TWI470665B - 用於高電流離子植入之低污染低能量束線架構以及其之操作方法 - Google Patents

Description

用於高電流離子植入之低污染低能量束線架構以及其之操作方法

本發明一般有關於一種離子植入系統，以及更特別與用於高電流離子植入器之低污染低能量束線架構有關之系統與方法。

在半導體裝置之製造中，使用離子植入而以雜質或掺雜物來掺雜半導體。使用離子束植入器而以離子束碰撞矽晶圓，以便在積體電路製造期間製成n或p型外質(extrinsic)物料掺雜或形成鈍化層。當使用於摻雜半導體時，此離子束植入器注入所選擇外質離子種類，以產生所想要之半導體物料。首先參考習知技術圖1之傳統離子植入系統100。植入物料例如銻、砷、或磷之來源物料所產生的離子，會產生“n型”外質物料晶圓；而如果想要“p型”外質物料晶圓，則可以植入物料例如硼或銦之來源物料所產生的離子。

離子源102用於沿著縱向射束路徑106產生(例如：筆型離子束、帶狀離子束等)離子束104。此離子束源102包括：具有有關電源之電漿源；以及擷取裝置110，其可以為例如藉由它而擷取離子束104之任何設計。提供以下例子以更完整說明本發明，但並不可認為其限定本發明之範圍。例如，此電漿源可以包括相當長的電漿限制室，從此室可以使用擷取裝置110中之擷取孔以擷取離子束104。此筆型、帶狀、或其他型式離子束之形成係為熟習此技術人士所熟知。

為了產生離子，此將被離子化之掺雜物物料之氣體(未圖示)位於離子束源102之電漿室中。此掺雜物氣體可以例如從氣體源(未圖示)而饋入電漿室中。應瞭解，除了電源之外，可以使用任何數目適當機制(在此均未顯示)以激發在離子產生室中之自由電子，離子產生室例如為射頻(RF)或微波激發源、電子束注入源、電磁源及/或例如在此室中產生弧形放電之陰極。此等受激電子在此室中與掺雜物氣體分子碰撞且產生離子。此典型地產生正離子，雖然在此所揭示內容可以應用至其中亦可產生負離子之系統。

此等離子可以在此例中為組件經由離子束源102中之擷取裝置110的一離子擷取組件(未圖示)而可控制地擷取。此離子擷取組件可以包括複數個擷取、接地、以及抑制電極。此擷取組件可以包括例如一獨立擷取電源(未圖示)將擷取及/或抑制電極偏壓，而將來自離子源102之離子加速。可以瞭解，由於離子束104包括類似帶電粒子，當此等類似帶電粒子彼此排斥時，此射束104可能具有傾向鼓起(blow up)或向外徑向擴張。亦可以瞭解，在低能量中此射束鼓起會加劇，在高電流射束中有許多類似帶電粒子(例如：高電流)在相同方向中相當緩慢地(例如：低能量)移動，以致於在此等粒子間有充分的排斥力，但只有少許粒子動量，將此等粒子保持在射束路徑106之方向中移動。因此，通常將擷取組件110組態為以高能量來擷取射束104，以致於此射束104不會鼓起(例如：以致於此等粒子具有足夠動量，以克服可以導致射束鼓起之排斥力)。此外，在此例中射束104在此整個系統通常以相當高能量傳送，且在與工件116碰撞正好之前能量減少，以促進射束限制。

在離子源102之下游設有束線系統112，以接收來自離子源102之射束104，而包括沿著路徑設置之質量分析器114以接收射束104。操作此質量分析器114來提供跨此路徑之磁場，以致於根據質量(例如：荷質比)之變化軌跡將來自離子束104之離子偏移，以便提供質量分析離子束104，如同圖1中所說明者。因此，質量分析器114在離子束104上實施質量分析與角度修正/調整。在此例中，質量分析器114以大約90度之角度形成，且包含一或更多磁體(未圖示)，用於在其中建立(雙極)磁場。當此射束104進入質量分析器114時，其由磁場相對應地彎曲，以致於將不適當荷質比之離子被排除。更特別是，此等具有太大與太小荷質比之離子被偏移至質量分析器114之側壁中。以此方式，質量分析器114僅允許在此射束104中具有所想要荷質比之離子而通過，且經由解析孔徑電極組件120之解析孔徑116射出。

質量分析器114可以藉由控制或調整磁性雙極場之振幅，而在離子束104上實施角度修正。此磁場之調整造成具有所想要/所選擇荷質比之所選擇離子沿著不同或變更路徑行進。解析孔徑電極組件120位於質量分析器構件114之下游且沿著射束路徑。此解析孔徑電極組件120所具有尺寸與形狀是根據所選擇質量解析度與離子束104之射束包絡。

一或更多個減速電極118可以位於離子束偏移組件之下游。此減速電極可以直接使用於高電流超低能量的離子植入器，以便使得可以超低能量與減少能量污染來產生高電流離子束。一直至此點，在系統100中，此射束104通常以相對高能量位準傳送以減輕此射束鼓起之傾向，此在此技術中為所熟知，此能量位準可以特別高，此射束密度例如為掃瞄頂點被提高。此減速電極包括一或更多個電極，其可操作以將射束104減速。此等電極典型地包含射束104可以通過之孔徑。

