TWI393161B - 二維離子束角度測量的方法及其裝置 - Google Patents

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Description

二維離子束角度測量的方法及其裝置
本發明是關於用於離子植入(ion implantation)之系統以及方法，且更明確地說，是關於二維測量離子束之入射角(incidence angle)及/或平行度(parallelism)的方法以及裝置。
離子植入為用於將導電率改變(conductivity－altering)雜質引入至半導體晶圓中之標準技術。在離子源(ion source)中使所要雜質材料離子化，將離子加速以形成指定能量之離子束，且在晶圓之表面處導引離子束。離子束中之高能離子穿透至半導體材料之主體中且嵌入至半導體材料之晶格(crystalline lattice)中以形成所要導電率之區域。
離子植入系統通常包括用於將氣體或固體材料轉換為良好界定之離子束之離子源。對離子束進行質量分析以消除不需要的離子種類、加速至所要能量且導引至目標平面上。藉由離子束掃描、藉由目標移動或藉由離子束掃描與目標移動之組合，可使離子束分佈於目標區域上。
在一先前技術方法中，高電流寬束離子植入器(ion implanter)使用高電流密度離子源、用以經由解析狹縫而導引所要種類之分析磁體(analyzing magnet)以及用以使所得離子束偏轉同時使離子束沿著其寬度維度平行且均勻之角度修正器磁體(angle corrector magnet)。將帶形離子束傳遞至目標，且垂直於帶形離子束之長維度來移動目標以在目標上分佈離子束。
在許多離子植入應用中，以已知入射角傳遞至平行離子束之半導體晶圓為重要的需求。平行離子束為在半導體晶圓之表面上具有平行離子軌道之離子束。在離子束被掃描之情況下，需要經掃描之離子束在晶圓表面上維持平行度。平行離子束防止入射離子在半導體晶圓之晶體結構中之取道(channeling)，或在需要取道之情況下容許均勻取道。此外，在傾斜植入應用中需要以已知入射角之平行離子束以確保均勻結果。此等需求已使得有必要測量離子束平行度以及方向且調整此等參數(若有必要)。用於調整離子植入器中之離子束平行度的技術揭露於2002年8月20日頒予Olson等人的美國專利第6,437,350號中。
用以測量離子束角度之一已知方法揭露於2004年9月14日頒予Olson等人的美國專利第6,791,094號中。將物件置放於離子束中，且測量由物件所投射之陰影之大小以及相對位置。Larsen等人在2002年9月5日公開的美國專利公開案第2002/0121889 A1號中揭露了離子束入射角以及離子束發散監視器。測量裝置使用孔(aperture)以及可變電阻器來測量植入角度。所揭露之技術皆具有其能夠提供僅在一維度中之角度資訊的限制。移動此裝置跨越離子束容許僅在運動方向中之測量。為了在另一方向中進行測量，必需額外的或較複雜的機構來在所要方向中驅動物件或狹縫。
用於測量離子束角度之額外技術揭露於1991年8月13日頒予Swenson之美國專利第5,039,861號、1993年1月19日頒予Isobe之美國專利第5,180,918號以及1999年4月27日頒予Smick等人之美國專利第5,898,179號中。所有已知的先前技術離子束角度測量技術皆已具有一或多個缺點，包括有限的角度測量能力、缺乏準確性以及高成本。
因此，存在對用於測量離子束入射角之新且改良之方法以及裝置的需要。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於離子束之角度測量系統。角度測量包括：界定第一特徵以及第二特徵之旗標(flag)，其中第二特徵具有自第一特徵之可變間距(variable spacing)作為第二特徵上之位置的函數；用以沿著平移路徑(translation path)而平移旗標以使得旗標截取離子束之至少一部分之機構；以及用以沿著平移路徑而偵測不同旗標位置之離子束且回應於經偵測之離子束而產生感應器信號(sensor signal)之感應裝置(sensing device)，其中感應器信號以及旗標之對應位置表示垂直平面中離子束之垂直離子束角度。
根據本發明之另一態樣，提供一種方法。此方法包括：提供界定第一特徵以及第二特徵之旗標，其中第二特徵具有自第一特徵之可變間距作為第二特徵上之位置的函數；沿著平移路徑而平移旗標，使得旗標截取離子束之至少一部分；沿著平移路徑而偵測不同旗標位置之離子束；以及回應於經偵測之離子束而產生感應器信號，其中感應器信號以及旗標之對應位置表示垂直平面中離子束之垂直離子束角度。
可將所測量之離子束角度與預定標準比較。若所測量之離子束角度滿足預定標準，則可進行離子植入。若所測量之離子束角度不滿足預定標準，則可調整離子束角度，或可相對於離子束而傾斜基板。
離子植入器之實施例之方塊圖展示於圖1中。離子源10產生離子且供應離子束12。離子源10可包括離子腔室(ion chamber)以及包括待離子化之氣體的氣體箱(gas box)。將氣體供應至使其離子化處之離子腔室。自離子腔室提取因此形成之離子以形成離子束12。在解析磁體(resolving magnet)32之極之間導引離子束12。第一電源(power supply)14連接至離子源10之提取電極且提供正第一電壓V0 。第一電壓V0 可能為可調整的，例如，自約0.2 kV至80 kV。因此，來自離子源10之離子藉由第一電壓V0 而加速至約0.2 keV至80 keV之能量。
離子束12穿過抑制電極(suppression electrode)20以及接地電極(ground electrode)22到達質量分析器(mass analyzer)30。質量分析器30包括解析磁體32以及具有解析孔(resolving aperture)36之遮罩電極(masking electrode)34。解析磁體32使離子束12中之離子偏轉，使得所要的離子種類之離子穿過解析孔36，且不需要的離子種類不穿過解析孔36，而是受到遮罩電極34之阻塞。在一實施例中，解析磁體32使所要種類之離子偏轉90°。
所要的離子種類之離子穿過解析孔36達到位於質量分析器30之下游的第一減速平臺(deceleration stage)50。減速平臺50可包括上游電極(upstream electrode)52、抑制電極54以及下游電極(downstream electrode)56。離子束中之離子可藉由減速平臺50來減速且接著穿過角度修正器磁體60。角度修正器磁體60使所要的離子種類之離子偏轉且將離子束自發散離子束轉換為具有實質上平行離子軌道之帶形離子束(ribbon ion beam)62。在一實施例中，角度修正器磁體60使所要的離子種類之離子偏轉70°。
終端站(end station)70在帶形離子束62之路徑中支撐一或多個半導體晶圓(諸如晶圓72)，使得將所要種類之離子植入至半導體晶圓內。終端站70可包括用於垂直於帶形離子束62截面之長維度來移動晶圓72之冷卻靜電壓板(electrostatic platen)以及掃描器(未圖示)，以便在晶圓72之表面上分佈離子。帶形離子束可至少與晶圓72一樣寬。
離子植入器可包括位於角度修正器磁體60之下游的第二減速平臺80。減速平臺80可包括上游電極82、抑制電極84以及下游電極86。
離子植入器可包括熟習此項技術者已知之額外組份。舉例而言，終端站70通常包括用於將晶圓引入至離子植入器內且用於在離子植入之後移除晶圓之自動化晶圓處理設備(automated wafer handling equipment)。終端站70亦可包括劑量測量系統(dose measuring system)、電子泛射器槍(electron flood gun)以及其他已知組份。應理解，在離子植入期間抽空離子束所越過之整個路徑。
圖1之離子植入器可以若干模式中之一個而操作。在第一操作模式(稱為漂移模式)中，減速平臺50以及80連接至地面，且以自離子源10之提取之後所建立的最終離子束能量而經由束線(beamline)來輸送離子束12。在第二操作模式(稱為增強型漂移模式)中，離子束12在穿過質量分析器30之前在電極22處經減速至中間能量且接著藉由第一減速平臺50而減速至最終離子束能量。在第三操作模式(稱為雙減速模式)中，離子束在穿過質量分析器30之前在電極22處經減速至第一中間能量、在其穿過角度修正器60時藉由第一減速平臺50而減速至第二中間能量且接著藉由第二減速平臺80而減速至最終離子束能量。第四操作模式以中間能量來輸送離子束直至第二減速平臺80，且藉由短路分流器(short circuit shunt)來操作第一減速平臺50處之間隙。與用於給定最終離子束能量之漂移模式相比，藉由以較高能量來輸送離子束通過束線之部分，可減少空間電荷膨脹。
