CN1954403A - 转盘式离子注入机上的原位监视 - Google Patents

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Abstract

本发明针对在离子注入期间对离子注入***中的颗粒和其他类似特征的原位检测。公开了一个或多个用于检测一个或多个由光源(如激光束)照射的半导体晶圆上的颗粒所散射的光的***。该***包括离子注入机，该注入机具有用于照射晶圆上的点的激光器以及旋转方向与离子注入操作相反的一对检测器(如PMT或光电二极管)。计算机分析来自被照射晶圆(工件)的检测的散射光强度。可以识别晶圆上的颗粒或其它这类污染物，并协助确定这类污染物的来源。另外，对这类颗粒的数量或尺寸的阈值分析可以为停机或反馈控制提供***联锁。

Description

转盘式离子注入机上的原位监视
技术领域
本发明一般涉及离子注入***，更具体地，涉及在在离子注入期间和这类***中监视污染物颗粒、特征和特征损坏、温度和其他这类可检测量。
背景技术
离子注入***用于将杂质(称为掺杂剂元素)注入半导体基片或晶圆(通常称为工件)。在这类***中，离子源将所希望的掺杂剂元素离子化，并且，以离子束的形式从该离子源提取离子化的杂质。将离子束导入各工件的各部分(例如，让离子束扫过上述各部分)，以便将离子化的掺杂剂注入工件内。掺杂剂离子改变了工件的成份，从而使得它们拥有所希望的电气特性，而这些特性可能有助于在基片上形成特定半导体器件(如晶体管)。
电子器件持续变小的趋势刺激厂商将数目更多的尺寸更小、功能更强和能效更高的半导体器件“封装”到各个晶圆。另外，在更大的工件上制造半导体器件，以提高产品的产量。例如，正在利用直径为300毫米或更多的晶圆，以便在单个晶圆上生产更多器件。从而，有必要对半导体制造过程(包括离子注入)进行认真的监视和控制。
然而，离子注入机或其它的离子束设备(例如，线性加速器)的操作可能会导致污染物颗粒的产生，在某些情况下，这些颗粒可能会附着到晶圆上。污染物颗粒的尺寸可小于1μm。通常通过将晶圆放入离子注入之前和之后使用的颗粒检测工具来测量在注入期间附着到晶圆的颗粒。检测工具的工作消耗了额外的投资，花费了额外的时间，并可能使晶圆受到另外的污染。
这样的晶圆是比较昂贵的，因而，非常希望减轻浪费(例如，在进行离子注入后，在投入时间和资源后，由于检测出污染物颗粒而不得不丢弃整个晶圆)。另外，在离子注入后进行检测使得难以在这类需要许多步骤来完成的过程中对颗粒及其他污染物进行跟踪。另外，希望将传统检测工具的使用减到最小，因为它们也可能成为污染的来源，并消耗了更多的时间和资源。
发明内容
以下给出了一个简要的总结，以便让读者基本理解本发明的一个或多个方面。该总结不是对本发明的详尽概述，也不期望其给出本发明的要点或关键要素，同时，它也不限定本发明的范围。相反，该总结的主要目的是以简化的方式给出本发明的某些概念，作为随后提出的更详细描述的先导部分。
本发明针对注入期间对单个晶圆或批量离子注入***中的颗粒与其他这类特征的监视，以避免离子注入之前和之后进行的额外的检测工具步骤。提供多个装置来检测从光源(如激光源)散射的光。例如，利用单个晶圆或转盘式的批量离子注入***的靶室中的激光散射，可以在离子注入期间检测晶圆(工件)表面上的颗粒。可以用盘的旋转和/或线性扫描来扫描所有晶圆上的所有的点。以这种方式，便可以监视注入过程，使得晶圆中注入的离子浓度更为均匀和使污染物颗粒与检测工作为最少。
根据本发明的一个或多个方面，该***包括批量离子注入机，该注入机具有用于对晶圆上的点进行照射的激光器以及一个或多个(如一对)旋转方向与离子注入操作相对的检测器(如PMT或光电二极管)。在本发明的一个实施方式中，靶室中的转盘传输装置承载一批晶圆，以便在上述固定激光点下对这些晶圆进行旋转扫描(x轴)，同时，线性传输装置在这些晶圆的整个高度上对它们进行扫描(y轴)。在本发明中，离子注入机和原位检测***均使用同一旋转和线性扫描运动。
本发明还包括计算机或另一种这样的处理器(用于分析来自被照射晶圆的散射光的强度)。计算机将所检测的光映射到由编码器计数(与所扫描的晶圆的旋转和线性传输位置相关)确定的独特位置。在本发明的另一方面中，该处理器对映射到工件上的独特位置的光进行分析，以确定与晶圆的颗粒、刮痕、特征、特征损坏或温度对应的光的图案。在本发明的另一方面中，可以在划分(binning)过程中用散射光的幅值来检测颗粒的存在和估计这些颗粒的尺寸，其中，该散射光的幅值与基线颗粒(baseline particle)的散射光幅值相关。根据需要，还可以用这样的划分来确定颗粒的来源。
在本发明的另一方面中，对这类颗粒的数量或尺寸的阈值分析可以为离子注入的停机或反馈控制提供***联锁。以这种方式，在离子注入期间，在耗费额外的时间和资源以前，可以识别晶圆上的颗粒或其它这类污染物，以协助确定这类污染物的来源。
在该激光器和离子束的下游也引入了靶室或加工室，以便使一个或多个工件朝向上述激光器和离子束所指的方向。最后，原位监视***的检测器包括一个或多个透镜、滤光片和与线性运动对准的狭缝，以便让成像到检测器的散射光通过和屏蔽来自光源(如激光)的镜面反射光，以避免使上述检测器饱和。本发明的一个实施方式提供了一对安装在激光源的相对两侧的这样的检测器，以将来自散射光的测量信号最大化、提供改进的检测透视图和增加检测分辨率。
根据本发明的另一方面，公开了单个工件的一维或二维扫描***，该***具有与其相关的原位颗粒检测和/或监视***。该***包括用于为工件提供扫描传输的传输装置和原位监视***。该监视***包括光源和检测器，所述光源配置成向工件的至少一部分提供照射，且所述检测器适于捕获来自工件的被照射部分的散射光。根据该散射光，可得出有关颗粒在***中的存在性的结论。
根据本发明的一个或多个其它方面，公开了一种原位监视***，该***适于检测转盘式批量离子注入机中一个或多个工件上的污染物颗粒。该***包括离子注入机和原位监视***，所述离子注入机用于产生离子束和将该离子束引向下游的靶室内承载的工件，而所述原位监视***适于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒或特征。该监视***也包括：靶室中装载的一个或多个工件；用于向这些工件提供旋转运动的、包含径向扫描位置的编码器计数的旋转扫描传输装置；用于向这些工件提供往复直线运动的、包含线性扫描位置的编码器计数的线性扫描传输装置。该监视***还包括：光源，用于向这些工件的一部分提供固定的照射光束；检测器，用于捕获来自工件的被照射部分的散射光。最后，该监视***包括处理器，该处理器用于分析检测出的、来自被照射工件的散射光的强度，和用于将检测出的光映射到由编码器计数(与所扫描的工件的旋转传输位置和线性传输位置有关)确定的独特位置。
