TW200809904A - Ion implanter with variable scan frequency - Google Patents

Description

200809904 / npif 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 錄掃=關於離子植人，尤其是有關於—種具有可 又抑描頻率的離子植入機。 【先前技術】 的炉，人4鄕改變導電性的雜質注人半導體晶圓 早 竹、期望的雜質材料可在離子源中被離子化，離 準口曰^速㈣成具有規定能量轉子束，且離子束可對 入^道《正面。離子束中的能量離子滲入半導體塊材並嵌 導的晶格（erystaIlinelattiee)以形成具有預期 ，子植入機可包括有掃描器，其沿至少—方向以一掃 偏折或掃描離子*，以將離子束分佈於晶圓正 弋、/ 口口 了以疋g知的靜電掃描器（electrostatic scanner) I纟二t ^ 。離子束可僅藉由使用離 結合使㈣子束掃描及晶圓移動來分佈於 ;:ί:區域。在離子植入機一實施例中，掃描器可沿-:帚祂離子束，而驅動系統可將晶圓沿與掃描方向垂直 、向傳送，以將離子束分佈於晶圓正面。 的、、^確彳f製造的半導體裝置按規範操作，將晶圓按規定 均=及錢注人晶圓是很重要的’其深度及密度可能是 素二约。可能影響注入晶圓的離子劑量的均勻度的一個因 如二離Γ束電流。離子束電流的意外波動⑽_—)比 s時脈衡干擾(glitch)，可能降低雜質劑量（impurity 200809904 终均勻度。因此’各種離子束電流監測系統已 一習知離子束電流監測系統包括一個 流。當此種㉔杜獅子束電 時，相輕兒概1測糸統應用於被掃描的離子束 供更頻繁的二頻率’相對較高的掃描頻率將會提 而沿與掃===測#、。假ί沿一方向掃描離子束， 高的掃描頻率亦將提供圓’相對較 某些離子束而t 子束通過曰曰圓正面。對於 劑量均勾度㈣。更夕的軒束通過晶圓正面可協助達成 頻率因二植=f掃描器使用相對較高的掃描 在大的= 么（KHz)。為劑量均勾度目的，可以 高的掃描頻;; 侧_子束，此Γ高的掃描充惟， ，能離子束的離子束電流及建導致降 離子束建立期間增加均句度調整時間的成功干，且在 離子束使用較低的掃描頻率。乂一知描頻率而針對低能 【發明内容】 200809904 入機方面，提供7—離子植入機。離子植 離子束產生器，其產生離子束;掃描器，立沿 至>-方向Μ-掃描頻率對所述離子束進行二 器。所述控制器根據所述離子植人機的操作參^ “ 掃描頻率，所述操作參數至少部份取決於所述許的 量，若所述能量高於能量閥值，則所述掃描頻率高^掃描 頻率閥值，若所述能量低於所述 、门、 率低於所述掃描頻率^所^里閥值，則所述掃描頻 根據本法明的另—方面，提供了 Ϊ束產沿至少一方向以-掃描^ 至少部份依賴於所述離子束的能量，若所述=!能i 值，則所述掃描頻率低於所述掃描頻率闕值。 本，明將以離子植入機為例介紹如下。惟，本發明亦 可用於其它使用高能帶電微粒束的系統及方法，例如電子 束成像糸統。因此，本發明將不會被限定於以下介且 體實施例。 〃、 圖1為離子植人機⑽的方塊圖，其包括離子束產生 器^掃㈣1〇4、掃描信號產生器122、角度修正器磁 鐵10 '、、立而站（end station) 114、控制器12〇、用戶介面 系統122。離子束產生器]〇2可包括各種類型的元件或 統以產生具有期望雜的料束13Q。離子束i3g可以是 7 200809904 U：7 f Hpif 點狀離子束（spot beam )且點狀離子束的横截面可近似為 圓形，該圓形橫截面的特定直徑是至少視離子束的二 量狀況而定。