TW200832487A - Ion beam diagnostics - Google Patents

Description

200832487 九、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種離子佈植機及一種用於測量離子 ' 束特性的方法。舉例而言，該特性可能是離子束電流或發 散度。 【先前技術】 離子佈植機為熟知的設備，通常符合如下常規設計。 f) 一離子源以一前驅物氣體或其類似材料產生一混合離子 束。通常僅使用特定物種的離子來進行基板佈植，例如， 用於半導體晶圓中進行佈植的特定摻雜物。使用一質量分 析磁鐵（mass analyzing magnet)結合一質量解析狹缝（mass 二. resolving slit)從該混合離子束中選擇出所需離子。因此， 幾乎僅含所需離子物種的離子束由該質量解析狹縫射出， 並且該離子束將被傳輸到一處理室，在該處理室中，該離 子束射向一基板，該基板以一基板固定器固定在該離子束 路徑中的適當位置處。 通常，該離子束之截面輪廓小於待佈植之基板。舉例 而言，該離子束可以是在一軸上小於基板的帶狀離子束， 也可以是在兩軸上偕小於基板的點狀離子束。為了確保在 整個基板上進行離子佈植，離子束及基板相對於彼此而移 • 動使該離子束知描整個基板表面。可藉由以下方式來達 成此動作：（a)偏移該離子束以掃描固定在固定位置中的基 板，（b)機械性地移動該基板同時保持該離子束路徑固定， 或者（c)結合離子束偏移及基板移動。對於點狀離子束，通 5 200832487 常採用相對移動，使該離子束在該基板上形成一光柵圖案 的移動軌跡。 吾等美國專利申請案第6,956,223號描述一種符合上 述一般設計的離子佈植機。 為了達到落在當前半導體行業所規定之嚴格公差範圍 内的期望佈植，需要非常好地控制通過該離子佈植機之離 子束’使其恰好到達待佈植晶圓上的入射點。因此，希望 知道該離子束在通過該離子佈植機之路棰上一或多個點處 的特性。具體而言，測量以下特性是有用的：離子束在其 截面上的強度（通常是測量離子束電流）；在該離子束截面 中離子在多個方向上的傳播情形，通常稱為發散度 (emittance)。發散度係該離子束彌散狀況（c〇nfusi〇n，或模 糊狀況）的測量，也就是在離子束中有多少角度變化。對於 理想離子束而言，角度變化很少，所以發散度很低。 發散度通常如第1圖中所示的圖形來表示。到離子束 中心的距離為橫座標y，距離縱軸的測量角度y·則作為縱 座標。第1圖繪出典型發散離子束的點繪圖，在此點繪圖 中，該離子束產生從左下方到右上方的對角線狀。在此圖 中，十字線表示所獲得之值，也就是在離子束y中一特定 位置處所測得的角度y*。可以看出，該等十字線通常形成 一橢圓。垂直通過任意特定y值所取得的切面（slice)提供 了離子在離子束中於特定位置處的角度範圍。因此，該橢 圓越寬，角度的發散度越大，所以該離子束的彌散越大。 不僅測量該離子束中不同位置之角度，還測量該角度對強 6 200832487 度的衫響，通常也是有用的。利用此等測量可以實現類似 . 於第2圖所示的輪廓線，其方便地表示了與該離子束發散 程度有關的詳細資訊。第2圖示出一個在其中心具有大部 分強度之發散離子束。因此，該等指示強度的等值線定義 出一個從左下方向右上方延伸的長形峰。 【發明内容】 針對此一先前技術以及根據本發明第一態樣，本發明 揭示一種離子佈植機，其包括：一離子源，其可操作用於 產生一離子束·，離子光學組件，可操作地沿一離子束路徑 來引導一離子束；一感測器陣列，其具有一固定器，用於 將該感測器陣列固定在該離子束路徑中，每個感測器可操 ' . 地測量照射於其上的離子束電流；一可動元件，設置在該 感測器陣列的上游；及以一致動器，其設置用於移動該可 動元件橫越該離子束路徑，從而使該可動元件切割該離子 束而讓該離子束的不同部分暴露至該感測器陣列。 可以設置用於將該感測器陣列固持於該離子束路徑中 1, 的固定器，以將該陣列固持於一固定位置中，或者該固定 器可以移動，從而允許該陣列移入或移出該離子束路徑。 可動元件允許以不同方式將該離子束的不同部分揭露 給該感測器陣列。舉例而言，可驅動該等吁動元件穿過該 • 離子束，而逐漸阻擋住該離子束。或者，玎以驅動該可動 元件，以逐漸揭露該離子束。可以在該玎動元件上提供一 邊緣，較佳為線性的。該可動元件可進/夕的配置使其包 含一屏幕（screen)，在該屏幕上提供一開口。於是該屏幕可 7 9 200832487 被用於阻擋該離子束。該開口允許一小部分離 、 丁果繼續前 進至該感測器陣列。隨後可驅動該可動元侔 丨丁牙過該離子 束’以允許該離子束的不同部分到達該感測器陣列。 允許一離子束之不同部分到達一感測器陣 丁〜的動作爲 待測董之離子束特性的偵測提供了靈活配置。 乃夕卜，可以 採用不同方式來管理該感測器陣列所提供的資訊，、 ° ，以確定 該離子束之不同特性。 根據需要’該感測器陣列可包括一線性感測器陣列 該致動器設置用於在該線性陣列的長度方向上移動該可動 元件。此種配置允許在驅動該可動元件通過該離子束時， 偵測該離子束照射至該陣列上的部分是如何變化的。其中 該可動元件包括一長形開口，有利地，該長形開口在實質 垂直於該線性陣列的長度方向上延長。其中該可動元件包 含一邊緣，以便當該致動器移動該可動元件橫越該離子束 路徑時切割該離子束，有利地，可對準該邊緣，使其實質 垂直於該線性感測器陣列的長度。