CN1535470A - 用于离子注入机的可调传动限制缝隙 - Google Patents

Abstract

一种带电微粒射束装置包括：带电微粒射束源，用于在下游方向上沿着射束路径引导带电微粒射束到达靶；和确定靶腔的处理台。处理台包括腔分隔物，该分隔物在带电微粒束处理靶期间，将靶腔分为上游和下游区域。靶被置于下游区域，并且分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许带电微粒射束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。分隔物将暴露于在靶上产生的外部核素的射束体积最小化，由此减少射束变化碰撞的可能性。

Description

用于离子注入机的可调传动限制缝隙

相关申请的交叉引用

本申请要求于2001年1月18日递交的临时申请No.60/262,594的优先权，并通过在此引述将该申请合并于本文。

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件的制造，更具体地涉及减少在离子注入期间从光刻胶覆盖的晶片进入射束线中的气流。

背景技术

在半导体器件制造中，通过使用离子注入机在晶片中注入一层掺杂物，来改变硅或其他的半导体晶片的性质。离子注入机能够产生和加速掺杂物离子，并引导高能离子到达靶晶片，使用这种离子注入机将离子进行注入。通过控制掺杂物离子的能量，能够控制这些离子进入硅晶片的穿透深度。通常的掺杂物包括硼、磷或砷。

在离子注入机中，源模块将掺杂物气体分子转变为等离子体。离子束从源模块中引出。引出之后，对离子束进行质量分析和加速。通过磁性选择射束中特定的离子，以使它们可以被用于注入，而完成质量分析。加速产生与所希望的注入深度一致的离子能量。在分析和加速之后，离子束被引导至靶腔中的靶晶片上。通过射束扫描、移动晶片或结合射束扫描和移动晶片，可以将离子束分布在晶片之上。在1999年5月1日授权给Berrian等人的美国专利No.4,922,106，在1990年2月6日授权给Freytsis等人的美国专利No.4,899,059以及1994年9月27日授权给White等人的美国专利No.5,350,926公开了若干离子注入机体系结构的例子。

许多由离子注入机处理的晶片使用光刻胶作为注入掩模。当离子撞在光刻胶上时，可能释放出大量的气体，这主要是氢气，由此增加了靶腔和射束线中的压力。压力上升致使这种可能性增加：射束中的离子与所释放气体中的分子相碰撞，并进行电荷交换或电离碰撞。这些碰撞可以改变射束中离子的电荷状态、方向及能量，导致精确测量被传送到晶片的离子电流，和控制离子注入的位置和深度的能力变差。例如，法拉第束流传感器不能够测量被中和的离子，尽管事实上这些被中和的离子被注入到晶片中，并作为总剂量的一部分。

已经进行了各种努力来补偿由于从各种源头引入外来核素的射束变化所导致的离子束测量的不准确。这样的努力依赖于对剩余背景气体的测定，然后根据基于在操作条件下电荷变化碰撞发生的可能性的校准模型调节离子剂量。例如，在1985年9月3日授权给Farley的美国专利No.4,539,217，在1994年6月7日授权给Tokoro的美国专利No.5,319,212，在1992年9月8日授权给Stack的美国专利No.5,146,098以及在1998年9月29日授权给Benveniste的美国专利No.5,814,832公开了这样的技术。但是，因为校准模型可能没有准确反应操作条件，因此校准很困难，而且难以完全如意。在1999年12月5日公开的欧洲专利申请No.EP0964426 A2公开了一种用于离子注入机的离子剂量测量装置。在校准过程中，在射束线中放置一个具有缝隙的限制板，而在对晶片的离子注入期间将其移出射束线。在2001年2月27日授权给Loomis等人的美国专利No.6,194,734公开了一种结合具有调节从其通过的离子束电流量的可变缝隙的离子注入机。没有一种现有技术的方法能完全满意地解决在离子注入期间从光刻胶覆盖的晶片释放出气体的问题。

