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TWI463521B - 控制寬束一致性的系統和方法 - Google Patents

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TWI463521B
TWI463521B TW098121322A TW98121322A TWI463521B TW I463521 B TWI463521 B TW I463521B TW 098121322 A TW098121322 A TW 098121322A TW 98121322 A TW98121322 A TW 98121322A TW I463521 B TWI463521 B TW I463521B
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Shu Satoh
Edward Eisner
Manny Sieradzki
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Axcelis Tech Inc
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Description

控制寬束一致性的系統和方法
本發明係概括為關於離子植入，且尤指用於控制寬束強度一致性之系統和方法。
相對於其為一種化學過程之擴散，離子植入係一種物理過程，其為運用於半導體裝置製造以選擇性植入摻雜劑至一半導體工件及/或晶圓材料內。因此，植入之行為係並非仰賴於一摻雜劑與半導體材料之間的化學交互作用。針對於離子植入，摻雜劑原子/分子係離子化及隔離化，有時為加速或減速，形成為一束，且掠過一工件或晶圓。摻雜劑離子係實際為轟擊工件，進入表面且典型成為停留在工件表面之下方而於其晶格結構之中。
一種離子植入系統係大量複雜的子系統，各者係實行於摻雜劑離子之一特定作用。於氣體或固體形式之摻雜劑元素係位在於一離子化室之內且為由一適合的離子化過程所離子化。於一個示範的過程，該室係維持在低壓(真空)。一燈絲係定位於該室之內且加熱至例如電子產生自該燈絲源之點。負電荷的電子係吸引至其亦為於該室之內的一相反電荷的陽極。於自該燈絲至陽極之行進期間，電子係碰撞於摻雜劑源元素(例如：分子或原子)且產生一大群之正電荷的離子。
運用寬離子束之離子植入係具有數個優點，優於基於 一小或較小尺寸的束(例如：一筆狀束)之其他系統和方法。寬離子束係具有低的束電流密度以針對低能量之較佳的離子束輸送效率。列舉幾項而言，寬離子束係亦提供關於機械掃描一致植入束於整個工件表面之簡化、並無於工件運動之高加速/減速、及於離子束光學器件與機械晶圓掃描系統之較簡單的架構。諸多專利係已經獲准，其顯示種種的方式以產生寬束且顯示種種的技術以修正於束整個寬度之不可避免的強度不一致性。然而，修正束強度不一致性之大多數的已知方法係犧牲離子束角度整體性以供較佳的一致性(強度)。
論文“用於平板顯示器植入之帶狀束一致性正控制”係描述典型的一致性修正方法，其折衷減小的角度完整性對(vs.)較佳的離子束一致性。(參閱：White,N.R.之“用於平板顯示器植入之帶狀束一致性正控制”，美國電機電子工程師學會(IEEE)，西元1999年，第354-357頁)。
離子植入之近期的應用係要求於整個工件/晶圓表面之強度一致性及角度符合性。產業界係缺乏一種適當的系統或方法以控制一致性而未影響束角度完整性，且這種無法獨立於其他參數而控制一致性已經迫使諸多植入器開發者迴避寬束技術。
數個金屬或石墨棒之插入至離子束以實際阻斷離子束之一部分以控制離子束強度一致性在之前有嘗試。那些棒可配置於一緊密列以涵蓋該寬離子束的整個寬度且各個棒插入至該束之深度係可遠距離控制。然而，存在關聯於此 等技術之數個問題。首先，由金屬所作成之棒係可能引起不想要的粒子與金屬污染之產生。其次，由反饋控制之觀點，移動進出該離子束之棒的緩慢響應係使得控制該束為困難。
是以，期望一種用於控制寬離子束的強度一致性之適合的系統和方法，該種系統和方法係具有快速響應時間且並未犧牲離子束角度完整性。
下文係提出簡化的概論，藉以提供本發明之一或多個觀點的基本瞭解。此概論係非為本發明之廣泛的概觀，且非為意圖以判別本發明之關鍵或重要的要素，而亦非為界定其範疇。而是，此概論之主要目的係於簡化的形式以呈現本發明之一些概念，作為稍後提出之較為詳細說明的序言。
