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CN1484848A - 用于离子注入器的在线晶片电荷检测器和控制系统 - Google Patents

用于离子注入器的在线晶片电荷检测器和控制系统 Download PDF

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Abstract

提供一种在线电荷检测器和控制系统(32)，其包括：(i)晶片支承件(22)，多个晶片(W)可以定位在该支承件上以便通过离子束(18)注入，所述支承件具有布置有直接邻接的晶片的部分，该部分比所述晶片的表面的导电性更强或更弱，所述晶片支承件(22)还具有中心(31)，多个晶片中的每个晶片离开该中心大致相同距离，所述晶片支承件还设置第一和第二开口(64、66)，该开口布置成离开所述中心(31)大致相同距离，(ii)用于接收分别通过所述第一和第二开口(64、66)的离子束的第一和第二部分(18a、18b)并且用于分别输出指示接收的离子束流大小的第一和第二输出信号(44、42)第一和第二电荷检测器(40、38)；以及(iii)用于比较所述第一和第二输出信号(44、42)并用于输出指示由第一和第二电荷检测器(40、38)接收的离子束流的差别的第三输出信号(48)的比较器(46)，所述第三输出信号(48)用来作为电荷中和系统(33)的输入以便控制所产生的低能量电子的供应。

Description

用于离子注入器的在线晶片电荷检测器和控制系统
技术领域
本发明总体涉及离子注入器，本发明尤其涉及一种用于这种离子注入器的在线晶片电荷检测器和控制系统。
背景技术
用于对例如半导体的工件进行掺杂的传统离子注入器通常包括离子化所需掺杂元件的离子源，该离子源接着加速以便形成具有预定能量的离子束。离子束指向工件表面以便以掺杂元素注入工件。离子束的高能(通常为正)离子渗入工件表面使其嵌入工件材料的晶体网格中以便形成所需导电区域。注入过程通常在高真空处理室内进行，从而防止离子束与残留气体分子碰撞而分散并减少由空气传播颗粒造成的工件污染的危险。
使用这种离子注入系统所遇到的问题是晶片充电。由于正电荷离子束连续冲击目标晶片时，晶片的表面可积累不希望的过多的正电荷。在晶片由例如光致抗蚀剂的绝缘材料覆盖的情况下，由于电荷与半导体晶片的衬底和晶片位于其上的底座隔离并因此不能通过晶片和/或晶片底座散失，晶片充电现象存在着特别的问题。
过多的电荷积累可在晶片表面造成损害晶片上的微电路的电场。当注入电路元件变得更小时，由于更小的电路元件更容易受到所形成电场的损害，积累的表面电荷的问题变得更加突出。
对于晶片充电现象的公知的解决方案是使用电荷中和或电荷控制系统。这种系统通常包括提供低能量电子源的等离子浴，该电子吸引到从中通过的正电荷离子束上。特别是，等离子浴包括电弧室和等离子室，在该电弧室中惰性气体进行电离以便产生至少包括部分的低能量电子的等离子，等离子从电弧室抽出进入该等离子室并且离子束通过该等离子室。等离子包括电加热的细丝，使其将高能量电子热释放到等离子室中。高能量电子与惰性气体分子碰撞以便产生包括能够截留在离子束中的低能量电子的等离子。截留的低能量电子中和离子束的净电荷并通过离子束传送到晶片表面。电子束中截留的低能量电子减少或中和晶片表面上的正电荷，该正电荷是在离子束冲击晶片表面时由注入正离子造成的。
这种电荷中和系统或等离子浴通常包括用于检测电荷中和系统以便帮助控制电荷中和过程的电荷中和检测器。这种系统表示在授予Mack等人的美国专利No.5,959,305中，该专利披露一种电荷中和检测器，该检测器(i)施加适当电压到定位成收集低能量中和电子的目标电极上，并且(ii)通过检测流过目标电极的电流确定可以由电荷中和系统产生的所得到的低能量中和电子电流。
确定已知电荷控制系统的有效性并同时产生离子注入是困难的。如果电荷控制系统不提供晶片表面的足够中和，残留电荷积累在晶片表面上产生可测量的电压，这具有至少两个有害作用。首先，注入晶片表面和晶片背侧之间的电位差可上升到将损害在晶片上形成的装置的水平。
