TW201401329A - 離子植入裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種離子植入裝置及其控制方法。藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值。控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整、為了固定離子束的水平方向離子束密度的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整以及為了固定垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整中的至少一方。

Description

離子植入裝置及其控制方法
本申請主張基於2012年3月29日申請之日本專利申請第2012-077101號的優先權。其申請之所有內容通過參考援用於該說明書中。
本發明係涉及一種能夠將從離子源引出之離子束植入到晶圓中之離子植入裝置及其控制方法。
離子植入裝置一般具備將離子源、引出電極、質量分析磁鐵裝置、質量分析狹縫、射束掃描儀、射束平行化裝置、加速和減速裝置、角能量過濾器(AEF：Angular Energy Filter)裝置、晶圓處理室、射束測量裝置等沿射束線配置之結構，並且為了藉由從離子源引出之離子束將離子植入到半導體用基板即晶圓而使用。
通常，為了測量藉由射束掃描儀用離子束往復掃描晶圓之後平行化之掃描離子束的射束電流量以及射束的垂直方向(Y方向)、水平方向(X方向)的剖面而提出了各種射束測量裝置和方法。X方向、Y方向的意思分別與X 軸方向、Y軸方向相同義。
已知有如下混合式離子植入裝置：使離子束藉由射束掃描儀在一軸向例如水平方向方向上往復掃描(有時稱為快速掃描或射束掃描或X掃描)，另一方面，使晶圓藉由機械Y掃描裝置在與前述一軸向正交的方向例如垂直方向方向上往復移動(有時稱為慢速掃描或機械Y掃描)。在這種離子植入裝置中，作為射束測量及射束電流控制方法的一例，提出有使用基於移動式法拉第杯的測量和基於射束偏轉裝置的射束掃描控制的方法(專利文獻1)。基於該射束測量及射束掃描控制的射束電流控制方法中，使法拉第杯沿離子束的掃描路徑移動之同時測量入射到法拉第杯之掃描離子束的射束電流，之後，在進行離子植入之晶圓保持位置即離子植入位置的單側測量經調整之離子束。在此，離子植入位置的單側是指，對晶圓的離子植入區域以與Y方向平行之晶圓的直徑進行2分割之2個分割離子植入區域的一側。
基於該射束測量及掃描控制之射束電流控制方法中，在開始離子植入前，在射束線上的任意位置使移動式法拉第杯沿離子束的掃描路徑移動之同時測量入射到法拉第杯之掃描離子束的射束電流，之後，藉由配置於離子植入位置的單側的單側射束電流測定器測量經調整之掃描離子束的射束電流量。射束電流量僅由單側射束電流測定器進行測量。另外，移動式法拉第杯並不進行掃描離子束的水平方向(X方向)的剖面(以及掃描離子束的垂直方向(Y 方向)的剖面)的測量。
另外，在前述射束電流控制方法中，用移動式法拉第杯和固定配置在離子植入位置的單側的單側射束電流測定器測量掃描離子束，但是，在前述的射束電流控制方法中，單側射束電流測定器是固定配置的，因此在離子植入位置的單側的相反側的位置無法進行射束測量，以及在離子植入位置的無法進行掃描範圍內的射束測量，基於射束測量及掃描控制的射束電流控制受到限制，成為妨礙高精度測量要求的原因之一。
因此，作為用於提高射束測量和射束電流控制的精確度的射束測量方法的例子，提出有在比離子植入位置即晶圓支撐壓板更靠前方(上游側)的掃描兩側位置和比晶圓支撐壓板更靠後方的射束線的最後方位置的射束掃描範圍內，藉由固定配置之法拉第杯測量入射到法拉第杯之射束的方法(專利文獻2)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本專利第3153784號公報
專利文獻2：日本專利第3257205號公報
專利文獻1的射束測量方法中，藉由移動式法拉第杯 和固定配置於離子植入位置的單側之單側射束電流測定器測量掃描離子束。但在該射束測量方法中，在離子植入位置的單側的相反側的位置無法進行射束測量，以及在離子植入位置無法進行掃描範圍內的射束測量，射束測量受到限制，成為妨礙基於射束測量及掃描控制的射束電流控制的高精度化要求的原因之一。
另一方面，專利文獻2公開的是在離子植入位置即晶圓支撐壓板的前方的掃描兩側位置和晶圓支撐壓板後方的射束線的最後方位置的射束掃描範圍進行射束測量的方法，對在射束線上的離子植入位置和其正前方、正後方藉由法拉第杯測量入射到法拉第杯之射束不予考慮。因此，無法將專利文獻2應用於專利文獻1。
另外，在專利文獻2中公開的方法中，需要合理進行水平方向離子束密度的均勻度測量、射束電流總量測量、射束的水平方向(X方向)的剖面(以及射束的垂直方向(Y方向)的剖面)測量，並實施離子束的調整而優化射束控制。
例如專利文獻1中提出有在混合式離子植入裝置中使快速掃描方向(水平方向)的掃描離子束的水平方向離子束密度的分佈均勻化的方法。這些方法中，假想設定一定程度的射束的水平方向斑點尺寸變化，但未設想射束在射束掃描的兩端亦停留在靶上的這種射束尺寸的擴大。
第10圖中示出射束尺寸較小時的離子束密度分佈，第11圖中示出因射束尺寸較大而產生射束殘留現象時的 離子束密度分佈。
另一方面，在掃描離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻化之前執行之射束調節中，若進行僅增加射束電流值的單純的調節，則雖能夠增加射束電流，但亦有可能導致在離子植入位置射束的水平方向(X方向)的離子束密度分佈發生變化而射束尺寸擴大。
當為靜電式射束掃描儀時，藉由校正(增減)施加之交流電場(三角波)的施加電壓傾斜度dV/dt來實施掃描離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻化，但若發生如上述的射束殘留現象，則無法順利地進行該校正，無法使掃描離子束的水平方向離子束密度的分佈均勻化。這也是因為掃描範圍端部的射束電流值由原來的射束電流強度以外的重要因素來決定，所以校正該部位的交流電場的施加電壓的傾斜度dV/dt這本身產生矛盾。
為了解決該問題，需在掃描離子束的均勻化之前執行的射束調節中，除了射束電流值以外還監控靜止射束的水平方向分佈(水平方向靜止剖面)，並同時調節射束電流值和靜止射束的水平方向的離子束密度分佈這兩者。
為了測定靜止射束的水平方向(X方向)靜止剖面，需利用具有沿Y方向縱長且較細的狹縫的法拉第杯，使法拉第杯向X方向機械地移動來進行測定。在射束的X方向為基於射束掃描儀的靜電掃描且Y方向為機械Y掃描的混合式離子植入裝置的情況下，為了測定射束水平方向靜止剖面，需在停止射束的靜電掃描的基礎上使上述法拉 第杯向X方向移動來測定X方向各點的靜止射束強度分佈，從而求出射束水平方向靜止剖面。
但是，在該方法中由於1點的測定時間受到法拉第杯的機械移動時間的限制，因此測定的高速化有極限，作為在要求高速化的離子植入裝置的調節中使用之監控器是並不現實的。
另外，參數調節中應最優化之響應為1變量時，改變參數使其成為期望值即可，但響應為多變量時，必須合成這些響應來轉換為1個變數。
考慮如下混合式離子植入裝置：藉由射束掃描儀在一軸向例如水平方向方向上以某一快速掃描頻率(射束掃描(快速掃描)速度)進行基於離子束的往復掃描，另一方面，使晶圓藉由機械Y掃描裝置在與前述一軸向正交之方向例如垂直方向方向上以某一慢速掃描頻率(晶圓掃描速度或縱掃描速度)往復移動。在這種混合式離子植入裝置中，使射束的往復掃描頻率可變來變更往復掃描的射束掃描速度時，尤其使用低頻率側的慢射束掃描速度時，如第12圖A、第12圖B所示，若快速掃描頻率(射束掃描速度)接近慢速掃描頻率(晶圓掃描速度)並且Y方向的射束尺寸變小，則由各週期的射束掃描彼此產生的垂直方向射束重疊寬度(重疊量)發生變化，對晶圓(靶基板)產生垂直方向植入分佈不均，因此導致垂直方向離子植入分佈的均勻性惡化。
為了解決上述問題，必須在掃描離子束的均勻化之前 執行之射束調節中，除了射束電流值以外依據X方向(水平方向)及Y方向(垂直方向)掃描頻率應該監控靜止射束的垂直方向離子束靜止密度(垂直方向剖面)，加大Y方向(垂直方向)射束尺寸，以使垂直方向的離子植入分佈變得均勻。
鑒於如上問題點，本發明的具體課題為實現調節輕鬆的離子植入裝置及其控制方法。
本發明適用於如下離子束掃描處理裝置：該裝置構成為使藉由引出電極從離子源引出之離子束在到達晶圓為止的射束線上經過，並且沿該射束線配設有質量分析磁鐵裝置、質量分析狹縫、射束掃描儀、射束平行化裝置、晶圓處理室、晶圓機械掃描裝置(機械Y掃描裝置)，在射束線的晶圓正前方以及附近區間設置有測定離子束的旁側杯電流測定器(固定式射束測定器)以及移動式或固定式植入位置射束電流測定裝置(移動式或固定式射束測定裝置)。
