TWI728501B - 工件處理系統及確定離子束的參數的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露一種用於確定離子束的各種參數的系統，特
別是，公開一種工件處理系統及確定離子束的參數的方法。測試工件可被修改成併入偵測圖案。偵測圖案可被配置成測量離子束的高度、離子束的均勻性或離子束的中心角。在某些實施例中，可使用光學發射頻譜儀(OES)系統測量衝擊偵測圖案的電流量。在其他實施例中，可使用用於對工件加偏壓的電源供應器來測量衝擊偵測圖案的電流量。或者，可將偵測圖案併入到工件夾持器中。
Description
本發明是有關於確定離子束的特性的系統及方法，且更具體而言，是有關於在不使用法拉第裝置的情況下確定離子束的特性的系統及方法。
半導體裝置的製作涉及多個離散及複雜的製程。一種此類製程可利用離子束，所述離子束可自離子源提取。在離子源中，給進料氣體通電以形成離子。然後，藉由設置在提取板上的提取孔口自離子源提取該些離子。將離子吸引至相對於提取孔口被掃描的工件。該些離子可用於在工件中植入摻雜劑，蝕刻工件，在工件上沈積塗層或使工件非晶化。
為恰當地處理工件，期望描繪離子束的特性。舉例而言，束高度、束角度及束均勻性可以是在對工件進行處理之前確定才有益的參數。通常，使用法拉第裝置來確定該些參數。簡言之，將法拉第裝置陣列排列於處理腔室中受離子束衝擊的位置中。藉由測量每一裝置中所收集的電流，可確定與離子束相關聯的某些參數。
然而，近來，在處理腔室內使用電性絕緣組件變得更為常見。該些電性絕緣組件可影響法拉第裝置的精確度，在絕緣材料被設置成緊靠法拉第裝置的情況下尤其如此。
因此，若存在在不使用法拉第裝置的情況下執行原位離子束廓量測的系統及方法，則將是有益的。此外，若此系統對離子束的多個參數執行特性描繪，則將是有利的。
揭露一種用於確定離子束的各種參數的系統。測試工件可被修改成具有偵測圖案。所述偵測圖案可被配置成測量離子束的高度、離子束的均勻性或離子束的中心角。在某些實施例中，可使用光學發射頻譜儀(optical emission spectrometer，OES)系統來測量衝擊所述偵測圖案的電流量。在其他實施例中，可使用用於對工件加偏壓的電源供應器來測量衝擊所述偵測圖案的電流量。另一選擇為，可將所述偵測圖案併入至工件夾持器中。
根據第一實施例，揭露一種工件處理系統。所述工件處理系統包括：離子源，發射離子束；工件夾持器，被配置成在所述工件夾持器與所述離子束之間相對移動；測試工件，設置於所述工件夾持器上，具有偵測圖案，其中所述偵測圖案由與所述測試工件不同的材料製成；以及測量系統，用於確定來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量，其中使用來自所述測量系統的輸出來測量所述離子束的參數。在某些實施例中，所述測量系統包括光學發射頻譜儀(OES)系統。在某些實施例中，所述測量系
統包括用於對所述測試工件加偏壓的工件加偏壓電源供應器。在一些實施例中，所述工件加偏壓電源供應器提供累積於所述測試工件上的電荷的指示，其中所述電荷指示表示來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量。在一些實施例中，所述工件加偏壓電源供應器提供流動至所述工件加偏壓電源供應器或自所述工件加偏壓電源供應器流出的電流的指示，且所述電流指示表示來自衝擊偵測圖案的離子束的電流量。在某些實施例中，所述偵測圖案包括水平偵測條帶，且所述參數包括所述離子束的高度。在某些實施例中，所述偵測圖案包括多個偵測區域，且所述參數包括所述離子束的均勻性。在某些實施例中，所述偵測區域在豎向方向及水平方向上不重疊。在某些實施例中，所述偵測圖案包括具有不同縱橫比的溝槽，且所述參數包括所述離子束的中心角。在某些實施例中，所述測試工件包含矽，且所述偵測圖案包含氧化矽或氮化矽。
根據第二實施例，揭露一種工件處理系統。所述工件處理系統包括離子源，發射離子束；工件夾持器，被配置成在所述工件夾持器與所述離子束之間相對移動，且具有偵測圖案，其中所述偵測圖案由與所述工件夾持器不同的材料製成；以及測量系統，用於確定來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量，其中使用來自所述測量系統的輸出來測量所述離子束的參數。在某些實施例中，所述測量系統包括光學發射頻譜儀(OES)系統。在某些實施例中，所述測量系統包括用於對所述工件夾持器加偏壓
