專利名稱：用于差錯檢測和工藝控制的等離子體離子注入監(jiān)視系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于襯底的等離子體離子注入的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及用于監(jiān)視等離子體離子注入系統(tǒng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
離子注入是將電導(dǎo)率變化的雜質(zhì)引入半導(dǎo)體晶片的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在傳統(tǒng)的射束線(beamline)離子注入系統(tǒng)中，所需的雜質(zhì)材料在離子源中被離子化，離子被加速以形成規(guī)定能量的離子束，并且離子束被指引到晶片的表面。離子束中的高能離子透入半導(dǎo)體材料的本體，并嵌入半導(dǎo)體材料的晶格中以形成所需電導(dǎo)率的區(qū)。
半導(dǎo)體工業(yè)中眾所周知的趨勢是更小，更高速的器件。特別而言，半導(dǎo)體器件的橫向尺度和特征深度都正在降低。摻雜劑材料的注入深度至少部分地由注入半導(dǎo)體晶片的離子的能量來確定。射束線離子注入器被典型地設(shè)計(jì)用于在相對高的注入能量下高效地工作，而在淺結(jié)注入所需的低能量下可能不高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。
已研究了用于在半導(dǎo)體晶片中形成淺結(jié)的等離子體摻雜系統(tǒng)。在等離子體摻雜系統(tǒng)中，半導(dǎo)體晶片置于導(dǎo)電臺板上，其起到陰極的作用并且位于工藝室中。含有所需摻雜劑材料的可離子化的工藝氣體被引入工藝室，且在臺板和陽極或室壁之間施加電壓脈沖，使得形成等離子體鞘在晶片附近的等離子體。所施加的脈沖使得等離子體中的離子穿過等離子體鞘并被注入晶片。注入的深度與在晶片和陽極之間施加的電壓有關(guān)?？梢詫?shí)現(xiàn)非常低的注入能量。等離子體摻雜系統(tǒng)在例如1994年10月11日授予Sheng的美國專利No.5,354,381、2000年2月1日授予Liebert等人的美國專利No.6,020,592和2001年2月6日授予Goeckner等人的美國專利No.6,182,604中有描述。
如上所述的等離子體摻雜系統(tǒng)中，所施加的電壓脈沖產(chǎn)生等離子體，并將正離子從等離子體向著晶片加速。在稱為等離子體浸入系統(tǒng)的其他類型的等離子體系統(tǒng)中，持續(xù)的或脈沖的RF能量被施加到工藝室，由此產(chǎn)生持續(xù)的或脈沖的等離子體。每隔一段時間，在臺板和陽極之間施加可與RF脈沖同步的負(fù)電壓脈沖，使得等離子體中的正離子向著晶片加速。
等離子體中不同離子質(zhì)荷比的分布和頻率對等離子體離子注入中的注入劑量和注入深度輪廓分布有重要的影響。許多因素可以影響等離子體離子注入系統(tǒng)中的質(zhì)量分布，包括工藝室壁的條件、標(biāo)靶和工藝室組件的電子發(fā)射系數(shù)、晶片上的氧化物和光刻膠涂層等。為了獲取可重復(fù)的等離子體離子注入工藝，這些因素的變化應(yīng)該被檢測并被補(bǔ)償或中和，使得對于工藝來說可以獲得可重復(fù)的離子質(zhì)量分布和強(qiáng)度。這允許獲得在等離子體離子注入工藝中可重復(fù)的離子劑量和摻雜劑深度分布。
質(zhì)量分析已經(jīng)在傳統(tǒng)的射束線離子注入系統(tǒng)中被使用。但是，為了在基于等離子體的工藝中獲取非常高產(chǎn)量的好處，質(zhì)量分析在等離子體離子注入系統(tǒng)中已經(jīng)被放棄。于2000年8月15日被授權(quán)給Denholm等人的美國專利No.6,101,971公開了在等離子離子注入系統(tǒng)中光發(fā)射光譜和質(zhì)量分析的使用。該專利沒有教導(dǎo)將質(zhì)量分析用于等離子體離子注入系統(tǒng)中的原位等離子體狀態(tài)測量或工藝控制。
在等離子體注入系統(tǒng)中，短的DC電壓脈沖(大約為1到100微秒)被施加給浸沒在等離子體中的襯底。這些脈沖將等離子體中的正離子朝向標(biāo)靶加速，從而引起離子注入。DC注入脈沖的電壓和電流波形以及這些波形的變化可以指示注入工藝中的問題。典型的等離子體離子注入的監(jiān)視包括殘留氣體分析器或光發(fā)射光譜儀。這種類型的等離子體監(jiān)視是在長到無法檢測在等離子體離子注入中所使用的DC脈沖的臨界電壓和電流波形的瞬時變化的時間范圍上進(jìn)行的。當(dāng)?shù)湫偷牡入x子體監(jiān)視技術(shù)被使用時，包括在這些波形中的有價值的工藝監(jiān)視信息被丟失。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了等離子體離子注入裝置。