專利名稱：離子注入劑量控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及離子注入襯底的劑量控制中的或有關的改進，例如給半導體晶片摻雜。
背景技術：
離子注入機通常用在半導體產品的制造中，用于向半導體襯底注入離子，以改變這樣的襯底中或其預定義區(qū)域中的材料的導電性。離子注入機一般包括一個產生離子束的離子源，一個從離子束中選擇特定種類離子的質量分析器，以及使通過真空腔的所選質量的離子束指向支撐在襯底架上的靶襯底的裝置。
最常見的是，靶襯底上的離子束橫截面積小于襯底的表面積，這就必須利用一維或二維掃描在襯底上進行離子束掃描，以便離子束覆蓋襯底的整個表面。在離子注入中通常使用如下三種掃描技術(i)相對于靜態(tài)襯底的離子束的靜電和/或磁偏轉；(ii)相對于靜態(tài)離子束的兩個正交方向上的靶襯底的機械掃描；和(iii)一種混合技術，包括在一個方向上的離子束的磁或靜電偏轉，和在另一個一般正交方向上的靶襯底的機械掃描。
半導體晶片制造中的一個重要目標是為了確保對于任何選定種類的離子，晶片都被注入正確的離子劑量，而且劑量在遍及整個被作為靶來接收注入離子的晶片或晶片部分上是均勻的。目前，半導體工業(yè)通常要求1％或更好的劑量均勻性。由于晶片本身的極高成本，不能達到這樣的標準既耗時又費用昂貴。
在注入過程中傳送劑量是通過利用位于晶片“后面”的離子束電流檢測器(通常是一個法拉第杯)對束電流進行檢測來監(jiān)控的，這樣，隨著離子束和晶片實現彼此相對運動以使離子束不再被晶片阻擋時，離子束可落在法拉第檢測器上。當涉及到多晶片注入時，可通過將法拉第檢測器定位在可移動(通常是可旋轉的)晶片支架的后面來實現，該支架中具有一個或多個間隙/縫隙，離子束可通過它們到達與離子束的一般路徑對齊的法拉第檢測器。這樣的一個布局在美國專利號4,234,797中公開。當單晶片注入發(fā)生時，法拉第杯將通常放置在晶片后的一個固定位置，這樣，當跨過晶片的離子束的每個單一的橫過或掃過之后，晶片與離子束不對齊時，離子束射到法拉第檢測器上。這樣的一個布局在英國專利申請?zhí)朑B0400485.9中描述。
當運送到晶片時，離子束中的離子可變成中性的，失去它們的電荷。這些中性粒子(neutrals)將繼續(xù)在帶有離子的離子束中傳播，并且也將注入到晶片中?，F有的束電流檢測器僅可檢測離子電流，即，它們不能檢測任何中性離子，因此通常將低估離子束中期望物質(species)的真實傳送速率，包括離子和中性粒子。束離子一般通過與真空腔中的剩余氣體分子碰撞而被中性化，并且已知的是，變成中性的離子的比例隨著剩余氣體壓力的增加而增加。這些碰撞也可導致束離子的電荷狀態(tài)，例如從帶單電荷到雙電荷的增加，或者從帶雙電荷或單電荷的減少，這兩種影響都可造成束電流測量的誤差。
已經認識到的是，有必要補償法拉第檢測器的低估或高估。一個真實的或校正的束電流將是要被注入的物質的粒子(不管是離子還是中性粒子)束的傳送速率的正確測量。隨著真實束電流的精確監(jiān)控，注入過程可被調節(jié)，以確保給整個晶片注入均勻的劑量。
在美國專利號6,297,510中描述了一種離子注入機，其可被操作以確定真實束電流。該離子注入機包括一個襯底支架，它可相對于離子束移動，這樣可沿著形成一個光柵模式(raster pattern)的一系列掃描線將離子束掃描過晶片。當離子束相對于晶片被掃描時，裝備在晶片上的光阻層放出氣體，引起封閉襯底支架的真空腔內的剩余氣體壓力的上升。橫過晶片的離子束傳送被這樣幾個周期間隔，在這幾個周期中，離子束不再入射到晶片上，因此停止向外放出氣體。本文所用術語“分隔周期”是指指在整個晶片上的離子束傳送之間，離子束不入射到晶片上的周期。在這些分隔周期中，一個真空泵不斷用泵吸吸真空腔，可再一次引起壓力向真空腔的基準壓力下降。在分隔周期中的壓力的這一下降隨著時間t成指數地下降，并且可表示為Pt，其中Pt=P0e-tτ---(1)]]>
(P0是在t＝0時的壓力)，τ是真空腔的特征抽氣時間常數。
如上所述，被法拉第檢測器測量的離子電流隨著真空腔的壓力而變化。因此，被測量離子電流Im的變化是壓力P的一個函數，可表示為Im＝I0e-KP(2)其中I0是真實束電流(離子和中性粒子)，k是一個常數，可為任何特定注入配方來確定。公式(1)和(2)可合并表示，在一個分隔周期內的離子束電流Im為Im=I0e-(KP0e-tτ)---(3)]]>用自然對數可表示為lnIm=lnI0-KP0e-tτ---(4)]]>公式(4)具有y＝mx+c的一般形式。因此，測量一個分隔周期內已知時間的一組離子束電流Im允許繪制出lnIm對 的曲線圖。然后，真實束電流I0可從y軸的截距找到(在該情形下c＝lnI0)。將被理解的是，在該方法中不要求常數K已知(事實上，K可從斜率m＝-KP0獲得)。然而，時間常數τ必須首先確定，以允許繪制出圖形。當真空腔中的壓力下降(或者在初始時，或者在一個分隔周期內)時，時間常數τ是通過測量兩個或多個腔壓力來確定的。公式(1)可改寫為lnPt=lnP0-tτ---(5)]]>如同公式(4)，它具有y＝mx+c的形式。將兩個或多個壓力測量擬合到該形式，允許時間常數τ被確定為斜率m＝-τ-1。
因此，在抽氣時間常數τ的初始確定之后，一系列離子束電流在分隔周期內的掃描線末端被測量，以確定那個時間的真實束電流。真實束電流將隨著時間緩慢變化，并且該漂移將被檢測到，注入過程可得到控制，以便校正該變化，并且確保給整個晶片注入均勻的劑量。例如，如果真實離子束電流被發(fā)現隨著時間下降，則相對于晶片的離子束掃描速度可被減慢，以獲得相同的注入劑量。
美國專利號6,297,510中所述方法的一個缺點是，為了確定抽氣時間常數τ需要測量真空腔的壓力。這要求一個能夠測量真空腔內壓力的額外檢測器，并且在離子注入機的復雜性和費用方面，這也是不利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是，改進美國專利號6,297,510中公開的現有技術的注入機。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種根據測量的離子束電流來確定真實束電流的方法，而沒有壓力測量的負擔。
根據第一方面，本發(fā)明涉及一種離子注入機，其包括一個真空腔，一個用于支撐靶襯底的位于真空腔中的襯底支架，和一個用于產生離子束的離子束產生器，該離子束包括一個要被注入到靶襯底中的物質，用于產生靶襯底與離子束之間的相對掃描運動效果的掃描裝置，和一個在注入過程中用于從真空腔中泵出剩余氣體的真空泵。
掃描裝置被放置，以在一個注入過程中產生對靶襯底上的束的重復掃描，其被束不射到靶襯底上時的周期分隔開。由于從靶襯底中放出氣體，在每個所述掃描過程中所述腔中的剩余氣體壓力上升，并且在所述分隔周期內，由于通過所述真空泵來泵吸，所述剩余氣體壓力隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數級下降。相對于使所述剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣常數，至少一些所述分隔周期的持續(xù)時間不足。
該離子注入機進一步包括一個離子電流控制器，其用于在多個所述分隔周期的每個周期內提供對靶襯底的離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；和一個控制器，其用于控制所述掃描裝置，以產生所述重復掃描，并且用于提供具有充足持續(xù)時間的至少一個擴展的所述分隔周期，以使剩余氣體壓力被抽低到所述最小壓力值。離子電流檢測器用于在所述擴展分隔周期內提供所述多個時間間隔測量。