的工件加偏壓電源供應器。在一些實施例中，所述工件加偏壓電源供應器提供累積於所述工件夾持器上的電荷的指示，其中所述電荷指示表示來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的所述電流量。在一些實施例中，所述工件加偏壓電源供應器提供流動至所述工件加偏壓電源供應器或自所述工件加偏壓電源供應器流出的電流的指示，且所述電流指示表示來自衝擊所述偵測圖案的離子束的所述電流量。在某些實施例中，所述偵測圖案包括水平偵測條帶，且所述參數包括所述離子束的高度。在某些實施例中，所述偵測圖案包括多個偵測區域，且所述參數包括所述離子束的均勻性。在某些實施例中，所述偵測區域在豎向方向及水平方向上不重疊。在某些實施例中，所述偵測區域包括具有不同縱橫比的溝槽，且所述參數包括所述離子束的中心角。在某些實施例中，所述偵測圖案包括垂直於所述工件夾持器的表面設置的支腳，且所述參數包括所述離子束的中心角。
根據另一實施例，揭露一種確定離子束的參數的方法。所述方法包括在所述離子束前方對具有偵測圖案的結構進行掃描，其中所述偵測圖案由與所述結構不同的材料製成；測量來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量；以及基於隨掃描定位變化的衝擊所述偵測圖案的所述電流量來確定所述參數。在某些實施例中，所述結構包括矽工件。在某些實施例中，所述結構包括工件夾持器。在一些實施例中，使用光學發射頻譜儀系統來測量所述電流。在一些實施例中，使用工件加偏壓電源供應器來測
量所述電流。在某些實施例中，自由高度、均勻性及中心角組成的群組選擇所述參數。
1、500、701:系統
10:工件
11、559:偵測圖案
100:離子源腔室
101:腔室壁
102:第一介電壁
104:提取板
105:提取孔口
106:離子束
110:射頻天線
120:射頻電源供應器
130:氣體入口
140:電漿
155、555、755:工件夾持器
160:控制器
165:罩殼
166:第二部分
171:豎向方向/方向
180:工件加偏壓電源供應器
190:光學發射頻譜儀系統
200:測試工件
201、312:下部部分
202:上部部分
210:水平偵測條帶
220、300:測試工件
221、557:偵測區域
310、558:溝槽
311:壁
313:頂部部分
400、401:線
410、411、412:掃描定位
556:水平偵測條帶
756:支腳
900、910、920:過程
X:方向/軸
Y、Z:方向
θ:中心角/角度
為更好地理解理解本發明，參考附圖，附圖併入本文中供參考且在附圖中：圖1是根據一個實施例的離子源的視圖。
圖2A是用於確定離子束的高度的工件的俯視圖。
圖2B是用於確定離子束的均勻性的工件的俯視圖。
圖3A是用於確定離子束的中心角的工件的俯視圖。
圖3B至圖3D是圖3A所示工件的側視圖，該些側視圖示出不同寬度的溝槽。
圖4A示出氧及矽的隨圖3A所示工件的掃描定位而變化的光學發射頻譜儀輸出。
圖4B示出隨自圖4A中所示的光學發射頻譜儀輸出推導出的中心角而變化的束電流。
圖5是根據第二實施例的離子源的視圖。
圖6A是用於確定離子束的高度的工件夾持器的代表圖。
圖6B是用於確定離子束的均勻性的工件夾持器的代表圖。
圖6C是用於確定離子束的中心角的工件夾持器的代表圖。
圖7是根據第三實施例的離子源的視圖。
圖8A至8C是設置成不同角度的工件夾持器的側視圖。
圖9是示出確定離子束的參數的過程的代表流程圖。
如上文所述，通常使用法拉第裝置來對離子束執行測勘(profiling)。然而，當製程腔室中包括絕緣組件時，該些法拉第裝置的準確性及精確度可劣化。圖1示出克服此問題的系統的第一實施例。
系統1包括離子源，所述離子源包括離子源腔室100，離子源腔室100由多個腔室壁101構成。在某些實施例中，該些腔室壁101中的一者或多者可由例如石英等介電材料構造而成。射頻(RF，radio frequency)天線110可設置於第一介電壁102的外表面上。射頻電源供應器120可為射頻天線110供電。將遞送至射頻天線110的能量輻射於離子源腔室100內，以將經由氣體入口130引入的進料氣體離子化。
被稱為提取板104的一個腔室壁包括提取孔口105，離子束106可穿過所述提取孔口105退出離子源腔室100。離子束106在水平方向(亦被稱為X方向)上可較在高度方向上寬。具有該些特性的離子束可被稱為帶狀離子束。提取板104可由導電材料(例如，鈦、鉭或另一金屬)構造而成。提取板104的寬度可超過300毫米。此外，提取孔口105在X方向上可較工件10的直徑寬。可在提取電壓下對此提取板104加偏壓。在其他實施例中，提取板104可接地。
工件夾持器155可靠近提取孔口105設置。工件10可設
