扫描离子注入系统中原位离子束电流的监测与控制技术方案

本发明专利技术涉及一种用于根据对离子束电流及其均匀性采样而控制离子注入系统的系统和方法。所述离子注入系统包括光学元件，该光学元件配置成传输离子束时选择性转向和/或整形离子束，其中，对离子束进行高频采样以提供离子束电流样本，然后对该离子束电流样本进行分析以检测离子束电流样本当中的波动、不均匀性或不可预测的变化。当检测到的多个离子束电流密度样本中的不均匀性超过预定阈值时，将这些射束电流样本与预定阈值水平和/或预测的不均匀性水平进行比较，以生成控制信号。控制系统生成控制信号，用于互锁射束传输或用于更改至少一个光学元件的输入以控制射束电流的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描离子注入系统中原位离子束电流的监测与控制相关申请的引用本申请要求名称为“INSITUIONBEAMCURRENTMONITORINGANDCONTROLINSCANNEDIONIMPLANTATIONSYSTEMS”、申请日为2016年9月7日、专利申请序列号为15/258,723的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及离子注入系统，更具体涉及用于实时进行原位离子束电流采样与检测以对离子注入系统提供控制的系统和方法。
技术介绍
在半导体器件的制造中，离子注入用于掺杂工件，通常以如硅或砷化镓晶片的衬底形式提供。用杂质或掺杂剂轰击晶片，以便将这类掺杂剂注入晶片的晶体结构内，以修整电气特性或以其他方式变换衬底。照此，在半导体制造领域中公知离子注入系统用作通过将离子束中的离子注入工件而使工件掺杂离子或者在制造集成电路期间形成钝化层的固定设备。当用于掺杂半导体晶片时，离子注入系统将选定的离子粒种注入工件以产生所需的非本征材料。典型的离子注入系统包括用于从可电离的源材料中生成带电离子的离子源。所生成的离子成束并借助强电场来加速，以致沿预定射束路径导向注入终端站。例如，注入从锑、砷或磷等源材料生成的离子例如产生“n型”非本征材料晶片，而“p型”非本征材料晶片常由用硼、镓或铟等源材料生成的离子产生。离子注入系统可以包括定位于离子源与终端站之间的射束形成、转向、偏转、整形、滤波和充电的子系统(例如，射束光学元件或射束光学器件)。射束光学元件沿细长内腔或通路(例如束线)来操纵并维持离子束，离子束途径该内腔或通路传到工件所在的终端站。在大多数离子注入应用中，注入过程的目标是将精确控制量的掺杂物均匀递送到工件或晶片表面的整个面积上。这一过程最普遍认可的方法体现为所谓的串列型注入架构，其中各个工件被依序提供给终端站以供离子束注入。为了利用尺寸小于工件面积的离子束实现均匀掺杂，离子束与晶片彼此相对移动，以使射束撞击到晶片的整个表面区域上。一种用于完成这项任务的常见系统架构称作“二维(2D)机械扫描”，例如参阅美国专利号6,956,223，其中在相对于静止“点”离子束的两个基本正交的维度扫描晶片。通过使用2D机械扫描，在固定离子束前方，在所谓的“快扫描”方向上的快速扫描晶片，同时在正交的“慢扫描”方向上缓慢扫描，从而通过在离子束前方以大致移动的Z字形图案传输晶片而用离子“涂布”晶片。替代地，离子注入系统中使用的另一种公知的串列型系统架构是所谓的“混合扫描系统”，其中离子束在一个方向上沿轴以类似光栅的方式来回扫掠或扫描，以形成带状射束，并且工件沿正交于扫描离子束轴的方向机械移动。半导体制造领域中的发展趋势涉及各种半导体工件尺寸，如300mm直径的晶片，外加更高的器件密度。工件尺寸更大将提高各个工件的成本，而器件密度更高将提高处理成本及每个工件的关联值。结果，在避免或减少刮削工件相关的成本方面，相比以往，控制关于离子束的注入均匀性及其他参数变得更加关键。为保持注入过程的均匀性，常在注入期间测量总离子束电流，其中采样杯(通常是一个或多个法拉第杯)沿离子束的路径放置，通常放置在晶片前方、附近或后方。正如扫描射束的架构，射束扫描宽度大体上由法拉第杯的位置决定，这样离子束完全或至少部分在邻近晶片的所谓侧杯上扫描就足以产生可靠的射束电流测量。