CN113016051A - 静电过滤器以及具有非对称静电组态的离子植入器 - Google Patents

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Abstract

一种设备可包括：主腔室；入口隧道，具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；以及出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲。所述设备可包括：电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及抓持装配件，设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。

Description

静电过滤器以及具有非对称静电组态的离子植入器
技术领域
本发明大体来说涉及用于对衬底进行植入的设备及技术，且更具体来说涉及改进的离子束能量过滤器。
背景技术
离子植入是通过轰击(bombardment)将掺杂剂或杂质引入衬底中的工艺。在半导体制造中，引入掺杂剂来改变电学性质、光学性质或机械性质。
离子植入系统可包括离子源及一系列束线组件。离子源可包括产生离子的腔室。离子源还可包括设置在腔室附近的电源(power source)及提取电极装配件。所述束线组件可包括例如质量分析器、第一加速或减速级(acceleration or deceleration stage)、准直器及第二加速或减速级。与用于操纵光束的一系列光学透镜非常类似，束线组件可对具有特定物质种类、形状、能量和/或其他特征的离子或离子束进行过滤、聚焦及操纵。离子束穿过束线组件，且可被朝安装在台板(platen)或夹具上的衬底引导。衬底可通过有时被称为多轴旋转手臂(roplat)的设备在一个或多个维度上移动(例如，平移、旋转以及倾斜)。
在许多离子植入器中，下游静电模块可用作静电透镜及静电过滤器来控制离子束能量、离子束形状及离子束尺寸。静电模块可将离子束加速或减速至最终能量，同时改变离子束的方向。通过改变离子束的方向，高能中性粒子可被筛选出来，从而得到能量受到良好界定的最终束。
已知的静电模块可采用例如多对电极，例如成对布置的七个上部电极及下部电极，其中电极约束并引导从中行进的离子束。电极可布置成与离子束等距间隔开的棒(rod)。棒/电极电位被设定为在静电模块中形成电场，从而使离子束减速、偏转并聚焦所述离子束。
在静电模块的一些组态中，可使用给定数目的电极(例如五对或七对电极在离子束撞击衬底前以最终束能量离开之前在静电模块的主腔室中之前对离子束进行偏转、减速及聚焦。为使电极维持处于恰当的工作次序，可执行周期性维护以清洁主腔室以及电极，从而移除在使用静电模块期间积聚的碎屑(例如剥落物)或其他材料。举例来说，来自衬底的材料可能在植入期间被重新溅镀，且可能被输送回电极的表面上或静电模块内的其他表面上。此种材料可能以促进材料的剥落或其他腐蚀的方式积聚在电极上，所述被腐蚀的材料可能部分地以原子级、微观或宏观粒子或碎屑的形式输送至衬底上。另外，已知的静电过滤器可提供吸引离子并产生从静电过滤器输送到衬底的溅镀材料的表面。
针对这些及其他考虑，提供本发明。
发明内容
在一个实施例中，一种设备可包括：主腔室；入口隧道，具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；以及出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲。所述设备可包括：电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及抓持装配件，设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
在又一实施例中，一种离子植入器可包括：离子源，用于产生离子束；以及静电过滤器，设置在所述离子源下游以控制所述离子束。所述静电过滤器可包括：主腔室；入口隧道，具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；以及出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲。所述静电过滤器可进一步包括：电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及抓持装配件，设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
