TW201730548A - 評估離子植佈加工件特性的方法及其測試加工件 - Google Patents
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Abstract
一種評估離子植佈加工件特性的方法包含在基材上形成一光感層，以形成一加工件，該光感層包含一光感材料。接著，在該加工件上進行離子植佈。對該加工件進行輻射。計算該加工件之一光學強度。離子植佈圖案由光學強度結果評估。光感材料之一化學結構在離子植佈時改變。加工件透過恢復光感材料的化學結構或是藉由化學物質移除離子干擾的光感材料。可加快分析離子植佈的時程，且容易觀察，加工件還可回收再利用。
Description
本發明實施例係關於一種評估離子植佈加工件的方法；更詳細地說，係關於一種利用光感材料評估離子植佈加工件的方法。
離子植佈係用在將摻雜物植入半導體晶圓中，以形成像是場效電晶體〈field effect transistors〉和雙載子接面電晶體〈bipolar junction transistors〉。由離子佈植器產生一集中的離子光束，這道光束係藉由將分子或原子於氣態中離子化，接著靜電校正，過濾不需要的離子並集中該光束於晶圓表面上。理想狀況，接受離子植佈處理的晶圓表面有統一的輻射強度以及由光束產生的相同光點大小。整個晶圓表面都暴露在光束之下，且離子滲透進入晶圓表層。離子進入晶圓表層的深度取決於光束強度。換句話說，光束強度以及暴露時間長短對於摻雜物植入圖案有顯著的影響。
然而，實際上形成圖案的光束中，離子密度並非統一。常見的情況，在中心佈位的掃描範圍相較於邊緣區域具有較高的植入濃度。摻雜物分佈情形可能受到的各種影響比預期的還要複雜。但是摻雜物分佈情形具有舉足輕重的地位，因為半導體裝置的二維面積愈來愈小。離子植佈結果與裝置性能密切相關。舉例來說，金氧半場效電晶體的閾電壓調整。
摻雜物分佈情形相當複雜且不如預期。因此，業界亟需一種能夠在製程中監控摻雜物分佈情形，而且同時更了解離子植佈的物理機制。
根據本發明部分實施例提供一種評估離子植佈加工件特性的方法包含在基材上形成一光感層，以形成一加工件，該光感層包含一光感材料。接著，在該加工件上進行離子植佈。對該加工件進行輻射。計算該加工件之一光學強度。
根據本發明部分實施例還提供一種具有改質表面的晶圓測試加工件。加工件包含一可透光基材以及一光感層設置在該基材之上。光感層具有一光感材料，離子植佈時光感材料改變其化學結構。
根據本發明部分實施例還提供一種形成用來測試的光感層的方法。該方法包含提供一可透光基材以及塗佈
一光感材料於該基材之上。離子植佈改變該光感材料之一化學結構。
透過本發明提供的實施例，可更精準掌控離子植佈分佈情形，同時進一步了解離子植佈分佈的機制。
100、300‧‧‧方法
110、120、130、140、310、320‧‧‧步驟
210‧‧‧分注器
220‧‧‧光感材料
222‧‧‧光感層
222’‧‧‧激發狀態的光感層
230‧‧‧基材
240‧‧‧離子束
250‧‧‧光源
260‧‧‧光罩
270‧‧‧測量儀基質
280‧‧‧處理器
282‧‧‧離子植佈分佈圖
本發明之上述和其他態樣、特徵及其他優點參照說明書內容並配合附加圖式得到更清楚的了解，其中：【第1圖】係一流程圖，根據本發明部分實施例繪示一種評估離子植佈加工件特性的方法；【第2A-2C圖】係根據本發明部分實施例繪示一種評估離子植佈加工件特性的方法；以及【第3圖】係一流程圖，根據本發明部分實施例繪示一種在晶圓上形成用來測試的光感層的方法。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。
