TWI625756B - Ion implantation device and ion implantation method - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種與磁場測定有關且有助於提高生產性之離子植入裝置及離子植入方法。本發明的離子植入裝置(100)具備配設於離子源與處理室之間的能量分析電磁鐵(24)。能量分析電磁鐵(24)具備：霍爾元件(110)，依據偏向磁場生成測定輸出；及NMR元件(112)，生成NMR輸出。離子植入裝置(100)的控制部(102)具備：磁場測定部(114)，依據偏向磁場與測定輸出之間已知的對應關係測定偏向磁場；磁場決定部(118)，依據NMR輸出決定偏向磁場；及霍爾元件校正部(120)，利用依據NMR輸出決定之偏向磁場和與該偏向磁場對應之霍爾元件(110)的新的測定輸出來更新已知的對應關係。

Description

離子植入裝置及離子植入方法
本發明係有關一種離子植入裝置及離子植入方法。
已知在離子植入裝置的能量分析電磁鐵的磁場測定中使用核磁共振吸收元件。使用核磁共振吸收元件的磁場測定方法理論上不會產生誤差。由於能夠準確地測定能量分析電磁鐵的磁場，因此能夠提供可進行高精度能量分析之離子植入裝置。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2000-11943號公報
在使用核磁共振吸收元件之磁場測定中，藉由在一定頻率範圍內對高頻磁場進行掃描來辨認核磁共振吸收頻 率。因需要該種所謂的頻率跟蹤，因此測定所需之時間較長。測定磁場的時間係例如依據所希望的植入條件設定電磁鐵之磁場時。此時，通常反覆進行磁場測定與基於該磁場測定之電磁鐵的電流調整，直到設定成所希望的磁場。如果能夠盡早結束磁場設定，就能夠盡早開始離子植入處理，因此關係到離子植入裝置的生產性的提高。
本發明的一態樣所例示的目的之一在於，提供一種與磁場測定有關且有助於提高生產性之離子植入裝置及離子植入方法。
依本發明的一態樣，提供一種離子植入裝置，係具備：射束路線部，其具備離子源、及用於被處理物之處理室，構成為從前述離子源向前述被處理物輸送離子束；及控制部，構成為對前述射束路線部進行控制；前述射束路線部具備配設於前述離子源與前述處理室之間的偏向電磁鐵，前述偏向電磁鐵具備：一對電磁鐵，隔著離子束軌道而對置以形成用於使前述離子束偏向之偏向磁場；磁檢測元件，配置於前述一對電磁鐵之間並且依據前述偏向磁場生成測定輸出；及核磁共振吸收元件，配置於前述一對電磁鐵之間並且生成NMR輸出，前述控制部具備：磁場測定部，依據前述偏向磁場與前述測定輸出之間已知的對應關係測定前述偏向磁場；磁場決定部，依據前述NMR輸出決定前述偏向磁場；及磁檢測元件校正部，利用依據前 述NMR輸出決定之偏向磁場和與該偏向磁場對應之前述磁檢測元件的新的測定輸出來更新前述已知的對應關係。
依本發明的一態樣，提供一種用於偏向電磁鐵的磁場測定裝置，其中，前述偏向電磁鐵構成為形成用於讓帶電粒子束偏向的偏向磁場；前述磁場測定裝置具備：磁檢測元件，係被設置到前述偏向電磁鐵以測定前述偏向磁場；及核磁共振吸收元件，係被設置到前述偏向電磁鐵以決定前述偏向磁場，前述磁檢測元件係使用前述核磁共振吸收元件而被校正。
依本發明的一態樣，提供一種離子植入方法，其具備如下步驟：從離子源向被處理物輸送離子束；使用配設於前述離子源與前述被處理物之間的偏向電磁鐵，來形成用於使前述離子束偏向之偏向磁場；使用設置於前述偏向電磁鐵的磁檢測元件並且依據前述偏向磁場生成測定輸出；依據前述偏向磁場與前述測定輸出之間的已知的對應關係測定前述偏向磁場；使用設置於前述偏向電磁鐵之核磁共振吸收元件決定前述偏向磁場；及使用有藉由使用前述核磁共振吸收元件來決定之偏向磁場、和與該偏向磁場對應之前述磁檢測元件的新的測定輸出，來更新前述已知的對應關係。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件和表現的方式，作為本發明的態樣亦係有效的。
依本發明能夠提供一種與磁場測定有關且有助於提高生產性之離子植入裝置及離子植入方法。
B‧‧‧離子束
10‧‧‧離子源
24‧‧‧能量分析電磁鐵
25a‧‧‧第1磁極面
25b‧‧‧第2磁極面
30‧‧‧偏向電磁鐵
