TWI441232B - 離子束均勻度調整的方法以及系統 - Google Patents

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Description

離子束均勻度調整的方法以及系統
本發明是有關於一種調整離子束的方法，且特別是有關於一種離子束均勻度調整的方法以及系統。
離子佈植是一種利用高能離子直接轟擊基板(substrate)，以在基板中沈積化學物質(chemical species)的方法。在半導體製程中，離子佈植機主要應用於摻雜製程(doping process)中，以改變靶材的導電性(conductivity)的類型與等級(level)。積體電路(integrated circuit,IC)基板及其薄膜結構中的精確摻雜分布(doping profile)對於確保IC性能相當重要。為了達到期望的摻雜分布狀態，會使用不同的劑量(dose)與不同的能量位準(energy level)來進行一種或多種離子物質的植入。離子種類、離子劑量以及能量的規格(specification)常被稱為離子佈植的配方(recipe)。
圖1繪示一種習知的離子佈植系統100。如同大部分的離子佈植系統一般，離子佈植系統100是設置在高真空環境中。離子佈植系統100可具有一離子源101以及複合系列之組件，且一離子束10穿過前述複合系列之組件。舉例來說，系列組件包括一提取電極(extraction electrode)102、一抑制電極(suppression electrode)103、一接地電極104、一篩檢磁鐵(filter magnet)106、一加速或減速筒108、一分析磁鐵110、一轉動質量狹縫(rotating mass slit)112、一掃描器114與一校正磁鐵(corrector magnet)116。非常類似於可控制光束之一系列光學透鏡，離子佈植組件在將離子束10引導至一目標晶圓120(位於一晶圓平面12)之前，可過濾並聚焦離子束10。離子佈植系統100亦可包括諸多量測元件，例如一劑量控制法拉第杯(dose control Faraday cup)118、一行進法拉第杯(traveling Faraday cup)124與一設置法拉第杯(setup Faraday cup)122，前述元件可用來監視及控制離子束的狀況。
為形成均勻分布的摻雜離子，一般是用離子束掃描過目標晶圓的表面。圖2繪示利用離子束來進行連續晶圓植入的一典型裝置。在前述裝置中，一晶圓204可沿一軸212緩慢地移動，以穿過一晶圓室(chamber)。同時，一具有橢圓橫截面的點狀離子束202可水平地掃描過晶圓204的一表面。點狀離子束202可形成一離子束路徑20，離子束路徑20具有二端點208、210。可利用一劑量控制法拉第杯118來量測點狀離子束202的電流。
就生產而言，希望沿著一離子束路徑形成一均勻的離子束分布。調整離子佈植系統以形成一均勻的離子束分布的方法稱為『均勻度調整』(uniformity tuning)。
圖3繪示一種習知的均勻度調整方法。在一相似於圖2所示之裝置中，一具有橢圓橫截面的點狀離子束302沿著二端點308、310之間的一路徑30以一固定的掃描速度進行掃描。一般對於中或高能離子束而言，點狀離子束302的尺寸小於一晶圓304的尺寸。在現行這些種類的離子束之調整均勻度的方法中，常作下列假設：(1)點狀離子束於掃描過程中保持實質上相同的尺寸以及傳送實質上相同的電流；以及(2)點狀離子束會完全掃描至晶圓邊緣。由這些假設可知，於掃描的過程中，點狀離子束只會有微小的改變，而且在點狀離子束的離子束路徑上所產生的掃描離子束的電流密度分布的不均勻度亦相當微小。因此，在現行的均勻度調整的方法中，離子束的分布一般只在晶圓的中心量測一次(在未掃描的情況下)。在圖3中，一波形32為點狀離子束302的一單獨離子束劑量密度分布。當點狀離子束302沿著路徑30進行掃描時，離子束302在各點上的電流密度為點狀離子束302的一或多個單獨的離子束劑量密度分布的加成結果。一波形34為介於端點308、310之間的點狀離子束302的一電流密度分布。由於在整個路徑30上點狀離子束302的單獨的離子束劑量密度分布幾乎相同，因此，點狀離子束302的電流密度與掃描速度呈一線性關係。換言之，對於路徑30上的每一個位置而言，在一位置上的掃描速度的些微增加將使點狀離子束302的電流密度在該位置上成比例的減少，以及在一位置上的掃描速度的些微減少將使點狀離子束302的電流密度在該位置上成比例的增加。現行的均勻化調整的方法是依據前述線性的假設，若是波形34不夠均勻，則典型的方法是在路徑30的每個單位距離中調整點狀離子束302的掃描速度，以在單位距離中使點狀離子束302的掃描速度成比例於點狀離子束302的加成(accumulated)電流密度。
