CN112614767A - 一种藉由偏压电压来减少颗粒污染的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供偏压电压到组件(例如法拉第杯)来减少颗粒产生并且阻止颗粒自组件剥离，颗粒可以是布植离子及/或布植离子与组件材料的结合。偏压电压的强度必须没有明显地影响晶圆的离子布植，也必须明显地阻止自偏压组件发射的辐射及/或电子。如何提供与调整偏压电压并不需要限制，额外的电压源与修改的前置放大器二者都是可行的。进一步地，由于偏压电压会改变法拉第杯所产生的电场，邻近于法拉第杯的离子束的收敛会被减少，进而极小化分析器所测量到的离子束以及法拉第杯所接收到的离子束二者间的可能差距。

Description

一种藉由偏压电压来减少颗粒污染的装置和方法
技术领域
本发明是有关于离子布植机与离子布植的改善，特别是有关于在低能量离子布植中藉由使用偏压电压(bias voltage)来减少颗粒污染(particles contamination)的改善。
背景技术
离子布植技术已经普遍地被应用来制造现代产品，像是集成电路、挥发性或非挥发性内存、平面显示器、以及太阳能电池等等。因此，强烈地需要持续地改善离子布植机的结构藉以适用于不同的离子布植程序。
近年来，低能量离子布植的需求持续地增加，像是离子能量低于1000电伏特(eV)的离子布植。如此的需求导致更为关键的需要：防止被离子撞击的内部组件(internalcomponent)发生颗粒污染，举例来说内部组件可以是法拉第杯(Faraday cup)、吸盘(Chuck)或是配置来调整离子束的电极与磁铁。一般来说，离子布植深度是正比例于要被布值离子的离子能量。因为这理由，在低能量离子布植中被布植离子所减少的能量也就减少了被布植离子的布植深度。相较于高能量离子布植中具有较高能量但是相同剂量的离子是自内部组件的表面分布到其较深内部，低能量离子布植中被布植离子将大规模地累积在内部组件的表面或较浅部分。固定地和重复地低能量离子布植将导致越来越多的离子沉积在此组件的表面或较浅部分。因此，当离子束持续地撞击此组件时，在下一次低能量离子布植时这些累积的碎屑(debris)将容易自组件剥离(peel off)。甚至，在低能量离子布植停止后，这些剥离仍会持续发生。剥离的和存在的碎屑可能会漂移到或进入到处理室(processchamber)的内部并且导致颗粒污染。因此，急迫地需要在低能量离子布植程序施行时减少或消除自内部组件剥落的碎屑。
发明内容
在一实施例，本发明藉由使用内部组件会被离子束撞击的新配置来减少颗粒污染的问题。内部组件可以是配置来接收离子束的法拉第杯，配置来固持晶圆的吸盘，或是配置来调整离子束的电极、磁铁和电浆枪(plasma flow gun)。这些内部组件在离子布植程序中容易被离子所撞击。在这些内部组件中，法拉第杯可以累积最多数量与最高浓度的颗粒，这是因为离子束在离子布植程序中频繁地撞击它。在法拉第杯与被吸盘所固持的晶圆之间只有短距离或近距离的状况，颗粒污染将更为恶化。
在一实施例，本发明藉由施加偏压电压到被离子束所撞击(或说是会与离子束相互反应)的内部组件来减少颗粒污染的问题，特别是施加到法拉第杯中被设计来直接接收离子束的平板。合理地，施加的偏压电压会在离子通过吸盘所在平面后增加离子的被布植能量。这些具有被增加能量的离子会强烈地被传导到与被撞击到被偏压的平板。据此，这些离子的分布可以穿透到法拉第杯中这些平板的较深部分。因此，可以有效地减少形成在这些平板的表面或较浅部分的颗粒，而且被布植离子和内部组件材料的结合也可以避免。必须强调地是被施加的偏压电压必须被限制，藉以使得被布植到晶圆的离子的布植能量基本上不受影响，这是因为被吸盘所固持的晶圆被放置在法拉第杯的附近。相似地，施加的偏压电压也应该被限制，藉以使得在离子束的理想状况是被传导通过此组件的邻近区域时，离子束的传导为基本上不受影响。附带地，施加的偏压电压也可能多多少少吸引这些颗粒。据此，自任何内部组件发生颗粒剥离的机率可以被减少，而且在离子布植机内部真空环境中的颗粒污染也可以相对应地被减少。