然而可以瞭解到，雖然在典範系統100中各別說明此等減速電極118為平行且具有在相同平面中之孔徑，此等電極可以包括任何適當數目的電極，其被配置且偏壓以將離子加速及/或減速，以及將離子束104聚焦、彎曲、偏移、匯集、擴散、掃瞄、平行化、及/或去污染，此例如在Huang等人之美國專利案第6,441,382號中所提供，其整個因此併入作為參考。

在系統100中設置終點站108，其從束線系統112接收質量分析離子束104，且使用最後經質量分析之離子束122而沿著用於植入之路徑來支持一或更多個例如為半導體晶圓之工件110。此終點站108包括一目標掃瞄系統126，以用於將一或更多個工件110以及離子束104相對於彼此平移或掃瞄。此目標掃瞄系統126可以提供匹次或序列植入。應瞭解，在系統100中離子束與其他粒子之碰撞會使得射束完整性退化。因此，可以包括一或更多個泵(未圖示)，以將至少此光束導引與質量分析器114抽成真空。

典型的離子植入系統包括離子源102，用於由可離子化來源物料產生帶正電離子。此等所產生之離子形成離子束104，且沿著預定射束路徑106被導引至植入終點站108。此離子植入系統100可以包括在離子源102與植入終點站108之間延伸的射束形成與成形結構。此射束形成與成形結構維持此離子束104，且界限一延伸內部空腔或通道，其中此射束在途中通過此處至植入終點站108。當操作一植入器時，此通道被抽成真空以減少由於與氣體分子碰撞，而使得此等離子從預定射束路徑106偏移之可能性。

在一磁場中所給定動能之帶電粒子之軌跡對於此等不同質量(或荷質比)之粒子係不同。因此，此在通過恆定磁場之後而抵達半導體工件110或其他目標之所想要區域中所擷取離子束104之一部份可以被製得相當純淨，這是由於非所欲分子量之離子被偏移至離開射束104之位置，且可以避免植入所想要以外之物料。此選擇性地分開所想要與非想要荷質比之離子之處理被稱為質量分析。質量分析器114典型地使用質量分析磁體以產生雙極磁場，而將在離子束104中之各種離子經由在弧形通道中的磁性偏移而偏移，此弧形通道將不同荷質比之離子有效地分開。

對於一些離子植入系統來說，此射束104之實體尺寸小於目標工件116之實體尺寸，以致於射束在一或更多個方向中進行掃瞄以便足夠地含蓋目標工件116之表面。通常，在一靜電或磁性型掃瞄器在一快速方向中掃瞄離子束104，且一機械裝置在一緩慢掃瞄方向中移動此目標工件116以便提供足夠含蓋。此系統可以包括電流密度感測器(像是例如法拉第杯124)，其測量所掃瞄射束之電流密度，其中電流密度為一植入角度函數(例如：在射束與工件之機械表面間之相對方向、及/或在射束與工件116之晶格結構間之相對方向)。此電流密度感測器以通常正交方式而相對於掃瞄射束104移動，以及因此典型地橫越射束104之寬度。在一例中，此劑量測定(dosimetry)系統測量射束密度分佈與角度分佈兩者。

對於典型地高電流離子植入系統來說，各種減速元件可以減少能量污染且增加低能量射束電流(參考Huang之美國專利案第6,441,382號，其整個因此併入作為參考)。

然而，將減速元件執行於離子植入器中會受到該特定離子植入器之架構之強烈影響。因此，須要一種系統可以低能量達成低粒子污染位準，且可以維持此離子植入器之其他性能表現須求。

以下提供本發明之簡化總結摘要，以便提供本發明一些觀點之基本瞭解。此總結摘要並非為本發明之廣泛概要，且其用意既非為辨識本發明之關鍵或重要元件，亦非界定本發明之範圍。而是，此總結摘要之目的為以簡化形式提供本發明之一些觀念，作為在稍後呈現更詳細說明之前言。

本發明之此等觀點涉及一離子植入系統，其包括：一離子源，其沿著一射束路徑產生離子束；在此離子源下游之質量分析器組件，其在離子束上實施質量分析與角度修正；一解析孔徑電極，其包括至少一個在質量分析器組件之下游的電極，且沿著射束路徑具有依據所選擇質量之解析度與射束包絡的一尺寸與形狀；一偏移元件，其在解析孔徑電極之下遊，且改變此離子束射出偏移元件之角度；一減速電極，其在偏移元件之下游，其實施電荷中和且將離子射速減速；一支持平台，在終點站中而用於將以帶電離子進行植入之工件維持與定位，以及其中此終點站以大約8度逆時針安裝，以致於此偏移之離子束垂直於工件。

根據本發明之另一觀點，一離子植入系統包括：一離子源，其產生具有選擇種類之離子束；一質量分析器，設置在此離子源之下游，而根據所選擇荷質比與角度調整來產生磁場；一解析孔徑，其在質量分析器之下游，其中此解析孔徑從一分開離子束選擇離子種類；一偏移元件，其被組態為沿著經修正離子束路徑將此離子束逆時針大約偏移8度；以及一減速元件，其在此解析孔徑之下游。

根據本發明還有另一觀點，本發明有關於一種實施離子植入之方法，其包括：選擇用於一離子源之離子源參數；根據荷質比以選擇用於質量分析器之最初磁場強度；根據所選擇離子源參數而產生離子束；藉由質量分析器在離子束上實施質量分析；使用解析孔徑以解析離子束；使用偏移元件將離子束偏移；以及使用減速元件將離子束減速。