因此，需要一种改进的方法和装置来限制不需要的气体对离子注入不利的影响。

发明内容

本发明针对一种离子注入机，该离子注入机能使由于射束碰撞在靶晶片上而释放到靶腔中的外部气体对离子束的影响最小化。特别地，本分明涉及使用具有从其上通过用于射束通过到达靶的缝隙的分隔物，将靶腔分隔为上游和下游区域。调节缝隙尺寸以使几乎所有的射束通过，但是显著地限制从靶到分隔物上游侧的气流。对于不同的射束构造，缝隙尺寸最好是可调的，并且缝隙位于靠近靶的位置。以这种方式，发明的装置将暴露于外部核素的射束体积最小化，并将碰撞限制在注入机的一部分，这里它们几乎不会影响离子的方向、能量或电荷状态。因此，本发明减少了射束变化碰撞的可能性，并增强了控制剂量和离子注入深度的能力。

根据本发明的一个方面，提供了一种带电微粒射束装置。该带电微粒射束装置包括：带电微粒射束源，用于在下游方向上沿着射束路径引导带电微粒射束到达靶；和确定靶腔的处理台。处理台包括腔分隔物，该分隔物在带电微粒束处理靶期间，将靶腔分为上游和下游区域。靶被置于下游区域，并且分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许带电微粒射束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。

最好地是，该带电微粒射束装置还包括用于调节所述缝隙尺寸的缝隙调节机构。该缝隙调节机构可以包括一个或多个可移动的板和用于向着彼此或远离彼此移动这些板以调节缝隙尺寸的驱动机构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种离子注入机。该离子注入机包括：离子源，用于沿着射束路径上引导离子束到达靶；质量分析器，沿着射束路径放置，用于在离子束中选择所期望的离子；加速器，沿着射束路径放置，用于加速离子束中经过选择的离子到期望的能量；扫描器，用于将离子束分布到靶上；和处理台，其确定了靶腔。处理靶腔，包括在对靶的离子注入期间，将靶腔分为上游和下游区域的分隔物。靶被置于下游区域，并且分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许带电微粒射束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且允许其他回流到腔的上游区域。

根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，用于减少离子注入机的靶腔种的射束变化碰撞的可能性。靶腔适于装入具有光刻胶在其上的靶。该方法包括：在靶腔中提供分隔物，该分隔物在离子束对靶进行处理期间将靶腔分为上游和下游区域，靶位于下游区域，腔分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许离子束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。

根据本发明的另一个方面，提供了一种离子注入机用于注入离子到半导体晶片。该离子注入机包括：离子束产生器，用于产生离子束；  处理台，确定了用于接收离子束的靶腔，该处理台包括用于在半导体晶片进行离子注入期间将靶腔分为上游和下游区域，半导体晶片位于下游区域，该分隔物具有缝隙，该缝隙的尺寸允许离子束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域；和第一和第二真空泵，分别连接到靶腔的上游和下游区域。

附图简要说明

为了更好地理解本发明，对在此结合以作参考的附图进行说明，其中：

图1是根据现有技术的离子注入机的简化示意框图；

图2是根据本发明的实施例的靶腔中结合的分隔物的离子注入机的简化框图；和

图3是根据本发明的实施例，从靶腔分隔物上游侧观察的带有相关驱动机构的靶腔分隔物的立体图。

具体实施方式

离子注入机的操作和结构对本领域的技术人员是熟知的。现有技术的离子注入机的简化示意框图如图1所示。离子源10引导离子束12沿着射束路径到达靶14，该靶一般是半导体晶片。离子束12被质量分析磁体20所偏转和聚焦。离子束在质量解析裂缝组件22的面上被聚焦。多种裂缝组件的构造是已知的，这包括在美国专利No.5,629,528中的旋转圆柱体构造，以及在其背景技术部分所公开的现有裂缝组件构造。离子束20被加速器24加速到所希望的能量，并碰撞在位于确定靶腔26的处理台25中的靶14上。在离子源10和靶14之间的整个区域在离子注入期间被抽空。