本發明可以採用以下結構。
(結構1)
根據本發明的實施方式，有一種混合式離子植入裝置，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平 行化，並且具有如下結構：藉由前述射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與水平方向正交之垂直方向以機械掃描速度機械地移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其特徵為，前述混合式離子植入裝置構成為藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，前述混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定前述水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整。
(結構2)
根據結構1所述之混合式離子植入裝置，其中，由前述控制裝置的、該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整和前述水平方向射束尺寸的同時調整係以該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整為優先之同時調整。
(結構3)
根據結構1所述之混合式離子植入裝置，其中，由前述控制裝置的、該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整和前述水平方向射束尺寸的同時調整係以前述水平方向射束尺寸的調整為優先之同時調整。
(結構4)
一種混合式離子植入裝置，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，並且具有如下結構：藉由前述射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其特徵為，前述混合式離子植入裝置構成為藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，前述混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和垂直方向射束剖面的調整。
(結構5)
根據結構4所述之混合式離子植入裝置，其中，作為前述垂直方向射束剖面的調整，前述控制裝置執行為了固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
(結構6)
根據結構5所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和與前述射束掃描儀的掃描頻率相應之為了固定前述垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之前述垂直方向射束尺寸的調整。
(結構7)
根據結構5所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和與前述機械掃描速度相應之為了固定垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之前述垂直方向射束尺寸的調整。
(結構8)
根據結構5所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和與前述射束掃描儀的掃描頻率和前述機械掃描速度相應之為了固定垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之前述垂直方向射束尺寸的調整。
(結構9)
一種混合式離子植入裝置，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，並且具有如下結構：藉由前述射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其特徵為，前述混合式離子植入裝置構成為藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，前述混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束 測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定前述水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整以及垂直方向射束剖面的調整。
(結構10)
根據結構9所述之混合式離子植入裝置，其中，作為前述垂直方向射束剖面的調整，前述控制裝置執行為了固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
(結構11)
根據結構9所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置同時執行該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整、為了固定水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之前述水平方向射束尺寸的調整、以及作為前述垂直方向射束剖面的調整的為了固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
(結構12)
根據結構1至11中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述複數個固定式射束測定器中至少一個前述固定式 射束測定器為在射束線上的離子植入位置前後設置於射束線的側方之旁側杯電流測定器。
(結構13)
根據結構1至12中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述移動式或固定式射束測定裝置係設置於離子植入位置之植入位置射束測定裝置。
(結構14)
根據結構1至13中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置導入個別滿足度值和合成滿足度值來進行射束電流和射束剖面控制。
(結構15)
根據結構1至14中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，在射束線的最下游配置具有總射束電流測量功能並在離子植入位置的後方測量最終設定射束之調節法拉第杯，前述控制裝置以供給自前述固定式射束測定器的射束波形和射束電流信號、供給自前述移動式或固定式射束測定裝置的射束波形和射束電流信號、藉由前述調節法拉第杯得到之射束電流信號為參考進行監控，利用合成滿足度 值的函數將這些信號轉換為一個變量來進行參數的調節。
(結構16)
根據結構14所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在前述合成滿足度值成為設定值時，以使所有變量滿足規格的方式構成計算公式。
(結構17)
根據結構15所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置按照調節之參數的特性準備複數個前述合成滿足度值。
(結構18)
根據結構15至17中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置構成為經由AD轉換器讀取供給自前述固定式射束測定器的射束波形、供給自前述移動式或固定式射束測定裝置的射束波形，前述AD轉換器將某一時刻ti的射束強度Ii的形狀的波形資料列(t0，I0)，(t1，I1)……(tn，In)轉換為用於調節控制之數值資料來輸出到前述控制裝置，其中，i為0及正整數。
(結構19)
根據結構18所述之混合式離子植入裝置，其中，前述AD轉換器針對成為射束強度總積分值的m%之射束寬度、射束的峰值強度、射束強度的總積分值及射束強度分佈的標準偏差進行前述波形資料的數值資料化，其中，m為預先設定之值。
(結構20)
根據結構14至19中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置將前述個別滿足度值設為梯形狀的函數形式，該梯形狀的函數形式中，在橫軸上取應優化之響應之一時，設定應滿足該響應之上限標準值和下限標準值，當該響應進入該上限標準值和下限標準值之間時成為設定值。
(結構21)
根據結構20所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置利用以下公式作為合成滿足度值D， 其中，βn為表示對該上限標準值和該下限標準值的苛刻性之係數，αn為各個別滿足度值的加權，加權α設定為滿足以下公式(1)。
