TWI442442B - 離子植入系統、磁性掃描器以及操作該離子植入系統的方法 - Google Patents

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Description

離子植入系統、磁性掃描器以及操作該離子植入系統的方法
本發明大體上係關於離子植入系統，且更明確地說，本發明係關於用以掃描及校正離子束的系統及方法。
在半導體元件的製造中，會使用離子植入以利用雜質或摻雜物來摻雜半導體。離子植入器係被用來利用一離子束來處理矽晶圓，以便在一積體電路的製作期間產生n型或p型異質材料摻雜或是用以形成鈍化層。當用於摻雜半導體時，該離子植入器係注入選定的離子物種以產生所要的異質材料。植入從銻、砷或磷之類的來源材料所產生的離子係造成「n型」異質材料晶圓；反之，倘若希望造成「p型」異質材料晶圓的話，則可植入利用硼、鎵或銦之類的來源材料所產生的離子。
典型的離子植入器包含一離子源，用以從來源材料中產生帶正電的離子。該等已產生的離子係形成一射束並且沿著一預設的射束路徑被導向一植入站。該離子植入器可包含延伸在該離子源及該植入站之間的複數個射束形成及成形結構。該等射束形成及成形結構係維持該離子束並且界定一細長的內部凹腔或通道，該射束係在前進中通過該凹腔或通道以抵達該植入站。當操作一植入器時，此通道可被排空以降低因撞擊氣體分子的關係而讓離子偏離該預設射束路徑的可能性。
一離子的質量與其上的電荷的相對關係(舉例來說，電荷質量比)會影響其因一磁場而在軸向及橫向方向上被加速的程度。所以，會抵達一半導體晶圓之所要區域處的射束便可被做成非常地純淨，因為具有非所要分子重量的離子將會被偏轉至遠離該晶圓或射束的位置處，並且可避免植入非所要的材料。選擇性分離具有所要與非所要電荷質量比之離子的過程便稱為質量分析。質量分析器通常會運用一質量分析磁鐵來產生一雙極磁場，用以透過一拱形通道中的磁性偏轉作用來偏轉一離子束之中的各種離子，其中，該拱形通道係有效地分離具有不同電荷質量比的離子。
對某些離子植入系統來說，該射束的實體尺寸係小於一目標工作件，所以，該射束係在一或多個方向上被掃描，以便充份地涵蓋該目標工作件的表面。一般來說，一以電氣或磁性為主的掃描器係在一快速掃描方向上掃描該離子束，而一機械裝置則會在一慢速掃描方向上移動該目標工作件。
於其中一範例中，一電氣掃描器包括兩個電極，於其上會施加時變電壓。該電氣掃描器係產生一時變電場，用以轉向或改變該離子束的路徑，俾使通過該掃描器後的離子束看似從一頂點處發出。接著，一平行化器便會沿著一平行於其原始路徑的路徑來重新導向該離子束。
電氣掃描器的其中一項缺點是，其可能會造成空間電荷擴散並且從而會限制可被傳送至一目標工作件的射束電流的量。射束擴散是射束隨著該射束路徑或軸線上的距離而提高的橫向速度，而空間電荷擴散則係因射束內部空間電荷作用力所導致的射束擴散，兩者均與射束導流係數成正比。於電場自由區域中的離子束漂移期間，該離子束係吸引因與背景氣體撞擊所造成之離子化作用所產生的電子或是因與孔徑撞擊所造成之二次電子放射所產生的電子，舉例來說，此係被稱為自我中和的過程。電氣掃描器的非零電場係藉由自我中和而移除電子並且會導致該掃描器內的射束擴散，其可能會導致射束波封變得異常的大而難以操縱，並且從而會造成射束電流損失。
一磁性掃描器係產生一讓該離子束通過的時變磁場。該時變磁場係轉向或改變該離子束的路徑，俾使通過該掃描器後的離子束看似從一頂點處發出。接著，便會運用一平行化器來將該射束彎折至一平行於掃描前之離子束的方向。
該磁性掃描器與電氣掃描器不同的是並不會遭受到因電場而產生的空間電荷擴散。因此，使用一磁性掃描器來取代電氣掃描器便可獲得較高的射束電流。不過，請注意的是，當該掃描磁鐵中的磁場具有零或接近零的振幅時，該離子束便會通過一異常傳輸階段。此效應稱為零磁場效應(ZFE)，其係由下面數種同步效應所造成：對自我中和電子所造成的迴旋/電子迴旋加速(cyclotron)效應以及因自由電子運動所造成的增強離子束中和。
用以考量該異常傳輸階段的其中一項技術便係將該磁性掃描器沉浸在一個二次磁場之中，以便防止電子運動，例如Glavish等人在1994年6月10日提申的美國專利案第5,481,116號中所述者。第二磁場的存在可藉由一直對該離子束施加一非零磁場而防止發生該異常傳輸階段。不過，此項技術卻會因加入一個二次磁性電路而增加該掃描裝配件的複雜度。除此之外，將整個掃描器體積沉浸在一最小磁場之中，其對射束傳輸的效應(也就是，操縱與聚焦一額外的磁場)必須被納入考量，如此便會提高該束線設計的複雜度。再者，第二磁場的存在會抑制自我中和作用並且可能會降低或限制經由該掃描器被傳送的射束電流。
下文將會簡略地概述本發明，以便對本發明的特定觀點有基本的瞭解。此概略說明並非廣泛地詳述本發明。其本意既非確定本發明的關鍵或重要元件，亦非限定本發明的範疇。更確切地說，發明內容的目的在於以簡化的形式來提出本發明的特定概念，作為稍後要被提出之更詳細說明的序言。