86a‧‧‧測定裝置
100‧‧‧離子植入裝置
102‧‧‧控制部
104‧‧‧磁場測定裝置
106‧‧‧偏向磁場
108‧‧‧離子束軌道
110‧‧‧霍爾元件
114‧‧‧磁場測定部
116‧‧‧磁場調整部
118‧‧‧磁場決定部
第1圖係概略地表示本發明的一實施形態之離子植入裝置之俯視圖。
第2圖係本發明的一實施形態之能量分析電磁鐵之剖面圖。
第3圖係用於說明本發明之一實施形態之控制部的功能及結構之方塊圖。
第4圖係例示本發明的一實施形態之校準資料的初始值之曲線圖。
第5圖係表示本發明的一實施形態之離子植入方法之流程圖。
第6圖係表示本發明的一實施形態之能量分析電磁鐵的磁場調整方法之流程圖。
第7圖係表示本發明的一實施形態之磁檢測元件的校正方法之流程圖。
第8圖係例示本發明的一實施形態之，已更新之校準資料之曲線圖。
第9圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子植入裝置之圖。
第10圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子 植入裝置之圖。
第11圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子植入裝置之圖。
以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同要件標註相同元件符號，並適當省略重複說明。並且，以下敘述之結構只係示例，並非對本發明的範圍進行任何限定者。
第1圖係概略地表示本發明的一實施形態之離子植入裝置100之俯視圖。離子植入裝置100適於所謂的高能量離子植入裝置。高能量離子植入裝置為具有高頻線形加速方式的離子加速器和用於輸送高能量離子的射束路線的離子植入裝置，對在離子源10產生之離子進行加速，並將藉此得到之離子束B沿著射速線輸送至被處理物(例如基板或者晶圓40)，從而向被處理物植入離子。
第1圖中示出離子植入裝置100的射束路線部的構成要件的佈局。離子植入裝置100的射束路線部具備離子源10、及用於被處理物之處理室，並且構成為從離子源10向被處理物輸送離子束B。射束路線部具備配設於離子源10與處理室之間的至少1個偏向電磁鐵。並且，離子植入裝置100具備構成為對射束路線部進行控制之控制部102(參閱第3圖)。
如第1圖所示，高能量離子植入裝置100具備：離子 束生成單元12，生成離子並進行質量分析；高能量多段直線加速單元14，對離子束進行加速而使其成為高能量離子束；射束偏向單元16，進行高能量離子束的能量分析、中心軌道補正及能量分散的控制；射束輸送路線單元18，將已分析之高能量離子束輸送到晶圓40；及基板處理供給單元20，將輸送到的高能量離子束均一地植入到半導體晶圓中。
離子束生成單元12具有離子源10、取出電極11及質量分析裝置22。離子束生成單元12中，射束從離子源10藉由取出電極11取出之同時被加速，已取出加速之射束藉由質量分析裝置22進行質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a及質量分析狹縫22b。質量分析狹縫22b有時會配置在緊接質量分析磁鐵22a的正後方，但實施例中配置在其下一個構成亦即高能量多段直線加速單元14的入口部內。
藉由質量分析裝置22進行質量分析的結果，僅挑選出植入所需之離子種類，挑選出之離子種類的離子束被導入到之後的高能量多段直線加速單元14。高能量多段直線加速單元14具備第1線形加速器15a，前述第1線形加速器具備用於高能量離子植入的基本的多段高頻諧振器。高能量多段直線加速單元14亦可具備第2線形加速器15b，前述第2線形加速器具備用於超高能量離子植入的追加的多段高頻諧振器。藉由高能量多段直線加速單元14進一步被加速之離子束的方向藉由射束偏向單元16而 發生變化。
射束偏向單元16具有能量分析電磁鐵24、抑制能量分散之橫向會聚的四極透鏡26、能量分析狹縫28及提供轉向(軌道補正)的偏向電磁鐵30。另外，能量分析電磁鐵24有時被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。在能量分析電磁鐵24的中心部設置有磁場測定裝置104。高能量離子束藉由射束偏向單元16進行方向轉換，從而朝向晶圓40的方向。
