TWI409456B

TWI409456B - 離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法

Info

Publication number: TWI409456B
Application number: TW98105379A
Authority: TW
Inventors: chen kang Wei; Ming Yean; Heng Yu Cheng
Original assignee: Inotera Memories Inc
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2013-09-21
Also published as: TW201031909A

Description

離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法

本發明為一種量測方法，尤指一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法。

離子植入(ion implantation)為半導體製程中的一項重要製程，其主要用以改變晶圓的電性特性。請參閱第八圖至第十圖，一般離子植入製程是藉由一離子植入機10A來實現，該離子植入機10A大至包括一離子源(ion source)11A、一離子束總成(beamline assembly)12A、一植入平台(planten)13A、一定位平台(orientor)14A以及一機械手臂(robot)15A。

離子植入機10A執行離子植入的步驟為：首先，機械手臂15A將一晶圓20A從一晶圓盒(FOUP)(圖未示)取出，然後放置於定位平台14A上。該定位平台14A具有一定位盤141A及一檢測器142A，該定位盤141A用以旋轉該晶圓20A，該檢測器142A固定於該定位平台14A上，其能檢測出該晶圓20A的一缺口(notch)21A。

該晶圓20A的缺口21A被找出後，該定位盤141A旋轉該晶圓20A而使得該缺口21A與一第一旋轉零點(twist zero point)(圖未示)具有一旋轉角度，而該旋轉角度會造成後述的離子束30A射入方向與晶圓20A的晶格方向(crystal orientation)也夾有一角度，藉此控制晶圓20A的哪些特定區域可被離子束30A撞擊。該第一旋轉零點為一假想點，其可定義於定位平台14A的某一處，例如檢測器142A處。

接著，該機械手臂15A將晶圓20A從定位盤141A抬起，然後放置於植入平台13A的一植入盤131A上。該晶圓20A放置於該植入盤131A上時，該晶圓20A的缺口21A與植入盤131A的一第二旋轉零點也夾有一角度，該角度即為該旋轉角度。該第二旋轉零點也為一假想點(圖未示)，其位於植入盤131A的六點鐘方向。該植入盤131A樞接於該植入平台13A上，植入盤131A能相對於植入平台13A傾斜(tilt)一角度，使得後述的離子束30A射入角度不會與晶圓20A上表面垂直。

之後，該離子源11A將欲植入晶圓的雜質(impurity)離子化(ionization)成帶有正電荷的離子(陽離子)，然後該離子束總成12A再加速該等離子，使得該等離子形成具有一定能量的離子束30A。最後，該離子束30A射向該植入平台13A，撞擊晶圓20A上表面的特定區域，使得該等離子進入至晶圓20A中。

上述過程中，晶圓20A與離子束30A射入角度具有一夾角可預防『隧道效應(channeling effect)』的問題。請參閱第十一圖所示，由於晶圓20A通常具有排列整齊的晶格(lattice)結構，以米勒指數(miller index)為(100)的矽晶圓(silicon wafer)20A為例，矽晶圓20A的矽原子200A排列成多數個立方體。而如果離子300A的射入角度與矽晶圓20A的表面垂直時，則離子300A不容易撞擊到該等矽原子200A，因此離子300A植入的深度將比預期的深許多，而此種現象即為『隧道效應』。

『隧道效應』的發生容易造成晶圓20A的電性特性變成非預期的，因此晶圓20A傾斜一角度時，則離子300A的射入角度與晶圓20A的表面也會具有一夾角。如此，離子300A較容易撞擊到矽原子200A，使得離子300A植入的深度能夠容易控制。一般晶圓20A的傾斜角度約為7度至15度。

另外，上述提及該晶圓20A的缺口21A與植入盤131A的第二旋轉零點夾有旋轉角度，而當該旋轉角度改變時，離子束30A撞擊到的特定區域將會改變，植入晶圓20A的深度也會改變，進而造成晶圓20A的電性特性變化。因此晶圓20A的旋轉角度及傾斜角度為離子植入製程中的重要參數。

然而，在實際情況下，晶圓20A的旋轉角度常具有一旋轉角度誤差(twist angle deviation)，使得晶圓20A的實際旋轉角度並不是預期的旋轉角度，因此晶圓20A的電性特性也會變成非預期所需的。