該等離子體離子注入裝置包括工藝室；位于所述工藝室中用于支撐襯底的臺板；位于所述工藝室中且與所述臺板空間上分開的陽極；被耦合到所述工藝室的工藝氣體源，其中，含有工藝氣體離子的等離子體在所述陽極與所述臺板之間的等離子體放電區(qū)域中被產(chǎn)生；脈沖源，用于在所述臺板與所述陽極之間施加注入脈沖以將來自等離子體的離子向襯底中加速；以及等離子體監(jiān)視器，被配置以測量所述工藝室中的離子的質(zhì)量和能量。測量的離子質(zhì)量和能量指示等離子體離子注入裝置的操作情況。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了等離子體離子注入裝置。該等離子體離子注入裝置包括工藝室；位于所述工藝室中用于支撐襯底的臺板；位于所述工藝室中且與所述臺板空間上分開的陽極；被耦合到所述工藝室的工藝氣體源，其中，含有工藝氣體離子的等離子體在所述陽極與所述臺板之間的等離子體放電區(qū)域中被產(chǎn)生；脈沖源，用于在所述臺板與所述陽極之間施加注入脈沖以將來自等離子體的離子向襯底中加速；以及被配置以獲取所述注入脈沖的樣本的數(shù)據(jù)獲取單元，其中，所獲取的樣本指示等離子體離子注入裝置的操作情況。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了用于襯底的等離子體離子注入的方法。該方法包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，該等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn)生等離子體的源、位于工藝室中用于支撐襯底的臺板和用于產(chǎn)生將來自等離子體的離子向襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；獲取所述工藝室中離子的質(zhì)量和能量的測量結(jié)果；以及基于所獲取的離子質(zhì)量和能量測量結(jié)果確定等離子體離子注入系統(tǒng)的操作情況。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于襯底的等離子體離子注入的方法。該方法包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，該等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn)生等離子體的源、位于工藝室中用于支撐襯底的臺板和用于產(chǎn)生將來自等離子體中的離子向襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；獲取所述注入脈沖的樣本；以及基于所獲取的樣本確定等離子體離子注入系統(tǒng)的操作情況。


為了更好地理解本發(fā)明，參照附圖，附圖被包含在這里作為參照并且其中圖1是等離子體離子注入系統(tǒng)的簡化示意框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡化示意框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡化示意框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡化示意框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于獲取時間分辨質(zhì)量和能量測量的系統(tǒng)的框圖；圖6是圖示在圖5中所示系統(tǒng)的操作的時序圖；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的示意框圖。
具體實(shí)施例方式
適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的等離子體離子注入系統(tǒng)的實(shí)例在圖1中示意性地示出。本發(fā)明的實(shí)施例被結(jié)合圖2到7描述。圖1到7中相同的單元具有相同的標(biāo)號。
工藝室10界定了封閉空間12。定位在室10內(nèi)的臺板14提供用于支撐例如半導(dǎo)體晶片20的襯底的表面。晶片20例如可以在其邊緣處被夾到臺板14的平坦表面上，或者可以被靜電地夾住。在一個實(shí)施例中，臺板具有用于支撐晶片20的導(dǎo)電表面。在另一個實(shí)施例中，臺板包括用于連接到晶片20的導(dǎo)電的釘(未示出)。此外，臺板14可以配備有用于控制晶片/襯底溫度的加熱/冷卻系統(tǒng)。
陽極24位于室10內(nèi)，與臺板14在空間上分開。陽極24可以在由箭頭26表示的垂直于臺板14的方向上移動。陽極典型地連接到室10的導(dǎo)電的壁，兩者都可以接地。在另一種實(shí)施方式中，臺板14接地，且陽極24被提供負(fù)電壓的脈沖。在其他的實(shí)施方式中，陽極24和臺板14都可以相對于地偏置。
