TWI389181B

TWI389181B - 於掃描離子植入期間之改良之離子束利用

Info

Publication number: TWI389181B
Application number: TW094131619A
Authority: TW
Inventors: Michael Graf; Andrew Ray
Original assignee: Axcelis Tech Inc
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2013-03-11
Also published as: KR20070059166A; WO2006033834A3; JP5304979B2; CN101061563A; EP1794775A2; US6953942B1; CN101061563B; JP2008513957A; TW200611321A; WO2006033834A2; KR101196102B1

Description

於掃描離子植入期間之改良之離子束利用

本發明一般係關於半導體處理系統，更明確地說，係關於在離子植入期間控制一基板相對於一離子束的運動。

於半導體工業中，通常會於一基板(舉例來說，半導體工件)上進行各種製程，以便於該基板上達成各種結果。舉例來說，可能會實施離子植入製程以便於該基板之上或之內獲得某項特殊特徵，例如藉由植入特定種類的離子以限制該基板上某一介電層的擴散能力。慣例上，會以批次處理或序列處理的方式來實施離子植入製程，於批次處理中會同時處理多片基板，而於序列處理中則會個別處理單片基板。舉例來說，傳統的高能量或高電流批次離子植入機可運作以達到極短的離子束線，其中可將大量的工件置於一輪體或圓盤之上，而該輪體會同時旋轉且徑向移動穿過該離子束，從而於整個製程的各時間處讓所有的基板表面區曝露在該離子束中。不過，以此方式來處理數批基板通常會讓該離子植入機的體積實質上非常龐大。

相反地，於一典型的序列植入製程中，一離子束通常會來回多次掃描該工件。為幫助離子植入整個工件，該掃描路徑的長度通常會超過該工件的直徑(舉例來說，俾使該工件的邊緣部份亦可獲得均勻的摻雜)。不過，因為該工件通常為圓形(對準刻痕所在處除外)，所以，吾人便可發現，大部分的時間中，該離子束會「過衝」或是未照射在該工件或基板上(舉例來說，該離子束未掃描到該工件最寬廣的部份)。此會降低處理量且浪費資源。據此，本發明希望以序列處理的方式將離子植入一工件之中，減輕過衝現象，從而幫助改良效率。

本發明可克服先前技術的限制。因此，下文中提出本發明的簡化概要說明，以對本發明的觀點有基本瞭解。此概要說明並非本發明的廣泛敘述。其目的並不在於確認本發明的關鍵或重要元件，亦不在於說明本發明的範疇。更確切地說，其主要目的僅在於以簡單的方式提出本發明的一或多項概念，作為稍後提出的詳細說明的引言。

本發明係關於一種將離子植入一工件之中的序列式植入製程，以致可節省資源且改良處理量或產量。該工件會以受控的方式來回移動穿過一實質固定的離子束，減輕「過衝」現象。更明確地說，該工件會沿著一條快速掃描路徑進行往復移動，同時沿著一條實質垂直的慢速掃描路徑來移動。該工件之選擇性移動所產生的掃描圖案會近似於該工件的形狀，俾使離子會植入整個工件之中。依此方式可減輕過衝，因為沿著該條快速掃描路徑的個別掃描可發生在個別的運動範圍中，該等運動範圍對應於要在沿著該條快速掃描路徑所進行之個別往復移動期間被掃描的工件的個別尺寸。不過，該掃描圖案可能略大於該工件，俾使於個別的「過衝」內可考量到和該工件的方向、速度、及/或加速度等變化相關聯的慣性效應。如此便可讓該工件以非常固定的速度移動穿過實質上靜止的離子束，從而有助於達成實質均勻的離子植入。

為達前面及相關的目的，本發明包括下文完整說明且於申請專利範圍中特別提出的特徵。下文說明及圖式詳細地提出本發明特定的解釋性實施例。不過，該些實施例僅表示可運用本發明之原理的各種方式中的其中數種。從本發明的下文詳細說明中，配合該等圖式，將可明白本發明的其它目的、優點、以及新穎特徵。

本發明係關於相對於一實質固定的離子束來移動一工件或基板，俾使所產生的掃描圖案和該工件的形狀相仿。現在將參考圖式來說明本發明的一或多項觀點，其中在所有圖式中會利用相同的元件符號來表示相同的元件。應該瞭解的係，該等圖式與下文說明均僅為解釋性，不應該將其視為具有任何限制意義。於下文的說明中，為達解釋目的，將會提出許多特定細節以便對本發明有澈底的瞭解。不過，熟習本技術的人士將會發現，即使沒有該些特定細節亦可實行本發明。因此，吾人將會發現，除了本文所圖解及說明者以外，本文所圖解的系統與方法亦可能存在許多變化例，而此等變化例均視為落在本發明與申請專利範圍的範疇之中。

根據本發明的一或多項觀點，藉由以控制方式來選擇性操縱一工件使其來回穿過一實質靜止的離子束可達到提高處理量的目的。有利的係，此控制和該工件相對於該離子束的位置間具有函數關係。依此方式來掃描該工件至少可減輕不必要的「過衝」以改良效率。舉例來說，參考先前技術圖1以及圖2A間的差異便可明白本發明的優點。於先前技術圖1中，工件10之上疊置著一示範掃描圖案12。該掃描圖案12係藉由沿著第一或「快速」掃描路徑14而來回掃描一離子束而產生的結果，其中該快速掃描路徑14對應的係該工件10的最寬部份26加上特定的過衝16。而過衝16對應的則係該離子束掃描通過該工件10不再照射在該工件10之上的距離。當該離子束沿著第一掃描路徑14往復移動時，該離子束還會沿著第二或「慢速」掃描路徑18來移動。吾人將會發現，掃描圖案12基本上和工件10的尺寸及/或形狀無關，因為僅考慮到該工件10的最寬部份26，所以，掃描圖案12的大小會足以覆蓋該工件10的最寬部份26。就此而言，便會於掃描圖案12內存在大量的過衝16，特別是在該工件l0的最寬部份26以外的區域處。

