CN102124538A - 控制宽束一致性的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种离子束一致性控制系统，其中，该一致性控制系统系包含：差动泵送室，其围绕单独的控制的气体喷射器的阵列，其中，单独控制的气体喷射的气体压力由控制器所驱动以改变电荷交换离子的比率，且于气体与离子之间的电荷交换反应改变了具有一宽离子束的原始电荷状态的离子的比率，其中，宽离子束的电荷交换部分系利用其产生磁场的一偏转器而移除；法拉第杯轮廓仪，用于测量宽离子束轮廓；且，基于提供至控制器的反馈而调整单独控制的气体喷射以得到期望的宽离子束。

Description

控制宽束一致性的系统和方法
技术领域
本发明主要涉及离子植入，且尤指用于控制宽束强度一致性的系统和方法。
背景技术
相对于其为一种化学过程的扩散，离子植入是一种物理过程，其为运用于半导体装置制造以选择性植入掺杂剂至半导体工件及/或晶圆材料内。因此，植入的行为并非仰赖于掺杂剂与半导体材料之间的化学交互作用。针对于离子植入，掺杂剂原子/分子被离子化及隔离化，有时为加速或减速，形成为一束，且掠过工件或晶圆。掺杂剂离子实际为轰击工件，进入表面且典型成为停留在工件表面之下方而于其晶格结构之中。
一种离子植入系统是大量复杂的子系统，各者实行于掺杂剂离子的特定作用。以气体或固体形式的掺杂剂元素位于离子化室之内且为由适合的离子化过程所离子化。在一个示范的过程，该室维持在低压(真空)。灯丝定位于该室之内且加热至例如电子产生自该灯丝源之点。负电荷的电子被吸引至亦为该室之内的相反电荷的阳极。在自该灯丝至阳极的行进期间，电子与掺杂剂源元素(例如：分子或原子)碰撞且产生一大群正电荷的离子。
运用宽离子束的离子植入具有优于基于一小或较小尺寸的束(例如：一笔状束)的其它系统和方法的数个优点。宽离子束具有低的束电流密度以针对低能量的较佳的离子束输送效率。列举几项而言，宽离子束还提供关于机械扫描一致植入束于整个工件表面的简化、并无于工件运动的高加速/减速、及于离子束光学器件与机械晶圆扫描系统的较简单的架构。诸多专利系已经获准，其显示种种的方式以产生宽束且显示种种的技术以修正于束整个宽度之不可避免的强度不一致性。然而，修正束强度不一致性的大多数的已知方法是牺牲离子束角度整体性以供较佳的一致性(强度)。
论文“用于平板显示器植入的带状束一致性正控制”是描述典型的一致性修正方法，其折衷减小的角度完整性对(vs.)较佳的离子束一致性。(参阅：White，N.R.的“用于平板显示器植入的带状束一致性正控制”，美国电机电子工程师学会(IEEE)，公元1999年，第354-357页)。
离子植入近期的应用是要求于整个工件/晶圆表面的强度一致性及角度符合性。产业界缺乏一种适当的系统或方法以控制一致性而未影响束角度完整性，且这种无法独立于其它参数而控制一致性已经迫使诸多植入器开发者回避宽束技术。
数个金属或石墨棒的插入至离子束以实际阻断离子束的一部分以控制离子束强度一致性在之前有尝试。那些棒可配置于紧密列以涵盖该宽离子束的整个宽度且各个棒插入至该束的深度是可远距离控制的。然而，存在关联于此等技术的数个问题。首先，由金属所作成的棒可能引起不想要的粒子与金属污染的产生。其次，根据反馈控制的观点，移动进出该离子束的棒的缓慢响应使得控制该束为困难。
因此，期望一种用于控制宽离子束的强度一致性的适合的系统和方法，该种系统和方法系具有快速响应时间且并未牺牲离子束角度完整性。
发明内容
下文提出简化的概论，藉以提供本发明的一个或多个观点的基本了解。此概论并非为本发明的广泛的概观，且非为意图以判别本发明的关键或重要的要素，也并非为界定其范畴。而是，此概论的主要目的是以简化的形式以呈现本发明的一些概念，作为稍后提出的较为详细说明的序言。
