TWI364052B - Method to increase low-energy beam current in irradiation system with ion beam - Google Patents

Description

1364052 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 此申請案主張先前日本申請案JP2004-3475 1 1之優先 權，其揭露內容於此倂入參考。 本發明係關於使用離子束之照射系統’諸如離子植入 系統，的改良。於離子植入系統中’照射目標是GaAs上 矽製成之晶圓。 【先前技術】 隨著半導體裝置的減縮，對於離子植入準確度非常重 視，即使是在高電流的離子植入步驟當中。傳統上，目標 晶圓的表面上及在目標晶圓到晶圓間的被植入離子的數量 (劑量）的變化爲1 %或更小便已足夠。然而，在最先進 的步驟中’除了劑量準確度以外，尙需要以低能量控制離 子植入角度準確度及能量準確度。減小植入角度準確度的 φ 因數被分類如下。 (1) 確實遷移之離子束的中心軸線（在下文中簡稱爲射 束，“beam”）對於被設計的中間軌跡有—角度。此稱爲中 間軌跡偏差。 (2) 在如同一群離子的射束內部，在個別離子對於射束 之中間軌跡的前進方向的變化變大。此係指射束發散角度 的增加。 (3) 分批離子植入系統中’假設在目標晶圓中心的植入 角被設定在上面裝有晶圓的圓盤的旋轉軸與設計的射束中 (2) (2)1364052 心軸彼此不平行的地方，則由於晶圓相對於射口中心軸的 搖動動作，在晶圓左及右側的植入角變成與設定値不同。 此稱爲植入角偏差。 在它們當中，項目（1)及（3)破壞裝置特色的四折不對 稱。此增加裝置性能的變化且極度降低最先進裝置的產 量。在項目（2)的射束發散角小時作爲減弱項目（1)及（3)的 影響。可是，倘若射束發散角太大，則在橫向的摻雜分佈 被增加，使得基本裝置結的大小變得與設計的不同且因此 裝置的性能被降級。 爲解決分批離子植入系統中項目（1)的間題，有必要旋 轉晶圓並執行來自四個方向相對於設計的射束軸的離子植 入。然而，於此方法中，有必要將一次植入操作劃分成四 次植入操作，並針對每次植入操作將所有十餘個晶圓轉動 90°。因此，生產力（產量）極低。 項目（3)的問題可藉著安排圓盤之旋轉軸與射束軸成彼 此平行並藉著以特定的偏移角設定圓盤上的晶圓來加以避 免。然而，植入角度（偏斜角）方面沒有彈性。雖然可以 以小的植入角偏差製造圓盤，但是作爲項目（3)的另一解決 方案，此一圓盤的晶圓冷卻效能必定會變得不夠充分。因 此，於分批離子植入系統中，要增加植入角準確度又要不 會降低系統的目前效能是不可能的β 除了上述以外，引述以下幾點作爲分批離子植入系統 的缺點。 (Α)欲執行超過7°的大植入角的離子植入是不可能 (3) 1364052 的。 (B) 隨著上面裝有晶圓之圓盤的高速旋轉， 表面結構有可能會由於粒子在晶圓上移動而受損 (C) 由於每分批裝載十餘個晶圓是總是必要 使是處理少量的晶圓時亦需要假晶圓的數量。 (D) 彈性體（橡膠）被用來當作晶圓與被冷 間的熱導體。由於彈性體容易藉由接觸很多晶 削，故在各晶圓背部上的.粒子污染量大。 分批離子植入系統具有射束使用效率高且生 高的重大價値。然而，其無法再被用作爲針對因 小而必需具有高準確度的高電流離子植入系統。 本文以下將說明取代分批離子植入系統之傳 圓離子植入系統大約第一至第三例子。第一個例 射束型單一晶圓高電流離子植入系統，第二個例 機械掃描型單一晶圓高電流離子植入系統，以及 子是射束掃描型單一晶圓中電流離子植入系統。 是’我們所提供的射束型單一晶圓高電流離子植 未被提出。 參照圖1及2，將描述帶狀射束單一晶圓高 植入系統。 於圖1中，透過擷取電極102擷取自離子源 束受到偶極磁103中的質量分析。在質量分析之 水平發散。該發散射束通過加速/減速行電極部 著再度被聚焦並被作爲平行化及過濾之用的偶極 各晶圓的 〇 的，故即 卻圓盤之 圓而被修 產力相當 應裝置縮 統單一晶 子是帶狀 子是二維 第三個例 要注意的 入系統尙 電流離子 1 0 1的射 後，射束 104且接 磁105平 (4) 1364052 行化，以便能形成帶狀射束。該帶狀射束具有片狀橫剖面 形狀且因此亦稱爲片射束。帶狀射束具有射束區段，其水 平寬度大於晶圓大小，且垂直寬度遠小於晶圓大小。 本文所述之“水平”軸被定義爲在質量分析磁中之射束 中間軌跡所形成的水平（發散）平面上的軸線，且垂直於 該射束中間軌跡。“垂直”軸係垂直於水平平面及該射束中 間軌跡二者。“縱向”軸係與射束中間軌跡平行。水平軸及 φ 垂直軸二者皆在“橫向”平面上。雖然掃描方向可與水平方 向不同’爲了方便起見，於以下說明中，掃描方向被視爲 水平方向。 離子植入的進行係藉著使用平台106機械地向上及向 下移動晶圓時固定射束。藉著擷取並遷移高能量射東獲得 低能量射束並在靠近晶圓附近安裝減速台1 07將其減速。 第一例子的離子植入系統具有以下優點。 造成低能量射束電流減少的空間電荷效應（離子間的 • 排斥）與射束密度成正比。由於帶狀射束具有大的橫剖面 面積，只要射速電流相同，射束密度相較於其它型比較變 低。另一方面，倘若可遷移的射速密度相同，則射束電流 變得較大。 然而，第一例子的離子植入系統具有以下缺點。 在水平方向的射束密度的均勻性，代表水平方向的劑 量均勻度。要得到1 %或更小的射束密度不均勻度相當困 難。特別是低能量時，射束由於空間電荷效應而自然地發 散且因而幾乎無法控制射束密度。 (5) 1364052 再者’由於射束接近晶圓被減速，由於 體或抗逸氣互動而被減速前被中和的射速離 其等不用被減速。此等射束離子成爲能量污 於此種射束離子不會當作射束電流來量測， 量的錯誤（過劑量）。 再者，由於於射束通過平行化電磁105 而被中和的該等離子，在偏轉角方面變得不 如圖2箭頭所示之不正常的植入角植入進晶 由於帶狀射束的片平面及偏轉平面（於平行-的射束軌跡平面）於水平平面上彼此互相重 成。 畢竟，如同前述的分批離子植入系統， 單一晶圓高電流離子植入系統因爲其射束電 力高，但植入準確度差。 參照圖3，將描述二維機械掃描型高電 統。 於圖3中，透過擷取電極202擷取自離 束在質量分析電磁裝置203中受到質量分析 之後，在平台206上的晶圓被透過差分透鏡 射。於此例子中，射束被固定且藉機械掃描 平台206機械地垂直及水平地移動晶圓在整 實施離子植入。射束的橫剖面大小在垂直及 皆遠小於晶圓大小。在極低能量的植入情形 速的離子。 與電漿簇射氣 子被植入，因 染。再者，由 故亦會發生劑 時與氣體碰撞 確定且因此以 圓108。此係 it；電磁105中 疊的事實所造 該帶狀射束型 流大，故生產 流離子植入系 子源201的射 。在質量分析 205以射束照 ，即，藉使用 個晶圓的表面 水平方向方面 中，使用被減 -8 - (6) (6)1364052 第二例的離子植入系統具有以下優點。 相當大量的射束電流以低能量獲得。 來自離子源201到平台20 6的射束線短且該離子植入 系統的供應價格極低。 然而，第二例的離子植入系統具有以下缺點》 分批離子植入系統之射束線固有的缺點，諸如射束軸 偏差、低能量下射束發散角的增加、以及在射束之減速中 能量污染的產生，就像它們一樣爲固有的。 由於在機械掃描中，掃描頻率無法被設高但僅被設定 在1 Hz，每單位時間射束通過在晶圓上各點的掃描次數是 少的。爲將晶圓表面中劑量的不均勻度抑制到1 %或更 小，掃描次數應被設定到約100。爲於一使用低掃描頻率 的系統中達到它，射束應故意減少以便延長植入時。換言 之，爲了增強劑量準確度，應犧牲生產力。 畢竟，二維機械式掃描型高電流離子植入系統生產力 方面低且於植入角準確度方面亦不佳。 參照圖4A及4B，將描述射束型中電流離子植入系 統。該系統之頂視圖係顯示於圖4A而側視圖係於圖4B。 此種中電流離子植入系統係揭露於，例如 JP-A-2003-288857 » 於圖4A中，產生於離子源301中的離子透過擷取電 極（未顯示）被擷取成射束302。被擷取的射束302在偶 極電磁303中受到質量分析使得只有一種必要的離子物種 被選擇。僅以該必要的離子物種組成之離子射束302被供 -9- (7) (7)1364052 應至射束變壓器3 04內，射束3 02的橫剖面形狀在射束變 壓器304被調整成射束遷移線。