該注入機還包括一個處理器，其用于(a)接收來自包括所述擴展分隔周期的每個所述分隔周期的所述多個測量值，(b)從所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量中，識別對應于剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的最大測量束電流值，和(c)根據所述擴展分隔周期內所接收的多個時間間隔測量和所識別的最大測量束電流值，計算所述抽氣時間常數的一個估計。(d)所述處理器利用所接收的測量值和所述抽氣時間常數的估計為總束電流計算重復校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量值是在所述擴展操作周期后的所述多個分隔周期的每一個周期內接收的。
這樣一個離子注入機一個分隔周期內使用一個相對長的暫停以估計抽氣時間常數，然后在相對短的分隔周期內使用這個估計快速提供真實束電流的一個估計。因此，這個離子注入機用于使用抽氣時間常數的一個改進估計。此外，與上文描述的現有技術相反，對于離子注入機而言，為了確定抽氣時間常數，不必測量真空腔的壓力。
為了避免懷疑，多個分隔周期不需要包括整組分隔周期，也就是說，僅使用所有分隔周期的一個子集測量離子電流和計算真實束電流是完全合理的。
可選地，本發(fā)明的第一方面定義的處理器用于利用一個線性回歸來估計抽氣時間常數。
優(yōu)選地，上述段落中定義的或根據本發(fā)明的第一方面定義的處理器用于利用至少兩個真實束電流和至少兩個預定時間常數來估計抽氣時間常數，所述真實束電流是根據在所述擴展分隔周期內所接收的測量來確定的。
可選地，根據本發(fā)明的第一方面定義的或根據上面兩段中任一段或兩者改進的處理器初始用于，根據所接收的測量值和所述抽氣時間常數的一個預定估計值來計算總束電流的第一各自的校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量值是在所述擴展分隔周期之前的第一數量的所述多個分隔周期中的每一個周期內被接收的。
這是有優(yōu)勢的，當圓形晶片用作靶襯底時，晶片上的束初始掃描可造成僅一部分離子束相切于(clip)晶片邊緣。這樣的小暴露將僅產生真空腔中壓力的微升，并因此僅產生在隨后分隔周期內壓力的微降。這將導致在分隔周期內離子束電流的僅一個小的變化，其將阻止抽氣時間常數的一個可接受確定。
可選地，根據本發(fā)明的第一方面定義的或以上文所述的任何方式或其任何組合所做的改進的離子注入機用于在一個分隔周期內執(zhí)行步驟(b)，其中所述分隔周期與腔中剩余氣體壓力上升第一次發(fā)生的時間基本對應，所述剩余氣體壓力上升是由于向外放出氣體造成的。
可選地，根據本發(fā)明的第一方面定義的或以上文所述的任何方式或其任何組合所做的改進的離子注入機可用于注入一個靶襯底，該靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片，其中所述離子束產生器用于產生一個束，該束具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，所述掃描裝置用于在晶片上的多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，利用所述掃描線之間的所述分隔周期；且其中所述處理器在一個選定時間用于存儲離子電流測量值，該離子電流測量值是在所選擇的掃描線的末端的分隔周期內接收的，所述掃描線分布在晶片區(qū)域上；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據在每一個所選擇的掃描線后所接收的測量值，來計算一個校正總束電流值，以在所述掃描線的間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個進一步改進的估計，當用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，其基本上消除了所述正交變化。優(yōu)選地，選定時間在一次通過(pass)的末端。
可選地，控制器用于僅在第一注入中產生一個擴展分隔周期，且其中處理器在后續(xù)注入中用于根據所述后續(xù)注入的所述多個分隔周期中的每一個周期內的所接收的測量值和所述抽氣時間常數的所述改進估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
根據第二方面，本發(fā)明涉及一種離子注入機，其包括一個真空腔；一個用于支撐靶襯底的位于真空腔中的襯底支架，該靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；一個離子束產生器，其用于產生一個包括要被注入到靶襯底中的物質的離子束；一個掃描裝置，其用于實現靶襯底與離子束之間的相對掃描運動；和一個真空泵，其用于在注入過程中從真空泵中泵出剩余氣體。
該掃描裝置被放置，以在一個注入過程中在靶襯底上產生束的重復掃描，其被束不射到靶襯底上時的周期所分隔開。由于從靶襯底放出氣體，所述腔中的剩余氣體壓力在每個所述掃描過程中上升，并且由于通過所述真空泵進行泵吸，在所述分隔周期內抽氣時間常數呈指數地向最小壓力值下降。所述分隔周期中的至少一些相對于使剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣常數具有一個持續(xù)時間不足。
該離子注入機進一步包括一個離子電流檢測器，其用于在多個所述分隔周期的每個周期內提供靶襯底上的離子束中離子電流的多個時間間隔測量值，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期。該離子注入機還包括一個處理器，其用于接收所述多個測量值，產生所述抽氣時間常數的一個估計，并根據所述多個分隔周期的每一個周期內所接收的測量值及所述抽氣時間常數的所述估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
所述離子束產生器用于產生一個束，其具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，所述掃描裝置用于在晶片上多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，利用所述掃描線之間的所述分隔周期。
所述處理器用于(a)存儲離子電流測量值，該離子電流測量值是在所選擇的所述掃描線的末端的分隔周期內接收的，所述掃描線分布在晶片區(qū)域上；(b)利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據每一個所述被選擇掃描線后所接收的測量來計算一個校正總束電流值，以在掃描線間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置來提供校正總束電流值的一個陣列；(c)根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和(d)計算所述抽氣常數的一個改進估計，當其被用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，它基本上消除了所述正交變化。
這種離子注入機利用這樣的效果，當圓形晶片的寬度增加時，估計抽氣時間常數的任何誤差對真實束電流有一個漸進增加的影響。真實束電流僅緩慢地漂移，并且因此可被假定為維持合理量的掃描線上的相當穩(wěn)定。因此，由抽氣時間常數的不精確估計引起的誤差顯現為，為遍及晶片的掃描線而計算的真實束電流的一個正交變化。
