TW202201459A - 用於最小發散離子束的調整設備 - Google Patents

用於最小發散離子束的調整設備 Download PDF

Info

Publication number
TW202201459A
TW202201459A TW110121961A TW110121961A TW202201459A TW 202201459 A TW202201459 A TW 202201459A TW 110121961 A TW110121961 A TW 110121961A TW 110121961 A TW110121961 A TW 110121961A TW 202201459 A TW202201459 A TW 202201459A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ion beam
ion
implantation system
ion implantation
slit
Prior art date
Application number
TW110121961A
Other languages
English (en)
Inventor
修 佐藤
威廉 普拉陶
Original Assignee
美商艾克塞利斯科技公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商艾克塞利斯科技公司 filed Critical 美商艾克塞利斯科技公司
Publication of TW202201459A publication Critical patent/TW202201459A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/14—Lenses magnetic
    • H01J37/141—Electromagnetic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/21—Means for adjusting the focus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/045—Diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/045—Diaphragms
    • H01J2237/0451—Diaphragms with fixed aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/04—Means for controlling the discharge
    • H01J2237/045—Diaphragms
    • H01J2237/0456—Supports
    • H01J2237/0458—Supports movable, i.e. for changing between differently sized apertures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24571—Measurements of non-electric or non-magnetic variables
    • H01J2237/24585—Other variables, e.g. energy, mass, velocity, time, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1471—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path for centering, aligning or positioning of ray or beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H01J37/1472—Deflecting along given lines
    • H01J37/1474—Scanning means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

一種離子植入系統具有一離子源，所述離子源被配置以形成一離子束。一質量分析器質量分析所述離子束，一掃描元件在一水平的方向上掃描所述離子束，並且一平行化透鏡轉換扇出的掃描射束成為平行移位的掃描離子束。對於不僅需要一平均的入射角度，而且需要高度對準的離子入射角度以及一緊密的角度分布的應用而言，一狹縫設備被定位在所述平行化透鏡的水平及/或垂直的前焦點。所述離子束在所述工件上的最小的水平及/或垂直的角度分布是藉由控制在所述掃描元件的上游的一射束聚焦透鏡來加以達到，以獲得最佳的通過狹縫系統的射束發送。

Description

用於最小發散離子束的調整設備
本發明大致上關於離子植入系統，並且更明確地是有關用於離子植入系統中控制離子束的射束角度之系統及方法。
相關申請案之參照
此申請案主張2020年6月17日申請的第63/040,131號美國臨時申請案的權益，所述美國臨時申請案的全部內容以其整體納入在本文作為參考。
在半導體裝置的製造中，離子植入是被用來將半導體摻雜雜質或摻雜物。離子束植入器是被用來利用離子束以處理矽晶圓，以便於在積體電路的製造期間產生n或p型外來材料摻雜或是形成鈍化層。當用於摻雜半導體時，所述離子束植入器注入一所選的外來物種以產生所要的半導的材料。從例如是銻、砷或磷的源材料產生的植入離子是產生“n型”外來材料晶圓，而若“p型”外來材料晶圓是所要的，則利用例如是硼或銦的源材料產生的離子可被植入。
