[发明专利]等离子体离子制程均匀性监控

说明书

技术领域

本发明的实施例是有关于等离子体处理系统的领域，且特别是有关于一种用于量测应用在工件或晶圆(wafer)上的等离子体制程的均匀性的装置及其方法。

背景技术

离子植入(ion implantation)是一种将离子掺杂到工件中的制程。半导体基板的制造过程中使用一种类型的离子植入来植入杂质离子以获取想要的电子元件特性。离子植入机通常包括：离子源室，用来产生特定物种的离子，其利用(例如)一系列束线组件(beam line components)来控制离子束；以及平台，用来固定接收离子束的晶圆。这些束线组件被安置(housed)在真空环境中，以防止离子束被污染与发生分散。束线组件可包括：一系列电极，从离子源室中萃取离子；质量分析器(mass analyzer)，具有特定的磁场，使得只有具想要的质荷比(mass-to-charge ratio)的离子才能够从质量分析器中穿过；以及校正磁铁，用来提供带状离子束，此带状离子束被导向至垂直于此离子束的晶圆，以将离子植入到此晶圆基板中。当离子撞击基板中的电子及晶核时，会丧失能量，且根据加速度能量，这些离子会在基板内的想要的深度之处停下来。基板被植入的深度取决于离子植入能量以及离子源室中所产生的离子的质量。通常，可掺杂砷或磷以在基板中形成n型区域，以及掺杂硼、镓或铟以在基板中形成p型区域。

上述的离子植入机通常与较高的植入能量有关。当半导体元件的制造需要浅接面(shallow junctions)时，必须用较低的离子植入能量将掺质材料限制在晶圆表面附近。在此情形下，可使用等离子体沉积(plasma deposition，PLAD)系统，在此等离子体沉积系统中，植入深度和位于等离子体处理室内的晶圆与阳极之间所施加的电压有关。详细地说，晶圆被放置在一平台上，而此平台是作为等离子体处理室内的阴极。一种含有想要的掺质材料的可游离气体被引进等离子体室。藉由几种等离子体产生方法的任意方法将此气体游离，这些方法包括(但不局限于)直流(direct current，DC)辉光放电(glow discharge)、电容耦合(capacitively coupled)射频(Radio Frequency，RF)、电感耦合(inductively coupled)射频等。一旦产生了等离子体，那么等离子体与周围的所有表面(包括工件)之间就会存在等离子体鞘(plasma sheathe)。然后对平台与工件施加负电压偏压(biased)，目的是使等离子体中的离子穿过等离子体鞘，且植入到晶圆中，植入的深度正比于所施加的偏压。目前是使用法拉第杯(Faraday cup)来量测植入到晶圆中的植入物剂量。然而，法拉第杯仅提供与离子电荷总数有关的信息，而不提供关于均匀性的任何资料。如今，等离子体均匀性的量测是利用朗缪尔探针(Langmuir probe)来推断。在植入制程开始之前或结束之后将朗缪尔探针定位在等离子体室内。此探针被偏压以提供一种电流/电压特性，此电流/电压特性表明从等离子体离子与电子流向探针的电流为探针的偏压及位置的函数。虽然这种量测技术可在原位(in situ)执行，但是却无法在植入过程中执行，所以在植入制程中不能提供线上量测信息。在预植入量测与实际植入之间的时间里，等离子体及制程状态可能会因多种因素而发生变化，包括晶圆表面状态、等离子体游离等。因此，需要提供一种可在植入制程中在等离子体室内原位使用的均匀性监控装置，此均匀性监控装置可提供目标晶圆或工件表面的精确的二维空间等离子体植入均匀性信息。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的是一种等离子体制程均匀性监控装置。在一示例性实施例中，一种等离子体制程均匀性监控装置被定位在等离子体制程室内，此等离子体制程均匀性监控装置包括多个感测器，这些感测器位于等离子体室内的工件上方。每个感测器经配置以侦测从暴露于等离子体制程的工件的表面发射出来的二次电子(secondary electrons)。每个感测器输出与侦测到的二次电子的数量成正比的电流信号。一电流比较电路连接至多个感测器的每个感测器，且经配置以接收来自于多个感测器的多个电流信号的每个电流信号。此电流比较电路输出由多个电流信号的每个电流信号而得出的差动电流信号。若工件表面的等离子体制程是均匀的，那么来自于多个感测器的电流信号则相等，且从电流比较电路输出的差动电流信号将接近零。然而，若差动电流信号不是零或不接近零，那么来自于多个感测器的电流信号则不相等，这表明一个或多个感测器正从工件的对应表面区域接收较多数量或较少数量的二次电子。差动电流信号的存在表明工件的等离子体处理是不均匀的。