專利名稱：控制寬束一致性的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及離子植入，且尤指用于控制寬束強度一致性的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
相對于其為一種化學過程的擴散，離子植入是一種物理過程，其為運用于半導體 裝置制造以選擇性植入摻雜劑至半導體工件及/或晶圓材料內。因此，植入的行為并非仰 賴于摻雜劑與半導體材料之間的化學交互作用。針對于離子植入，摻雜劑原子/分子被離 子化及隔離化，有時為加速或減速，形成為一束，且掠過工件或晶圓。摻雜劑離子實際為轟 擊工件，進入表面且典型成為停留在工件表面之下方而于其晶格結構之中。一種離子植入系統(tǒng)是大量復雜的子系統(tǒng)，各者實行于摻雜劑離子的特定作用。以 氣體或固體形式的摻雜劑元素位于離子化室之內且為由適合的離子化過程所離子化。在一 個示范的過程，該室維持在低壓(真空)。燈絲定位于該室之內且加熱至例如電子產生自該 燈絲源之點。負電荷的電子被吸引至亦為該室之內的相反電荷的陽極。在自該燈絲至陽極 的行進期間，電子與摻雜劑源元素(例如分子或原子)碰撞且產生一大群正電荷的離子。運用寬離子束的離子植入具有優(yōu)于基于一小或較小尺寸的束(例如一筆狀束) 的其它系統(tǒng)和方法的數(shù)個優(yōu)點。寬離子束具有低的束電流密度以針對低能量的較佳的離子 束輸送效率。列舉幾項而言，寬離子束還提供關于機械掃描一致植入束于整個工件表面的 簡化、并無于工件運動的高加速/減速、及于離子束光學器件與機械晶圓掃描系統(tǒng)的較簡 單的架構。諸多專利系已經獲準，其顯示種種的方式以產生寬束且顯示種種的技術以修正 于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的大多數(shù)的已知方 法是犧牲離子束角度整體性以供較佳的一致性(強度)。論文“用于平板顯示器植入的帶狀束一致性正控制”是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.的“用于 平板顯示器植入的帶狀束一致性正控制”，美國電機電子工程師學會(IEEE)，公元1999年， 第 354-357 頁)。離子植入近期的應用是要求于整個工件/晶圓表面的強度一致性及角度符合性。 產業(yè)界缺乏一種適當?shù)南到y(tǒng)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 于其它參數(shù)而控制一致性已經迫使諸多植入器開發(fā)者回避寬束技術。數(shù)個金屬或石墨棒的插入至離子束以實際阻斷離子束的一部分以控制離子束強 度一致性在之前有嘗試。那些棒可配置于緊密列以涵蓋該寬離子束的整個寬度且各個棒插 入至該束的深度是可遠距離控制的。然而，存在關聯(lián)于此等技術的數(shù)個問題。首先，由金屬 所作成的棒可能引起不想要的粒子與金屬污染的產生。其次，根據(jù)反饋控制的觀點，移動進 出該離子束的棒的緩慢響應使得控制該束為困難。因此，期望一種用于控制寬離子束的強度一致性的適合的系統(tǒng)和方法，該種系統(tǒng) 和方法系具有快速響應時間且并未犧牲離子束角度完整性。

發(fā)明內容
下文提出簡化的概論，藉以提供本發(fā)明的一個或多個觀點的基本了解。此概論并 非為本發(fā)明的廣泛的概觀，且非為意圖以判別本發(fā)明的關鍵或重要的要素，也并非為界定 其范疇。而是，此概論的主要目的是以簡化的形式以呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為稍后提出 的較為詳細說明的序言。根據(jù)一個或多個實施例，本發(fā)明建立一種離子束一致性控制系統(tǒng)，其中，該一致性 控制系統(tǒng)系包括差動泵送室，其圍繞單獨控制的氣體噴射器的陣列，其中，該單獨控制的 氣體噴射器的氣體壓力由控制器所驅動以改變電荷交換離子的比率，且其中，在該氣體與 離子之間的電荷交換反應改變具有寬離子束的原始電荷狀態(tài)的離子的比率，其中，該寬離 子束的電荷交換部分利用產生磁場的偏轉器而移除；法拉第杯輪廓儀，用于測量該寬離子 束的輪廓；且，基于提供至該控制器的反饋，調整該單獨控制的氣體噴射器，以得到期望的 寬離子束。根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，一種一致性控制裝置包括差動泵送室，其圍繞單獨 控制的氣體噴射器的陣列，其中，該單獨控制的氣體噴射器的氣體壓力由控制器所驅動以 改變電荷交換離子的比率。