TWI430337B - 在離子植入機中提供成段的靜電透鏡的技術 - Google Patents

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Description

在離子植入機中提供成段的靜電透鏡的技術
本揭示案大體上關於離子植入，且更特定言之本揭示案關於在離子植入機中提供成段的靜電透鏡的技術。
離子植入機(ion implanter)廣泛用於半導體製造中以選擇性地改變材料之傳導性。在典型離子植入機中，經由包括一或多個分析磁鐵(analyzing magnet)以及多個電極之一系列光束線組件引導自離子源所產生之離子。分析磁鐵選擇所要離子種類、濾出污染物種類以及具有不正確能量之離子、亦調整目標晶圓處之離子束品質。適當成形之電極可用於修改離子束之能量以及形狀。
圖1展示已知離子植入機100，其包含離子源102、提取電極104、90°磁鐵分析器106、第一減速(D1)台108、70°磁鐵分析器110以及第二減速(D2)台112。D1以及D2減速台(亦稱為“減速透鏡”)中之每一者包含具有一允許離子束穿過其之界定孔徑的多個電極。藉由將電壓電位之不同組合施加至多個電極，D1以及D2減速透鏡可操縱離子能量且引起離子束以所要能量擊中目標晶圓。
以上所提及之D1或D2減速透鏡通常為靜電三極體(或四極體)減速透鏡。圖2展示習知靜電三極體減速透鏡200之透視圖。靜電三極體減速透鏡200包含三組電極：入口電極202(亦稱為“端電極”)、抑制電極204(或“聚焦電極”)以及出口電極206(亦稱為“接地電極”儘管未必連接至接地)。習知靜電四極體減速透鏡類似於靜電三極體減速透鏡200，除了四極體透鏡具有在抑制電極204與出口電極206之間的額外組之抑制電極(或聚焦電極)。
在靜電三極體減速透鏡200中，每一組電極可具有允許離子束20穿過(例如，沿光束方向之＋Z方向)的空間。如圖2中所示，每一組電極可包括電耦接至彼此以共用相同電壓電位的兩個導電片。或者，每一組電極可為具有用於使離子束20穿過之孔徑的單片結構。同樣地，每一組電極有效地為具有單一電壓電位之單電極。為簡便起見，以單數指示每一組電極。亦即，將入口電極202稱為“入口電極202”，將抑制電極204稱為“抑制電極204”，且將出口電極206稱為“出口電極206”。
操作中，獨立地偏壓入口電極202、抑制電極204以及出口電極206使得以以下方式來操縱離子束20之能量。離子束20可經由入口電極202進入靜電三極體減速透鏡200且可具有(例如)10－20 keV之初始能量。可在入口電極202與抑制電極204之間加速離子束20中之離子。一旦到達抑制電極204，離子束20可具有(例如)大約30 keV或更高之能量。在抑制電極204與出口電極206之間，可將離子束20中之離子減速至通常接近用於目標晶圓之離子植入之離子的能量。因此，當離子束20離開靜電三極體減速透鏡200時其可具有(例如)大約3－5 keV或更低之能量。
在靜電三極體減速透鏡200中發生之離子能量的顯著變化可對離子束20之形狀有實質性影響。圖3展示靜電三極體減速透鏡200之俯視圖。眾所周知，空間電荷效應在低能量離子束中較在高能量離子束中更為顯著。因此，當在入口電極202與抑制電極204之間加速離子束20時，觀察到離子束20之形狀的較小變化。然而，當離子能量在抑制電極204與出口電極206之間急劇減小時，離子束20傾向於在其邊緣處沿X及Y兩個維度膨脹。結果，可能在到達目標晶圓之前丟失相當多的離子，且離子束20之有效照射量減小了。
已試圖減小靜電三極體透鏡中之上述空間電荷效應。舉例而言，在一方法中，將熟習此項技藝者所熟知的Pierce幾何學引入靜電三極體減速透鏡中之每一電極。亦即，每一電極在其端部彎曲至一界定角度使得靜電三極體透鏡內部之電場產生抵消離子束邊緣處之空間電荷擴散效應的聚焦力。然而，此方法僅可在控制離子束形狀方面達成有限成果。不管所變化之形狀，每一電極仍保留以單一電壓電位偏壓之一個導電片。結果，由施加至電極之總電壓電位來抑制在離子束邊緣處產生聚焦力。另外，電極之一特定形狀僅可用於一特定光束形狀之調整或離子束之供應。
鑒於上述描述，需要提供一種克服上述不足以及缺點之用於提供靜電透鏡之技術。