晶片20(通過臺板14)和陽極24連接到高壓脈沖源30，使得晶片20起到陰極的作用。脈沖源30典型地提供幅度為約20～20,000伏、持續(xù)時間為約1～200微秒且脈沖重復(fù)率為約100Hz～20kHz的脈沖。將理解，這些脈沖參數(shù)值僅為示例性的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可使用其它的值。
室10的封閉空間12通過可控制的閥32耦合到真空泵34。工藝氣體源36通過質(zhì)量流量控制器38耦合到室10。位于室10內(nèi)的壓力傳感器48向控制器46提供指示室壓力的信號?？刂破?6將所感測的室壓力與所需的壓力輸入相比較，并向閥32或質(zhì)量流量控制器38提供控制信號。控制信號控制閥32或質(zhì)量流量控制器38，以便使室壓力與所需的壓力之間的差最小化。真空泵34、閥32、質(zhì)量流量控制器38、壓力傳感器48和控制器46組成閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)。壓力典型地控制在約1毫托～約500毫托的范圍內(nèi)，但是不局限于此范圍。氣源36供給含有用于注入工件的所需摻雜劑的可離子化氣體?？呻x子化氣體的例子包括BF3、N2、Xe、H2、O2、Ar、PH3、PF3、AsH3、AsF5和B2H6。質(zhì)量流量控制器38調(diào)節(jié)向室10供給氣體的速率。圖1所示的配置以所需的流速和恒定的壓力提供持續(xù)的工藝氣體流。優(yōu)選地調(diào)節(jié)壓力和氣體流速以提供可重復(fù)的結(jié)果。在另一種實(shí)施方式中，可以使用由控制器46控制的閥調(diào)節(jié)氣流，而閥32保持在固定位置。這種設(shè)置稱為上游壓力控制。還可以使用其他的調(diào)節(jié)氣體壓力的配置。
等離子體離子注入系統(tǒng)可包括連接到空心陰極脈沖源56的空心陰極54。在一種實(shí)施方式中，空心陰極54包括導(dǎo)電的空心柱體，所述空心柱體圍繞陽極24和臺板14之間的空間?？梢栽谛枰浅５碗x子能量的應(yīng)用中使用空心陰極。特別而言，空心陰極脈沖源56提供足以在室12內(nèi)形成等離子體的脈沖電壓，且脈沖源30建立所需的注入電壓。關(guān)于使用空心陰極的其它細(xì)節(jié)在上述美國專利No.6,182,604中提供，該專利通過引用結(jié)合于此。
一個或多個法拉第杯可與臺板14鄰近地放置，以便測量注入晶片20的離子劑量。在圖1的實(shí)施方式中，法拉第杯50、52等以相等的間距圍繞在晶片20的外圍。每個法拉第杯包括具有面對等離子體40的入口60的導(dǎo)電外殼。每個法拉第杯優(yōu)選地盡可能接近晶片20地放置，并截取從等離子體40向臺板14加速的正離子的樣本。在另一種實(shí)施方式中，環(huán)形的法拉第杯置于晶片20和臺板14的周圍。
法拉第杯電連接到劑量處理器70或其他的劑量監(jiān)視電路。通過入口60進(jìn)入每個法拉第杯的正離子在連接到法拉第杯的電路中產(chǎn)生表示離子流的電流。劑量處理器70可處理該電流以確定離子劑量。
等離子體離子注入系統(tǒng)可包括圍繞臺板14的護(hù)圈66。護(hù)圈66可以被偏置以改善晶片20邊緣附近的注入離子分布的均一性。法拉第杯50、52可以置于靠近晶片20和臺板14的外圍的護(hù)圈66內(nèi)。
取決于系統(tǒng)的配置，等離子體離子注入系統(tǒng)可以包括其它組件。系統(tǒng)典型地包括工藝控制系統(tǒng)(未示出)，其控制和監(jiān)視等離子體離子注入系統(tǒng)的組件以實(shí)現(xiàn)期望的注入工藝。利用持續(xù)的或脈沖的RF能量的系統(tǒng)包括耦合到天線或感應(yīng)線圈的RF源。所述系統(tǒng)可包括磁性元件，其提供限制電子和控制等離子體密度和空間分布的磁場。在等離子體離子注入系統(tǒng)中使用磁性元件在例如2003年6月12日公布的WO03/049142中有描述，其通過引用結(jié)合于此。
在操作中，晶片20置于臺板14上。壓力控制系統(tǒng)、質(zhì)量流量控制器38和氣源36在室10內(nèi)產(chǎn)生所需的壓力和氣體流速。舉例來說，室10可用10毫托壓力的BF3氣體來工作。脈沖源30向晶片20施加一系列高壓脈沖，導(dǎo)致在晶片20和陽極24之間的等離子體放電區(qū)44中形成等離子體40。如本領(lǐng)域中公知的，等離子體40含有源于氣源36的可離子化氣體的正離子。等離子體40包括在晶片20附近、典型地在晶片20表面的等離子體鞘42。在高壓脈沖期間存在于陽極24和臺板14之間的電場將正離子從等離子體40穿過等離子體鞘42向著臺板14加速。加速的離子注入晶片20以形成雜質(zhì)材料區(qū)。選擇脈沖電壓以將正離子注入到晶片20的所需深度。