TW202109601A - 射束輪廓的判定方法及離子束照射裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係使用新的射束輪廓的判定方法來謀求裝置啟動時間的縮短。本發明提供一種使用於將離子束IB橫切而掃描基板8以對基板全面照射離子束IB的離子束照射裝置的射束輪廓的判定方法，該判定方法係測定與基板8的掃描方向及離子束的行進方向正交的方向的離子束IB的射束輪廓，根據測定結果算出掃描基板8時照射到基板面的離子束的照射量分布的均勻性，並且將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較，而判定離子束IB的射束輪廓的妥當性。

Description

射束輪廓的判定方法及離子束照射裝置
本發明是關於一種射束輪廓的判定方法以及使用該方法的離子束照射裝置，該方法係判定離子束照射處理所使用的離子束的射束輪廓之妥當性。
離子注入裝置、離子束定向裝置等為代表的離子束照射裝置中，將比基板的一個方向的尺寸長的離子束橫切而機械性地掃描基板，以對基板全面進行離子束照射處理。
使用離子束的離子束照射處理中，與離子束的行進方向及基板掃描方向正交的方向的射束輪廓係對於基板的照射量分布有很大的影響。
因此，為了在基板面內實現均勻的離子束照射處理，一直以來，在對基板的離子束照射處理之前，將與離子束的行進方向及基板掃描方向正交的方向的射束輪廓調整成均勻狀態。
此外，在此所謂的射束輪廓係指射束電流或射束電流密度的分布。
進行射束輪廓的調整時，例如利用如專利文獻1所揭示的使用多極磁場的調整手段。另外，亦可利用使用電場來取代磁場的調整手段。使用電場 時，係利用具備複數片電極的調整手段。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-93327號公報
使用複數片電極、多極磁場等調整射束輪廓時，由於調整所使用的參數的數量變多，因此調整變得複雜且耗時。
近年來，有更高精度地使射束輪廓均勻的需求，射束輪廓的調整工程成為比以前需要更多時間的工程。
半導體製造工程相當重視生產能力。就使生產能力提升的觀點而言，不僅是讓裝置穩定地運轉，也要求必須在短時間內啟動裝置。
為了啟動裝置而成為可進行基板處理的狀態，需要數個調整作業。此等調整作業之一也包含射束輪廓的均勻化調整。
如前所述，近年來由於調整的複雜化，射束輪廓的均勻化調整成為耗時的工程，而進行如何使此工程在短時間結束而縮短裝置啟動所需的時間的試誤試驗。
本發明的主要目的在於使用新的射束輪廓的判定方法來謀求裝置啟動時間的縮短。
一種射束輪廓的判定方法，係使用於將離子束橫切而掃描基板以 對基板全面照射離子束的離子束照射裝置，該判定方法係實施下列步驟：
測定與前述基板的掃描方向及前述離子束的行進方向正交的方向的前述離子束的射束輪廓；
根據測定結果算出掃描前述基板時照射到基板面的離子束的照射量分布的均勻性；以及
將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較，而判定前述離子束的射束輪廓的妥當性。
就基板處理所使用的離子束的射束輪廓全體而言時，即使均勻性多少有些不良的情況，若只著眼於照射到基板的離子束的射束輪廓，則也會有基板面內的照射量的均勻性收斂於目標的範圍內的情況。例如，基板的外形為圓形時，離子束的長邊方向中，離子束的中央及端部利用於照射基板面的比例不一樣等情況，而並非使用於基板處理的離子束的所有區域皆以相同的程度來使用。
另外，射束輪廓於離子束的端部及中央不同的情況下以及射束輪廓全體皆呈凹凸狀的情況下，亦會有射束輪廓的均勻性取得相同的值的情況，但亦會有基板面內的照射量分布的均勻性各不相同的情況。
考慮到使基板面內的照射量分布均勻為最終目的，即使離子束全體的射束輪廓的均勻性稍微不良，也應該不成問題。
因此，本發明係算出離子束照射到基板時的基板面內的照射量分布，並將算出結果與基準值做比較之後而判定射束輪廓的妥當性。
