[發明專利]監測和控制等離子體制造工藝的技術

有效

• 申請號: 200780008205.2
• 申請日: 2007-03-09
• 公開（公告）號: CN101401187A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 具本雄;盧多維克·葛特;瓦斯里斯·朋內提斯·凡勞米斯;維克拉姆·辛區;方子韋;伯納德·琳賽
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;H01J49/40
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 壽 寧

技術領域

本發明是關于一種監測和控制等離子體制造工藝的技術。

背景技術

等離子體制造工藝廣泛用于(例如)半導體制造，以使用各種摻雜劑對 晶圓進行植入，以沉積或蝕刻薄膜。為了獲得可預測以及可重復的制造工 藝結果，其關鍵為嚴密監測和控制等離子體特征。舉例而言，對等離子體 摻雜(Plasma?Doping，即PLAD)制造工藝的研究已表明等離子體的離子組 成可能是一種判定摻雜劑種類、摻雜劑深度分布、制造工藝相關的污染等 的關鍵信息。離子組成隨PLAD制造工藝參數(諸如氣體比例、總氣壓以及 放電功率)而改變。視等離子體腔室的調節狀態而定，離子組成亦可發生顯 著改變。因此，重要的是在PLAD制造工藝期間(較佳為當場(in-situ)及即 時地)了解離子組成，以便獲得可重復以及可預測的制造工藝結果。

現有等離子體工具往往缺乏提供等離子體的詳細的即時信息(例如離 子組成)的能力。舉例而言，在典型PLAD制造工藝中，藉由基于法拉第杯 (cup)電流監測植入劑量來控制等離子體。然而，法拉第杯僅為總電荷計數 器，其并不區分不同的帶電粒子或提供對等離子體特性的任何了解。盡管 在一些傳統束流(beam-line)離子植入系統中采用了當場質量分析，但在基 于等離子體的離子植入系統中通常要避免使用當場質量分析，以便獲得高 產量。

此外，現有習知離子感測器，諸如工業用質能分析器以及四極質譜儀，往 往體積太大及/或太麻煩而不能在制造工具中實施。大型離子感測器傾向于 擾動量測中的等離子體，且因此歪曲制造工藝結果。此外，現有習知離子 感測器的尺寸以及重量往往限制其在半導體制造工藝工具中的部署選擇可 能。此外，在等離子體交替處于接通及關閉狀態的脈沖等離子體處理中，往 往需要對等離子體的時間解析的量測。然而，現有離子感測器很少提供時 間解析的量測的能力。

發明內容

本發明揭示一種監測和控制等離子體制造工藝的技術。在一特殊的實 施例中，此技術能以等離子體腔室中監測離子種類用的飛行時間 (time-of-flight，TOF)離子感測器來實現。離子感測器可包含一漂移管。離 子感測器亦可包含一提取器電極和多個設置在漂移管的第一端上的靜電透 鏡，其中該提取器電極受到偏壓以吸引等離子體腔室中來自等離子體的離 子，多個靜電透鏡使已被吸引的離子的至少一部分進入該漂移管中且在一 有限的發散角度內向著該漂移管的第二端漂移。離子感測器可另外包含一 設置在該漂移管的第二端上的離子偵測器，并且所述離子感測器是配置 在所述等離子體腔室的側壁上，且所述提取器電極接近所述等離子 體的邊緣而定位，其中此離子偵測器偵測各種與已被吸引的離子的至少一 部分有關的到達時間。離子感測器可另外包含該提取器用的外殼，多個靜 電透鏡，漂移管和離子偵測器，其中該外殼容許該離子感測器和等離子體 腔室之間的差動抽吸(differential?pumping)。

依據上述特殊實施例的另一特點，該提取器電極可具有一種直徑介于 10微米和500微米之間的小孔，且多個靜電透鏡具有多個實質上與該提取 器電極小孔對齊的小孔。

依據上述特殊實施例的另一特點，可將電壓脈沖提供至多個靜電透鏡 的至少一個，以使已被吸引的離子的至少一部分進入至該漂移管中。此電 壓脈沖可與施加至等離子體腔室中的晶圓上的電壓同步?；蚴?，此電壓脈 沖可與等離子體腔室中等離子體的產生達成同步。另一方式是，可對此電 壓脈沖提供多個相對于一時序參考值的可變的延遲，以對離子達成一種時 間解析(resolved)的測量。此電壓脈沖亦可具有一種受到控制的寬度以用 來選取離子質量。

依據上述特殊實施例的另一特點，該提取器電極可設有直流偏壓。

依據上述特殊實施例的另一特點，該離子感測器更可另外包含一種位 于該漂移管和該離子偵測器之間的能量分析器。

依據上述特殊實施例的另一特點，該提取器電極可設有射頻(Radio? Freqency，即RF)偏壓。此射頻偏壓可使一種或多種已沉積在該提取器電極 上的材料被濺射。

依據上述特殊實施例的另一特點，該提取器電極可設有電壓脈沖以允 許離子進入至該漂移管中。

依據上述特殊實施例的另一特點，該漂移管可維持在一種與多個靜電 透鏡中的一透鏡相同的電位。

依據上述特殊實施例的另一特點，該外殼可接地。