根据一个或多个实施例，本发明建立一种离子束一致性控制系统，其中，该一致性控制系统系包括：差动泵送室，其围绕单独控制的气体喷射器的阵列，其中，该单独控制的气体喷射器的气体压力由控制器所驱动以改变电荷交换离子的比率，且其中，在该气体与离子之间的电荷交换反应改变具有宽离子束的原始电荷状态的离子的比率，其中，该宽离子束的电荷交换部分利用产生磁场的偏转器而移除；法拉第杯轮廓仪，用于测量该宽离子束的轮廓；且，基于提供至该控制器的反馈，调整该单独控制的气体喷射器，以得到期望的宽离子束。
根据本发明的又一个实施例，一种一致性控制装置包括：差动泵送室，其围绕单独控制的气体喷射器的阵列，其中，该单独控制的气体喷射器的气体压力由控制器所驱动以改变电荷交换离子的比率。电荷交换离子中性化宽离子束的一部分，其中，该宽离子束的中性化部分利用产生磁场的角度修正磁铁而移除；法拉第杯轮廓仪，用于测量该宽离子束的轮廓；且，基于提供至该控制器的反馈，调整该单独控制的气体喷射器，以得到期望的宽离子束。
根据本发明的一个实施例，一种利用一致性控制系统构造离子束的方法，包括：(a)产生且取出离子束；(b)分析沿着第一路径的离子束的质量；(c)通过一致性控制系统；(d)利用磁场或电场以沿着第二路径偏转该离子束；(e)测量该离子束轮廓；(f)若该离子束轮廓在规格之内，进行至(h)；及，(g)若该离子束轮廓在调整一致性控制系统气体喷射器之后没有在规格内，返回至(c)；(h)将质量分析且一致调谐的带状束指引至将作植入的工件。
根据本发明的另一个实施例，一种离子植入系统包括：离子源，所述离子源连接至电源，构成以产生沿着第一束路径的离子束，其中，该离子束进入具有第一尺寸(d1)与第二尺寸(d2)的质量分析磁铁，并垂直于xy平面；终端站，所述终端站包含一致性控制系统，用于接收离子束且利用气体喷射阵列(an array of gas jets)以修改该离子束的电荷内容，其中，单独的气体喷射压力能够针对于离子束的部分而调整；角度修正装置，构成以接收该离子束且用磁力使该束沿着第二路径转向；及，控制器，利用法拉第杯轮廓仪确定该离子束轮廓。
为了达成前述与相关目的，本发明包含其完整描述于下文且特别指出于申请专利范围的特征。以下的说明与随附的图式详细陈述本发明的某些说明性质的观点与实施。然而，此者系指出本发明原理为可运用于其之种种方式的仅为一些者。本发明的其它目的、优点与新颖特征将由当连同图式所考虑的本发明的以下详细说明而变的显明。
附图说明
图1是横截面俯视图，说明根据本发明的一个方面的一种宽离子植入系统，其中，偏转器/中性过滤器是将来自宽离子束产生器的一致散布的离子束转换成为最终平行宽束；
图2是横截面侧视图，说明根据本发明的另一个方面的又一种宽离子植入系统，其中，宽离子束产生器系产生平行的宽(例如显示为进出页面)离子束，且静电中性/能量过滤器是在冲击该束至工件/晶圆之前而引入于离子束的最终弯曲；
图3是根据本发明的另一个方面，类似于图2所描绘者的一种离子束控制系统的立体图；
图4是侧视图，说明根据本发明的一个观点的其利用一排(an array of)准直气体喷射喷嘴的一种离子束控制系统的一个实施例，应用至于图1所示的宽离子植入系统；
图5是说明图4的实施例的俯视图，根据本发明的另一个方面，该种离子束控制系统利用处理室与一排(an array of)准直气体喷射喷嘴；
图6是侧视图，说明根据本发明的一个方面的其利用一排(an array of)准直气体喷射喷嘴的一种离子束控制系统的一个实施例，应用至另一种宽束离子植入系统，类似于图3所示的；
图7是说明图4的实施例的俯视图，根据本发明的一个方面，一种离子束控制系统系利用处理室与一排(an array of)准直气体喷射喷嘴；及
图8是作用方块图，说明根据本发明的又一个实施例的一种离子束控制方法。
具体实施方式
本发明将参考随附的图式进行描述，其中，相同参考符号运用以指称于图式中的相同组件。熟悉此技术者将要理解的是：本发明不限于下文所说明及描述的示范的实施与观点。为了提供本发明的清楚的描述，该结构与方法是将关连于宽离子束植入而描述。然而，将为明确了解的是：此说明无意为以任何方式而自我限制。
