專利名稱：用于離子注入裝置的傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及與離子注入裝置一起使用的改進的傳感器，其降低根據(jù) 法拉定律引起的材料的生產(chǎn)率，因此減低了處理腔中的沉積率并且從而 降低了所需保養(yǎng)的頻率。
背景技術：
通過用離子束轟擊晶片，離子注入裝置可被用于處理硅晶片。這樣 的束處理的一個應用是用可控濃度的雜質(zhì)選擇性地摻雜晶片，以在集成 電路的制造過程中生產(chǎn)半導體材料。
典型的離子注入裝置包括離子源、離子抽出裝置、質(zhì)量分析裝置、 束運輸裝置和晶片處理裝置。所述離子源產(chǎn)生所需的原子或分子摻雜劑 種類的離子。通過抽取系統(tǒng)從所述離子源中抽取這些離子，抽取系統(tǒng)典 型是一套電極，其激發(fā)且引導來自所述離子源的離子流。在質(zhì)量分析裝 置中分離離子源的副產(chǎn)品與所需的離子，典型地質(zhì)量分析裝置是磁偶極 子，其執(zhí)行所述被抽取的離子束的質(zhì)量色散。束運輸裝置，典型地是包 括一系列光學聚焦裝置的光學系統(tǒng)的真空系統(tǒng)，其運輸離子束至晶片處 理裝置，同時保持離子束的所需光學性能。最終，半導體晶片在晶片處 理裝置中被注入。
分批處理的離子注入裝置包含旋轉(zhuǎn)盤支撐件，用以移動多個半導體 晶片通過離子束。當支撐件旋轉(zhuǎn)晶片通過離子束時，離子束撞擊晶片表 面。
連續(xù)注入裝置一次處理一個晶片。晶片被保持在盒子之中，每次取 出一個并被放置在支撐件上。之后，晶片在注入方向上取向，使得離子 束撞擊單個晶片。這些連續(xù)注入裝置使用束成形電子裝置，以使所述束 偏離其初始軌道，并且通常用于配合協(xié)調(diào)的晶片支撐件運動來選擇性地 摻雜或處理整個晶片表面。法拉第杯被用于測量束電流。這些杯被周期性地插入到離子束中，
在注入腔的上游或在工件支撐件后面的區(qū)域處，以監(jiān)測束電流。Petry等 的美國專利號6992309顯示了具有被安裝用于沿著控制的路徑運動的法 拉第杯的劑量測量系統(tǒng)。通過引用將專利'309的內(nèi)容并入本文中。

發(fā)明內(nèi)容
一種半導體處理工具具有被抽空的區(qū)域，用于通過引導離子束撞擊 工件來處理工件。 一個這樣的工具包括離子源和束轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，所述束轉(zhuǎn) 移結(jié)構(gòu)用于把離子束中的離子從離子源轉(zhuǎn)移至工件支撐件。所述工件支 撐件被設置在注入腔中。從所述源至注入腔的移動路徑處于與所述注入 腔相同的低壓下。
所述傳感器包括導電基部和電耦合至所述導電基部的遮罩，所述遮 罩把構(gòu)成離子束的離子分割成區(qū)域或部分。所述遮罩具有從傳感器的前 部的區(qū)域延伸至所述基部的壁。這些壁阻止到達所述傳感器的離子再次 進入到所述處理工具的被抽空的區(qū)域中。
通過閱讀隨后的說明書和參考附圖，本發(fā)明涉及的內(nèi)容的進一步特 征，對本領域技術人員將會變得清楚。


圖1是用于離子束處理例如安裝在支撐件上的硅晶片的工件的離子 注入裝置的示意俯視圖2是用于感測束電流的傳感器的分解透視圖3是在圖2顯示的傳感器的前視平面視圖4是從由圖3中的線4-4限定的平面觀看時的視圖5是從圖3中的線5-5限定的平面觀看時的視圖6是圖2的傳感器的側(cè)視圖7是圖2的傳感器的后平面視圖；和
圖8是與本發(fā)明一起使用的控制系統(tǒng)的示意方框圖。
具體實施方式
轉(zhuǎn)向附圖，圖1是離子束注入裝置10的示意圖。所述注入裝置包括
離子源12，用于產(chǎn)生形成離子束14的離子，所述離子束14被成形且被 選擇性地偏離以穿過一束路徑至末端或注入站20。所述注入站20包括限 定內(nèi)部區(qū)域的真空或注入腔22，其中，例如半導體晶片的工件被定位， 用于注入離子，所述離子構(gòu)成離子束14。