射束變壓器3〇4係以磁性 Q (四極）透鏡、靜電Q (四極）透鏡等所形成。具有適 當橫剖面形狀的射束在與圖4A之片狀表面平行之平面被 掃描器305偏轉。 該掃描射束被平行化透鏡（下文稱“P透鏡”）306平 行化以便與0°的偏轉角之軸線平行。於圖4A中，掃描器 3 05的射束掃描範圍由粗黑線及虛線標示。來自p透鏡 306之射束透過一或多個加速/減速行電極3〇7被送至角 能量流量器308 (下文亦稱爲“AEF”）。角能量流量器308 實施關於該離子之能量的分析從而只選取具有必要能量的 離子物種。如圖4B所示，只有被選取之離子物種於角能 量流量器308中被稍微地向下偏轉。只以被選取之離子物 種組成之射束經由電漿電子淹沒式系統309被遷移至晶圓 3 1 0。不被射到晶圓3 1 0的射束在射束制止器3 1 1入射， 使得其能量被消耗。一般而言，從離子源301到容納晶圓 310的真空處理室的結構稱爲射束線。 於此型的離子植入系統中，擷取自離子源301的射束 在質量分析之後，以數百Hz到數KHz的掃描頻率被掃描 3 05水平偏轉且接著被P透鏡306平行化。射束的橫剖面 大小遠小於晶圓3 1 0的大小且難水平方向的射束掃描範圍 被設定成大於晶圓310。關於垂直方向，實施機械式掃描 以便如同在帶狀射束型中般地移動晶圓310。在平行化之 後，射束被加速/減速行電極或電極307加速或減速以便 -10- 1364052 ⑻ 涵蓋5eV到26 0 eV的一廣能量範圍。藉著透過角能量流量 器308以電場或磁場形式在加速或減速之後實施能量分 析，純粹的射束能被植入到晶圓310內。雖然未予繪示， 但能量流量器係設置於角能量流量器308的下游端。 第三例的離子植入系統具有以下優點。 射束平行化可被量測使得於水平方向的植入角能以高 準確度在整個晶圓上均勻地設定。 由於掃描頻率高，可於晶圓中得到高劑量均勻度，即 使是短時間的植入。 .藉著使用角能量流量器308，所有的能量污染及產生 於射束線中的粒子與金屬污染的主要部分可被防止朝向晶 圓移動。 射束的平行性及射束的能量過濾被不同的裝置實施使 得射束掃描平面（水平）及垂直於角能量流量器3 08的偏 轉軌跡平面能設成彼此互相垂直。因此，於通過角能量流 量器308及以不正常角度自其出來時被中和的一部分的射 束無法通過在晶圓前的窄狹縫，且因而被防止植入進晶圓 3 1 0 內。 然而，第三例的離子植入系統具有以下缺點。 遷移射束電流的量小。特別是於極低能量下，射束幾 乎無法被遷移。 畢竟，射束掃描型中電流離子植入系統能有高度準確 的植入但無法被遷移足夠高而用於高電流離子植入步驟中 的射束電流高到晶圓。 -11 - (13) (13)1364052 著針對掃描被相互偏轉。 根據本發明第九觀點，質量分析狹縫係設於質量分析 裝置的下游端。質量分析狹縫被整合地以包括有正常植入 之狹縫、高質量解析低劑量植入之狹縫、以及具有射束集 中用之窄開口之射束集中狹縫的三個狹縫所組成，且該三 個狹縫視正常植入、高解析低劑量植入、以及植入前的射 束集中而定在其間切換。射束變壓器包含垂直聚焦DC四 極電磁QD及水平聚焦DC四極電磁QF。垂直聚焦DC四 極電磁QD及水平聚焦DC四極電磁QF在掃描用的偏轉之 後，將從具有圓形橫剖面或橢圓形或卵形橫剖面之射束轉 換成在射束線之所有區域中具有在掃描方向是長的橢圓形 或卵形橫剖面之射束，從而增加低能量射束電流。 .【實施方式】 在描述本發明較佳實施例之前，將於下文說明應用本 發明於離子植入系統的該等改良要點。 要注意’下文中的“水平軸線”係指於與射束前進方向 垂直之方向的平面以及於以質量分析偶磁（色散平面）中 軌跡形成之平面中的一軸線。同理，“垂直軸線，，係指於 與射束前進方向垂直且與水平軸線垂直之平面的一軸線。 “縱向”表示射束前進方向。因此“水平”及“垂直，，並不一定 是指地表面。 藉著本發明，高電流射束已成爲能於被遷移的同時， 保持射束掃描型單一晶圓中電流離子植入系統能有高準確 -16- (14) (14)1364052 度之離子植入的能力。爲能遷移高電流射束，有必要克服 空間電荷效應。爲了遷移高電流射束，有必要克服空間電 荷效應。換言之，當射束爲了掃描被偏轉時，射束軌跡的 路徑長度隨著掃描角的增加而增加。當射束軌跡的路徑長 度改變時，亦產生某個程度上空間電荷效應的差異。當空 間電荷效應的差異在射束遷移的途中產生時，會在晶圓上 產生射束發散角及射束大小的變化。根據本發明之離子植 入系統安裝有校正它的系統。 再者，根據本發明之離子植入系統安裝有能增強包括 垂直植入角準確度的植入角準確度的系統，垂直植入角準 確度在中電流離子植入系統中是不被考慮的。 當射束電流變得夠高時，會產生諸如由於光阻放氣的 增加造成劑量偏差及劑量均勻度降低、由於植入期間晶圓 充電造成的閘極氧化物的靜電崩潰、以及由於射束濺鍍產 品增加造成之不同種類的摻雜的污染的問題。根據本發明 離子植入系統亦考量到應付此種問題的對策。 總結前述要點，特定採取供改良的手段如下。_ (1) 作爲射束擷取系統及質量分析系統，分批高電流離 子植入系統的是用來可以高電流射束的擷取與質量分析。 (2) 在質量分析電磁裝直與掃描器之間，設置一對垂直 聚焦DC四極電磁QD (四極去焦）及水平聚焦DC四極電 磁QF (四極去焦）。藉著使用此等電磁，在掃描器入口 的射束的橫剖面被轉換成在射束掃描方向是長的卵形或橢 圓形。要注意的是掃描器具有能儘量防止其產生之電場影 -17- (15) (15)1364052 響在掃描方向具有長剖面之射束的收歛與發散的此種電極 形狀爲佳。 (3) 在質量分析電磁裝直與掃描器之間，設置垂直聚焦 同步化四極電磁syQD (同步化四極去焦）及水平聚焦同 步化四極電磁 syQF (同步化四極去焦）。藉著使用此等 電磁，校正了由被導向晶圓中心之射束軌跡（內軌跡）之 射束與被導向晶圓左及右側之射束軌跡（外軌跡）間之空 間電荷的差異所造成之射束發散角與射束大小的偏差。

(4) 電磁減速P (平行化）透鏡係設置於掃描器下游 端，且含有一對內部各能禮供應正或負電壓之電極的A/D (加速/減速）行被設置於減速P透鏡的下游端。藉著使 用減速P透鏡，低速的離子植入方面的減速比率能變得相 當小使得接在減速之後的射束的發散可被抑制。再者，藉 著在由減速P透鏡產生之垂直方向的強大收歛力與A/D行 之強收歛力之間取得平衡，射束能適度地相對於垂直方向 向晶圓聚焦。 (5) 在質量分析電磁裝置與電子掃描器之間，設置一對 針對垂直垂直方向中心軌跡校正之用與針對水平方向中心 軌跡校正之的轉向電磁STY與STX。此外，各個能夠相對 於垂直與水平方向量測射束中間位置的二輪廓監視器係分 別緊接在掃描器之後及靠近晶圓設置。藉著結合此等監視 器、轉向電磁STY與STX'擷取電極的偏斜（可三軸移動 的）、以及質量分析電磁裝置與掃描器之偏斜角的細微調 整，來自射束的設計的中間軌跡的偏差得以消除。 -18 - (16) (16)1364052 (6)混合角能量流量器（下文稱爲“AEF”）設置於A/D 行與晶圓之間。一般而言，角能量流量器被稱爲能量過濾 裝置。能量流量器係設於AEF的下游端使得只有具有預定 能量的離子物種能通過能量流量器。以此一配置，來自射 束線之上游端的能量污染（中性粒子）、金屬污染、粒子 等等被移除。 混合AEF係能產生電場及磁場的能量過濾裝置，且使 用磁場於低能量的離子植入之用，而電場主要用於高能量 的離子植入。由於電子無法進入具電場的AEF區域，故由 帶正電荷離子間斥力造成的強大發散力會在射束產生（空 間電荷效應）。因此，倘若使用電場於以低能量的離子植 入，則射束電流幾乎變成零。另一方面，由於磁場AEF陷 獲電，故射束的正電荷被消除，使得空間電荷效應大大減 弱。然而，由於產生與射束掃描平面（水平平面）平行的 磁場是必需的，故AEF偏斜電磁的極隙變得相當大，使得 無法產生強大的磁場。因此，AEF無法藉著磁場的簡單使 用來偏斜高能量離子。 混合AEF是能量過濾裝置，其補償電場AEF及磁場 AEF所具有的缺點，且亦能轉換低能量高電流射束而不會 降低高純度射束遷移到晶圓的主要功能。 磁場AEF的結構具有小的漏磁場，才不致於干擾防止 晶圓的靜電充電所必需的低能量電子的運動。 