本發明揭示一種在離子植入機中提供成段的靜電透鏡之技術。在一特定例示性實施例中，可將技術實現為用於離子植入機中之靜電透鏡。透鏡可包含以第一電壓電位偏壓之入口電極，其中離子束經由入口電極進入靜電透鏡。透鏡亦可包含以第二電壓電位偏壓之出口電極，其中離子束經由出口電極離開靜電透鏡。透鏡可更包含位於入口電極與出口電極之間的抑制電極，抑制電極包含經獨立地偏壓以操縱離子束之能量以及形狀的多個段。
根據此特定例示性實施例之其他態樣，可在抑制電極與入口電極之間產生第一組靜電場(electrostatic field)，第一組靜電場將離子束加速至第一電位。可在抑制電極與出口電極之間產生第二組靜電場，第二組靜電場將離子束減速至第二電位。根據一實施例，入口電極、出口電極以及抑制電極可經組態且偏壓以提供用於離子植入機中之緞帶狀離子束之減速的第一(或第二)台。
根據此特定例示性實施例之又一態樣，多個段可包含至少一個中心電極以及至少兩個側電極(side electrode)。至少一個中心電極可經偏壓以操縱離子束之能量，且至少兩個側電極可獨立於至少一個中心電極而經偏壓以校正離子束之發散。至少兩個側電極可經偏壓以抵消接近離子束邊緣之空間電荷效應。至少兩個側電極可相對於至少一個中心電極對稱地安置。至少兩個側電極亦可經對稱地偏壓。
根據此特定例示性實施例之額外態樣，多個段可包含至少一個中心電極以及遮蔽外部靜電場之兩個或兩個以上的端電極。
根據此特定例示性實施例之又一態樣，離子束可為緞帶狀離子束，且靜電透鏡可經調適以容納緞帶狀離子束。
根據此特定例示性實施例之又一態樣，靜電透鏡中之至少一個電極可具有進一步改變靜電透鏡內部之電場的彎曲邊緣。
根據此特定例示性實施例之又一態樣，抑制電極可包含一個中心電極以及對稱地安置於中心電極之每一側上的兩個側電極。或者，抑制電極可包含一個中心電極以及不對稱地安置在中心電極之每一側上的兩個側電極。
靜電透鏡可更包含在抑制電極與出口電極之間的額外抑制電極。
在另一特定例示性實施例中，可將技術實現為用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法。方法可包含提供以第一電壓電位偏壓之入口電極。方法亦可包含提供以第二電壓電位偏壓之出口電極。方法可更包含提供位於入口電極與出口電極之間的抑制電極，抑制電極包含多個段。方法可另外包含獨立地偏壓抑制電極中之多個段以產生操縱離子束之能量以及形狀的電場，離子束經由入口電極進入靜電透鏡且經由出口電極離開靜電透鏡。
根據此特定例示性實施例之其他態樣，電場可操縱離子束之包絡之角形狀。
根據此特定例示性實施例之又一態樣，多個段可包含至少一個中心電極以及至少兩個側電極。可偏壓至少一個中心電極以操縱離子束之能量，且可獨立於至少一個中心電極偏壓至少兩個側電極以校正離子束之發散。方法可更包含偏壓至少兩個側電極以抵消接近離子束邊緣之空間電荷效應。方法亦可包含相對於至少一個中心電極對稱地定位且偏壓至少兩個側電極。
根據此特定例示性實施例之額外態樣，方法可更包含提供在抑制電極與出口電極之間的額外抑制電極。
現在將參考如隨附圖式中所示之本揭示案之例示性實施例來更詳細描述本揭示案。雖然以下參考例示性實施例來描述本揭示案，但應理解本揭示案不限於此。可以理解本文中之教示的熟習此項技藝者將認識到額外實施、修改以及實施例以及其他使用領域，其屬於如本文中所述之本揭示案的範疇內且相對於其本揭示案可具有顯著實用性。
本揭示案之實施例說明具有一或多個成段的抑制電極之改良型靜電透鏡。此等電極可包含相對於彼此獨立或各別地偏壓之多段，藉此提供離子束形狀以及其能量之靈活且有效的操縱。
參看圖4，其展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡400的透視圖。有些類似於習知靜電三極體透鏡，靜電透鏡400可包含入口電極402以及出口電極406。然而，並非單一抑制電極，靜電透鏡400可包含在入口電極402與出口電極406之間的多個電極(共同稱為“抑制電極404”)。換言之，可將通常之單一抑制電極分段為可獨立定位且偏壓以在靜電透鏡400中產生所要電場的多個電極(或段)。在例示性靜電透鏡400中，抑制電極404被分段為或包含三個電極：中心電極404a以及兩個側電極404b以及404c。可相對於中心電極404a對稱地定位側電極404b以及404c。視入射離子束之形狀以及所要形狀變化而定，在入口電極402與抑制電極404之間的間隙403可具有經界定曲率之輪廓。同樣地，在抑制電極404與出口電極406之間的間隙405亦可具有經界定曲率之輪廓。