根據一或多個實施例，本發明係建立一種離子束一致性控制系統，其中，該一致性控制系統係包含：一差動泵送室，其封閉一陣列之個別控制的氣體噴射，其中，該等個別控制的氣體噴射之氣體壓力係由一控制器所驅動以改變電荷交換離子之分率，且其中，於該氣體與離子之間的電荷交換反應改變了具有一寬離子束的原始電荷狀態之離子的分率，其中，該寬離子束之電荷交換部分係利用其產生磁場之一偏轉器而移除；一法拉第杯輪廓器，用於測量該寬離子束輪廓；且，基於提供至該控制器之反饋，調整 該等個別控制的氣體噴射，以得到期望的寬離子束。
根據本發明之又一個實施例，一種一致性控制裝置係包含：一差動泵送室，其封閉一陣列之個別控制的氣體噴射，其中，該等個別控制的氣體噴射之氣體壓力係由一控制器所驅動以改變電荷交換離子之分率。電荷交換離子中性化一寬離子束的一部分，其中，該寬離子束的中性化部分係利用其產生磁場之一角度修正磁鐵而移除；一法拉第杯輪廓器，用於測量該寬離子束輪廓；且，基於提供至該控制器之反饋，調整該等個別控制的氣體噴射，以得到期望的寬離子束。
根據本發明之一個實施例，一種利用一致性控制系統以製造離子束之方法係包含：(a)產生且取出離子束；(b)分析沿著一第一路徑之離子束的質量；(c)通過一致性控制系統；(d)利用一磁場或電場以偏轉該離子束沿著一第二路徑；(e)測量該離子束輪廓；(f)若該離子束輪廓係於規格內，進行至(h)；及(g)若該離子束輪廓係在調整一致性控制系統氣體噴射之後而未於規格內，返回至(c)；(h)指引質量分析的一致調諧的帶狀束至將作植入之工件。
根據本發明之另一個實施例，一種離子植入系統係包含：一離子源，連接至一電源，構成以產生沿著一第一束路徑之一離子束，其中，該離子束係進入一質量分析磁鐵，具有一第一尺寸(d1)與一第二尺寸(d2)，其為垂直於一xy平面；一末端站，含有一致性控制系統，用於接收離子束且利用一陣列之氣體噴射以修改該離子束的電荷內容，其 中，氣體噴射壓力係可針對於離子束之一部分而調整；一角度修正裝置，構成以接收該離子束且運用一磁力以使該束轉向沿著一第二路徑；及，一控制器，利用一法拉第杯輪廓器以決定該離子束輪廓。
為了達成前述與相關目的，本發明係包含其完整描述於下文且特別指出於申請專利範圍之特徵。以下的說明與隨附的圖式係詳細陳述本發明之某些說明性質的觀點與實施。然而，此等者係指出本發明原理為可運用於其之種種方式的僅為一些者。本發明之其他目的、優點與新穎特徵係將由當連同圖式所考量之本發明的以下詳細說明而成為顯明。
本發明係將參考隨附的圖式而描述，其中，相同參考符號係運用以指稱於圖式中的相同元件。熟悉此技術者係將為理解的是：本發明係不限於下文所說明及描述之示範的實施與觀點。為了提供本發明之清楚的描述，該等結構與方法係將關連於寬離子束植入而描述。然而，將為明確瞭解的是：此說明係無意為以任何方式而自我限制。
參考圖式，根據本發明之一個示範觀點，圖1係說明一個示範的寬束、單基板離子植入系統100，其中，系統100可為可操作以掃描一寬離子束110於工件118之單一掃描。如上所述，本發明之種種的觀點係可實施為關聯於任何型式的離子植入系統，包括而不限於圖1之示範的系統 100。示範的離子植入系統100包含：一寬離子束產生器112，其產生一致散開的寬離子束110；一偏轉器114；及，一末端站，其形成一處理室，其中，離子束110係指向至工件118。
束110係接著通過一個束一致性控制系統116(圖1與2)以使得束110為更一致。束一致性控制系統116係將詳細論述於下文。束110係可由一偏轉器/中性過濾器114所轉換為平行束，接著遞送至於其關聯於末端站的一工件掃描系統120之基板118。關聯於束線組件之種種束形成與成形結構(未顯示)係可進一步設置，舉例而言，當離子束110沿著一束路徑輸送至其支撐於工件掃描系統120之工件/基板118時，維持且界定寬離子束110。
圖2與3係顯示另一個示範的寬離子植入系統，其中，寬離子束產生器112係產生一平行化的寬離子束110，其接著為通過一個束一致性控制系統116且接著為通過一偏轉器114以在其為引入至一工件118之前而濾出於束110之中性與不想要的能量分量。
舉例而言，一種末端站係可為一種“串列”型式末端站，其提供一抽真空處理室，其中，單一個基板118(例如：一半導體晶圓、顯示面板、其他工件、等等)係支撐為沿著束路徑以供離子之植入。然而，應注意的是：批次或其他型式的末端站係可替代為運用，且歸屬於本發明之範疇內。於本發明之一個替代觀點，系統300係包含一種工件掃描系統120(圖1)，其能夠掃描於快速與概括為正交慢速 的掃描方向。於本發明之又一個觀點，系統300係可包含一種設計，其中，二個離子束軸係電氣或磁性掃描或它們的組合。是以，所有該等掃描或未掃描的離子束110係視為歸屬於本發明之範疇內。
