利用动态束成形进行改善均匀度控制的方法和装置

申请号 CN201280026587.2 申请日 2012-03-29 公开(公告)号 CN103582927B 公开(公告)日 2016-08-17
申请人 艾克塞利斯科技公司; 发明人 爱德华·艾伊斯勒;
摘要 本 发明 涉及一种用于当离子束在 工件 (304)的表面上扫描时改变离子束的横截面形状(308a、308b、308c)以产生具有改善的离子束 电流 轮廓均匀度的时间平均离子束的方法和装置。在一个 实施例 中,当离子束在工件的表面上移动时,改变离子束的横截面形状。离子束的不同横截面形状分别具有不同的束轮廓(例如,在沿着束轮廓的不同 位置 处具有峰值),使得快速地改变离子束的横截面形状导致平滑工件所受到的束电流轮廓(例如,减少与单独的束轮廓相关联的峰值)。由此产生的平滑束电流轮廓提供改善的束电流均匀度以及改善的工件剂量均匀度。
权利要求

1.一种离子注入系统,包括:
束线,配置为将离子束导向终端站,所述终端站配置为支托一个或多个工件
扫描系统,配置为沿快速扫描方向和慢速扫描方向使所述离子束在所述工件上扫描;
以及
束聚焦装置,配置为,随着离子束在注入期间在工件的表面上移动,以时变的方式连续改变离子束的束电流密度,以获得多个不同的瞬时离子束电流轮廓,从而使得离子束的轮廓在不同的离子束电流轮廓之间改变以得到对所述不同的离子束电流轮廓的时间平均。
2.根据权利要求1所述的离子注入系统,其中,改变所述离子束的束电流密度的频率实质上大于沿着所述快速扫描方向扫描所述离子束的频率。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,改变束电流密度的频率与沿着所述快速扫描方向扫描所述离子束的频率之比大于10。
4.根据权利要求1所述的离子注入系统,其中,所述束聚焦装置包括一个或多个束聚焦元件,所述一个或多个束聚焦元件位于终端站、束线组件、或终端内,并且配置为改变所述离子束的束电流密度。
5.根据权利要求4所述的离子注入系统,其中,所述一个或多个束聚焦元件包括以下各项中的一项或多项:螺线管,设置在所述离子束周围;多极磁体,设置在所述离子束周围;多极静电透镜,设置在所述离子束周围;抑制电极,设置在所述离子束周围;以及单透镜。
6.根据权利要求4所述的离子注入系统,还包括:时变电源,配置为在所述离子束在所述工件的表面上移动时向所述束聚焦装置提供时变信号,从而使所述离子束的束电流密度连续改变,以获得所述多个不同的瞬时离子束电流轮廓。
7.根据权利要求1所述的离子注入系统,其中,所述束聚焦装置配置为重复地调整所述离子束的束电流密度,直到根据测量的束电流密度计算出的预测剂量均匀度不违反预定的注入均匀度标准为止。
8.一种用于均匀地掺杂工件的方法,包括:
提供离子束;
使所述离子束在工件上扫描;以及
以时变的方式改变所述离子束的束电流密度,以获得分别具有不同束电流轮廓的多个不同的瞬时离子束电流密度,以及使得离子束的轮廓在不同的离子束电流轮廓之间改变以得到对所述不同离子束电流轮廓的时间平均。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,改变束电流密度包括:通过改变聚焦装置的强度来改变所述离子束的横截面形状。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,所述聚焦装置快速地改变所述离子束的横截面形状,以获得时间平均的离子束电流轮廓,所述时间平均的离子束电流轮廓包括多个不同离子束横截面形状的所述不同的离子束电流轮廓的时间平均。
11.根据权利要求9所述的方法,还包括:
将所述聚焦装置设置为第一静态聚焦值;
测量束电流密度轮廓并且计算预测剂量均匀度;
将所计算的预测剂量均匀度与注入均匀度标准进行比较;以及
如果所计算的预测剂量均匀度违反所述注入均匀度标准,则调整所述第一静态聚焦值。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括:
测量束电流密度轮廓并且计算第二预测剂量均匀度;以及