参考图式，根据本发明的一个示范观点，图1说明一个示范的宽束、单基板离子植入系统100，其中，系统100可为可操作以扫描宽离子束110于工件118的单一扫描。如上所述，本发明的种种的观点是可实施为关联于任何型式的离子植入系统，包括而不限于图1示范的系统100。示范的离子植入系统100包含：宽离子束产生器112，其产生一致散开的宽离子束110；偏转器114；及，终端站，其形成处理室，其中，离子束110指向至工件118。
束110接着通过束一致性控制系统116(图1与图2)以使得束110为更一致。束一致性控制系统116将在下文中详细论述。束110可由偏转器/中性过滤器114转换为平行束，接着递送至与终端站关联的工件扫描系统120的基板118。可进一步设置与束线组件关联的各种束形成与成形结构(未显示)，举例而言，当离子束110沿着束路径输送至其支撑于工件扫描系统120的工件/基板118时，维持且界定宽离子束110。
图2与3显示另一个示范的宽离子植入系统，其中，宽离子束产生器112产生平行化的宽离子束110，其接着通过束一致性控制系统116且接着通过偏转器114以在其被引入至工件118之前而滤出束110的中性与不想要的能量分量。
举例而言，一种终端站可为一种“串行”型式终端站，其提供抽真空处理室，其中，单一个基板110(例如：半导体晶圆、显示面板、其它工件、等等)支撑为沿着束路径以供离子植入。然而，应注意的是：批次或其它型式的终端站可替代为运用，且归属于本发明的范畴内。根据本发明的一个替代方面，系统300包含一种工件扫描系统120(图1)，其能够扫描于快速与基本为正交慢速的扫描方向。在本发明的又一个观点中，系统300可包含一种设计，其中，二个离子束轴电气或磁性扫描或它们的组合。因此，所有该扫描或未扫描的离子束110视为归属于本发明的范畴内。
与图3、4、与5所描绘的束一致性控制系统116(图3)是采取相关于束110的相同方式，利用前文所论述的金属或石墨棒，藉由该棒插入至束110以针对于局部化的离子束衰减，然而，具有优于先前技术的数个主要的差异与改良。发明人认知的是：若系统(图4)是利用一排(an array of)气体喷射器506(图5)而非为上述的实心棒，宽带状束110可控制而无需忧虑腐蚀或金属污染，且相较于该棒而具有快速许多的响应时间。气体406运用准直气体喷射喷嘴402而垂直指向于宽离子束110。在超低能量(ULE，ultra low energy)开发初期阶段，离子植入开发者与制造者了解的是：自电浆电子溢流(PEF，plasma electron flood)系统的氙(Xe)流量够强以影响其利用直接在工件118的下游的法拉第(Faraday)杯轮廓仪407所测量的离子束轮廓。此是因为出自PEF的Xe的准直流量系中性化(即：非为依据于空间电荷而是电荷交换至中性原子)于PEF的邻近处(即：中心)的束110的部分者以避过由法拉第杯轮廓仪407的电气测量及因此避过该轮廓仪测量。
在此实施例，出自宽离子束产生器112(图3)的离子束110进入差动泵送室422，其容纳准直气体喷射喷嘴阵列506(图5)，该阵列506系于此实施例为例如由16个单独的气体喷射喷嘴518-532所作成。
在该离子束110通过气体406的区域(图4)之后，电荷交换离子(典型为转换+1离子至中性粒子)的比率(fraction)给定为以下的等式(1)：
(EQ.1)F0＝3.3E16*P(torr)*L(cm)*σ(cm2)    (1)
其中，
P是气体层的压力，单位为托(torr)，沿着束方向的气体层的厚度为L(cm)；
σ是针对于特定的电荷交换反应的横截面；且
针对于中能量(数十KeV)的典型的+1至0电荷交换反应，σ的值约为4E-16cm2。
以上等式说明的是：举例而言，在高真空为大约4毫托(例如：平均值)的直径2公分的气体喷射器将建立离子束110的中性粒子(例如：约为10％)，其中，宽离子束110暴露至该喷射器阵列506(the array of jets)。由于中性粒子将不会由偏转器/中性过滤器114所弯曲，中性粒子将移除自宽离子束110。