不過，從圖2A中可以看出，本發明的一或多項觀點有助於以一實質固定的離子束(圖中未顯示)為基準來控制一工件110的掃描，從而使得顯影後的掃描圖案112和工件110的尺寸及/或形狀相仿。更明確地說，工件110可以控制的方式沿著第一或快速掃描路徑114移動穿過個別的運動範圍，其中該等運動範圍對應於在沿著該第一掃描路徑114進行個別往復移動期間被掃描的工件110的個別尺寸。於該圖解的範例中，在沿著該第一掃描路徑114所進行的個別往復移動之間，該工件亦會標記為沿著第二或慢速掃描路徑118之一個遞增。就此而言，根據本發明的一或多項觀點便可顯著地降低過衝116。

根據本發明的一或多項觀點可保持個別的過衝116數額，俾使當工件110改變方向、速度、及/或加速度時(舉例來說，在沿著該第一掃描路徑114所進行的個別往復移動之間及/或當沿著該第二掃描路徑118移動時)該工件110所遭受到的慣性效應可適應於該等過衝116之內。吾人將會發現，可運作以施行該工件110相對於該離子束的相對運動控制的任何相關種類的掃描系統及/或控制系統均視為落在本發明的範疇內。根據本發明的一或多項觀點對該工件110的運動進行動態控制可依據該工件110相對於該離子束的已知方位以及該工件110及/或離子束的一或多項尺寸態樣(舉例來說，尺寸、形狀)的訊息。同樣地，可運用離子束偵測器(舉例來說，位在該工件後面)來指示該離子束何時不再照射於該工件110之上以及何時發生過衝情形。

吾人將會發現，因為工件通常為圓形，所以，掃描通常會始於該工件110的最窄部份122且結束於該工件110的反向最窄部份124處，而該工件110的最寬部份126則會於兩者的中途處被掃描。除非並非所有工件110(舉例來說，該工件的一半)均要被掃描及植入，否則上述通常會成立。於並非所有工件110均要被掃描及植入的情況中，該掃描可能會始於該工件110的最寬部份且結束於該工件110上的任何其它期望的位置處。如圖2B所示，吾人還將會發現，工件110可於個別的過衝週期期間沿著第一掃描路徑114與第二掃描路徑118來反覆遞增移動，致使該些過衝週期期間該掃描圖案112的「過渡」部份130更近似於該工件110的形狀(如周長曲率)。依此方式，可更進一步減低過衝量。

吾人還將會發現，雖然和本文中詳述的範例有關的大部份討論均在於在該工件沿著該快速掃描路徑進行個別往復移動之間，該工件會沿著該慢速掃描路徑標記移動或遞增移動；不過，本發明的一或多項觀點亦涵蓋在該工件沿著該快速掃描路徑進行往復移動時，該工件沿著該慢速掃描路徑進行連續移動。圖2C圖解的情況係掃描圖案112以Z字形出現在該工件110之上，同樣地，藉由減少過衝116的數量，該掃描圖案112依然和工件110的形狀相仿。於此配置中，因為該工件係以非常固定的速度沿著該慢速掃描路徑118來移動，所以，沿著該快速掃描路徑114的往復移動頻率可動態調整以保持整個工件110上有均勻的離子植入結果(舉例來說，依據和該工件相對於該離子束之相對方位有關的方位資料以及和該工件及/或離子束的尺寸及/或形狀有關的尺寸資料)。

圖2D所示的係頻率(f)相對於工件110沿著快速掃描路徑114移動的距離(d)的關係曲線圖200，其中該工件110沿著慢速掃描路徑118的速度保持非常固定。從圖中可以看出，工件110沿著快速掃描路徑114的頻率於掃描的起點122與終點124處為最高，而於掃描的中點126處為最低。當然，此對應的情況係先掃描該工件110的最窄部份122，接著再掃描該工件110的最寬部份126，並且結束掃描於該工件110的反向最窄部份124。吾人還將會發現，根據本發明的一或多項觀點涵蓋結合動態調整該工件110沿著慢速掃描路徑118與快速掃描路徑114的個別速度以獲取均勻的離子植入結果。

接著參考圖3與4，圖中分別顯示根據本發明的一或多項觀點的示範方法300與400，用以經由一離子束來掃描該工件將離子植入一工件之中。雖然下文圖解與說明的方法300、400為一系列的動作或事件，不過，吾人將會發現，本發明並不限於圖中闡述的此等動作或事件的排序方式。舉例來說，某些動作可以不同的方式來進行及/或與其它動作或事件同時發生，異於本文所圖解及/或說明的順序。此外，並非需要圖中所有的動作方可實現根據本發明的一或多項觀點的方法。另，亦可於一或多個分離的動作或階段中來實行一或多項該等動作。吾人將會發現，根據本發明的一或多項觀點所實行的方法可搭配本文所圖解與說明的系統來實現，亦可搭配本文未圖解與說明的其它系統來實現。

如圖3所示，方法300始於305處，於該處會沿著第一掃描路徑來移動該工件，俾使經由該離子束來掃描該工件。接著，於310處，當該工件沿著該第一掃描路徑往復移動時，該工件會沿著第二掃描路徑來移動，其中會利用和該工件及/或該離子束的尺寸有關的尺寸資料(舉例來說，該離子束的形狀及/或剖面面積用於決定在該離子束照射於該工件的一部份之上時該工件實際上有多少會被離子植入)以及和該工件相對於該離子束的相對方位有關的方位資料於該工件上產生一近似於該工件的尺寸(舉例來說，大小、形狀)的離子束掃描圖案。接著便結束該方法。於其中一範例中，該工件會以小於約十赫茲的頻率沿著該第一掃描路徑進行往復移動。

同樣地，圖4中所示的方法400始於405處，於該處會沿著第一掃描路徑來移動該工件，俾使經由該離子束來掃描該工件。接著，於410處，當該工件沿著該第一掃描路徑往復移動時，該工件會沿著第二掃描路徑來移動，其中會依據被一量測組件偵測到的充分離子束數量來判斷何時反轉該工件於該第一掃描路徑上的方向，從而使得所產生的離子束掃描圖案近似於該工件的尺寸。接著便結束該方法。於其中一範例中，該離子束的完全強度對應於足以讓該工件反轉方向的離子束數量。