置於工件夾持器155上。工件10可具有偵測圖案11，如下文更詳細地闡述。使用在豎向方向171上移動的掃描馬達來對工件夾持器155進行掃描。豎向方向171亦被稱為Y方向。在其他實施例中，工件夾持器155不可移動。舉例而言，工件夾持器155可靜止，而離子源腔室100移動。在另一實施例中，工件夾持器155及離子源腔室100兩者皆可移動。因此，工件夾持器155被配置成使得離子束106與工件夾持器155之間相對地豎向移動。
罩殼165環繞工件10，罩殼165亦可被稱為環圈(halo)。罩殼165環繞工件10且在其中心處具有開口，所述開口對應於工件10的位置。罩殼165可由例如金屬等導電材料構造而成。罩殼165可由鈦、矽、碳化矽或另一材料製成。罩殼165可被視為工件夾持器155的一部分。
可使用工件加偏壓電源供應器180對罩殼165及工件夾持器155加偏壓。在某些實施例中，來自工件加偏壓電源供應器180的輸出是脈衝型直流(DC，direct current)電壓，具有介於5千赫茲與50千赫茲之間的頻率以及100伏特至5,000伏特的振幅。
雖然以上揭露內容將來自工件加偏壓電源供應器180的輸出闡述為脈衝型直流電壓，但應理解，工件加偏壓電源供應器180可以是恆定的，而對提取板104加偏壓的提取電壓電源供應器提供脈衝型直流輸出。
當進行脈衝發射時，施加至工件夾持器155及罩殼165的電壓較施加至提取板104的電壓更具負性。換言之，若將提取
板104接地，則工件加偏壓電源供應器180產生負脈衝。在該些負脈衝期間，將正離子自離子源腔室100的內部吸引至工件10。若對提取板104加正偏壓，則工件加偏壓電源供應器180產生較少的正脈衝或負脈衝，以使得在該些脈衝期間將正離子自離子源腔室100的內部吸引至工件10。
在某些實施例中，系統1亦包括光學發射頻譜儀(OES)系統190。光學發射頻譜儀系統190能夠基於來自電漿140的光學發射偵測電漿140的組成。舉例而言，電漿140中的離子可發射每一元件所特有的獨特發射頻譜。光學發射頻譜儀系統190可基於此發射頻譜來確定電漿140內所含的元素。在其他實施例中，不採用光學發射頻譜儀系統190。
控制器160可與工件加偏壓電源供應器180、工件夾持器155、光學發射頻譜儀系統190及其他組件進行通訊。控制器160可包括處理單元，例如微控制器、個人電腦、特殊用途控制器或另一適合的處理單元。控制器160亦可包括非暫時性儲存元件，例如半導體記憶體、磁性記憶體或另一適合的記憶體。此非暫時性儲存元件可含有允許控制器160執行本文中所述的功能的指令及其他資料。控制器160可能夠控制工件夾持器155的移動且獲悉工件夾持器155相對於離子束的定位。此定位亦可被稱為掃描定位。控制器160亦可自光學發射頻譜儀系統190且自工件加偏壓電源供應器180接收資訊。
在一個實施例中，工件10可以是測試工件。此測試工件
可設置於工件夾持器155上。測試工件200可以是具有偵測圖案(例如，水平偵測條帶210)的矽工件，如圖2A中所示。此水平偵測條帶210可由不同的材料製成。舉例而言，測試工件200可以是矽，而水平偵測條帶210可包含氧化矽或氮化矽。當然，測試工件200可由不同的材料製成。在一個實施例中，水平偵測條帶210可與離子束106處於相同的高度。在另一實施例中，水平偵測條帶210可高於離子束106的高度。在又一實施例中，水平偵測條帶210可小於離子束106的高度。
當使測試工件200移動通過離子束106時，離子束106衝擊測試工件200的不同部分。舉例而言，當使工件夾持器155在豎向方向171上相對於離子束106向下移動時，離子束106第一衝擊測試工件200的下部部分201，然後離子束106衝擊水平偵測條帶210，且最後離子束106衝擊測試工件200的上部部分202。
當離子束106衝擊測試工件200時，離子穿透測試工件200，從而將電荷輸送(impart)於測試工件200中。當離子束106正衝擊水平偵測條帶210時，輸送至測試工件200的電荷可有所不同。舉例而言，當離子束106衝擊水平偵測條帶210時，可將較少的電荷輸送至工件。在不同的實施例中，當離子束106衝擊水平偵測條帶210時，可將較多的電荷輸送至工件。
因此，隨著離子束106在方向171上相對於測試工件200移動，當離子束106遇到水平偵測條帶210時，輸送至測試工件200的平均電荷發生改變。可藉由工件加偏壓電源供應器180偵測
此電荷。舉例而言，電荷改變可使流動至工件加偏壓電源供應器180或自工件加偏壓電源供應器180流出的電流發生改變。控制器160可自工件加偏壓電源供應器180接收此資料。在某些實施例中，此資料包含流動至工件加偏壓電源供應器180或自工件加偏壓電源供應器180流出的電流量。在另一實施例中，此資料包含由工件加偏壓電源供應器180偵測到的電荷量。因此，可由控制器160生成將在豎向方向171上的掃描定位與由離子束106輸送的平均電荷(或電流)關聯起來的曲線圖或表。
