用于带状束的离子束角度校准和发射度测量系统的制作方法

专利名称：用于带状束的离子束角度校准和发射度测量系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于向工件中注入离子的离子注入系统，尤其涉及一种用于离子和带状束的离子束角度校准和发射度测量系统。
背景技术：
离子束注入过程中束角度控制可能已经成为仅次于剂量控制的第二重要的参数。 通过具有高纵横比(也就是深度与宽度之比)的掩模的孔径进行的注入，对于撞击工件表面的离子的入射角度敏感。离子的角度分布尽可能勻称对于在工件的所有预设区域产生一致的剂量是非常重要的。获得一致的入射角度意味着离子束的角度分布需要被准确地测量和控制。此外，期望测量在工件平面处的离子束在X方向和Y方向上的发射度。知道离子束在测量平面上的发射度允许用户预测离子束在自由漂移区中任何点上的包络。离子束强度是在离子束横截面的给定区域处对单位时间内的粒子数的度量。离子束发射度(emittance)用于度量在所述位置上的束的角扩散。期望得知在离子束的整个范围上的离子束强度和离子束发射度。如果掺杂问题出现，则离子束的强度和发射度轮廓可以用于诊断这些问题。此外，当调整离子束保证连续的工件掺杂循环之间的一致性时这些信息是有用的。期望离子束轮廓信息可以在基本“实时”的基础上获得，这样监控离子注入器的运行的技术人员可以基于离子束轮廓进行调整。束轮廓信息的迅速的更新可使这些调整可行，并且在束轮廓上进行调整的效果能够被研究和再评估。因此，有必要提供一种改善的离子束角度调整和发射度测量的系统。

发明内容
本发明克服了现有技术的局限，提供了一种用于显著改善用于离子束系统的离子束角度调整和发射度测量的系统。本发明的一个实施例提供了一种离子束角度校准和发射度测量系统。所述系统包括其上具有细长缝的板，其中细长缝位于所述板的转动中心，配置用于使第一束部分在其中穿过。束电流探测器位于所述板的下游，其中束电流探测器包括缝，配置成允许第一束部分的第二束部分从中穿过，其中束电流探测器用于测量与第一束部分相关的第一束电流。 束角度探测器位于束电流探测器的下游，设置用于探测与第二束部分相关的第二束电流， 其中所述板、束电流探测器和束角度探测器被设置为共同围绕所述板的转动中心旋转。本发明的另一个实施例提供了一种离子束角度校准和发射度测量系统。所述系统包括束电流探测系统，所述束电流探测系统包括外壳，外壳的一面包括细长缝，其尺寸大于选定工件的直径，细长缝被设置作为外壳的转动中心。静电消除器位于细长缝的下游，其中具有后缝的轮廓法拉第杯位于静电消除器的下游，所述静电消除器被设置用于测量在第一方向和第二方向上的束轮廓，并且第二方向垂直于第一方向。角度法拉第杯位于后缝的下游，所述后缝被设置用于获得离子束的在第一方向和第二方向上的角度分布。离子束的第一部分在通过保护板缝和前部细长缝之后被准许进入轮廓法拉第杯。离子束的第二部分被准许进入角度法拉第杯。本发明的又一个实施例提供一种用于相对于离子束平面测量和校准工件表面平面的系统，所述系统包括具有传感器头平面的传感器组件。所述传感器组件包括在其上具有细长缝的面的外壳，并在所述缝下游具有静电消除器。在静电消除器上游的轮廓法拉第杯，设置用于测量在χ和Y轴上的束轮廓。轮廓法拉第杯具有后缝，所述后缝使一部分的离子束可以穿过后缝进入角度法拉第杯。传感器头平面和测量平面是一致的，离子束发射度被沿着传感器头平面测量。为实现上述和相关的目的，本发明包含的特征在其后进行了描述，并在权利要求中特别地指出。下面的描述和附图将详细阐述本发明公开的特定说明性的实施方式。然而， 这些实施例是启发性的，仅仅是本发明所公开方法原理可实现的不同方式中的几种。当结合附图考虑时，本发明的其它的方面、优点和新颖的特征可能从下述本发明的详细的描述
变得清楚。


图1示出了依据本发明的至少一个方面的示例性的离子注入系统；图2示出了依据本发明另一个方面的、示例性的具有细长缝的束电流探测系统的剖视图；图3示出了依据本发明又一个方面的、示例性的离子束角度校准和发射度测量系统的透视图；图4示出了依据本发明另一个方面的、离子束角度校准和发射度测量系统的示例性的又一透视图；图5示出了依据本发明另一个方面的、示例性的位于停驻位置(stowed position)的离子束角度校准和发射度测量系统的另一透视图；图6是依据本发明另一个示例方面的、以侧视图方式示出的离子束角度校准和发射度测量系统；图7示出了依据本发明再一个方面的、示例性的离子束角度校准和发射度测量系统的透视图；图8示出了依据本发明又一个示例方面的、离子束角度校准和发射度测量系统的另一个侧视图；图9示出依据本发明另一个方面的、离子束角度校准和发射度测量系统的又一个示例性的侧视图；图10示出了依据本发明另一个方面的、示例性的离子束角度校准和发射度测量系统的侧视图；图11示出依据本发明另一个示例方面的、示例性的离子束角度校准和发射度测量系统的另一个侧视图；图12以侧视图方式示出了依据本发明一个方面的、另一个示例性的离子束角度校准和发射度测量系统；图13是束发射度的两维图的示意图；和