可選地，根據本發(fā)明的第二方面定義的處理器用于通過重復優(yōu)化抽氣時間常數，來消除正交變化。優(yōu)選地，該處理器用于確定正交變化的曲率，并使用該曲率來計算改進的時間常數。后一種布置目前被優(yōu)先選擇，因為它使改進的時間常數可被一次性確定，而無須多次的迭代布置。
根據第三方面，本發(fā)明還提供了一種利用離子注入機在靶襯底中注入離子的方法，該離子注入機包括一個真空腔，一個用于支撐靶襯底的位于真空腔中的襯底支架，一個離子束產生器，一個掃描裝置，一個真空泵，一個離子電流檢測器，一個控制器和一個處理器；該方法包括以下步驟利用所述離子束產生器生成一個離子束，其包括要被注入到靶襯底中的物質；操作所述控制器以控制所述掃描裝置，以實現靶襯底與離子束之間的一個相對掃描運動；并在注入過程中用真空泵來泵吸真空腔，以從真空腔中抽出剩余氣體。
掃描裝置被操作以在一個注入過程中產生對靶襯底上束的重復掃描，其被束不射入到靶襯底上的周期分隔開，由此，所述腔中剩余氣體壓力由于從靶襯底放出氣體而在每個所述掃描過程中上升，并且由于被所述真空泵吸出而在所述分隔周期內隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數下降，相對于使剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣時間常數，所述分隔周期中的至少一些的持續(xù)時間不足。
該方法進一步包括，利用離子電流檢測器來測量離子電流，以在多個所述分隔周期的每一個周期內，提供靶襯底上離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；操作控制器以控制所述掃描裝置，以提供具有足夠持續(xù)時間的至少一個擴展所述分隔周期，以將所述剩余氣體壓力抽氣到所述最小壓力值，和操作所述離子電流檢測器，提供所述擴展周期內的所述多個時間間隔測量；將包括所述擴展周期的每個所述分隔周期的所述多個測量傳送給所述處理器，利用所述處理器從所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量中識別一個最大測量束電流值，其對應于達到所述最小壓力值的剩余氣體壓力，根據在所述擴展分隔周期內接收的多個時間間隔測量和所識別的最大測量束電流值，利用處理器來計算所述抽氣時間常數的一個估計，并根據所述多個分隔周期的每一個周期內的所述接收測量及所述抽氣時間常數的所述估計，利用處理器為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
可選地，該處理器利用線性回歸估計抽氣時間常數。優(yōu)選地，處理器利用至少兩個真實束電流和至少兩個預定時間常數來估計抽氣時間常數，所述真實束電流是根據在所述擴展分隔周期內所接收的測量來確定的。
根據本發(fā)明的第三方面的或根據前述段落改進的方法可被可選地執(zhí)行，以便處理器被操作(a)最初，根據所述多個分隔周期的每一個周期內所接收的測量值和所述抽氣時間常數的一個預定估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率；(b)隨后，根據所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量值，識別對應于達到所述最小壓力值的剩余氣體壓力的一個最大測量束電流值，根據在所述擴展分隔周期內接收的多個時間間隔測量和所述識別的最大測量束電流值，計算所述抽氣時間常數的一個估計；和(c)此后，根據所述多個分隔周期的每一個周期內所接收的測量值和所述估計抽氣時間常數，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
優(yōu)選地，所述處理器在一個分隔周期內執(zhí)行步驟(b)，所述分隔周期基本對應于所述腔中剩余氣體壓力第一次發(fā)生上升時，所述剩余氣體壓力的上升是由于向外放出氣體。
可選地，根據本發(fā)明的第三方面的或根據任何一個上述段落改進的方法可包括，注入一個包括圓形晶片的靶襯底，該圓形晶片具有預定直徑；其中所述離子束產生器生成一個其正交橫截面直徑小于所述直徑的束，和掃描裝置用于掃描晶片上多個間隔線中的束以形成一個光柵，所述掃描線之間具有所述分隔周期；和其中所述處理器在一個選定時間用于存儲在晶片區(qū)域上分布的被選擇所述掃描線的末端的分隔周期內接收的離子電流測量；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據每一個所述被選擇掃描線后的接收測量，計算一個校正總束電流值，以提供一個校正總束電流值對在掃描線間隔方向上穿過晶片的各個掃描線的位置的陣列；根據所述陣列，利用穿過晶片的位置，檢測所述計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個進一步改進估計，當用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，它基本上消除了所述正交變化。
優(yōu)選地，選定時間是在一次通過的末端?？蛇x地，控制器僅在第一注入產生一個擴展分隔周期，和其中處理器在后續(xù)注入中用于根據所述后續(xù)注入的所述多個分隔周期中的每一個周期內的所接收的測量值和所述抽氣時間常數的所述改進估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
根據第四方面，本發(fā)明涉及一種利用離子注入機在靶襯底中注入離子的方法，該離子注入機包括一個真空腔，一個位于真空腔中用于支撐靶襯底的襯底支架，該靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；一個離子束產生器，一個掃描裝置，一個真空泵，一個離子電流檢測器，和一個處理器；該方法包括以下步驟用離子束產生器生成一個離子束，包括要被注入到靶襯底中的物質；在注入過程中用真空泵來泵真空腔，以從真空腔中抽出剩余氣體；操作掃描裝置，在靶襯底與離子束之間產生相對掃描運動，以在一個注入過程中產生對靶襯底的束的重復掃描，被當束不射到靶襯底上時的一些周期分隔開；由此，所述腔中剩余氣體壓力由于從靶襯底放出氣體，在每個所述掃描過程中上升，并且由于被所述真空泵吸出，在所述分隔周期內隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數下降，至少一些所述分隔周期相對于所述抽氣時間常數具有持續(xù)時間不足，允許剩余氣體壓力達到所述最小壓力值。
該方法進一步包括，用離子電流檢測器測量離子電流，以在包括持續(xù)時間不足的所述周期的多個所述分隔周期的每一個周期內，提供靶襯底上離子束中離子電流的多個時間間隔測量；將所述多個測量傳遞給處理器，利用處理器，生成所述抽氣時間常數的一個估計，和根據所述多個分隔周期的每一個周期內的所述接收測量及所述抽氣時間常數的所述估計，利用處理器為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