若離子束106在高度方向上極窄，則電荷改變將是急劇的且大致上對應於水平偵測條帶210的定位。然而，若離子束106在高度方向上較寬，則電荷改變將較平緩且將開始於水平偵測條帶210的位置之前。電荷改變的開端對應於離子束106首先撞擊水平偵測條帶210的掃描定位。因此，可基於以下方程式確定離子束106的寬度：定位(電荷改變的開端)-定位(水平偵測條帶)=.5*離子束高度
當然，控制器160亦可使用其他方程式來確定離子束106的高度。舉例而言，在另一實施例中，可使用電荷改變的速率來確定離子束106的高度。在另一實施例中，可使用在工件加偏壓電源供應器180與工件10之間流通的電流的改變來確定離子束106的高度。
在此實施例中，工件加偏壓電源供應器180能夠偵測測
試工件200的電荷的改變。然而，在另一實施例中，使用光學發射頻譜儀系統190。
舉例而言，當離子束106衝擊測試工件200的下部部分201時，電漿140可含有存在於離子束106中的元素及存在於測試工件200中的元素。舉例而言，離子束106可以是氬且測試工件200可以是矽，因此，電漿140可含有氬及矽的離子。因此，頻譜發射將對應於該些元素。
當離子束106衝擊水平偵測條帶210時，電漿140可含有離子束106的元素及水平偵測條帶210的元素。若水平偵測條帶210由氧化矽製成，則電漿140將含有氬、矽及氧。可將此資訊自光學發射頻譜儀系統190傳遞至控制器160。因此，控制器160可依據電漿140中氧的存在來確定離子束106何時首先衝擊水平偵測條帶210。若水平偵測條帶210由氮化矽製成，則氮的存在將指示離子束106何時首先衝擊水平偵測條帶210。同樣地，若水平偵測條帶210是由一些其他元素製成，則所述元素的存在可用於確定離子束106首先衝擊水平偵測條帶210的掃描定位。
若離子束106在高度方向上極窄，則電漿140中含氧量(oxygen level)的改變將是急劇的且大致對應於水平偵測條帶210的定位。然而，若離子束106在高度方向上較寬，則電漿140中含氧量的改變將較平緩且將開始於水平偵測條帶210的位置之前。電漿140中含氧量改變的開端對應於離子束106首先撞擊水平偵測條帶210的掃描定位。因此，可由控制器160基於以下方
程式確定離子束106的寬度：定位(電漿中含氧量改變的開端)-定位(水平偵測條帶)=.5*離子束高度
當然，以上說明是關於具有由氧化矽製成的水平偵測條帶210的矽工件。如上文所述，若水平偵測條帶210由不同的材料構成，則所發射的頻譜將反映出所述水平偵測條帶210所獨有的元素。舉例而言，若水平偵測條帶210由氮化矽製成，則將使用光學發射頻譜儀系統190來偵測氮的存在。
因此，圖1的系統1採用兩種不同的方法，所述兩種不同的方法可用於使用圖2A中所示的測試工件200來確定離子束106的高度。一種方法是使用自工件加偏壓電源供應器180測量的電荷或電流來確定離子束106何時衝擊水平偵測條帶210。第二方法是使用光學發射頻譜儀系統190來確定離子束106何時衝擊水平偵測條帶210。注意，兩種方法皆不依賴於法拉第裝置。
此外，應理解，圖1的系統1可僅採用這兩種方法中的一種。舉例而言，在某些實施例中，不使用光學發射頻譜儀系統190。在其他實施例中，工件加偏壓電源供應器180可不將電荷或電流資訊提供至控制器160。
亦可使用電荷的改變或頻譜發射的改變來確定離子束106的其他參數。
圖2B示出具有偵測圖案的測試工件220，所述測試工件220包括由不同的材料製成的多個偵測區域221。舉例而言，如參
照圖2A中的測試工件200所述，測試工件220可以是矽，而偵測區域221可以是氧化矽或氮化矽。
如上文所述，在離子束106衝擊偵測區域221時，輸送至測試工件220的電荷量可與在離子束106衝擊測試工件220的其他區時不同。類似地，當離子束106衝擊偵測區域221時，由光學發射頻譜儀系統190偵測到的頻譜發射可不同。如上文所述，控制器160可與工件加偏壓電源供應器180及/或光學發射頻譜儀系統190進行通訊以執行本文中所揭露的操作。
在一個實施例中，偵測區域221在水平方向及豎向方向(亦即，分別為X方向及Y方向)上可不重疊。若偵測區域221在豎向方向上不重疊，則當工件夾持器155相對於離子束106沿著方向171移動時，一次僅有一個偵測區域221暴露於離子束106。此外，若偵測區域221在水平方向上不重疊，則離子束106的每一部分僅衝擊該些偵測區域221中的一者。舉例而言，可將離子束106劃分成多個水平區段，其中全部的該些水平區段表示衝擊測試工件220的整個離子束106。
如此一來，就在豎向方向上的每一掃描定位而言，離子束106中正好有一個水平區段衝擊偵測區域221。