典型的離子束植入器包含用於從可離子化的源材料產生帶正電的離子的離子源。所產生的離子是被形成為一射束，並且沿著一預設的射束路徑而被導引至一植入站。所述離子束植入器可包含射束形成及成形結構，其延伸在所述離子源與所述植入站之間。所述射束形成及成形結構是維持所述離子束，並且界定一細長的內部空腔或通道，所述射束是穿過其而通往所述植入站。當操作植入器時，此通道可被抽真空以降低離子由於與氣體分子碰撞而偏離預設的射束路徑的機率。
在一磁場中具有給定的動能的帶電粒子的軌道對於這些粒子的不同質量(或是電荷質量比)而言將會是不同的。因此，一抽取出的離子束在通過一固定磁場之後到達一半導體晶圓或其它目標的一所要的區域的部分可被做成純的，因為具有非所要的分子量的離子將會被偏轉至離開所述射束的位置，因而非所要的材料的植入可加以避免。選擇性地分開所要與非所要的電荷質量比的離子的製程是以質量分析著稱的。質量分析器通常利用產生一雙極磁場的一質量分析磁鐵，經由在一弧形的通道中的磁性偏轉來偏轉在一離子束中的各種離子，其將會有效地分開具有不同電荷質量比的離子。
對於某些離子植入系統而言，所述射束的實際尺寸是小於一目標工件，因而所述射束是被掃描在一或多個方向上以便於充分地覆蓋所述目標工件的一表面。一般而言，一基於靜電或磁性的掃描器是在一快速的方向上掃描所述離子束，並且一機械式裝置是在一緩慢的掃描方向上移動所述目標工件，以便於提供充分的覆蓋。
之後，所述離子束被導引朝向一目標終端站，其保持一目標工件。在所述離子束之內的離子是植入所述目標工件內，此為離子植入。離子植入的一重要的特徵是存在有橫跨所述目標工件(例如一半導體晶圓)的表面的離子通量的一均勻的角度分布。所述離子束的角度內容是定義透過在垂直的結構(例如是光阻遮罩或CMOS電晶體閘極)之下的晶體通道效應或是遮蔽效應的植入性質。所述離子束的一非均勻的角度分布或是角度內容可能會導致不受控制及/或非所要的植入性質。
角度校正有時是在偏轉的減速透鏡被實施時使用，以便於避免能量污染的風險。能量污染可被視為具有非所要的能量(通常高於所要的能量)的離子的內容，其導致在所述工件中的不合適的摻雜物設置，此可能進一步造成非所要的裝置效能、或甚至是裝置損壞。
本揭露內容因此提出一種用於最小化一離子束的一角度分布(亦稱為發散)之離子植入系統及方法，例如是當採用透過在一工件中的一晶體結構的穿隧時。於是，所述離子束的正確且迅速的調諧是可藉由所揭露的系統及方法達成的，藉此所述離子束的一緊密的角度分布可以利用在一射束傳輸系統中的最後一個離子束聚焦元件的一前焦點的一可移開的狹縫來達到。
於是，以下是提出本揭露內容的一簡化的概要以便於提供本發明的某些特點的基本理解。此概要並非本發明的廣泛概述。其既非打算指出本發明的關鍵或重要的元件、也非描述本發明的範疇。其目的是以一種簡化的形式提出本發明的某些概念，以作為之後呈現的更詳細的說明的序言。
一種離子植入系統具有一離子源，其被配置以形成一離子束。一質量分析器質量分析所述離子束，一掃描元件在一水平的方向上掃描所述離子束，並且一平行化透鏡轉換所述扇出的掃描的射束成為平行移位的掃描離子束。本揭露內容體認到對於某些應用而言，相對於橫跨一工件的平均或算術平均的入射角度，可以有利的是讓離子軌道具有橫跨所述工件的高度對準的入射角度，同時亦具有一非常緊密的角度分布。於是，一狹縫設備是被定位在一平行化透鏡的一水平或垂直的前焦點中的一或多個。在所述工件上的離子束的最小水平及/或垂直的角度分布是進一步藉由調整或者是控制在所述掃描元件的上游的一射束聚焦透鏡(例如，一四極透鏡)來達到，以獲得透過所述狹縫設備的最佳射束發送。
根據本揭露內容的一範例特點，一種離子植入系統是被設置用於植入離子到一工件中。例如，所述離子植入系統包括被配置以形成一離子束的一離子源、以及被配置以質量分析所述離子束的一質量分析器。例如，一掃描元件是被配置以在一水平的方向上掃描所述離子束，其中所述離子束在所述水平的方向以及一垂直的方向的每一個上具有一個別的焦點。例如，一狹縫設備具有一孔徑，其選擇性地被定位在所述掃描元件的下游而在所述離子束在所述水平的方向以及垂直的方向上的所述個別的焦點中的一或多個處。再者，平行化光學器件是被設置在所述狹縫設備的下游，並且被配置以平行化所述離子束，藉此在所述水平的方向以及垂直的方向中的一或多個上的角度分布被最小化。
在一例子中，所述離子束包括一筆形射束或是一點狀射束。在另一例子中，所述狹縫設備包括一板，其具有被界定於其中的所述孔徑。一平移設備例如可以進一步被設置並且配置以例如是相對所述離子束來選擇性地定位所述板。所述平移設備例如可包括一旋轉設備，其被配置以選擇性地旋轉所述板進出所述離子束的一路徑。在另一例子中，所述平移設備包括一線性平移設備，其被配置以選擇性地線性平移所述板進出所述離子束的路徑。所述掃描元件例如是被配置以提供一扇出的掃描的射束。
在另一例子中，一個四極透鏡是被設置在所述掃描元件的上游，其中所述掃描元件是被配置以提供所述離子束在所述水平的方向以及垂直的方向上的一角度分布。一控制器是進一步被設置並且配置以控制所述掃描機構、所述四極透鏡、以及所述狹縫設備的所述孔徑的一位置中的一或多個，以最大化所述離子束的一射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的角度分布。在另一例子中，所述控制器是被配置以控制所述離子源、質量分析器、掃描元件、狹縫設備、以及平行化光學器件中的一或多個，以最大化所述離子束的一射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的一角度分布。