選擇脈沖的數(shù)目和脈沖持續(xù)時間，以提供晶片20中的所需的雜質(zhì)材料劑量。每脈沖的流為脈沖電壓、脈沖寬度、脈沖頻率、氣體壓力和種類以及電極的任何可變位置的函數(shù)。例如，可以針對不同電壓調(diào)節(jié)陰極與陽極間的間距。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的簡化示意圖在圖2中示出。為了簡化和便于理解本發(fā)明，圖1中示出的系統(tǒng)組件已經(jīng)被省略。質(zhì)量和能量分析器100被配置成用于確定工藝室10內(nèi)與等離子體40相關(guān)聯(lián)的離子的質(zhì)量和能量。質(zhì)量和能量分析器100從工藝室10中取得離子，并確定離子的質(zhì)量、能量和密度。
在一個實(shí)例中，質(zhì)量和能量分析器100可以是由Hiden制造和銷售的EQP型號的質(zhì)譜儀。EQP質(zhì)譜儀包括跟隨有四極濾質(zhì)器的靜電扇形場能量分析器以及離子計(jì)數(shù)檢測器。能量分析器可以包括形成靜電分析器的一對彎曲電極。質(zhì)量分析器可以包括四極質(zhì)量分析器。EQP質(zhì)譜儀可以以在IE-6托的數(shù)量級上的低內(nèi)壓操作，并且通過在50到300微米數(shù)量級的小孔與等離子體離子注入系統(tǒng)的工藝室相通，以維持低內(nèi)壓。抽取器通過孔將離子牽拉到質(zhì)譜儀內(nèi)用于分析。
質(zhì)譜儀這樣操作使得具有選擇性能量和質(zhì)量的離子在給定的時刻被檢測到。質(zhì)譜儀可以在掃描模式下操作，使得在能量和質(zhì)量掃描窗口內(nèi)的離子被檢測。檢測到的信號反映等離子體中具有不同質(zhì)量和能量的離子的布局。
質(zhì)量和能量數(shù)據(jù)被提供給實(shí)時數(shù)據(jù)分析單元140，其根據(jù)一個或多個預(yù)定算法處理數(shù)據(jù)。在簡單的實(shí)例中，數(shù)據(jù)分析單元140可以處理質(zhì)量和能量數(shù)據(jù)來提取指定的參數(shù)，例如具體種類的百分比，并且可以將指定參數(shù)與期望的界限做比較。如果指定參數(shù)落在期望界限外面，那么差錯信號可以被產(chǎn)生。差錯信號可以中斷處理控制器以停止等離子體離子注入過程或者可以發(fā)信號給操作者來采取行動。除了實(shí)時分析之外或者作為其替換，質(zhì)量和能量數(shù)據(jù)可以被存儲在數(shù)據(jù)存儲單元142中用于以后的分析。只是作為實(shí)例，數(shù)據(jù)分析單元140可以被實(shí)現(xiàn)為被編程的數(shù)字信號處理器，并且數(shù)據(jù)存儲單元142可以被實(shí)現(xiàn)為一個或多個盤驅(qū)動。
質(zhì)量和能量分析器100可以被用于等離子體離子注入系統(tǒng)中的原位質(zhì)量和能量測量。質(zhì)量和能量分析器可以提供工藝差錯檢測能力，例如，可能污染處理結(jié)果的不期望離子種類的出現(xiàn)。質(zhì)量和能量分析器還可以在封閉的循環(huán)處理控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，例如用于調(diào)整等離子體處理參數(shù)來補(bǔ)償離子質(zhì)量分布或強(qiáng)度的漂移。質(zhì)量和能量分析器可以與例如輝光放電或射頻源技術(shù)的任何等離子體離子源技術(shù)和脈沖的或連續(xù)的等離子體源一起使用。
如前面提到的，質(zhì)量和能量分析器100可以通過入口孔從工藝室中取得離子。入口孔可以在工藝室10內(nèi)具有不同的位置。
在圖2的實(shí)施例中，質(zhì)量和能量分析器100的入口孔110被定位在陽極24中。質(zhì)量和能量分析器100因此從等離子體放電區(qū)44獲取離子，而不需要離子被朝向臺板14加速。
在圖3所示的第二實(shí)施例中，質(zhì)量和能量分析器100的入口孔120被定位在臺板14中。在該實(shí)施例中，質(zhì)量和能量分析器100獲取被脈沖源30朝向臺板14加速的離子。圖3的實(shí)施例在質(zhì)量和能量測量期間需要襯底不處于臺板14上，或者要求使用具有與入口孔120對準(zhǔn)的開口的特定襯底。圖3的實(shí)施例對于維護(hù)和診斷測量非常有用。
在圖4所示的第三實(shí)施例中，質(zhì)量和能量分析器100的入口孔130被定位在與臺板14的襯底支撐表面相鄰的保護(hù)環(huán)66中。在該實(shí)施例中，離子的質(zhì)量和能量可以在晶片20的等離子體離子注入期間被分析。質(zhì)量和能量分析器100獲取來自等離子體40的被朝向臺板14加速的離子。圖4的配置允許等離子體離子注入期間實(shí)時的、原位的質(zhì)量和能量測量。將理解，兩個或更多個入口孔可以被定位在臺板14周圍。入口孔可以具有到質(zhì)量和能量分析器100的共同連接或者可以被相繼連接到質(zhì)量和能量分析器100。在其它實(shí)施例中，兩個或更多個入口孔可以與各個質(zhì)量和能量分析器相關(guān)聯(lián)。
