用于限束孔隙的腐蚀检测的方法和机制与流程

本发明的实施例涉及用于检测例如用于测量射束线离子植入系统(beamline ion implantation system)中的离子束电流的限束孔隙(definingaperture)的腐蚀的方法和设备。

背景技术：

半导体工件常常植入有掺杂物质以产生所需的传导性。引入到工件中的掺杂物的量对于其正常运作很关键。因此，已经使用不同技术来试图准确测量由离子植入系统所供应的离子束电流。在一些实施例中，例如法拉弟杯(Faraday cup)的电荷收集器定位在工件附近。以此方式，可基于在给定时间周期内法拉弟杯所收集的电荷的量来测量离子束电流。定位在相对于工件的电荷收集器仅可接收来自离子束的一部分的电荷。换句话说，归因于其固定位置，所收集的电荷不能代表整个离子束。

在其它实施例中，电荷收集器为可移动的，以便移动而穿过离子束。在此情况下，具有孔隙的板件可安置在离子束的来源与电荷收集器之间，以便限制对电荷收集器可见的离子束的部分。由于板件和电荷收集器移动而跨越离子束，因而可积分全部电荷以计算束电流。此计算是基于电荷收集器移动的速度以及孔隙的尺寸。虽然这是测量离子束电流的总体上有效的方法，但其可能容易发生测量错误。举例来说，随着时间过去，离子束往往会腐蚀板件，尤其是在孔隙周围，进而使其尺寸增加。孔隙尺寸的增加允许较多离子穿过而到达电荷收集器。这会导致系统计算出大于实际电流的离子束电流。解决此问题的一种方法是，在腐蚀效应变得显著之前，在预定的时间间隔替换板件。然而，这需要离线运作离子植入系统，而会减小效率和处理量。

因此，一种用于检测且任选地校正离子束所引起的孔隙的腐蚀的系统和方法将是有利的。

技术实现要素：

具有至少两个不同尺寸的孔隙的限束孔隙板件与至少两个电荷收集器结合使用。由于孔隙宽度的差异，两个电荷收集器接收不同量的离子，其中所述的量与相关的孔隙宽度成比例。通过监视第一电荷收集器收集的电荷与第二收集器收集的电荷的比率，可监视且任选地补偿腐蚀量。

在一个实施例中，揭示一种离子植入系统。离子植入系统包括离子源，产生离子束；限束孔隙板件，具有两个不同尺寸的孔隙；两个电荷收集器，各自安置在所述不同尺寸的孔隙的相应一个后方；致动器，用以驱动限束孔隙板件穿过离子束的一部分；以及控制系统，与两个电荷收集器通信以监视离子束的离子束电流。在另一实施例中，控制系统基于离子束电流以设定离子植入系统的参数。在又一实施例中，控制系统基于两个孔隙的宽度的比率以计算初始孔隙比；基于电荷收集器测得的电荷以计算经更新的孔隙比；基于经更新的孔隙比和初始孔隙比以确定补偿因数；以及基于两个电荷收集器收集的电荷和补偿因数以计算离子束电流。

在第二实施例中，揭示一种使用离子束处理工件的方法。所述方法包括：使用离子束以植入工件，其中离子植入的参数是基于离子束电流；使板件在离子束的一部分前方通过，所述板件具有离子可通过的两个不同尺寸的孔隙；基于两个孔隙的初始宽度的比率以确定初始孔隙比；收集各自在相应孔隙后方的第一电荷收集器和第二电荷收集器各自在相应后方所接收的电荷，所述所收集的电荷代表穿过相应孔隙的离子束电流；以及基于第一电荷收集器收集的电荷与第二电荷收集器收集的电荷的比率以确定经更新的孔隙比。在另一实施例中，所述方法进一步包括若经更新的孔隙比并未偏差于初始孔隙比超过预定量时继续植入。在又一实施例中，所述方法包括在若经更新的孔隙比偏差于初始孔隙比超过预定量时停止植入。在又一实施例中，所述方法包括基于初始孔隙比与经更新的孔隙比之间的偏差以确定补偿因数；使用补偿因数校正孔隙的腐蚀以计算离子束电流；以及基于所计算的离子束电流以调整植入时使用的参数。