如果所计算的第二预测剂量均匀度违反所述注入均匀度标准,则调整所述聚焦装置以在所述第一静态聚焦值与第二静态聚焦值之间动态扫描。
13.根据权利要求8所述的方法,其中,改变束电流密度的频率与沿着快速扫描方向扫描所述离子束的频率之比大于10。
14.根据权利要求8所述的方法,还包括:产生时变电压,所述时变电压配置为控制束聚焦装置以时变的方式来改变所述离子束的束电流密度。
15.根据权利要求8所述的方法,还包括:产生时变电流,所述时变电流配置为控制束聚焦装置以时变的方式来改变所述离子束的束电流密度。
16.一种用于产生具有均匀束电流轮廓的离子束的方法,包括:
提供离子束;
通过使用束聚焦方法使离子束的束电流密度在分别具有不同束轮廓的不同单独束电流密度之间快速连续改变,来产生时间平均的离子束电流轮廓,其中,所述时间平均的离子束电流轮廓具有与所述单独束电流密度中任意一个单独束电流密度的束电流相比更均匀的束电流;以及
将所述时间平均的离子束电流轮廓应用于工件。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,改变所述离子束的束电流密度的频率实质上大于沿着快速扫描方向扫描所述离子束的频率。
18.根据权利要求16所述的方法,其中,快速连续改变离子束的束电流密度包括:当所述离子束在工件上沿快速扫描方向扫描时,连续改变所述离子束的横截面形状。
19.根据权利要求16所述的方法,还包括:产生时变信号,所述时变信号配置为控制束聚焦装置以时变的方式来改变所述离子束的束电流密度。

说明书全文

利用动态束成形进行改善均匀度控制的方法和装置

技术领域

[0001] 本公开一般地涉及离子注入系统,更具体地,涉及用于改善离子束注入系统的剂量均匀度和生产率的系统和方法。

背景技术

[0002] 离子注入是在半导体装置制造中用来选择性地将掺杂剂注入半导体工件和/或晶片中的物理工艺。可以多种方式来执行离子注入,以在衬底上或衬底内获得特定特征(例如,通过注入特定类型的离子来限制衬底上介电层的扩散率)。
[0003] 在典型的顺序注入工艺中,可以使离子束在工件的单个轴上扫描,同时工件沿正交方向移动,或者备选地,可以相对于静止的离子束沿着一对正交轴移动工件。
[0004] 图1示出了在注入工艺期间离子束106在工件102上扫描时,从离子束轨迹的度来看的沿着正交的轴扫描的示例性离子束路径100的平面图。具体地,在注入工艺期间,离子束106可以聚焦于束斑,同时支托工件的可移动平台108可操作以沿着路径104平移工件102,该路径104具有快速扫描轴110和基本上正交的慢速扫描轴112。一般来说,工件沿着快速扫描轴110(也称作“快速扫描方向”)移动的速度明显快于该工件沿着慢速扫描轴112(也称作“慢速扫描方向”)移动的速度。
发明内容
[0005] 下文给出了简要的发明内容,以提供对本公开的一个或多个方面的基本理解。该发明内容部分不是对本公开的泛泛概述,并且既不旨在标识本公开的关键或重要要素,也不旨在描绘本公开的范围。相反,该发明内容部分的主要目的是以简化的形式呈现本公开的一些构思,作为稍后给出的更详细描述的序言。
[0006] 本公开涉及一种用于当离子束在工件(例如,半导体晶片)的表面上扫描时改变离子束的束电流密度以产生具有改善离子束电流轮廓均匀度的时间平均离子束的方法和装置,其中,改善的离子束电流轮廓均匀度将导致工件中改善的掺杂剂均匀度。在一个实施例中,包括束线的离子注入系统系配置为将离子束导向配置为支托工件的终端站。在注入期间,扫描系统以二维的方式将终端站移动通过离子束,该二维的方式包括快速扫描方向和慢速扫描方向(例如,垂直于快速扫描方向)。束聚焦装置配置为当离子束在工件的表面上移动时改变(例如,连续改变)离子束的束电流密度(例如,横截面形状),以获得分别具有不同束电流轮廓的多个不同离子束电流密度。因为离子束的不同束电流密度分别包括不同的束轮廓(例如,在沿着束轮廓的不同位置处具有峰值),因此快速地改变离子束的束电流密度导致平滑工件所受到的束电流(例如,使得与单独的束轮廓相关联的峰值减小)。由此产生的平滑束电流轮廓提供了束电流的改善均匀度,因此提供了改善的工件剂量均匀度。