圖4還圖示了在用于工藝控制的封閉循環(huán)配置中使用的質(zhì)量和能量分析器100。通過質(zhì)量和能量分析器100獲取的測量結(jié)果可以被提供給實(shí)時數(shù)據(jù)分析單元140。數(shù)據(jù)分析單元140可以處理質(zhì)量和能量測量結(jié)果以評價等離子體離子注入系統(tǒng)的操作。如果等離子體離子注入系統(tǒng)的操作被確定為在操作參數(shù)的期望范圍之外，那么系統(tǒng)可以被調(diào)整或者被關(guān)閉。在圖4的實(shí)例中，分析單元140將控制信號提供給脈沖源30。例如，脈沖寬度、脈沖頻率和/或脈沖幅度可以被調(diào)整以使系統(tǒng)操作在期望的范圍內(nèi)。將理解，等離子體離子注入系統(tǒng)的不同參數(shù)可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)被調(diào)整。例如，現(xiàn)在參照圖1，期望的壓力可以被調(diào)整，工藝氣體的流量可以被調(diào)整，和/或空心電極脈沖源56可以被調(diào)整。
質(zhì)量和能量測量結(jié)果可以被連續(xù)地或者在指定的時間間隔期間被獲取。因此，質(zhì)量和能量分析器100可以被使得能夠指定時間間隔期間獲取測量結(jié)果。更具體地，測量結(jié)果可以與等離子體離子注入系統(tǒng)的操作同步。
根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于使質(zhì)量和能量測量與由脈沖源30產(chǎn)生的注入脈沖同步的系統(tǒng)在圖5中示出。脈沖源30將注入脈沖220提供給如圖1中所示且如上描述的工藝室10。用于分析的離子被質(zhì)量和能量分析器100從工藝室10中取出。注入脈沖還被提供給可變延遲產(chǎn)生器200，并且由延遲產(chǎn)生器200輸出的延遲脈沖222被提供給可變選通脈沖產(chǎn)生器210。由選通脈沖產(chǎn)生器210輸出的選通脈沖224作為外部觸發(fā)被提供給質(zhì)量和能量分析器100，并且僅在選通脈沖被提供時質(zhì)量/能量數(shù)據(jù)才被收集。
時間分辨測量系統(tǒng)的操作參照圖6描述。在圖6的時序圖中，注入脈沖220具有脈沖寬度T2，并且以時間間隔T1被重復(fù)。每一個注入脈沖220啟動具有脈沖寬度T3的延遲脈沖222。延遲脈沖222在注入脈沖220的開始與質(zhì)量和能量測量的開始之間建立起時間延遲。延遲脈沖222啟動具有脈沖寬度T4的選通脈沖224。選通脈沖224建立起在該期間質(zhì)量和測量結(jié)果被獲取的時間間隔。因此，可變延遲產(chǎn)生器200建立起選通脈沖224相對于注入脈沖220開始的時間延遲，可變選通脈沖產(chǎn)生器210建立選通脈沖224的寬度。將理解，選通脈沖224可以在注入脈沖220期間或其之后出現(xiàn)。此外，除注入脈沖220之外的事件可以被用于觸發(fā)可變延遲產(chǎn)生器200。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的等離子體離子注入系統(tǒng)的示意框圖在圖7中示出。圖7的實(shí)施例基于監(jiān)視與用于差錯檢測和/或封閉循環(huán)工藝控制的等離子體離子注入系統(tǒng)的操作相關(guān)聯(lián)的波形。如上所述，被施加給臺板14的負(fù)脈沖將等離子體中的正離子朝向襯底加速，從而引發(fā)離子注入。注入脈沖的電流和電壓波形的變化可以指示注入過程中例如電弧的問題。此外，具有實(shí)時數(shù)據(jù)分析的注入脈沖的原位高帶寬監(jiān)視可以提供有關(guān)等離子體處理?xiàng)l件變化的信息，并且可以使能封閉的循環(huán)工藝控制。
現(xiàn)在參照圖7，來自脈沖源30的電壓和電流信號被轉(zhuǎn)換成低壓信號(例如，零到十伏)并且被提供給高速數(shù)據(jù)獲取單元300。數(shù)據(jù)獲取單元300在該實(shí)施例中以高達(dá)10兆赫茲的用戶選擇速率對電壓和電流波形進(jìn)行取樣。因此，獲取每一個注入脈沖甚至是短到一微秒的注入脈沖的多個樣本。工藝參數(shù)例如電壓過沖、脈沖上升時間、脈沖下降時間和電壓變化，被使用數(shù)字信號處理或等同的技術(shù)從高速數(shù)據(jù)中提取出來。數(shù)據(jù)被實(shí)時分析并且被標(biāo)記為落在正常操作范圍之內(nèi)或之外。當(dāng)數(shù)據(jù)在正常操作范圍之內(nèi)時，數(shù)據(jù)總結(jié)被周期性地發(fā)送給工藝控制系統(tǒng)。當(dāng)數(shù)據(jù)在正常操作范圍之外時，差錯情況被指示。高取樣率數(shù)據(jù)集被存儲用于以后的分析，并且工藝控制系統(tǒng)被通知差錯情況。
