二維束密度量測的方法及其裝置的制作方法

專利名稱：二維束密度量測的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種二維束#度量測的方法及其裝置。
背景技術：
離子植入(Ion implantation)是用于將變更特性的雜質引入各種基 板的標準技術。在離子源中離子化所要雜質材料，加速離子以形成具有指 定能量的離子束且在基板的前表面處導向離子束。 一常見實例為經由諸如 硼、砷等的雜質的植入的半導體材料的電導率的改變。離子束中的高能離 子穿透至半導體材料的主體中且嵌入至半導體材料的晶格中以形成具有所 要傳導率的區域。
離子植入器(ion implanter)通常包括用于將氣體或固體材料轉換成 離子化等離子體的離子源，經由使用沿用已久的離子束提取電極而自此離 子源提取良好界定的離子束。離子束可經質量分析以消除非所要的離子種 類，經加速至所要能量且導向至目標平面上。可藉由離子束掃描，藉由目 標移動或藉由離子束掃描與目標移動的組合而將離子束分布于目標區之 上。離子束可為具有長維度以及短維度的點離子束或帶離子束。長維度可 至少與基板一樣寬。
將所要密度的雜質引入基板對確保所形成的半導體設備在規范內操作 是重要的。 一可能影響至基板中的劑量的因素為離子束內的離子束電流分 布。因此，已開發出現有習知的離子束電流密度量測系統。 一現有習知的 離子束電流密度量測系統經由離子束而在固定方向上轉譯一種剖面儀感測 器(profiler sensor )(例如，如此項技術中已知的法拉第感測器(Faraday sensor ))。測得的離子束電流可與行進(traveling)剖面儀感測器的已知位 置相關以提供離子束的一維離子束電流分布。此現有習知的方法的缺點為 其僅限于(例如)在行進剖面儀感測器的行進方向上的一維離子束電流密 度量測。
另 一現有習知的離子束電流密度量測系統能夠藉由添加多個像素至離 子束感測器而在二維中量觀，j離子束電流密度分布。多個像素中的每一者操 作為離子束電流感測器，且^一實施例中，在一行進剖面儀感測器上可存 在兩行偏移像素，每行約六個像素。行進剖面儀具有使用較少像素來得到 大面積上的離子束密度的優點，而對于相同數目的像素而言， 一組靜止像 素具有大大降低的空間解析率。然而，此方法的缺點為額外像素的成本以
5及復雜性與用于每一像素的相關聯的布線。另外，像素以及相關聯的布線 需要離子植入器的區中的空間，其中存在此空間的額外費用。舉例而言，在 進行量測之后在處理腔室外轉譯該行進剖面儀感測器可能是有益的。該處 理腔室中的相關聯的開口可能不足夠大以許可大量像素以及相關聯的布線 耦接至行進剖面儀感測器。
因此，在此項技術中存在對用于在二維中量測離子束密度的新的以及 改良的離子束密度量測系統的需要。

發明內容
根據本發明的第一態樣，提供一種束密度量測系統。束密度量測系統
包括遮罩以及束感測器。束感測器在束的行進方向上位于遮罩下游。束感
測器經組態以感測該束的強度且束感測器具有長維度以及短維度。束密度
量測系統更包括致動器，此致動器相對于束感測器而轉譯遮罩，其中隨著
相對于束感測器而轉譯遮罩，遮罩阻斷來自束感測器的束的至少一部分，且 其中與遮罩相對于束感測器的位置的改變相關聯的強度的測得值表示該束
在束感測器的長維度所界定的第一方向上的束密度分布。
根據本發明的另一態樣，提供一種裝置。此裝置包括經組態以產生一 種束的束產生器以及束密度量測系統。束密度量測系統包括遮罩以及束感 測器。束感測器在該束的行進方向上位于遮罩下游。束感測器經組態以感 測該束的強度且束感測器具有長維度以及短維度。束密度量測系統更包括 致動器，此致動器相對于束感測器而轉譯遮罩，其中隨著相對于束感測器 而轉譯遮罩，遮罩阻斷來自束感測器的束的至少一部分，且其中與遮罩相 對于束感測器的位置的改變相關聯的強度的測得值表示該束在束感測器的 長維度所界定的第一方向上的束密度分布。
根據本發明的又一態樣，提供一種方法。此方法包括提供在一種束的 行進方向上位于遮罩下游的束感測器，束感測器具有長維度以及短維度；相
對于束感測器而轉譯遮罩以使得遮罩阻斷來自束感測器的該束的至少一部
分；以及對于遮罩相對于束感測器的不同位置以束電流感測器來量測該束 的強度，其中與遮罩相對于束感測器的位置的改變相關聯的強度的測得值 表示該束在束感測器的長維度所界定的第一方向上的束密度分布。


為了更佳地理解本揭露案，參看隨附圖式，其中 圖1A是根據本發明的實燕例的包括束產生器以及束密度量測系統的裝 置的簡化示意圖。
圖1B是與圖1A—致的示意圖，其中裝置為離子植入器。圖2是與本發明的實施例一致的包括離子束電流密度量測系統的離子
植入器的一實施例的示意圖。
圖3是用于圖1B的離子束電流密度量測系統中的遮罩的主視圖。 圖4是相對于束電流感測器處于第一位置中的圖3的遮罩的主視圖。 圖5(A)-(D)是相對于束電流感測器處于第二位置中的圖3的遮罩的主視圖。
圖6是相對于束電流感測器處于第三位置中的圖3的遮罩的主視圖。 圖7是作為圖3的遮罩的水平遮罩位置的函數的束電流的曲線。 圖8是作為與圖3的遮罩一致的遮罩的遮罩位置的函數的束電流的更 詳細曲線。