或者，該開口或邊緣可 以對準該感測器線性陣列的長度。 較佳地，該感測器陣列包括二維陣列，視需要可線性 地排列成數列（row)與數行（column)。該町動元件可在該列 方向或該列方向上移動。可以使用另一個致動器來實現此 動作’或者使用單一個致動器來實現此兩方向上的移動。 該可動元件可包括一對長形開口，其中一開口在該感 測器的列方向上延長，另一開口則在該感測器的行方向上 延長。或者，該離子佈植機可以包括一町動元件，其擁有 8 200832487 一個可在該感測器列方向上延長的開口，並且可在該行方 向上可移動；該離子佈植機可包括另一可動元件，該元件 設置在該感測器陣列的上游，且具有一在該行方向延長之 開口，並且可在該列方向上移動。 或者，該可動元件可包括一對線性邊緣，其中一邊緣 與該感測器橫列對準，另一邊緣與該感測器縱行對準，該 等邊緣的存在使得當該致動器在一方向上移動該可動元件 越過該離子束路徑時，其一邊緣會切割該離子束，並且當 該致動器在另一方向上移動該可動元件越過該離子路徑 時，另一邊緣會切割該離子束。 儘管法拉第杯為較佳範例，但該等感測器仍可採用多 種不同形式。 該可動元件及感測器陣列可以策略性地沿著穿過該離 子佈植機的離子束路徑放置。舉例而言，該離子佈植機可 以更包括一質量分析磁鐵，該可動元件可設置在該質量分 析磁鐵的上游，該感測器陣列可設置在該質量分析磁鐵的 下游。更可讓該離子佈植機進一步包括四極離子透鏡 (guadrupole ion lens)，該可動元件設置在該四極離子透鏡 之上游，該感測器陣列設置在該四極離子透鏡之下游。 根據第二態樣，本發明揭示一種在離子佈植機中測量 離子束的方法，該離子佈植機包括一離子源、離子光學組 件、一阻擋元件及一感測器陣列，該方法包括：使用該離 子源產生一離子束；使用該離子光學組件引導該離子束通 過該離子佈植機而投射到該感測器陣列；移動該阻擋元件 9 200832487 穿過該感測器陣列上游之離子束，以允許該離子束的不同 部分到達該感測器陣列；以及，使用每個感測器在該阻擋 元件的一系列已知測量位置處測量該離子束中照射在該感 測器上的離子束電流。 可選用地，該感測器陣列包括線性感測器陣列，該方 法包括在該線性陣列之長度方向上移動該阻擋元件通過該 離子束。

在一預期實施例中，移動該阻擋元件的步驟包括驅動 該阻擋元件的長形開口穿過該離子束；其中該開口在實質 垂直於該線性陣列的長度方向上延伸，該開口允許來自該 離子束，採樣部分的離子穿㉟，且其中使用每個感測器在 母個測I位置處測量該離子束電流的步驟提供了離子束之 採樣部分的電流值。「離子束之採樣部分」是指該離子束中 焚關:主的部分。在使用開口的此實施例中，是指穿過對應 於該被採樣部分之開口的離子束部分。

在另一預期實施例中，移 動該阻擋元件的一邊緣通過該 實質垂直於該線性陣列之長产 子束之一部分的離子穿過，2 測量位置處測量該離子 π電流 部分的電流值0 動該阻擋元件的步驟包括驅 離子束；其中對準該邊緣以 ’該阻擋元件允許來自該離 其中使用每個感測器在每個 的步驟提供了該離子束之該 應左意，「離子束之邻 「純工土 口,刀(fraction Of the ion bean)」與 「離子束之採樣部分 赭；击占a 相同。「部分（fraction)」是指該 離子束令允許通過該阻柃_ 田疋件而到達該感測器陣列的該部 10 200832487 分。上文已經指出，「該離子束之採樣部分」則是 ^ 束中受關注之部分。當驅動該邊緣通過該離子束 子束中受關注的部分實際上就是該阻擋元件從先 * 置移至當前測量位置時剛剛遮住或者剛剛露出的 分。可以利用在先前測量位置及當前測量位置所 子束部分電流值的差來獲得採樣部分的電流值。 舉例而言，本方法可以包括：移動該阻擋元 露出該離子束，然後從當前測量位置所測得之離 的電流值中減去在先前測量位置所測得之離子束 流值，從而獲得該離子束之採樣部分的電流值， ‘ 分相當於藉著將該阻擋元件從先前測量位置移動 量位置而露出來的離子束部分。或者，本方法可 動該阻擋元件以逐漸遮擋該離子束，在此範例中 先前測量位置測得的離子束部分的電流值中減去 量位置所測得的電流值。 無論在阻擋該離子束時使用的是邊緣還是開 U &可更包括：計算該離子束採樣部分在每個測量 得的電流值之總和’以獲得該離子束採樣部分在 位置獲得的-系列總電流值。該等總電流值可以 離子束電流在該阻擋元件平面上的分佈圖。另一 ， &括：使用每個測量位置之離子束採樣部分的電 認每個測量位置的電流接收感測器（sens0rs ' ―帅使用該阻擋元件之測量位置來確認離子 電流接收感測器的發散角或收敛角。每㈣ 指該離子 時，該離 前測量位 離子束部 獲得之離 件以逐漸 子束部分 部分的電 該採樣部 至當前測 包括：移 ，應將從 在當前測 口，該方 位置所測 每個測量 表示成該 可用技術 流值來確 receiving 到達每個 置的測得 11 Ο ί ; 200832487 角度可以表示成該離子束的發散度點繪圖，如第ι圖中所 示者。此外，每個感測器所測得的離子束採樣部分之電流 值可用於緣示出該離子束的發散度等值線圖（c〇nt〇ur Plot)，如第2圖所示者。 為了能夠在兩個方向上繪製該離子束之分佈圖，感測 器陣列可包括一系列線性陣列，每個線性陣列形成二維感 測器陣列的其中一列，此二維感測器陣列排列成橫列與直 行形式。