TWI539495B - 處理工件的方法及電漿處理系統 - Google Patents

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提摩西Ｊ 米勒
盧多維克 葛特
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瓦里安半導體設備公司
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Description

處理工件的方法及電漿處理系統
本發明涉及工件的植入(implantation)，特別是涉及一種利用多次離子分布來進行工件植入的方法與裝置。
離子植入是一種將能夠改變特性的雜質引入到基板內的標準技術。想要的雜質材料在離子源中離子化，這些離子經加速而形成具有規定能量的離子束，且此離子束被引導至基板的表面。離子束中帶能量的離子穿入到基板材料的表面下，且嵌入到基板材料的晶格(crystalline lattice)中，以便形成具有想要的導電性或材料特性的區域。
在傳統的束線離子植入製程中，將離子以離子束形式提供至基板，其中離子束可包括大致上平行的離子。因此，當基板的方位相對於離子束主軸的方位給定時，這些離子是以相同的入射角來撞擊基板。這有助於對離子植入到基板內進行控制，因為對於任何給定的基板方位，都能很好地表徵(characterized)離子植入方向。然而，當想進行多角度植入時，則有必要移動基板方位、離子束方向或者上述兩者。此外，離子束通常會覆蓋基板的較大面積，所以要想僅對想要的面積進行植入，則需要使用遮罩(masking)。
近年來，已研發出多種以一角度範圍來提供離子給基板的技術與裝置。圖1繪示一種以多個角度來提供離子給基板的處理系統的方塊圖。處理系統10包括電漿源12、 萃取板(extraction plate)14(或鞘工程板(sheath engineering plate))以及製程室16。氣體源18連接到製程室16。電漿源12或處理系統10的其他構件也可連接到泵(未繪示)，如渦輪泵(turbo-pump)。如圖1所示，電漿源12是包含射頻(Radio Frequency，RF)產生器20、射頻匹配網絡22以及天線23的射頻電漿源。電漿源12被外殼24圍繞著，且絕緣體26將外殼24與製程室16隔開。製程室16、電漿源12或工件固持器28可接地。
當電漿32與工件40之間被施加以偏壓時，利用萃取板14來形成用以對工件40進行植入的離子束30。萃取板14可被冷卻。電漿源12可被施加偏壓，且偏壓電源52可用來提供連續偏壓或脈衝式偏壓到與電漿32相對的基板上，以便吸引離子束30。萃取板14可具有至少一個孔洞34，離子束30經由孔洞而被提供給工件40。以下共同待審中(co-pending)的美國專利申請案序號中都可找到關於處理系統的額外說明：於2009年4月3日提申且作為美國專利第7,767,977號而發行的美國專利申請案第12/417,929號、於2010年4月3日提申的美國專利申請案第12/418,120號、於2009年12月22日提申的美國專利申請案第12/644,103號以及於2010年8月2日提申的美國專利申請案第12/848,354號，上述各申請案均以引用方式全文併入本案。
若需要，利用處理系統10從電漿裏萃取的離子束30可用來同時以一角度範圍提供電漿32給工件40，而無需 進行複雜的遮罩或微影(lithography)程序。這種產生廣角離子分布的能力有利於處理具有三維結構特徵(features)的基板，在此情形下，可能想要使離子能從不同的方向同時入射到這些結構特徵上。此外，根據處理系統10中的一組特定的離子束光學條件(參數)可為提供給工件40的離子束30建立精確的角分布。可能會影響離子束30之角分布的參數包括孔洞34的形狀與尺寸、植入電壓(電漿32與工件40之間的電壓差)、萃取板14與工件40之間的間距以及電漿密度。因此，一組特定的參數可為離子束30建立特定的離子角分布。
然而，由於離子束30的角分布可能對如電漿密度等的參數很敏感，所以當處理系統10的操作參數或條件發生漂移(drift)時，角分布可能容易隨時間而變化。此外，某些離子角分布可能是處理系統10根據其任何單一組控制參數都無法得到的。
鑒於上述原因，將理解提供一些改進來控制離子植入系統中的離子角分布可能是有用的。
在一實施例中，一種處理工件的方法包括引導第一離子束朝向工件的第一區域，其中第一離子束具有經由萃取板的孔洞而萃取的第一離子的第一離子角輪廓。此方法也包括引導第二離子束朝向工件的第一區域，其中第二離子束具有經由萃取板的孔洞而萃取的第二離子的第二離子角輪廓，其中第二離子角輪廓不同於第一離子輪廓。
