改善混合式扫描离子束注入机的生产率的系统及方法与流程

相关申请的引用

本申请请求于2014年12月26日提交、标题为“改善混合式扫描离子束注入机的生产率的系统及方法(systemandmethodtoimproveproductivityofhybridscanionbeamimplanters)”的美国临时申请序列号62/096,976的优先权及权益，其全部内容通过引用的方式完整并入本文。

本发明大体上涉及半导体处理系统，更具体地涉及用于在离子注入期间提供改善的离子束建立时间(setuptime)与最佳扫描宽度的系统及方法。

背景技术：

在半导体工业中，通常会对工件(例如，半导体基板)进行各种制造过程，以便在所述工件上实现各种效果。举例而言，执行诸如注入的过程，以便在工件内获得特殊特征，例如，通过注入特定类型的离子而在该工件上获得介电层的特定体电阻率或有限的扩散率。

在典型的连续注入过程中，借由离子束每次注入单个工件，该离子束可能是大体上相对于工件往复扫描的笔状离子束或点状离子束，或者是宽带射束，在其中利用离子来促进注入或掺杂全部工件。在机械式扫描注入系统中，通过静止的离子束在快速扫描方向上机械扫描工件，同时使其在横向于离子束的方向上(例如，在慢速扫描方向上)以较慢速度步进，其中在工件每次在快速扫描方向上穿过离子束时有效注入工件的一部分或“狭带”。

在所谓的“混合式”扫描离子束注入系统中，沿一条轴线在快速扫描方向上扫描离子束(例如，利用电气扫描仪)，在其中限定具有给定长度(惯称为扫描宽度)的经扫描的带状射束。据此，通常通过经扫描的带状射束在大体上正交于该带状射束的慢速扫描方向上机械扫描工件，在其中使射束均匀分布在工件上。在经扫描离子束每一次在其快速扫描方向上跨经工件时便有效地注入工件的一部分或”狭带”，其中，离子束的经扫描路径的长度通常超过工件的直径(惯称为”过冲(overshoot)”或”过扫描(overscan)”)，这样才能利用离子均匀地掺杂工件。

离子注入系统中的工件的总处理量通常为离子束利用率的函数，其由给定时间周期内注入工件的掺杂物量对由离子束输出的掺杂物的总量来定义。人们曾试图通过确定带状射束的最佳扫描宽度来最大化混合式扫描离子注入机的离子束利用率。然而，一项难点在于，带状射束的扫描宽度在给定的离子注入机中通常固定，因此，扫描宽度须足以注入最大尺寸的工件(以及适量的过扫描)，方能提供均匀的注入。但许多工件的直径皆小于最大尺寸工件的直径(例如，大体上圆形的工件)，因此针对小于最大尺寸工件的工件还保持这样长的扫描宽度常会造成不良的离子束利用率。

再者，常规上，在注入建立期间描绘离子束的轮廓，其中，确定离子束的尺寸和最佳扫描宽度，使得固定的扫描宽度能确保整个工件中会有足够的注入和过冲，以便提供可接受的注入均匀性。然而，这种轮廓描绘通常包括一个或多个诊断和/或计算程序，其中会增加注入建立的时间。在注入建立期间用于描绘离子束轮廓所花费的额外时间经常抵消或否定因优化扫描宽度所实现的注入时间缩减效果，因此会对工件总处理量造成负面影响。

技术实现要素：

本发明通过提供一种高效的系统及方法来确定带状射束的最佳扫描宽度而克服现有技术的限制，其对建立时间的影响最小并具有改善的过程性能和生产率。因而，下文介绍本发明的简要概述，以便对本发明的某些方面具有基本了解。本发明内容部分并非本发明的详尽综述。其既非旨在确定本发明的关键元件或主要元件，亦非限定本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。

本发明大体上针对改善混合式扫描离子束注入机的系统及方法。使所述工件以受控的方式在一个方向上移动通过经扫描的笔状离子射束，用以缓解“过冲”。所述工件在所述第一方向上移动，所述第一方向正交于所述经扫描射束的宽度。更特别地，所述笔状离子射束沿快速扫描路径来扫描，并且相对于基本上垂直的慢速扫描路径保持静止，所述工件沿所述慢速扫描路径移动以在所述工件上产生近似所述工件的尺寸和/或形状的扫描图案。如此，所述注入过程以高效的方式进行。所述工件与所述离子束的相对移动能够进一步受到控制，以在所述工件上显露一个或多个额外的扫描图案，这些额外的扫描图案交织于现有的扫描图案当中。这有助于利用离子均匀地注入整个工件。

