CN1432187A - 用来在真空度波动期间控制离子注入的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用来在真空度波动期间沿着射束线控制注入的方法和装置。真空度波动可以根据检测到的射束电流进行检测和/或可以在不测量注入室中的压力的情况下得到补偿。用于离子束电流的参考水平能够被确定下来，而且在参考数值和实测的离子束电流之间的差异可以被用来控制离子注入过程的参数，例如，晶片扫描频率。差异的数值也可以按比例缩放，以便计算出造成检测到的束电流减少的两种类型的电荷交换碰撞。第一种类型的碰撞，非视线碰撞，将引起检测到的束电流的减少和交付给半导体晶片的总剂量的减少。第二种类型的碰撞，视线碰撞，将引起检测到的射束电流的减少，但是不影响交付给晶片的总剂量。因此，差异的按比例缩放能够用来调整计算出非视线碰撞的晶片扫描频率。

Description

用来在真空度波动期间控制离子注入的方法和装置

本发明的技术领域

本发明涉及在真空度波动期间控制离子注入。具体地说，本发明涉及根据实测的射束电流而不是实测的压力控制离子束注入过程来补偿真空度的波动。

本发明的现有技术

离子注入是一种用来把改变导电率的杂质引入半导体晶片的标准技术。典型的离子注入过程使用高能离子束把杂质引入半导体晶片。如同众所周知的那样，以统一的深度和密度把杂质引入晶片对于保证即将形成的半导体器件在规范之内操作是至关重要的。

在离子注入过程中能够影响晶片中杂质剂量的均匀性一个因素是在注入过程中真空度的波动。真空度波动可能是由涂在半导体晶片上当离子束挤入半导体晶片的时候脱气、挥发或溅射的光敏抗蚀剂或其它材料引起的。脱气、挥发或溅射散释放气体粒子，这些被释放的粒子在正常的高真空条件下引起压力沿着射束线上升并且能够导致与射束中的离子碰撞。这些碰撞能够使射束中的离子经历电荷变化。例如，离子束中个个带电的阳离子可能与在注入期间通过光敏抗蚀剂脱气产生的残留气体原子碰撞并且在动能没有重大变化的情况下经历电荷交换。于是个个带电的阳离子可能通过碰撞被中和并且以中性电荷状态挤入半导体晶片。反之，当脱气、挥发或溅射不从半导体晶片表面发生的时候，真空水平能够沿着射束线保持比较高和恒定不变，因此导致比较少的交换离子电荷的碰撞。

当真空水平沿着射束线下降的时候造成的交换电荷的碰撞可能引起问题，因为用来在注入期间确定和控制离子束电流(以及晶片的总剂量)的检测器通常仅仅检测带电粒子，而不检测中性粒子。在晶片中被注入的中性粒子是符合需要的注入物种并且具有符合注入要求的能量，因此应该被计算在总注入剂量之内。由于典型的离子束电流检测器(例如，法拉第杯)不能检测中性粒子，所以因为对晶片剂量有贡献应该被计算在内的中性粒子不被检测。结果，比实际的束电流少的束电流被检测到，借此促使束电流的增加和晶片的过量注入。

早先用来在真空度波动期间控制注入均匀性的方法如同在授权给Farley的美国专利第4,587,433号和授权给Chen的美国专利第5,760,409号中揭示的那样包括检测离子束电流和注入室中的真空水平两者并且相应地控制离子束。这样的系统有一些缺点，包括在沿着射束线真空度的实际变化和检测到真空度变化(即压力变化)之间的时间延迟所引起的不适当的控制。这种在真空度的实际变化和检测之间的延迟能够引起离子束控制延迟和造成不适当的晶片注入剂量。这种类型的方法具有需要用多套离子注入参数(例如，气体组成、射束能量、注入的物种、剂量、光敏抗蚀剂的类型等)使用的相应的修正值对众多检测到的气压和射束电流的数值进行经验修正的缺点。

因此，需要的是一种与这样的注入参数无关而且能够对真空度波动迅速做出反应的用来在注入期间控制注入的方法。

本发明的概述

本发明提供用来在沿着射束线有真空度波动存在的情况下控制离子束注入过程的方法和装置。在本发明的一个方面中，真空度波动能够根据检测到的离子束电流而不是检测到的压力进行检测。因此，离子注入装置和方法可以在不检测注入室内的压力的情况下根据射束电流对真空度波动进行修正。

在一个说明性的实施方案中，用来控制离子注入过程的方法包括产生离子束和沿着射束线导引离子束。射束电流是沿着射束线检测到的，而且材料是用离子束中的离子注入的。在注入期间真空度波动是根据检测到的射束电流而不是根据检测到的压力进行补偿的。