圖5所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的示範離子植入系統500的示意方塊圖。該植入系統500包含一離子源512、一束線組件514、以及一目標或末端站516。該離子源512包括一離子產生腔室520以及一離子抽出(及/或抑制)組件522。一要被離子化的摻雜材料(電漿)氣體(圖中未顯示)會被置於該離子產生腔室520內。舉例來說，該摻雜氣體可從一氣體源(圖中未顯示)被饋送至該腔室520之中。可透過一電源(圖中未顯示)將能量賦予該摻雜氣體以幫助於該腔室520中產生離子。吾人將會發現，離子源512亦可使用任何數量的合宜機件(圖中未顯示任一者)於該離子產生腔室520內來激發自由電子，例如RF激發源或微波激發源、電子束入射源、電磁源、及/或可於該腔室內產生弧光放電的陰極。該等激發電子會於腔室520中撞擊該等摻雜氣體分子，從而產生離子。一般而言，會產生正離子；不過，本發明亦可應用於離子源512會產生負離子的系統中。該等離子可由離子抽出組件522經由該腔室520中的狹縫518以可控制的方式被抽出，該離子抽出組件522包括椱數個抽出及/或抑制電極524。吾人將會發現，該離子抽出組件522可能包含一抽出電源供應器(圖中未顯示)，用以提供偏壓給該等抽出及/或抑制電極524，用以沿著通往束線組件514內的離子質量分析磁鐵528的軌道來加速源自該離子源512的離子。

據此，該離子抽出組件522的功能係用來從電漿腔室520中抽出離子束526並且加速該等被抽出的離子使其進入束線組件514之中，更明確地說係使其進入束線組件514內的離子質量分析磁鐵528之中。該離子質量分析磁鐵528會形成於約九十度角處並且會於其中產生一磁場。當離子束526進入磁鐵528之中時，便會被該磁場相應折彎，俾使排除具不正確電荷質量比的離子。更明確地說，電荷質量比太大或太小的離子均會被偏離進入磁鐵528的側護壁532之中。依此方式，磁鐵528便僅允許離子束526中具有預期電荷質量比的離子完全貫穿橫越。除此之外，本範例中還可包含控制電子元件或控制器534來調整該磁場的強度與方位。舉例來說，藉由調整移動通過磁鐵528的磁場線圈的電流數量便可控制該磁場。吾人將會發現，控制器534可能包含一可程式化微控制器、處理器、及/或其它類型的計算機件，用以完整控制系統500(舉例來說，由作業員來控制，由先前及/或目前所取得的資料及/或程式來控制)。

束線組件514可能還包含一加速器536，舉例來說，其包括椱數個電極538，該等電極係被配置且被偏壓以對離子進行加速及/或減速，以及聚焦、彎曲、及/或淨化離子束526。另，吾人將會發現，和其它粒子產生撞擊的離子束會損及離子束完整性，因此，可由一或多個唧筒(圖中未顯示)來抽空從離子源512至末端站516的整個束線組件514(包含該離子質量分析磁鐵528在內)。加速器536的下游係末端站516，其會接收源自束線組件514的經質量分析離子束526。末端站516包含一掃描系統540，其可能包括一支撐體或末端受體542，其上安置要被處置的工件544，從而作選擇性地移動。該末端受體542與工件544座落於大體垂直於離子束526之方向的目標平面中。

根據本發明的一或多項觀點，工件544會沿著第一或「快速」掃描路徑574(例如沿著x軸)於方向554、564中來回移動(舉例來說，透過末端受體542來移動)，俾使在工件544沿著第一掃描路徑574進行個別往復移動期間工件544沿著第一掃描路徑574的個別運動範圍會對應於在該等個別往復移動期間該工件544被掃描的部份的個別尺寸。當工件544沿著第一掃描路徑574進行往復移動時，該工件544亦會沿著一第二或「慢速」掃描路徑578(例如沿著y軸)移動經過慢速掃描方向558或568。依此方式，所產生的掃描圖案便因而會近似於該工件544的形狀。舉例來說，於圖5所示的系統500中，工件544剛於方向554中完成快速掃描，且已經準備於快速掃描方向564中反向移動(舉例來說，當工件544已於慢速掃描路徑578中標記移動)。

工件544沿著第一掃描路徑574的該等個別運動範圍可能與該工件544相對於離子束526的方位以及該工件544及/或離子束的尺寸、形狀、及/或其它尺寸資料等具有函數關係。舉例來說，控制器534可使用此方位資料與尺寸資料來控制該工件544的選擇性移動結果。舉例來說，工件544沿著該快速掃描路徑574的該等個別運動範圍可被控制(舉例來說，由控制器534來控制)成略為超出在該等個別往復移動期間該工件544被掃描的部份的個別尺寸，俾使當該工件正在改變方向及/或沿著第二掃描路徑578移動期間該離子束不會照射到該工件544。依此方式，可假設該等不同的往復移動有個別的過衝存在。舉例來說，可讓此等過衝夠大以便足以適應在該工件544改變方向及/或速度時無法避免的慣性效應。

在該工件544與離子束526相交處以外的地方適應此等慣性效應有助於產生更均勻的離子植入結果，因為當該工件544實際通過該離子束526時其係以固定的速度來移動。此外，舉例來說，藉由追蹤(舉例來說，利用控制器534來追蹤)工件544相對於離子束526的相對位置(舉例來說，藉由知悉工件544相對於離子束526的初始方位、藉由知悉該工件及/或離子束的前述尺寸、以及藉由追蹤該工件544的移動情形(舉例來說，透過末端受體542)，俾使固定地「監視」該工件544相對於離子束526的相對位置)便可確認及/或預測掃描的結束點。而後，一旦該工件544已經適應於慣性效應，該工件544便可沿著快速掃描路徑574於反向方向中來移動。