於圖3、4、與5所描繪之束一致性控制系統116(圖3)係採取相關於束110的相同方式，利用前文所論述的金屬或石墨棒，藉由該等棒之插入至束110以針對於局部化的離子束衰減，然而，具有優於先前技術之數個主要的差異與改良。發明人係認知的是：若系統(圖4)係利用一陣列的氣體噴射506(圖5)而非為上述的實心棒，寬帶狀束110係可控制而無需憂慮腐蝕或金屬污染，且相較於該等棒而具有快速許多的響應時間。氣體406係運用準直氣體噴射噴嘴402而垂直指向於寬離子束110。於超低能量(ULE,ultra low energy)開發初期階段，離子植入開發者與製造者係瞭解的是：自一電漿電子溢流(PEF,plasma electron flood)系統之氙(Xe)流量係夠強以影響其藉著直接在工件118之下游的一法拉第杯輪廓器407所測量的一離子束輪廓。此係因為出自PEF之Xe的準直流量係中性化(即：非為依據於空間電荷而是電荷交換至中性原子)於PEF之鄰近處(即：中心)的束110之部分者以避過由法拉第杯輪廓器407之電氣測量及因此避過該輪廓器測量。
於此實施例，出自寬離子束產生器112(圖3)之離子束110係進入差動泵送室422，其容納準直氣體噴射噴嘴陣列506(圖5)，該陣列506係於此實施例為例如由16個個別的 氣體噴射噴嘴518-532所作成。
在該離子束110通過氣體406的一區域(圖4)之後，電荷交換離子(典型為轉換+1離子至中性粒子)之一分率(fraction)係給定為以下的等式(1)：F0=3.3 E16*P(torr)*L(cm)*σ(cm2) (1)其中，P係一氣體層之壓力，單位為托(torr)，沿著束方向之氣體層的厚度係L(cm)；σ係針對於特定的電荷交換反應之橫截面；且針對於中能量(數十KeV)之典型的+1至0電荷交換反應，σ之值係約為4 E-16 cm2。
以上等式說明的是：舉例而言，於一高真空為大約4毫托(例如：平均值)之直徑2公分的一氣體噴射係將建立離子束110之中性粒子(例如：約為10%)，其中，寬離子束110係暴露至該陣列的噴射506。由於中性粒子係將不會由偏轉器/中性過濾器114所彎曲，中性粒子將移除自寬離子束110。
氣體噴射518-532係可配置於一種線性方式，舉例而言，欲以一適當的分隔(例如：每2公分)而衝擊於寬束110之整個寬度，可能需要總共十六個氣體噴射518-532以涵蓋300毫米寬的寬離子束110。氣體噴射518-532係連接至一質量流量控制器以供噴射壓力之快速精確的控制。離子束110係行進為沿著由偏轉器/中性過濾器114所實現之一第一路徑240，其中，中性離子束110係行進沿著一第二路徑 242。基於得自法拉第杯輪廓器407之離子束輪廓，個別的氣體噴射噴嘴518-532係可藉由調整個別的氣體流量而調整，運用一控制器以得到正確的離子束輪廓。
圖4與5係分別顯示本發明之另一個實施例的側視圖與俯視圖。寬(如圖所示為進出頁面)平行化的離子束110係指向至一差動泵送室422，其容納準直氣體噴射噴嘴陣列506。氣體噴射噴嘴陣列506係根據藉由調整氣體406的個別流量所建立之局部壓力分佈而改變中性粒子分率。當出自該室422之寬離子束110係指向至其僅為彎曲帶電粒子之中性粒子/能量過濾器114，任何的中性粒子係將移除自離子束110，其為利用以供離子植入至一工件118。
氣體406係可為其展現對於離子束110之高電荷交換橫截面的任何氣體。氣體406之泵送特性係用於選取氣體之另一個良好的準則。舉例而言，高分子質量之氣體406(例如：氙(Xe))係具有對於束線區域之較小的傳導性，且因此將不會惡化於附近束線區域之高真空。由一種型式的真空泵(很可能為一種低溫泵(cryopump))之泵送速度係可為於氣體選擇之另一個準則。對於任何的可冷凝氣體，諸如：氙(Xe)、二氧化碳(CO2)、水蒸氣、氮氣(N2)、與類似者，低溫泵係可展現大的泵送速度。
圖8係說明根據本發明之至少一個觀點的一種示範方法400。該種方法係為了說明目的而將描述關於上述的其他圖式。圖8之方法400係開始於410，其中，一離子束110(圖1)係利用一寬離子束產生器112(圖1)所產生且取出。