所述離子束產生器用于產生具有小于所述直徑的正交橫截面的一個束，和掃描裝置用于掃描晶片上多個間隔線中的束，形成一個光柵，在所述掃描線之間具有所述分隔周期；和其中所述處理器用于存儲在分布在晶片區(qū)域上的選擇所述掃描線的末端的分隔周期內接收的離子電流測量；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據每一個所述被選擇掃描線后的接收測量，計算一個校正總束電流值，以在所述掃描線的間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；計算所述抽氣常數的一個進一步的改進估計，當其被用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，基本上消除所述正交變化。
可選地，處理器通過重復優(yōu)化抽氣時間常數，來消除正交變化。
優(yōu)選地，根據本發(fā)明的第四方面的或被前述段落改進的方法被執(zhí)行，其中處理器確定正交變化的曲率，并利用曲率來計算改進時間常數。


參考附圖，現在將描述根據本發(fā)明的一種方法和裝置的一個示例，其中圖1是本發(fā)明所使用的離子注入機的俯視圖；圖2表示相對于襯底的離子束的光柵掃描；圖3是表示注入機執(zhí)行步驟的框圖；圖4是表示確定線校正時間常數(line corrected time constant)所執(zhí)行的步驟的框圖；圖5a和圖5b表示在圖4所示步驟后獲得的兩個曲線圖；圖6是表示確定一個通過校正時間常數(a pass corrected timeconstant)所執(zhí)行的步驟的框圖；圖7a和圖7b表示在圖6所示步驟后獲得兩個曲線圖；圖8表示圖6所示步驟后的一個進一步的曲線圖；圖9表示相對于襯底的離子束的光柵掃描，示出了用于測量離子束電流的一個替代位置；和圖10表示相對于襯底的離子束的一個替代光柵掃描。
具體實施例方式
參考這樣一個單晶片注入機，如圖1所示的離子注入機20，可容易地說明本發(fā)明。然而，應該理解的是，本發(fā)明也可包括同時處理安裝在旋轉輪上的大批晶片的批量式注入機。
圖1的單晶片機包括一個離子源22，如Freeman或Bernas離子源，它被供給前體氣體，用于產生要被注入到晶片36的離子束23。在離子源22中所產生的離子被一個提取電極裝置提取到飛行管(flght tube)24中，該飛行管24包括一個質量分析裝置(mass-analysis arrangement)28，質量分析裝置28又包括一個質量分析磁體和一個質量分辨狹縫，這是本領域公知的。帶電離子進入到飛行管24內的質量分析裝置28時，會被質量分析磁體的磁場偏轉。通過恒定磁場，每個離子的飛行路徑的半徑和曲度由各個離子的質量/電荷比確定。
質量分辨狹縫確保，僅具有選定質量/電荷比的離子從質量分析裝置28中出現。通過質量分辨狹縫的離子作為離子束23脫離，并且撞擊位于晶片支架38之上的安裝在處理腔44中的半導體晶片36，晶片支架38輪流地連接到掃描臂39上。
束停止(beamstop)40位于晶片支架38之后(也就是，晶片支架38的下游)，以在不入射到晶片36或晶片支架38上時，攔截離子束23。束停止40包括一個用于測量離子電流的法拉第檢測器40。
晶片支架38是一個串行處理的晶片支架38，因此每次支撐一個單晶片36。掃描臂39用于沿著X和Y軸移動晶片36，離子束23的方向定義了笛卡兒坐標系統(tǒng)的Z軸。如圖1所示，X軸平行延伸到紙張的平面，而Y軸從紙張平面中延伸入和延伸出。
掃描臂39的移動是被控制的，以便固定離子束23根據圖2所示的光柵模式50掃過晶片36。雖然晶片36相對于固定離子束23被掃描，但是圖2所示的光柵模式與在靜態(tài)晶片36上被掃描的離子束23相同(該方法實際上在一些離子注入機中使用)。由于將一個掃描離子束23圖像化要更加直觀，因此下面的描述將遵循該慣例，盡管實際上離子束23是靜態(tài)的，并且是晶片36被掃描。
離子束23在晶片36上被掃描，以形成一個平行、間隔的掃描線521到52n的光柵模式，其中n是掃描線的數量。此處，沿著每個掃描線52n移動是指一個“掃描”，同時，此處每個完整光柵掃描50是指一個“通過”。每個晶片的注入過程可能包括許多獨立的“通過”。
離子束23具有50mm的典型直徑，然而晶片36具有300mm的直徑(對于半導體晶片通常是200mm)。在該示例中，將Y軸方向上狹縫選為2mm，這將導致總共175個掃描線(即n＝175)，以確保離子束23的整個范圍在晶片36上的整個區(qū)域上被掃描。為了清晰起見，在圖2中僅示出了21個掃描線。
光柵模式50通過沿X軸方向向前掃描離子束23而形成，形成第一個掃描線，直到離子束完全掃過(clear of)晶片36，通過沿72所示的Y軸方向向上移動離子束23，然后沿X軸方向向后掃描離子束23，直到再次完全掃過晶片36以形成掃描線522，然后沿Y軸方向向上移動離子束23，等等，直到整個晶片36都被離子束23掃過。如圖所示，每個掃描線52n具有同樣的長度，該長度足夠使離子束23在中間掃描線52n/2的開始和末端處能夠完全掃過晶片36，中間掃描線52n/2的開始和末端對應于晶片36的最大長度。利用同樣長度的掃描線52n并非必需的，這將在后面討論。
法拉第檢測器40位于離子束23的下游，這樣，每次在晶片36和掃描臂39移出離子束23時，可測量離子束23的離子電流。當離子束23在法拉第檢測器40上掃過時其所捕獲的電荷的到達速率表示那個時刻離子束23中離子電流的一個值。將被理解的是，法拉第檢測器40僅能夠響應離子束23中的帶電粒子，并不響應在到達法拉第檢測器40之前已被中和的期望物質的任何中性粒子。
眾所周知，離子源22中的離子產生、通過質量分析裝置28到處理腔44的離子束23的傳送、以及注入本身都必須在高真空中發(fā)生，所需要的真空腔42在圖1中示出。包含晶片36、晶片支架38和掃描臂39的處理腔44至少直接通過真空泵46來抽真空。離子注入機20的其它部分可直接通過進一步的真空泵來抽真空，進一步的真空泵在圖1中未示出。在任何情形下，本發(fā)明依賴于這樣的理解，在缺乏處理腔44內產生源的任何剩余氣體的情況下，根據預測曲線，其具有一個可定義的抽氣時間常數τ，真空泵46的連續(xù)操作會使處理腔44內的剩余氣體壓力恢復。
如圖1所示，法拉第檢測器40被連接到劑量控制器48。劑量控制器48使用法拉第檢測器40所提供的離子束電流的值，在考慮離子束23中的束離子的任何中和或電荷剝離的情況下，對真實束電流的校正值進行估計，所述中和或電荷剝離在到達法拉第檢測器40和晶片36的位置之前可能就已經發(fā)生。
法拉第檢測器40所測量的束電流的誤差取決于束離子到達晶片36之前被中和的數量。這又取決于束23通過的處理腔44中的剩余氣體壓力，這是公知的。在注入過程中，被注入的晶片36通常將會被部分地涂上抗蝕劑，以便定義離子要被注入的晶片表面的那些區(qū)域。射入涂上抗蝕劑表面上的離子不被注入到半導體晶片30中，但對于引起從抗蝕劑上放出氣體具有影響，這對處理腔44中的剩余氣體壓力是有影響的。
可被考慮的是，晶片36的處理繼續(xù)進行重復掃描，對應于X軸方向上的機械掃描，所述重復掃描被離子束23不射入晶片36上時的周期分隔開(即當晶片36和掃描臂39在掃描線52n的末端反轉時)。在這些分隔周期中，離子束電流能夠被法拉第檢測器40測量。
不論哪個掃描線52n正在晶片36上形成，在該實施例中的離子束電流的測量都在離子束路徑的相同末端進行，即對應于圖2的線54之外的外側右邊緣。由于掃描臂39會阻擋晶片36中部的掃描線52n的離子束23，因此從左邊緣(即線56之外)的相應測量并不能一直有效。因此，離子束電流測量僅在每個奇數編號(即521、523、525、……)的掃描線的末端處進行。