在另一實施例中，一種處理系統包括：射頻產生器，其經配置以發送射頻訊號，以便產生電漿；以及工件固持器，其經配置以接收相對於電漿的偏壓，以便吸引離子穿越電漿鞘朝向工件。此處理系統也包括具有孔洞的萃取板，其經配置以提供離子束，離子束具有以一入射角範圍分布在工件上的離子。此處理系統更包括控制器，其經配置以在一系列的曝露周期(exposure cycles)中發送控制訊號給射頻產生器，從而使射頻訊號的幅度在第一幅度與第二幅度之間以交替方式變化，其中每個曝露周期包括第一離子曝露和第二離子曝露，第一離子曝露和第二離子曝露分別與第一幅度和第二幅度相對應，且分別包括經由孔洞而萃取的離子的第一離子角輪廓和第二離子角輪廓。
為了能夠更清楚地瞭解本文所揭露的內容，以下將配合附圖做詳細說明，這些附圖已併入本文作為參考。
本文描述了與工件(基板)植入有關的系統及方法的實施例。在各種實施例中，此系統可與(例如)半導體基板、位元規則媒體(bit-patterned media)、固態電池或平面面板(flat panels)一起使用。因此，本發明並不限於下文所述的特定實施例。
在各種實施例中，離子植入系統包括：電漿源、萃取板，其引導離子束朝向基板，其中離子束具有以一入射角範圍進行分布的離子；以及控制系統，其經配置以調整和修改(tailor)離子角的角分布。在各種實施例中，控制器 可經操作以調整離子植入系統的特定參數，以便獲取及/或維護離子的角分布(以下稱之為“離子角輪廓(ion angular profile)”)。在一些實施例中，控制器可經操作以快速地改變離子植入系統的電漿功率，使得離子角輪廓以毫秒級或微秒級的時間在多個離子角輪廓之間變化。如此一來，複合離子角輪廓可被提供給基板，這是一種以任何單個離子角輪廓所無法得到的分布狀態。
圖2繪示依照本揭示之實施例的一種處理系統200。處理系統200包括電漿源201，其用來在製程室16內產生電漿32。電漿源201可以是射頻電漿源、感應耦合式電漿(inductively-coupled plasma,ICP)源、間接加熱式陰極(indirectly heated cathode,IHC)、螺旋波(helicon)、輝光放電源(glow discharge source)或者熟悉本專業的技術人員所知的其他電漿源。萃取板14可沿著電漿32的邊緣而放置，其具有一個或一個以上的孔洞34，離子束204可經由孔洞34而被萃取出來。工件固持器28與電漿32之間可利用偏壓電源212來施加偏壓，以便對經由孔洞34而萃取出來且撞擊至工件40上的離子能量與離子劑量進行界定，其中在一些實施例中工件40可以是半導體基板。工件固持器28可接收電壓電位(voltage potential)，其以不同方式在電漿32與工件固持器28之間施加偏壓。在一實施例中，工件固持器28可接收接地電位(ground potential)，且正電壓可被施加至電漿(源)，而在另一實施例中，工件可接收負電壓，且電漿(源)可被設定為接地電位或者 與工件固持器相比偏正的電壓。處理系統200也包括控制器202，其可控制電漿功率和施加至工件固持器28的偏壓，如下文所述。
處理系統200也包括工件室206，其容納用來支撑工件40的工件固持器28。處理系統200也可包括掃描元件208，其用以使工件固持器28沿著方向210相對於萃取板14而移動。在一些實施例中，萃取板14可以是靜止不動的，而工件固持器28是可移動的(例如，使用掃描元件208)。而在其他實施例中，萃取板14可以是可移動的，而工件固持器28是靜止不動的。然而在又一些實施例中，工件固持器28與萃取板14可以都是可移動的。
圖3繪示依照各種實施例的由使用萃取板14的處理系統200來產生的離子束的離子束幾何形狀的細節圖。萃取板14經配置以修改電漿鞘302內的電場，以便控制接近孔洞34且介於電漿32與電漿鞘302之間的電漿鞘邊界304的形狀。在本實例中，電漿鞘邊界304相對於工件40的平面呈凸形。從電漿32裏吸引出來且穿越電漿鞘302之離子束204中的離子可以大的入射角範圍撞擊工件40。圖3繪示了幾條從電漿鞘邊界304加速而來的不同離子軌迹。離子束204中的離子可藉由不同的機制從電漿32裏被吸引出來並穿越電漿鞘302。在一實例中，工件40被施加偏壓以便從電漿32裏吸引離子束204的離子穿越電漿鞘302。離子束204的離子可以是p型摻質、n型摻質、氫、惰性氣體或者熟悉本專業的技術人員所知的其他物種。