根據本揭露內容的另一範例特點，一種離子植入系統被提出，其中所述離子植入系統包括被配置以形成一離子束的一離子源、被配置以質量分析所述離子束的一質量分析器、以及被配置以在一水平的方向上掃描所述離子束的一掃描元件，其中所述離子束在所述水平的方向以及一垂直的方向的每一個上具有一個別的焦點。平行化光學器件是被設置在所述狹縫設備的下游，並且被配置以平行化所述離子束，藉此所述平行化光學器件在其之上游界定一垂直的焦點以及水平的焦點中的一或多個，藉此在所述水平的方向以及垂直的方向中的一或多個上的角度分布被最小化。再者，具有一孔徑的一狹縫設備是選擇性地被定位在所述掃描元件的一掃描頂點以及所述離子束的一垂直的焦點中的一或多個處。
所述狹縫設備例如包括具有界定於其中的所述孔徑的一板。一平移設備可以進一步被配置以選擇性地定位所述板。所述平移設備例如可包括一旋轉設備，其被配置以選擇性地旋轉所述板進出所述離子束的一路徑。在一替代的例子中，所述平移設備包括一線性平移設備，其被配置以選擇性地線性平移所述板進出所述離子束的一路徑。
在另一例子中，一個四極透鏡是被定位在所述狹縫設備的上游，其中所述四極透鏡是被配置以提供在所述孔徑的水平及垂直的聚焦，以最小化所述離子束在所述個別的水平的方向以及垂直的方向上的角度分布。在另一例子中，一控制器是被配置以控制所述四極透鏡、所述平行化光學器件、以及所述狹縫設備的所述孔徑的一位置中的一或多個，以最大化所述離子束的一射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的所述角度分布。
根據本揭露內容的又一特點，一種用於最小化一離子束的一角度分布之方法被提出。所述方法例如包括將所述離子束聚焦在一校正器磁鐵的上游的一焦點。一狹縫是選擇性地被定位在所述離子束的所述焦點。再者，在所述狹縫的上游的一個四極透鏡是受到控制，其中所述離子束的一射束電流被最大化，並且所述離子束在被設置於所述校正器磁鐵的下游的所述工件的所述角度分布被最小化。控制所述四極透鏡例如是獨立地改變一焦點，以最大化所述離子束透過所述狹縫的發送。
為了達成前述及相關的目的，本揭露內容是包括在以下請求項中完整敘述並且特別指出的特點。以下的說明以及附屬圖式是詳細地闡述本發明的某些舉例說明的實施例。然而，這些實施例是指出其中本發明的原理可被採用的各種方式中的一些方式。本發明的其它目的、優點及新穎的特點從以下本發明的詳細說明當結合圖式來考量時將會變成明顯的。
本揭露內容提出一種用於控制(例如，最小化)一離子束的一角度分布(亦稱為發散)之離子植入系統及方法，例如是當採用透過在一工件中的一晶體結構的穿隧時。再者，一種用於正確且迅速地調諧所述離子束以達到所述離子束的一緊密的角度分布之系統及方法是藉由在一離子束傳輸系統中的一下游或是最後一個聚焦元件的一前焦點實施一可移開的狹縫來提供的。
於是，本發明現在將會參考所述圖式來加以描述，其中相同的元件符號可被用來指稱通篇相似的元件。將瞭解到的是，這些特點的說明僅僅是舉例說明的，因而它們不應該以限制性的意思來解釋。在以下的說明中，為了解說的目的，許多特定的細節被闡述以便於提供本發明的徹底理解。然而，對於熟習此項技術者將會明顯的是，本發明可以在無這些特定的細節下加以實施。再者，本發明的範疇並不欲受限於在以下參考所附圖式敘述的實施例或例子，而是欲僅受限於所附的請求項及其等同物。
亦應注意的是，所述圖式是被提供以給予本揭露內容的實施例的某些特點的圖示，並且因此將僅被視為概要的而已。尤其，在圖式中展示的元件並不一定和彼此依照比例，因而各種元件在圖式中的設置是被選擇以提供所述個別的實施例的清楚理解，而不是被解釋為一定是在根據本發明的一實施例的實施方式中的各種構件的實際相對位置的表示。再者，除非有明確相反指出，否則在此所述的各種實施例及例子的特點可以和彼此結合。
同樣將會瞭解到的是在以下的說明中，在圖式中展示或是在此所述的功能區塊、裝置、構件、電路元件或是其它物理或功能單元之間的任何直接的連接或耦接亦可以藉由一間接的連接或耦接來實施。再者，所體認到的是，在圖式中展示的功能區塊或單元在一實施例中可被實施為個別的特點或電路，而在另一實施例中亦可以或替代是完全或部分地被實施在一共同的特點或電路中。例如，數個功能區塊可被實施為在一共同的處理器(例如一信號處理器)上執行的軟體。進一步理解到的是除非有相反指出，否則在以下的說明書中被描述為有線為基礎的任何連接亦可被實施為一無線通訊。
本揭露內容體認到為了達成尤其在高能下透過一晶格結構的高度的穿隧，所述離子束應該是與所述工件的晶格結構角度對準。穿隧概念以及離子植入系統的各種例子是被提供在授予Satoh的共同擁有第9,711,328號美國專利中，所述美國專利的全體藉此被納入在此作為參考。
本揭露內容進一步體認到所述離子束的此種對準不僅包含所述離子束相對所述晶格的平均或算術平均角度，而且亦包含其分布。例如，對於具有大於約10MeV的非常高能的砷(As)植入而言，在所述離子束之內的離子應該具有一緊密的角度分布以便於提供所期望的穿隧深度輪廓，例如是具有小於約0.1度標準差的一角度分布。
傳統上，植入角度的控制主要是考量控制整個離子束的入射的平均角度，而所述分布則未獲得太多注意。然而，近來在穿隧植入的普及度上升之下，有關所述植入角度的分布問題、以及如何可靠地獲得具有顯著小的角度分布的離子束已經變得更加重要。