(結構22)
根據結構21所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在前述合成滿足度值D的值成為設定值時，當作所有響應落在該上限標準值和該下限標準值內，完成調節。
(結構23)
根據結構18或19所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置藉由同時進行複數個輸入控制之追蹤任務對通過前述AD轉換器讀取之射束波形資料進行處理。
(結構24)
根據結構23所述之混合式離子植入裝置，其中，前述控制裝置在前述追蹤任務中藉由預先設定之計算公式進行合成滿足度值的計算，將計算結果放置於在該控制裝置內可共同參照之表格中。
(結構25)
根據結構14至24中任一項所述之混合式離子植入裝 置，其中，前述控制裝置構成為，藉由將各種裝置參數的各要件之值調節為已設定之1個變量值變得最大，藉此得到針對設定目標值進行了期望的優化之射束。
(結構26)
根據結構25所述之混合式離子植入裝置，其中，在前述離子源中前述各種裝置參數的要件的值為等離子體及熱電子的調整要件即氣體流量、電弧電流、燈絲電流、電弧電壓、陰極電壓、陰極電流的值。
(結構27)
根據結構25所述之混合式離子植入裝置，其中，在前述離子源後面的射束線的各要件中，前述各種裝置參數的要件的值為用於從前述離子源引出離子束之引出電極的位置、前述質量分析磁鐵裝置、X引導場(steerer)、射束對焦透鏡、前述射束掃描儀、射束平行化透鏡、加速和減速裝置、角能量過濾器、其他電極的各電流或電壓的值。
(結構28)
根據結構12所述之混合式離子植入裝置，其中，前述複數個固定式射束測定器中至少1個前述固定式射束測定器為測量積分電流值之旁側杯電流測定器。
(結構29)
根據結構13所述之混合式離子植入裝置，其中，藉由作為前述移動式或固定式射束測定裝置之前述植入位置射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面及水平方向剖面。
(結構30)
根據結構1至11中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，前述複數個固定式射束測定器中至少1個前述固定式射束測定器由具有總射束電流測量功能且在離子植入位置的後方測量掃描離子束之調節法拉第杯構成，並且測量積分電流值。
(結構31)
一種混合式離子植入裝置的控制方法，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，並且具有如下結構：藉由射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的 均勻性，該方法的特徵為，藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行向設定的射束電流量的調整和為了固定前述水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需的水平方向射束尺寸的調整。
(結構32)
一種混合式離子植入裝置的控制方法，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，並且具有如下結構：藉由射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，該方法的特徵為，藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式 射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和垂直方向射束剖面的調整。
(結構33)
根據結構32前述的混合式離子植入裝置的控制方法，其中，作為前述垂直方向射束剖面的調整，執行為了固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
(結構34)
一種混合式離子植入裝置的控制方法，具有構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，並且具有如下結構：藉由射束掃描儀的掃描速度調整來控制被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制前述機械掃描速度，從而固定晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，該方法的特徵為，藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值， 在離子植入前的射束電流調整階段，依據前述固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定前述水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整以及為了固定垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需的垂直方向射束尺寸的調整。
本發明中，將移動式或固定式射束測定裝置配置在離子植入位置的任意位置，例如能夠經由示波器之類的AD轉換器得到被射束掃描之射束波形來進行高速測定。藉由以該測定之射束波形和射束電流這兩者為參考進行射束調節，因此不會產生射束的殘留現象。不僅能夠調節射束電流量還能夠同時調節射束的擴展，並能夠再現性良好地調節這兩者。
依據本發明，由於不僅調節射束電流量還同時調節射束的擴展，所以能夠在短時間內同時執行為了固定射束的水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整、及為了固定垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。還提供能夠再現性良好地調節這兩者並且調節輕鬆的離子植入裝置及其控制方法。
10‧‧‧離子源
11‧‧‧升降裝置
12‧‧‧引出電極
22‧‧‧質量分析磁鐵裝置
24‧‧‧第1四極透鏡裝置
26‧‧‧停駐電極
27‧‧‧停駐外殼
28‧‧‧質量分析狹縫
30‧‧‧第2四極透鏡裝置
32‧‧‧植入器旗標法拉第杯
36‧‧‧射束掃描儀
40‧‧‧射束平行化裝置，平行透鏡
42‧‧‧加速和減速裝置
58‧‧‧晶圓
59‧‧‧晶圓支撐壓板
60‧‧‧角能量過濾器
62‧‧‧角能量過濾器電極
70‧‧‧晶圓處理室
76‧‧‧旁側杯電流測定器
78‧‧‧植入位置射束電流測定裝置
78a‧‧‧植入位置射束電流測定裝置
78_1‧‧‧狹縫測定部
78_2‧‧‧多孔測定部
78a_1‧‧‧狹縫測定部
78a_2‧‧‧多孔測定部
80‧‧‧調節法拉第杯
80a‧‧‧開口
100‧‧‧中央處理單元，控制裝置
110‧‧‧隨機存取記憶體
150‧‧‧AD轉換型變量測量器
第1圖係用於說明能夠應用本發明之離子植入裝置的一例的概要結構之圖，圖A是俯視圖，圖B是側視圖。
第2圖係用於說明為了實現基於本發明之離子束掃描處理的控制系統的結構例的圖。
第3圖係在將射束剖面儀固定配置在離子植入位置的任意位置的狀態下照射掃描離子束時得到之水平方向(X方向)射束剖面的例子之圖。
第4圖A係表示用於實現基於本發明之離子束掃描處理之控制系統中控制裝置與植入位置射束電流測定裝置(射束剖面儀)及旁側杯電流測定器的連接結構例之圖。
第4圖B係表示移動式或固定式植入位置射束電流測定裝置(射束剖面儀)的一例之圖。
第4圖C係表示固定式植入位置射束電流測定裝置的一例之圖。
第4圖D係用於說明在移動式或固定式植入位置射束電流測定裝置和離子植入位置後方藉由調節法拉第杯進行測量的一方式之圖。
第5圖係表示為了將來自植入位置射束電流測定裝置(射束剖面儀)及旁側杯電流測定器的波形信號用於離子束的調節控制而將其數值化時的4個例子之圖。
第6圖係用於說明在參數調節中響應(橫軸)與其設定上下限值及個別滿足度值(縱軸)的關係之圖。
第7圖係用於對使用於為了表示個別滿足度值的公式的、表示對上限標準值和下限標準值的苛刻性的係數βn 進行說明之圖。
第8圖係用於對控制裝置中的處理之一的追蹤任務進行說明之圖。
第9圖係表示來自第1圖所示之旁側杯電流測定器、植入位置射束電流測定裝置及安裝於調節法拉第內的法拉第杯的波形的例子之圖。
第10圖係表示離子束的水平方向射束尺寸較小時的水平方向離子束密度分佈的一例之圖。
第11圖係用於說明因離子束的水平方向射束尺寸較大而產生射束殘留現象且在掃描範圍的端部使水平方向離子束密度下降之例子之圖。
第12圖A係用於對與慢速掃描(機械Y掃描)頻率相比快速掃描(X掃描)頻率相同程度，為較小，且Y方向的縱射束尺寸較小時Y方向的離子植入密度的均勻性惡化的例子進行說明之圖。