使用這種判定方法，就不需要射束輪廓的過度調整，而可在短時間內啟動裝置。
另一方面，前述照射量分布的均勻性大於前述基準值時，亦可對 前述離子束的射束輪廓進行再調整。
又，即使是照射量分布的均勻性大於基準值的情況，因想要盡可能地省略射束輪廓的調整，亦可採用下述方法。
前述照射量分布的均勻性大於前述基準值時，
算出在實施一次或複數次之使前述基板繞著基板面的法線旋轉預定角度的步驟及在旋轉預定角度之後對前述基板進行離子束照射處理的步驟後的前述基板面內的照射量分布的均勻性；並且
將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較。
若使用上述方法，由於變更基板的旋轉角度來進行離子束照射處理，比起完全不變更旋轉角度的情況，有時亦可緩和照射量分布的不均勻性。
就離子束照射裝置而言，可採用下述構成：
將離子束橫切而掃描基板以對基板全面照射離子束的離子束照射裝置，該離子束照射裝置係具備：
射束輪廓儀，係測定與前述基板的掃描方向及前述離子束的行進方向正交的方向的前述離子束的射束輪廓；以及
控制裝置，係根據前述射束輪廓儀的測定結果算出掃描前述基板時照射到基板面的離子束的照射量分布的均勻性，並將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較，而判定前述離子束的射束輪廓的妥當性。
由於算出離子束照射到基板時之基板面內的照射量分布，並將算出結果與基準值做比較之後判定射束輪廓的妥當性，因此不需要射束輪廓的過度調整，而可在短時間內啟動裝置。
1:電漿室
2:引出電極
3:質量分析電磁鐵
4:分析狹縫
5:均勻化透鏡
6:靜電偏向加減速管
7:處理室
8:基板
9:射束輪廓儀
10:控制裝置
IB:離子束
IM:離子注入裝置
S1~S7:步驟
圖1係顯示離子注入裝置的構成例的平面圖。
圖2係關於射束輪廓及照射量分布的說明圖。
圖3係關於射束輪廓的判定方法的流程圖。
圖4係針對傾斜角度經調整時的射束輪廓及照射量分布的說明圖。
就使用離子束來進行基板處理的離子束照射裝置的代表例而言，已知有離子注入裝置。圖1係顯示此離子注入裝置的構成例的平面圖。離子注入裝置IM係對於要輸送至處理室7的離子束IB，將基板8(例如，外形為圓形或矩形的基板)沿朝圖中的箭頭符號方向機械性地往復掃描，而實現對基板全面的離子注入處理的裝置。
圖1所圖示的XYZ軸的方向係以要輸送至處理室7的離子束IB為基準來設定。
Z方向是要輸送至處理室7的離子束IB的行進方向。
X方向是與基板8的掃描方向平行的方向。
以與Z方向垂直的平面(XY平面)切斷離子束IB時，離子束IB的切斷面係大致呈長方形。具有這種剖面的離子束也稱為帶狀射束或片狀射束。
離子束IB的切斷面中，由於離子束之與X方向及Z方向正交的Y方向的尺寸比X方向的尺寸長，因此，本說明書中，將Y方向稱為離子束IB 的長邊方向。
由於離子束IB之Y方向的尺寸係比基板8的同方向的尺寸長，因此，橫切離子束IB來掃描基板8可實現對基板全面的離子束照射處理。
此離子注入裝置IM係具備：
生成電漿的電漿室1；
從電漿室1引出離子束IB的引出電極2；
使所引出的離子束IB中包含的不需要的離子種類與需要的離子種類以不同的旋轉半徑偏向的質量分析電磁鐵3；
妨礙質量分析電磁鐵3分離出的不需要的離子種類朝向下游側繼續行進的分析狹縫4；
利用於調整離子束的長邊方向(Y方向)的射束輪廓的均勻化透鏡5，該離子束係包含已通過分析狹縫4之需要的離子種類；以及
使通過均勻化透鏡5的離子束IB加減速以使通過均勻化透鏡5的離子束IB成為預定的能量，同時進行在加減速的過程中產生的不需要的能量成分之去除的靜電偏向加減速管6。
處理室7中，配置有用來測定離子束IB的長邊方向的射束輪廓(以下，除非另外註明，皆將離子束IB的長邊方向的射束輪廓稱為射束輪廓)的射束輪廓儀9。