當工件40被施加偏壓時，離子被吸引而穿越電漿鞘302且經過孔洞34。舉例而言，沿著軌迹路徑306而行的離子可相對於平面320c以+θ°的角度撞擊工件40。沿著軌迹路徑308而行的離子可相對於同一平面320c以大約0°的角度撞擊工件40。沿著軌迹路徑310而行的離子可相對於平面320c以-θ°的角度撞擊工件40。因此，入射角的範圍可在大範圍內變動，且在一些實施例中，入射角的範圍可為介於以大約0°為中心的+60θ°與-60θ°之間。此外，一些離子軌迹(如軌迹路徑306與310)可相互交叉。入射角(θ)的範圍可根據很多因素而變化，這些因素包括，但不限於，孔洞34的橫向寬度W、萃取板14在工件40上方的縱向間距(Z)、萃取板14的介電常數或者電漿32的其他製程參數。
再如圖3中所示，在不同的實施例中，萃取板14可沿著方向312被定位在工件40與萃取板14之間之不同的縱向間距(Z)處，其中方向312垂直於由工件40的前(上)表面所界定的平面320c。離子束204的形狀與寬度可根據間距Z而變化。舉例而言，在對應於平面320c的間距Z3處，離子束204可先於點P處形成焦點，然後離子束204可發散以形成當其撞擊工件40時具有寬度G的擴散束線。另一方面，若間距安排在對應於聚焦平面的平面320b處，則當離子束204撞擊工件40時，離子束204可形成較窄的束線寬度。在對應於平面320a的間距Z1處，會聚的離子束(convergent laser beam)204可以比點P更寬的面 積撞擊工件40，如圖所示。
除了間距Z的變異外，在另外的實施例中，可變化其他參數以改變離子束204的形狀與尺寸。這些參數包括孔洞寬度(就圓形孔洞而言，則為孔洞直徑)W以及電漿32的電漿密度，等等。
離子束204中的離子在工件40之上表面的分布可以不同方式來表徵。在一實例中，可隨位置的變化而測量離子流密度，以便產生離子束流輪廓。表徵離子束204的另一種方式是確定離子角輪廓，它是繪製相對離子數量隨離子入射角而變化的曲線。
圖4a-4c繪示可由系統(如依照本揭示之實施例的處理系統200)來產生的示範性離子角輪廓402、412及422。在一些實施例中，可藉由改變處理系統200的單個參數(如施加至電漿32的電漿功率)來產生這三種不同的離子角輪廓。電漿功率可能與電漿密度直接相關，因為較高的功率位準通常會使電漿32裏的離子與電子密度增大。藉由改變電漿功率，從而改變電漿密度，可改變電漿鞘302的厚度。具體而言，增大電漿密度可能會導致電漿鞘302的厚度减小。當電漿鞘厚度减小時，離子角輪廓會從較平行的分布(422)變為較寬的離子角輪廓(402、412)，或者呈現相反的趨勢，這取決於給定的孔洞寬度W。此外，當電漿鞘厚度給定時，增大寬度W會形成較平行的離子分布。因此，對於某些孔洞寬度W，使電漿密度單調遞增(减小電漿鞘302厚度)可產生離子角輪廓402、412及422的序列， 而對於其他孔洞寬度W，使電漿密度單調遞减(增大電漿鞘302厚度)可產生離子角輪廓402、412及422的序列。
具體而言，離子角輪廓402呈現出從-X°至+X°之寬的入射角範圍，其形成雙峰式分布(bimodal distribution)，其中兩個波峰404與406分布在法向入射角(0°)的兩側。這表明大部分離子是以實質上不同於法向入射角的角度撞擊在工件40上。在法向入射角處，離子角輪廓402顯示最小值，這表明以法向入射角撞擊在工件40上的離子少於以其他角度入射的離子。離子角輪廓412(可對應於以不同於產生離子角輪廓402所用的功率位準的功率位準所產生的離子束)呈現出本質上與離子角輪廓402相似的形狀，因為其分布也具有兩個波峰414與416。此例中的波峰間距可小於離子角輪廓402的波峰間距，這表明對應於波峰414、416的波峰入射角比波峰404、406更接近法線。相反地，離子角輪廓422呈現出以法向入射角為中心且顯示出較窄的離子角分布的單峰式分布(monomodal distribution)(單個波峰)424，這表明它是較平行的離子束，如上文所述。
再參照圖2，在各種實施例中，改變處理系統200的參數以建立想要的離子角輪廓來處理工件。在一些實施例中，用於離子束製程(如離子植入)的目標離子角輪廓可經設定和定期重設(reset)以確保根據所需的製程來均勻處理晶圓(wafers)。具體而言，可測量離子束204和調整處理系統200的操作參數，直到離子束204的一個或一 個以上的目標離子角輪廓被建立為止，如下文參照圖5與圖6所述。這種調整可在植入製程即將開始前進行，且可按所需的時間間隔來執行，以便消除可能存在的系統參數漂移或系統變更，否則這些系統參數漂移或系統變更可能會使離子束204發生變化。
一旦一個或一個以上的目標離子角輪廓已建立，便可開始進行工件的離子植入，其方式是將用來建立這些目標離子角輪廓的相關參數的實驗值應用於處理系統200。在各種實施例中，可將多個離子角輪廓合並起來以產生複合離子角輪廓，如下文參照圖7a、圖7b所述。後面的方法能夠產生新的離子角輪廓，對於給定的處理系統(如處理系統200)，這些新的離子角輪廓可能無法以其他方式取得。
