用于测量横向束强度分布的方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及离子注入系统，更具体地，涉及用于测量与时间无关的离子束电流轮廓的剂量系统方法。
【背景技术】
[0002]在半导体器件的制造中，使用离子注入对半导体掺杂杂质。离子注入系统通常被用于利用来自离子束的离子对诸如半导体晶圆的工件进行掺杂，以在集成电路的制造期间产生η型或P型材料掺杂或者形成钝化层。当被用于掺杂半导体晶圆时，离子注入系统将所选择的离子种类注入工件以产生期望的非本征材料。例如，注入从诸如锑、砷或磷的源材料所产生的离子导致“η型”非本征材料晶圆，而“ρ型”非本征材料晶圆通常产生自利用诸如硼、镓或铟的源材料所产生的离子。
[0003]典型离子注入系统包括用于从电离源材料产生带电离子的离子源。所产生的离子在强电场的帮助下被形成为高速束，并且沿预定束路径被引导到注入端站。离子注入器可以包括:在离子源和端站之间延伸的束形成与成形结构。束形成与成形结构保持离子束，并且界定离子束前往端站所通过的细长内腔或通道。在操作期间，该通道通常是真空的，以降低离子由于与气体分子碰撞而从预定束路径偏离的可能性。
[0004]在离子注入系统中，通常被注入的工件尺寸远大于离子束尺寸的半导体晶圆。在大多数离子注入应用中，注入的目标是在工件或晶圆的表面的整个区域之上均匀地递送量精确受控的掺杂物。为了利用尺寸显著小于工件区域的离子束实现掺杂的均匀性，一种广泛使用的技术是所谓的混合扫描系统，其中，小尺寸的离子束沿一个方向快速地来回扫过或扫描，并且工件沿扫描的离子束的正交方向机械地移动。例如，混合扫描的一种特殊形式是所谓的DC带状束扫描系统，其中，理论上无限升高扫描频率以形成通常连续的DC束。
[0005]在典型混合扫描离子注入器中，按照与传统CRT电视屏幕上的光栅扫描类似的方式，两个正交方向的扫描频率极大不同。例如，在混合扫描离子注入器的机械运动方向上，以通常将0.5Hz作为最大重复率的子Hz频率来重复扫描运动，而在离子束扫描方向上，扫描频率高达IKHz。
[0006]混合扫描系统有吸引力的一个方面在于，在两个正交方向上独立地控制工件上的最终掺杂均匀性。一旦束扫描方向上的束电流密度是均匀的，则沿正交方向以恒定速度简单移动工件将提供期望的二维或2D均匀性。假设束扫描方向上的均匀性保持在可接受的范围内，则即使离子束电流在工件运动期间波动，工件的速度也可以相应地改变，以产生期望均匀性。
[0007]束扫描方向上的非均匀性产生于束扫描和与离子束形成机制相关联的光学的非均匀性。一种类比情况是位于距离墙壁固定点处的喷漆罐，其中，喷雾罐可以以恒定角速度左右转动。以恒定角速度，远离喷雾罐的墙壁区域比直接在喷雾罐前方的区域接收更薄的油漆覆盖。在这种类比情况下，从喷雾罐到墙壁区域的变化距离是油漆覆盖中非线性的源。
[0008]为了在离子注入系统的离子束扫描方向上获得均匀的束分布，必须首先测量均匀性的程度，然后，进行适当校正以校正非均匀性。在喷漆类比中，一旦油漆的非均匀性已知，则随着从中心喷得更远，修改喷雾罐的角速度，使得喷雾慢下来。
[0009]然而，由于离子注入的均匀性的目标是小于非均匀性的百分之一，因此达到均匀性存在许多困难方面。一项困难是，在存在束电流随时间波动的情况下，可靠地测量束扫描方向上的均匀性。由于测量束均匀性意在沿束位置建立束强度的与时间无关的变化，因此束随时间的波动带来了实质困难。
【发明内容】
[0010]本公开目前认识到，为了适当地建立与时间无关的离子束轮廓，测量的轮廓不仅取决于空间中的强度分布，而且更经常取决于总离子束电流在时间上的变化，其中，所述变化可以发生在轮廓的连续测量期间。
[0011]因此，本公开通过提供一种用于确定离子束的与时间无关的轮廓的系统、装置和方法而克服了现有技术的局限。因此，以下呈现了本发明的简单概括以便提供对本发明的一些方面的基本理解。
【发明内容】
不是本发明的广泛概述。其既不意在确定本发明的关键或必要元素，也不意在勾画本发明的范围。其目的是，以简化形式呈现本发明的一些构思，作为稍后呈现的更详细描述的前言。