图14是从发射度的两维图得到的两个一维投射图(对应于χ的dl/dx)和(对应于χ'的 dl/dx')。
具体实施例方式本发明主要涉及改进用于离子束的离子束角度校准和发射度测量系统。因此，本发明现在将结合附图进行说明，其中可以在全文中采用同样的附图标记表示同样的元件。 应该知道所描述的这些方面仅仅用于说明，它们不应该用于限制本发明的范围。在下述的描述中，为了说明的目的，阐述了许多特定细节，用以提供对本发明的全面的理解。然而，本领域技术人员应该明白，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。现在结合附图，介绍根据本发明的一个示例性方面。附图1，示出了一个示例的离子注入系统100，其中离子注入系统可操作性地用于相对于离子束104扫描工件102(例如， 半导体基板或工件)，从而将离子注入到工件102中。如前所述，本发明的不同方面可与任何类型的离子注入设备结合实现，所述离子注入设备包括但不仅限于，图1所示的实例性的系统100。示例性的离子注入系统100包括终端106、束线组件108和终端站110，所述终端站110通常形成/包括处理室112，其中离子束104通常被导向置于工件位置114上的工件102。位于终端106中的离子源116由电源118提供电力，用于产生引出的离子束104(例如无差别的离子束)至束线组件108，其中离子源116包含一个或多个引出电极122以从源116中引出离子，并从而将引出的离子束104引导向束线组件108。束线组件108，例如，包含具有接近源116的入口 1 和接近终端站110的出口 128的束引导装置124。束引导装置124，例如，包括质谱分析器130(例如质谱分析磁体)， 所述质谱分析器接收所引出的离子束104并产生双极磁场以仅使合适的能质比或其范围内的离子通过解析孔径132到达工件102。通过质谱分析器130并从解析孔径132中离开的离子一般地限定了大量分析过的或期望的离子束134，所述离子束134具有期望的能质比或其范围的离子。当离子束沿着期望的束路经136传递到工件102时，可以进一步提供与束线组件108相关的各种束形成的和成形结构(未示出)，用于保持和界定离子束104。在一个例子中，期望的离子束134被引导向工件102，其中工件102通常被通过与终端站110相关联的工件扫描系统138定位。终端站110在图1中进行了描述，例如，可包括“串联”型终端站，所述终端站在被真空的处理室112中提供对工件的机械扫描，在其中， 工件102(例如，半导体工件，显示器平板或其他工件)通过工件扫描系统138被沿着一个或更多方向机械平移穿过束路径136。根据本发明的一个实例性方面，离子注入系统100 提供期望的基本为静止的离子束134 (例如，也被称为“斑束”或“笔束”)，其中工件扫描系统138通常沿着两个相对于静止的离子束大体上互相垂直的轴平移工件102。束电流探测系统140可被置于解析孔径132和工件102之间。然而应该注意，例如，带状束和批处理或其它类型的终端站可被替换的使用，这也在本发明的范围之内。例如，系统100可包含静电束扫描系统(未示出)，所述静电束扫描系统可操作地沿着一个或更多个扫描平面相对于工件102扫描离子束104。因此，本发明范围涵盖任何被扫描或不被扫描的离子束104。根据本发明的一个实例性方面，离子注入系统100可包括离子注入系统和扫描设备，2005年 4月5日提交的共同共有的美国专利7135691文件所述的那样，本文件的内容在此以引用方式结合到本发明中。离子注入系统100也可包括其他系统，诸如，马萨诸塞州的贝弗利(Beverly)的Axcelis科技公司生产的Optima HD扫描系统。图2所示的是束电流探测系统200的简化的截面图。发射度剖线测量器法拉第束电流探测系统200包括外壳230，轮廓法拉第杯202，解析缝204，所述解析缝204，例如位于轮廓法拉第杯202(例如，石墨)的前部大约0.88mm宽，185mm长。保护屏蔽件2M可设置在具有屏蔽件解析缝226的束电流探测系统200的初始离子束201的前面，用于限制离子束214的离子击打束电流探测系统200的外壳表面220。