如圖7所示，由數(shù)據(jù)獲取單元300獲取的數(shù)據(jù)可以被提供給實(shí)時數(shù)據(jù)分析單元310和數(shù)據(jù)存儲單元320。數(shù)據(jù)分析單元310可以分析代表電壓和電流波形的所得數(shù)據(jù)并且如上所述產(chǎn)生差錯信號。被選擇的數(shù)據(jù)可以被存儲在數(shù)據(jù)存儲單元320中用于以后的分析。數(shù)據(jù)獲取單元300可以經(jīng)由可以是手動或自動的觸發(fā)單元330被觸發(fā)。例如，工藝控制系統(tǒng)可以在一串注入脈沖的開始自動地觸發(fā)通過數(shù)據(jù)獲取單元300的數(shù)據(jù)獲取，并且可以在注入脈沖序列結(jié)束時觸發(fā)數(shù)據(jù)獲取的停止。
數(shù)據(jù)獲取單元300可以獲取與代表等離子體離子注入系統(tǒng)的操作的任何信號相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。如圖7所示，由法拉第杯50和52產(chǎn)生的電流波形被提供給數(shù)據(jù)獲取單元300。劑量電流波形被以高速取樣并且提供代表被注入到襯底中的離子流的信息。
圖7所示的數(shù)據(jù)獲取安排可以如上所述被用在開放循環(huán)配置中，在其中系統(tǒng)操作被監(jiān)視并且指定情況被報告給工藝控制系統(tǒng)。在其它實(shí)施例中，數(shù)據(jù)獲取單元300可以是封閉循環(huán)控制系統(tǒng)的一部分。具體而言，數(shù)據(jù)分析單元310可以確定指定參數(shù)何時在正常操作范圍之外。當(dāng)異常情況被檢測到時，控制信號可以被提供給脈沖源30以調(diào)制注入脈沖的一個或多個參數(shù)，例如脈沖寬度、脈沖頻率和/或脈沖幅度，以將操作向正常操作范圍調(diào)節(jié)。在其它實(shí)施例中，工藝室壓、工藝氣體流和/或空心電極脈沖源56可以響應(yīng)于由數(shù)據(jù)分析單元310檢測到的異常條件而被調(diào)節(jié)。
在一個實(shí)例中，數(shù)據(jù)獲取單元300由使用在National Instruments公司PXI計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的National Instruments公司的具有三個十兆赫茲通道的6115型號高速數(shù)據(jù)獲取卡來實(shí)現(xiàn)，Conduant的Streamstor流數(shù)據(jù)存儲單元將每秒60兆字節(jié)提供給被實(shí)現(xiàn)為八個2500億字節(jié)硬盤驅(qū)動的數(shù)據(jù)存儲單元320。數(shù)據(jù)分析單元310可以包括實(shí)時計(jì)算注入?yún)?shù)值和趨勢并且將偏移連同適當(dāng)?shù)姆祷匦盘栆黄饒蟾娼o工藝控制系統(tǒng)的專用處理器。要被監(jiān)視和計(jì)算的參數(shù)是特定于工藝和特定于制法的，并且可以在每一個數(shù)據(jù)收集序列之前被工藝控制系統(tǒng)通知給數(shù)據(jù)分析單元310。
這樣已經(jīng)描述了各種說明性的而非限制性的實(shí)施例和它們的方面，所以對于本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員來說改進(jìn)和改變都將很顯然。這種改進(jìn)和改變意于被包括在公開中，本公開的目的是為了說明和解釋，而不意于界定對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍應(yīng)該根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同情況的適當(dāng)構(gòu)成來確定。
權(quán)利要求
1.一種等離子體離子注入裝置，包括工藝室；位于所述工藝室中用于支撐襯底的臺板；位于所述工藝室中且與所述臺板空間上分開的陽極；被耦合到所述工藝室的工藝氣體源，其中，含有工藝氣體離子的等離子體在所述陽極與所述臺板之間的等離子體放電區(qū)域中被產(chǎn)生；脈沖源，用于在所述臺板與所述陽極之間施加注入脈沖以將來自等離子體的離子向襯底中加速；以及等離子體監(jiān)視器，被配置以測量所述工藝室中離子的質(zhì)量和能量，其中，測量的離子質(zhì)量和能量指示等離子體離子注入裝置的操作情況。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器包括離子質(zhì)量和能量分析器。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器的入口位于陽極中。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器的入口位于臺板中。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器的入口與臺板的襯底支撐表面相鄰。