圖9是用于判定垂直的束電流密度剖面的操作的流程圖。 圖IO是入射于多個束電流感測器上的帶離子束的橫截面的示意圖。 圖11是圖IO的帶束的束電流對水平位置的曲線。 圖12說明圖IO以及圖11的帶束分布的在水平以及垂直方向上的束電 流密度分布的曲線。
圖13是入射于束電流感測器上的點束的橫截面的示意圖。
圖14是圖14的整個點束的束電流對垂直位置的曲線。
圖15是圖14的點束的束電流對水平位置的曲線。
圖16說明圖14以及圖15的點束分布的在水平以及垂直方向上的束電
流密度分布的曲線。
圖17是點束的束電流密度的例示性二維映射的圖表。
圖18是遮罩的相關聯的#直位置的不同的水平束電流密度分布的多個曲線。
圖19是具有第一遮罩以及束電流感測器位置的離子束電流密度量測系 統的第一實施例。
圖2 0是具有第二遮罩以及束電流感測器位置的離子束電流密度量測系 統的第二實施例。
圖21是具有第三遮罩以及束電流感測器位置的離子束電流密度量測系 統的第三實施例。
圖22至圖25說明與本發明一致的遮罩的額外實施例。
100:裝置 102:
104:束 120:
124:使用者介面系統 130:
132:機器可讀媒體 140:
142:離子束感測器 150:
152:連接桿 156:
7
離子束產生器
控制器
處理器
離子束密度量測系統
遮罩
致動158:
172:
202:
220:
224:
228:
240:
240b
242:
302a
302c
320
328
800
902
906
910
914
1006
1008
基板平面 170
轉譯路徑/轉譯方向 200
離子束產生器 204
離子源 222
質量分析器 226
掃描器 230 離子束電流密度量測系統 240a 離子束電流密度量測系統 240c
離子束電流感測器 302:
位置 302b 位置 、304
離子束電流感測器 322
離子束阻擋器 700
曲線 900
操作 904
操作 908
操作 912
操作 916
離子植入器 離子植入器 離子束
提取電極組/提取電極 解析孔
角度校正器磁體 離子束電流密度量測系統 離子束電流密度量測系統
直外邊緣/后邊緣 位置
直外邊緣/前邊緣
離子束電流感測器
曲線
流程圖Af喿作
操作
操作
操作
操作
帶離子束
垂直離子束電流密度分布/垂直離子束電流密度剖面
1100:曲線1102:,泉
1020:離子束電流感測器/第--離子束電流感測器1022:離子束電流感測器1024:離子束電流感測器
1026:離子束電流感測器1028:離子束電流感測器
1030:離子束電流感測器1032:離子束電流感測器
1202:曲線1204:曲線
1206:曲線1302:離子束電流感測器
1306:點離子束1400:曲線/剖面
1500:曲線/剖面1602:曲線
1604:曲線1606:曲線
1700:二維映射1702:第一離子束電流范圍
1704:第二離子束電流范圍1706第三離子束電流范圍
1708:第四離子束電流范圍1802曲線
1804:曲線1806曲線
1808:曲線1810曲線
1902:行進剖面儀感測器2200遮罩2202:垂直外邊緣2204:有角度狹槽
2300:遮罩2302:垂直外邊緣
2304:有角度狹槽2400:遮罩
2402:外邊緣2404:第二特征
2500:遮罩2502:外邊緣
2504:第二特征2506:矩形開口
2508:矩形開口HI:點離子束的高度
L:長維度m3:斜率
Sl:間距S2:間距
S3:間距W:短維度/寬度
X:軸/方向Y:軸/方向
Yl:點Y2:點
Z:軸/方向△ X:距離
△ 額外垂直距離e:銳角
具體實施方式
、
圖1A說明與本發明的實施例一致的包括離子束產生器102以及離子束 密度量測系統140的裝置100的方塊圖。離子束產生器102可包括各種類 型的組件以及系統以產生一種束104。束可包括(但不限于)離子束、光束、 電子束以及中性粒子束。
離子束密度量測系統140可包括遮罩(shield) 150 、致動器 (actuator) 156、離子束感測器142以及控制器120。遮罩150可由多種材 料制造以便選擇性地阻斷該束104。致動器156可包括一或多個馬達、驅動 機構、機械連桿以及如此項技術中已知的任何其他組件。致動器156可藉 由轉譯(translate)遮罩150、離子束感測器142或兩者的某種組合來相對 于離子束感測器142而轉譯遮罩150。在一實施例中，致動器156可沿轉譯 路徑172而轉譯遮罩且致動器156可經由如圖1中所說明的連接桿152而 耦接至遮罩150。
離子束感測器142在束104的行進方向上位于遮罩150下游。離子束 感測器142經組態以感測入射于其上的特定束104的強度。因此，離子束 感測器142可隨束104的類型而不同。舉例而言，離子束感測器1"可在 束104為離子束時為諸如法拉第感測器的離子束電流感測器。離子束感測 器142亦可在束104為光束時為諸如光偵測器的光感測器，在束104為中 性粒子束E^為中:生粒，偵測，等。、, 、，