一个或多个调谐杯也可以定位在工件典型位置的上游或下游，以便在工件不在或处于使得至少一部分离子束不会撞击晶片的位置时调谐离子束。此外，法拉第杯在工件位置前方从扫描离子束的一端运动到另一端时，能够使用行进法拉第杯或所谓的“仿形”法拉第杯来监测离子束。能够以多杯结构或多法拉第单杯结构的形式提供仿形法拉第。照例，利用这类采样杯中的全部(或某些)来监测进入终端站的离子束的总电流，以便调节注入进给率和工件暴露于离子束的暴露时间。例如，在美国专利号4,922,106中，法拉第检测器缓慢平移以产生积分射束电流或剂量测量作为法拉第检测器位置的函数，从而提供代表离子束强度的信号。该信号可用于调节振荡扫描电压，使得积分束强度均匀。在此专利中，感测的射束电流的时间积分用作反馈信号，该反馈信号应用于剂量控制器以控制射束扫描元件的操作。目前认识到的一个问题在于射束电流密度或角度经常在注入循环期间不可预测地发生变化，有时在单个离子束扫描经过期间变化，有时在单个扫描经过的过程中多次变化。这些变化可能表现为束线部件随时间的长期磨损或者电源在多个离子注入循环过程中或在单个离子注入循环期间的电压漂移。这类变化也可能表现为因束形和/或角度差异、离子束内的束分布偏移、系统噪声或离子束内的粒子污染引起的电流分布短期波动或“尖峰”以及其他因素。其他因素可能包括束线压力变化、暴露于射束的元素排放以及晶片移动通过射束时与其相互作用。尽管能够预期并容许射束电流的某些变化，称为离子束中的预测不均匀性(PNU)，但许多类型的射束电流变化可能显著影响离子注入均匀性而无法容忍并接受。
技术实现思路
本专利技术解决上述问题的方案是经由高频采样来监测离子束电流，以在扫描离子束时生成代表实时原位射束电流的波形。能够实时存储和/或显示所生成的波形，以提供表示射束均匀性的图形形式的离子束电流信息的视觉表示。还能够分析射束电流采样并将其用于生成用于控制离子注入系统的控制信号。在射束电流漂移、变化和/或波动相对于先前电流样本超过预定阈值水平的情况下，或当射束电流超出射束电流的预测不均匀性(PNU)时，一种示范性控制信号能够中止给定的注入循环。此外，收集的样本数据能够用于提供反馈信号，以便更改上游射束光学元件或与其关联的电源中的至少一个，以提供更均匀的递送到工件的射束电流密度。本专利技术的实施方案包括用于监测并控制离子注入系统中离子束均匀性的方法，所述方法包括：生成离子束；使离子束输向工件；沿扫描路径扫描离子束，以产生具有时变电位的扫描点束作为扫描波形的函数，其中时变电位值对应于离子束在扫描路径上的位置；提供至少一个射束光学元件，其配置成使离子束输向工件时选择性转向和/或整形离子束，其中至少一个射束光学元件更改离子束的有效横截面形状；与扫描波形同步地对离子束进行采样，以提供多个离子束电流密度样本作为工件上的位置和扫描方向的函数；分析多个离子束电流密度样本，以检测其不均匀性；以及将任何检测到的多个离子束电流密度样本中的不均匀性与预定的阈值不均匀性进行比较。在射束电流漂移、变化和/或波动相对于先前电流样本超过预定阈值水平的情况下，或当射束电流超出射束电流的预测不均匀性(PNU)时，射束电流样本也能够经分析并用来中止给定的注入循环。在本专利技术一种实施方案中，提供一种用于控制离子注入系统中离子束均匀性的方法。该方法包括：生成离子束；使离子束输向工件；沿第一轴扫描离子束，以生成经扫描离子束；以及提供至少一个射束光学元件，该射束光学元件配置成使离子束输向工件时选择性转向和/或整形离子束。该方法进一步包括：对离子束进行采样，以提供多个离子束电流样本，以及将离子束电流样本关联到扫描电流，以提供对应于经扫描离子束的位置和方向信息。分析多个离子束电流样本，以检测其中的不均匀性并生成控制信号。