CN103733300A - 三维离子制程用的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种处理工件(40)的方法。此方法包括引导第一离子束(204)朝向工件的第一区域，其中第一离子束具有经由萃取板(14)的孔洞而萃取的第一离子的第一离子角轮廓(402，412或422)。此方法也包括引导第二离子束(204)朝向工件的第一区域，其中第二离子束具有经由萃取板的孔洞而萃取的第二离子的第二离子角轮廓(402，412或422)，其中第二离子角轮廓不同于第一离子角轮廓。

Description

三维离子制程用的装置及其方法

技术领域

本发明涉及工件的植入(implantation)，特别是涉及一种利用多次离子分布来进行工件植入的方法与装置。

背景技术

离子植入是一种将能够改变特性的杂质引入到基板内的标准技术。想要的杂质材料在离子源中离子化，这些离子经加速而形成具有规定能量的离子束，且此离子束被引导至基板的表面。离子束中带能量的离子穿入到基板材料的表面下，且嵌入到基板材料的晶格(crystalline lattice)中，以便形成具有想要的导电性或材料特性的区域。

在传统的束线离子植入制程中，将离子以离子束形式提供至基板，其中离子束可包括大致上平行的离子。因此，当基板的方位相对于离子束主轴的方位给定时，这些离子是以相同的入射角来撞击基板。这有助于对离子植入到基板内进行控制，因为对于任何给定的基板方位，都能很好地表征(characterized)离子植入方向。然而，当想进行多角度植入时，则有必要移动基板方位、离子束方向或者上述两者。此外，离子束通常会覆盖基板的较大面积，所以要想仅对想要的面积进行植入，则需要使用遮罩(masking)。

近年来，已研发出多种以一角度范围来提供离子给基板的技术与装置。图1显示一种以多个角度来提供离子给基板的处理系统的方框图。处理系统10包括等离子体源12、萃取板(extraction plate)14(或鞘工程板(sheath engineering plate))以及制程室16。气体源18连接到制程室16。等离子体源12或处理系统10的其他构件也可连接到泵(未显示)，如涡轮泵(turbo-pump)。如图1所示，等离子体源12是包含射频(Radio Frequency，RF)产生器20、射频匹配网络22以及天线23的射频等离子体源。等离子体源12被外壳24围绕着，且绝缘体26将外壳24与制程室16隔开。制程室16、等离子体源12或工件固持器28可接地。

当等离子体32与工件40之间被施加以偏压时，利用萃取板14来形成用以对工件40进行植入的离子束30。萃取板14可被冷却。等离子体源12可被施加偏压，且偏压电源52可用来提供连续偏压或脉冲式偏压到与等离子体32相对的基板上，以便吸引离子束30。萃取板14可具有至少一个孔洞34，离子束30经由孔洞而被提供给工件40。以下共同待审中(co-pending)的美国专利申请案序号中都可找到关于处理系统的额外说明：于2009年4月3日提申且作为美国专利第7,767,977号而发行的美国专利申请案第12/417,929号、于2010年4月3日提申的美国专利申请案第12/418,120号、于2009年12月22日提申的美国专利申请案第12/644,103号以及于2010年8月2日提申的美国专利申请案第12/848,354号，上述各申请案均以引用方式全文并入本案。

若需要，利用处理系统10从等离子体里萃取的离子束30可用来同时以一角度范围提供等离子体32给工件40，而无需进行复杂的遮罩或微影(lithography)程序。这种产生广角离子分布的能力有利于处理具有三维结构特征(features)的基板，在此情形下，可能想要使离子能从不同的方向同时入射到这些结构特征上。此外，根据处理系统10中的一组特定的离子束光学条件(参数)可为提供给工件40的离子束30建立精确的角分布。可能会影响离子束30的角分布的参数包括孔洞34的形状与尺寸、植入电压(等离子体32与工件40之间的电压差)、萃取板14与工件40之间的间距以及等离子体密度。因此，一组特定的参数可为离子束30建立特定的离子角分布。

然而，由于离子束30的角分布可能对如等离子体密度等的参数很敏感，所以当处理系统10的操作参数或条件发生漂移(drift)时，角分布可能容易随时间而变化。此外，某些离子角分布可能是处理系统10根据其任何单一组控制参数都无法得到的。

鉴于上述原因，将理解提供一些改进来控制离子植入系统中的离子角分布可能是有用的。

发明内容

在一实施例中，一种处理工件的方法包括引导第一离子束朝向工件的第一区域，其中第一离子束具有经由萃取板的孔洞而萃取的第一离子的第一离子角轮廓。此方法也包括引导第二离子束朝向工件的第一区域，其中第二离子束具有经由萃取板的孔洞而萃取的第二离子的第二离子角轮廓，其中第二离子角轮廓不同于第一离子轮廓。