商业化可及的离子布植机中法拉第杯的电位能被保持在电压参考基准点(也就是说0伏特)，藉以确保能精确测量法拉第杯所接收到离子束的离子束电流。当这些被布植离子自平板表面分布到法拉第杯之平板的深层内部部分时，如此配置基本上是优秀的。但是当低能量离子布植程序被应用时，特别是当其在近年来变成普遍的时，如此配置将无可避免地面临颗粒污染。特别地，当低能量离子布植程序被施行时，这些颗粒会累积在法拉第杯中这些平板的表面或是其较浅部分。相反地，本发明施加一偏压电压到法拉第杯中这些平板，使得被布植离子是自这些平板的表面分布到其深部分。必须注意，被布植到晶圆的离子的离子布植能量并没有被施加到法拉第杯的偏压电压所改变。替代地，通过吸盘和分析器二者所在平面并且被传导到法拉第杯的离子将被加速并且其能量对应地在这阶段被改变。据此，本发明可以更有效率地阻止颗粒污染而且也不会有任何明显的副作用。
一般来说，偏压电压的强度可以是反比例于离子束能量，这是因为被布植离子的布植深度成比例于离子束能量，而且偏压电压的强度是成比例于离子束电流，这是因为被布植离子的浓度成比例于离子束电流。附带地，偏压电压的极性(polarity)可以是相反于被布植离子的极性，也或可以是相反于形成在被布植组件表面/内部的颗粒的极性。当然，偏压电压的定量调整至少依赖于离子束以及可以被离子束所布植(或说会与离子束相互作用)的组件。换句话说，偏压电压的定量调整是看个案调整的。
必须强调的是偏压电压的强度必须被适当地控制，藉以确保对位于法拉第杯附近的吸盘所固持的晶园的离子布植可以被正确地执行，以及藉以确保离子束可以适当地自离子源被传导到晶圆与法拉第杯二者。藉此，任何没有正面效益的副作用都可以被避免。特别地，偏压电压的强度必须被适当地控制，藉以减少辐射及/或电子的发射以及不释出其他带电颗粒。
除此之外，这发明并不限制如何提供与调整此偏压电压。举例来说，可以透过简单地连接一个需要的电压源到法拉第杯的平板来实现。或者，如果需要校准电压源的输出电压来符合需要的偏压电压，可以选择地使用校准电路(calibration circuit)。或也可以透过调整商业化法拉第杯所使用的前置放大器与控制器的硬件/软件来实现，在此控制器可以是可程序多轴运动控制器(programmable multi axis controller)与输出输入控制器(input-and-output controller)。
更进一步地，藉由施加偏压电压，本发明可以调整通过反应室的离子的途径并且抑制离子的发散。藉此，通过反应室的离子被抑制、被重新导向并且被法拉第杯所接收，而且离子束在通过晶圆将被布植的位置后未被法拉第杯所接收的部分显著地减少。一个主要的原因是施加的偏压电压会改变法拉第杯附近的电场，而且法拉第杯的轮廓也会导致电场在法拉第杯边缘(edge)附近的空间强度分布比起此电场在远离法拉第杯边缘处有着更多的强度变化。藉此，电场的产生与变化有助于法拉第杯的更精确测量。必须注意地是，施加的偏压电压会加速被传导至法拉第杯附近的离子的速度，亦即会增加被布植到法拉第杯这些平板的离子的布植能量，而且在离子束被传导通过晶园会被布植的位置之前并不会改变离子束能量。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1A、1B显示离子布植深度与离子布植浓度二者怎样随着不同离子束能量而变化；
图2A、2B、2C、2D显示传统的法拉第杯在低能量离子布植后的运作以及在真空环境中的颗粒分布；
图3A、3B、3C、3D显示提出的法拉第杯在低能量离子布植后的运作以及在真空环境中的颗粒分布；
图4A、4B、4C是施加偏压电压到商业化可及法拉第杯的可能配置的实施例；
图5为对于施加到法拉第杯的偏压电压所引发的电位能等高线分布的计算机仿真；
图6A、6B是示意地显示传统法拉第杯的真空环境中一带状离子束在第一(长)维度和第二(短)维度的离子束形状的横截面视图；
图7A、7B是示意地显示被偏压法拉第杯的真空环境中一带状离子束在第一(长)维度和第二(短)维度的离子束形状的横截面视图；