根據本發明之態樣，終端站70可包括如圖1所示之角度測量系統100。角度測量系統100經配置以測量在兩個正交方向中之一或兩個中的離子束角度。通常，相對於基板平面(substrate plane)110之離子束角度為所關注的。然而，角度測量系統100可測量相對於任一所要平面之離子束角度。有用的是界定座標系統，其中原點處於基板平面110中之經定位用於離子植入之晶圓的中心，X軸為水平的且在基板平面110中，Y軸為垂直的且在基板平面110中，且Z軸垂直於基板平面110。
根據本發明之實施例之角度測量系統100之方塊圖展示於圖2中。角度測量系統100之透視圖展示於圖3中。角度測量系統100包括旗標120、用以在X方向中平移旗標120之平移機構122以及定位於在Z方向中自旗標120之下游的感應裝置123。在圖2以及圖3之實施例中，感應裝置123為多像素感應器陣列124。處理器130儲存及/或處理由感應器陣列124所產生的感應器信號。
旗標120可為包括第一特徵140以及第二特徵142之板，此等特徵容許如下文所述來測量離子束角度。下文結合圖5來描述特徵140以及142。如下文所述，旗標120選擇性地阻塞離子束62。
平移機構122可包括藉由連接桿(connecting rod)152以及支撐塊(support block)154而耦接至旗標120之致動器150。平移機構122在基板平面110中於X方向中沿著平移路徑170而平移旗標120。
多像素感應器陣列124在Z方向中與基板平面110間隔，且在圖2之實施例中，包括二維陣列之離子束感應器，諸如法拉第杯(Faraday cup)離子束電流感應器(beam current sensor)。多像素感應器陣列124沿著平移路徑170而感應不同旗標位置之帶形離子束62。回應於經感應之離子束電流，多像素感應器陣列124提供感應器信號。將感應器信號供應至處理器130用於處理以判定離子束角度，如下文所描述。處理器130可供應位置控制信號至致動器150。
參看圖4，多像素感應器陣列124可包括安裝至外殼164之多個離子束電流感應器162。離子束電流感應器162中之每一個可為法拉第杯(Faraday cup)，其回應於經截取之離子束而產生電信號。如此項技術中已知，感應器信號之量值為經截取之離子束電流之函數。每一離子束電流感應器可為具有面向離子束之孔(aperture)的杯形導體。孔之大小判定由離子束電流感應器所取樣之離子束的面積。在一實施例中，利用9平方毫米之孔。
在圖4之實施例中，感應器陣列124為包括離子束電流感應器之七個間隔分離行166的二維陣列之離子束電流感應器162。每一行內之個別離子束電流感應器在Y方向中相等地間隔，且行166在X方向中相等地間隔。鄰近行在Y方向中偏移以避免測量間隙。
在其他實施例中，感應裝置123可包括單一離子束電流感應器、線性陣列之離子束電流感應器或任意排列之離子束電流感應器。如下文所述，每一個別離子束電流感應器可用以測量每一離子束電流感應器之位置處的水平離子束角度、垂直離子束角度或此兩者。具有兩個或兩個以上離子束電流感應器(諸如離子束電流感應器陣列)之感應裝置123可用以測量基板平面110中之兩個或兩個以上位置處的水平離子束角度、垂直角度或此兩者。離子束電流感應器之排列視特定應用所需要的離子束角度資訊而定。因此，感應裝置123可包括相對於基板平面110之所關注選定位置處之離子束電流感應器。
旗標120之第一實施例展示於圖5中。在圖5中，旗標120是在負Z方向(亦即，離子束之上游方向)中得以檢視。旗標120可為具有容許離子束角度之測量之特徵的板。舉例而言，此板可由石墨製成。在圖5之實施例中，第一特徵140為具有平行於Y方向之長維度的垂直狹槽144，且第二特徵142為旗標120之角形邊緣146。較佳地，使界定狹槽144以及角形邊緣146之板的邊緣傾斜以限制因離子束之濺鍍。旗標120可為阻塞離子束且包括容許如本文中所述來測量離子束角度之特徵的任何元件。
第二特徵142具有自第一特徵140之可變間距作為第二特徵142上之位置的函數。在圖5之實施例中，角形邊緣146具有自狹槽144之可變間距作為邊緣146上之位置的函數。因此，舉例而言，邊緣146以及狹槽144在邊緣146上之位置146a處具有間距S1；邊緣146以及狹槽144在邊緣146上之位置146b處具有間距S2；且邊緣146以及狹槽144在邊緣146上之位置146c處具有間距S3。第一特徵140以及第二特徵142可為直的，但不必需為直的。在一實施例中，第一特徵140以及第二特徵142皆為直的，且此等特徵中之一個正交於旗標120之平移方向。可以銳角Ω來定向第一特徵140以及第二特徵142。較佳地，第一特徵與第二特徵之間的角度Ω處於約20度至45度之範圍內。
如下文所論述，可利用旗標120之不同實施例。旗標120之每一特徵是藉由提供阻塞離子束與傳遞離子束之間的過渡部分之邊緣或狹槽而加以特性化。特徵140以及142之排列容許測量水平以及垂直離子束角度。如本文中所使用，水平離子束角度為在X－Z平面中之離子束角度，且垂直離子束角度為在Y－Z平面中之離子束角度。
在操作中，旗標120藉由平移機構122在X方向中沿著平移路徑170(圖2)而平移，使得旗標120沿著平移路徑170之至少一部分而截取離子束62。通常，跨越離子束62之整個寬度或(在經掃描之離子束之情況下)跨越整個掃描寬度而平移旗標120。對於沿著平移路徑170之不同旗標位置，自多像素陣列124中之離子束電流感應器162獲得離子束電流測量。當旗標120在移動時，或在每當旗標120沿著平移路徑而停止時之逐步移動的情況下，可獲得離子束電流測量。由離子束電流感應器162所產生的感應器信號可加以連續地測量或可以所要時間間隔來取樣。將電流測量供應至處理器130用於儲存在記憶體中。對於旗標120之不同位置的電流測量集合表示二維離子束角度。可處理電流測量集合以提供如下文所論述之角度值。角度測量系統100之參數視離子束62之特性(諸如離子束電流以及截面尺寸與形狀)以及所要之角度測量解析度與測量速度而定。多像素感應器陣列124之高度以及寬度應大於離子束62之最大預期高度以及寬度，以便截取自標稱位置被移位的離子束。陣列160中之離子束電流感應器162之大小視角度測量之所要解析度以及感應器產生可接受信號位準之能力而定。在Y方向中旗標120之高度應至少與感應器陣列124之高度一樣大。
沿著平移路徑170之旗標120的平移可為連續的或處於離散步幅中。在一實施例中，以等於離子束電流感應器162中之孔的寬度之一半之步幅來平移旗標120。舉例而言，平移機構122可利用齒條與小齒輪驅動機構(rack and pinion drive mechanism)。其他合適的平移機構包括滾球與螺桿總成、線性馬達以及氣動活塞(air piston)。
沿著X方向之平移旗標120描述於本文中。在其他實施例中，可沿著Y方向或沿著使旗標120截取離子束之至少一部分的任意方向而平移旗標120。
如圖2所示，處理器130可提供位置控制信號至致動器150以控制沿著平移路徑170之旗標120的平移。舉例而言，處理器130可控制致動器150以跨越離子束62而逐步地平移旗標120且記錄旗標120之每一位置處由多像素陣列124中之每一離子束電流感應器162所感應的離子束電流。所測量之電流值以及旗標120之對應位置形成表示離子束62中不同位置處之離子束角度的資料集。此資料集可由處理器130儲存。
當沿著平移路徑170而平移旗標120時之感應器信號180之實例展示於圖6中。將感應器信號180標繪為沿著平移路徑170之旗標120之位置的函數。感應器信號180可表示由感應器陣列124中之位置(xp x ,yp x )處離子束電流感應器162a所產生的信號。旗標120可自正X方向中之X的負值移動。最初，旗標120不阻塞離子束62到達電流感應器162a，且離子束電流感應器162a產生最大值184之感應器信號。當旗標120在正X方向中移動時，角形邊緣146阻塞離子束62到達電流感應器162a，且感應器信號180自最大值184降低至零，如過渡部分186所指示。當旗標120在正X方向中更遠地移動時，離子束62保持由旗標120阻塞其到達電流感應器162a，直至穿過狹槽144之離子束62之一部分(稱為細射束(beamlet)190)由離子束電流感應器162a所截取。細射束190可經界定為由感應器陣列124中之離子束電流感應器162(諸如離子束電流感應器162a)所截取的離子束62之一部分。細射束190可由具有角度範圍之離子形成，此視離子束62之特性而定。離子束電流感應器162a在旗標120之X位置處(其中細射束190穿過狹槽144且由離子束電流感應器162a所截取)產生感應器信號180中之“凸塊”(bump)188。凸塊188為感應器信號180中之峰值，此峰值視狹槽144之寬度、離子束電流感應器162a之孔以及離子束角度擴展而定。當旗標120在正X方向中繼續時，感應器信號180保持為零。應理解，可在負X方向中平移旗標120，且產生相同感應器信號。