在本专利技术另一种实施方案中，提出一种离子注入系统和对应的控制系统，其中该离子注入系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制离子注入系统中离子束均匀性的方法，所述方法包括：生成离子束；使离子束输向工件；沿第一轴扫描离子束，以生成经扫描离子束；提供至少一个射束光学元件，所述至少一个射束光学元件配置成使离子束输向工件时选择性转向和/或整形离子束；对离子束进行采样，以提供多个离子束电流样本；使离子束电流样本关联到扫描电流，以提供与经扫描离子束相对应的位置和方向信息；以及分析多个离子束电流样本，以检测其中的不均匀性；以及响应于分析步骤，生成控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.07 US 15/258,7231.一种控制离子注入系统中离子束均匀性的方法，所述方法包括：生成离子束；使离子束输向工件；沿第一轴扫描离子束，以生成经扫描离子束；提供至少一个射束光学元件，所述至少一个射束光学元件配置成使离子束输向工件时选择性转向和/或整形离子束；对离子束进行采样，以提供多个离子束电流样本；使离子束电流样本关联到扫描电流，以提供与经扫描离子束相对应的位置和方向信息；以及分析多个离子束电流样本，以检测其中的不均匀性；以及响应于分析步骤，生成控制信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号包括用于互锁离子注入系统中离子束传输的信号。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制信号包括用于更改向至少一个射束光学元件的输入的信号，以控制离子束的有效横截面形状的变化。4.根据权利要求1所述的方法，其中，分析步骤包括：将多个离子束电流样本中的至少一个与先前的离子束电流样本进行比较；以及当多个离子束电流样本中检测到的不均匀性超过预定阈值时，启动生成步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其中，分析步骤包括：将多个离子束电流样本中的至少一个与预测的不均匀性规范进行比较；以及当多个离子束电流样本中检测到的不均匀性超过预测的不均匀性规范时，启动生成步骤。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：存储多个射束电流密度样本和离子束的关联位置，以便跨多个工件进行多次扫描。7.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个射束光学元件更改离子束的有效横截面形状。8.一种离子注入系统，包括：用于生成离子束的离子源；束线，所述束线配置成使离子束沿射束路径输向配置成保持工件的终端站；沿束线定位的多个射束光学元件，所述多个射束光学元件配置成使离子束输向工件时选择性转向、偏转和/或整形离子束；射束采样系统，所述射束采样系统配置成对离子束进行采样，以提供多个离子束电流样本；控制器，所述控制器配置成分析射束电流密度样本，以检测其不均匀性并响应于检测到的不均匀性生成控制信号。9.根据权利要求8所述的离子注入系统，其中，所述射束采样系统进一步包括配置成与离子束相交的多个法拉第杯。10.根据权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述多个法拉第杯包括定位在工件周边附近的至少一个侧法拉第杯。11.根据权利要求9所述的离子注入系统，其中，所述多个法拉第杯包括沿射束路径定位在工件下游的至少一个调谐法拉第杯。12.根据权利要求8所述的离子注入系统，其中，所述控制器进一步配置成关联离子束相对于工件的位置。13.根据权利要求12所述的离子注入系统，进一步包括存储装置，所述存储装置配置成存储关联到离子束相对于工件的位置的射束电流密度分布。14.根据权利要求8所述的离子注入系统，其中，所述控制器进一步配置成响应于多个离子束电流密度样本中检测到的不均匀性超过预定...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔弗雷德·哈林，
申请(专利权)人：艾克塞利斯科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US