图8A、8B是示意地显示传统法拉第杯与被偏压法拉第杯之间离子束形状改变的比较。
附图标记：
201：法拉第杯
202：反应室壁
203：离子束
204：吸盘
205：晶圆
206：分析器
207：颗粒
301：法拉第杯
302：反应室壁
303：离子束
304：吸盘
305：晶圆
306：分析器
307：颗粒
308：电压源
400：反应室
401：法拉第杯
402：反应室壁
403：电压参考基准点
404：控制器
405：前置放大器
406：校准电路
408：电压源
501：法拉第杯
501A：法拉第杯开口
600：反应室
601：法拉第杯
603：束状离子束
700：处理室
701：法拉第杯
703：束状离子束
709：某部分
801A：法拉第杯
803：束状离子束
803a：离子束
803b：离子束
806：分析器
808：偏压电压
具体实施方式
本发明所要解决问题的物理机制可以摘要地描述如下。离子布植深度(掺杂深度)正比例于离子束能量(掺杂能量)，而且离子布植浓度(掺杂浓度)是相对应地成比例于离子布植电流。参照图1A至图1B所显示的离子布植深度与离子布植浓度怎样随着不同离子束能量而变化。有理由地，当离子束的能量足够低时，被布植离子们的分布将大量地集中在被布植组件的表面的邻近处。因此，不只被布植组件的较浅部分会因为大量被布植离子的存在而被强烈地损伤，而且一定数量的颗粒会自被布植组件剥离并漂浮进入晶圆被固持以进行离子布植的真空环境。举例来说，剥离的颗粒可以是被布植离子本身或是被布植离子和被布植组件的材料二者的结合。所以，离子布植机内部将无可避免地出现颗粒污染现象(particle contamination phenomenon)。
随着对于低能量离子布植的需求增加，近年来一些实验已经证明了如此颗粒污染现象可能会随着离子束能量自数千电伏特减少到数百电伏特而快速地恶化。举例来说，一些实验显示了具有200电伏特到500电伏特间的离子束能量的离子布植会有显著增加的颗粒污染。颗粒污染现象会在面对真空环境的法拉第杯内部更为严重，这是因为其邻近于被静电吸盘所固持的晶圆，也是因为离子束在离子布植中持续地撞击法拉第杯。此外，如此的颗粒污染也可能在离子布植机内部真空环境的其他部分变得明显，这是因为在离子束调整周期中离子束有时候也会撞离到电极/磁铁，电浆枪或质量分析器(mass analyzer)。
图2A至图2D描绘颗粒污染是如何发生以及为何商业化可及的离子布植器中邻近于法拉第杯的真空环境中颗粒污染会更恶化。图2A示意地描绘商业化可及的离子布植器中合并了法拉第杯201的终端站(end station)。如图2A所示，法拉第杯201是被嵌入到离子布植器的反应室壁202并且面对离子束203。配置来固持要被布植晶圆205的吸盘204(chuck)与配置来监测离子束剂量的分析器(profiler)206二者皆是被放置在垂直于离子束203的同一个平面上。吸盘204沿着这个平面来回地移动，而且分析器206也沿着这个平面移动来侦测离子束电流。为了简化图示，法拉第杯201是以杯形结构(cup-shaped structure)来呈现，其中杯形结构的底部和侧壁对应到配置来接收离子束203的多个平板们。配置来测量与分析接收到离子束的电流的电路则被省略。如图2B所示，当吸盘204和晶圆205沿着一个扫描方向来回地移动时，离子束203每一段间隔时间便间歇地被传导进入法拉第杯201。因此，离子束203不会被晶圆205(或吸盘204)和分析器206所阻挡，并且在每一段间隔时间便直接撞击到法拉第杯201。如图2C所示，在离子布植的期间，根据上面讨论的机制，大量的颗粒207形成在法拉第杯201的内表面的上面与内部。如图2D所示，在离子布植期间及其结束后，这些颗粒207的一部份会剥离离开法拉第杯201的内表面。剥离的碎屑可以扩散到或漂浮到被反应室壁202所围绕的真空环境，甚至可以移动到吸盘204、晶圆205及/或分析器206，然后引发这些组件的一些相对应损伤。
