TWI466178B - 離子植入系統 - Google Patents

Description

離子植入系統

本發明是有關一種離子植入系統，特別是一種可在離子植入時偵測離子束參數之離子植入系統。

在積體電路製程中，離子植入系統是用來將雜質摻入半導體材料中。離子摻雜製程是將所需的摻雜元素離子化，並選擇所需的質量/電荷比之離子，最後將所選擇的離子指向基材，例如半導體晶圓，而將摻雜元素植入基材。

在離子摻雜製程中，植入之摻雜元素的量必須精確地控制。習知之離子摻雜製程是先以一偵測器偵測離子束之相關參數，例如離子束的密度等，再依據偵測器所測得之數據調整系統參數，以使離子束之相關參數為所需之設定值，接著才將基材置於離子束之投射區域進行離子摻雜。由於在離子植入的過程中無法獲得離子束之相關參數，因此^， 習知之離子植入系統即無法在離子植入時調整製程參數以控制離子束之相關參數。

綜上所述，如何在離子植入時取得離子束之相關參數以作為調整製程參數之依據便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種離子植入系統，其包含一可在進行離子植入時通過離子束之投射區域之偵測器，以取得離子束之相關參數。因此，本發明之系統即可依據偵測器所取得之離子束之相關參數立即調整系統之製程參數，而獲得較佳之離子植入效果。

本發明一實施例之離子植入系統包含一離子束產生器、一質量分離裝置、一固持裝置以及一第一偵測器。離子束產生器用以產生一第一離子束。質量分離裝置設置於第一離子束之下游，用以自第一離子束中分離出包含所需離子之一第二離子束。固持裝置設置於第二離子束之下游，用以固持多個基材，其中，固持裝置以及第二離子束沿一第一方向相對往復移動，使多個基材通過第二離子束之一投射區域且該多個基材沿著該第一方向彼此並列排列。第一偵測器亦相對於第二離子束往復移動，並通過第二離子束之投射區域，以在離子植入時取得第二離子束之一參數，其中能夠獨立於該固持裝置而操作。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參照圖1，本發明之一實施例之離子植入系統1包含一離子束產生器11、一質量分離裝置12、一固持裝置(holder device)13以及一第一偵測器14a。離子束產生器11用以產生一第一離子束111。舉例而言，離子束產生器11將電漿室中之離子源氣體藉由電弧放電或其類似者引起之電子衝擊而電離，以產生電漿。接著，從電漿室中萃取出離子以形成一第一離子束111。質量分離裝置12設置於第一離子束111之下游，用以自第一離子束111中分離出包含所需離子之一第二離子束112。舉例而言，質量分離裝置12利用磁場使所需之質量/電荷比率的離子偏離第一離子束111之路徑。質量分離裝置12再以一擋板121阻擋不需要的離子而僅允許所需離子通過，以形成第二離子束112。於一實施例中，第二離子束112可為條帶狀(ribbon-shaped)或高斯分佈狀(gaussian-shaped)。

固持裝置13設置於第二離子束112之下游，用以固持至少一基材100。於一實施例中，基材100可為一半導體晶圓。固持裝置13以及第二離子束112沿一第一方向相對往復移動，使基材100能夠往復通過第二離子束112的投射範圍，亦即第二離子束112能夠掃描整個基材100。於一實施例中，固持裝置13與一驅動裝置15連接。驅動裝置15 驅動固持裝置13沿第一方向相對於第二離子束112往復移動，使基材100能夠往復通過第二離子束112的投射範圍。較佳者，驅動裝置15亦驅動固持裝置13沿第二方向移動，使第二離子束112可掃描通過整個基材100。於一實施例中，第一方向以及第二方向彼此實質上垂直，使第二離子束112能夠沿左右方向以及上下方向完整掃描基材100。需注意者，基材100沿第一方向之移動路徑可為直線或弧線。此外，於同中心點掃描時，第二方向可平行於基材所在之平面。或者，於非同中心點掃描時，第二方向與基材所在之平面傾斜一角度。