值得注意的是，點狀離子束302的電流密度在接近二端點308、310時會迅速地滾降(roll off)。然而，由於點狀離子束302會完全掃描到晶圓的邊緣，所以滾降並不影響離子束覆蓋晶圓304。也值得注意的是，一旦點狀離子束302已完全掃過晶圓304，則點狀離子束302的電流對於晶圓的植入就不再有貢獻了。在晶圓304上離子束電流的總和以及在整個掃描過程中離子束電流的總和的比值稱為『離子束利用率』(beam utilization)。離子束利用率表示總離子束電流中真正用來作為晶圓植入的部分。
此外，在現行的離子佈植系統中，均勻度調整一般是採用離子束線調整。舉例來說，在圖1的離子佈植系統100中，離子源101與一或多個束線組件(例如提取電極102、抑制電極103、篩檢磁鐵106、加速或減速筒108、分析磁鐵110、掃描器114與校正磁鐵116)通常會先被調整，以形成一最大的離子束電流，進而可高效率地進行離子佈植。只有在離子束電流被調成最大化之後，才會開始均勻度調整。
然而，由於現行調整離子佈植系統的方法有許多缺點，以致於無法以一有效的方法來達成一致的離子束輸出。舉例來說，現行調整離子佈植系統的演算法(algorithm)是利用一單通道來多次量測一離子束電流密度分布。上述現行的演算法是多次且並行地量測相同的離子束電流密度分布，然後，分析量測結果。因此，需多次重複量測，以適當地調整一離子佈植系統。也因此，現今的演算法會使調整時間增加，以致於離子佈植系統效率降低以及產率(productivity)下降。
現行的調整式演算法(tuning algorithm)亦應用在離子束電流上，以作為使離子束最佳化的唯一標準(criterion)。然而，相同的離子束電流並不保證有相同的離子束狀態。舉例來說，束線組件設定的多種不同組合可產生相同的離子束電流。這些不同的組合常導致不同的離子束直徑、位置及角度。因此，僅以離子束電流為單一參數的方法會導致離子束的形狀相異。進一步而言，對各個晶圓批次(wafer batch)來說，由於離子束的形狀相異，故會耗費額外的時間在量測離子束、對應調整、均勻度調整以及控制植入劑量上。
現行的調整方法易依賴記錄在先前成功設定中的一單組束線組件設定(beam-line element settings)。然而，即使束線組件設定保持不變，在離子佈植系統中依然有許多因素會改變離子束的狀態。舉例來說，一離子源具有一使用壽命，在使用壽命中離子的產量會逐漸減少。因此，即使採用相同的束線組件設定，離子束電流會依照離子源已被使用的時間長短而有所不同。由於束線組件設定之預先記錄的單組束線組件設定常無法再次產生希望的離子束狀態，離子佈植系統必須為每一晶圓批次而重新調整，但這會因為下述理由而相當耗費時間。
綜上所述，現行的離子佈植調整技術有顯著的問題以及缺點。
本發明提供改善離子佈植系統中調整均勻度的方法。
在本發明之一實施例中，前述方法可透過一改善離子佈植系統中均勻度調整的方法來實現。前述方法包括：於一離子佈植系統中產生一離子束；沿著一離子束路徑量測一第一離子束電流密度分佈；沿著離子束路徑量測一第二離子束電流密度分佈；以及沿著離子束路徑至少部分地依據第一離子束電流密度分佈以及第二離子束電流密度分佈來決定一第三離子束電流密度分佈。
在本發明之一實施例中，量測第一離子束電流密度分佈的步驟更包括在一或多個預定位置以一或多個固定式量測元件來量測第一離子束電流密度分佈。
在本發明之一實施例中，一或多個固定式量測元件的一或多個預定位置是位於離子束路徑的一側或多側。
在本發明之一實施例中，一或多個固定式量測元件包括至少一閉環法拉第杯。
在本發明之一實施例中，量測第一離子束電流密度分佈係測得第一離子束電流密度分佈為一時間的函數。
在本發明之一實施例中，沿著離子束路徑量測第二離子束電流密度分佈的步驟更包括藉由一移動式量測元件來掃描離子束的一橫截面。
在本發明之一實施例中，移動式量測元件實質上平行於一晶圓平面。
在本發明之一實施例中，移動式量測元件為一分布式法拉第杯。
在本發明之一實施例中，量測第二離子束電流密度分佈係測得第二離子束電流密度分佈為一時間與空間位置的函數。
在本發明之一實施例中，第三離子束電流密度分佈為一空間位置的函數。
在本發明之一實施例中，離子束均勻度調整的方法更包括決定一信賴程度(confidence level)，信賴程度是關於第三離子束電流密度分佈的一均勻度。
在本發明之一實施例中，離子束均勻度調整的方法更包括至少部分地依據第一離子束電流密度分佈、第二離子束電流密度分佈以及信賴程度來計算一信賴區間。
在本發明之一實施例中，離子束均勻度調整的方法，更包括確定第三離子束電流密度分佈的均勻度是否在信賴區間內。
在本發明之一實施例中，如果第三離子束電流密度分佈的均勻度是在信賴區間內，則停止調整離子束的均勻度。
在本發明之一實施例中，如果第三離子束電流密度分佈的均勻度並未在信賴區間內，則調整一或多個束線組件，以調整第三離子束電流密度分佈的均勻度。