其次，晶片表面上的电压可造成离子束从一个晶片扫描到另一晶片时改变形状。例如，在有些离子注入系统中晶片通常位于晶片底座上，该底座分布在转动导电(例如铝)盘的周边上。当该盘转动时，固定位置的离子束从靠近晶片的导电铝盘表面的部分到正在注入的特定晶片的绝缘的充电表面并在到达相邻晶片之前返回通过导电盘部分。晶片表面上的电压可造成离子束从这些表面之一到另一表面时改变形状。如此，晶片上电压可造成晶片平表面上的不均匀注入剂量，从而导致注入剂量的公知的“牛眼”图案。
大多数离子注入器电荷控制系统使用一个或多个试图评估正在注入的晶片表面上存在的电压水平的电荷检测器传感器。这种电荷检测器传感器经常称为“盘形法拉第”。电荷传感器检测器提供的读数用来预测正在制造中的晶片是否处于过多电荷积累所造成损害的危险下。这种电荷传感器检测器的实例表示在授予Halling等人的美国专利No.5,998,798中，该专利结合于此作参考。然而，当前在包括美国专利No.5,998,798披露的系统的离子注入电荷控制系统中没有公知电荷检测器提供任何证据表示当离子束通过转动盘的导电部分和位于其上的晶片的绝缘部分之间时离子束的形状产生变化。
因此本发明的目的在于提供一种机构，通过该机构可以在离子注入系统中确定和说明离子束形状的改变。另一目的在于提供一种机构，通过该机构可防止晶片的平表面上的不均匀注入剂量使得注入晶片不显示出注入剂量的公知的“牛眼”图案。又一目的在于提供用于离子注入器的改进的在线电荷检测器和控制系统，其中电荷中和机构的有效性可实时进行核实并在需要时进行调整。
发明内容
提供一种用于离子注入器的在线电荷检测器和控制系统。该检测器和控制系统包括转动晶片支承件，单个晶片可定位在该支承件上以便通过离子束注入，该支承件具有布置有直接邻接的晶片的部分，该部分比该晶片表面具有或多或少的导电性。多个晶片中的每个晶片离开盘中心大致相同距离定位。该盘同样设置离开该中心大致相同距离布置的第一和第二开口，其中第一开口比第二开口更靠近晶片定位。作为选择，每个第一和第二开口可离开晶片相同距离定位，但通过具有不同导电性能的盘的部分围绕。例如，第一开口设置在盘的铝的部分内，并且第二开口设置在涂覆硅的部分内。
定位在盘之后的第一和第二电荷检测器接收分别通过第一和第二开口的离子束的第一和第二部分。第一和第二电荷检测器分别输出指示由检测器接收离子束流大小的第一和第二输出信号。比较器将第一和第二输出信号进行比较并输出指示第一和第二电荷检测器接收的第一和第二输出信号的差别的第三输出信号。第三输出信号用来作为离子注入器的电荷中和系统控制所产生低能量电子供应的输入。
附图说明
图1是结合有本发明在线电荷检测器和控制系统的离子注入器的系统图；
图2是通过其中未使用本发明在线晶片电荷检测器和控制系统的离子注入器进行离子注入的平面图，表示晶片表面上注入剂量的不均匀；以及
图3是图1离子注入器的晶片支承盘的平面图，将要注入的晶片位于该按照本发明的原理构造的支承盘上。
具体实施方式
现在参考附图的图1，离子注入器总体以10表示。离子注入器包括用于产生总体呈正电荷的离子束14的离子源12，该离子束通过例如抽取电极的公知装置从中抽出。质量分析磁体16对于抽出离子束14进行质量分析并输出只包括其电荷-质量比率落入预定范围内的那些离子的质量分析离子束18。质量分析离子束18通过分析开口20并注入位于底座上的晶片W，该底座围绕转动支承件或盘22周边定位。尽管可以涂覆硅层，所述实施例中的转动盘由铝制成。
在铝转动盘22的情况下，盘比位于其上的晶片更导电。在涂覆硅的盘22的情况下，该盘通常比位于其上的晶片导电性差(根据是否有例如光致抗蚀剂的图案化的绝缘表面施加在晶片上)。通常，本发明了解到晶片和围绕它们的盘的部分的导电性是不同的。导电性的不同用来确定晶片电荷积累是否负面影响通过其上的离子束。
盘22通过马达24和螺杆26垂直地沿Y轴移动。盘22通过马达28在箭头29所示的方向上围绕通过盘中心31垂直到达该盘平面的轴线转动。晶片W围绕盘22的周边在与盘在线大致相同距离的位置上定位。晶片W的所有表面区域当其在圆形路径上(“X扫描”方向)转动时注入并在固定位置离子束18之前垂直移动(“在Y扫描方向”)。由晶片W接收的离子剂量通过转动盘22的转动速度和垂直运动速度确定，这两者由马达控制器30确定。