第一偵測器14a相對於第二離子束112往復移動，且通過第二離子束112的投射區域。於一實施例中，第一偵測器14a是跟隨基材100一起移動。如此，第一偵測器14a即可取得第二離子束112的相關參數，例如，第二離子束112之相關參數可為第二離子束之電流強度、平行度、入射角度、離子束密度、電荷感測響應、離子輪廓形狀或以上之組合。由於第一偵測器14a會通過第二離子束112的投射區域，因此，第一偵測器14a之偵測區域之短軸小於第二離子束112的投射區域仍可取得完整的第二離子束112之相關參數。換言之，只要在不會影響取得第二離子束112之相關參數的前提下，第一偵測器14a沿著第一方向的長度可以大幅縮減，於一實施例中，第一偵測器14a可為一法拉第杯(Faraday Cup)。

請參照圖2，於一實施例中，第二離子束112可為高斯分佈狀。這代表在第二離子束112的投射區域300中，其中央區域的離子束密度大於邊緣區域的離子束密度。為了獲得相同的離子植入濃度，基材100及第一偵測器14a必須通過第二離子束112a的投射區域300。由於第二離子束112的掃描區域200大於基材100的面積，因此，設置於基材100的周圍以及第二離子束112之掃描區域200內之第一偵測器14a可在進行離子植入時取得第二離子束112之相關參數。在第二離子束112掃描至基材100的相同區域時，離子植入系統1即可依據前一次之掃描結果立即調整製程參數補償前次掃描結果，以得到較佳之離子植入 結果。需注意者，可設置多個第一偵測器14a於基材100的兩側，以取得單一掃描路徑之起始以及結束時之第二離子束112之相關參數。

請參照圖3，於一實施例中，固持裝置13可固持多個基材100，而第一偵測器14a可設置於多個基材100之間。同時對多個基材100進行離子植入製程可提升離子束的利用率。而設置於多個基材100之間之第一偵測器14a則可提供進行離子植入時離子束之相關參數，以有助於後續進行補償。

於一實施例中，第一偵測器14a是固定連接於固持裝置13，如圖1所示，但不限於此。第一偵測器14a可與固持裝置13一同運作，如圖4所示；或是與固持裝置13分開運作，如圖5所示。舉例而言，第一偵測器14a可沿第一方向移動以取得第二離子束112之相關參數，而固持裝置13可維持在起始位置或是載入基材之位置。

請再參照圖1，於一實施例中，本發明之離子植入系統1包含第二偵測器14b，其設置於第二離子束112之下游。舉例而言，第二偵測器14b可設置於固持裝置13的後端。當固持裝置13不在第二離子束112之路徑上時，第二偵測器14b即可取得第二離子束112之相關參數，以作為調校第二離子束112之依據。另外一個例子，亦可在掃描時，使第二偵測器14b取得未經第一偵測器14a所屏蔽之部分第二離子束112之相關參數。於一實施例中，第二偵測器14b之偵測區域141大於第二離子束112之投射區域。需注意者，自離子束產生器11至第二偵測器14b之離子移動路徑是由一真空容器所包圍(未圖示)，且在離子植入期間維持一定程度的真空環境。

請參照圖6，本發明另一實施例之離子植入系統1a包含一掃描裝置16，其設置於質量分離裝置12以及固持裝置13之間。掃描裝置16可偏轉第二離子束112，使第二離子束112能夠沿左右方向以及上下方向掃描基材100。或者在另外一種情況下，離子植入系統1a更包含一驅動裝置15。此時，掃描裝置16沿左右方向偏轉第二離子束112，而驅動裝置15驅動固持裝置13往上下方向移動。藉由第二離子束112 以及固持裝置13之間相對移動，第二離子束112即能夠沿左右方向以及上下方向完整掃描基材100。舉例而言，請參照圖7a、7b及7c，第二離子束112於區域W2沿左右方向掃描基材100，同時基材100可在區域W1沿上下方向移動，如此，第二離子束112之掃描區域即等同於圖7c中所示之掃描區域200。由圖7c所示之掃描區域200可知，只要在以高斯分布狀的離子束進行二維掃描的情況下，第一偵測器14a之長度足以涵蓋離子束的投射高度，或者只要在一維掃描的情況下，第一偵測器14a之長度涵蓋第二離子束中感興趣區域的高度，且此區域涵蓋基材100的尺寸，如此，第二離子束112的相關參數即可被完整取得。