在本發明之一實施例中，至少一種處理器之可讀介質，其儲存一電腦程式指令，電腦程式指令被至少一處理器所讀取，以命令至少一處理器來執行一電腦程序，以執行如前述之離子束均勻度調整的方法。
在本發明之一實施例中，前述方法可透過一改善離子佈植系統中均勻度調整的系統來實現。前述系統包括一離子源，用以在一離子佈植系統中產生一離子束；一或多個第一元件，用以沿著一離子束路徑來量測一第一離子束電流密度分佈；一第二元件，用以沿著離子束路徑來量測一第二離子束電流密度分佈；以及一處理器，用以沿著離子束路徑至少部分地依據第一離子束電流密度分佈以及第二離子束電流密度分佈來判定一第三離子束電流密度分佈。
在本發明之一實施例中，一或多個第一元件包括配置於離子束路徑之一側或多側的至少一閉環法拉第杯。
在本發明之一實施例中，一或多個第一元件測得第一離子束電流密度分佈為一時間的函數。
在本發明之一實施例中，第二元件包括一分佈式(profiling)法拉第杯，以藉由一移動式量測元件來掃描離子束的一橫截面。
在本發明之一實施例中，第二元件測得第二離子束電流密度分佈為時間與空間位置的函數。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本實施例為改良離子佈植系統的均勻度調整的方法。根據一改良後的方法，可藉由在多個預定的位置上量測離子束來精確地判斷沿著離子束路徑的離子束分布。在多個預定位置上的離子束量測結果可為單一或多個變因(variable)的函數。此外，可以一固定的量測元件或一移動式的量測元件來獲得前述的量測結果。於掃描過程中，離子束分布可準確地紀錄離子束的所有變化(大或小)。根據此離子束分布，可產生一希望的掃描速度分布，以緊密地控制離子束的掃描，進而形成一更均勻的離子束分布。前述改良後的方法可減少離子佈植系統為均勻度調整所需重複的次數，並可使離子佈植系統之均勻度調整維持在一信賴程度(confidence level)。
圖4繪示沿著一離子束路徑40掃描過一晶圓404的一點狀離子束402的示意圖。舉例來說，點狀離子束402可為一連續的離子束(sweeping ion beam)及/或一帶狀的離子束(ribbon beam)。如圖4所示，點狀離子束402的尺寸與晶圓404的尺寸相當。因此，沿著部分的離子束路徑40，晶圓404會照射到(see)整個點狀離子束。進一步而言，點狀離子束402的單獨的離子束劑量密度分布42可沿著離子束路徑40而變化，且產生的掃描離子束電流密度分布可如波形44所示。如圖4所示，當點狀離子束402沿著離子束路徑40掃描時，在各點的掃描離子束的離子束電流密度為點狀離子束402的一或多個單獨的離子束劑量密度分布的加成結果。對於點狀離子束402而言，每一單獨的離子束劑量密度分布42代表了一『單獨的離子束劑量密度分布』(individual beam dose density distribution)。波形44代表沿著離子束路徑40的掃描離子束的一『電流密度分布』(current density distribution)，或可稱為一『掃描離子束分布』(scanned beam profile)。波形44為點狀離子束402沿著離子束路徑40所傳送的離子束的電流密度。點狀離子束402的效果相當於無數個未掃描的點狀離子束沿著離子束路徑40連續地排列，其中各個未掃描的點狀離子束傳送一持續時間極短的離子束電流。在一數值模擬中(numerical simulation)，點狀離子束402的電流密度分布(或掃描離子束分布)近似於有限數目的未掃描點狀離子束，各個未掃描點狀離子束傳送一持續時間有限的離子束電流。一點狀離子束電流密度的空間分布可稱為一『點狀離子束分布』(spot beam profile)。因此，單獨的離子束劑量密度分布42為一對應的點狀離子束分布與一有限的時間的乘積。
請參照圖5，圖5繪示本發明一實施例之於一離子佈植系統中進行均勻度調整的方法的流程圖。在步驟502中，於一離子佈植系統中，可利用一移動式的量測元件經由一第一電子通道來掃描一離子束。離子束的掃描可以一預定的掃描速度分布來進行。舉例來說，利用一電壓波形V(t)來控制掃描裝置，以達成掃描速度分布v(x)，其中x為相對於掃描原點(例如一晶圓的中心)的掃描距離。在一實施例中，在步驟502中，可以一慢且固定的速度(例如十分之一赫茲或是以10秒的行程時間(travel time)來包含一期望的掃描距離)。移動式量測元件可量測電流密度分布隨時間的變化Ipf (t)及/或移動式量測元件的位置隨時間的變化Xpf (t)。可將量測到的電流密度分布Ipf (t)與移動式量測元件的位置Xpf (t)轉換成一關於時間與位置的點狀離子束分布Ipf (x,t)。舉例來說，若調整離子佈植系統以形成一均勻的離子束電流，可採用一電流量測法拉第杯(current-measuring Faraday cup)來作為移動式量測元件，其中，電流量測法拉第杯例如為分布式法拉第杯(profiling faraday cup)。然而，應瞭解的是，在其他實施例中亦可應用其他的量測元件。