在附加实施例中，一种静电过滤器可包括：主腔室，包括设定成地电位的腔室壁；入口隧道，以第一电位偏置，且具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；以及出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线。所述入口隧道及所述出口隧道可在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲。所述静电过滤器可包括：电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及抓持装配件，设定成地电位，且设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
附图说明
图1示出展示根据本发明实施例的离子植入系统的示例性实施例。
图2示出根据本发明示例性实施例的静电过滤器的结构。
图3示出根据本发明实施例的图2所示静电过滤器在一种操作模式下的示例性操作。
图4示出根据本发明其他实施例在一种操作模式下对示例性静电过滤器的仿真。
图5示出根据本发明又一些实施例在一种操作模式下对示例性静电过滤器的仿真。
图6示出根据本发明附加实施例对图4所示示例性静电过滤器组态中的离子束输送的仿真。
图7示出根据本发明附加实施例对图5所示示例性静电过滤器组态中的离子束输送的仿真。
图8示出根据本发明一些实施例的示例性工艺流程。
所述附图未必按比例绘制。所述附图仅为表示形式，而并非旨在描绘本发明的具体参数。所述附图旨在示出本发明的示例性实施例，且因此不被视为对范围进行限制。在所述附图中，相同的编号代表相同的元件。
具体实施方式
现将参照附图在下文更充分地阐述根据本发明的系统及方法，在所述附图中示出所述系统及方法的实施例。所述系统及方法可实施为许多不同的形式而不应被视为仅限于本文所述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使此公开内容将透彻及完整，且将向所属领域中的技术人员充分传达所述系统及方法的范围。
为方便及清晰起见，本文中将使用例如“顶部(top)”、“底部(bottom)”、“上部(upper)”、“下部(lower)”、“垂直(vertical)”、“水平(horizontal)”、“侧向(lateral)”及“纵向(longitudinal)”等用语来阐述该些组件及其构成部件相对于图中所示半导体制造装置的组件的几何形状及取向的相对放置及取向。术语将包括具体提及的词、其派生词及具有相似意义的词。
本文所使用的以单数形式陈述且前面带有词“一(a或an)”的元件或操作被理解为也潜在地包括多个元件或多个操作。此外，在提及本发明的“一个实施例”时并非旨在被解释为排除也包括所陈述特征的附加实施例的存在。
本文中提供例如用于改进用作静电过滤器的静电模块的操作及可靠性的方式。在示例性实施例中，公开一种具有新颖架构的静电过滤器，所述新颖架构包括在静电模块的主腔室中电极装配件的新颖布置。
现参照图1，示出展示系统10的示例性实施例，其中根据本发明，系统10可用于离子植入系统。除其他组件以外，系统10也包括离子源14及一系列束线组件，离子源14用于产生例如带状束(ribbon beam)或点状束(spot beam)等离子束18。离子源14可包括用于接收气流24并产生离子的腔室。离子源14也可包括设置在腔室附近的电源及提取电极装配件。从离子源14延伸到静电过滤器40的束线可被认为是上游束线12。在一些非限制性实施例中，上游束线的束线组件16可包括例如设置在静电过滤器40上游的质量分析器34、第一加速或减速级36及准直器38，所述过滤器可为离子束18提供减速和/或加速。
在示例性实施例中，束线组件16可对具有特定物质种类、形状、能量和/或其他特征的离子或离子束18进行过滤、聚焦及操纵。穿过束线组件16的离子束18可被朝安装在处理腔室46内的台板或夹具上的衬底15引导。衬底可在一个或多个维度上移动(例如，平移、旋转及倾斜)。
静电过滤器40是被组态成独立控制离子束18的偏转、减速及聚焦的束线组件。在一些实施例中，静电过滤器40是垂直静电能量过滤器(vertical electrostatic energyfilter，VEEF)或静电过滤器EF。如下文将更详细地阐述，静电过滤器40可被布置为界定至少一种电极组态的电极装配件。电极组态可包括沿束线串联布置的多个电极，以经由静电过滤器40处理离子束18。在一些实施例中，静电过滤器可包括设置在离子束18上方的一组上部电极及设置在离子束18下方的一组下部电极。所述一组上部电极与所述一组下部电极之间的电位差也可沿中心离子束轨迹变化，以在沿中心射线轨迹(central raytrajectory，CRT)的各种点处偏转离子束。系统10可还包括示为电极电压装配件50的电极电压源以及耦合到静电过滤器40的入口隧道52，其中下文阐述调谐器电压装配件的操作。如图1中进一步所示，系统10可包括入口隧道52，入口隧道52仅布置在静电过滤器40上游或者形成静电过滤器40的上游部分，以将离子束18引导到静电过滤器40中。如随后的实施例中所公开，入口隧道52以及静电过滤器40内的电极可以新颖组态进行布置，以改进系统10的操作。