請參照圖5，其揭露了依照本揭示之一些實施例的一種調整離子角輪廓的方法500。在下文的圖5與圖6之論述中，為了便於說明，將參照圖4a的離子角輪廓402。在方塊502處，輸入離子角分布的最大角目標值。舉例而言，此數值可被輸入並儲存在離子植入系統的記憶體中。在方塊504處，測量離子束的離子角輪廓的最大角。如圖4a中所示，最大角408a、408b可表示離子的軌迹相對於零度入射角(基板法線)而形成最大角的離子角度。因此，最大角可對應於以掠射角(glancing angles)入射到工件上的離子。在方塊506處，若所測得的最大角與最大角目標值相同，則此方法前進到方塊508，處理晶圓。若所測得的 最大角與最大角目標值不匹配，則此方法前進到方塊510，調整相關的控制參數。舉例而言，若離子角分布之所測得的最大角小於最大角目標值，則可調整系統之所施加的電漿功率。再參照圖3，調整電漿32的電漿功率可改變電漿鞘邊界304的形狀，從而改變離開電漿的離子的角分布，這樣可使離子角輪廓的最大角變為目標值。然後此方法前進到方塊504，之後可反復進行離子束測量與參數調整，直到獲得最大角目標值為止。
圖6繪示依照另一些實施例的一種調整離子角輪廓的方法600的示範性步驟。在此方法中，可在反復的過程中調整兩個或兩個以上的參數，直到以不同角度入射的離子流達到想要的比率。這對於以下情形可能是有用的：想要以第一角度(如較高的入射角)來植入某部分離子，且以較低的入射角(如零度)來植入另一部分離子。請同時參照圖4a，離子角輪廓402可以是表示想要的相對離子流隨角度θ而變化的目標曲線。在一觀點中，離子角輪廓可部分地由以兩個不同角度410與411入射的離子流之比率來定義。角度410可對應於零度入射角(即，法向入射角)，以此角度入射的相對離子流會很低。換言之，離子角輪廓402可應用於離子植入製程，其中以法向入射角所進行的工件植入將會减到最少。角度411可對應於波峰離子流的所需角度，此角度可表示為離子植入的較佳角度。如前文所述，離子角輪廓402是具有兩個波峰404、406的雙峰式分布，這可表示軌迹形成的角度相對於法向入射角是具有 相同的絕對值。
在方塊602處，輸入以第一角度和第二角度入射的目標離子流，同時也輸入總離子束流目標值。這些數值可能代表以角度411和410入射的目標離子流。在方塊604處，測量以第一角度入射的離子流。然後此方法前進到方塊606。若以第一角度入射的離子流不是最大離子流-換言之，若角度411與波峰406不重合-則此方法前進到方塊608，調整處理系統的第一參數。第一參數可以是(例如)電漿功率。然後此方法前進到方塊604，再次測量以第一角度入射的離子流。若第一角度與波峰406相匹配，則此方法前進到方塊610。
當以第一角度入射的離子流與最大值一致時，在方塊610處，測量以第二角度入射的離子流，其中第二角度可以是角度410。然後此方法前進到方塊612，根據所測得之以第二角度入射的離子流來確定第一離子流與第二離子流之比率。若此比率與目標比率一致，則此方法前進到方塊614。舉例而言，理想的情形是，以角度411入射的離子流是以角度410入射的離子流的十倍。若所測得之以角度1和角度2入射的離子流的比率不等於目標值，則此方法前進到方塊616，調整離子植入系統的第二參數。第二參數可以是(例如)工件40與萃取板14之間的間距Z。藉由調整間距Z，可改變工件表面之精確的離子分布，如上文參照圖3所述。然後此方法返回到方塊610，重新測量以第二角度入射的離子流。
若以第一角度和第二角度入射的離子流之比率滿足目標值，則此方法前進到方塊614。在方塊614處，如果已做過任何調整，則需重新判定以第一角度入射的離子流是否與離子流中的波峰相對應。如果不相對應，則此方法前進到方塊602。若以第一角度入射的離子流相當於波峰位置，則此方法前進到方塊618。
在方塊618處，測定離子束中的總離子流。藉由安置離子流偵測器以在固定的時段對以全入射角範圍入射到工件上的所有離子進行偵測，便可測出總離子束流。然後此方法前進到方塊620，若所測得的離子流與總離子束流目標值不相匹配，則此方法前進到方塊622。在方塊622處，調整提供給工件的離子的工作周期(duty cycle)。這種調整可藉由改變施加在工件固持器上的偏壓脈衝的脈衝寬度來達成。在偏壓被施加在工件固持器上以便從電漿裏吸引離子的“接通”時段期間，離子束被加速而經過萃取板的孔洞並撞擊至工件上。在沒有偏壓被施加在工件上的“斷開”時段期間，電漿室裏的離子可能不會被加速而朝向工件。因此，在脈衝周期時段(“接通”時段與“斷開”時段之總和)保持不變的前提下，藉由改變偏壓脈衝的寬度便可調整“接通”時段的相對時長，從而改變一段時間內的離子流平均相對量。