腦或通用電腦的網絡。控制器120可包括處理器130以及機器可讀媒體132。處理器130可包括此項技術中已知的一或多個處理器，諸如自英特爾公司 (Intel Corporation)市售的彼等處理器。機器可讀媒體132可包括一或 多種才幾器可讀卡者存汷某體，"i者^口隨才幾存取i己憶體(random—access memory, RAM )、動態RAM ( dynamic RAM, DRAM )、磁碟(例如，軟性磁碟以及硬碟機)、 光碟(例如，CD-ROM)及/或可儲存用于執行的指令的任何其他設備。控制 器120亦可包括其他電子電路或組件，諸如特殊應用集成電路(a卯lication specific integrated circuit),其他硬連線或可程序化電子設備、離散 元件電路等。控制器120亦可包括通信設備。控制器120可自裝置100的 任何種類的系統以及組件接收輸入資料以及指令且提供輸出信號以控制該 裝置100的組件。
裝置100亦可包括使用者介面系統(user interface system) 124。 使用者介面系統124可包括(但不限于)諸如觸控熒幕、鍵盤、使用者指 向設備、顯示器、印表機等的設備以允許使用者輸入命令及/或資料，及/ 或經由控制器120來監視該裝置100。
轉至圖1B，說明與圖1A—致的示意圖，其中裝置100為離子植入器 170。在本文中結合具有離子束電流密度量測系統240的離子植入器來進一 步描述本發明。然而，本發明'可用以感測任何類型的離子束的離子束密度 分布。因此，本發明不限于本文中所述的特定實施例。類似地標記類似于 圖1A的組件的圖1B的組件且因此為清楚起見在本文中省略任何重復描述。
離子束產生器102可為經組態以產生離子束204的離子束產生器202。 離子束電流密度量測系統240可包括離子束電流感測器242以量測離.子束 204的離子束電流。傳送至工件的離子束204可基于植入器170的特定束線 (beamline)的架構而為點離子束或帶離子束。點離子束可為不具有掃描器 的固定或靜止點離子束。或者，可由離子束產生器202的掃描器來掃描點 離子束以提供經掃描的點離子束，此經掃描的點離子束在一些情況下亦可 被稱作經掃描的帶離子束。離子束204亦可為真有至少與待植入的工件一 樣寬的長維度的帶離子束。離子束204亦可為任何類型的帶電粒子束，諸 如高能離子束。
遮罩150可由包括(但不限于)石墨、硅或硅涂布的金屬的多種材料 來制造以便選擇性地阻斷離子束204。離子束電流感測器242經組態以感測 該離子束204的離子束電流且在一實施例中可為如此項技術中已知的法拉 第感測器。
在操作中，致動器156可提供機械力以相對于離子束電流感測器242 而轉譯遮罩150。在一實施例中，致動器156可沿轉譯路徑172而轉譯遮罩 150。離子束電流感測器242可在離子束204的行進方向上位于遮罩150下 游。如本文中所使用，"下游"以及"上游"在離子束傳送的方向上被提及。
10在一實施例中，轉譯路徑172可在基板平面158中，將在將離子束204植 入至基板中期間在基板平面158處支撐基板(未說明)。基板平面158可用 以界定座標系統，其中原點在經定位用于基板平面158中離子植入的基板 的中心處，X軸是水平的且在基板平面158中，Y軸是垂直的且在基板平面 158中，且Z軸在離子束204的行進方向上垂直于基板平面158。
隨著沿轉譯路徑172而轉譯遮罩，遮罩150經組態以阻斷來自離子束 電流感測器242的離子束204的至少一部分。離子束電流感測器242可經 設計以在任何位置(X或Y)處量測總離子束電流。遮罩150可以隨著沿轉 譯路徑172來轉譯遮罩該遮罩的一部分阻斷來自離子束204的離子束電流 感測器242的一不同部分的方式而移動。與遮罩150沿轉譯路徑172的位 置的改變相關聯的離子束電流的測得值表示離子束204在被遮罩150沿轉 譯路徑172的運動阻斷或未阻斷的離子束電流感測器區中的離子束電流密 度分布。
離子束電流感測器242可具有長維度以及短維度。長維度以及短維度 可由感測器自身界定。或者，長維度以及短維度可由遮罩(未說明)中的狹 槽來界定，遮罩位于具有與遮罩類似的維度的較大離子束電流感測器上游。 在一實施例中，感測器242的，維度可在Y方向上對準且轉譯方向172可 在X方向上，以使得離子東ik密度量測系統240可提供離子束在Y方向 上的離子束電流密度分布。在另一實施例中，感測器242的長維度可在X 方向上對準且轉譯路徑172可在Y方向上，使得離子束電流密度量測系統 240可提供離子束在X方向上的離子束電流密度分布。圖1的離子束感測器 142亦可類似地具有長維度以及短維度。
轉至圖2，說明與本發明的實施例一致的包括離子束電流密度量測系統 240的離子植入器200的方塊圖。許多其他離子植入器將為熟習此項技術者 所已知的且圖2的實施例僅藉由實例而提供且并不意欲為限制性的。類似 地標記類似于圖1B的組件的圖2的組件且因此為清楚起見在本文中省略任 何重復描述。離子植入器200可包括離子源220、提取電極組(extraction electrode set) 222、質量分析器(mass analyzer) 224、解析孑L (resolving aperture) 226、掃描器228以及角度校正器f茲體230。