现参照图2，示出静电过滤器40的一种变型的结构。在图2中，示出静电过滤器40、入口隧道52及出口隧道124的侧剖视图。如所示，静电过滤器40包括主腔室102，主腔室102在静电过滤器40上方延伸并部分地包围静电过滤器40。入口隧道52可界定入口轴线56，而出口隧道界定出口轴线58，其中在一些实施例中，束弯曲(即入口轴线与出口轴线之间的角度)为25度或小于25度。
静电过滤器40包括电极装配件108，电极装配件108包括电极110、电极112、电极114及电极116。如图2中所示，所述多个电极以非对称组态布置。举例来说，在图2中所示特定实施例中，电极装配件108包括仅一个上部电极(示为电极110)。在一些实施例中，如图2中所示，上部电极可(但不需要)包括细长的横截面。提供细长的横截面使得上部电极能够沿垂直方向为相对薄，以保持在衬底的视线之外。同时，通常沿水平方向伸长使得上部电极能够弯曲入射束，而不需要过高的电压。另外，细长的横截面可具有如所示的修圆隅角，以最小化静电应力。
如图2中进一步所示，电极装配件108仅设置在出口隧道124的下侧上，此意指位于出口隧道124的下表面的平面(平行于所示笛卡尔坐标系的X-Y平面)下方。电极装配件108可进一步被布置成使得“上部电极”(意指电极110)被设置成远低于出口隧道124。在一些实施例中，电极装配件的上部电极设置在出口隧道124下方的第一距离处，其中所述多个下部电极中的最末电极(参见电极116)设置在入口隧道下方的小于第一距离的第二距离处。如下文所论述，此种组态将上部电极放置成比最近的下部电极进一步低于出口隧道124，从而有助于进一步减少污染。
在各种实施例中，如图2中所示，入口隧道52可被组态成具有非对称结构，其中入口隧道52的下部部分延伸到主腔室102中的程度比上部部分深。此种组态使得能够将电极110放置成更靠近主腔室102的入口侧，此种放置在下文论述的通过静电过滤器40对离子束进行成形及输送方面可为有利的。
如图2中进一步所示，静电过滤器40可包括腔室壁120，其中腔室壁120设置在主腔室102的内部上。在图2所示实施例中，入口隧道延伸穿过主腔室102的入口壁120A。根据一些实施例，抓持装配件132可设置为入口壁120A的一部分。在各种实施例中，抓持装配件132可包括抓持横档(catch ledge)134。抓持横档134可在抓持装配件132的下端处以一定角度(例如水平地)从入口壁120A延伸。
在图2所示组态中，且根据各种实施例，电极装配件108不设置在外部孔隙60的视线中，且因此不设置在衬底126的视线中，其中衬底126设置在静电过滤器40下游。更一般来说，根据各种实施例，静电过滤器40内的偏置表面不设置在衬底126的视线(由从出口隧道124延伸的虚线指示)中。这些偏置表面可为耦合到负电位以被置于偏置状态的表面，所述表面包括电极装配件108的电极以及入口隧道52。
转到图3，其示出静电过滤器的操作的一个实例，其中在对离子束140的适宜导向、聚焦及减速之后，经由静电过滤器40将离子束140输送到衬底126。
为将离子束140从入口隧道52输送到出口隧道124并输送到衬底126，使用电极电压装配件50向静电过滤器40的各种组件施加适宜的电压。作为实例，在通过静电过滤器40处理之前，入口隧道52可设定成束电位，即离子束140的初始电压。包括腔室壁120在内，静电过滤器40中的各种表面可设定成地电位，所述表面为例如抓持装配件132及出口隧道124。可向电极装配件108的电极中的至少一些电极施加负电压，以对离子束140进行偏转、减速、加速及聚焦。举例来说，在一种组态中，可以使离子束140加速的方式向电极110及电极112施加一组电压，同时在第一方向上(朝左且朝上)偏转离子束140。可向电极装配件108的其他电极施加其他电压，以在第二方向上(朝右且朝下)偏转离子束140，并使离子束140减速。
为沿图2中所示路径引导离子束140，可在静电过滤器中提供接地装配件130，其中接地装配件设置在电极装配件108上方，且也设置在离子束140上方。接地装配件130可以地电位设置或者设定成地电位。因此，施加到接地装配件130、腔室壁120及电极装配件108的静电位的组合可如所示引导离子束穿过静电过滤器并穿过出口隧道124，以撞击衬底126。根据本发明的不同实施例，接地装配件130可以不同的方式组态。接地装配件130可包括多个结构，例如棒、柱(beam)、筛网(mesh)或相似特征。
在一些实施例中，接地装配件130可以多孔的方式布置，其中在设定成地电位的接地装配件的所述多个结构之间设置多个孔隙。接地装配件130的此种多孔结构允许气体流经所述接地装配件，使得泵送可发生在接地装配件130上方(参见端口131)，以在适宜时排出气体物质。