[0007] 为了实现前述和相关目的,以下描述和附图详细阐述了本公开的一些示例性方面和实施方式。这些方面和实施方式指示可以利用本公开原理的多种方式中的仅几种方式。通过下面结合附图给出的本公开的详细描述,本公开的其它方面、优点以及新颖特征将变得清楚。

附图说明

[0008] 图1示出了在注入工艺期间离子束在工件上扫描时从离子束轨迹的角度来看的示例性离子束路径的平面图。
[0009] 图2是示出了根据本发明一个实施例的具有束聚焦装置的离子注入系统的系统级示意图。
[0010] 图3a是示出了从离子束轨迹的角度来看在离子束在工件上扫描时具有改变的离子束横截面形状的示例性离子束路径的平面图。
[0011] 图3b是示出了具有改变的横截面形状的离子束的虚拟(phantom)型示意图,其中,改变的横截面形状导致在束的轮廓上具有增加的束电流均匀度的时间平均束电流。
[0012] 图4a-4b示出了入射到工件上的离子束横截面形状。
[0013] 图4c-4d示出了分别与图4a-4b的离子束横截面形状相关联的离子束轮廓。
[0014] 图4e示出了包括图4c和图4d中所示的离子束轮廓的时间平均的时间平均离子束轮廓。
[0015] 图5是示出了使用静电四极子利用不同的垂直聚焦电极电压产生的垂直束轮廓的图形,其中,在y轴上示出了束电流并且在x轴上示出了离子束的高度。
[0016] 图6是示出了使用静电四极子利用不同的垂直聚焦电极电压产生的束轮廓的梯度的图形,其中,在y轴上示出了束电流的梯度并且在x轴上示出了离子束的高度。
[0017] 图7a-7d示出了可以用于如在此所述改变离子束的横截面形状的束聚焦元件的多种非限制性实施例。
[0018] 图8是示出了在二维扫描系统中当离子束在工件上扫描时通过改变离子束的束电流密度来改善离子束电流和工件上的剂量均匀度的方法的流程图
[0019] 图9是示出了在二维扫描系统中当离子束在工件上扫描时通过改变离子束的束电流密度来改善离子束电流和工件上的剂量均匀度的更详细的方法的流程图。

具体实施方式

[0020] 现在将参照附图来描述本公开,其中,类似的附图标记贯穿全文指示类似的要素。图示和以下描述在本质上是示例性的,而非限制性的。因此,应认识到,所示出的系统和方法的变形以及与本文所示出的系统和方法不同的其它此类实现被视为落入本公开和所附权利要求的范围之内。
[0021] 本文所提供的短语“束电流密度的改变”是非限制性短语,其旨在涵盖落入发明构思之内的离子束的束电流密度或束形状的任何改变(例如,从具有尖锐峰值和宽尾部的束电流改变为更接近高斯的形状,其中,两个束电流都在束的“边缘”的形状内,并且具有相同的大小(由包含例如90%的束电流的周线(contour)来度量)或者不同的大小)。
[0022] 在离子注入中,通常在工件上高精度指定所需的剂量分布。因此,对于在至少一个维度上小于工件的离子束而言,离子束与工件之间的相对运动用于向工件提供正确的剂量。剂量均匀度控制通常可以通过仔细地调整相对运动的速度以及离子束和/或工件的路径来实现。在相对运动较慢并且离子束没有多次通过工件上给定点的情况下,剂量均匀度可能在很大程度上取决于离子束的确切电流分布。已经提出了若干方法来以高于束的基本相对运动的频率调节或“抖动”束位置,以便平滑束电流分布中的尖锐特征从而改善剂量均匀度。然而,在离子束的尺寸基本上填满束线的情况下,“抖动”束位置而不失去大量的电流是不太可能的,并且由此产生的束形状可能比没有抖动“更差”,这是因为对孔径的削幅(clipping)。此外,容纳由于抖动束的位置而导致的较大束尺寸是不太可能的。
[0023] 发明人已经认识到,束聚焦元件(例如,包括配置为利用磁场聚焦离子束的一系列磁四极子)可以用于当离子束在工件上扫描时改变束电流密度(例如,通过使用一个或多个束聚焦元件来改变离子束的横截面形状),从而产生具有改善的离子束电流均匀度(例如,束电流中的峰值/尖峰减少)的时间平均束电流轮廓(profile)。因此,在一个实施例中,提供了用于当离子束在工件的表面上扫描时通过使用束聚焦改变离子束的束电流密度以获得分别具有不同束电流轮廓的多个不同的离子束电流密度来改善工件的注入剂量均匀度的方法和装置。由于改变离子束的束电流密度提供了具有多个不同的瞬时离子束电流轮廓的离子束,因此以较高频率连续改变离子束电流密度使得束轮廓在不同的束轮廓之间改变,从而导致各个束轮廓的时间平均。产生时间平均的束轮廓减小了每一单独束电流轮廓中存在的不期望特征(例如,尖峰)的幅度,从而(例如,通过对尖峰和其它尖锐特征进行平均)导致更平滑的整体束电流轮廓,并因而增加了束电流和工件上的注入剂量的均匀度。
