TWI386967B - 離子佈植機、離子佈植機電極，以及用於將離子佈植到基材之方法 - Google Patents

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Description

離子佈植機、離子佈植機電極，以及用於將離子佈植到基材之方法
本發明係有關於在製造電子元件時將離子佈植到基材中(如，半導體晶圓)的離子佈植機；更特定係關於一種能以商業化規模來處理晶圓之離子佈植機。
離子佈植技術經常被使用作為在積體電路製造中的一項製程，用以在一半導體材質的預定區域中藉由用一預定的雜質原子濃度來加入到這些預定的區域內以改變電子輸送特性。此項技術大體上涉及了產生一預先選定的離子物種的射束(beam)及將該射束導向一標靶基材。離子佈植的深度與離子束在基材上的能量有關。當在於超大型積體電路(ULSI)的單一晶圓上的元件密度變大且各別元件的側向尺度減小時，使用低能量離子，如約0.2keV至10keV，來形成淺接合面的離子佈植機的能力即變得很有用。在此同時，能夠以儘量短的時間來處理每個晶圓亦是很有用的。在許多應用中處理時間的縮短是藉由提供一很大的離子束流來達成的。然而，由於空間電荷效應的關係，所以在低能量下傳輸一大型離子束流是很困難的。
美國專利第5,932,882號描述一種先前技術，其中一離子束在高能量下被傳輸，然後在該離子撞擊到該基材之前被減速至低能量。此專利的離子佈植機包含一離子束產生器，其包括一離子源及一抽離電極組件用來將離子從該 離子源抽離出來並形成一離子束。該抽離電極組件包含一或多個電極，該等電極典型地具有孔洞，離子束通過該等孔洞之後可被形塑成形。一與該離子束產生器相鄰的磁鐵根據該等射束離子的質量而將射束離子空間地分解。一飛行管在一輸送能量下輸送該射束，且一基材固持件把一將被該等射束離子佈植的基材固持住。一被連接以施加一減速電位至位在該飛行管與該基材固持件之間的減速透鏡組件之減速電位產生器將射束離子減速至一所想要的佈植能量。位在該飛行管與該基材固持件之間的減速透鏡組件包含複數的電極，它們典型地具有孔洞，離子數通過該等孔洞時會被形塑。
本發明提供一種離子佈植機其具有一減速透鏡組件，該減速透鏡組件包含複數個電極，該等減速電極的一或多個孔洞以一種可改善該離子佈植機的方式被形成在該等電極中。在一實施例中，一電極孔洞的形狀大致為橢圓形且大致上順應通過該孔洞的光束的形狀。在某些應用中，一般咸認一橢圓形或類似的形狀可降低在被一離子佈植機的減速電極組件的孔洞化的電極所投射或所影響的電場中的像差。
在一例示的實施例中，一孔洞具有一可界定出一中心點的周邊。一縱軸通過該中心點及兩個位在該周邊相反端的端點。該孔洞的最大長度是沿著該軸測量介於這兩個周 邊端點之間的長度。一橫軸亦通過該中心點及兩個位在該孔洞的相反側的周邊中間點。該孔洞的最大寬度係沿著該橫軸測量介於這兩個周邊側點之間的寬度。
在一實施例中，該孔洞的寬度單調地從沿著該橫軸在側中間點所量得的最大寬度點減小至每一孔洞端點。在另一態樣中，該孔洞的平均寬度小於該孔洞的最大寬度。在一更詳細的實施例中，一軸段從該孔洞中心向位在該軸段的端點的一中間點延伸該孔洞長度的40%。從該中心點到該中間點之間的每一點所測量之該孔洞的平均寬度大致小於該孔洞的最大寬度。在所舉的實施例中，沿著此軸段的點所量測之該孔洞的平均寬度在20-100mm的範圍內，其與所用之特定的鏡片元件有關。這些長度亦可隨著機器尺度而改變。
應被瞭解的是，類似橢圓形的孔洞形狀可提高射束透射性，降低在電場中的像差或提供其它的好處。例如，在一實施例中，一長形的孔洞可以是非橢圓形的但該孔洞的寬度仍會以一種與橢圓形孔洞相同的方式從側中間點向每一孔洞端點單調地減小。又，該孔洞之從該軸段的每一點所量測的平均寬度小於該孔洞的最大寬度，該軸段具有一長度，其為該孔洞長度的40%，該孔洞長度是從該孔洞中心到一區段的端點處的中間點的長度。另一實施例可具有一圓形的孔洞。
本發明有其它的態樣。應被瞭解的是，以上所述僅為本發明的某些實施例及態樣的簡述。本發明的其它實施例 及態樣將於下文中說明。應被進一步瞭解的是，被揭示的實施例的許多變化可在不偏離本發明的精神或範圍下被達成。因此，以上的簡述並非是要限制本發明。而是，本發明的範圍是由申請專利範圍及它們的等效物來界定的。