以下說明與所附圖式詳細說明本發明之某些觀點與執行方式。此僅顯示其中可以使用本發明原理之數種各式方式。

現在參考圖式說明本發明，其中使用相同參考元件符號被稱為相同元件，以及其中所說明之結構並無須依比例繪製。

本發明之觀點方便達成用於高電流植入之低污染低能量束線架構。

首先，參考圖2，其揭示本發明之第一實施例以提供一離子植入系統200，其包括一離子源202，用於沿著縱向射束路徑產生一(例如：筆形離子束、帶形離子束等)離子束204。此離子束源202包括：一具有相關電源208之電漿源206以及一擷取裝置210。此擷取裝置可以為任何設計，藉由此裝置而可以例如擷取大孔徑比之延長帶形離子束204。以下所提供示例以更完整地說明本發明，但並不可認為限制本發明之範圍。例如，電漿源206可以包括相當長之電漿限制室，從此室可以使用擷取裝置210中高孔徑比擷取隙縫來擷取帶形離子束204。離子束204包括橫向寬度與橫向高度，以界定第一孔徑比，其中橫向寬度較橫向高度大許多。例如，從電漿源206所擷取之延長離子束204之寬度可以例如為大約100mm，以及其高度可以例如為10mm。此帶形離子束與其他型式離子束之形成為熟習此技術人士所熟知。

此在離子源202之下游設有一從其接收射束204之束線系統212，其包括：一質量分析器214，其沿著路徑設置以接收射束204；一解析孔徑216，設置在質量分析器214之下游；一偏移元件218；以及一加速及/或減速構件219。操作此質量分析器214以提供跨此路徑之磁場，以便根據質量(例如：電荷一對一質量比)的變化軌跡將來自離子束204之離子偏移，以提供延長質量分析離子束204，其所具有第二孔徑比與輪廓實質上類似於第一孔徑比與輪廓。在此實施例中，此離子束204可以藉由在質量分析器214中之磁場而彎曲大約90度。此質量分開解析孔徑216可以設置在質量分析器214之路徑下游中，用於允許預先選擇化學種類之離子通過此解析孔徑216。此等非所欲之離子藉由無法通過此解析孔徑開口而分開。然後，此經聚焦帶形離子束204可以遭遇偏移元件218，其中如同所說明此射束204可以逆時針方向偏移。此射束204然後可以進入減速元件219，當此離子束204通過此減速元件219之減速電極時，此減速元件可以將此離子束204減速。

在系統200中提供一終點站226，其可以大約8度之恆定角度設置。然而應注意，此終點站226可以0至90度之任何角度設置。此終點站226從束線系統212接收質量分析離子束204，且沿著用於使用質量分析與偏移離子束204進行植入的路徑支持例如半導體工件之一或更多工件222。此終點站226包括目標掃瞄系統220，用於將一或更多個目標工件222與延長離子束204相對於彼此進行平移或掃瞄。此目標掃瞄系統220可以提供批次或序列植入。應瞭解，此目標掃瞄系統為熟習此技術人士所熟知。

本案發明人瞭解，在本發明中之束線系統212可以實現優於傳統束線系統之至少兩個獨特優點。首先，此新的束線系統212包括電性彎曲或偏移元件218與減速元件219，其可以作用為阻隔以阻擋來自偏移元件218之上游的非所欲粒子。此等粒子通常藉由離子束204之動量而被推向下游，而大部份粒子係將一直向前移動。因此，束線之偏移將減少可以抵達下游工件222之粒子數目。此外，偏移元件218可以作為中性粒子分離器，其將持續在下游路徑中之上游中性粒子予以分開。其次，在本發明之束線系統212亦包括減速元件219，其可以大幅增加低束線能量電流。此所產生之系統200導致較在傳統離子植入系統中所發現典型污染為減少之能量污染。

現在參考圖3與圖4以說明兩個操作或工作模式作為本發明之額外實施例。在此兩個離子植入系統300與400中，此離子束304在如同圖3中所示之第一模式301中、或圖4中所說明之第二模式401中沿著第一離子束路徑305或第二離子束路徑307行進。

在圖3中所說明之第一模式301中，設置或設定此終點站326以致於此離子束304以大約零度之角度擊中工件322，換句話說，垂直地擊中工件322。

在圖4中所示之第二模式401中，設置或設定此終點站426而使允許此離子束304以大於零度之平均角度擊中工件422。為了達成此目的，此終點站426可以沿著此由彎曲間隙325(圖3)或425(圖4)所界定之軌道旋轉。此種終點站是由Allen等人之美國專利案第6,231,054號中提供，其在此整個併入作為參考。在第一模式301中，此系統對於兩個工作模式工作：漂移射束模式與減速射束模式。在漂移模式中，此射束能量大於10KeV，其中在減速模式中，此射束能量小於或等於10KeV。關於處理控制，在圖3中所示之束線312具有優於傳統束線之數個優點。漂移模式中，此束線312允許較快之射束調整，其中此射束304可以大於10KeV之能量進行擷取，以及可以將減速元件319調整至接地電壓。對於減速模式，可以容易地調整減速元件319以增加低能量之射束電流。此外，因為上游之電性彎曲而將減少能量污染。此束線312允許對於工件312之準確劑量控制，其中大部份之中性粒子與偏移元件318之下游之離子束304分開。如同所顯示，此離子束304中之彎曲如同以第二離子束路徑307所說明可以提供角度控制。