在一个说明性的实施方案中，首先生成包括用于注入到半导体晶片之中的高能粒子的离子束。然后，确定用于离子束电流的参考数值。这个用于离子束电流的参考数值可以这样确定，即在开始半导体晶片的注入之前当真空水平处于需要的水平，例如，处于比较高而且稳定的水平的时候沿着射束线实测离子束电流。例如，用于离子束电流的参考数值还可以是从存储器取回的或由操作员输入的存储数值。一旦用于离子束电流的参考数值被确定下来，半导体晶片的注入就开始运行。离子束电流在注入期间被测量，而且在用于离子束电流的参考数值和实测的离子束电流之间的差被确定。离子束电流、晶片扫描频率或其它注入过程参数都可以根据这个参考数值和实测的离子束电流之间的差值进行调整。由于实测的离子束电流包括关于真空度波动的信息，例如，实测的射束电流的减少可以被假定为主要是真空度波动引起的，因此离子注入过程可以被调整，例如，晶片扫描频率可以作为对检测到的射束电流的减少的反应而被降低。

在本发明的另一个说明性的实施方案中，在参考数值和实测的射束电流之间的差值可以被按比例缩放，而按比例缩放的差值被用来控制离子注入过程参数。例如，离子注入系统可以包括一个使离子束在入射到半导体晶片之上之前弯曲和准直的角度修正器磁铁。在这种类型的安排中，沿着射束线真空度波动能够引起沿着射束线在两个区域(即，视线区域和非视线区域)中发生的交换离子电荷的碰撞增加。在非视线区域中使粒子呈中性的交换电荷的碰撞使粒子不被角度修正器磁铁沿着通往晶片的路径偏转。改为中性粒子遵循一条不挤入晶片的路径。因此，虽然非视线碰撞引起在晶片检测到的离子束电流减少，但是这种碰撞还引起晶片处的剂量率减少。反之，发生在视线区域中的交换电荷的碰撞中和高能粒子，但由于这些粒子正沿着通向晶片的路径前进，中性粒子仍然被注入晶片并且对总剂量做出贡献。然而，由于粒子呈中性，它们不作为离子束电流的一部份被检测。因此，在视线区域中中和粒子的碰撞引起检测到的离子束电流减少，但是不一定引起晶片剂量率的改变。用于离子束电流的参考数值和实测的离子束电流之间的差值的按比例缩放可以被用来调整注入过程参数(例如，晶片扫描频率)以便补偿视线和非视线的两种碰撞。

例如，离子束电流方面检测到的减少可以被假定为主要是由于真空度沿着射束线波动。一部分检测到的离子束电流的减少是由非视线碰撞产生的，而剩余部分检测到的离子束电流的减少是由视线碰撞产生的。由于视线碰撞对离子束电流的减少有贡献，但是不一定影响交付给晶片的总剂量，所以检测到的这部分离子束电流的减少不一定需要得到补偿。因此，用于离子束电流的参考数值和检测到的离子束电流之间的差值可以为了大体上补偿非视线碰撞和把晶片剂量率调整到一个适当的水平而按比例缩放。

本发明的这些和其它的方面从下面的描述将变得清楚明了和/或明显。

附图简要说明

下面将结合附图描述本发明，其中同样的参考数字指的是同样的要素，其中：

图1是依照本发明的第一离子注入系统的示意方框图；

图2是依照本发明的第二离子注入系统的示意方框图；

图3是图2的离子注入系统的一部分的示意方框图；

图4是用来依照本发明调整离子注入参数的方法的各个步骤的流程图。

本发明的详细说明

下面将结合离子注入系统描述本发明。然而，本发明能够与诸如电子束成像系统之类的其它使用高能带电粒子束的系统或过程一起使用。因此，本发明不局限于下面描述的特定的实施方案。

图1是依照本发明的离子注入系统100的示意方框图。离子注入系统100包括一个产生并且朝半导体晶片3导引射束2的射束发生器1。射束发生器1可以包括各种不同类型的组成部分和系统以便产生具有所需要的特性的射束2。射束2可以是任何类型的带电粒子束，例如，被用来注入半导体晶片3的高能离子束。半导体晶片3可以采用各种不同的实际形状，例如，通常的盘片形状。半导体晶片3可以包括任何类型的半导体材料或任何其它的准备用射束2注入的材料。

射束电流(即被射束2中的粒子携带给晶片3的电荷的数量)是用检测器4测量的。检测器4可以是任何类型的检测射束2的电流水平的装置。例如，检测器4可以是法拉第杯或其它技术上众所周知的装置。检测器4可以被固定在适当的位置，或者是可移动的并且能够以各种不同的方式(例如，沿着射束2到晶片3的路径，如图1所示毗邻晶片3，在晶片3的后面等等)定位的。其它类型的测量射束2的电流的装置(例如，使用量热装置或射束-感应磁场测量的装置)可以在需要时作为检测器4使用。