一依據本發明的一實施例之離子佈植機被示為第2圖中標號1。離子佈植機1包含一離子束產生器3以產生離子射束。一與該離子束產生器相鄰的磁鐵5依據射束離子的質量將離子抽離。一設在該解析(analyzing)磁鐵5相鄰的離子選擇器7被用來選取將被佈植到一標靶基材中的離子，並將已被該磁鐵抽離出來的其它離子排除掉。一設在與該離子選擇器7相鄰的減速透鏡電極組件9藉由減緩離子的速度來控制離子束佈植之前的最終能量。一位在該離子選擇器7與該減速透鏡電極組件9之間的屏幕(screen)組件降低電場從該電極組件9穿透到離子選擇器7中的穿透性。一與該電極組件9間隔開來的之撐件或固持器11支撐著一將被射束離子佈植的標靶基材12。該佈植機1可以是一批次系統其可佈植一批次一批次的基材，或一單一晶圓系統。一位在該電極組件9與該基材支撐件11之間的電漿洪流產生器13將電子及其它帶電粒子導入到該接近該標靶表面的離子束中，用以讓該射束及晶圓表面不帶電。一位在該基材支撐件11下游的離子束控制器14被用作為一射束停止件及劑量測量用之離子流偵測器。
參照第3至7圖，該減速透鏡電極組件9包含一預聚焦有孔洞的板形電極60及一場電極或聚焦電極61其位在與該有孔洞的板形電極60相鄰處，其提供一射束146的射束離子的聚焦場，該射束146係通過該第一有孔洞的板形電極60的一孔洞62。該場電極61具有一大致圓形的對稱性並界定一孔洞，其與該屏幕組件的板形電極60的出口孔洞62相鄰且大致同軸。在其它實施例中，電極可具有除了圓形之外的其它形狀且可彼此偏移或相對於彼此被扭轉用以提供射束轉向。該減速透鏡組件更包含一有孔洞的接地(ground)板形電極65其是處在該標靶的電位。在目前的實施例中，該標靶被保持在接地電位。應被瞭解的是，其它電位亦可被使用。該接地板形電極65被設置成大致橫跨該射束146並界定一離子束可穿過之進一步的孔洞67，此進一步的孔洞67被設置成與該場電極孔洞63相鄰。應被瞭解的是，電極可被設置在相對於該射束及彼此之其它位置。
如將在下文中詳細說明的，減速電極60，61及65各別的一或多個孔洞62，63及67可用一種能夠改善該離子佈植機1的性能的方式被形塑。例如，第4及5圖以示意的形式顯示該接地板形電極65的孔洞67的表面。在此被示出的實施例中，孔洞67的形狀大體上是橢圓形或類似形狀的並大致上順應通過該孔洞67的射束146的形狀。相反地，一般咸認，先前技術的減速電極的孔洞的形狀大致上是矩形的，如第1圖所示。
本案發明人發現，橢圓形或類似的形狀可提高通過該 減速組件電極的透射性，同時保有良好的射束透射性。橢圓形或類似的形狀可降低在與電場的詳細形狀相關之該射束中的像差，該等電場是在一離子佈植機的一減速電極組件的電極上的孔洞之內或之間。
形成在該場電極61與板形電極65上的孔洞63與67，每一者都被作成比在這些孔洞處的射束剖面積大。離子束可直接通過而不會削減掉(clipping)電極61，65且大部分或所有的射束流都可被傳送。對於離子質量及介於每一孔洞63，67與解析磁鐵5之間的距離為已知的情形而言，射束剖面積與離子束產生器及磁鐵鏡片，該磁鐵的抽離功率及質量分抽離狹縫的寬度等因子有關，每一個因子都可被用來控制在該減緩孔洞及在該標靶基材處之射束的剖面積。應被瞭解的是，在某些應用中，讓一或多個電極孔洞小於射束剖面積是適當的。
在被舉出的實施例中，形成在場電極61及接地電極65上的射束孔洞是長形的用以更能順應該射束的剖面形狀。因此，電極65的孔洞67的長度L大於孔洞67的寬度W，如第5圖所示。在本文中，”長度”一詞係指在該孔洞之長的方向上所作的測量值，及”寬度”一詞係指在孔洞的橫斷該長的方向的方向上所作的測量值。在一實施例中，場電極63的射束孔洞63及有孔洞的板形電極65的射束孔洞67具有約90mm的長度及0.85的寬度對長度比值。一適當的橢圓形孔洞的另一個例子具有約70mm的長度及0.75的寬度長度比值。一般咸認，一範圍在0.2至1或0.5 至1之內的寬度對長度比值可適合許多的應用。應被瞭解的是，該長的方向可以是在垂直，水平或其它方向上，且該孔洞的寬度可以比其高度大。因此，在約0.2至1.5範圍內的寬度對長度比值可適用於許多的應用中。
在第5圖的實施例中，孔洞67具有一周邊70其界定出一中心點C。一縱軸H通過該中心C及兩個在該周邊70的相對端處的孔洞端點E1及E2。孔洞67的最大長度L是沿著縱軸H測量孔洞端點E1及E2之間的距離。一橫軸T亦通過該中心點C及兩個位在孔洞67的相對側的孔洞中點M1及M2。孔洞67的最大寬度W是沿著橫軸T測量兩側點M1及M2之間的距離。