調諧一離子束以提供一非常小的角度分布傳統上一直是費力的試誤過程；換言之，其重覆幾乎是盲目地改變參數、量測所產生的離子束的角度分布、以及繼續參數的修改直到一適當的分布達到為止的循環。本揭露內容是提供一種迅速的解決方案給所述習知的緩慢且不可靠的調諧過程，以用於最小化所述角度分布。本揭露內容提供基礎以用於在離子植入系統中的垂直的射束發散的調諧，例如是在由麻薩諸塞州Beverly的艾克塞利斯科技公司所製造的Purion XE/VXE/XEmax的非限制性的例子中。
為了獲得本揭露內容的更佳的理解，根據本揭露內容的各種範例特點的一離子植入系統100是被描繪在圖1中。所述離子植入系統100是為了舉例說明的目的而被呈現，並且所體認到的是本發明的特點並不限於所述離子植入系統，並且具有變化的配置的其它適當的離子植入系統亦可被採用。
所述離子植入系統100被描繪具有一終端102、一束線組件104、以及一終端站106。所述終端102例如是包括藉由一高電壓電源供應器110所供電的一離子源108，其中所述離子源產生並且導引一離子束112通過所述束線組件104，並且最終至所述終端站106。所述離子束112例如可具有一點狀射束、筆形射束、帶狀射束、或是任何其它成形的射束的形式。所述束線組件104進一步具有一束導114以及一質量分析器116，其中一雙極磁場被建立以僅通過具有適當的電荷質量比的離子來穿過在所述束導114的一出口端的一孔徑118以定義一質量分析的離子束135，其被導引朝向在所述終端站106中所設置的一工件120(例如，一半導體晶圓、顯示面板、等等)。
根據一例子，例如是靜電或電磁的掃描器的一離子束掃描系統122(一般稱為“掃描器”或“掃描元件”)是被配置以在至少一第一方向123上(例如，所述+/-y方向，亦稱為一第一掃描路徑或是“快速的掃描”軸、路徑、或方向)，相對於所述工件120來掃描所述離子束112，其中界定一帶狀離子束或是掃描的離子束124(例如，一扇出的掃描的離子束)。再者，在本例子中，一工件掃描系統126被設置，其中所述工件掃描機構是被配置以透過所述離子束112，在至少一第二方向125上(例如，所述+/-x方向，亦稱為一第二掃描路徑或是“緩慢的掃描”軸、路徑、或方向)選擇性地掃描所述工件120。所述離子束掃描系統122以及所述工件掃描系統126例如可以個別或是彼此結合地建立，以便於提供所述工件相對於所述離子束112的所要的掃描。在另一例子中，所述離子束112是靜電式地掃描在所述第一方向123上，其中產生所述掃描的離子束124，並且所述工件120是在所述第二方向125上機械式地被掃描通過所述掃描的離子束124。所述離子束112及工件120的此種靜電及機械式掃描的組合是產生所謂的“混合掃描”。本發明是可應用於所述工件120相對於所述離子束112的掃描、或反之亦然的所有組合。再者，一控制器130被設置，其中所述控制器是被配置以控制所述離子植入系統100的一或多個構件。
根據本揭露內容的一範例的特點，一射束量測系統150是進一步被設置。所述射束量測系統150例如是被配置以判斷和所述離子束112相關的一或多個性質。一種用於量測所述離子入射至所述工件120的角度、以及所述量測至所述工件的晶體平面的校準之系統及方法已經被提供在一所謂的“Purion XE”離子植入系統以及授予Robert D. Rathmell等人的共同擁有的第7,361,914號美國專利中，其內容藉此以其整體被納入作為參考。
以此種方式，所述質量分析器116容許在所述離子束112中具有所要的電荷質量比的那些離子物種通過其，以定義穿過所述孔徑118離開的質量分析的離子束135。儘管未被展示，所述質量分析的離子束135例如接著被加速到一所要的能量，並且在進入所述掃描元件122之前進一步藉由一射束聚焦透鏡(例如，一個四極透鏡)來聚焦。所述掃描的離子束124接著通過一平行化器160(例如，一平行化器/校正器構件，亦稱為一“校正器磁鐵”)，其在所舉例說明的例子中包括兩個雙極磁鐵162A、162B。所述雙極磁鐵162A、162B例如是實質梯形並且被定向成彼此鏡像的，以使得所述掃描的離子束124彎曲成一實質S形。換言之，所述雙極磁鐵162A、162B具有相等的角度及半徑、以及相反的曲度方向。
所述平行化器160例如是使得所述掃描的離子束124改變其射束路徑，使得所述質量分析的射束平行於一射束軸來行進，而不論所述掃描角度為何。因此，所述植入角度是橫跨所述工件120均勻的。在一例子中，所述平行化器160中的一或多個亦作用為偏轉構件，使得在所述平行化器的上游產生的中性粒子將不會依循所述標稱路徑，並且因此有大約零機率到達所述終端站106以及所述工件120。
將會體認到的是，所述一或多個所謂的校正器磁鐵或平行化器160可包括任意適當數量的電極或磁鐵，其被配置及偏壓以聚焦、彎曲、偏轉、收斂、發散、掃描、平行化及/或淨化所述離子束112。所述終端站106接著接收所述質量分析的離子束135，其被導引朝向所述工件120。所體認到的是，不同類型的終端站106可被採用在所述離子植入系統100中。例如，一"批次"類型的終端站可以在一旋轉支承結構上同時支承多個工件120，其中所述工件被旋轉通過所述離子束112的路徑，直到所有的工件完全被植入為止。在另一方面，一"串列"類型的終端站是沿著所述射束路徑支承單一工件120以用於植入，其中多個工件是用串列方式一次一個被植入，其中每一個工件是在下一個工件的植入開始之前就完全被植入。在混合系統中，所述工件120可以機械式地平移在一第一方向上(例如，沿著所述y軸，亦稱為所述緩慢的掃描或垂直的方向)，而所述射束是掃描在一第二方向上(例如，沿著所述x軸，亦稱為所述快速的掃描或水平的方向)，以在整個工件之上施加所述離子束112。
