CN101322216B - 在离子植入机中提供成段的静电透镜的技术 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种在离子植入机中提供成段的静电透镜的技术。在一特定例示性实施例中，可将技术实现为用于离子植入机中的静电透镜。透镜可包含以第一电压电位偏压的入口电极，其中离子束经由入口电极进入静电透镜。透镜亦可包含以第二电压电位偏压的出口电极，其中离子束经由出口电极离开静电透镜。透镜可更包含位于入口电极与出口电极之间的抑制电极，抑制电极包含一上部分和一下部分，所述上部分和所述下部分经配置而使所述离子束在所述上部分和所述下部分之间被传送，其中所述上部分和所述下部分之中的至少一个包含经独立地偏压以操纵离子束的能量以及形状的多个段。
Description
技术领域
本发明是有关于离子植入，且更具体而言，本发明是关于在离子植入机中提供成段的静电透镜(segmented electrostatic lens)的技术。
背景技术
离子植入机(ion implanter)广泛用于半导体制造中以选择性地改变材料的传导性。在典型离子植入机中，经由包括一或多个分析磁铁(analyzing magnet)以及多个电极的一系列光束线组件来引导自离子源所产生的离子。分析磁铁选择所要离子种类、滤出污染物种类以及具有不正确能量的离子、亦调整目标晶圆处的离子束品质。适当成形的电极可用于修改离子束的能量以及形状。
图1展示已知的离子植入机100，其包含离子源102、提取电极104、90°磁铁分析器106、第一减速(D1)台108、70°磁铁分析器110以及第二减速(D2)台112。D1以及D2减速台(亦称为“减速透镜”)中的每一者包含具有一允许离子束穿过其的界定孔径的多个电极。藉由将电压电位的不同组合施加至多个电极，D1以及D2减速透镜可操纵离子能量且引起离子束以所要能量击中目标晶圆。
以上所提及的D1或D2减速透镜通常为静电三极体(或四极体)减速透镜。图2展示现有习知静电三极体减速透镜200的透视图。静电三极体减速透镜200包含三组电极：入口电极(entrance electrode)202(亦称为“端电极”)、抑制电极(suppression electrode)204(或“聚焦电极”)以及出口电极(exit electrode)206(亦称为“接地电极”尽管未必连接至接地)。现有习知静电四极体减速透镜类似于静电三极体减速透镜200，不同之处是四极体透镜具有在抑制电极204与出口电极206之间的额外一组抑制电极(或聚焦电极)。
在静电三极体减速透镜200中，每一组电极可具有允许离子束20穿过(例如，沿光束方向的+z方向)的空间。如图2中所示，每一组电极可包括电耦接至彼此以共用相同电压电位的两个导电片。或者，每一组电极可为具有用于使离子束20穿过的孔径的单片结构。同样地，每一组电极有效地为具有单一电压电位的单电极。为简便起见，以单数指示每一组电极。亦即，将入口电极202称为“入口电极202”，将抑制电极204称为“抑制电极204”，且将出口电极206称为“出口电极206”。
操作中，独立地偏压入口电极202、抑制电极204以及出口电极206使得以以下方式来操纵离子束20的能量。离子束20可经由入口电极202进入静电三极体减速透镜200且可具有(例如)10-20keV的初始能量。可在入口电极202与抑制电极204之间加速离子束20中的离子。一旦到达抑制电极204，离子束20可具有(例如)大约30keV或更高的能量。在抑制电极204与出口电极206之间，可将离子束20中的离子减速至通常接近用于目标晶圆的离子植入的离子的能量。因此，当离子束20离开静电三极体减速透镜200时其可具有(例如)大约3-5keV或更低的能量。
在静电三极体减速透镜200中发生的离子能量的显著变化可对离子束20的形状有实质性影响。图3展示静电三极体减速透镜200的俯视图。众所周知，空间电荷效应在低能量离子束中较在高能量离子束中更为显著。因此，当在入口电极202与抑制电极204之间加速离子束20时，观察到离子束20的形状的较小变化。然而，当离子能量在抑制电极204与出口电极206之间急剧减小时，离子束20倾向于在其边缘处沿X及Y两个维度膨胀。结果，可能在到达目标晶圆之前丢失相当多的离子，且离子束20的有效照射量减小了。