为实现上述和有关目标，以下描述和附图详细地示出了本发明的某些说明性方面和实现方式。这些方面和方式仅指出了本发明的原理可采用的各种方法之中的其中一些方法。通过阅读本发明的以下详细说明(结合附图来考虑)，可以更清楚地理解本发明的其他方面、优点和特征。
附图说明
图1的框图示出了根据本发明的一个或多个方面的、具有原位监视***的离子注入***的各个部件，所述监视***用于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒；
图2的更详细框图示出了根据本发明的一个或多个方面的、具有原位监视***的离子注入***的各个部件，所述监视***用于在注入期间检测一个或多个工件上的颗粒；
图3的截面侧视图示出了根据本发明的一个或多个方面的、具有原位监视***的离子注入***的各个功能性方面和部件，所述监视***用于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒；
图4的截面侧视图示出了根据本发明的一个或多个方面的示范性离子注入与原位监视***；
图5的截面侧视图示出了另一种根据本发明的一个或多个方面的示范性离子注入与原位监视***；
图6A、6B和6C的截面侧视图、主视图和截面俯视图分别示出了原位监视***的示范性检测器组件，在该组件中，实现了本发明的一个或多个方面；
图7和图8是一种在根据本发明的一个或多个方面的转盘式批量离子注入***中使用的示范性原位监视***的靶室部分的各个部件的透视图，所述监视***与图4和图5中的***类似，并用于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒；
图9和图10的透视图示出了用于根据本发明的一个或多个方面的、图7和图8中的原位监视***部件的检测器组件；
图11的透视图示出了根据本发明的一个或多个方面来检测散射光的、用于图9和图10中的检测器组件的示范性PMT监测器和光学器件；以及
图12的透视图示出了用于图7-10中所示的检测器组件的示范性激光束清除部件(dump)，用于衰减镜面激光。
具体实施方式
现在，将结合附图来描述本发明，在附图中，相似的附图标记用于表示相似的元件。在性质上，这些附图和随后的描述是示范而非限制性的。从而，应当理解，除本文所说明的内容外，所说明的***与方法的变体和其他这类实现方式均认为落在本发明和附录的权利要求书的范围内。
本发明涉及在离子注入***中在离子注入期间检测由一个或多个工件上的颗粒或其它这类可检测特征和数量产生的散射光，以确定离子注入中这些颗粒的来源和成因。示出了多个装置。这些装置用于检测来自由光源(如激光源)进行照射的工件(如晶圆)的散射光。例如，将检测出的来自散射光的光强度或光子数目映射到各晶圆上的激光照射点的X-Y位置。然后，处理器(如计算机)分析检测出的散射光与颗粒、特征甚至工件的热曲线(thermal profile)对应的图案。通过旋转和周期性的往返移动晶圆，或是在固定的激光束下移动晶圆，便可以在加工室或靶室的一个位置照射和完整地监视各晶圆的所有部分，同时在另一个位置上注入离子。因而，可以有利地节省监视时间，而不存在额外的处理成本或固有的污染风险。
还可用所分析的图案信息和/或颗粒检测结果来对***进行联锁，或者，如果在晶圆上检测到达到临界阈值水平的颗粒，则可提供反馈来停止离子注入操作。本发明的这个工作方面可以减少在其他情况下将消耗和浪费的额外时间与资源。
在本发明的一个方面中，可以在颗粒排查过程中采用该***，在该过程中，改变一个或多个结构变量或注入过程变量，并结合这些变量来监视这些颗粒的生成。在这样的背景下，人们可以确定某些物理或过程变量是否为产生颗粒的原因。而且，结合划分过程来确定颗粒污染物尺寸，可以研究和/或确认各种颗粒的产生方式或成因。
首先参考图1，其中以框图的形式示出了适于实现本发明的一个或多个方面的离子注入和监视***100。***100包括离子注入机102，用于产生可以以离子束104的形式来提取的一定数量的离子。离子注入机102一般包括离子源和电源，所述离子源具有气体源，离子便从该气体源产生，而所述电源则促进了从气体至离子的转化。
离子注入***100还包括靶室110，用于接纳通过离子束组件(未示出)导入的离子束104。靶室110支持诸如半导体晶圆(未示出)的一个或多个工件，以供离子束104进行离子注入。靶室110包括目标扫描***(未示出)，该***用于扫描一个和多个目标工件或使这些工件与离子束104相对于彼此平移。该目标扫描***可以为批量或连续离子注入提供工作参数或对象，而这在给定情况下是人们所希望的。尽管在当前的实例中使用术语靶室，但应当懂得，正如人们将理解的，需要将术语靶室广义地理解为包括任何类型的注入加工室。所有这类加工室均认为落在本发明的范围内。
另外，根据本发明，原位监视***120在工作中连接到靶室110，以在离子注入期间检测一个或多个工件的颗粒、特征或温度。监视***120可包括光电倍增管(PMT)或光电二极管(未示出)，当受到扫描的晶圆通过固定的照射光束(未示出)时，上述器件可用于检测来自一个或多个这些晶圆上的照射点的散射光强度。根据本发明的一个或多个方面，可以显示检测出的散射光，以便让操作员确认颗粒，和/或可分析检测出的光(例如，通过处理器-未示出)来确定与颗粒对应的光的图案。尽管***120可用于在离子注入期间监视或检测颗粒，但是，应当懂得，根据本发明，也可以在离子注入之前、之中或之后完成监视。另外，对于批量***，尽管采用单个的空白测试晶圆来分析颗粒，但是，考虑到额外的散射可能是制造在所生产的晶圆上的特征的函数，因而也可以评估所有这些晶圆来确定颗粒的有关情况。
图2的框图进一步示出了适于实现本发明的一个或多个方面的离子注入与监视***200。***200包括离子注入机202，该离子注入机用于产生可以以离子束204的形式提取的一定数量的离子。离子注入机202可包括离子源、气体源和电源，其中，离子从离子源和气体源中生成，而电源则有助于从气体生成离子。