[0024] 现在参照附图,根据本发明的一个示例性方面,图2示出了示例性离子注入系统200,该离子注入系统200包括扫描系统,该扫描系统可操作以机械扫描工件通过离子束的路径,并且该离子注入系统200具有根据本发明一个实施例的束聚焦装置。应认识到,可以与任意类型的离子注入装置相关联地实现本发明的各个方面,这种离子注入装置包括但不限于图2的示例性系统。
[0025] 离子注入系统200包括源端202、束线组件204以及终端站206,终端站206形成处理室,在该处理室中,离子束208被导向工件210的位置。源端202中的离子源214由电源212供电以向束线组件204提供引出离子束208,其中,离子源214包括一个或多个引出电极(未示出)以从源室引出离子并由此将引出的离子束208导向束线组件204。
[0026] 束线组件204可以包括束导件(beamguide)216及质量分析仪器218,束导件216具有在离子源214附近的入口和具有分辨孔径(resolving aperture)220的出口,质量分析器218接收引出的离子束208并建立偶极磁场以使具有适当的质能比或适当的质能比范围的离子通过(例如,经质量分析的离子束208具有期望质量范围的离子)。束导件216引导经质量分析的束208通过分辨孔径220到达工件210,工件210可以安装在与终端站206相关联的工件扫描系统222的可移动平台224上。
[0027] 图2中所示的终端站206包括“顺序”型终端站,其提供真空处理室,在该真空处理室中,沿着束路径支撑工件210(例如,半导体晶片、显示面板或其它衬底)以使用离子进行注入。根据本发明的一个示例性方面,离子注入系统200提供基本上静止的离子束208(例如,也被称作“点状束”或“笔状束”),其中,工件扫描系统222通常(例如,经由支托或支撑工件210的可移动平台224)相对于静止的离子束208沿两个基本上正交的轴平移工件210。
[0028] 束聚焦装置226配置为在注入期间离子束208在工件210的表面上移动时以时变的方式改变(例如,连续改变)离子束208的束电流密度(例如,横截面形状)以获得分别具有不同束电流轮廓的多个不同的瞬时离子束电流密度。因为改变离子束的束电流密度提供了具有多个不同的瞬时离子束电流轮廓的离子束,因此以较高频率连续改变离子束电流密度使得束轮廓在不同的束轮廓之间改变,从而导致各个束轮廓的时间平均,由此增加束电流和注入剂量的均匀度。
[0029] 应认识到,一个或多个束聚焦/成形元件228可以位于沿着离子注入系统的束线的任何位置处。例如,在各种实施例中,束聚焦装置226可以包括一个或多个束聚焦/成形元件228,其位于终端站206、束线组件204和/或源端202内,并且配置为当将离子束传输至工件
210时实现对离子束208的束电流密度的改变(例如,配置为改变离子束的聚焦特性)。例如,在图2所示的实施例中,聚焦/成形元件228可操作地耦合到终端站206(例如,位于终端站
206内)。在备选实施例中,聚焦/成形元件228可操作地耦合到(例如,位于)终端站上游的位置(例如,位于沿着束线组件204和/或源端202的任何位置)。
[0030] 在一个实施例中,聚焦/成形元件228可操作以在扫描系统222沿着快速扫描方向平移工件210时改变离子束208的横截面形状。由于离子束的形状可以与束电流密度相关联,因此改变离子束的形状可以改变束电流密度。因此,束聚焦装置226提供了离子束的横截面形状的改变,这用于对各横截面形状的束轮廓进行平均,从而减小在单独的(例如,静态的)束横截面形状内相关联的任何束热点(例如,尖峰、峰值)的影响,并因而改善了工件210上的束剂量均匀度。