[0012]本发明总体上指向一种用于确定离子束的与时间无关的轮廓的离子注入系统和方法。根据一个示例性方面，离子注入系统包括:离子源，被配置为产生具有与离子束相关联的离子束电流的离子束。例如，离子束包括点状束、笔状束、扫描笔状束或带状束。如果进一步提供质量分析器，则质量分析器被配置为对离子束进行质量分析。
[0013]根据一个示例，束轮廓确定装置被配置为在预定时间内沿轮廓确定平面平移通过离子束。束轮廓确定装置还被配置为与平移并发地横跨离子束的宽度来测量离子束电流，其中限定离子束的与位置相关的束电流轮廓。例如，沿束线(beamline)(例如，在束轮廓确定装置的上游)进一步放置束电流监测装置，其中，束监测装置被配置为与束轮廓确定测量的持续时间并发地测量离子束的边缘处离子束电流，其中限定在固定点处的与时间相关的离子束电流。
[0014]例如，这两个电流测量(一个在束轮廓确定装置上，另一个来自束监测装置)被同步并同时被采样。因此，根据本公开，随着束轮廓确定装置横穿离子束的宽度，可以针对每个采样时间从束轮廓确定装置和束监测装置获得束电流。因此，可以通过由来自束监测装置的对应数据将来自束轮廓确定装置的束电流数据序列归一化，来接近地近似与时间无关的离子束轮廓。在一个示例中，可以通过针对每个采样时间将从束轮廓确定装置获得的电流除以从束监测装置获得的电流，来获得与时间无关的离子束轮廓。因此，抵消了离子束电流在预定时间内的波动，其中提供了与时间无关的离子束轮廓。本公开涉及归一化的各种其他方法，例如利用函数拟合来自束监测装置的一系列读数并且将来自束轮廓确定装置的数据归一化到所拟合的曲线。
[0015]因此，为了完成前述和相关目的，本发明包括:在下文中完全描述且在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的特定说明性实施例。然而，这些实施例指示可以采用本发明原理的各种方式中的一些方式。在结合附图考虑时，根据下面对本发明的详细说明，本发明的其他目的、优点和新颖性特征将变得清楚。
【附图说明】
[0016]图1示出了根据本公开的一个示例性方面的离子注入系统的框图。
[0017]图2A示出了根据本公开的若干方面的示例性的束电流密度波动。
[0018]图2B示出了根据本公开的若干方面的示例性的束轮廓测量波动。
[0019]图2C示出了根据本公开的若干方面的示例性的束监测测量波动。
[0020]图2D示出了根据本公开的若干方面的示例性的与时间无关的束轮廓。
[0021]图3是示出了根据本公开的用于确定离子束轮廓的示例性方法的框图。
【具体实施方式】
[0022]本发明总体上针对一种用于确定离子束的与时间无关的轮廓的系统、装置和方法。因此，现在将参照附图描述本发明，其中，相似的参考标号可以用于始终表示相似的元件。应当理解，对这些方面的描述仅是说明性的，它们不应当被解释为限制意义。在下文的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是:可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。
[0023]为了适当地建立离子束的与时间无关的轮廓，本公开认识到，测量的轮廓不仅取决于空间中的强度分布，而且经常更取决于总离子束电流在时间上的变化，其中，所述变化可以发生在轮廓的连续测量期间。不管如何准确地控制离子束，离子束电流通常由于各种因素而不是恒定的。离子束的变化可以涵盖宽频谱，从非常高的频率(例如，高达几百KHz)、低到振幅变化高达百分之几十的子Hz频率的非常慢的变化(通常叫做“漂移”)。
[0024]—种用于测量束扫描方向上的非均匀性的传统方法是，机械地横穿窄宽度的法拉第杯(也叫做行进的法拉第杯)，以针对扫描的离子束的整个宽度沿束扫描方向测量束密度变化(所谓的“束轮廓”)，如D.W.Berrian等的美国专利N0.4，922，106中所述。虽然利用行进法拉第杯的这种方法被广泛或几乎完全地用在具有混合扫描系统的离子注入器中，但是当离子束强度随时间波动时，这种方法在提取与时间无关的非均匀性信息