如上文所述，工件加偏壓電源供應器180可能夠偵測輸送至工件10的電荷的改變並將此資訊轉發至控制器160。因此，當工件夾持器155相對於離子束106在方向171上移動工件10時，工件加偏壓電源供應器180確定輸送至工件10的電荷。由此，
可確定衝擊每一偵測區域221的束電流的量。若採用例如測試工件220等工件，則在工件相對於離子束106在方向171上豎向移動時，電荷改變反映出每一水平區段中的束電流。藉由對針對偵測區域221中的每一者輸送的電荷進行比較，可確定離子束106的所述水平區段的束電流。然後，可使用此資訊來確定離子束106的均勻性。
舉例而言，若每一偵測區域221在X方向及Y方向上具有完全相同的大小，則在離子束106完全均勻的情況下，當在方向171上對測試工件220進行掃描時撞擊至測試工件220上的電荷量將是恆定的。若離子束106在鄰近其在水平方向上的中心處輸出更多的電流，則當測試工件220的掃描定位靠近測試工件220在豎向方向上的中心時，可偵測到電荷的改變。
另一選擇為，如上文所述，系統1可包括自電漿140獲取頻譜發射的光學發射頻譜儀系統190。因此，當工件夾持器155相對於離子束106在方向171上移動工件時，光學發射頻譜儀系統190確定來自電漿140的頻譜發射。可將此資訊傳輸至控制器160，控制器160可確定衝擊每一偵測區域221的束電流的量。若採用例如測試工件220等工件時，則當工件相對於離子束106在方向171上豎向移動時，頻譜發射反映出每一水平區段中的束電流。藉由對光學發射頻譜儀系統190針對偵測區域221中的每一者的輸出進行比較，控制器160可確定離子束106的所述水平區段的束電流。然後，可使用此資訊來確定離子束106的均勻性。
雖然圖2B示出偵測區域221排列成對角線圖案的測試工件220，但可存在其他實施例。如上文所述，在一個實施例中，可使用偵測區域221在豎向方向或水平方向上不重疊的任何實施例。較佳地，偵測區域221在水平方向上覆蓋整個測試工件220。因此，在某些實施例中，當測試工件220在最外側偵測區域221中最寬時，最外側偵測區域221可接近測試工件220在豎向方向上的中心。
儘管在偵測區域221不重疊的情況下計算可更簡單，但可存在其他實施例。舉例而言，假定在第一列中，偵測區域設置於水平區段1及水平區段2中；在第二列中，偵測區域設置於水平區段1及水平區段3中；且在第三列中，偵測區域設置於水平區段2及水平區段3中。可使用矩陣運算或一些其他演算法來確定水平區段中的每一者中的束電流。因此，偵測區域221無需不重疊，而是偵測區域可被配置成使得可確定離子束106的每一水平區段的束電流。
因此，圖1的系統1亦示出允許確定離子束106的均勻性的兩種不同的機制。一種方法是使用自工件加偏壓電源供應器180測量到的電荷來確定衝擊每一偵測區域221的束電流的多少。第二方法是使用光學發射頻譜儀系統190來確定衝擊每一偵測區域221的束電流的量。注意，兩種方法皆不依賴於法拉第裝置。然後，可使用此資訊來確定離子束106的均勻性。
此外，應理解，圖1的系統1可僅採用這兩種方法中的
一種。舉例而言，在某些實施例中，不使用光學發射頻譜儀系統190。在其他實施例中，工件加偏壓電源供應器180可不將電荷或電流資訊提供至控制器160。
圖3A示出可用於求得離子束106的中心角的測試工件300的俯視圖。中心角被界定為離子束相對於工件平面的垂線的角度。因此，垂直衝擊工件的離子束具有0°中心角。測試工件300亦可與圖1的系統1結合使用。
測試工件300具有多個溝槽310，所述多個溝槽310有窄(圖3B中所示)有寬(圖3D中所示)。此外，測試工件300上亦設置有具有中間寬度的溝槽(例如，圖3C中所示的溝槽)。這一系列溝槽可被視為偵測圖案。
在一個實施例中，圖3A中展示在Y方向上每一溝槽310較位於其正上方的溝槽寬。每一溝槽310(例如，圖3D中所示的溝槽)包括兩個壁311。壁311的下部部分312由與壁311的頂部部分313不同的材料製成。另外，壁311的頂部部分313可由與測試工件300的其餘部分相同的材料構造而成。
圖3B至圖3D示出不同寬度的溝槽310，溝槽310中的每一者被具有預定中心角的離子束106撞擊。注意，在圖3B的溝槽310中，溝槽310的縱橫比(定義為溝槽310的深度除以其寬度)極高。因此，具有大中心角的離子束將無法到達壁311的下部部分312。更具體而言，若溝槽310具有深度D及寬度W，則對於衝擊壁311的底部的離子束而言，離子束106的中心角(θ)可
滿足方程式：tan(θ)<W/D。若下部部分312具有高度H，則對於衝擊壁311的下部部分312的離子束而言，離子束106的中心角(θ)可滿足方程式：tan(θ)<W/(D-H)。