控制電子裝置(圖8)被設置用于監(jiān)視和控制在注入腔中由工件接收 的離子劑量。經(jīng)由靠近注入站20設置的使用者控制臺(未顯示)執(zhí)行操 作者對控制電子裝置的輸入。
在所述束穿過在所述源和注入腔之間的區(qū)域時，在離子束14中的離 子趨于分散。為了降低這樣的分散，通過與離子束路徑流體連通的一個 或多個真空泵27把所述區(qū)域保持在低壓下。
所述離子源12包括限定其中被注入源材料的內(nèi)部區(qū)域的等離子體 腔。所述源材料可包括電離的氣體或蒸發(fā)的源材料。由離子束抽取組件 28從所述等離子體腔中抽取在所述等離子體腔中產(chǎn)生的離子，所述離子 束抽取組件28包括許多個金屬電極，用于產(chǎn)生離子加速電場。
沿所述束路徑14設置的分析磁體30彎曲所述離子束14且引導所述 離子穿過束中和器32。所述束中和器把電子注入到所述束中且阻止束膨 脹，從而提高了所述系統(tǒng)的離子轉(zhuǎn)移效率。在所述中和器32的下游處， 所述束14穿過分解孔36，其是限定最小束腰的孔板。從所述分解孔出來 的離子束14具有對于應用適合的尺寸和形狀。
已知的作為晶片夾具的工件支撐件被顯示相對于與泵(未顯示)流 體連通的口 42定位。把晶片靜電地吸引至所述支撐件且把晶片向上旋轉(zhuǎn) 進入到所述束中，且之后相對于離子束14上下和從一側(cè)到另一側(cè)移動工 件。所述移動的次序使得工件24的整個注入表面被均一地注入離子。典 型的應用是用可控制濃度的摻雜劑摻雜晶片來處理晶片。因為注入腔內(nèi) 部區(qū)域被抽空，所以工件必須通過加載鎖(load lock) 50進入所述腔和 從所述腔退出。根據(jù)一個實施例，被設置在注入腔22中的機器人移動晶 片工件至所述加載鎖和從所述加載鎖移出。所述機器人通過臂把所述晶 片從加載鎖移動到所述工件支撐件，所述臂進入到所述加載鎖，以抓取 用于在注入腔的被抽空的區(qū)域內(nèi)移動的所述工件。在注入之前，工件支
7撐結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)工件至垂直或接近垂直的位置用于注入。如果工件24是垂直
的，也就是，相對于離子束14是正交的，在所述離子束和所述工件表面
的法線之間的注入角或入射角是o度。
在典型的注入操作中，由在所述腔外面的機器人從許多個盒子中的 一個中取出未摻雜的工件(典型的，半導體晶片)，該機器人移動已經(jīng) 取向成合適的取向的工件至所述加載鎖中。所述加載鎖關閉且被抽至所
需真空，并且之后向注入腔22打幵。所述機器人的機械臂抓緊工件24， 把它帶入到注入腔22中，且把它放置在靜電夾具上或工件支撐結(jié)構(gòu)的卡 盤上。
所述靜電夾具被激勵以在注入過程中把工件24保持在適當?shù)奈恢?上。在Blake等的于1995年7月25日公告的美國專利No.5436790和 Blake等的于1995年8月22日公告的美國專利No.5444597中揭示了適 合的靜電夾具，上述兩個專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。美國專利 No.5436790和No.5444597的全部內(nèi)容通過引用并入本文中。
在離子束處理工件24之后，工件支撐結(jié)構(gòu)把工件24返回至水平的 取向且靜電夾具釋放所述工件。在這樣的離子束處理之后所述腔機器人 抓緊工件且把它從所述支撐件移回至所述加載鎖中。從所述加載鎖，在 所述腔22外面的機器人的機械臂把被注入的工件24移回至存儲盒中的 一個存儲盒中且最典型地移回至它最初被取出的盒子中。
法拉第杯
法拉第杯傳感器110被安裝至在工件支撐件40后面的區(qū)域112處的 離子注入腔22的內(nèi)壁上。以分解透視圖的形式在圖2中顯示了傳感器 110，其被顯示包括導電基部120和與導電基部120電接合的遮罩結(jié)構(gòu) 122。