混合AEF，詳而言之，係以AEF偏斜電磁與AEF偏 斜電極所形成。由於掃描平面（水平平面）與偏斜平面 •19- (17) (17)1364052 (垂直平面或反之亦然）彼此互相垂直，故能以小的彎曲 角來實施過濾》因此，即使中性粒子係藉著於射束的偏斜 期間在射束離子與殘餘氣體原子間電荷交換反應而產生， 該等粒子不會以不正常的角度被植入到晶圓。 (7) 電漿簇射系統（AEF電漿簇射）係設於混合AEF 之磁場的中心軸。電子自 AEF簇射被供應至 A/D行與 AEF之間的區域，並且進入到混合AEF的磁場區域以便減 少空間電荷效應，從而致使低能量高電流射束的遷移。多 數個永久磁鐵係安裝於AEF真空室的內壁上，以便形成尖 點磁場，從而增加電子約束效率。 (8) 以防止晶圓的靜電充電，以及同時，供應電子到 AEF與晶圓之間的射束以補償離子正電荷，電漿簇射被設 置於AEF之下游端，有別於與來自前述AEF電將簇射。 (9) 爲防止金屬污染，諸如狹縫及射束擊中的射束收集 器的該等部位全都以石墨製成。再者，爲防止具有水平長 剖面的射束擊中該等壁，從減速P透鏡到能量流量器區域 中的各個電極開口的寬度、直空室（以鋁製成）等等被設 成相等或大於（射束掃描範圍）+2 X (射束寬度） 爲防止交叉污染（被不同摻雜物種），能量流量器及 靠近晶圓且很多射束擊中的射束收集器各具有一對旋轉型 多表面結構，其中一個表面只對應到一離子物種且當被植 入之離子物種改變時自動地交換。 (1〇)藉著使用發散遮罩（能量流量器單元的一個表 面）及接近晶圓的後輪廓監視器，可以確認形成於射束中 -20- (18) (18)1364052 心軸與晶圓表面間的入射角在全部的水平（掃描）方向的 掃描區域中是固定的。同時，可以量測水平方向之射束的 發散角。當此等不充分時，p透鏡的電、及轉向電磁STX 與STY'四極磁QD、QF、syQD及syQF被細微調整。 (11) 電子抑制電極係設置於吸收電子的正電壓電極之 前與後，以及在能產生加速電子之電場的電極的較低電壓 端之前。此使用於補償空間電荷之用的電子爲不充分的區 域縮短。 (12) 高壓電源的連接方法被建構成植入能量僅由施加 到離子源的高壓來決定。再者，離子源的高壓電源被劃分 成一個是較高能量且另一個是較低能量，藉著切換它們來 使用它們。依此方式，藉著分別劃分動態範圍及使用高度 準確的高壓源，整個區域的植入能量準確度獲得保證。再 者，由於植入能量僅取決於離子源的禍電壓電源，其它諸 如減速P透鏡電源、A/D行電源、以及終端電源的高壓電 源就不嚴格必要。 (13) 當大量的氣體於使用高電流射束離子植入期間自 晶圓上的光阻產生時，在氣體分子與射束離子之間發生電 荷交換反應，使得某些部分的離子被中和化且無法當作射 束電流被量測。爲防止劑量錯誤因此現象而增加，引入一 種壓力補償系統用來以處理室（真空處理室）中被量測壓 力校正被量測射束電流。 現參照圖5 A及5 B，將說明本發明應用到單一晶圓離 子植入系統上的實施例。從離子源1開始說明到下游。此 -21 - (19) (19)1364052 離子植入系統的結構如下。擷取電極2係設於離子源1的 出口端。質量分析電磁裝置3設置於擷取電極2之下游 端。在質量分析電磁裝置3的下游端依命名順序設置有供 水平方向中間軌跡校正的轉向電磁STX 13、垂直聚焦DC 四極電磁QD 5、水平聚焦同步化四極電磁syQD 8、供垂 直方向中間軌跡校正的轉向電磁STY 14、水平聚焦同步 化四極電磁syQF 9、水平聚焦DC四極電磁QF 6。再者’ 電子抑制電極26接近擷取電極2設置在其下游且三極可 選擇式質量分析狹縫4係設置於DC四極電磁QD 5與同 步化四極電磁syQD 8之間。 在DC四極電磁QF 6之下游端設置掃描器（偏轉器） 7。電子抑制電極27與28設置於掃描器7的上游.與下游 端。在電子抑制電極28的下游端，依命名順序設置前輪 廓監視器15及注入式法拉第杯16。 從擷取電極2到注入式法拉第杯16之組件被容置於 終端37且高壓施加到終端37。 在注入式法拉第杯16下游端依命名順序設置前彎曲 孔徑10-1、靜電減速P透鏡（平行化透鏡）1〇、減速P透 鏡出口端電極10’、第一 A/D行電極1 1、第二A/D行電極 12、混合 AEF 18。前彎曲孔徑10-1係作爲形成射束之 用。於此實施例中，雖然靜電減速P透鏡於圖5A中係以 單一電極10來繪示，該靜電減速P透鏡係以10及29繪 出的二個電極加以實施。特別是，此二電極的上游端的配 置是作爲電子抑制電極29來使用。爲何電極29稱爲電子 -22- (20) (20)1364052 抑制電極的理由將於後述。於以下說明中，應注意到靜電 減速P透鏡10包括電子抑制電極29。雖然傳統減速P透 鏡需要四個電極，但無論如何，此實施例中的減速P透鏡 10只需要二個電極。此四個電極10’、11、12、12’及它們 的絕緣體形成A/D行。 AEF 18在其上游與下游端分別具有電子抑制電極30 與31。AEF 18在其二個水平端進一步設有AEF電漿簇射 20。多値永久磁鐵21設置於AEF室38的壁上從而形成約 束電漿用的尖點磁場。爲形成尖點磁場，永久磁鐵21以 它們的磁極導向AEF室38的內部且相鄰的磁鐵的極性彼 此相對來設置。在AEF室38的出口端上設有撞針板38-1 用以接收不被AEF 18偏轉但直走的金屬原子、粒子等。 AEF室38係連接到處理室（真空處理室）39。於處 理室39中，依命名順序設置有三表面能量流量器單元19 與發散遮罩25的組合結構、電漿簇射22、晶圓23、及三 表面射束收集器24。不消說，沿著射束線內部的室以高度 真空維持。 不同電源到上述各個組件的連接方式如下。 離子源高壓電源32係連接於離子源1與地之間，且 電子抑制電源41係連接於擷取電極2與終端37之間。終 端高壓電源33係連接於終端37與地之間，且抑制電源42 係連接於終端37與電子抑制電極29之間。此即爲電極29 何以被稱爲電子抑制電極的原因。P透鏡高壓電源34係 連接於終端37與各個靜電減速P透鏡10與其出口端電極 -23- (21) (21)1364052 1〇’之間。第一A/D行高壓電源35係連接於第一A/D行電 極11與地之間，且第二A/D行高壓電源36係連接於第二 A/D行電極12與地之間。實際上，如稍後將敘述者，第 〜A/D行高壓電源35與第二A/D行高壓電源36各個能 夠藉著在二種電源之間切換而施加正或負電壓。 現在，將說明上述各別組件的特定結構與功能。 〔離子源1、擷取電極2、質量分析電磁裝置3、三級可選 擇式質量分析狹縫4〕 此等基本上與用於分批高電流離子離子植入系統中的 是相同的，從而能賦予高電流射束擷取與質量分析。雖然 如此’，擷取電極2具有三軸調整結構，能夠調整縱向位置 (“隙”軸）、水平位置（“側”軸）、及垂直角度（“偏斜” 軸）。縱向與水平位置調整僅針對高電流射束擷取而使 用’而垂直角度調整係用來針對集中射束。 如圖6所示，擷取電極2係被三軸驅動機構2-1建構 成可沿著“隙”軸向前及向後移動、可沿著“側”軸向左及右 移動、以及繞著水平偏斜軸可向前及向後偏斜。 質量分析狹縫4爲三極自動選擇式。詳而言之，如圖 7所示’端視使用而定，質量分析狹縫4可在正常高電流 植入狹縫4-1、高解析度與低劑量植入狹縫4-2、以及供射 束集中用之孔4-3之間選擇。高電流植入狹縫4-1具有約 50的質量解析度且能夠分離50 am u (原子質量單位）離子 與5 lamu離子。另一方面，高解析與低劑量植入狹縫4_ 2 -24- (22) 1364052 具有約200的質量分析。要注意的是，當通過質量分析狹 縫4時，射束的位置是固定的》 〔垂直聚焦DC四極電磁QD 5、水平聚焦DC四極電磁 QF 6、 掃描器7〕 藉著使用DC四極電磁QD 5與DC四極電磁QF 6、 掃描器7下游端的橫剖面被轉換成在掃描（水平）方向長 的卵形。在掃描器7之下游端，由於射束軌跡水平地移 動，故在水平方向的射束通過區域非常寬且因此將射束水 平聚焦的裝置無法設置。因此，在掃描器7的下游端有必 要防止因空間電荷效應造成之射束去焦力在水平方向產生 如此多。此係藉著將射束的橫剖面形成在水平方向是長的 形狀。 由空間電荷效應造成之在水平方向及垂直方向之射束 去焦力的大小Kx與Ky (焦距的反數）可分別由以下公式 (1-1)及（卜2)來逼近。 (1-1) (1-2) qm05I 1~η 4ϊπε0ΕΒχ5 σχ(σχ+σγ) qm0SI I —η