離子源220可產生離子且可包括離子腔室以及含有待離子化的氣體的 氣體箱。可將氣體供應至離'子腔室，氣體待在離子腔室處經離子化。可自 離子源220提取因此形成的離子。提取電極222以及提取電源可加速來自 離子源的離子。如由控制器120來控制，提取電源可為可調的。離子源的 構造以及操作是熟習此項技術者所熟知的。
質量分析器224可包括一解析磁體，此解析磁體偏轉離子以使得所要種 類的離子通過解析孔226且非所要的種類不通過解析孔226。在一實施例中，質量分析器224可使所要種類的離子偏轉90度。掃描器228可位于解析孔 226下游以在至少一方向上掃描離子束。如此項技術中已知，掃描器228可 為靜電掃描器或磁掃描器。
角度校正器磁體230可偏轉所要離子種類的離子以將來自掃描器228
的發散離子束轉換至具有大體平行離子軌道的近似準直的離子束。此離子 束204可被稱作經掃描的點離子束或經掃描的帶離子束。在一實施例中， 角度校正器磁體230可使所姜'離子種類的離子偏轉45度。
離子束電流密度量測系統240的致動器156、遮罩150以及離子束電流 感測器242可位于離子植入器200的終端臺(end station)中。終端臺可包 括此項技術中已知的其他組件，諸如支撐晶圓的壓板以及以所要方式來驅 動壓板以及因此驅動該晶圓的壓板驅動系統。
圖3是可利用于離子束電流密度量測系統240中的遮罩150的主^L圖。 其他遮罩實施例是可能的且僅藉由實例來說明遮罩150且并不意欲為限制 性的。在正Z方向上(亦即，在離子束204的下游方向上)觀察遮罩150。 遮罩150可為阻斷離子束204的任何元件且可由包括(但不限于)石墨、 硅以及硅涂布的金屬的多種材料來制造。
遮罩150可具有第一待征以及第二特征，其中第二特征具有作為第二 特征的位置的函數的距第一特征的可變間距。在圖3的實施例中，第一特 征可為與轉譯路徑172成正交角地定向的直外邊緣304，且第二特征可為與 轉譯路徑172成非正交角地定向的直外邊緣302。歸因于作為邊緣302上的 位置的函數的每一邊緣304、 302之間的可變間距，外邊緣304以及302在 邊緣302上的位置302a處具有間距Sl,在邊緣302上的位置302b處具有 間距S2，且在邊緣302上的位置302c處具有間距S3。在其他遮罩實施例 中，外邊緣302、 304可能不是直的。另外，外邊緣302、 304可相對于彼 此成銳角6地定向。在一實施例中，邊緣302與304之間的角度e可在約 20度與45度之間。
多個離子束電流感測器320、242以及322可在正Z方向上位于遮罩150 下游。離子束電流感測器242可具有長維度L以及短維度W。長維度L可在 Y方向上對準。在一實施例中，多個離子束電流感測器320、 242以及322 可為法拉第感測器，諸如位于離子束阻擋器328中的劑量法拉第取樣杯。
圖4說明相對于離子束電流感測器242處于第一位置中的圖3的遮罩 150的主視圖。可在負X方向上轉譯該遮罩150以使得遮罩150的與轉譯路 徑172正交的外邊緣304為前邊緣且另一外邊緣302為后邊緣。遮罩150 沿轉譯路徑172的轉譯可為連續的或以離散步驟來進行。當一前(leading) 邊緣304處于位置X0時，遮罩150可完全阻斷來自離子束電流感測器242 的離子束204。圖5說明相對于離子束電流感測器242處于第二位置中的圖3的遮罩 的主視圖。與圖4的第一位置相比，已轉譯該遮罩150達距離AX以使得前 邊緣304現處于位置-Xl。由于已知距離AX且已知遮罩150的幾何形狀， 因此可自方程式(1)判定離子束電流感測器242的未遮蔽區的Y位置的對 應改變或AY。
<formula>formula see original document page 13</formula>
在方程式(l)中，AX為遮罩150沿X方向的位置的改變，且e為邊 緣304與302之間的角度。
圖6說明相對于離子束電流感測器242處于第三位置中的圖3的遮罩 的又一主視圖。與圖5的第二位置相比，已轉譯該遮罩達類似距離AX以使 得前邊緣304現處于位置-X2。因此，遮罩150的后(trailing)邊緣302未 遮蔽離子束電流感測器242的額外垂直距離AY。因此，>^見離子束的位置以 及高度而定，與先前位置相比，可由離子束電流感測器242來感測離子束 的較大部分(在垂直方向上)。可繼續轉譯該遮罩150直至后邊緣302不阻 斷來自離子束電流感測器242的離子束的任何部分。
因此，隨著在負X方向上轉譯該遮罩150,離子束電流感測器242的遮 蔽區改變。歸因于邊緣302的離子束電流感測器的遮蔽區的改變導致藉由 離子束電流感測器242的測得離子束電流的改變，可利用此等改變來判定Y 方向上的垂直離子束電流密度分布，此由于離子束電流感測器242的長維 度L在Y方向上對準。
圖7說明作為用于遮罩150的不同水平X位置的遮罩位置的函數的由 離子束電流感測器242量測的離子束電流的曲線700。X座標對應于遮罩150 的前邊緣304的位置。隨著在負X方向上轉譯前邊緣，前邊緣在其快要到 達X1位置時阻斷來自離子束感測器242的離子束。因此，由離子束電流感 測器242感測的離子束電流迅速下降直至在位置XI處其到達0附近。由離 子束電流感測器量測的離子束電流保持于約0直至后邊桑彖302開始未遮蔽 離子束電流感測器242的一區(離子束的一部分導向此區)為止。此在位 置XO與 XI之間的中途附近發生。后邊緣302未遮蔽離子束電流感測器 242中的更多部份且量測較大量的總離子束電流直至前邊緣到達位置 X3 附近，其中現由離子束電流感測器242量測離子束的總高度。