设置电荷中和系统33以便在晶片通过总体呈正电荷的离子束18注入时中和积累在晶片上的正电荷。披露公知类型的电荷中和系统的美国专利No.5,959,305整体结合于此作参考。
本发明实施为在线电荷检测器和控制系统32。系统32包括测量晶片W上积累的电荷量的装置，在该盘转动时该电荷积累可造成离子束改变形状，造成离子束随后从晶片到导电铝盘表面的中间部分。为了响应此测量结果，电荷中和系统33的操作可以调整或改变，如下进一步说明。
作为选择，系统32的输出可用来作为剂量控制系统35的输入以便控制转动盘22的转动和移动，从而确保正在注入的晶片W的整个表面上的均匀注入剂量。剂量控制系统35包括提供输出信号36的例如法拉第笼34的公知元件。来自法拉第笼34的输出36和来自布置在注入室内的例如离子压力计43的压力检测器的输出41输入到控制电路50中。电路50使用这些输入确定晶片在离子束18之前的适当的X扫描和Y扫描速度，如下现有技术所知。
特别是，法拉第笼34安装在转动盘22之后，并用来测量通过盘中细槽62的离子束流。细槽62的长度至少与正在注入的晶片的直径一样长(例如200mm或300mm)，使得该细槽将在晶片Y扫描的整个范围内接收离子束流(同样见图3)。剂量控制电路50根据法拉第笼34和离子压力计43的输出来输出控制信号52到马达控制器30上。马达控制器30继而输出转动控制信号54到马达28上以及输出垂直移动信号56到马达24上，以便在正在注入的晶片的表面上保持均匀注入。以此方式，法拉第笼34和离子压力计43的输出由控制电路50使用，因此确定注入到晶片的离子的剂量。控制电路同样包括存储器58和用户控制台或界面60。
使用法拉第笼34和离子压力计43的输出来控制晶片W在离子束19之前的转动和移动是公知的。然而，由于由法拉第笼34提供的离子束流测量结果不考虑在离子束从导电铝盘表面靠近晶片的部分到正在注入的特定晶片的绝缘充电表面时的离子束形式的变化或改变中，只使用这些机构可导致不均匀的晶片注入。例如，如果离子束暴露于充分积累有正电荷的正在注入的晶片时，离子束可“膨胀”或聚焦变得不容易控制。
如此，可以得到不均匀的晶片注入。图2表示这种不均匀注入的实例，通常称为不均匀离子注入的“牛眼”图案。如图2所示，标示为“+”的注入晶片的区域表示剂量过多的区域(表面电阻率很低)，并且标示为“-”的注入晶片的区域表示剂量过少的区域(表面电阻率很高)。图2是在能量水平为2千电子伏(keV)下用硼(B)离子注入200mm的晶片获得的。
如此，本发明提供考虑到离子束形式变化或改变的另外的离子束测量机构以便改善晶片表面上的剂量不均匀。参考图1和3，在线电荷检测器和控制系统32包括用于分别输出信号42和44的电荷传感器或检测器38和40和用于比较信号42和44的比较器46。开口64和66设置在盘22内以便接收离子束通过其中的部分。如图1所示，离子束的部分以虚线表示，并且参考标号为18a和18b，以便分别指示当盘22从图1所示的位置转动时离子束将通过开口64和66的部分。
开口64和开口66位于离开盘中心31相同距离d的位置上。当盘22转动时，离子束流的第一部分18a通过开口64a并由产生输出信号44的电荷传感器或检测器40测量。当盘22继续转动时，离子束流的第二部分18b通过开口66并由产生输出信号42的电荷传感器或检测器38测量。开口64选择成位于离子束不受晶片上电荷积累的影响的位置，并且开口66选择成位于离子束受到晶片上电荷积累的影响的位置。换言之，开口66比开口64更靠近晶片定位。
作为选择，每个第一和第二开口可以位于离开晶片相同距离的位置上，但由具有不同导电特性的盘部分围绕。例如，开口64可以设置在盘的铝部分内，并且开口66可以设置在涂覆硅的部分内。