已试图减小静电三极体透镜中的上述空间电荷效应。举例而言，在一方法中，将熟习此项技艺者所熟知的Pierce几何学引入静电三极体减速透镜中的每一电极。亦即，每一电极在其端部弯曲至一界定角度使得静电三极体透镜内部的电场产生抵消离子束边缘处的空间电荷扩散效应的聚焦力。然而，此方法仅可在控制离子束形状方面达成有限成果。不管所变化的形状，每一电极仍保留以单一电压电位偏压的一个导电片。结果，由施加至电极的总电压电位来抑制在离子束边缘处产生聚焦力。另外，电极的一特定形状仅可用于一特定光束形状的调整或离子束的供应。
鉴于上述描述，需要提供一种克服上述不足以及缺点的用于提供静电透镜的技术。
发明内容
本发明揭示一种在离子植入机中提供成段的静电透镜的技术。在一特定例示性实施例中，可将技术实现为用于离子植入机中的静电透镜。透镜可包含以第一电压电位偏压的入口电极，其中离子束经由入口电极进入静电透镜。透镜亦可包含以第二电压电位偏压的出口电极，其中离子束经由出口电极离开静电透镜。透镜可更包含位于入口电极与出口电极之间的抑制电极，抑制电极包含一上部分和一下部分，所述上部分和所述下部分经配置而使所述离子束在所述上部分和所述下部分之间被传送，其中所述上部分和所述下部分之中的至少一个包含经独立地偏压以操纵离子束的能量以及形状的多个段。
根据此特定例示性实施例的其他态样，可在抑制电极与入口电极之间产生第一组静电场(electrostatic field)，第一组静电场将离子束加速至第一电位。可在抑制电极与出口电极之间产生第二组静电场，第二组静电场将离子束减速至第二电位。根据一实施例，入口电极、出口电极以及抑制电极可经组态且偏压以提供用于离子植入机中的缎带状离子束的减速的第一(或第二)台。
根据此特定例示性实施例的又一态样，多个段可包含至少一个中心电极以及至少两个侧电极(side electrode)。至少一个中心电极可经偏压以操纵离子束的能量，且至少两个侧电极可独立于至少一个中心电极而经偏压以校正离子束的发散。至少两个侧电极可经偏压以抵消接近离子束边缘的空间电荷效应。至少两个侧电极可相对于至少一个中心电极对称地安置。至少两个侧电极亦可经对称地偏压。
根据此特定例示性实施例的额外态样，多个段可包含至少一个中心电极以及遮蔽外部静电场的至少两个端电极。
根据此特定例示性实施例的又一态样，离子束可为缎带状离子束，且静电透镜可经调适以容纳缎带状离子束。
根据此特定例示性实施例的又一态样，静电透镜中的入口电极、出口电极以及抑制电极之中的至少一个电极可具有进一步改变静电透镜内部的电场的弯曲边缘。
根据此特定例示性实施例的又一态样，抑制电极可包含一个中心电极以及对称地安置于中心电极的每一侧上的两个侧电极。或者，抑制电极可包含一个中心电极以及不对称地安置在中心电极的每一侧上的两个侧电极。
静电透镜可更包含在抑制电极与出口电极之间的额外抑制电极。
在另一特定例示性实施例中，可将技术实现为用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法。方法可包含提供以第一电压电位偏压的入口电极。方法亦可包含提供以第二电压电位偏压的出口电极。方法可更包含提供位于入口电极与出口电极之间的抑制电极，抑制电极包含一上部分和一下部分，所述上部分和所述下部分经配置而使离子束在所述上部分和所述下部分之间被传送，其中所述上部分和所述下部分之中的至少一个包含多个段。方法可另外包含独立地偏压抑制电极中的多个段以产生操纵离子束的能量以及形状的电场，离子束经由入口电极进入静电透镜且经由出口电极离开静电透镜。
根据此特定的例示性实施例的其他态样，电场可操纵离子束的包络的角形状。
根据此特定例示性实施例的又一态样，多个段可包含至少一个中心电极以及至少两个侧电极。可偏压至少一个中心电极以操纵离子束的能量，且可独立于至少一个中心电极来偏压至少两个侧电极以校正离子束的发散。方法可更包含偏压至少两个侧电极以抵消接近离子束边缘的空间电荷效应。方法亦可包含相对于至少一个中心电极对称地定位且偏压至少两个侧电极。
根据此特定例示性实施例的额外态样，方法可更包含提供在抑制电极与出口电极之间的额外抑制电极。
现在将参考如随附图式中所示的本申请的例示性实施例来更详细描述本申请案。虽然以下参考例示性实施例来描述本申请案，但应理解本申请案不限于此。可以理解本文中的教示的熟习此项技艺者将认识到额外实施、修改以及实施例以及其他使用领域，其属于如本文中所述的本申请案的范畴内且相对于其本申请案可具有显著实用性。
附图说明
图1展示现有习知的离子植入机。
图2以及图3展示现有习知静电三极体透镜且说明其中的问题。
图4展示根据本申请案的实施例的静电三极体透镜的透视图。