圖5展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡400的俯視圖。離子束40可經由入口電極402進入靜電透鏡400。離子束40可為沿x方向較其沿y方向之高度更寬的緞帶狀離子束。離子束40可具有(例如)大約10－20 keV之初始能量。假定離子束40主要由正離子組成，則可以與入射離子束40相同或類似之電位來偏壓入口電極402，且可以較入口電極402之更低電位來偏壓成段的抑制電極404之中心電極404a。舉例而言，根據一實施例，可以22 kV來偏壓入口電極402且可以－11 kV來偏壓中心電極404a。結果，可產生較強電場以當正離子自入口電極402朝向抑制電極404行進時加速正離子。可以與接收離子束40之目標晶圓之電位相同或類似的電位來偏壓出口電極406。舉例而言，在此實施例中，可以接地電位來偏壓出口電極406，以此方式將離子40減速至大約3－5 keV或更低之能量。在另一實施例中，可以－12 kV來偏壓入口電極402，可以－2 kV來偏壓成段的抑制電極404之中心電極404a，且可以接地電位來偏壓出口電極406。結果，具有大約15 keV之初始能量的離子束40圖一旦離開減速透鏡400立即可減速至大約3 keV。另外，可獨立於中心電極404a定位及/或偏壓側電極404b以及404c以將所要校正提供至離子束40之形狀。視離子植入機(例如，如圖1中所示之D1或D2減速透鏡)中的特定使用而定，靜電透鏡400可經組態以(例如)調整離子束40之發散角或改變離子束40之寬度，或執行兩者。可相應地定位且偏壓側電極404b以及404c。在此實施例中，靜電透鏡400之主要目的為減小離子束40之發散角。因此，在與中心電極404a相同之平面內安置側電極404b以及404c且相對於中心電極404a對稱地定位側電極404b以及404c。以－8.5 kV來偏壓側電極404b與404c，以此方式產生沿離子束40邊緣之聚焦力以補償空間電荷之散焦效應。結果，離子束40可在抑制電極404與出口電極406之間減速之後具有較小發散或根本不發散。另外，電極之曲率可進一步修整(例如，間隙403以及405中)電場以視需要產生聚焦或散焦力。
應注意，為說明起見，將在靜電透鏡400之每一電極中的上片以及下片處理為共用相同形狀以及偏壓。然而，此僅當離子束在y方向上對稱或不發散時為必要的。預期可將本文中所述之靜電透鏡技術應用於y方向上以及x方向上。另外，可如本文中所述分段靜電四極體透鏡中之任一或兩抑制電極。
圖6展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡600的俯視圖。靜電透鏡600可包含入口電極602、抑制電極604以及出口電極606。此處，抑制電極604可包含五段：中心電極604a以及四個側電極604b、604c、604d以及604e。側電極可處於與中心電極604a相同之平面內。可相對於中心電極604a對稱地定位側電極604b以及604c。同樣地，可相對於中心電極604a對稱地定位側電極604d以及604e。可相對於入口電極602偏壓中心電極604a以加速入射離子束60，且可相對於出口電極606偏壓中心電極604a以減速離子束60。根據一實施例，側電極604b以及604c可共用獨立於中心電極604a上之電壓電位的第一電壓電位。同樣地，側電極604d以及604e可共用獨立於第一電壓電位或中心電極604a上之電壓電位的第二電壓電位。
在如圖4以及圖5中所示之3段式組態與如圖6中所示之5段式組態中，可基於數學模型以計算方式判定或基於偏壓之迭代式調整以及角回應函數之量測以實驗方式判定施加至獨立偏壓電極的實際電壓電位。或者，可在判定偏壓過程中結合計算以及實驗方法。根據一實施例，可能需要縮減抑制電極中之段數以節省計算時間或調諧時間。