凸塊188為感應器信號180之第一組份，其表示旗標120之第一特徵140(狹槽144)，且過渡部分186為感應器信號180之第二組份，其表示旗標120之第二特徵142(角形邊緣146)。如下文所述，凸塊188之X位置指示離子束62之水平角度，且過渡部分186與凸塊188之間的間距S表示離子束62之垂直角度。
參看圖5、圖6、圖7A以及圖8來描述水平離子束角度θh 之測量。角度測量系統之示意性俯視圖展示於圖7A中。離子束電流感應器162a經展示為截取不同水平離子束角度之離子束62。如圖7A所示，水平離子束角度θh 為水平(X－Z)平面中之Z方向與離子束62之間的角度。細射束190穿過旗標120中之狹槽144且由感應器陣列124中之離子束電流感應器162a所截取。當細射束190由離子束電流感應器162a所截取時，離子束電流感應器162a具有X座標xp x ，且狹槽144具有X座標xb c 。感應器陣列124在Z方向中與旗標120間隔距離zp x 。對於此幾何形狀，可將水平離子束角度θh 表達為：tan θh ＝(xp x －xb c )/zp x (1)
細射束190由離子束電流感應器162a所截取處的狹槽144之X座標xb c 隨著水平離子束角度變化而變化。因此，對於具有零水平離子束角度之離子束之實例，細射束190沿著軌道192而輸送至離子束電流感應器162a。對於具有負水平離子束角度之離子束，細射束190沿著軌道194而輸送至離子束電流感應器162a；且對於具有正水平離子束角度之離子束，細射束190沿著軌道196而輸送至離子束電流感應器162a。相對於離子束電流感應器之移位的方向指示水平離子束角度之符號。
參看圖8，對於不同水平離子束角度θh 而展示由離子束電流感應器182所產生的感應器信號，其中垂直角度保持恆定。感應器信號200表示水平離子束角度之中間值，感應器信號202表示水平離子束角度之較小值，且感應器信號204表示水平離子束角度之較大值。在每一情況下，感應器信號中之凸塊(諸如凸塊200a)的X位置表示水平離子束角度之值。當細射束190由離子束電流感應器162a所截取時，感應器信號200、202以及204中之凸塊的X位置對應於狹槽144之X座標。可能會觀測到，在垂直角度保持恆定之情況下，歸因於狹槽144之邊緣142的感應器信號中之過渡部分(諸如過渡部分200b)移動與各別凸塊相同的量。
參看圖6，當細射束190穿過狹槽144且在Z座標xp x 處由離子束電流感應器162a所截取時，凸塊188之X位置表示旗標120中之狹槽144的X座標xb c 。由於離子束電流感應器162a之X座標xp x 以及Z座標zp x 為已知且固定的，且狹槽144之X座標xb c 是自凸塊188之位置而加以判定，所以水平離子束角度θh 可自上文之等式(1)來判定。應理解，感應器陣列124之不同行中的離子束電流感應器162具有不同的X座標xp x 。凸塊188之中心用以判定細射束190之X座標。凸塊188之中心被界定為整合電流的一半處於凸塊之任一側上處的點。此位置實體上在狹槽中心已交叉於晶圓平面處的細射束區域之質心之處。
參看圖5、圖6、圖7B以及圖9來描述垂直離子束角度θv 之測量。角度測量系統之示意性側視圖展示於圖7B中。離子束電流感應器162a經展示成截取不同垂直離子束角度之細射束190。如圖7B所示，垂直離子束角度θv 為在垂直(Y－Z)平面中之Z方向與離子束之間的角度。旗標120之角形邊緣146展示於圖7B中。具有零垂直離子束角度之細射束190沿著軌道220而輸送至離子束電流感應器162a且截取位置146b處旗標120之邊緣146。具有負垂直離子束角度之細射束190沿著軌道222而輸送至離子束電流感應器162a且截取位置146a處旗標120之邊緣146。具有正垂直離子束角度之細射束190沿著軌道224而輸送至離子束電流感應器162a且截取位置146c處旗標120之邊緣146。
如圖5所示，位置146a、146b以及146c分別對應於自狹槽144之間距S1、S2以及S3。邊緣146上之位置與狹槽144之間的間距是藉由凸塊188與過渡部分186之間的間距S而指示於圖6所示之感應器信號180中。因此，零垂直離子束角度θv 是藉由感應器信號180中對應於(例如)圖5中之間距S2的間距S來指示。類似地，正垂直離子束角度是藉由對應於(例如)圖5中之間距S1的間距S之較小值而指示於感應器信號180中；且負垂直離子束角度是藉由對應於(例如)圖5中之間距S3的間距S之較大值而指示於感應器信號180中。凸塊188與過渡部分186之間的間距S界定細射束190經交叉處的在邊緣146上之位置且用以判定細射束190之Y座標。如上文所述來判定凸塊188之X座標。邊緣146之中心經判定為發生感應器信號之一半處的位置。此位置實體上在旗標120之邊緣146已遮蔽晶圓平面處的細射束區域之一半之處。
垂直離子束角度θv 之不同值之感應器信號的實例展示於圖9中。在圖9中，假定水平離子束角度θh 恆定。感應器信號300可對應於零垂直離子束角度，感應器信號302可對應於負垂直離子束角度，且感應器信號304可對應於正垂直離子束角度。每一感應器信號包括表示旗標120中之狹槽144之凸塊(諸如凸塊300a)以及表示旗標120之邊緣146之過渡部分(諸如過渡部分300b)。對於恆定水平離子束角度，凸塊300a之X位置保持固定。在每一情況下，凸塊300a與表示邊緣146之過渡部分之間的間距對應於垂直離子束角度之值。因此，相對較小的間距(諸如間距S1)對應於負垂直離子束角度，且相對較大的間距(諸如間距S3)對應於正垂直離子束角度。
如圖7B所示，離子束電流感應器162a具有Y座標yp y ，且離子束與邊緣146在Y座標yb c 處相交。離子束電流感應器162a在Z方向中與旗標120間隔距離zp x 。對於此幾何形狀，可將垂直離子束角度θv 表達為：tan θv ＝(yp x －yb c )/zp x (2)
離子束電流感應器162a之Y座標yp x 以及Z座標zp x 為已知且固定的，且細射束190交叉於邊緣146處的Y座標yb c 是自感應器信號180中之凸塊188與過渡部分186之間的間距S來判定。舉例而言，間距S與Y座標yb c 之間的關係可自表中獲取。因此，可自上文之等式(2)來判定垂直離子束角度θv 。應理解，感應器陣列124之不同列中的離子束電流感應器162具有不同的Y座標yp x 。
圖6、圖8與圖9以及隨附描述涉及由感應器陣列124中之單一離子束電流感應器162a所產生的感應器信號。離子束電流感應器162a產生容許分別根據等式(1)以及等式(2)來判定離子束中之一位置處的水平以及垂直離子束角度之感應器信號。感應器陣列124中之每一離子束電流感應器產生類似的感應器信號作為旗標位置之函數。離子束62之水平離子束角度以及垂直離子束角度可作為基板平面110中之位置的函數而變化。感應器陣列124測量基板平面110中之多個位置處的水平以及垂直離子束角度。因此，感應器陣列中之位置(xp x ,yp x )處的每一像素(離子束電流感應器162)獲得水平離子束角度之測量以及垂直離子束角度之測量。舉例而言，在完全平行之離子束的情況下，離子束電流感應器皆測量相同的水平以及垂直離子束角度。在發散離子束之情況下，感應器陣列124中之不同位置處的離子束電流感應器162測量不同的水平以及垂直離子束角度。感應器陣列124中之離子束電流感應器162所獲得的測量因此組成作為基板平面110中之位置的函數之水平以及垂直離子束角度之圖。
來自感應器陣列124中之一些或所有離子束電流感應器162之感應器信號可經處理以提供額外資訊。對於寬離子束(帶形離子束或經掃描之離子束)之情況，在跨越離子束之各種水平位置處的水平或垂直離子束角度改變為所關注的。此是因為晶圓上之點自離子束內之一水平位置截取離子束，但在此水平位置處，歸因於植入器之垂直機械掃描，晶圓垂直地截取離子束之每一部分。
因此，在同一水平位置處來自所有離子束電流感應器之感應器信號可經處理以提供水平及/或垂直角度測量之加權平均值，以獲取此水平位置處之平均水平及/或垂直角度。每一離子束電流感應器之角度測量可藉由在此離子束電流感應器處所偵測的離子束電流進行加權。對於具有七個垂直行之像素陣列的實例，此操作產生七個平均水平角度以及七個平均垂直角度。由於通常使離子束均勻作為水平位置之函數，所以七個測量之相等加權平均值界定離子束之總體平均方向。可將七個平均值內之變化界定為發散離子束之離子束角度擴展。結果可為零水平離子束角度(在中間)、正水平離子束角度(在晶圓之負側)以及負水平離子束角度(在晶圓之正側)。