本範例中還可於該末端站516中併入一量測組件580(舉例來說，法拉第杯(Faraday cup))。該量測組件580可運作以偵測束電流且可設置在工件544的後面(舉例來說，以便不至於影響到離子植入處理)。舉例來說，可使用所偵測到的束電流位準來確認掃描的結束點。舉例來說，當該量測組件580偵測到該離子束526的完全強度時，其可提供該控制器534一信號以表示該工件544剛全部通過該離子束526。舉例來說，知悉該工件544的速度及/或該工件544必須沿著第二掃描路徑578移動的遞增距離，控制器534便可調節個別過衝的時間長度以適應於慣性效應。同樣地，倘若該工件544開始反向移動進入該離子束的速度過快時，則可能要對該工件544的移動進行一或多項調整(舉例來說，在該工件仍沿著第二掃描路徑578移動時進行調整)。於此情況中，舉例來說，該量測組件可能會早於預期的時間來偵測束電流。舉例來說，此情況可能會造成該工件544的周長或邊緣部份被過度摻雜。另，在該工件沿著該第一掃描路徑往復移動回去時，若該量測組件580繼續偵測到該離子束的完全強度時，那麼整個工件便可被視為已經通過該離子束且已經被離子植入(舉例來說，其表示該工件544已經完全過渡通過該慢速掃描路徑578)。

吾人將會發現，亦可利用該量測組件580來「描繪(map)」離子植入情形。舉例來說，於測試運轉期間可以法拉第杯來取代工件544。接著，該法拉第杯便可於該束電流保持固定時相對於該離子束526來移動。依此方式，便可偵測到離子劑量的變化情形。因此便可找出束電流強度相對於掃描位置的波形或描繪圖(舉例來說，可藉由將該法拉第杯所取得的讀數回授至控制器534來進行)。接著，便可於實際植入期間利用被偵測到的波形來調整該束電流。另，於末端站516亦可能包含一電漿源(圖中未顯示)，用以將離子束526浸洗於中性電漿中，以減少可能會累積在目標工件544上的正電荷數量。舉例來說，電漿淋浴(plasma shower)會中和因利用帶電離子束526進行植入的結果而可能會累積在目標工件544上的電荷。

現在參考圖6，圖中所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的示範掃描機件600。舉例來說，該掃描機件600可能內含於圖5所示的掃描系統540之中，用於以一靜止離子束為基準來選擇性操控一工件，以幫助將離子植入該工件之中。該掃描機件600包括一基部605，其可運作以耦接至一旋轉子系統610。舉例來說，該基部605相對於該離子束(圖中未顯示)可能為靜止的；或可進一步運作以相對於該離子束來移動，下文將作討論。該旋轉子系統610包括與其相關聯的一第一鏈條615與一第二鏈條620，其中，舉例來說，該旋轉子系統610會運作用以透過該第一鏈條615與該第二鏈條620的移動相對於基部605來直線平移一基板或工件(圖中未顯示)。

於其中一範例中，第一鏈條615會透過一第一接合點625以可旋轉的方式耦接至該基部605，其中該第一鏈條615會運作以於第一旋轉方向628中繞著第一軸627來旋轉(舉例來說，該第一鏈條615會運作以順時針或逆時針的方式繞著第一接合點625來旋轉)。第二鏈條620則會進一步透過一第二接合點630以可旋轉的方式耦接至該第一鏈條615，其中該第二接合點630的位置與該第一接合點625相隔預設距離L。該第二鏈條620可進一步運作以於第二旋轉方向633中繞著第二軸632來旋轉(舉例來說，該第二鏈條620會運作以順時針或逆時針的方式繞著第二接合點630來旋轉)。舉例來說，該第一鏈條615與該第二鏈條620會進一步運作以分別在分開且通常平行的第一平面與第二平面(圖中未顯示)中進行旋轉，其中該等第一平面與第二平面通常垂直於該等個別的第一軸627與第二軸632。

該第一鏈條615與該第二鏈條620會運作以於個別的第一旋轉路徑634及第二旋轉路徑635中繞著個別的第一接合點625與第二接合點630來旋轉360度，但並非必要條件。雖然第一旋轉方向628通常和第二旋轉方向633相反，不過，其中和第二鏈條620相關聯的末端受體640會運作用以沿著和該第一鏈條615與該第二鏈條620的移動相關聯的第一掃描路徑642來線性平移。舉例來說，該末端受體640會運作用以透過一和該第二鏈條620相關聯的第三接合點645被耦接至該第二鏈條620，其中該第三接合點645與該第二接合點630相隔預設距離L。舉例來說，該第三接合點645係運作用以讓該末端受體640繞著一第三軸648進行旋轉647。再者，根據另一範例，該第三接合點645可運作用以讓該末端受體640產生傾斜(圖中未顯示)，其中，於其中一範例中，該末端受體640會運作用於以大體平行該第二平面(圖中未顯示)的一或多條軸線(圖中未顯示)為基準產生傾斜。

舉例來說，該末端受體640會進一步運作以將該基板(圖中未顯示)固定於其上，其中該末端受體640的移動通常會界定該基板的移動。舉例來說，該末端受體640可能包括一靜電夾盤(electrostatic chuck，ESC)，其中該ESC可運作用以將該基板實質上夾止或保持在相對於該末端受體640的某一特殊位置或方位中。應該注意的係，雖然本文中說明一ESC做為該末端受體640的其中一種範例，不過，該末端受體640亦可能包括用來夾握一受載體(舉例來說，該基板)的各種其它裝置，而且所有此等裝置皆被視為落在本發明的範疇之中。

舉例來說，第一鏈條615與第二鏈條620的移動可進一步控制以沿著第一掃描路徑642來線性往復移動該末端受體640，其中該基板(圖中未顯示)可以預設方式相對於該離子束(舉例來說，和第一軸627相符的離子束)來移動。舉例來說，可進一步控制第三接合點645的旋轉，其中該末端受體640會與該第一掃描路徑642保持大體固定的旋轉關係。應該注意的係，第一接合點625與第二接合點630的預設距離L以及第二接合點630與第三接合點645的預設距離L可於該等個別接合點之間進行量測時提供大體一致的鏈條長度。第一鏈條615與第二鏈條620的長度一致性通常會提供各種運動優點，舉例來說，末端受體640沿著第一掃描路徑642有更固定的速度。