圖7展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡700的透視圖。靜電透鏡700可包含入口電極702、抑制電極704以及出口電極706。抑制電極704可包含中心電極704a以及端電極704b。可以第一電壓電位來偏壓中心電極704a，而可以第二電壓電位來偏壓端電極704b。根據一實施例，此組態可用於D2減速透鏡(諸如圖1中所示之減速透鏡)中。在D2減速透鏡處，離子束可較其在D1減速透鏡處時更寬且更高。可能需要調整離子束之寬度與發散角度。適當偏壓之端電極704b可提供減小離子束之寬度以及發散角度所需的聚焦力。另外，端電極704b可遮蔽不需要的電磁干擾。
圖8展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡800的透視圖。靜電透鏡800可包含入口電極802、抑制電極804以及出口電極806。抑制電極804可包含中心電極804a、側電極804b以及804c以及端電極804d。與靜電透鏡700相比，靜電透鏡800具有額外之側電極804b以及804c，且因此可提供更多能力以形成電場。另一方面，額外之側電極804b以及804c亦可意謂將處理之額外變數。
本揭示案在範疇上不由本文中所述之特定實施例來限制。實際上，自以上描述以及隨附圖式，除本文中所述之實施例以外本揭示案之其他各種實施例以及修改對於熟習此項技藝者將為顯而易見的。因此，期望此等其他實施例以及修改屬於本揭示案之範疇。此外，儘管本文已在特定目的之特定環境中在特定實施例的情形下描述本揭示案，但熟習此項技藝者將認識到其實用性不限於此且可在許多目的之許多環境中有利地實施本揭示案。因此，應鑒於如本文中所述之本揭示案的完整寬度以及精神來解釋下文陳述之申請專利範圍。
20．．．離子束
40．．．離子束
60．．．離子束
100．．．離子植入機
102．．．離子源
104．．．提取電極
106．．．90°磁鐵分析器
108．．．第一減速(D1)台
110．．．70°磁鐵分析器
112．．．第二減速(D2)台
200．．．靜電三極體減速透鏡
202．．．入口電極
204．．．抑制電極
206．．．出口電極
400．．．靜電透鏡
402．．．入口電極
403．．．間隙
404．．．抑制電極
404a．．．中心電極
404b．．．側電極
404c．．．側電極
405．．．間隙
406．．．出口電極
600．．．靜電透鏡
602．．．入口電極
604．．．抑制電極
604a．．．中心電極
604b．．．側電極
604c．．．側電極
604d．．．側電極
604e．．．側電極
606．．．出口電極
700．．．靜電透鏡
702．．．入口電極
704．．．抑制電極
704a．．．中心電極
704b．．．端電極
706．．．出口電極
800．．．靜電透鏡
802．．．入口電極
804．．．抑制電極
804a．．．中心電極
804b．．．側電極
804c．．．側電極
804d．．．端電極
806．．．出口電極
為了便利對本揭示案之更完整理解，現在參看隨附圖式，其中相同數字指示相同元件。不應將此等圖式理解為限制本揭示案，但期望其僅為例示性的。
圖1展示習知離子植入機。
圖2以及圖3展示習知靜電三極體透鏡且說明其中之問題。
圖4展示根據本揭示案之實施例之靜電三極體透鏡的透視圖。
圖5展示根據本揭示案之實施例之靜電透鏡的俯視圖。
圖6展示根據本揭示案之實施例之另一靜電透鏡的俯視圖。
圖7展示根據本揭示案之實施例之又一靜電透鏡的透視圖。
圖8展示根據本揭示案之實施例之又一靜電透鏡的透視圖。
400．．．靜電透鏡
402．．．入口電極
403、405．．．間隙
404．．．抑制電極
404a．．．中心電極
404b、404c．．．側電極
406．．．出口電極

Claims (17)