執行完方塊622後，此方法返回到方塊618，重新測量總離子束流。若在方塊620處所測得的總離子流與目標值相匹配，則此方法前進到方塊624，根據當前已建立的 處理系統參數來處理晶圓(工件)。這些參數使得處理系統能夠引導具有目標離子角輪廓和總離子束流的離子束至工件。在一些實施例中，可針對額外的角度來重複此方法600，直到產生完整的離子角輪廓。
依照方法600，可定期檢查和調整被引導至工件的離子角輪廓與離子劑量，以確保離子劑量與離子角輪廓的一致性。在各種實施例中，方法500與方法600可以毫秒級或秒級來進行操作參數調整。因此，在一些實施例中，可在離子植入製程初期或者對兩個連續晶圓進行植入之間或兩批晶圓之間實施這種調整。
在一些實施例中，多個離子角輪廓可合並起來以形成被引導至工件的離子的複合離子角輪廓。舉例而言，在一些實施例中，第一與第二離子角輪廓可合並起來以形成第三離子角輪廓。在其他實施例中，第一離子角輪廓、第二離子角輪廓與第三離子角輪廓可合並起來以形成第四離子角輪廓，如圖7a與圖7b所示。圖7a繪示三種離子角輪廓，其中每個單獨的離子角輪廓702、712及722可表示為處理系統200在不同的電漿密度下得到的輪廓。舉例而言，與離子角輪廓402、412及422一樣，這三種離子角輪廓702、712及722可與處理系統200在三種不同的電漿功率位準下所得到的離子角輪廓相對應。然而，若想得到諸如離子角輪廓740的平面離子角輪廓，則顯而易見的是，與離子角輪廓702、712及722相對應的電漿功率位準中沒有一個電漿功率位準接近想要的離子角輪廓740。
然而，現在請參照圖7b，代表三種個別離子角輪廓702、712及722之總和的複合離子角輪廓730確實近似於想要的離子角輪廓740。在特定的實施例中，使處理系統200的操作條件在第一電漿功率位準、第二電漿功率位準以及第三電漿功率位準之間切換，便可將複合離子角輪廓730提供給工件。
顯然，複合離子角輪廓730不會在任何給定的瞬間被提供給工件。換言之，複合離子角輪廓730代表三種不同的離子曝露，它們具有分別在三個單獨的時段內發生的三種不同的離子角輪廓。然而，快速調整選擇參數來控制離子角輪廓，便可將這三種不同的離子角輪廓快速連續地提供給工件。工件可有效地曝露於合成離子角輪廓730下，它對工件具有同樣的效應，就像與複合離子角輪廓730形狀相同的單個離子角輪廓被瞬間提供給基板一樣。
提供多個離子角輪廓來產生複合離子角輪廓的優點在於，複合離子角輪廓可呈現出以單個離子角輪廓所無法得到的輪廓。具體而言，考慮到系統的離子束光學，作為單個離子角輪廓而得到的離子角輪廓的類型可能局限於某些形狀。相反地，本實施例提供一種方法，其根據使工件快速地曝露於不同的個別離子角輪廓來建構想要的離子角輪廓。舉例而言，個別的離子角輪廓702、712及722的形狀表明，當電漿功率較低時，以法向入射角(零度)入射的離子流很小，而當電漿功率較高時，以法向入射角入射的離子流形成波峰，但卻形成很窄的分布。絕不可能發生 在寬角度範圍內延伸的平面輪廓。然而，藉由將個別的離子角輪廓702、712及722加在一起，複合離子角輪廓730提供合理近似於離子角輪廓740之寬平面角分布的分布。
更一般而言，本發明之實施例提供來使任何所需數量的個別離子角輪廓進行合並以便形成具有所需形狀的複合離子角輪廓。舉例而言，在不同的實施例中，藉由使電漿功率在每個輪廓所對應的電漿功率設定點之間迅速地變化(例如，使電漿功率設定點以微秒級至約一百毫秒級的時間來變化)，5、10或20個個別的離子角輪廓便可合並起來。
圖8a至圖8c繪示一種使工件曝露在多個離子角輪廓下的方法的實施例。如參照圖7a、圖7b所述，離子角輪廓702、712及722可合並在一起，以便提供複合離子角輪廓。圖8a繪示提供離子角輪廓的次序。在一系列的兩個曝露周期802a、802b中，按圖8a所示的次序來連續提供離子角輪廓702、712及722。每一單個曝露周期802a、802b包括一次離子曝露，離子按離子角輪廓702、712及722而分布。依照各種實施例，在處理工件期間，曝露周期802a、802b可重複多次。因此，每個曝露周期包括將工件曝露在複合離子角輪廓730下。在圖8a至圖8c之實施例中，每個曝露周期802a、802b可持續相同的時間。