本文中所揭露之角度測量系統可用以測量離子束角度擴展以及離子束角度。離子束角度擴展為包括於離子束62中之角度範圍。在細射束190之情形下，離子束角度擴展為由單一離子束電流感應器所截取的離子之角度範圍。感應器陣列124可用以評估離子束62中之不同位置處的離子束角度擴展，其中離子束角度擴展測量是藉由感應器陣列124中之每一離子束電流感應器來進行。每一離子束電流感應器可進行水平離子束角度擴展φh 之測量以及垂直離子束角度擴展φv 之測量。定性地看，水平離子束角度擴展φh 是藉由感應器信號180中之凸塊188的寬度來指示。因此，較寬的凸塊188指示較大的水平離子束角度擴展。類似地，垂直離子束角度擴展φv 是藉由180中之感應器信號中的過渡部分186之斜度來指示。較平緩的過渡部分186指示較大的垂直離子束角度擴展。
可如下判定水平離子束角度擴展φh 。
其中，△xb 為細射束窗寬度，亦即，細射束190可穿過狹槽144且由離子束電流感應器162a截取的X位置之範圍；△xp x 為離子束電流感應器162a中之孔的X方向尺寸；zp x 為旗標120與離子束電流感應器162a之間的Z方向間距；Wb 為(例如)在最大振幅之0.01下所測量的感應器信號180中之凸塊的寬度；且Ws 為狹槽144之寬度。在等式(4)中，凸塊寬度Wb 為給定配置之唯一變數。因此，將水平離子束角度擴展φh 表達為凸塊寬度Wb 之函數。
可如下判定垂直離子束角度擴展φv 。
其中，△yb 為細射束窗高度；△yp x 為離子束電流感應器162a中之孔的Y方向尺寸；Wr 為(例如)自全振幅至全振幅之0.01所測量的過渡部分186之寬度；△xb 為如上文所述之細射束窗寬度；且Ω為邊緣146之角度。在等式(6)中，過渡部分寬度Wr 以及細射束窗寬度△xb (由Wb －2Ws 給出)為給定配置之僅有的變數。
離子束角度測量可經評估以判定可能的動作。舉例而言，可為離子束角度參數建立可接受的標準。若離子束角度參數滿足可接受的標準，則可進行離子植入。若離子束角度參數不滿足可接受的標準，則可調整離子植入器以使離子束角度參數在可接受的標準內。在另一方法中，可傾斜晶圓(如美國專利第6,437,350號中所描述，其是以引用的方式併入本文中)，以使離子束角度參數在可接受的標準內。
其他合適的旗標配置展示於圖10至圖12中。如圖10所示，旗標400包括呈垂直外邊緣402之形式的第一特徵以及呈角形狹槽404之形式的第二特徵。在圖10之實施例中，自狹槽404所產生之感應器信號中的凸塊之位置作為垂直離子束角度之函數而移動，且由邊緣402所產生的過渡部分之位置作為水平離子束角度之函數而移動。
如圖11所示，旗標420包括呈垂直邊緣424之形式的第一特徵以及呈角形邊緣426之形式的第二特徵，兩者皆為旗標420中之孔422的內邊緣。垂直邊緣424產生用以判定水平離子束角度之感應器信號中的過渡部分，且角形邊緣426產生用以測量垂直離子束角度之感應器信號中的過渡部分。
如圖12所示，旗標440包括呈垂直邊緣444之形式的第一特徵以及呈角形邊緣446之形式的第二特徵，兩者皆為旗標440中之外邊緣。垂直邊緣444產生用以測量水平離子束角度之感應器信號中的過渡部分，且角形邊緣446產生用以測量垂直離子束角度之感應器信號中的過渡部分。旗標440可由柱體448支撐以用於沿著平移路徑之平移。
不同的離子束類型可藉由本文中所揭露之角度測量系統來測量。帶形離子束通常具有藉由離子束高度與離子束寬度而加以特性化之伸長截面。在Y方向中感應器陣列124之高度經選擇為大於離子束高度，以容許在最大預期垂直離子束角度下的離子束角度測量。在X方向中平移路徑170之長度經選擇為等於或大於離子束寬度。最實用的是沿著離子束截面之長維度而平移旗標120。然而，本發明不限於此方面。
可利用本發明之角度測量系統來獲得經掃描之離子束的角度測量。在掃描方向中掃描離子束以提供掃描圖案。可利用角度測量系統來獲取掃描圖案之區域上的離子束角度測量。在掃描方向中平移旗標120，且平移路徑170具有等於或大於掃描圖案之長度。與離子束掃描速度相比，旗標120之平移速度較慢，以確保在沿著平移路徑之每一位置處至少一次測量離子束角度。
可利用本發明之角度測量系統來獲得固定光點離子束的角度測量。感應器陣列124之高度與寬度皆大於光點離子束之直徑，以容許在最大預期離子束角度下的離子束角度測量。光點離子束未必具有圓形截面且通常具有不規則的截面形狀。
感應器陣列124之部分截面示意圖展示於圖13中。感應器陣列124之離子束電流感應器500以及502得以展示。具有孔512以及514之孔板510界定由各別離子束電流感應器所感應的離子束62之面積。詳言之，孔512界定離子束電流感應器500之感應器面積，且孔514界定離子束電流感應器502之感應器面積。每一孔具有如圖7A以及圖7B所示之尺寸(△xp x ,△yp x )。離子束電流感應器500以及502分別更包括安裝至支撐板530之集光器杯(collector cup)520以及522。集光器杯520以及522分別經由電流感應器524以及526而連接至地面。
測量離子束角度時(尤其是當測量低離子束電流時)之一困難在於確保僅測量歸因於離子束之電流。角度測量系統在離子植入器之亦存在電子以及低能量離子(經由離子束與背景氣之碰撞以及藉由自用以中和晶圓上之電荷的電子泛射器槍之引入而產生)處的區域中操作。感應器陣列124可具備用於抑制電子以及低能量離子進入離子束電流感應器中之抑制元件。
在圖13之實施例中，感應器陣列124包括定位於孔板510與集光器杯520以及522之間的第一靜電抑制電極540、第二靜電抑制電極542以及第三靜電抑制電極544。抑制電極540、542以及544中之每一個包括與孔板510中之孔對準的孔。藉由實例，可將孔板510接地。第一抑制電極540以及第三抑制電極544可偏壓於－50伏特至－1000伏特，且第二抑制電極542可偏壓於＋50伏特至＋500伏特。在一實例中，電極540以及544偏壓於－500伏特，且電極542偏壓於＋100伏特。應理解，此等值是僅藉由實例來給定，且並不限制本發明之範疇。
圖13之實例包括靜電抑制元件。在其他實施例中，可利用磁性抑制元件或靜電與磁性抑制元件之組合。在一實施例中，可利用單一靜電抑制電極。
圖14說明根據本發明之另一實施例之角度測量系統1400的方塊圖。角度測量系統1400之透視圖展示於圖15中。類似於先前圖(諸如圖2)中來標註圖14與圖15之相似零件，且因此為了清晰起見而在本文中省略了任何重複描述。一般而言，角度測量系統1400可包括旗標1420、用以在X方向中平移旗標1420之平移機構122以及定位於在Z方向中自旗標1420之下游的感應裝置1423。
在圖14之實施例中，旗標1420可具有結合圖16而進一步詳述之第一特徵以及第二特徵，以容許測量離子束角度。感應裝置1423可包括遮罩1425以及用以在第一與第二位置之間平移遮罩1425之平移機構1430。在圖14之實施例中，平移方向是在X方向中(如由箭頭1460所指示)，但本文中同樣地預期其他平移方向。在一實施例中，遮罩1425之第一位置可為延伸位置，且第二位置可為收縮位置且稍後可如本文中所指而加以參考。
感應裝置1423亦可包括定位於在Z方向中自遮罩1425之更下游的多個法拉第感應器(Faraday sensor)1470。腔室1436可支撐法拉第感應器1470。腔室1436亦可附著至界定相關聯之法拉第感應器之伸長孔的孔板1462。可將空腔1473界定於腔室1436與孔板1462之間以輔助支撐遮罩1425。空腔1473亦可具有足夠的大小以致能遮罩1425在空腔1473內之平移。
可利用任何多個法拉第感應器，且在圖14之實施例中，可存在七個法拉第感應器1470－1、1470－2、1470－3、1470－4、1470－5、1470－6以及1470－7。每一法拉第感應器可回應於經截取之離子束而產生電信號，此在此項技術中已知。感應器信號之量值可為經截取之離子束電流之函數。每一法拉第感應器可經配置為法拉第杯且稍後可如本文中所指而加以參考。
平移機構1430可包括藉由連接器桿1434或其他緊固裝置而耦接至遮罩1425的致動器1432，以在第一與第二位置之間平移遮罩。當在第一位置中時，遮罩1425可經配置以界定相關聯之法拉第感應器之一部分上的離子束電流感應器。舉例而言，在一實施例中，遮罩可界定每一法拉第感應器1470－3、1470－4以及1470－5上之一離子束電流感應器。
圖16說明可用於圖14與圖15之實施例以及其他實施例中之合適旗標配置的另一實施例。旗標1420可包括第一特徵以及第二特徵，其中第二特徵具有自第一特徵之可變間距作為第二特徵上之位置的函數。第一特徵可呈外垂直邊緣1422之形式，且第二特徵可呈外角形邊緣1424之形式。外角形邊緣1424可具有自垂直邊緣1422之可變間距作為外角形邊緣1424上之位置的函數，如由間距S4、S5以及S6所說明。
當如箭頭170所示在正X方向中平移旗標時，垂直邊緣1422可處於旗標1420之前邊緣上，且角形邊緣1424可處於旗標1420之後邊緣上，如圖14以及圖15中之進一步說明。垂直邊緣1422可產生用以測量水平離子束角度之感應器信號中的過渡部分，而角形邊緣1424可用以測量垂直離子束角度。在圖16之實施例中，垂直邊緣1422以及角形邊緣1424可為直的且可以相對於彼此之銳角Φ1來定向。銳角Φ1可處於約20度至45度之範圍內，且在一實施例中，可為約22.5度。