射束輪廓儀9例如為沿Y方向排列複數個法拉第杯(Faraday cup)的多點法拉第杯，亦可為使單一或複數個法拉第杯沿Y方向移動的同時進行射束輪廓之測定的移動式的法拉第杯。
射束輪廓儀9的測定結果係傳送到控制裝置10。控制裝置10係 根據所接收的測定結果，對均勻化透鏡5傳送調整用的指令信號，以對應需要來進行射束輪廓的調整。均勻化透鏡5係例如專利文獻1所示的多極磁場的透鏡要素。
圖2是關於射束輪廓及照射量分布的說明圖。
圖2(A)及圖2(B)中，各圖的左側所描繪的射束輪廓不同，但如各圖的中央所繪示，將射束輪廓全體平均化時的平均值、均勻性的值係成為概略相同的值。
各圖的右側係描繪對於這種離子束將基板沿圖的左右方向掃描時的照射量分布。基板面的濃淡係對應於離子束的照射量，顏色越濃表示離子束的照射量越多。
在此，為了簡化說明，假定基板掃描速度固定，故基板面內的照射量分布中，圖的左右方向的照射量是沒有變動。
觀察圖2(A)的右側所描繪的照射量分布時，上下端有顏色稍濃的部分，但此部分占基板全體的比例少，基板全體呈現相同程度的濃淡，因此可謂照射量分布已達成了某種程度的均勻性。
另一方面，觀察圖2(B)的右側所描繪的照射量分布時，上下方向呈現帶狀的濃淡分布，比起圖2(A)的照射量分布，明顯地難以說是均勻。
如此，即使射束輪廓的均勻性大致相同，亦會有照射量分布的均勻性大幅相異的情況。
考慮到使基板面內的照射量分布均勻為最終目的，即使射束輪廓的均勻性稍微不良，也應該不成問題，若可達成最終目的，就不需要過度地為了使射束輪廓的均勻性良好的調整。
因此，本發明係考慮最終目的之基板面內的照射量分布來判定是否要進行 射束輪廓的調整，並且避免過度的射束輪廓的均勻性的調整，以謀求裝置的啟動時間的縮短。
此外，在此所述的照射量分布的均勻性並非使射束輪廓儀所測定的射束輪廓的資料單純地平均化並根據經平均化的射束電流密度的值所算出者。
本發明的照射量分布的均勻性係將對應於基板面內之各部位的離子束投影，並將所投影的離子束的射束電流密度的值平均化而算出。以下說明關於此算出方法的具體例。
首先，將離子束要照射的基板面細分化成為如圖2右側所描繪的帶狀。細分化時，帶狀為一例，亦可進行區域劃分成為格子狀，或是採用其他劃分方法。
接下來，根據射束輪廓的測定結果，算出照射到各區域的離子束的射束電流密度，並計算所算出的射束電流密度的平均值。根據此平均值以及對應於各區域的射束電流密度的值，算出標準偏差，求出照射量分布的均勻性。
注入處理時的基板的掃描速度、橫切離子束的基板的掃描次數，可根據基板上的全照射區域的平均射束電流密度的值來設定。
以下，使用圖3的流程圖，針對具體的處理加以說明。
首先，以射束輪廓儀9測定射束輪廓(步驟S1)。接下來，根據所測定的射束輪廓，計算基板面內的照射量分布的均勻性(步驟S2)。將所算出的均勻性與預設的基準值做比較(步驟S3)，低於基準值時，判定為基板面內的照射量分布的均勻性良好，不調整目前的射束輪廓而開始離子注入處理(步驟S4)。
另一方面，若是所算出的均勻性為基準值以上，則判定為目前的 射束輪廓不良，而亦可進行射束輪廓的調整。
然而，在進行目前的射束輪廓的調整之前，有時亦可進行步進注入來改善照射量分布的均勻性。
所謂步進注入係一種以往已知的離子注入的方法，在注入處理的中途，依離子束未照射到基板的位置來變更基板的旋轉角度，再開始離子注入處理的方法。
旋轉角度的變更及角度變更後的離子注入處理係反覆進行預定次數。舉具體例來說明，使基板分別步進旋轉90。而旋轉360。來進行離子注入處理時，則進行四次的步進注入。此外，步進旋轉時，使基板旋轉的旋轉軸係與基板面的法線處於平行的關係，且繞著基板中心進行基板的旋轉。
進行此步進注入，要掃描的基板的旋轉角度係相對於離子束改變，基板上的照射區域係重疊而平均化，故基板面內的照射量分布的均勻性也多少得到改善。