孔洞67的寬度單調地從中心點C(其具有沿著橫軸T測量兩側點M1及M2之間的距離之最大寬度W0)向每一孔洞端點E1，E2減小。此外，該孔洞的平均寬度小於孔洞67的最大寬度W0。在所舉的此實施例中，一軸段從該中心點C朝向位在該軸段的端點處之中間點11延伸該孔洞67的長度L的40%。在中間點11所量測之孔洞67的寬度被標記為寬度W1。在沿著軸H的一介於中心點C與中間點11之間的一第二中間點12所量測之寬度被標記為寬度W2。在從中心點C到中間點11之間的每一點所量測之孔洞67的平均寬度大致小於孔洞67的最大寬度W0。在不同的實施例中，沿著此軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度典型地為最大寬度的50至98%。
相反地，第1圖所示的先前技術的減速電極孔洞72 其大體上為一矩形形狀，雖然在角落，如角落K1，有被圓角化。此長形的孔洞72界定一中心點C，縱軸H，橫軸T，沿縱軸H的孔洞端點E1，E2及沿著橫軸T的孔洞中點M1，M2。一軸段從該中心點C朝向位在該軸段的端點處之中間點11延伸該孔洞72的長度L的40%。在中間點11所量測之孔洞72的寬度被標記為寬度W1。在沿著軸H的一介於中心點C與中間點11之間的一第二中間點12所量測之寬度被標記為寬度W2。孔洞72的這些寬度W0，W1及W2大致上是相等的。在從該中心點C到中間點11之間的每一點所量測之孔洞72的平均寬度大致上等於孔洞72的最大寬度。
應被瞭解的是，與橢圓形類似的孔洞形狀可可提高射束透射性，降低在電極電場中的像差或提供其它的好處。例如，在一實施例中，一界定出一中心點C，縱軸H，橫軸T，沿縱軸H的孔洞端點E1，E2及沿著橫軸T的孔洞中點M1，M2的長形孔洞(第6圖)可能是非橢圓形的，但該孔洞的寬度仍單調地從側邊中點M1，M2以一種與孔洞67(以虛線示出)類似的方式朝向每一孔洞端點E1，E2減小。
又，一軸段從該中心點C朝向位在該軸段的端點處之中間點11延伸該孔洞74的長度L的40%。在中間點11所量測之孔洞74的寬度被標記為寬度W1。在沿著軸H的一介於中心點C與中間點11之間的一第二中間點12所量測之寬度被標記為寬度W2。在從中心點C到中間點11之間 的每一點所量測之孔洞74的平均寬度大致小於孔洞74的最大寬度W0。
在某些應用中，電極孔洞62，63及67中的任何一者可以是圓形的(雖然它們可以是橢圓形或是本文中所描述之其它形狀)其具有一約75mm的直徑。在其它的應用中，減速電極60的孔洞62提供一非圓形，非長形的孔洞，其被認為可改善謀些實施例之離子佈植機的性能。例如，在第7圖所示的實施例中，孔洞62的形狀是部分方形的且具有四個被圓角化的角落。此形狀的孔洞適合接地板形電極65具有較小的深寬比，如85乘65mm，的應用。
第7圖的孔洞62界定一中心點C。一第一軸H通過該中心點C及正交地通過位在兩孔洞端點E1及E2處之兩相對側S1，S2。孔洞62的長度L係沿著軸H測量介於孔逕端端E1，E2之間的距離。一正交的橫軸T亦通過該中心點C及通過兩個位在孔洞62的相對側S3，S4處的孔洞中點M1及M2。孔洞62的最大寬度W0係沿著軸T所測得之介於孔洞中點M1及M2之間的寬度，其大致等於孔洞62的長度L，其在第7圖所示的例子中為80mm。該等被圓角化的角落具有一約20mm的半徑。應被瞭解的是該孔洞不一定要是大致方形的，而是可以有其它的形狀，如大致矩形形狀，且具有圓角化的角落，其可提供一本文中所述之平均孔洞寬度。
孔洞62的寬度單調地從沿著橫軸T測量兩側點M1及M2之間的距離之最大寬度W0向每一孔洞端點E1，E2減 小。此外，該孔洞的平均寬度小於孔洞62的最大寬度W0。在所舉的此實施例中，一軸段從該中心點C朝向位在該軸段的端點處之中間點11延伸該孔洞62的長度L的40%。在中間點11所量測之孔洞62的寬度被標記為寬度W1。在沿著軸H的一介於中心點C與中間點11之間的一第二中間點12所量測之寬度被標記為寬度W2。在從中心點C到中間點11之間的每一點所量測之孔洞62的平均寬度大致小於孔洞62的最大寬度W0。
在第4-7圖所示的實施例中，孔洞62，63，67及74每一者都對稱於上文中提到的每一軸。此外，孔洞67，74的寬度單調地從側邊中點M1，M2減小至每一孔洞端點E1，E2。然而，應被瞭解的是，不對稱的或不具有單調的寬度減小的其它孔洞亦可依據上文所描述的實施例提供性能被改善之離子佈植機。例如，寬度改變相對平順使得尖銳的角落被消除掉之長形孔洞被認為可改善離子佈植機的性能。