在第三实施例中，揭示一种使用离子束处理工件的方法。所述方法包括使用离子束以植入工件，其中离子植入的参数是基于离子束电流；使板件在离子束的一部分前方通过，板件具有离子可通过的两个不同尺寸的孔隙；确 定初始孔隙比，初始孔隙比被定义为两个不同尺寸的孔隙中的第一个的宽度与所述不同尺寸的孔隙中的第二个的宽度的比率；收集由安置在相应孔隙后方的第一电荷收集器和第二电荷收集器所接收的电荷；基于第一电荷收集器收集的电荷与第二电荷收集器收集的电荷的比率以计算经更新的孔隙比；基于比较经更新的孔隙比与初始孔隙比以确定所述两个不同尺寸的孔隙的腐蚀；以及基于所确定的腐蚀以修改离子植入。在另一实施例中，所述修改包括若所确定的腐蚀大于预定阈值时停止离子植入。在又一实施例中，所述修改包括基于所确定的腐蚀、第一电荷收集器收集的电荷和第二电荷收集器收集的电荷以计算离子束电流；以及基于所计算的离子束电流以调整植入时所使用的参数。

附图说明

为了更好地理解本发明，将参考附图，这些附图以引用的方式并入本文中，且其中：

图1示出根据一个实施例的具有孔隙的板件。

图2示出腐蚀一定量之后的图1的板件。

图3示出根据第一实施例的流程图。

图4示出根据第二实施例的流程图。

图5A示出时序图，其示出在第一错误条件时两个电荷收集器的电荷收集。

图5B示出图5A的实施例中所使用的限束孔隙板件。

图6示出时序图，其示出在第二错误条件时两个电荷收集器的电荷收集。

具体实施方式

如上文所描述，具有孔隙的板件(也称为限束孔隙板件)用于限制最终到达安置在限束孔隙板件之间的电荷收集器的离子的量。图1示出离子植入系统的一部分。尽管未图示，但离子植入系统还包括用于产生离子的离子源。离子源可为旁热式阴极(indirectly heated cathode，简称：IHC)源、伯钠(Bernas)式源、RF等离子体离子源，或任何其它已知的离子源。随后从离子源提取离子，且使用一组射束光学元件(未图示)将所述离子变换为离子束110。在一些 实施例中，所得离子束是带状束，其是具有比其高度大得多的宽度的离子束。在其它实施例中，可产生大致为圆形射束的点射束。

此离子束110被引导而朝向工件(未图示)。通常，工件和离子束110相对于彼此移动，以使得工件的所有部分暴露于离子束110。在带状束的情况下，离子束110可(在x维度上)比工件宽，但(在y维度上)比工件窄。在此情况下，工件可相对于离子束110在y或垂直方向上移动，使得工件的所有部分皆暴露于离子束。当然，在其它实施例中，当离子束110在垂直方向上移动时，工件可保持静止。在其它实施例中，工件与离子束110两个可在垂直方向上相对于彼此移动。

为测量此离子束110的电流，限束孔隙板件120可在离子源与工件之间，在离子束110的路径中移动。限束孔隙板件120可(在x方向上)水平移动以便穿过离子束110的整个宽度。以此方式，离子束110中的任何空间不均匀性皆被限束孔隙板件120所观察到。

限束孔隙板件120包括至少两个孔隙121、122以及对应数目的电荷收集器131、132。在一个实施例中，这些电荷收集器可为法拉弟杯，但可使用其它电荷收集器。在此实施例中，第一电荷收集器131经安置以接收穿过第一孔隙121的离子。第二电荷收集器132经安置以接收穿过第二孔隙122的离子。如上文提及，可利用大量各自具有对应的电荷收集器的孔隙。

此外，尽管贯穿本发明使用术语“限束孔隙板件”，但应理解，此些孔隙也可通过使用两个单独板件(各自具有相应孔隙)而产生。在此实施例中，这两个板件可彼此独立移动，或可具有固定空间关系。因此，术语“限束孔隙板件”应解释为包含其中利用一个以上物理板件的实施例。

在一个实施例中，第一电荷收集器131经安置而仅接收穿过第一孔隙121的离子，同时第二电荷收集器132经安置而仅接收穿过第二孔隙122的离子。

另外，第一孔隙121的宽度(w1)不同于第二孔隙122的宽度(w2)。两个孔隙121、122的高度可相同。第一电荷收集器131接收穿过由第一孔隙121所界定的区域的离子，而第二电荷收集器132接收穿过由第二孔隙122所界定的区域的离子。在一些实施例中，射束高度小于孔隙121、122的高度。在此情况下，第一电荷收集器131所收集的电荷与射束高度乘以第一孔隙121的宽度成比例。第二电荷收集器132所收集的电荷与射束高度乘以第二孔隙 122的宽度成比例。