离子注入***200还包括靶室210，该靶室用于接纳通过射束线组件(beamline assembly)(未示出)导入的离子束204。靶室210支持一个或多个诸如半导体晶圆(未示出)的工件，以供离子束204进行注入。靶室210包括目标扫描***(未示出)，该***用于扫描一个和多个目标工件或使这些工件与离子束204相对于彼此平移。该目标扫描***可以为批量或连续离子注入提供工作参数或对象，而这在给定情况下是人们所希望的。
另外，根据本发明，原位监视***220在工作中连接到靶室210，以在离子注入期间检测一个或多个工件的颗粒、特征或温度。监视***220可包括光电倍增管(PMT)或光电二极管(未示出)，当受到扫描的晶圆通过固定的照射光束(未示出)时，上述器件可用于检测来自一个或多个这些晶圆上的照射点的散射光强度。
根据本发明的一个或多个方面，可以将检测出的散射光映射成X-Y扫描运动数据和显示该散射光，以便让操作员确定颗粒的有关情况，和/或通过处理器或计算机230来分析检测出的光，以确定与晶圆236上的颗粒232或其它特征234对应的光的图案。尽管***220可用于在离子注入期间监视或检测颗粒234，但是，应当懂得，根据本发明，可以在离子注入之前、之中或之后完成监视。
根据本发明的另一个方面，X-Y扫描运动数据是从旋转和线性扫描编码器计数中获取的。旋转驱动(扫描)马达240向诸如转盘式离子注入机的靶室210中的盘(未示出)提供旋转驱动。旋转编码器245连接到旋转驱动马达240，并提供表示晶圆的X运动247的旋转编码器计数246。线性驱动(扫描)马达250向诸如转盘式离子注入机的靶室210中的盘(未示出)提供线性传输。线性编码器255连接到线性驱动马达250，并提供表示晶圆的Y运动257的线性编码器计数256。或者，编码器245、255可根据需要提供极坐标形式的r(幅值)和θ(角度)坐标或其他格式的数据。
本发明的处理器或计算机230将检测出的散射光映射成分别表示晶圆的X运动247和Y运动257的旋转编码器计数246与线性编码器计数256。然后，计算机230以与晶圆236相关的图像数据的像素形式来显示检测出的光与运动数据之间的映射。根据本发明的另一个方面，该计算机分析晶圆图像数据，以识别与晶圆的颗粒232、特征234或热分布图对应的光的图案和/或对这些图案进行计数。在本发明的另一方面中，如果任何晶圆或晶圆区域中的颗粒超过可接受的计数，则可用确定颗粒的计数的上述分析来触发警报260或另一种类似的***联锁，其中，所述警报或联锁用于使***停机。
另外，处理器230可用于根据检测出的散射光而将检测出的颗粒划入多个划分组别。例如，通过执行基线散射过程，可扫描若干已知颗粒(如尺寸已知的聚苯乙烯球)来识别某一范围(在该范围中，为上述颗粒检测散射光)。然后，当在本***中检测颗粒时，可以识别该散射光的幅值，并可以得出结论，即因为上述幅值落在预定的范围内，因而检测出的颗粒与该范围内的已知颗粒相关。也就是说，人们可以得出这样的结论：尽管上述两者的尺寸不完全相等，但由于检测出的颗粒提供了与已知颗粒等效的散射特性，因而可据此对其尺寸进行估计。
图3示出了根据本发明的、类似于图1和图2中的***的、具有原位监视***的离子注入***300的功能性方面和部件，所述原位监视***用于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒。离子注入和监视***300包括离子注入机302和原位监视***320，所述注入机用于将离子束304引向靶室310中承载的一个或多个工件30。***320包括光源322(如激光器)，该光源通过光纤324将激光束323引向靶室310中承载的一个或多个工件308。
原位监视***320的激光束323照射工件308的其中一个工件上的点，以产生由检测器组件328接收的散射光326。可以进一步通过检测器接口329来调节检测出的散射光326的信号，以供计算机处理器330进行显示和分析。如结合图1和图2所述的一样，处理器330将所检测的散射光映射成X-Y扫描运动数据，并显示检测出的光的图案。然后，操作员和/或处理器330分析这些光的图案，以识别与颗粒332或晶圆336上的其它特征对应的光的图案。根据本发明，原位监视***320用于在离子注入期间检测一个或多个工件308上的颗粒、特征或温度。尽管***320可用于在离子注入期间监视或检测颗粒334，但是，应当理解，根据本发明，可以在离子注入之前、之中或之后完成监视。
***300的离子注入机302还包括离子源340，所述离子源用于产生以离子束304的形式提取的、通过射束线组件342引向靶室310的一定数量的离子。靶室310支持一个或多个诸如半导体晶圆的工件308，以通过离子束304对这些工件进行离子注入。靶室310包括目标扫描***，该***用于扫描一个或多个工件308或使工件308与离子束304相对于彼此发生平移。例如，本发明的一个实施例使用转盘式晶圆支撑件352来产生旋转扫描运动354，以便对通过固定的离子束304和通过固定的激光束323的所有晶圆进行扫描。该旋转运动使得离子束和激光束能对所有晶圆进行圆周线扫描。为覆盖整个晶圆，为靶室中的一个或多个目标工件308提供线性运动356。该目标扫描***可以为批量或连续注入提供工作参数和/或对象，而这在给定情况下是人们所希望的。
本发明的原位监视***320可包括具有一个或多个检测器360的原位颗粒检测器328，且检测器360包括光电倍增管(PMT)或光电二极管。检测器由法兰362支承，并用于检测来自通过固定的照射光束(如激光)的、所扫描的一个或多个晶圆308上的照射点的散射光326的强度。在本发明的一个示范性实现方式中，晶圆308与晶圆支撑件352的旋转平面成非零角度，且不垂直于激光束323。晶圆的这一非零角度(晶圆308和激光束323之间的非垂直角度)要求在检测器360中设置狭缝，该狭缝既用作激光的镜面反射364的屏蔽，又用作让散射光通往检测器360的窗口。
根据本发明的另一个替代性方面，该***可包括与晶圆支撑件352的旋转平面近似成零度角的晶圆。在这样的实例中，根据需要，可以在检测器360中采用通常为圆形的孔，以对散射光进行检测。我们认为，这样的替代性配置落在本发明的范围内。