回到图2，静电过滤器40的组态的优点是保护偏置表面免受源自衬底处的材料所影响。举例来说，由离子束140在衬底126处溅镀的材料可被沿线性轨迹引导回主腔室102中。由于电极装配件108不以在衬底126的视线中的方式设置，因此溅镀材料可能倾向于不凝结在电极装配件108上，从而避免材料在其上增层。相反，来自衬底126的溅镀材料可能倾向于凝结在抓持装配件132上。另外，当溅镀材料在入口壁120A上形成层时，如果发生剥落或其他腐蚀，则抓持横档可从入口壁120上的层的任何一层部分收集微观或宏观碎屑。
根据不同的实施例，静电过滤器40可在包括低能量(例如1keV(千电子伏))到中等能量(例如80keV)的广泛范围的离子束处理条件下操作。
根据各种实施例，电极装配件108的电极可沿所示笛卡尔坐标系的X轴伸长。因此，电极可有助于控制横截面也沿X轴伸长的带状束，其中带状束沿X轴可为数十厘米宽，且可具有约若干厘米的高度。所述实施例不受限于此上下文。
在各种实施例中，静电过滤器40可包括等离子体泛射式电子枪(plasma floodgun)(未示出)，其中等离子体泛射式电子枪邻接主腔室102且包括出口隧道124。此种等离子体泛射式电子枪可被布置成根据已知的等离子体泛射式电子枪的原理操作。
现在转到图4，其示出静电过滤器40的变型(其中示出对示例性静电组态的仿真)，所述变型适合于输送3kV(千伏)P+离子束，从而将近似32.5mA(毫安)的电流传送到衬底126。举例来说，图4所示组态可表示初始能量为28keV的磷离子束减速到为3keV的最终能量。在此种组态中，电极112及电极110被负偏置，以对离子束进行初始加速，同时朝左偏转。电极114被偏置以使离子束减速并使离子束朝右偏转，同时电极116设定成地电位。在此种组态中，减速路径(近似在点P1与点P2之间)相对较短，由于经由静电过滤器输送的电流与减速路径长度成反比，因此在给定相对较低的束能量的情况下，便于相对较大的电流输送到衬底。
现在转到图5，其示出静电过滤器40的变型(其中示出对示例性静电组态的仿真)，所述变型适合于输送60kV As+离子束，从而将近似35mA的电流传送到衬底126。举例来说，图5所示组态可表示初始能量为61keV的砷离子束减速到为60keV的最终能量。在此种组态中，入口隧道52保持在-1kV，电极110保持在～-30kV，且电极112、电极114及电极116保持在～-55-60kV。静电过滤器40的表面中的其余表面接地(设定成接地状态)。
图6及图7分别示出对应于图4及图5所示组态的离子束。因此，静电过滤器40有效地在广泛范围的离子能量内将较大的电流导引到衬底126。
此外，尽管以上实施例示出在束路径的一侧上具有三个电极的组态，然而在其他组态中，在束路径的一侧上可布置四个电极、五个电极或更多电极。另外，尽管以上实施例在束路径的相对侧上示出仅一个电极，然而在其他实施例中，在束路径的相对侧上可布置多于一个电极。
转到图8，其示出根据本发明各种实施例的工艺流程800。在方块802处，在静电过滤器中布置各种接地表面及偏置表面，以提供偏置表面不在衬底的视线中的组态，所述衬底仅布置在静电过滤器下游。偏置表面可包括电极装配件，且在处理正离子束的实施例中可相对于地被负偏置。接地表面可包括静电过滤器的主腔室的腔室壁、出口隧道以及设置在电极装配件上方的接地装配件。
在方块804处，沿入口轴线将离子束引导到静电过滤器中。可经由入口隧道以初始离子能量引导离子束，其中入口轴线由入口隧道界定成例如平行于入口隧道的壁。
在方块806处，在使离子束加速的同时在第一方向上偏转离子束。举例来说，离子束可以第一离子能量进入静电过滤器。电极装配件的至少一个电极可以例如比入口隧道更负的电位等电极电压(电位)偏置，其中电极电压增加离子束的离子能量。同时，电极可形成静电场，所述静电场使离子束沿第一方向偏转。
在方块808处，在使离子束减速的同时在第二方向上偏转离子束。第二方向可与第一方向大体相反，其中离子束沿出口轴线离开静电过滤器的主腔室。入口轴线及出口轴线可在所述入口轴线与所述出口轴线之间界定25度或小于25度的束弯曲。因此，离子束在通常沿出口轴线行进时会撞击在衬底上。
在方块810处，在静电过滤器的主腔室的接地表面上捕获来自衬底的溅镀材料。在一些实例中，可在沿主腔室的入口壁设置的捕获装配件中捕获溅镀材料。
综上所述，通过本文所公开的实施例，达成了至少以下优点。本发明实施例提供的第一个优点在于，通过消除由过滤电极产生的带负电粒子撞击衬底的能力，静电过滤器对衬底的直接污染减少。另外，本发明实施例提供的另一优点是消除由来自衬底的重新溅镀材料积聚在静电过滤器的电极上而导致的间接衬底污染，所述间接衬底污染导致形成后续溅镀的附加污染源或者导致从电极出现剥落。本发明实施例所传达的又一优点是抓持装配件使得维护减少，在抓持装配件中，重新溅镀材料可被收集在易于使用的表面上。