检测器4把代表检测到的射束2的电流的信号输出到控制器5。控制器5可以是或包括为实现所需要输入/输出和其它功能而编程的通用计算机或通用计算机网络。控制器5还可以包括其它的电子电路或组成部分，例如，特定应用的集成电路(例如，ASIC)、其它硬连线的或可编程的电子装置、分立元件电路、FPGA等。控制器5还可以包括实现各种需要的功能的装置，例如用户输入/输出装置(键盘、触摸屏、用户标定设备、显示器、打印机等)、通信装置、数据储存装置、机械驱动系统等。

控制器5还与～通信能够相对于射束2移动晶片3的晶片驱动器6，例如，晶片驱动器6能够横越注入晶片3的射束2扫描晶片3。晶片驱动器6可以包括各种不同的以需要的方式实际移动晶片3的装置或系统。例如，晶片驱动器6可以包括伺服驱动马达、螺线管、螺杆驱动机构、一个或多个气垫、位置编码装置、机械联动、遥控臂或任何其它技术上众所周知的移动晶片3的组成部分。

射束2在由真空系统7在壳体8中形成的比较高的真空环境中从射束发生器1传送到晶片3。高真空意味着在壳体8中存在低压力。反之，低真空指的是在壳体8中压力相对地比较高。壳体8中的真空是用众所周知的系统(例如，真空泵、真空隔离阀、压力传感器等)维持的。真空系统7可以与控制器5通信，例如，把关于在壳体8的一个或多个部分中当前的真空水平的信息提供给控制器5。

射束2在图1中被展示为遵循从射束发生器1到晶片3的直线路径。然而，射束2可以遵循在发生器1之内和/或在射束发生器1和晶片3之间有一次或多次偏转的弯曲路径。射束2可以被偏转，例如，用一个或多个磁铁、透镜或其它离子光学器件。

在注入之前，晶片驱动器6能够移动晶片3远离射束2以使射束2不在晶片3上入射。然后，射束发生器1产生射束2，当壳体8内的真空水平处于需要的水平和/或稳定状态的时候，检测器4检测用于束电流的参考水平。作为一个例子，确定用于射束电流的参考水平的真空水平可能是真空系统7在壳体8之内产生的最高的真空水平。当然，用于射束电流的参考水平可以是针对壳体8之内的其它的真空水平确定的。

检测器4把能够被控制器5作为用于射束电流的参考水平使用的或者控制器5能够通过处理产生用于射束电流的参考水平的信号输出到控制器5。例如，检测器4可以输出代表检测到的离子的数目的模拟信号，而控制器5可以将这个模拟信号转换成储存在控制器5之内的数字。被储存的数字可以作为用于射束电流的参考水平使用。

在注入期间，射束2是至少入射在一部分晶片3上。射束2能够横越晶片3被扫描和/或晶片3能够借助驱动器6横越射束2被扫描。例如，在图1中，射束2可以在平行于纸张的平面中被射束发生器1扫描，而晶片3在垂直于纸张的方向上被晶片驱动器6移动。

在晶片3之中或之上的材料(例如，在晶片3的表面上的光敏抗蚀剂)在受到射束2中的粒子冲击时可能脱气或以其它方式产生某些物质。这将在壳体8之内引起能够引起真空水平在晶片3附近沿着射束线下降的真空度波动。这种真空水平的降低能够引起发生在射束2中粒子朝晶片3行进的过程中的电荷交换碰撞的次数增加。如同前面讨论的那样，电荷交换碰撞(即，在射束2中的高能粒子和由于脱气或挥发在晶片3释放的材料之间的碰撞)引起射束2中的个体粒子的电荷被改变。例如，射束2中个个带正电荷的离子通过沿着射束线的碰撞能够被中和，或者带正电荷的的离子可能带加倍的正电荷。虽然离子的电荷可能被改变，但是粒子的能量本质上是不变的。所以，虽然一些粒子的电荷可以被这样改变以致检测器4检测不到粒子的存在，但是这些粒子仍然可能挤入晶片3并且对晶片3的总杂质剂量做出贡献。因此，即使晶片3的总剂量不受影响，检测器4可能也在注入期间输出一个表明射束电流减少的信号。

控制器5能够识别，即根据检测到的射束电流的减少(或检测到的射束电流的减少的一部分)是由注入期间的真空度波动引起的但是注入晶片3的总剂量不受影响这一假定操作。因此，控制器5能够根据检测到的射束电流的减少来检测真空度波动。应该理解在注入期间射束电流可能由于其它的因素(例如，离子源的变化)发生变化，而且控制器5可以确定检测到的射束电流的减少某个部分是由真空度波动引起的，而这种减少的另一部分是由其它因素(例如，在离子源的种种变化)引起的。控制器5可以调整某些注入参数以便改正那些不是由于真空度波动引起的射束电流的变化，这在技术上是已知的并且在这里不予以描述。除此之外，脱气可能随着时间变化，而且控制器5在与其它的在注入期间可能随着时间变化的因素进行比较时可以确定真空度波动对检测到的射束电流的减少的贡献。在这种情况下，控制器5可以使用仅仅反映真空度波动的贡献而不反映其它因素的贡献的经过调整的实测的射束电流来控制注入过程。