Sne,EBX5 σν(σχ+σν) 於公式（1-1)及（1-2)中，f。爲真空下的介電常數’ q是 離子的電荷，m是離子的質量，EB是射束能量，I是射束 電流，且η是空間電荷中和係數（0糾d 0表示電子 缺乏狀態而η= 1表示完全補償狀態）。再者’水平射束 -25- (23) 1364052 大小給定2σχ，而垂直射束大小給定 由此等公式可瞭解到當水平射束大小2σχ充分 直射束大小給定2<jy時，在水平方向之射束去焦力 Kx遠小於在垂直方向之射束去焦力的大小Ky。 DC四極電磁QD 5與QD 6有需要根據水平與垂 大小2σχ與2ay分別設置在最理想的位置。QD5的 的位置是垂直射束大小變爲最大而水平射束大小變 的位置》QD 6的最理想的位置是垂直射束大小變爲 水平射束大小變爲最大的位置。 〔垂直聚焦同步化四極電磁syQD8、水平聚焦同步 電磁syQF9、靜電減速P透鏡10〕 由公式（1-1)及（1-2)可瞭解到，空間電荷效應 能量的1.5次方成反比。因此，射束能量愈高愈好 移高電流射束是有需要的。另一方面，於射束掃描 植入系統中，爲了讓射束在整個晶圓的表面以相同 入，掃描器之後的射束中間軌跡應以某些方法平行 速P透鏡10之電場具對離子起作用的水平成分， 於離掃描中間軌跡較遠之軌跡上的該等離子作出較 內轉動。然而，電場的縱向成分同時使離子減速。 射束能量當通過減速P透鏡10時被減至一比數 例。再者，由於從減速P透鏡10到第一A/D行電才 整個區域施加強大的電場，故此區域內幾乎沒有電 此，強大的空間電荷效應對此區域中的射束起作用 大於垂 的大小 直射束 最理想 爲最小 最小而 化四極 與射束 以便遷 型離子 角度進 化。減 使得位 大的向 於是， 個的比 i 11的 子。因 -26- (24) 1364052 如圖8所示，讓減速P透鏡ι〇以零次 型。於此情形中，對於由交替的長及短虛線 中間軌跡以及以掃描角Θ的射束掃描軌跡， 的路徑差變爲（焦距）x(l-cos0)。於是， 隨著掃描角Θ與（l-cose)成比例的變強。 跡與外軌跡間在去焦力方面的此差異就這樣 乎難以在外軌跡上通過，使得在水平方向的 著地被降低，如圖9A及10A所示。即使在 異造成的去焦力方面的差異小，此效應會透: 行電極1 1與第二A/D行電極12的減速而被 此問題可藉著依照描角Θ改變同步化四 與syQF9的磁場梯度而加以解決。詳而言之 10A的例子中，該對同步化四極電磁syQD8 場梯度以負比例常數與（l-cos0 )成比例地己 示。結果，如圖9B與10B所示，結果，如 所示，由於射束大小及射束發散角大體上能 與在掃描中心之軌跡上相同的射束量可甚至 移。此藉著同步化四極電磁syQD8與syQF9 於此實施例中，同步化四極電磁syQD8 步以掃描器7的偏轉電極電壓（掃描電壓） 角Θ與掃描電壓V之間的關係大體上以_ 予： V = C a · V e x t · t a η Θ (2) 逼近具有圓弧 所標示之掃描 電子缺乏區域 射束發散趨勢 倘若在中間軌 留著，射束幾 植入均句度顯 由前述路徑差 過在第一A/D 放大。 極電磁syQD8 ，於圖9A及 與syQF9的磁 t變如圖1 1所 圖9B及10B 彼此苓合，故 在外軌跡上遷 而達成。 與 syQF9同 控制。在掃描 F列公式（2)給 -27- (25) 1364052 於公式（2)中，Vext爲擷取電壓（在離子源i與終端 37間的電位差）且Ca爲比例常數。同步化四極電磁的線 圈電流Iq係與其磁場梯度成比例，且如圖1 1所示，各磁 場梯度與（l-cose)成比例。假設其比例常數及截距爲Cb及 C c，得到以下公式（3 ) 〇

Iq = Cb · ( 1 -c〇s6) + Cc (3) .由於掃描角Θ小，故藉著針對掃描角Θ對公式（2)及（3) 進行泰勒展開，採第二階，並將公式（2)的Θ代進公式 (3)。

Iq = A · V2 + Β (4) • 於公式（4)中，常數部分重新安排且新給成係數A與 B。 依此方式，同步化四極電磁的線圈電流Iq受到控制 以便以公式（4)所給予之二次表示法追隨偏轉掃描電壓V。 掃描電壓V(或掃掛速度）的波形在離子植入前便決 定，使得射束電流在整個晶圓上的掃描範圍變得均勻。關 於係數A與B，適當的値係藉著使用後輪廓監視器17比 較在中間軌跡與外軌跡得到之射束影像來決定。 藉設置此種系統，在中間軌跡與外軌跡間射束量與質 •28- (26) (26)1364052 方面無差異產生，使得可以進行以低能量高電流射束的晶 圓掃描。 減速p透鏡1〇的減速比例約爲4: 1爲佳。再者，減 速P透鏡10的曲率設成小爲佳，以便減少在掃描中間軌 跡與外軌跡之間的路徑長度。在AEF 1 8之下游偏轉電極 與減速P透鏡10之間的距離被縮短以便減少高減速比例 的空間電荷效應。 要注意，射束變壓器可以垂直聚焦同步化四極電極 syEQD及水平聚焦同步化四極電極syEQF取代同步化四極 電磁syQD8與同步化四極電磁syQF9來形成。由於此等 電極爲習知，將省略其說明。 再者，減速P透鏡1〇可如以下建構。 減速P透鏡10可包含多數個大體上彎曲的弓形電 極，其各個對於入射的射束在圓弧上有大體上固定的曲 率。 在多數個減速P透鏡10與多數個加速/減速行電極 之間的距離可被縮短。 在多數個加速/減速行電極之間的間隔可被設成彼此 相等。 在多數個減速P透鏡10與多數個加速/減速行電極 之間的距離可被縮短且在多數個加速/減速行電極之間的 間隔可被設成彼此相等。 〔第一A/D行電極1 1、第一A/D行電極1 2、第一 A/D行 -29- (27) (27)1364052 高壓電源35、第二A/D行高壓電源36〕 靜電減速P透鏡10平行化掃描用之射束藉著其在水 平（掃描）方向的聚焦作用，且在垂直方向亦具有相當強 大的聚焦力。倘若垂直聚焦力就這樣保持，則其由於過焦 而會使得射束在通過減速P透鏡10之後在垂直方向快速 發散。此作用對於低能量射束而特別大。 有鑑於此，一對只在垂直方向對射束具有強大聚焦效 應的電極係靠近減速P透鏡10設置。此等電極爲第一 A/D行電極1 1與第二A/D行電極12。由減速P透鏡10 產生之在垂直方向的發散藉著第一與第二A/D行電極1 1 與12在垂直方向的聚焦透鏡效應而被消除，使得可以控 制晶圓上在垂直方向的射束大小及射束發散角。透鏡效應 隨著能量的減少而增加。在減速P透鏡10之下游電極與 設置於A/D行電極12下游端的地電極12’之間，形成供 低能量離子植入中減速之用或是供高能量離子植入中加速 之用的縱向電場。詳而言之，減速P透鏡10之出口端電 極10’相對於地電極12’言，於減速期間具有負電位且於加 速期間具有正電位。對應地，爲能允許A/D行電極1 1與 1 2具有聚焦透鏡效應，正與負高電位被配置成可選擇性地 且獨立地分別施加到A/D行電極1 1與1 2。當離子束擊到 電極上而正高壓施加於電極時，因爲第一 A/D行高壓電源 35無法讓反向電流在其中流動，電壓變成不穩定或電源故 障。 因此，如圖12所示，第一A/D行高壓電源35及第二 -30- (28) (28)1364052 A/D行高壓電源36各具有二個可在其間切換的正及負電 -源.。正.及負電源各具有並聯的回.授電阻器38以便允許反 向電流流動。再者，由於此等電極係接近AEF電漿簇射 20設置，故電漿的離子及電子傾向在其中流動。因此，於 施加負電壓時亦可針對反向電流採取相同的手段。 圖13顯示減速P透鏡10的組合的一個例子，包括電 子抑制電極29、P透鏡出口端電極10’、第一及第二A/D 行電極11與12、以及地電極12’。此圖顯示結構之下半 部及A/D行。如前述，A/D行係以電極10’、1 1、12、12’ 及其間的絕緣體所組成。 圖14顯示P透鏡出口端電極10’、第一與第二A/D 行電極11與12、地電極12’、及混合AEF 18的組合。 AEF 18包含偶極電磁18-1及AEF室18-2，AEF室18-2 插入地設置於大體上在AEF線圈中心的空間內。AEF 18 進一步包含分別設置於射束入射面及射束外向面磁屏蔽 18-3及18-4。AEF 18固定於A/D行端及處理室39之間。 