第12圖B與第12圖A同樣是用於對與慢速掃描頻率相比快速掃描頻率相同程度，為較小，且Y方向的縱射束尺寸較小時Y方向的射束密度均勻性惡化之例子進行說明之圖。
第13圖係用於對在第12圖B中Y方向的縱射束尺寸變大而Y方向的離子植入密度的均勻性變得良好之例子進行說明之圖。
參考第1圖，對能夠應用本發明之離子植入裝置的概要結構進行說明。能夠應用本發明之離子植入裝置構成為使藉由引出電極12從離子源10引出之離子束在到達晶圓58為止的射束線上經過，並且沿該射束線配設有質量分析磁鐵裝置22、質量分析狹縫28、射束掃描儀36、晶圓處理室(離子植入室)70。晶圓處理室70內配設有具備保持晶圓58之晶圓支撐壓板之晶圓機械掃描裝置(機械Y掃描裝置)。從離子源10引出之離子束導入至沿射束線配置於晶圓處理室70的離子植入位置之晶圓支撐壓板上的晶圓58。在射束線的晶圓正前方區間以及晶圓附近區間(晶圓前後的最靠近位置或晶圓位置，即離子植入位置)設置測定離子束之旁側杯電流測定器(固定式射束測定器)76以及植入位置射束電流測定裝置(移動式或固定式射束測定裝置)78。尤其，旁側杯電流測定器76設置在離子植入位置的兩側。如後述，植入位置射束電流測定裝置78構成為在離子植入位置的測定區域與退避位置之間固定和移動和退避，可以進行測定區域內的固定測定位置的固定式射束測定或在測定區域內移動的同時進行測定之移動式射束測定中的任一個。
質量分析磁鐵裝置22與質量分析狹縫28之間視需要配置第1四極透鏡裝置(磁場式或靜電場式)(第1射束對焦裝置)24或停駐電極(park electrode)(射束抽離偏轉裝置)26。質量分析狹縫28與射束掃描儀36之間視需要配置第2四極透鏡裝置(第2射束對焦裝置)30。射 束掃描儀36與晶圓處理室70之間視需要配置射束平行化裝置40、加速和減速裝置42、角能量過濾器60。
第1圖係離子植入裝置的示意圖，該離子植入裝置是離子束掃描處理裝置中尤其是對晶圓逐個進行離子植入處理之單晶圓式離子植入裝置，其具備靜電場式(或磁場式(未圖示))的射束偏轉掃描裝置(以下稱為射束掃描儀36)及靜電場式射束平行化裝置40(射束平行化透鏡或平行透鏡，以下稱為平行透鏡)。尤其，第1圖(a)為俯視圖，第1圖(b)為側視圖。從以離子源10為起點之射束線的最上游起簡單地例示、說明離子植入裝置的結構。
離子源10的出口側設置有引出電極12，其從離子腔室內產生之等離子體將離子作為離子束加速引出。從離子源10引出之離子束導入沿射束線配置於晶圓處理室70的離子植入位置之晶圓58。離子源10的下游配置有質量分析磁鐵裝置22，其用於從引出之離子束分離出規定離子，以取出由分離之離子構成之離子束。質量分析磁鐵裝置22的下游側配置有沿上下(縱)方向或水平方向(橫)方向對離子射束的截面形狀進行對焦之第1四極透鏡裝置24、及使離子束向偏離射束線之方向瞬間偏轉而暫時抽離之停駐電極26。質量分析磁鐵裝置22的下游側進一步配置有使離子束中包含規定質量的離子之離子束通過之質量分析狹縫28、及對離子射束的截面形狀進行對焦之第2四極透鏡裝置30。停駐電極26與質量分析狹縫 28容納在停駐外殼27內。第2四極透鏡裝置30的下游側配置有植入器旗標法拉第杯32，其藉由送入射束線或從射束線取出來視需要全面截斷離子束並且測量總射束電流。植入器旗標法拉第杯32的下游配置有靜電式(或磁力式)射束掃描儀36，其在與離子束的前進方向正交之水平方向(水平方向方向或X方向)上使具有橢圓形或圓形截面形狀之離子束週期性地往復偏轉。另外，植入器旗標法拉第杯32還作為插入式射束截斷裝置發揮作用。
射束掃描儀36的下游側配置有靜電式平行透鏡40。平行透鏡40藉由射束掃描儀36使以保持向與偏轉前的離子束前進方向即射束線方向正交之水平方向方向偏轉之角度的方式連續偏轉之離子束再次偏轉，以使與上述射束線方向成平行。即，由射束掃描儀36向水平方向方向偏轉之離子束藉由構成平行透鏡40之複數個各電極間的電場而成為與偏轉前的離子束前進方向(射束線方向)平行的離子束。平行透鏡40亦可以是磁性透鏡。
由平行透鏡40再次偏轉之離子束藉由加速和減速裝置42調整為所需射束能量(射束的靜電加速能量)之後被送至角能量過濾器60。加速和減速裝置42由複數個直線形的電極構成，調整各電極的電壓來對離子束進行加速或減速。加速和減速裝置42的下游側配置有混合式角能量過濾器60。角能量過濾器60中進行有關離子束能量的分析，其只選擇所需能量的離子種類。即，角能量過濾器60為選定可得到目標加速能量之離子束之能量過濾器。
角能量過濾器60具備磁場偏轉用磁性偏轉電磁鐵和靜電場偏轉用靜電偏轉電極。磁性偏轉電磁鐵雖省略了圖示，但配置成包圍角能量過濾器腔室(未圖示)的上下左右，且由包圍角能量過濾器腔室的上下左右的磁軛構件和纏繞於該磁軛構件的上下左右的線圈組所構成。另一方面，靜電偏轉電極由一對角能量過濾器電極62構成，一對角能量過濾器電極62配置成從上下方向夾入離子束。藉由磁場偏轉時，使離子束藉由來自磁性偏轉電磁鐵的磁場向下方偏轉約10~30度，從而能夠只選擇目標能量的離子束。另一方面，藉由靜電場偏轉時，藉由在一對角能量過濾器電極62之間產生之靜電場的作用使離子束與基於磁場的偏轉同樣地向下方偏轉，從而能夠只選擇目標能量的離子束。
射束線的最後端有晶圓處理室(離子植入室或離子植入工藝腔)70。晶圓處理室70與前述角能量過濾器腔室連通。晶圓處理室70內配置有可選擇之能量狹縫(SES：Selectable Energy Slit)、等離子體噴淋器(均省略圖示)。可選擇之能量狹縫具有複數個狹縫面，藉由依據離子種類依次切換狹縫面來降低交叉污染。等離子體噴淋器將低能量電子與離子束一同供給到晶圓58的前表面，中和並抑制由於向晶圓58的離子植入所產生之正電荷的充電。等離子體噴淋器的左右端的附近中晶圓處理室70內的晶圓的正前方側，在與晶圓58的水平方向方向的兩側對應之部位分別配置旁側杯(劑量杯)電流測定器76， 在離子植入過程中亦測定射束電流(劑量杯)。具體而言，旁側杯電流測定器76具有與電流測定電路連接之旁側杯，進入到旁側杯的離子束被流過電流測定電路之電子中性化，因此藉由測定該電子的流動來進行離子束的測定。
離子植入位置即晶圓附近區間設置有植入位置射束電流測定裝置78。植入位置射束電流測定裝置78具備作為射束剖面儀發揮作用的法拉第杯，前述法拉第杯用於測定離子植入位置的射束電流的強弱測定以及掃描方向的射束形狀。法拉第杯通常具有橢圓形或長方形的射束入射開口。植入位置射束電流測定裝置78可使用設置有單一列射束剖面儀杯的移動測定式或固定測定式裝置(第2圖A、第2圖B)、或者設置有複數列射束剖面儀杯組之固定式(具備移動和固定裝置)的植入位置射束電流測定裝置78a(第2圖C)中的任一個。
移動測定式或固定測定式植入位置射束電流測定裝置78通常從射束掃描位置抽離。第4圖B所示，移動測定式植入位置射束電流測定裝置78具有狹縫測定部78-1和多孔測定部78-2。移動測定式植入位置射束電流測定裝置78在離子植入前等，從抽離位置與在射束掃描區域上掃描的離子束(掃描離子束)垂直方向地向水平方向方向移動的同時，藉由狹縫測定部78-1測定離子植入位置的水平方向方向上的各位置(數十到數千點位置以上)的離子束密度(射束電流密度)。並且，移動測定式植入位置射 束電流測定裝置78在離子植入前，從抽離位置向射束掃描區域上的中間部移動並固定放置於其上，藉由狹縫測定部78-1測定掃描離子束的射束掃描方向(水平方向)的剖面以及積分電流值，並且藉由多孔測定部78-2測定掃描離子束的上下方向(垂直方向)的射束縱剖面。
在為固定測定式植入位置射束電流測定裝置78a(第2圖C)的情況下，亦通常從射束掃描位置抽離。如第4圖C所示，植入位置射束電流測定裝置78a具有水平方向排列之複數列狹縫測定部(複數列射束剖面儀杯組)78a-1和設置於中央的2個狹縫測定部78a-1之間的多孔測定部78a-2。植入位置射束電流測定裝置78a在離子植入前等從抽離位置被位置變更為射束掃描位置。植入位置射束電流測定裝置78a針對在射束掃描區域上進行掃描之射束(掃描離子束)，藉由狹縫測定部78a-1測定離子植入位置的水平方向方向上的複數列射束剖面儀杯組的各杯位置(數十至數千點位置以上)的離子束密度(射束電流密度)以及離子束的水平方向方向的剖面。並且，植入位置射束電流測定裝置78a藉由多孔測定部78a-2測定掃描離子束的上下方向(垂直方向)的射束縱剖面。
因此，在移動測定式、固定測定式中的任一個情況下，射束電流測定的結果，射束掃描方向的離子束密度的均勻性未滿足工藝要求時，後述控制裝置自動調整(射束調節)射束掃描儀36的施加電壓以滿足工序條件，並視需要藉由植入位置射束電流測定裝置78(78a)再次實施 植入位置射束電流測定。
返回到第1圖，射束線的最下游配置有調節法拉第杯80，其具有與法拉第杯相同的總射束電流測量功能且在離子植入位置的後方測量最終設定射束。