在低離子束能量情形下，因為空間電荷六文^ (space charge effects)，入射至晶圓110的離子束的橫^ 面尺寸可逐漸增大。離子束產生器102產生的離子束^3〇 可為任何類型的帶電微粒束。 掃描為104沿至少一方向在一掃描頻率下來偏折或γ 描離子束，以將離子束分佈於晶圓11〇正面。掃描哭%^ 可以是靜電掃描器或磁掃描器。靜電掃描器可包括二組或 多組掃描板（scan plate)形式的掃描電極，每紐掃护 互隔開以形成一間隙。離子束13〇可被導引通過此^卩: 被此間隙巾的電場加以偏折。電場可根據掃描信號產生哭 m提供至靜電掃描器的婦描板的電壓掃描信號而 ^電掃描料掃插鮮可藉由控制提供轉描板 ，而加以改變。磁掃描器可包括構成一電磁鐵的磁= ^以偏折。磁場可根據掃描信號產生器12 供至線_電流信號而加以改變。 描哭=j5#b產生$ 122可提供掃描錢。在使用靜電掃 ^的情灯’掃描信號 h知 的情況下，掃圹作為^仏號在使用磁掃描器 描仁％ 田可為電流信號。控制器120可抑φ丨;p ^遽產生器122提供㈣描信號。 制知 200809904 ^ / Tj^xi 角度修正益磁鐵]06可偏 離子以將從掃描器，開始的_ f】30 _所欲種類的 男貝上平行離子路經軌跡的幾乎古^束路徑轉變為具有 終端站1U可將—個式^直離子束。 路徑上，使得所欲種類的圓3於離子束130的 110可由一平台112支撐。晶圓入於晶圓110中。晶圓 比如常見的盤狀。晶圓110 = s 110可採用各種物理形狀 半導體晶圓，此半導體# ^為任何轉體材質製成的 進行植入的其它:ί貝例如是石夕或待使用離子束13。 终端站114可包括晶圓 110實體從等候區域移向+ A nf、，先（圖未不）以將晶圓 二二二走;; m。例如，平心二向.1咖定於平台112上的晶圓 達、螺曰16可包括習知的伺服驅動馬 達累杯《蛾構、機械聯動裂置及任何其它元件。 4:=，:二動系統116可將晶圓110實體沿 m二。一直的5向移動’以將離子束130分佈於晶圓 戶至在示範例中’掃描方向可為圖1的座標系統 s，我白、’平x方向’而平台馬區動系統116可沿圖1的坐 ‘糸統所定義的垂直Y方向傳送晶圓。 B控制③12G可從料植人機的各齡統及元件接 收輸入資料及指令，並提供輸出信號以控制離子植入機 200809904 二0=。掃描器104。為使說明清楚起見，在此僅說明 :二：棱供輸出信號至掃描信號產生器122。熟悉此 栢認識到控制器120亦可提供輸出信號至離子 ΐ二元件且從每一元件接收輸入信號。控制 卜:X疋包括通用電腦或通用電腦網路，其可被程 ㈣望的輸入/輪出功能。控制器m亦可包括 二氣路或元件，例如特定應用積體電路（a_cat_ ^ (hardwiied) ^ 等十制哭、1 介刀立凡件電路（dlSCrete element cir〇uit) 寺t 〇亦可包括通訊裝置、資料儲存裝置及軟體。 螢幕、鍵盤、指向壯晋不限於以下裝置例如觸控 由控制器120輸人;及^^Μ列印機等’α以供用戶經 機100。用戶可铖由用戶入^貝^ ’及/或監視離子植入 子束能量、1241植入所欲的離 + 1里雕十束電流、離子種類等。 在操作中，離子束產生器102用於產生 於以一掃描頻率沿至少一方向掃插 ： 率。操作參數至少部分依賴於離子束的能=制::頻 下，操作參數可以是期望的離子束能量，ΐ是形 :戶介面系統124輪入至離子植入機1〇〇。