图3A到图3D描绘颗粒污染是如何被阻止以及为何在面对处理室真空环境的法拉第杯301不存在有意义的颗粒污染。图3A示意描绘根据本发明一实施例所配置的合并了法拉第杯301的终端站。图3B和图3C描绘了在离子布植过程中一些颗粒307的形成和分布。请注意图3A、图3B和图3C分别地基本上相似于图2A、图2B和图2C，除了被配置来提供一偏压电压到法拉第杯301的电压源308的存在。在离子布植期间，根据上面讨论的机制，一些颗粒307形成在法拉第杯301的内表面的上面及/或内部。归因于偏压电压源308的应用，这些颗粒307的数量为明显地小于如图2D所示的那些颗粒207的数量，这是因为施加的偏压电压可以增加布植到法拉第杯301的这些离子们的布植能量而且将这些被布植离子们分布到法拉第杯301的较深部分。附带地，施加的偏压电压多少可以吸引邻近于法拉第杯301的这些颗粒307并且进一步地阻止这些颗粒307漂浮或迁移回到反应室。图3D是显示使用本发明之配置后颗粒污染的结果的摘要图示。藉由比较图3D和图2D，可以发现只有一小量的颗粒307被形成在法拉第杯301内部的表面。换句话说，藉由如本发明所提出的施加一偏压电压来偏压法拉第杯301，颗粒污染被有效地阻止，这是因为只有一小部分的颗粒307或甚至没有颗粒307可以自法拉第杯301的内表面被剥离离开。据此，可以大量地减少漂浮或迁移进入到反应室壁302所围绕之真空环境的颗粒或碎屑。据此，移动到吸盘304、晶圆305及/或分析器306的颗粒的数目是有效地被减少。
举例来说，图4A摘要地描绘使用本发明的偏压法拉第杯的一个在离子布植器内的反应室400和法拉第杯401的简化配置。在这个实施例，法拉第杯401被偏压到一负电压，这个负偏压电压可以是自数百负伏特到负数千伏特。而且一吸盘和一分析器(像是一传感器)被放置在反应室壁402所围绕的真空环境中，并且可在其中移动以及被保持在电压参考基准点(亦即接地/0伏特)。
在一些实施例，分析器可以是微通道板(microchannel plate)、照相机或相似的传感器，因此可以决定诸如离子束强度、离子束电流、离子束截面积和离子束影像等等。据此，分析器可以被配置来提供关于离子束的讯息，像是离子束是否被适当地传导，以及允许监测关联到离子布植系统的离子束。在一些实施例，此系统的分析器包含了多重传感器。举例来说，分析器可以包含了微管道板与照相机二者，并且因此可以同时性地决定离子束电流与离子束影像，其可以进一步地被用来视需要调整离子束。
图4C呈现了提供偏压电压到法拉第杯的一个样例。图4B对应到现有商业化离子布植机并且摘要地描绘配置来匹配法拉第杯和分析接收到离子束的电路。在图4B，前置放大器(pre-amplifier，pre-AMP)405分别地电性地耦合到法拉第杯401和电压参考基准点(电压零点)GND。接收到的离子束测量结果系被传送到控制器(像是PMAC&IOC)404。相反地，图4C对应到使用本发明来改善的法拉第杯401并且摘要地描绘配置来匹配法拉第杯401与分析接收到离子束的电路。电压源408为分别地电性地耦合到法拉第杯401、校准电路406和电压参考基准点403，而且前置放大器405分别地电性地耦合到校准电路406和控制器404。清楚地，电压源408配置来施加需要的偏压电压到法拉第杯401以及校准电路406配置来调整前置放大器405的运作，藉以排除偏压电压对于接收到离子束所测量的到电压的效应。通过这种方式，传送到控制器404的讯号们并不会因为电压源408的使用而被影响。
无论如何，本发明并不限制如何提供偏压电压。举例来说，在某未绘制的实施例，电压源被舍弃而且具有内建数据库的校准电路被应用，此内建数据库纪录一个准电压如何播施加到法拉第杯以及根据先前进行的实验/仿真记录前置放大器的运作的修正二者之间的关系。藉由如此方式，需要的被偏压法拉第杯也可以被达成，并且被提出的被偏压法拉法所接收的离子束电流也可以被正确地测量。相似地，在一些未绘制的实施例们，离子布植器中其他的内部组件也可以藉由使用电压源而简单地被偏压，因为这些内部组件的功能都是与接收和测量离子束无关。