目前用來監控或測量離子植佈均勻程度的方法侷限於片電阻、測量電容電壓、測量熱波、次級離子質譜分析以及低速電子X射線發射分析〈low energy electron induced X-ray emission spectrometry〉。藉由測量片電阻，在離子植佈之後，進行退火，修復受破壞的晶體並且激發摻雜物。在將近900℃高溫下會促進離子擴散以及減少片電阻。這種退火的處理方式增加其他變數於離子植佈測量，甚至造成更大誤差。不完整的退火可能發生在當離子植佈不均勻或是失敗的快速退火過程，造成加工件的表面結構損壞。經過離子植佈〈例如，硼離子〉的晶圓加工件的片電阻分佈圖藉由四-探針方法測量其電阻。較低的片電阻值可能不是因為摻雜物濃度，而是歸因於電子面溝道〈planar channeling〉。接觸性電阻導致佈可靠的測量結果。受測試的矽晶圓也無法在片電阻測量結束後回收重複使用。整個片電阻測量過程包含了退火以及探針準備因此相當耗時。
通常來說，熱波以及電漿波監測系統是建立在測量探測能量束從晶圓表面反射回來的變化量。反射值的改變係起因於熱波或電漿波的強度調節能量束以及探測能量束在同一塊區域的吸收量。為了監控表面能量改變，探測能量束被引導到受到強度調節能量束激發的區塊上。當強度調節能量束受到調節，區域性激發以及緊接著的弛緩在加工件上產生了一連串的熱波以及電漿波。這些能量波反射並且因不同特性散射、與加工件上不同區域交互作用，因此造成探測能量束的熱流或電漿流變動。加工件反射了探測能量束的
變動，藉由一光子感測器紀錄探測能量述的強度。由光子感測器輸出的訊號經由過濾，分離出與強度調節能量束同步的改變值。感測器還產生另外的輸出，藉由處理器運算，得到訊號的強度以及不同的調節階段。強度以及階段的數值可以推導出加工件的物理特性。然而，熱波測量方式並不適用於高能量或高劑量的離子植佈，因為晶格在偵測過程中必須被激發，才能使得晶格震盪的改變由光子感測器捕捉。由於晶體重構效應，熱波測量方式難以重複或重現。加工件如果在一特定大小範圍之外，例如，高於450釐米，就無法置入常見規格的熱波測量系統。加工件的回收也相當昂貴，因為在測量過程中表面受到破壞。次級離子質譜分析射擊加工件的表面，原子於一定點的濺射被測量並且轉譯為加工件離子植佈的物理特性。次級離子質譜分析費用昂貴且過程耗時。低速電子X射線發射分析僅能使用在有高濃度極淺植入的加工件，因此適用範圍非常狹隘。
對於離子植佈分佈圖的了解以及預測與裝置效能息息相關。根據本發明部分實施例可以測量經過離子植佈的晶圓分佈情形且對於摻雜物變異具有高鑑別度。透過離子植佈時刺激光感材料改變化學結構，可以達成此一目標。此種刺激可以視離子或其他高能量源，例如，紫外線或光子，使得加工件的透光度成未植佈程度的指標。取決於離子的選擇，離子能量以及離子濃度造成不同程度的發光性，並且產生包含光吸收程度或反應瑕疵部分的植入分佈圖。
請參考第1圖。第1圖係一流程圖，根據本發明部分實施例繪示一種評估離子植佈加工件特性的方法100。根據地1圖方法100的實施例進一步於第2A至2C圖中詳述，於下文中可互相參考兩圖。
第1圖步驟110，一光感材料配置在一基材上。請參考第2A圖。第2A圖繪示一基材230擺放於一正在運作的分注器210下方。基材230具有可透光性，可透光的範圍介於波長380奈米至700奈米之間。此一部分的電磁輻射通常被稱為可見光。人類肉眼可以察覺可見光，紫光有最短的波長，大約380奈米，紅光有最長的波長，大約700奈米。光之於基材230的可通透性與離子植佈分佈圖的解讀相關。更詳細地說，基材230的透光度即為離子植佈分佈圖的指標。基材230可以是一矽晶圓、矽晶絕緣體、GaAs晶圓、藍寶石晶圓或玻璃基材。根據本發明部分實施例，基材230係指一玻璃基材〈晶圓〉，幾乎所有可見光都可以穿透。基材230可以在完全沒有植入的情形下開始下列程序，或是由上一個測試程序中回收的基材重複使用。基材230具有一厚度介於約500微米至1000微米。
一光感材料220，又或者稱做光變色材料220〈photochromic〉自分注器210釋放流佈在基材230表面。光感材料220的沉積可變換。舉例來說，可以透過化學氣相沉積或物理氣相沉積，且本發明並不以此為限。光感材料220可以為氣體、蒸氣或液態，取決於光感材料220本身的特性。如第2A圖所示，光感材料220形成一膜222在基材230