在另一实施例中，一种处理系统包括：射频产生器，其经配置以发送射频信号，以便产生等离子体；以及工件固持器，其经配置以接收相对于等离子体的偏压，以便吸引离子穿越等离子体鞘朝向工件。此处理系统也包括具有孔洞的萃取板，其经配置以提供离子束，离子束具有以一入射角范围分布在工件上的离子。此处理系统还包括控制器，其经配置以在一系列的曝露周期(exposure cycles)中发送控制信号给射频产生器，从而使射频信号的幅度在第一幅度与第二幅度之间以交替方式变化，其中每个曝露周期包括第一离子曝露和第二离子曝露，第一离子曝露和第二离子曝露分别与第一幅度和第二幅度相对应，且分别包括经由孔洞而萃取的离子的第一离子角轮廓和第二离子角轮廓。

附图说明

为了能够更清楚地了解本文所揭示的内容，以下将配合附图做详细说明，这些附图已并入本文作为参考。

图1是一种使用单孔洞的处理系统的方框图。

图2是依照本揭示的一实施例的一种处理系统。

图3显示萃取板实施例的离子束几何形状的细节图。

图4a-4c显示可由图2的处理系统来产生的示范性离子角轮廓。

图5显示依照本揭示的一实施例的一种方法。

图6显示依照本揭示的一实施例的另一种方法。

图7a显示可由图2的处理系统来产生的示范性离子角轮廓，它们在同一个坐标轴上相互重叠。

图7b显示代表图7a的离子角轮廓的总和的示范性离子角轮廓。

图8a显示提供图7a的离子角轮廓的次序。

图8b显示功率曲线，其包括与图8a的离子角轮廓相对应的等离子体功率未准。

图8c显示可与图8b的功率曲线一起施用的示范性偏压脉冲串。

具体实施方式

本文描述了与工件(基板)植入有关的系统及方法的实施例。在各种实施例中，此系统可与(例如)半导体基板、位元规则媒体(bit-patternedmedia)、固态电池或平面面板(flat panels)一起使用。因此，本发明并不限于下文所述的特定实施例。

在各种实施例中，离子植入系统包括：等离子体源、萃取板，其引导离子束朝向基板，其中离子束具有以一入射角范围进行分布的离子；以及控制系统，其经配置以调整和修改(tailor)离子角的角分布。在各种实施例中，控制器可经操作以调整离子植入系统的特定参数，以便获取及/或维护离子的角分布(以下称之为“有角离子轮廓(angular ionprofile)”)。在一些实施例中，控制器可经操作以快速地改变离子植入系统的等离子体功率，使得有角离子轮廓以毫秒级或微秒级的时间在多个有角离子轮廓之间变化。如此一来，复合有角离子轮廓可被提供给基板，这是一种以任何单个离子角轮廓所无法得到的分布状态。

图2显示依照本揭示的实施例的一种处理系统200。处理系统200包括等离子体源201，其用来在制程室16内产生等离子体32。等离子体源201可以是射频等离子体源、感应耦合式等离子体(inductively-coupled plasma，ICP)源、间接加热式阴极(indirectly heatedcathode，IHC)、螺旋波(helicon)、辉光放电源(glow discharge source)或者熟悉本专业的技术人员所知的其他等离子体源。萃取板14可沿着等离子体32的边缘而放置，其具有一个或一个以上的孔洞34，离子束204可经由孔洞34而被萃取出来。工件固持器28与等离子体32之间可利用偏压电源212来施加偏压，以便对经由孔洞34而萃取出来且撞击至工件40上的离子能量与离子剂量进行界定，其中在一些实施例中工件40可以是半导体基板。工件固持器28可接收电压电位(voltagepotential)，其以不同方式在等离子体32与工件固持器28之间施加偏压。在一实施例中，工件固持器28可接收接地电位(ground potential)，且正电压可被施加至等离子体(源)，而在另一实施例中，工件可接收负电压，且等离子体(源)可被设定为接地电位或者与工件固持器相比偏正的电压。处理系统200也包括控制器202，其可控制等离子体功率和施加至工件固持器28的偏压，如下文所述。

处理系统200也包括工件室206，其容纳用来支撑工件40的工件固持器28。处理系统200也可包括扫描元件208，其用以使工件固持器28沿着方向210相对于萃取板14而移动。在一些实施例中，萃取板14可以是静止不动的，而工件固持器28是可移动的(例如，使用扫描元件208)。而在其他实施例中，萃取板14可以是可移动的，而工件固持器28是静止不动的。然而在又一些实施例中，工件固持器28与萃取板14可以都是可移动的。