本發明的觀點藉由在零磁場振幅或近似零磁場振幅的時間週期期間減輕通常會發生在以磁性為主之掃描器中的零磁場效應來幫助進行離子植入。一恆定的磁場係被施加至該磁性掃描器的入口及/或出口附近的一離子束上，以便減輕該零磁場效應並且平滑該通量輪廓。
根據本發明的其中一項觀點，一磁性掃描器係運用恆定的磁場來減輕零磁場效應。該掃描器包含一上極器件以及一下極器件，用以在一離子束的一路徑上產生一振盪時變磁場，並且在掃描方向上偏轉該離子束。一組入口磁鐵係被設置在該掃描器的入口附近並且在該離子束的路徑上產生一恆定的入口磁場，其中，該恆定的入口磁場可具有與該振盪時變磁場不同的定向。一組出口磁鐵係被設置在該掃描器的出口附近並且會在該離子束的路徑上產生一恆定的出口磁場。該恆定的出口磁場可具有與該振盪時變磁場不同的定向。本文還揭示其它掃描器、系統及方法。
下文說明及隨附圖式係詳細提出本發明的特定解釋性觀點及實行方式。不過，該些觀點及實行方式僅係代表可運用本發明之原理的各種方式中之數者。
現在將參考圖式來說明本發明，其中，會在所有圖式中使用相同的元件符號來代表相同的元件，且其中，圖中所示的結構並不必然是依照比例來繪製。
本發明的觀點藉由減輕在零磁場振幅或近似零磁場振幅的時間週期期間通常會發生在以磁性為主之掃描器之中的零磁場效應來幫助進行離子植入。一恆定的磁場係被施加至該磁性掃描器附近或之內的一離子束上，以便減輕該零磁場效應並且平滑該通量輪廓。
圖1所示的係根據本發明之一項觀點的一離子植入系統110範例。圖中所示的系統110僅供作解釋性目的且應該明白的是，本發明的觀點並不受限於本文所述的離子植入系統且亦可運用其它合宜的離子植入系統。
該系統110具有一始端112、一射束線裝配件114、以 及一末端站116。該始端112包含一離子源120，該離子源120係由一高電壓電源供應器122來供電，該電源供應器係產生一離子束124並且會將該離子束124引導至該射束線裝配件114。該離子源120係產生離子，該等離子係被抽出並且形成該離子束124，該離子束124係沿著該射束線裝配件114中的一射束路徑被引導至該末端站116。
為產生該等離子，一要被離子化的摻雜材料氣體(圖中並未顯示)係被設置在該離子源120的一產生反應室121內。舉例來說，該摻雜氣體可從一氣體源(圖中並未顯示)處被饋送至該反應室121之中。應該明白的是，除了電源供應器122之外，亦可使用任何數量的合宜機制(圖中並未顯示出任何該等機制)來激勵該離子產生反應室121內的自由電子，例如RF或微波激勵源、電子束注射源、電磁源、及/或一用以在該反應室內產生弧光放電的陰極。該等被激勵的電子係撞擊該等摻雜氣體分子並且會因而產生離子。一般來說係產生正離子，不過，本發明亦可套用至會產生負離子的系統中。
於此範例中，該等離子係藉由一離子抽出裝配件123經由該反應室121中的一狹縫118以受控的方式被抽出。該離子抽出裝配件123包括複數個抽出及/或抑制電極125。舉例來說，該抽出裝配件123可包含一分離的抽出電源供應器(圖中並未顯示)，用以對該等抽出及/或抑制電極125進行偏壓以便加速來自該產生反應室121的離子。應該明白的是，因為該離子束124包括相同性質的帶電粒子，所以，該射束可能會有徑向向外擴散或展開的傾向，因為該等相同性質的帶電粒子會彼此排斥。還應該明白的是，在低能量、高電流(高導流係數)射束中的射束擴散現象會加劇，於此情況中，會有很多相同性質的帶電粒子(舉例來說，高電流)非常緩慢地(舉例來說，低能量)在相同方向上移動，而使得在該等粒子之間會有大量的排斥作用力。據此，該抽出裝配件123通常會被配置成讓該射束在高能量下被抽出，俾使該射束不會擴散。再者，於此範例中，射束124通常會在非常高的能量下在整個系統中被傳輸並且在快抵達工作件130之前降低以促成射束約束作用。
射束線裝配件114具有一束導132、一質量分析器126、一掃描系統135、以及一平行化器139。於此範例中，該質量分析器126係形成約九十度的角度並且包括一或多個磁鐵(圖中並未顯示)用以在其中建立一(雙極)磁場。當該射束124進入該質量分析器126時，其便會因該磁場而被彎折，俾使具有不合宜電荷質量比的離子會被斥開。更明確地說，具有過大或過小電荷質量比的離子均會被偏轉至該束導132的側壁127之中。依此方式，該質量分析器126便僅會讓該射束124之中具有所要電荷質量比的離子通過其中並且經由一解析孔徑134離開。應該明白的是，離子束與該系統110中的其它粒子產生撞擊可能會損及射束完整性。據此，可能會含有一或多個抽氣泵(圖中並未顯示)來排空至少該束導132及質量分析器126。