控制器5可以感受到射束电流的减少，但是不必调整特定的注入参数，例如，射束2的扫描频率、晶片3的扫描频率。作为替代，控制器5可以把一个信号输出的真空系统7，指出真空压力的升高已被检测到而且在壳体8内的真空水平应该进行相应的调整。除了由压力传感器提供给真空系统7的实测的真空水平信号之外，这个信号也可以提供给真空系统7。因此，在真空水平的减少被与真空系统7相关联的压力传感器检测到之前，根据来自控制器5的信号，真空系统7就可以开始调整在壳体8之内的真空水平。

作为替代，控制器5可以将注入期间由检测器4提供的检测到的射束电流水平与储存的用于射束电流的参考水平进行比较，并且使用这两个数值的差来控制射束2或晶片驱动器6。例如，控制器5可以确定(根据储存的信息)检测器4在注入期间检测到的射束电流的减少主要是由真空度沿着射束线波动造成的。进而，控制器5能够确定由电荷交换碰撞造成的一部分检测到的射束电流的减少不影响被交付给晶片3的总剂量，而另一部分检测到的射束电流的减少确实对交付给晶片3的总剂量有贡献。例如，一些电荷交换碰撞可能在不影响粒子的动能的情况下将射束的粒子中和。被中和的粒子将不被检测器4检测，但是仍然对注入晶片3的总剂量有贡献。由真空度波动引起的其它碰撞可以使粒子的电荷和动能发生变化，或者使粒子遵循阻止粒子注入晶片3的轨道。后面的这些碰撞引起检测到射束电流的减少和注入晶片3的总剂量的减少。控制器5能够将检测到的射束电流和用于射束电流的参考数值之间的差值按比例缩放，以使交付给晶片3的总剂量被调整到需要的水平。这个差值还可以被标准化，例如，通过差值除以参考数值。例如，控制器5可以根据按比例缩放的和标准化的按比例缩放的参考数值控制晶片驱动器6更缓慢地移动晶片3横越射束2的路径。控制器5所使用比例系数可以通过实验确定并且被储存在控制器5中。因此，当特定的差值被控制器5确定的时候，相应的比例系数可以被取回并且被用来调整该差值以便适当地控制射束2或晶片3的运动。

控制器5还可以对真空度波动引起的二维的注入不均匀性实施控制。例如，真空度波动可能在晶片3上引起二维的注入不均匀性，例如，在图1中沿着平行于纸的射束扫描方向的不均匀性和在图1中沿着垂直于纸的晶片扫描方向的不均匀性。因此，控制器5可以为了对两个方向的不均匀性实施控制而控制射束扫描频率和晶片扫描频率。不同的比例系数还可以用来分别控制射束扫描频率和晶片扫描频率。

图2依照本发明展示离子注入系统100的更详细的方框图。离子源11产生离子和供应离子束2。如同技术上已知的那样，离子源11可以包括离子室和气体盒(它装着待离子化的气体)。将气体供应给离子室，在那里气体被离子化。这样形成的离子从离子室抽取出来以形成离子束2。离子束2可以有被延长的横截面而且可以是条形的，射束6的横截面的长尺寸优选具有水平取向，或者射束2可以有圆形的横截面。抽取电源和抽取电极12加速来自离子源11的离子。抽取电源可以是可调的，例如，从大约0.2到80千电子伏。因此，来自离子源11的离子可以被抽取电极12加速到大约0.2到80千电子伏的能量。离子源的构造和操作对于熟悉这项技术的人是众所周知的。

离子束2经过抑制电极和接地电极(未示出)被传送到质谱仪13。质谱仪13包括使离子束2中的离子这样偏转以致符合要求的离子物种通过分辨孔14而不符合要求的离子物种不通过分辨孔14的分辨磁铁。在优选的实施方案中，质谱仪13的分辨磁铁使符合要求的物种离子偏转90°。

符合要求的离子物种的离子通过分辨孔14送到位于质谱仪13下游的扫描器15(这对于使用带状射束的系统并非是必要的)。扫描器15可以包括扫描电极和其它用来控制射束2的电极(未示出)。离子束2中的离子被扫描，然后通过角度修正器磁铁16。角度修正器磁铁16使符合要求的离子物种的离子偏转并且将离子束2从发散的离子束转换成具有本质上平行的离子轨道的几乎准直的离子束2。在优选的实施方案中，角度修正器磁铁16使符合要求的离子物种的离子偏转70°。