在另—、= 下’操作參數可以·子相操 h形 是減速模式，其是傳送高能二 ⑴的離子束錄（beamnne)的某她置將離子束減2 10 200809904 成為低能離子束。如此，可避免長距離地傳送低能離子束， 因此這義作模式可為指稀的減料束。 4 ^又—種情形下，操作參數可以是離子束的離子的電 何狀恶。因為低能量束辭總是僅有單價離子運動，故 Z束的電荷狀態可以是單價（singly Charged)離子。因為 1:束電流及密度是如此的低，雙價（d。物咖咖）及 =貝（triply cilarged)離子一般不需要額外的中和 二=形下’操作參數可以是離子束電流密度。在又重 =例桑作參數可以是取決於離子她^ 有二广丄•描頻率可能對具有高電流的低能離子束 有利，但不會對具有低電流的低能離子束有利。千朿 描圖=為ί，描頻率下離子束於晶圓11G正面上的掃 面;為將離子束均勾的分佈於晶圓1心 2形婦描_。若以卿會示的 :圓，則通過晶圓110正面的被掃 相對::二=頻率來確定。例如，掃描頻率越高： 參照圖3,复絡亍可丄更夕離子束的通過。 插器104a的—實二、^圖1的掃描器1〇4的靜電掃 板地、304形式的婦描器⑽a可具有一 _描 ^。另外亦可以在掃描板3 0 2、; 〇: : t::束13。二相對 (〜電極之額外電極(圖未示)及 tpif 200809904 的下游設置後掃描（post謂）電極。在此，上游及下游是 針對離子束傳送的方向而言。 Ί掃描板302、304可相互隔開以形成間隙326。離子束 130可被導引穿過間隙326，且離子束m的扇形束包 (b_ envelop) 328的寬度隨著其通過間隙326而增大。 f^ 3G2可連接至掃描放大器训，且掃描板304可連 “放大為312。放大31〇、312可從掃描信號產生 接收糊讀。掃描錢產生器122可由控制器120 為調整靜電掃描p l〇4a Μ Pi Π2可從控制器120接收二 信號產生器m可產生電即斯省率的數位4田述。抑描 〇7. 枯插板302、304以在間隙 產生哭m偏折或•離子束13G。掃描信號 座生态122產生的電壓信號可能罝 波形用以調整掃描頻率。在一實施 1 土、頻率及 有鋸食波形，掃描賴率的1敕、•中’電壓仏號可能具 信號的峰值與♦值調整信號幅值及電塵 圖4為一實施例中掃描頻對旦 _，其繪示出圖！的掃描器1〇4的=的關係圖 13。的能量變化而變化。若離子束= 子束 值（％)，則掃描頻率可能古 的此里鬲於能量閥 外，若離子束 率可能低於掃描頻率閥值㈤^ 200809904 t ~τ rjjl 值（％)可能位於大約丨至汕千電子 在另一情形下’能量閥值Uh)大約為3:κ广之間。 例中率閥值Uh)可能為大約在—實施 在圖示的實施例中，離子束13〇处旦“ 值（eth)時，掃描頻率可能為第—掃描^匕里^於能量間 束130能量低於能量閥值（eth)日寺，^描；“i，離子 定範，内變化，如箭頭4Q2、4G4 ^根據均勻度調整在- 第二掃描頻率⑼可能較第一掃描頻 個數量級（。加Magnitude)。在—種情形i小— 描頻率if2)可能至少小於第-掃描頻·（flL二二掃 另-不乾例中’第一掃描頻率可能為大約。在 (KHz)，第二掃摇頻率（f2)可能為大約25 =赫兹 對於低能離子束，例如能量低於能量閥值（e . 子束，將掃描器104的掃描頻率從較高掃描頻率降^_^ 數量級使離子植人機⑽的中和系統能夠具有相似的數= 級以更長時間地中和低能離子束。例如，角度修正二 伽可包含背景氣體(backgr〇undgas)，當被離 更有效地中和粒子束。若掃描頻率高於掃描頻率閥值 背景氣體具有第-日㈣間隔，供所述肖度修正器磁鐵在一 路仏上中和所子束。