在检测器法兰362的下方，检测器组件328的一部分和整个转盘式晶圆支撑件352(包括晶圆308)均设置在抽真空的加工室365内。检测器组件328也包括激光束阱或激光束清除部件366，以衰减激光的镜面反射364，否则，由于抽真空的室365内的反射的缘故，将出现过多的上述镜面反射。
图4和5分别示出了示范性的离子注入***400和500，上述***适于实现图1-3中的本发明的一个或多个方面，即用于在离子注入期间对工件上的颗粒和其他这类特征、温度进行原位监视或检测。因而，将一般地描述这些离子注入***的某些细节，以说明用于本发明的原位监视的示范性***的基本背景。
现在参考图4，在其中，更详细地示出了适于实现本发明的一个或多个方面的示范性离子注入***400。应当注意，尽管图4中的***为低能量***，但是，应当懂得，该***400是作为实例而提供的，且本发明可用于各种类型的离子注入***，并且，认为这些变更方案落在本发明的范围内。***400包括离子源402、射束线组件404和靶室406。可膨胀的不锈钢波纹管组件408(允许靶室406相对于离子束组件404运动)将靶室406和射束线组件404连接在一起。
离子源402包括等离子体室410和离子提取组件412。将能量提供给可离子化的掺杂剂气体，以便在等离子体室410内产生离子。一般产生正离子，但是，本发明也可用于通过源402在其中产生负离子的***。通过离子提取组件412(包括多个电极414)，经由等离子体室410中的狭缝来提取正离子。因此，离子提取组件412用于从等离子体室410中提取由正离子组成的离子束216，并将所提取的离子加速来使它们进入射束线组件404，更具体地说，使它们进入射束线组件404内的质量分析磁体418。
质量分析磁体418包括由具有侧壁424的金属(如铝)离子束导向器(beam guide)确定的通道422中的弯曲离子束路径，并且，由真空泵426对该路径进行抽真空。沿该路径420传播的离子束416受到由质量分析磁体418产生的磁场的影响，以丢弃那些电荷质量比不适当的离子。其中，引入控制电子电路428，以调节该偶极子磁场的强度和方位。通过流经磁体连接器430与磁体418的励磁绕组的电流来控制磁场。控制电子电路428可包括处理器和/或计算机***，以便对***400进行总体控制。
该偶极子磁场使得离子束416沿弯曲的离子束路径420从离子源402附近的第一轨迹或进入轨迹432向通道422出口端附近的第二轨迹或离开轨迹434移动。离子束416的部分436和438(由电荷质量比不适当的离子组成)偏离上述弯曲轨迹，并进入离子束导向器的侧壁424。这样，磁铁418仅允许离子束420中那些具有所希望的电荷质量比的离子完全穿过通道422。
基线组件404也可以包括加速器440。加速器440包括多个电极442(配置和偏置成使离子加速和/或减速，以及使离子束发生聚焦、弯曲和脱去离子束中的杂质)。也可引入剂量测定指示器(如法拉第杯)来检测离子束的样本电流。还可以引入等离子体源446来提供用于中和(正)电荷(否则，用正极性的离子束416进行注入的结果是，在目标工件上累积正电荷)的等离子体簇射(plasma shower)。还可引入真空泵450，以便将加速器440抽真空。
加速器440的下游是靶室406，它包括其上安装有一个或多个晶圆454或其它这类待处理工件的晶圆支撑件或盘452。晶圆支撑件452处于目标平面内，该平面一般设置成垂直于注入离子束的方向(尽管也可将晶圆支撑件设置为处于显著不同于所示和所述的角度)。晶圆支撑件也可采取机械臂的形式，该机械臂能移动晶圆，使其通过离子束或转盘。图4示出了盘状的、通过靶室406处的马达来进行旋转的晶圆支撑件452。从而，当安装到支撑件的晶圆沿圆路径移动时，离子束便轰击在这些晶圆上。靶室406绕点458转动，而点458是离子束的路径460与晶圆454的交点，这使得可以围绕点458来调整上述目标平面。
离子注入***400还包括监视***，该***具有检测器组件470，以便在离子注入之前、之中或之后检测一个或多个晶圆454或其它工件上的颗粒、特征和其他这类可检测量。将监视***470安装在加工室上，使其旋转方向与离子束路径460相对，或是使其处于另一个角度位置。监视***470包括光源472(如由光纤473引向安装在转盘式支撑件452上的一个或多个晶圆454或其它工件的激光源)。
根据本发明，检测器组件470也包括一个或多个检测器474，用于接收来自晶圆254上的由激光472照射的点的散射光。在离子注入期间，安装在晶圆支撑件452上的晶圆454在激光束472下进行旋转和平移，以检测来自晶圆454的整个表面的散射光。然后，在本发明的另一个方面中，将检测出的光映射为与各晶圆对应的X-Y运动编码器的位置(如使用处理器或计算机)，以进行图像显示和/或对颗粒或其它这类特征进行分析。
现在参考图5，它示出了离子注入***500，其中，可以根据本发明的一个或多个方面来调制离子束电流。该***包括离子束源组件502，该组件产生离子并使离子沿某一路径加速形成离子束504。离子束504中的离子穿过某一路径，从离子束源组件502开始，撞击在注入站(implantation station)506处的工件或晶圆526(如硅晶圆)上。在一个典型的注入站处，离子束504撞击硅晶圆526，以有选择地引入对晶圆526进行掺杂的离子颗粒。
在所示的实例中，离子束504沿固定的路径行进。部分地通过硅晶圆526穿越离子束504的有选择移动来维持对离子注入剂量的控制。离子束源组件502可利用微波发生器和/或细丝(filament)来激励离子发生器或电弧室508内部的自由电子。该电子与注入电弧室内部的气体分子发生碰撞，由此产生了离子。将来自电弧室508的所产生的离子加速，并通过提取抑制电极(extraction suppressionelectrode)510使这些离子形成离子束504。部分地由于提取抑制电极510的影响，进入注入站506的离子的初始能量可达到约90KeV。
离子束504通过抽真空的路径进入注入站506。通过真空泵512、514来提供该抽真空路径。构成离子束504的离子进入分析磁体520，该磁体使这些带电离子朝注入站506弯曲。由于离子与通过分析磁体520建立的磁场的相互作用，丢弃了那些具有多个电荷的离子和具有错误原子量的不同种类的离子。在穿越分析磁体520与注入站506之间的区域的离子撞击到注入站506处的晶圆以前，由加速电极522将这些离子加速到更高能量。引入等离子体源516，以便将离子束504浸没在用于减少正电荷的中和等离子体中，否则，这些正电荷便会在目标工件上累积。