在該特定實施例中，對于線54之外的區(qū)域，掃描臂39反轉晶片36的傳送方向要花150ms。這個時間的第一個50ms被留作一個延遲，在該分隔周期的剩余100ms內，以1ms的時間間隔獲取100個數據點。因此，在每個奇數編號的掃描線521、523、……的末端，對離子束電流進行了100次測量。如上文所述，該分隔周期與從晶片36上的光阻材料放出氣體已經停止時相符，并且真空泵46根據特性時間常數τ，正在降低處理腔44中的壓力。隨著壓力的下降，離子束23中離子的中和減少，因此在這一百個數據點上，由法拉第檢測器40測量的離子電流增加。如下面將進一步詳細描述的，離子束電流的這些測量用于獲得真實束電流，既包括離子又包括中性粒子。劑量控制器48使用真實束電流調節(jié)下一個掃描線的掃描速度，以補償真實束電流與前一個值的漂移。這樣，可獲得均勻劑量。
圖3以簡單的形式示出了一種根據本發(fā)明第一實施例的對晶片進行注入的方法。將參考在一連串的連續(xù)通過中所執(zhí)行的晶片36的一個完整注入過程來描述該方法，每次通過包括175個掃描線，如前所述。在100處，離子束23沿掃描線521掃描以相切于晶片36的下邊緣，并且一旦在這個掃描線521的末端穿過線54，離子束電流就會被測量。這在最初七個奇數掃描線521至5213中的每一個之后重復。在521至5213中的每個奇數掃描線之后，劑量控制器48使用為離子電流所收集的百個數據點，并根據公式(4)使用一個假定時間常數τa來擬合數據點，lnIm=lnI0-KP0e-tτa]]>其為y＝mx+c的形式。
然后，劑量控制器48確定截距c＝lnI0，并計算真實束電流I0。該處理全部發(fā)生在掃描線52n末端處的分隔周期內，這樣劑量控制器48根據找到的真實束電流I0中的任何漂移，能夠為下一個掃描線52n+1調節(jié)掃描臂39的移動速度。
對于第15個掃描線5215，采用一個另外的過程，如圖3中的102所示。在第15個掃描線5215之后的分隔周期內，進行如上文所述的離子束電流的一百個測量。然而，劑量控制器48停止掃描臂39，形成一個暫停，而法拉第檢測器40繼續(xù)測量離子束電流。劑量控制器48繼續(xù)法拉第檢測器40的測量，直到離子束電流穩(wěn)定到一個穩(wěn)定值(在實驗躁聲的界限內)。這種測量對應于當真空泵46已經將處理腔44抽回到其基本壓力時。已經發(fā)現，在基本壓力時所測量的離子束電流非常接近真實束電流I0。實際上，差別在實驗誤差內，因此該測量電流被用作真實束電流I0。
在第15個掃描線5215之后執(zhí)行的這個過程是一個任意選擇。很明顯，盡可能快地執(zhí)行這個改進是有利的。然而，存在一個相矛盾的要求，由于必須以足夠長的時間將足夠的離子束23入射到晶片36上，以引起腔壓力的明顯上升。以這種方式直接測量真實束電流I0，要計算線校正時間常數τlc，然后當確定隨后掃描線5217至52175的真實束電流時使用。該線校正時間常數τlc如何被正確地確定，將參考圖4在下文中進行描述。
在確定了線校正時間常數τlc的情況下，在104處，劑量控制器48重新啟動掃描臂39，這樣，離子束23沿第16個掃描線5216掃過晶片36。根據光柵模式50繼續(xù)注入過程，如上文在100處所描述的，在每個奇數掃描線5217、5219、……的末端，對離子束電流進行100次測量。在每個奇數掃描線521、523、……的末端，計算真實束電流，如前面在步驟100中所描述的，但是在該線性擬合過程中這個時間使用步驟102所確定的線校正時間常數τlc，而不是假定時間常數τa。
因此，為第17個和后續(xù)掃描線獲得真實束電流的一個較好估計。
實際上，所有521至52175的175個掃描線將被形成以在圖3的106處完成第一次通過。在第一次通過的末端，在每個奇數掃描線521、523、……的末端所收集的百個數據點被再一次的擬合，以為奇數掃描線521、523、……確定一組真實束電流。如果在這個擬合過程中使用的時間常數是正確的，繪制為每個掃描線計算的真實束電流將產生一條相對平坦的線，其僅有的變化是由實驗噪聲所造成的。然而，如果時間常數不正確，繪制的真實束電流將顯示一個曲線正交變化。
這是由于時間常數τ中的任何不精確對晶片36中部的影響最大，因此，在晶片的這個部分會出現最大誤差。產生這個曲率的原因在于注入過程的幾何條件和離子電流測量的時間。首先，對于晶片36的中間部分，壓力上升的數量最大，其中離子束23以最長周期入射到晶片表面上。第二，在離子束23離開晶片36的中間部分之后，到達開始離子電流測量處的線54之前，進行真空恢復的時間較少。
劑量控制器48繪制真實束電流I0與掃描線數n的圖形，并分析結果以確定一個移除正交變化的通過校正時間常數τpc。然后，該通過校正時間常數τpc可用于計算后續(xù)注入過程中的真實束電流，如下所示。
在圖3的108處，在每個奇數掃描線521、523、……后測量了離子束電流的情況下執(zhí)行下一次注入。如上所述，劑量控制器48用于確定每個奇數掃描線521、523、……后的真實束電流，這個時間使用在第一次通過的末端所確定的通過校正時間常數τpc。為整個通過上的每個奇數掃描線521、523、……重復該過程(即在第15個掃描線之后沒有暫停直接測量真實束電流I0，類似于參考102所描述的)。
在第二次通過的末端，劑量控制器48重復步驟106，即重新擬合為離子束電流所收集的數據，并求解以產生一個新的通過校正時間常數τpc，以消除任何正交變化。這個新的通過校正時間常數用于隨后的通過等等，直到所要求的通過次數已經被執(zhí)行。
因此，時間常數τ的一個精確估計被找到并被使用，這樣，劑量控制器48能夠精確地補償掃描臂49的掃描速度，以確保晶片36被注入高度均勻的劑量。
圖4示出了步驟110至118，它們構成圖3的步驟102。特別地，在110處，在第15個掃描線5215的末端處進行的離子束電流的一百次測量根據公式(4)被擬合lnIm=lnI0-KP0e-tτa1,2]]>它具有y＝mx+c的形式，使用兩個假定的時間常數τa1和τa2。在112處，劑量控制器48繪制這個關系，并獲得兩個截距值，如圖5a所示，對應于c＝lnI01和c＝lnI02。然后，劑量控制器48等待從法拉第檢測器40的讀取以停留，對這個最后的離子束電流取平均，并使用這個平均值作為真實束電流I0。然后，劑量控制器48能夠計算I0的自然對數lnI0。在116處，劑量控制器48計算在112處使用假定時間常數τa1、τa2所確定的lnI01和lnI02的誤差，lnI01-lnI02和lnI02-lnI01，并繪制這些誤差與時間常數值τa1和τa2的圖形，如圖5b所示。劑量控制器48可利用一條直線連接兩點，并計算該直線在X軸上的截距，由于該值對應于線校正時間常數τlc，如118所示。
圖6示出了步驟120至124，它們構成了圖3的步驟106。如120所示，劑量控制器48獲得離子束測量的最初50個樣本(即，對應于為前次注入的掃描線521至5299所測量的離子束電流的百個數據點)，并根據使用兩個假定時間常數τa1和τa2的公式(1)繪制這些樣本中的每一個(不必與步驟102中所用的相同)，以為掃描線521至5299的每一個確定真實束電流的50個值(I0n＝1to50)1，(I0n＝1to50)2。
在122處，劑量控制器48繪制這些真實束電流值(I0n＝1to50)1，(I0n＝1to50)2的自然對數與掃描線數n的圖形，如圖7a所示(實際上，圖7a示意n＝1至175的值)。這些點可用曲線擬合，像在圖8中所示的，這些擬合線的曲率的大小表示時間常數τ的正確值與假定常數τa1和τa2的差別大小。當劑量控制器48可迭代地解決這個問題，即對于假定時間常數τa，通過用不同的值重復擬合數據，以最小化曲率，直到找到最佳值時，劑量控制器48求得一次通過中的正確時間常數τa是比較快速的。