射束輸送路線單元18用於輸送從射束偏向單元16出來之離子束B者，其具有由會聚/發散透鏡群構成之射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束輸送路線單元18的長度依據離子束生成單元12和高能量多段直線加速單元14的長度而設計，在射束偏向單元16處連結而形成整體為U字狀的佈局。
在射束輸送路線單元18的下游側的末端設置有基板處理供給單元20，在植入處理室內容納有：射束監測器，計測離子束B的束電流、位置、植入角度、會聚發散角、上下左右方向的離子分佈等；抗靜電裝置，防止由離子束B產生之晶圓40的靜電；晶圓輸送機構，搬入和搬出晶圓40並設置到適當之位置/角度；ESC(Electro Static Chuck)，在離子植入時保持晶圓40；及晶圓掃描機構，在植入時以與束電流的變動相應之速度使晶圓40向射束掃描方向和直角方向移動。
如此，離子植入裝置100的射束路線部構成為具有對置之2條長直線部之水平U字狀的折返型射束路線。上游的長直線部包括對在離子源10生成之離子束B進行加速之複數個單元。下游的長直線部包括調整相對於上游的長直線部被方向轉換之離子束B並植入到晶圓40之複數個單元。2條長直線部構成為大致相同的長度。為了維護作業，在2條長直線部之間設置有充份寬的作業空間R1。
如此將各單元配置成U字狀的高能量離子植入裝置100減少了設置面積且能夠確保良好的作業性。並且，高能量離子植入裝置100中，藉由將各單元和各裝置設為模組結構，從而能夠依據射束路線基準位置而進行裝卸、組裝。
並且，高能量多段直線加速單元14及射束輸送路線單元18被折返配置，因此能夠抑制高能量離子植入裝置100的總長。在習知之裝置中其等被配置為大致直線狀。並且，構成射束偏向單元16之複數個偏向電磁鐵的曲率半徑以使裝置寬度最小的方式被最佳化。藉此，使裝置的設置面積最小化，並且在被夾在高能量多段直線加速單元14與射束輸送路線單元18之間的作業空間R1中，能夠進行針對高能量多段直線加速單元14和射束輸送路線單元18的各裝置之作業。並且，相鄰配置維護間隔較短的離子源10與基板的供給及取出所需要之基板處理供給單元20，因此操作人員的移動較少亦沒有問題。
第2圖係本發明的一實施形態之能量分析電磁鐵24 的剖面圖。作為偏向電磁鐵的一例之能量分析電磁鐵24具備對置之一對電磁鐵24a、24b。電磁鐵24a、24b隔著離子束軌道108而對置。離子束軌道108表示離子束的中心軌道。在能量分析電磁鐵24的電磁鐵24a、24b之間形成用於使離子束偏向之偏向磁場106。偏向磁場106為從電磁鐵24a、24b的其中一方朝向另一方的磁通量密度。
磁場測定裝置104測定能量分析電磁鐵24的磁場。能量分析電磁鐵24被要求較高的磁場精度(例如小於0.01%的磁場的不均一性)，因此磁場測定裝置104構成為能夠進行精密的磁場測定。
磁場測定裝置104具備NMR(核磁共振)探頭和霍爾探頭。NMR探頭用於校正霍爾探頭，霍爾探頭用於磁場恆定的反饋控制，詳細內容將後述。並且，霍爾探頭用於能量分析電磁鐵24的實時磁場控制。NMR探頭具備核磁共振吸收元件(以下稱為NMR元件)112，霍爾探頭具備霍爾元件110。藉此，磁場測定裝置104具有具備霍爾元件110及NMR元件112之檢測部，該檢測部配置於一對電磁鐵24a、24b之間。
能量分析電磁鐵24的磁極部為平行磁極。其中一方的電磁鐵24a具備平坦之第1磁極面25a，另一方的電磁鐵24b具備與第1磁極面25a對置且與第1磁極面25a平行之第2磁極面25b。在除了這些磁極部的周邊之外的中心區域，偏向磁場106與第1磁極面25a及第2磁極面25b垂直。NMR元件112及霍爾元件110配置於第2磁極 面25b的中心區域。因此，NMR元件112在磁場梯度較小的區域，亦即幾乎沒有磁通量密度的空間變化的區域與霍爾元件110相鄰而配置。NMR元件112及霍爾元件110亦可配置於第1磁極面25a的中心區域。
NMR元件112配置於作為測定對象之離子束軌道108的正下方(或者正上方)為較佳。如此，能夠使離子束軌道108中的磁場與NMR元件112位置處的磁場一致。霍爾元件110亦可配置於離子束軌道108的正下方(或者正上方)。藉此，能夠直接測定離子束軌道108中的磁場。