控制电子电路(未示出)监视到达注入站506的注入剂量，并根据注入站506处的硅晶圆526的所希望的掺杂水平来增加或降低离子束浓度。这可以包括利用与离子束相交的法拉第杯524来监视离子束剂量。注入站506包括用于晶圆526的可移动晶圆支撑件532。在装载可移动支撑件532期间，通过机器臂530从晶圆盒取出晶圆，并通过预真空锁(load-lock)(未示出)将它们***注入室534。通过马达540，可移动的支撑件532围绕中心轴542旋转，以便使放置在可移动的支撑件532的外周上的晶圆穿过离子束504。
离子束源组件502包括源壳体544，且源磁体围绕该壳体而设置。在所示的实例中，该源磁体包括多个与电磁铁的磁轭544a和线圈544b对应的源磁体部件546a、546b。可引入一组接地电极550和另一组电极552，以便在离子束504进入分析磁体520以前帮助限制该离子束。类似地，可引入另一组电极554、一组确定分辨孔径的板和之后的一组电极558，以阻断伪离子和维持所约束的离子束504。
通过有选择地控制离子源组件502下游的一个或多个部件以及与离子源组件502更相关的一个或多个部件，可以对离子束电流进行调制，以实现所希望的离子注入。例如，可以有选择地调整施加到提取抑制电极510、接地电极550、电极552、电极554、板556和电极558的电压，以调制离子束电流。类似地，也可以有选择地调整源磁体546与中和等离子体源516，以调制离子束电流。
离子注入***500还包括监视***，该***具有在离子注入之前、之中或之后检测一个或多个晶圆526上的颗粒、特征和其他这类可检测量的检测器组件570。可以安装监视***570，使其旋转方向与离子注入室534内的可移动晶圆支撑件532上的离子束路径504相对，或是处于与该路径成另一角度的位置。监视***570包括光源572(如由光纤573引向安装在旋转的晶圆支撑件532上的一个或多个晶圆526或其它这类工件的激光源572)。
根据本发明，检测器组件570也包括一个或多个检测器574，用于接收来自由激光572照射的晶圆526上的点的散射光。在离子注入期间，安装在晶圆支撑件532上的晶圆526在激光束572下发生旋转和平移，以检测来自晶圆526的整个表面的散射光。在本发明的另一方面中，将检测出的光用与各晶圆对应的X-Y运动编码器位置进行映射，以进行图像显示和/或对颗粒或其它这类特征进行分析。在本发明的另一方面中，可以将检测出的光用与各晶圆对应的X-Y运动编码器位置进行映射(例如，利用处理器或计算机)，以进行图像显示和/或对颗粒或其它这类特征进行分析。尽管在一个实例中采用了位置编码器，但是，作为替代方案，也可以用其他方式(如通过使用光学位置检测器)来确定缺陷位置。
尽管图3-5中的注入***针对批量型***，但是，应当懂得，本发明也可以与采用一维或二维工件传输***的单一晶圆型***结合使用。例如，在所谓的笔束型***中，可以将工件进行平移，使得离子束可以二维地扫描晶圆，以有效地涂敷(paint)整个工件来对其进行离子注入。或者，可以使用所谓的带形束***，其中，将光束或工件相对于彼此以一维方式进行扫描或平移，以获得类似的涂敷效果。
此外，尽管本发明的一个方面提供了单个光源，但是作为替代方案，也可使用多个光源，其中，每一个光源照射工件的一个预定段或一个预定部分。在另一种替代性配置中，使用了一个或多个光源，并将这些光源的光引向工件(测试工件或生产工件)的某些部分，其中，用从这些部分确定的任何颗粒计数信息来近似估计整个晶圆的颗粒计数。最后，尽管在本发明的一个方面提供了与检测出的颗粒相关的位置信息，但是，也可以将本发明用于收集颗粒计数信息但不收集与其相关的任何位置数据的情形，而且，认为这样的替代方案落在本发明的范围内。
图6A、6B和6C分别示出了与图1-5中的***类似的、其中实现了本发明的一个或多个方面的原位监视***的示范性检测器组件600的截面侧视图、主视图、截面俯视图。
图7-12进一步示出了离子注入和原位监视***的各个视图，在这些图中，将检测器组件600与晶圆、晶圆支撑件和其中发生离子注入与原位监视的室以相互关联的方式示出。图6A、6B和6C的检测器组件600安装在有机玻璃法兰604上的室壁602(如室534)中的开口上，该法兰处于安装在可移动晶圆支撑件(如452、532)上的晶圆608的其中之一的上方。示范性检测器组件600包括一个或多个(如两个)检测器610，这些检测器又包括光电倍增管(PMT)611，用于检测来自晶圆608的其中之一上的被照射点的散射光612。为对晶圆608上的点进行照射，将各检测器610通过检测器安装件614以互补的入射角固定在激光束618的两侧。通过光纤620(或通过其他手段)，将激光束618引向晶圆608的表面，于是，便在以旋转运动和直线运动的方式通过激光束(处于旋转的晶圆支撑件532上的与离子束504相对的一侧)的所扫描的晶圆608上产生了光点。
在工作时，用两个检测器610来使信号最大化和提供第二视角，以便为检测散射光提供更好的分辨率和提供对入射的激光束618或激光镜面反射624的离轴检测。镜面反射624由激光束阱(或激光束清除装置)628捕获，以防止靶室的室602内的反射导致检测器610受到不想要的背景光的干扰。检测器610通过PMT法兰630固定在检测器安装件614上。由于所检测的颗粒或特征可能远小于激光束618，因而，如果对激光束618前方的晶圆进行许多遍扫描，则可以在任何特定时刻为散射光检测提供额外的机会，而这提高了检测的分辨率。另外，通过组合所得信号和寻找与映射位置处的颗粒对应的检测结果中的峰值，处理器(如330)可以分析对散射光进行的许多遍检测。
示范性检测器组件600的两个检测器610捕获来自晶圆608上的激光照射点的散射光612。散射光612由透镜壳体636承载的第一透镜634进行准直，然后，该光穿过滤光片638，以滤除不想要的波长，并在经过第二透镜聚焦和经过狭缝644的屏蔽后进入由PMT壳体648承载的检测器PMT611。在一个实例中，使用狭缝644而非使用孔，以便让来自晶圆线性扫描的两端的光进入。有利之处在于，该狭缝屏蔽镜面反射624，但仍允许散射光612进入，以便对散射光进行检测。以上述方式，可以认为该组件包括具有任选的附设光学器件的检测器。