移動式量測元件可沿著一期望的掃描路徑連續地量測電流密度分布。或者，移動式量測元件可沿著期望的掃描路徑間歇性地(例如每毫米)量測電流密度分布。為說明起見，沿著一期望的掃描路徑所量測到的點狀離子束電流密度分布可稱為點狀離子束電流密度分布之量測結果Ipf (1)、Ipf (2)、...以及Ipf (N)。可藉由相對於掃描原點的距離來記錄各點狀離子束電流密度分布之量測位置。因此，點狀離子束電流密度分布之量測結果Ipf (1)、Ipf (2)、...以及Ipf (N)分別對應於位置Xpf (1)、Xpf ,(2)、...Xpf (N)。在一些實施例中，一分布式法拉第杯可沿著一離子束的掃描路徑設置，並配置於一晶圓平面或者是實質上平行於一晶圓平面的一平面。
在步驟504中，在離子佈植系統中，一或多個固定式量測元件經由一第二電子通道可量測離子束。舉例來說，步驟504可在步驟502之前進行，或是與步驟502同時進行，或是在步驟502之後進行。一或多個固定式量測元件可在離子束路徑的一或多個預定位置上量測電流密度隨時間的變化Iclf (t)。再者，在一或多個預定位置上的一或多個固定式量測元件適於配置在不同的位置。舉例來說，電流量測法拉第杯可用來作為一或多個固定式量測元件，其中電流量測法拉第杯例如為閉環法拉第杯(closed loop faraday cup)。然而，應瞭解的是，在其他實施例中亦可採用其他的量測元件。
在一掃描週期中，一或多個固定式量測元件可連續地量測電流密度分布。或者，在掃描週期中，一或多個固定式量測元件也可以是間歇地(例如每奈秒、每毫秒、每秒等)量測電流密度分布。為說明起見，可沿著離子束路徑配置四個固定式量測元件。舉例來說，各固定式量測元件可配置於離子束路徑的前側、後側、左側與右側。在掃描週期中，各固定式量測元件可量測電流密度分布。前述量測結果可稱為點狀離子束電流密度分布的量測結果Iclf1 (1)、Iclf1 (2)、..and Iclf1 (N)、Iclf2 (1)、Iclf2 (2)、..and Iclf2 (N)、Iclf3 (1)、Iclf3 (2)、..and Iclf3 (N)、and Iclf4 (1)、Iclf4 (2)、..and Iclf4 (N)。在一些實施例中，沿著離子束路徑配置的一或多個閉環法拉第杯可獲得這些量測結果，其中前述一或多個閉環法拉第杯是位於一晶圓平面的一側且偏離一晶圓平面。
圖6繪示本發明一實施例之一示範裝置。請參照圖6，一點狀離子束602沿著一離子束路徑60掃過一晶圓604。在一晶圓平面或一實質上平行於晶圓平面的平面，移動式量測元件608可沿著離子束路徑60來掃描點狀離子束的電流密度分布。如圖6所示，移動式量測元件608可如箭頭所示沿著離子束路徑60向前及向後移動。此外，對於量測而言，亦可採用其他的排列方式。再者，一或多個固定式的量測元件610可配置於晶圓平面的外側及/或偏離晶圓平面。如前述，四個固定式量測元件可配置於離子束路徑60的四側。一或多個固定式的量測元件610可配置於不同的位置，以量測電流密度分布。
請再次參照圖5，在步驟506，在第一電子通道(例如一示波器的通道)的量測位置Xpf (1)、Xpf (2)、...以及Xpf (N)分別量測到點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布)Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N)。移動式量測元件可量測點狀離子束分布，且點狀離子束分布相關於在期待的掃描路徑上掃描到離子束時的量測位置，然後，可將與量測位置相關的點狀離子束電流密度轉換成一點狀離子束分布(spot beam profile)。
再者，各固定式量測元件可以不同的量測時間來測量多個點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布)Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N)。當離子束掃描過一期待的掃描路徑，一或多個固定式量測元件可量測到一與量測時間相關的點狀離子束電流密度，然後，可將與量測時間相關的點狀離子束電流密度轉換成一點狀離子束分布。在一實施例中，各固定式量測元件可測得多個點狀離子束電流密度分布Pclf1 (1)、Pclf1 (2)、...以及Pclf1 (N)、Pclf2 (1)、Pclf2 (2)、...以及Pclf2 (N)、Pclf3 (1)、Pclf3 (2)、..以及Pclf3 (N)、Pclf4 (1)、Pclf4 (2)、...以及Pclf4 (N)。