的前表面上，且完全覆蓋基材230的前表面，形成一光感層222。基材230之背面不受光感材料220覆蓋。光感層222經過拋光程序，確保光感材料220平坦均勻地分佈。在形成光感層222且在加工件接受離子植佈之前，製程皆在常溫下進行，且必須阻絕一切電磁輻射來源影響。光感材料220包含對於高能量粒子非常敏感的化學物質。如果光感材料220在離子植佈前受到非預期的暴露或激發，光感材料220的化學結構很有可能因此改變，造成不正確的離子植佈數值輸出。環溫需要謹慎的控制，因為部分光感材料220不只對高能量的粒子敏感，同時也對溫度敏感。類似於欲避免的意外暴露，溫度波動可以導致光感材料220的化學結構改變，而不是因為離子植佈的原因改變光感材料220的化學結構。光感層222具有一厚度介於約1000埃至8000埃。光感材料220形成光感層222在基材230上，形成一未植佈的加工件。
光感層222的材料可以包含，例如，螺吡喃〈spriopyrans〉、螺1,4-氧氮六圜〈spirooxazines〉、二芳基乙烯〈diarylethenes〉、偶氮苯〈azobenzenes〉、聚N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸〈poly[N,N’-(p,p’-oxydiphenylene)pyromellitimide],Kapton H〉、4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽〈4-N,N-dimethylamino-4-N/-methyl-stilbazolium tosylate,DAST〉、溴化銀〈AgBr〉及其組合。光感材料或稱做光變色材料可以被視為在光化學控制下可恢復的染料。光致變
色可以被定義為一種化學物質的可恢復轉變，係由電磁波輻射引起，在兩種不同的狀態，即為不同光譜範圍、可以觀察到的光吸收，且為單向或雙向的反應過程。當化學物質在一個第一以及一第二狀態間轉變，第二狀態具有至少一相較於第一狀態波長更長的吸光帶，反之亦然。許多光致變色系統係基於單分子的反應。
可恢復性是光致變色相當重要的特性。從第二狀態至第一狀態的逆反應可以藉由一熱反應機制達成。在熱反應系統，熱驅動的逆反應可以伴隨著光化學驅動，但是熱反應為主要的驅動因素。在其他的系統〈例如：俘精酸酐類〈fulgides〉或芳基乙烯〈arylethenes〉〉中，光致變色導致的態樣，也就是第二狀態，為熱安定的狀態。在這類系統下，逆反應通常由光化學主導。光致變色轉換以及光譜改變貨物裡或化學性質改變的現象與系統的幾何性質改變以及電子分佈相關。光致變色化合物的介質大大影響或控制熱逆反應的動力學。根據本發明部分實施例，介質即為離子植佈使用的離子。當進行離子植佈的時候，在正光化學反應下產生的化學物質的顏色以及其他性質皆可用來解讀離子植佈處理的結果。
光致變色應用主要有兩大類。第一類應用是直接取決於顏色改變。顏色改變係透過化學物質的不同分子以及電子結構造成以及他們相對應的吸收或發射的光譜性質。第二類應用是取決於在光致變色反應過程中，伴隨著比較容易觀察到的顏色改變一起發生的物理或化學性質。這種
物理或化學改變舉例來說，可以是導電性、折射係數、電偶極矩、介電常數、鉗合物生成、離子解離、相轉換、溶解度以及稠度。某些特定物理改變係起因於光致變色主體附著在大分子聚合物主鏈上發生反應，此類物理變化對於觀察改變相當有益。