气体喷射器518-532可配置于一种线性方式，举例而言，欲以一适当的分隔(例如：每2公分)而冲击于宽束110的整个宽度，可能需要总共十六个气体喷射器518-532以涵盖300毫米宽的宽离子束110。气体喷射器518-532连接至质量流量控制器以供喷射压力的快速精确的控制。离子束110沿着由偏转器/中性过滤器114所实现的第一路径240行进，其中，中性离子束110沿着第二路径242行进。基于得自法拉第杯轮廓仪407的离子束轮廓，单独的气体喷射喷嘴518-532可藉由调整单独的气体流量而调整，运用控制器以得到正确的离子束轮廓。
图4与5分别显示本发明的另一个实施例的侧视图与俯视图。宽(如图所示为进出页面)平行化的离子束110为指向至差动泵送室422，其容纳准直气体喷射喷嘴阵列506。气体喷射喷嘴阵列506根据藉由调整气体406的单独流量所建立的局部压力分布而改变中性粒子比率(fraction)。当出自该室422的宽离子束110指向至其仅为弯曲带电粒子的中性粒子/能量过滤器114，任何的中性粒子将移除自离子束110，其为利用以供离子植入至一工件118。
气体406可为其展现对于离子束110的高电荷交换横截面的任何气体。气体406的泵送特性是用于选取气体的另一个良好的准则。举例而言，高分子质量的气体406(例如：氙(Xe))具有对于束线区域的较小的传导性，且因此将不会恶化于附近束线区域的高真空。由一种型式的真空泵(很可能为一种低温泵(cryopump))的泵送速度可为于气体选择的另一个准则。对于任何的可冷凝气体，诸如：氙(Xe)、二氧化碳(CO2)、水蒸气、氮气(N2)、与类似者，低温泵可展现大的泵送速度。
图8说明根据本发明的至少一个方面的一种示范方法800。该种方法为了说明目的而将描述关于上述的其它图式。图8的方法800开始于410，其中，离子束110(图1)利用宽离子束产生器112(图1)所产生且取出。
在820，离子束的质量是沿着第一路径而分析，其中，在820，宽离子束110通过一致性控制系统116。如上文所论，在图3、4与5所绘的束一致性控制系统116(图3)采取与束110相关的相同方式，如同利用前文所论述的金属或石墨棒，藉由该棒的插入至束110以针对于局部化的离子束衰减，然而，具有优于先前技术的数个主要的差异与改良。发明人认知的是：若系统(图4)是利用一排的气体喷射器506(图5)而非为上述的实心棒，宽带状束110可控制而无需忧虑腐蚀或金属污染，且相较于该棒而具有快速许多的响应时间。气体406运用准直气体喷射喷嘴402而垂直指向于宽离子束110。当其出自该室422的宽离子束110指向至其仅为弯曲带电粒子的中性粒子/能量过滤器114，任何中性粒子将自其为利用于离子植入至一工件118的离子束110中移除。
在440，测量离子束轮廓，且在440，确定离子束轮廓是否处于规格之内。在440，若离子束轮廓处于规格之内，该种方法进行至450，其中，系统指引质量分析后的带状束110至将作植入的工件。若离子束轮廓并未处于规格之内，该种方法返回至410而直到该束110处于规格之内。
虽然本发明系已经关于一或多个实施而显示及描述，等效的变更与修改系将为熟悉此技术者于此说明书与随附的图式的详读及了解时所思及。特别是关于由上述的构件(组件、装置、电路、系统、等等)所实行的种种功能，用以描述该构件的术语(包括：“机构”之提及)系意图以对应于(除非是另为指明)实行所述构件的指定功能的任何构件(即：其为功能等效)，即使非为结构等效于实行本发明的于本文所述范例实施的功能的揭示结构。此外，尽管本发明的特定特征系可能已经关于数个实施之仅有一者而揭示，该特征是如可能为期望且有利于任何既定或特定应用而可结合于其它实施的一或多个其它特征。甚者，在术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”、或其变体者为运用于详细说明与申请专利范围的限度内，该术语系类似于术语“包含(comprising)”的方式而意图为内含性质(inclusive)。