在步驟508中，可得到移動式量測元件所測得的多個點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的相對標準偏差(SIGMA)。再者，可測得一或多個固定式量測元件的相對標準差(SIGMA)以及多個點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的標準誤差(standard of error)的總和。之後，可判定移動式量測元件的相對標準差(SIGMA)是否小於或等於一或多個固定式量測元件的相對標準差(SIGMA)以及標準誤差的總和。在一實施例中，假定移動式量測元件及/或一或多個固定式量測元件的電流密度分布是近似於標準化(normally)分布。因此，相對標準差可為點狀離子束電流密度分布的標準差除以點狀離子束電流密度分布的平均值所得到的百分比。
藉由計算點狀離子束電流密度分布(Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的標準差除以點狀離子束電流密度分布(Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的平均值所得到的百分比可判定移動式量測元件的點狀離子束的電流密度分布(或點狀離子束分布Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的相對標準差。或者，藉由計算點狀離子束電流密度分布(Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的標準差除以點狀離子束電流密度分布(Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的平均值所得到的百分比可判定一或多個固定式量測元件的點狀離子束的電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的相對標準差。各固定式量測元件可判定相對標準差。可藉由計算各固定式量測元件的相對標準差的平均值來判定離子佈植系統的離子束均勻度。
可將一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的標準誤差定義為一或多個固定式量測元件的各個點狀離子束電流密度分布(Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的平均值的標準差。在一實施例中，點狀離子束電流密度分布的四個陣列Pclf1 (1)、Pclf1 (2)、...以及Pclf1 (N)、Pclf2 (1)、Pclf2 (2)、..以及Pclf2 (N)、Pclf3 (1)、Pclf3 (2)、...以及Pclf3 (N)、Pclf4 (1)、Pclf4 (2)、..以及Pclf4 (N)與配置在離子束路徑上的不同位置的四個固定式量測元件有關。由於配置在離子束路徑上的位置不同，故點狀離子束電流密度分布的各陣列的平均值彼此不同。可藉由計算點狀離子束電流密度分布的四個陣列的平均值的標準差來獲得點狀離子束電流密度分布的四個陣列的標準誤差。
此外，根據Pclf (t)的平均值的多個標準差可決定信賴程度(例如信賴區間包含量測到的點狀離子束電流密度分布的機率)。舉例來說，平均值的一個標準差可具有接近68%的信賴程度，平均值的二個標準差可具有接近95%的信賴程度，平均值的三個標準差可具有接近99%的信賴程度。再者，信賴程度可為均勻度調整過程中一預定的規格(predetermined specification)。舉例來說，離子束均勻度調整過程可選擇接近95%的信賴程度或0.5%以內的離子束均勻度，以限制電流密度以及時間變量的大小。如果一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度Iclf (t)具有95%的信賴程度，則移動式量測元件的點狀離子束電流密度Ipf (x,t)無法具有大於95%的信賴程度。進一步而言，一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度Iclf (t)為一時間的函數，而移動式量測元件的點狀離子束電流密度Ipf (x,t)為一時間與位置的函數。因此，移動式量測元件的點狀離子束電流密度Ipf (x,t)無法具有大於95%的信賴程度。