在圖1的舉例說明的例子中的終端站106是一"串列"類型的終端站，其沿著所述射束路徑支承所述單一工件以用於植入。所述射束量測系統150可以進一步內含在所述終端站106中，靠近所述工件120的位置以用於在植入操作之前的校準量測。在校準期間，所述離子束112通過所述射束量測系統150。所述射束量測系統150例如是包含一或多個分析器，其可以是靜止的、或是連續地橫越一分析器路徑，藉此量測所述離子束112的輪廓(例如，掃描或是未掃描的點狀或筆形射束)。
在所述離子束112之內的離子大致是在約為一角度分布的一平均值的某種程度的分布(例如，發散)下行進在相同的方向上。於是，本揭露內容思及在離子植入期間，橫跨所述工件120的表面的一固定的入射角(亦即，所述分布的一平均角度)是一重要的考量。再者，所述離子束的角度分布的保真度或緊密度例如是定義透過在垂直的結構(例如是光阻遮罩或CMOS電晶體閘極)之下的晶體通道效應或是遮蔽效應的植入性質。所述離子束112的未受控制的角度分布例如是導致未受控制且非所要的植入性質。
因此，所述離子束112的入射角度(所述分布的平均角度)以及角度分布是利用各種射束診斷的設備而被量測到高度正確性，其中某些射束診斷的設備已經在以上論述。所述量測資料接著可被用在一角度校正方法。一旦所述校正被施加後，射束角度的量測及其調整是被重複直到所要的射束角度性質、平均角度及緊密的分布達成為止。
例如在某些植入系統上，圖1的一或多個校正器磁鐵或平行化器160是被利用以轉換一水平扇出的射束成為平行移位的掃描的射束。如同在圖2中所繪，所述平行化功能或光學器件可被視為一正聚焦透鏡系統200，其包含平行化光學器件202(亦稱為一平行化透鏡)。所述平行化光學器件202例如可包括圖1的校正器磁鐵或平行化器160、或是由其所構成。所述平行化光學器件202例如是被配置以在所述工件120的寬度上獲得一大致固定的“平均”植入角度。一前焦點204或是所述校正器磁鐵160的正透鏡例如是位在所述掃描器或掃描元件122的掃描頂點154。如同在圖2中被描繪為一理想的狀況，所述離子束112的每一線206是代表具有一“零”角度分布的一離子束112、或是換言之，在所述水平的方向上(例如，在圖2中所示的x方向)的離子束112的一實質小的角度分布208。
圖3是描繪其中一進入的離子束209(例如，所述質量分析的離子束135)具有一有限的角度分布210的一例子。在此種實例中，當具有所述有限的角度分布210的進入的離子束209被聚焦至相同的掃描頂點位置時(在圖3中被展示為從所述掃描頂點154發出的一圓錐體212)，到所述工件120上的一最終的離子束213亦具有所述有限的角度分布210。所述最終的離子束213的角度分布的程度是依據所述進入的離子束209有多良好的聚焦在所述掃描頂點154而定。
根據本揭露內容，圖4是描繪一例子，藉此一狹縫214(例如，被界定在一可收縮的板中的一狹縫，其具有一孔徑被配置成使得所述掃描元件122的操作是可能的)被設置在所述掃描頂點154，藉此在所述掃描元件的上游的各種透鏡被調整或者是控制，以聚焦或者是提供所述進入的離子束209通過所述狹縫的最大的發送。就此而論，所述離子束112具有到所述工件120上的一最低的角度分布216。根據本揭露內容，圖4因此描繪一水平的角度分布最小化系統218。儘管理解到在設計圖4描繪的狹縫214中存在各種技術的問題，例如在所述掃描頂點154是可收縮的，同時亦在所述離子植入系統的正常操作期間，在一高電壓環境中提供所述掃描元件122的操作，本揭露內容思及此種系統作為提供所期望的離子束112的角度分布的最小化。
圖5是描繪一垂直的角度分布最小化系統220的一個例子。在所述垂直的方向上(例如，在圖5中所示的y方向上)，所述校正器磁鐵160例如是被配置以提供一強的正聚焦能力，藉此所述校正器磁鐵可被利用以最小化一垂直的射束角度分布222，其利用和如上所論述的用在所述水平的方向類似的原理。本揭露內容因此提供一垂直發散的狹縫(VDS)設備224(亦稱為一可收縮的狹縫設備)，以用於所述垂直的射束角度分布222的最小化。在一例子中，所述VDS設備224是位在緊接所述掃描元件122的一出口226之後，其亦在所述垂直的方向上緊密靠近校正器磁鐵160的透鏡的前焦點。所述校正器磁鐵160的聚焦能力(例如，一所謂的“S形彎曲”)例如是強到足以讓所述VDS設備224的狹縫214能夠被置放在其之一焦點228的所述掃描元件122的出口226。所述VDS設備224例如是選擇性地可從所述離子束112的路徑移開的，藉此所述VDS設備的狹縫214可以選擇性地被平移、旋轉、或者是移動、或是從所述離子束的路徑移開，即如同在一例子中藉由箭頭229所指出的。所述VDS設備224的狹縫214例如是被配置以選擇性地沿著或繞著所述x軸、y軸或z軸的任一者而被定位、平移及/或旋轉。
應注意到的是，儘管特定的離子植入是明確地在此論述，但是其它離子植入系統例如可以利用一類似以上論述的系統，以便於最小化最終的射束在所述水平或垂直的方向的任一個的角度分布，因而一狹縫是被設置在所述最後的正透鏡在所述個別的水平或垂直的方向上的前焦點。
在一例子中，所述VDS設備224是被設置在所述掃描元件122之後，因為所述垂直的焦距是較強的，因而就此而論，所述狹縫214是位在較靠近所述校正器磁鐵160處。所述離子束112的調諧例如因此可以例如是經由一個四極透鏡(未顯示)而被設置在所述掃描元件122之前或是之後，因而所述狹縫214是在調諧之後被移開，並且因而離子植入到所述工件120中接著可加以執行。當調諧時，所述狹縫214是沿著所述束線而被定位，並且一上游透鏡(未顯示)可以逐點被調整及聚焦。所述離子束112的射束電流接著可加以量測，使得通過所述狹縫214的發送被最佳化(例如，產生一最大化射束電流)，因此提供通過所述狹縫的離子束是相當小的指示。因此，本揭露內容是提供一角度分布控制調諧的協助。