在一實施例中，，形成在最終之有孔洞的電極65上的孔洞67在長度L及寬度W兩者上(如，85乘65mm)皆小於場電極61的孔洞63(如，95乘80mm)，用以強化從場電極61處啟始之電場的射束電性中和設備的屏蔽能力。介於場電極61與最終孔洞板形電極65之間之孔洞寬度的縮減比率(fractional reduction)大於介於場電極61與最終孔洞板形電極65之間之孔洞高度的縮減比率。當離子束以一種描述於美國專利第5,932,822號中的方式通過該質量抽離 狹縫時，該離子束具有一鉛筆狀的剖面形狀，使得離子束由於空間電荷效應(space charge effect)的影響而在橫向的擴張率上大於垂直向的擴張率。在孔洞的寬度之間之較大的縮減率加強了在離子束的寬度方向的橫向方向上之聚焦力量(focusing force)用以抵抗在此方向上之較大的擴張率。該最終孔洞板形電極65及場電極61的射束孔洞組態提高減速透鏡的聚焦能力，使得與提供適當的射束聚焦所必需之第一及最終之有孔洞的電極相關之該場電極的電位可被降低，藉以降低被該離子束在通過該場電極孔洞時短暫地達到之高於傳輸能量的能量。這可降低在此區域中由於電荷與殘留氣體原子交換所產生的快速電性中和的能量。
在此例子中，場電極61，板形電極65及預聚焦電極60的直徑分別約為250，200及225mm。該等電極的每一者都是由石墨或其它適當的材質製成的。
在所舉的實施例中，該離子束產生器3包含一離子源其包括一電弧室，其具有一形成在室正面上的出口孔。一抽離(extraction)電極組件20包括數個電極(如，兩個，三個等)，它們與該出口孔相距一距離。該抽離電極組件20將離子從電弧室中抽離並形成一離子束。離該電弧室的出口孔最近的抽離電極被用作為一抑制電極，用以防止從束產生器的電子流入到電弧室中。
一位在質量解析磁鐵5的兩磁極之間的飛行管(flight tube)接收來自於該離子束產生器3的離子束。該離子束的 傳輸能量是介於該飛行管與該離子源之間的電位差的函數。在此特定的實施例中，該解析磁鐵的磁場強度及通過該磁鐵的離子束的能量被加以選擇，使得具有一適當質量及電荷狀態的離子會被偏折約90度，用以通過該離子選擇器7，該電極組件9及電漿洪流產生器13而到達該晶圓。該飛行管據此被建構，解析磁鐵出口孔適當地與磁鐵入口孔正交。
離子選擇器7包含一串分離的元件，它們沿著該射束被分隔開來並界定一連串的孔洞，其可共同選取正確質量及電荷狀態之將被佈植到該標靶基材上的離子，同時排除其它被空間地分離且通過該解析磁鐵5的離子。在此特定的實施例中，該離子選擇器7包括板形電極其可排除掉離開該磁鐵之大多數不被需要的離子，一對元件其共同界定一可變寬度質量抽離狹縫，該狹縫只讓選定的離子通過，及另一元件其界定該離子束的高度。然而，質量抽離元件的數量及它們的組態可被改變。
該選擇器組件被容納在一室中，該室形成該飛行管的一部分且其被設置在該磁鐵與該電極組件9之間。包括該質量抽離室之該飛行管提供一機構，該離子束透過該機構可從該離子束產生器被傳輸至該電極組件9。該質量抽離室的室壁包含一零件其延伸於該等小射束的方向上並界定一大致圓柱形的封包，及包含一橫向零件其與該圓柱形零件相鄰並構成一板孔其被設置成橫跨該射束線且界定一該射束可通過的孔洞，該孔洞與該離子選擇器7的最終元件 相鄰。該橫向零件提供一靜電屏幕用來屏蔽該離子選擇器7不受離子選擇器下游的電場的影響。
在此特定的實施例中，一真空埠被形成在該室壁中庫近該解析磁鐵5，其被連接至真空幫浦用來將該室抽真空，在另一實施例中此真空埠可被省略。一屏幕組件被放置在該質量抽離室的出口孔與電極組件9之間用以降低電場經由該出口孔從該電極組件穿透至質量抽離室中。屏幕組件包含一圓柱形電極，及一界定板形電極的場。該屏幕組件之有孔洞的板形電極被放置在該減速透鏡60的第一元件的上游用以度該離子選擇器7提供進一步的屏蔽以避免在該離子選擇器7的下游產生的電場的影響，特別是在場電極61處啟始的電場的影響。在此特定的實施例中，該額外的屏幕板形電極被安裝在從該減速透鏡的第一元件60向上游延伸出的孤立件上。
該屏幕組件的圓柱形電極與該質量抽離室的出口孔同軸地被安排，且其一端被放置成與該質量抽離室壁的橫向零件(或下游端)相鄰且相連接。該屏幕組件的圓柱形電極向該質量抽離室的下游延伸出且具有一向內延伸的徑向凸緣，其被形成在該圓柱形電極的下游端，用以提供額外的屏蔽並讓該減速透鏡60的第一電極能夠嵌合。包含孔洞62之該有孔洞的板形電極60被安裝在該屏幕圓柱的下游端。後者亦將該額外的屏幕板形電極包圍其來。在此實施例中，該屏幕組件圓柱，該減速透鏡60的第一元件及屏幕組件板形電極都被電氣地連接至該飛行管。該飛行管及標 靶室被一絕緣體隔開來，該絕緣體為該離子產生系統及該飛行管。