圖8是作為遮罩X位置的函數的離子束電流的曲線800，其說明隨著在 負X方向上轉譯該邊緣302而與未遮蔽離子束感測器242的邊緣302相關 聯的測得的離子束電流的部分。在圖8的實例中，標繪出等距X位置處的 總離子束電流。因此，測得的離子束電流的改變率直接影響曲線800的斜 率。 一般而言，曲線800的斜率愈大，可歸因于離子束電流感測器的特定Y 區域的離子束電流愈高。與臨限值相比的過大斜率(例如，X位置X5與-X4之間的斜率m3)可指示離子束在與遮罩的X位置相關聯的特定Y區域 中的"熱點"。若Y方向上的測得離子束電流密度的部分超過臨限值，則離 子束電流密度量測系統的控制器可采取校正行動。校正行動可包括防止至 基板中的離子植入。若測得離子束電流密度的部分超過臨限值，則所得劑
量率可高于可接受的劑量率。
圖9是與實施例一致的隨著在X方向上轉譯遮罩而判定Y方向上的垂 直的離子束電流密度的操作的流程圖900。在此情況下，離子束電流感測器 可使其長維度定向于Y方向上(見圖3中的離子束電流感測器242作為實 例)。在操作開始902時，在X方向上將遮罩轉譯至初始X位置904。遮罩 沿轉譯路徑的轉譯可為連續的或以離散步驟來進行。
可接著由離子束電流感測器來量測906在此初始遮罩位置處的Y方向 上的離子束電流(IOO )。若遮罩在初始位置處完全阻斷來自離子束電流感 測器的離子束，則在一些實施如j中初始離子束電流可約為零。
可接著在X方向上將遮罩轉譯至下一 X位置(X +厶X) 908。可接著 在此新X位置處量測Y方向上的離子束電流。Y方向上的離子束電流等于初 始離子束電流量測U(Y))加上與被遮罩的特征遮蔽或未被遮蔽之區的改 變(AY)相關聯的任何額外電流量測。舉例而言，隨著由離子束電流感測 器242轉譯該遮罩150的有角度的外直邊緣302，可由離子束電流感測器 242感測離子束的未被邊緣302遮蔽的額外部分。
可接著回應于位置之間的測得離子束電流的改變或I(Y + AY) -I(Y) 而計算離子束電流密度。詳言之，可由方程式(2)給出離子束電流密度， 其中K為關于特定遮罩實施例以及離子束電流感測器的幾何形狀的常數。
(2) J(Y) = K * I(Y + AY) - I(Y)。
在方程式(2)中，J(Y)為對于特定范圍的Y值的離子束電流密度。K 為關于遮罩以及離子束電流感測器的特定幾何形狀的常數，且1(丫+ AY)-I(Y)為隨著由離子束電流感測器轉譯遮罩的特定特征(例如，遮罩150的 邊緣302 )而測得的離子束電流的改變。對于具有圖3的遮罩150遮罩以及 具有寬度W的離子束電流感測器242的系統幾何形狀，可將方程式(2)表 達為方程式(3)。
(3) J(Y) = 2W(AI(Y))/ ((AX) (AY))
在方程式(3)中，W為如圖5中所說明的離子束電流感測器242的寬 度，AI(Y)為離子束電流自在遮罩的特征(例如，邊緣302 )的先前Y位置 處的先前量測的改變，AX為遮罩已在X方向上自最后量測轉譯的距離，且 △ Y = (AX)(tan 6)，如在方程式(1)中詳述且在圖5中說明者。.
若離子束電流感測器的未被遮罩的特征遮蔽或被遮蔽的區的當前Y長 度小于離子束電流感測器的高度，則繼續越過離子束電流感測器的寬度來轉譯遮罩(步驟914)。若當前Y長度變得大于離子束電流感測器的高度，則 操作結束(916)。可利用判定Y方向上的垂直離子束電流密度的圖9的才喿作 (900)用于不同的離子束。圖9的操作亦可與判定X方向上的水平離子束電 流密度的其他操作組合以產生X與Y方向上的離子束電流密度值的二維離 子束電流剖面映射。
圖10說明與本發明一致的離子束電流密度量測系統的帶離子束1006 以及多個離子束電流感測器的前視橫截面圖。在圖10的實施例中，說明七 個離子束電流感測器1020、 1022、 1024、 1026、 1028、 1030以及1032，盡 管可利用一或多個離子束電流感測器。為說明的清楚起見，自圖10省略遮 罩150。離子束電流感測器1020、 1022、 1024、 1026、 1028、 1030以及1032 中的每一者可固定于特定X位置處。隨著沿轉譯路徑172而將遮罩150轉 譯以經過每一離子束電流感測器，可藉由與圖9中所詳述的操作一致的方 法來為每一感測器1020、 10 2、 1024、 1026、 1028、 1030以及1032形成Y 方向上的垂直離子束電流密度分布。舉例而言，可為感測器1020形成Y方 向上的垂直離子束電流密度分布1008 [1(y) 5)位置X3],以此類推可為每 一其他感測器1022、 1024、 1026、 1028、 1030以及1032在其各別X位置 處形成Y方向上的垂直離子束電流密度分布。
