TWI501286B - 離子佈植機 - Google Patents

Description

離子佈植機

本發明是有關於離子佈植機(ion implanter)，特別是有關於可以提供非平行離子束(non-parallel ion beam)的離子佈植機。

在半導體製造領域，目前關於離子束(ion beam)的一大重點是如何利用光學元件(optical component)(像是磁性元件(magnetic component)和電性元件(electric component))使得離子束更為準直化(collimated)與均勻化(uniform)，使得讓離子佈植(ion implantation)的結果更容易控制。一般來說，目前商業化產品的離子佈植機，係將離子束調整到發散角度或是收歛角度都不大於三度，也就是經過調整而打到晶圓等工件的離子束基本上都可以視為平行離子束。

準直化與均勻化的離子束已經普遍被應用來製造許多半導體元件，像是平面式場效電晶體(planar Field-Effect Transisor)、動態隨機記憶體等。此外，也已經普遍被應用來製造諸如太陽能電池、發光二極體或是其它元件。但是，對於近年來新發展的鰭狀場效電晶體(Fin Field-Effect Transistor)等等的三維半導體結構，準直化與均勻化之離子束的應用就受到相當的限制。這是由於平行離子束並不能同時佈植一個三維半導體結構的不同側面(side)。

圖1繪示出一種鰭式場效電晶體的立體結構示意圖，而圖2則繪示出一種以平行離子束對圖1中所繪示出的鰭式場效電晶體進行離子佈植的示意圖。舉例來說，請先參考圖1所示，在製作鰭式場效電晶體100的過程中，必須要使用離子束對每一個鰭片結構110的左側面112、頂面114和右側面116都進行相同佈植濃度和佈植深度的離子佈植，以形成源極/汲極(source/drain)。換句話說，如圖2所示，如果僅使用一個傳統準直化且均勻化的離子束200，特別是僅使用同一組佈植參數值時，由於入射方向220是垂直於鰭片結構110的表 面114但是入射方面210與230並沒有垂直於鰭片結構110的左側面110與右側面116，鰭片結構110的左側面112、頂面114和右側面116將有不同的佈植結果。也就是說，為了達到相同的佈植結果，沿著入射方向210和230入射至鰭片結構110之傳統準直化且均勻化離子束200的佈植參數值，可能與沿著入射方向220入射至鰭片結構110之傳統準直化且均勻化離子束200的佈植參數值有所不同，不論是掃描速率、掃描途徑或是離子束電流與離子束電壓等佈植參數。

顯然地，使用傳統準直化且均勻化的離子束200時，對鰭式場效電晶體100等3D半導體結構進行離子佈植的製程複雜度會遠高於對傳統平面半導體結構進行離子佈植的製程複雜度。在製造傳統平面半導體結構時，平行離子束200是以一個固定的入射角度(大多是垂直入射方向)讓平行離子束200掃描晶圓進行離子佈植。相對地，為了對鰭式場效電晶體的左側面112、頂面114和右側面116都進行相同佈植濃度和佈植深度的離子佈植，平行離子束200不只必須以不同的入射角多次掃描晶圓進行離子佈植佈植，而且每次佈植時需要使用不同的佈植參數值。在此，為了改變傳統準直化且均勻化離子束200與具有鰭片結構110之晶圓的入射角度，或是需要扭轉(twist)及或傾斜(tilt)晶圓，或是需要改變離子束200的傳遞路徑。

因此，亟需提出適用於諸如鰭狀電晶體等3D半導體結構之新的離子佈植機，甚至是新的離子佈植方法。

本發明提供一種離子佈植機，其可提供非平行離子束，使得工件的不同區域可以被非平行離子束的不同部份所佈植。

本發明提出一種離子佈植機，至少包括離子源與至少一光學元件。離子源提供一離子束，而光學元件係配置於離子束的傳遞路徑上，用以將離子束調整為非平行離子束，其中，當非平行離子束為發散離子束時，其發散角度為大於等於3度但小於等於10度、或是大於5度但小於15度、或是不小於4度也不大於8度、或是小於18度而大於3度，或是大於8度；其中，當非平行離子束為收斂離子束時，其收斂角度為大於等於3度但小於等於10度、或是 大於5度但小於15度、或是不小於4度也不大於8度、或是小於18度而大於3度，或是大於8度。