本发明的范围不受限于本文所述具体实施例。实际上，除本文所述实施例及修改以外，通过阅读前述说明及附图，对所属领域中的普通技术人员来说，本发明的其他各种实施例及对本发明的其他各种修改也将显而易见。因此，此种其他实施例及修改旨在落于本发明的范围内。此外，本文已在用于特定目的特定环境下在特定实施方案的上下文中阐述了本发明，然而所属领域中的普通技术人员仍将认识到有用性并非仅限于此，且本发明可有益地在用于任何数目的目的的任何数目的环境中实施。因此，上文所述申请权利要求要根据本文所述本发明的全部宽度及精神来解释。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
主腔室；
入口隧道，所述入口隧道具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；
出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲；
电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及
抓持装配件，设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述主腔室包括入口壁，其中所述入口隧道延伸穿过所述入口壁，且其中所述抓持装配件形成所述入口壁的至少部分。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述抓持装配件进一步包括抓持横档，所述抓持横档从所述入口壁以一定角度延伸。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极装配件包括上部电极及多个下部电极，其中所述电极装配件不设置在所述外部孔隙的所述视线中。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述电极装配件设置在所述出口隧道的下方。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述抓持装配件进一步包括抓持横档，所述抓持横档设置在所述上部电极的上方，且从所述入口壁以一定角度延伸。
7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括接地装配件，所述接地装配件设置在所述电极装配件的上方。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述接地装配件包括以地电位设置的多个结构以及设置在所述多个结构之间的多个孔隙。
9.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个下部电极中的至少一个电极被布置成从接地状态切换到偏置状态。
10.一种离子植入器，包括
离子源，用于产生离子束；以及
静电过滤器，设置在所述离子源的下游以控制所述离子束，所述静电过滤器包括：
主腔室；
入口隧道，所述入口隧道具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；
出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲；
电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及
抓持装配件，设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
11.根据权利要求10所述的离子植入器，其中所述电极装配件包括上部电极及多个下部电极，其中所述电极装配件不设置在所述外部孔隙的所述视线中。
12.根据权利要求11所述的离子植入器，其中所述电极装配件设置在所述出口隧道的下方。
13.根据权利要求11所述的离子植入器，进一步包括接地装配件，所述接地装配件设置在所述电极装配件的上方。
14.一种静电过滤器，包括：
主腔室，包括设定成地电位的腔室壁；
入口隧道，以第一电位偏置，且具有延伸到所述主腔室中的入口轴线；
出口隧道，连接到所述主腔室且界定出口轴线，其中所述入口隧道及所述出口隧道在所述入口隧道与所述出口隧道之间界定小于25度的束弯曲；
电极装配件，设置在所述主腔室中、所述出口隧道的下侧上；以及
抓持装配件，设定成地电位，且设置在所述主腔室内、处于所述出口隧道的外部孔隙的视线中。
15.根据权利要求14所述的静电过滤器，其中所述电极装配件及所述入口隧道不设置在所述外部孔隙的所述视线中。
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