用于測(cè)量橫向束強(qiáng)度分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及離子注入系統(tǒng)，更具體地，涉及用于測(cè)量與時(shí)間無(wú)關(guān)的離子束電流輪廓的劑量系統(tǒng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件的制造中，使用離子注入對(duì)半導(dǎo)體摻雜雜質(zhì)。離子注入系統(tǒng)通常被用于利用來(lái)自離子束的離子對(duì)諸如半導(dǎo)體晶圓的工件進(jìn)行摻雜，以在集成電路的制造期間產(chǎn)生η型或P型材料摻雜或者形成鈍化層。當(dāng)被用于摻雜半導(dǎo)體晶圓時(shí)，離子注入系統(tǒng)將所選擇的離子種類注入工件以產(chǎn)生期望的非本征材料。例如，注入從諸如銻、砷或磷的源材料所產(chǎn)生的離子導(dǎo)致“η型”非本征材料晶圓，而“ρ型”非本征材料晶圓通常產(chǎn)生自利用諸如硼、鎵或銦的源材料所產(chǎn)生的離子。
[0003]典型離子注入系統(tǒng)包括用于從電離源材料產(chǎn)生帶電離子的離子源。所產(chǎn)生的離子在強(qiáng)電場(chǎng)的幫助下被形成為高速束，并且沿預(yù)定束路徑被引導(dǎo)到注入端站。離子注入器可以包括:在離子源和端站之間延伸的束形成與成形結(jié)構(gòu)。束形成與成形結(jié)構(gòu)保持離子束，并且界定離子束前往端站所通過(guò)的細(xì)長(zhǎng)內(nèi)腔或通道。在操作期間，該通道通常是真空的，以降低離子由于與氣體分子碰撞而從預(yù)定束路徑偏離的可能性。
[0004]在離子注入系統(tǒng)中，通常被注入的工件尺寸遠(yuǎn)大于離子束尺寸的半導(dǎo)體晶圓。在大多數(shù)離子注入應(yīng)用中，注入的目標(biāo)是在工件或晶圓的表面的整個(gè)區(qū)域之上均勻地遞送量精確受控的摻雜物。為了利用尺寸顯著小于工件區(qū)域的離子束實(shí)現(xiàn)摻雜的均勻性，一種廣泛使用的技術(shù)是所謂的混合掃描系統(tǒng)，其中，小尺寸的離子束沿一個(gè)方向快速地來(lái)回掃過(guò)或掃描，并且工件沿掃描的離子束的正交方向機(jī)械地移動(dòng)。例如，混合掃描的一種特殊形式是所謂的DC帶狀束掃描系統(tǒng)，其中，理論上無(wú)限升高掃描頻率以形成通常連續(xù)的DC束。
[0005]在典型混合掃描離子注入器中，按照與傳統(tǒng)CRT電視屏幕上的光柵掃描類似的方式，兩個(gè)正交方向的掃描頻率極大不同。例如，在混合掃描離子注入器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方向上，以通常將0.5Hz作為最大重復(fù)率的子Hz頻率來(lái)重復(fù)掃描運(yùn)動(dòng)，而在離子束掃描方向上，掃描頻率高達(dá)IKHz。
[0006]混合掃描系統(tǒng)有吸引力的一個(gè)方面在于，在兩個(gè)正交方向上獨(dú)立地控制工件上的最終摻雜均勻性。一旦束掃描方向上的束電流密度是均勻的，則沿正交方向以恒定速度簡(jiǎn)單移動(dòng)工件將提供期望的二維或2D均勻性。假設(shè)束掃描方向上的均勻性保持在可接受的范圍內(nèi)，則即使離子束電流在工件運(yùn)動(dòng)期間波動(dòng)，工件的速度也可以相應(yīng)地改變，以產(chǎn)生期望均勻性。
[0007]束掃描方向上的非均勻性產(chǎn)生于束掃描和與離子束形成機(jī)制相關(guān)聯(lián)的光學(xué)的非均勻性。一種類比情況是位于距離墻壁固定點(diǎn)處的噴漆罐，其中，噴霧罐可以以恒定角速度左右轉(zhuǎn)動(dòng)。以恒定角速度，遠(yuǎn)離噴霧罐的墻壁區(qū)域比直接在噴霧罐前方的區(qū)域接收更薄的油漆覆蓋。在這種類比情況下，從噴霧罐到墻壁區(qū)域的變化距離是油漆覆蓋中非線性的源。
[0008]為了在離子注入系統(tǒng)的離子束掃描方向上獲得均勻的束分布，必須首先測(cè)量均勻性的程度，然后，進(jìn)行適當(dāng)校正以校正非均勻性。在噴漆類比中，一旦油漆的非均勻性已知，則隨著從中心噴得更遠(yuǎn)，修改噴霧罐的角速度，使得噴霧慢下來(lái)。