本發明的一些實施例，更包含用以承載工件之承載裝置，其配置於離子束傳遞路徑並位於光學元件的下游，藉以使得工件的不同部份被非平行離子束的不同部份所佈植。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束為點狀離子束或束狀離子束。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束為平行離子束、收斂離子束或發散離子束，而光學元件可將離子源提出離子束調整為諸如發散離子束或收斂離子束之非平行離子束。非平行離子束與平行離子束之間的差異係大於離子源提供離子束與平行離子束之間的差異。

本發明的一些實施例，光學元件較靠進離子源但較遠離承載裝置。也就是說，在某些實施例，離子源與光學元件之間的距離係短於離子源與承載裝置之間的距離。

本發明的一些實施例，光學元件為磁性元件或電性元件。

本發明的一些實施例，光學元件為施加四極磁場於離子束之磁四極矩。本發明又一些實施例，光學元件為磁性元件，包含位於兩支架上的多數個線圈，這兩支架係位於離子束的相對兩側。本發明再一些實施例，光學元件為電性元件，包含位於兩支架上的多數個電極，這兩支架係位於離子束的相對兩側。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束為平行離子束、收斂離子束或發散離子束，而非平行離子束為發散離子束或收斂離子束。

本發明的一些實施例，當離子束為點狀離子束時，非平行離子束與平行離子束之角度分佈差異係等於或小於15度。本發明一些實施例，當離子束為束狀離子束時，非平行離子束與平行離子束之角度分佈差異係等於或小於5度。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被光學元件發散成發散離子束。本發明又一些實施例，離子源提供之離子束係被光學元件收斂成收斂離子束。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被光學元件收斂，以使離子束先聚焦，然後再發散成該發散式離子束。

本發明的一些實施例，更包含沿著離子束傳輸途徑排列且位於離子源下游之多數個光學元件。

本發明的一些實施例，任一光學元件為磁性元件或電性元件。本發明某些實施例，至少一光學元件為施加四極磁場於離子束之磁四極矩。本發明某些實施例，至少一光學元件為磁性元件，其包含位於兩支架上的多數個線圈，這兩支架係位於離子束的相對兩側。本發明某些實施例，至少一光學元件為電性元件，其包含位於兩支架上的多數個電極，這兩支架係位於離子束的相對兩側。

本發明的一些實施例，這些光學元件至少包含配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游的至少一磁性元件，以及配置於離子束傳遞路徑並位於這些磁性元件下游的一電性元件。本發明某些實施例，這些光學元件至少包含配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游至少一磁性元件，以及配置於離子束傳遞路徑並位於二個磁性元件之間一電性元件。本發明某些實施例，這些光學元件至少包含配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游的至少一電性元件，以及配置於離子束傳遞路徑並且位於所有電性元件的下游或是位於二個電性元件間之一磁性元件。

本發明的一些實施例，這些光學元件之不同部份係調整離子源提供離子束之不同部份。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件收斂成收斂離子束，然後此收斂離子束被遠離離子源之至少一光學元件發散成此非平行離子束。本發明又一些實施例，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件發散成發散離子束，然後此發散離子束被遠離離子源之至少一光學元件收斂成此非平行離子束。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被這些光學元件逐漸發散成此非平行離子束。本發明又一些實施例，離子源提供之離子束係被這些光學元件依序先收斂再發散而形成收斂離子束或發散離子束。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被這些光學元件逐漸收斂成此非平行離子束。本發明又一些實施例，離子源提供之離子束係被這些光學元件依序先發散再收斂而形成發散離子束或收斂離子束。

本發明的一些實施例，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件發散成發散離子束，然後被遠離離子源之至少一光學元件所收斂而在聚焦之後形成此非平行離子束。本發明又一些實施例，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件收斂成收斂離子束，然後在收斂離子束聚焦之後被遠離離子源之至少一光學元件再發散成非平行離子束。

本發明的一些實施例，更包含一孔隙裝置，配置於離子束傳遞途徑上並位於光學元件之下游，用以阻擋部份的非平行離子束或是減少部份之非平行離子束的離子濃度。在此，孔隙裝置可為固定開口、可調整開口、遮罩、光罩或其組合。

本發明的一些實施例，更包含一孔隙裝置，配置於離子束傳遞途徑上並位於這些光學元件之間，用以阻擋部份的非平行離子束或是減少部份之非平行離子束的離子濃度。在此，孔隙裝置可為固定開口、可調整開口、遮罩、倍縮光罩或其組合。

本發明的一些實施例，非平行離子束之橫截面上離子束電流分佈可以為單峰狀電流分佈、兩個單峰狀電流分佈、雙峰狀電流分佈、截頭拋物線狀電流分佈、多峰狀電流分佈或是非對稱狀。