電荷交換離子中性化寬離子束的一部分，其中，該寬離子束的中 性化部分利用產生磁場的角度修正磁鐵而移除；法拉第杯輪廓儀，用于測量該寬離子束的 輪廓；且，基于提供至該控制器的反饋，調整該單獨控制的氣體噴射器，以得到期望的寬離 子束。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種利用一致性控制系統(tǒng)構造離子束的方法，包括 (a)產生且取出離子束；(b)分析沿著第一路徑的離子束的質量；(C)通過一致性控制系統(tǒng)； (d)利用磁場或電場以沿著第二路徑偏轉該離子束；(e)測量該離子束輪廓；(f)若該離子 束輪廓在規(guī)格之內，進行至(h)；及，(g)若該離子束輪廓在調整一致性控制系統(tǒng)氣體噴射 器之后沒有在規(guī)格內，返回至(C) ； (h)將質量分析且一致調諧的帶狀束指引至將作植入的 工件。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種離子植入系統(tǒng)包括離子源，所述離子源連接至 電源，構成以產生沿著第一束路徑的離子束，其中，該離子束進入具有第一尺寸(Cl1)與第二 尺寸(d2)的質量分析磁鐵，并垂直于xy平面；終端站，所述終端站包含一致性控制系統(tǒng)，用 于接收離子束且利用氣體噴射陣列(an array of gas jets)以修改該離子束的電荷內容， 其中，單獨的氣體噴射壓力能夠針對于離子束的部分而調整；角度修正裝置，構成以接收該 離子束且用磁力使該束沿著第二路徑轉向；及，控制器，利用法拉第杯輪廓儀確定該離子束 輪廓。為了達成前述與相關目的，本發(fā)明包含其完整描述于下文且特別指出于申請專利 范圍的特征。以下的說明與隨附的圖式詳細陳述本發(fā)明的某些說明性質的觀點與實施。然 而，此者系指出本發(fā)明原理為可運用于其之種種方式的僅為一些者。本發(fā)明的其它目的、優(yōu) 點與新穎特征將由當連同圖式所考慮的本發(fā)明的以下詳細說明而變的顯明。


圖1是橫截面俯視圖，說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的一種寬離子植入系統(tǒng)，其中， 偏轉器/中性過濾器是將來自寬離子束產生器的一致散布的離子束轉換成為最終平行寬束；圖2是橫截面?zhèn)纫晥D，說明根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的又一種寬離子植入系統(tǒng)， 其中，寬離子束產生器系產生平行的寬(例如顯示為進出頁面)離子束，且靜電中性/能量 過濾器是在沖擊該束至工件/晶圓之前而引入于離子束的最終彎曲；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，類似于圖2所描繪者的一種離子束控制系統(tǒng)的 立體圖；圖4是側視圖，說明根據(jù)本發(fā)明的一個觀點的其利用一排(an array of)準直氣 體噴射噴嘴的一種離子束控制系統(tǒng)的一個實施例，應用至于圖1所示的寬離子植入系統(tǒng)；圖5是說明圖4的實施例的俯視圖，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，該種離子束控制系 統(tǒng)利用處理室與一排(an array of)準直氣體噴射噴嘴；圖6是側視圖，說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的其利用一排(an array of)準直氣 體噴射噴嘴的一種離子束控制系統(tǒng)的一個實施例，應用至另一種寬束離子植入系統(tǒng)，類似 于圖3所示的；圖7是說明圖4的實施例的俯視圖，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種離子束控制系統(tǒng) 系利用處理室與一排(an array of)準直氣體噴射噴嘴；及圖8是作用方塊圖，說明根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的一種離子束控制方法。