若是移動式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的相對標準差小於或等於一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的相對標準差以及一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的標準誤差的總和，則於步驟514中可採用掃描速度分布V(x)或掃描電壓波形V(t)來製作晶圓。然而，若是移動式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Ppf (1)、Ppf (2)、...以及Ppf (N))的相對標準差大於一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的相對標準差以及一或多個固定式量測元件的點狀離子束電流密度分布(或點狀離子束分布Pclf (1)、Pclf (2)、...以及Pclf (N))的標準誤差的總和，則代表離子束電流分布不夠均勻。若是如此，則調整離子源及/或一或多個束線組件，並使過程退回到步驟502及/或步驟504，且調整或重新計算掃描速度分布。期望的調整或修正可重新計算或提供一初始及/或一先前的掃描速度分布。在一重複的過程中，可進行調整或修正。實際上，可以計算多種調整並應用在控制離子束的掃描的一電壓波形V(t)上。
在步驟510中，可為離子束分布建立一數學模型ipf (x)。在一實施例中，可藉由點狀離子束分布Ppf (K)與點狀離子束傳遞電流至位置Xpf (K)的持續時間tk 的乘積來估計測量位置Xpf (K)上的一單獨的離子束劑量密度分布。可將所有的單獨的離子束劑量密度分布Ppf (1)t1 、Ppf (2)t2 、...以及Ppf (M)tM 相加總而得到掃描離子束分布模型ipf (x)=Ppf (1)t1 +Ppf (2)t2 +...+Ppf (M)tM ，其中t1 +t2 +...+tM ≡T，T代表離子束從一端點掃描至另一端點的總掃描時間。
此外，在步驟510中，對於各一或多個固定式元件而言，可為量測到的離子束分布建立一數學模型iclf (x)。在一實施例中，可藉由點狀離子束分布Pclf (K)與點狀離子束傳遞電流至預定的量測位置的持續時間tk 的乘積來估計一或多個預定量測位置上的一單獨的離子束劑量密度分布。可將所有的單獨的離子束劑量密度分布Pclf (1)t1 、Pclf (2)t2 、...以及Pclf (M)tM 相加總而得到掃描離子束分布模型iclf (x)=Pclf (1)t1 +Pclf (2)t2 +...+Pclf (M)tM ，其中t1 +t2 +...+tM ≡T，T代表離子束從一端點掃描至另一端點的總掃描時間。
在步驟512中，根據量測到的離子束分布模型ipf (x)及/或iclf (x)可判定一期望的掃描速度分布。舉例來說，為形成一均勻的離子束分布，可調整模型ipf (x)=Ppf (1)t1 +Ppf (2)t2 +...+Ppf (M)tM ，以縮小離子束路徑的標準差，其至少部分地取決於離子束分布模型iclf (x)。換言之，可調整及/或最佳化掃描速度分布以產生一均勻的離子束分布i0 (x)。舉例來說，在離子束電流低於預期數值的位置，可降低局部的掃描速度(例如，延長掃描時間)。相對地，在離子束電流高於預期數值的位置，可提高局部的掃描速度(例如，縮短掃描時間)。可利用模型預測(model-predicted)的分布i0 (x)來預測一初始的掃描電壓波形V0 (t)。或者是，根據持續時間t1 、t2 、...以及tM 判斷一初始掃描速度分布V0 (x)。可利用模型i0 (x)來模擬或預測掃描的離子束分布s(x)。掃描的離子束分布s(x)為掃描距離x的函數，且掃描離子束分布s(x)可為一掃描的離子束之真實的離子束電流密度值。
在步驟514中，均勻的離子束分布i0 (x)可在一要求的均勻度範圍內，並利用一現行的掃描速度分布或掃描電壓波形V(t)來產生。當上述關於調整均勻度之改良後的方法將信賴程度應用到調整均勻度時，其所需的重複次數將少於習知調整均勻度的方法。換言之，改良後的方法不再依賴於假設電流密度是維持定值。因此，前述揭露的實施例可成功地應用在離子佈植系統中。
圖7繪示本發明一實施例之於一離子佈植系統700中之用來調整均勻度的一示範系統。系統700包括一處理單元(processor unit)702，處理單元702可為一微處理器(microprocessor)、微控制器(micro-controller)、個人電腦或是其他適合的處理元件。系統700還可包括一離子束掃描控制器704，離子束掃描控制器704可依據從處理單元702所接收到的指令來控制在一離子佈植系統700中的一掃描離子束。系統700更包括一離子束電流量測界面706，且處理單元702可透過離子束電流量測界面706接收到從離子佈植系統700傳來的離子束電流數據(ion beam current data)。離子束電流量測界面706可包括或耦接至配置於或接近一離子束路徑的一法拉第杯陣列。