因此，在該感測器行長度方向上移動該阻擋元件 通過該離子束時，可以重複上述方法。如此可以在感測器 的列方向及行方向上提供離子束的相關資訊。該方法可更 包括·藉由下列任一方式來移動該阻擋元件時，可以將該 -維感測器陣列看作一維陣列，其方式為⑷當在行方向上 移動阻擋元件af，將每個列中利用感測器所接收到的電流 ，相加’或者（b)當在列方向上移動阻擋元件時，將每個行 中感測器所接收到的電流值相加。 電腦：：明還可擴展至用於離子佈植機的控制肖、電腦、 腦可讀媒體，所有可實現上述方法 【實施方式】 當理=本發明内容，在第3圖中示出一示範應用，應 限制。’、僅僅疋本發明應用的一示範範例，絕非對其之 雜孚欲 八半導體晶圓12中的習知 離子佈植機1〇。離子是由離子 产一 -i A 于源14產生，其將被擷取且 /σ 離子路徑3 4行击，右吐睿# 丁走在此實施例中，離子通過一質量分 12 η

200832487 析區3 0。將所欲質量的離子篩山 選山並且通過一質量解析狹 缝32,然後撞擊到該半導體晶圓12。 、里解析狹 該離子佈植機1〇包含一雜 子源14，用於產生期望物 種的離子束，該離子源位於可 生J望物 J用泵24抽空的真空室15 中。該離子源14通常包含一弧 狐至16，在該弧室10的一端 具有一陰極20。可以操作該離 卞原14而利用該弧室16的 至壁 &供一陽極。對該陰極p 20加熱至足以產生熱電子〇 由陰極20發出之敎雷 、 ”、、 破吸弓I至陽極，在本例中，該 陽極為相鄰的室壁18。告兮势 一 主芏18田該專氧體經過弧室16時，熱電 子會使氣體分子解離，從而形成一 電漿且產生所欲的離子。 可以控制該等熱電子所杆勉 / 电于所仃經的路徑，以防止該等電子 僅依循最短的路徑到達該蓉宕 和運忑寺至壁18。一磁鐵組合件46提 供延伸通過該弧室16的磁揚，你# 的磁场使熱電子依循該弧室16之 長度行經一螺旋路彳t , ώ h # μ ^ 吁沉峪仫朝向位於該弧室16之相反端處的對 應陰極44。 氣體饋送器22用待佈植的物種或氣體前驅物種來 填充該弧室1 6。該弧室1 6在該真空室丨5内保持一低壓。 通過該弧室16的熱電子解離該弧室16中的氣體分子，亦 可能打斷分子。在該電漿中產生之離子（可能包括離子混合 物）亦可能含有微量污染物離子，例如由該等室壁1 8之材 料所產生的污染物離子。 使用一負偏壓（相對於接地而言）的擷取電極26，經由 該弧室16之前板上的釋放開口 28擷取來自該弧室16中的 離子。利用一電源21在該離子源14及隨後之質量分析區 13 200832487 3 0之間施加一電位差，以加速擷取出之離子，該離子源1 4 及質量分析區3 0藉由一絕緣體（未示出）而彼此電性隔離。 然後，所擷取的離子混合物經過該質量分析區3 0，使 該等離子在磁場的影響下沿著一彎曲路徑前進。藉由離子 的質量、帶電狀態及能量來判斷出離子所行經的曲率半 徑，並且該磁場受到控制，使得對於一設定離子束能量， 只有具有所欲質量電荷比及能量的離子方能沿著與該質量 解析狹缝3 2 —致的路徑射出。之後，所射出的離子束被傳 送到處理室40，該室40内有一目標物，也就是待佈植之 基板晶圓1 2，當目標位置沒有晶圓1 2時，則有一離子束 阻擋器38。在其他模式中，也可在該質量分析區30及該 晶圓位置之間設置一透鏡組合件來加速或減速該離子束。 該半導體晶圓 12被安置在一晶圓固定器（wafer holder)36上，例如可經由一負載鎖定室（未示出）將該晶圓 1 2連續傳送到晶圓固定器3 6或自該晶圓固定器3 6傳走。 該離子佈植機1 0在一控制器的管理下運作，例如在經 過適當編程之電腦5 0的控制下運作。該電腦5 0控制晶圓 12通過該離子束34的掃描動作，以實現所期望之掃描圖 案。該等掃描圖案可包括光柵掃描（raster scane)，包括交 織圖案，此為所屬技術領域所熟知。 第4圖示出一第一裝置52，用於測量如第3圖所示之 離子佈植機10中的離子束34。該裝置52包括一法拉第陣 列54，其位於阻擋元件56下游的離子束34中《法拉第陣 列54包括由多個感測器元件5 8所構成的二維感測器陣列 14 Γ

200832487 且面向該離子束3 4，該等感測器5 8排列 個感測器元件5 8測量照射至其上的離子东 阻擋元件5 6通過該離子束3 4時，電流將， 在開始測量時，該阻擂元件5 6的下新 住離子束3 4，使得該法拉第陣列64沒有 後垂直驅動該阻擋元件，以驅動一水平開 束34要寬）通過該離子束34。向下驅動該 到開口 62沒有離子束34，使該離子束34 擋，這一次是由該阻擂元件56的上部分64 以下對第4圖中所示零件做更詳細的 對離子束3 4之特性做描述，可使用第4圖 量該等特性。 單獨使用時，可以使用法拉第陣列5 4 34之電流在該法拉第陣列 54之平面 (profile)。例如，可以圖形方式來呈現每4 所測量之電流，以顯示該分佈圖。該分佈 於法拉第陣列64中感測器元件5 8之間的 其他計算以擷取其他資訊，例如^ (interpolation)由該等感測器元件58所提 來推斷出該離子束電流分佈之等值線圖。 確認該法拉第陣列5 4之平面上的電流分％ 56保持對該離子束34之遮擂。 當然，該離子束34在該阻擋元件56 被投影至該法拉第陣列54之平面上。結果 成行列形式。每 .電流。當驅動該 备生變化。 