如圖3的流程圖，亦可在步驟S3處理之後設置步驟S5處理，該步驟S5係藉由計算求出使用此步進注入時的照射量分布的均勻性，並將所算出的均勻性與基準值做比較。惟，本發明中，設置此步驟S5處理並非必須，在步驟S3處理之後照射量分布的均勻性為基準值以上時，亦可進行射束輪廓的再調整。
將步進注入時的照射量分布的均勻性與基準值做比較(步驟S5)，判定為基準值以上時，使用步進注入而開始離子注入處理(步驟S7)。若非如此的情況，則調整目前的射束輪廓(步驟S6)。
若為上述本發明的構成，只有在最終判定射束輪廓不妥當時，才實施射束輪廓的調整工程，因此可盡量省略射束輪廓的多餘的調整。
圖1所描繪的離子注入裝置IM的構成僅為一例，就本發明所適用的離子注入裝置而言，只要至少具備射束輪廓儀9及均勻化透鏡5即可。
又，上述實施型態是以離子注入裝置IM為例來說明，但若是使用離子束來進行對於基板的離子束照射處理的離子束照射裝置且具備射束輪廓的調整手段的裝置，即可適用本發明。
再者，使用步進注入的方法並非僅適用於離子注入裝置，亦可適用於其他的離子束照射裝置。
上述實施型態係舉外形為圓形的基板為例來說明，但基板的形狀不必為圓形，亦可為矩形或其他形狀。
上述實施型態當中，判定目前的射束輪廓不良而進行射束輪廓的調整時，不需要調整離子束全體的射束輪廓。基板處理中，只有照射到基板的離子束的區域需要調整，因此亦可僅以基板處理所需的區域為對象來進行離子束的射束輪廓調整。
例如，如圖4所示，圓形的基板繞著X軸轉動而設定了傾斜角度的情況下，中央所描繪的表示各射束電流的區域的平均值的圖表中，斜線部分的離子束係未照射到基板的區域，因此亦可不進行該區域的射束輪廓的調整。
又，在處理比一般所要處理的基板的尺寸小的尺寸的基板的情況下，如設定了上述傾斜角度時，可能會發生未照射到基板的離子束的區域佔了離子束全體的大部分的情形。
這種情況下，與設定了傾斜角度時的例子相同地，亦可省略未照射到基板的區域的射束輪廓的調整，減少射束輪廓之調整所使用的參數的數量。
求取照射量分布的均勻性時，圖2、圖4的實施型態是將基板面 劃分成帶狀的區域，但進行步進注入時，可進行更複雜的區域劃分。
其他，本發明不限於前述實施型態，當然可在不脫離其主旨的範圍進行各種變形。
S1~S7:步驟

Claims (4)

  1. 一種射束輪廓的判定方法，係使用於將離子束橫切而掃描基板以對基板全面照射離子束的離子束照射裝置，該判定方法係實施下列步驟：
    測定與前述基板的掃描方向及前述離子束的行進方向正交的方向的前述離子束的射束輪廓；
    根據測定結果算出掃描前述基板時照射到基板面的離子束的照射量分布的均勻性；以及
    將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較，而判定前述離子束的射束輪廓的妥當性。
  2. 如請求項1所述之射束輪廓的判定方法，其中，前述照射量分布的均勻性大於前述基準值時，對前述離子束的射束輪廓進行再調整。
  3. 如請求項1所述之射束輪廓的判定方法，其中，
    前述照射量分布的均勻性大於前述基準值時，
    算出在實施一次或複數次之使前述基板繞著基板面的法線旋轉預定角度的步驟及在旋轉預定角度之後對前述基板進行離子束照射處理的步驟後的前述基板面內的照射量分布的均勻性；並且
    將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較。
  4. 一種離子束照射裝置，係將離子束橫切而掃描基板以對基板全面照射離子束，
    該離子束照射裝置係具備：
    射束輪廓儀，係測定與前述基板的掃描方向及前述離子束的行進方向正交的方向的前述離子束的射束輪廓；以及
    控制裝置，係根據前述射束輪廓儀的測定結果算出掃描前述基板時照射到基板面的離子束的照射量分布的均勻性，並將所算出的照射量分布的均勻性與基準值做比較，而判定前述離子束的射束輪廓的妥當性。
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