[0009]然而，由于離子注入的均勻性的目標(biāo)是小于非均勻性的百分之一，因此達(dá)到均勻性存在許多困難方面。一項(xiàng)困難是，在存在束電流隨時(shí)間波動(dòng)的情況下，可靠地測(cè)量束掃描方向上的均勻性。由于測(cè)量束均勻性意在沿束位置建立束強(qiáng)度的與時(shí)間無(wú)關(guān)的變化，因此束隨時(shí)間的波動(dòng)帶來(lái)了實(shí)質(zhì)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本公開(kāi)目前認(rèn)識(shí)到，為了適當(dāng)?shù)亟⑴c時(shí)間無(wú)關(guān)的離子束輪廓，測(cè)量的輪廓不僅取決于空間中的強(qiáng)度分布，而且更經(jīng)常取決于總離子束電流在時(shí)間上的變化，其中，所述變化可以發(fā)生在輪廓的連續(xù)測(cè)量期間。
[0011]因此，本公開(kāi)通過(guò)提供一種用于確定離子束的與時(shí)間無(wú)關(guān)的輪廓的系統(tǒng)、裝置和方法而克服了現(xiàn)有技術(shù)的局限。因此，以下呈現(xiàn)了本發(fā)明的簡(jiǎn)單概括以便提供對(duì)本發(fā)明的一些方面的基本理解。
【發(fā)明內(nèi)容】
不是本發(fā)明的廣泛概述。其既不意在確定本發(fā)明的關(guān)鍵或必要元素，也不意在勾畫本發(fā)明的范圍。其目的是，以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些構(gòu)思，作為稍后呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的前言。
[0012]本發(fā)明總體上指向一種用于確定離子束的與時(shí)間無(wú)關(guān)的輪廓的離子注入系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)示例性方面，離子注入系統(tǒng)包括:離子源，被配置為產(chǎn)生具有與離子束相關(guān)聯(lián)的離子束電流的離子束。例如，離子束包括點(diǎn)狀束、筆狀束、掃描筆狀束或帶狀束。如果進(jìn)一步提供質(zhì)量分析器，則質(zhì)量分析器被配置為對(duì)離子束進(jìn)行質(zhì)量分析。
[0013]根據(jù)一個(gè)示例，束輪廓確定裝置被配置為在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沿輪廓確定平面平移通過(guò)離子束。束輪廓確定裝置還被配置為與平移并發(fā)地橫跨離子束的寬度來(lái)測(cè)量離子束電流，其中限定離子束的與位置相關(guān)的束電流輪廓。例如，沿束線(beamline)(例如，在束輪廓確定裝置的上游)進(jìn)一步放置束電流監(jiān)測(cè)裝置，其中，束監(jiān)測(cè)裝置被配置為與束輪廓確定測(cè)量的持續(xù)時(shí)間并發(fā)地測(cè)量離子束的邊緣處離子束電流，其中限定在固定點(diǎn)處的與時(shí)間相關(guān)的離子束電流。
[0014]例如，這兩個(gè)電流測(cè)量(一個(gè)在束輪廓確定裝置上，另一個(gè)來(lái)自束監(jiān)測(cè)裝置)被同步并同時(shí)被采樣。因此，根據(jù)本公開(kāi)，隨著束輪廓確定裝置橫穿離子束的寬度，可以針對(duì)每個(gè)采樣時(shí)間從束輪廓確定裝置和束監(jiān)測(cè)裝置獲得束電流。因此，可以通過(guò)由來(lái)自束監(jiān)測(cè)裝置的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)將來(lái)自束輪廓確定裝置的束電流數(shù)據(jù)序列歸一化，來(lái)接近地近似與時(shí)間無(wú)關(guān)的離子束輪廓。在一個(gè)示例中，可以通過(guò)針對(duì)每個(gè)采樣時(shí)間將從束輪廓確定裝置獲得的電流除以從束監(jiān)測(cè)裝置獲得的電流，來(lái)獲得與時(shí)間無(wú)關(guān)的離子束輪廓。因此，抵消了離子束電流在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)，其中提供了與時(shí)間無(wú)關(guān)的離子束輪廓。本公開(kāi)涉及歸一化的各種其他方法，例如利用函數(shù)擬合來(lái)自束監(jiān)測(cè)裝置的一系列讀數(shù)并且將來(lái)自束輪廓確定裝置的數(shù)據(jù)歸一化到所擬合的曲線。