圖中所示之範例中的掃描系統135包含一磁性掃描元件136及一磁性或靜電式聚焦及/或操控元件138。個別的電源供應器149、150可運作用以被耦接至該掃描元件136及該聚焦與操控元件138，且更明確地說，其係被耦接至設置在其中的個別器件136a、136b以及電極138a、138b。該聚焦與操控元件138係接收具有非常狹窄輪廓之經過質量分析的離子束124(舉例來說，圖中所示之系統110中的「筆尖狀」射束)。由電源供應器150施加至該等平板138a與138b的電壓係運作用以將該射束聚焦與操控至該掃描元件136的掃描頂點151。接著，於此範例中，由電源供應器149施加至該等極器件136a與136b附近之線圈的電壓波形則會來回地掃描該射束124。應該明白的是，掃描頂點151可被定義為在被該掃描元件136掃描之後該帶狀射束之中的每一道小束或經掃描的部份看似從該光學路徑中射出的位置點。
當該掃描磁鐵中的磁場具有零或接近零的振幅時，以磁性為主來掃描離子束可能會造成零磁場效應，異常傳輸階段。在接近零磁場時會發生至少兩種效應：低於用以約束自由射束電子的必要磁場數值，來自該掃描器外部的電子可能會自由地流入該掃描器本體之中並且會促成該離子束之中和。提高磁場還會經由迴旋共振機制提供能量給該些電子，俾使該等電子係取得能量並且會被掃出該掃描器本體之外。該等組合效應或零磁場效應可能會造成不規律的通量輪廓，其中，當掃描磁鐵的磁場具有零或接近零的振幅時，電流密度便會暫時提高或下降。
不過，本發明則藉由在該掃描元件136附近運用增補或額外的磁鐵(圖中並未顯示)來提供強化的約束效果。於其中一範例中，會在該掃描元件136的入口處運用一第一組永久磁鐵並且在該掃描元件的出口處運用一第二組永久磁鐵。於另一範例中，則會在該掃描元件136的內部表面上額外運用較小的勾形磁鐵(cusp magnet)(圖中並未顯示)。該等勾形磁鐵(圖中並未顯示)能夠將逃脫的電子重新引導至該射束124之中。下文將參考圖4A與4B來說明額外細節。
接著，該經過掃描的射束124便會通過該平行化器/校正器139，在圖中所示的範例中，其包括兩個雙極磁鐵139a、139b。該等雙極實質上為梯形並且被定向成彼此鏡射，以便讓該射束124彎折成實質上為s的形狀。換言之，該等雙極具有相等的角度及半徑以及相反方向的曲率。
該平行化器139係讓該經過掃描的射束124改變其路徑，俾使不論掃描角度為何，該射束124均會平行於一射束軸線來前進。因此，在該工作件130上的植入角度便會非常地均勻。
於此範例中，一或多個減速級157係被設置在該平行化組件139的下游處。向上前進至系統110中的此點處，射束124通常會在非常高的能量位準下被傳輸，以減輕發生射束擴散的傾向，舉例來說，在射束密度很高的地方(例如在解析孔徑134處)發生射束擴散的情形可能會特別高。該減速級157包括一或多個電極157a、157b，它們可運作用以減速該射束124。該等電極157通常為讓射束前進通過的孔徑並且可在圖1中以直線來繪製。
然而，應該明白的是，雖然在示範性離子抽出裝配件123、聚焦與操控元件138、以及減速級157之中分別顯示兩個電極125a與125b、138a與138b、以及157a與157b，不過，該些元件123、138、以及157仍可包括被排列且被偏壓成用以加速及/或減速離子以及用以對該離子束124進行聚焦、彎折、偏轉、收斂、發散、掃描、平行化、及/或去污的任何合宜數量的電極，如Rathmel等人所獲頒的美國專利案第6,777,696號中所提供者，本文以引用的方式將其完整併入。除此之外，聚焦與操控元件138還可包括複數個靜電偏轉板(舉例來說，一或多對)、以及一聚焦鏡(Einzel lens)、複數個四極、及/或用以聚焦該離子束的其它聚焦元件。
接著，末端站116便會接收被引導至一工作件130的離子束124。應該明白的是，在植入器110之中可運用不同類型的末端站116。舉例來說，一「批次式」類型的末端站能夠在一旋轉支撐結構上同時支撐多個工作件130，其中，該等工作件130係旋轉通過該離子束的路徑，直到所有該等工作件130均被完全植入為止。相反地，一「序列式」類型的末端站則會在射束路徑中支撐單一個工作件130來進行植入，其中，會以序列的方式每次植入一個工作件130，每一個工作件130均必須被完全植入之後才會開始植入下一個工作件130。在混合式系統中，該工作件130可能會在第一方向(Y方向或慢速掃描方向)中以機械的方式來平移，而該射束則會在第二方向(X方向或快速掃描方向)中來掃描以便在整個工作件130上方植入射束124。
於圖中所示之範例中的末端站116係一「序列式」類型的末端站，其係在射束路徑中支撐單一個工作件130來進行植入。在該末端站116之中靠近該工作件位置處包含一劑量測定系統152，用以在進行離子植入作業之前先進行校準測量。於校準期間，該射束124係通過該劑量測定系統152。該劑量測定系統152包含一或多個輪廓儀156，該等輪廓儀156可沿著一輪廓儀路徑158連續地來回移動，從而測量該等被掃描射束的輪廓。
於此範例中，輪廓儀156可包括一電流密度感測器(例如法拉第杯)，其係測量該被掃描射束的電流密度，其中，電流密度係與植入的角度(舉例來說，該射束及該工作件的機械表面之間的相對定向及/或該射束及該工作件的結晶晶格結構之間的相對定向)具有函數關係。該電流密度感測器係以大體正交於該被掃描射束的方式來移動並且因而通常會在該帶狀射束的寬度中來回移動。於其中一範例中，該劑量測定系統係測量射束密度分佈及角度分佈兩者。