圖6A-6C是描繪根據本揭露內容的各種特點的一垂直的角度分布最小化系統300的另一個例子。作為概觀的，圖6A是描繪所述垂直的角度分布最小化系統300，因而所述離子束112通過一個四極透鏡302，並且接著藉由所述掃描元件122而被掃描在所述水平的方向(例如，所述x方向)上。所述VDS設備224例如是選擇性地被定位(例如，藉由箭頭229指出的)，使得所述狹縫214的水平的尺寸304以及垂直的尺寸306主要只限制所述掃描的離子束124的垂直的高度(例如，在所述y方向上)，同時允許所述離子束112在所述水平的方向上的整個掃描寬度能夠通過其。所述掃描頂點154例如是與所述平行化光學器件202的一水平的前焦點308重合。
圖6B是描繪圖6A的垂直的角度分布最小化系統300的俯視圖310，藉此所述掃描的離子束124在所述水平的方向上並未被所述VDS設備224的狹縫214阻礙。所述掃描元件122的掃描頂點154或是水平的彎曲點是被設置在所述平行化光學器件202的水平的前焦點308。為了舉例之目的，所述平行化光學器件202是被描繪為一簡單的正聚焦透鏡，然而其它的透鏡系統亦被思及。所述四極透鏡302例如是將所述離子束112聚焦在所述掃描頂點154，藉此離開所述平行化光學器件202的最終的離子束213是水平平行的，並且具有最小的角度分布。
圖6C是展示圖6A的垂直的角度分布最小化系統300的側視圖312，其中當所述四極透鏡302垂直地聚焦所述離子束112在所述VDS狹縫時，所述VDS設備224的狹縫214是被定位(例如，被描繪為箭頭229)在所述平行化光學器件202的一垂直的前焦點314。所體認到的是，所述VDS設備224例如可包括一平移設備316，其包括一或多個線性致動器、旋轉的致動器、齒輪、連桿、及/或其它機構，其在操作上耦接至所述狹縫214被界定在其中的一板318、以及一或多個控制器或其它控制機構，藉此所述VDS設備是被配置以選擇性地將所述狹縫214定位在所述垂直的前焦點314以及掃描頂點154。於是，如上所述，從所述平行化光學器件202出來的最終的離子束213有利的是垂直地平行的，同時亦具有在垂直的方向上的最小的角度分布。所述VDS設備224可以根據需要而進一步從所述離子束112的路徑而被移開。
因此，本揭露內容提供優於所述習知迭代的試誤過程的優點，因此即時快速地達成所述離子植入系統的較快且較容易的調諧。
儘管本發明已經相關一或多個實施方式而被描繪及敘述，但是可以對於所述舉例說明的例子做成改變及/或修改，而不脫離所附請求項的精神及範疇。尤其有關於藉由上述的構件或結構(區塊、單元、引擎、組件、裝置、電路、系統、等等)所執行的各種功能，除非另有指出，否則被用來描述此種構件的術語(包含對於一"手段"的參照)是欲對應於執行所述構件的所指明的功能(例如，功能上等同的)任何構件或結構，即使並非在結構上等同於所揭露的執行本發明的在此描繪的範例實施方式中的功能的結構。
此外，儘管本發明的一特定的特點可能已經僅相關數個實施方式中之一而被揭露，但是此種特點可以按照對於任何給定或特定的應用而言可能是所要且有利的，而和所述其它實施方式的一或多個其它特點組合。如同在此所用的術語“範例的”是欲意指一例子，而非最佳或是優異的。再者，在所述術語"包含"、"具有"、"帶有"、或其之變化型被使用在所述詳細說明以及所述請求項中的情形，此種術語是欲以一種類似於所述術語"包括"的方式而為包含在內的。
100:離子植入系統 102:終端 104:束線組件 106:終端站 108:離子源 110:高電壓電源供應器 112:離子束 114:束導 116:質量分析器 118:孔徑 120:工件 122:離子束掃描系統 123:第一方向 124:掃描的離子束 125:第二方向 126:工件掃描系統 130:控制器 135:質量分析的離子束 150:射束量測系統 154:掃描頂點 160:平行化器 162A、162B:雙極磁鐵 200:正聚焦透鏡系統 202:平行化光學器件 204:前焦點 206:線 208:角度分布 209:進入的離子束 210:有限的角度分布 212:圓錐體 213:最終的離子束 214:狹縫 216:角度分布 218:水平的角度分布最小化系統 220:垂直的角度分布最小化系統 222:垂直的射束角度分布 224:垂直發散的狹縫(VDS)設備 226:出口 228:焦點 229:移動 300:垂直的角度分布最小化系統 302:四極透鏡 304:水平的尺寸 306:垂直的尺寸 308:水平的前焦點 310:俯視圖 312:側視圖 314:垂直的前焦點 316:平移設備 318:板
[圖1]是描繪根據本揭露內容之一特點的一範例的離子植入系統。 [圖2]是展示根據本揭露內容之一特點的一有限的射束角度分布的概要圖。 [圖3]是根據本揭露內容之一特點的一掃描的離子束的概要圖，其描繪植入的角度。 [圖4]是根據本揭露內容之一特點的一掃描的離子束的概要圖，其描繪納入一用於水平發散的狹縫的植入的角度。 [圖5]是根據本揭露內容之一特點的一掃描的離子束的概要圖，其描繪一垂直發散的狹縫。 [圖6A]是根據本揭露內容之一特點的一用於控制一植入角度的範例的垂直發散的狹縫設備的簡化立體圖。 [圖6B]是根據本揭露內容的另一特點的一範例的垂直發散的狹縫設備的俯視圖。 [圖6C]是根據本揭露內容的又一特點的圖6B的垂直發散的狹縫設備的側視圖。
112:離子束
120:工件
122:離子束掃描系統
154:掃描頂點
160:平行化器
200:正聚焦透鏡系統
202:平行化光學器件
209:進入的離子束
213:最終的離子束
214:狹縫
216:角度分布
218:水平的角度分布最小化系統