5分60完全遮擋 接收到離子。然 口 62(比該離子 P且擂元件5 6，直 再一次被完全遮 遮擋離子束34。 描述’但現在先 1之開口 5 2來測 來獲得該離子束 上的分佈情形 ϋ感測器元件5 8 圖之解析度取決 間隔。可以執行 Τ使用内插法 供的資訊點陣列 當獲得該資訊以 ί時，該阻擋元件 之平面上的分佈 ，驅動該阻擂元 15 200832487 件56穿過該離子束34，且使用該法拉第陣列54觀察投影 影像中之變化，可以用來判斷出在該阻檔元件5 6之平面上 的離子束資訊。此外，由於隊擋元件5 6相對於法拉第陣列 54之幾何形狀將是已知的，所以可以推導出角度資訊’從 而可推導出諸如離子束34之發散（divergence)及發散度 (emittance)等其他特性。 第5圖顯示將第4圖法拉第陣列54的感測器元件58 排列為列及行之配置方式，每列有十個感測器元件5 8，每 行有十個感測器元件5 8。此1 〇x 1 〇感測器元件5 8之陣列 僅是其中一種實施例，在法拉第陣列5 4中可以使用更多或 更少感測器元件5 8。當然，所能達到的解析度取決於感測 器元件5 8之數目及其間隔。第一感測器元件5 8將標記為 Fi，j，其中i指行號，j指列號。FM係左下角感測器元件58， 因此，Fi〇, 1〇係右上角感測器元件58。在第6圖中，突顯標 示出感測器元件F7,6。 第6圖顯示該阻擋元件56位於其移動穿過離子束34 之途中位置。如圖所示，除了穿過該開口 62的離子束部分 以外，該阻擋元件56遮擋住該離子束。第6圖對應於一弱 離子束3 4，圖中將發散及混亂程度放大以利於說明。由於 離子束相對於z軸的角度擴展，從開口 62射出的小離子束 會發散，且照射到該法拉第陣列54中超過單一列j的感測 器陣列58上。該離子束34之發散度（emittance)越大，該 小離子束集合的寬度越寬。當驅動該阻擋元件56穿過該離 子束34時，所射出的小離子束亦將向下掃描該法拉第陣列 16 200832487 54。此外，該開口 62在不同y位置（y軸對應於垂直方向） 上採樣該離子束34,所以當該離子束34之發散度變化時， 該等射出之小離子束的形狀也將變化。 返回到使用該阻擋元件5 6及該法拉第陣列5 4來測定 出在該阻擋元件5 6之平面上的離子束電流分佈情形，可以 採用如下方式。在向下驅動開口 62穿過該離子束31時， 在一系列連續測量位置由該等感測器陣列5 8進行測量。計 算在每個測量位置處所有感測器元件 5 8之測量值的總 和，即1 (y) = Si 1以（y)，以計算出該離子束3 4在該測量 位置處從該開口 62射出之採樣部分的總離子束電流。 當水平驅動一具有垂直開口的阻塞元件時，可以執行 相應的操作。或者，可以將該阻擂元件 5 6製成更大的尺 寸，以便在該阻擋元件5 6中同時提供水平及垂直開口。無 論使用哪一種配置，在測量時水平驅動該垂直開口穿過該 離子束34可提供I(x)，也就是該離子束電流的X方向分佈 情形（x-pro file)。適當地將X分佈及y分佈結合，可以提 供該離子束電流在該阻擋元件56之平面上的整體分佈。 如上所述，在測量該法拉第陣列5 4所接收之電流時， 以該開口 62掃描地通過該離子束34可以提供角度資訊。 在此掃描步驟中獲得的資訊可用於提供一發散度圖形，類 似於第1圖或第2圖所示者。舉例而言，可以驅動該阻擋 元件56穿過該離子束34,並且使用該法拉第陣列54在一 系列測量位置進行測量。在每個位置處，標識出用來接收 電流的感測器元件 58。該等感測器的列j可以分組在一 17 200832487 起’也就是在列j上任意感測器中的電流將該列標記為接 收該離子束3 4之一部分。 由於該阻擋元件56之尺寸（包括該開口 62之位置）已 知，而且可以使用編碼器（encoder)或類似裝置或任意其他 習知技術來確任該阻擔元件5 6的位置，因此，可以確定在 每個測量位置由開口 62所採樣之離子束34的位置y。另 外，該法拉第陣列54之位置及幾何形狀為已知，所以可求 出任意電流接收感測器元件5 8列與當前開口位置之間相 對於z軸的角度。如此一來，可以找出離子束位置y(即開 口 62所在位置）對角度y’（即以幾何方式確定每個電流接收 感測器5 8列j的角度）的一系列點。可以根據第1圖將採 用此方式所獲得的值緣製成圖，以顯示該離子束34的發散 度。對於每個開口位置，僅使用最上列及最下列的離子束 電流接收感測器元件5 8，也可以提供大體相同的資訊。 此外，可計算列j中每個感測器元件5 8所記錄的電流 值總和，即1〕（y) e 2i(y)，並用來提供強度資訊及角度 資訊。此外，可以獲得如第2圖所示之等值線圖（contour plot)來顯示發散度及強度。 當水平驅動開口時可以採用類似技術，以獲得X方向 的發散度點緣圖（即相對於X的X ·)。 已描述了根據本發明來測量離子束3 4之特性的各種 技術，現在將描述可用於實現此等技術之裝置的細節。 返回到第4圖，其示出用於測量離子束34的第一裝置 52。如上所述，該裝置52包括一法拉第陣列54，其位於 18 200832487 一阻檔元件5 6 具有一開口 62 下游的離子束 3 4之路徑上 讀阻擋元件5 6 66 :::疋件56包含一個安裝在一支撐臂68上的屏幕 用於Λ Μ項7G所示般垂直移動。因&，該致動器可 用：=動讀屏幕“穿過該離子束“I屏…有 -貝穿其中心的開。62。 Ο