霍爾元件110為磁檢測元件的一例。磁檢測元件構成為依據偏向磁場106生成測定輸出。在此，測定輸出為藉由偏向磁場106之作用從磁檢測元件輸出之電訊號。而霍爾元件110生成藉由霍爾效應產生的電壓(以下稱為霍爾輸出)作為測定輸出。霍爾輸出大致與偏向磁場106成正比。換言之，通常在磁場與霍爾輸出之間存在輕微的非線性。
磁場發生變化時霍爾輸出亦即刻發生變化。因此，霍爾元件110具有相對於磁場的響應性極高的優點。但是亦有缺點。霍爾元件110的輸出可隨著時間的變化而發生變化，因此為了維持測定精度要求定期進行校正。通常的校正要求將真實的磁場和測定輸出遍及測定範圍來重新建立關係。在該校正中，霍爾元件110無法進行目標磁場測定，因此離子植入處理亦被中斷直到校正完成。在提高離子植入裝置100的生產性方面，要求盡可能地避免該種處 理的中斷。
NMR元件112構成為生成NMR輸出。NMR輸出為表示核磁共振吸收頻率之訊號。NMR元件112測定依據磁場而發生變化的原子核(例如氫原子)的核磁自旋的共振吸收頻率。由於係依據原子核的性質而進行的測定，所以理論上不會產生如在霍爾元件110觀察到之隨著時間發生變化的誤差。因此，NMR元件112能夠持續穩定地執行高精度的測定。但是，NMR元件112存在測定所需之時間較長的缺點。這是因為，如上述NMR元件112為了辨認核磁共振吸收頻率而需要頻率跟蹤。
磁檢測元件構成為NMR元件112以高於生成NMR輸出之頻度的頻度生成測定輸出為較佳。如此就能夠使用磁檢測元件來實現實時性優異之測定。尤其，霍爾元件110能夠連續地輸出霍爾電壓，因此適合實時測定。
第3圖係用於說明本發明的一實施形態之控制部102的功能及結構的方塊圖。在此所示之各個方塊中，硬件方面可由計算機的CPU為代表的元件和機械裝置來實現，而軟件方面可藉由計算機程序等來實現，在此描述了藉由其等的協作而實現的功能方塊。因此，看過本說明書的本領域具有通常知識者能夠理解這些功能方塊可藉由硬件和軟件的組合以各種形態實現。
控制部102具備，磁場測定部114、磁場調整部116、磁場決定部118、磁檢測元件校正部(以下稱為霍爾元件校正部)120及記憶部122。在控制部102設置有輸 入部124及輸出部126。輸入部124為接收運算所需之資訊的輸入的任意手段，輸出部126為輸出(例如顯示)運算結果的任意手段。並且，離子植入裝置100具備用於能量分析電磁鐵24之電源23。在第3圖中，磁場測定部114及磁場決定部118構成控制部102的一部份，但在一實施形態中，可以在霍爾元件110(或者霍爾探頭)設置磁場測定部114，及/或在NMR元件112(或者NMR探頭)設置磁場決定部118。
磁場測定部114構成為依據偏向磁場106與測定輸出(在本實施形態中為霍爾輸出)之間已知的對應關係測定偏向磁場106。以下，將該對應關係稱為校準資料。磁場測定部114依據校準資料將從霍爾元件110輸出之霍爾電壓換算成偏向磁場106的測定值。校準資料為表示霍爾元件110的校正公式的資料。
磁場測定部114利用例如以下的校正公式將霍爾元件110的輸出電壓轉換為磁場。
B=f(V)
其中，B表示偏向磁場106，V表示霍爾輸出，f(V)表示磁場B與電壓V之間的相關關係。f(V)可以為表示相關關係的任意公式。
校準資料包括表示複數個校正測定點之測定資料和用於對校正測定點之間進行插值之插值資料。校正測定點包括已測定之霍爾輸出V和與其對應之真實的偏向磁場 106。在本實施形態中，由NMR元件112決定之磁場作為真實的偏向磁場106來使用。插值資料例如表示相鄰之2個校正測定點之間的直線插值。
校準資料的初始值例如由離子植入裝置100的製造廠家預先設定。在開始使用製造出之離子植入裝置100之前，藉由指定的測定製程來取得n個校正測定點(Vi,Bi)(i=1,2……,n)。測定製程例如包括使供給至能量分析電磁鐵24的電流遍及規定的範圍發生變化(例如使其階段性增加)，在此期間用霍爾元件110測定霍爾輸出Vi，並且用NMR元件112測定對應之磁場Bi。並且，用於這些校正測定點之間的直線插值的關係公式被決定。將如此取得之校準資料記錄到記憶部122。依據需要由磁場測定部114讀出校準資料。
第4圖係例示本發明的一實施形態之校準資料的初始值之曲線圖。磁場測定部114依據霍爾輸出V藉由下式計算區間Vi~Vi+1上的磁場B。磁場測定部114將如此得到之磁場B作為偏向磁場106的測定值Bm輸出到磁場調整部116。