當被激發的時候，係從第一狀態轉換到第二狀態。舉例來說，螺1,4-氧氮六圜的碳以及氧鍵結斷裂，環打開，因此從無色轉換成有色型態。如果使用二芳基烯，環打開時幾乎為無色，環關閉時就會產生顏色。偶氮苯在反式與順式之間轉換，但是此一轉換並不會造成顯著的顏色改變，因為其E-以及Z-異構物的吸光帶重疊。取而代之的，此一可回復幾何光學異構物造成與偶氮苯耦合的聚合物材料多樣化的光學性質。偶氮苯的分子結構改變，導致化學以及物理性質變異，聚合物當中的其他官能基的光譜因此明顯位移。聚N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸在第一狀態為可透光的褐色。當高能氮離子〈N2+〉被植入〈也就是說，激發了化學物質〉，聚N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸變成黑色。黑色的濃度隨著氮離子的濃度改變。當較多的高能氮離子被植入時，黑色轉換成具有顯著金屬光澤的銀灰色。在第二類應用中，4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽在第一狀態與第二狀態之間改變其折射係數。當氫離子〈H+〉被植入時，4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽在波長633奈米〈紅光〉下出現較低
的折射係數，減少約0.2。此折射係數的改變為離子植佈分佈的有用指標。
請復參考第1圖。步驟120，在加工件上進行離子植佈。請同時參考第2B圖，光感層222被離子束240激發至一激發狀態的光感層222’。當離子植入矽晶，離子破壞晶體晶格結構。此一破壞，導致改變，例如，折射係數以及矽晶吸收常數。當加工件具有一光感層於其表面，這些改變會反映在透射光譜。最強與最弱的透射波長會被改變。光變色材料的性質根據植入的離子濃度、能量改變，舉例來說，環打開，或順式、反式轉換，而這些因素即為解讀離子透射程度的依據。
請復參考第1圖。步驟130，加工件在常見光源下接受輻射處理。請同時參考第2C圖，一光源250發散在經過離子植佈的光感層222’。
離子植佈處理之後，經由一測量系統，離子植佈被轉譯為一離子植佈分佈圖282。此測量系統包含一光源250、一光罩260、一測量儀基質270以及一處理器280。光源250係為一常見發光光源，發散出光在被植佈的基材230的光感層222’上。光源250的發散範圍大於光感層222’的表面積。當光源250運作時，被植佈的光感層222’完全浸沒在從上而下的光源。光源被設置在一特定角度，使得光源可以充足且均勻散佈在基材230上。光罩260具有一上平台以承接加工件於其上。平台位置使得加工件介於光罩260以及光源250之間。平台具有一表面積等於或大於基材230，且平
台的材料可透可見光。光罩260的頂部由平台覆蓋，而光罩260的底部由測量儀基質270密封。光罩260的側壁可阻絕任何來自環境的可見光干擾，只允許穿透光感層222’的光。測量儀基質270與平台係平行擺設，且具有一大小等於或大於平台。請參考第2C圖。測量儀基質270具有一大於平台的半徑，且光罩260側壁包圍了測量儀基質270與平台之間的區域範圍，形成一漸縮的外型。平台、測量儀基質270以及光罩260的幾何形狀並不限於本實施例。任何幾何形狀皆可運用，只要加工件可以妥當的擺設，且加工件的投射可以由測量儀基質270接收。
請復參考第1圖。步驟140，計算在加工件上的光感材料之一光學強度。測量儀基質270包含多個單元，每個單元皆對電磁輻射敏感。測量儀基質270與處理器280耦合，由測量儀基質270接收的數據被轉譯為離子植佈分佈圖282。光學強度的平均特定空間強度可以藉由重複測量一特定位置的單元並計算得到。這些單元位置與數量可以調整。如此一來，可以得到橫跨基材表面的光學強度分佈圖或陣列。由分佈圖可以得之光感層222’的植佈均勻程度。當光源250照射在加工件上，正個基材230都在它的光照範圍內。光源經過光感層222’、基材230以及平台，進入由光罩260界定的封閉空間內。如前所述，基材230可透可見光，也就是波長介於380奈米至700奈米之間的光。光罩260的平台具有相同性質，因此可以穿透基材230的電磁波輻射，