現在參考圖4，此離子植入系統400可以非常類似於圖3中系統300之方式運作。此唯一之差異為此終點站426旋轉而使得工件422以大於零度之角度面向離子束307。在此離子植入系統400中，此離子束304在第一模式301或第二模式404中沿著相同的第一離子束路徑305或第二離子束路徑307行進，如同於圖4中說明。在漂移模式中，此離子束能量大於10KeV，其中在減速模式中，此射束能量小於或等於10KeV。關於處理控制，此束線412具有優於傳統束線之數個優點。漂移模式中，此束線412允許較快之射束調整，其中此射束404可以大於10KeV之能量進行擷取。此束線412允許對於工件412之準確劑量控制，其中大部份之中性粒子與偏移元件418之下游之離子束404分開。可以容易地調整減速元件419以增加在低能量之射束電流，且減少能量污染。如同所顯示，此離子束404中之彎曲如同以第二離子束路徑307所說明可以提供角度控制。如同所顯示，圖4中之終點站426可以旋轉，以致於離子束404可以垂直於第二離子束路徑307以外之角度而擊中工件422。

圖5說明根據本發明觀點之示例離子植入系統500。此系統500呈現用於說明目的，且應瞭解，本發明之觀點並不受限於所說明之離子植入系統500，且亦可以使用變化組態之其他合適離子植入系統。

此離子植入系統500包括一離子源502，用於沿著縱向第一離子束路徑505或第二離子束路徑507產生(例如：筆形離子束、帶形離子束等)離子束504。此離子束源502包括具有有關擷取電源530之電漿源以及擷取裝置510，其可以為擷取離子束504之任何設計。提供以下例子以更完整說明本發明，但並不可認為其限制本發明之範疇。例如，此電漿源可以包括相當長的電漿限制室，由此室可以使用擷取裝置510中之擷取孔來擷取離子束504。此筆形、帶形、或其他型式離子束之形成，此為熟習此技術人士所熟知。

為了產生離子，此將被離子化之掺雜物物料之氣體位於離子束源502之電漿源中。此掺雜物氣體可以例如由氣體源(未圖示)而饋入電漿源中。應瞭解，除了電源530之外，可以使用任何數目的適當裝置(在此均未顯示)以激發在離子產生室中之自由電子，離子產生室例如為：射頻(RF)或微波激發源、電子束注入源、電磁源及/或例如在此室中產生弧形放電之陰極。此等受激電子與掺雜物氣體分子碰撞，且因而產生離子。此典型地產生正離子，雖然在此所揭示內容可以應用至在其中亦可產生負離子之系統。

此等離子可以藉由離子擷取組裝組件(未圖示)而經由離子束源502之擷取裝置510中之擷取孔徑來可控制地擷取。此離子擷取組件可以包括複數個擷取、接地、以及抑制電極。可以瞭解由於離子束504包括類帶電粒子，此射束504可以在此等類帶電粒子彼此排斥時而具有鼓起或向外徑向擴張之傾向。亦可以瞭解，在低能量、在高電流(高導電係數)射束中此射束鼓起會加劇，其中有許多類帶電粒子(例如：高電流)在相同方向中相當緩慢地(例如：低能量)移動，以致於在此等粒子間有充分的排斥力。因此，通常將擷取組件進行組態而以高能量來擷取射束504，以致於將此射束鼓起最小化。此外，在減速模式中，在此例中之射束504在此整個系統500中通常以相當高能量傳送，且在與工件522正好發生碰撞之前以減速元件519減少能量以促進射束限制。

在離子源502之下游設有束線系統512以接收來自離子源之射束504，而包括沿著路徑所設置之質量分析器514以接收此射束504。操作此質量分析器514以提供跨此第一離子束路徑505之磁場，以致於根據質量(例如：荷質比)之變化軌跡將來自離子束504之離子偏移，以便提供質量分析離子束504，如同圖5中所說明者。質量分析器514在離子束504上實施質量分析與角度修正/調整。在此例中，質量分析器514以大約90度之角度形成，且包含一或更多磁體(未圖示)，用於在其中建立(雙極)磁場。當此射束504進入質量分析器514時，其由磁場相對應地彎曲以致於將不適當的荷質比之離子排除。更特別是，此等具有太大與太小荷質比之離子被偏移至質量分析器514側壁中。以此方式，質量分析器514僅允許在此射束504中具有所想要荷質比之離子通過且經由解析孔徑電極516之解析孔徑射出。

質量分析器514可以藉由控制或調整磁性雙極場之振幅而在離子束504上實施角度修正。此磁場之調整造成具有所想要/所選擇荷質比之所選擇離子沿著不同或變更路徑行進。解析孔徑516所具有之一尺寸與形狀是根據所選擇質量解析度與離子束504之射束包絡。

束線系統512可以更包括一離子束偏移構件518，其例如使用於低能量系統中在植入於工件522之前可以使用減速。此偏移構件518例如包括偏移電極，用於將離子束504從離子束路徑505偏移至變更離子束路徑507，因而從離子束504去除中性粒子(由於其在偏移場之存在下無法偏移)，而其不然可以作為能量污染物。此偏移構件518作為中性粒子分離器，其將上游中性粒子與下游離子束504分開。此外重要的是，此偏移構件518作用類粒子阻隔器，且將阻擋大百分比粒子行進至下游。