[0031] 例如,离子聚焦装置226可以配置为使离子束208快速地从在离子束轮廓的中间引起束电流尖峰的横截面形状改变为不会在离子束轮廓的中间引起束电流尖峰的另一横截面形状,从而导致了具有时间平均束电流密度的离子束,在离子束轮廓的中间处束电流尖峰的幅度减小。因此,当离子束在工件上扫描时以时变的方式来快速地改变离子束的横截面形状导致使电流尖峰减小的平均离子束电流密度。
[0032] 在一个实施例中,时变电源230耦合到束聚焦/成形元件,并且配置为提供时变信号(例如,时变电压、时变电流)以驱动束聚焦/成形元件228的操作。在一个具体实施例中,时变信号提供给束聚焦/成形元件228,配置为操作包括磁四极子的束聚焦元件,以产生时变磁场,该时变磁场(例如当离子束在工件210上扫描时)作用于离子束208从而使该离子束的束电流密度随时间改变。
[0033] 在一个实施例中,束聚焦装置226可以配置为重复地调整离子束的聚焦,直到与离子束相关联的预测剂量均匀度指示比预定的注入均匀度标准“好”的束均匀度为止。在一个实施例中,注入的预测剂量均匀度可以由束聚焦装置根据测量的束电流密度轮廓来计算,并与预定的注入均匀度标准相比较。如果预测剂量均匀度不违反预定的注入均匀度标准,则注入可以继续进行。然而,如果预测剂量均匀度确实违反了预定的注入均匀度标准,则聚焦装置226可以动态地调整,直到预测的均匀度不违反预定的注入均匀度标准为止。
[0034] 例如,束聚焦装置226可以配置为根据与第一静态聚焦值相对应(例如,与提供给一个或多个束聚焦元件226的信号幅度相对应,与一个或多个束聚焦元件226的聚焦强度相对应)的所测量束电流密度轮廓来计算注入的第一预测剂量均匀度,并且将计算出的第一预测剂量均匀度与预定的注入均匀度标准进行比较。如果计算出的第一预测剂量均匀度不违反预定的注入均匀度标准,则注入可以继续进行。如果计算出的第一预测剂量均匀度确实违反预定的注入均匀度标准,则聚焦装置226可以调整到第二静态聚焦值。然后,束聚焦装置226可以根据与第二静态聚焦值相对应的所测量束电流密度轮廓来计算注入的第二预测剂量均匀度,并且将计算出的第二预测剂量均匀度与预定的注入均匀度标准进行比较。如果计算出的第二预测剂量均匀度不违反预定的注入均匀度标准,则注入可以继续进行。
然而,如果计算出的第二预测剂量均匀度确实违反预定的注入均匀度标准,则束聚焦装置
226的聚焦值可以设置为使其离子束聚焦在第一静态聚焦值与第二静态聚焦值之间动态改变。
[0035] 图3a和3b更具体地示出了当离子束在工件的表面上扫描时由于离子束的横截面形状的示例性改变而可能发生的束电流密度的改变,以便对各横截面形状电流轮廓的束电流密度进行平均并且减小离子束热点的影响。应认识到,离子束的横截面形状的改变是可以改变离子束的束电流密度的一种方式,但是并不旨在作为可以改变束电流密度的方式的限制性示例。还应认识到,本文中提及的离子束的“横截面形状的改变”可以包括离子束的横截面形状的任何改变。例如,改变束的横截面形状可以包括使得离子束更大、更小、更宽或更窄。
[0036] 图3a示出了从离子束的轨迹的角度来看在工件304上扫描的示例性离子束路径302的平面图300,其中示出了离子束的横截面形状在沿着路径302的特定位置处的变化。具体地,在三个不同的示例性位置306、308、310处示出了离子束,这三个不同的示例性位置
306、308、310分别代表在三个不同时间段离子束相对于工件304的位置。以虚拟的方式示出了在这三个示例性位置中的每一个位置处的离子束,其代表在扫描期间一个或多个束聚焦/成形元件改变离子束横截面形状时离子束的三个示例性横截面形状。
[0037] 如图3a所示,离子束的横截面形状的改变可以在任意一个或多个方向上发生。在一个实施例中,束聚焦装置可以改变离子束的长度和/或宽度。如上所述,(例如,通过聚焦的变化)改变离子束的横截面形状导致束电流密度的改变,从而产生离子束的电流的时间平均(例如,三个虚拟圆圈的区域上束电流的时间平均,从而实质上形成延伸的椭圆形状)。