圖8b與圖8c分別繪示電漿的電漿功率曲線與工件偏壓曲線，它們能共同操作來產生曝露周期802a、802b。具體而言，圖8b繪示電漿功率曲線810，其包括不同的射頻 功率位準。這些不同的電漿功率位準可由射頻產生器來建立，射頻產生器可改變發送給天線(參見圖2之天線23)的射頻訊號的幅度，以改變電漿功率，進而改變電漿密度。如圖8a中所示，每個離子角輪廓702、712、722與從中能萃取出離子的電漿的不同射頻功率位準相對應。因此，在電漿功率曲線810的部分812a中，射頻功率設定為產生離子角輪廓712a的中間功率位準，其中離子角輪廓712a的特徵為關於零度對稱的較窄的入射角雙峰式分布。部分814a對應於產生單模(single mode)離子角輪廓722a的高射頻功率位準。部分816a對應於產生離子角輪廓702a的低射頻功率位準，其中離子角輪廓702a是較寬的入射角雙峰式分布。在部分812b、814b及816b中重複中-高-低功率位準的次序。再如圖8b中所示，對於不同的功率位準，離子曝露時長可不同。藉由改變不同功率位準下的相對曝露時間，可進一步調整複合離子角輪廓的形狀。換言之，複合離子角輪廓730可視為個別離子角輪廓702、712及722的時間加權平均值(weighted time average)。藉由改變不同離子角輪廓的相對曝露時長，具有較大曝露時長的一個或多個個別輪廓在複合輪廓中的權重變得更高。
圖8c繪示曝露於電漿期間施加在工件與電漿之間的示範性偏壓脈衝串(train)820，其中電漿的功率是由電漿功率曲線810來界定。在“接通”時段824期間，施用負電壓脈衝(-V)，且經由萃取板將電漿裏的離子從電漿裏萃取出來，並以偏壓所界定的能量將離子吸引到工件上。在 “斷開”時段822期間，脈衝電壓為零，且離子不會被吸引到工件上，也不會撞擊至工件上。因此，離子角輪廓702、712及722是在“接通”時段824期間產生，而不是在“斷開”時段期間產生。
依照一些實施例，不同的電漿功率位準之間的轉換可與工件偏壓脈衝的施加同步進行，使得這種轉換發生在脈衝“斷開”時段822期間。舉例而言，在對應於“斷開”時段822之中間的時點t1處，中間功率位準(部分812a)與高功率位準(部分814a)之間發生轉換。同理地，時點t2、t3與t4對應於不同的射頻功率位準之間的轉換，如圖所示。在一些實施例中，“接通”時段824與“斷開”時段822的各別時長可以是10μs級至約1ms級。當射頻功率位準從一個位準變為另一個位準時，電漿中不同的電漿密度之間的轉換可在大約10μs級的時間間隔內發生。因此，藉由使電漿功率曲線810與偏壓脈衝串820適當同步進行，不同的電漿密度(因而不同的離子角輪廓)之間的轉換可完全在“斷開”時段內進行。如此一來，用來產生每個離子角輪廓702、712及722的適當功率位準在偏壓脈衝串820之“接通”時段824開始前便已完全地建立，從而有利於更好地控制所形成的複合離子角輪廓。
在各種實施例中，給定射頻功率位準下的曝露時長可以是幾微秒(μs)級至幾毫秒(ms)級。因此，舉例而言，部分812a、814a及816a可對應於300μs、100μs及200μs的時間間隔，使得單個曝露周期(如曝露周期802a)持續 600μs。如上文所述，在各種實施例中，曝露周期802a、802b可重複多次。舉例而言，請再參照圖2，在曝露周期802a、802b期間，工件40可相對於孔洞34進行掃描，使得整個工件或工件的大部分都可曝露在複合離子角輪廓730下。當工件40被掃描時，控制器202可發送訊號給射頻電源20以便定期地改變功率設定點(位準)，且進一步控制訊號可被發送給偏壓電源212，從而產生電漿功率曲線810與偏壓脈衝串820，而電漿功率曲線810與偏壓脈衝串820則共同產生曝露周期802a、802b。
由於每個曝露周期802a、802b的時長可以是數微秒或長達約一百毫秒，所以當工件40在孔洞34下方被掃描時可執行數百或數千次曝露周期(掃描可持續數秒)。這可導致工件“經歷”有效的離子角輪廓，其由複合離子角輪廓(如複合離子角輪廓730)表示。舉例而言，假設工件掃描速度為1mm/s且工件40上的離子束寬度為5mm，則工件40上的任意點R將在5秒內掃過整個離子束204。利用曝露周期802a、802b時長為600μs的例子，在任意點R掃過離子束204期間，對工件40提供了總數約為8300次的曝露周期802a、802b。因此，由於在曝露周期802a、802b的時長內工件40只經歷了離子束寬度的一小部分(在本實例中為1/8300)，所以在掃描期間複合離子角輪廓730可被有效地提供給工件40的每個區域。同理也適用於工件靜態曝露，在此情形下工件在曝露於曝露周期802a、802b期間是靜止不動的。
除了提供一些方法與系統以便利用離子角輪廓來進行離子植入外，本發明之實施例還包括一些方法與系統，它們為用來處理工件以實現其他用途的離子束提供、調整及維護離子角輪廓。在一些實施例中，可提供離子角輪廓給工件以便處理三維表面結構特徵。舉例而言，可提供複合離子角輪廓來處理基板表面上的光阻凹凸特徵(photoresist relief feature)或者可提供複合離子角輪廓以使三維凹凸特徵的一些部分無定形化(amorphize)，或是其他的實施例等等。