图5展示根据本申请案的实施例的静电透镜的俯视图。
图6展示根据本申请案的实施例的另一静电透镜的俯视图。
图7展示根据本申请案的实施例的又一静电透镜的透视图。
图8展示根据本申请案的实施例的又一静电透镜的透视图。
20：离子束
40：离子束
60：离子束
100：离子植入机
102：离子源
104：提取电极
106：90°磁铁分析器
108：第一减速(D1)台
110：70°磁铁分析器
112：第二减速(D2)台
200：静电三极体减速透镜
202：入口电极
204：抑制电极
206：出口电极
400：静电透镜
402：入口电极
403：间隙
404：抑制电极
404a：中心电极
404b：侧电极
404c：侧电极
405：间隙
406：出口电极
600：静电透镜
602：入口电极
604：抑制电极
604a：中心电极
604b：侧电极
604c：侧电极
604d：侧电极
604e：侧电极
606：出口电极
700：静电透镜
702：入口电极
704：抑制电极
704a：中心电极
704b：端电极
706：出口电极
800：静电透镜
802：入口电极
804：抑制电极
804a：中心电极
804b：侧电极
804c：侧电极
804d：端电极
806：出口电极
具体实施方式
本申请案的实施例说明具有一或多个成段的抑制电极的改良型静电透镜。此等电极可包含相对于彼此独立或各别地偏压的多段，藉此提供离子束形状以及其能量的灵活且有效的操纵。
参看图4，其展示根据本申请案的实施例的静电透镜400的透视图。有些类似于现有习知静电三极体透镜，静电透镜400可包含入口电极402以及出口电极406。然而，并非单一抑制电极，静电透镜400可包含在入口电极402与出口电极406之间的多个电极(共同称为“抑制电极404”)。换言之，可将通常的单一抑制电极分段为可独立定位且偏压以在静电透镜400中产生所要电场的多个电极(或段)。在例示性静电透镜400中，抑制电极404被分段为或包含三个电极：中心电极404a以及两个侧电极404b以及404c。可相对于中心电极404a对称地定位侧电极404b以及404c。视入射离子束的形状以及所要形状变化而定，在入口电极402与抑制电极404之 间之间隙403可具有经界定曲率的轮廓。同样地，在抑制电极404与出口电极406之间之间隙405亦可具有经界定曲率的轮廓。
图5展示根据本申请案的实施例的静电透镜400的俯视图。离子束40可经由入口电极402进入静电透镜400。离子束40可为沿x方向较其沿y方向的高度更宽的缎带状离子束。离子束40可具有(例如)大约10-20keV的初始能量。假定离子束40主要由正离子组成，则可以与入射离子束40相同或类似的电位来偏压入口电极402，且可以较入口电极402的更低电位来偏压成段的抑制电极404的中心电极404a。举例而言，根据一实施例，可以22kV来偏压入口电极402且可以-11kV来偏压中心电极404a。结果，可产生较强电场以当正离子自入口电极402朝向抑制电极404行进时加速正离子。可以与接收离子束40的目标晶圆的电位相同或类似的电位来偏压出口电极406。举例而言，在此实施例中，可以接地电位来偏压出口电极406，以此方式将离子40减速至大约3-5keV或更低的能量。在另一实施例中，可以-12kV来偏压入口电极402，可以-2kV来偏压成段的抑制电极404的中心电极404a，且可以接地电位来偏压出口电极406。结果，具有大约15keV的初始能量的离子束40一旦离开减速透镜400立即可减速至大约3keV。另外，可独立于中心电极404a来定位及/或偏压该侧电极404b以及404c以将所要校正提供至离子束40的形状。视离子植入机(例如，如图1中所示的D1或D2减速透镜)中的特定使用而定，静电透镜400可经组态以(例如)调整离子束40的发散角或改变离子束40的宽度，或执行两者。可相应地定位且偏压侧电极404b以及404c。在此实施例中，静电透镜400的主要目的为减小离子束40的发散角。因此，在与中心电极404a相同的平面内安置侧电极404b以及404c且相对于中心电极404a对称地定位侧电极404b以及404c。以-8.5kV来偏压侧电极404b与404c，以此方式产生沿离子束40边缘的聚焦力以补偿空间电荷的散焦效应。结果，离子束40可在抑制电极404与出口电极406之间减速之后具有较小发散或根本不发散。另外，电极的曲率可进一步修整(例如，间隙403以及405中)电场以视需要产生聚焦或散焦力。