而習知量測該旋轉角度誤差的方法為利用人工方式量測，而此量測方式並不夠精確，且此量測方式必需在離子植入機10A關機的狀態下才能量測，然後量測完後再把離子植入機10A開啟。而此停止或開啟離子植入機10A的動作並不是一瞬間可以完成的，常會花費些許時間。因此工程師每量測一次角度誤差時，即代表該離子植入機10A有一段時間沒辦法提供任何產能。且人工量測易對離子植入機10A產生破壞。

緣是，本發明人有感上述量測方式的缺失可以改善，因此提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的在於提供一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其能準確地量測出離子植入機的旋轉角度誤差，且能進一步校正該誤差。

為達上述目的，本發明提供一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其包括步驟如下：提供一離子植入機，該離子植入機具有一定位平台及一植入平台；準備多數個晶圓，分別放置該等晶圓於該定位平台上，該定位平台將該等晶圓分別旋轉一旋轉角度；分別傳送該等晶圓至該植入平台上，該植入平台將該等晶圓分別傾斜一傾斜角度；將多數個離子分別植入至該等晶圓內；分別量測該等晶圓的電阻值；得到一旋轉角度與電阻值之變化關係；以及從該變化關係找出最小電阻值對應的旋轉角度，該旋轉角度即為該離子植入機的旋轉角度誤差。

本發明另提出一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其包括步驟如下：提供一離子植入機，該離子植入機具有一定位平台及一植入平台；準備多數個晶圓，分別放置該等晶圓於該定位平台上，該定位平台將該等晶圓分別旋轉一旋轉角度；分別傳送該等晶圓至該植入平台上，該植入平台將該等晶圓分別傾斜一傾斜角度；將多數個離子分別植入至該等晶圓內；分別量測該等晶圓的晶格破壞程度；得到一旋轉角度與晶格破壞程度之變化關係；以及從該變化關係找出最小晶格破壞程度對應的旋轉角度，該旋轉角度即為該離子植入機的旋轉角度誤差。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明的量測方法能準確地量測出離子植入機的旋轉角度誤差。

2、本發明的量測方法能進一步校正該誤差值。

3、本發明的量測方法可以在離子植入機開啟狀態下進行量測。

為使能更進一步了解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明及圖式，然而所附圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明為一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，請參閱第一圖，其包括下列步驟：

步驟S100：請參考第二圖，首先，準備一離子植入機10。該離子植入機10包括一離子源11、一離子束總成12、一植入平台(planten)13、一定位平台(orientor)14以及一機械手臂15，該離子植入機10的各元件之技術內容大致如先前技術中所述。

步驟S102：請參考第三圖，接著，準備一晶圓20，該晶圓20為一裸晶圓(bare wafer)，該晶圓20具有一位於外緣上的缺口(notch)21。之後，機械手臂15將該晶圓20放置於該定位平台14的一定位盤141上，並由一檢測器142偵測出該晶圓20的缺口21的位置。之後該定位盤141再進一步轉動，使得該晶圓20的缺口21與該定位平台14的一第一旋轉零點(圖未示)夾有一角度，該角度即為該晶圓20的旋轉角度。該第一旋轉零點為一假想點，而本實施例定義該晶圓20的缺口21朝向正前方時為該第一旋轉零點。

步驟S104：請參考第四圖，該機械手臂15將該晶圓20傳送並放置於該植入平台13的植入盤131上。該晶圓20的缺口21與植入盤131的一第二旋轉零點(圖未示)也夾有一角度，該角度即為晶圓20在定位平台14中的旋轉角度。該第二旋轉零點也為一假想點，本實施例中，其定義為該植入盤131的六點鐘方向。由於『隧道效應』的關係，因此該植入平台13會將該晶圓20傾斜一傾斜角度，而本實施例的傾斜角度為35度。

步驟S106：該離子束總成12將離子束30射入至晶圓20的上表面，使得多數個離子(圖未示)植入至該晶圓20內，該離子為硼離子(boron ion)，其能量為60千電子伏特(kilo-electron-volt,KeV)，而植入該晶圓20的離子劑量為每平方公分5兆離子(5e13ions/cm² )。