本發明的一些實施例，更包括一驅動裝置，用以驅動承載裝置垂直於離子束傳遞路徑呈線性移動。本發明又一些實施例，更包括一驅動裝置，用以驅動承載裝置相對於離子束傳遞路徑傾斜。

根據上述討論，本發明所提出之離子佈植機可以提供非平行離子束，其可以同時用非平行離子束之不同部份來佈植工件之不同部份。藉以，當工件掃描通過非平行離子束時，工件上任一部份都可以依序被非平行離子束之 不同部份(不同入射角度)所佈植。也就是說，工件上任一個三維結構，其頂表面、左側表面與右側表面都可以被非平行離子束所佈植。亦即，藉由使用本發明所提出之離子佈植機，三維半導體結構的製程可以簡化。

100‧‧‧鰭式場效電晶體

110‧‧‧鰭片結構

112‧‧‧左側面

114‧‧‧頂面

116‧‧‧右側面

200‧‧‧離子束

210、220、230‧‧‧入射方向

300‧‧‧離子佈植機

310‧‧‧離子源

320、320a、320b‧‧‧光學元件

330‧‧‧承載裝置

340‧‧‧驅動裝置

350‧‧‧孔隙裝置

352‧‧‧固定孔隙

400‧‧‧工件

CB‧‧‧收斂式離子束

DB、DB1、DB2‧‧‧發散式離子束

OB‧‧‧離子束

P1‧‧‧中央部分

P2‧‧‧外圍部分

R1‧‧‧中央區域

R2‧‧‧周邊區域

RB‧‧‧環狀離子束

圖1繪示習知一種鰭式場效電晶體的立體結構示意圖。

圖2繪示一種以傳統離子束對圖1中所繪示出的鰭式場效電晶體進行離子佈植的示意圖。

圖3至圖6分別繪示本發明一些實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖7至圖9分別繪示本發明一些實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖10至圖13分別繪示本發明一些實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖14至圖16分別繪示本發明一些實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖17繪示本發明一實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖18至圖19分別繪示出本發明一些實施例的離子佈植機的結構示意圖。

圖20-25分別繪示在本發明一些實施例的非平行離子束的離子束橫截面上所測量出的離子束電流分佈圖。

本發明將詳細描述如一些實施例如下。然而，除了所揭露之實施例外，本發明亦可以廣泛地運用在其他之實施例。本發明之範圍並不受該些實施例之限定，乃以其後之申請專利範圍為準。而為提供更清楚之描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明之發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對之尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度之比例會被突顯而顯得誇張，且不相關之細節部分亦未完全繪出，以求圖示之簡潔。

本發明提供一種離子佈植機，其提供具有不可忽略之發散角度或不可忽略之收斂角度。相對地，傳統的離子佈植機係產生準直化的離子束，亦即實質上平行的離子束。簡言之，本發明提出之離子佈植機所輸出之非平行離子束的平行度(parallism)小於傳統離子佈植機所輸出之離子束的平行度。舉例來說，非平行離子束可為發散離子束，且其發散角度大於等於3度但小於等於10度。舉例來說，非平行離子束可為收斂離子束，且其收斂角度大於等於3度但小於等於10度。當然，非平行離子束也可以有其它不同的發散角度範圍或是其同不同的收斂角度範圍，或例如大於5度但小於15度，或例如不小於4度也不大於8度，或例如小於18度而大於2度，或例如大於8度等等。事實上，本發明所提供之離子佈植機必不受限於所提供之非平行離子束的可能發散角度範圍及/或可能收斂角度範圍，當實際的發散角度範圍及/或實際的收斂角度範圍係取決於使用本發明之離子佈值機所進行的半導體製程。

本發明提供一種離子佈值機，其使用光學元件來將離子源所產生的離子束調整為非平行離子束。業界習知的，使用磁性元件所產生的磁場或是此用電性元件所產生的電場可以調整離子束，或甚至是調整任何的帶電粒子束。類比於用來調整光束用的透鏡，”束光學”(beam optics)這個術語普遍被用來描述在離子源與用以承載將被佈植工件之承載裝置之間對離子束所進行的調整，而”光學元件”(optical component)這個術語也被用來標示這些磁性元件與這些電性元件。因此，藉由調整這些光學元件的運作，使得各個使用之光學元件皆施加非均勻的力量分佈在通過之離子束(或視為不同的磁場分佈及/或不同的電場分佈)，此離子束可以被調整為一非平行離子束。就如同藉由使用凸透鏡及/或凹透鏡可以將光束調整為非平行光束般。也就是，本發明所提出的離子佈值機並不受限於所使用之光學元件的細節，只要這些使用之光學元件可以彈性地調整以提供所需要的非均勻的力量分佈。一般來說，光學元件可以是施加四極磁場於離子束之磁四極矩，在此四極磁場可以在離子束的不同部份施加不同的羅倫斯力量(Lorentz force)，不論是力量的大小或是方向。其次，光學元件也可以是分別位於兩個相分離之支架上的多數個線圈(coil)，在此任一個線圈都可以產生各自的磁場，使得整個離子束會為這些各自磁場之總合所影響所調整。 當然，光學元件也可以是分別位於兩個相分離之支架上的多數個電極(electrode)，在此位於不同支架的任二個電極之間都可以產生橫跨離子束的電場，使得離子束中離子的運動會受其所影響所調整。