该示范性的检测器组件600还包括光纤夹具654来固定光纤620的光纤头658，使其不随光纤620的运动而运动，并对准激光束618，以照射晶圆608上的预定点(见图6C)。检测器组件600的激光束阱628还包括反射镜650来反射激光镜面反射624，使其通过激光束阱628中的窗(稍后示出该窗804)到达保持为较大入射角的两个中性密度滤光片，以衰减或吸收来自激光镜面反射624与各内反射的能量。
在该实例中，也可以与检测器一起使用3个孔660，并可将这些孔设置在图中处于检测器组件600的室侧的孔壳体664中，以限定照射在晶圆608上的激光束的形状。
图7和图8示出了在转盘式批量离子注入***(与本发明的图4和图5中的***类似)中使用的示范性原位监视***靶室700的各个部件的透视图。该原位监视***靶室700包括与图6中的检测器组件类似的检测器组件600，用于根据本发明的一个或多个方面来在离子注入期间检测一个或多个工件608上的颗粒。图7和图8示出了示范性的晶圆组件710，该组件包括在离子注入靶室(如310、506)的抽真空的室740内承载多达13个晶圆608的可移动晶圆支撑件。如前所述，将检测器组件600安装在与离子束相对的位置，然而，如果需要，也可以将其设置在另一位置。
图9和图10进一步示出了检测器组件600(用于根据本发明的一个或多个方面的图6-8中的原位监视***部件)的透视图。图9和图10更好地示出了激光束阱628相对于检测器610的方位，且这些图示出，该激光束阱位于几个检测器之间，以捕获从晶圆608的激光照射表面反射的激光镜面反射624。通过激光束阱反射镜650的反射，镜面反射光624进入激光束阱628，并进入处于两个中性密度滤光片659之间的离子束阱628中的窗804，其中，上述滤光片吸收激光的能量。在图10中也示出了可设置在检测器组件600的室侧的孔壳体664内的3个孔660，以限定照射在晶圆608上的激光束的形状。
参考图11，其中示出了示范性的PMT检测器610的透视图，图9和图10中的检测器组件600采用该检测器来根据本发明的一个或多个方面检测散射光612。该PMT检测器610包括PMT611、用于将散射光612引向PMT检测器611的光堆叠(optical stack)以及用于封装各部件和将PMT与室740中的真空密封隔离的安装用硬件。因此，检测器组件600包括具有任选的附设光学器件的检测器610，这一点将在下文中进行更为详细的讨论。
如前所述，在通过PMT检测器610进行检测以前，通过第一透镜634(由透镜壳体636承载)将散射光612进行准直。然后，该准直光通过滤光片638，以滤除不想要的波长，滤光镜638设置在第一垫片910和第二垫片920之间。然后，经过准直和过滤后的光由第二透镜640进行聚焦，由狭缝644进行屏蔽，并进入由PMT壳体648承载的检测器PMT611。PMT法兰630以机械方式将PMT611和透镜组件安装于接收散射光的最佳预定角度，并将检测器组件600封装到室740。在整个线性扫描期间，狭缝644用于在距晶圆的距离发生变化时让来自晶圆线性扫描两端的光进入。有利之处在于，该狭缝屏蔽镜面反射624，但是让散射光612进入，以便让PMT对散射光进行检测。
图12的透视图示出了根据本发明的一个或多个方面的、图7-10中所示的检测器组件600的示范性激光束清除装置或激光束阱628。如前所述，通过让反射镜650反射的光在两个中性密度滤光片659之间来回反弹来更好地吸收激光的能量，激光束清除装置或激光束阱628衰减了来自晶圆的镜面反射激光624。这样，便对衰减后的镜面反射624在靶室的室中产生反射光和其在检测器610内产生不想要的背景信号进行了抑制。
应当懂得，本发明可用于单一晶圆型的转盘式离子注入***与批量型转盘式离子注入***以及其他这类离子注入***。此外，也应当懂得，可以将本文所示的监视***用于这样的应用：这些应用使用固定的激光束或另一用于散射光检测的类似光源，并使用具有两个或更多个运动轴的可移动工件。从而，根据本发明的一个或多个方面，可以在离子注入之前、之中或之后来实现本文所述的颗粒检测、特征检测或热检测***。
尽管之前已结合某些方面和实施方式对本发明进行了说明和描述，但是，应当懂得，在阅读和理解本发明的说明书和附图后，本领域技术人员可以得出许多等效的替代方式和修改方案。特别地，就上述部件(组件、设备、电路、***等等)执行的各种功能而言，除非另有说明，用于描述这些部件的术语(包括对“装置”的引用)是指任何执行所述部件的特定功能的(即在功能上等效的)部件，即使这些部件在结构上不同于本文公开的执行上述功能的结构。此外，尽管可能仅结合若干实现方式中的一种方式公开了本发明的某一特定特征，但是，根据任何给定的或特定应用的需要，也可以将该特征与其他实现方式的一个或多个其他特征进行组合。而且，在表达“包括(include)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“带有(with)”和这些表达的变体的使用范围内，使这些表达与表达“包含”的意义类似，均用于指开放式的包含。同样，本文所用的术语“示范性的”意指所举的实例而非指最佳的执行者。

Claims (58)

1.一种离子注入***，适于将离子注入一个或多个工件和用于检测所述工件上的颗粒，所述***包括：
离子注入机，用于产生离子束和将该离子束引向下游的承载于靶室内的一个或多个工件，所述靶室包括：
旋转扫描传输装置，用于向所述工件提供旋转运动和提供径向扫描位置的编码器计数；和
线性扫描传输装置，用于向所述工件提供往复直线运动和提供线性扫描位置的编码器计数；和
与所述靶室相关的原位监视***，适于在离子注入期间检测所述一个或多个工件上的颗粒，所述监视***包括：
光源，用于向所述工件的其中之一的一部分提供固定的照射光束；
检测器，用于捕获来自所述工件的所述照射部分的散射光；和