终点站17这样支撑着在离子束2的路径中的一个或多个半导体晶片，以致符合要求的物种离子被注入半导体晶片(未示出)。终点站17可以包括被冷却的静电台板和用来垂直于离子束2的横截面的长尺寸移动晶片使离子分布在晶片表面上的晶片马区动器6。

离子注入系统100可以包括熟悉这项技术的人已知的附加组成部分。例如，终点站17通常包括用来把晶片3引入离子注入系统100和用来在注入后取出晶片的自动化的晶片搬运设备。终点站17还可以包括剂量测定系统，读数电子枪和其它已知的组成部分。人们将理解在离子注入期间离子束2所经过的整个路径都被抽真空。离子注入系统100的附加细节在这里不提供，因为它们在技术上是众所周知的并且对于本发明未必是重要的。

离子注入系统100的各个组成部分都受控制器5控制。因此，控制器5能够监测离子注入过程并且采取各种步骤来调整该过程的方方面面，例如从离子源11产生离子的速率、离子束2的扫描频率、在终点站17晶片相对于离子束2的扫描频率等。

图3是图2中的离子注入系统100从分辨孔14到终点站17部分的示意方框图，并且展示从分辨孔14到终点站17中的半导体晶片3的射束2的路径。离子束2的路径从概念上被区分为三个区域，区域I在角度修正器磁铁16的上游、区域II在角度修正器磁铁16之内、而区域III在角度修正器磁铁16的下游。在区域I中，射束2是发散射束。在区域II中，角度修正器磁铁16使射束2中的带电粒子偏转大约70°并且使射束准直。因此，区域III中的射束2本质上是这样准直的，以致该射束中的离子以本质上相同的角度全部入射在晶片3的表面上。

晶片3的注入开始之前，控制器5控制晶片驱动器6将晶片3移出射束2的路径。然后，用一个或多个检测器41、42和43测量离子束2的射束电流。检测器41是在射束2在晶片3上的入射平面附近垂直于射束2移动的一维或移动式法拉第杯。这种类型的移动式法拉第检测器41的用途是众所周知的，而且检测器41所产生的信号被用来确定射束2的均匀性。在注入期间，射束电流也可以用毗邻晶片3放置的法拉第检测器42测量。由于检测器42毗邻晶片3放置，所以检测器42既能在晶片3为了注入被定位之前也能在晶片3的注入期间检测射束电流。第三个检测器43也能被用来检测射束电流。由于检测器43在注入期间位于晶片3的下游，所以检测器43通常是法拉第型的检测器)通常被用来在注入之前测量在晶片3中预期被注入的总剂量。人们应该理解虽然在这个例子中的检测器41-43是法拉第型的检测器，但是用来觉察射束电流的其它类型的检测器(例如，使用量热计测定或射束感应磁场测量的那些)可以与检测器41-43一起使用或者代替它们。除此之外，使用全部三个检测器41-43并非是必要的。例如，检测器41和43可以被取消或者不被用来检测射束电流以便控制与真空度波动有关的注入过程。因此，只有检测器42可以用来检测射束电流。

在下面的例子中，只有检测器42被用来在真空度波动期间检测离子束电流和控制注入过程。当终点站17内沿着射束线的真空水平处在所需要的参考水平的时候，例如，当晶片3被远离射束2路径定位而且真空沿着射束线处在比较高而且一致的水平的时候，检测器42检测离子束2的射束电流。这个在真空水平处在参考水平时检测到的电流被控制器5用作离子束电流的参考数值。离子束电流的参考数值不必是在晶片3处于射束2路径之外时测定的。换言之，用于离子束电流的参考数值可以是在晶片3处在注入位置而且真空沿着射束线处在需要的水平时(例如，在晶片3开始注入之时)检测到的射束电流。作为替代，控制器5可以使用储存在控制器5的存储器之内通过实验确定的射束电流的参考数值。

在晶片3的注入开始之后，在晶片3之中或之上的物质(例如，光敏抗蚀剂)可能开始脱气或以其它方式释放粒子。这些粒子的释放引起真空水平在晶片3附近沿着射束线(例如，沿着射束路径回到分辨孔14)波动。如同前面讨论的那样，真空水平沿着射束线的减少能够引起射束2中的离子和其它粒子(例如，从晶片3释放的那些)之间的电荷交换碰撞的次数增加。这些电荷交换碰撞能够引起使射束2的离子变成中性。角度修正器磁铁16对中性粒子不起作用，因此中性粒子从它变成中性的那个点开始遵循直线路径。电荷交换碰撞能够沿着射束线在任何地方发生，而且电荷交换碰撞的位置通常决定中性粒子是否挤入晶片3并且对注入晶片3的总剂量有贡献。在这个例子中，发生在线9上游使射束2中的离子中性化的电荷交换碰撞使中性化的粒子不挤入晶片3或在对射束电流有贡献时被测量。然而，发生在线9下游使射束2中的离子中性化的电荷交换碰撞导致中性粒子挤入晶片3。在图3中，中性粒子的路径是用虚线轨道表示的。由于检测器42不能检测使中性粒子，检测器42检测到射束电流的减少，即使一些在线9下游经历电荷交换碰撞变成中性的粒子对晶片3的总剂量是有贡献的。发生在线9上游的电荷交换碰撞被称为非视线碰撞，而发生在线9下游的碰撞被称为视线碰撞，因为这部分变成中性的粒子有到晶片的视线而且对晶片3的剂量有贡献。