若掃描頻率低於掃描頻率闕值， 則背景氣體具有第二時間間隔以中和離子束。根據對應的 200809904f =率的降低’第二時間間隔可能長於第—時間間隔至 传圖：為f:實r她頻咖子束能量的另-關 :二二Γ 掃描器1G4的掃描頻率如何隨 離子束！30的能量變化而變化。對於低於能量闕值⑹ ^ (step wise fasMon) FH. 知描=104掃插頻率。例如，對於低於能量閥值但高於第 —能量（e2)的能量，掃描頻率可能為第二掃描頻率（β)。 對於低於第二能量（e2)但高於第三能量…）的能量， ，描頻率可能為第三掃描頻率（f3)，依次類推。雖然為 介紹清楚起見，僅示出三個階梯，掃描頻率的階梯式遞減 可具有任何數目的階梯，且每—階梯之間的程度變化 (magnitude variati〇ns)不同。類似於圖々的實施例，雖然 不出的相賴量範圍_解是蚊的，鮮水平可根據 均勻度調整在一定範圍内變化。 苓照圖6’其為掃描頻率對離子束能量的另一關係圖 6〇1。與圖5的實施例相較，控制器12〇可以線性方式降低 針對低於能量閥值（eth)的能量的掃描頻率。 古籴苓照圖7 ’其為離子植入機7〇〇 一實施例的方塊圖。 為^ 4項技勢者當可知悉本發明亦可以應用於其他離子植 入j ’而圖7的實施例僅用作示範來介紹本發明，因此並 不思味著對本發明構成限定。圖7與圖丨相似的元件將採 ，相似的標號，因此為描述清楚簡明，將省去重複性的說 月離子植入機700可包括離子源72〇、萃取電極（extracti〇n 200809904 -/ / -1 electrode) 722、質量分析器（mass anaiyZer) 724、鑑別孔 隙（resolving aperture) 726、掃描器1〇4、角度修正器磁 鐵706、終端站U4、控制器12〇、掃描信號產生器122、 用戶介面系統124。離子植入機700的掃描器1〇4的控制 方式與圖1中描述的情形相似。掃描器1〇4亦可為圖 介紹的靜電掃描器l〇4a。 狀右720可產生離子。離子源720可包括離子腔及 =相子化氣體的氣體瓶（gasbQX)。氣體可供應至離 ^以進仃離子化。如此形成_子可㈣付聊 722及萃取電源可加速從離子源萃取出的 ㈣可在控彻12G的控制下加以調整。離子 源的結構及操作皆為習知技術。 貝里分析器724可包括鑑別磁鐵，言^ 子使得期望種類的離子通過_匕隙726而使 f類的離子不通過鑑別孔隙瓜。在-實施财，質=八 析益724可將期望種類的離子偏折9 Z ^刀 轉變成具有類的離子以將發散粒子束 貫施例中，肖祕正！!麵7GMm ^束。在— 度。 浙期王種類的離子偏折45 圖8為離子束130於晶圓11〇上 的掃描圖案可沪Η卢你认技t 0低I離子束，圖8 疋在低崎描頻率閥值Uh)的掃描頻率 200809904 zjy/^pif 下掃描制。在-實_巾，能錢财 在這些低能量水平，離子束13〇 "、' <e 。 應而開始發散。離子束130可能初始具:於空間電荷效 ,:此横截面可能在低能量情關始變广:形的橫截 晶圓110的截面職可朗 2 ’入射至 的循圓形狀。基本上，隨著離子丰^現具有軸齡809 卿皆變大。對於古处離=子束心降低’兩軸咖、 白义X對於问月匕離子束，軸809可 而對於極低能離子束可能為10cl更'、、、厘未（⑽）， 高能離子束，軸808可能為2 一更^。頌似地，對於 離子束可能為^或更大。而對於極低能 能離子束可能是足夠大，婦描= ^ 低亦能使離子束m充分覆蓋晶圓11〇 2頻率即使被降 量均勾度要求。