在此例中，此形成減速元件519之一或更多個減速電極可以位於離子束偏移組件518之下游。此減速電極可以直接使用於高電流、超低能量離子植入器，以便使得可以超低能量與減少能量污染來產生高電流離子束。一直至此點，在系統500中，此射束504通常以相當高能量位準傳送以減輕此射束鼓起之傾向。此減速電極包括一或更多個可操作將射束504減速之電極。此等電極典型地包含射束504可以行進通過之孔徑。

然而，可以瞭解在典範系統500中各說明此等減速電極為平行，且具有在相同平面中之孔徑，此等電極可以包括任何適當數目的電極，其被配置且偏壓以將離子加速及/或減速，以及將離子束504聚焦、彎曲、偏移、匯集、擴散、掃瞄、平行、及/或去污染，此例如在Huang等人之美國專利案第6,441,382號中所提供，其整個內容因此在此併入作為參考。

在系統500中設置終點站526，其從束線系統512接收質量分析離子束504；以及設置一目標掃瞄系統，其沿著用於使用最後質量分析離子束504進行植入之路徑來支持一或更多個例如為半導體晶圓之工件522。此終點站526包括一目標掃瞄系統520，用於將一或更多個目標工件522以及離子束504相對於彼此平移或掃瞄。此目標掃瞄系統520可以提供匹次或序列植入。

應瞭解，在系統500中離子束與其他粒子碰撞會使得射束完整性退化。因此，可以包括一或更多個泵(未圖示)以至少將此束線系統512與質量分析器114抽成真空。

各別抑制與擷取電源528、530可以操作地耦接至抑制電極與離子源502。此終點站526然後接收此被導引朝向工件522之離子束504。應瞭解，在植入器500中可以使用不同型式之終點站。例如，“批次”型式之終點站可以同時在旋轉支持結構上支持多個工件522，其中此工件522經由離子束之路徑而旋轉直至所有工件522被完全植入為止。在另一方面，“序列”型式之終點站可以沿著用於植入之束線軸514而支持單一工件522，其中此多個工件522以序列方式一次植入一個，而在下一個工件522開始植入之前各工件522被完全植入。在混合系統中，此工件522可以在第一(Y或慢速掃瞄)方向中機械地平移，同時射束在第二(X或快速掃瞄)方向中掃瞄以將射束504在整個工件522上轉移。

對於減速模式，此減速電源供應器527連接此射束導引514，此擷取系統之電性彎曲件518之彎曲板中一者、前減速電極、以及後接地電極之一。對於飄移模式，此減速電源供應器528藉由一接地線進行旁通。此彎曲電源供應器555連接至電性彎曲件518之另一板。此減速抑制電源供應器557連接此減速元件之中間電極。調整此等電源以產生所期望之離子束效能、正確之彎曲角度、最後離子束能量、以及最適聚焦。

在此例中，一輪廓器可以包括一電流密度感測器(像是例如法拉第(Faraday)杯524)，其測量離子束504之電流密度，其中此電流密度為一植入角度函數(例如：在此射束與工件機械表面間之相對方向、及/或在此射束與工件522晶格結構間之相對方向)。此電流密度感測器以通常正交方式相對於掃瞄射束504進行移動，以及因此典型地橫越帶狀射束504之寬度。在此例中，此劑量測定(dosimetry)系統測量射束密度分佈與角度分佈。此晶圓使用晶圓移動控制525而移動。

可以存在一控制系統532，其可以控制、通信、及/或調整：離子源502、質量分析器514、孔徑組件、電性彎曲件、減速元件、以及劑量測定系統。此控制系統532可以包括一電腦、微處理器等，且可以操作以獲得射束特徵之測量值，以及因此可以調整參數。此控制系統532可以耦接至從其中可以產生離子束502之終端、束線系統512之質量分析器514、以及減速元件519。因此，可以由控制系統532或任何數目之控制器調整任何此等元件，以方便產生所想要之離子。例如，可以藉由調整例如所施加至離子擷取裝置510與減速元件519中之電極的偏壓，而可以將射束504之能量位準進行調適來調整接面深度。

現在參考圖6，其說明典範離子植入系統600，而顯示為根據本發明觀點之側視圖。可以瞭解，可以操作圖6之典範往復驅動系統600、藉由離子束605而以兩個維度來掃瞄工件616，如同以下將更詳細討論者。根據本發明之一典範觀點，此往復驅動系統600包括一馬達(未圖示)，其中此馬達操作上係經耦接至一處理室(亦稱為終點站)，以及其中此處理室更與離子束605有關。此離子束605例如可以包括一組離子，其沿著接近而實質上平行軌跡而採取一點或所謂“筆形射束”形狀一起行進，如同由在此技術中所知悉之任何適當離子植入系統(未圖示)所形成者，其細節在此並不討論。

根據本發明，此處理室可以包括通常為密閉之真空室，其中可操作此處理室中之內部環境，而與此處理室外之外部環境通常隔離。例如，可以將此真空室加以組態與配備以致於將內部環境維持在實質上低壓(例如：真空)。更可以將此處理室耦接至一或更多個承載室(未圖示)，其中此工件616可以在此處理室之內部環境與外部環境之間傳輸，而實質上不會損失此處理室中之真空。此處理室可以替代地由通常非密閉處理空間(未圖示)所構成，其中此處理空間通常與此外部環境連接。