此外，施加的偏压电压的强度系至少取决于这些组件(特别是法拉第杯)的实际设计以及离子布植的实际运作。其必须高到足够阻止这些颗粒的形成以及阻止这些颗粒剥离离开此组件，藉以消除或阻止颗粒污染。另外，其必须被充分地调节或调整来避免辐射及/或带电颗粒(像是电子)自法拉第杯的发射，藉以阻止任何不需要的副作用。举例来说，其必须足够低来阻止发射的辐射对于离子布植器的操作人员的伤害风险。取决于离子布植器所使用的配方，偏压电压不应该超越某门坎而影响或改变到配方或是在真空环境中传导的离子束途径。
有意义地，施加到法拉第杯的偏压电压自动地改变分布在邻近真空环境中的电场。图5对于施加到法拉第杯501的偏压电压所引发的电位能等高线分布的计算机仿真。如图5所示，在邻近于法拉第杯501开口处，特别是在法拉第杯开口处的边缘(edge)，这些电位能等高线是密集地分布并且快速地自高电位能降低到低等位能。相反地，在远离开法拉第杯501处，这些电位能等高线是稀疏地分布并且缓慢地自高电位能降低到低等位能。特别地，在法拉第杯开口501A的相对部分，逐渐地自较高电位能降低到较低电位能的这些电位能等高线的分布是呈气泡状形状(bubble-like shape)。根据图5所示的模拟结果，离子束途径是被施加到法拉第杯501的偏压电压给相对应地修改，因为电场方向是船质到这些电位能等位线们的每一个。特别地，归因于这些电位能等高线的分布，任何被传导到法拉第杯开口501A邻近处的离子会被卷入到法拉第杯开口501A的中间。此外，任何被传导到邻近于法拉第杯开口501A外侧(outer side)的离子可以被偏折与被卷入到被法拉第杯501所围绕的内部空间。因此，在被传输往法拉第杯501的宽阔束状离子束中的离子可以被重新塑形成为将被被偏压法拉第杯501所接收的较窄束状离子束。
图6A和图6B是通过反应室600到达被保持在电位参考基准点(亦即并没有被施加偏压电压)的法拉第杯601的束状离子束的横截面视图。图6A是从束状离子束603的第一维度(长轴)所看到的横截面视图，而图6B是从束状离子束603的第二维度(短轴)所看到的横截面视图。如图6A和图6B所显示的，法拉第杯601是保持在电位参考基准点，并且束状离子束603的能量是保持在正电压(positive voltage)而不管其是在处理室600内部或是进入到法拉第杯601。从处理室600到法拉第杯601底部，束状离子束603的轮廓和方向是基本上保持一样的，虽然空间电荷效应(space-charge effect)可能会引发离子束的小幅度发散。
图7A和图7B是通过处理室700到达法拉第杯701的束状离子束703的横截面示意图。图7A和图7B系相似于图6A和图6B，除了施加到法拉第杯701的是负偏压电压。在这个实施例，法拉第杯701是被维持在需要的负偏压电压。通过处理室700的离子束703因此被偏压电压给加速，而且被布植进入法拉第杯701底部的这些离子的电位能被调整为一负伏特。归因于电位能的改变以及施加到法拉第杯701的负偏压电压的吸引，在图7A和图7B的某部分709，离子束703的形状是基本上被改变或被窄化。在第一维度与第二维度上束状离子束的收敛与重新塑形，可以确保对于离子束703的总离子束电流的更精确测量。
本发明所拥有的好处并不仅止于阻止颗粒污染，这是因为如图8B所示般被偏压的法拉第杯可以窄化或改变离子束形状。图8A示意地显示束状离子束803、分析器806和未被偏压的法拉第杯801A。图8B相似于图8A，除了偏压电压808被施加到法拉地杯801B。归因于先前提到的使用来偏压法拉第杯801B的偏压电压808的效应，可以在没有偏压电压被施加时发生发散与被偏离到法拉第杯801A外侧的离子束803a，现在则可以被偏折接近法拉第杯801B的开口并且被已被偏压的法拉第杯801B重新接收。当然，通过反应室并且没有被发散或被偏离的离子束803b仍然会沿着离子束途径前进，如平常般撞击到被偏压法拉第杯801B的底部。结果便是如图8A与图8B所示般，未被偏压的法拉第杯801A所接收到的总离子束可以不同于分析器806所接收到的总离子。因为在图8A，离子束803在通过分析器(206/306/806)与吸盘(204/304)会位于其上的平面之后仍会逐渐地变宽。有意义地，藉由如本发明般偏压法拉第杯，被偏压的法拉第杯801B所接收到的离子束可以几乎等于分析器906所接收到的离子束，这是因为在通过分析器(206/306/806)与吸盘(204/304)会位于其上的平面之后离子束803的发散可以被抑制。本发明的这个附带好处是分析器与被偏压法拉地杯可以测量到具有实质上相等数量的离子束。据此，偏压法拉第杯所测量到的离子束可以充分地反映出被分析器所测量到的离子束剂量。