在運作時，處理單元702可傳送具有慢及/或固定的掃描速度分布的一掃描指令至離子束掃描控制器704。然後，離子束掃描控制器704可使離子佈植系統700中的離子束沿著一離子束路徑以前述掃描速度分布掃描過法拉第杯陣列。同時，法拉第杯陣列測量到的點狀離子束分布的數據可透過離子束電流量測界面706而傳遞至處理單元702。藉由依據點狀離子束分布的數據所得到的一系列的點狀離子束分布，處理單元702可以數學方法來產生一模型，以均勻地調整沿著離子束路徑的一掃描離子束電流密度分布。然後，藉由進行最佳化或是用其他方法調整掃描離子束分布的模型，處理單元702可計算一初始掃描速度分布，以預測具有最小化的標準差的掃描離子束分布的均勻度。接著，處理單元702可傳送具有初始及/或調整好的掃描速度分布的一掃描指令至離子束掃描控制器704。然後，離子束掃描控制器704可使離子佈植系統700中的離子束沿著離子束路徑以初始及/或調整好的掃描速度分布進行掃描。同時，移動式及/或一或多個固定式法拉第杯所量測到的掃描離子束電流密度分布的數據可經由離子束電流量測界面706傳遞至處理單元702。處理單元702可判斷掃描的離子束分布的均勻度。若掃描的離子束分布不夠均勻，則處理單元702可調整離子源及/或一或多個束線組件，以達到一期望的掃描速度分布。期望的掃描速度分布可傳遞至離子束掃描控制器704，以使離子束以期望的掃描速度分布再次進行掃描。可量測掃描的離子束電流密度分布且量測到的數據可傳送至處理單元702。可重複進行前述過程直到處理單元702判定該掃描的離子束分布的均勻度已達到為止。
在本實施例中，在為形成一均勻的離子束分佈而調整一種掃描速度分佈之前，可調整離子源及/或束線組件，以減少點狀離子束的尺寸或形狀在掃描的過程中的改變。首先，確立離子束電流之可接受的範圍。舉例來說，使用者可選擇一目標離子束電流，並表明±5%的範圍是一可接受的範圍。接著，當使離子束電流保持在可接受的範圍內時，可調整離子源及一或多個其他的束線組件，以縮小點狀離子束的形狀或尺寸的改變。換言之，只需要使離子束電流保持在可接受的範圍內，而可不需調整離子源或束線組件以獲得最大的離子束電流。在光圈(aperture)或是零件中藉由改善離子束的聚焦及/或集中離子束線可減少點狀離子束的改變。離子束的橫截面可能會改變，所以各種束線組件皆不容易箝制(clip)離子束。
值得注意的是，在本實施例中，在離子佈植系統中調整均勻度的方法一般而言與處理輸出數據以及產生輸出數據有一定程度的關連。可利用硬體或軟體來執行輸入數據的處理以及輸出數據的產生。舉例來說，在本實施例中，可將特定的電子元件應用在離子佈植系統或相似或相關的電路系統中，以執行關於離子束均勻度調整的功能。或者是，在本實施例中，儲存指令的一或多個處理器可執行關於離子束均勻度調整的功能。因此，在本實施例的範圍內，上述的指令可儲存在一個或多個處理器之可讀介質(例如，磁碟或是其他的儲存介質)中，或者是透過包含在一個或多個載波(carrier wave)中的一個或多個信號而傳送至一個或多個處理器。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
10．．．離子束
12．．．晶圓平面
20、40、60．．．離子束路徑
30．．．路徑
32、34、44．．．波形
42．．．單獨的離子束劑量密度分布
100．．．離子佈植系統
101．．．離子源
102．．．提取電極
103．．．抑制電極
104．．．接地電極
106．．．篩檢磁鐵
108．．．加速或減速筒
110．．．分析磁鐵
112．．．轉動質量狹縫
114．．．掃描器
116．．．校正磁鐵
118．．．劑量控制法拉第杯
120．．．目標晶圓
122．．．設置法拉第杯
124．．．行進法拉第杯
202、302、402、602．．．點狀離子束
204、304、404、604．．．晶圓
208、210、308、310．．．端點
212．．．軸
304．．．晶圓
502、504、506、508、510、512、514．．．步驟
608．．．移動式量測元件
610．．．固定式量測元件
700．．．離子佈植系統
702．．．處理單元
704．．．離子束掃描控制器
706．．．離子束電流量測界面
圖1繪示一種習知的離子佈植系統。
圖2繪示以離子束來掃描一系列晶圓時的一典型的裝置。
圖3繪示一種習知的均勻度調整方法。
圖4繪示沿著一離子束路徑來掃描過一晶圓的一點狀離子束的示意圖。
圖5繪示本發明一實施例之於一離子佈植系統中進行均勻度調整的方法的流程圖。
圖6繪示本發明一實施例之於一離子佈植系統中之用來調整均勻度的一示範裝置。
圖7繪示本發明一實施例之於一離子佈植系統中之用來調整均勻度的一示範系統。
502、504、506、508、510、512、514．．．步驟

Claims (21)