在一實施例中，此處理室可以相對於外部環境旋轉。此實施例可以例如稱為第二模式(圖4)。本發明設想任何處理室502與處理媒體，其可操作以使用於處理工件616而不論此處理室為密閉、非密閉、固定、或移動，並且可以設想所有此等處理室與處理媒體落入於本發明之範疇中。此處理室中一型式之示例於Vanderpot等人之美國專利案第7,135,691號中的說明，其內容在此併入作為參考。

圖6說明典範鐘擺往復驅動裝置600，其中桿628係典範地圍繞第一軸624旋轉644，其中一掃瞄臂632、一終端效應器678、以及一工件616進一步圍繞第一軸624旋轉。因此，工件616可以沿著第一掃瞄路徑646相對於離子束605而往復地平移(例如：經由桿628圍繞第一軸624之一或更多個循環反向旋轉)，其中此離子束605被說明為進入圖6之頁面中。可以有利地控制此桿628圍繞第一軸624之旋轉444(及/或反向旋轉)，以便此終端效應器678沿著第一掃瞄路徑646而以均勻方式進行振盪或往復，如同以下將討論者。圖6進一步說明：此終端效應器678圍繞第二軸640旋轉648，如同以上所討論者，其中可以進一步控制此終端效應器678以及因此工件616圍繞第二軸640之旋轉，來維持此工件616相對於第一軸624或離子束605之旋轉方向650(例如：工件616相對於離子束605擷取電極之旋轉方向，是以相對於工件616為固定之三角形650所表示)。

為了均勻地處理工件616(例如從離子束605提供均勻離子植入於工件616中)，重要的是當其沿著第一掃瞄路徑646行進的同時要維持此終端效應器678為近似恆定的平移速度。例如：在工件616通過離子束605的同時維持此終端效應器678為一近似恆定速度係提供給工件616一般均勻的離子劑量。因此，當工件616沿著第一掃瞄路徑646以鐘擺式移動行進時，可以達成工件616之均勻處理。

因此，在本發明之另一實施例中，一通常恆定速度對於與工件616移動通過離子束605有關之一預定掃瞄範圍654來說是令人所欲的。此預定掃瞄範圍654通常與工件616之實體維度有關(例如：此掃瞄範圍遠大於工件616之直徑)。在本例中，此預定掃瞄範圍654通常是由工件616行進一距離所界定，其中該距離係大於工件616之直徑加上離子束605之一寬度的總和。其中此工件616沿著第一掃瞄路徑646而行進通過離子束605，以及其中此離子束605是在工件616之相對終端656之間掃瞄。

根據還有另一實施例，可以界定用於在預定掃瞄範圍654中工件616所想要之速度輪廓，其中此所想要之速度輪廓通常取決於此往復驅動裝置600之組態。例如，取決於此工件616相對於掃瞄臂632是否為固定或可旋轉，掃瞄臂632之旋轉644之一通常恆定或一可變速度(以及因此，工件616沿著第一掃瞄路徑646之通常恆定或可變速度)可以為令人所欲。如果，例如工件616相對於掃瞄臂632旋轉以便維持沿著第一掃瞄路徑646之旋轉方向650，則當離子束605接近於預定掃瞄範圍654之終端655時，此掃瞄臂632圍繞第一軸624之旋轉速度可以改變(例如：在接近預定掃瞄範圍之終端時的速度增加大約10%)，以便沿著曲線路徑將通常均勻離子劑量提供給工件616。作為另一個替代方式，或除了改變掃瞄臂632之速度外，亦可以改變離子束605之性質(例如離子束電流)以便對工件616產生通常均勻之劑量離子。

如同在以上此等實施例之一中所指示，通常令人所欲的係將在預定掃瞄範圍654中沿著第一掃瞄路徑646之工件616維持實質上恆定速度，以便一般性地將工件616均勻地曝露於離子束605。然而，由於工件616沿著第一掃瞄路徑646之往復、交替回轉、移動，此工件616之加速與減速為不可避免，例如：此桿628圍繞第一軸624之順時針與逆時針旋轉(例如：反向旋轉)之間。因此，為了容許掃瞄臂632、終端效應器678、以及工件616之加速與減速，可以進一步界定在沿著第一掃瞄路徑646上的最大位置660與662之間該工件616之相對終端656所行經的最大掃瞄距離658。在當離子束605未與工件616接觸時、或當離子束605之至少一部份未與工件616接觸時，此加速與漸速是發生在過衝區域664中。

重要的是要注意，在傳統二維掃瞄系統中，在工件方向反轉期間所允許的加速與漸速量實質上受到限制，以便將傳送至此傳統掃瞄系統其餘部份之慣性力與有關反應力最小化。美國專利案第7,135,691號說明一種經由離子束而用於掃瞄工件之往復驅動，此專利在此併入作為參考。

亦應注意，雖然此典範方法在此說明與描述為一系列動作或事件，應瞭解，本發明並不受限於此等所說明動作或事件之順序，因為根據本發明，一些步驟可以不同順序發生、及/或可以與在此所顯示與說明以外其他步驟同時發生。此外，可以在不須要所有所說明步驟下執行根據本發明之方法。此外應瞭解到，此方法可以與在此所描述與說明系統100有關地執行、以及與未說明之其他系統有關地執行。