应注意，为说明起见，将在静电透镜400的每一电极中的上片以及下片处理为共用相同形状以及偏压。然而，此仅当离子束在y方向上对称或不发散时为必要的。预期可将本文中所述的静电透镜技术应用于y方向上以及x方向上。另外，可如本文中所述来分段静电四极体透镜中的任一或两抑制电极。
图6展示根据本申请案的实施例的静电透镜600的俯视图。静电透镜600可包含入口电极602、抑制电极604以及出口电极606。此处，抑制电极604可包含五段：中心电极604a以及四个侧电极604b、604c、604d以 及604e。侧电极可处于与中心电极604a相同的平面内。可相对于中心电极604a对称地定位侧电极604b以及604c。同样地，可相对于中心电极604a对称地定位侧电极604d以及604e。可相对于入口电极602来偏压中心电极604a以加速入射离子束60，且可相对于出口电极606来偏压中心电极604a以减速离子束60。根据一实施例，侧电极604b以及604c可共用独立于中心电极604a上的电压电位的第一电压电位。同样地，侧电极604d以及604e可共用独立于第一电压电位或中心电极604a上的电压电位的第二电压电位。
在如图4以及图5中所示的3段式组态与如图6中所示的5段式组态中，可基于数学模型以计算方式判定或基于偏压的迭代式调整以及角回应函数的量测以实验方式判定施加至独立偏压电极的实际电压电位。或者，可在判定偏压过程中结合计算以及实验方法。根据一实施例，可能需要缩减抑制电极中的段数以节省计算时间或调谐时间。
图7展示根据本申请案的实施例的静电透镜700的透视图。静电透镜700可包含入口电极702、抑制电极704以及出口电极706。抑制电极704可包含中心电极704a以及端电极704b。可以第一电压电位来偏压中心电极704a，而可以第二电压电位来偏压端电极704b。根据一实施例，此组态可用于D2减速透镜(诸如图1中所示的减速透镜)中。在D2减速透镜处，离子束可较其在D1减速透镜处时更宽且更高。可能需要调整离子束的宽度与发散角度。适当偏压的端电极704b可提供减小离子束的宽度以及发散角度所需的聚焦力。另外，端电极704b可遮蔽不需要的电磁干扰。
图8展示根据本申请案的实施例的静电透镜800的透视图。静电透镜800可包含入口电极802、抑制电极804以及出口电极806。抑制电极804可包含中心电极804a、侧电极804b以及804c以及端电极804d。与静电透镜700相比，静电透镜800具有额外的侧电极804b以及804c，且因此可提供更多能力以形成电场。另一方面，额外的侧电极804b以及804c亦可意谓将处理的额外变数。
本申请案在范畴上不由本文中所述的特定实施例来限制。实际上，自以上描述以及随附图式，除本文中所述的实施例以外本申请案的其他各种实施例以及修改对于熟习此项技艺者将为显而易见的。因此，期望此等其他实施例以及修改属于本申请案的范畴。此外，尽管本文已在特定目的的特定环境中在特定实施例的情形下描述本申请案，但熟习此项技艺者将认识到其实用性不限于此且可在许多目的的许多环境中有利地实施本申请案。因此应鉴于如本文中所述本申请案的完整宽度以及精神来解释所陈述的权利要求书。
Claims (20)
1.一种用于离子植入机中的静电透镜，包含：
以第一电压电位偏压的入口电极，其中离子束经由所述入口电极进入所述静电透镜；
以第二电压电位偏压的出口电极，其中所述离子束经由所述出口电极离开所述静电透镜；以及
位于所述入口电极与所述出口电极之间的抑制电极，所述抑制电极包含一上部分和一下部分，所述上部分和所述下部分经配置而使所述离子束在所述上部分和所述下部分之间被传送，其中所述上部分和所述下部分之中的至少一个包含经独立地偏压以操纵所述离子束的能量以及形状的多个段。
2.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，
于所述抑制电极与所述入口电极之间产生第一组静电场，所述第一组静电场将所述离子束加速至第一电位；以及
于所述抑制电极与所述出口电极之间产生第二组静电场，所述第二组静电场将所述离子束减速至第二电位。
3.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述多个段包含至少一个中心电极以及至少两个侧电极，其中所述至少一个中心电极经偏压以操纵所述离子束的所述能量，且其中所述至少两个侧电极独立于所述至少一个中心电极而经偏压以校正所述离子束的发散。