〔水平方向中間軌跡連接STX 13轉向電磁、垂直方向中 間軌跡連接STX 14轉向電磁、前輪廓監視器15、注入式 法拉第杯1 6及後輪廓監視器1 7〕 諸如在射束線中的電極及電磁的裝置並不實際地設置 於如被設計的位置，且因此總是會發生調整錯誤。例如， 當質量分析電磁裝置3稍微地繞著射束軸作爲旋轉軸旋轉 時，磁場的小的水平組成被產生且其稍微地將射束向垂直 -31 - (29) 1364052 _ 方向偏轉。於橫向平面（垂直於射束軸）的四極電磁的平 行移動中的錯誤、電極相對射束軸的小偏斜、繞射束軸之 電極的微小旋轉等等起作用以稍微地彎曲射束的中間軌跡 以將射束從主要設計的軌跡移位。倘若此等錯誤就這樣保 持，不僅是相對於晶圓的結晶軸的離子植入角出錯，而且 可遷移的射束電流會以最槽的情況下大幅減少》作爲因應 此問題的對策，設置以下中間軌跡校正系統。 Φ 此系統包含個別能夠量測射束之精確對準的中間位置 的前與後輪廓監視器15與17、轉向電磁STX 13與STY I4對、擷取電極2的三軸驅動機構2-1(特別是偏斜 軸）、質量分析電磁裝置3的細微調整功能、以及質量分 析狹縫4的射束集中孔4-3。 圖15A及15B顯示前輪廓監視器15的一個例子。前 輪廓監視器1 5包含包圍大到足以收納射束在裡面的空間 的框15-1、以及在框15-1與驅動機構（未繪示）的支撐 # 部I5·2。於由框15_1界定的空間中，二線15-3與15-4 的接線係延展以便以直角與彼此相交。當射束擊到各接線 時，由射束之強度決定的電流流進接線。如圖15B所示， 前輪廓監視器15傾斜地插進且自射束通過區域移除。射 束離子的水平與垂直分佈係藉著量測流過二接線15-3與 15-4之電流而得到。於此實施例中，前輪廓監視器15被 設置於掃描器7的下游端但可設置於其上游端。 圖16顯示後輪廓監視器17的一個例子。後輪廓監視 器17包二列以垂直方向配置的多杯17-1及以垂直方向延 -32- (30) (30)

1364052 伸的窄法拉第杯（輪廓杯）17-2。多杯17-1係 描射束在垂直方向及水平方向的輪廓，掃描射 係由圖式中交替的長及短虛線標示出。多杯 使得第二列的多杯分別在第一列之多杯間設置 可以似乎是得到連績的偵測資料。另一方面， 1 7-2係用以量測射束電流及水平射束輪廓。 後輪廓監視器17被驅動機構（未繪示） 固定速度水平向前移動且快速向後移動（移動 中箭頭標示）。水平及垂直射束輪廓係藉著同 杯流動的電流及杯的位置而獲得。射束電流係 自輪廓杯的電流而獲得。 要注意的是注入式法拉第杯（前法拉第杯 習知的。於此實施例中，注入式法拉第杯16 描器7與減速P透鏡10之間作爲射束平行化 設置於掃描器7的上游。注入式法拉第杯16 束被中途攔截的情形中。再者，前輪廓監視器 式法拉第杯16可以組的方式設置於掃描器7 鏡10之間或是在掃描器7的上游端。 另外附帶一提，射束之中間軌跡具有二個 物理量，其中之一是關於設計的中間軌跡之{5 差，另外的則是關於設計的中間軌跡之角度丈 因此，針對水平及垂直方向各個有必要提供 置。 於此實施例中’關於水平方向’由質量 :用於偵測掃 束的橫剖面 17-1的配置 ，且因此， 窄法拉第杯 驅動以便以 方向以圖式 時量測從各 藉著整合來 )1 6可以是 係設置於掃 ，裝置，但可 亦使用於射 15及注入 與減速P透 待被校正的 .置方面的偏 面的偏差。 二個校正裝 •析電磁裝置 -33- (31) (31)1364052 3及水平轉向電磁STX 13的細微調整來進行校正。另— 方面’關於垂直方向’校正以擷取電極2及垂直轉向電磁 STY 1·4的偏斜軸進行。各轉向電磁是具有小輸出的彎曲 電磁鐵》 現在，假設在水平方向Xi的射束中心偏差係由前射 束輪廓監視器1 5偵測到且在水平方向x 2的射束中心偏差 係由後射束輪廓監視器1 7偵測到。再進一步假設，爲了 消除此等偏差，.彎曲角可被質量分析電磁裝置3的細微調 整改變ΔΘ!，且水平轉向電磁STX 13的衝噴角被設爲 △ θ2。於此情形中，建立了以下的聯立方程式。 b 1 1 Δ θ 1 + 02ΐΔθ2 = -Xl b12 Δ θ 1 + b 2 2 Δ θ 2 = - X 2 (5) 其中bM、b21、b12及b22分別爲從質量分析電磁裝置3到 前輪廓監視器15、從水平轉向電磁STX 13到前輪廓監視 器15、從質量分析電磁裝置3到後輪廓監視器17、從水 平轉向電磁STX 1 3到後輪廓監視器1 7的第一列第二行成 分。此等係數理論上係藉射束光學計算。藉著解公式（5)， 必要的偏差角Δθ!、Αθ2分別藉以下的公式（6-1)及（6-2)導 出。 ΔΘ, =(b2lX2 -b22Xl) / (b11b22 - b12b22) (6-1) Δ Θ 2 =(bj2Xi -bi1X2) / (bj]b22 ' bl2l>22) (6-2) -34 - (32) 1364052 此亦適用於垂直方向。 藉著將來自二輪廓監視器之影像遺失的射束集中，植 入角的錯誤亦自動被校正。 圖17顯示當有偏位且當校正係由前述方法實施時， 可得到射束中間軌跡。作爲水平方向的調整元件，偏移電 壓可施加到掃描器7取代由質量分析電磁裝置3對偏轉角 φ 的細微調整。 前述步驟可由自動控制來實施。爲了實施，至少需要 射束能被遷移至接近晶圓設置的後輪廓監視器17。倘若不 是如此配置，則應藉著使用三極可選擇質量分析狹縫4及 前輪廓監視器15對各質量分析電磁裝置3及四個四極電 磁QD5、QF、syQD、及syGF進行對準調整。倘若有適當 對準，則在前輪廓監視器1 5上的射束位置不會移動，即 使當前述四個四極電磁的線圈電流改變時。 • 圖1 8係顯示以自動控制進行前述步驟之自動中間軌 跡校正演算法的一個例子的流程圖。下文將簡短敘述之。 於步驟S1，水平方向的射束中間偏差^係由前輪廓監視 器15來量測》於步驟S2，垂直方向的射束中間偏差x2係 由前輪廓監視器17來量測。於步驟S3,核對被量測到之 射束中間偏差X1與x2是否分別小於設定値。此處，如同 設定値，2 mm與1 mm係分別針對射束中間偏差χι與X, 設定。當然，此只是一個例子。倘若S3判斷出二個量測 到的射束中間偏差與x2分別小於設定値，則操作完 -35- (33) (33)1364052 成。另一方面，當量測到之射束中間偏差X ,與X 2的至少 其中之一等於或大於設定値時，作業進行到步驟S4» 步驟S4讀取質量分析電磁裝置3以及四極電磁QD5 與QF6、以及在0度掃描角之同步化四極磁鐵syQD8與 syQF9的設定電流値。接著，步驟S5進行前述射束光學 計算以導出公式（6-1)及（6-2)的係數= =1，2)。於 步驟S6，使用導出的係數bij偏差，偏差角調整量△01與 Αθ2自公式（6-1)及（6-2)導出。於步驟S7，質量分析電磁裝 置3的線圈電流的細微調整量係計算自彎曲角調整量Δθι 且水平轉向電磁STX 13的電流値係計算至衝噴角Δθ2。 於步驟S8，細微調整量被加到質量分析電磁裝置3的線 圈電.流且前述計算出的電流値以水平轉向電磁STX 13作 爲設定電流値。重覆前述步驟S1至S8直到滿足步驟S3 的條件。 注入式法拉第杯16具有於使用前輪廓監視器15時阻 擋射束的功能。由於前輪廓監視器1 5使用二鎢絲線與射 束相交，有必要阻擋射束以便防止濺鍍的鎢絲厚子到下游 去。再者，注入式法拉第杯16亦具有防止於調諧離子源 及質量分析系統期間高電流射束到達處理室39污染晶圓 附近的部位。 圖19顯示四個四極電磁QD5、QF6、syQD8及syQF9 與轉向電磁STX 13與STY 14之組合的一個例子。要注意 的是，如圖5A及5B所示，轉向電磁STX 13係設置於質 量分析電磁裝置3與質量分析狹縫4之間，但並不侷限於 •36- (34) 1364052 此位置。較佳的是轉向電磁STX 13設置於在質量分析電 磁裝置3與掃描器7之間射束水平聚焦或幾近聚焦的位置 處。另一方面，垂直轉向電磁STY 14係設置於質量分析 狹縫4與掃描器7之間，特別是在四極電磁syQD8與 syQF9之間，但並不侷限於四極電磁syQD8與syQF9之間 的位置處。詳而言之，垂直轉向電磁STY 14可設置於前 輪廓監視器1 5之上游的任何地方。 〔混合AEF 18'三表面能量流量器單元19〕 角能量過濾器及能量流量器亦使用於單一晶圓中電流 離子植入系統。然而，AEF 18是混合型，電場只在較高 能量下才會協助磁場來防止低能量高售流射束的發散。