方法700在步驟702開始，其中離子源之參數是根據所想要之離子種類、能量、電流等而選擇。此離子源202(參考例如：圖2)可以弧形為主或以非弧形為主之離子源202，例如：射頻(RF)或電子槍為主之離子源202。此一或多個離子種類可以藉由選擇用於離子源202之一或更多個來源物料而選擇。此電流可以藉由例如調變功率值及/或電極而選擇。此用於質量分析器214之最初磁場強度(參考例如：圖2)可以根據荷質比而選擇。在步驟706產生離子束204(參考例如：圖2)，其沿著第一射束路徑505平移(圖5)。在一實施例中，此來源孔徑維度之高度大約2mm、寬度大約100mm、以及其在進入質量分析磁體515之前的寬度大約平行(圖5)。

可以將質量分析器214(圖2)組態於離子源202(圖2)之下游，以用於從離子源接收離子束204，此質量分析器在離子束204上實施質量分析與角度修正。解析孔徑216(圖2)包括在質量分析器214之下游的至少一電極(圖2)，且其沿著射束路徑204(圖2)具有根據所選擇之質量解析度與射束包絡的一尺寸與形狀。

在步驟708，此沿著第一路徑305行進之離子束204(圖3)，藉由一偏移元件218(圖2)而沿著第二路徑307(圖3)偏移。在步驟710，此在偏移元件之下游的減速電極將此離子束204減速(圖2)。在步驟712，此支持平台525(圖5)是在終點站526中，用於將以帶電離子進行植入之工件522維持且定位，以及其中此終點站以大約8度逆時針安裝，以致於此所偏移之離子束504垂直於工件522，然後此處理結束。

雖然，以上關於一或更多實施例而說明與描述本發明，可以對此等所說明之示例作各種替代及/或修正，而不同偏離所附申請專利範圍之精神與範疇。特別是關於由以上所說明構件或結構(區塊、單元、引擎、組件、裝置、電路、系統等)所實施之各種功能，使用專有詞(包括稱為“裝置”)來說明此等組件之用意為(除非另外表示)對應於任何構件與結構，其實施所說明構件之特定功能(例如：其為功能地等同)，即使其並非結構地等同於所揭示之結構，其實施在此所說明本發明典範實施例中之功能。此外，雖然以上僅關於數個實施例之一個揭示本發明之特定特徵，此特徵可以與其他實施例之一或更多其他特徵組合，這是因為此對於任何給定或特定應用為令人所欲且有利。在此所使用專有詞“典範"，其用意為表示一例而相對於最佳或優異。此外，關於在「發明詳細說明」與「申請專利範圍」中所使用專有詞「包括」(including)、「包含」(includes)、「具有」(having)、「具有」(has)、「帶有」(with)或其變化形式之範圍，此等專有詞之用意為類似於專有詞「包括」(comprising)之包含。

100．．．傳統離子植入系統

102．．．離子源

104．．．離子束

106．．．縱向射束路徑

108．．．植入終點站

110．．．擷取裝置

112．．．束線系統

114．．．質量分析器

116．．．目標工件

118．．．減速電極

124．．．法拉第杯

126．．．目標掃瞄系統

200．．．離子植入系統

202．．．離子源

204．．．離子束

206．．．電漿源

208．．．電源

210．．．擷取裝置

212．．．束線系統

214．．．質量分析器

216．．．解析孔徑

218．．．偏移元件

219．．．減速元件

220．．．目標掃瞄系統

222．．．目標工件

226．．．終點站

300．．．離子植入系統

301．．．第一模式

304．．．離子束

305．．．第一離子束路徑

307．．．離子束

312．．．束線

318．．．偏移元件

319．．．減速元件

322．．．工件

325．．．彎曲間隙

326．．．終點站

400．．．離子植入系統

401．．．第二模式

412．．．束線

418．．．偏移元件

422．．．工件

425．．．彎曲間隙

426．．．終點站

500．．．離子植入系統

502．．．離子源

504．．．離子束

505．．．第一離子束路徑

50．．．第二離子束路徑

510．．．擷取裝置

512．．．束線系統

514．．．質量分析器

516．．．解析孔徑

518．．．電性彎曲件

519．．．減速元件

522．．．工件

524．．．法拉第杯

525．．．支持平台，晶圓移動控制

526．．．終點站

527．．．減速電源供應器

528．．．抑制與減速電源供應器

530．．．擷取電源/供應器

532．．．控制系統

555．．．彎曲電源供應器

557．．．減速抑制電源供應器

600．．．典範離子植入系統

605．．．離子束

616．．．兩度空間掃瞄工件

624．．．第一軸

62．．．桿

632．．．掃瞄臂

640．．．第二軸

644．．．旋轉

646．．．第一掃瞄路徑

648．．．旋轉

650．．．旋轉方向

654．．．預定掃瞄範圍

655．．．終端

656．．．終端

658．．．最大掃瞄距離

660．．．最大位置

662．．．最大位置

664．．．過衝區域

678．．．終端效應器

圖1為習知技術離子植入系統；

圖2為根據本發明觀點之離子植入系統；

圖3為根據本發明觀點之離子植入系統，其包括偏移元件與減速元件，其中以零度之角度將離子植入工件；

圖4為根據本發明觀點之離子植入系統的一視圖，其中以零度以外之角度將離子束植入工件；

圖5為根據本發明觀點之具有高電壓電源系統之離子植入系統的另一視圖，其中離子束在一旋轉處理室中沿著改變路徑行進；

圖6為根據本發明還有另一觀點之往復式裝置離子植入系統的又一示意圖；以及

圖7為根據本發明觀點一種調整植入角度之方法的流程圖。

200．．．離子植入系統

202．．．離子源

204．．．離子束

206．．．電漿源

208．．．電源

210．．．擷取裝置

212．．．束線系統

214．．．質量分析器

216．．．解析孔徑

218．．．偏移元件

219．．．減速元件

220．．．目標掃瞄系統

222．．．目標工件

226．．．終點站

Claims (24)