步驟S108：當該晶圓20植入離子後，將其從離子植入機10中取出，然後量測該晶圓20上表面的電阻值。該電阻值主要是藉由一四點探針量測儀(four-point probe)來量測，其為一種常用的量測晶圓20表面的片電阻(sheet resistance)的儀器。

上述步驟S102至步驟S108會執行多次，並且每執行一次，晶圓20的旋轉角度都不相同。

步驟S110：當多數片晶圓20各執行過一次步驟S102至步驟S108，可得到一旋轉角度與電阻值的變化關係。請參閱第五圖，本實施例中，該步驟S102至步驟S108共執行六次，旋轉角度由0度遞減至-6度，六個旋轉角度各具有一相對應的電阻值。

步驟S112：由於晶圓20表面量測到的電阻值與離子植入深度成反比(深度較深時，電阻值較小)，而旋轉角度也與離子植入深度成反比(旋轉角度較小時，離子植入深度較深)，故電阻值與旋轉角度成正比。因此，當晶圓20的旋轉角度為零時(缺口21對齊該第一旋轉零點)，其電阻值應最小，而如果不為最小時，及代表目前的第一旋轉零點並不是真正的第一旋轉零點。

換句話說，如果某一旋轉角度對應的電阻值為最小，則代表該旋轉角度下，晶圓20的缺口21所在的位置才是真正第一旋轉零點。例如本實施例中，旋轉角度-3.11度對應的電阻最小，即代表距離初始第一旋轉零點-3.11度之處才是該定位平台14的真正第一旋轉零點。而該-3.11度即為目前定位平台14在旋轉晶圓20時產生的旋轉角度誤差。

步驟S114：前述步驟主要是檢驗該定位平台14是否有旋轉角度誤差，而當知道旋轉角度誤差存在時，即可進一步校正該旋轉角度誤差。而其校正方式為：將該定位平台14的初始第一旋轉零點的位置加上該旋轉角度誤差，得到一新的第一旋轉零點。該新的第一旋轉零點為該定位平台14的真正第一旋轉零點，之後該定位平台14在旋轉晶圓20時，即可使用該新的第一旋轉零點當作基準點來定義旋轉角度。

請參閱第六圖及第二至第四圖，本發明的離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法另具有一第二實施例，由於第二實施例的部分步驟(S200-S206及S212)與第一實施例相同，故相同之內容將不再重複介紹。

步驟S208：當該晶圓20植入離子後，將其從離子植入機10中取出，然後量測該晶圓20的晶格破壞程度(crystalline damage)。該晶格破壞程度主要是藉由一熱波量測儀(thermal wave)來量測，其為一種非接觸式量測設備，其能將晶圓20的晶格破壞程度量化。當熱波量測儀測得數值越高，代表晶圓20的晶格破壞較嚴重。

步驟S210：重複執行步驟S202至步驟S208多次，並且每執行一次，晶圓20的旋轉角度都不相同，因此之後可得到一旋轉角度與晶格破壞程度的變化關係。請參閱第七圖，本實施例中，該步驟S202至步驟S208共執行六次，旋轉角度由0度遞減至-6度，六個旋轉角度各具有一相對應的晶格破壞程度值。

步驟S212：由於晶圓20的晶格破壞程度與離子植入深度成反比(深度較深時，晶格破壞程度較小)，而旋轉角度也與離子植入深度成反比(旋轉角度較小時，離子植入深度較深)，故晶格破壞程度與旋轉角度成正比。因此，當晶圓20的旋轉角度為零時，其晶格破壞程度值應最小。

所以，當某一旋轉角度對應的晶格破壞程度值為最小時，則該旋轉角度下晶圓20的缺口21所在的位置應為真正第一旋轉零點。例如本實施例中，旋轉角度-3.11度對應的晶格破壞程度最小，即代表距離初始第一旋轉零點-3.11度之處才是該定位平台14的真正第一旋轉零點。而該-3.11度即為目前定位平台14在旋轉晶圓20時產生的旋轉角度誤差。

綜上所述，本發明的離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法能達成以下效果：

1、本發明的量測方法能準確地量測出定位平台14的旋轉角度誤差。

2、本發明的量測方法能進一步利用該旋轉角度誤差值校正該定位平台14的第一旋轉零點。

3、本發明的量測方法可以在離子植入機10開啟狀態下進行量測，所以對於產能的損失影響較小。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