第一束部分213被允许通过轮廓法拉第杯202，所述轮廓法拉第杯202测量第一束电流。束214通过缝204和消除器212以形成第一离子束部分213。轮廓法拉第杯202位于缝204的下游，轮廓法拉第杯202其中包含缝208，其中所述缝208允许第一束部分213的第二束部分215从其中通过。轮廓法拉第杯202被构造为测量与第一束部分213相关联的第一束电流。角法拉第杯206位于轮廓法拉第杯202的下游，且被构造为探测与第二束部分215相关的第二束电流。外壳面220，轮廓法拉第杯202和角法拉第杯206被配置为共同围绕外壳面220的旋转中心转动。静电消除器212阻止电子穿过消除器平面，而仅允许高能的束离子穿过，这又实现了由法拉第系统200的轮廓法拉第杯对离子束电荷的准确测量。大约0. 88mm宽、160mm 长的后解析缝208被形成于轮廓法拉第杯202，并且角法拉第杯206设置于轮廓法拉第杯 202的下游。轮廓法拉第杯202和角法拉第杯206采集的电流总和除以宽度0. 88mm的孔径宽度就是一维剂量率dl/dx或dl/dy。一般而言，被允许通过外壳缝204的总束通量的比例远大于被允许通过轮廓法拉第杯缝208的总束通量。在第一解析缝204的表面与后缝208 之间的轴向距离为40mm，这导致2X0. 88/40或44mrad或+/-1. 26度的角度不确定度。该测量结果是准直孔测量的分辨率，但是不限制当法拉第系统200使用更小角度增量扫频时所述系统的差分分辨率。所得的测量结果是离子束的角度分布函数与+/-1. 26度的窗的卷积。尽管在此可能并不必要对测量结果进行反卷积，但是也可以将对于本领域技术人员来说是公知的技术应用于此。可采用控制器240确定作为在平面或3D空间中不同位置的摆动角、第一束电流和第二束电流的函数的离子束发射度和角度。控制器240可以被用于使用这些测量结果以调整离子束。换句话说，离子束轮廓信息可在基本“实时”的基础上很容易地被获取，以使监控离子注入装置的运行的技术人员可以基于离子束轮廓进行调整。束轮廓信息的快速更新使得这些调整可行，并且调整的作用在束轮廓上的效果必须被研究和重新评估。本领域技术人员应该知道，不使用外壳230也可以制造束电流探测系统200。也就是说，系统200可以包含具有细长缝的板，其中细长缝设置于板的转动中心。轮廓和角度法拉第杯都可以被替换为本领域技术人员所知的任何类型的束电流探测器。所述板、电流束探测器和束角度探测器可被配置为共同围绕所述板的转动中心旋转。束电流探测系统可以用于，诸如由Axcelis科技生产的Optima HD扫描系统，如图 1所绘制的系统。如图2所示的束电流探测系统，可被安装于机器臂系统、线性驱动系统或类似的系统中，其中，例如，机器臂(未示出)引起束电流探测系统200沿垂直于缝204的第一方向进行直线或扫描运动(扫描运动)。转动运动216可以与快得多的速率的扫描运动同步发生，用于在每次直线扫描中产生多次角度扫描。如示所示，第一束部分213被允许进入轮廓法拉第杯202。被允许进入角法拉第杯206的第二束部分，可以与电机位置同步地以每秒1000个样品的频率采样，比照电机位置在10秒测量周期中产生束强度的4X 10，000个采样阵列。所述阵列包含对应于角度的角法拉第杯读数和对应于扫描位置的轮廓法拉第杯读数。本领域技术人员应该知道各种其他的可以使用的采样速率、测量周期、维度等，并且所述内容不超出本发明的范围，也不会以任何方式限制本发明的范围。在一个实施例中，如图2所示的束电流探测系统200，被连接到如图3和图4所示的机器臂系统300的机器臂302。机器臂系统300是特殊用途的机器人，所述机器人使用，例如三个电机来驱动缝204在χ和y方向上的运动。如图3所示的驱动臂步进电机304使驱动臂306在停止位500 (附图5)、x扫描准备位置600 (附图6)和y扫描准备位置1000 (附图10)这三个位置间移动。扫描步进电机308(附图4)使束电流探测系统扫过离子束302， 同时具有摆动驱动曲柄313的DC伺服摆动轴电机312在每次扫动中转动束电流探测系统 200多次往复通过正负12度的区间。转动的摆动轴围绕着外壳缝204的中心。光学编码器可附着于每一个倾斜轴314，316和318(例如x，y, ζ)以精确地确定束电流探测系统200 的位置。束电流探测系统倾斜平台可提供高达3Hz的连续扫描，角度精度达到0.05度或更尚ο本领域技术人员应知道，移动束电流探测系统200的机器臂系统300可以是任何电-机械系统，例如，线性驱动系统，皮带/电机驱动系统等。