6.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置和定位以分析等離子體放電區(qū)域中的離子。
7.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置和定位以分析被從等離子體放電區(qū)域朝向襯底加速的離子。
8.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以確定在相對于所述注入脈沖的所選時間間隔期間的離子質(zhì)量和能量。
9.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以確定在獲取時間間隔期間的離子質(zhì)量和能量。
10.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以進(jìn)行離子質(zhì)量和能量的時間平均測量。
11.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，還包括用于響應(yīng)于所測量的離子質(zhì)量和能量來確定等離子體離子注入裝置的操作情況的分析單元，以及用于響應(yīng)于所確定的操作情況來控制等離子體離子注入裝置的參數(shù)的控制器。
12.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以用于相對于離子質(zhì)量的掃描測量。
13.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以用于相對于離子能量的掃描測量。
14.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器通過入口孔與工藝室相通。
15.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以在每一個所述脈沖期間測量預(yù)定時間間隔中的離子質(zhì)量和能量。
16.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器被配置以在每一個所述脈沖之后測量預(yù)定時間間隔中的離子質(zhì)量和能量。
17.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器測量在所述工藝室中的離子質(zhì)量分布。
18.如權(quán)利要求1所述的等離子體離子注入裝置，其中，等離子體監(jiān)視器測量在所述工藝室中的離子能量分布。
19.一種等離子體離子注入裝置，包括工藝室；位于所述工藝室中用于支撐襯底的臺板；位于所述工藝室中且與所述臺板空間上分開的陽極；被耦合到所述工藝室的工藝氣體源，其中，含有工藝氣體離子的等離子體在所述陽極與所述臺板之間的等離子體放電區(qū)域中被產(chǎn)生；脈沖源，用于在所述臺板與所述陽極之間施加注入脈沖以將來自等離子體的離子向襯底中加速；以及被配置以獲取所述注入脈沖的樣本的數(shù)據(jù)獲取單元，其中，所獲取的樣本指示等離子體離子注入裝置的操作情況。
20.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以對所述注入脈沖的電壓波形和電流波形中的至少一種進(jìn)行高速取樣。
21.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，還包括用于提供代表被注入到襯底中的離子流的電信號的劑量測量設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以對由劑量測量設(shè)備所產(chǎn)生的電信號進(jìn)行高速取樣。
22.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以監(jiān)視等離子體離子注入裝置的操作。
23.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，還包括用于響應(yīng)于所獲取的波形來確定等離子體離子注入裝置的操作情況的分析單元，以及用于響應(yīng)于所確定的操作情況控制等離子體離子注入裝置的參數(shù)的控制器。
24.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取每一個所述注入脈沖中的多個樣本。
25.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取指示每一個所述注入脈沖中的上升時間的樣本。