這在124被示出，其中的繪圖根據下面的方程來擬合lnI01＝a1n2+b1n+c1(6a)和lnI02＝a2n2+b2n+c2(6b)以找到通過校正時間常數τpc。這些公式具有y＝ax2+bx+c的形式，因此具有這類公式的固有屬性。例如，沿X軸的最大或最小的ym的位置可表示為X(ym)=-b2a]]>和該最大或最小的大小可表示為Ym=-b24a+c.]]>因此，上面的擬合公式(6a)和(6b)產生四個系數，它們用于計算通過校正時間常數τpc，如下A=(-b124a1)-(-b224a2)τa1-τa2]]>B=-b124a1-Aτa1]]>τpc=-BA]]>在數學上，這與圖4和圖5b所述操作等價，如圖7b在該情形下所示的。圖7b示出了兩條線，一條線表示步驟102的時間常數確定，一條線表示步驟106的時間常數確定。如圖所示，這兩條線穿過X軸的位置不同，因此步驟106提供真實時間常數τ的一個較精確的確定。因此，通過校正時間常數τpc被找到，它可在后續(xù)注入中使用。
如本領域技術人員將會理解的，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對上述實施例做出各種改變。
例如，技術人員將意識到，利用為間隔在晶片36上的一系列掃描線52n所確定的真實束電流I0估計的正交擬合的想法，不要求完全以上述方式來找到那些估計。實際上，利用抽氣時間常數τ來估計真實束電流I0的任何方法可得益于利用參考圖6所描述的方法的改進。例如，時間常數τ可通過在分隔周期內進行的壓力測量來確定，如美國專利號4,234,797所述的方法。
上述實施例最初使用一個假定時間常數τa，其通過直接測量真實束電流I0在注入中途中被改進，并且其利用正交擬合在一次通過的末端再次改進時間常數τ。當然，在注入中途中改進時間常數τa可被省略，而不會脫離本發(fā)明的范圍。
利用正交擬合改進時間常數τ的頻率是可選的。上述實施例優(yōu)選在每次通過的末端執(zhí)行一次擬合，但這不是必須的。例如，當已知時間常數τ僅慢慢地改變，例如說在50次通過過程中僅變化1％，則正交擬合僅需要間歇地執(zhí)行，以確保被使用的時間常數τ沒有漂離實際值太遠。同樣地，確定真實束電流I0的規(guī)則可不同于上文給定的根據每個奇數掃描線521、523、……確定的示例(當然，每個偶數掃描線可很好地同樣適合)。
明顯地，上文提供的晶片36的尺寸和掃描布局(掃描線間隔、離子束大小等等)僅僅是適當的示例而已，因此它們可根據需要自由變化。此外，上文使用的數據樣本數量也僅是示例性的。也就是說，可在每個掃描線末端進行任何數量的離子束電流測量，以確保一個合理的統(tǒng)計集，而不僅是上文所提到的一百個。同樣地，利用正交擬合中五十組的真實束電流I0測量也僅是一個示例。此外，用于曲線擬合的樣本可自由選擇。例如，樣本可均等地分布于整個光柵掃描50上，或者它們可在光柵掃描50上不規(guī)則地間隔開。此外，樣本不需要占據整個掃描50，相反，在從該通過內的掃描線52n的一個小范圍中所進行的離子電流測量的選擇可被使用。例如，僅對應于該通過的第一或第二半的掃描線可以被使用。盡管理論上可以使用更小的組，但是很明顯，組越小，結果就可能越壞。
上述實施例，當離子束23穿過一條虛線54到達晶片36的右側時，對離子束電流進行測量。然而，這并不是必須的。一個可選擇的方案在圖9中示出，離子束電流在從離子束23離開晶片36時的一個固定時間延遲后被測量。因此，一旦離子束23穿過圖9的曲線54a就開始測量，曲線54a大約接近于一個半圓。由于離子束23的邊緣超出晶片36時，法拉第檢測器40所產生的信號會上升，因此測量時間延遲就很簡單。所以可以根據信號的這個上升來計算所要求的時間延遲。或者，可為每個掃描線52n提前設置用于開始測量的預定時間，以確保獲得圖9中所示的模式。此外，如果在晶片36的左右兩側對離子束電流測量進行，則相應的曲線56a可用于指出進行測量的位置。
而且，并不必使用圖2和9中示出的方形光柵掃描50。一個替代的方案在圖10中被示出，其中每個掃描線52n的長度與晶片36的寬度成比例，因此離子束23在超出晶片36邊緣之后、回轉之前所移動的距離相同。因此，隨著離子束23接近晶片36的中心，掃描線52n越來越長，然后，隨著離子束23朝晶片36的遠邊緣繼續(xù)向前，掃描線52n就越來越短。在這中布局中，在離子束23移出晶片36的邊緣后的一個規(guī)定時間進行離子束電流測量，如圖10中線54b所示，如上文所述。
雖然上文是在晶片串行處理的上下文中進行描述的，但是本發(fā)明可應用于晶片的批處理。一個典型的批處理襯底支架包括一個輻條輪，每個輻條的末端承載一個晶片。旋轉該輪以使離子束描繪出整個晶片上的弧形掃描線相對于離子束移動襯底支架以使一系列間隔的弧形掃描線注入整個晶片。
理論上，分隔周期可對應于離子束在相鄰晶片之間運行的時間。然而，該輪的旋轉速度需要相對于通常操作放慢，以允許在這樣的分隔周期內進行足夠的離子電流測量。也可在一個適當時間使該輪停止，以允許直接測量真實束電流，與上文所述實施例相似。因此，可在每個晶片之間進行真實束電流估計。而且，一個正交擬合可按規(guī)律的時間間隔來執(zhí)行，例如當襯底支架移動的方向反轉時在一個相對長的時間間隔內。
甚至是在輪子以其通常速度旋轉時，本發(fā)明的第一方面仍可被使用。盡管沒有足夠的時間來測量晶片之間的離子束電流，但是當襯底支架移動方向反轉時(即連續(xù)的“通過”之間)，可進行測量。這些測量可產生真實束電流I0，并且可用這個值為一個或多個后續(xù)通過，校正輪子的旋轉速度，以確保期望的注入劑量。
權利要求
1.一種離子注入機，其包括一個真空腔；一個位于所述真空腔中的襯底支架，其用于支撐靶襯底；一個用于產生離子束的離子束產生器，該離子束包括一種要被注入到所述靶襯底中的物質；一個掃描裝置，其用于實現所述靶襯底與所述離子束之間的相對掃描運動；一個真空泵，其用于在注入過程中從所述真空腔中泵出剩余氣體；所述掃描裝置被放置，以在一個注入過程中產生對靶襯底的束的重復掃描，其被一些所述束不射入到所述靶襯底上的周期分隔開，藉此，由于從所述靶襯底中放出氣體，在每個所述掃描過程中所述腔中的剩余氣體壓力上升，并且在所述分隔周期內，由于通過所述真空泵來泵吸，所述剩余氣體壓力隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數級下降，相對于使所述剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣常數，所述分隔周期中的至少一些的持續(xù)時間不足；一個離子電流控制器，其用于在多個所述分隔周期的每個周期內，提供對靶襯底的離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；一個控制器，其用于控制所述掃描裝置，以產生所述重復掃描，并且用于提供具有充足持續(xù)時間的至少一個擴展的所述分隔周期，以使所述剩余氣體壓力被抽低到所述最小壓力值，所述離子電流檢測器用于在所述擴展分隔周期內提供所述多個時間間隔測量；和一個處理器，其用于(a)接收來自包括所述擴展分隔周期的每個所述分隔周期的所述多個測量，(b)從所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量中，識別對應于所述剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的一個最大測量束電流值，(c)根據所述擴展分隔周期內所接收的多個時間間隔測量和所識別的最大測量束電流值，計算所述抽氣時間常數的一個估計，(d)根據所接收的測量和所述抽氣時間常數的所述估計為總束電流計算重復校正值，其表示要被注入物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量是在所述擴展操作周期后的所述多個分隔周期的每個周期內接收的。
