[發明專利]等離子體離子制程均勻性監控

無效

• 申請號: 200980151713.5
• 申請日: 2009-12-21
• 公開（公告）號: CN102257607A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 約瑟·P·迪宰桔雷斯契;喬治·M·葛梅爾;伯納德·G·琳賽;維克拉姆·辛
• 申請（專利權）人: 瓦里安半導體設備公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/265
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明的實施例是有關于等離子體處理系統的領域，且特別是有關于一種用于量測應用在工件或晶圓(wafer)上的等離子體制程的均勻性的裝置及其方法。

背景技術

離子植入(ion?implantation)是一種將離子摻雜到工件中的制程。半導體基板的制造過程中使用一種類型的離子植入來植入雜質離子以獲取想要的電子元件特性。離子植入機通常包括：離子源室，用來產生特定物種的離子，其利用(例如)一系列束線組件(beam?line?components)來控制離子束；以及平臺，用來固定接收離子束的晶圓。這些束線組件被安置(housed)在真空環境中，以防止離子束被污染與發生分散。束線組件可包括：一系列電極，從離子源室中萃取離子；質量分析器(mass?analyzer)，具有特定的磁場，使得只有具想要的質荷比(mass-to-charge?ratio)的離子才能夠從質量分析器中穿過；以及校正磁鐵，用來提供帶狀離子束，此帶狀離子束被導向至垂直于此離子束的晶圓，以將離子植入到此晶圓基板中。當離子撞擊基板中的電子及晶核時，會喪失能量，且根據加速度能量，這些離子會在基板內的想要的深度之處停下來。基板被植入的深度取決于離子植入能量以及離子源室中所產生的離子的質量。通常，可摻雜砷或磷以在基板中形成n型區域，以及摻雜硼、鎵或銦以在基板中形成p型區域。

上述的離子植入機通常與較高的植入能量有關。當半導體元件的制造需要淺接面(shallow?junctions)時，必須用較低的離子植入能量將摻質材料限制在晶圓表面附近。在此情形下，可使用等離子體沉積(plasma?deposition，PLAD)系統，在此等離子體沉積系統中，植入深度和位于等離子體處理室內的晶圓與陽極之間所施加的電壓有關。詳細地說，晶圓被放置在一平臺上，而此平臺是作為等離子體處理室內的陰極。一種含有想要的摻質材料的可游離氣體被引進等離子體室。藉由幾種等離子體產生方法的任意方法將此氣體游離，這些方法包括(但不局限于)直流(direct?current，DC)輝光放電(glow?discharge)、電容耦合(capacitively?coupled)射頻(Radio?Frequency，RF)、電感耦合(inductively?coupled)射頻等。一旦產生了等離子體，那么等離子體與周圍的所有表面(包括工件)之間就會存在等離子體鞘(plasma?sheathe)。然后對平臺與工件施加負電壓偏壓(biased)，目的是使等離子體中的離子穿過等離子體鞘，且植入到晶圓中，植入的深度正比于所施加的偏壓。目前是使用法拉第杯(Faraday?cup)來量測植入到晶圓中的植入物劑量。然而，法拉第杯僅提供與離子電荷總數有關的信息，而不提供關于均勻性的任何資料。如今，等離子體均勻性的量測是利用朗繆爾探針(Langmuir?probe)來推斷。在植入制程開始之前或結束之后將朗繆爾探針定位在等離子體室內。此探針被偏壓以提供一種電流/電壓特性，此電流/電壓特性表明從等離子體離子與電子流向探針的電流為探針的偏壓及位置的函數。雖然這種量測技術可在原位(in?situ)執行，但是卻無法在植入過程中執行，所以在植入制程中不能提供線上量測信息。在預植入量測與實際植入之間的時間里，等離子體及制程狀態可能會因多種因素而發生變化，包括晶圓表面狀態、等離子體游離等。因此，需要提供一種可在植入制程中在等離子體室內原位使用的均勻性監控裝置，此均勻性監控裝置可提供目標晶圓或工件表面的精確的二維空間等離子體植入均勻性信息。

發明內容

本發明的示例性實施例的目的是一種等離子體制程均勻性監控裝置。在一示例性實施例中，一種等離子體制程均勻性監控裝置被定位在等離子體制程室內，此等離子體制程均勻性監控裝置包括多個感測器，這些感測器位于等離子體室內的工件上方。每個感測器經配置以偵測從暴露于等離子體制程的工件的表面發射出來的二次電子(secondary?electrons)。每個感測器輸出與偵測到的二次電子的數量成正比的電流信號。一電流比較電路連接至多個感測器的每個感測器，且經配置以接收來自于多個感測器的多個電流信號的每個電流信號。此電流比較電路輸出由多個電流信號的每個電流信號而得出的差動電流信號。若工件表面的等離子體制程是均勻的，那么來自于多個感測器的電流信號則相等，且從電流比較電路輸出的差動電流信號將接近零。然而，若差動電流信號不是零或不接近零，那么來自于多個感測器的電流信號則不相等，這表明一個或多個感測器正從工件的對應表面區域接收較多數量或較少數量的二次電子。差動電流信號的存在表明工件的等離子體處理是不均勻的。