[0038] 此外,当在一个实施例中沿着快速扫描轴314的快速扫描的扫描速度是第一扫描频率(例如,1-2Hz)时,束聚焦装置可以配置为以第二频率来改变离子束的横截面形状,其中,第二频率(例如,50-100Hz)实质上大于第一频率。例如,通过将横截面形状变化的频率设置为远远大于束/晶片扫描频率的频率,束轮廓的改变不会在注入的剂量空间分布中产生相干空间结构,而是对束电流具有整体平滑的效果并且改善注入的剂量均匀度。在一个实施例中,束形状调节频率与快速扫描频率之比大于10。
[0039] 在一个实施例中,离子束的横截面形状可以沿着方向不同于快速扫描方向的轴改变,从而产生具有修改的有效高度的时间平均离子束。例如,沿实质上平行于慢速扫描方向的方向延伸离子束的形状允许具有较大高度的时间平均离子束,这允许较大的扫描间距,并且因此允许较高的工具生产率和/或剂量均匀度的改善。结合图3b最佳地理解该特征,其中,第一束形状308a具有第一尺度316,而第二束形状308b具有较大的第二尺度318,从而导致沿着慢速扫描方向312具有增大尺度的时间平均束。慢速扫描方向312上的较大有效束形状允许较大的扫描间距320(图3a)。因此,本文提供的方法和装置可以允许减少数量的扫描行来完全扫描工件304,或者以相同或略大数量的扫描行提供改善的剂量均匀度。
[0040] 图4a-4e示出了当离子束在工件上扫描时通过快速地改变离子束的横截面形状(即,通过产生对多个单独的离子束横截面形状的束电流轮廓进行的时间平均束轮廓)而获得的离子束轮廓平滑效果。
[0041] 如上所述,改变离子束的横截面形状将随着时间的推移针对离子束提供具有不同束轮廓的多个不同的瞬时束电流密度。例如,第一横截面束形状可以具有在沿着束轮廓的第一位置处具有尖峰的第一束轮廓,而第二横截面束形状可以具有在沿着束轮廓的第二位置处具有尖峰的第二束轮廓,其中,第二位置不同于第一位置。例如,图4a示出了入射到工件400上的第一离子束形状402。图4c示出了与第一离子束形状402相关联的束电流轮廓408,该束电流轮廓408包括在位置P1处幅度为A1的电流峰值/尖峰。图4b示出了入射到工件
404上的第二离子束形状406。图4d示出了与第二离子束形状406相关联的束电流轮廓410,该束电流轮廓410包括在位置P2处幅度为A2的电流峰值/尖峰。
[0042] 快速地改变离子束的横截面形状可以使束电流密度在不同的束轮廓之间改变,从而导致(例如,通过对尖峰和其它尖锐特征进行平均)减小了束电流轮廓中尖峰的时间平均束轮廓。换言之,从具有在第一位置P1处具有较大尖峰的电流轮廓的离子束形状402改变为具有在不同的位置P2处具有较大尖峰的电流轮廓的离子束形状406使电流尖峰在相对短的时间段内出现在不同的位置处,从而减小了时间平均束电流轮廓中的电流尖峰。例如,图4e示出了具有束电流轮廓408和410的时间平均的时间平均束电流轮廓412。时间平均束电流轮廓包括在位置P2处幅度为A’2的电流峰值/尖峰和在位置P1处幅度为A’1的电流峰值/尖峰,其中,A’2小于A2,并且A’1小于A1。
[0043] 因此,通过快速地改变离子束的横截面形状,束可以使用具有束电流轮廓的多个不同束电流密度来对工件曝光。虽然单独的束形状都无法提供“良好的”束电流轮廓(例如,具有最小电流尖峰),但是通过快速地从一个束电流轮廓改变为另一束电流轮廓,工件被施加以这些不同束电流轮廓的平均,从而增加由离子束提供的注入剂量的均匀度。因此,当使离子束在工件上扫描时快速地改变离子束的横截面形状产生了与由单独的形状产生的任何束轮廓相比具有更期望的束轮廓的离子束。
[0044] 图5是示出了使用静电四极子利用不同的垂直聚焦电极电压产生的垂直束轮廓的图形500(在y轴上示出了束电流,并且在x轴上示出了离子束的高度)。具体地,图5示出了改变聚焦元件的聚焦强度可能对束电流轮廓的束电流密度和离子束的束电流造成的影响。
[0045] 例如,束轮廓趋势线504和506示出了由束聚焦装置静态地操作的离子束的束电流。具体地,该图形示出了与静电四极子的调谐板上的最大电压相对应的束轮廓趋势线506以及与静电四极子的调谐板上的最小电压相对应的束轮廓趋势线504。与最大电压和最小电压相对应的束轮廓的峰值分别提供了相对尖锐的峰值。