根据本发明的另一示例性方面，本发明提供一种用于确定混合式扫描注入机中的最佳扫描宽度的系统。所述系统包括：离子源，其被配置成引出笔状离子束；质量解析设备；以及离子束扫描系统。所述离子束扫描系统被配置成在快速扫描方向上扫描所述离子，以产生所谓的带状射束。工件被安装于输送机构上，其中，所述输送机构被配置成使所述工件正交于所述带状射束的长度扫掠通过所述带状射束。控制系统进一步被设置用于控制所述离子注入系统，其中，剂量测定系统测量并储存与所述离子束相关联的束电流信号。

根据本发明的另一示例性方面，本发明提供一种用于改善混合式扫描离子束注入机的生产率的方法。所述方法包括从离子源引出离子束并且将该离子束引导至质量解析系统，由此质量解析该离子束。所述方法进一步包括扫描所述离子束，以限定带状离子束。所述带状离子束进一步经由光学器件系统而被引导至工件，以便注入其中。

根据本发明的又一示例性方面，本发明提供一种用于调谐经扫描离子束的方法，该方法确定束电流，用以利用期望特性来注入工件。所述方法包括：利用设置法拉第杯来调谐所述经扫描射束；以及使用来自所述设置法拉第杯的时间信号来调整扫描宽度，以获得最佳扫描。所述方法进一步包括：针对与所述注入的期望剂量相对应的期望通量值来调谐所述光学器件；以及当获得期望通量值时，进一步控制通量分布的均匀性。在一个示例中，所述方法进一步包括测量并控制所述离子束的角度分布。

为实现前述及有关目的，本发明包括下文完整描述且特别在权利要求书中所指出的特征。下文内容及附图详细阐明本发明的某些说明性实施方案。然而，这些实施方案仅表明采用本发明原理的多种不同方式中的少数几种。在结合附图考虑的情况下，由下文对本发明的详细描述会更清楚理解本发明的其他目的、优点及新颖性特征。

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性方面的用于改善混合式扫描离子束注入机的生产率的系统的示意图。

图2a是根据本发明的另一示例性方面的沿混合式扫描离子束注入机和剂量测定系统的工件平面的视图。

图2b是根据本发明的又一示例性方面的正交于混合式扫描离子束注入机和剂量测定系统的工件平面的视图。

图3是图示根据本发明的另一示例性方面的束电流测量的曲线图。

图4至图6是根据本发明的又一示例性方面的正交于工件的一部分的工件平面以及剂量测定系统在离子束相对于工件的各个位置的各视图。

图7是根据本发明的另一方面的通过确定最佳扫描宽度来改善混合式扫描注入机的生产率的方法的流程图。

图8是根据本发明的又一方面的确定混合式扫描注入机的最佳扫描宽度的方法的另一流程图。

具体实施方式

本发明大体上针对改善混合式扫描离子束注入机的系统及方法。使所述工件在第一方向上以受控的方式移动通过经扫描的离子束(例如，笔状离子束或点状离子束)，以便缓解“过冲”。所述工件在所述第一方向上移动，所述第一方向正交于所述经扫描射束的宽度。更特别地，所述离子射束沿快速扫描路径来扫描，并且相对于基本上垂直的慢速扫描路径保持静止，所述工件沿所述慢速扫描路径移动以在所述工件上产生近似所述工件的尺寸和/或形状的扫描图案。

据此，现将参照附图对本发明予以阐述，在通篇中，相似的附图标记用于指代相似的元素。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限定目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。

现将参照附图，图1图示出根据本发明的各方面的示例性混合式扫描离子注入系统100。例如，混合式扫描离子束注入系统100包括离子源102，其中，引出组件(图中未示)被配置成经由向引出组件施加引出电压而从离子源引出带电离子。例如，在n型注入中，在离子源102内提供的源材料可以包括硼、镓或铟。在p型注入中，这些源材料可以包括砷、磷、锑及此类元素。离子束104(例如，笔状离子束或点状离子束)进入离子源102下游的质量解析设备106，从而限定经质量分析的离子束108。然后，经质量分析的离子束108再进入离子束扫描系统110，其中，该离子束扫描系统被配置成扫描经质量分析的离子束108，以限定具有射束宽度(例如，该射束宽度进入纸面中)的所谓带状射束112。工件114被安装于输送机构116上，其中，该输送机构被配置成使工件114在第一方向118上平移通过带状射束112。例如，第一方向118正交于带状射束112的射束宽度。

根据一个示例性方面，光学器件系统120被设置用于控制带状射束112的聚焦与定位。例如，光学器件系统120的部件能够被定位于离子束104、108、112的路径上的任何位置，以控制离子束的参数，诸如聚焦、平行化及此类参数。在一个示例中，光学器件系统120包括多个离子束聚焦转向部件，例如，离子透镜(例如，偶极透镜、四极透镜或更高级的透镜)以及棱柱(例如，偶极磁体、wien滤波器)，这些离子束聚焦转向部件中的任一部件均能够是磁性、电性或使用二者的组合。