舉例而言，在電腦可讀儲存媒體上具體實施指令程式，本文所述的方法便可自動執行，其中電腦可讀儲存媒體能夠被可執行這些指令的機器讀取。這種機器的一個實例是通用電腦。本專業領域衆所周知的適當儲存媒體之非限制性的示範用列表包括可讀或可寫CD、快閃記憶體晶片(flash memory chips)(例如，姆指碟(thumb drives))、各種磁性儲存媒體及其類似元件等等。
具體而言，改變直流(direct current，DC)萃取電壓及/或工件掃描速度的步驟可至少部分是藉由電子處理器、電腦可讀記憶體及/或電腦可讀程式相結合來執行。電腦記憶體還可用來接收、顯示和儲存與電漿系統之操作有關的製程歷史資訊，所述製程歷史資訊例如是以儲存之電壓值紀錄。
本揭示並不受本文所述之特定實施例所界定的範圍限制。實際上，根據前文的叙述和附圖，不僅本文所述的 實施例，而且本揭示的其他各種實施例以及本揭示的修改對熟悉本專業的技術人員而言都將明顯易懂。因此，這些其他實施例與修改意欲落入本揭示的範圍內。此外，雖然本文已以特定的實施方式、特定的環境、特定的用途來闡述本揭示，但是熟悉本專業的技術人員能夠理解的是，其實用性並不限於此，且本發明也可在任何環境下為了任何用途以有利的方式來實施。因此，應如本文所述之本揭示的完整範圍與精神來解釋以下所述的申請專利範圍。
10、200‧‧‧處理系統
12、201‧‧‧電漿源
14‧‧‧萃取板
16‧‧‧製程室
18‧‧‧氣體源
20‧‧‧射頻產生器
22‧‧‧射頻匹配網絡
23‧‧‧天線
24‧‧‧外殼
26‧‧‧絕緣體
28‧‧‧工件固持器
30、204‧‧‧離子束
32‧‧‧電漿
34‧‧‧孔洞
40‧‧‧工件
52、212‧‧‧偏壓電源
202‧‧‧控制器
206‧‧‧工件室
208‧‧‧掃描元件
210、312‧‧‧方向
302‧‧‧電漿鞘
304‧‧‧電漿鞘邊界
306、308、310‧‧‧軌迹路徑
320a、320b、320c‧‧‧平面
402、412、422、702、702a、712、712a、722、722a、740‧‧‧離子角輪廓
730‧‧‧複合離子角輪廓
404、406、414、416‧‧‧波峰
408a、408b‧‧‧最大角
410、411、θ‧‧‧角度
424‧‧‧分布
500、600‧‧‧方法
502~510、602~624‧‧‧方塊
802a、802b‧‧‧曝露周期
810‧‧‧電漿功率曲線
812a、814a、816a‧‧‧部分
820‧‧‧偏壓脈衝串
824‧‧‧接通時段
822‧‧‧斷開時段
P、R‧‧‧點
t1、t2、t3、t4‧‧‧時點
W、G‧‧‧寬度
Z、Z1、Z3‧‧‧間距
圖1是一種使用單孔洞的處理系統的方塊圖。
圖2是依照本揭示之一實施例的一種處理系統。
圖3繪示萃取板實施例的離子束幾何形狀的細節圖。
圖4a-4c繪示可由圖2之處理系統來產生的示範性離子角輪廓。
圖5繪示依照本揭示之一實施例的一種方法。
圖6繪示依照本揭示之一實施例的另一種方法。
圖7a繪示可由圖2之處理系統來產生的示範性離子角輪廓，它們在同一個坐標軸上相互重疊。
圖7b繪示代表圖7a之離子角輪廓之總和的示範性離子角輪廓。
圖8a繪示提供圖7a之離子角輪廓的次序。
圖8b繪示功率曲線，其包括與圖8a之離子角輪廓相對應的電漿功率未準。
圖8c繪示可與圖8b之功率曲線一起施用的示範性偏 壓脈衝串。
600‧‧‧方法
602~624‧‧‧方塊

Claims (15)

  1. 一種處理工件的方法，包括：引導第一離子束朝向工件的第一區域，所述第一離子束具有經由萃取板的孔洞而萃取的第一離子的第一離子角輪廓；以及引導第二離子束朝向所述工件的所述第一區域，所述第二離子束具有經由所述萃取板的所述孔洞而萃取的第二離子的第二離子角輪廓，其中所述第二離子角輪廓不同於所述第一離子角輪廓，其中引導具有所述第一離子角輪廓的所述第一離子束與引導具有所述第二離子角輪廓的所述第二離子束包括將射頻產生器所產生的第一幅度的第一射頻訊號與第二幅度的第二射頻訊號發送給天線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，包括分別在第一時段與第二時段提供所述第一離子角輪廓與所述第二離子角輪廓各多次，其中所述第一時段與所述第二時段各自包括小於100毫秒的時長。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之處理工件的方法，其中所述第一時段不同於所述第二時段。