当真空水平沿着射束线下降的时候射束2的粒子的中性化使检测器42检测到射束电流的减少。一种不同。在用于射束电流I_ref的参考数值和实测的射束电流I_m之间的差ΔI是使射束2中的粒子中性化的非视线碰撞和视线碰撞两者贡献的。因此，射束电流差ΔI是视线碰撞和非视线碰撞两者的函数。

由于视线碰撞对晶片3的总剂量有贡献，控制器5不能不考虑被注入晶片3但是对检测到的射束电流没有贡献的变成中性的粒子就简单地增加射束2的射束电流使实测的电流I_m等于参考数值I_ref或调整晶片3的扫描频率来补偿射束电流差ΔI。因此，使用适当的比例系数将差值ΔI按比例缩放，而且将按比例缩放后的数值用来控制晶片扫描频率、射束电流或其它注入参数，以使晶片3的剂量符合要求。优选的是调整晶片3的扫描频率。比例系数通常可以表示在实测的射束电流I_m中检测到的由非视线碰撞引起的减少的百分比的估计值。比例系数可以通过实验确定，例如，适当的比例系数可以根据在实际的注入过程中实测的射束电流I_m和实际注入晶片3的剂量确定。

比例系数也可以通过建立注入过程的数学模型被确定下来。例如，比例系数可以根据从注入系统模型获得的计算的距离*密度乘积。中性粒子(例如，来自脱气产物和其它来源)的密度可以根据真空系统的模型计算出来，而射束路径长度*中性粒子密度可以针对视线和非视线路径确定。根据这些距离*密度乘积的相对数值，用于注入系统的比例系数可以被推演出来。就确定比例系数而言，实验法可能比模型法更精确，但是使用实验法可能要花费更多的时间。

作为怎样使用比例系数的一个例子，如果检测到射束电流减少50％，例如，差值ΔI是通过ΔI除以I_ref得到ΔI/I_ref＝0.5被标准化的，而且检测到的射束电流的减少的一半是由非视线碰撞引起的而检测到的射束电流的减少的另一半是由视线碰撞引起的，那么晶片扫描频率可以被减少其原值的1/4(用比例系数0.25进行调整)以使用于晶片3的剂量率符合要求。换言之，虽然检测到的射束电流I_m是用于射束电流I_ref的参考数值的一半，但是在检测到的束电流的减少中只有1/2需要得到补偿，因为在射束电流中检测到的减少的1/2是由对晶片3的总剂量仍然有贡献的变成中性的粒子引起的。因此，在检测到的射束电流I_m方面增加25％或在晶片扫描频率方面减少25％都可以被用来补偿在晶片3的剂量方面非视线碰撞引起的全部减少。

上述的例子是用来描述本发明的一个方面的一个过分简化的例子。人们应该理解：在检测到的射束电流和用于射束电流的参考数值中其它的差值可以被确定，而且对晶片3的总剂量有贡献的和没有贡献的电荷交换碰撞的其它比例也可能被遇到。此外，二维的不均匀性效果可以通过控制器5得到补偿。例如，通过实验得到的比例系数可以被用来调整射束扫描频率和晶片扫描频率两者，以便在射束扫描和晶片扫描两个方向上对真空度波动引起的不均匀性进行调整。当然，比例系数可以用数学方法获得，例如，通过建立在修正器磁铁1 6中的射束路径和中性粒子密度的计算模型来估算在射束扫描方向和晶片扫描方向上的不均匀性和用来调整这两个方向的不均匀性的扫描频率。

控制器5能够把确定的射束电流差ΔI用于其它目的，例如控制离子注入系统100中的真空系统以便在注入期间对真空度波动给予补偿。控制器5还可以使用射束电流的差值信息控制注入过程的其它参数，例如，通过在扫描器15中调整施加给扫描板的扫描波形之类的方法控制射束2的扫描。射束2的扫描控制可以用来调整水平的不均匀性，即在晶片3中在垂直于晶片扫描方向的方向上的注入不均匀性。