圖中存在一控制系統154，其能夠控制離子源120、質量分析器126、磁性掃描器136、平行化器139、以及劑量測定系統152；和離子源120、質量分析器126、磁性掃描器136、平行化器139、以及劑量測定系統152進行通訊；及/或調整離子源120、質量分析器126、磁性掃描器136、平行化器139、以及劑量測定系統152。該控制系統154可包括電腦、微處理器、...等，並且可運作用以取得射束特徵的測量數值並且據以調整參數。該控制系統154可被耦接至會從該處產生該離子束的始端112，以及該射束線裝配件114的質量分析器126、該掃描元件136(舉例來說，透過電源供應器149)、聚焦與操控元件138(舉例來說，透過電源供應器150)、該平行化器139、以及該減速級157。據此，藉由控制系統154便可調整任何該些元件，以幫助產生所要的離子束特性。舉例來說，該射束的能量位準可被調適成用以藉由調整被施加至該離子抽出裝配件123及該減速級157中之電極的偏壓來調整接面深度。在該質量分析器126中所產生的磁場的強度及定向可加以調整(舉例來說，藉由調節流過其中的場繞組的電流量)，以改變該所要離子束的路徑的曲率。藉由調整被施加至該操控元件138的電壓便可進一步控制植入的角度。
圖2所示的係根據本發明之一項觀點的一平行化器139的剖面圖。提供此圖僅係為達解釋的目的，而本發明的觀點並不受限於圖中所示及所述的平行化器。
該平行化器139包含第一雙極139a與第二雙極139b。該等雙極139a、139b係讓該被掃描的射束產生彎折而與平行於該射束124之原始軌道或軸線的方向143形成角度θ 141，從而讓該射束實質上具有s的形狀。於其中一範例中，θ 141約為30度。於任何情況中，因為該等兩個雙極 139a、139b係彼此鏡射，所以，個別的小束124a便會具有實質上相等的路徑長度137(圖1)，其有助於離開該平行化器之經過掃描的帶狀射束具有良好的均勻性。於其中一實施例中，橫越該平行化器的每一道該等小束124a均會在該平行化器的雙極處的入口與出口處遭遇相同的聚焦作用，且因為每一道小束的路徑長度相等，所以，在經過該平行化器之後的射束尺寸或角度變化均會相同，與掃描角度無關。倘若該等小束因為空間電荷作用力的關係而遭遇射束擴散的話，尤其是在低能量處，那麼每一道小束將會在該平行化器的出口處再度具有相同的尺寸，因為空間電荷作用力係作用在該射束上維持一段相同的距離。應該瞭解的是，如果可藉由在該等雙極139a、139b之中使用小額的彎曲角度而讓該等小束124a的長度137保持非常短的話便會非常有利。此優點的原因至少在於其係最小化射束可能會遭遇到射束擴散現象的漂移長度並且讓該植入系統100的整個涵蓋範圍保持得相當精簡。
圖3所示的係根據本發明之一項觀點之可運用在一平行化器之中的一雙極磁鐵的剖面圖。於此範例中，勾形磁鐵145係被設置在該雙極磁鐵的頂端極器件與底部極器件處。圖3顯示出在底部或頂端處的其中一種可能的配置。該等勾形磁鐵145有助於透過約束電子來約束及/或控制通過其中的離子束124(即使圖3中僅顯示出其中一個雙極139a)。該等勾形磁鐵145的運作方式和Benveniste等人所獲頒的美國專利案第6,414,329號中所述者相同，本文以引用的方式將其完整併入。更明確地說，該等雙極磁鐵145係被定向成讓因而所產生的個別磁場能夠彼此加成並且朝該射束(圖中並未顯示)延伸。該等勾形磁鐵145具有眾多合宜的定向(及/或尺寸及/或間隔及/或數量)，且全部涵蓋在本發明的範疇內(舉例來說，用以達成所要的射束約束及/或控制目標)。有利的是，可將該等勾形磁場設計成讓它們在該束導的壁部處具有非常大的強度，以便有效地約束電子，不過，其振幅卻會從該壁部處快速地下降，而使得離子束傳輸並不會受到影響。
除此之外，當在該等雙極139之中提供RF或微波能量時，那麼介於該等磁場與電場之間的合作相互作用力便會導致在該等磁鐵145之間產生電子迴旋共振(ECR)條件155。此ECR條件的好處係會增強和前進通過該等雙極139的離子束(圖中並未顯示)相關聯的射束電漿，從而會改良射束完整性。在該離子束的周圍產生一ECR條件便會藉由提供能量給電漿電子而經由離子化撞擊來產生更多的電漿以減輕射束擴散作用，從而會增強電漿密度並促成該離子束之空間電荷的外部中和作用。當在一靜態磁場中施加一交流電場至帶電粒子時便會發生電子迴旋共振條件，使得該電場的頻率匹配該等靜態磁場線附近之帶電粒子的自然旋轉頻率。在達成此共振條件時(舉例來說，在區域155之中)，單一頻率電磁波便能夠非常有效率地加速帶電粒子。
圖4A所示的係根據本發明之一項觀點之運用永久磁鐵的一磁性掃描器400的剖面圖。該等永久磁鐵係被設置在該掃描器400的入口與出口處，以便減輕因零磁場效應所造成的通量變異。