磁場調整部116構成為依據偏向磁場106的測定值Bm將偏向磁場106調整為目標磁場Bo。目標磁場設定為在能量分析電磁鐵24中使離子束偏向並且使所希望的能 量E(eV)的離子選擇性通過能量分析狹縫28(參閱第1圖)。磁場調整部116藉由下式計算該目標磁場Bo(T)。
其中，M表示離子的質量(amu)，n表示離子的電價數，ρ表示能量分析電磁鐵24內的射束的曲率半徑(m)。所希望的能量E、離子的質量M及離子的電價數n為依據離子植入條件決定之值，並從輸入部124輸入至控制部102。曲率半徑ρ為作為規格而賦予之常數，亦同樣可以從輸入部124輸入至控制部102。
磁場控制部116對能量分析電磁鐵24的電源23進行控制，以使偏向磁場106的測定值Bm與目標磁場Bo相等。如此，調整向能量分析電磁鐵24的線圈供給的激磁電流，在能量分析電磁鐵24中的離子束軌道108上生成目標磁場Bo。
結果，若具有一定能量分佈之離子束射入到能量分析電磁鐵24，則只有在所希望的能量寬度上的離子沿著離子束軌道108偏向，並通過能量分析狹縫28。除此以外的能量的離子藉由偏向半徑變大或者變小，從而撞到能量分析狹縫28而被分離，因此無法被植入到晶圓40。
如此，離子植入裝置100具備反饋系統，前述反饋系統對能量分析電磁鐵24進行控制，以成為與能量設定值E相當的磁場Bo。以下，有時將其稱為磁場設定循環 128。磁場設定循環128連續讀取霍爾元件110的輸出並將其轉換為磁場，基於該磁場對能量分析電磁鐵24的電流進行控制，藉此實時地將偏向磁場106調整為目標磁場Bo。離子植入裝置100具備實時的磁場設定循環128。磁場設定循環128具備霍爾元件110、磁場測定部114、磁場調整部116、電源23及能量分析電磁鐵24。
如第3圖所示，離子植入裝置100具備與磁場設定循環128不同的另一個控制循環。以下，有時將其稱為磁檢測元件校正循環或者霍爾元件校正循環130。霍爾元件校正循環130係為了使用NMR元件112來校正霍爾元件110而設置的。霍爾元件校正循環130具備NMR元件112、磁場決定部118及霍爾元件校正部120。
因此，控制部102構成為：對基於NMR輸出之校準資料的更新，予以獨立執行所謂基於校準資料之偏向磁場106的測定及/或調整。並且能夠藉由霍爾元件校正循環130同時進行校準資料的更新與磁場設定循環128的動作。
磁場決定部118依據NMR輸出決定偏向磁場106。由NMR元件112賦予到磁場決定部118之NMR輸出如上述表示核磁共振吸收頻率。磁場決定部118將NMR輸出換算成偏向磁場106。NMR元件112使用氫原子時，核磁共振吸收頻率f(Hz)與磁場B(T)藉由下式建立關係。
f=4.2576×107×B
磁場決定部118將如此得到之磁場B作為偏向磁場106的真實的值輸出到霍爾元件校正部120。換言之，磁場決定部118將依據NMR輸出決定之偏向磁場106視為偏向磁場106的真實的值。
霍爾元件校正部120構成為利用依據NMR輸出決定之偏向磁場106和與該偏向磁場對應之霍爾元件110的新的測定輸出來更新校準資料。詳細後述該處理。
第5圖係表示本發明的一實施形態之離子植入方法之流程圖。如第5圖所示，該離子植入方法具備輸入步驟(S10)、調整步驟(S12)及離子植入步驟(S14)。該方法與參閱第6圖及第7圖進行後述的方法相同地由控制部102執行。
在輸入步驟(S10)中，向控制部102輸入所希望的離子植入條件。藉此，保持在控制部102中的上一次的植入條件變更為接下來要進行之植入處理的植入條件。植入條件包括要植入到晶圓40的離子束的能量。與該植入能量相關地設定能量分析電磁鐵24中的所希望的能量E。
控制部102調整包括能量分析電磁鐵24的離子植入裝置100的各構成要件，以使離子植入裝置100依據已輸入之植入條件產生離子束(S12)。能量分析電磁鐵24控制為將與所希望的能量E對應之目標磁場Bo施加於離子束軌道108。並且，依據需要同時進行離子束的其他調整作業。如此，用於離子植入之準備作業結束。
控制部102執行離子植入處理(S14)。晶圓40被搬 入到處理室內並且離子束照射到晶圓40。依據植入條件向晶圓40植入離子。從處理室搬出晶圓40。可重複進行從搬入到搬出晶圓40之一連串的製程直到所希望的片數得到處理。如此本方法結束。