根据另一示例，剂量测定系统122进一步被设置并配置成测量与带状射束112相关联的束电流信号。控制系统124被进一步设置用以控制混合式扫描离子束注入系统100的各个方面。例如，数据采集系统126被配置成检索、储存和/或分析与混合式扫描离子束注入系统100的操作相关联的数据并被配置成将所述数据提供给控制器124。例如，数据采集系统126被配置成从剂量测定系统122检索诸如束电流数据的数据、从输送机构116检索诸如位置数据的数据、从离子束扫描系统110检索诸如射束位置数据的数据以及此类数据，并且将所述数据提供给控制器124。例如，控制器124也可以充当数据采集系统126。

倘若期望跨剂量测定系统122的额外器件(诸如图2a中所示的设置法拉第杯150，亦称为调谐法拉第杯)扫描带状射束112，借以使得期望扫描宽度大于工件114的宽度，则设置法拉第杯的宽度可以增加至期望扫描宽度，或者能够在最佳扫描宽度中添加预定或已知的附加扫描宽度。例如，设置法拉第杯150在带状射束112的方向上的宽度152有限并代表期望扫描宽度(例如，类似于工件114的宽度)。

图2a和图2b图示出示例性剂量测定系统200，其中，工件202被安装至输送系统204，该输送系统204被定位于混合式扫描离子束注入系统(诸如图1的混合式扫描离子束注入系统100)的终端站内。例如，图2a和图2b的剂量测定系统200包括设置法拉第杯150、第一法拉第杯206和第二法拉第杯208(亦称为剂量杯)，这二者分离的距离约等于工件202的直径209。在本示例中，如箭头212所示，使具有带状射束高度211(例如，图1的离子束108的直径)的带状射束210扫掠至右侧，其中，第一法拉第杯206和第二法拉第杯208的开口高度约等于至少带状射束的高度(例如，最大高度)。

剂量测定系统200被配置成具有机构214，其可操作成如期望般控制第一法拉第杯206与第二法拉第杯208之间的距离215，其中，剂量测定系统被配置成适应不同直径209的工件202。例如，机构214包括线性驱动器、齿条和小齿轮或者可操作成控制剂量测定系统200的第一法拉第杯206与第二法拉第杯208之间的距离215的任何其他驱动系统。例如，各类工件202包括150mm、200mm、300mm和450mm的宽度，因而使得剂量测定系统200的第一法拉第杯206与第二法拉第杯208之间的距离215同样可变。应当指出，本文中所述的剂量测定系统200虽然包括两个法拉第杯206、208，但剂量测定系统能够替选地包括如上定位的任何束电流测量装置，而且所有这些替选方案皆视为落入本发明的范围内。

例如，第一法拉第杯206与第二法拉第杯208之间的距离215被配置成经由机构214而改变，以便限制带状射束210的扫描宽度216(例如，点状离子束跨工件扫描的宽度)，借以当离子束(例如，图1的经扫描的点状离子束108)穿过第一法拉第杯和第二法拉第杯时，由调谐法拉第杯150感测到的束电流下降。例如，如图2b所示，这两个法拉第杯中206、208的每一个均包括与其相关联的相应孔径218，并且机构214被配置成改变剂量测定系统200的收集面积并封闭相应孔径，由此限制正测量的带状离子束210的宽度。孔径218可以与相应的法拉第杯206、208一体成形或分立。当由调谐法拉第杯150感测到的束电流约为零时(例如，当全部离子束210处于相应的第一法拉第杯206或第二法拉第杯208上时)，扫描宽度216视为得到优化。

参照图3，曲线图300示出由图4中所示的剂量测定系统400的第一法拉第杯206收集到的各种波形。例如，第一波形302显示所测得的第一法拉第杯206的法拉第电流的时间相关性。如图4所示，使带状射束210如箭头212所示般扫描至右侧。由第一法拉第杯206所测得的法拉第电流位于虚线区域310内的某处，与第一波形302相一致。当由第一法拉第杯206收集到整个带状射束210时(如图所示)，或者由第二法拉第杯208收集到整个带状射束210时，参阅图3，图5的剂量测定系统500的法拉第电流达到近似最大值304。例如，如图6所示，在使带状射束210扫描离开第一法拉第杯206时，电流以下降斜率降至较低电平并达到图3中所示的靠近或接近零位线308的值306。

应当领会，在扫描周期中，带状射束210的法拉第电流有两次大约为(例如，当使带状射束在任一方向上扫描离开法拉第杯206或208时)。本示例图示出跨工件202的扫描宽度相对于由剂量测定系统200收集来自带状射束210的电流的长时间周期而较大的情况。然而，针对短扫描宽度或者小于剂量测定系统200的第一法拉第杯206与第二法拉第杯208之间的距离子215的扫描宽度，由剂量测定系统收集到的电流可能不会降至零308。