除每一離子束電流感測器的垂直離子束電流密度剖面之外，亦可如圖 11中所說明來形成帶離子束1006的離子束電流對X位置的曲線1100。可 藉由在X方向上將行進剖面儀感測器(例如，如此項技術中已知的行進剖 面儀法拉第感測器)轉譯穿過帶離子束1006的長維度來形成曲線1100。當 形成X方向上的離子束電流密度分布曲線1100時，遮罩150可遠離離子束 電流感測器而定位以不阻斷離子束的任何部分。
以總水平離子束電流密度分布曲線1100以及垂直離子束電流密度剖 面，可(例如)由控制器120形成X以及Y方向上的離子束電流密度的二 維映射。圖12說明一形成此映射的方式。可自圖11的曲線IIOO來確定每 一 X位置處的總離子束電流。可接著藉由將特定X位置處的總離子束電流
分割成特定的垂直離子束電流密度剖面來使總離子束電流根據各別的垂直 離子束電流剖面而分布在Y軸附近。舉例而言，如曲線1100上的點1102所 說明，第一離子束電流感測器1020的 X3位置處的總離子束電流可為I,。 可接著以垂直離子束電流密度剖面1008來分割此總離子束電流Ii以獲得曲 線1202。類似地，可藉由以離子束電流感測器1022的相關聯的垂直離子束 電流密度剖面來分割 X2位置處的總離子束電流以形成曲線1204,以此類 推可對于具有相關聯的離子束電流感測器的每一 X位置形成曲線。可接著 藉由線性內插法來計算額外的曲線，例如，可使用線性內插法而自曲線1202 以及1204來計算曲線1206。
15圖13說明與本發明一致的離子束電流密度量測系統的點離子束1306 以及離子束電流感測器1302的前禍L橫截面圖。為說明的清楚起見，自圖13 省略遮罩150。隨著沿轉譯路徑172而將遮罩150轉譯以經過離子束電流感 測器1302,可藉由與圖9中所詳述的操作一致的方法來形成Y方向上的垂 直離子束電流密度分布。舉例而言，可如圖14的曲線1400所詳述來形成Y 方向上的垂直離子束電流密度分布。隨著將遮罩轉譯以經過離子束電流感 測器，可藉由越過離子束電流感測器1302而掃描整個點離子束來形成曲線 1400以使得所得曲線1400為整個點離子束的平均Y分布。點離子束的掃描 的速度可比遮罩的轉譯的速度快得多。點離子束的高度H1亦可由控制器120 自曲線1400確定為兩個點Yl與Y2之間的距離。點Yl以及Y2亦表示點離 子束沿Y方向的垂直定位。
圖15說明水平離子束剖面沿X方向的曲線1500。可藉由在X方向上將 行進剖面儀感測器轉譯以穿過整個點離子束1306來形成曲線1500,且遮罩 150遠離離子束電流感測器1302而定位以不阻斷點離子束1306的任>阿部 分。
圖16說明在X與Y方向上標繪的離子束電流的曲線1602、 1604、 1606。 在一情況下，可藉由自圖15的曲線1500來確定X1位置處的總離子束電流 以及如圖14的曲線1400所詳述以點離子束1306的垂直離子束電流剖面而 分割該總離子束電流來形成曲線1602。類似地，可藉由分別以同一曲線1400 而分割X2以及X3位置處的總離子束電流來形成曲線1604以及1606。以此 方式，可形成點離子束1306的X以及Y方向上的離子束電流密度的二維映 射。
形成離子束電流密度的二維映射的另一方式為乘兩個矩陣。第一矩陣 可為N列xi行矩陣[N x 1],其具有N列不同的Y位置以及與每一Y位置 相關聯的一行離子束電流。舉例而言，圖14說明不同的Y位置與每一 Y位 置的相關聯的離子束電流的曲線1400。笫二矩陣可為1列xM行矩陣[l x M]，其具有相關聯的X位置的1列不同的離子束電流。此等兩個矩陣的相 乘可得到N列xM行[N x M]矩陣，其表示點離子束1406的在X以及Y方向 上的離子束電流密度的二維映射。在一實施例中，控制器120可執行此等 計算以提供X以及Y方向上的離子束電流密度的二維映射。
圖17說明點離子束的離子束電流密度的例示性二維映射1700，其可自 類似于圖14以及圖15的剖面1400以及1500判定的垂直以及水平剖面來 計算。區域1702表示第一離子束電流范圍，區域1704表示第二離子束電 流范圍，區域1706表示第三離子束電流范圍,且最后區咸1708表示第四 離子束電流范圍。離子束電流第一范圍1702可大于第二范圍1704，第二范 圍1704又可大于第三范圍1706,第三范圍1706又可大于第四范圍1708。盡管為清楚起見說明四個離子束范圍，但離子束電流密度的二維映射可視 選定的范圍以及測得的離子束電流而具有任何的多個范圍。
替代隨著越過離子束電流感測器掃過整個點離子束而量測離子束電流
感測器中的總電流以達成一諸如圖14的曲線1400的垂直分布曲線以及一 諸如圖15的曲線1500的水平分布曲線且接著計算離子束電流密度的二維 映射，可如圖18中所詳述而形成X方向上的多個離子束電流分布。
圖18說明遮罩150的各種Y位置的不同的水平X離子束電流剖面的多 個曲線1802、 1804、 1806、 1808以及1810。遮罩可首先處于完全阻斷來自感 測器的點離子束的位置中。隨著越過離子束電流感測器而轉譯遮罩，遮罩可 允許隨著遮罩的特征(例如，邊緣302 )來轉譯以經過離子束電流感測器， 離子束電流感測器感測離子束的愈來愈大的部分。在遮罩的特征的Y0位置 處，可越過離子束電流感測器來掃描整個點離子束且可形成曲線1810。在 遮罩的特征的另一Y1位置處，點離子束中的較少者可能被遮罩阻斷且可隨 著越過離子束電流感測器來掃描整個點離子束而量測曲線1808。此過程可 對于額外Y位置而繼續直至遮罩不再阻斷點離子束的任何部分。以此方式， 可為點離子束形成特定測得的二維離子束電流密度分布。替代量測遮罩的 不同的Y位置的X方向上的離子束電流分布，可形成遮罩的不同的X位置 的Y方向上的多個離子束電流分布。