图3显示依照各种实施例的由使用萃取板14的处理系统200来产生的离子束的离子束几何形状的细节图。萃取板14经配置以修改等离子体鞘302内的电场，以便控制接近孔洞34且介于等离子体32与等离子体鞘302之间的等离子体鞘边界304的形状。在本实例中，等离子体鞘边界304相对于工件40的平面呈凸形。从等离子体32里吸引出来且穿越等离子体鞘302的离子束204中的离子可以大的入射角范围撞击工件40。图3显示了几条从等离子体鞘边界304加速而来的不同离子轨迹。离子束204中的离子可藉由不同的机制从等离子体32里被吸引出来并穿越等离子体鞘302。在一实例中，工件40被施加偏压以便从等离子体32里吸引离子束204的离子穿越等离子体鞘302。离子束30的离子可以是p型掺质、n型掺质、氢、惰性气体或者熟悉本专业的技术人员所知的其他物种。

当工件40被施加偏压时，离子20被吸引而穿越等离子体鞘302且经过孔洞34。举例而言，沿着轨迹路径306而行的离子可相对于平面320c以+θ°的角度撞击工件40。沿着轨迹路径308而行的离子可相对于同一平面320c以大约0°的角度撞击工件40。沿着轨迹路径310而行的离子可相对于平面320c以-θ°的角度撞击工件40。因此，入射角的范围可在大范围内变动，且在一些实施例中，入射角的范围可为介于以大约0°为中心的+60θ°与-60θ°之间。此外，一些离子轨迹(如轨迹路径306与310)可相互交叉。入射角(θ)的范围可根据很多因素而变化，这些因素包括，但不限于，孔洞34的横向尺寸W、萃取板14在工件40上方的纵向间距(Z)、萃取板14的介电常数或者等离子体32的其他制程参数。

再如图3中所示，在不同的实施例中，萃取板14可沿着方向312被定位在工件40与萃取板14之间的不同的纵向间距(Z)处，其中方向312垂直于由工件40的前(上)表面所界定的平面320c。离子束204的形状与宽度可根据间距Z而变化。举例而言，在对应于平面320c的间距Z₃处，离子束204可先于点P处形成焦点，然后离子束204可发散以形成当其撞击基板100时具有宽度G的扩散束线。另一方面，若间距安排在对应于聚焦平面P的平面320b处，则当离子束124撞击基板100时，离子束124可形成较窄的束线宽度。在对应于平面320a的间距Z₁处，会聚的离子束(convergent laser beam)204可以比点P更宽的面积撞击基板100，如图所示。

除了间距Z的变异外，在另外的实施例中，可变化其他参数以改变离子束204的形状与尺寸。这些参数包括孔洞宽度(就圆形孔洞而言，则为孔洞直径)W以及等离子体32的等离子体密度，等等。

离子束204中的离子在工件40的上表面的分布可以不同方式来表征。在一实例中，可随位置的变化而测量离子流密度，以便产生离子束流轮廓。表征离子束204的另一种方式是确定离子角轮廓，它是绘制相对离子数量随离子入射角而变化的曲线。

图4a-4c显示可由系统(如依照本揭示的实施例的处理系统200)来产生的示范性离子角轮廓402、412及422。在一些实施例中，可藉由改变处理系统200的单个参数(如施加至等离子体32的等离子体功率)来产生这三种不同的离子角轮廓。等离子体功率可能与等离子体密度直接相关，因为较高的功率位准通常会使等离子体32里的离子与电子密度增大。藉由改变等离子体功率，从而改变等离子体密度，可改变等离子体鞘302的厚度。具体而言，增大等离子体密度可能会导致等离子体鞘302的厚度减小。当等离子体鞘厚度减小时，离子角轮廓会从较平行的分布(422)变为较宽的离子角轮廓(402、412)，或者呈现相反的趋势，这取决于给定的孔洞宽度W。此外，当等离子体鞘厚度给定时，增大宽度W会形成较平行的离子分布。因此，对于某些孔洞宽度W，使等离子体密度单调递增(减小等离子体鞘302厚度)可产生离子角轮廓402、412及422的序列，而对于其他孔洞宽度W，使等离子体密度单调递减(增大等离子体鞘302厚度)可产生离子角轮廓402、412及422的序列。