換言之，若中心角足夠大，則離子將不會衝擊壁311的下部部分312。注意，圖3C的溝槽310具有較小的縱橫比。因此，具有相同的預定中心角的離子束106將更深入地到達溝槽310中，從而在下部定位處衝擊壁311。在某些實施例中，此下部定位可包括下部部分312。圖3D的溝槽310具有更小的縱橫比。在此種情形中，具有相同的預定中心角的離子束106撞擊壁311的下部部分312。
換言之，當溝槽310的縱橫比減小時，離子束在溝槽中更向下衝擊，最終撞擊下部部分312。由於下部部分312是由不同的材料構造而成，因此當下部部分312受到撞擊時，電漿140的頻譜發射圖案將發生改變。圖4A示出在相對於離子束106在方向171上向上掃描測試工件300且測試工件300暴露於離子束106下時電漿140的頻譜發射的代表圖。線400示出氧的頻譜發射，且線401示出矽的頻譜發射。當離子束106在溝槽310具有高縱橫比的區域中衝擊測試工件300時，離子束106根本不會撞擊下部部分312。因此，頻譜發射示出高含矽量及低含氧量，如掃描定位410處所示。當測試工件300相對於離子束106向上移動時，溝槽310的縱橫比減小，從而允許一些離子到達下部部分312。因此，如掃描定位411中所示，電漿140的頻譜發射中存在一些氧。
當測試工件300相對於離子束106繼續向上移動時，溝槽310的縱橫比減小，從而允許更多的離子到達下部部分312。事實上，存在這樣的縱橫比：所述縱橫比進一步減小並不會增加衝擊下部部分312的離子量。因此，當掃描定位412繼續向上移動，含氧量達到鄰近最大值的點。
在每一掃描定位處，控制器160可確定使得能到達下部部分312的最大中心角。若將掃描定位轉換成中心角且對線400進行求導，則獲得圖4B中所示的圖表。圖4B中亦示出與掃描定位410、411、412對應的點。在掃描定位410處，角度太大而致使離子無法到達下部部分312。在掃描定位412處，縱橫比的減小沒有效果，這指示中心角小至足以使離子到達溝槽310的底部。在掃描定位411處，光學發射頻譜儀訊號中氧量的改變最大，這指示此為平均中心角。此圖表展示，可使用測試工件300基於光學發射頻譜儀系統190的輸出來確定離子束106的中心角。
測試工件300的使用說明亦可適用於使用工件加偏壓電源供應器180來偵測累積於測試工件300上的電荷的改變的系統。不產生圖4A中所示的光學發射頻譜儀圖表，而是工件加偏壓電源供應器180可隨掃描定位的變化而輸出一定數量的電荷或電流。具體而言，電荷或電流的圖表可與圖4A中的線400類似，其中電荷量隨縱橫比變小而增加。在某一掃描定位處，縱橫比足夠小以使得所述縱橫比進一步減小並不會使任何額外電荷累積於測試工件300上。然後，控制器160可使用此資料來生成圖4B中所
示的圖表。
亦可使用其他結構來偵測離子束106的中心角。舉例而言，在另一實施例中，壁311的下部部分312是由與壁311的頂部部分313不同的材料製成。另外，壁311的下部部分312可由與測試工件300的其餘部分相同的材料構造而成。
因此，圖1的系統1可與具有不同的偵測圖案的測試工件結合使用來確定離子束106的各種參數。圖2A所示測試工件200可用於確定離子束106的高度。圖2B所示測試工件220可用於確定離子束106的均勻性。圖3A所示測試工件300可用於確定離子束106的中心角。此外，圖1的系統1可使用工件加偏壓電源供應器180或光學發射頻譜儀系統190來執行用於確定該些參數的測量。
另外，光學發射頻譜儀系統190及工件加偏壓電源供應器180可被視為能夠測量衝擊偵測圖案的離子束106的電流量的系統。光學發射頻譜儀系統190藉由評估來自電漿140的頻譜發射來測量電流量。工件加偏壓電源供應器180藉由確定流動至工件加偏壓電源供應器180或自工件加偏壓電源供應器180流出的電荷量或電流量來測量電流量。控制器160可使用光學發射頻譜儀系統190及/或工件加偏壓電源供應器180所收集的測量來確定離子束106的參數。
雖然圖1、圖2A至圖2B及圖3A至圖3D示出使用具有偵測圖案(例如，水平偵測條帶210、偵測區域221或溝槽310)
的工件，但亦可存在其他實施例。
圖5示出與圖中所示系統類似的系統500。已賦予執行相同功能的組件相同的參考標示符。差異在於，在圖5中工件夾持器555包括偵測圖案。舉例而言，在一個實施例中，作為工件夾持器555的一部分的罩殼165可包括偵測圖案。罩殼165可包括第一部分，所述第一部分環繞工件且用於在工件接受掃描時在離子源前方維持恆定的壓力。罩殼165亦可存在位於工件下方的第二部分166，所述第二部分166可用於進行束測量。在另一實施例中，第二部分166可設置於工件上方。
在此實施例中，可在離子束106前方對罩殼165的第二部分166進行掃描以執行束量測測量。