图7图示出根据本发明的另一示例性方面的用于调谐离子束以改善混合式扫描离子束注入机的生产率的方法700，其中参阅图1、图2a至图2b以及图3至图6。方法700能够被执行用以实现上述特征，并且酌情用以根据所述特征对离子束生成和/或射束处理执行调整。例如，方法700能够作为建立过程的一部分和/或在离子注入期间来执行。

方法700始于动作702，其中，根据一个或多个期望特征或参数来确定所需的离子束电流，以便利用期望特性来注入工件。例如，期望特性尤其能够包括：最佳扫描、期望束电流强度、期望通量值、均匀的通量和角度分布。在动作704，相对于剂量测定系统(诸如图2a至图2b的剂量测定系统200)来执行经扫描射束210的调谐。在动作706，调整扫描宽度以达最佳扫描；并且在动作708，调谐光学器件，以达到与期望剂量相对应的期望通量值。

在一个示例中，动作706包括通过积分电流(例如，“脉冲”电流，借以使得电流在“脉冲”两侧变成零)，将扫描宽度设定成最佳扫描，并且针对法拉第杯的给定宽度，选择期望电流极限值(例如，“约为零”的电流范围从法拉第杯中电流的0％至5％)。例如，选择非零电流极限值能够有利于在法拉第杯中遗留一定电流，因为过扫描工件也可能有益，借此，较小的扫描宽度提供较高的利用率。应进一步指出，光学器件能够至少部分基于上述测得的参数来实时调谐。

实时调整扫描宽度能够在射束扫描系统正运行时调谐注入机光学器件的情况下完成，例如，使得经扫描的束电流最大化。在此情况下，例如，机械控制系统的闭合回路控制子系统相比按照笔状射束的特性(例如宽度)作出射束调谐变化更快的速度将扫描宽度调整至最佳数值。该方法的示例性实施方式包括：通过调谐注入机光学器件来增成建立法拉第信号达到零的时间周期(例如，在过扫描期间)，使经扫描射束的利用率最大化；以及相继缩窄扫描宽度，同时保持或提高设置法拉第杯上的经扫描束电流。当已经获得期望或最佳的经扫描束电流时，调谐便结束。

在一个示例中，一旦在动作708获得期望通量值，便在动作710调整通量分布的均匀性。当已经获得期望通量值均匀性之后，在动作710调整通量分布，并且在动作712进一步测量角度分布。倘若在动作714判定角度分布正确或可接受，则调谐便会视为完成。倘若在动作714判定角度分布需要调整，则在动作716校正角度分布。在动作718判定均匀性是否可接受。倘若在动作718判定均匀性可接受，则调谐便会视为完成；否则，方法700便以迭代方式返回704。

在示例性方法700中所述的序列利用期望特性实现调谐最佳过扫描带状射束。这些期望特性在图1的未经扫描射束108的特性未知的情况下也能达成。例如，无需诊断未经扫描的射束108，可以节省调谐时间，并且可以提高注入机100的生产率。然而，可能会期望确定未经扫描射束108的特性以及经扫描的带状射束112的特性。

倘若是这种情况，则典型的调谐序列便会如图8中所示般开始，在动作802确定利用期望剂量的掺杂物来注入工件所需的束电流。操作者和/或控制系统在动作804调谐送往设置法拉第杯(例如，剂量测定系统)的未经扫描的束电流，并且在动作806执行轮廓描绘和角度测量。倘若在动作808未获期望束电流，则方法800便返回动作804。否则，扫描部件便扫描离子束并且在动作812使用建立法拉第的波形来快速确定最佳的扫描宽度。随后，在动作814获得跨工件的离子通量的均匀性。在动作816测量离子束的角度内容，并且视需要，在动作818调整其角度内容。倘若在动作820需要调整经扫描的射束的角度，则在动作804将扫描宽度再次设定为新的最佳数值，并且通过迭代校正方案将经扫描射束的均匀性再次调整到期望值。

尽管本发明的内容已就某一或某些优选实施方式得以阐明，但基于对本发明说明书及附图的阅读和理解，等同变化及修改对于本领域的技术人员而言显而易见。特别关于由上述组件(总成、装置、电路等)执行的各种功能，若非特别注明，否则用于描述这些组件的术语(包括提及“构件”)旨在对应于执行组件的特定功能(即功能上等同)的任意部件，即便其在结构上不等同于执行本文所述的本发明典型实施方案所公开的结构亦然。此外，虽然仅就多个实施方案中的一种方案公开本发明的特定特征，如若适于或利于任何指定或特定应用，则这一特征可结合其它实施方案的一个或多个其他特征。