  1. 一種離子束均勻度調整的方法，包括：於一離子佈植系統中產生一離子束；沿著一離子束路徑量測一第一離子束電流密度分佈；沿著該離子束路徑量測一第二離子束電流密度分佈；以及沿著該離子束路徑至少部分地依據該第一離子束電流密度分佈以及該第二離子束電流密度分佈來決定一第三離子束電流密度分佈。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子束均勻度調整的方法，其中量測該第一離子束電流密度分佈的步驟更包括在一或多個預定位置以一或多個固定式量測元件來量測該第一離子束電流密度分佈。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之離子束均勻度調整的方法，其中該一或多個固定式量測元件的該一或多個預定位置是位於該離子束路徑的一側或多側。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之離子束均勻度調整的方法，其中該一或多個固定式量測元件包括至少一閉環法拉第杯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之離子束均勻度調整的方法，其中量測該第一離子束電流密度分佈係測得該第一離子束電流密度分佈為一時間的函數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子束均勻度調整的方法，其中沿著該離子束路徑量測該第二離子束電流密度 分佈的步驟更包括藉由一移動式量測元件來掃描該離子束的一橫截面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子束均勻度調整的方法，其中該移動式量測元件實質上平行於一晶圓平面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之離子束均勻度調整的方法，其中該移動式量測元件為一分布式法拉第杯。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之離子束均勻度調整的方法，其中量測該第二離子束電流密度分佈係測得該第二離子束電流密度分佈為時間與空間位置的函數。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之離子束均勻度調整的方法，其中該第三離子束電流密度分佈為一空間位置的函數。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之離子束均勻度調整的方法，更包括：決定一信賴程度，該信賴程度是關於該第三離子束電流密度分佈的一均勻度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之離子束均勻度調整的方法，更包括：至少部分地依據該第一離子束電流密度分佈、該第二離子束電流密度分佈以及該信賴程度來計算一信賴區間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之離子束均勻度調整的方法，更包括：確定該第三離子束電流密度分佈的該均勻度是否在該信賴區間內。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之離子束均勻度調整的方法，其中如果該第三離子束電流密度分佈的該均勻度是在該信賴區間內，則停止調整該離子束的均勻度。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之離子束均勻度調整的方法，其中如果該第三離子束電流密度分佈的該均勻度並未在該信賴區間內，則調整一或多個束線組件，以調整該第三離子束電流密度分佈的該均勻度。
  16. 一種如申請專利範圍第1項所述之方法的處理器之可讀介質，其儲存一電腦程式指令，該電腦程式指令被至少一處理器所讀取，以命令該至少一處理器來執行一電腦程序，以進行該離子束均勻度調整的方法。
  17. 一種於一離子佈植系統中用來調整均勻度的系統，該系統包括：一離子源，用以在一離子佈植系統中產生一離子束；一或多個第一元件，用以沿著一離子束路徑來量測一第一離子束電流密度分佈；一第二元件，用以沿著該離子束路徑來量測一第二離子束電流密度分佈；以及一處理器，用以沿著該離子束路徑至少部分地依據該第一離子束電流密度分佈以及該第二離子束電流密度分佈來判定一第三離子束電流密度分佈。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該一或多個第一元件包括配置於該離子束路徑之一側或多側的至少一閉環法拉第杯。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該一或多個第一元件測得該第一離子束電流密度分佈為時間的函數。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該第二元件包括一分佈式法拉第杯，以藉由一移動式量測元件來掃描該離子束的一橫截面。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之系統，其中該第二元件測得該第二離子束電流密度分佈為時間與空間位置的函數。
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