圖7A至7L所示的係圖6的旋轉子系統610於各操作位置處的示意圖。於圖中所示的範例中，該第一旋轉方向628對應的係順時針移動，而該第二旋轉方向633對應的係逆時針移動。於圖7A中，該末端受體640係位於第一掃描路徑642中的第一位置650處，其中該第三接合點645和第一接合點625的相隔距離約為該預設距離L的兩倍，從而界定該末端受體640的最大位置655。當於個別的第一旋轉方向628與第二旋轉方向633中繞著個別的第一接合點625與第二接合點630來旋轉第一鏈條615與第二鏈條620時，如圖7B至7L所示，該末端受體640便會以大體直線的方式沿著該第一掃描路徑642來移動。舉例來說，於圖7G中，該末端受體640係位於第一掃描路徑642中的另一最大位置660處，其中該第三接合點645和第一接合點625的相隔距離同樣約為該預設距離L的兩倍。於圖7H中，舉例來說，應該注意的係，該末端受體640會反向朝該第一位置650移動，而該第一旋轉方向628與第二旋轉方向633則保持不變。遵循圖7L中所示的位置，該旋轉子系統610可運作用以再度移至圖7A的第一位置650，同時仍保持固定的旋轉方向628與633，其中該線性往復移動會持續進行。

圖8所示的係圖7A至7L各位置中的旋轉子系統610的示意圖，其中一工件或基板665(以陰影表示)會進一步駐留在該末端受體640之上。應該注意的係，圖中的旋轉子系統610並未依比例繪製，而且為達清楚解釋的目的，圖中的末端受體640實質上小於該基板。舉例來說，一示範末端受體640的大小可能約等同於該基板665，其中可為該基板665提供足夠的支撐。不過，應該瞭解的係，本文所闡述的末端受體640與其它特徵裝置亦可能具有各種形狀與尺寸，而所有該等形狀與尺寸皆被視為落在本發明的範疇之中。如圖8所示，該掃描機件600可運作用以沿著該第一掃描路徑642於該末端受體640的最大位置655與660間的任何位置處來線性往復移動該基板665。基板665的兩端667所行經的最大掃描距離666和該末端受體640的最大位置655與660相關聯。於其中一範例中，該最大掃描距離666略大於距離668，距離668等於該基板665的直徑D的兩倍。因此，即使於跨越該離子束來回掃描該工件的最寬部份的時候，該工件或基板665仍可能會略微「過衝」或移動越過該離子束，以適應於慣性效應。

舉例來說，末端受體640(以及基板665)的方向變化和該末端受體640與基板665的速度及加速度變化有關。舉例來說，於離子植入製程中，當該基板665通過離子束(圖中未顯示)時，如大體和第一軸627一致的離子束，通常會希望該末端受體640可沿著掃描路徑642保持實質固定的速度。此固定速度讓該基板665於移動通過該離子束的整個期間可大體均勻地曝露在該離子束之中。不過，因為該末端受體640的往復運動的關係，該末端受體640的加速與減速某種程度上亦必然會呈現直線往復移動。舉例來說，於該基板665曝露在該離子束期間該末端受體640發生速度變化(舉例來說，於掃描路徑反轉期間)可能會導致該基板665上不均勻的離子植入結果。所以，當該工件665沿著第一掃描路徑642經由該離子束來掃描時，吾人通常會希望該工件665移動經過的個別運動範圍會有大體固定的速度。據此，一旦該基板665通過該離子束，末端受體640的加速與減速實質上將不會影響到離子植入製程或該基板665上的劑量均勻度。

根據另一示範觀點，如圖9所示，該掃描機件600的基部605可進一步運作以平移於一或多個方向中。舉例來說，該基部605可運作以耦接至一平移機件670，其中該平移機件可運作以沿著第二掃描路徑675來平移該基部605與旋轉子系統610，其中該第二掃描路徑675實質上垂直該第一掃描路徑642。舉例來說，該第一掃描路徑642可表示成與基板665的快速掃描相關聯，而該第二掃描路徑675則可表示成與基板665的慢速掃描相關聯，其中於一範例中，每當該基板665沿著第一掃描路徑642平移時，該基板665便可沿著該第二掃描路徑675標記移動一或多個遞增量。舉例來說，該基部605的總平移676約等於(如略大於)該基板665的直徑D的兩倍。依此方式，當該工件665沿著該慢速掃描路徑675移動時，便可以離子來植入整個工件665。舉例來說，該平移機件670可能包括一分光接合點及/或一滾珠螺桿系統(圖中未顯示)，其中該基部605可平順地沿著該第二掃描路徑675來平移。舉例來說，此平移機件670可運作用以藉由於該末端受體640沿著該第一掃描路徑642所進行的個別往復移動期間讓該基板665通過該離子束來「塗抹(paint)」駐留在該末端受體640之上的基板665，從而可將離子均勻地植入整塊基板665中。

吾人將會發現，當該工件665根據本發明的一或多項觀點來移動時，第一鏈條615與第二鏈條620的個別旋轉方向628與633通常會在抵達最大位置655(圖7A與8)或660(圖7G與8)前便反轉。舉例來說，為掃描該工件665的一部份，該等第一鏈條615與第二鏈條620可能僅會旋轉以於圖7C至7E中所示的位置之間來轉換該末端受體640(從而轉換附屬其上的工件)。接著，該等第一鏈條615與第二鏈條620便會反轉方向用以在該平移機件670於第二掃描路徑675中標記移動該基部605與旋轉子系統610之後將該末端受體640反向移回去，以便再次於該第一掃描路徑642中進行額外掃描。相較於習知方式(圖1)，在小於圖7A與7G中所示的最大位置間往復移動該末端受體640會提高總處理量並且節省資源，因為該工件未「接觸」該離子束的時間實質上已經縮短。