[0015]因此，為了完成前述和相關(guān)目的，本發(fā)明包括:在下文中完全描述且在權(quán)利要求中具體指出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的特定說(shuō)明性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例指示可以采用本發(fā)明原理的各種方式中的一些方式。在結(jié)合附圖考慮時(shí)，根據(jù)下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎性特征將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)示例性方面的離子注入系統(tǒng)的框圖。
[0017]圖2A示出了根據(jù)本公開(kāi)的若干方面的示例性的束電流密度波動(dòng)。
[0018]圖2B示出了根據(jù)本公開(kāi)的若干方面的示例性的束輪廓測(cè)量波動(dòng)。
[0019]圖2C示出了根據(jù)本公開(kāi)的若干方面的示例性的束監(jiān)測(cè)測(cè)量波動(dòng)。
[0020]圖2D示出了根據(jù)本公開(kāi)的若干方面的示例性的與時(shí)間無(wú)關(guān)的束輪廓。
[0021]圖3是示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于確定離子束輪廓的示例性方法的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明總體上針對(duì)一種用于確定離子束的與時(shí)間無(wú)關(guān)的輪廓的系統(tǒng)、裝置和方法。因此，現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，其中，相似的參考標(biāo)號(hào)可以用于始終表示相似的元件。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)這些方面的描述僅是說(shuō)明性的，它們不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制意義。在下文的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是:可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。
[0023]為了適當(dāng)?shù)亟㈦x子束的與時(shí)間無(wú)關(guān)的輪廓，本公開(kāi)認(rèn)識(shí)到，測(cè)量的輪廓不僅取決于空間中的強(qiáng)度分布，而且經(jīng)常更取決于總離子束電流在時(shí)間上的變化，其中，所述變化可以發(fā)生在輪廓的連續(xù)測(cè)量期間。不管如何準(zhǔn)確地控制離子束，離子束電流通常由于各種因素而不是恒定的。離子束的變化可以涵蓋寬頻譜，從非常高的頻率(例如，高達(dá)幾百KHz)、低到振幅變化高達(dá)百分之幾十的子Hz頻率的非常慢的變化(通常叫做“漂移”)。
[0024]—種用于測(cè)量束掃描方向上的非均勻性的傳統(tǒng)方法是，機(jī)械地橫穿窄寬度的法拉第杯(也叫做行進(jìn)的法拉第杯)，以針對(duì)掃描的離子束的整個(gè)寬度沿束掃描方向測(cè)量束密度變化(所謂的“束輪廓”)，如D.W.Berrian等的美國(guó)專利N0.4，922，106中所述。雖然利用行進(jìn)法拉第杯的這種方法被廣泛或幾乎完全地用在具有混合掃描系統(tǒng)的離子注入器中，但是當(dāng)離子束強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)時(shí)，這種方法在提取與時(shí)間無(wú)關(guān)的非均勻性信息