入射至晶圓而符合劑 案亦可具有其它形狀，而這些形狀可的橫截面圖 ⑽於其H如何及何_㈣;_子束 進行調整以對高能的掃描器⑽的掃描頻率可以 要額外時間用於和二頻率’且針對需 較低的掃描頻率。此，古子束掃描頻率可調整至 較高掃描頻率對高能離=束使離子植入機可保持 流福測及額外的離 曰列如較佳的離子束電 這些低能離子束有充八6 士二低此雜子束而降低，以 4子束，中和之後的中 ^何中和。對於低 離子束由於空間電荷效應而發 200809904 / -tjjlf 描頻率，均句度目標仍然能夠達成， 加為低能離子束建立均句度的成功率及降低在離 子束建立期間的均勻度調整時間。 發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限=柄明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 ί犯，内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保罐 耗圍虽視後附之申請專利範圍所界定者 χ "、。又 【圖式簡單說明】 ° 圖1為離子植入機的示意方塊圖。 圖2為圖1的晶圓上的掃描圖案円 圖3為靜電掃描器的示意圖。代表®。 圖4為-實施例中掃描頻率對離 H] ς * ψ , 厂果月匕里的關係圖。 圖 為另一貫細例中掃描頻率對匕旦 ，其繪示出在草此榨、套铲R 4 子束月匕置的關係 圖6 ⑽描頻率呈階梯式降低。 圖 … Λ ^例中掃描頻率對齙；击曰 ，其繪示出在某此頻莖产 、 子束I置的關係 圖7 AF1 ,二二辦圍内掃描頻率呈線性降低。 圖7為圖1的離子植機_ 圖只盔曰门 成貝她例的不意方塊圖。 0為日日圓上對於低能離子束的另一 代表圖。 不7力田圖案的示意 【主要元件符號說明】 1〇〇 ·•離子植入機 102 ·離子束產生器 W4:掃描器 11 〇 ·晶圓 200809904 112 :平台 114 :終端站 116 :平台驅動系統 120 :控制器 122 :掃描信號產生器 124 :用戶介面系統 - 130 :離子束 ^ 104a :靜電掃描器 ⑩ 302 :掃描板 304 :掃描板 310 ··掃描放大器 312 :掃描放大器 326 :間隙 328 :離子束包 401 :關係圖 402 :箭頭 φ 404 :箭頭 501 :關係圖 601 :關係圖 ‘ 700 :離子植入機 706 :角度修正器磁鐵 720 :離子源 722 :萃取電極 724 :質量分析器 18 200809904 /Hpif 726 :鑑別孔隙 808 :軸 809 :軸

Claims (1)

1. 200809904 • Zjy/H-pif 十、申請專利範圍： 1. 一種離子植入機，包括： 離子束產生器，其產生離子束； 掃描器’其沿至少—方向以一掃 進行掃描；及 、卞對所述離子束 Η控制為，其根據所述離子植入機的操作泉數押制所、十、 ΐ描頻率，所述操作參數至少部份取決於所述 =若所述^量高於能量·，朗述掃描頻率高 #干閥值，相述能量低於所述能㈣值，則^田 率低於所述掃描頻率閥值。 、处知彳田頻 2. 如申請專利範圍第】項所述之離子植 述掃描器包括靜電掃描器。 枝其中所 3. 如中請專·圍第2項所述之離子植幾 述靜電掃描器包括—組掃描電極，所述掃描:石、中所 ί成間隙’所述離子束被针通過所述_ a所述抑^ =改kk供至所返掃摇電極的電壓信號來控制所述婦二 、4·如f請專利範圍帛】項所述之離子植人機，其 述能量閥值的範圍在大約】千電子伏特（ 50keV之間。 