具體實施例方式本發(fā)明將參考隨附的圖式進行描述，其中，相同參考符號運用以指稱于圖式中的 相同組件。熟悉此技術者將要理解的是本發(fā)明不限于下文所說明及描述的示范的實施與 觀點。為了提供本發(fā)明的清楚的描述，該結構與方法是將關連于寬離子束植入而描述。然 而，將為明確了解的是此說明無意為以任何方式而自我限制。參考圖式，根據(jù)本發(fā)明的一個示范觀點，圖1說明一個示范的寬束、單基板離子植 入系統(tǒng)100，其中，系統(tǒng)100可為可操作以掃描寬離子束110于工件118的單一掃描。如上 所述，本發(fā)明的種種的觀點是可實施為關聯(lián)于任何型式的離子植入系統(tǒng)，包括而不限于圖1 示范的系統(tǒng)100。示范的離子植入系統(tǒng)100包含寬離子束產生器112，其產生一致散開的 寬離子束110 ；偏轉器114 ；及，終端站，其形成處理室，其中，離子束110指向至工件118。束110接著通過束一致性控制系統(tǒng)116(圖1與圖2)以使得束110為更一致。束 一致性控制系統(tǒng)116將在下文中詳細論述。束110可由偏轉器/中性過濾器114轉換為平 行束，接著遞送至與終端站關聯(lián)的工件掃描系統(tǒng)120的基板118?？蛇M一步設置與束線組件 關聯(lián)的各種束形成與成形結構(未顯示)，舉例而言，當離子束110沿著束路徑輸送至其支 撐于工件掃描系統(tǒng)120的工件/基板118時，維持且界定寬離子束110。圖2與3顯示另一個示范的寬離子植入系統(tǒng)，其中，寬離子束產生器112產生平行 化的寬離子束110，其接著通過束一致性控制系統(tǒng)116且接著通過偏轉器114以在其被引入 至工件118之前而濾出束110的中性與不想要的能量分量。舉例而言，一種終端站可為一種“串行”型式終端站，其提供抽真空處理室，其中， 單一個基板110(例如半導體晶圓、顯示面板、其它工件、等等)支撐為沿著束路徑以供離 子植入。然而，應注意的是批次或其它型式的終端站可替代為運用，且歸屬于本發(fā)明的范 疇內。根據(jù)本發(fā)明的一個替代方面，系統(tǒng)300包含一種工件掃描系統(tǒng)120(圖1)，其能夠掃描于快速與基本為正交慢速的掃描方向。在本發(fā)明的又一個觀點中，系統(tǒng)300可包含一種 設計，其中，二個離子束軸電氣或磁性掃描或它們的組合。因此，所有該掃描或未掃描的離 子束110視為歸屬于本發(fā)明的范疇內。與圖3、4、與5所描繪的束一致性控制系統(tǒng)116(圖3)是采取相關于束110的相 同方式，利用前文所論述的金屬或石墨棒，藉由該棒插入至束110以針對于局部化的離子 束衰減，然而，具有優(yōu)于先前技術的數(shù)個主要的差異與改良。發(fā)明人認知的是若系統(tǒng)(圖 4)是利用一排(an array of)氣體噴射器506(圖5)而非為上述的實心棒，寬帶狀束110 可控制而無需憂慮腐蝕或金屬污染，且相較于該棒而具有快速許多的響應時間。氣體406 運用準直氣體噴射噴嘴402而垂直指向于寬離子束110。在超低能量(ULE，ultra low energy)開發(fā)初期階段，離子植入開發(fā)者與制造者了解的是自電漿電子溢流(PEF，plasma electron flood)系統(tǒng)的氙(Xe)流量夠強以影響其利用直接在工件118的下游的法拉第 (Faraday)杯輪廓儀407所測量的離子束輪廓。此是因為出自PEF的Xe的準直流量系中性 化(即非為依據(jù)于空間電荷而是電荷交換至中性原子)于PEF的鄰近處(即中心)的束 110的部分者以避過由法拉第杯輪廓儀407的電氣測量及因此避過該輪廓儀測量。在此實施例，出自寬離子束產生器112(圖3)的離子束110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系于此實施例為例如由16個單獨的 氣體噴射噴嘴518-532所作成。在該離子束110通過氣體406的區(qū)域(圖4)之后，電荷交換離子(典型為轉換+1 離子至中性粒子)的比率(fraction)給定為以下的等式⑴ (EQ. 1) FO = 3. 3E16*P (torr) *L (cm) * σ (cm2) (1)其中，P是氣體層的壓力，單位為托(torr)，沿著束方向的氣體層的厚度為L (cm)；σ是針對于特定的電荷交換反應的橫截面；且針對于中能量(數(shù)十KeV)的典型的+1至0電荷交換反應，σ的值約為4E-16cm2。以上等式說明的是舉例而言，在高真空為大約4毫托(例如平均值)的直徑2 公分的氣體噴射器將建立離子束110的中性粒子(例如約為10% )，其中，寬離子束110 暴露至該噴射器陣列506 (the array of jets)。由于中性粒子將不會由偏轉器/中性過濾 器114所彎曲，中性粒子將移除自寬離子束110。氣體噴射器518-532可配置于一種線性方式，舉例而言，欲以一適當?shù)姆指?例 如每2公分)而沖擊于寬束110的整個寬度，可能需要總共十六個氣體噴射器518-532以 涵蓋300毫米寬的寬離子束110。氣體噴射器518-532連接至質量流量控制器以供噴射壓 力的快速精確的控制。離子束110沿著由偏轉器/中性過濾器114所實現(xiàn)的第一路徑240 行進，其中，中性離子束110沿著第二路徑242行進?