圖17為圖14與圖15之角度測量系統1400的分解透視圖，其說明腔室1436、遮罩1425以及孔板1462。亦說明法拉第杯1470。空腔1473可形成於腔室1436之一部分中以支撐遮罩1425且致能遮罩1425在空腔1473內之平移。當遮罩經平移至第一位置中時，遮罩可包括用以界定相關聯之法拉第杯上之離子束電流感應器的至少一孔。
圖18說明當遮罩處於第二位置中時孔板1462以及遮罩1425(以幻影來說明)之前示意圖，且圖19說明當遮罩處於第一位置中時孔板1462以及遮罩1425之示意性前視圖，以便界定相關聯之法拉第杯之一部分上的離子束電流感應器。遮罩1425可為可包括多種材料(包括(但不限於)石墨)之板，以便在第一位置中時選擇性地阻塞離子束62。在圖18之位置中，可收縮此實施例中之遮罩1425，使得遮罩1425的伸長孔對準於孔板1462之相關聯的伸長孔1485、1484以及1483。換言之，遮罩1425可能不會阻塞圖18之位置中的離子束電流。
圖19說明當將遮罩平移至第一位置中時如由離子束所見的孔板1462以及遮罩1425之前示意圖，以便界定相關聯之法拉第杯之一部分上的離子束電流感應器。在此實施例中，可在正X方向中將遮罩1425相對於其在圖19中之位置而延伸。在此第一位置中，遮罩1425之孔1706、1708以及1710可容許經由此等孔而傳輸離子束62之一部分，但遮罩1425之其他部分可阻塞離子束62。
同樣地，遮罩1425可選擇性地阻塞來自法拉第杯1470之離子束62，以界定一法拉第杯1470之一部分上的至少一離子束電流感應器。舉例而言，對於第三法拉第感應器1470－3，遮罩1425之一部分1425a可阻塞孔板1462之孔1483中的離子束，而對於第四法拉第感應器1470－4，遮罩1425之另一部分1425b可阻塞孔板1462之孔1484中的離子束，而對於第五法拉第感應器1470－5，遮罩1425之又一部分1425c可阻塞孔板1462之孔1485中的離子束。
可在Y軸方向中偏移孔1706、1708以及1710，如圖18以及圖19中之詳述。孔1710可經配置以界定第三法拉第杯1470－3之一部分上的離子束電流感應器。孔1708可經配置以界定第四法拉第杯1470－4之一部分上的離子束電流感應器。最後，孔1706可經配置以界定第五法拉第杯1470－5之一部分上的離子束電流感應器。形成於相關聯之法拉第杯之一部分上的每一離子束電流感應器可具有由遮罩1425之孔1706、1708以及1710之大小所界定的幾何形狀。在一實施例中，孔1706、1708以及1710可具有小於90 mm2 之正方形幾何形狀，例如，在一實例中，為9 mm乘9 mm平方或81 mm2 。然而，可利用任何多個變化幾何形狀之孔以在各種位置中形成一或多個法拉第杯上之一或多個離子束電流感應器。
在操作中，旗標1420可藉由平移機構122在正X方向中沿著平移路徑170(圖14)而平移，使得旗標1420沿著平移路徑170之至少一部分而截取離子束62。最初，遮罩1425可處於圖18之第二位置中，使得遮罩1425不阻塞經由孔板1462之孔而導引的離子束之任何部分。可自多個法拉第杯1470中之每一個獲得離子束電流測量。可連續地測量或可以所要時間間隔來取樣來自每一法拉第杯之感應器信號。
可類似於較早地參看圖5、圖6、圖7A以及圖8而詳述之水平角度來判定水平角度。一般而言，當旗標1420沿著平移路徑170而平移且阻塞來自法拉第感應器之離子束時，旗標1420之垂直前邊緣1422截取離子束。當法拉第感應器感應離子束信號中之中斷時，法拉第感應器之位置以及旗標1420之前邊緣1422的位置為已知的。由於在Z方向中自法拉第感應器至基板平面110之距離亦為已知的，所以可判定水平角度θh 。舉例而言，水平角度可為當離子束經截取時旗標1420之前邊緣1422與由在Z方向中自法拉第感應器至基板平面110之距離所分割的法拉第感應器之x位置的x座標之差的反正切。
接著，可將遮罩1425平移至第一位置(諸如圖19中所說明)，以便界定相關聯之法拉第杯之一部分上的至少一離子束電流感應器。可如圖19之實施例中所說明來配置遮罩1425，以界定第三法拉第杯1470－3上之一離子束電流感應器、第四法拉第杯1470－4上之一離子束電流感應器以及第五法拉第杯1470－5上之一離子束電流感應器。可忽略第一法拉第杯1470－1、第二法拉第杯1470－2、第六法拉第杯1470－6以及第七法拉第杯1470－7之輸出。
當沿著平移路徑170而平移旗標1420時，由遮罩1425在法拉第杯1470－3、1470－4以及1470－5上所界定之每一離子束電流感應器可提供感應器信號輸出，如圖20中所說明。接著，可類似於較早地參看圖5、圖6、圖7B以及圖9而詳述之垂直角度來判定垂直角度。換言之，旗標1420之角形邊緣1424具有自垂直邊緣1422之可變間距作為角形邊緣1424上之位置的函數，如由間距S4、S5以及S6(圖16)所說明，其類似於圖5之間距S1、S2以及S3。因此，視離子束之垂直角度而定，離子束之垂直角度可能會與旗標之角形邊緣1424在邊緣1424上的不同位置處相交。
圖20說明在x，y位置處來自由遮罩1425在法拉第杯1470－3、1470－4以及1470－5中之一個上所界定之一離子束電流感應器之感應器信號2000的實例。將感應器信號2000標繪為沿著平移路徑170之旗標1420之位置的函數。旗標1420可自正X方向中之X的負值移動。最初，旗標1420可能不阻塞離子束62到達離子束電流感應器，且感應器信號2000處於最大值2004。旗標1420之垂直邊緣1422可能會首先阻塞離子束，且感應器信號2000在x位置x1處可能會降低至零。旗標1420之後角形邊緣1424將最終被平移得足夠遠以不阻塞離子束，且感應器信號可能會自位置x2處之零值增加回至位置x3處之最大值。
感應器信號2000可能因此具有表示前邊緣1422之第一組份以及表示後邊緣1424之第二組份。第一與第二組份之間的距離或間距S表示垂直離子束角度。舉例而言，間距S界定離子束經交叉處的在角形邊緣1424上之位置，且可用以判定離子束之Y座標。
圖21說明根據本發明之另一實施例的操作2100。操作2102可包括提供界定第一特徵以及第二特徵之旗標，其中第二特徵具有自第一特徵之可變間距作為第二特徵上之位置的函數。操作2104可包括沿著平移路徑而平移旗標，使得旗標截取離子束之至少一部分。操作2106可包括沿著平移路徑而偵測不同旗標位置之離子束。最後，操作2108可包括回應於經偵測之離子束而產生感應器信號，其中感應器信號以及旗標之對應位置表示垂直平面中離子束之垂直離子束角度。
在因此描述了本發明之至少一說明性實施例後，熟習此項技術者將容易想到各種改變、修改以及改良。此等改變、修改以及改良意欲在本發明之範疇內。因此，前述描述僅藉由實例且並不意欲為限制性的。本發明僅是如下列申請專利範圍以及其等效物中所界定而受到限制。
10．．．離子源
12．．．離子束
14．．．第一電源
20．．．抑制電極
22．．．接地電極
30．．．質量分析器
32．．．解析磁體
34．．．遮罩電極
36．．．解析孔
50．．．第一減速平臺
52．．．上游電極
54．．．抑制電極
56．．．下游電極
60．．．角度修正器磁體
62．．．帶形離子束
70．．．終端站
72．．．晶圓
80．．．第二減速平臺
82．．．上游電極
84．．．抑制電極
86．．．下游電極
100．．．角度測量系統
110．．．基板平面
120．．．旗標
122．．．平移機構
123．．．感應裝置
124．．．多像素感應器陣列
130．．．處理器
140．．．第一特徵
142．．．第二特徵
144．．．垂直狹槽
146．．．角形邊緣
146a．．．邊緣146上之位置
146b．．．邊緣146上之位置
146c．．．邊緣146上之位置
150．．．致動器
152．．．連接桿
154．．．支撐塊
162．．．離子束電流感應器
162a．．．離子束電流感應器
164．．．外殼
166．．．行
170．．．平移路徑/箭頭
180．．．感應器信號
184．．．最大值
188．．．凸塊
190．．．細射束
192．．．軌道
194．．．軌道
196．．．軌道
200．．．感應器信號
200a．．．凸塊
200b．．．過渡部分
202．．．感應器信號
204．．．感應器信號
220．．．軌道
222．．．軌道
224．．．軌道
300．．．感應器信號
300a．．．凸塊
300b．．．過渡部分
302．．．感應器信號
304．．．感應器信號
400．．．旗標
402．．．垂直外邊緣
404．．．角形狹槽
420．．．旗標
422．．．孔