乂王人約 5. 如申請專利範㈣1項所述之離子植人機，其中所 述掃描頻率閥值大約為500赫兹。 6. 如申請專利範圍第！項所述之離子植人機， 對於南於所述H閥值的所述能量，所述掃描頻率為第— 20 200809904 ZJV/4pif 掃描頻率；對於低於所述能量閥值的所述能量，所述掃描 頻率為第二掃描頻率，所述第二掃描頻率至少低於所述第 一掃描頻率二倍。 7.如申請專利範圍第6項所述之離子植入機，其中所 述第一掃描頻率為大釣1千赫茲（kHz)，且第二掃描頻 率為大約250kHz。 8如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中對 於低於所述能量閥值的能量，所述控制器以階梯式降低所 述掃描頻率。 9. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中對 於低於所述能量閥值的能量，所述控制器以線性方式降低 所述掃描頻率。 10. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中， 若所述能量高於所述能量閥值，所述掃描頻率大約為1千 赫茲（kHz)，若所述能量低於所述能量閥值，所述掃描 頻率大約為250赫茲，所述能量閥值大約為3〇keV。 11·如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，進一步 包括具有为景氣體的角度修正為磁鐵，若掃描頻率高於掃 描頻率閥值，則背景氣體具有第一時間間隔，供所述角度 修正器磁鐵在一路徑上中和所述離子束；若掃描頻率低= 掃描頻率閥值，則背景氣體具有第二時間間隔，供所述角 度修正器磁鐵在所述路徑上中和所述離子束，所述第二曰士 間間隔長於第一時間間隔。 ' 12.如申請專利範圍第U項所述之離子植人機，其中 200809904 ; 所述七時間間隔至少長於第—時間 。 ’其中所 其中所 述操作錢包減_付入^料植入機 述操子 =;:所 產生離子束，· ϊίΓ—方向以—掃描頻率掃描所述離子束·及 根_作參數控制所述婦描頻率 失 部份取決於所述離子束的能 二乍二數5 值，則所述掃描頻率高於婦描頻 閥 所能I卩肖a > _ 卞《值右所述此里低方； 17 4 、物#頻率低於所述掃描頻率閥值。 旦7.如申凊專利範圍第16項所述之方法， 能 3值的範圍在大約1千電子伏特（keV)至;;約50keV η玄8二：:::耗圍弟16項所述之方法，其中所述掃 才田頻率閥值大約為500赫兹。 19.如中請專利範㈣16項所述之方法，其中所述控 =逑掃減率包括對於低於所述能量閥值的能量，以隨 梯式降低所述掃描頻率。 曰加.如申請專利範圍第16項所述之方法，其中若所述 能夏馬於所述能量閥值，所述掃描頻率大約為1千赫兹 200809904f (kHz)，若所述能量低於戶斤述能量閥值，戶斤述杯 大約為250赫兹，所述能量闕值大約為30keV^對於高 21.如申請專利範圍第16頊所述之方法，二/掃描頻 於所述能量閥值的所述能量，所述知&頻率為弟*傾率為 率；對於低於所述能量閥值的所述能量，所述释知二释梅 第二掃描頻率，所述第二掃描頻率至少低於所述第〆 頻率三倍。 22·如申請專利範圍第21項所述之方法，其中在所述 ^ φ 第一掃描頻率下，中和系統具有第一時間間隔，供角度修 正器磁鐵在一路徑上中和所述離子束；在所述第二掃描頻 率下，所述中和系統具有第二時間間隔，供所述角度修正 器磁鐵在所述路徑上中和所述離子束，所述第二時間間隔 至少長於第一時間間隔三倍。