总结一下，一种在低能量离子布植减少颗粒污染的方法被提出。其步骤包含了识别离子布植机的一内部组件，其会在低能量离子布植执行超过一个预定门坎后累积多数颗粒。其次，这些步骤更包含在低能量离子布植周期间施加需要的偏压电压到被识别的内部组件。施加需要的偏压电压到被识别组件，可以在低能量离子布植结束后还连续地或持续地进行。施加到被识别组件所需要的电压是相对于离子束中离子们的能量，藉以吸引或加速离子们到被识别组件。取决于低能量离子布植的配方，需要的电压的范围可以是从数百伏特到数千伏特。
明显地，相对于已经描述的和已经描绘的，构造细节和这些实施例都可以广泛地变化，而不会背离本发明所要保护的范围。

Claims (33)

1.一种离子布植系统，包含：
一离子束产生器，配置用于产生一离子束；
一晶圆吸盘，配置用于固持一晶圆；
一法拉第杯，配置用于接收至少一部分的该离子束；以及
一偏压电压源，电性地连接到该法拉第杯，在此该偏压电压源配置用于当该离子束被自该离子束产生器被传导到该晶圆时施加一偏压电压到该法拉第杯。
2.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，更包含：
一个或多个平板，嵌入在该法拉第杯，在此该偏压电压源电性地连接到一或多平板。
3.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，更包含：
一反应室，围绕该晶圆吸盘与该法拉第杯，在此该真空反应室的一外壁电性地接地。
4.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，更包含：
一感应器，配置用于监控被该离子束产生器所传导的该离子束。
5.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，更包含：
一前置放大器，电性地连接到该法拉第杯，在此该前置放大器配置用于测量该法拉第杯的第一电压；以及
一控制器，电性地连接到该前置放大器，在此该控制器配置用于根据该法拉第杯测量到的该电压来调整该离子束的一电流。
6.如权利要求5所述的离子布植系统，其特征在于，该偏压电压源是电性地连接到该法拉第杯的一电压源，更包含：
一校准电路，电性地连接到该电压源与该前置放大器，在此该校准电路配置用于根据该偏压电压来调整该前置放大器的一放大程度；以及
一控制器，电性地连接到该前置放大器，在此该控制器配置用于根据该前置放大器的该放大程度来调整该离子束的一电流。
7.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，该偏压电压源配置为反比例于该离子束的能量来施加该偏压电压的强度。
8.如权利要求7所述的离子布植系统，其特征在于，该偏压电压源系配置来反比例于该离子束的一电流来施加该偏压电压的该强度。
9.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，该偏压电压源配置用于施加一负电压。
10.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，该离子束产生器配置用于传导一束状离子束。
11.如权利要求10所述的离子布植系统，其特征在于，该偏压电压源配置用于根据该束状离子束的一需要的发散来施加该偏压电压。
12.如权利要求11所述的离子布植系统，其特征在于，该法拉第杯配置用于测量该离子束的第一电流，更包含：
一传感器，配置用于测量该离子束的第二电流；以及
一控制器，电性地连接到该传感器、该法拉第杯与一电压源，在此该控制器包含内存与一或多处理器，在此内存储存一或多程序，该一或多程序包含多个指令，其中当被一或多处理器执行时，导致该系统去：