具体而言，离子角轮廓402呈现出从-X°至+X°的宽的入射角范围，其形成双峰式分布(bimodal distribution)，其中两个波峰404与406分布在法向入射角(0°)的两侧。这表明大部分离子是以实质上不同于法向入射角的角度撞击在工件100上。在法向入射角处，离子角轮廓402显示最小值，这表明以法向入射角撞击在基板100上的离子少于以其他角度入射的离子。离子角轮廓412(可对应于以不同于产生离子角轮廓402所用的功率位准的功率位准所产生的离子束)呈现出本质上与离子角轮廓402相似的形状，因为其分布也具有两个波峰414与416。此例中的波峰间距可小于离子角轮廓402的波峰间距，这表明对应于波峰414、416的波峰入射角比波峰404、406更接近法线。相反地，离子角轮廓422呈现出以法向入射角为中心且显示出较窄的离子角分布的单峰式分布(monomodal distribution)(单个波峰)424，这表明它是较平行的离子束，如上文所述。

再参照图2，在各种实施例中，改变处理系统200的参数以建立想要的离子角轮廓来处理工件。在一些实施例中，用于离子束制程(如离子植入)的目标离子角轮廓可经设定和定期重设(reset)以确保根据所需的制程来均匀处理晶圆(wafers)。具体而言，可测量离子束204和调整处理系统200的操作参数，直到离子束204的一个或一个以上的目标离子角轮廓被建立为止，如下文参照图5与图6所述。这种调整可在植入制程即将开始前进行，且可按所需的时间间隔来执行，以便消除可能存在的系统参数漂移或系统变更，否则这些系统参数漂移或系统变更可能会使离子束204发生变化。

一旦一个或一个以上的目标离子角轮廓已建立，便可开始进行工件的离子植入，其方式是将用来建立这些目标离子角轮廓的相关参数的实验值应用于处理系统200。在各种实施例中，可将多个离子角轮廓合并起来以产生复合离子角轮廓，如下文参照图7a、图7b所述。后面的方法能够产生新的离子角轮廓，对于给定的处理系统(如处理系统200)，这些新的离子角轮廓可能无法以其他方式取得。

请参照图5，其揭示了依照本揭示的一些实施例的一种调整离子角轮廓的方法500。在下文的图5与图6的论述中，为了便于说明，将参照图4a的离子角轮廓402。在方块502处，输入离子角分布的最大角目标值。举例而言，此数值可被输入并储存在离子植入系统的存储器中。在方块504处，测量离子束的离子角轮廓的最大角。如图4a中所示，最大角408a、408b可表示离子的轨迹相对于零度入射角(基板法线)而形成最大角的离子角度。因此，最大角可对应于以掠射角(glancing angles)入射到工件上的离子。在方块506处，若所测得的最大角与最大角目标值相同，则此方法前进到方块508，处理晶圆。若所测得的最大角与最大角目标值不匹配，则此方法前进到方块510，调整相关的控制参数。举例而言，若离子角分布的所测得的最大角小于最大角目标值，则可调整系统的所施加的等离子体功率。再参照图3，调整等离子体32的等离子体功率可改变等离子体鞘边界304的形状，从而改变离开等离子体的离子的角分布，这样可使离子角轮廓的最大角变为目标值。然后此方法前进到方块504，之后可反复进行离子束测量与参数调整，直到获得最大角目标值为止。

图6显示依照另一些实施例的一种调整离子角轮廓的方法600的示范性步骤。在此方法中，可在反复的过程中调整两个或两个以上的参数，直到以不同角度入射的离子流达到想要的比率。这对于以下情形可能是有用的：想要以第一角度(如较高的入射角)来植入某部分离子，且以较低的入射角(如零度)来植入另一部分离子。请同时参照图4a，离子角轮廓402可以是表示想要的相对离子流随角度θ而变化的目标曲线。在一观点中，离子角轮廓可部分地由以两个不同角度410与411入射的离子流的比率来定义。角度410可对应于零度入射角(即，法向入射角)，以此角度入射的相对离子流会很低。换言之，离子角轮廓402可应用于离子植入制程，其中以法向入射角所进行的工件植入将会减到最少。角度411可对应于波峰离子流的所需角度，此角度可表示为离子植入的较佳角度。如前文所述，离子角轮廓402是具有两个波峰404、406的双峰式分布，这可表示轨迹形成的角度相对于法向入射角是具有相同的绝对值。

在方块602处，输入以第一角度和第二角度入射的目标离子流，同时也输入总离子束流目标值。这些数值可能代表以角度411和410入射的目标离子流。在方块604处，测量以第一角度入射的离子流。然后此方法前进到方块606。若以第一角度入射的离子流不是最大离子流一一换言之，若角度411与波峰406不重合一一则此方法前进到方块608，调整处理系统的第一参数。第一参数可以是(例如)等离子体功率。然后此方法前进到方块604，再次测量以第一角度入射的离子流。若第一角度与波峰406相匹配，则此方法前进到方块610。