可以通过相对于射束的机械扫描靶14、相对于目标扫描离子束或结合离子束扫描和靶扫描将离子束12分布到靶14的表面之上。目前，半导体制造商更喜欢单晶片离子注入机。在一种体系结构中，离子束在一个方向上扫描，例如是水平方向，晶片在成直角的方向上机械扫描。在另一种体系结构中，离子束是固定的，并具有至少和晶片一样宽的带状形状。晶片在垂直于带状离子束的宽度方向被扫描。在次优选的分批式离子注入机中，多个晶片在离子注入期间被安装在旋转盘上。处理台25可以包括自动加载半导体晶片到一个或多个用于注入的靶位置和在离子注入后自动将晶片从靶腔移除的系统。

图2示出了结合本发明实施例的离子注入机的简化示意框图。在图1和图2中相似的元件具有相同的标号。在图2的实施例中，处理台25具有例如靠近靶14的分隔墙32的分隔物，其将靶腔分为上游区域28和下游区域30。靶14位于下游区域30中。更确切地说，分隔墙32位于靶14和离子源10之间，并如实际操作时那样接近靶14。分隔墙32在离子注入或靶14的其他处理过程期间，保留在该位置。在分隔墙32上设置有缝隙34，其位置和大小允许射束几乎无障碍地通过墙32。此外，分隔墙32对于在区域28和30之间的气流基本上是非透过的，至少在离子注入期间如此，由此阻止了气体从下游区域30回流到上游区域28。

最好配置离子注入机的真空泵系统来将上游区域28维持在受控的低压，而与下游区域30中的气流产生无关。上游区域28和下游区域30最好都有真空泵，如下所述。

分隔墙32最好被如此配置，以便在离子束通过缝隙34之前确定最终能量和离子束的角度，并测量离子电流。即，所有的射束线元件最好在分隔墙32的上游。于是，由离子对光刻胶的碰撞所释放的气体大部分被限制在靶腔26的下游区域30中，并且在下游区域30中，离子束基本不受与这样的气体的碰撞的影响。因此，由于射束离子与外部气体的碰撞的电荷交换的可能性，以及这样的碰撞对射束角度的影响受到了限制。

对于大多数离子注入机，在对不同的离子注入过程需要不同的掺杂物和能量时，离子束12的构造不时地变化。为了使分隔墙32的好处最大，在过程中没有浪费的射束离子，缝隙34应该足够大以允许离子束12的通过，但基本上不再大。更大或更小的缝隙可以被使用。但是，更小的缝隙将阻挡一部分离子束，因此对于给定的剂量，增加了注入时间，反之更大的缝隙将允许增加的从下游区域30到上游区域28的气流。为此，缝隙34的尺寸可以被制作为可调的，以便它可以对于每个射束构造被配置为最佳。在其中射束是电或磁扫描穿过靶14的情形，缝隙34可以被制作为容纳射束扫描范围的尺寸。

如图3所示为从上游一侧的分隔墙32的优选实施例。缝隙34是由垂直可移动板40和42之间的空间所确定的方形切口。驱动机构50允许板40和42受控的移动。这样，缝隙可以如所需地加宽或缩窄。法拉第组件52允许在离子束通过缝隙34之前对其电流进行测量。泵出端口54允许对靶腔上游区域28的补充泵吸。

驱动机构50可以包括传统的按照需要配置来获得这里所述的可变移动的马达、控制器、齿轮、联动和衔接机构。驱动机构的马达和其他主要元件最好位于高度真空区域外，铁磁流体密封的驱动圆柱或轴传递对板40和42的受控机械驱动动作。

可垂直移动的板40和42一般是可控制来同步地打开或关闭的。或者，单独的板可以设置有独立的运动。也可以使用向固定板滑动的单个的板。作为对滑动板的替代，装有铰链的嵌板或多个嵌板可以以受控的方式旋转来提供可变的缝隙尺寸。