請注意這些光學元件的位置會影響其對離子束的調整結果。通常，光學元件的位置傾向於靠近離子源但遠離被佈植的工件，這是因為光學元件與工件之間的距離將影響離子束角度分佈是怎樣地分佈在工件之上。附帶地，不論是點狀離子束或是束狀離子束，這至少一光學元件可以或施加磁場或施加電場在整個或部份的離子束上，藉以調整離子束或甚至是調整諸如大小、形狀與電流分佈等等的離子束參數。當然，由於束狀離子束通常具有比點狀離子束來得多的離子，本發明較能將點狀離子束調整到比較大的收斂角度與發散角度，像是調整到不大於15度，而較會將束狀離子束調整到比較小的收斂角度與發散角度，像是調整到不大於5度。

圖3至圖19分別為根據本發明一些實施例之離子佈植機的結構示意圖，圖20至圖25分別為根據本發明一些實施例之非平行離子束橫截面上的離子束電流分佈輪廓。在這些實施例，非平行離子束或是被示意地畫為發散離子束DB或是被示意地畫為收斂離子束CB。在此，發散離子束DB與收斂離子束CB的平行度(parallism)較離子源310提供之離子束OB的平行度來得差，這是由於光學元件320係被用來將離子源提供離子束OB調整為非平行離子束。無論如何，當離子源310提供之離子束OB是平行度不好的非平行離子束，或是離子源310提供之離子束OB在經未圖示之分析磁鐵(analysis magnet)調整後仍為平行度不好的非平行離子束時，發散離子束DB與收殮離子束CB皆可以是將此離子源310提供離子束OB調整後之平行度較好的非平行離子束。

據此，發散離子束DB與收斂離子束CB都可以同時地垂直入射工件的一部份但也非垂直入射工件的其它部份。舉例來說，如圖3所示，工件400有中央區域R1與周邊區域R2，而發散離子束DB也有中央部份P1與外圍部份P2。在此，中央區域R1對應到中央部份P1而周邊區域R2對應到外圍部份P2。因此，工件400的不同區域可以同時地被發散離子束DB的不同部份所佈植。藉以，當工件400完整地被移動橫越通過發散離子束DB，中央區域R1與 周邊區域R2都可以接續地被中央部份P1與外圍部份P2所佈植。也就是說，藉由使用如此的發散離子束DB，當工件400被掃描通過此非平行離子束一次且僅一次時，離子便可以沿著不同的入射角度被入射到任何位於工件400的三維結構，例如鰭狀結構(Fin structure)。請注意收斂離子束CB也可以當工件400被掃描通過此非平行離子束一次且僅一次時，讓離子沿著不同的入射角度被入射到任何位於工件400的三維結構，例如鰭狀結構(Fin structure)。也就是說，諸如鰭狀結構等三維結構的頂表面與兩個相對的側扁面都可以被非平行離子束所佈植，只要工件400被掃描通過此非平行離子束一且唯一次。顯然地，本發明所提出之離子佈植機比被設計來提供準直化平行離子束的習知離子佈植機，更適用於製造三維結構。

當然，為了提昇離子佈植的成果，也可以掃描工件400通過非平行離子束二次或多次，甚至也可以沿著一個掃描途徑(raster)掃描工件400以確保整個工件400都會被非平行離子束所佈植。此外，使用本發明提出之離子佈植機所提供之非平行離子束時，並不必須去轉動(twist)或傾斜(tilt)工件400，也不必須在掃描週期內改變非平行離子束之傳輸路徑，來在掃描期間改變工件400與非平行離子束的相對方向。雖然，可以視需要選擇這樣作以增加工件400與非平行離子束之間入射角度的可能變化範圍。相較之下。當習知離子佈植機所提供之平行離子束被使用時，便必須或是轉動或傾斜工件400或是改變平行離子束的傳遞路徑，藉以使得工件400可以被此平行離子束分別沿著不同入射角度所佈植。