圖19說明與圖1B的系統240 —致的離子束電流密度量測系統240a的 第一實施例以說明特定的遮罩以及離子束電流感測器位置。遮罩150可耦 接至行進剖面儀感測器1902 (例如，如此項技術中已知的行進法拉第感測 器)。此實施例中的行進剖面儀感測器1902以及因此遮罩150可在由141 在將離子束植入至基板中期間界定的基板平面158中行進。離子束電流感 測器242在Z方向上位于遮罩下游。離子束電流感測器242可為位于基板 平面158下游的終端臺中的取樣法拉第感測器(例如，取樣法拉第杯(sample Faraday cup))。
圖20說明離子束電流密度量測系統240b的第二實施例，其中遮罩150 在離子束204的行進方向上位于基板平面158下游。離子束電流感測器242 可為位于基板平面158下游的終端臺中的取樣法拉第感測器(例如，取樣 法拉第杯)。
圖21說明離子束電流密度量測系統240c的第三實施例，其中離子束 電流感測器可為位于基板平i/ 158上游的行進剖面儀感測器1902。遮罩150 可位于行進剖面儀感測器1902上游且因此亦位于基板平面158上游。
在圖22至圖25中展示其他合適的遮罩實施例。如圖22中所示，遮罩 2200包括垂直的外邊緣2202的形式的第一特征以及有角度的狹槽2204的 形式的第二特征。如圖23中所示，另一遮罩2300包括垂直的外邊緣2302的形式的第一特征以及有角度的狹槽2304的形式的第二特征。圖24說明 另一遮罩2400，其具有外邊緣2402的形式的第一特征以及矩形開口的陣列 的形式的第二特征2404。圖25說明又一遮罩2500，其具有外邊緣2502的
形式的第一特征以及矩形開口的陣列的形式的第二特征2504,矩形開口的 陣列具有在水平與垂直方向上彼此偏移的兩組矩形開口 2506以及2508。
隨著相對于離子束感測器來轉譯圖22至圖25的遮罩的實施例，各別遮 罩的垂直邊緣可首先阻斷來自離子束感測器的離子束。隨著相對于離子束 進一步轉譯各遮罩，遮罩中的相關聯的開口許可離子束通過至離子束感測 器。因此，與如較早以圖3的遮罩150實施例詳述量測累積的電流中的改 變相比對，圖22至圖25的遮罩可許可直接量測相關聯的離子束感測器的 長維度所界定的方向上的離子束密度。舉例而言，圖22至圖25的遮罩可 許可以具有在Y方向上對準的長維度的相關聯的離子束電流感測器(例如， 離子束電流感測器242 )來直接量測Y方向上的垂直離子束電流密度。
有利地，可易于判定由離子束感測器的長維度界定的方向上的離子束 密度。對于判定兩個方向上的剖面僅需要一運動方向，其簡化諸如馬達驅 動系統的相關聯的機械驅動系統。另外，可易于將離子束電流密度量測系 統并入現存的離子植入器中。此外，與本發明一致的遮罩的使用比現有習 知的多像素頭與其相關聯的硬體簡單、費用低且體積小。垂直離子束電流 密度分布亦可用以判定離子束在垂直方向上的離子束高度。
本文中已使用的術語以及表達用作描述的術語并非限制性的，且在此 等術語以及表達的使用中并f,韋欲排除所展示以及描述的特征(或其部分) 的任何均等物，且認可在權禾j要求書的范疇內各種修改是可能的。其他修 改、變化以及替代亦是可能的。因此，前述描述僅藉由實例且并不意欲為 限制性的。
權利要求
1. 一種束密度量測系統，其特征在于其包含遮罩；束感測器，其在束的行進方向上位于所述遮罩下游，所述束感測器經組態以感測所述束的強度，且所述束感測器具有長維度以及短維度；以及致動器，其相對于所述束感測器而轉譯所述遮罩，其中隨著相對于所述束感測器而轉譯所述遮罩，所述遮罩阻斷來自所述束感測器的所述束的至少一部分，且其中與所述遮罩相對于所述束感測器的位置的改變相關聯的所述強度的測得值表示所述束在所述束感測器的所述長維度所界定的第一方向上的束密度分布。
2. 根據權利要求1所述的束密度量測系統，其特征在于所述束包含離 子束，所述束感測器包含束電流感測器，所述強度包含所述離子束的束電 流，且所述束密度分布包含所述離子束在所述第一方向上的束電流密度分 布。
3. 根據權利要求2所述的束密度量測系統，其特征在于所述致動器沿 轉譯路徑而轉譯所述遮罩，且所述遮罩的所述長維度與轉譯路徑正交。
4. 根據權利要求3所述的束密度量測系統，其特征在于所述遮罩具有 第一特征以及第二特征，且所述第二特征具有作為所述第二特征上的位置 的函數的距所述第一特征的可變間距。
5. 根據權利要求4所述的束密度量測系統，其特征在于所述第一特征包含與所述轉譯路徑成正交角地定向的直外邊緣，且所述第二特征包含與 所述轉譯路徑成非正交角地定向的直外邊緣。
6. 根據權利要求3所述的束密度量測系統，其特征在于其更包含控制 器，其經組態以接收表示所述離子束在所述轉譯路徑的方向上的束電流密 度分布的信號且接收表示所述離子束在所述第一方向上的所述束電流密度 分布的信號，所述控制器進一步經組態以形成所述離子束電流在所述轉i奪 路徑的所述方向以及所述第一方向上的二維映射。