該屏幕組件的場界定板形電極包含一圓形板，其具有一形成在圓心的孔。該場界定板形電極被安裝在該屏幕組件圓柱形電極內且被放置在該圓柱形電極的兩端之間的中間位置且橫跨該離子束軸。該屏幕組件電極的孔洞可以是橢圓形的，矩形的或方形的，且在一實施例中逐漸地朝外減縮減至該電極組件9。在此例子中，該孔洞是方形的且具有一約60mm的寬度。該屏幕組件的圓柱形電極及場界定板形電極每一者都是用石墨或其它適當的物質製成的。
在此實施例中，該電漿注入器包含一電漿洪流系統其將低能量電子及離子導入到靠近該標靶的該離子束中。該電漿洪流系統包含一導引件或限制管，經由該導引件離子束可從該板形電極孔洞67前進至該標靶基材12，且其可將來自該電漿洪流系統的電子保持在離子束的附近且屏蔽該離子束之介於該板形電極孔洞允該晶圓之間的部分免受遊蕩的電場的影響。該產生器13的一有孔洞的板形電極被放置在該限制管的上游端，與該減速組件9的有孔洞的板形電極相鄰，用以對該限制管的內部提供額外的屏蔽使其免受來自該場電極61的電場的影響。
在此實施例中，該離子佈植機更包含一離子源電壓供應器用來對該離子源施加偏壓，一飛行管電壓供應器器175用來對該飛行管，該質量抽離室，該屏幕組件，及該抽離組件20的適當電極施加偏壓。一場電極電壓供應器 177其對該場電極61施加偏壓。該預先聚焦的電極60(其形成該減速透鏡組件9中的第一電極)被該飛行管電壓供應器175保持在飛行管的電位。在一實施例中，該場電極61被偏壓至一比電極60更為負值的電位。
一電漿洪流電壓供應器將該電漿洪流產生器13的電子限制電極及該有孔洞的屏幕板形電極施加偏壓。在此實施例中，該減速透鏡的有孔洞的板形電極65，該標靶基材固持件11及該基材都被保持在接地電位，這有助於該標靶基材的處理，可簡化該標靶支撐組件，及作為其它電極的一傳統的參考電位。
為了舉例的目的，該離子佈植機在低能量下的操作方法現將參照一特定的例子來加以說明。離子佈植能量是由介於基材12與離子源之間的電位差來決定的。當該基材被保持在接地電位時，該離子源電壓供應器相對於接地被正向地偏壓，其偏壓量的大小相應於所想要的佈植能量。例如，對於一2keV佈植而言，該離子源電壓供應器被偏壓至+2kV。該離子束通過該解析磁鐵5及該質量抽離室的輸送能量，其亦被稱為離子束的抽離能量，是由介於該離子源及該飛行管之間的電位差來決定的，其被飛行管電壓供應器所控制。因此，為了要輸送10keV的離子束通過該飛行管，該飛行管相對於離子源被偏壓至-10kV或相對於接地被偏壓至-8kV。該離子束以大致固定的能量被輸送穿過該解析磁鐵且在該離子束中之不同的離子物種依據它們的質量極電荷而被該磁鐵空間地分離出來。該等被空間地分 離的射束然後進入到該質量抽離室，在該室中該射束首先通過一預先界定的孔洞，該孔洞是由該離子選擇器7之最靠近該解析磁鐵5的板形電極所界定的。此板形電極作為該被空間地抽離的射束之一粗糙的、第一階段的過濾並將一部分不符佈植要求之該被空間地抽離的離子物種阻擋下來。與該解析磁鐵5相間隔開的第二及第三元件(它們沿著該射束線彼此被間隔開來)界定出一可變寬度的質量抽離狹縫，它的位置可被變動於橫跨該射束線的方向上，用以從該被過濾的射束中選取將被佈植的離子物種。
在一使用BF3 作為進給物質的一硼佈植中，離開該解析磁鐵之被空間地抽離的射束包含BF2 、BF、B及F離子及分子且B離子將包含硼的同位素，10 B及11 B。因此對於一11 B佈植而言，該預先界定的元件135及質量抽離元件會將11 B以外的其它離子物種過濾掉。
當該射束橫越該質量抽離室時，該射束的能量被保持固定，在此例子中為10keV。該10keV之被質量抽離的射束通過該質量抽離室的出口孔時，會經過該屏幕組件到達該電極組件9。
電極61被偏壓至一比該質量抽離室及該電極60更為負值的電位。施加到該場電極61上的電位的大小足以在該被接地的板形電極65的最終孔洞的區域內建立一靜電聚焦場。一相對於該板形電極65的電位之介於-3kV至-30kV的電位(在此範圍之外的電壓亦可被使用)且最好是-25kV，即足以在該最終的鏡片孔洞67處建立所需要的聚 焦場，用以將射束離子包持在介於該最終鏡片孔洞67與該標靶基材之間的射束內。
在此例子中，當被質量抽離的射束接近該場電極61時，該射束被短暫地加速超過該10keV的輸送(抽離)能量，到達一被介於該離子源與該場電極61之間的電位差所界定的能量。該射束通過該場電極孔洞63，然後在介於該場電極孔洞63與該最中孔洞67之間的間隙處被減速至所需要的佈植能量。在此同時，一淨聚焦力量被施加到在介於該屏幕組件孔洞板60與減速透鏡的板形電極65之間的區域中之該離子束上。