調節法拉第杯80能夠視為與旁側杯電流測定器76不同的複數個固定式射束測定器之一。例如，如第4圖D所示，由帶有離子束所入射之開口80a之調節法拉第杯80構成複數個固定式射束測定器中的一個固定式射束測定器。而且，在測定垂直方向剖面、水平方向剖面的同時，藉由設置在離子植入位置之植入位置射束電流測定裝置78進行測定時，針對無法藉由植入位置射束電流測定裝置78測定之範圍，能夠由無法進行上述測定的範圍的前後的值補充運算來得出基於調節法拉第杯80而測定的積分電流值的值。
第2圖是用於對同時利用基於射束掃描儀36的射束掃描和基於晶圓機械掃描裝置的機械Y掃描來對晶圓58進行離子植入時的狀態進行說明之圖。
第2圖中，晶圓機械掃描裝置具備升降裝置11。升降裝置11具備保持晶圓58之晶圓支撐壓板59，藉由使晶圓支撐壓板59上下方向升降來使晶圓58升降(機械Y掃描)。第2圖(a)中示出晶圓58與升降裝置11一同向附圖的上下方向往復移動，第2圖(b)中示出晶圓58與升降裝置11的晶圓支撐壓板59一同向與附圖的面正交之方向往復移動(機械Y掃描)。即，若例如在一軸向上 進行基於離子束的往復掃描，則晶圓58以藉由升降裝置11向與上述一軸向正交之另一方向往復移動的方式被驅動。
另外，晶圓機械掃描裝置除了升降裝置11以外，還具備作為控制裝置發揮作用之中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)100及記憶晶圓58的上下方向的位置之隨機存取記憶體(Random Access Memory；RAM)110。中央處理單元100接收來自檢測晶圓58的上下方向的位置之位置感應器(未圖示)的位置檢測信號，視需要將晶圓58的位置記憶在隨機存取記憶體110。一對旁側杯電流測定器76配置在被照射離子束之區域內的固定位置、在此為升降裝置11的左右位置，測定射束電流量(劑量)並將測定值輸出到中央處理單元100。
為了進行向射束變動和劑量變動的追蹤控制，第2圖(a)所示的中央處理單元100依據由一對旁側杯電流測定器76雙方或一方測定出的測定值，控制升降裝置11的機械Y掃描速度以使晶圓的垂直方向離子植入分佈變得恆定。
如第2圖中以虛線箭頭(附加X的方向的箭頭)所示，為最大射束掃描寬度時，藉由射束掃描儀36，以橫穿一對旁側杯電流測定器76的方式沿水平方向方向(水平方向或X方向)週期性地進行離子束的往復掃描(射束掃描或X掃描)。如以實線的箭頭(附加Y的方向之箭頭)所示，晶圓58相對於沿水平方向方向進行往復掃描 之離子束向上下方向(垂直方向或Y方向)移動，則離子束對晶圓58的整個表面進行往復掃描，其結果，離子束的離子被植入到晶圓58的整個表面。具體而言，在晶圓58從最下位置移動到最上位置或從最上位置移動到最下位置的期間，離子被植入到晶圓58的整個表面。
但是，將移動測定式植入位置射束電流測定裝置78作為射束剖面儀而固定在離子植入位置的任意位置，藉由與植入位置射束電流測定裝置78連接之AD轉換型變量測量器(例如數字示波器)能夠高速測定掃描離子束的射束波形。以該測定之射束波形和用旁側杯電流測定器76測定出之射束電流這兩者為參考，藉由中央處理單元100進行射束調節，從而不會發生射束殘留現象。在本實施形態的情況下，中央處理單元100不僅能夠調節射束電流量同時還能夠調節射束的擴展(射束尺寸)，且能夠再現性良好地調節兩者。
本發明中，為了能夠相對掃描離子束進行與靜止射束的情況相同的X方向剖面測定，發揮射束掃描儀36的靜電掃描的特徵，如第3圖所示，用在離子植入位置的任意位置停止的射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)測定掃描離子束，藉此能夠測定與X方向(水平方向)的靜止射束剖面大致等價的X方向的掃描離子射束剖面以及積分電流值。藉由如AD轉換型變量測量器(例如數字示波器)之類的可高速AD轉換的測量器測定由射束剖面儀測量的射束強度，藉此能夠提高射束強度的時間分 辨率，若標繪某一時刻的射束強度，則可得到與射束的X方向剖面等價的X方向的掃描離子射束剖面以及積分電流值。
該測定的優點為，能夠藉由射束掃描儀36的一次靜電掃描(頻率=數100Hz~數kHz)來獲取1個資料，即使考慮資料轉送亦能夠以數100msec獲取1個樣本的資料。與以往相比，能夠壓倒性地縮短為了獲取射束調節所需之X方向剖面而所需的時間。
本發明中，如第4圖A所示，在一對旁側杯電流測定器76及移動測定式射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)經由AD轉換型變量測量器150連接有控制裝置(中央處理單元)100。藉此構成為不僅是通過在任意位置停止之射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)得到之電路波形，而且通過置於離子植入位置的兩側之旁側杯電流測定器76、76得到之電流波形亦同樣被讀取到控制裝置(中央處理單元)100中。
第4圖B表示植入位置射束電流測定裝置78的一例。植入位置射束電流測定裝置78具有沿上下方向延伸之狹縫測定部78-1、及沿上下方向排列之2列多孔測定部78-2。狹縫測定部78-1用於測定射束電流和水平方向的射束橫剖面及積分電流值。另一方面，多孔測定部78-2用於檢測射束的上下方向的剖面(射束縱剖面)，藉由第2列多孔位於在第1列的多孔之間鄰接的部位的形態，能夠得到外觀上連續之檢測資料。植入位置射束電流測定裝 置78藉由未圖示之驅動機構向附圖中以箭頭所示之方向進退自如，構成為可固定於任意位置之移動測定式。
採用如上述的結構之目的是為了使基於離子束的掃描範圍的中央和掃描範圍的兩端的離子束密度儘量均勻。這是因為，若在緊接其後的掃描離子束的均勻化中射束強度的X方向分佈從一開始就均勻，則均勻化調節在短時間內結束。並且是因為，即使將停止之射束剖面儀位置的X方向剖面(射束水平方向剖面)以及積分電流值調節在設定上下限值內，X方向兩端(掃描範圍的兩端)的剖面以及積分電流值亦未必一定在設定上下限值內，因此需要讀取並調節掃描範圍中央和掃描範圍之兩端共計3點的剖面資料以及電流資料。
接著，對在如上述的離子植入裝置中應用本發明時的動作原理進行說明。
參考第9圖，控制裝置(中央處理單元)100為了調節離子束而使用來自射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)的狹縫測定部78-1的射束波形輸出信號(上數第2個：剖面杯狀波形)、及來自旁側杯電流測定器76的2個射束波形信號(上數第1個和第3個：右旁側杯或左旁側杯狀測量波形)。控制裝置100還使用藉由來自以往在參數調節中使用的安裝在射束收集器(調節法拉第杯80)內之法拉第杯的波形(下數第1個：調節法拉第杯波形)而得到之射束強度。由AD轉換型變量測量器等測量射束波形輸出信號，其被數值化為射束寬度等之後，作為 參數調節的參考來使用。
由於作為參考而被監控之信號為複數個(多變量)，因此控制裝置100利用合成滿足度值的函數將這些信號轉換為1個變量，將裝置參數調節成使該值變得最大(例如最大值為“1”的設定值)，藉此得到所期望的射束狀態。若合成滿足度值成為設定值(例如“1”)，則設定計算公式以使所有變量滿足規格。另外，依據參數的特性准備複數個合成滿足度值。
使來自射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)或旁側杯電流測定器76等的射束波形讀取到AD轉換型變量測量器150。在該時點，資料成為某一時刻的射束強度的形態的資料列(t0，I0)，(t1，I1)，……，(tn，In)。為了將這些資料列用於調節控制中，需要將其數值化。
本發明中，例如用以下4個(1)~(4)來進行波形資料的數值化。
參考第5圖，(1)成為射束強度總積分值的n%(n為所期望的值，例如70)之射束寬度(第5圖A)、(2)射束的峰值強度(第5圖B)、(3)射束強度的總積分值(第5圖C)、(4)射束強度分佈的標準偏差(第5圖D)。
參數調節中應最優化之響應為1變量時，為了使響應成為所期望的值而改變參數即可，但如本發明的情況，響 應為多變量時，必須合成這些響應來轉換為1個變數。因此，本發明中導入個別滿足度值和合成滿足度值來用於控制。
如第6圖所示，個別滿足度值dn設為梯形狀的函數形式，該梯形狀的函數形式中，在橫軸上取應優化之響應yn之一例如射束寬度時，設定應滿足該響應之上限值UL和下限值LL的規格值，射束寬度進入這些上下限值(上限標準值和下限標準值)之間時個別滿足度值成為1。
對於合成滿足度值D使用以下公式。
αn為個別滿足度值的加權，若加大該加權則在進行參數調節時具有使控制裝置以相應響應優先被最優化方式動作的功能。另外，將加權α設定為滿足以下公式(2)。
若這樣設定，則合成滿足度值D的值成為設定值(例如1)時，所有響應都會落在上限標準值和下限標準值內，相當於調節已完成。
βn為表示對上限標準值和下限標準值的苛刻性的係數，如第7圖所示，若βn>1，只要響應不接近上限標準值和下限標準值，個別滿足度值就不會提高。另一方面，若βn<1，即使響應脫離上限標準值和下限標準值，個別 滿足度之亦提高。