2該/車列54包括一安裝在一支撐臂74上的感測 /以支撐臂74安裝在一致動器（未示出），以允許 該感測頭72如箭頭％所示般水平地移入及移出離子束 34。該感測h ?2具有由多個感測器元件58構成的陣列， 其排列成如上所逃的十列及十行的規則陣列。&第4圖可 以看出，感測器元件58之陣列稍大於所期望的離子束34。 結果’部分感測器元件5 8在所有時間均為「暗」狀態，特 別是那些位於陣列角落中的感測器元件。 · 應當理解，第4圖之阻擋元件56允許僅沿單一方向（垂 直方向）測量離子束34。如上所述，也可以實施沿水平方 向來測量離子束，例如可藉由在該屏幕82或在一獨立阻擋 元件上提供-垂直開口來實現之。當$，該相關致動器需 要能夠驅動該具有垂直開口的屏幕垂直穿過離子束以。 第7圖示出根據本發明另一實施例的裝置78，其包括 一替代阻擋元件80。其他零件與第4圖實施例中的零件相 同’對於類似零件使用類似元件符號加以標示。 84上之方塊 該阻擋元件80包括一安裝在一支撐臂 19 200832487 (block)82，該支擔替 释違84又安裝在—致動器上（未示出）。該 致動器能水平及垂直地 移動該屏幕，如箭頭86所示。藉由 驅動該方塊82逐漸蒋叙 所移動穿過該離子束3 4來進行測量，水 平移動可獲得X方向之分你 77佈，垂直移動可獲得y方向之分 佈。採用此一方法，該卩 擋兀件8〇投射一在該法拉第陣列 54上逐漸移動的陰影。為墟 马確保該陰影有銳利且線性的 緣，該方塊82在其底部罝古 卩具有一逐漸變細的水平邊緣88， Ο Ο 並且在其右側具有一逐丨& 研變細的垂直邊緣90。因此，去阻 擋元件80向下驅動穿+ 才⑺通離子束34時，下邊緣88形 邊緣，當該阻擋元件8〇向亡赃私 ' 卞⑽向右驅動穿過該離子束^ 邊緣90形成該前邊緣。 右 第8圖不出由不同咸泪丨丨势陆丨 个丨』泛測器陣列58所測得的電流 隨著該邊'緣88之位置y的變化而變化。參閱對應於第可 圖所示感測器元件F7,6所測得電流〖的實線，對於t、5 也就是當阻擋元件80固定在離子束34上方時，該：：值， 初始時很高。當邊緣88下降且y下降時，電流二：1在 態，直到邊緣88到達位置Μ開始遮擋住狀 件F7,6的小離子束92為止。一曰岛丨、去 、丨器元

一到達y2，則電流J 慢下降，但當邊緣88達到中點7時，則逐漸變快，先緩 流I降低’然後當邊緣88到達y2時快速下降，、妙於是電 擋住離子"2中的全部離子時，此時電流1為零當阻 可能的情況是，該電流1到達對應於該感測器元侔者更 流的基本雜訊位準）。當邊，緣88冑—步向下移 之暗電 流I保持為零。 吟’該電 20 200832487 :第8圖所示’由不同感測器元件^獲得的曲線會 依據感測器元件的所在位置不同而 | == 置(例“7,9)處的感測器元…開始時 將接收較：的電流(在中心處的離子束電流 在一更高

C y值時將開始下降。相反’接近於該離子束34中心的感測 器二牛58⑽F7,4)在開始時將具有較高電流，僅在-較低 y值時開始下降。沿著歹,"向左及右向的感測器元件冗將 會看到它們在相同y值所測得的電流！會下降，但其初始 電流值將會根據感測器元件靠近離子束W中心的程度而 變化。 對於擁有開口 62或邊緣88、9〇的阻擋元件％、8〇 而言’可能獲得有關該離子束在該阻擋元件8〇之平面上分 佈的相同資訊。藉由考慮以下方法，可以最容易地實現這 一點，該方法係將上述阻擋80垂直向上移動，以逐漸取消 對離子束34之阻擋。假定選定一起始位置，其完全遮擒了 離子束34，然後將該阻擋元件80向上移動一短距離到達 第一測量位置。該阻擋元件80在其底部露出一小部分離子 束34。實際上，這方式和將開口 62設置在此底部位置的 方式相同，因此可以使用與開口 62情況中完全相同的測量 方法。 如果該阻擋元件8 0向上移動一小距離到達第二測量 位置，讓稍微更多一些離子束3 4露出給該法拉第陣列54。 但是，如果減去先前測量位置的測量值，則剩餘的差值將 相當於從第一測量位置移向第二測量位置之移動期間，所 21 200832487 露出的小部分離子束3 4所產生者。這相當於將開口 62放 置在此一小位置處，然後以相同方式使用該資訊。當然， 可以對每個測量位置重複此步驟，以減去先前測量位置的 累計值（aggregate value)。因此，藉由在每個測量位置添加 一相減步驟，可以讓使用具有邊緣88、90之阻擋元件80 所獲得的資訊與使用具有開口 62之阻擋元件5 6獲所得的 資訊相同。 儘管從逐漸露出離子束 3 4的觀點來看可以很容易地 理解這一點，但此方法對於逐漸阻擋離子束 34也是有效 的，如下文所述。 第9圖係沿該離子束34之長度的截面圖，其示出該阻 擂元件80的水平邊緣88部分驅動到該離子束34中。第5 圖示出一幾何構造，其顯示該離子束3 4的小離子束92到 達如第7圖所示之感測器元件F7,6。當然，此構造通常適 用於任何感測器元件Fu。感測器元件Fu之中點位於該離 子束34中心上方的垂直高度Yj，並且分別在高度Y2及Υι 處擁有上邊緣及下邊緣。該水平邊緣88顯示位於垂直位置 y，在該位置y處，水平邊緣8 8在該感測器元件Fi j之中 點Yj上投射一陰影。定義該水平邊緣8 8之兩個其他位置： 位置，在該處，邊緣8 8剛要開始阻擋小離子束92中的 離子，如果未被阻擋，這些離子將到達感測器元件Fij ; 位置yi，在該處，該邊緣88阻擋住該小離子束92中的最後 離子。 