[習知]

10A．．．離子植入機

11A．．．離子源

12A．．．離子束總成

13A．．．植入平台

131A．．．植入盤

14A．．．定位平台

141A．．．定位盤

142A．．．檢測器

15A．．．機械手臂

20A．．．晶圓

200A．．．矽原子

21A．．．缺口

30A．．．離子束

300A．．．離子

[本發明]

10．．．離子植入機

11．．．離子源

12．．．離子束總成

13．．．植入平台

131．．．植入盤

14．．．定位平台

141．．．定位盤

142．．．檢測器

15．．．機械手臂

20．．．晶圓

21．．．缺口

步驟S100至S114

步驟S200至S214

第一圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之流程圖。

第二圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之離子植入機之示意圖。

第三圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之定位平台之示意圖。

第四圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之植入平台之示意圖。

第五圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之電阻值與旋轉角度之關係圖。

第六圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之第二實施例之流程圖。

第七圖係本發明離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法之第二實施例之晶格破壞程度值與旋轉角度之關係圖。

第八圖係習知離子植入機之示意圖。

第九圖係習知定位平台之示意圖。

第十圖係習知植入平台之示意圖。

第十一圖係習知隧道效應之示意圖。

步驟S100至步驟S114

Claims

一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其包括步驟如下：提供一離子植入機，該離子植入機具有一定位平台及一植入平台；準備多數個晶圓，分別放置該等晶圓於該定位平台上，該定位平台將該等晶圓分別旋轉一旋轉角度；分別傳送該等晶圓至該植入平台上，該植入平台將該等晶圓分別傾斜一傾斜角度；將多數個離子分別植入至該等晶圓內；分別量測該等晶圓的電阻值；得到一旋轉角度與電阻值之變化關係；以及從該變化關係找出最小電阻值對應的旋轉角度，該旋轉角度即為該離子植入機的旋轉角度誤差。
如申請專利範圍第1項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，更包括步驟如下：使用該旋轉角度誤差來校正該定位平台。
如申請專利範圍第2項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中校正該定位平台的方法為：將該定位平台的一初始第一旋轉零點的位置加上該旋轉角度誤差，得到一新的第一旋轉零點。
如申請專利範圍第1項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該晶圓的電阻值藉由四點探針量測儀(four-point probe)來量測。
如申請專利範圍第1項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該等離子為硼離子(boron ions)。
如申請專利範圍第5項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該等離子的能量為60千電子伏特(kilo-electron-volt,KeV)。
如申請專利範圍第5項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中植入該晶圓的離子劑量為每平方公分5兆離子(5e13ions/cm² )。
如申請專利範圍第1項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該傾斜角度為35度。
一種離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其包括步驟如下：提供一離子植入機，該離子植入機具有一定位平台及一植入平台；準備多數個晶圓，分別放置該等晶圓於該定位平台上，該定位平台將該等晶圓分別旋轉一旋轉角度；分別傳送該等晶圓至該植入平台上，該植入平台將該等晶圓分別傾斜一傾斜角度；將多數個離子分別植入至該等晶圓內；分別量測該等晶圓的晶格破壞程度；得到一旋轉角度與晶格破壞程度之變化關係；以及從該變化關係找出最小晶格破壞程度對應的旋轉角度，該旋轉角度即為該離子植入機的旋轉角度誤差。
如申請專利範圍第9項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，更包括步驟如下：使用該旋轉角度誤差來校正該定位平台。
如申請專利範圍第10項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中校正該定位平台的方法為：將該定位平台的一初始第一旋轉零點的位置加上該旋轉角度誤差，得到一新的第一旋轉零點。
如申請專利範圍第9項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該晶圓的晶格破壞程度藉由熱波量測儀(thermal wave)來量測。
如申請專利範圍第9項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該等離子為硼離子(boron ions)。
如申請專利範圍第13項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該等離子的能量為60千電子伏特(kilo-electron-volt,KeV)。
如申請專利範圍第13項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中植入該晶圓的離子劑量為每平方公分5兆離子(5e13ions/cm² )。
如申請專利範圍第9項所述離子植入機之旋轉角度誤差之量測方法，其中該傾斜角度為35度。