在另一个实施例中，缝隙34在垂直方向和水平方向的尺寸都是可调节的，例如，通过提供未示出的可垂直移动的端板，其可以独立地被驱动机构50移动，因此允许对缝隙长度的调节，也可以调节缝隙的高度。此外，当注入机使用非方形射束构造时，缝隙34的形状和它的可调节元件可以是对应配置的。

缝隙34的尺度可以是如下可调的。缝隙被设置为最大开口或比允许整个离子束12撞击到靶1 4所需更大的开口。例如法拉第筒(Faraday Cup)的传统传感器被用来监测撞击到靶的射束。该离子束传感器位于分隔墙32的下游。然后，缝隙34的高度通过启动驱动机构50来带动板40和42更接近直到束流的减少被射束传感器所检测到而被减小。如果提供有在垂直和水平的调节，同样的技术能被用来调节缝隙的长度。或者，分隔墙32的缝隙调节机构能电学上浮动，具有一个适当的电流传感器连接到其上，该缝隙能被关闭直到检测到射束撞击板40和42。在一些情形中，缝隙的尺寸可以在检测到电流的减小后，通过再次将缝隙打开一个预定的增量距离来优化。当缝隙尺寸是确定的，并且被设定时，使射束预备进行注入，晶片以传统方式进行处理。

当在传统注入机中实施本发明时，在一些构造中，附加的真空泵能力可以是所希望的。离子注入机可以设置有靶腔26的区域28和30的补充真空泵吸，以在上游区域28中提供一个相对于下游区域30中减小的压力的方式泵出。如图2所示，真空泵29可以被连接到上游区域28，真空泵31可以被连接到下游区域30。上游区域28最好被真空泵出到气压为5×10^-6托或更小。

在本发明的另一个实施例中，两个或更多如这里所述的可变调节的缝隙被插入到注入机最后的射束线元件的下游和靶的上游之间，每个缝隙被安装在分隔墙中，以使离子束在它到靶的途中穿过每个缝隙。附加的分隔墙还将在靶产生的气体隔离。可选地是，每个由多个分隔物产生的子腔可以单独被抽真空。

在一台商业离子注入机上使用这里所述的本发明，已经证实在200mm的晶片上最差情形的剂量从4％变动到1％，而没有造成通过量的损失或单一性的变差。

上述说明意于说明性的，而非详尽性的。该说明将向本领域的普通技术人员暗示许多的变化和替代。所有这些替代和变化是意于被包括在所附加的权利要求的范围中。对本领域熟悉的人员可能意识到这里所述的特定的实施例的等同物，其中，等同物也是意于被附加于此的权利要求所涵盖。此外，在下面的独立权利要求中所表达的确切的特征能与本发明的范围中的其他方式合并，从而本发明也应该被视为是特别地针对其他实施例，这些实施例具有对任何其他从属权利要求特征的可能的合并。

Claims (25)

1.一种带电微粒射束装置，包括：带电微粒射束源，用于在下游方向上沿着射束路径引导带电微粒射束到达靶；以及确定靶腔的处理台，该处理台包括腔分隔物，该分隔物在带电微粒束处理靶期间，将靶腔分为上游和下游区域，靶被置于下游区域，并且分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许带电微粒射束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。