以此方式，第一电荷收集器131接收的离子的数目与第二电荷收集器132接收的离子的数目的比率可等于相应孔隙121、122的宽度的比率或w1/w2。

控制系统140与电荷收集器131、132通信。通过监视电荷收集器131、132收集的离子的数目，控制系统140可确定离子束电流。此电流是离子植入的一观点，因为其帮助确定剂量、掺杂物均匀性、植入时间和其它参数。此外，致动器150与控制系统140和限束孔隙板件120通信。此致动器150用以移动限束孔隙板件120进出离子束110的路径，如上文所描述。在一些实施例中，致动器150仅提供水平(即，x方向)运动，而在其它实施例中，也允许垂直运动(即，y方向)。

图2示出在持续暴露于离子束110之后的图1的限束孔隙板件120。如上文陈述，所述限束孔隙板件可选择地包括各自具有相应孔隙的两个物理板件。由于离子束110比孔隙121、122的高度窄，所以孔隙的腐蚀被限制于较小区域。虽然图2示出离子束在其中心附近撞击孔隙121、122，但离子束110可撞击孔隙121、122的任何部分，且本发明不受此实施例限制。由于离子束均等地撞击每一孔隙121、122周围的区域，所以在每一孔隙121、122周围的腐蚀几乎相同。换句话说，暴露于离子束110的每一孔隙121、122的宽度增长相同的量。出于说明的目的，假定腐蚀是对称的且被定义为在每一孔隙121、122的每一侧上为α/2。由于此腐蚀，第一电荷收集器131现接收更多离子。举例来说，由于第一孔隙121的宽度现为w1+α，所以第一电荷收集器131现将接收的离子与图1中所接收的离子相比的比率可被定义为(w1+α)/w1。类似地，第二孔隙122现具有宽度w2+α，因此第二电荷收集器132也将接收更多离子。与图1中所接收的离子相比，第二电荷收集器132现将接收(w2+α)/w2倍的离子。如果不考虑腐蚀，则控制系统140将认为离子束具有大于其实际的电流，因为控制系统140仍假定孔隙宽度分别是w1和w2。

出于说明性目的，假定w1为1/8(0.125)英寸，且w2为1/4(0.250)英寸。还假定腐蚀致使宽度恒定地增加0.05英寸。在此实例中，第一电荷收集器131将接收其在腐蚀之前所接收的(0.125+0.05)/0.125或1.4倍的离子。类似地，第二电荷收集器132将接收其在腐蚀之前所接收的(0.250+0.05)/0.250或1.2 倍的离子。

此外，第一电荷收集器131接收的离子与第二电荷收集器132接收的离子的比率也会改变。如先前所描述，此比率等于对应孔隙121、122的宽度的比率。因此，在图1中，第一电荷收集器131接收的离子与第二电荷收集器132接收的离子的比率由w1/w2所给定。在图2中，所述比率变为(w1+α)/(w2+α)。如果w1小于w2，则此比率随着持续腐蚀而逐渐增加。相反地，如果w1大于w2，则此比率随着持续腐蚀而逐渐减小。

两个不同尺寸的孔隙121、122的使用提供监视孔隙的腐蚀并恰当地作出反应的能力。

图3示出根据第一实施例的流程图。此流程图中所说明的顺序可由控制系统140来执行。此控制系统140可包括例如微处理器的处理单元以及相关联存储器装置，所述存储器装置用于存储处理单元待执行的指令。此存储器装置可为非易失性、易失性，或两个，且还可用于存储数据。控制系统140还可具有各种输入和输出。举例来说，控制系统140可从电荷收集器131、132接收输入。类似地，其可具有允许移动限束孔隙板件120的输出。额外输入和输出也可为控制系统140的一部分。

在此实施例中，新的限束孔隙板件120安装在离子植入系统中，如框300所示。随后，限束孔隙板件120移动到离子束110的路径中，如框310所示。在一些实施例中，限束孔隙板件120水平地移动而跨越离子束110。在其它实施例中，限束孔隙板件120移动到离子束的路径中的固定位置，而不穿越整个离子束110。也有可能是其它实施例。然而，目标是确保限束孔隙板件120的两个孔隙121、122均在离子束110的路径中。控制系统140控制致动器150将限束孔隙板件120移动到所要位置中。

控制系统140随后从第一电荷收集器131和第二电荷收集器132接收关于各自接收的离子数目的数据，如框320所示。控制系统140接着将这些值的比率保存为初始孔隙比，如框330所示。如上文所阐释，初始孔隙比应表示为在任何腐蚀已发生之前第一孔隙121的宽度与第二孔隙122的宽度的比率。