当以第一角度入射的离子流与最大值一致时，在方块610处，测量以第二角度入射的离子流，其中第二角度可以是角度410。然后此方法前进到方块612，根据所测得的以第二角度入射的离子流来确定第一离子流与第二离子流的比率。若此比率与目标比率一致，则此方法前进到方块614。举例而言，理想的情形是，以角度411入射的离子流是以角度410入射的离子流的十倍。若所测得的以角度1和角度2入射的离子流的比率不等于目标值，则此方法前进到方块616，调整离子植入系统的第二参数。第二参数可以是(例如)工件40与萃取板14之间的间距Z。藉由调整间距Z，可改变工件表面的精确的离子分布，如上文参照图3所述。然后此方法返回到方块610，重新测量以第二角度入射的离子流。

若以第一角度和第二角度入射的离子流的比率满足目标值，则此方法前进到方块614。在方块614处，如果已做过任何调整，则需重新判定以第一角度入射的离子流是否与离子流中的波峰相对应。如果不相对应，则此方法前进到方块602。若以第一角度入射的离子流相当于波峰位置，则此方法前进到方块618。

在方块618处，测定离子束中的总离子流。藉由安置离子流侦测器以在固定的时段对以全入射角范围入射到工件上的所有离子进行侦测，便可测出总离子束流。然后此方法前进到方块620，若所测得的离子流与总离子束流目标值不相匹配，则此方法前进到方块622。在方块622处，调整提供给工件的离子的工作周期(duty cycle)。这种调整可藉由改变施加在工件固持器上的偏压脉冲的脉冲宽度来达成。在偏压被施加在工件固持器上以便从等离子体里吸引离子的“接通”时段期间，离子束被加速而经过萃取板的孔洞并撞击至工件上。在没有偏压被施加在工件上的“断开”时段期间，等离子体室里的离子可能不会被加速而朝向工件。因此，在脉冲周期时段(“接通”时段与“断开”时段的总和)保持不变的前提下，藉由改变偏压脉冲的宽度便可调整“接通”时段的相对时长，从而改变一段时间内的离子流平均相对量。

执行完方块622后，此方法返回到方块618，重新测量总离子束流。若在方块620处所测得的总离子流与目标值相匹配，则此方法前进到方块624，根据当前已建立的处理系统参数来处理晶圆(工件)。这些参数使得处理系统能够引导具有目标离子角轮廓和总离子束流的离子束至工件。在一些实施例中，可针对额外的角度来重复此方法600，直到产生完整的离子角轮廓。

依照方法600，可定期检查和调整被引导至工件的离子角轮廓与离子剂量，以确保离子剂量与离子角轮廓的一致性。在各种实施例中，方法500与方法600可以毫秒级或秒级来进行操作参数调整。因此，在一些实施例中，可在离子植入制程初期或者对两个连续晶圆进行植入之间或两批晶圆之间实施这种调整。

在一些实施例中，多个离子角轮廓可合并起来以形成被引导至工件的离子的复合离子角轮廓。举例而言，在一些实施例中，第一与第二离子角轮廓可合并起来以形成第三离子角轮廓。在其他实施例中，第一离子角轮廓、第二离子角轮廓与第三离子角轮廓可合并起来以形成第四离子角轮廓，如图7a与图7b所示。图7a显示三种离子角轮廓，其中每个单独的离子角轮廓702、712及722可表示为处理系统200在不同的等离子体密度下得到的轮廓。举例而言，与离子角轮廓402、412及422一样，这三种离子角轮廓702、712及722可与处理系统200在三种不同的等离子体功率位准下所得到的离子角轮廓相对应。然而，若想得到诸如离子角轮廓740的平面离子角轮廓，则显而易见的是，与离子角轮廓702、712及722相对应的等离子体功率位准中没有一个等离子体功率位准接近想要的离子角轮廓740。

然而，现在请参照图7b，代表三种个别离子角轮廓702、712及722的总和的复合离子角轮廓730确实近似于想要的离子角轮廓740。在特定的实施例中，使处理系统200的操作条件在第一等离子体功率位准、第二等离子体功率位准以及第三等离子体功率位准之间切换，便可将复合离子角轮廓730提供给工件。

显然，复合离子角轮廓730不会在任何给定的瞬间被提供给工件。换言之，复合离子角轮廓730代表三种不同的离子曝露，它们具有分别在三个单独的时段内发生的三种不同的离子角轮廓。然而，快速调整选择参数来控制离子角轮廓，便可将这三种不同的离子角轮廓快速连续地提供给工件。工件可有效地曝露于合成离子角轮廓730下，它对工件具有同样的效应，就像与复合离子角轮廓730形状相同的单个离子角轮廓被瞬间提供给基板一样。