7. 根據權利2所述的束密度量測系統，其特征在于其更包含控制器， 其經組態以接收表示所述離子束在所述第一方向上的所述束電流密度分布 的信號且經組態以回應于所述信號而判定所述離子束在所述第一方向上的 高度。
8. 根據權利要求2所述的束密度量測系統，其特征在于其更包含控制 器，其經組態以接收表示所述離子束在所述第一方向上的所述束電流密度 分布的信號，所述控制器進一步經組態以將所述束電流密度分布與臨限值 相比且在所述束電流密度分布的部分超過所述臨限值時采取校正行動。
9. 一種束密度量測的裝置，其特征在于其包含 束產生器，其經組態以產生一種束；以及 束密度量測系統，包含遮罩；束感測器，其在所述束的行進方向上位于所述遮罩下游，所述束感 測器經組態以感測所述束的強度，且所述束感測器具有長維度以及短維度， 以及致動器，其相對于所述束感測器而轉譯所述遮罩，其中隨著相對于 所述束感測器而轉譯所述遮罩，所述遮罩阻斷來自所述束感測器的所述束 的至少 一部分，且其中與所述遮罩相對于所述束感測器的位置的改變相關第一方向上的束密度分布。 '''""、''夂'
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于所述束產生器包含一種離 子束產生器，所述束包含一種離子束，所述束感測器包含束電流感測器， 所述強度包含所述離子束的束電流，且所述束密度分布包含所述離子束在 所述第一方向上的束電流密度分布。
11. 根據權利要求IO所述的裝置，其特征在于所述離子束包含點束， 且其中所述束電流感測器提供所述點束在所述第 一方向上的所述束電流密 度分布。
12. 根據權利要求IO所述的裝置，其特征在于所述離子束包含點束， 且其中所述束電流感測器為所述遮罩相對于所述束電流感測器的多個位置 中的每一者提供所述點束在所述第一方向上的所述束電流密度分布。
13. 根據權利要求10所述的裝置，其特征在于其更包含行進剖面儀感所i離子束在所述轉譯i徑的方向上的束電流密度分布的信4:且i中所述遮罩耦接至所述行進剖面儀感測器，所述行進剖面儀感測器位于由基板 在將所述離子束植入至所述基板中期間界定的基板平面上游，且所述束電 流感測器包含位于所述基板平面下游的法拉第感測器。
14. 根據權利要求IO所述的裝置，其特征在于所述遮罩位于由基板在 將所述離子束植入至所述基板中期間界定的基板平面下游，且所述束電流 感測器包含位于所述基板平面下游的法拉第感測器。
15. 根據權利要求IO所述的裝置，其特征在于所述遮罩位于由基板在 將所述離子束植入至所述基板中期間界定的基板平面上游，且所述束電流 感測器包含位于所述基板平面上游的行進剖面儀感測器的法拉第感測器。
16. —種束密度量測的方法，其特征在于其包含以下步驟 提供在束的行進方向上位于遮罩下游的束感測器，所述束感測器具有長維度以及短維度；相對于所述束感測器而#*所述遮罩以使得所述遮罩阻斷來自所述束 感測器的所述束的至少一部分；以及對于所述遮罩相對于所述束感測器的不同位置以所述束電流感測器來 量測所述束的強度，其中與所述遮罩相對于所述束感測器的位置的改變相 關聯的所述強度的測得值表示所述束在所述束感測器的所述長維度所界定 的第一方向上的束密度分布。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特征在于所述束包含一種離子束， 所述束感測器包含束電流感測器，所述強度包含所述離子束的束電流，且 所述束密度分布包含所述離子束在所述第一方向上的束電流密度分布。
18. 根椐權利要求17所述的方法，其特征在于所述轉譯包含沿轉譯路 徑而轉譯所述遮軍，且其中所述遮罩的所述長維度與轉譯路徑正交。
19. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于所述離子束包含點束， 且其中所述束電流感測器為所述遮罩沿所述轉譯路徑的多個位置中的每一 者提供所述點束在所述第一方向上的所述束電流密度分布。
20. 根據權利要求17所述的方法，其特征在于其更包含 將所述離子束的所述束電流密度分布與臨限值相比；以及 在所述束電流密度分布的部分超過所述臨限值時采取校正行動。
全文摘要
一種束密度量測系統(140)，其包括遮罩(150)、束感測器(142，242)以及致動器(156)。束感測器在束(104，204)的行進方向上位于遮罩下游。束感測器經組態以感測該束的強度，且束感測器具有長維度以及短維度。致動器相對于束感測器而轉譯遮罩，其中隨著相對于束感測器而轉譯遮罩，遮罩阻斷來自束感測器的束的至少一部分，且其中與遮罩相對于束感測器的位置的改變相關聯的強度的測得值表示該束在束感測器的長維度所界定的第一方向上的束密度分布。
文檔編號H01J37/304GK101484967SQ200780023921
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月6日 優先權日2006年6月29日
發明者約瑟·C·歐爾森, 葛桔·A·洛里斯, 阿塔爾·古普塔 申請人:瓦里安半導體設備公司