424．．．垂直邊緣
426．．．角形邊緣
440．．．旗標
444．．．垂直邊緣
446．．．角形邊緣
448．．．柱體
500．．．離子束電流感應器
502．．．離子束電流感應器
510．．．孔板
512．．．孔
514．．．孔
520．．．集光器杯
522．．．集光器杯
524．．．電流感應器
526．．．電流感應器
530．．．支撐板
540．．．第一靜電抑制電極
542．．．第二靜電抑制電極
544．．．第三靜電抑制電極
1400．．．角度測量系統
1420．．．旗標
1422．．．外垂直邊緣
1423．．．感應裝置
1424．．．外角形邊緣
1425．．．遮罩
1425a．．．遮罩1425之一部分
1425b．．．遮罩1425之另一部分
1425c．．．遮罩1425之又一部分
1430．．．平移機構
1432．．．致動器
1434．．．連接器桿
1436．．．腔室
1460．．．箭頭
1462．．．孔板
1470．．．法拉第杯
1470－1、1470－2、1470－3、1470－4、1470－5、1470－6、1470－7．．．法拉第感應器
1473．．．空腔
1483．．．伸長孔
1484．．．伸長孔
1485．．．伸長孔
1706．．．遮罩1425之孔
1708．．．遮罩1425之孔
1710．．．遮罩1425之孔
2000．．．感應器信號
2004．．．最大值
2102．．．操作
2104．．．操作
2106．．．操作
2108．．．操作
S、S1、S2、S3、S4、S5、S6．．．間距
Wb ．．．凸塊寬度
Wr ．．．過渡部分寬度
x1、x2、x3．．．x位置
xb c ．．．X座標
xp x ．．．X座標
yb c ．．．Y座標
yp x ．．．Y座標
zp x ．．．Z座標/距離
△xb ．．．細射束窗寬度
△xp x ．．．X方向尺寸
△yb ．．．細射束窗高度
△yp x ．．．Y方向尺寸
θh ．．．水平離子束角度
θv ．．．垂直離子束角度
Φ1．．．銳角
φh ．．．水平離子束角度擴展
φv ．．．垂直離子束角度擴展
Ω．．．邊緣146之角度
為了對本發明之較好理解，參看隨附圖式，此等圖式是以引用的方式併入本文中。
圖1為併有根據本發明之實施例之角度測量系統之離子植入器的簡化示意圖。
圖2為根據本發明之實施例之角度測量系統的示意圖。
圖3為圖2之角度測量系統的透視圖。
圖4為圖2之角度測量系統中所使用之多像素感應器陣列之實施例的前視圖。
圖5說明圖2之角度測量系統中所使用之旗標的第一實施例。
圖6說明作為旗標位置之函數之感應器信號的實例。
圖7A為圖2之角度測量系統的部分示意性俯視圖。
圖7B為圖2之角度測量系統的部分示意性側視圖。
圖8為對於離子束之不同水平角而言作為旗標位置之函數之感應器信號的曲線圖。
圖9為對於離子束之不同垂直角而言作為旗標位置之函數之感應器信號的曲線圖。
圖10說明根據本發明之旗標的第二實施例。
圖11說明根據本發明之旗標的第三實施例。
圖12說明根據本發明之旗標的第四實施例。
圖13為圖4之感應器陣列的部分截面示意圖。
圖14為根據本發明之另一實施例之角度測量系統的示意圖。
圖15為圖14之角度測量系統的透視圖。
圖16說明可用於圖14以及圖15之角度測量系統中之根據本發明之旗標的第五實施例。
圖17為圖15之角度測量系統之若干組份的分解透視圖。
圖18為遮罩處於第二位置中時圖14之遮罩以及孔板的前示意圖。
圖19為遮罩處於第一位置中時圖14之遮罩以及孔板的前示意圖。
圖20為對於圖14之實施例而言作為旗標位置之函數之感應器信號的曲線。
圖21為根據本發明之實施例之操作的流程圖。
62．．．帶形離子束
100．．．角度測量系統
110．．．基板平面
120．．．旗標
122．．．平移機構
123．．．感應裝置
124．．．多像素感應器陣列
130．．．處理器
140．．．第一特徵
142．．．第二特徵
150．．．致動器
152．．．連接桿
154．．．支撐塊
170．．．平移路徑/箭頭
190．．．細射束
xb c ．．．X座標
zp x ．．．Z座標/距離
θh ．．．水平離子束角度

Claims (16)

  1. 一種角度測量系統，包括：界定第一特徵以及第二特徵之旗標，其中所述第二特徵具有自所述第一特徵之可變間距作為所述第二特徵上之位置的函數；用以沿著平移路徑而平移所述旗標以使得所述旗標截取離子束之至少一部分之機構；以及用以沿著所述平移路徑而偵測不同旗標位置之所述離子束且回應於所述經偵測之離子束而產生感應器信號之感應裝置，其中所述感應器信號以及所述旗標之對應位置表示垂直平面中所述離子束之垂直離子束角度，其中所述感應裝置包括：遮罩；以及用以在第一與第二位置之間平移所述遮罩之機構，在所述第一位置中之所述遮罩經配置以界定相關聯之法拉第感應器之一部分上之離子束電流感應器，所述離子束電流感應器經配置以產生所述感應器信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，其中所述部分具有正方形幾何形狀，所述正方形幾何形狀具有小於約90平方毫米之表面積。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，其中所述遮罩包括至少一孔，所述至少一孔經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時之所述離子束電流感應器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，其中所述遮罩包括多個孔，所述孔經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時相關聯之多個法拉第感應器上之相關聯的離子束電流感應器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之角度測量系統，其中所述多個孔包括：第一孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第一法拉第感應器之一部分上的第一離子束電流感應器；第二孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第二法拉第感應器之一部分上的第二離子束電流感應器；以及第三孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第三法拉第感應器之一部分上的第三離子束電流感應器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，更包括處理裝置，所述處理裝置回應於所述感應器信號而判定在所述離子束電流感應器處的所述垂直平面中之所述垂直離子束角度以及水平平面中之水平離子束角度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，其中所述感應器信號具有表示所述第一特徵之第一信號組份以及表示所述第二特徵之第二信號組份，其中所述第一與所述第二信號組份之間的距離表示所述垂直離子束角度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之角度測量系統，其中所述第一以及所述第二特徵包括所述旗標之外邊緣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之角度測量系統，其中所述第一以及所述第二特徵為直的且是以銳角來定向。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之角度測量系統，其中所述銳角為約22.5度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之角度測量系統，其中所述第一特徵正交於所述平移路徑，且所述第二特徵包括所述旗標之角形外邊緣。