該離子束然後進入到介於該最終鏡片孔洞67與該標靶基材之間的區域中。在此區域中，該離子束以所需要的佈植能量被輸送至該基材。此低速射束的膨脹藉由利用該電漿洪流系統13以低能量電子來充斥該射束來將其減到最小。該電漿洪流系統亦可將該標靶基材在離子佈植期間的表面充電減到最小。
一耦合至一真空幫浦的真空埠被形成在該處理室的室壁中用以容許該處理室被抽空。該真空埠的開口相當大且延伸平行於在該標靶基材的該區域中之射束線，用以在佈植期間將靠近該標靶的抽吸最佳化。該減速透鏡組件，特別是介於該場電極61及該第二有孔洞的板形電極60，係位在該處理室的真空出口埠的正前方，使得該鏡片的內部可被更有效率地被抽真空，其有助於進一步將快速不帶電粒子的產生及離子束的高能量污染最小化。
因此，示於第3圖中之減速透鏡組件被建構成可容許在鏡片內的空間被有效率地抽空，用以將殘留氣體壓力最小化，並藉以將包括能量高於該佈植能量的不帶電粒子的產生減至最小。
在此所舉的實施例中，該射束寬度輪廓在該射束從該解析磁鐵通過該減速透鏡組件到達該標靶基材12時，沿著該射束線改變。該等磁鐵鏡片將子束帶到由該等質量抽離元件所介定之該質量抽離狹縫處的一窄的焦聚。當離子束通過該質量抽離狹縫，並通過該質量抽離室的射束孔洞及額外的屏幕板形電極時，該射束的寬度會逐漸膨脹。當射束接近該電極60的射束孔洞62時，介於場電極61與有孔洞的板形電極60之間的電場會施加一力量至該離子束，該力量會將射束加速至該輸送能量。
當該離子束通過該場電極61進入到介於該場電極61與該最終的有孔洞的板形電極65之間的間隙中時，該離子束被減速到所想要的佈植能量且介於這兩個電極之間的該電場會施加一聚焦力量至該離子束，使得離子束寬度變窄以通過該最終的有孔洞的板形電極65的射束孔洞67。最後，離子束進入到該但性中和設備13的電子限制管中經由該屏幕板形電極的射束孔洞到達標靶。
再次參照第2圖，該減速透鏡組件9，該電漿洪流系統13及該標靶基材支撐件11都被容納在一處理室中，該處理室被放置在與該質量抽離室相鄰處且透過一形成在該質量抽離室的前端區上的孔與該質量抽離室相聯通。介於 該質量抽離室的前端壁與該有孔洞的板形電極60之間的該屏幕圓柱體屏蔽該離子束使其免受在該處理室中之迷失電場的干擾。該質量抽離室的室壁與該處理室的室壁被一電氣絕緣件電氣絕緣地隔離開，該電氣絕緣件形成該處理室的室壁的一部分。該射束線(飛行管)以一類似的方式與該離子源隔開開來。
一圓筒形凸緣可被提供，用以軸向地從該最終有孔洞的板形電極朝向該場電極61延伸。該圓筒形凸緣及該第一有孔洞的板形電極65可在該離子束及該場電極61的周圍形成一屏蔽，用以約束由介於場電極61與有孔洞的板形電極60之間的電位差所建立的電場，藉以防止靠近該標靶基材12的帶電粒子流向上游的場電極61，並在此同時屏障該離子束不手存在於該處理室中之迷失電場的干擾，該等迷失電場會干擾到在離子束中的電荷平衡而造成射束流的損失。
該場電極61可位在該凸緣的內部使得該凸緣包圍該場電極61的外周邊。在此實施例中，該場電極61藉由複數的拉線釘(stand-off)而被安裝及支撐在該圓筒形屏幕凸緣內，該等拉線釘被徑向地放置在該場電極61的周邊上。該場電極及該最終的有孔洞的板形電極組件被複數根柱狀物安裝在該處理室壁上。在此實施例中，該圓筒形屏幕凸緣延伸一最小的距離超過該場電極61的上游表面。
在其它的實施例中，有孔洞的板或電極及聚焦或場電極可具有任何適當的形狀及形態，且每一者都可包含一或 多個獨特的電極。例如，該接地電極可包括一圓柱形或環形電極。在另一實施例中，該接地電極及電漿洪流導引管可包含一單一電極或被電氣地連接在一起。在另一實施例中，該接地電極可被安排成它可被偏壓至一電位，其不同於該標靶基材的電位。
在另一實施例中，該聚焦或場電極可包含該飛行管的一延長部且是在該飛行管的電位。在此實施例中，介於該飛行管與該第一有孔洞的板形電極或阻擋電極之間的電位差應足以施加一聚焦力量至位在該阻擋區內的離子束上。 一位在該阻擋電極的上游且在該飛行管內且被偏壓至一比飛行管的電位低的電位之額外的電極被提供來防止電子被喪失到該阻擋電極中。
以上所述之本發明的不同實施例已依舉例及說明的目的被提供。上述說明並並不是要將本發明侷限到與所舉之特定的例子完全一樣的形式。本發明的範圍並不侷限在本文中所述的細節內容。
1‧‧‧離子佈植機
3‧‧‧離子束產生器
5‧‧‧解析磁鐵
7‧‧‧離子選擇器
9‧‧‧減速透鏡電極組件
11‧‧‧固持件
12‧‧‧標靶基材
13‧‧‧電漿洪流產生器
14‧‧‧離子束控制器
60‧‧‧有孔洞的板形電極
146‧‧‧射束
61‧‧‧場電極
62‧‧‧孔洞
65‧‧‧板形電極
67‧‧‧孔洞