除此之外，本發明所提供之離子佈植機300至少包含離子源310與一光學元件320。離子源310係被配置成提供沿著傳遞路徑X傳遞之離子束OR，而光學元件320係沿著傳遞路徑X排列藉以將此離子束OB調整為非平行離子束。一般來說，雖然未特別圖示，本發明還有被配置於離子源310與光學元件320之間的分析磁鐵，用以將不需要的離子給濾除掉。此外，舉例來說，工件400可以是位於反應室300內部之矽晶圓，工件400係被離子佈植300機之承載裝置330所承載，而且離子佈植機300之驅動裝置340被配置來驅動承載裝置330(等效於驅動工件400)，或是帶動承載裝置330相對於發散離子束DB在 Y-Z平面移，或是沿著Y軸或Z軸來傾斜承載裝置330。舉例來說，驅動裝置340可以是線性驅動元件，像是螺桿(lead screw)、導軌(guide rail)與可伸縮手臂(extendable-retractable arm)等等，藉以在Y-Z平面上線性地驅動工件400。此外，當發散離子束DB的參數可以被光學工件320所充份地調整時，諸如大小與形狀等參數，驅動裝置340也可以是諸如掃描手臂(swing arm)等曲線驅動裝置，藉以在Y-Z平面上沿著曲線移動承載裝置330。此外，驅動裝置340還可以是傾斜驅動裝置，藉以讓工件400沿著X軸或Y軸而傾斜。

使用光學元件來產生需要之非平行離子束的可能方式有不少。舉例來說，當只有一個光學元件320被使用來產生發散離子束時，本發明所提出之離子佈植機至少有下列的變化。如圖3所示，大致平行的離子束OB被光學元件320調整為發散離子束DB。這是一個基本的變化，光學元件320將離子源310(甚至與分析磁鐵一起作用)提供之大致平行離子束OB予以發散而不是予以準直化。此外，如圖4所示，光學元件320也可以將離子束OB調整為發散離子束DB，亦即將逐漸聚焦成為稍微收斂離子束的離子束OB予以發散成為發散離子束DB。此外，如圖5所示，光學元件320也可以在離子束OB是未充份聚焦而便成輕微發散離子束時，將如此之離子束OB調整為發散離子束DB。在此，發散離子束DB的發散角度大於離子束OB的發散角度。此外，如圖6所示，離子束OB也可以不是直接被發散成為發散離子束DB，而是先被收斂成為收斂離子束CB，然後在收斂離子束CB聚焦之後再讓其發散成為需要之發散離子束。

相對地，如圖7到圖9所示，當只有一個光學元件320被使用來產生發散離子束時，本發明所提出之離子佈植機至少有下列的變化。如圖7所示，大致平行的離子束OB被光學元件320調整為收斂離子束CB。這是一個基本的變化，光學元件320將離子源310(甚至與分析磁鐵一起作用)提供之大致平行離子束OB予以收斂而不是予以準直化。此外，如圖8所示，光學元件320也可以將離子束OB調整為收斂離子束CB，亦即將逐漸發散成為稍微發散離子束的離子束OB予以收斂成為收斂離子束CB。此外，如圖9所示，光學元件320也可以在離子束OB是未充份聚焦而便成輕微收斂離子束時，將如此之離子束 OB調整為收斂離子束CB。在此，收斂離子束CB的收斂角度大於離子束OB的收斂角度。

進一步地，本發明所提出之離子佈植機300也可以包含兩個光學元件320a/320b。這二個光學元件320a/320b係沿著離子束傳遞路徑被依序放置在離子源310與工件400之間。在這些實施例中，任一個光學元件320a/320b都可以或是電性元件或是磁性元件。例如，光學元件320a可以是磁性元件，當光學元件320b可以是電性元件時。例如，光學元件320a可以是電性元件，當光學元件320b可以是磁性元件時。