該掃描器400包含一上極器件402以及一下極器件404，其係產生一振盪時變磁場用以在離開頁面的掃描(x)方向上從一頂點408處來偏轉一離子束406。因此，該離子束406便會在該掃描方向中產生振盪。該等極器件402、404係以電子方式被啟動並且包含讓電流可於其中流動的複數條線圈(圖中並未顯示)。一電源供應器或其它可控的電力輸送裝置(圖中並未顯示)則會被耦接至該等線圈，用以控制該磁場的振盪以及該離子束406在該掃描方向中的改向或展開情形。
除此之外，該掃描器400還包含一組入口磁鐵410與出口磁鐵412，用以減輕射束通量變異。該等入口磁鐵410及出口磁鐵412係由一或多個永久磁鐵所組成，它們係在該離子束406上維持一恆定磁場。該等入口磁鐵410及出口磁鐵412係被配置成具有相反極性，俾使對該離子束406所造成的效應係非常的小且非常恆定。
於此範例中，該等入口磁鐵410係一對永久磁鐵410a與410b，它們的南極及它們的北極定向如圖中所示。同樣地，於此範例中，該等出口磁鐵412係一對永久磁鐵412a與412b，它們的南極及它們的北極定向係如圖中所示並且被設置在該掃描器400的出口處。該等入口磁鐵410、出口磁鐵412可被設置在該掃描器400的內部或是該掃描器400的外部。該外部配置係充當電子進入或離開該掃描器400本體的屏障，以便在該磁場變零時，該等電子不會被掃離該掃描器本體(舉例來說，藉由迴旋效應)或者進入。在本發明的替代觀點中，可利用電磁鐵作為入口磁鐵與出口磁鐵，以取代該等永久磁鐵；或者除了永久磁鐵，亦可利用電磁鐵作為入口磁鐵與出口磁鐵。
該等磁鐵410、412的配置包含一垂直該離子束之傳導方向的磁場。該等磁鐵410、412的磁場在該等磁鐵410、412近端處非常的高，但在其它地方則非常微弱。用以產生非常高磁場振幅的合宜材料的範例係鈷－釤化合物，不過，亦可運用其它合宜材料。利用此種配置，該等微弱磁場便能夠抑制電子在該磁場中遷移，其中，會減輕對在該等上極器件402及下極器件404之間的途中前進的離子束406所造成的衝擊。除此之外，圖4A中所示之外部配置還會減輕因該等極器件402、404所產生的振盪磁場所造成的去磁化作用。
如上所述，可以運用電磁鐵來取代入口磁鐵410與出口磁鐵412的永久磁鐵。此等電磁鐵係被放置在掃描器400的入口與出口處並且會被配置成用以產生垂直該離子束之傳導方向的磁場。
於此範例中，該掃描器400還包含勾形磁鐵414、416，其可幫助減輕通量變異。亦可在該掃描器400的側表面、頂端表面與底部表面、及入口表面與出口表面上設置額外的勾形磁鐵，儘管圖4A與4B中並未顯示出所有該些變化例。
該等勾形磁鐵係減輕該掃描器內的電子損失，其中，電子雖然可自由地沿著磁場線來移動，不過，除非該等電子受到合宜的約束，否則便可能會到達該等極器件。於零磁場轉變期間，該離子束406中的電子係分別受到由該等入口磁鐵410與出口磁鐵412所產生的入口磁場與出口磁場的約束並且會受到作用在該離子束406前進通過的掃描器本體的至少部份或全部內側表面上的勾形約束作用的約束。於其中一範例中，該等勾形磁鐵及/或該等入口磁鐵410、出口磁鐵412係由低導電材料所組成(例如陶瓷磁鐵)，以便減輕渦流損失。
圖4B所示的係根據本發明之一項觀點之運用電磁鐵來產生勾形磁場的一磁性掃描器的剖面圖。該掃描器400實質上和圖4A的掃描器400類似；不過，於此範例中，電磁鐵係被配置成用以透過流經該等電磁鐵之電線420的電流來產生一勾形磁場，取代運用圖4A的勾形磁鐵414、416。該等電磁鐵係被配置成用以讓經由該等電磁鐵繞組從該掃描磁場中所產生的通量損失幾乎可以忽略，舉例來說，藉由串聯電磁鐵，以便抵消它們來自該掃描磁場的個別通量損失。
上面參考圖4A與4B所示及所述的掃描器的配置僅係根據本發明的其中一項觀點所提供的範例。應該明白的是，本發明亦涵蓋各種不同的配置並且符合本發明的其它觀點。
圖5所示的係根據本發明藉由運用一掃描器範例來平滑化一通量輪廓的關係圖500。該關係圖500所圖解的係習知磁性掃描器及根據本發明之掃描器的通量輪廓對照圖。關係圖500的本質僅具解釋性的目的，其目的並非係要描繪實際或實驗數值。
x軸所示的係一目標晶圓上從左至右的晶圓位置。y軸所示的則係一離子束在該目標晶圓處的電流密度。關係圖500假設一離子植入系統係產生一離子束並且運用磁性掃描跨越該目標晶圓來掃過該離子束。曲線502所示的係習知磁性掃描器的輪廓。此曲線中顯示出一因零磁場效應所造成的變動的通量輪廓。從圖中可以看出，靠近該目標晶圓中對應於零或接近零磁場的部份或在該目標晶圓中對應於零或接近零磁場的部份的近端處，電流密度係大幅高。因此，此部份的目標晶圓的摻雜物濃度可能會高於所要或選定的摻雜物濃度。除此之外，曲線502中的其它部份則顯示出其它地方的電流密度係下降並且可能會需要較長的植入時間。應該注意的是，相較於掃描週期，先前所述的零磁場效應通常係發生在非常短的時間週期期間，而由一被掃描射束所造成的空間通量分佈則可被視為各具有特定寬度的個別筆尖狀射束的疊加結果。一般來說，在高電流植入器之中，該筆尖狀射束的寬度係總掃描寬度的一部份，其比例會遠大於零磁場效應時間與掃描週期的比例，俾使該通量分佈便會是在空間上經過平滑化之後的分佈，倘若該筆尖狀射束尺寸非常小的話，該通量分佈將會是一通量會急劇增加或降低之分佈。