因此，在此系統500中，無需將工件設置於工件夾持器555上來執行上文所述的離子束高度、均勻性及中心角測試。而是，僅將偵測圖案559嵌入工件夾持器555中，如圖6A至圖6C中所示。在某些實施例中，偵測圖案559設置於罩殼165的第二部分166上，如圖5中所示。圖6A示出設置有水平偵測條帶556的工件夾持器555。圖6B示出具有多個偵測區域557的工件夾持器555。圖6C示出不同寬度的溝槽558的工件夾持器555。以與上文參照圖2A至圖2B及圖3所述的相同的方式採用該些偵測圖案。控制器160可執行與上文參照圖1所述的相同的操作。
在該些實施例中，工件夾持器555可以是陶瓷台板。在測量過程期間，工件可或可不設置於工件夾持器555上。
偵測圖案559可由用於圖1中所示的實施例的相同材料構造而成。舉例而言，在圖1中，矽工件利用由氧化矽製成的偵測圖案。在一個實施例中，罩殼165的第二部分166可以是具有由氧化矽(或石英)製成的偵測圖案的矽板。
圖7示出可用於確定離子束106的角展度的系統701。此系統701與圖5中所示的系統類似。已賦予執行相同功能的組件相同的參考標示符。在此實施例中，工件夾持器755亦包括垂直於工件夾持器755的表面延伸的支腳756。在某些實施例中，支腳756在遠離離子源腔室100的方向上(例如，在Z方向上)延伸。由於支腳756用於偵測離子束106的撞擊，因此此支腳756可被視為偵測圖案。
支腳756可由與工件或工件夾持器755不同的材料構造而成。舉例而言，如上文所述，工件夾持器755可以是陶瓷，且支腳756可以是不同的材料。在一些實施例中，支腳756可由與工件相同的材料(例如，矽)構造而成。
在一個實施例中，使用工件加偏壓電源供應器180來確定累積於支腳756上的電荷量。舉例而言，工件夾持器755可能夠繞與X軸平行的軸旋轉。當工件夾持器755旋轉時，支腳756可避開離子束106，或者在更大的程度上受到離子束106的撞擊。圖8A至圖8C示出三種不同的情境。在該些情境中，可假定離子束106具有相對於水平線具有中心角θ的角分佈。在圖8A中，工件夾持器755維持成豎向定位。在此定位中，來自離子束106的
一些小束衝擊支腳756，如所示。當工件夾持器755在順時針方向上旋轉時，支腳756與水平線所形成的角度接近中心角θ。在圖8B中，支腳756與水平線形成角度θ。由於支腳756現在與中心角θ平行，因此離子束106不再衝擊支腳756。相反，當工件夾持器755在逆時針方向上旋轉時，支腳756的角度變得更具負性。因此，更多的離子束106衝擊支腳756。
工件加偏壓電源供應器180可將此資訊傳輸至控制器160，控制器160可測量累積於支腳756上的電荷。當工件夾持器755旋轉時，所累積的電荷隨旋轉角度而變化。工件加偏壓電源供應器180可將此資訊提供至控制器160。控制器160亦與工件夾持器755進行通訊以獲悉旋轉角度。控制器160可使用此資訊來確定旋轉角度與所累積的電荷之間的關係。基於此資料，控制器可確定離子束106的中心角θ。
另一選擇為，可使用光學發射頻譜儀系統190來確定離子束106的中心角。在一個實施例中，支腳756可由矽構造而成，且光學發射頻譜儀系統190可偵測矽的頻譜發射。當工件夾持器755旋轉時，頻譜發射發生變化。可將此資訊傳輸至控制器160，控制器160確定旋轉角度與頻譜發射之間的關係。基於此，控制器160可確定離子束106的中心角。
如上文所述，可將光學發射頻譜儀系統190及工件加偏壓電源供應器180單獨地視為或者與控制器160相結合地視為能夠確定來自衝擊偵測圖案的離子束106的電流量的測量系統。光
學發射頻譜儀系統190藉由評估來自電漿140的頻譜發射來測量電流量。工件加偏壓電源供應器180藉由確定流動至工件加偏壓電源供應器180或自工件加偏壓電源供應器180流出的電荷量或電流量來測量電流量。然後，控制器160使用此資訊來確定所關注的參數。
雖然圖1、圖5及圖7示出靠近工件設置的離子源腔室100，但亦可存在其他實施例。舉例而言，亦可將偵測圖案設置於與束線植入系統結合採用的測試工件上。類似地，進行束線植入時所使用的工件夾持器已被修改成包括偵測圖案。
本發明亦闡述確定離子束的參數的方法。圖9中示出此方法。首先，在離子束前方對具有偵測圖案的結構進行掃描，如過程900中所示。如上文所述，偵測圖案由與用於所述結構的材料不同的材料構造而成。在一個實施例中，所述結構是工件，例如矽晶圓。所述偵測圖案可以是氧化矽。在另一實施例中，所述結構可以是工件夾持器，或更確切而言是罩殼的第二部分。此外，工件夾持器可以是陶瓷板且所述偵測圖案可以是氧化矽。可在豎向方向上對所述結構進行掃描，如上文所述。在另一實施例中，可在旋轉方向上(例如，繞X軸)對所述結構進行掃描。