提供多个离子角轮廓来产生复合离子角轮廓的优点在于，复合离子角轮廓可呈现出以单个离子角轮廓所无法得到的轮廓。具体而言，考虑到系统的离子束光学，作为单个离子角轮廓而得到的离子角轮廓的类型可能局限于某些形状。相反地，本实施例提供一种方法，其根据使工件快速地曝露于不同的个别离子角轮廓来建构想要的离子角轮廓。举例而言，个别的离子角轮廓702、712及722的形状表明，当等离子体功率较低时，以法向入射角(零度)入射的离子流很小，而当等离子体功率较高时，以法向入射角入射的离子流形成波峰，但却形成很窄的分布。绝不可能发生在宽角度范围内延伸的平面轮廓。然而，藉由将个别的离子角轮廓702、712及722加在一起，复合离子角轮廓730提供合理近似于离子角轮廓740的宽平面角分布的分布。

更一般而言，本发明的实施例提供来使任何所需数量的个别离子角轮廓进行合并以便形成具有所需形状的复合离子角轮廓。举例而言，在不同的实施例中，藉由使等离子体功率在每个轮廓所对应的等离子体功率设定点之间迅速地变化(例如，使等离子体功率设定点以微秒级至约一百毫秒级的时间来变化)，5、10或20个个别的离子角轮廓便可合并起来。

图8a至图8c显示一种使工件曝露在多个离子角轮廓下的方法的实施例。如参照图7a、图7b所述，离子角轮廓702、712及722可合并在一起，以便提供复合离子角轮廓。图8a显示提供离子角轮廓的次序。在一系列的两个曝露周期802a、802b中，按图8a所示的次序来连续提供离子角轮廓702、712及722。每一单个曝露周期802a、802b包括一次离子曝露，离子按离子角轮廓702、712及722而分布。依照各种实施例，在处理工件期间，曝露周期802a、802b可重复多次。因此，每个曝露周期包括将工件曝露在复合离子角轮廓730下。在图8a至图8c的实施例中，每个曝露周期802a、802b可持续相同的时间。

图8b与图8c分别显示等离子体的等离子体功率曲线与工件偏压曲线，它们能共同操作来产生曝露周期802a、802b。具体而言，图8b显示等离子体功率曲线810，其包括不同的射频功率位准。这些不同的等离子体功率位准可由射频产生器来建立，射频产生器可改变发送给天线(参见图2的天线23)的射频信号的幅度，以改变等离子体功率，进而改变等离子体密度。如图8a中所示，每个离子角轮廓702、712、722与从中能萃取出离子的等离子体的不同射频功率位准相对应。因此，在等离子体功率曲线810的部分812a中，射频功率设定为产生离子角轮廓712a的中间功率位准，其中离子角轮廓712a的特征为关于零度对称的较窄的入射角双峰式分布。部分814a对应于产生单模(single mode)离子角轮廓722a的高射频功率位准。部分816a对应于产生离子角轮廓702a的低射频功率位准，其中离子角轮廓702a是较宽的入射角双峰式分布。在部分812b、814b及816b中重复中-高-低功率位准的次序。再如图8b中所示，对于不同的功率位准，离子曝露时长可不同。藉由改变不同功率位准下的相对曝露时间，可进一步调整复合离子角轮廓的形状。换言之，复合离子角轮廓730可视为个别离子角轮廓702、712及722的时间加权平均值(weighted time average)。藉由改变不同离子角轮廓的相对曝露时长，具有较大曝露时长的一个或多个个别轮廓在复合轮廓中的权重变得更高。

图8c显示曝露于等离子体期间施加在工件与等离子体之间的示范性偏压脉冲串(train)820，其中等离子体的功率是由等离子体功率曲线810来界定。在“接通”时段824期间，施用负电压脉冲(-V)，且经由萃取板将等离子体里的离子从等离子体里萃取出来，并以偏压所界定的能量将离子吸引到工件上。在“断开”时段822期间，脉冲电压为零，且离子不会被吸引到工件上，也不会撞击至工件上。因此，离子角轮廓702、712及722是在“接通”时段822期间产生，而不是在“断开”时段期间产生。

依照一些实施例，不同的等离子体功率位准之间的转换可与工件偏压脉冲的施加同步进行，使得这种转换发生在脉冲“断开”时段822期间。举例而言，在对应于“断开”时段822的中间的时点t₁处，中间功率位准(部分812a)与高功率位准(部分814b)之间发生转换。同理地，时点t₂、t₃与t₄对应于不同的射频功率位准之间的转换，如图所示。在一些实施例中，“接通”时段824与“断开”时段822的各别时长可以是10μs级至约1ms级。当射频功率位准从一个位准变为另一个位准时，等离子体中不同的等离子体密度之间的转换可在大约10μs级的时间间隔内发生。因此，藉由使等离子体功率曲线810与偏压脉冲串820适当同步进行，不同的等离子体密度(因而不同的离子角轮廓)之间的转换可完全在“断开”时段内进行。如此一来，用来产生每个离子角轮廓702、712及722的适当功率位准在偏压脉冲串820的“接通”时段824开始前便已完全地建立，从而有利于更好地控制所形成的复合离子角轮廓。