2.根據權利要求1所述的離子注入機，其中所述處理器用于利用線性回歸來估計所述抽氣時間常數。
3.根據權利要求2所述的離子注入機，其中所述處理器用于利用至少兩個真實束電流和至少兩個預定時間常數來估計所述抽氣時間常數，所述真實束電流是根據在所述擴展分隔周期內所接收的測量來確定的。
4.根據權利要求1-3中任何一個所述的離子注入機，其中所述處理器初始用于，根據所接收的測量和所述抽氣時間常數的一個預定估計值來來計算總束電流的第一重復校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量是在所述擴展分隔周期之前的第一數量的所述多個分隔周期中的每一個周期內被接收的。
5.根據權利要求4所述的離子注入機，其中所述處理器用于用于在一個分隔周期內執(zhí)行步驟(b)，其中所述分隔周期與腔中剩余氣體壓力上升第一次發(fā)生的時間基本對應，所述剩余氣體壓力上升是由于向外放出氣體造成的。
6.根據前述任一權利要求所述的離子注入機，其用于注入一個靶襯底，所述靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；其中所述離子束產生器用于產生一個束，其具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，所述掃描裝置用于在晶片上的多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，在所述掃描線之間具有所述分隔周期；并且其中所述處理器在一個選定時間用于存儲離子電流測量，其中所述離子電流測量值是在所選擇的掃描線的末端的分隔周期內接收的，所述掃描線分布在晶片區(qū)域上；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據在每一個所選擇的掃描線后所接收的測量，來計算一個校正總束電流值，以在所述掃描線的間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個進一步改進的估計，當用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，其基本上消除了所述正交變化。
7.根據權利要求6所述的離子注入機，其中所述的選定時間是在一次通過的末端。
8.根據權利要求7所述的離子注入機，其中所述控制器用于僅在第一注入產生一個擴展分隔周期，且其中所述處理器在后續(xù)注入中用于根據所述后續(xù)注入的所述多個分隔周期中的每一個周期內的所接收的測量值和所述抽氣時間常數的所述改進估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
9.一種離子注入機，其包括一個真空腔；一個位于所述真空腔中的用于支撐靶襯底的襯底支架，所述靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；一個用于產生離子束的離子束產生器，所速離子束包括一種要被注入到所述靶襯底中的物質；一個掃描裝置，其用于實現所述靶襯底與所述離子束之間的相對掃描運動；一個真空泵，其用于在注入過程中從所述真空腔中泵出剩余氣體；所述掃描裝置被放置，以在一個注入過程中產生對靶襯底的束的重復掃描，其被所述束不射入到所述靶襯底上的一些周期分隔開，藉此，所述腔中的剩余氣體壓力在每個所述掃描過程中由于從所述靶襯底中放出氣體而上升，并且所述剩余氣體壓力在所述分隔周期內由于通過所述真空泵來泵吸，而隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數級下降，相對于使所述剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣常數，所述分隔周期中的至少一些的持續(xù)時間不足；一個離子電流檢測器，其用于在多個所述分隔周期的每一個周期內，提供對靶襯底的離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；一個處理器，其用于接收所述多個測量；產生所述抽氣時間常數的一個估計；并根據所述多個分隔周期的每一個周期內所接收的測量和所述抽氣時間常數的所述估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入物質的粒子束的傳送速率；其中所述離子束產生器用于產生一個束，其具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，且所述掃描裝置用于在晶片上多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，利用了所述掃描線之間的所述分隔周期；和其中所述處理器用于存儲離子電流測量值，所述離子電流測量值是在所選擇的所述掃描線的末端的分隔周期內接收的，所述掃描線分布在晶片區(qū)域上；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據每一個所述被選擇掃描線后所接收的測量來計算一個校正總束電流值，以在掃描線間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置來提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個改進估計，當其被用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，其基本上消除所述正交變化。
10.根據權利要求9所述的離子注入機，其中所述處理器用于通過重復優(yōu)化所述抽氣時間常數來消除所述正交變化。
11.根據權利要求9或10所述的離子注入機，其中所述處理器用于確定所述正交變化的曲率，并用于使用所述曲率來計算所述改進時間常數。
12.一種利用離子注入機在靶襯底中注入離子的方法，所述離子注入機包括一個真空腔，一個位于真空腔中的用于支撐靶襯底的襯底支架，一個離子束產生器，一個掃描裝置，一個真空泵，一個離子電流檢測器，一個控制器和一個處理器；所述方法包括以下步驟利用所述離子束產生器生成一個離子束，其包括要被注入到所述靶襯底中的物質；操作所述控制器以控制所述掃描裝置，以實現所述靶襯底與所述離子束之間的一個相對掃描運動；在注入過程中用所述真空泵來泵吸所述真空腔，以從所述真空腔中抽出剩余氣體；由此，所述掃描裝置在一個注入過程中產生對所述靶襯底上束的重復掃描，其被所述束不射入到所述靶襯底上的周期分隔開，由此，所述腔中剩余氣體壓力由于從靶襯底放出氣體而在每個所述掃描過程中上升，并且由于被所述真空泵吸出而在所述分隔周期內隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數下降，相對于使剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣時間常數，所述分隔周期中的至少一些的持續(xù)時間不足。利用所述離子電流檢測器來測量所述離子電流，以在多個所述分隔周期的每一個周期內，提供靶襯底上離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；操作控制器以控制所述掃描裝置，以提供具有足夠持續(xù)時間的至少一個擴展所述分隔周期，以將所述剩余氣體壓力抽氣到所述最小壓力值，和操作所述離子電流檢測器，提供所述擴展周期內的所述多個時間間隔測量；和將包括所述擴展周期的每個所述分隔周期的所述多個測量傳送給所述處理器，利用所述處理器從所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量中識別一個最大測量束電流值，其對應于達到所述最小壓力值的剩余氣體壓力，根據在所述擴展分隔周期內所接收的多個時間間隔測量和所識別的最大測量束電流值，利用處理器來計算所述抽氣時間常數的一個估計，并根據所述多個分隔周期的每一個周期內所接收的測量和所述抽氣時間常數的所述估計，利用處理器為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述處理器利用線性回歸來估計所述抽氣時間常數。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述處理器利用至少兩個真實束電流和至少兩個預定時間常數來估計所述抽氣時間常數，所述真實束電流是根據在所述擴展分隔周期內所接收的測量來確定的。