另，當該工件沿著該第一掃描路徑642來回往復移動時所移動經過的個別範圍可能會略大於在該等個別往復移動期間該工件665被掃描的部份的個別寬度或尺寸。換言之，於該第一掃描路徑642中該工件665的個別往復移動將會有個別的過衝。此等個別過衝通常將會足以適應於該末端受體640及附屬其上的工件665的加速與減速。依此方式，於掃描路徑反轉期間所遭遇到的慣性作用力會發生在該等個別掃描範圍的外面。此有助於在該基板665曝露於該離子束期間讓該末端受體640有更固定的速度，因而會有更均勻的離子植入結果。因此，吾人便可發現，知道何時掃描結束(舉例來說，透過量測組件，如法拉第杯)及/或何時將會掃描結束(舉例來說，藉由瞭解該工件及/或離子束的尺寸以及該工件相對於該離子束相對方位的更新資訊)非常重要，以便建立有效且實用的離子植入製程。

圖10所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的掃描系統800的方塊圖。舉例來說，該掃描系統800可能對應於圖5所示之離子植入系統500中內含的掃描系統540，其中於該掃描系統800中包含圖6至9中所示之掃描設備600的至少一部份及其組件部份。舉例來說，第一旋轉致動器805和第一接合點625相關聯，而第二旋轉致動器810和第二接合點630相關聯，其中該等第一致動器805與第二致動器810可運作用以分別提供旋轉作用力給該等第一鏈條615與第二鏈條620。舉例來說，該等第一旋轉致動器805與第二旋轉致動器810包括一或多個伺服馬達或其它旋轉裝置，用以運作分別於圖6的第一旋轉方向628與第二旋轉方向633中來旋轉第一鏈條615與第二鏈條620。

舉例來說，圖10的掃描系統800進一步包括一第一感測元件815及一第二感測元件820，分別和第一致動器805與第二致動器810相關聯，其中該等第一感測元件815及第二感測元件820可進一步運作以感測該等個別第一鏈條615與第二鏈條620的位置，或其它動力參數(如速度或加速度)。再者，一控制器825(舉例來說，一多軸運動控制器)可運作以耦接至該等第一旋轉致動器805與第二旋轉致動器810以及該等第一感測元件815及第二感測元件820的驅動器及/或放大器(圖中未顯示)，其中該控制器825可運作以針對一相關的控制工作週期(舉例來說，該末端受體640於圖8所示的最大位置655與660之間任何位置處的移動)來控制分別被提供給該等第一旋轉致動器805與第二旋轉致動器810的功率830與835(舉例來說，一驅動信號)量。圖10中的該等第一感測元件815及第二感測元件820(如編碼器或解析器)可進一步運作以提供個別的回授信號840與845給控制器825，舉例來說，其中送往該等個別致動器805與810的驅動信號830與835會以即時的方式算出。該等驅動信號830與835的此種即時計算方式通常允許精確地調整於預設的時間增量處被傳遞給每個個別旋轉致動器805與810的功率。

該項一般的運動控制技術通常可讓該末端受體640產生平順的運動，從而能夠減輕與其相關的速度誤差。根據另一範例，該控制器825進一步包括一反向動力模型(圖中未顯示)，其中會於每個責任循環處針對每個接合點625與630來推導出該末端受體640的關節運動(articulated motion)。舉例來說，在該工件及/或離子束的尺寸及/或其它尺寸態樣以及該工件相對於該離子束的初始位置均已知的位置處便可持續地確認或「追蹤」該末端受體640(從而附屬其上的晶圓或工件)的位置。舉例來說，可以該等第一接合點625及第二接合點630及/或該等第一鏈條615及第二鏈條620的移動為函數的方式來更新(甚至預測)該工件相對於該離子束的方位，而該等第一接合點625及第二接合點630及/或該等第一鏈條615及第二鏈條620的移動本身則可從該等第一感測元件815及第二感測元件820所提供的信號中來確認。知悉該工件相對於該離子束的相對位置便可控制第一掃描路徑642中個別的移動長度或運動範圍從而可控制個別的過衝量(舉例來說，用以適應於和工件反轉相關的慣性效應)。舉例來說，該等個別過衝可能落在約10至約100毫米間的範圍中，但並不僅限於此範圍。不過，吾人將會發現，在該工件的尺寸及相對於該離子束的初始方位以及該工件於第一掃描路徑642中的速度亦可確認及控制該工件的運動且從而確認及控制該等個別的過衝量。另外，知悉該離子束的尺寸及第二掃描路徑675中的速度(舉例來說，其可能與束電流及/或束強度具有函數關係)便可決定第二掃描路徑675中的距離。舉例來說，剖面直徑介於約10至約100毫米間的鉛筆狀離子束(pencil beam)可造成該工件在第一掃描路徑642中的往復移動間沿著第二掃描路徑675在介於約1至約10毫米間移動。舉例來說，該控制器825可進一步運作藉由於每個控制工作週期期間計算每個個別接合點625及630的前饋(feed forward)、模型式(model－based)附加轉矩(complimentary torque)以控制每個致動器805與810。

如上面範例所討論般，送往該等個別第一旋轉致動器805與第二旋轉致動器810的功率830與835之量至少部份根據被該等第一感測元件815及第二感測元件820感測到的位置。據此，便可藉由控制送往該等第一致動器805與第二致動器810的功率量來控制該掃描機件600的末端受體640的位置，其中該功率量進一步和該末端受體沿著圖6的第一掃描路徑642的速度與加速度相關聯。舉例來說，圖10的控制器825可進一步運作以控制圖9的平移機件670，其中還可進一步控制該基部605沿著第二掃描路徑675的移動。根據其中一種範例，平移機件670的遞增運動(如「慢速掃描」運動)會同步於該末端受體沿著第一掃描路徑642的運動(如「快速掃描」運動)，俾使在該基板665每次通過該離子束之後(舉例來說，在該工件沿著該快速掃描路徑改變方向期間)該平移機件便會遞增移動。