在各种实施例中，给定射频功率位准下的曝露时长可以是几微秒(μs)级至几毫秒(ms)级。因此，举例而言，部分812a、814a及816a可对应于300μs、100μs及200μs的时间间隔，使得单个曝露周期(如曝露周期802a)持续600μs。如上文所述，在各种实施例中，曝露周期802a、802b可重复多次。举例而言，请再参照图2，在曝露周期802a、802b期间，工件40可相对于孔洞34进行扫描，使得整个工件或工件的大部分都可曝露在复合离子角轮廓730下。当工件40被扫描时，控制器202可发送信号给射频电源20以便定期地改变功率设定点(位准)，且进一步控制信号可被发送给偏压电源212，从而产生等离子体功率曲线810与偏压脉冲串820，而等离子体功率曲线810与偏压脉冲串820则共同产生曝露周期802a、802b。

由于每个曝露周期802a、802b的时长可以是数微秒或长达约一百毫秒，所以当工件40在孔洞34下方被扫描时可执行数百或数千次曝露周期(扫描可持续数秒)。这可导致工件“经历”有效的离子角轮廓，其由复合离子角轮廓(如复合离子角轮廓730)表示。举例而言，假设工件扫描速度为1mm/s且工件40上的离子束宽度为5mm，则工件40上的任意点R将在5秒内扫过整个离子束204。利用曝露周期802a、802b时长为600μs的例子，在任意点R扫过离子束204期间，对工件40提供了总数约为8300次的曝露周期802a、802b。因此，由于在曝露周期802a、802b的时长内工件40只经历了离子束宽度的一小部分(在本实例中为1/8300)，所以在扫描期间复合离子角轮廓730可被有效地提供给工件40的每个区域。同理也适用于工件静态曝露，在此情形下工件在曝露于曝露周期802a、802b期间是静止不动的。

除了提供一些方法与系统以便利用离子角轮廓来进行离子植入外，本发明的实施例还包括一些方法与系统，它们为用来处理工件以实现其他用途的离子束提供、调整及维护离子角轮廓。在一些实施例中，可提供离子角轮廓给工件以便处理三维表面结构特征。举例而言，可提供复合离子角轮廓来处理基板表面上的光阻凹凸特征(photoresist relieffeature)或者可提供复合离子角轮廓以使三维凹凸特征的一些部分无定形化(amorphize)，或是其他的实施例等等。

举例而言，在电脑可读储存媒体上具体实施指令程式，本文所述的方法便可自动执行，其中电脑可读储存媒体能够被可执行这些指令的机器读取。这种机器的一个实例是通用电脑。本专业领域众所周知的适当储存媒体的非限制性的示范用列表包括可读或可写CD、快闪存储器芯片(flash memory chips)(例如，姆指驱动器(thumb drives))、各种磁性储存媒体及其类似元件等等。

具体而言，改变直流(direct current，DC)萃取电压及/或工件扫描速度的步骤可至少部分是藉由电子处理器、电脑可读存储器及/或电脑可读程式相结合来执行。电脑存储器还可用来接收、显示和储存与等离子体系统的操作有关的制程历史信息，所述制程历史信息例如是以储存的电压值纪录。

本揭示并不受本文所述的特定实施例所界定的范围限制。实际上，根据前文的叙述和附图，不仅本文所述的实施例，而且本揭示的其他各种实施例以及本揭示的修改对熟悉本专业的技术人员而言都将明显易懂。因此，这些其他实施例与修改意欲落入本揭示的范围内。此外，虽然本文已以特定的实施方式、特定的环境、特定的用途来阐述本揭示，但是熟悉本专业的技术人员能够理解的是，其实用性并不限于此，且本发明也可在任何环境下为了任何用途以有利的方式来实施。因此，应如本文所述的本揭示的完整范围与精神来解释以下所述的申请专利范围。

Claims (16)

1.一种处理工件的方法，包括：

引导第一离子束朝向工件的第一区域，所述第一离子束具有经由萃取板的孔洞而萃取的第一离子的第一离子角轮廓；以及

引导第二离子束朝向所述工件的所述第一区域，所述第二离子束具有经由所述萃取板的所述孔洞而萃取的第二离子的第二离子角轮廓，其中所述第二离子角轮廓不同于所述第一离子角轮廓。