63‧‧‧場電極孔洞
72‧‧‧減速電極孔洞
74‧‧‧孔洞
20‧‧‧抽離電極組件
175‧‧‧飛行管電壓供應器器
177‧‧‧場電極電壓供應器
本發明的實施例的例子現將參照附圖來加以說明，其中：第1圖為一減速電極的孔洞的先前技術的示意圖；第2圖為一使明的一實施例的電極的離子佈植機的示意圖；第3圖為第2圖中的減速透鏡電極組件的示意電子圖； 第4圖為第2及3圖中之接地電極的示意前視圖；第5圖為第4圖中之電極的孔洞的一示意圖；第6圖為用於一減速電極的孔洞的另一實施例的示意圖；及第7圖為用於一減速電極的孔洞的另一實施例的示意圖。
11‧‧‧固持器
12‧‧‧標靶基材
67‧‧‧孔洞
70‧‧‧周邊

Claims (24)

  1. 一種用於產生一離子束之一離子佈植機之減速透鏡組件的電極，其至少包含：一電極本體，其可界定出具有一周邊、一中心、一軸的一非圓形孔洞，其中該軸係通過該中心並界定出該孔洞沿著該軸的一長度，該軸包含一第一軸段其從該孔洞的中心沿著該軸朝向該孔洞的周邊延伸並具有一長度其範圍是該孔洞長度的20%至40%，其中在沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度小於在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度，且其中在當一離子束被置於該孔洞中心時，該孔洞的周邊係大於且實質上順應該離子束之剖面形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度是在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度的50%至98%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度單調地從該孔洞的中心減小至該軸段的端點。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中該孔洞是長形的。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電極，其中該孔洞為橢圓形且該電極是一預先聚焦的電極及一聚焦的電極兩者中的一者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中該孔洞具有一最大寬度及一最大長度，且該孔洞的最大寬度對該孔洞的最大長度的比率是在0.2至1.5之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電極，其中該孔洞具有四個側邊及四個角落，其中每一角落都連接兩相鄰側邊及其中每一角落都是圓角化形狀的角落。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電極，其中該四個側邊的每一側邊都等長。
  9. 一種形成一用於佈植物質到一半導體中之離子束的方法，該方法至少包含以下步驟：讓一離子束通過一減速透鏡組件之電極的電極本體的一非圓形孔洞之中心，其中該孔洞具有一周邊、一中心、一軸，該軸係通過該中心並界定出該孔洞沿著該軸的一長度，該軸包含一第一軸段其從該孔洞的中心沿著該軸朝向該孔洞的周邊延伸並具有一長度其範圍是該孔洞長度的20至40%，其中在沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平 均寬度小於在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度，且其中在當一離子束被置於該孔洞中心時，該孔洞周邊係大於且實質上順應該離子束之剖面形狀；及施加一電位至該電極本體用以產生一與該孔洞相鄰的電場來加速該離子束的至少某些離子的速度，其中該電場具有的特性為該孔洞的形狀的一函數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度是在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度的50%至98%。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度單調地從該孔洞的中心減小至該軸段的端點。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該孔洞是長形的。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該孔洞是橢圓形的。