；诘米苑ɡ诒喞獌x407的離子 束輪廓，單獨的氣體噴射噴嘴518-532可藉由調整單獨的氣體流量而調整，運用控制器以 得到正確的離子束輪廓。圖4與5分別顯示本發(fā)明的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Iio為指向至差動泵送室422，其容納準直氣體噴射噴嘴陣列 506。氣體噴射噴嘴陣列506根據(jù)藉由調整氣體406的單獨流量所建立的局部壓力分布而 改變中性粒子比率(fraction)。當出自該室422的寬離子束110指向至其僅為彎曲帶電粒子的中性粒子/能量過濾器114，任何的中性粒子將移除自離子束110，其為利用以供離子 植入至一工件118。氣體406可為其展現(xiàn)對于離子束110的高電荷交換橫截面的任何氣體。氣體406 的泵送特性是用于選取氣體的另一個良好的準則。舉例而言，高分子質量的氣體406(例 如氙(Xe))具有對于束線區(qū)域的較小的傳導性，且因此將不會惡化于附近束線區(qū)域的高 真空。由一種型式的真空泵(很可能為一種低溫泵(cryopump))的泵送速度可為于氣體 選擇的另一個準則。對于任何的可冷凝氣體，諸如氙(Xe)、二氧化碳(CO2)、水蒸氣、氮氣 (N2)、與類似者，低溫泵可展現(xiàn)大的泵送速度。圖8說明根據(jù)本發(fā)明的至少一個方面的一種示范方法800。該種方法為了說明目 的而將描述關于上述的其它圖式。圖8的方法800開始于410，其中，離子束110(圖1)利 用寬離子束產生器112(圖1)所產生且取出。在820，離子束的質量是沿著第一路徑而分析，其中，在820，寬離子束110通過一 致性控制系統(tǒng)116。如上文所論，在圖3、4與5所繪的束一致性控制系統(tǒng)116(圖3)采取與 束110相關的相同方式，如同利用前文所論述的金屬或石墨棒，藉由該棒的插入至束110以 針對于局部化的離子束衰減，然而，具有優(yōu)于先前技術的數(shù)個主要的差異與改良。發(fā)明人認 知的是若系統(tǒng)(圖4)是利用一排的氣體噴射器506(圖5)而非為上述的實心棒，寬帶狀 束110可控制而無需憂慮腐蝕或金屬污染，且相較于該棒而具有快速許多的響應時間。氣 體406運用準直氣體噴射噴嘴402而垂直指向于寬離子束110。當其出自該室422的寬離 子束110指向至其僅為彎曲帶電粒子的中性粒子/能量過濾器114，任何中性粒子將自其為 利用于離子植入至一工件118的離子束110中移除。在440，測量離子束輪廓，且在440，確定離子束輪廓是否處于規(guī)格之內。在440，若 離子束輪廓處于規(guī)格之內，該種方法進行至450，其中，系統(tǒng)指引質量分析后的帶狀束110 至將作植入的工件。若離子束輪廓并未處于規(guī)格之內，該種方法返回至410而直到該束110 處于規(guī)格之內。雖然本發(fā)明系已經關于一或多個實施而顯示及描述，等效的變更與修改系將為熟 悉此技術者于此說明書與隨附的圖式的詳讀及了解時所思及。特別是關于由上述的構件 (組件、裝置、電路、系統(tǒng)、等等)所實行的種種功能，用以描述該構件的術語(包括“機構” 之提及)系意圖以對應于(除非是另為指明)實行所述構件的指定功能的任何構件(即 其為功能等效)，即使非為結構等效于實行本發(fā)明的于本文所述范例實施的功能的揭示結 構。此外，盡管本發(fā)明的特定特征系可能已經關于數(shù)個實施之僅有一者而揭示，該特征是如 可能為期望且有利于任何既定或特定應用而可結合于其它實施的一或多個其它特征。甚 者，在術語“包括(including)，，、“包括(includes)，，、“具有(having)，，、“具有(has)”、“具 有(with) ”、或其變體者為運用于詳細說明與申請專利范圍的限度內，該術語系類似于術語 “包含(comprising)”的方式而意圖為內含性質(inclusive)。
權利要求
1.一種離子束一致性控制系統(tǒng)，其中，該一致性控制系統(tǒng)包括 差動泵送室，其圍繞單獨控制的氣體噴射器的陣列；其中，該單獨控制的氣體噴射器的氣體壓力由控制器所驅動以改變電荷交換離子的比 率；及其中，在該氣體與離子之間的電荷交換反應改變具有寬離子束的原始電荷狀態(tài)的離子 的比率；其中，該寬離子束的電荷交換部分利用產生磁場的偏轉器而移除； 法拉第杯輪廓儀，用于測量該寬離子束的輪廓；且基于提供至該控制器的反饋，調整該單獨控制的氣體噴射器，以得到期望的寬離子束。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該磁場利用包括偏轉器與電子裝置的裝置而建立。