在任一情况下，比较器46比较电荷检测器38和40的输出信号以便确定晶片的充电绝缘表面对于离子束形式的影响(如果有的话)。例如，在图3所示实施例中，如果比较器46检测到在离子束流的第一和第二部分中没有差别，它可以确定没有造成离子束“膨胀”的负面影响。可忽略的比较器输出48表示离子注入器的电荷中和系统33正在进行有效地中和积累在晶片上的任何电荷并进行均匀剂量的注入的操作。
然而，如果比较器46检测到离子束流的第一和第二部分中有可测量到的差别时，可以确定有造成离子束“膨胀”的负面影响。例如，如果离子束“膨胀”，在开口66测量的峰值离子束流将小于在开口64处测量的值。作为选择，可以测量离子束当其通过开口64和66时的时间分布。如果检测到离子束在开口66的时间更长，表明离子束“膨胀”。在任一情况下，可测量的比较器输出48表示离子注入器的电荷中和系统33没有进行有效地中和在晶片上积累的任何电荷并均匀积累注入的操作。如此，电荷控制系统(33)的操作可使用比较器48进行调整或改变以便为了中和过多的晶片电荷积累提供更大的低能量电子供应。
作为选择，相反比较器46的输出48可用来调整剂量控制电路50。(如图1所示，比较器输出48以虚线表示作为剂量控制电路50的可选择的输入)。例如，图2的“牛眼”图案可以与比较器46的输出48相关联。如此，剂量控制电路50可以进行程序设计以便实时调整盘的X扫描和Y扫描速度以便修正预定的剂量误差。实际上，除了离子压力计43和法拉第笼34之外，剂量控制电路50使用比较器输出48来调整到马达控制器30的输出控制信号52。然而，预料到本发明可以更直接地作为调整电荷中和系统33的操作的装置，如上所述。
因此，已经描述了在线电荷检测器和控制系统的优选实施例。但是，通过所述说明，理解到该说明只通过实例作出，本发明不局限于所述的特定实施例，对于所述描述可进行不同的变型、改型和替代而不偏离由以下权利要求及其等同物限定的本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于离子注入器的在线电荷检测器和控制系统(32)，其包括：
(i)晶片支承件(22)，多个晶片(W)可以定位在该支承件上以便通过离子束(18)注入，所述支承件具有布置有直接邻接的晶片的部分，该部分比所述晶片的表面的导电性更强或更弱，所述晶片支承件(22)还具有中心(31)，多个晶片中的每个晶片离开该中心大致相同距离，所述晶片支承件还设置第一和第二开口(64、66)，该开口布置成离开所述中心(31)大致相同距离，用于接收分别通过所述第一和第二开口(64、66)的离子束的第一和第二部分(18a、18b)并且用于分别输出指示接收的离子束流大小的第一和第二输出信号(44、42)第一和第二电荷检测器(40、38)；以及
(ii)用于比较所述第一和第二输出信号(44、42)并用于输出指示由第一和第二电荷检测器(40、38)接收的离子束流的差别的第三输出信号(48)的比较器(46)。
2.如权利要求1所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述第一开口(64)比所述第二开口(66)更靠近晶片定位。
3.如权利要求1所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，每个所述第一开口(64)和所述第二开口(66)定位在离开晶片(W)大致相同距离处。
4.如权利要求1所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述晶片支承件(22)是围绕通过中心(31)并垂直到达盘所在平面的轴线转动的转动盘。
5.如权利要求4所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述盘(22)由铝制成，并且其中将要注入的晶片(W)在其上具有绝缘层。
6.如权利要求4所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述第三输出信号(48)用来作为该离子注入器的电荷中和系统(33)的输入。
7.如权利要求4所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述第三输出信号(48)用来作为该离子注入器的剂量控制系统(35)。
