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TWI532085B - 用於離子植入機之控制模組 - Google Patents

用於離子植入機之控制模組 Download PDF

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Description

用於離子植入機之控制模組
本發明關於用於離子植入機之控制模組。
本發明的領域是在電漿浸入模式中操作的離子植入機的領域。因此，在基板中植入的離子由浸入在電漿中的基板以及在以幾十伏到幾十千伏(一般小於100千伏)的負電壓偏壓它所組成，藉以創建能夠朝向基板加速電漿的離子之電場，藉此它們成為植入其中。以這種方式植入的原子被稱為「摻雜劑」。
離子的穿透深度取決於它們的加速能量。它首先取決於施加於基板的電壓和其次於離子和基板各自的性質。植入原子的濃度取決於表示為每平方厘米的離子數之劑量，和於植入深度。
當實施植入時，必要參數之一者是所植入之摻雜劑的劑量。本劑量需要被準確地知道。它一般是藉由偏壓發電機所傳送的電源供應電流估計。
對情況的考量在下面給出，其中到基板的偏壓是脈衝的。
參照圖1，文件WO01/15200建議藉由電源供應偏壓基板，其包含：．發電機GEN具有其連接到地之正極；．第一開關IT1具有其連接到發電機GEN的負極之 第一極和具有其連接到電源供應的輸出端子O之第二極；．第二開關IT2具有其連接到輸出端子O之第一極，並具有其連接到地之第二極。
當第一開關IT1是打開的，且第二開關IT2是關閉的，位移電流被產生，其是由於植入機等效的電容。
本等效電容是機器的所有的雜散電容的總和：．電纜的電容；．被偏壓的零件和被接地的零件之間的電容，特別地在基板托架平台和植入室之間的電容；．隔離變壓器的電容；以及．電漿護套的電容。
被發現到，位移電流用於植入是沒有用的電流，但其亦是從電源供應電流提取。
當估算植入劑量時，因此，考量本位移電流是適當的以從電源供應電流減去它。
因此，文件US6433553建議安排測量電容Cm並聯於基板托架。
此測量電容Cm應該是等於植入機的等效電容，然而，判定等效電容實際上是不可能的。
此外，位移電流Id是電荷Q相對於時間的微分：Id=dQ/dt
電荷Q是電壓V乘以測量電容的積：Q=Cm.V
因此：Id=Cm.dv/dt+V.dCm/dt
上述的文件僅考慮由來自上述公式的第一項。它假設等效電容是常數，其不是正確的，尤其是因為電漿護套的變異。
因此，在本發明的目的是為了更準確地判定位移電流。
本發明提供一種用於離子植入機的控制模組，具有電源供應，電源供應包含：發電機，具有其正極連接到地；第一開關，具有其連接到發電機的負極之第一極和其連接到電源供應的出口端子之第二極；第二開關，具有其連接到出口端子之第一極，和具有其連接到中性化端子之第二極的；此外，控制模組包括用於測量第二開關的第二極和中性化端子之間流動的電流之電流測量電路。
位移電流流動在基板托架平台和中性化端子之間。
在第一選項中，中性化端子連接到地。
在第二選項中，中性化端子連接到具有其負極連接到地的電壓源的正極。
在第一實施方式中，電流測量電路是圍繞連接第二開關的第二極到中性化端子的電纜之線圈。
在第二實施方式中，電流測量電路包含連接於第二開關的第二極和中性化端子之間的測量電阻器，並聯於測量電阻器的積分電容器，和同樣並聯於測量電阻器的電壓測量電路。
有利地，控制模組更包括配置於發電機的負極和接地之間的調節電容器。
因此，模組包括用於估計由發電機傳送的植入電流之模組，並且它更包括用於藉由微分電源供應電流和位移電流以估計植入電流之控制電路。
此外，因此由於植入電流是電源供應電流和位移電流之間的差異，植入電流並不僅代表植入離子電流。
正電荷不是純粹由於到達基板的正離子，但它們亦來自從基板的表面釋放的二次電子的產生。
在離子束植入機上，二次電子具有很少的能量，藉此藉由法拉第籠圍繞它，它們可被採取朝向基板，籠被負電位障壁光學地關閉。
在操作在電漿浸沒模式之植入機中，二次電子被以能量加速，其實質相同於電漿的正離子的能量，其使得更難 將它們帶回朝向基板。
因此，本發明的另一目的是考量二次電子對植入電流的貢獻。
根據本發明，控制構件包括用於估計由發電機傳送的電源供應電流以及用於藉由二次電子檢測器以接收干擾電流之模組，並且它更包括用於藉由從電源供應電流減去位移電流和干擾電流以估計離子電流之控制電路。
此外，當控制電路從光譜儀接收預定離子種類的比例時，控制電路分配比例到離子電流以估計植入劑量。
本發明亦提供一種離子植入機，設置有控制模組，並具有基板托架平台，連接到基板托架平台之電源供應的出口端子。
在一個圖以上所示的元件在它們的每一者被給予相同的符號。
參照圖2，離子植入機包含配置在真空外殼ENV的內部和外部的複數個元件。對於微電子應用，推薦使用氧化鋁合金製成的外殼，如果欲限制由金屬元素，如鐵，鉻，鎳，或鈷的污染。使用矽或碳化矽的塗佈亦是可能的。