為確定該離子束電流在該阻擋元件 80之平面上的分 22 200832487 佈，當該阻擋元件80向下驅動穿過該離子束34時，由該 感測器元件5 8在一系列連續位置處進行測量。計算所有感 測器元件58之測量值的總和，即I(y) = Si ，以求 出總離子束電流。此總電流之連續值的差代表被該阻擋元 件80之最後移動所阻擋住的電流。因此，對該總電流求微 dl(y) 分 dy，將得到該離子束電流在該阻擂元件8 0之平面上的 分佈。當水平驅動該阻擂元件時可以執行相同操作，以獲 dXtx) 得& ，從而獲得該離子束電流的X分佈。適當地，合併 該X分佈及y分佈，可以提供該離子束電流整體分佈情形。 第9圖所示之角度Θ由下式表示： Θ / =arctan arctan ((Y2 yx) - (y2 + yi)) 2¾ 所以該法拉第陣列54可用於測定每個小離子束64的發散 或收斂。將該離子束34中每個小離子束64在一既定位置 之角度合併，可以確定該發散度。 實際上，在將該阻擋元件80向下驅動以穿過該離子束 34時，可以由該等感測器元件5 8在連續位置上進行測量。 對於每個位置，計算出每列j中感測器元件5 8所測得的測 量值總和，以提供10列的電流1j(y) = 。該總和 值是連續測量位置之間的列電流Ij(y)非零差值，表示離子 23 200832487 由處於最後測量位置y處由多個感剛器一 列j所接收的電流，因此允許將該列：死件58所構成之橫 j的角度θ與該位置y 相關 ，可以得 以Θ (作

因此，對每個列電流ij(y)求微分，T 至J離子束64在該離子束中每個位窨 . A y的角分 為y，）對y做圖，可繪出類似於第1圖所 ’即 / 佈 應 A柿紐 A > τ $的發散度點繪圖。

當理解，當水平驅動該垂直 M '' 90穿過該離子束 34時可以進行類似操作，以獲得々 ο. . χ ’從而獲得該離子束 34角分佈的X分佈情形。 個別處理一列中每個感測器元件 8之測量值（即求微 分以獲得^一及一^r)，可以獲得該 、 離子束34之發散度 的詳盡繪圖。在此情況下，可以獲 ^ 之I 7 X于母個感測器元件5 8 之小離子束92的獨立角度值。 另外，每個感測器元件5 8 (或者， 之感測器58)所接收到的典型電流值如果合併時，每列 第2圖所示的等值線線。舉例㈣於提供類似於 元件s 母個（或每列）感測器 午58之峰值電流可用於在一曲 y(4 ^ 萌線中顯不該離子束34在 A Χ)處的強度及發散度。 如上所迷，該法拉第陣列54可用於提供在其平面上的 離子雷泠 a刀佈，因此可設置在穿過該離子佈植機1〇内之離 子束路； 二上欲進行測量的位置處。一較佳位置係設在位於 24 200832487 該處理室40背部的離子束阻擂器38處。 子 該 4 7 離 分 圓 量 以 響 方 後 熟 該 離 提 每 適 一 m么&疋該離 束路徑上的最後一點，所以該法拉第陣列54不需要移出 離子束34，而可以固定在該位置。因此可省略掉支撐后 及相關致動器。 t # 該阻擋元件56或80可設置在穿過該離子佈植機之 子束路徑上的意欲之處，從而測量在該等位置處的電流 佈或發散度。較佳位置包括鄰近該晶圓支撐件 晶 12之平面處，以及該質量分析磁鐵30上游。對於前者 可以獲得該離子束34在該晶圓12之平面上的分佈情形 在後者位置處進行測量，可以研究該離子束34穿過該質 分析磁鐵3 0後的行為。類似地，該阻擋元件5 6或8 0可 設置在任一離子光學元件之上游，以觀查該元件如何影 該離子束3 4。 ^ 第10圖更詳盡地示出可用於感測器元件5 8的配置 式。該感測器元件包括一具有開口 94的前接地板93， 面是一對也分別具有開口 98a、98b的電子抑制板96a 96b °該電子抑制板96a、96b用以抑制次級電子，此為 習此項技術者所習知。最後，加入法拉第杯1 〇〇以完成 感測器元件58。對準該等開口 94、98a及98b以提供該 子束34及該法拉第杯1〇〇内部之間的視線可及的路線。 儘管可以為該法拉第陣列54中每個感測器元件58 供獨立的三板93、96a及96b套組，但較佳使用三個單 板93、96a及96b來覆蓋感測器元件58之整個陣列。在 個單板93、96a及96b中均提供開口 94、98a或98b的 25 200832487 當陣列。 ^ 第11圖顯示一簡單電路連接，其可用於將每個 元件58連接到控制器5〇。該法拉第杯ι〇〇經由一 • 102連接到控制器5〇。法拉第杯100與放大器102 路徑也經由電阻器104連接接地。其他配置亦可行 而言，可為每個感測器元件58提供一 aDC。或者 用單一個ADC或少數個ADC來操作一個以上的感 件58。還可使用多工器，以允許串列處理而非平行 測器元件輸出值。 熟習此項技術者應當理解，可以在不背離本發 請專利範圍所限定之範圍的情況下，可對上述具體 進行各種變化。 舉例而言’阻擔元件56、80之移動方式可以改 可以理解，無論該阻擋元件56、8〇是向上移動還是 動，向左還是向右，都不是關鍵因素。此外，該阻 56、80可以在其他方向上移動，儘管使用兩正交方 (， 引的。另外，當使用一阻擋元件56以驅動邊緣88 過該離子束34時，此移動究竟是逐漸阻擋還是露出 束3 4並非重點。 該法拉第陣列54不必被水平移入及移出該 . 34;可以使用任意其他方向。事實上，在一些情況 法拉第陣列54根本不必移動。