15.根據權利要求12-14中任何一個所述的方法，其中所述處理器用于(a)最初，根據所接收的測量值和所述抽氣時間常數的一個預定估計為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量值是在所述多個分隔周期的每一個周期內接收的；(b)隨后，從所述擴展分隔周期內的所述離子電流測量中，識別出一個最大測量束電流值，其對應于達到所述最小壓力值的剩余氣體壓力，根據在所述擴展分隔周期內所接收的多個時間間隔測量和所識別的最大測量束電流值，計算所述抽氣時間常數的一個估計；并且(c)此后，根據所述多個分隔周期的每一個周期內的所接收的測量值和所述估計抽氣時間常數，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述處理器在一個分隔周期內執(zhí)行步驟(b)，所述分隔周期基本對應于所述腔中剩余氣體壓力第一次發(fā)生上升時，所述剩余氣體壓力的上升是由于向外放出氣體。
17.根據權利要求12-16中任何一個所述的方法，注入一個靶襯底，所述靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；其中所述離子束產生器用于產生一個束，其具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，且所述掃描裝置用于在晶片上多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，在所述掃描線之間具有所述分隔周期；且其中所述處理器在一個選定時間用于存儲離子電流測量，所述離子電流測量是在所選擇的掃描線的末端的分隔周期內被接收的，所述掃描線分布在所述晶片區(qū)域上；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據在每一個所選擇的掃描線后所接收的測量，計算一個校正總束電流值，以在所述掃描線的間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個進一步的改進估計，當其被用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，基本上消除所述正交變化。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述被選定時間在一次通過的末端。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述控制器僅在第一注入中產生一個擴展分隔周期，且其中所述處理器在后續(xù)注入中用于根據所接收的測量和所述抽氣時間常數的所述改進估計，為總束電流計算一個校正值，其表示要被注入的物質的粒子束的傳送速率，其中所接收的測量是在所述后續(xù)注入的所述多個分隔周期中的每一個周期內接收的。
20.一種利用離子注入機在靶襯底中注入離子的方法，所述離子注入機包括一個真空腔，一個位于真空腔中的用于支撐靶襯底的襯底支架，該靶襯底包括一個具有預定直徑的圓形晶片；一個離子束產生器，一個掃描裝置，一個真空泵，一個離子電流檢測器和一個處理器；所述方法包括以下步驟利用所述離子束產生器生成一個離子束，其包括要被注入到所述靶襯底中的物質；在注入過程中利用所述真空泵來泵吸所述真空腔，以從所述真空腔中抽出剩余氣體；操作所述掃描裝置以產生所述靶襯底與所述離子束之間的相對掃描運動，在一個注入過程中，所述束對所述靶襯底的重復掃描被所述束不射入到所述靶襯底上的周期分隔開；由此，所述腔中的剩余氣體壓力由于從所述靶襯底放出氣體，在每個所述掃描過程中上升，并由于被所述真空泵吸出，而在所述分隔周期內隨抽氣時間常數向最小壓力值呈指數下降，相對于使所述剩余氣體壓力達到所述最小壓力值的所述抽氣時間常數，所述分隔周期中的至少一些的持續(xù)時間不足，；利用所述離子電流檢測器來測量所述離子電流，以在多個所述分隔周期的每一個周期內，提供所述靶襯底上離子束中離子電流的多個時間間隔測量，所述分隔周期包括持續(xù)時間不足的所述周期；將所述多個測量傳送給所述處理器，利用處理器生成所述抽氣時間常數的一個估計，并根據所述多個分隔周期的每一個周期內的所述接收測量及所述抽氣時間常數的所述估計，利用處理器為總束電流計算一個校正值，其表示了要被注入的物質的粒子束的傳送速率；其中所述離子束產生器用于產生一個束，其具有小于所述直徑的正交橫截面直徑，且所述掃描裝置用于在晶片上多個間隔線中掃描束以形成一個光柵，在所述掃描線之間具有所述分隔周期；且其中所述處理器用于存儲離子電流測量，所述子電流測量是在所選擇的掃描線的末端的分隔周期內接收的，所述掃描線分布在晶片區(qū)域上；利用所述抽氣時間常數的一個估計，根據在每一個所選擇的掃描線后所接收的測量，計算一個校正總束電流值，以在所述掃描線的間隔方向上根據整個晶片上各個掃描線的位置提供校正總束電流值的一個陣列；根據所述陣列來檢測整個晶片位置的所述被計算的、被校正的總束電流值的一個預定正交變化；和計算所述抽氣常數的一個改進估計，當其被用于計算陣列的所述被校正的總束電流值時，基本上消除所述正交變化。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述處理器通過重復優(yōu)化所述抽氣時間常數，來消除所述正交變化。。
22.根據權利要求20或21所述的方法，其中所述處理器確定所述正交變化的曲率，并且使用所述曲率來計算所述改進時間常數。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子注入襯底的劑量控制中的或有關的改進，例如給半導體晶片摻雜。對離子束進行測量以確保晶片被注入了正確均勻的離子劑量。入射離子包括離子和中性粒子，但檢測器只能測量離子。離子/中性粒子的比率隨離子注入器的腔壓力而變化，而人們都知道該腔壓力又會分別隨離子束的開關根據一個特征時間常數而變化。本發(fā)明提供了利用所述時間常數校正所測量的離子電流的方法，解決了中性粒子的問題。最初，使用一個假定的時間常數，在一個延遲之后，通過測量所述離子電流來改進該時間常數，這個延遲要足以使所述腔壓力回復到它的基本壓力。也可通過在已經確定的真實束電流值中消除正交變化來改進該時間常數。
文檔編號H01J37/304GK1667791SQ20051005133
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權日2004年3月4日
發(fā)明者M·法利, T·薩卡斯 申請人:應用材料有限公司