1. 一種離子植入系統，包括：一離子源，其沿著一射束路徑而產生一離子束；一質量分析器構件，其在該離子源之下游，該質量分析器構件在該離子束上實施質量分析與角度修正；一解析孔徑電極，其在該質量分析器組件之下游包括至少一電極，且其沿著該射束路徑具有根據所選擇之一質量解析度與一射束包絡的一尺寸與形狀；一偏移元件，其在該解析孔徑電極之下游，該偏移元件改變該離子束射出該偏移元件之一角度；一減速電極，其在該偏移元件之下游，該減速電極實施電荷中和且將該離子束減速；一支持平台，其在一終點站中，以用於將以帶電離子進行植入之一工件維持與定位；以及其中該終點站並非靜止，但以大約0至90度在順時針或逆時針方向中旋轉，以致於所偏移之該離子束垂直於該工件。
2. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該終點站為靜止且被安裝，以致於所偏移的離子束以大於0度且小於或等於90度而垂直於該工件。
3. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該系統在一漂移模式中操作，其中該漂移模式所涉及之能量大於10KeV。
4. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，進一步在 一減速模式中操作，其中該減速模式所涉及之能量小於或等於10KeV。
5. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，更包括一控制系統，其耦接至該質量分析器構件，以用於調整該質量分析器構件之磁場強度。
6. 如申請專利範圍第5項之離子植入系統，其中根據來自該解析孔徑電極之離子束的一入射角度之數值，該控制系統進一步導出用於該解析孔徑電極之一孔徑調整，且該控制系統控制該解析孔徑電極之一磁場強度。
7. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該解析孔徑更具有根據藉由該質量分析器構件之一可行角度調整範圍的一尺寸與形狀。
8. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該質量分析器構件包括具有線圈之一電磁體，以及其中流經該線圈之電流是由該控制系統所控制。
9. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該離子束包括一筆形射束與一帶狀射束。
10. 如申請專利範圍第5項之離子植入系統，其中該控制系統耦接至該偏移元件，其中一偏移元件磁場係由該控制系統所調整。
11. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該離子植入系統與一工件鐘擺往復驅動裝置一起使用。
12. 如申請專利範圍第5項之離子植入系統，其中該控制系統耦接至該減速元件，其中一減速元件磁場係由該控 制系統所調整。
13. 一種離子植入系統，包括：一離子源，其所產生之一離子束具有一所選擇之種類；一質量分析器，其設置在該離子源之下游，而根據所選擇之一荷質比與一角度調整來產生一磁場；一解析孔徑，其在該質量分析器之下游；其中，該解析孔徑從一分開之離子束選擇一離子種類；一偏移元件，其被組態將該離子束沿著一修正離子束路徑來逆時針偏移大約8度；一減速元件，其在該解析孔徑之下游，以及一終點站，其並非靜止，但以大約0至90度在順時針或逆時針方向中旋轉，以致於所偏移之該離子束垂直於一工件。
14. 如申請專利範圍第13項之離子植入系統，其中該終點站之一調整角度為0度。
15. 如申請專利範圍第13項之離子植入系統，其中該終點站之調整角度為大約0至90度。
16. 如申請專利範圍第13項之離子植入系統，更包括一聚焦組件，其設置在該質量分析器之下游、以及在一孔徑組件之上游，以造成該離子束匯集。
17. 如申請專利範圍第13項之離子植入系統，其中該離子植入系統與一工件鐘擺往復驅動裝置一起使用。
18. 一種實施離子植入之方法，其包括：選擇用於一離子源之離子源參數； 根據一荷質比來選擇用於一質量分析器之一最初磁場強度；根據所選擇之離子源參數而產生一離子束；藉由該質量分析器在該離子束上實施質量分析；使用一解析孔徑而解析該離子束；使用一偏移元件將該離子束偏移；使用一減速元件將該離子束減速；以及使用一終點站，其並非靜止，但以大約0至90度在順時針或逆時針方向中旋轉，以致於所偏移之該離子束垂直於一工件。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，更包括設定用於該解析孔徑之一最初位置。
20. 如申請專利範圍第18項之方法，更包括根據該所導出之角度調整來導出用於該解析孔徑之一位置調整值，以及將該位置調整值施加至該解析孔徑。
21. 如申請專利範圍第18項之方法，更包括將磁場修正施加至該質量分析器。
22. 如申請專利範圍第18項之方法，更包括獲得用於該離子束之修正的入射角度值。
23. 如申請專利範圍第22項之方法，更包括將該修正的入射角度值與該所選擇的植入角度比較，以決定是否須要作額外角度修正。
24. 如申請專利範圍第18項之方法，其中獲得該入射角度包含在靠近一目標工件之一或更多位置處測量角度。