Claims (20)

1.一种离子束一致性控制系统，其中，该一致性控制系统包括：
差动泵送室，其围绕单独控制的气体喷射器的阵列；
其中，该单独控制的气体喷射器的气体压力由控制器所驱动以改变电荷交换离子的比率；及
其中，在该气体与离子之间的电荷交换反应改变具有宽离子束的原始电荷状态的离子的比率；
其中，该宽离子束的电荷交换部分利用产生磁场的偏转器而移除；
法拉第杯轮廓仪，用于测量该宽离子束的轮廓；且
基于提供至该控制器的反馈，调整该单独控制的气体喷射器，以得到期望的宽离子束。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该磁场利用包括偏转器与电子装置的装置而建立。
3.如权利要求1所述的系统，其中，该气体包括下列的至少一个：水蒸气、二氧化碳CO2、与氙Xe。
4.如权利要求1所述的系统，其中，该系统利用具有高电荷交换横截面的气体。
5.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器调整该单独控制的气体喷射器的气体压力。
6.如权利要求1所述的装置，其中，该单独控制的气体喷射器包括超音速的气体喷射器。
7.如权利要求1所述的系统，其中，该气体喷射器的阵列被定位，其中离子束的厚度约为最小厚度。
8.如权利要求1所述的系统，其中，该单独控制的气体喷射器能够单独倾斜，或该喷射器阵列能够倾斜至上游的离子束中。
9.如权利要求1所述的系统，其中，该喷射器阵列能够倾斜至下游的离子束中。
10.如权利要求1所述的系统，其中，该宽离子束包括带状束与宽带状束。
11.一种离子植入系统，包括：
离子源，所述离子源连接至电源，构成以产生沿着第一束路径的离子束；
其中，该离子束进入偏转器，所述偏转器具有第一尺寸(d1)与第二尺寸(d2)，并垂直于xy平面；
终端站，所述终端站包含一致性控制系统，该一致性控制系统用于接收该离子束且由该离子束利用气体喷射器阵列改变原始电荷状态的部分；
其中，单独的气体喷射压力能够针对于该离子束的部分而调整；
磁性或静电装置，所述磁性或静电装置构成以接收该离子束且用磁性或静电力使该束沿着第二路径转向；及
控制器，所述控制器利用法拉第杯轮廓仪确定该离子束轮廓。
12.如权利要求1所述的系统，其中，该离子束包括带状束与宽带状束。
13.如权利要求1所述的系统，其中，该磁场由包括偏转器与电子装置的装置而建立。
14.如权利要求1所述的系统，其中，该气体包括下列的至少一个：水蒸气、二氧化碳CO2、与氙Xe。
15.一种利用一致性控制系统构造离子束的方法，包括：
(a)产生且取出离子束；
(b)分析沿着第一路径的该离子束的质量；
(c)在通过一致性控制系统之后，沿着第二路径偏转该离子束；
(d)测量该离子束轮廓；
(e)若该离子束轮廓在规格内，转到(g)；及
(f)若该离子束轮廓在调整一致性控制系统气体喷射器之后没有在规格内，返回(a)；
(g)将质量分析且一致的带状束指引至将作植入的工件。
16.如权利要求15所述的方法，其中，气体喷射器阵列定位于差动泵送室之内，且单独的气体喷射器构成为以各种单独的压力传送气体。
17.如权利要求15所述的方法，其中，该离子束轮廓用法拉第杯轮廓仪测量，且控制器基于所测量的轮廓调整该单独的气体喷射器的单独的压力。
18.如权利要求15所述的方法，其中，该单独的喷射器的角度基于所测量的离子束轮廓而调整。
19.如权利要求15所述的方法，其中，该磁场利用包括偏转器与电子装置的装置而建立。
20.如权利要求15所述的方法，其中，该气体包括下列的至少一个：水蒸气、二氧化碳CO2、与氙Xe。
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