能量分析電磁鐵24中之磁場調整並不限定於如上述的植入條件變更時進行。在離子植入裝置100的運行時或者植入處理時連續監視偏向磁場106，可依據需要適時地進行磁場調整。
第6圖係表示本發明的一實施形態之能量分析電磁鐵24的磁場調整方法之流程圖。該方法具備測定偏向磁場106之步驟(S20)、依據偏向磁場106的測定值Bm及目標磁場Bo判定是否進行磁場調整之步驟(S22)及調整偏向磁場106之步驟(S24)。為了將偏向磁場106維持為目標磁場Bo，週期性執行該方法。
在偏向磁場106的測定(S20)中使用霍爾元件110。磁場測定部114取得霍爾輸出並且利用校準資料依據霍爾輸出求出偏向磁場的測定值Bm。
磁場調整部116判定偏向磁場的測定值Bm與目標磁場Bo是否一致(S22)。例如，偏向磁場的測定值Bm與目標磁場Bo之差小於某一閾值時，磁場調整部116判定為偏向磁場的測定值Bm與目標磁場Bo一致(S22的N)。閾值預先設定為能夠將測定值與目標值視為一致程度的較小值。測定值Bm與目標磁場Bo一致時不需要磁場的調整，因此本方法結束。
判定為偏向磁場106的測定值Bm偏離目標磁場Bo時(S22的Y)，為了調整偏向磁場106，磁場調整部116對能量分析電磁鐵24的電源23進行控制(S24)。電流的調整量例如依據測定值Bm相對於目標磁場Bo之偏差來決定。如此調整偏向磁場106，本處理結束。在接下來的處理中確認調整後的偏向磁場106是否與目標磁場Bo一致。
第7圖係表示本發明的一實施形態之磁檢測元件的校正方法之流程圖。該方法具備判定是否開始校正之步驟(S30)、由NMR元件112決定偏向磁場106之步驟(S32)、取得與所決定之偏向磁場106對應之霍爾輸出之步驟(S34)及依據所決定之偏向磁場106和對應之霍爾輸出更新校準資料之步驟(S36)。以低於上述磁場調整方法的頻度週期性執行該方法。
霍爾元件校正部120判定校正開始條件是否成立(S30)。校正開始條件例如包括：因植入條件的變更而處於執行調整步驟(第5圖的S12)中，及/或磁場調整(第6圖的S24)完成並且磁場處於穩定之狀態(例如，持續當前時刻為止的指定時間並判定為不需要磁場調整(S22的N))。當判定為校正開始後條件不成立時(S30的N)，結束本方法。此時，校準資料未被更新，而原來的資料保持在記憶部122。
判定為校正開始條件成立時(S30的Y)，霍爾元件校正部120使NMR元件112動作並測定偏向磁場106 (S32)。NMR元件112執行頻率跟蹤並辨認核磁共振吸收頻率。由磁場決定部118將核磁共振吸收頻率換算成偏向磁場106。
同時，霍爾元件校正部120取得霍爾元件110的輸出電壓(S34)。霍爾元件校正部120將藉由NMR元件112的頻率跟蹤決定核磁共振吸收頻率的時刻之霍爾輸出Vnew與藉由NMR元件112測定之磁場Bnew對應。如此，霍爾元件校正部120生成新的校正測定點(Vnew,Bnew)。
霍爾元件校正部120利用新的校正測定點(Vnew,Bnew)更新校準資料(S36)。霍爾元件校正部120將已更新之校準資料記錄到記憶部122。如此本方法結束。
第8圖係例示本發明的一實施形態之已更新之校準資料之曲線圖。如圖所示，霍爾元件校正部120將新的校正測定點(Vnew,Bnew)追加到原來的校準資料中。並且，霍爾元件校正部120計算出新的校正測定點(Vnew,Bnew)與相鄰之原來的校正測定點之間的直線插值的關係公式，並將其與原來的直線插值公式置換。
或者，霍爾元件校正部120可用新的校正測定點(Vnew,Bnew)替換原來的校準資料中的任意校正測定點(例如與新的校正測定點最近的校正測定點)。新的校正測定點(Vnew,Bnew)與任意原來的校正測定點比較近時可進行該樣的替換，相反比較遠時可以如上述追加新的校 正測定點。
霍爾元件校正部120可依據新的校正測定點與現有的校正測定點之間的位置關係，決定如何利用新的校正測定點來更新校準資料。例如，霍爾元件校正部120可依據新的校正測定點和與該新的校正測定點最近的校正測定點之間的距離決定是要將新的校正測定點追加到校準資料中，還是要用新的校正測定點替換最近的現有的校正測定點。
已更新之校準資料即刻或者在以後的適當的時刻被磁場測定部114讀出。例如，未進行離子植入處理時，磁場測定部114將原來的校準資料置換成已更新之校準資料。如此，在後續的植入處理中，磁場測定部114能夠利用最新的校準資料來測定偏向磁場106。