於420，離子束之質量係沿著第一路徑而分析，其中，於420，寬離子束110係通過一致性控制系統116。如上文所論，於圖3、4、與5所繪之束一致性控制系統116(圖3)係採取相關於束110之相同方式，如同利用前文所論述的金屬或石墨棒，藉由該等棒之插入至束110以針對於局部化的離子束衰減，然而，具有優於先前技術之數個主要的差異與改良。發明人係認知的是：若系統(圖4)係利用一陣列的氣體噴射506(圖5)而非為上述的實心棒，寬帶狀束110係可控制而無需憂慮腐蝕或金屬污染，且相較於該等棒而具有快速許多的響應時間。氣體406係運用準直氣體噴射噴嘴402而垂直指向於寬離子束110。當其出自該室422之寬離子束110指向至其僅為彎曲帶電粒子之中性粒子/能量過濾器114，任何的中性粒子係將自其為利用於離子植入至一工件118之離子束110中移除。
於440，一離子束輪廓係測量，且於440，離子束輪廓是否為於規格之內係確定。於440，若離子束輪廓為於規格之內，該種方法係進行至450，其中，系統係指引質量分析後的帶狀束110至將作植入之工件。若離子束輪廓為並未於規格之內，該種方法係返回至410而直到該束110為於規格之內。
雖然本發明係已經關於一或多個實施而顯示及描述，等效的變更與修改係將為熟悉此技術者於此說明書與隨附的圖式之詳讀及瞭解時所思及。特別是關於由上述的構件(組件、裝置、電路、系統、等等)所實行的種種功能，用以 描述該等構件之術語(包括：“機構”之提及)係意圖以對應於(除非是另為指明)實行所述構件之指定功能的任何構件(即：其為功能等效)，即使非為結構等效於實行本發明之於本文所述範例實施的功能之揭示結構。此外，儘管本發明之一特定特徵係可能已經關於數個實施之僅有一者而揭示，該特徵係如可能為期望且有利於任何既定或特定應用而可結合於其他實施之一或多個其他特徵。甚者，在術語“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“具有(with)”、或其變體者為運用於詳細說明與申請專利範圍之限度內，該等術語係類似於術語“包含(comprising)”之方式而意圖為內含性質(inclusive)。
100‧‧‧離子植入系統
110‧‧‧寬離子束
112‧‧‧寬離子束產生器
114‧‧‧偏轉器
116‧‧‧束一致性控制系統
118‧‧‧工件
120‧‧‧工件掃描系統
200‧‧‧離子植入系統
240‧‧‧第一路徑
242‧‧‧第二路徑
300‧‧‧離子植入系統
400‧‧‧根據本發明之示範性方法
402‧‧‧氣體噴射噴嘴
406‧‧‧氣體
410、420、430、440、450‧‧‧方法400之每一個步驟
422‧‧‧差動泵送室
500‧‧‧離子植入系統
506‧‧‧氣體噴射噴嘴陣列
518-532‧‧‧個別的氣體噴射噴嘴
圖1係橫截面俯視圖，說明根據本發明的一個觀點之一種寬離子植入系統，其中，一偏轉器/中性過濾器係轉換自一寬離子束產生器之一致散佈的離子束成為一最終平行寬束；圖2係橫截面側視圖，說明根據本發明的另一個觀點之又一種寬離子植入系統，其中，一寬離子束產生器係產生一平行的寬(例如顯示為進出頁面)離子束，且一靜電中性/能量過濾器係在衝擊該束至工件/晶圓之前而引入於離子束之一最終彎曲；圖3係根據本發明的另一個觀點，類似於圖2所描繪 者之一種離子束控制系統的立體圖；圖4係側視圖，說明根據本發明的一個觀點之其利用一陣列的準直氣體噴射噴嘴之一種離子束控制系統的一個實施例，應用至於圖1所示的寬離子植入系統；圖5係說明圖4之實施例的俯視圖，根據本發明的另一個觀點，該種離子束控制系統係利用一處理室與一陣列的準直氣體噴射噴嘴；圖6係側視圖，說明根據本發明的一個觀點之其利用一陣列的準直氣體噴射噴嘴之一種離子束控制系統的一個實施例，應用至另一種寬束離子植入系統，類似於圖3所示者；圖7係說明圖4之實施例的俯視圖，根據本發明的一個觀點，一種離子束控制系統係利用一處理室與一陣列的準直氣體噴射噴嘴；及圖8係作用方塊圖，說明根據本發明的又一個實施例之一種離子束控制方法。
100‧‧‧離子植入系統
110‧‧‧寬離子束
112‧‧‧寬離子束產生器
114‧‧‧偏轉器
116‧‧‧束一致性控制系統
118‧‧‧工件
120‧‧‧工件掃描系統

Claims (19)