根據本發明的一或多項觀點，一量測組件880可運作以耦接至該掃描系統800。該量測組件880有助於偵測掃描的結束點，更明確地說，有助於偵測掃描結束點處的「過衝」情形。舉例來說，雖然圖中未顯示，不過該量測組件880可能直接位於該工件665的後面，與該離子束路徑共線。就此而言，當該工件沿著第一掃描路徑642移動經過一個別的運動範圍時，該離子束將會於該掃描的結束處照射於該量測組件(舉例來說，法拉第杯)上。該量測組件所偵測到的離子束數量可回授至該控制器825。舉例來說，該控制器可利用此資料來控制該工件的運動(舉例來說，可透過致動器805、810來進行)。舉例來說，倘若該工件的尺寸已知的話，該控制器便可充份地過衝該工件，俾使該工件於沿著第二掃描路徑675進行標記移動時不會遭遇到該離子束(圖9)。倘若在該工件沿著第二掃描路徑標記移動時該量測組件表示所偵測到的離子束數量下降的話，此便可能表示該(圓形)工件於沿著第二掃描路徑標記移動時與該離子束相交。據此，該工件便能夠進一步沿著第一掃描路徑移動，俾使當該工件於沿著第二掃描路徑標記移動時該工件的周圍部份不會不經意地被(過度)注入離子。同樣地，倘若該量測組件880於該工件的方向被反轉以沿著該第一掃描路徑642來反向往復移動該工件時(圖6)表示束電流極少的話，或是倘若偵測到充份的束電流數量但時間卻太短的話，那麼此個別的運動範圍便可能太短(舉例來說，該過衝不足以適應於和工件反轉相關的慣性效應，其可能會造成不均勻的離子植入，尤其是在此掃描路徑中該工件的周圍或邊緣部份處)。據此，該控制器825便可擴大此特殊掃描的該個別運動範圍，用以建立一足夠、但卻不浪費或過度擴大的過衝。依此方式，可即時地有效調整該掃描路徑，用以產生一和該工件的尺寸與形狀近似的掃描圖案，有助於進行均勻的離子植入。

據此，本發明的一或多項觀點有助於控制該工件的快速掃描，俾使沿著該第一掃描路徑的該等個別掃描長度實質上等於或略大於在該些快速掃描期間要被掃描的工件的個別寬度。根據本發明的一或多項觀點可即時地調整掃描圖案，俾使該快速掃描不會擴大超過該工件太多。此方式不同於習知的掃描配置，於習知的配置中，無法知悉或追蹤工件相對於該離子束的相對位置，因此於整個植入製程中該工件便會移動經過最大掃描距離。因此，所生成的掃描圖案便會於一大量的時間週期中「偏離(off)」該工件，尤其是在該快速掃描正在掃描該工件的中央或最寬部份以外位置的時候。吾人可以明白，在「貧乏」或空白區域上作掃描會浪費時間與資源。因此，根據本發明的一或多項觀點來掃描該工件則可以更有效的方式來實施離子植入製程。另，亦可操控該工件，俾使每次於沿著第一掃描路徑作掃描時該掃描圖案會略超出該工件，而當該工件沿著該第二掃描路徑移動準備沿著第一掃描路徑反向跨越該工件進行後續移動時該掃描圖案會保持偏離該工件。此作法可提供輕微的個別「過衝」，且足以適應於和該工件的方向、速度、及/或加速度變化相關聯的慣性效應。因此，便可實施一有效且實用的離子植入製程，藉此該掃描圖案會近似於要被掃描的晶圓或工件的尺寸與形狀。

雖然已經針對特定較佳的實施例來顯示與說明本發明，不過，於閱讀且瞭解本說明書及圖式之後，熟習本技術的人士可知，本發明可進行均等的變更與修正。尤其是針對上述元件(組件、裝置、電路、...等)所實施的各項功能來說，除非特別提及，否則用來說明此等元件的詞語(包含「構件」相關詞在內)在於對應於能夠實施所述元件之指定功能的任何元件(也就是，功能均等的元件)，即使結構上不等同於本文中所解釋之本發明示範實現方式中用來實施該項功能的揭示結構亦無妨。此外，雖然於數種實施例中其中一者中僅揭示本發明的某項特殊特點，不過此項特點卻可結合其它實施例中的一或多項其它特點，因為這對於任何特定或特殊的應用而言可能是需要的或相當有利的。