[0046] 相比之下,束轮廓趋势线502示出了由束聚焦装置动态地操作的离子束的束电流轮廓(例如,其横截面形状由于束聚焦装置从最大电压改变为最小电压而随时间改变)。束轮廓趋势线502具有平均束电流密度,其中束电流尖峰相对于由单独的静态束轮廓中的任意一个所产生的束电流尖峰减小。
[0047] 应认识到,平滑效果可以随聚焦元件的聚焦强度的变化而变化。例如,如果形成图形500时使用的垂直聚焦电压的范围较小(例如,+/-10%),从而导致离子束的束电流密度相对较小的改变,并因而导致对束电流相对较小的平滑效果。
[0048] 图6是示出了束电流轮廓506和时间平均束电流轮廓502的梯度(即,斜率)的图形。趋势线604是针对在调谐板上具有最大电压的静电四极子的离子束轮廓的梯度(与束电流轮廓506相对应)。(例如,通过以改变束的横截面形状的方式对束中的束电流进行平均来圆滑轮廓)改变离子束的束电流密度导致趋势线602(与束电流轮廓502相对应),趋势线602一般具有低于趋势线604的平均值的平均值。
[0049] 本文提供的束聚焦装置可以包括可操作来如上文结合图2-4所述聚焦离子束的任何类型束聚焦元件。图7a-7d示出了可以用于如在此所述改变离子束的束电流密度的束聚焦元件的多种非限制性实施例。
[0050] 图7a示出了本文提供的离子束聚焦装置700的一个实施例,包括螺线管706,螺线管706具有环绕离子束708的多个绕组。时变电源704耦合到螺线管706以提供时变信号(例如,电压、电流),时变信号使螺线管706产生时变磁场。
[0051] 图7b示出了本文提供的离子束聚焦装置710的备选实施例,包括四极磁体,四极磁体具有设置在离子束线周围的四个电磁体712a-712d。时变电源704耦合到电磁体712a-712d,并且配置为提供时变信号(例如,电压、电流),时变信号使电磁体712a-712d产生一个或多个时变磁场,其中,当使离子束在工件上扫描时,该一个或多个时变磁场作用于离子束以改变该离子束的束电流密度。虽然在图7b中示出了具有四个电磁体的四极磁体,但是应认识到,具有多个电磁体的多极磁体也可以用作束聚焦装置。
[0052] 图7c示出了本文提供的离子束聚焦装置714的备选实施例,包括抑制电极,抑制电极具有一对导电聚焦调整电极或极板716a和716b,这对导电聚焦调整电极或极板716a和716b位于离子束708的横向侧并且基本上平行于束路径延伸。时变电源704与电极716a和
716b耦合,并且配置为向聚焦调整电极提供时变(例如,共模)电势,从而在极板716a和716b与环绕结构(未示出)之间产生时变电场,当离子束在工件上扫描时该时变电场改变束电流密度。
[0053] 图7d示出了本文提供的离子束聚焦装置718的备选实施例,包括静电透镜。具体地,图7d示出了一种静电透镜,包括绕离子束708延伸的导电单透镜(Einzel lens)720(例如,单个透镜电极)以及向单透镜720提供时变电势的时变电源704。可以使用时变电压来激励单透镜720,以在单透镜720的入口和出口处产生时变电场,以调整经聚焦调整的离子束708的聚焦特性。
[0054] 图8和9示出了表示用于当束在工件的表面上扫描时通过改变离子束的束电流密度来改善电流注入的剂量均匀度的方法的流程图800和900。虽然在下文中将这些方法800和900示出和描述为一系列动作或事件,但是本公开并不局限于所示出的这些动作或事件的顺序。例如,一些动作可以以不同的顺序发生,和/或与除了本文示出和/或描述的动作或事件以外的其它动作或事件同时发生。此外,并非所有示出的动作都是必需的,并且波形形状仅是示例性的,其它波形可以与所示出的波形明显不同。此外,可以在一个或多个不同的动作或阶段中执行本文描述的动作中的一个或多个。
[0055] 图8是示出了在二维扫描系统中当离子束在工件上扫描时通过改变离子束的束电流密度来改善离子束电流和工件上的剂量均匀度的方法800的流程图。
[0056] 在802,提供离子束。可以沿着束线将离子束导向终端站,该终端站配置为支托或支撑工件。