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，更包括以交替方式來提供所述第一離子角輪廓與所述第二離子角輪廓多次。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，其中所述第一離子角輪廓為單峰式輪廓，且所述第二離子角 輪廓為雙峰式輪廓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，更包括：在引導所述第一離子角輪廓朝向所述工件前先最佳化所述第一離子角輪廓，所述最佳化包括：測量所述第一離子角輪廓的第一最大角實驗值；將所述第一最大角實驗值與第一最大角目標值做比較；以及若所述第一最大角實驗值與所述第一最大角目標值不相同，則調整控制參數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之處理工件的方法，更包括：在提供所述第二離子角輪廓前先最佳化所述第二離子角輪廓，所述最佳化包括：測量所述第二離子角輪廓的第二最大角實驗值；將所述第二最大角實驗值與第二最大角目標值做比較；以及若所述第二最大角實驗值與所述第二最大角目標值不相同，則調整控制參數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，更包括：在引導所述第一離子角輪廓朝向所述工件前先最佳化所述第一離子角輪廓，所述最佳化包括：測量以第一目標角度入射的第一離子流； 若所述第一離子流不是峰值離子流，則對離子植入系統的控制參數進行第一次調整；測量以第二目標角度入射的第二離子流；以及若所述第一離子流對所述第二離子流的比率與目標比率不匹配，則對所述離子植入系統的所述控制參數進行第二次調整。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之處理工件的方法，更包括：執行完所述第二次調整後，測量所述第一離子輪廓的總離子流；以及若所述總離子流與總離子流目標值不相同，則調整萃取脈衝序列的工作周期。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，其中所述第一離子角輪廓與所述第二離子角輪廓之總和包括第三離子角輪廓，所述方法更包括：使所述工件相對於所述萃取板進行掃描，同時將所述第三離子角輪廓提供給所述工件。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法，更包括提供偏壓脈衝串給所述工件，其中所述第一離子角輪廓與所述第二離子角輪廓是在所述偏壓脈衝串的接通時段期間形成，在所述接通時段期間離子被吸引到所述工件上，以及其中所述第一幅度與所述第二幅度之間的轉換是在所述偏壓脈衝串的斷開時段期間進行，在所述斷開時段期間離子不會被吸引到所述工件上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之處理工件的方法， 更包括將經由所述萃取板而萃取的第三離子的第四離子角輪廓提供給所述工件的所述第一區域，其中所述第三離子的所述第四離子角輪廓不同於經由所述萃取板而萃取的所述第一離子的所述第一離子角輪廓和所述第二離子的所述第二離子角輪廓。
  13. 一種電漿處理系統，包括：射頻產生器，其經配置以發送射頻訊號，以便產生電漿；工件固持器，其經配置以接收相對於所述電漿的偏壓，以便吸引離子穿越電漿鞘朝向工件；萃取板，其具有一孔洞，所述萃取板經配置以提供離子束，所述離子束具有以一入射角範圍分布在所述工件上的離子；以及控制器，其經配置以便在一系列的曝露周期中發送控制訊號給所述射頻產生器，從而使所述射頻訊號的幅度在第一幅度與第二幅度之間以交替方式變化，其中每個曝露周期包括第一離子曝露和第二離子曝露，所述第一離子曝露和所述第二離子曝露分別與所述第一幅度和所述第二幅度相對應，且分別包括經由所述孔洞而萃取的離子的第一離子角輪廓和第二離子角輪廓。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電漿處理系統，其中所述工件固持器經配置以便在一系列的所述曝露周期期間使所述工件相對於所述萃取板的所述孔洞進行掃描，其中每個所述曝露周期小於所述工件掃過與所述離子束寬度 相等的距離所需時長的百分之十。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之電漿處理系統，其中所述第一離子曝露長於所述第二離子曝露。
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