校準資料的置換亦即為霍爾輸出的校正公式的變更。因此，在資料置換時磁場測定部114所運算之偏向磁場106的測定值Bm在表面上發生變化。這並不是實際的磁場變化，而是從基於原來的校準資料的相對不正確的測定值向基於新的校準資料的正確的測定值之發生的變化。依據上述磁場調整方法，對於該樣的表面上的磁場變化亦與產生實際的磁場變化時同樣地調整偏向磁場106。如此，能夠隨著校準資料的更新，自動準確地調整偏向磁場106。
變更植入條件時，如下並列進行上述的磁場調整及校準資料更新。首先調整磁場。亦即，監控霍爾元件110的輸出電壓，並調整能量分析電磁鐵24的電流以成為目標 磁場Bo。調整結束後開始NMR元件112的磁場測定，並更新校準資料。在大多數情況下，校準資料的更新完成時離子束的其他調整還未完成，植入處理並未開始。因此，能夠利用已更新之校準資料進行偏向磁場106的再調整。如此能夠在準確的能量分析的基礎上進行離子植入。
另外，霍爾元件校正部120可判定已更新之校準資料是否在與原來的校準資料相關地設定之允許範圍內。當判定為已更新之校準資料偏離允許範圍時，控制部102可禁止離子植入處理的開始，或者中止執行中的離子植入處理。或者，控制部102亦可向磁場測定裝置104發出要點為存在異常的警告。
該允許範圍係為了判定已更新之校準資料是否大大的偏離了原來的校準資料而設定之範圍。例如，該允許範圍可依據霍爾元件計測系統的精度保證規格值來確定。例如當新的校正測定點(Vnew,Bnew)從原來的校準資料偏離超過某一閾值時，霍爾元件校正部120可判定為已更新之校準資料偏離允許範圍。
當新的校正測定點(Vnew,Bnew)從原來的資料大大偏離時，磁場測定裝置104可能發生了異常。因此，藉由不進行如上述的植入處理，從而能夠防止以錯誤的植入能量進行植入處理。
第9圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子植入裝置200之圖。離子植入裝置200適於所謂的高能量離子植入裝置。離子植入裝置200具備離子源201、質量分 析電磁鐵202、線形加速器203、能量分析電磁鐵204、分解狹縫205及植入處理室206。與參閱第1圖進行說明之離子植入裝置100相同，磁場測定裝置104設置於能量分析電磁鐵204中。
在離子植入裝置200中，從離子源201取出之離子束經由質量分析電磁鐵202，只有需要之離子種類被引導至線形加速器203。該時刻的離子束的能量僅由離子源201的取出電壓和離子價數來決定，因此係均一(單色)的。線形加速器203能夠在高頻(RF)電場對離子進行加速或者減速。通過線形加速器203後的離子束受到高頻電場的影響而導致在能量分佈上的擴大。因此，以只有所希望的能量離子可以通過之方式設定能量分析電磁鐵204的磁場並且由分析狹縫205進行能量挑選。能夠通過之能量寬度可依據分析狹縫205的開口寬度預先設定。只有通過了分析狹縫205的離子被引導至植入處理室206，並植入到晶圓207中。208表示離子束的中心軌道。
第10圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子植入裝置300之圖。離子植入裝置300具備離子源301、質量分析電磁鐵302、分解狹縫303及植入處理室304。磁場測定裝置104可設置於質量分析電磁鐵302中。
第11圖係概略地表示本發明的另一實施形態之離子植入裝置400之圖。離子植入裝置400具備離子源401、質量分析電磁鐵402、分解狹縫403、掃描器404、平行化電磁鐵405及植入處理室406。磁場測定裝置104可設 置於平行化電磁鐵405中。
離子植入裝置400從離子源401取出離子束，並利用挑選用分析電磁鐵402僅挑選植入所需之質量的離子種類。離子植入裝置400將所挑選之離子引導至利用電場或者磁場的掃描器404中進行掃描，且藉由利用到磁場的平行化電磁鐵405使其平行化。離子植入裝置400將已平行之離子束植入到晶圓407中。
如以上說明，依本實施形態，離子植入裝置100、200、300及400使用霍爾元件110監視能量分析電磁鐵24的偏向磁場106，並且同時由NMR元件112進行霍爾元件110的校正。為了校正霍爾元件110可以不停止離子植入裝置100、200、300及400的運轉，因此不影響裝置的生產性。能夠一邊繼續離子植入裝置100、200、300及400的運轉，一邊適時地補償霍爾元件110隨著時間發生的變化，並且能夠提高藉由能量分析電磁鐵24分析之束能量的精度。