  1. 一種用於離子植入機中之靜電透鏡，包含：以第一電壓電位偏壓之入口電極，其中離子束經由所述入口電極進入所述靜電透鏡；以第二電壓電位偏壓之出口電極，其中所述離子束經由所述出口電極離開所述靜電透鏡；以及位於所述入口電極與所述出口電極之間的抑制電極，所述抑制電極包含在y方向上的上部抑制電極和下部抑制電極，所述上部抑制電極和所述下部抑制電極各具有位在x方向上的中心電極和多個側電極，所述多個側電極對稱配置相對於相同xz-平面上的所述中心電極，所述中心電極和所述多個側電極經獨立地偏壓以操縱在z方向上穿過由所述上部抑制電極和所述下部抑制電極界定之間隙的所述離子束之能量以及形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中：於所述抑制電極與所述入口電極之間產生第一組靜電場，所述第一組靜電場將所述離子束加速至第一電位；以及於所述抑制電極與所述出口電極之間產生第二組靜電場，所述第二組靜電場將所述離子束減速至第二電位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述中心電極經偏壓以操縱所述離子束之所述能量，且其中所述多個側電極獨立於所述中心電極而 經偏壓以校正所述離子束之發散。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述多個側電極經偏壓以抵消接近所述離子束邊緣之空間電荷效應。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述多個側電極相對於所述中心電極而對稱地安置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述多個側電極經對稱地偏壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述離子束為緞帶狀離子束，且其中所述靜電透鏡經調適以容納所述緞帶狀離子束。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述之至少一個電極具有進一步改變所述靜電透鏡內部之電場的彎曲邊緣。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中在x方向上的所述中心電極和所述多個側電極的尺寸是不同的。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，更包含在所述抑制電極與所述出口電極之間的額外抑制電極。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述入口電極、所述出口電極以及所述抑制電極經組態且偏壓以提供用於所述離子植入機中之緞帶 狀離子束之減速的第一台。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之用於離子植入機中之靜電透鏡，其中所述入口電極、所述出口電極以及所述抑制電極經組態且偏壓以提供用於所述離子植入機中之緞帶狀離子束之減速的第二台。
  13. 一種用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法，所述方法包含以下步驟：提供以第一電壓電位偏壓之入口電極；提供以第二電壓電位偏壓之出口電極；在z方向上提供位於所述入口電極與所述出口電極之間的抑制電極，所述抑制電極包含中心電極和多個側電極，在x方向上所述多個側電極對稱配置相對於所述中心電極，所述中心電極和所述多個側電極位在y方向的相同xz-平面上；以及獨立地偏壓所述抑制電極中之所述中心電極和所述多個側電極以產生操縱離子束之能量以及形狀的電場，所述離子束經由所述入口電極進入所述靜電透鏡且經由所述出口電極離開所述靜電透鏡。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法，其中所述電場操縱所述離子束包絡之角形狀。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法，其中所述中心電極經偏壓以操縱所述離子束之所述能量，且其中所述多個側電極獨立 於所述中心電極而經偏壓以校正所述離子束之發散。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法，更包含：偏壓所述至少兩個側電極以抵消接近所述離子束邊緣之空間電荷效應。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之用於提供用於離子植入機中之靜電透鏡的方法，更包含：提供在所述抑制電極與所述出口電極之間的額外抑制電極。
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