進 —步言之，如圖20所示·，爲防止由於用高電流射束濺鏟 的交叉污染，該對能量流量器單元19是用旋轉的三表面 自動切換型，使得B (或BF2) 、P及As的不同的離子物 • 種永遠不會擊中到相同表面。事實上，由於稍後敘述的發 散遮罩25使用另一表面，該對能量流量器19各個是用旋 轉的三表面自動切換型。 AEF 18與能量流量器單元19的功能就像是傳統的功 能，偏轉與射束掃描平面（水平平面）垂直之平面（垂直 平面）中的射束，且只處理對晶圓具有預定能量、電荷狀 態以及質量的此種離子。被中和且無法被當作射束電流 (劑量錯誤的原因）量測的摻雜粒子、在上游射束線被濺 鍍的金屬原子、以及在下游元件產生的粒子一直向前並擊 -37- (35) 1364052 中到以組成的撞針板38-1。再者，此種在電荷、質量、或 能量方面不同的離子因爲其偏轉角不同而擊中到能量流量 器單元19»依此方式，傳統中電流離子植入系統所具有的 藉著過濾而增加射束的純度的功能，也應該針對低能量高 電流射束來維持。此藉著具有等於或高於中電流離子植入 系統之能量解析度而獲得保證。 於低能量的情形中，射束電流的減小因使用磁揚AEF 而獲抑制。然而，相較於電場的偏轉，能量解析度是受到 磁場的偏轉而被降低。在遠離偏轉電極的位置的能量解析 度Ε/ΔΕ以及L的偏轉電磁分由以下公式（7)及（8)給定。 (7) (8) -p\ - cos(>/3^)]+ — Lsin(V3^) J_3_ ΔΕ 2h ' E _ ；o[l-cos^]+Lsin^ Δ£~ 2h 其中P是曲率的半徑，h是能量流量器的垂直寬度，且Θ 是 AEF 18的彎曲角。當彎曲角小時，應瞭解到，藉著進 行泰勒展開，能量解析度變爲大約是在電場（電場： E/dE~L0/h，磁場：E/dE~L0/2h )中情形的二倍。 爲解決此問題，AEF 18的彎曲角Θ設定得比傳統中 電流離子植入系統中的還要大（當彎曲角Θ小時，能量解 析與彎曲角成比例）。以此配置，能量解析度變得甚至比 傳統有使用磁場AEF的還要高。由於電場AEF在能量解 析度方面能設有對應的餘量，故垂直寬度h被加寬，從而 在能量高地方增加射束電流。 -38- (36) 1364052 能量流量器單元19的寬度是可變的，其中寬度 對BF2 +離子設定成窄的，BF2 +離子於寬針對其它離子 成寬的時在射束線中分離。以此設定，可防止以分離 的BF +離子以假角被植入進晶圓。 於一直有部分的射束擊中的流量器及撞針板的表 累積先前植入的離子。當離子物種被交換時，倘若射 中到相同部位，則先前的離子藉濺鍍被迫出去且接著 於晶圓表面上。此係交叉污染的產生過程。此可藉著 別的離子物種擊中到不同的表面上而加以防止。此對 鍍率變高且具相當高能量的高電流射束而言特別有效 設於AEF 18後面之該對能量流量器單元19及後 監視器17構成在垂直方向射束植入系角的量測系統 製造此射束，通過該對變窄的能量流量器單元19，影 否存在於後輪廓監視器17垂直方向的中心處獲得確 倘若有偏差，則垂直方向的射束植入角透過AEF 18 圓偏斜角的調整而被校正。 〔AEF電漿簇射20、約束磁場形成用的永久磁鐵21〕 此係一種系統，其中藉著使用磁場AEF之水平 (射束掃描方向）的磁場以供應擷取自 AEF電漿簇| 之電子至射束（正常模式），在減速之後低能量射束 子電荷被補償。或者是，其可以是一種系統，其中藉 被擷取之電子作爲主要電子，電揚AEF之電極作爲電 弧室的壁，且作爲約束磁場之磁場AEF之磁場以及藉 只針 設定 產生 面上 束擊 沉積 使個 於濺 3 輪廓 。藉 像是 認。 或晶 方向 t 20 的離 使用 黎電 產生 -39- (37) (37)1364052 射束通過之區域以供應大量電子到射束（電漿盒模式）， 在減速後之低能量射束的電荷被補償。 藉安裝此電荷補償系統並調整前述四個四極電磁與 A/D行電極1 1與1 2的聚焦力，可以遷移低能量高電流射 束到晶圓。 〔電漿簇22、晶圓23〕 電漿22作爲防止晶圓23充電以及同時，作爲供應電 子到AEF 1 8與晶圓23之間的射束以便補償離子的電荷， 從而減少空間電荷效應。 〔三極表面射東收集器24〕 射束收集器24相較於其它接近晶圓之其它部位，是 最大量之射束擊中的地方，因此，是一種作爲污染源之風 險最高的地方。有鑑於此，如圖21所示，射束收集器24 係以三個旋轉型三表面結構體23-1、24-2、及24-3所形 成。射束擊中的各三極結構體的表面針對B (或BF2) 、P 及As的離子的各場自動切換，從而防止交叉污染。例 如，當B (或BF2)離子被植入時，三表面結構體24-1、 24-2、及24-3的表面24-la、24-2a及24_3a對著射束入 射方向定向。另一方面，當P離子被植入時，三表面結構 體 24-1、24-2、及 24-3 的表面 24-lb、24-2c、24-3b 對著 射束入射方向定向。於圖21所示之狀態中，三表面結構 體的相鄰頂點彼此重疊以便防止射束洩漏到射束收集器的 -40- (38) (38)1364052 底部位。藉著設置此系統，即使是在高電流植入程序中亦 可以抑制交叉污染至低程度。 再者’射束收集器24具有基於與法拉第杯原則相同 的原則之射束電流量測功能，且被量測的値係與最終射束 電流調整有關。而且，顯示於圖20之該對三表面能量流 量器單元19以及於射束收集器24中的三表面結構體24-1 至24-3視植入到晶圓內之離子物種同時自動切換。 〔發散遮罩25〕 發散遮罩25及後輪廓監視器17構成針對水平方向的 掃描及射束發散角軌跡的平行化量測系統。如圖20所 示，發散遮罩25與三表面能量流量器單元19 一起使用四 個表面，各成二個具有葉片的二次稜鏡。發散遮罩25的 每個葉片在其前端具有凹及凸部。當二葉片之前端旋轉最 靠近彼此時，發散遮罩25的凸部25-1彼此匹配，從而攔 截射束，而同時發散遮罩25的凹部2 5-2會允許射束通 過。在此狀態下從上游端觀察下游端，就像是約十個（圖 2〇中有七個）孔形成於一片上。 當通過此等孔之水平移動射束的影像被設置在後面的 後輪廓監視器17量測到時，會出現與該等孔數目一樣多 的尖峰。倘若孔的尖峰的間隔與中間的間全部彼此相等， 則射束在整個晶圓所有區域中平行。此外，假設各尖峰的 底部（尖峰的90% )寬度爲2W，各孔直徑爲2r，且在發 散遮罩25與後輪廓監視器19之間的距離是D,，則在該 -41 - (39) (39)1364052 掃描位置，（w-O/D,是射束發散角（於負値情形中的聚焦 角）。倘若此値與所有尖峰都相同，則射束發散角在所有 晶圓的整個表面上爲定値。 當平行性低時，則調整減速P透鏡10的施加角度。 當射束發散角太大或當射束發散角不固定時，則DC四極 電磁QD5與QD6、同步化四極電磁syQD8與syQF9的線 圈電流、以及A/D行電極11與12的電壓被細微調整。當 執行回授控制時，後輪廓監視器1 7在量測射束的平行性. 之後，將量測結果回授到射束平行化裝置，使得射束平行 性符合預定値。 藉設置此系統，水平方向的植入角準確度能受到保 證。 〔電子抑制電極26至31〕 電子抑制電極設置在吸收電子之正電壓電極前與後， 以及在能在沿著射束線之加速電子的方向產生電場之一對 電極的較低電壓端之前，且其被施加以比無屏蔽離子束之 電位高的負電壓。以此配置，電子被排斥且因而被防止流 出射束線。即使沒有諸如電漿簇射的電子的主動電子供應 系統，電子還是會於離子擊中孔洞邊緣部位或與殘餘氣體 碰撞時產生至某種程度。藉著將它們保持在射束線中且使 用它們來補償射束電荷，可遷移的射束電流增加。 〔離子源高壓電源32、終端高壓電源33、減速P透鏡高 -42- (40) 1364052 壓電源34〕 一般而言’離子源及其電源係設置於終端37(端 位）中且植入能量變成離子源電壓與終端電壓的和。於 情形中，爲增強能量準確度’有必要增強終端高壓電源 及在終端37之所有的高壓電源的準確度。產生於終端 及終端37與地之間的放電直接改變了植入能量。因此 藉著將離子源1設置在終端37外面且施加來自地電位 高壓，植入能量僅能由離子源1的電位來決定。於此情 中，藉著僅增強離子源高壓電源32的準確度，便能確 植入能量的準確度。然而，當動態範圍超過二個圖式時 難以擔保電源的準確度。