26.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取指示每一個所述注入脈沖中的下降時間的樣本。
27.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取指示每一個所述注入脈沖中的過沖的樣本。
28.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取指示每一個所述注入脈沖中的幅度的樣本。
29.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以獲取指示所述注入脈沖中的變化的樣本。
30.如權(quán)利要求19所述的等離子體離子注入裝置，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以在獲取時間間隔期間獲取所述注入脈沖的樣本。
31.一種用于襯底的等離子體離子注入方法，包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，該等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn)生等離子體的源、位于工藝室中用于支撐襯底的臺板和用于產(chǎn)生將來自等離子體的離子向襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；獲取所述工藝室中離子的質(zhì)量和能量的測量結(jié)果；以及基于所獲取的離子質(zhì)量和能量測量結(jié)果確定等離子體離子注入系統(tǒng)的操作情況。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，獲取離子質(zhì)量和能量的測量結(jié)果的步驟包括獲取在所述工藝室中的等離子體放電區(qū)域中的離子測量結(jié)果。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，獲取離子質(zhì)量和能量的測量結(jié)果的步驟包括獲取被從等離子體中朝向臺板加速的離子的測量結(jié)果。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，獲取離子質(zhì)量和能量的測量結(jié)果的步驟包括在相對于所述注入脈沖的所選時間間隔期間獲取離子質(zhì)量和能量測量結(jié)果。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括響應(yīng)于所確定的操作情況，控制等離子體離子注入系統(tǒng)的參數(shù)。
36.一種用于襯底的等離子體離子注入方法，包括提供等離子體離子注入系統(tǒng)，該等離子體離子注入系統(tǒng)包括工藝室、用于在工藝室中產(chǎn)生等離子體的源、位于工藝室中用于支撐襯底的臺板和用于產(chǎn)生將來自等離子體中的離子向襯底中加速的注入脈沖的脈沖源；獲取所述注入脈沖的樣本；以及基于所獲取的樣本確定等離子體離子注入系統(tǒng)的操作情況。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，獲取所述注入脈沖的樣本包括對每一個所述注入脈沖中的電壓波形和電流波形中的至少一種進(jìn)行高速取樣。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括響應(yīng)于所確定操作情況，控制等離子體離子注入系統(tǒng)的參數(shù)。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，獲取所述注入脈沖的樣本的步驟包括在獲取時間間隔期間獲取樣本。
全文摘要
一種等離子體離子注入系統(tǒng)，包括工藝室(10)，用于在工藝室中產(chǎn)生等離子體的源，位于工藝室中用于支撐襯底的臺板(14)，和用于產(chǎn)生將來自等離子體的離子向襯底中加速的注入脈沖的脈沖源。在一個方面中，系統(tǒng)包括被配置以測量工藝室中離子質(zhì)量和能量的等離子體監(jiān)視器和被配置以響應(yīng)于所測量的質(zhì)量和能量來確定系統(tǒng)的操作情況的分析器(100)。在另一個方面中，系統(tǒng)包括被配置以獲取注入脈沖樣本的數(shù)據(jù)獲取單元(300)和被配置以基于所獲取的樣本來確定系統(tǒng)的操作情況的分析器。
文檔編號H01J37/32GK1977352SQ200580021855
公開日2007年6月6日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者方子偉, 高圣天, 埃德蒙·J·溫德, 丹尼爾·迪斯塔索, 盧多維克·戈代, 高本雄, 賈伊·T·朔伊爾 申請人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備聯(lián)合公司