处理器，配置成对检测出的来自所述被照射工件的散射光强度进行分析，以及将所检测的光映射到工件上的某一独特位置，所述位置由与所述旋转和线性传输装置相关的所述编码器计数确定。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，还包括连接到所述处理器的显示设备，用于显示映射到所述工件上的所述独特位置的所述散射光图案。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理器还可用于分析映射到所述工件上的所述独特位置的光，并确定所述位置是否与所述工件的颗粒、刮痕、特征、特征损坏或温度对应。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述处理器还可用于根据所述图案确定与所述工件的检测出的颗粒、刮痕、特征、特征损坏和所述温度之一的阈值进行的比较来触发***警报。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述一个或多个工件包括一个或多个半导体晶圆。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述光源包括激光器。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，使用光纤将所述激光源的光引向所述工件。
8.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述检测器还包括激光束阱，以消除来自所述激光器的散射光的镜面反射。
9.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理器包括计算机。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述检测器包括光电倍增管或光电二极管。
11.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述原位监视***包括两个固定在所述光源的两侧的、指向所述工件的所述照射部分的检测器。
12.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述光源包括激光器。
13.如权利要求12所述的***，其特征在于，所述检测器还包括用于消除来自所述激光器的散射光的镜面反射的激光束阱，所述激光束阱设置在所述两个检测器之间。
14.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括连接到所述处理器的显示设备，用于显示映射到所述一个或多个工件上的所述独特位置的所述光的图案。
15.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述离子注入***包括批量注入机。
16.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述离子注入***包括转盘式批量注入机。
17.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述工件被承载于所述靶室中，与所述旋转运动平面成非零角度，所述检测器还包括狭缝，用于让成像到所述检测器的所述散射光通过，并用于屏蔽来自所述光源的镜面反射光，以避免使所述检测器发生饱和。
18.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述检测器还包括：
第一透镜，用于使所述散射光准直；
滤光片，用于吸收所述光的不想要的波长；
第二透镜，用于将所述光聚焦；和
狭缝，用于让成像到所述检测器的所述散射光通过，并用于屏蔽所述镜面反射光，以避免使所述检测器发生饱和。
19.如权利要求18所述的***，其特征在于，在某一光纵列中，所述散射光通过所述第一透镜到达所述检测器，所述光纵列的次序为：所述第一透镜、所述滤光片、所述第二透镜、所述狭缝和所述检测器。
20.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述检测器包括两个不同的检测器，其中一个检测器监视来自所述工件的散射光，而另一个检测器监视散射光、红外线辐射和电磁频谱波长的其中之一。
21.一种用于检测离子注入***的一个或多个工件上的颗粒的***，所述***包括：
离子注入机，用于产生离子束和将所述离子束引向下游的承载于靶室内的一个或多个工件，所述靶室包括：
旋转扫描传输装置，用于向所述工件提供旋转运动和提供径向扫描位置的编码器计数；和
线性扫描传输装置，用于向所述工件提供往复直线运动和提供线性扫描位置的编码器计数；
原位监视***，用于在离子注入期间检测一个或多个工件上的颗粒，所述***包括：
光源，用于向所述工件之一的一部分提供固定的照射光束；
检测器，用于捕获来自所述工件的所述被照射部分的光；和
处理器，适于对检测出的来自所述被照射工件的散射光强度进行分析，和用于将检测出的光映射到工件上的某一独特位置，所述位置由与所述旋转和线性传输装置相关的所述编码器计数确定。
22.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述***还包括连接到所述处理器的显示设备，用于显示映射到所述工件上的所述独特位置的所述散射光图案。
23.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述处理器还可用于分析映射到所述工件上的所述独特位置的光，并确定所述位置是否与所述工件的颗粒、刮痕、特征、特征损坏或温度对应。
24.如权利要求23所述的***，其特征在于，所述处理器还可用于根据所述图案确定与所述工件的检测出的颗粒、刮痕、特征、特征损坏和所述温度之一的阈值进行的比较来触发***警报。
25.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述一个或多个工件包括一个或多个半导体晶圆。
26.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述光源包括激光器。
27.如权利要求26所述的***，其特征在于，使用光纤将所述激光源的光引向所述工件。
28.如权利要求26所述的***，其特征在于，所述检测器还包括激光束阱，以消除来自所述激光器的散射光的镜面反射。
29.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述处理器包括计算机。
30.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述检测器包括光电倍增管或光电二极管。