所述遮罩122分隔入射的離子束，把它發(fā)送至通向所述基部120的 多個通道130a、 130b、 130c等(圖5)中，所述通道由中間壁132界 定，基本上非常鄰近地形成許多非常深的法拉第杯。所述壁從所述遮罩 的前邊緣或入口 134延伸至所述基部120。所述壁132阻止所述束中的離 子彈離所述基部且重新進入到所述處理工具的被抽空的區(qū)域中。所述壁
8第杯傳感器110被噴射到所
述離子注入腔22中。
所述法拉第杯傳感器110包括提供圍繞所述束的內(nèi)邊界142的前板 或入口板140，其允許穿過所述腔的注入?yún)^(qū)域的離子撞擊遮罩/基部的結(jié) 合體。許多個磁體150被安裝在遮罩122和入口板140之間。這些磁體 150被安裝至矩形磁體支撐件152上。所述磁體避免當離子撞擊所述基部 或遮罩時產(chǎn)生的電子回流進入到注入腔中。由磁體產(chǎn)生的磁場在磁體之 間的間隙154中通常是均勻的，且偏離電子至側(cè)面。在這種區(qū)域中的電 子被偏離至法拉第杯156的側(cè)壁上。
所述基部120把所述遮罩122支撐在相對于離子束的適當位置上， 且包括側(cè)壁156和后壁157，其限定杯，所述杯界定所述遮罩且裝配在所 述磁體支撐件152和用于傳感器110的外殼160內(nèi)部。所述外殼在其角 落處限定了臺162，所述臺162具有螺紋的開口以容納對應的螺紋連接 器，所述連接器穿過在背對(face away)所述腔22的所述壁的表面上的 入口板140中的開口。在面向所述腔的壁的這些臺中的相似的螺紋開口 與穿過安裝板164的連接器配合，所述安裝板164把傳感器連接至所述 腔的內(nèi)壁。
通過進口和出口導管166、 167把水引入到所述傳感器110的所述區(qū) 域中，所述導管引導冷卻劑(典型地是水)進入散熱器170和從散熱器 170出來，所述散熱器170限定用于引導冷卻劑穿過散熱器170的熱吸收 部分172的通道，所述熱吸收部分172鄰接所述基部120的后壁174。在 圖5中更清晰地看到，流體連接器176連接至散熱器170且穿過開口 180 在安裝板164中延伸?？焖贁嚅_耦合器在大氣壓力下在所述腔的外部的 點處被容易地連接和斷開。
一些離子注入方法需要成角度的注入。為了滿足這些需要，所述過 程腔22圍繞垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，從而改變工件相對于離子束的角度。為了 保持所述遮罩的優(yōu)點，即使在很大的注入角度時，所述法拉第結(jié)構(gòu)的第 二區(qū)域被成角度地制成。
如圖5清晰地顯示，所述遮罩具有兩個并排的部分Pl、 P2。這被顯 示用以描述兩個交替的遮罩配置。在可替換的布置中，所有的通道是相
9同的配置。然而，在傳感器的操作中不排除在單個遮罩中使用交替的設 計。在左側(cè)上(如圖5所示)，所述遮罩限定提供離子到所述基部的不
受阻止的路徑的通道130a、 130b等。在右側(cè)，所述通道l卯a(chǎn)、 190b由 相對于遮罩的前表面134成角度的(大約30-35度)壁192所界定。這種 角度被選擇，因為它在最寬范圍的高注入角中對特定的幾何構(gòu)型提供最 好的結(jié)果。
轉(zhuǎn)向圖1，整個注入腔22與支撐件40—起圍繞大致與工件的位置一 致的y軸旋轉(zhuǎn)。這使得在所述束14和晶片工件之間的入射角可被調(diào)整。 隨著這種旋轉(zhuǎn)的發(fā)生，所述傳感器110旋轉(zhuǎn)至不同的位置。如圖5所 示，當在束14和工件之間的入射角成直角時，所述束(此時所述支撐件 40會離開)在所述傳感器部分Pl左側(cè)上的位置處轟擊所述傳感器110。 當所述腔被旋轉(zhuǎn)至其反時針方向的末端位置時，所述束沿著所述部分P2 的右側(cè)轟擊所述部分P2。雖然描述了兩個不同的部分，但可以明白的是 可使用多于兩個不同的角度，并且，例如可使用穿過所述遮罩的連續(xù)寬 度。