綜合上述，本發明之離子植入系統包含一可在進行離子植入時通過離子束之投射區域之第一偵測器，以取得離子束之相關參數。因此，本發明之系統即可依據第一偵測器所取得之離子束之相關參數立即調整系統之製程參數或是偵測到異常即中止製程，而獲得較佳之離子植入效果。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1．．．離子植入系統

1a．．．離子植入系統

100．．．基材

11．．．離子束產生器

111．．．第一離子束

112．．．第二離子束

12．．．質量分離裝置

121．．．擋板

13．．．固持裝置

14a．．．第一偵測器

14b．．．第二偵測器

141．．．偵測區域

15．．．驅動裝置

16．．．掃描裝置

200．．．掃描區域

300．．．投射區域

W1、W2．．．區域

圖1為一示意圖，顯示本發明一實施例之離子植入系統。

圖2為一示意圖，顯示本發明一實施例之離子植入系統之離子束之掃描區域、基材以及第一偵測器之間之相對位置。

圖3為一示意圖，顯示本發明另一實施例之離子植入系統之離子束之掃描區域、基材以及第一偵測器之間之相對位置。

圖4為一示意圖，顯示本發明一實施例之離子植入系統之第一偵測器以及固持裝置之設置方式。

圖5為一示意圖，顯示本發明另一實施例之離子植入系統之第一偵測器以及固持裝置之設置方式。

圖6為一示意圖，顯示本發明另一實施例之離子植入系統。

圖7a至圖7c為一示意圖，顯示本發明另一實施例之離子植入系統之離子束之掃描區域、基材以及第一偵測器之間之相對位置。

1．．．離子植入系統

100．．．基材

11．．．離子束產生器

111．．．第一離子束

112．．．第二離子束

12．．．質量分離裝置

121．．．擋板

13．．．固持裝置

14a．．．第一偵測器

14b．．．第二偵測器

141．．．偵測區域

15．．．驅動裝置

Claims (13)

1. 一種離子植入系統，包含：一離子束產生器，其用以產生一第一離子束；一質量分離裝置，其設置於該第一離子束之下游，用以自該第一離子束中分離出包含所需離子之一第二離子束；一固持裝置，其設置於該第二離子束之下游，用以固持多個基材，其中，該固持裝置以及該第二離子束沿一第一方向相對往復移動，使該多個基材通過該第二離子束之一投射區域且該多個基材沿著該第一方向彼此並列排列；以及一第一偵測器，其相對於該第二離子束往復移動，並通過該第二離子束之該投射區域，以在離子植入時取得該第二離子束之一參數，其中能夠獨立於該固持裝置而操作。
2. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該第一偵測器之偵測區域之短軸小於該第二離子束之該投射區域。
3. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該第一偵測器之偵測區域之長軸等於或大於該基材之尺寸。
4. 如請求項1所述之離子植入系統，更包含：一驅動裝置，其與該固持裝置連接，用以驅動該固持裝置沿該第一方向往復移動。
5. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該驅動裝置更用以驅動該固持裝置沿一第二方向移動，其中該第二方向與該基材所在之平面平行或傾斜一角度。
6. 如請求項1所述之離子植入系統，更包含：一掃描裝置，其設置於該質量分離裝置以及該固持裝置之間，用以偏轉該第二離子束延著該第一方向往復通過該基材。
7. 如請求項6所述之離子植入系統，其中該驅動裝置更配置用以驅動該固持裝置沿一第二方向移動，其中該第二方向與該基材所在之平面平行 或傾斜一角度。
8. 如請求項1所述之離子植入系統，更包含：一第二偵測器，其設置於該第二離子束之下游，用以取得該第二離子束之該相關參數。
9. 如請求項8所述之離子植入系統，其中該第二偵測器在掃描過程中與該第一偵測器實質同步運作並與該第一偵測器互補，用以取得未經該第一偵測器所屏蔽之部分該第二離子束之該參數。
10. 如請求項8所述之離子植入系統，其中該第二偵測器之偵測區域大於該第二離子束之該投射區域。
11. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該第二離子束為一條帶狀或高斯分佈狀。
12. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該第二離子束之該參數包含該第二離子束之電流強度、平行度、入射角度、離子束密度、電荷感測響應、離子輪廓形狀或以上之組合。
13. 如請求項1所述之離子植入系統，其中該基材包含一半導體晶圓。