8.如权利要求4所述的在线电荷检测器和控制系统(32)，其特征在于，所述盘(22)涂覆有硅。
9.一种离子注入系统(10)，其包括：
(i)用于输出总体呈正电荷的离子束(18)的源(12)；
(ii)用于产生中和离子束的净正电荷的供应的电荷中和系统(33)；以及
(iii)在线电荷检测器和控制系统(32)，其包括：
(a)晶片支承件(22)，多个晶片(W)可以定位在该支承件上以便通过离子束(18)注入，所述支承件具有布置有直接邻接的晶片的部分，该部分比所述晶片的表面的导电性更强或更弱，所述晶片支承件(22)还具有中心(31)，多个晶片中的每个晶片离开该中心大致相同距离，所述晶片支承件还设置第一和第二开口(64、66)，该开口布置成离开所述中心(31)大致相同距离，(b)用于接收分别通过所述第一和第二开口(64、66)的离子束的第一和第二部分(18a、18b)并且用于分别输出指示接收的离子束流大小的第一和第二输出信号(44、42)第一和第二电荷检测器(40、38)；以及(c)用于比较所述第一和第二输出信号(44、42)并用于输出指示由第一和第二电荷检测器(40、38)接收的离子束流的差别的第三输出信号(48)的比较器(46)，所述第三输出信号(48)用来作为电荷中和系统(33)的输入以便控制所产生的低能量电子的供应。
10.如权利要求9所述的离子注入系统(10)，其特征在于，所述第一开口(64)比所述第二开口(66)更靠近晶片定位。
11.如权利要求9所述的离子注入系统(10)，其特征在于，每个所述第一开口(64)和所述第二开口(66)定位在离开晶片(W)大致相同距离处。
12.如权利要求9所述的离子注入系统(10)，其特征在于，所述晶片支承件(22)是围绕通过中心(31)并垂直到达盘所在平面的轴线转动的转动盘。
13.如权利要求12所述的离子注入系统(10)，其特征在于，所述盘(22)由铝制成，并且其中将要注入的晶片(W)在其上具有绝缘层。
14.如权利要求12所述的离子注入系统(10)，其特征在于，所述盘(22)涂覆有硅。
15.一种中和积累在正在注入的晶片上的电荷的方法，该方法包括以下步骤：
(i)使用离子源(12)提供总体呈正电荷的离子束(18)；
(ii)通过提供用于中和离子束的净正电荷的低能量电子供应，设置用于在离子束运动到正在注入的晶片表面时中和总体呈正电荷的离子束的电荷中和系统(33)；
(iii)围绕转动支承件(22)的周边并离开转动支承件的中心(31)相同距离处定位多个晶片，所述支承件具有布置有直接邻接的晶片的部分，该部分比所述晶片的表面的导电性更强或更弱，所述晶片支承件还设置第一和第二开口(64、66)，该开口布置成离开所述中心(31)大致相同距离；
(iv)检测通过所述第一和第二开口(64、66)的离子束的第一和第二部分(18a、18b)；
(v)输出分别指示在该离子束的所述第一和第二部分中检测到的离子束流大小的第一和第二输出信号(44、42)；
(vi)比较所述第一和第二输出信号(44、42)并输出指示其中有差别的第三输出信号(48)；
(vii)输入所述第三输出信号(48)到电荷中和系统(33)以便控制所产生的低能量电子的供应。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述盘(22)由铝制成，并且其中将要注入的晶片(W)在其上具有绝缘层。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述盘(22)涂覆有硅。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一开口(64)比所述第二开口(66)更靠近晶片定位。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，每个所述第一开口(64)和所述第二开口(66)定位在离开晶片(W)大致相同距离处。
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