10．．．工件

12．．．掃描圖案

14．．．快速掃描路徑

16．．．過衝

18．．．慢速掃描路徑

26．．．最寬部份

110．．．工件

112．．．掃描圖案

114．．．快速掃描路徑

116．．．過衝

118．．．慢速掃描路徑

122．．．最窄部份

124．．．最窄部份

126．．．最寬部份

130．．．過渡部份

500．．．離子植入系統

512．．．離子源

514．．．束線組件

516．．．末端站

518．．．狹縫

520．．．離子產生腔室

522．．．離子抽出組件

524．．．抽出/抑制電極

526．．．離子束

528．．．離子質量分析磁鐵

532．．．側護壁

534．．．控制器

536．．．加速器

538．．．電極

540．．．掃描系統

542．．．末端受體

544．．．工件

574．．．快速掃描路徑

578．．．慢速掃描路徑

580．．．量測組件

600．．．掃描機件

605．．．基部

610．．．旋轉子系統

615．．．第一鏈條

620．．．第二鏈條

625．．．第一接合點

627．．．第一軸

628．．．第一旋轉方向

630．．．第二接合點

632．．．第二軸

633．．．第二旋轉方向

634．．．第一旋轉路徑

635．．．第二旋轉路徑

640．．．末端受體

642．．．第一掃描路徑

645．．．第三接合點

648．．．第三軸

650．．．第一位置

655．．．最大位置

660．．．最大位置

665．．．基板

666．．．最大掃描距離

667．．．端

670．．．平移機件

675．．．第二掃描路徑

676．．．總平移

800．．．掃描系統

805．．．第一旋轉致動器

810．．．第二旋轉致動器

815．．．第一感測元件

820．．．第二感測元件

825．．．控制器

830．．．驅動信號

835．．．驅動信號

840．．．回授信號

845．．．回授信號

880．．．量測組件

圖1所示的係一其上具有習知掃描圖案的工件的俯視圖。

圖2A所示的係一其上具有一掃描圖案的工件的俯視圖，該掃描圖案係藉由根據本發明一或多項觀點來移動該工件穿過一離子束而顯影獲得者，藉此可實質降低過衝。

圖2B所示的係一其上具有一掃描圖案的工件的另一俯視圖，該掃描圖案係藉由根據本發明一或多項觀點來移動該工件穿過一離子束而顯影獲得者，藉此可進一步降低過衝。

圖2C所示的係一其上具有一掃描圖案的工件的又一俯視圖，該掃描圖案係藉由根據本發明一或多項觀點來移動該工件穿過一離子束而顯影獲得者，藉此可降低過衝。

圖2D所示的係根據本發明一或多項觀點來產生例如圖2C所示之一掃描圖案時的掃描頻率相對於被掃描距離的關係曲線圖。

圖3所示的係根據本發明一或多項觀點用於經由一離子束來掃描一工件的示範方法之流程圖。

圖4所示的係根據本發明一或多項觀點用於經由一離子束來掃描一工件的另一示範方法之流程圖。

圖5所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的示範離子植入系統的示意性方塊圖。

圖6所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的示範掃描設備的平面圖。

圖7A至7L所示的係圖6示範掃描設備的旋轉子系統於各操作位置處的平面圖。

圖8所示的係圖7A至7L的旋轉子系統的平面圖，用以圖解沿著一第一掃描路徑的示範運動範圍。

圖9所示的係圖6的掃描設備的平面圖，用以圖解沿著一第二掃描路徑的示範平移範圍。

圖10所示的係適合用來實現本發明一或多項觀點的示範掃描系統的系統階方塊圖。

Claims

一種藉由移動一工件通過一實質固定離子束將離子植入該工件的方法，其包括：沿著一第一掃描路徑來移動該工件，俾使經由該離子束來掃描該工件；以及當該工件沿著該第一掃描路徑往復移動時，沿著一第二掃描路徑來移動該工件，其中會利用和該工件及/或該離子束的尺寸有關的尺寸資料以及和該工件相對於該離子束的相對方位有關的方位資料，以於該工件上產生一近似於該工件的尺寸的離子束掃描圖案，其中該方位資料在該工件沿著該第一掃描路徑進行個別往復移動以前便會進行更新，且會被用來決定該工件沿著該第一掃描路徑進行該等往復移動的個別運動範圍。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件沿著該第一掃描路徑進行該等個別往復移動期間該工件沿著該第一掃描路徑的該等個別運動範圍對應於該等個別往復移動期間該工件要被掃描的部份的個別尺寸。
如申請專利範圍第2項之方法，其中該工件沿著該第一掃描路徑進行該等往復移動的該等個別運動範圍會超過該工件沿著該第一掃描路徑進行該等個別往復移動期間該工件要被掃描的該等部份的該等個別尺寸，其超過之量係足以適應於在該工件改變方向或改變速度時該工件所遭遇到的慣性效應。
如申請專利範圍第3項之方法，其中該等個別範圍超過該等個別往復移動期間該工件被掃描的該等部份的該等個別尺寸的大小在約10至約100毫米之間。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件的配向係相對於該離子束，俾使該離子束會最先掃描該工件的最窄部份。
如申請專利範圍第5項之方法，其中該工件實質上為圓形且其配向係相對於該離子束，俾使該離子束會最後掃描該工件的另一最窄部份。
如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：獲取和該工件及/或離子束的尺寸有關的尺寸資料；以及獲取和該工件相對於該離子束的相對方位有關的方位資料。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一掃描路徑對應於快速掃描，該第二掃描路徑對應於慢速掃描，且該等第一掃描路徑與第二掃描路徑實質上彼此垂直。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件會以小於約十赫茲的頻率沿著該第一掃描路徑進行往復移動。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該離子束係一剖面直徑介於約10至約100毫米間的鉛筆狀離子束，且其中沿著該第二掃描路徑來移動該工件對應於沿著該第二掃描路徑在介於約1至約10毫米間來移動該工件。
一種藉由移動一工件通過一實質靜止離子束將離子植入該工件的方法，其包括：沿著一第一掃描路徑來移動該工件，俾使經由該離子束來掃描該工件；以及當該工件沿著該第一掃描路徑往復移動時，沿著一第二掃描路徑來移動該工件，其中會依據被一量測組件偵測到的充分離子束數量來判斷何時反轉該工件沿該第一掃描路徑的方向，從而使得所產生的離子束掃描圖案近似於該工件的尺寸。
如申請專利範圍第11項之方法，其中該離子束的完全強度對應於足以讓該工件反轉方向的離子束數量。
如申請專利範圍第11項之方法，其中該工件沿著該第一掃描路徑進行該等個別往復移動的該等個別範圍對應於該工件沿著該第一掃描路徑進行該等個別往復移動期間該工件被掃描的部份的個別尺寸。
如申請專利範圍第13項之方法，其中該工件沿著該第一掃描路徑進行該等往復移動的該等個別運動範圍會超過該工件沿著該第一掃描路徑進行該等個別往復移動期間該工件被掃描的該等部份的該等個別尺寸，其超過之量係足以適應於在該工件改變方向或改變速度時該工件所遭遇到的慣性效應。
如申請專利範圍第14項之方法，其中該等個別範圍超過該等個別往復移動期間該工件被掃描的該等部份的該等個別尺寸的大小在約10至約100毫米之間。
如申請專利範圍第11項之方法，其中該工件的配向係相對於該離子束，俾使該離子束會最先掃描該工件的最窄部份。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該工件為圓形且其配向相對於該離子束，俾使該離子束會最後掃描該工件的另一最窄部份。
如申請專利範圍第11項之方法，其中當該工件沿著該第一掃描路徑反向往復移動時該量測組件持續偵測到該離子束的完全強度時便斷定整個工件都已經過掃描。
如申請專利範圍第11項之方法，其中該第一掃描路徑對應於快速掃描，該第二掃描路徑對應於慢速掃描，且該等第一掃描路徑與第二掃描路徑實質上彼此垂直。