舉例而言，該法拉 Η可作為終止該離子束路徑的離子束阻擋器，在 下，該法拉第陣列54可固定定位。 感測器 放大器 之間的 。舉例 ，可使 測器元 處理感 明在申 實施例 變。還 向下移 擋元件 向是有 、90穿 該離子 離子束 下，該 第陣列 此情況 26 200832487 上述具體實施例均採用了具有感測器元件 5 8之規則 陣列的法拉第陣列5 8，其被排列成行列，亦如第1 2a圖所 示。該等感測器元件5 8之其他佈置亦可行，如第1 2b圖所 示。在該圖中，該等感測器陣列5 8排列成交錯行（s t a g g e r e d column) 〇排列成其他幾何圖案亦可形（例如同心圓），也可 以使用不同數目的感測器陣列5 8。 【圖式簡單說明】 為更好地理解本發明，參考隨附圖式對較佳具體實施 例進行說明，在該等圖式中： 第1圖為發散離子束之發散度的繪圖； 第2圖顯示一離子束之測量發散度的等值線圖； 第3圖係一習知離子佈植機之概略示意圖； 第4圖顯示根據本發明之阻擋元件及法拉第陣列的示 意透視圖。 第5圖係第 4圖法拉第陣列中之感測器元件的示意 圖，並且以本說明書中所使用之標記方法來標示。 第6圖係第4圖裝置的截面圖，其顯示通穿過該阻擋 元件開口之該小離子束的發散度； 第7圖顯示根據本發明之另一阻擋元件實施例的示意 圖； 第8圖顯示合併使用該等感測器元件與第7圖之裝置 而由感測器元件所測得的典型電流讀數； 第9圖係第7圖之裝置的截面圖，顯示用來判斷該離 子束發散角度的幾何關係； 27 200832487 第10圖係一截面圖，其說明構成第4圖及第7圖法拉 第陣列中每個感測器元件的零件； 第11圖係一示意圖，顯示用於從感測器元件提供訊號 的簡單電路；以及 第12a圖及第12b圖顯示根據本發明之法拉第陣列中 感測器元件的兩種可行配置方式。 【主要元件符號說明】 Γ

10 離 子 佈 植 機 12 半 導 體 晶 圓 14 離 子 源 15 真 空 室 16 弧 室 18 弧 室 之 壁 20 陰 極 21 電 源 22 氣 體 饋 送 器 24 泵 26 擷 取 電 極 28 釋 放 開 α 30 質 量 分 析 區 32 質 量 解 析 狹 缝 34 離 子 路 徑 36 晶 圓 固 定 器 38 離 子 束 阻 擋器 40 處 理 室 44 陰 極 46 磁 鐵 組 合 件 50 電 腦 52 第 一 裝 置 54 法 拉 第 陣 列 56 阻 擋 元 件 58 感 測 器 元 件 60 阻 擋 元 件 之 下 部 分 62 水 平 開 口 64 阻 擋 元 件 之 上 部 分 66 屏 幕 68 支撐 臂 70 移 動 方 向 72 感 測 器 頭 74 支 撐 臂 76 移 動 方 向 28 200832487 78裝置 8 0替代阻擋元件 8 2屏幕 84支撐臂 86移動方向 8 8水平邊緣 90垂直邊緣 92小離子束 93前接地板 94開口 9 6電子抑制板 98開口 100法拉第杯 104電阻器 102放大器 29

Claims (1)

1. 200832487 十、申請專利範圍： 1. 一種離子佈植機，包括： 一離子源，可操作用於產生一離子束； 離子光學組件，可操作用於沿一離子束路 子束； 一感測器陣列，其具有一固定器，用於將 列固定在該離子束路徑中，每個感測器可操作 照射於其上的離子束電流； 一可動元件，設置在該感測器陣列的上游 一致動器，其配置用於移動該可動元件越 路徑，以在該可動元件切割該離子束時，使該 同部分顯露給該感測器陣列。 2. 如申請專利範圍第1項所述之離子佈植機， 器陣列包括一線性感測器陣列。 3 .如申請專利範圍第2項所述之離子佈植機， 器係配置用於在該線性陣列之長度方向上移 件。 4.如申請專利範圍第2項所述之離子佈植機， 元件包括一長形開口，該開口在與該線性陣列 的方向上延長。 徑引導該離 該感測器陣 用以測量一 ；以及 過該離子束 離子束的不 其中該感測 其中該致動 動該可動元 其中該可動 之長度垂直 30 200832487 5. 如申請專利範圍第2項所述之離子佈植機，其 元件包括一邊緣，該邊緣用於當該致動器移動該 通過該離子束路徑時切割該離子束。 6. 如申請專利範圍第5項所述之離子佈植機，其 為線性，且被對準以實質垂直於該感測器線性陣多 7. 如申請專利範圍第1項所述之離子佈植機，其 器陣列包括二維感測器陣列。 8. 如申請專利範圍第7項所述之離子佈植機，其 測器線性地排列成列及行。 9. 如申請專利範圍第8項所述之離子佈植機，其 元件可在列方向及行方向上移動。 10. 如申請專利範圍第9項所述之離子佈植機，其 元件包括一對延長開口’其一開口在該感測器之 上延長，另一開口在該感測器之直行方向上延長 1 1.如申請專利範圍第8項所述之離子佈植機，其 元件包括一在該感測器橫列方向上延長的開口， 元件可在直行方向上移動，且其中該離子佈植機 在該感測器陣列上游的另一可動元件，該另一開 中該可動 可動元件 中該邊緣 J之長度。 中該感測 中該等感 中該可動 中該可動 橫列方向 〇 中該可動 且該可動 包括放置 口包括一 31 200832487 在直行方向上延長的開口，益炅可在橫列方向上移動 . 