控制器5还能够使用确定的射束电流的差值信息对沿着射束线真空度波动的射束不均匀性效应进行调整。如同能够在图3中看到的那样，在射束包迹外面离子在到达线9之前从分辨孔14行进比离子在射束包迹之内行进更长的距离。因此，在射束包迹外面行进的离子在到达线9之前可能具有更高的经历电荷交换碰撞的可能性。这可能独自导致在晶片3一侧(例如，在图3中晶片3的右侧)与其它侧面相比剂量不足。然而，沿着射束包迹内侧行进的离子在到达区域III之前从线9前进某个距离。如果离子在线9和区域III之间经历电荷交换碰撞，变成中性的粒子则不再被角度修正器磁铁16操纵而且遵循朝向晶片3的某个比离子原来的挤入位置进一步向右的部分的直线路径。这倾向于引起额外增加晶片3右侧的剂量，并且可能几乎抵消更频繁地沿着射束2的外部路径发生的电荷交换碰撞。本发明家业已发现在图3所示的安排中真空度波动对射束均匀性的影响通常对注入均匀性具有比较小的影响。然而，在其它配置中，真空度波动可以对注入均匀性具有比较大的影响。在那些情况下，控制器5可以调整射束参数来抵消真空度波动的影响。

图4展示用来根据离子束电流参考数值和实测的射束电流调整离子注入参数的方法的各个步骤的流程图。在步骤S10中，产生离子束。离子束可以按照技术上众所周知的几种方法当中任何一种方法产生，而且可以包括在任何需要的能量下的任何类型的离子物种。离子束通常本质上仅仅包括一种离子物种，但是如果需要射束可以包括不同的离子物种。

在步骤S10中，用于离子束电流的参考数值是确定下来。离子束电流是在单位面积的射束中或者就射束在某个时段的总横截面积而言粒子携带的电荷量的度量。参考数值可以是当离子注入系统内的真空水平处在预期水平的时候实测的射束电流。例如，离子束电流可以是在晶片的注入开始之前当真空水平在离子注入系统内沿着离子束路径处在比较高而且稳定的状态下的时候实测的。

在步骤S30中，使用在步骤S10中产生的离子束注入诸如半导体晶片之类的材料。材料的注入可以通过导引离子束以某个预期的角度指向半导体晶片，以致射束中的高能粒子能注入该材料。

在步骤S40中，离子束电流是在注入期间测量的。射束电流可以使用诸如法拉第杯、使用量热计或射束感应磁场测量的检测器或其它的检测器之类的任何符合要求的射束电流测定装置进行测量。离子束电流可以在毗邻待注入的材料的某个位置或者沿着通往待注入的材料的射束路径进行测量。

在步骤S50中，离子注入参数是根据用于离子束电流的考数值调整和在注入期间实测的射束电流进行调整的。例如，参考数值和实测电流之间的差值能够被确定下来，而离子注入参数能够根据这个差值进行调整。各种不同的不同离子注入参数都可以根据这个差值进行调整。例如，晶片扫描频率可以被调整，例如，为了适应在注入期间沿着射束路径真空度波动所造成的剂量水平的下降而被减少。其它的离子注入参数(例如，射束电流、射束扫描速率或频率、射束均匀性、用来沿着射束线控制真空水平的真空系统的抽空速率等)都可以被调整。在注入期间用于射束电流的参考数值和实测的射束电流之间的差值可以按比例缩放，以便计算出对检测到的射束电流的减少和晶片剂量的减少有贡献的非视线碰撞和对检测到的射束电流的减少有贡献但不影响晶片剂量视线的碰撞。因此，差值可以被按比例缩放，而注入参数可以被这样调整以致需要的剂量被交付给半导体材料。

尽管这项发明已经结合其特定的实施方案予以描述，但是许多替代方案、修改方案和变化对于熟悉这项技术的人显然是显而易见的。因此，在此陈述的本发明的优选实施方案倾向于举例说明而不是限制。不脱离本发明可以做出各种不同的变化。

Claims (34)