[0057] 在804,当离子束在工件上扫描时通过改变离子束的束电流密度来产生时间平均的离子束电流轮廓。可以通过以时变的方式快速地改变离子束的束电流密度以获得具有不同束电流轮廓的多个不同束电流密度,来产生时间平均的离子束电流轮廓。在一个实施例中,可以通过使离子束的形状在具有不同束电流密度的不同横截面形状之间改变,来产生时间平均的束电流轮廓。应认识到,通过产生这样的时间平均离子束,时间平均束电流具有由此产生的束轮廓,该束轮廓与任意单独横截面形状的束轮廓相比产生更均匀的剂量分布。在一个实施例中(如框806所示),可以产生被配置为控制束聚焦装置的时变电压并将其提供给一个或多个束聚焦装置,从而以时变的方式改变离子束的束电流密度。
[0058] 在808,将时间平均的离子束电流轮廓应用于工件。在一个实施例中,可以通过将具有快速改变的横截面形状的离子束导向工件处,来将时间平均的离子束电流轮廓应用于工件。在一个实施例中,将时间平均的离子束电流轮廓应用于工件可以包括相对于时间平均离子束以二维的方式(例如,沿着具有快速扫描方向的快速扫描轴以及沿着具有慢速扫描方向的慢速扫描轴,其中,慢速扫描方向基本上正交于快速扫描方向)移动配置为支托工件的终端站。
[0059] 图9是示出了在二维扫描系统中当离子束在工件上扫描时通过改变离子束的束电流密度来改善工件上的剂量均匀度的更详细的方法900的流程图。
[0060] 在902,提供离子束。可以沿着束线将离子束导向终端站,该终端站配置为支托或支撑工件。
[0061] 在904,将聚焦装置设置为第一静态聚焦值。在一个实施例中,第一静态聚焦值可以对应于提供给一个或多个聚焦元件的信号幅度(例如,聚焦电压)。在另一实施例中,第一静态聚焦值可以对应于一个或多个聚焦元件的聚焦强度。静态聚焦值导致离子束的束电流密度的改变,因而可以提供对束电流的平滑效果。
[0062] 在906,测量束的束电流密度轮廓,并且计算预测剂量均匀度并将其与注入均匀度标准进行比较。在一个实施例中,至少在慢速扫描方向上测量束电流密度轮廓。
[0063] 参照框908,如果计算出的预测剂量均匀度不违反注入均匀度标准(例如,不低于注入均匀度标准),则它是可接受的,并且注入可以在910处继续进行。如果计算出的预测剂量均匀度确实违反注入均匀度标准(例如,低于注入均匀度标准),则它是不可接受的,并且在912将聚焦装置调整到不同的第二静态聚焦值。
[0064] 在914,再次测量束电流密度轮廓,并且计算第二预测剂量均匀度并将其与注入均匀度标准进行比较。参照框916,如果计算出的第二预测剂量均匀度是可接受的,则注入可以在918继续进行。如果计算出的第二预测剂量均匀度系是不可接受的,则可以在920将聚焦元件设置为在第一静态聚焦值与第二静态聚焦值之间动态改变。
[0065] 在924,再次测量束电流密度轮廓,并且计算第三预测剂量均匀度并将其与注入均匀度标准进行比较。参照框924,如果计算出的第三预测剂量均匀度是可接受的,则注入可以在926继续进行。如果计算出的第三预测剂量均匀度是不可接受的,则该方法可以去往步骤912。方法900中所示的处理可以如上所述重复进行,直到达到可接受的预测均匀度为止。
[0066] 虽然已经在上文中针对一些方面和实施方式示出和描述了本公开,但是应认识到,本领域技术人员在研读和理解本说明书和附图以后,将清楚等同替换和修改。特别是对于由上述部件(组件、设备、电路、系统等)执行的各个功能,除非另外说明,否则用于描述这些部件的术语(包括对“装置”的提及)应对应于执行所描述部件的指定功能的任何部件(即,功能上等同),即使在结构上不等同于在本文所示的本公开示例性实施方式中执行该功能的所公开结构。在这一点上,还将认识到,本公开可以包括计算机可读介质,该计算机可读介质具有用于执行本公开各个方法的步骤的计算机可执行指令。此外,虽然本公开的特定特征可能已经参照若干实施方式中的仅一个实施方式予以了公开,但是该特征可以与其它实施方式中的一个或多个其它特征相结合,这对于任何给定或特定应用而言可能是期望且有利的。此外,就在详细描述或权利要求中使用术语“包含”、“含有”、“拥有”、“具有”、“有”及其变形而言,这些术语旨在是开放性的,类似于术语“包括”。此外,本文中使用的术语“示例性(的)”仅意味着示例,而不是最佳的执行者。
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