同樣可以穿過平台。具有不同強度的光束打在測量儀基質270，加工件的正投射幾乎複印在測量儀基質270上。
測量儀基質270與處理器280電性連接，將數據傳送至處理器280進行其他處理。由離子植佈導致的光譜轉移被紀錄下來並由處理器280計算，計算後可得一離子植佈分佈圖282。離子植佈分佈圖282反映了光感層222’離子分佈情形。以經過氮離子植佈的聚N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸當作例子，在離子植佈前，包含未激發的聚N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸光感層222是可透光的褐色。一旦進行氮離子植佈，不同色階的灰及黑色浮現。銀灰色的區域有較濃的氮離子，黑色區域有濃度較低的氮離子。氮離子濃度增加，則銀灰色會呈現金屬光澤。此為第一類光致變色材料應用。
離子植佈分佈圖為一穩定且可重現的陣列，用來測量加工件的離子均勻度。光譜移位的數據提供了離子植佈機制更多的資訊。舉例來說，植佈角度以及時間長度以及像是分佈圖案等。裝置效能與離子植佈的結果息息相關，加工件的特性評估分析可以更精轉調整植佈程序的手段，使得在產線上的製造晶圓得到較佳的離子分佈型態。
在獲得相關數據之後，可以回收加工件。光致變色材料的主要優點之一就是它的可恢復性。螺吡喃、螺1,4-氧氮六圜、二芳基乙烯、偶氮苯、聚[N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸以及4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽為熱恢復化學物質。雖然每個化學物質的
逆反應速度與條件不盡相同。熱驅動逆反應恢復加工件至其第一狀態，也就是未植佈前的狀態。基材230在充足熱源下加熱直到逆反應發生，且化學物質從第二狀態恢復到第一狀態。恢復的加工件可以在另一個循環中重複使用，而步驟110則可略過。恢復程序有時為一退色手段，取決於化學物質的性質。
如果光感材料不是熱恢復的話，舉例來說，溴化銀，經植佈的加工件仍然可以以其他方式回收使用。當溴化銀被拿來當作光感層222，其在離子植佈前幾近為透明無色。高能離子激發分子，溴化銀轉換成銀與溴，且具有較深的色階。此色階轉換為離子植佈圖案的指標。溴化銀轉換並非可恢復，因此經植佈的加工件回收包含了移除光感層。光感層移除利用用來移除聚合物的化學物質，像是過氧化硫混合物。過氧化硫混合物溶液清除基材表面的光感層殘料，讓基材可以在一新的離子植佈評估循環中再利用。
請參考第3圖。第3圖係根據本發明部分實施例之一流程圖，繪示一種在晶圓上形成用來測試的光感層的方法300。步驟310，提供一可透光之基材。可透光基材允許可見光穿透。可見光係指波長介於380奈米至700奈米之間的光波。此一特性使得化學物質因離子植佈產生的顏色轉換可以輕易觀察。步驟320，將光感材料圖佈在基材上以在基材表面形成一光感層。基才背面並沒有任何光感層覆蓋。光感材料的選擇與方法100雷同。光感層對於電磁波刺激有反
應，且光感材料的化學結構因刺激而轉變。電磁波刺激包含離子植佈、紫外線暴露、高能光子照射或其他。
光致變色現象，舉例來說，順式、反式異構物、電環反應、環化加成反應、互變異構作用以及解離反應，對於離子植佈評估為有用的變化。光致變色色素與材料的進步，更適合離子植佈的應用。常見的離子植佈測量包含快速退火，此方法因為潛在的破壞釋放或不完全退火，導致太多變數。光感層包含受到刺激而改變結構的化學物質，這些刺激包含離子植佈。離子植佈導致化學或物理性質轉變，舉例來說，折射係數減少或增加。這些指標可用來解讀離子植佈的結果。除此之外，經植佈的加工件可以回收於新的測試中重複使用，因為光致變色材料具有可恢復性的優點。光感層可以包含光致變色材料，而光致變色材料的要件就是正逆反應需同時可行。大部分的光致變色材料為熱驅動逆反應，而此一熱驅動可以應用在經植佈的加工件。加熱後的加工件恢復到未經植佈前的狀態，可於新的測試中再使用。此方法在不需退火的情形下提供一更為快速的評估手段。可回收的基材節省大量操作時間與費用。