  12. 一種角度測量方法，包括：提供界定第一特徵以及第二特徵之旗標，其中所述第二特徵具有自所述第一特徵之可變間距作為所述第二特徵上之位置的函數；沿著平移路徑而平移所述旗標，使得所述旗標截取離子束之至少一部分；沿著所述平移路徑而偵測不同旗標位置之所述離子束；以及回應於所述經偵測之離子束而產生感應器信號，其中所述感應器信號以及所述旗標之對應位置表示垂直平面中所述離子束之垂直離子束角度，所述角度測量方法更包括：在第一與第二位置之間平移遮罩，在所述第一位置中之所述遮罩經配置以界定相關聯之法拉第感應器之一部分上之離子束電流感應器，所述離子束電流感應器經配置以產生所述感應器信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之角度測量方法，其中所述遮罩包括多個孔，所述孔經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時相關聯之多個法拉第感應器上之相 關聯的離子束電流感應器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之角度測量方法，其中所述多個孔包括：第一孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第一法拉第感應器之一部分上的第一離子束電流感應器；第二孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第二法拉第感應器之一部分上的第二離子束電流感應器；以及第三孔，其經配置以界定當所述遮罩處於所述第一位置中時第三法拉第感應器之一部分上的第三離子束電流感應器。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之角度測量方法，更包括處理所述感應器信號以判定在所述離子束電流感應器處的所述垂直平面中之所述垂直離子束角度以及水平平面中之水平離子束角度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之角度測量方法，更包括：將所述經監視之垂直角度與所要垂直角度比較；以及若所述經監視之垂直角度不處於所述所要垂直角度之指定界限內，則藉由調整所述離子束或相對於所述離子束而傾斜基板來調整所述垂直角度。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2409926B (en) * 2004-01-06 2006-11-29 Applied Materials Inc Ion beam monitoring arrangement
US7435977B2 (en) * 2005-12-12 2008-10-14 Axcelis Technologies, Inc. Ion beam angle measurement systems and methods for ion implantation systems
US7476876B2 (en) * 2005-12-21 2009-01-13 Axcelis Technologies, Inc. Ion beam angle measurement systems and methods employing varied angle slot arrays for ion implantation systems
US7453070B2 (en) * 2006-06-29 2008-11-18 Varian Semiconductor Associates, Inc. Methods and apparatus for beam density measurement in two dimensions
US20080017811A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Collart Erik J H Beam stop for an ion implanter
US7629597B2 (en) * 2006-08-18 2009-12-08 Axcelis Technologies, Inc. Deposition reduction system for an ion implanter
US7561983B2 (en) * 2006-09-29 2009-07-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for improving ion implantation based on ion beam angle-related information
US7683348B2 (en) * 2006-10-11 2010-03-23 Axcelis Technologies, Inc. Sensor for ion implanter
US7479644B2 (en) * 2006-10-30 2009-01-20 Applied Materials, Inc. Ion beam diagnostics
US7528391B2 (en) * 2006-12-22 2009-05-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for reducing contamination during ion implantation
US7883909B2 (en) * 2006-12-28 2011-02-08 Texas Instruments Incorporated Method to measure ion beam angle
US7518130B2 (en) * 2007-04-30 2009-04-14 United Microelectronics Corp. Ion beam blocking component and ion beam blocking device having the same
US7807984B2 (en) * 2008-01-02 2010-10-05 Applied Materials, Inc. Ion implanters
US8097866B2 (en) * 2008-02-14 2012-01-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus for measuring beam characteristics and a method thereof
US7855361B2 (en) * 2008-05-30 2010-12-21 Varian, Inc. Detection of positive and negative ions
US7897944B2 (en) * 2008-07-21 2011-03-01 Axcelis Technologies, Inc. Method and apparatus for measurement of beam angle in ion implantation
US9000446B2 (en) * 2009-05-22 2015-04-07 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for processing a substrate
US8101927B2 (en) * 2009-06-08 2012-01-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Masking apparatus for an ion implanter
US8164068B2 (en) * 2009-07-30 2012-04-24 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Mask health monitor using a faraday probe
US8309938B2 (en) * 2009-09-29 2012-11-13 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam incident angle detection assembly and method
US8173527B2 (en) 2009-10-19 2012-05-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Stepped masking for patterned implantation
US20120060353A1 (en) * 2010-09-14 2012-03-15 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Mechanism and method for ensuring alignment of a workpiece to a mask
DE102011006588A1 (de) * 2011-03-31 2012-10-04 Carl Zeiss Nts Gmbh Teilchenstrahlgerät mit Detektoranordnung
US8378318B1 (en) * 2011-11-18 2013-02-19 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Fixed mask design improvements
JP6150632B2 (ja) * 2013-06-26 2017-06-21 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオンビーム測定装置及びイオンビーム測定方法