所述系统可以在水平或垂直方向上，以大约每次扫描10秒或更快的速率扫描束电流探测系统200。所述系统可以使机器臂系统300停止不足1秒以将系统300移动离开离子束302的路径。附图7、8和9示出了束电流探测系统200在第一方向(例如，水平方向)上的扫描运动被扫动时的机器人臂系统300，该扫动例如从180mm最大束直径602的最左位置600、水平扫描中心位置800，连续地扫描至束直径602的最右位置900。附图10，11和12示出了当束电流探测系统200在扫描运动中被扫动时的机械臂系统300，例如，束电流探测系统200沿正交于第一方向的第二方向(例如，垂直)被扫动至最高位置1000，通过工件直径602的垂直扫描中心位置1100 连续地到达束半径602的垂直扫描最低位置1200。χ χ'或y y'发射度是描述离子束密度I (x,x,)和I(y,y,)的两个维度相空间示图。 当绘制χ-y拓扑格式图时，χ轴的单位往往是毫米或米，而y轴的单位是毫弧度或弧度。密度分布表示为等强度的等值线，与拓扑地图中的海拔等高线相似。等值线间隔的选择可定义为包含全部束比例的2-D直方图或者其可以是强度比例的等值线间隔。从技术上，其应该是封闭一定比例的总束的间隔。辐射绘图的典型形状是椭圆形。这是由于该图的自然属性，由于它体现了以近乎相同的速度(vz) —起运动的粒子的群或集合，所述速率具有分配至每个粒子的横向速度(VX和vy)成分。横向角的正切由发射度图的垂直轴表示，而它们的空间位置χ或y由水平轴表示。再次参考图3，例如，位于驱动臂306的顶部的束电流探测系统200，以弧线穿过离子束214进行扫动，同时束电流探测系统200利用DC伺服摆动轴电机312围绕摆动轴314 转动多次，以产生角度和位置上的同步扫描。如图3-10所示，束电流探测系统200允许由外壳缝204和角法拉第杯缝210根据束电流探测系统200和作为时间函数的其给定位置和方向所选择的离子束214的部分穿过。当束电流探测系统200正被移动时，束电流被轮廓法拉第杯202和角度法拉第杯210 随着例如法拉第组件的角度和位置采样。采样频率是1000赫兹，以获得对应于位置和角度的束强度的大的高分辨率阵列。结果数据阵列D(M)包括i行，j列。对于X发射度扫描， D(U)是包含第一解析缝204的中心的X位置列，Da,2)是包含缝204的平面的角度的列，Da, 3)是包含由轮廓法拉第杯202产生的束电流样本的列，Da,4)是包含由角度法拉第杯210产 生的束电流样本的列。数据阵列D(M)中包含的信息在下文中被演算和呈现以充分地体现 本发明的实用性。首先，对应于X的束电流dl/dx的绘制通过对每一个数据点计算dl/dx的数值的 第一计算并继而标绘相对于对应的X位置的结果值而产生。如果我们假定第一个缝204的 缝宽度是S，那么下述方程1表示束电流的每一个样本的dl/dx值。
权利要求
1.一种离子束角度校准和发射度测量系统，包括板，在所述板中具有细长缝，其中细长缝位于所述板的转动中心，用于使第一束部分在其中穿过；束电流探测器，位于所述板的下游，其中束电流探测器中具有允许第一束部分的第二束部分从中穿过的缝，其中束电流探测器用于测量与第一束部分相关的第一束电流；束角度探测器，位于束电流探测器的下游，用于探测与第二束部分相关的第二束电流；其中所述板、束电流探测器和束角度探测器被设置为共同围绕所述板的转动中心旋转。
2.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中控制器设置为计算作为摆动角度的函数的离子束发射度以及离子束角度，第一束电流和第二束电流位于一平面中或三维空间中，其中，所计算的离子束发射度值和离子束角度值能够被用于调整离子束。
3.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中束电流探测器和束角度探测器一起被包封于外壳之中，所述外壳的外壳前表面具有替代所述板的细长缝；并且其中外壳的第一端被连接至可转动的扫描臂的第一端。
4.如权利要求2所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中静电消除器位于紧邻在具有细长缝的外壳前表面的下游的位置处，并被设置成用于防止电子横穿所述消除器平
5.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统， 其中，扫描臂设置成围绕扫描臂轴转动；其中，扫描臂连接到转动机器驱动臂；其中，扫描臂设置成通过扫描步进电机被围绕扫描臂轴驱动；和其中，机器驱动臂设置成通过驱动臂步进电机被围绕驱动臂轴驱动。