根據本發明部分實施例提供一種評估離子植佈加工件特性的方法包含在基材上形成一光感層，以形成一加工件，該光感層包含一光感材料。接著，在該加工件上進行離子植佈。對該加工件進行輻射。計算該加工件之一光學強度。
根據本發明部分實施例還提供一種具有改質表面的晶圓測試加工件。加工件包含一可透光基材以及一光感層設置在該基材之上。光感層具有一光感材料，離子植佈時光感材料改變其化學結構。
根據本發明部分實施例還提供一種形成用來測試的光感層的方法。該方法包含提供一可透光基材以及塗佈一光感材料於該基材之上。離子植佈改變該光感材料之一化學結構。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧方法
110、120、130、140‧‧‧步驟
Claims (10)
- 一種評估離子植佈加工件特性的方法，包含：在基材上形成一光感層，以形成一加工件，該光感層包含一光感材料；在該加工件上進行離子植佈；對該加工件進行輻射；以及計算該加工件之一光學強度。
- 如請求項1所述之評估離子植佈加工件特性的方法，其中在該加工件上進行離子植佈包含：改變該光感材料之一化學結構。
- 如請求項2所述之評估離子植佈加工件特性的方法，其中計算該加工件之一光學強度包含：測量該光感材料之一折射係數差值。
- 如請求項2所述之評估離子植佈加工件特性的方法，更包含：藉由加熱恢復該光感材料之化學結構。
- 如請求項1所述之評估離子植佈加工件特性的方法，其中該輻射具有一波長介於380至700奈米之間。
- 如請求項1所述之評估離子植佈加工件特性的方法，其中該光感材料係選自溴化銀、螺吡喃〈spriopyrans〉、螺1,4-氧氮六圜〈spirooxazines〉、二芳基乙烯〈diarylethenes〉、偶氮苯〈azobenzenes〉、聚[N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸〈poly[N,N’-(p,p’-oxydiphenylene)pyromellitimide]〉、4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽〈4-N,N-dimethylamino-4-N/-methyl-stilbazolium tosylate〉及其組合。
- 一種具有改質表面的晶圓測試加工件，包含：一可透光基材；以及一光感層設置在該基材之上，其中該光感層具有一光感材料，離子植佈時光感材料改變其化學結構。
- 如請求項7所述之具有改質表面的晶圓測試加工件，其中該光感材料係選自溴化銀、螺吡喃〈spriopyrans〉、螺1,4-氧氮六圜〈spirooxazines〉、二芳基乙烯〈diarylethenes〉、偶氮苯〈azobenzenes〉、聚[N,N’-(p,p’-二氧聯苯)均苯四酸〈poly[N,N’-(p,p’-oxydiphenylene)pyromellitimide]〉、4-N，N-二甲胺基-4’-N’-甲基-氮雜芪對甲苯磺酸鹽〈4-N,N-dimethylamino-4-N/-methyl-stilbazolium tosylate〉及其組合。
- 一種形成用來測試的光感層的方法，包含：提供一可透光基材；以及塗佈一光感材料於該基材之上，其中離子植佈改變該光感材料之一化學結構。
- 如請求項9所述之形成用來測試的光感層的方法，其中該光感材料的折射係數係可變化的。
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Cited By (1)
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