具體來說，如圖10所示，離子束OB可先被光學元件320a收斂成一個收斂離子束，然後這個收斂離子束再為光學元件320b所發散而成為發散離子束DB。又例如，如圖11所示，離子束OB可先被光學元件320a發散成為一發散離子束DB1，然後這個發散離子束DB1再為光學元件320b所再度發散而形成另一個發散離子束DB2。在此，發散離子束DB2的發散角度大於發散離子束DB1的發散角度。其次，如圖12所示，離子束OB可被光學元件320a發散成一發散離子束DB1，然後此發散離子束DB1再被光學元件302b給稍微收斂成另一發散離子束DB2。在此，發散離子束DB2的發散角度係小於發散離子束DB1的發散角度。此外，如圖13所示，離子束OB可被光學元件302a發散成為一預發散離子束DB1，然後這個預發散離子束可被光學元件320b所收斂而形成收斂離子束CB。在此，收斂離子束CB在收斂至聚焦之後將再發散而形成另一個發散離子束DB。

相對地，如圖14所示，離子束OB可先被光學元件320a發散成一個發散離子束，然後這個發散離子束再為光學元件320b所收斂而成為收斂離子束CB。又例如，如圖15所示，離子束OB可先被光學元件320a收斂成為一發散離子束CB1，然後這個收斂離子束CB1再為光學元件320b所再度收斂而形成另一個收斂離子束CB2。在此，收斂離子束CB2的收斂角度大於收斂離子束CB1的收斂角度。其次，如圖16所示，離子束OB可被光學元件320a收斂成一收斂離子束CB1，然後此收斂離子束CB1再被光學元件320b給稍微發散成另一 收斂離子束CB2。在此，收斂離子束CB2的收斂角度係小於收斂離子束CB1的收斂角度。

進一步地，在其它未圖示之實施例，本發明所提出之離子佈植機也可以具有三個或更多個光學元件。在此，每一個光學元件可以是磁性元件或是電性元件。換句話說，這些光學元件可以都是磁性元件或都是電性元件，也可以是至少一個磁性元件與至少一個電性元件的組合。除此之外，這些光學元件的配置是彈性的，只要都是位於離子源的下遊，或甚至是都位於分析磁鐵的下游與位於承載裝置(或視為被承載且將被佈植之晶圓)的上游。舉例來說，一個可能配置是最靠近離子源之光學元件為施加磁場於離子束之磁性元件，而其它的光學元件都可以或是施加磁場的磁性元件或是施加電場的電性元件。此外，當至少一個磁性元件與至少一個電性元件被使用時，這些光學元件之間的配置並沒有特別的限制，這些磁性元件與這些電性元件可以依照任何的順序而排列在離子源與承載裝置之間。

進一步地，如圖17所示，本發明所提出之離子佈植機300還可以包含孔隙裝置(aperture device)350。當然，孔隙裝置350也可以被應用至其它有圖示或未圖示之實施例，雖然未在此特別描述。在此，孔隙裝置350可以是固定開口(constant aperture device)、可調整開口(variable aperture device)、遮罩(mask)、光罩(reticle)或是這些的組合，並且通常是由石墨(graphite)或任何可以吸收離子束的材料所形成。孔隙裝置350往往是配置於離子束傳遞途徑上並位於光學元件320之下游以及位於承載裝置330與工件400的上游，並傾向靠近工件400。藉以，可以阻擋非平行離子束的一些離子。無論如何，如果需要，本發明也可以將孔隙裝置350安置於任二個相鄰之光學元件320之間或是安置於光學元件320與離子源310之間。舉例來說，在這個實施例中，孔隙裝置350可為具有固定開口352的一個裝置，而這個固定開口352對應到工件400的中央區域R1與這個發散離子束DB的中央部份P1。藉此，孔隙裝置350可以阻止發散離子束DB使其外圍部份P2不能佈植到工件400的週邊部份R2。在某些選項，藉由改變其材料或是改變其結構，像是使用多孔洞材料(porous material)，孔隙裝置350可以僅僅阻擋發散離子束DB之中央部份P1的部份離子或是僅僅阻擋發散 離子束DB之外圍部份P2的部份離子，使得工件400之中央部份R1或周邊部份R2的離子濃度可以降低。

此外，在某些未圖示之實施例，孔隙裝置還可用來阻擋沿著某些方向移動之部份的發散離子束。舉例來說，在離子束被光學元件調整為發散離子束的過程中，某些離子可能並沒有沿著預定的發散角度被傳輸往工件。因此，工件上某些區域的離子佈植濃度會高於預定的值，這是由於這些區域被過度地佈值。在這種狀況，孔隙裝置可以應用來阻擋掉全部或部份之未沿著預定之發散角度進行移度之離子。