1.一种用来控制离子注入过程的方法，该方法包括：

产生离子束；

确定离子束电流的参考水平；以及

在半导体晶片的注入期间测量离子束电流；以及在注入期间根据参考水平和实测的离子束电流而不根据检测到的压力调整离子注入参数以补偿真空的波动。

2.根据权利要求1的方法，其中确定离子束电流的参考水平的步骤包括：

在开始注入半导体晶片之前测量离子束电流。

3.根据权利要求1的方法，其中确定离子束电流的参考水平的步骤包括：

当真空水平沿着离子束路径稳定的时候测量离子束电流。

4.根据权利要求1的方法，其中确定离子束电流的参考水平的步骤包括：

从存储器取回储存的参考水平。

5.根据权利要求1的方法，其中确定离子束电流的参考水平的步骤包括：

使用法拉第检测器测量离子束电流。

6.根据权利要求1的方法，其中确定离子束电流的参考水平的步骤包括：

使用邻近晶片注入位置放置的取样法拉第检测器测量离子束电流。

7.根据权利要求1的方法，其中测量离子束电流的步骤包括：

使用邻近半导体晶片位置放置的法拉第检测器测量离子束电流。

8.根据权利要求1的方法，其中测量离子束电流的步骤包括：

当真空水平沿着射束线偏离真空参考水平变化的时候测量离子束电流。

9.根据权利要求1的方法，其中调整离子注入参数的步骤包括：

根据离子束电流参考水平和实测的离子束电流之间的差异调整用来确定晶片横越离子束的速率的晶片扫描频率。

10.根据权利要求1的方法，其中调整离子注入参数的步骤包括：

确定离子束电流参考水平和实测的离子束电流之间的差异；

按比例缩放差异的数值以计算出在射束中离子的非视线电荷交换碰撞；以及

根据按比例缩放的差值调整晶片扫描频率。

11.根据权利要求1的方法，其中调整离子注入参数的步骤包括：

调整对剂量不均匀性进行二维调整的离子注入参数。

12.根据权利要求11的方法，其中调整步骤包括：

调整晶片扫描频率和射束扫描频率。

13.根据权利要求12的方法，其中调整步骤包括：

根据两个比例系数调整晶片扫描频率和射束扫描频率。

14.根据权利要求1的方法，其中调整离子注入参数的步骤包括：

使用通过建立注入系统的模型用数学方法推演出来的比例系数。

15.根据权利要求14的方法，其中使用比例系数的步骤包括：

使用根据至少部分地从离子束路径和真空系统的模型获得的计算的射束路径长度*中性粒子密度的乘积确定的比例系数。

16.一种离子注入系统，其中包括：

用来产生离子束的装置；

用来确定离子束电流参考水平的装置；

用来在注入期间测量离子束电流的装置；以及

用来在注入期间根据参考水平和实测的离子束电流而不根据检测到的压力调整离子注入参数以补偿真空度波动的装置。

17.一种离子注入系统，其中包括：

产生高能离子束而且使它指向半导体晶片的射束发生器；

检测离子束电流的检测器；

在横穿离子束路径的方向上移动半导体晶片的晶片驱动器；以及

接收来自检测器代表检测到的离子束电流的信号、根据检测到的离子束电流检测真空度波动、而且在注入期间控制调整晶片扫描频率的晶片驱动器以补偿真空度波动的控制器。

18.根据权利要求17的装置，其中控制器按比例缩放差值以便计算出射束中的离子沿着离子束路径所经历的非视线电荷交换碰撞和视线电荷交换碰撞。

19.根据权利要求18的装置，其中差值是根据视线碰撞与非视线碰撞之比按比例缩放的。

20.根据权利要求17的装置，进一步包括真空系统，而且其中控制器根据所确定的差值控制真空系统开始抽真空。

21.根据权利要求17的装置，其中检测器是毗邻半导体晶片放置法拉第杯。

22.根据权利要求17的装置，其中射束发生器包括角度修正器磁铁。

23.根据权利要求17的装置，其中离子束电流参考数值是根据真空水平沿着离子束路径处于稳定状态的时候实测的离子束电流确定的。

24.根据权利要求17的装置，其中离子束电流参考数值是由控制器从存储器取回的。

25.根据权利要求17的装置，其中控制器根据对应于沿着离子束路径没有真空度波动时的离子束电流的离子束电流参考数值与沿着离子束路径有真空度波动时实测的离子束电流之间的差值检测真空度波动。

26.根据权利要求17的装置，其中控制器调整除了晶片扫描频率之外用来对晶片注入剂量不均匀性进行二维调整的离子注入参数。

27.根据权利要求17的装置，其中控制器调整晶片扫描频率和射束扫描频率。

28.根据权利要求27的装置，其中控制器根据两个比例系数调整晶片扫描频率和射束扫描频率。

29.根据权利要求17的装置，其中控制器利用通过建立注入系统模型用数学方法推演出来的比例系数调整晶片扫描频率。

30.根据权利要求29的装置，控制器使用根据至少部份地从注入系统中的离子束路径和真空系统的模型获得的一个有被确定计算的射束路径长度*中性粒子密度的乘积确定的比例系数。

31.一种用来控制离子注入过程的方法，该方法包括：

产生离子束；

沿着射束线导引离子束；

沿着射束线检测束电流；

根据检测到的束电流沿着射束线检测真空度波动；以及在注入期间调整离子注入参数以补偿真空度波动。

32.根据权利要求31的方法，其中检测真空度波动的步骤包括：

确定对应于沿着离子束路径没有真空度波动时的离子束电流的离子束电流参考数值与沿着离子束路径有真空度波动时实测的离子束电流之间的差值。

33.根据权利要求32的方法，其中检测真空度波动的步骤包括：

根据视线碰撞与非视线碰撞之比按比例缩放所述差值。

34.一种用来控制离子注入过程的方法，该方法包括：

产生离子束；

沿着射束线导引离子束；

沿着射束线检测束电流；

用离子束中的离子注入某种材料；以及

在注入期间根据检测到的束电流而不根据检测到的压力对真空度波动进行补偿。

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