2.根据权利要求1所述的处理工件的方法，包括分别在第一时段与第二时段提供所述第一离子角轮廓与所述第二离子角轮廓各多次，其中所述第一时段与所述第二时段各自包括小于约100毫秒的时长。

3.根据权利要求2所述的处理工件的方法，其中所述第一时段不同于所述第二时段。

4.根据权利要求1所述的处理工件的方法，还包括以交替方式来提供所述第一离子角轮廓与所述第二离子角轮廓多次。

5.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其中所述第一离子角轮廓为单峰式轮廓，且所述第二离子角轮廓为双峰式轮廓。

6.根据权利要求1所述的处理工件的方法，还包括：

在引导所述第一离子角轮廓朝向所述工件前先最佳化所述第一离子角轮廓，所述最佳化包括：

测量所述第一离子角轮廓的第一最大角实验值；

将所述第一最大角实验值与第一最大角目标值做比较；以及

若所述第一最大角实验值与所述第一最大角目标值不相同，则调整控制参数。

7.根据权利要求6所述的处理工件的方法，还包括：

在提供所述第二离子角轮廓前先最佳化所述第二离子角轮廓，所述最佳化包括：

测量所述第二离子角轮廓的第二最大角实验值；

将所述第二最大角实验值与第二最大角目标值做比较；以及

若所述第二最大角实验值与所述第二最大角目标值不相同，则调整控制参数。

8.根据权利要求1所述的处理工件的方法，还包括：

在引导所述第一离子角轮廓朝向所述工件前先最佳化所述第一离子角轮廓，所述最佳化包括：

测量以第一目标角度入射的第一离子流；

若所述第一离子流不是峰值离子流，则对离子植入系统的控制参数进行第一次调整；

测量以第二目标角度入射的第二离子流；以及

若所述第一离子流对所述第二离子流的比率与目标比率不匹配，则对所述离子植入系统的所述控制参数进行第二次调整。

9.根据权利要求8所述的处理工件的方法，还包括：执行完所述第二次调整后，

测量所述第一离子轮廓的总离子流；以及

若所述总离子流与总离子流目标值不相同，则调整萃取脉冲序列的工作周期。

10.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其中所述第一离子角轮廓与所述第二离子角轮廓的总和包括第三离子轮廓，所述方法还包括：使所述工件相对于所述萃取板进行扫描，同时将所述第三离子轮廓提供给所述工件。

11.根据权利要求1所述的处理工件的方法，其中提供所述第一离子角轮廓与所述第二离子角轮廓包括将射频产生器所产生的第一幅度的第一射频信号与第二幅度的第二射频信号发送给天线。

12.根据权利要求11所述的处理工件的方法，还包括提供偏压脉冲串给所述工件，其中所述第一离子角轮廓与所述第二离子角轮廓是在所述偏压脉冲串的接通时段期间形成，在所述接通时段期间离子被吸引到所述工件上，以及其中所述第一功率位准与所述第二功率位准之间的转换是在所述偏压脉冲串的断开时段期间进行，在所述断开时段期间离子不会被吸引到所述工件上。

13.根据权利要求1所述的处理工件的方法，还包括将经由所述萃取板而萃取的第三离子的第四离子轮廓提供给所述工件的所述第一区域，其中所述第三离子的所述第四离子轮廓不同于经由所述萃取板而萃取的所述第一离子的所述第一离子轮廓和所述第二离子的所述第二离子轮廓。

14.一种处理系统，包括：

射频产生器，其经配置以发送射频信号，以便产生等离子体；

工件固持器，其经配置以接收相对于所述等离子体的偏压，以便吸引离子穿越等离子体鞘朝向工件；

萃取板，其具有孔洞，所述萃取板经配置以提供离子束，所述离子束具有以入射角范围分布在所述工件上的离子；以及

控制器，其经配置以便在一系列的曝露周期中发送控制信号给所述射频产生器，从而使所述射频信号的幅度在第一幅度与第二幅度之间以交替方式变化，其中每个曝露周期包括第一离子曝露和第二离子曝露，所述第一离子曝露和所述第二离子曝露分别与所述第一幅度和所述第二幅度相对应，且分别包括经由所述孔洞而萃取的离子的第一离子角轮廓和第二离子角轮廓。

15.根据权利要求14所述的等离子体处理系统，其中所述工件固持器经配置以便在一系列的所述曝露周期期间使所述工件相对于所述萃取板的所述孔洞进行扫描，其中每个所述曝露周期小于所述工件扫过与所述离子束宽度相等的距离所需时长的约百分之十。

16.根据权利要求14所述的等离子体处理系统，其中所述第一次曝露长于所述第二次曝露。

Images