曲線504所示的係根據本發明其中一項觀點的磁性掃描器的通量輪廓。該磁性掃描器在該掃描器的入口區域及出口區域處運用永久磁鐵，以便減輕零磁場效應。圖4便顯示出根據本發明的一合宜磁性掃描器範例。比較曲線504與曲線502便可以從圖中看見該通量輪廓比習知的掃描器更為平滑，其中假設兩者係以相同的筆尖狀射束寬度進入該掃描器。除此之外，曲線504係達成較高的電流密度，該掃描器內較佳的電子約束作用係在整個掃描器之中促成強化的射束傳輸效果，如同靜態雙極磁場中的卓越勾形約束效應。在Benveniste等人所獲頒的美國專利案第6,414,329號中便說明過合宜使用勾形磁場的範例，本文以引用的方式將其完整併入。
圖6所示的係根據本發明之一項觀點用以減輕一磁性掃描器之零磁場效應的方法600的流程圖。方法600運用跨越施加在一離子束上的永久磁場來減輕零磁場效應。
方法600係始於方塊602處，其中，會產生一離子束。首先，會先運用一離子源從來源材料處形成該離子束。該離子束含有一或多個選定的摻雜物或離子，其通常(但未必)是帶正電。
於方塊604處係對該離子束實施質量分析。其係根據一選定的電荷質量比在該離子束的路徑上建立一磁場。因此，經選定的摻雜物或離子便會沿著一所要的路徑前進並且會通過，而其它離子、粒子及污染物則不會通過並且因而會從該離子束之中被移除。
於方塊606處，會在一磁性掃描器的入口處將第一永久或恆定磁場施加至該離子束。該第一磁場的振幅在非常靠近所運用之磁鐵處係非常的高，但是在較遠處則非常地微弱。於其中一範例中，該第一磁場係由被設置在該磁性掃描器之入口處的一對永久磁鐵所產生。
接著，便會於方塊608處於該磁性掃描器內施加一時變振盪磁場至該離子束，用以改變該離子束的方向或是將該離子束展開所要的角度。可藉由供應一時變電流至上下電磁鐵的線圈中便可獲得該時變振盪磁場。
於方塊610處，會在該磁性掃描器的出口處將第二永久磁場施加至該離子束。一般來說，該第二磁場的振幅在非常靠近所運用之磁鐵處係非常的高，但是在較遠處則非常地微弱。於其中一範例中，該第二磁場係由被設置在該磁性掃描器之出口處的一對永久磁鐵所產生。兩個永久磁場係用來藉由在該離子束中維持一非零磁場以便減輕在該離子束中出現零強度或約零強度的磁場。該第二磁場及該第一磁場係與該時變振盪磁場產生定向上的偏移，以便減輕它們對該離子束之掃描所造成的效應。該第二磁場及該第一磁場可具有相同的場定向或者可具有不同的場定向。
再者，可於方塊612處產生掃描器勾形磁場，以便減輕來自該掃描器的電子的遷移。該等掃描器勾形磁場通常會被設置在該磁性掃描器的一或多個表面中。合宜的勾形磁場的某些額外說明已經說明如上。
接著便會於方塊614處藉由沿著平行於一共同軸線的一軸線來改變該經改向或經展開的離子束。於方塊616處還會產生校正勾形磁場，以便減輕電子的遷移。一般來說，該等校正勾形磁場係沿著一校正器或平行化器的一或多個內部表面被設置。
於方塊618處，該離子束係將該等一或多個經選定的摻雜物或離子植入一目標工作件之中。該等第一及/或第二永久磁場係藉由減輕電流變異及平滑化該通量輪廓且減輕該零磁場效應，以在該目標工作件上產生一非常平滑的通量輪廓。
於方塊620處係在該目標工作件的近端處測量離子束電流。於其中一範例中，會利用一被設置在該掃描器下游的特定距離處的大型法拉第板來測量該射束電流，其中會有一輪廓儀杯移動跨越該離子束。
雖然本文已經針對一或多種施行方式來顯示與說明本發明，不過，仍可對本文中所解釋的範例進行各種變更與修正，其並不會脫離隨附申請專利範圍的精神與範疇。尤其是針對上述組件或結構(方塊、單元、引擎、裝配件、裝置、電路、系統、...等)所實施的各項功能來說，除非特別提及，否則用來說明此等組件的詞語(包含「構件」相關詞在內)均希望對應於實施所述組件之指定功能的任何組件或結構(舉例來說，具有等效功能的組件)，即使結構上不等同於本文中所圖解之本發明示範性實行方式中用來實施該項功能的揭示結構亦無妨。此外，雖然本文僅針對數種實行方式的其中一者來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行方式中的一或多項其它特點，此為任何給定或特殊應用所期望達成且相當有利者。本文中所使用的「示範性」一詞其目的僅在於表示一範例，而非表示一最佳或優越的範例。再者，在詳細說明及申請專利範圍中會使用到「包含」、「具有」、或其變化詞語，此等詞語的目的與「包括」一詞類似，希望具有包容之意。
110‧‧‧離子植入系統
112‧‧‧始端
114．．．射束線裝配件
116．．．末端站
118．．．狹縫
120．．．離子源
121．．．離子產生反應室
122．．．電源供應器
123．．．離子抽出裝配件
124．．．離子束
124a．．．小束
125a．．．電極
125b．．．電極
126．．．質量分析器
127．．．側壁
