注入剂量DF；采用下述公式，确定所述晶圆的离子注入剂量：
DW＝DF×SW/SF；
其中，所述DW用于表示所述晶圆的离子注入剂量，所述DF用于表示所述导电部件接收到的离子注入剂量，所述SW用于表示所述晶圆接收所述注入离子的区域的面积，所述SF用于表示所述导电部件接收所述注入离子的区域的面积。
在本发明实施例中，通过设置围绕晶圆基座的导电部件，在离子注入时与所述晶圆一起接收注入离子，然后采用电流测量仪对所述导电部件接收到的注入离子转化的电流值进行测量，相比于现有技术中，测量装置的接收部件与晶圆距离较远，并且需要根据存在有误差的DE值推知晶圆的离子注入剂量，采用本发明实施例的方案，可以使得测量装置的接收部件围绕所述晶圆，从而实现对注入离子的直接全时测量，有效降低了误差并提高准确性。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种离子注入剂量的测量装置，其特征在于，包括：
导电部件，用于与晶圆的侧壁贴合，在对所述晶圆进行离子注入时，所述导电部件与所述晶圆共同接收注入离子；
电流测量仪，所述电流测量仪与所述导电部件电连接，以测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值，所述电流值用于计算所述晶圆的离子注入剂量。
2.根据权利要求1所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，
所述导电部件为导电环，所述导电环的内壁与所述晶圆的侧壁贴合。
3.根据权利要求2所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电环为非金属导电环。
4.根据权利要求3所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述非金属导电环的材料选自石墨以及多晶硅。
5.根据权利要求2所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电环包括：金属导电环以及包覆所述金属导电环的非金属导电包覆层；
其中，所述非金属导电包覆层包覆所述金属导电环的全部，或者包覆所述金属导电环接收所述注入离子的区域以及与所述晶圆贴合的区域。
6.根据权利要求2所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电环为环状法拉第杯。
7.根据权利要求1所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电部件为导电块。
8.根据权利要求7所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电块为多个，且围绕所述晶圆的圆周呈均匀分布。
9.根据权利要求1所述的离子注入剂量的测量装置，其特征在于，所述导电部件的宽度小于等于离子注入半径与晶圆半径的差值；
其中，所述宽度的方向平行于所述晶圆的表面，并且自所述晶圆的中心向边缘延伸的方向。
10.基于权利要求1至9任一项所述的离子注入剂量的测量装置的测量方法，其特征在于，包括：
向所述晶圆进行离子注入；
采用所述导电部件与所述晶圆共同接收所述注入离子；
测量离子注入所述导电部件时形成的电流的电流值；
根据所述电流值确定所述导电部件接收到的离子注入剂量DF；
采用下述公式，确定所述晶圆的离子注入剂量：
DW＝DF×SW/SF；
其中，所述DW用于表示所述晶圆的离子注入剂量，所述DF用于表示所述导电部件接收到的离子注入剂量，所述SW用于表示所述晶圆接收所述注入离子的区域的面积，所述SF用于表示所述导电部件接收所述注入离子的区域的面积。
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