基板托架平台PPS，是以光碟的形式在水平面上，其是可繞其垂直軸AXT旋轉的，並且它接收要進行離子植入的基板SUB。
外殼ENV的頂部接收源體CS，其是圓柱形的，並且 在垂直軸AXP上。本體是由石英製成。它被外部地圍繞，首先是限制線圈BOCi和BOCj，其次是外部射頻天線ANT。用於電漿產生氣體的入口ING與源體CS的垂直軸AXP同軸。本垂直軸AXP符合基板托架平台PPS的SUB表面，用於植入的基板被放置於其上。
使用任何類型的脈衝電漿源是可能的：感應式耦合電漿(Inductively coupled plasma；ICP)，螺旋波，微波，電弧。這些源需要操作在足夠低的壓力準位以確保在高電壓的壓板PPS和在接地電位的外殼ENV之間所創健的電場不點燃放電電漿，其會干擾源的脈衝操作。
植入機亦包括配置成面對基板SUB的二次電子檢測器DES。它亦包括配置在機殼ENV中的光譜儀SPC，例如質量光譜儀或光學光譜儀。光譜儀辨識於電漿中植入種類的比例。
植入機的控制模組MP本質上包含四個元件：．高低壓電性電源供應PS；．位移電流測量電路AMP；．用於估計電源供應電流的部件CUR；．控制電路CC。參照圖3，電源供應PS包含：．高電壓發電機HT，具有其正極連接到地；．第一開關SW1，具有其第一極連接到發電機HT的負極，並具有其第二極連接到電源的輸出端子S；．第二開關SW2，具有其第一極連接到輸出端子S， 並具有其第二極連接到中性化端子N，或者直接地或者透過放電電阻Rd，典型地具有1千歐姆(kΩ)的電阻；．較佳地，調節電容器Cr並聯連接於發電機HT。
輸出端子S連接到植入機的基板托架平台PPS。
用於估計電源供應電流的部件CUR，電流表的等效物，給予由發電機HT傳送到基板托架平台PPS的電源供應電流的測定。
中性化端子可被連接到地。它亦可連接到具有其負極連接到地之電壓源的正極。本正電壓被選擇為實質等於電漿電位，其一般落在10伏(V)至20V的範圍內。
電流測量電路AMP測量第二開關SW2的第二極和中性化端子N之間流動的位移電流。
在第一實施方式中，本電流測量電路是圍繞運輸位移電流的電纜的線圈。這提供了瞬時電流的測量，並且發生本電流變化極為迅速。為了避免訴諸於快速測量電子，測量本電流的平均值是較佳的。
因此，參照圖4，在第二實施方式中，電流測量電路AMP是平均電路。它包括連接在第二開關SW2的第二極和中性化極之間的測量電阻Rm，並聯於測量電阻Rm的積分電容器Ci，和亦並聯於測量電阻Rm的電壓測量電路U。測量的電壓表示位移電流的平均值。
測量電阻器Rm必須具有電阻，藉此橫跨其端子的電壓足以容易地以精度測量。典型的電阻約為10歐姆(W)。
返回到圖2，因此，控制模組MP包括控制電路CC， 其接收被部件CUR傳送的電源供應電流用於估計電流，以及其亦接收由測量電路AMP供給的位移電流。需要這兩個電流之間的差以計算植入電流，這是比電源供應電流較佳的植入劑量的表示。
劑量的測量細分如下。
控制電路亦接收藉由二次電子檢測器DES傳送的干擾電流，並且然後它藉由從電源電流減去位移電流和干擾電流來計算離子電流。
劑量的測量藉由光譜儀SPC進一步被顯著改善。控制電路從中接收由植入種類構成的電漿的比例，並且將本比例乘以離子電流以給予劑量的估計。
本發明的上述實施已被選擇，因為它的具體性質。然而，不可能詳盡無遺地列出本發明所涵蓋的所有可能的實施。特別地，在不超越本發明的範圍的情況下，任何步驟或任何所述的設施工具可由等效的步驟或等效的設施工具替換。
IT1‧‧‧第一開關：電子
IT2‧‧‧第二開關：電子
O‧‧‧輸出端子：電子
Cm‧‧‧測量電容：電子
Q‧‧‧電荷：電子
Id‧‧‧位移電流：電子
V‧‧‧電壓：電子
PPS‧‧‧基板托架平台：電子
ENV‧‧‧外殼：電子
AXT‧‧‧垂直軸：物理
SUB‧‧‧基板：半導體
CS‧‧‧源體：電子
AXP‧‧‧垂直軸：物理
BOCi‧‧‧限制線圈：電子
BOCj‧‧‧限制線圈：電子
ANT‧‧‧天線：電子
DES‧‧‧二次電子檢測器：電子
SPC‧‧‧光譜儀：光電
MP‧‧‧控制模組：電子
PS‧‧‧電源供應：電子
CC‧‧‧控制電路：電子
AMP‧‧‧測量電路：電子
CUR‧‧‧部件：電子
HT‧‧‧發電機：電子
SW1‧‧‧第一開關：電子
SW2‧‧‧第二開關：電子
N‧‧‧中性化端子：電子
Cr‧‧‧調節電容器：電子
Rd‧‧‧放電電阻：電子
S‧‧‧輸出端子：電子
本發明在以下藉由說明並參照附圖所提供的實現之接下來的描述的上下文中更詳細地顯現，其中：圖1示出先前技術的高電壓電源供應；圖2示出離子植入機，設置有控制模組；圖3示出根據本發明的高電壓的電源供應；圖4示出電流測量電路的實施方式。
PS‧‧‧電源供應：電子
AMP‧‧‧測量電路：電子
CUR‧‧‧部件：電子
HT‧‧‧發電機：電子
SW1‧‧‧第一開關：電子
SW2‧‧‧第二開關：電子
N‧‧‧中性化端子：電子
Cr‧‧‧調節電容器：電子
Rd‧‧‧放電電阻：電子
S‧‧‧輸出端子：電子