從AD轉換型變量測量器150讀取到控制裝置100的射束波形資料藉由始終起動之追蹤任務進行處理。為了使1個變量值變得最大而調節作為各種裝置參數的各要件的值，藉此能夠得到所期望的被最優化之射束狀態。在離子源中，各種裝置參數的要件的值為等離子體及熱電子的調整要件即氣體流量、電弧電流、燈絲電流、電弧電壓、陰極電壓、陰極電流值。在離子源後面的射束線的各要件中為引出電極12的位置、質量分析磁鐵裝置22、X引導場、第1射束對焦透鏡(第1四極透鏡裝置24)、第2射束對焦透鏡(第2四極透鏡裝置30)、靜電掃描儀(射束掃描儀36)、靜電平行化透鏡(平行透鏡40)、加速和減速裝置、靜電和磁場角能量過濾器(AEF60)及其他電極的各電流或電壓的值。
參考第8圖，對追蹤任務的一例進行說明。
(1)控制裝置100始終讀取射束波形，對已讀取之波形資料進行處理來數值化，並藉由預先定義之滿足度值的函數計算合成滿足度值。
(2)將計算出之合成滿足度值放置在控制裝置100中可共同參照之記憶體例如隨機存取記憶體110的參照表格中。
(3)控制裝置100依據調節之參數特性計算多種合成滿足度值。該合成滿足度值能夠藉由對各個別滿足度值的加權αn和對上限標準值和下限標準值的苛刻性βn的給 定方法來改變。
第8圖中示出來自射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)的射束波形作為剖面儀資料讀取到控制裝置100中且來自旁側杯電流測定器76的2個射束波形作為左杯資料、右杯資料讀取到控制裝置100中的狀態。這些波形資料如第5圖中說明般被數值化為成為總射束強度積分值的n%的射束寬度、峰值強度、總射束強度積分值、射束強度分佈的標準偏差。接著，在追蹤任務內藉由預先設定之計算公式進行合成滿足度值計算，放置於在控制裝置100中可共同參照之記憶體例如隨機存取記憶體110的參考表格中。按照調節之參數特性准備複數個合成滿足度值。
接著，對掃描電壓校正函數進行說明。如前述，離子植入裝置中，保持晶圓中離子植入量(劑量)的面內均勻性是很重要的。在採用射束掃描(X掃描)作為快速掃描、採用上下方向(垂直方向或Y方向)機械Y掃描(Y掃描)作為慢速掃描之離子植入裝置中，以保持水平方向(X方向)的離子束密度分佈的均勻性為目的，對基於射束掃描儀的掃描電壓的控制函數即參考射束掃描控制函數的各射束掃描電壓值，依據植入位置射束電流測定裝置78的射束測定加以校正。
將為了進行該校正所需之函數稱為掃描電壓校正函數。藉由該掃描電壓校正函數實際上供給於射束掃描儀36的，被校正之掃描電壓值成為射束掃描電壓校正控制 函數。射束掃描電壓校正控制函數不僅能夠保持水平方向(X方向)的離子束密度分佈的均勻性，還能夠設定射束掃描寬度。
有關垂直方向(Y方向)的離子植入分佈的均勻性，使機械Y掃描速度按照設定之射束電流量並依據兩個或一個的旁側杯電流測定器76的射束電流測定值跟著變化，以便能夠對應基於射束的微小擺動和微小變動之劑量修正。
另外，控制裝置可以構成為在離子植入前的射束電流調整階段，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和垂直方向射束尺寸的調整。此時，依據固定測定式射束測定器及移動測定式射束測定裝置的測量值進行射束電流對該射束電流的預設值的調整，按照機械Y掃描速度，依據機械Y掃描速度與垂直方向射束尺寸的垂直方向射束掃描重疊關係(能夠保持設定之重疊寬度的關係)進行垂直方向射束尺寸的調整。
如以上說明中能夠理解，依據上述實施形態可得到以下效果。
(1)以往，射束的剖面測定藉由使射束剖面儀停止且使射束剖面儀相對於靜止之離子束移動來進行。相對於此，本實施形態中，發揮基於射束掃描儀的掃描離子束的特徵，在將射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)固定在離子植入位置的任意位置之基礎上，能夠藉由進行射束掃描來高速測定射束剖面{掃描方向(水平方向 或X方向)及上下方向(垂直方向或Y方向)剖面}。尤其是，藉由組合AD轉換型變量測量器(例如數字示波器)等可高速AD轉換的測量器，能夠高速測定射束剖面。
(2)以射束橫剖面波形和植入位置射束電流測定值這兩者為參考進行射束調節，因此不會產生射束殘留現象。不僅能夠調節射束電流量，同時還能夠調節射束的擴展，能夠再現性良好地調節兩者。
(3)不僅能夠調節射束電流量，同時還能夠調節射束的擴展，因此能夠再現性良好地調節兩者，可輕鬆進行調節。
(4)藉由射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整，能夠使基於射束測量及掃描控制器的射束電流控制高精確度化。
(5)藉由靜止之射束剖面儀(植入位置射束電流測定裝置78)測定基於射束掃描儀的掃描離子束，能夠得到與水平方向(X方向)的靜止射束橫剖面大致等價之水平方向(X方向)的掃描離子束橫剖面。
(6)與以往相比，能夠壓倒性縮短為了取得調節離子束所需之水平方向(X方向)剖面而所需之時間。
(7)通常藉由導入合成滿足度值將要求組合複雜的序列之多變量的最優化來轉換為1個變量，能夠實現參數調節。
依據上述能夠提供一種調節輕鬆的離子植入裝置及其控制方法。
此外，基於控制裝置的射束電流對該射束電流的預設值的調整和水平方向射束尺寸的同時調整可以是以射束電流對該射束電流的預設值的調整為優先之同時調整，亦可以是以水平方向射束尺寸的調整為優先的同時調整。
本發明可採用以下形態。
(形態1)
一種離子植入裝置的離子植入方法，利用從離子源引出之離子束藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描，並且使被掃描之離子束平行化，藉由被射束測量的反饋進行控制的晶圓機械掃描裝置使晶圓垂直方向移動，並且針對被平行化之離子束，藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及二維形狀、離子束的電流密度及積分電流值，該方法的特徵在於，
控制射束掃描儀及晶圓機械掃描裝置，以便能夠在最短時間內實施設定之均勻性下的設定植入量的離子植入，並且調節與離子束有關的各部份的設定參數{作為(離子源中的等離子體及熱電子的調整要件的氣體流量、電弧電流、燈絲電流、電弧電壓、陰極電壓、陰極電流)、引出電極的位置、質量分析磁鐵裝置、第1射束對焦裝置、第2射束對焦裝置、射束掃描儀、平行透鏡(射束平行化裝 置)、加速和減速裝置、角能量過濾器及其他電極等}進行了調整以得到所期望的最優化之射束狀態，來進行滿足設定值的離子植入控制。
(形態2)
在離子植入裝置的晶圓處理室內的射束線終端部，在離子植入位置配置移動式或固定式植入位置主測量杯(植入位置射束電流測定裝置)，在離子植入位置的正前方區域的左右兩側配置植入正前方位置左右側測量杯(旁側杯電流測定部)，在離子植入位置的後方區域配置植入後方位置測量杯(法拉第杯)。藉由這些植入前方位置、植入位置、植入後方位置的各測量杯測量掃描離子束的射束電流值。
(形態3)
藉由離子束的掃描範圍內的植入位置主測量杯的狹縫測定部的移動測定來進行射束電流值測定以及掃描方向的射束剖面測定。
(形態4)
將可移動之植入位置主測量杯(狹縫測定部)固定配置於掃描範圍的中間位置來進行掃描離子束的射束電流值測定以及掃描方向(水平方向或X方向)的射束剖面測定。
(形態5)
藉由同時測定左右側測量杯(狹縫測定部)及固定配置在掃描範圍的中間位置的植入位置主測量杯這兩者，來進行射束重心的調整調節。
(形態6)
藉由植入正前方位置左右側測量杯及植入位置主測量杯(狹縫測定部)測定掃描離子束的射束電流值、以及藉由植入位置射束電流測定裝置的狹縫測定部測定掃描方向的射束剖面，藉此同時藉由植入參數調節來調整射束電流值及X方向射束寬度和X方向剖面。
(形態7)
依據中央與兩側共計3點的剖面資料來進行離子束均勻化的調節。
(形態8)
藉由掃描範圍內的植入位置主測量杯的狹縫測定部的移動測定來進行射束均勻性測定。
(形態9)
藉由可移動之植入位置主測量杯的狹縫測定部邊向左右方向移動掃描範圍邊測量掃描的離子束，藉由基於射束 掃描控制器(掃描速度設定調整)的射束控制來調整掃描的離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性。
(形態10)
藉由離子束的掃描範圍內的植入位置主測量杯的多孔測定部來進行射束電流值測定以及與掃描之離子束的掃描方向正交之上下方向的射束縱剖面的測定。
(形態11)
將X方向的射束寬度射束調節為已設定之水平方向射束寬度。
(形態12)
藉由植入後方位置測量杯測定靜止射束電流值，將該射束電流值作為射束電流調節的初始射束電流參考值。
(形態13)
藉由基於植入後方位置測量杯(調節法拉第杯)之掃描的離子束的射束電流測定來調整掃描的離子束，以便藉由進行掃描之離子束的植入參數調節來得到目標射束電流值。