然後，確定來自衝擊偵測圖案的離子束的電流量，如過程910中所示。在某些實施例中，可使用光學發射頻譜儀系統190來確定衝擊偵測圖案的電流量。在其他實施例中，使用工件加偏壓電源供應器180來對工件夾持器加偏壓。工件加偏壓電源供應
器180提供累積於工件或工件夾持器上的電荷的指示。此電荷指示表示來自衝擊偵測圖案的離子束106的電流量。
一旦確定隨掃描定位而變化的衝擊偵測離子束的電流量，則可確定離子束的參數，如過程920中所示。舉例而言，圖2A中所示，可確定離子束的高度。在另一實施例中，如圖2B中所示，可確定離子束的均勻性。在又一實施例中，可確定離子束的中心角。所選擇的偵測圖案可允許確定該些不同參數。
本文中所述的系統具有諸多優勢。第一，在所揭露的所有實施例中，可在不使用法拉第裝置的情況下確定離子束106的參數。如上文所述，當前系統可將介電材料或絕緣材料引入至處理腔室中，這可影響法拉第裝置的準確性。此外，藉由在工件夾持器或測試工件上併入偵測圖案，可在離子束撞擊工件的確切位置處確定離子束的參數。此可較測量該些參數的傳統方法更準確。
此外，法拉第裝置通常是由金屬製成，所述法拉第裝置可能會成為工件的污染源。使用較少的問題材料(例如，氧化矽)會減小污染風險。
另外，本發明系統允許進行關於束參數的即時回饋。測量角度或束高度的一些傳統方法是使用以下過程：首先蝕刻結構化晶圓且然後使用外部分析來測量蝕刻結果的影響以推斷束特性。該些傳統方法執行起來所花費的時間顯著更長。
本發明並不僅限於本文中所述的具體實施例的範疇。實際上，除本文中所述的實施例及潤飾之外，熟習此項技術者依據
前述說明及附圖亦將明瞭本發明的其他各種實施例及潤飾。因此，該些其他實施例及潤飾旨在涵蓋於本發明的範疇內。此外，儘管本文中已出於特定目的在特定環境中在特定實施方案的上下文中闡述了本發明，但熟習此項技術者應認識到，其用途並不僅限於此，且可在任何數目個環境中出於任何數目個目的有益地實施本發明。因此，應鑒於本文中所述的本發明的全部範圍及精神來對下文所述的申請專利範圍加以解釋。
1:系統
10:工件
11:偵測圖案
100:離子源腔室
101:腔室壁
102:第一介電壁
104:提取板
105:提取孔口
106:離子束
110:射頻天線
120:射頻電源供應器
130:氣體入口
140:電漿
155:工件夾持器
160:控制器
165:罩殼
171:豎向方向/方向
180:工件加偏壓電源供應器
190:光學發射頻譜儀系統
X:方向/軸
Y、Z:方向
Claims (10)
- 一種工件處理系統，包括：離子源，發射離子束；工件夾持器，被配置成在所述工件夾持器與所述離子束之間能夠相對移動；測試工件，設置於所述工件夾持器上，具有偵測圖案，其中所述偵測圖案由與所述測試工件不同的材料製成；以及光學發射頻譜儀系統，用於確定來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量，其中使用來自所述光學發射頻譜儀系統的輸出來測量所述離子束的參數。
- 如申請專利範圍第1項所述的工件處理系統，其中所述偵測圖案包括水平偵測條帶，且所述參數包括所述離子束的高度。
- 如申請專利範圍第1項所述的工件處理系統，其中所述偵測圖案包括多個偵測區域，且所述參數包括所述離子束的均勻性。
- 如申請專利範圍第1項所述的工件處理系統，其中所述偵測圖案包括具有不同縱橫比的溝槽，且所述參數包括所述離子束的中心角。
- 一種工件處理系統，包括：離子源，發射離子束；工件夾持器，被配置成在所述工件夾持器與所述離子束之間能夠相對移動，且具有偵測圖案，其中所述偵測圖案由與所述工 件夾持器不同的材料製成；以及光學發射頻譜儀系統，用於確定來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量，其中使用所述光學發射頻譜儀系統的輸出來測量所述離子束的參數。
- 如申請專利範圍第5項所述的工件處理系統，其中所述偵測圖案包括垂直於所述工件夾持器的表面設置的支腳，且所述參數包括所述離子束的中心角。
- 一種確定離子束的參數的方法，包括：在離子束前方對具有偵測圖案的結構進行掃描，其中所述偵測圖案由與所述結構不同的材料製成；使用光學發射頻譜儀系統來測量來自衝擊所述偵測圖案的所述離子束的電流量；以及基於隨掃描定位變化的衝擊所述偵測圖案的所述電流量來確定所述離子束的參數。
- 如申請專利範圍第7項所述的確定離子束的參數的方法，其中所述結構包括矽工件。
- 如申請專利範圍第7項所述的確定離子束的參數的方法，其中所述結構包括工件夾持器。
- 如申請專利範圍第7項所述的確定離子束的參數的方法，其中所述參數是由高度、均勻性及中心角組成的群組中選擇。
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