Claims (10)

  1. 一種用於離子植入機的控制模組，具有一電源供應，該電源供應包含：一發電機(HT)，具有其正極連接到地；一第一開關(SW1)，具有其連接到該發電機(HT)的負極之第一極和具有其連接到該電源供應的該出口端子(S)之第二極；一第二開關(SW2)，具有其連接到該出口端子(S)之第一極，和具有其連接到一中性化端子(N)之第二極；該控制模組，其特徵在於，它包括用於測量該第二開關(SW2)的該第二極和該中性化端子(N)之間流動的該電流之一電流測量電路(AMP)。
  2. 如申請專利範圍第1項的控制模組，其中該中性化端子(N)連接到地。
  3. 如申請專利範圍第1項的控制模組，其中該中性化端子(N)連接到具有其負極連接到地的一電壓源的該正極。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，其中該電流測量電路(AMP)是圍繞連接該第二開關(SW2)的該第二極到該中性化端子(N)的該電纜之一線圈。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，其中該電流測量電路(AMP)包含連接於該第二開關 (SW2)的該第二極和該中性化端子(N)之間的一測量電阻器(Rm)，並聯於該測量電阻器(Rm)的一積分電容器(Ci)，和同樣並聯於該測量電阻器(Rm)的一電壓測量電路(U)。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，其中它更包括配置於該發電機(HT)的該負極和接地之間的一調節電容器(Cr)。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，其中它包括用於估計由該發電機(HT)所傳送的該電源供應電流之一部件(CUR)，並且它更包括用於藉由微分該電源供應電流和該位移電流(AMP)以估計該植入電流之一控制電路(CC)。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，其中它包括用於估計由該發電機(HT)傳送的該植入電流以及接收由一二次電子檢測器(DES)所傳送的一干擾電流之一模組(CUR)，並且它更包括用於藉由從該電源供應電流減去該位移電流(AMP)和該干擾電流以估計該離子電流之一控制電路(CC)。
  9. 如申請專利範圍第8項的控制模組，其中該控制電路(CC)亦接收一光譜儀(SPC)所確定的一預定離子種類的該比例，並且該控制電路(CC)分配該比例到該離子電流以估計該植入劑量。
  10. 一種離子植入機，設置有如申請專利範圍第1至3項中任一項的控制模組，且其特徵在於它具有一基板托 架平台(PPS)，具有連接到該基板托架平台(PPS)之該電源供應(PS)的該出口端(S)。
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