  1. 一種離子束一致性控制系統，其中，該一致性控制系統包含：一差動泵送室，其封閉一陣列之個別控制的氣體噴射；其中，該等個別控制的氣體噴射之氣體壓力係由一控制器所驅動以改變電荷交換離子之分率；及其中，於該氣體與離子之間的電荷交換反應改變了具有一寬離子束的原始電荷狀態之離子的分率；其中，該寬離子束之電荷交換部分係利用其產生一磁場之一偏轉器而移除；一法拉第杯輪廓器，用於測量該寬離子束輪廓；且基於提供至該控制器之反饋，調整該等個別控制的氣體噴射，以得到期望的寬離子束。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該磁場係藉著其包含一偏轉器與一電子裝置之一種裝置而建立。
  3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該氣體係包含下列的至少一者：水蒸氣、二氧化碳(CO2)、與氙(Xe)。
  4. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該系統係利用其具有高電荷交換橫截面之一氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該控制器係調整該等個別控制的氣體噴射之氣體壓力。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該等個別控制的氣體噴射係包括超音速的氣體噴射。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該陣列之氣體 噴射係定位，其中一離子束厚度約為一最小厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該等個別控制的氣體噴射係可為個別傾斜，或該陣列之噴射係可為傾斜至上游的離子束。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該陣列之噴射係可為傾斜至下游的離子束。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中，該寬離子束係包含一帶狀束與一寬帶狀束。
  11. 一種離子植入系統，包含：一離子源，連接至一電源，構成以產生沿著一第一束路徑之一離子束；其中，該離子束係進入一偏轉器，具有一第一尺寸(d1)與一第二尺寸(d2)，其為垂直於一xy平面；一末端站，含有一致性控制系統，用於接收該離子束且利用一陣列之氣體噴射以改變隨著該離子束的原始電荷狀態之部分；其中，個別氣體噴射壓力係可針對於該離子束之一部分而調整；一磁性或靜電裝置，構成以接收該離子束且運用一磁性或靜電力以使該束轉向沿著一第二路徑；及一控制器，利用一法拉第杯輪廓器以決定該離子束輪廓。
  12. 如申請專利範圍第11項之系統，其中，該離子束係包含一帶狀束與一寬帶狀束。
  13. 如申請專利範圍第11項之系統，其中，該磁場係藉著其包含一偏轉器與一電子裝置之一種裝置而建立。
  14. 如申請專利範圍第11項之系統，其中，該氣體係包含下列的至少一者：水蒸氣、二氧化碳(CO2)、與氙(Xe)。
  15. 一種利用一致性控制系統以製造離子束之方法，包含：(a)產生且取出一離子束；(b)分析沿著一第一路徑之該離子束的質量；(c)在通過一致性控制系統之後，偏轉該離子束沿著一第二路徑；(d)測量該離子束輪廓；(e)若該離子束輪廓係於規格內，進行至(g)；及(f)若該離子束輪廓係在調整一致性控制系統氣體噴射之後而未於規格內，返回至(a)；(g)指引質量分析且一致的帶狀束至將作植入之工件；其中，該離子束輪廓係運用一法拉第杯輪廓器所測量，且一控制器係基於所測量的輪廓以調整該等個別氣體噴射之個別壓力。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，一陣列之氣體噴射係定位於一差動泵送室之內，且個別氣體噴射係構成以遞送氣體於各種個別的壓力。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，該等個別噴射之角度係基於所測量的離子束輪廓而調整。
  18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，該磁場係藉 著其包含一偏轉器與一電子裝置之一種裝置而建立。
  19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中，該氣體係包含下列的至少一者：水蒸氣、二氧化碳(CO2)、與氙(Xe)。
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