以上，依本實施形態對本發明進行了說明。本領域具有通常知識者可以理解本發明並不限定於上述實施形態，可以進行各種設計變更，可以實施各種變形例，並且該種變形例亦包含在本發明的範圍內。
在上述實施形態中，磁檢測元件為霍爾元件110，但並不限定於此。在一實施形態中，磁檢測元件可以為霍爾元件110以外的半導體磁感測器(例如磁電阻元件)，或者亦可以為依據偏向磁場106生成測定輸出的任何元件。

Claims (10)

  1. 一種離子植入裝置，係具備：射束路線部，其具備離子源、及用於被處理物之處理室，構成為從前述離子源向前述被處理物輸送離子束；及控制部，構成為對前述射束路線部進行控制；前述射束路線部具備配設於前述離子源與前述處理室之間的偏向電磁鐵；前述偏向電磁鐵具備：一對電磁鐵，隔著離子束軌道而對置以形成用於使前述離子束偏向之偏向磁場；磁檢測元件，配置於前述一對電磁鐵之間並且依據前述偏向磁場生成測定輸出；及核磁共振吸收元件，配置於前述一對電磁鐵之間並且生成NMR輸出；前述控制部具備：磁場測定部，依據前述偏向磁場與前述測定輸出之已知的對應關係測定前述偏向磁場；磁場決定部，依據前述NMR輸出決定前述偏向磁場；及磁檢測元件校正部，係使用依據前述NMR輸出所決定之偏向磁場、和與該偏向磁場對應之前述磁檢測元件之新的測定輸出，來更新前述已知的對應關係。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入裝置，其中， 前述磁檢測元件校正部判定已更新之對應關係是否在關係到前述已知的對應關係而設定的允許範圍內；前述控制部當判定為前述已更新之對應關係從前述允許範圍偏離時，禁止或者中止離子植入處理。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述磁場測定部依據前述已知的對應關係將前述測定輸出換算成前述偏向磁場的測定值；前述控制部具備：磁場調整部，其依據前述偏向磁場的測定值將前述偏向磁場調整為目標磁場。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述控制部，係對基於前述NMR輸出的前述對應關係的更新，予以獨立執行所謂基於前述對應關係的前述偏向磁場的測定及/或調整。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述一對電磁鐵的其中一方具備平坦的第1磁極面，前述一對電磁鐵的另一方具備與前述第1磁極面對置且與前述第1磁極面平行之第2磁極面；前述核磁共振吸收元件配置於前述第1磁極面或者前述第2磁極面。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中， 前述核磁共振吸收元件配置於前述離子束軌道的正上方或者正下方。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述磁檢測元件以高於前述核磁共振吸收元件生成前述NMR輸出的頻度的頻度生成前述測定輸出。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述磁檢測元件具備霍爾元件。
  9. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子植入裝置，其中，前述偏向電磁鐵為能量分析電磁鐵。
  10. 一種離子植入方法，其具備如下步驟：從離子源向被處理物輸送離子束；使用配設於前述離子源與前述被處理物之間的偏向電磁鐵，來形成用於使前述離子束偏向之偏向磁場；使用設置於前述偏向電磁鐵的磁檢測元件並且依據前述偏向磁場生成測定輸出；依據前述偏向磁場與前述測定輸出之間已知的對應關係測定前述偏向磁場；使用設置於前述偏向電磁鐵的核磁共振吸收元件決定前述偏向磁場；及使用有藉由使用前述核磁共振吸收元件來決定之偏向磁場、和與該偏向磁場對應之前述磁檢測元件之新的測定 輸出，來更新前述已知的對應關係。
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