值得注意的是在所有先前提到的實施例中，光學元件係被用來均勻地對稱於離子束的中線來收斂或發散這個離子束。也就是說，靠近離子束外部輪廓處的離子們之傳遞路徑的變化量比較大，而靠近離子束之中線的離子捫之傳遞路徑的變化量比較少。無論如何，在本發明的其它實施例中，光學元件也是可以用來非均勻地收斂或發散離子束。舉例來說，如圖18與圖19所示，光學元件320a可先將離子束OB調整為環狀離子束RB，然後光學元件320b可將環狀離子束RB進一步地將環狀離子束RB予以非均勻地發散，藉以形成環狀發散離子束DB或環狀收斂離子束CB。在這些實施例中，相較於光學元件320a，不論是靠近離子束外部輪廓處或是靠近離子束中線處，離子們之傳遞路徑的變化量都會比較大，但是靠近介於離子束外部輪廓與離子束中線之間的中間環狀處的離子們之傳遞路徑的變化量則會比較小。對比之下。相較於光學元件320b，靠近離子束外部輪廓處之離子們傳遞路徑的變化量會比較大，但是靠近離子束中線處離子們之傳遞路徑的變化量則會比較小。也就是說，在本發明，離子束的不同部份可以被不同的光學元件分別地進行收斂或進行發散。

進一步地，關於所產生的非平行離子束，不論是發散離子束DB或是收斂離子束CB，非平行離子束之橫截面上的離子束電流分佈投射在工件400時的輪廓可以是如圖20所示之單峰狀電流分佈。另一個可能的變化是，關於在圖18與圖19所提到的非平行離子束DB/CB，非平行離子束DB/CB之橫截面上的離子束電流分佈投射在工件400時的輪廓可以是如圖21所示之兩個單峰狀電流分佈。附帶地，在其它未圖示的實施例，非平行離子束之橫截面上的離 子束電流分佈投射在工件400時的輪廓或可以是如圖22所示之雙峰狀電流分佈，或可以是如圖23所示之截頭拋物線狀電流分佈，或可以如圖24所示之多峰狀電流分佈，或可以如圖25所示之是非對稱狀電流分佈，或可以是其它的規則輪廓或不規則輪廓的電流分佈。除此之外，也還可以利用先前討論的孔隙裝置350來調整非平行離子束之橫截面上的離子束電流分佈投射在工件400時的輪廓，藉以形成各種需要的離子束電流分佈。

根據上述的種種調整，離子束可以需要調整成不同的非平行離子束，使得工件之不同部份有不同的佈植結果，如不同的離子濃度。

簡短結論，本發明所提出的離子佈植機可以提供非平行離子束。這個離子束可以同時地以非平行離子束之不同部份來佈植工件的不同區域，亦即離子們可以同時地沿著不同入射角度被打入到工件的不同區域。因此，藉由將讓工件與非平行離子束相互掃描通過，工件上每一個區域都可以接續地被沿著不同的入射角度所佈植。也就是說，對於工作上的任何三維結構，其頂表面與相對二側的側表面都可以在僅僅一次掃描過程中便被非平行離子束所佈植(亦即僅僅一個掃描週期內)。相較之下，習知之離子佈植機所提供的平行離子束，在一個掃描週期內只能佈植三維結構之頂面面與相對二側之側表面這三找的某一者，因此必須進行多次的掃描(亦即需要多個掃描週期)才能完成對三維結構之頂表面與相對二側之側表面的佈植。顯然，使用本發明所提出之離子佈植機的優點是相當明顯的。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他為脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍。

300‧‧‧離子佈植機

310‧‧‧離子源

320‧‧‧光學元件

330‧‧‧承載裝置

340‧‧‧驅動裝置

400‧‧‧工件

DB‧‧‧發散式離子束

OB‧‧‧離子束

P1‧‧‧中央部分

P2‧‧‧外圍部分

R1‧‧‧中央區域

R2‧‧‧周邊區域

Claims (38)