决定是否该离子束的该第一电流是否等于该离子束的该第二电流；以及
根据该离子束的该第一电流不等于该离子束的该第二电流的一决定，调整该电压源提供的该偏压电压。
13.如权利要求12所述的离子布植系统，其特征在于，该一或多程序更包含多个指令，当该些指令被一或多处理器执行时，导致该系统去：
决定是否该束状离子束的一收敛是在收敛的一极小门栏内，在此是根据该离子束的该第一电流和该离子束的该第二电流；以及
根据该束状离子束的此收敛并不小于此收敛的该极小门栏内的一决定，调整该电压源提供的该偏压电压。
14.如权利要求1所述的离子布植系统，其特征在于，该离子束产生器配置用于提供一低能量离子束。
15.如权利要求14所述的离子布植系统，其特征在于，该离子束产生器配置用于提供具有小于1000电伏特的能量的该离子束。
16.如权利要求15所述的离子布植系统，其特征在于，该离子束产生器配置用于提供具有介于200电伏特到500电伏特间的能量的该离子束。
17.一种在离子布植系统减少颗粒污染的方法，该离子布植系统包含一离子束产生器，一晶圆吸盘配置来固持一晶圆，一法拉第杯，和一偏压电压源电性地连接到该法拉第杯，该方法包含：
传导一离子束，自该离子束产生器到该晶圆；以及
施加一偏压电压，自该偏压电压源到该法拉第杯，在该离子束自该离子束产生器被传导到该晶圆的期间。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，一或多平板嵌入在该法拉第杯并且电性地连接到该偏压电压源，并且施加该偏压电压到该法拉第杯更包含施加该偏压电压到嵌入在该法拉第杯的该一或多平板。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该离子布植系统更包含一反应室其围绕了该晶圆吸盘与该法拉第杯，更包含：
施加一接地电压到该反应室的一外壁。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该离子布植系统更包含一传感器，更包含：
使用该传感器决定该离子束的电流。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该离子布植系统更包含电性连接到该法拉第杯的一前置放大器和电性连接到该前置放大器的一控制器，更包含：
使用该前置放大器决定该法拉第杯的一电压；以及
根据该法拉第杯的该被测量电压来调整该离子束的一电流。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该偏压电压源是电性地连接到该法拉第杯的一电源供应并且该离子布植系统更包含电性连接到该电源供应与该前置放大器的一校准电路以及电性连接到该前置放大器的一控制器，更包含：
根据该偏压电压来调整该前置放大器的一放大程度；以及
根据该前置放大器的该放大程度来调整该离子束的一电流。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该偏压电压的强度为反比例于该离子束的一能量。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该偏压电压的一强度为反比例于该离子束的一电流。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，该偏压电压为一负电压。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该离子束为一束状离子束。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，该偏压电压是根据该束状离子束的一需要的发散来施加。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，该离子布植系统更包含一传感器，电性地连接到该传感器与该法拉第杯的一控制器，与一电压源，更包含：