在示例實施例中，所述遮罩和所述基部由石墨制造。所述遮罩和所 述基部被保持成電接觸，由于離子轟擊產(chǎn)生的所述電流通過連接至傳感 器110的導體210被引導至地。具有兩個放大器212和214的可變增益 電流傳感器監(jiān)視通過這種導體210的電流，且把電流轉(zhuǎn)換成電壓。來自 電流傳感器的輸出被耦合至A/D轉(zhuǎn)換器216，且向控制器220指示電流 量，所述電流量在調(diào)節(jié)離子束的參數(shù)中被使用，以當所述支撐件把晶片 工件定位在所述束中用于注入處理時控制離子注入的劑量。
在最小化正面表面積和最大化通道的深度與直徑的深寬比之間的優(yōu) 化產(chǎn)生了最有效的結(jié)構(gòu)。例如工具中的物理室(physical room)、制造能 力、材料選擇以及材料特性等限制在這種優(yōu)化中起到非常關鍵的作用。 為了易于制造，優(yōu)選地具有大致圓柱形的壁的圓形通道。六邊形的配置 可能在收集離子上更有效率，但非常難于制造。方形配置更易于制造但 效率很低。目標是最大化離子捕獲及限制反向散射，且不會過度地侵占 在所述腔22的區(qū)域。特定的幾何構(gòu)型、材料選擇和應用會確定遮罩結(jié)構(gòu) 的最優(yōu)尺寸?？梢岳斫?，雖然己對本發(fā)明的示例實施例作特定程度地描述，但 是，源于所述實施例的變更和修改被包括，其落入隨附的權利要求的實 質(zhì)或范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種與半導體處理工具一起使用的設備，所述半導體處理工具具有被抽空的區(qū)域，用于通過引導離子束轟擊工件來處理工件，所述設備包括源、束轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)和工件支撐件，其限定離子束中的離子的移動路徑，所述離子束撞擊注入站上的一個或多個工件，和傳感器，其包括導電的基部和用于把所述束的離子攔截橫截面分割成區(qū)域的遮罩，所述遮罩包括延伸至所述基部的壁，用于阻止到達所述傳感器的離子反彈進入到所述處理工具的被抽空的區(qū)域中。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述傳感器相對于移動的工件支撐件被固定在注入腔中。
3. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括耦合至所述傳感器的控制器，用于監(jiān)視撞擊所述傳感器的帶電離子的電荷。
4. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，由與所述基部電接觸的單個傳感器子組件構(gòu)造所述遮罩的壁。
5. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，所述遮罩包括細長的貫穿通道的陣列，所述通道從前表面通過所述遮罩延伸至所述基部的大致平面的沖擊板。
6. 根據(jù)權利要求5所述的設備，其中，所述貫穿通道是大致圓柱形的。
7. 根據(jù)權利要求6所述的設備，其中，所述圓柱形通道的取向角在傳感器的寬度上是不同的。
8. 根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，所述圓柱形通道相對于所述遮罩的前表面形成兩個或多個不同的角度。
9. 根據(jù)權利要求8所述的設備，其中， 一部分圓柱體具有軸線，所述軸線與第二部分圓柱體的軸線形成30與35度之間的角度。
10. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述注入站包括被安裝用于旋轉(zhuǎn)的腔，其中，所述傳感器被安裝至所述腔中，使得隨著所述腔被旋轉(zhuǎn)，改變所述離子束和遮罩之間的入射角。
11. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，所述基部和所述遮罩由石墨構(gòu)成。
12. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，所述遮罩具有前表面，所述前表面與所述遮罩的外周面積的比大約為14%。
13. 根據(jù)權利要求4所述的設備，其中，所述基部形成把所述遮罩支撐在傳感器中的適當位置上的杯。
14. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括許多個磁體，在離子撞擊所述遮罩或基部之前，所述磁體圍住所述移動路徑，以阻止電子從所述基部的所述區(qū)域回流進入到所述注入站。
15. —種用于在半導體處理組件中降低和控制所述處理組件內(nèi)的污染物的方法，包括在被抽空的區(qū)域內(nèi)安裝要處理的工件，且通過從源至所述工件穿過限定束移動路徑的被抽空的區(qū)域加速離子束，使得離子束可控制地撞擊工件；將一感測表面定位在所述束移動路徑中，以收集離子束電流數(shù)據(jù)；和在移動路徑中所述感測表面的上游插入束分割多通路遮罩，所述束分割多通路遮罩具有分割到達傳感器的離子且在離子與所述感測表面撞擊之后阻止離開所述感測表面的材料回流的圍壁。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述感測表面和所述遮罩都是導電的且被安裝成彼此電連通。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，由單件石墨加工成所述遮罩，以形成多通路。
18. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其中，所述感測表面被安裝在注入腔內(nèi)，所述注入腔圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，以修改離子束和工件之間的撞擊角度。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述感測表面和遮罩被安裝至所述注入腔，使得所述腔的旋轉(zhuǎn)改變離子束的離子接觸遮罩的角度。
20. 根據(jù)權利要求19所述的方法，其中，所述遮罩由石墨材料構(gòu)造，且具有在所述石墨材料中加工出的兩個不同的通道區(qū)域，且其中，所述腔的旋轉(zhuǎn)使得離子束進入不同的通道區(qū)域。
21. —種離子束電流傳感器，包括a) 被耦合至電路的導電沖擊板，所述電路用于監(jiān)視撞擊所述沖擊板的離子和獲得撞擊所述導電沖擊板的離子束電流的指示；和b) 遮罩，用于分割被引導至所述沖擊板的所述離子進入到具有側(cè)壁的通路中，用于阻止撞擊所述導電沖擊板的離子的反向散射。
22. 根據(jù)權利要求21所述的電流傳感器，其中，所述遮罩和所述導電沖擊板彼此鄰接。
23. 根據(jù)權利要求22所述的電流傳感器，其中，所述遮罩是導電的且具有厚度，通過所述遮罩延伸細長的通路或通道，以允許到達所述遮罩的區(qū)域的離子束的離子穿過所述遮罩并接觸所述沖擊板。
24. 根據(jù)權利要求23所述的傳感器，其中，所述遮罩具有兩個或多個區(qū)域，其中， 一個區(qū)域的通道相對于所述兩個或多個區(qū)域中的不同區(qū)域的通道形成角度。
全文摘要
與處理工具一起使用的法拉第杯結(jié)構(gòu)(110)。所述杯結(jié)構(gòu)具有被耦合至電路的導電沖擊板，用于監(jiān)視撞擊所述沖擊板(120)的離子，以獲得所述離子束電流的指示。遮罩(122)放置在所述導電沖擊板前面，用于把離子束橫截面分割成區(qū)域或部分。所述遮罩包括延伸至所述沖擊板的壁，用于阻止到達所述傳感器的離子和從所述傳感器移除的顆粒進入到所述處理工具的被抽空的區(qū)域中。
文檔編號H01J37/244GK101523546SQ200780037763
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權日2006年10月11日
發(fā)明者W·戴維斯·李, 奈爾·卡爾文 申請人:艾克塞利斯科技公司