在第二实施例中，不进行初始离子测量。而是，将第一孔隙121的宽度与第二孔隙122的宽度的比率定义为初始孔隙比。在此实施例中，不执行图 3的框310、320、330，而框325简单地由物理孔隙宽度的比率的计算所构成。

一旦此初始化过程完成，离子植入系统就可正常操作，如框340所示。在此模式中，可周期性地使用限束孔隙板件120来测量如上文所阐释的离子束电流。在正常操作中，控制系统140可使用来自电荷收集器131、132中的一或两个的数据来测量离子束电流。在一个实施例中，可使用来自与较大孔隙相关联的电荷收集器的数据，因为此孔隙对腐蚀较不敏感。在另一实施例中，可使用来自与较小孔隙相关联的电荷收集器的数据。

控制系统可以各种间隔确定腐蚀，如框350所示。这可在测量离子束电流的同时进行(见框340)，或可为单独程序。限束孔隙板件120安置在离子束的路径中，使得孔隙121、122两个均等地暴露于离子束110。确定第一电荷收集器131接收的离子与第二电荷收集器132接收的离子的比率。电荷收集器131、132可以预定持续时间暴露于离子束110，以允许随时间推移来对电荷求积分。在其它实施例中，可进行瞬时测量。在任一实施例中，此比率被称作经更新的孔隙比。

在决策框360中，控制系统140随后将经更新的孔隙比与框330或框325中发现的初始孔隙比进行比较。如果这些比率在彼此的预定容限内，则控制系统140确定腐蚀的量是可接受的，且通过返回到框340而允许继续正常操作。如果控制系统140确定经更新的孔隙比与初始孔隙比之间的偏差太大，则通知操作者，如框370所示。

图4表示第二实施例，其中控制系统140确定并补偿孔隙121、122的腐蚀。框400到440的初始化过程类似于图3中描述的过程，且不予以重复。或者，如上文所描述，框410、420、430可排除，且可基于孔隙的相对宽度计算初始孔隙比，如框425所示。

在框450中，控制系统140确定腐蚀。这可以与上文参看图3所描述相同的方式进行。然而，在此实施例中，控制系统140确定补偿因数，如框460所示。在一些实施例中，所述测量值可相对于时间和/或位置区分。在其它实施例中，直接使用实际测量值来确定腐蚀。在这些实施例中的一些实施例中，从两个电荷收集器获得的测量值可随时间推移而求积分以对所收集电荷取平均值，如上文所描述。举例来说，基于初始孔隙比和经更新的孔隙比，有可能确定腐蚀的量。假定w1是第一孔隙121的初始宽度，w2是第二孔隙122 的初始宽度，k是初始孔隙比(w1/w2)，α是每一孔隙121、122所增加的宽度，且k1是经更新的孔隙比((w1+α)/(w2+α))。可显示，作为w2的函数的腐蚀α等于w2(k1-k)/(1-k1)。可进一步显示，第二孔隙122的经更新的宽度(即，w2+α)与其初始宽度(w2)的比率为(1-k)/(1-k1)。类似地，第一孔隙121的经更新的宽度(w1+α)与其初始宽度(w1)的比率可被定义为kl(1-k)/(k(1-k1))。当然，这些计算假定α对于两个孔隙121、122是恒定的。如果作出不同假定则可能产生其它值。

一旦确定每一孔隙的经更新的宽度与其初始宽度的比率，就有可能通过将从电荷收集器131、132接收的数据乘以补偿因数来补偿孔隙宽度的改变。此补偿因数用以调整从电荷收集器131、132接收的数据以排除腐蚀的影响。以此方式，离子植入系统100可继续正常操作(框440)，即使当限束孔隙板件120已开始腐蚀时也是如此。换句话说，尽管限束孔隙板件120不再具有初始孔隙比，但系统可继续递送所要剂量。补偿因数的使用允许控制系统140计算实际离子束电流，即使在存在孔隙121、122的腐蚀的情况下也是如此。此所计算的实际电流接着用于控制离子束参数。此补偿技术增加所需预防性维护之间的时间，且还用以提供随时间推移的离子束电流的更准确表示。

举例来说，假定控制系统140确定第一孔隙121的宽度因腐蚀而增加了10％，如框450中计算。由于前述所述，对于相同离子束电流，第一电荷收集器131理论上将接收比在初次安装限束孔隙板件120时其所接收的离子多10％的离子。因此，为补偿此腐蚀，来自第一电荷收集器131所产生的电荷值可除以1.10。这可使第一电荷收集器131的输出标准化且允许即使在腐蚀已改变实际孔隙宽度之后也可继续操作。