130．．．工作件
132．．．束導
134．．．解析孔徑
135．．．掃描系統
136．．．磁性掃描元件
136a．．．極器件
136b．．．極器件
137．．．射束路徑長度
138．．．聚焦及/或操控元件
138a．．．電極
138b．．．電極
139．．．平行化器
139a．．．雙極磁鐵
139b．．．雙極磁鐵
141．．．射束角度
143．．．射束方向
145．．．勾形磁鐵
149．．．電源供應器
150．．．電源供應器
151．．．掃描頂點
152．．．劑量測定系統
154．．．控制系統
156．．．輪廓儀
157．．．減速級
157a．．．電極
157b．．．電極
158．．．輪廓儀路徑
400．．．磁性掃描器
402．．．上極器件
404．．．下極器件
406．．．離子束
408．．．頂點
410．．．入口磁鐵
410a．．．永久磁鐵
410b．．．永久磁鐵
412．．．出口磁鐵
412a．．．永久磁鐵
412b．．．永久磁鐵
414．．．勾形磁鐵
416．．．勾形磁鐵
420．．．電線
圖1所示的係根據本發明之一項觀點的一離子植入系統範例。
圖2所示的係根據本發明之一項觀點的一平行化器的剖面圖。
圖3所示的係根據本發明之一項觀點之可運用在一平行化器之中的一雙極磁鐵的剖面圖。
圖4A所示的係根據本發明之一項觀點之運用永久磁鐵的一磁性掃描器的剖面圖。
圖4B所示的係根據本發明之一項觀點之運用電磁鐵的一磁性掃描器的剖面圖。
圖5所示的係藉由運用根據本發明的一掃描器範例來平滑化一通量輪廓的關係圖。
圖6所示的係根據本發明之一項觀點用以減輕一磁性掃描器之零磁場效應的方法的流程圖。
110‧‧‧離子植入系統
112‧‧‧始端
114‧‧‧射束線裝配件
116‧‧‧末端站
118‧‧‧狹縫
120‧‧‧離子源
121‧‧‧離子產生反應室
122‧‧‧電源供應器
123‧‧‧離子抽出裝配件
124‧‧‧離子束
124a‧‧‧小束
125a‧‧‧電極
125b‧‧‧電極
126‧‧‧質量分析器
127‧‧‧側壁
130‧‧‧工作件
132‧‧‧束導
134‧‧‧解析孔徑
135‧‧‧掃描系統
136‧‧‧磁性掃描元件
136a‧‧‧極器件
136b‧‧‧極器件
137．．．射束路徑長度
138．．．聚焦及/或操控元件
138a．．．電極
138b．．．電極
139．．．平行化器
139a．．．雙極磁鐵
139b．．．雙極磁鐵
149．．．電源供應器
150．．．電源供應器
151．．．掃描頂點
152．．．劑量測定系統
154．．．控制系統
156．．．輪廓儀
157．．．減速級
157a．．．電極
157b．．．電極
158．．．輪廓儀路徑

Claims (27)

  1. 一種離子植入系統，其包括：一離子源，其係沿著一射束路徑來產生一離子束；一位於該離子源下游處的質量分析組件，其係對該離子束實施質量分析；一位於該質量分析組件下游處的磁性掃描器，其係在該射束路徑的一部份之中產生一時變振盪磁場；一恆定磁場產生器，其係在該射束路徑之中產生一靜態磁場，用以減輕零磁場效應，該恆定磁場產生器包括：一組入口磁鐵，其係被設置在該磁性掃描器的入口附近並且具有一第一極性配置；以及一組出口磁鐵，其係被設置在該磁性掃描器的出口附近並且具有相對於該第一極性配置的一第二極性配置；一位於該磁性掃描器下游處的平行化器，其係將該離子束重新導向平行於一共同軸線；以及一末端站，其係被設置在該平行化器組件的下游處，用以接收該離子束；其中藉由該恆定磁場產生器所產生的該靜態磁場的振幅沿著該射束路徑從該磁性掃描器的入口至該磁性掃描器的出口變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括位於該磁性掃描器的至少一部份內側表面的複數個勾形磁場產生器，其係產生勾形磁場以幫助進行電子約束。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括位於該 平行化器的至少一部份內側表面的複數個勾形磁場產生器，其係產生勾形磁場以幫助進行電子約束。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括被設置在該磁性掃描器之入口附近的一對永久磁鐵。
  5. 如申請專利範圍第4項之系統，其中，該恆定磁場產生器進一步包括被設置在該磁性掃描器之出口附近的第二對永久磁鐵。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括被設置在該磁性掃描器之出口附近的一對永久磁鐵。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括被設置在該磁性掃描器外部的一對永久磁鐵。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括被設置在該磁性掃描器內部的一對永久磁鐵。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括被設置在該磁性掃描器附近的一對電磁鐵。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該恆定磁場產生器包括一對由鈷-釤化合物所組成的永久磁鐵。