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該孔洞具有一最大寬度及一最大長度，且該孔洞的最大寬度對該孔洞 的最大長度的比率是在0.2至1.5之間。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該孔洞具有四個側邊及四個角落，其中每一角落都連接兩相鄰側邊及其中每一角落都是圓角化形狀的角落。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該四個側邊每一側邊都等長。
  17. 一種將物質佈植到一半導體中的離子佈植機，該離子佈植機至少包含：一固持件，用來固持至少一半導體；一離子束產生器，用來產生一離子束；及減速透鏡組件，用來在佈植到該至少一半導體中之前控制該離子束的能量，該組件包括一電極其具有一本體用以界定出一非圓形孔洞，該孔洞具有一周邊、一中心、一軸其通過該中心並界定該孔洞沿著該軸的一長度，該軸包含一第一軸段其從該孔洞的中心沿著該軸朝向該孔洞的周邊延伸並具有一長度其範圍是該孔洞長度的20%至40%，其中在沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度小於在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度，且其中該孔洞相對該產生器進行校直使得該離子束通過該孔洞中心，且其中在當一離子束被置於該孔洞中心時，該孔洞周邊係大於且 實質上順應該離子束之剖面形狀。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之離子佈植機，其中該孔洞是長形的，沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度是在該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度的50至98%，及其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度單調地從該孔洞的中心減小至該軸段的端點。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之離子佈植機，其中該孔洞是橢圓形的。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之離子佈植機，其中該孔洞具有一最大寬度及一最大長度，且該孔洞的最大寬度對該孔洞的最大長度的比率是在0.2至1.5之間。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之離子佈植機，其更包含一解析磁鐵，該解析磁鐵位在與該離子束產生器相鄰處且被設計來將該離子束之離子依據離子的質量在空間上分離開來；及一離子選擇器，其被設置在該解析磁鐵相鄰處且被設計成可選取在空間上被分離的該離子束之該等離子中之一離子物種並排除該離子束之該等離子中之其它的離子。
  22. 一種用於一離子佈植機之減速透鏡組件的電極，其至少包含：一電極本體，其界定出一橢圓形的孔洞，該孔洞具有一周邊、一中心、一軸，該軸通過該中心並界定出該孔洞沿著該軸的一長度，該軸包含一第一軸段其從該孔洞的中心沿著該軸朝向該孔洞的周邊延伸並具有一長度其範圍是該孔洞長度的20%至40%，其中在沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度是該孔洞的中心所量測之該孔洞的寬度的50%至98%，其中沿著該軸段上的點所量測之該孔洞的平均寬度單調地從該孔洞的中心減小至該軸段的端點，及其中該孔洞具有一最大寬度及一最大長度，且該孔洞的最大寬度對該孔洞的最大長度的比率是在0.2至1.5之間，且其中在當一離子束被置於該孔洞中心時，該孔洞周邊係大於且實質上順應該離子束之剖面形狀。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之電極，其中該孔洞最大寬度對該孔洞最大長度之比值為約0.85。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之電極，其中該孔洞最大寬度對該孔洞最大長度之比值為約0.75。
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