[发明专利]扫描离子注入系统中原位离子束电流的监测与控制

说明书

本发明涉及一种用于根据对离子束电流及其均匀性采样而控制离子注入系统的系统和方法。所述离子注入系统包括光学元件，该光学元件配置成传输离子束时选择性转向和/或整形离子束，其中，对离子束进行高频采样以提供离子束电流样本，然后对该离子束电流样本进行分析以检测离子束电流样本当中的波动、不均匀性或不可预测的变化。当检测到的多个离子束电流密度样本中的不均匀性超过预定阈值时，将这些射束电流样本与预定阈值水平和/或预测的不均匀性水平进行比较，以生成控制信号。控制系统生成控制信号，用于互锁射束传输或用于更改至少一个光学元件的输入以控制射束电流的变化。

相关申请的引用

本申请要求名称为“IN SITU ION BEAM CURRENT MONITORING AND CONTROL INSCANNED ION IMPLANTATION SYSTEMS”、申请日为2016年9月7日、专利申请序列号为15/258,723的美国专利申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及离子注入系统，更具体涉及用于实时进行原位离子束电流采样与检测以对离子注入系统提供控制的系统和方法。

背景技术

在半导体器件的制造中，离子注入用于掺杂工件，通常以如硅或砷化镓晶片的衬底形式提供。用杂质或掺杂剂轰击晶片，以便将这类掺杂剂注入晶片的晶体结构内，以修整电气特性或以其他方式变换衬底。照此，在半导体制造领域中公知离子注入系统用作通过将离子束中的离子注入工件而使工件掺杂离子或者在制造集成电路期间形成钝化层的固定设备。当用于掺杂半导体晶片时，离子注入系统将选定的离子粒种注入工件以产生所需的非本征材料。

典型的离子注入系统包括用于从可电离的源材料中生成带电离子的离子源。所生成的离子成束并借助强电场来加速，以致沿预定射束路径导向注入终端站。例如，注入从锑、砷或磷等源材料生成的离子例如产生“n型”非本征材料晶片，而“p型”非本征材料晶片常由用硼、镓或铟等源材料生成的离子产生。

离子注入系统可以包括定位于离子源与终端站之间的射束形成、转向、偏转、整形、滤波和充电的子系统(例如，射束光学元件或射束光学器件)。射束光学元件沿细长内腔或通路(例如束线)来操纵并维持离子束，离子束途径该内腔或通路传到工件所在的终端站。

在大多数离子注入应用中，注入过程的目标是将精确控制量的掺杂物均匀递送到工件或晶片表面的整个面积上。这一过程最普遍认可的方法体现为所谓的串列型注入架构，其中各个工件被依序提供给终端站以供离子束注入。为了利用尺寸小于工件面积的离子束实现均匀掺杂，离子束与晶片彼此相对移动，以使射束撞击到晶片的整个表面区域上。一种用于完成这项任务的常见系统架构称作“二维(2D)机械扫描”，例如参阅美国专利号6,956,223，其中在相对于静止“点”离子束的两个基本正交的维度扫描晶片。通过使用2D机械扫描，在固定离子束前方，在所谓的“快扫描”方向上的快速扫描晶片，同时在正交的“慢扫描”方向上缓慢扫描，从而通过在离子束前方以大致移动的Z字形图案传输晶片而用离子“涂布”晶片。替代地，离子注入系统中使用的另一种公知的串列型系统架构是所谓的“混合扫描系统”，其中离子束在一个方向上沿轴以类似光栅的方式来回扫掠或扫描，以形成带状射束，并且工件沿正交于扫描离子束轴的方向机械移动。

半导体制造领域中的发展趋势涉及各种半导体工件尺寸，如300mm直径的晶片，外加更高的器件密度。工件尺寸更大将提高各个工件的成本，而器件密度更高将提高处理成本及每个工件的关联值。结果，在避免或减少刮削工件相关的成本方面，相比以往，控制关于离子束的注入均匀性及其他参数变得更加关键。