3.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該氣體包括下列的至少一個水蒸氣、二氧化碳 CO2、與氙 Xe。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)利用具有高電荷交換橫截面的氣體。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該控制器調整該單獨控制的氣體噴射器的氣體壓力。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，該單獨控制的氣體噴射器包括超音速的氣體噴射ο
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該氣體噴射器的陣列被定位，其中離子束的厚度約 為最小厚度。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該單獨控制的氣體噴射器能夠單獨傾斜，或該噴射 器陣列能夠傾斜至上游的離子束中。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該噴射器陣列能夠傾斜至下游的離子束中。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該寬離子束包括帶狀束與寬帶狀束。
11.一種離子植入系統(tǒng)，包括離子源，所述離子源連接至電源，構成以產生沿著第一束路徑的離子束； 其中，該離子束進入偏轉器，所述偏轉器具有第一尺寸(Cl1)與第二尺寸(d2)，并垂直于 xy平面；終端站，所述終端站包含一致性控制系統(tǒng)，該一致性控制系統(tǒng)用于接收該離子束且由 該離子束利用氣體噴射器陣列改變原始電荷狀態(tài)的部分；其中，單獨的氣體噴射壓力能夠針對于該離子束的部分而調整； 磁性或靜電裝置，所述磁性或靜電裝置構成以接收該離子束且用磁性或靜電力使該束 沿著第二路徑轉向；及控制器，所述控制器利用法拉第杯輪廓儀確定該離子束輪廓。
12.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該離子束包括帶狀束與寬帶狀束。
13.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該磁場由包括偏轉器與電子裝置的裝置而建立。
14.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該氣體包括下列的至少一個水蒸氣、二氧化碳 CO2、與氙 Xe。
15.一種利用一致性控制系統(tǒng)構造離子束的方法，包括 (a)產生且取出離子束；(b)分析沿著第一路徑的該離子束的質量；(C)在通過一致性控制系統(tǒng)之后，沿著第二路徑偏轉該離子束；(d)測量該離子束輪廓；(e)若該離子束輪廓在規(guī)格內，轉到(g)；及(f)若該離子束輪廓在調整一致性控制系統(tǒng)氣體噴射器之后沒有在規(guī)格內，返回(a)；(g)將質量分析且一致的帶狀束指引至將作植入的工件。
16.如權利要求15所述的方法，其中，氣體噴射器陣列定位于差動泵送室之內，且單獨 的氣體噴射器構成為以各種單獨的壓力傳送氣體。
17.如權利要求15所述的方法，其中，該離子束輪廓用法拉第杯輪廓儀測量，且控制器 基于所測量的輪廓調整該單獨的氣體噴射器的單獨的壓力。
18.如權利要求15所述的方法，其中，該單獨的噴射器的角度基于所測量的離子束輪 廓而調整。
19.如權利要求15所述的方法，其中，該磁場利用包括偏轉器與電子裝置的裝置而建立。
20.如權利要求15所述的方法，其中，該氣體包括下列的至少一個水蒸氣、二氧化碳CO2、與氙 Xe。
全文摘要
本發(fā)明公開一種離子束一致性控制系統(tǒng)，其中，該一致性控制系統(tǒng)系包含差動泵送室，其圍繞單獨的控制的氣體噴射器的陣列，其中，單獨控制的氣體噴射的氣體壓力由控制器所驅動以改變電荷交換離子的比率，且于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(tài)的離子的比率，其中，寬離子束的電荷交換部分系利用其產生磁場的一偏轉器而移除；法拉第杯輪廓儀，用于測量寬離子束輪廓；且，基于提供至控制器的反饋而調整單獨控制的氣體噴射以得到期望的寬離子束。
文檔編號H01J37/317GK102124538SQ200980123989
公開日2011年7月13日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者佐藤秀, 曼尼·謝拉茲基, 愛德華·艾伊斯勒 申請人:艾克塞利斯科技公司