1. 一種離子佈植機，包括：一離子源，提供一離子束；以及至少一光學元件，配置於離子束的一傳遞路徑上，用以將離子束調整為非平行離子束，其中，當該非平行離子束為發散離子束時，其發散角度為大於等於3度但小於等於10度、或是大於5度但小於15度、或是不小於4度也不大於8度、或是小於18度而大於3度，或是大於8度；其中，當該非平行離子束為收斂離子束時，其收斂角度為大於等於3度但小於等於10度、或是大於5度但小於15度、或是不小於4度也不大於8度、或是小於18度而大於3度，或是大於8度。
2. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，更包含用以承載工件之一承載裝置，其配置於離子束傳遞路徑並位於光學元件的下游，使得工件的不同部份被非平行離子束的不同部份所佈植。
3. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，其中離子源提供之離子束為點狀離子束或束狀離子束。
4. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，當離子源提供之離子束為點狀離子束時，非平行離子束與平行離子束之角度分佈差異係等於或小於15度。
5. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，當離子源提供之離子束為束狀離子束時，非平行離子束與平行離子束之角度分佈差異係等於或小於5度。
6. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，離子源提供之離子束為平行離子束、收斂離子束或發散離子束，而非平行離子束為發散離子束或收斂離子束。
7. 如申請專利範圍第2項之離子佈植機，光學元件的位置係靠近離子束但遠離承載裝置。
8. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，光學元件為磁性元件或電性元件。
9. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，光學元件為施加四極磁場於離子束之磁四極矩。
10. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，光學元件為磁性元件，包含位於兩支架上的多數個線圈，這兩支架係位於離子束的相對兩側。
11. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，光學元件為電性元件，包含位於兩支架上的多數個電極，這兩支架係位於離子束的相對兩側。
12. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被光學元件發散成發散離子束。
13. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被光學元件收斂成收斂離子束。
14. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被光學元件收斂，以使離子束先聚焦，然後再發散成該發散式離子束。
15. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，更包含沿著離子束傳輸途徑排列且位於離子源下游之多數個光學元件。
16. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，任一光學元件為磁性元件或電性元件。
17. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，至少一光學元件為施加四極磁場於離子束之磁四極矩。
18. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，至少一光學元件為磁性元件，其包含位於兩支架上的多數個線圈，這兩支架係位於離子束的相對兩側。
19. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，至少一光學元件為電性元件，其包含位於兩支架上的多數個電極，這兩支架係位於離子束的相對兩側。
20. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，這些光學元件至少包含：至少一磁性元件，配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游；以及一電性元件，配置於離子束傳遞路徑並位於這些磁性元件下游。
21. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，這些光學元件至少包含：至少一磁性元件，配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游；以及一電性元件，配置於離子束傳遞路徑並位於二個磁性元件之間。
22. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，這些光學元件至少包含：至少一電性元件，配置於離子束傳遞路徑並位於離子源下游；以及一磁性元件，配置於離子束傳遞路徑，並且位於所有電性元件的下游或是位於二個電性元件之間。
23. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，這些光學元件之不同部份係調整離子源提供離子束之不同部份。
24. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件收斂成收斂離子束，然後此收斂離子束被遠離離子源之至少一光學元件發散成此非平行離子束。
25. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件發散成發散離子束，然後此發散離子束被遠離離子源之至少一光學元件收斂成此非平行離子束。
26. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被這些光學元件逐漸發散成此非平行離子束。
27. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被這些光學元件依序先收斂再發散而形成收斂離子束或發散離子束。
28. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被這些光學元件逐漸收斂成此非平行離子束。
29. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被這些光學元件依序先發散再收斂而形成發散離子束或收斂離子束。
30. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件發散成發散離子束，然後被遠離離子源之至少一光學元件所收斂而在聚焦之後形成此非平行離子束。
31. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，離子源提供之離子束係被靠近離子源之至少一光學元件收斂成收斂離子束，然後在收斂離子束聚焦之後被遠離離子源之至少一光學元件再發散而形成此非平行離子束。
32. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，更包含一孔隙裝置，配置於離子束傳遞途徑上並位於光學元件之下游，用以阻擋部份的非平行離子束或是減少部份之非平行離子束的離子濃度。
33. 如申請專利範圍第32項之離子佈植機，孔隙裝置係為固定開口、可調整開口、遮罩、光罩或其組合。
34. 如申請專利範圍第15項之離子佈植機，更包含一孔隙裝置，配置於離子束傳遞途徑上並位於這些光學元件之間，用以阻擋部份的非平行離子束或減少部份之非平行離子束的離子濃度。
35. 如申請專利範圍第34項之離子佈植機，孔隙裝置係為固定開口、可調整開口、遮罩、倍縮光罩或其組合。
36. 如申請專利範圍第1項之離子佈植機，此非平行離子束之橫截面上離子束電流分佈為單峰狀電流分佈、兩個單峰狀電流分佈、雙峰狀電流分、截頭拋物線狀電流分佈、多峰狀電流分佈或是非對稱狀。
37. 如申請專利範圍第2項之離子佈植機，更包括一驅動裝置，用以驅動承載裝置垂直於離子束傳遞路徑呈線性移動。
38. 如申請專利範圍第2項之離子佈植機，更包括一驅動裝置，用以驅動承載裝置相對於離子束傳遞路徑傾斜。