(形態14)
藉由基於植入後方位置測量杯(狹縫測定部)的掃描 的離子束的射束電流測定來調整掃描離子束的射束電流值，以便藉由進行掃描之離子束的植入參數調節來得到目標射束電流值。
(形態15)
藉由植入正前方位置左右側測量杯及植入位置主測量杯(狹縫測定部)進行掃描的離子束的掃描方向的射束電流值測定並調整掃描的離子束的射束電流值，以便在離子植入位置成為目標射束電流值。
(形態16)
進行掃描範圍內的基於植入位置主測量杯(狹縫測定部)的移動測定之射束均勻性測定並控制掃描的離子束的掃描，從而調整掃描的離子束的均勻性。
(形態17)
進行基於植入正前方位置左右側測量杯及植入位置主測量杯(狹縫測定部)的掃描的離子束的射束電流值測定、以及基於植入位置射束電流值測定裝置的多孔測定部的射束的上下方向的射束縱剖面測定，藉此藉由植入參數調節來同時調整射束電流值及垂直方向射束寬度和垂直方向剖面。
以上，對較佳實施形態說明了本發明，但本發明並不限於上述實施形態這是不言而喻的。
10‧‧‧離子源
12‧‧‧引出電極
27‧‧‧停駐外殼
60‧‧‧角能量過濾器
70‧‧‧晶圓處理室
80‧‧‧調節法拉第杯
59‧‧‧晶圓支撐壓板
78‧‧‧植入位置射束電流測定裝置
58‧‧‧晶圓
76‧‧‧旁側杯電流測定器
62‧‧‧角能量過濾器電極
42‧‧‧加速和減速裝置
40‧‧‧射束平行化裝置，平行透鏡
36‧‧‧射束掃描儀
32‧‧‧植入器旗標法拉第杯
30‧‧‧第2四極透鏡裝置
28‧‧‧質量分析狹縫
26‧‧‧停駐電極
24‧‧‧第1四極透鏡裝置
22‧‧‧質量分析磁鐵裝置

Claims (34)

  1. 一種混合式離子植入裝置，具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，藉由該射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且其中使晶圓沿與水平方向正交之垂直方向以機械掃描速度機械地移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而確保晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其中，藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定該離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，以及該混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據該固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流預設值的調整和為了確保該水平方向離子束密度分佈的該均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之混合式離子植入裝置，其中由該控制裝置的、該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整和該水平方向射束尺寸的該調整係同時調整，其中以該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整為優先。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之混合式離子植入裝置，其中由該控制裝置的、該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整和該水平方向射束尺寸的該調整係同時調整，其中以該水平方向射束尺寸的該調整為優先。
  4. 一種混合式離子植入裝置，具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，藉由該射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且其中使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而確保晶圓中的垂直方向離子植入分佈的該均勻性，其中藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定該離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，該混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據該固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和垂直方向射束剖面的調整。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之混合式離子植入裝置，其中作為該垂直方向射束剖面的該調整，該控制裝置 執行為了固定該晶圓中的該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置在離子植入前的該射束電流調整，依據該射束掃描儀的掃描頻率和依據該固定式射束測定器以及該移動式或固定式射束測定裝置的該測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的該調整和為了固定該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之該垂直方向射束尺寸的該調整。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置在離子植入前的該射束電流調整，依據該機械掃描速度與該射束掃描儀的掃描頻率依據該固定式射束測定器以及該移動式或固定式射束測定裝置的測該量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的該調整和為了固定該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之該垂直方向射束尺寸的該調整。
  8. 根據申請專利範圍第5項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置在離子植入前的該射束電流調整，依據該射束掃描儀的掃描頻率和該機械掃描速度和依據該固定式射束測定器以及該移動式或固定式射束測定裝置的該測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的該調 整和為了固定該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之該垂直方向射束尺寸的該調整。
  9. 一種混合式離子植入裝置，具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，藉由該射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且其中使晶圓沿與射束掃描方向正交之該垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而固定該晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其中藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定該離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，該混合式離子植入裝置包含控制裝置，該控制裝置在離子植入前的射束電流調整階段，依據該固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定該水平方向離子束密度分佈的該均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整以及垂直方向射束剖面的調整。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中作為該垂直方向射束剖面的調整，該控制裝置執行為了固定該晶圓中的該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的該調整。
  11. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置同時執行該射束電流對該射束電流的該預設值的該調整、為了固定該水平方向離子束密度分佈的該均勻性而所需之該水平方向射束尺寸的該調整、以及作為該垂直方向射束剖面的調整的為了固定該晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