於是，藉著將離子源分成一個 對高能量而另一個針對低能量，二者使用準確的電源 置，以及在它們其間自動切換，整個〇.2keVe到80keV 所有能量區域的準確度獲得保證。 另一方面，減速P透鏡高壓電源34是決定射束平 性的電源，而射束平行性是在進入P透鏡10之前由射 能量所決定。尤其是，在P透鏡10之前的射束能量幾 由低能量的端電位所決定，且因此，當減速P透鏡高壓 源34設置於端電位上時，更能獲得平行性的準確度。 圖22顯示各部位電壓與射束能量之間的關係。藉 使用此電源校正方式，可以確保低能量高電流射束的能 準確度。 本發明已就較佳實施例加以敘述，但本發明並不侷 於前述實施例且可進行多種變化。 電 此 3 3 37 的 形 保 9 針 裝 的 行 束 乎 電 著 量 限 -43- (41) (41)1364052 圖23顯示參照圖7之三極可選擇式質量分析狹縫4 的修改。顯示於圖23之質量分析狹縫是三重三極設定 型且包含三個質量分析狹縫4A' 4B及4C，其各對應到顯 示於圖7之質量分析狹縫4。·質量分析狹縫4A、4B及4C 係分別針對B (或BF2 ) P及As使用，亦即，狹縫4A、 4B及4C _對一對應到各離子物種。質量分析狹縫4A、 4B及4C係分別由向前/向後（水平移動）驅動機構4-5Λ、4-5B及4-5C所驅動，以便相對於質量分析位置向前 或向後。例如，於圖23中，質量分析狹縫4C係由水平驅 動機構4-5C所驅動以向前到由虛線所標示的位置，即， 質量分析位置。對於縱向方面的調整，設有縱向驅動機構 4-5。在以縱向驅動機構4-5的縱向調整之後，質量分析狹 縫4A、4B及4C被固定。 藉如上述使用射束線的遷移，可以實現即使低能量下 生產力亦高的單晶圓高電流離子植入系統，且能達到高的 植入角準確度、高劑量準確度及高射束純度。 根據本發明，可以提供能抑制即使在低能量之射束之 發散的照射系統，且適於製造先進半導體裝置所必需之單 晶圓局電流離子植入系統。 根據本發明之使用離子束的照射系統能用於製造半導 體裝置、改善一般材料的表面、製造TFT液晶顯示裝置等 等。 【圖式簡單說明】 -44 - (42) (42)1364052 圖1係顯示作爲第一傳統例子之帶狀射束型單一晶圓 高電流離子植入系統的圖； 圖2係解釋於圖1之離子植入系統中於電磁產生污染 的機構，其亦用於射束平行化及過濾； 圖3係顯示作爲第二傳統例子之二維機械式掃描型單 一晶圓高電流離子植入系統的槪圖結構； 圖4A及4B係分別爲平面圖及側視圖，顯示作爲第三 傳統例子之射束掃描型單一晶圓中電流離子植入系統的槪 圖結構； 圖5A係顯示本發明應用到離子植入系統之實施例的 槪圖結構，而圖5B係顯示圖5A所繪示之結的末部分的側 視圖； 圖6係說明能使圖5A及5B之離子植入系統中之擷取 電極相對三軸線移動的機構； 圖7係顯示使用於圖5A及5B之離子植入系統之質量 分析狹縫的一個例子； 圖8係說明使用於圖5A及5B之離子植入系統之減速 P透鏡的操作的圖； 圖9A係說明圖5A及5B之離子植入系統中沒有以同 步化四極電磁校正時在內與外軌跡間射束大小的差異的 圖，而圖9B係詋明圖5A及5B之離子植入系統中以同步 化四極電磁校正時在內與外軌跡間射束大小的差異的圖； 圖10A係說明圖5A及5B之離子植入系統中沒有以 同步化四極電磁校正時在內與外射束軌跡間射束大小的差 -45- (43) 1364052 異的圖，而圖10B係詋明圖5A及5B之離子 以同步化四極電磁校正時在內與外射束軌跡間 差異的圖； 圖11係說明圖5A及5B之離子植入系統 需之同步化四極電磁的各個強度的特性圖； 圖12係顯示圖5A及5B之離子植入系 A/D (加速/減速）行電極之 A/D (加速/減 電源電路的一個例子的圖； 圖13係顯示圖5A及5B之離子植入系統 鏡及A/D行電極的配置方式的一個例子的立體 圖14係顯示圖5A及5B之離子植入系統 極及角能量流量器的配置方式的一個例子的立‘ 圖15A及15B係顯示圖5A及5B之離子 之前輪廓監視器的一個例子； 圖16係顯示圖5A及5B之離子植入系統 監視器的一個例子； 圖17係說圖5A及5B之離子植入系統中 磁鐵的校正未實施時以及實施時所得到之射束 圖； 圖1 8係顯示根據本發明之自中間軌跡校 流程圖； 圖19係顯示圖5A及5B之離子植入系統 QD、QF、syQD、及 syQF 與電磁 STX 及 STY 個例子的立體圖； 植入系統中 射束大小的 中校正所必 統中之各個 速）行高壓 中減速P透 fMl · 圖 ， 中A/D行電 體圖； 植入系統中 中之後輪廓 ，於以轉向 〇 中間軌跡的 正演算法的 中四極電磁 的組合的一 -46- (44) 1364052 圖20係說明使用於圖5A及5B之離子植入系統中之 組合的能量流量器與發散遮罩的圖； 圖21係顯示圖5A及5B之離子植入系統中三表面的 射束收集器的一個例子； 圖22係說明施加到圖5A及5B之離子植入系統中各 部位的電壓以及其等對應的射束能量的圖；以及 圖23係顯示圖7所示之質量分析狹縫的修改的圖。 【主要元件符號說明】 1 :離子源 .2 :擷取電極 2-1 :三軸驅動機構 3:質量分析電磁裝置 4:三級可選擇式質量分析狹縫 4-5 :縱向驅動機構 φ 4-5A :驅動機構 4-5B :驅動機構 4-5C :驅動機構 4’ ：質量分析狹縫 4A :質量分析狹縫 4B :質量分析狹縫 4C :質量分析狹縫

5 :垂直聚焦DC四極電磁QD

6 :水平聚焦DC四極電磁QF -47- (45) (45)1364052 7 :掃描器（偏轉器）

8:水平聚焦同步化四極電磁syQD

9:水平聚焦同步化四極電磁syQF 10 :靜電減速P透鏡 10-1 :前彎曲孔徑 10’：減速P透鏡出口端電極 1 1 :第一A/D行電極 12 :第二A/D行電極 1 2’ ：電極

13 :轉向電磁STX 14 :轉向電磁STY 1 5 :前輪廓監視器 15-1 :框 1 5 - 2 ·支撐部 15-3 :接線 15-4 :接線 1 7- 1 :多杯 16:注入式法拉第杯 1 7 :後輪廓監視器 18 :混合AEF 18-1 :偶極電磁 18-2 : AEF 室 1 8 - 3 :磁屏蔽 18-4 :磁屏蔽 -48 - (46) 1364052 1 9 :能量狹縫單兒 20 : AEF電漿簇射 21 :永久磁鐵 22 :電漿簇射 23 :晶圓 24:三表面射束收集器 25 :發散遮罩 ^ 2 6 :電子抑制電極 27 :電子抑制電極 28 :電子抑制電極 29 :電子抑制電極 3 0 :電子抑制電極 3 1 :電子抑制電極 32 :離子源高壓電源 3 3 :終端高壓電源 • 34 :P透鏡高壓電源 35 :第一 A/D行高壓電源 36 :第二A/D行高壓電源 3 7 :終端 38 : AEF 室 38-1 :撞针板 39:處理室（真空處理室） 41 :電子抑制高壓電源 42 :抑制電源 -49 - (47) 1364052 105 :平面化電磁 201 :離子源 202 :擷取電極 203 :質量分析電磁裝置 205 :差分透鏡 206 :平台 3 0〗：離子源 φ 302 :離子束 3 0 3 :偶極電磁 304 :射束變壓器 3 0 5 :掃描器 306 : P透鏡（平行化透鏡） 307 :加速/減速行電極 308 :角能量過濾器 309 :電漿電子淹沒式系統 φ 3 1 0 :晶圓 3 1 1 :射束制止器 -50

Claims (1)

