[发明专利]靠近连续注入机最后能量过滤器中弯折部的闭环回路剂量控制剂量杯

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子注入系统，且更具体地涉及一种在连续离子注入机中存在光致抗蚀剂气体释出、压力及离子源波动时用于离子剂量测量和补偿的系统与方法。

背景技术

在半导体装置的制造中，离子注入用于将杂质掺入半导体。离子束注入机使用离子束来处理硅晶片，从而在集成电路制作过程中产生n或p型外来材料掺杂或者形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离子束注入机注入选定的离子物质，以产生期望的外来材料。注入由诸如锑、砷或磷的源材料产生的离子形成“n型”外来材料晶片，而如果期望“p型”外来材料晶片时，则可注入使用诸如硼、镓或铟的源材料所产生的离子。

典型的离子束注入机包括用于由可电离源材料产生正电荷离子的离子源。所产生的离子形成为离子束，并且沿预定束路径被引导至注入站。该离子束注入机可包括在该离子源与该注入站之间延伸的束形成及成形结构。该束形成及成形结构维持离子束，并界定出延长的内腔或通道，离子束途中经过该延长的内腔或通道到达注入站。当操作注入机时，通常将该通道抽空，以降低离子由于与空气分子碰撞而偏离该预定束路径的几率。

离子的质量相对于其上电荷(例如，电荷-质量比)会影响其在轴向上及横向上被静电场或磁场加速的程度。因此，可以使得到达半导体晶片或其它目标物的期望区域的束非常纯净，这是因为不期望分子量的离子将被偏转到离开束的位置，并且可避免注入不期望的材料。选择性地分离期望和不期望电荷-质量比的离子的过程称为质量分析。质量分析器通常采用一种质量分析磁体，该质量分析磁体产生偶极磁场，以在弧状通道里通过磁性偏转来偏转离子束中的各种离子，这会有效地分离具有不同电荷-质量比的离子。

剂量测量(dosimetry)是对注入晶片或其它工件中的离子所进行的测量。在控制注入离子的剂量时，通常利用闭环回路反馈控制系统来动态地调整注入，以实现在被注入工件中的均匀性。这种控制系统利用实时流监测(real-time current monitoring)来控制注入机的慢扫描速度。法拉第碟或法拉第杯周期性地测量束流并调整慢扫描速度以确保恒定的剂量。频繁测量使得该剂量控制系统能够快速地对束流变化进行响应。该法拉第杯可以是静止、具有良好遮蔽且被置为靠近晶片，从而使其对掺杂晶片的束流敏感。然而，该法拉第杯仅测量该束流的电流部分。

离子束与在注入过程中形成的气体之间的相互作用可导致该电流即电荷通量(flux)改变，即使在该粒子流即掺杂剂通量恒定时也是如此。为补偿这种影响，剂量控制器可同时从法拉第杯读取该束流并从压力计读取压力。当对注入配方指定了压力补偿因子时，则通过软件修改所测得的束流，以向控制该慢扫描的电路提供经过补偿的束流信号。因此，在此闭环回路系统中的补偿量(例如在经过补偿的束流信号中)可为在该法拉第杯测得的束流以及该压力二者的函数。

在适当地应用时，压力补偿改善了在宽注入压力范围上的可重复性与均匀性。然而，注入机内的真空绝不会是完美的。在系统里总是存在一些残余气体。通常该残余气体不会引起问题(事实上，少量的气体对于良好的束传输及有效的电荷控制是有益的)。不过，在足够高的压力下，例如因光致抗蚀剂气体释出而压力增加时，离子束与残余气体之间的电荷交换会造成剂量测量误差。如果注入裸晶片与注入经光致抗蚀剂涂覆(PR)的晶片之间的剂量偏移大得无法接受，或者如果剂量均匀性显著地降低时，则可以采用压力补偿来改善均匀性。

离子束与残余气体之间的电荷交换反应可以增加或减少离子的电子，从而改变离子的电荷状态使其偏离该配方中的期望值。当电荷交换反应是中和时，入射离子通量的一部分被中和。其结果为电流降低，同时粒子流(包含中性物)维持不变。当电荷交换反应为电子剥除时，离子通量的一部分失去电子。其结果为电流增加，同时粒子流维持不变。

对于其中电荷交换是一个重点的典型配方而言，束通常经历的中和比剥除多得多。结果，每当终端站(end station)压力增加时，由法拉第杯测得的束流减少。束内的离子被中和，但是未被残余气体偏转或阻止。经分析磁体后，该剂量率，即单位面积单位时间的掺杂剂原子，并未通过电荷交换而改变。注入的中性物对晶片所接收的剂量有贡献，但未被法拉第杯所测得。因此，该晶片可能会剂量过度。