Claims (20)

  1. 一種用於植入離子至工件中之離子植入系統，所述離子植入系統包括： 離子源，其被配置以形成離子束； 質量分析器，其被配置以質量分析所述離子束； 掃描元件，其被配置以在水平的方向上掃描所述離子束，其中所述離子束在所述水平的方向以及垂直的方向的每一者上具有一個別的焦點； 狹縫設備，其具有在所述離子束於所述水平的方向以及所述垂直的方向上的所述個別的焦點中的一或多者處被選擇性地定位在所述掃描元件的下游的孔徑；以及 平行化光學器件，其被定位在所述狹縫設備的下游並且被配置以平行化所述離子束，藉此最小化在所述水平的方向以及所述垂直的方向中的一或多者上的角度分布。
  2. 如請求項1之離子植入系統，其中所述離子束包括筆形射束或是點狀射束。
  3. 如請求項1之離子植入系統，其中所述狹縫設備包括具有被界定的所述孔徑的板。
  4. 如請求項3之離子植入系統，其進一步包括被配置以選擇性地定位所述板的平移設備。
  5. 如請求項4之離子植入系統，其中所述平移設備包括被配置以選擇性地旋轉所述板進出所述離子束的路徑的旋轉設備。
  6. 如請求項4之離子植入系統，其中所述平移設備包括被配置以選擇性地線性平移所述板進出所述離子束的路徑的線性平移設備。
  7. 如請求項1之離子植入系統，其中所述掃描元件被配置以界定扇出的掃描射束。
  8. 如請求項1之離子植入系統，其進一步包括： 在所述掃描元件的上游的四極透鏡；以及 控制器，其中所述掃描元件被配置以提供所述離子束在所述水平的方向以及所述垂直的方向上的角度分布，並且其中所述控制器被配置以控制所述掃描元件、所述四極透鏡、以及所述狹縫設備的所述孔徑的位置中的一或多者，以最大化所述離子束的射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的所述角度分布。
  9. 如請求項1之離子植入系統，其進一步包括控制器，所述控制器被配置以控制所述離子源、所述質量分析器、所述掃描元件、所述狹縫設備、以及所述平行化光學器件中的一或多者，以最大化所述離子束的射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的角度分布。
  10. 一種用於植入離子至工件中之離子植入系統，所述離子植入系統包括： 離子源，其被配置以形成離子束； 質量分析器，其被配置以質量分析所述離子束； 掃描元件，其被配置以在水平的方向上，從掃描頂點掃描所述離子束； 平行化光學器件，其位於所述掃描元件的下游並且被配置以平行化所述離子束，藉此所述平行化光學器件界定所述離子束在一垂直的方向上的垂直的焦點以及所述離子束在所述水平的方向上的水平的焦點中的一或多者，其中所述垂直的焦點以及所述水平的焦點是在所述平行化光學器件的上游；以及 狹縫設備，其具有選擇性地被定位在所述離子束的所述掃描頂點以及所述垂直的焦點中的一或多者的孔徑，藉此最小化所述離子束在所述水平的方向以及所述垂直的方向中的一或多者上的角度分布。
  11. 如請求項10之離子植入系統，其中所述離子束包括筆形射束或是點狀射束。
  12. 如請求項10之離子植入系統，其中所述狹縫設備包括具有被界定於其中的所述孔徑的板。
  13. 如請求項12之離子植入系統，其進一步包括被配置以選擇性地定位所述板的平移設備。
  14. 如請求項13之離子植入系統，其中所述平移設備包括被配置以選擇性地旋轉所述板進出所述離子束的路徑的旋轉設備。
  15. 如請求項13之離子植入系統，其中所述平移設備包括被配置以選擇性地線性平移所述板進出所述離子束的路徑的線性平移設備。
  16. 如請求項10之離子植入系統，其中所述掃描元件被配置以提供扇出的掃描射束。
  17. 如請求項10之離子植入系統，其進一步包括被定位在所述狹縫設備的上游的四極透鏡，其中所述四極透鏡被配置以提供在所述孔徑的水平及垂直的聚焦，以最小化所述離子束在個別的所述水平的方向以及所述垂直的方向上的角度分布。
  18. 如請求項17之離子植入系統，其進一步包括控制器，其中所述控制器被配置以控制所述四極透鏡、所述平行化光學器件、以及所述狹縫設備的所述孔徑的位置中的一或多者，以最大化所述離子束的射束電流並且最小化所述離子束在所述工件的所述角度分布。
  19. 一種用於最小化離子束在工件上的角度分布之方法，所述方法包括： 將所述離子束聚焦在校正器磁鐵的上游的焦點； 將狹縫選擇性地定位在所述離子束的所述焦點；以及 控制在所述狹縫的上游的四極透鏡，其中所述離子束的射束電流被最大化，並且所述離子束在被定位於所述校正器磁鐵的下游的所述工件的所述角度分布被最小化。
  20. 如請求項19之方法，其中控制所述四極透鏡係獨立地改變所述焦點，以最大化所述離子束通過所述狹縫的發送。
TW110121961A 2020-06-17 2021-06-16 用於最小發散離子束的調整設備 TW202201459A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063040131P 2020-06-17 2020-06-17
US63/040,131 2020-06-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202201459A true TW202201459A (zh) 2022-01-01

Family

ID=76829662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110121961A TW202201459A (zh) 2020-06-17 2021-06-16 用於最小發散離子束的調整設備