12·如申請專利範圍第9項所述之離子佈植機，其中該 元件包括一對線性邊緣，其/邊緣對準該等感測器橫 另一邊緣則對準該等感測器直行，該等邊緣的存在使 該致動器在一方向上移動該町動元件越過該離子束 時，該邊緣切割該離子束；以及當該致動器在另一方 f、 移動該可動元件越過該離子絡牲時，另一邊緣切割該 束。 13·如申請專利範圍第1項所述之離子佈植機，其中該 器陣列包括法拉第感測器陣列。 14·如申請專利範圍第1項所述之離子佈植機，更包括 量分析磁鐵，該可動元件設襄在該質量分析磁鐵的上 並且該感測器陣列設置在該質量分析磁鐵的下游。 1 5 ·如申請專利範園第1項所述之離子佈植機，更包括 極離子透鏡，該可動元件設置在該四極離子透鏡的上 並且該感測器陣列設置在該四極離子透鏡的下游。 • 16· —種測量一離子佈植機中之離子束的方法，該離 、 植機包括一離子源、離子光學，组件、一阻擋元件以及 須1J器陣列，該方法包括·· 使用該離子源產生一離手束’ <動 列， 得當 路徑 向上 離子 感測 一質 游， 一·四 游， 子佈 一感 32 200832487 使用該離子光學組件引導該離子束通過該離 , 機，而照射在該感測器陣列上； 移動該阻擋元件通過該感測器陣列上游的離子 允許該離子束的不同部分到達該感測器陣列；以及 使用每個感測器在該離子束中該阻擋元件的一 知測量位置處測量照射於該感測器上的離子束電流 ζ") 17·如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該感 列包括一線性陣列，並且該方法包括在該線性陣列 方向上移動該阻擋元件通過該離子束。 18·如申請專利範圍第17項所述之方法，其中移動 元件的步驟包括：驅動該阻擋元件的一長形開口通 子束，其中該長形開口實質黍直於該線性陣列的長 長，該開口允許來自該離子束之採樣部分的離子通 且使用每個感測器在每個測量位置測量該離子束電 k， 驟知:供了該離子束採樣部分的電流值。 19.如申請專利範圍第17項所述之方法，其中移動 元件的步驟包括：驅動該阻擋元件的一邊緣通過 ^ 束，其中對準該邊緣使其實質垂直於該線性陣列的 該阻擋元件允許該離子束之/部分的離子通過，並 每個感測器在每個測量位置測量該離子束電流的步 了該離子束部分的電流值。 子佈植 ‘束，以 系列已 〇 測器陣 之長度 該阻擋 過該離 度而延 過，並 流的步 該阻擋 該離子 長度， 且使用 驟提供 33 200832487 20·如申請專利範圍第19項所述之方法，包括：移動該阻 播元件以逐漸露出該離子束，並且從當前剛量位置所測得 之離子束部分的電流值中減去在先前測量位置所測得之離 子束部分的電流值，從而獲得該離子束一採樣部分的電流 值’該採樣部分相當於把該阻擋元件從先前剛量位置移至 當前測量位置所露出的離子束部分。 21·如申請專利範圍第19項所述之方法，包括：移動該阻 擋元件以逐漸遮擋住該離子束，並且從先前測量位置所測 得之離子束部分的電流值中減去在當前測量位置所測得之 離子束部分的電流值，從而獲得該離子束一採樣部分的電 流值’該離子束採樣部分相當於把該阻擋元件從先前測量 位置移至當前測量位置所遮擋住的離子束部分。 22_如申請專利範圍第18項所述之方法，更包括計算該離 子束採樣部分在每個測量位置所測得之該等電流值的總 和，以獲得在該離子束採樣部分在每個測量位置處的一系 列總電流值。 23.如申請專利範圍第22項所述之方法，更包括將該系列 的等總電流值繪示成在該阻擋元件之平面上的該離子束電 流分佈。 34 200832487 •如申凊專利範圍第18項所述之方法，包括：使用該離 子束採樣部分在每個測量位置處的電流值來確認出在每個 ’則里位置處的電流接收感測器，並且使用該阻擋元件的測 量位置來判斷出離子到達每個電流接收感測器的發散角或 收敛角。 25·如申請專利範圍第24項所述之方法，更包括將每個測 量位置的該等確認角度繪示成該離子束的發散度點繪圖。 26·如申請專利範圍第24項所述之方法，更包括使用來自 母個感測器之離子束採樣部分的該等電流值來緣出該離子 束發散度的等值線圖。 27.如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該感測器陣 列包括一系列線性陣列，每個線性陣列形成二維感測器陣 列的其中一列’該等感測器被排列成列及行，其中，在兮 等感測器之行的長度方向上移動該阻擋元件通過該離子束 時，重複如申請專利範圍第17至26項任一項所述之方法， 從而在該等感測器列及該等感測器行之兩方向上提供有關 該離子束的資訊。 28·如申請專利範圍第27項所述之方法，更包括當藉由以 下任一方式移動該阻擋元件時，可將該二維感測器陣列視 為一維陣列，其等方式為：（a)當在行方向上移動該阻擋元 35 200832487 件時，將每個列中之感測器所接收到的電流值相加，或（b) 當在列方向上移動該阻擋元件時，將每個行中之感測器所 接收到的電流值相加。 29. —種用於一離子佈植機之控制器，其配置用以實施申 請專利範圍第16項所述之方法。 3 0 · —種經過編程以實施申請專利範圍第1 6項所述之方法 的電腦。 31. —種包括申請專利範圍第29項所述之控制器的離子佈 植機。 3 2. —種包括申請專利範圍第30項所述之電腦的離子佈植 機。 33. —種電腦程式，其包括多個程式指令，當執行該等程 式指令時，會使該離子佈植機根據申請專利範圍第1 6項所 述之方法運作。 3 4. —種電腦可讀媒體，其攜帶有申請專利範圍第33項所 述之電腦程式。 36