使用该法拉第杯测量该离子束的第一电流；
使用该传感器测量该离子束的第二电流；
使用该控制器决定是否该离子束的该第一电流等于该离子束的该第二电流；以及
根据该离子束的该第一电流不等于该离子束的该第二电流的一决定，使用该控制器调整该电压源提供的该偏压电压。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，更包含：
决定是否该束状离子束的一收敛是在收敛的一极小门栏内，在此是根据该离子束的该第一电流和该离子束的该第二电流；以及
根据该束状离子束的此收敛并不小于此收敛的该极小门栏内的一决定，调整该电压源提供的该偏压电压。
30.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该离子束为一低能量离子束。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，该离子束具有小于1000电伏特的能量。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，该离子束产生器是配置用于提供具有介于200电伏特到500电伏特间的能量的该离子束。
33.一种非暂时性计算机可读取储存媒体，用于储存一或多程序，该一或多程序包含多个指令，当该些指令被一离子布植系统的一或多处理器执行时，导致该离子布植系统去：
自该离子布植系统的一离子束产生器传导一离子束到该离子布植系统的一晶圆吸盘所固持的一晶圆；以及
使用该离子布植系统的一偏压电压源施加一偏压电压到该离子布植系统的一法拉第杯，在此当该离子束被自该离子束产生器被传导至该晶圆时使用该偏压电压源来施加该偏压电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4361762A (en) * 1980-07-30 1982-11-30 Rca Corporation Apparatus and method for neutralizing the beam in an ion implanter
US6723998B2 (en) * 2000-09-15 2004-04-20 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Faraday system for ion implanters
WO2002052608A2 (en) * 2000-12-26 2002-07-04 Epion Corporation Charging control and dosimetry system for gas cluster ion beam
KR100444201B1 (ko) * 2002-04-18 2004-08-16 삼성전자주식회사 이온빔 경사각 측정방법 및 장치
US6815696B2 (en) * 2002-05-29 2004-11-09 Ibis Technology Corporation Beam stop for use in an ion implantation system
US7377228B2 (en) * 2002-09-23 2008-05-27 Tel Epion Inc. System for and method of gas cluster ion beam processing
US7479644B2 (en) * 2006-10-30 2009-01-20 Applied Materials, Inc. Ion beam diagnostics
US8890506B2 (en) * 2011-09-07 2014-11-18 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Apparatus and method for measuring ion beam current

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