2.如权利要求1所述的带电微粒射束装置，还包括用于调节所述缝隙尺寸的缝隙调节机构。

3.如权利要求2所述的带电微粒射束装置，其中，所述缝隙调节机构包括一个或多个可移动的板。

4.如权利要求3所述的带电微粒射束装置，其中，所述缝隙调节机构包括一对确定所述缝隙的对边，并且可以向着彼此或远离彼此移动的板。

5.如权利要求4所述的带电微粒射束装置，其中，所述缝隙调节机构还包括用于向着彼此或远离彼此移动所述板以调节缝隙尺寸的驱动机构。

6.如权利要求5所述的带电微粒射束装置，还包括配置来产生指示射束撞击到所述板上的信号的传感器，其中，所述驱动机构响应所述信号来调节缝隙的尺寸到射束的尺寸。

7.如权利要求2所述的带电微粒射束装置，其中，所述缝隙调节机构包括一个或多个可旋转的嵌板。

8.如权利要求2所述的带电微粒射束装置，还包括配置来产生指示射束尺寸的信号的传感器，其中，缝隙调节机构响应所述信号来调节缝隙的尺寸到射束的尺寸。

9.如权利要求2所述的带电微粒射束装置，还包括位于腔分隔物下游的射束传感器来产生指示穿过所述缝隙的束流的信号，其中，缝隙调节机构响应所述信号来调节缝隙的尺寸，直到束流的减少被检测到。

10.如权利要求1所述的带电微粒射束装置，还包括真空泵，用于在操作期间将靶腔上游区域中的气压维持在5×10^-6托或更小。

11.如权利要求1所述的带电微粒射束装置，其中，所述分隔物位于所述靶腔中，以使所有射束线元件在分隔物的上游。

12.如权利要求11所述的带电微粒射束装置，还包括在靶腔上游区域中的束流传感器。

13.如权利要求1所述的带电微粒射束装置，包括两个或多个连续置于腔中的分隔物，每个都有缝隙。

14.如权利要求13所述的带电微粒射束装置，其中，每个缝隙的尺寸可以由缝隙调节机构调节。

15.如权利要求13所述的带电微粒射束装置，其中，每个分隔物具有相关的真空泵，用于在腔紧邻于其上游的区域中维持真空。

16.一种离子注入机，包括：

离子源，用于沿着射束路径上引导离子束到达靶；

质量分析器，沿着所述射束路径放置，用于在所述离子束中选择期望的离子；

加速器，沿着所述射束路径放置，用于加速所述离子束中经过选择的离子到期望的能量；

扫描器，用于将离子束分布到靶上；和

处理台，其确定了靶腔，该处理靶腔包括在对靶的离子注入期间，将靶腔分为上游和下游区域的分隔物，靶位于下游区域，并且腔分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许离子束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。

17.如权利要求16所述的离子注入机，其中，所述处理台还包括用于调节所述缝隙尺寸的缝隙调节结构。

18.如权利要求17所述的离子注入机，其中，所述缝隙调节结构包括一个或多个可以移动的板。

19.如权利要求16所述的离子注入机，还包括，连接到靶腔上游区域的第一真空泵，和连接到靶腔下游区域的第二真空泵。

20.一种用于减少离子束和离子注入机的靶腔中的气体之间的射束变化碰撞的可能性的方法，该靶腔适于装入具有光刻胶在其上的靶，该方法包括：

在靶腔中提供有分隔物，该分隔物在离子束对靶进行处理期间将靶腔分为上游和下游区域，靶位于下游区域，腔分隔物具有从其上穿过的缝隙，该缝隙的尺寸允许离子束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域。

21.如权利要求20所述的方法，其中，射束路径构造是可调的，并且当射束路径构造被调节时，分隔物缝隙的尺寸被调节到射束路径的尺寸。

22.如权利要求20所述的方法，其中，腔分隔物被这样放置，以便在射束通过所述缝隙之前确定射束最后的能量，并且测量离子电流。

23.一种用于注入离子到半导体晶片的离子注入机，包括：

离子束产生器，用于产生离子束；

处理台，确定了用于接收离子束的靶腔，该处理台包括用于在半导体晶片进行离子注入期间将靶腔分为上游和下游区域，半导体晶片位于下游区域，分隔物具有缝隙，该缝隙的尺寸允许离子束穿过到达靶，而几乎没有阻挡，并且限制气体回流到腔的上游区域；和

第一和第二真空泵，分别连接到靶腔的上游和下游区域。

24.如权利要求23所述的离子注入机，其中，所述处理台还包括用于调节所述缝隙尺寸的缝隙调节机构。

25.如权利要求24所述的离子注入机，其中，所述缝隙调节机构包括一个或多个可以移动的板。

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