  11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中，該平行化器包括雙極磁鐵，其實質上為梯形並且被定向成彼此鏡射。
  12. 如申請專利範圍第1項之系統，其進一步包括一位於該平行化器下游處的加速/減速裝配件。
  13. 一種磁性掃描器，其包括： 一上極器件及一下極器件，其係在一離子束的一路徑上產生一振盪時變磁場並且在一掃描方向上偏轉該離子束；一組入口磁鐵，其係被設置在該掃描器的入口附近，以便在該離子束的路徑中產生一恆定的入口磁場；以及一組出口磁鐵，其係被設置在該掃描器的出口附近，以便在該離子束的路徑中產生一恆定的出口磁場，其中該組入口磁鐵和該組出口磁鐵包括個別的磁場源；其中該組入口磁鐵具有與該組出口磁鐵的一極性配置相對的一極性配置。
  14. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其中，該組入口磁鐵及該組出口磁鐵係由永久磁鐵所組成。
  15. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其中，該組入口磁鐵包括一對永久磁鐵，其南極係被定向成朝該下極器件而北極則係被定向成朝該上極器件。
  16. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其中，該組出口磁鐵包括一對永久磁鐵，其南極係被定向成朝該下極器件而北極則係被定向成朝該上極器件。
  17. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其中，該振盪時變磁場係垂直該上極器件的內側面及該下極器件的內側面。
  18. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其中，該上極器件及該下極器件包括複數個線圈，該些線圈係接收一時變電流以便引發該振盪時變磁場。
  19. 如申請專利範圍第18項之磁性掃描器，其進一步包括一可控的電源供應器，其係被耦接至該上極器件及該下極器件的該等線圈。
  20. 如申請專利範圍第13項之磁性掃描器，其進一步包括複數個勾形磁鐵，該等磁鐵係被設置在該上極器件的內側面及該下極器件的內側面，以幫助進行電子約束。
  21. 一種操作一離子植入系統的方法，其包括：在一射束路徑之中產生一離子束；對該離子束實施質量分析；在一磁性掃描器的入口處施加一第一恆定磁場，該第一磁場具有一第一極性；在該磁性掃描器內對該離子束施加一振盪時變磁場，以便在一掃描方向上掃描該離子束；以及在該磁性掃描器的出口處施加一第二恆定磁場，該第二磁場具有與該第一極性相對的一第二極性；其中該第一和第二恆定磁場實質上平行於該振盪時變磁場。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中，該第一恆定磁場及該第二恆定磁場係被定向成用以減輕該零磁場效應。
  23. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包括在施加該第二恆定磁場之後平行化該離子束。
  24. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包括在該磁性掃描器的內側表面附近產生勾形磁場，以便減輕來自 該射束的電子的遷移。
  25. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包括在一末端站處接收該離子束。
  26. 如申請專利範圍第21項之方法，其進一步包括在一目標工作件的近端處測量該離子束的射束電流。
  27. 一種離子植入系統，其包括：一離子源，其係沿著一射束路徑來產生一離子束；一位於該離子源下游處的質量分析組件，其係對該離子束實施質量分析；一位於該質量分析組件下游處的磁性掃描器，其係在該射束路徑的一部份之中產生一時變振盪磁場；一恆定磁場產生器，其係在該射束路徑之中產生一靜態磁場，用以減輕零磁場效應，該恆定磁場產生器包括：一組入口磁鐵，其係被設置在該磁性掃描器的入口附近並且具有一第一極性配置；以及一組出口磁鐵，其係被設置在該磁性掃描器的出口附近並且具有相對於該第一極性配置的一第二極性配置；一位於該磁性掃描器下游處的平行化器，其係將該離子束重新導向平行於一共同軸線；以及一末端站，其係被設置在該平行化器組件的下游處，用以接收該離子束；其中藉由該恆定磁場產生器所產生的該靜態磁場實質上平行於該時變振盪磁場。
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