限束孔隙板件120上两个孔隙的使用还可具有其它应用。举例来说，假定限束孔隙板件120在水平方向上行进而穿过离子束110。在正常操作条件下，如果离子束相对均匀，则可预期特定电荷收集器131、132收集的电荷相对恒定，作为时间及射束位置或函数。此外，还可预期这些电荷收集器131、132的每一个收集的电荷的比率保持相对恒定。因此，与此预期性能的偏离可表示出射束不均匀性或其它问题。

图5A示出时序图，其示出在第一错误条件时，将第一电荷收集器131和第二电荷收集器132所收集的电荷作为时间的函数。在此实施例中，如图 5B所示，限束孔隙板件120以恒定速度v行进穿过离子束110。应注意，如上文所描述，也可采用具有固定空间关系的两个单独物理板件以代替一个限束孔隙板件。应注意，在大多数时间点时，第二电荷收集器132收集的电荷是第一电荷收集器131收集的电荷的两倍。这是归因于其相应孔隙宽度的差异。然而，在此图中，第一电荷收集器131在时间t1接收比预期还少的电荷量。类似地，第二电荷收集器132在时间t2接收比预期还少的电荷量。此时间差(Δt＝t2-t1)乘以限束孔隙板件120的速度v，而确定这两个事件之间的距离Δx。如果此距离Δx与限束孔隙板件120上的第一孔隙121与第二孔隙122之间的距离相同，则表示异常发生在与离子束110内的相同空间位置。此可指示离子束110中此位置处的不足，所述不足应予以解决。虽然图5A示出异常时所收集的电荷减少，但本发明不限于此实施例。在其它实施例中，离子束110中的异常可构成射束电流过大的空间位置。

图6示出第二时序图，其示出第二可能错误条件。在此实施例中，与图5A相同，第二电荷收集器132收集的电荷通常是第一电荷收集器131收集的电荷的两倍，这归因于相应孔隙宽度的差异。然而，在此实施例中，在时间t3处，两个电荷收集器均经历异常。虽然图6示出电流减少，但所述异常也可能为电流增加。由于两个电荷收集器131、132同时发生异常，所以这不是空间异常，如结合图5A的描述。更确切而言，这说明整个射束在一时间点受影响的时间干扰。

因此，两个孔隙121、122以及两个电荷收集器131、132的使用，允许控制系统140区分空间离子束异常与时间异常。测量离子束调节系统的性能还基于两个量度：掺杂物或射束均匀性以及时间，其中时间量度被定义为达到可接受的均匀性所花费的时间。通过能够区分空间与时间异常，而可确定更适当的校正动作，借此减少离子束达到所需均匀性所需的时间。

在另一实施例中，可修改限束孔隙板件120的水平速度v。具体来说，水平速度v和距离Δx界定频率。这可允许控制系统140识别离子束中的频率异常。

使用两个不同尺寸的孔隙，而允许控制系统140监视两个电荷收集器测得的电流。基于经更新的孔隙比的改变，控制系统140可确定孔隙121、122的腐蚀。基于孔隙的腐蚀，控制系统140可修改或调节植入过程。举例来说， 在一个实施例中，如图3所示，若经更新的孔隙比与初始孔隙比之间的偏差太大时，控制系统140停止植入过程且警告操作者。换句话说，如果孔隙的腐蚀太大，则停止植入过程。这防止错误的离子束电流测量值影响工件。在另一实施例中，如果经更新的孔隙比与初始孔隙比之间的偏差在预定阈值内，则控制系统140继续植入过程。在又一实施例中，控制系统140使用经更新的孔隙比与初始孔隙比之间的偏差(即，腐蚀)来确定补偿因数，如图4所示。此补偿因数随后用于计算实际离子束电流。此补偿因数允许控制系统140使用所计算的离子束电流确定剂量并恰当地调节和修改植入过程，来继续所述植入过程。

本发明的范围不应受本文所描述的具体实施例限制。实际上，除本文所描述的那些实施例和修改外，本领域的一般技术人员根据以上描述和附图将了解本发明的其它各种实施例和对本发明的修改。因此，此类其它实施例和修改既定属于本发明的范围内。此外，尽管本文已出于特定目的而在特定实施方案情况下以特定环境描述了本发明，但本领域的一般技术人员将认识到本发明的效用不限于此，且本发明可有利地在许多环境中用于许多目的而实施。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的整个广度和精神来解释所附权利要求书。