31.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述原位监视***包括两个固定在所述光源的两侧的、指向所述工件的所述照射部分的检测器。
32.如权利要求31所述的***，其特征在于，所述光源包括激光器。
33.如权利要求32所述的***，其特征在于，所述检测器还包括用于消除来自所述激光器的散射光的镜面反射的激光束阱，所述激光束阱设置在所述两个检测器之间。
34.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述***还包括连接到所述处理器的显示设备，用于显示映射到所述一个或多个工件上的所述独特位置的所述光的图案。
35.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述离子注入***包括批量注入机。
36.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述离子注入***包括转盘式批量注入机。
37.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述工件被承载于所述靶室中，与所述旋转运动平面成非零角度，所述检测器还包括狭缝，用于让成像到所述检测器的所述散射光通过，并用于屏蔽来自所述光源的镜面反射光，以避免使所述检测器发生饱和。
38.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述检测器还包括：
第一透镜，用于使所述散射光准直；
滤光片，用于吸收所述光的不想要的波长；
第二透镜，用于将所述光聚焦；和
狭缝，用于让成像到所述检测器的所述散射光通过，并用于屏蔽所述镜面反射光，以避免使所述检测器发生饱和。
39.如权利要求21所述的***，其特征在于，在某一光纵列中，所述散射光通过所述第一透镜到达所述检测器，所述光纵列的次序为：所述第一透镜、所述滤光片、所述第二透镜、所述狭缝和所述检测器。
40.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述旋转和线性运动传输装置包括一个或多个运动驱动器，用于提供对所述晶圆进行所述检测扫描和离子注入扫描的综合运动。
41.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述旋转和线性运动传输装置进行各自独立的、用于所述检测扫描和离子注入扫描操作的驱动运动。
42.如权利要求21所述的***，其特征在于，所述检测器包括两个不同的检测器，其中一个检测器监视来自所述工件的散射光，而另一个检测器监视散射光、红外线辐射和电磁频谱波长的其中之一。
43.一种在离子注入期间检测具有原位监视***的转盘式离子注入***内的一个或多个工件的方法，所述监视***包括一个或多个检测器和光源，所述方法包括：
使所述工件发生旋转；
通过将离子束引向所述转盘上的所述工件而将离子注入所述工件；
通过将来自所述光源的光束引向所述工件来照射所述一个或多个工件；和
检测来自一个或多个工件的散射光。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括分析检测出的与所述转盘的位置对应的所述散射光，以确定与颗粒对应的光的图案。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，对一个或多个工件上的检测出的所述颗粒数目进行了计数。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，将所述颗粒计数数目与颗粒的阈值进行比较，以停止离子注入操作。
47.如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括显示所述检测出的散射光。
48.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述检测在离子注入操作以前进行。
49.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述检测在离子注入操作之后进行。
50.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述方法还包括检测所述散射光的幅值和根据检测出的所述幅值来估计检测出的颗粒的尺寸。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将多个检测出的颗粒划入与检测出的颗粒的估计范围有关的多个区间的其中之一。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述方法还包括根据对所述检测出的颗粒进行的划分来调查一个或多个颗粒污染源。
53.一种离子注入***，适于将离子注入一个或多个工件，并用于检测所述一个或多个工件上的颗粒，所述***包括：
离子注入机，配置成为所述一个或多个工件提供相对于离子束的扫描传输；和
原位监视***，适于检测所述一个或多个工件上的颗粒，所述监视***包括：
光源，配置成向所述一个或多个工件的一部分提供照射光束；和
检测器，配置成捕获来自所述一个或多个工件的被照射部分的散射光。
54.如权利要求53所述的离子注入***，还包括处理器，所述处理器配置成对来自所述一个或多个工件的所述被照射部分的所检测的所述散射光强度进行检测。
55.如权利要求54所述的离子注入***，其特征在于，所述处理器还配置成将所述检测出的光映射到与所述一个或多个工件相关的独特位置。
56.如权利要求55所述的离子注入***，其特征在于，所述***还包括配置成提供指示扫描位置的编码器计数的编码器。
57.如权利要求53所述的离子注入***，其特征在于，所述传输装置包括线性扫描传输装置，用于向所述一个或多个工件提供相对于所述离子束的往复直线运动。
58.如权利要求57所述的离子注入***，其特征在于，所述传输装置还包括旋转扫描传输装置，该装置配置成向所述一个或多个工件提供相对于所述离子束的旋转运动。
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