6.如权利要求3所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中可转动的扫描臂和可转动的驱动臂共同形成了机器臂组件；和其中，机器臂组件被设置成沿垂直于缝的方向，以直线或扫描运动移动外壳。
7.如权利要求3所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中发射度剖线测量器法拉第系统的转动动作与直线或扫描运动同时进行。
8.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，进一步包括与摆动驱动曲柄连接的DC伺服摆动电机；其中摆动驱动曲柄连接至外壳并在负12度至正12度之间转动所述外壳表面。
9.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，组合的测量生成2个 3-D 轮廓，I (χ, χ，)和 I (y, y，)和 4 个 2-D 轮廓 I (χ)，I (x，)，I (y)和 I (y，)。
10.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，每一个数据点的束电流由下述公式定义
11.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，样本之间的X间隔为Axi = Dij2-Di^lj2 其中，Axi为样本之间的χ间隔；Di,2是所得到的具有i行和2列的数据阵列；和Di-^2是所得到的具有i_l行和2列的数据阵列。
12.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，在样本之间近似的总束电流为
13.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，被测量的包含在束中的总电流为
14.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，包含在矩阵Du中的电流样本使用如下所示的方程4中的总电流进行规范化
15.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，来自角度法拉第样本的规范化电流(Inorm)为
16.如权利要求1所述的离子束角度校准和发射度测量系统，其中，所述离子束角度校准和发射度测量系统能够整个地被从离子束撞击所选定工件的路径移出；并且所述系统进一步包括线性致动器、线性驱动器以及齿轮与齿条驱动装置。
17.一种用于相对于离子束平面来测量和校准工件的表面平面的系统，包括 具有传感器头平面的传感器组件；其中，传感器组件包括外壳，所述外壳设置有具有细长缝的表面，并在所述缝的上游处具有静电消除器；位于静电消除器上游的轮廓法拉第杯，被设置成测量在X和Y轴上的束轮廓； 其中轮廓法拉第杯具有后缝，所述后缝允许部分的离子束穿过后缝进入角度法拉第杯；其中传感器头平面和测量平面是一致的，并且离子束发射度被沿着传感器头平面来测量。
18.如权利要求17所述的系统，其中相对于工件平面的离子束发射度测量包含I(X， X，)，I (y，y，)，I (χ)，I (X，)，I (y)，I (y，)的独立轮廓；并且其中，I(x，x’ )和 I(y，y’ )为 3-D 轮廓； 其中，I (χ)，I (χ’)，I (y)，I (y’)项为 2-D 轮廓。
全文摘要
一种离子束角度校准和发射度测量系统(200)，包括其中具有细长缝(204)的板，其中细长缝位于板的转动中心，并用于使第一束部分(213)在其中穿过。束电流探测器(202)位于板的下游，其中束电流探测器包括缝(208)，用于使第一束部分的第二束部分(215)从中穿过，其中束电流探测器用于测量与第一束部分相关的第一束电流。束角度探测器(206)位于束电流探测器的下游，用于探测与第二束部分相关的第二束电流。所述板、束电流探测器和束角度探测器被设置为共同围绕所述板的转动中心旋转。
文档编号H01J37/244GK102292791SQ201080005104
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者保罗·艾德, 多诺万·贝克尔, 布赖恩·弗瑞尔, 杰弗里·莱丁, 爱德华·艾伊斯勒, 罗纳德·博尔纳, 罗纳德·霍纳, 西奥多·斯米克, 马克·朗伯, 马文·法利, 高尾坂濑 申请人:艾克塞利斯科技公司