CN103794446B (zh) * 2013-10-24 2016-05-04 北京中科信电子装备有限公司 一种垂直方向角度测量的系统
CN103794448B (zh) * 2013-11-08 2016-03-16 北京中科信电子装备有限公司 一种垂直方向角度测量的装置
CN103715048B (zh) * 2013-12-16 2016-05-18 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种离子注入机竖直方向离子束角度测控系统及测量方法
US20170005013A1 (en) 2015-06-30 2017-01-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Workpiece Processing Technique
JP6588323B2 (ja) * 2015-12-10 2019-10-09 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入方法およびイオン注入装置
US11049691B2 (en) * 2017-12-21 2021-06-29 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam quality control using a movable mass resolving device
JP6985951B2 (ja) 2018-02-08 2021-12-22 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置および測定装置
JP6982531B2 (ja) * 2018-03-26 2021-12-17 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置および測定装置
CN111128658A (zh) * 2018-10-31 2020-05-08 北京中科信电子装备有限公司 一种离子束水平与垂直角度测量装置
CN111769026B (zh) * 2019-04-02 2024-03-12 北京中科信电子装备有限公司 一种束流性质测量装置及方法
JP7332437B2 (ja) * 2019-11-01 2023-08-23 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置
US11574796B1 (en) 2021-07-21 2023-02-07 Applied Materials, Inc. Dual XY variable aperture in an ion implantation system
CN114388321B (zh) * 2022-03-24 2022-08-05 广州粤芯半导体技术有限公司 参数获取装置、方法、离子注入方法和半导体工艺设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690022B2 (en) * 2001-01-17 2004-02-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam incidence angle and beam divergence monitor
TW587271B (en) * 2001-10-26 2004-05-11 Nissin Electric Co Ltd Ion implanting method and apparatus
WO2004053943A2 (en) * 2002-12-11 2004-06-24 Purser Kenneth H Emittance measuring device for ion beams

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791094B1 (en) * 1999-06-24 2004-09-14 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Method and apparatus for determining beam parallelism and direction
TWI231405B (en) * 1999-12-22 2005-04-21 Asml Netherlands Bv Lithographic projection apparatus, position detection device, and method of manufacturing a device using a lithographic projection apparatus
US6946667B2 (en) * 2000-03-01 2005-09-20 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Apparatus to decelerate and control ion beams to improve the total quality of ion implantation
US6831282B2 (en) * 2001-02-09 2004-12-14 Nikon Corporation Methods and devices for evaluating beam blur in a charged-particle-beam microlithography apparatus
US6828572B2 (en) * 2003-04-01 2004-12-07 Axcelis Technologies, Inc. Ion beam incident angle detector for ion implant systems
DE10329388B4 (de) * 2003-06-30 2006-12-28 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Faraday-Anordnung als Ionenstrahlmessvorrichtung für eine Ionenimplantationsanlage und Verfahren zu deren Betrieb
JP2005285518A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Toshiba Corp イオン注入装置およびイオン注入方法
US6872953B1 (en) * 2004-05-20 2005-03-29 Axcelis Technologies, Inc. Two dimensional stationary beam profile and angular mapping
US6989545B1 (en) * 2004-07-07 2006-01-24 Axcelis Technologies, Inc. Device and method for measurement of beam angle and divergence
JP5100963B2 (ja) * 2004-11-30 2012-12-19 株式会社Ｓｅｎ ビーム照射装置
US7417242B2 (en) 2005-04-01 2008-08-26 Axcelis Technologies, Inc. Method of measuring ion beam position

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690022B2 (en) * 2001-01-17 2004-02-10 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ion beam incidence angle and beam divergence monitor
TW587271B (en) * 2001-10-26 2004-05-11 Nissin Electric Co Ltd Ion implanting method and apparatus
WO2004053943A2 (en) * 2002-12-11 2004-06-24 Purser Kenneth H Emittance measuring device for ion beams

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