  12. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中該複數個固定式射束測定器中至少一個該固定式射束測定器為在射束線上的離子植入位置前或後設置於射束線的側方之旁側杯電流測定器。
  13. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中該移動式或固定式射束測定裝置為設置於離子植入位置之植入位置射束測定裝置。
  14. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置藉由導入個別滿足度值和合成滿足度值來進行該射束電流和該射束剖面的該控制。
  15. 根據申請專利範圍第9項所述之混合式離子植入裝置，其中在射束線的該最下游配置具有總射束電流測量功 能並在該離子植入位置的後方測量最終設定射束之調節法拉第杯，以及該控制裝置監控供給自該固定式射束測定器的射束波形和射束電流信號、供給自該移動式或固定式射束測定裝置的射束波形和射束電流信號、以及自該調節法拉第杯得到之射束電流信號為參考，利用合成滿足度值的函數將這些信號轉換為一個變量來進行參數的調節。
  16. 根據申請專利範圍第14項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置在該合成滿足度值成為設定值時，為了使所有變量滿足規格的限制產生計算公式。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置按照受該調節之參數的特性準備複數個該合成滿足度值。
  18. 根據申請專利範圍第15項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置構成為經由AD轉換器讀取供給自該固定式射束測定器的射束波形、以及供給自該移動式或固定式射束測定裝置的射束波形，該AD轉換器將任意一時刻ti的射束強度Ii(i為0及正整數)的形狀的波形資料列(t0，I0)，(t1，I1)……(tn，In)轉換為用於調節控制之數值資料，並輸出該數值資料到該控制裝置。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述之混合式離子植入裝置，其中該AD轉換器針對成為射束強度總積分值的m%(m為預先設定之值)之射束寬度、射束峰值強度、射束強度的該總積分值，及射束強度分佈的標準偏差進行該波形資料成為數值資料的該轉換。
  20. 根據申請專利範圍第14項所述之混合式離子植入裝置，其中將該個別滿足度值設為梯形狀的函數形式，在橫軸上取一待優化的響應時，該控制裝置設定應滿足該響應之上限標準值和下限標準值，當該響應進入該上限標準值和下限標準值之間時成為設定值。
  21. 根據申請專利範圍第20項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置利用以下公式作為合成滿足度值D， 其中，βn為表示對該上限標準值和該下限標準值的苛刻性的係數，αn為各個別滿足度值的加權，加權α設定為滿足以下公式(3)。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述之混合式離子植入裝置，當該控制裝置在前述合成滿足度值D的值成為設定值 時，判定所有響應進入在該上限標準值和該下限標準值內，並完成調節。
  23. 根據申請專利範圍第18項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置藉由同時進行複數個輸入控制之追蹤任務對通過該AD轉換器讀取之該射束波形資料進行處理。
  24. 根據申請專利範圍第23項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置在該追蹤任務中藉由預先設定之計算公式進行該合成滿足度值的計算，並將計算結果放置於在該控制裝置內可共同參照之表格中。
  25. 根據申請專利範圍第14項所述之混合式離子植入裝置，其中該控制裝置構成為，藉由將各種裝置參數的各要件之值調節為了設定為最大值之一個變量，得到針對設定目標值期望的優化之射束。
  26. 根據申請專利範圍第25項所述之混合式離子植入裝置，其中在該離子源中該各種裝置參數的要件的值為等離子體及熱電子的調整要件即氣體流量、電弧電流、燈絲電流、電弧電壓、陰極電壓、陰極電流的值。
  27. 根據申請專利範圍第25項所述之混合式離子植入裝置， 其中在該離子源的射束線下游的各要件中，該各種裝置參數的要件的該值為用於從該離子源引出離子束之引出電極的位置，和該質量分析磁鐵裝置、X引導場(steerer)、射束對焦透鏡、該射束掃描儀、射束平行化透鏡、加速和減速裝置、角能量過濾器、和其他電極的各電流或電壓的該值。
  28. 根據申請專利範圍第12項所述之混合式離子植入裝置，其中該複數個固定式射束測定器中至少一個該固定式射束測定器為測量積分電流值之旁側杯電流測定器。
  29. 根據申請專利範圍第13項所述之混合式離子植入裝置，其中藉由作為該移動式或固定式射束測定裝置之該植入位置射束測定裝置測定該離子束的該垂直方向剖面及該水平方向剖面。
  30. 根據申請專利範圍第9項中任一項所述之混合式離子植入裝置，其中，該複數個固定式射束測定器中至少一個該固定式射束測定器由調節法拉第杯構成以測量該積分電流值，其具有該總射束電流的測量功能且在該離子植入位置的後方的位置測量該被掃描之離子束。
  31. 一種混合式離子植入裝置的控制方法具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，其中藉 由射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且其中使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而固定該晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其中藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，以及在離子植入前的射束電流調整階段，依據該固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和為了固定該水平方向離子束密度分佈的均勻性而所需之水平方向射束尺寸的調整。
  32. 一種混合式離子植入裝置的控制方法，具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，其中藉由射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其得以固定，並且其中使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而固定該晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其中藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定 式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，以及在離子植入前的射束電流調整階段，依據該固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整和垂直方向射束剖面的調整。
  33. 根據申請專利範圍第32項所述之離子植入裝置的控制方法，其中作為該垂直方向射束剖面的該調整，執行固定該晶圓中的該垂直方向離子植入分佈的該均勻性而所需之垂直方向射束尺寸的調整。
  34. 一種混合式離子植入裝置的控制方法，具有其構成為使用從離子源引出之離子束並藉由射束掃描儀在水平方向上進行往復掃描並且使被掃描之離子束平行化，其中藉由該射束掃描儀的掃描速度調整來控制該被平行化之離子束的水平方向離子束密度分佈的均勻性並使其固定，並且其中使晶圓沿與射束掃描方向正交之垂直方向以機械掃描速度移動，藉由實時射束測量的反饋來控制該機械掃描速度，從而固定該晶圓中的垂直方向離子植入分佈的均勻性，其中藉由複數個固定式射束測定器以及移動式或固定式射束測定裝置測定離子束的垂直方向剖面、水平方向剖面及積分電流值，在離子植入前的射束電流調整，依據該固定式射束測 定器以及該移動式或固定式射束測定裝置的測量值，同時執行射束電流對該射束電流的預設值的調整，固定該水平方向離子束密度的均勻性之水平方向射束尺寸的調整，以及固定該垂直方向離子植入分佈的該均勻性之垂直方向射束尺寸的調整。
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