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210398772A1 (zh)
JP (1) JP2023530880A (zh)
KR (1) KR20230024924A (zh)
CN (1) CN115917701A (zh)
TW (1) TW202201459A (zh)
WO (1) WO2021257689A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7361914B2 (en) 2005-11-30 2008-04-22 Axcelis Technologies, Inc. Means to establish orientation of ion beam to wafer and correct angle errors
US7723706B2 (en) * 2008-06-19 2010-05-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Horizontal and vertical beam angle measurement technique
CN101901734B (zh) * 2010-04-07 2012-07-18 胡新平 多模式离子注入机系统及注入调节方法
US9711328B2 (en) 2014-12-26 2017-07-18 Axcelis Technologies, Inc. Method of measuring vertical beam profile in an ion implantation system having a vertical beam angle device
US10037877B1 (en) * 2017-06-29 2018-07-31 Axcelis Technologies, Inc Ion implantation system having beam angle control in drift and deceleration modes

Also Published As

Publication number Publication date
US20210398772A1 (en) 2021-12-23
KR20230024924A (ko) 2023-02-21
JP2023530880A (ja) 2023-07-20
WO2021257689A1 (en) 2021-12-23
CN115917701A (zh) 2023-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7399980B2 (en) Systems and methods for beam angle adjustment in ion implanters
US20160189917A1 (en) Systems and methods for beam angle adjustment in ion implanters with beam decelaration
EP1779404A2 (en) Ion beam measurement systems and methods for ion implant dose and uniformity control
US10395891B1 (en) Two-axis variable width mass resolving aperture with fast acting shutter motion
TWI797135B (zh) 具有在偏移和減速模態中的射束角度控制之離子佈植系統
US8354654B2 (en) Apparatus and method for ion beam implantation using scanning and spot beams with improved high dose beam quality
US9455116B2 (en) Angular scanning using angular energy filter
US6992310B1 (en) Scanning systems and methods for providing ions from an ion beam to a workpiece
US6984832B2 (en) Beam angle control in a batch ion implantation system
US20060145095A1 (en) Methods and apparatus for ion implantation with control of incidence angle by beam deflection
US20210398772A1 (en) Tuning apparatus for minimum divergence ion beam
CN114724993A (zh) 半导体对准装置及半导体对准方法
US8044375B2 (en) Apparatus and method for ion beam implantation using scanning and spot beams
JP4149249B2 (ja) イオン注入方法、イオン注入装置及びイオン注入装置用ビーム輸送管
JP2024529934A (ja) 連続連鎖エネルギーイオン注入のための方法および装置