4.如权利要求3所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述至少两个侧电极经偏压以抵消接近所述离子束边缘的空间电荷效应。
5.如权利要求3所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述至少两个侧电极相对于所述至少一个中心电极而对称地安置。
6.如权利要求5所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述至少两个侧电极经对称地偏压。
7.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述多个段包含：
至少一个中心电极；以及
遮蔽外部静电场的至少两个端电极。
8.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述离子束为缎带状离子束，且其中所述静电透镜经调适以容纳所述缎带状离子束。
9.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述入口电极、所述出口电极以及所述抑制电极之中的至少一个电极具有进一步改变所述静电透镜内部的电场的弯曲边缘。
10.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述抑制电极包含一个中心电极以及对称地安置于所述中心电极的每一侧上的两个侧电极。
11.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述抑制电极包含一个中心电极以及不对称地安置于所述中心电极的每一侧上的两个侧电极。
12.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，更包含在所述抑制电极与所述出口电极之间的额外抑制电极。
13.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述入口电极、所述出口电极以及所述抑制电极经组态且偏压以提供用于所述离子植入机中的缎带状离子束的减速的第一台。
14.如权利要求1所述的用于离子植入机中的静电透镜，其特征在于，所述入口电极、所述出口电极以及所述抑制电极经组态且偏压以提供用于所述离子植入机中的缎带状离子束的减速的第二台。
15.一种用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，所述方法包含以下步骤：
提供以第一电压电位偏压的入口电极；
提供以第二电压电位偏压的出口电极；
提供位于所述入口电极与所述出口电极之间的抑制电极，所述抑制电极包含一上部分和一下部分，所述上部分和所述下部分经配置而使离子束在所述上部分和所述下部分之间被传送，其中所述上部分和所述下部分之中的至少一个包含多个段；以及
独立地偏压所述抑制电极中的所述多个段以产生操纵所述离子束的能量以及形状的电场，所述离子束经由所述入口电极进入所述静电透镜且经由所述出口电极离开所述静电透镜。
16.如权利要求15所述的用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，其特征在于，所述电场操纵所述离子束包络的角形状。
17.如权利要求15所述的用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，其特征在于，所述多个段包含至少一个中心电极以及至少两个侧电极，其中所述至少一个中心电极经偏压以操纵所述离子束的所述能量，且其中所述至少两个侧电极独立于所述至少一个中心电极而经偏压以校正所述离子束的发散。
18.如权利要求17所述的用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，更包含：
偏压所述至少两个侧电极以抵消接近所述离子束边缘的空间电荷效应。
19.如权利要求17所述的用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，更包含：
相对于所述至少一个中心电极对称地定位且偏压所述至少两个侧电极。
20.如权利要求15所述的用于提供用于离子植入机中的静电透镜的方法，更包含：
提供在所述抑制电极与所述出口电极之间的额外抑制电极。
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