1364052 W年S月丨3日修正本 十、申請專利範圍 第94 1 2805 0號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 3日修正 射束電流 來自射束 接著通過 向）擺動 /減速裝 Η * 滋QD及 有圓形橫 掃描方向 射束電流 來自射束 接著通過 動射束之 裝置、以 民國97年8月1 1. 一種增加使用離子束之照射系統中低能量 之方法，該使用離子束的照射系統係建構成致使 產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器， 相互地在垂直於縱向方向之方向（亦即，掃描方 射束之掃描用的偏轉器、射束平行化裝置、加速 置、以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入 其中該射束變壓器包含垂直聚焦DC四極電 縱向聚焦DC四極電磁QF，以及 在掃描用的偏轉之後，該射束變壓器將從具 剖面或橢圓形或卵形橫剖面之射束轉換成具有在 是長的橢圓形或卵形橫剖面之射束。 2 . —種增加使用離子束之照射系統中低能量 之方法，該使用離子束之照射系統係建構成致使 產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器， 相互地在垂直於縱向方向之方向（掃描方向）擺 掃描用的偏轉器、射束平行化裝置、加速/減速 及能量過濾裝置，且接·著在照射目標上入射， 其中根據射束的垂直及水平橫剖面大小，包括於該射 束變壓器中的垂直聚焦DC四極電磁QD及水平聚焦DC 1364052 四極電磁QF分別被設置於最理想的位置處，以及 該垂直聚焦DC四極電磁QD及該水平聚焦DC四極 電磁QF彼此獨立地控制。 3. —種增加使用離子束之照射系統中低能量射束電流 之方法，該使用離子束之照射系統係建構成致使來自射束 產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器，接著通過 相互地在垂直於縱向方向之方向（在掃描方向）擺動射束 之掃描用的偏轉器、射束平行化裝置、加速/減速裝置、 以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入射， 其中該射束平行化裝置包含靜電減速平行化透鏡，以 及 針對在垂直於縱向方向之方向（在該掃描方向）被掃 描用之偏轉器相互擺動之射束被靜電減速平行化透鏡及加 速/減速裝置平行化而不在掃描方向以及垂直於掃描方向 發散，從而增加低能量射束電流。 4. —種增加使用離子束之照射系統中低能量射束電 流之方法，該使用離子束之照射系統係建構成致使來自射 束產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器，接著通 過相互地在垂直於縱向方向之方向（在掃描方向）擺動射 束之掃描用的偏轉器、射束平行化裝置、加速/減速裝 置、以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入射， 其中該加速/減速裝置包含多數個能彼此獨立被供以 禹電壓的加速/減速電極，以及 該多數個加速/減速電極以掃描用之偏轉器加速/減 -2 - 1364052 速在垂直於縱向方向之方向（在該掃描方向）之方向移動 的射束，而同時防止射束在掃描方向且在垂直於掃描方向 之方向發散。 5. —種增加使用離子束之照射系統中低能量射束電 流之方法，該使用離子束之照射系統係建構成致使來自射 束產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器，接著通 過相互地在垂直於縱向方向之方向（掃描方向）擺動射束 之掃描用的偏轉器、射束平行化裝置、加速/減速裝置、 以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入射， 其中該射束平行化裝置包含靜電減速平行化透鏡， 該加速/減速裝置包含多數個能彼此獨立被供以高電 壓的加速/減速電極，以及 被掃描用之該偏轉器偏轉至與縱向方向垂直之方向的 射束被靜電減速平行化透鏡與多數個加速/減速電極的組 合平行化並加速/減速，而同時防止射束在掃描方向且在 垂直於掃描方向之方向發散，從而增加低能量射束電流。 6- 一種使用離子束之照射系統，其係被建構成致使 來自射束產生源之射束通過質量分析電磁裝置及射束變壓 器，接著通過相互地在與縱向方向垂直之方向（在掃描方 向）擺動射束的掃描用之偏轉器、射束平行化裝置、加速 /減速裝置、以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入 射， 其中該射束平行化裝置包含靜電減速平行化透鏡，以 及 -3- 1364052 被掃描用之該偏轉器偏轉至與縱向方向垂直之方向的 射束被靜電減速平行化透鏡平行化，而同時防止射束在掃 描方向且在垂直於掃描方向之方向發散，從而增加低能量 射束電流。 7.根據申請專利範圍第6項之使用離子束之照射系 統，其中該靜電減速平行化透鏡包含二電極且其上游端電 極一般被用作爲電子抑制電極。 8 .根據申請專利範圍第6項之使用離子束之照射系 統，其中該靜電減速平行化透鏡包含多數個大體上彎曲的 弓形電極，其各個對於入射的射束在圓弧上有大體上固定 的曲率。 9. 根據申請專利範圍第6項之使用離子束之照射系 統，其中該靜電減速平行化透鏡的減速比例被設定成η : 1 ( η 爲 2 到 4 )。 10. 根據申請專利範圍第7項之使用離子束之照射系 統，其中該靜電減速平行化透鏡的減速比例被設定成η : 1 ( η 爲 2 到 4 )。 1 1 .根據申請專利範圍第6、7、8、9或1 0項中任一 項之使用離子束之照射系統，其中在用以掃描之該偏轉器 之下游端與該靜電減速平行化透鏡之間的距離被設成短 的，且該靜電減速平行化透鏡的曲率藉著增加其減速比例 而被設成小的。 12.—種使用離子束之照射系統，其係被建構成致使 來自射束產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器， -4- 1364052 接著通過相互地在與縱 擺動射束的掃描用之偏 速裝置、以及能量過濾 其中該加速/減速 高電壓的加速/減速電 被供掃描用之該偏 的射束被該多數個加速 止射束在掃描方向且在 13.—種使用離子3 來自射束產生源之射束 接著通過相互地在與縱 擺動射束的掃描用之偏 速裝置、以及能量過濾 其中該射束平行化 及 該加速/減速裝置 壓的加速/減速電極， 藉以，透過靜電減 電極的組合，即使在低 與縱向方向垂直之方向 傑出的。 1 4 .如申請專利範〇 統，其中 在靜電減速平行化 向方向垂直之方向（在掃描方向） 轉器、射束平行化裝置、加速/減 裝置，且接著在照射目標上入射， 裝置包含多數個能彼此獨立被供以 極，以及 轉器偏轉至與縱向方向垂直之方向 /減速電極加速/減速，而同時防 垂直於掃描方向之方向發散。 良之照射系統，其係被建構成致使 通過質量分析裝置及射束變壓器， 向方向垂直之方向（在掃描方向） 轉器、射束平行化裝置、加速/減 裝置，且接著在照射目標上入射， 裝置包含靜電減速平行化透鏡，以 包含多數個能彼此獨立被供以高電 速平行化透鏡與該多數加速/減速 能量下，射束的發散被抑制，且在 移動的射束被掃描用之偏轉器維持 爵第13項之使用離子束之照射系 透鏡與該多數個加速/減速電極之 -5- 1364052 間的距離被縮短。 15. 如申請專利範圍第13項之使用離子束之照射系 統，其中該多數個加速/減速電極之間的間隔被設成彼此 不相等。 16. 如申請專利範圍第13項之使用離子束之照射系 統，其中在該靜電減速平行化透鏡與該多數個加速/減速 電極之間的距離可以被縮短且在且多數個加速/減速電極 之間的間隔可被設成彼此不相等。 17. 如申請專利範圍第 6、7、8、9、10、12' 13' 14、15或16項中任一項之使用離子束之照射系統，其中 該射束從具有圓形橫剖面或橢圓形或卵形橫剖面之射束被 換成具有在掃描方向是長的橢圓形或卵形橫剖面之射束， 且接著針對掃描被相互偏轉。 1 8 .—種使用離子束之照射系統，其係被建構成致使 來自射束產生源之射束通過質量分析裝置及射束變壓器， 接著通過相互地在與縱向方向垂直之方向（在掃描方向） 擺動射束的掃描用之偏轉器、射束平行化裝置、加速/減 速裝置、以及能量過濾裝置，且接著在照射目標上入射， 其中該質量分析狹縫被設於該質量分析裝置之下游 端， 該質量分析狹縫被整合地以包括有正常植入之狹縫、 高質量解析低劑量植入之狹縫、以及具有射束集中用之窄 開口之狹縫的三狹縫所組成，且該三狹縫視正常植入、高 解析低劑量植入、以及開始照射前的射束集中而定在其間 -6- 1364052 切換， 該射束變壓器包含垂直聚焦DC四極電磁QD及水平 聚焦DC四極電磁QF，以及 該垂直聚焦DC四極電磁QD及水平聚焦DC四極電 磁QF在掃描用的偏轉之後，將從具有圓形橫剖面或橢圓 形或卵形橫剖面之射束轉換成在射束線之所有區域中具有 在掃描方向是長的橢圓形或卵形橫剖面之射束，從而增加 低能量射束電流。