具有可变扫描频率的离子植入机转让专利
申请号 : CN200780010801.4
文献号 : CN101410929B
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 约瑟·C·欧尔森 , 摩根·艾文斯
申请人 : 瓦里安半导体设备公司
摘要 :
一种具有可变扫描频率的离子植入机包括离子束产生器，其产生离子束；扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；及控制器。所述控制器根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀(threshold)值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
权利要求 :
1.一种具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于其包括：
离子束产生器，其产生离子束；
扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；以及
控制器，其根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
2.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的扫描器包括静电扫描器。
3.根据权利要求2所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的静电扫描器包括一组扫描电极，所述扫描电极相互隔开形成间隙，所述离子束被导引通过所述间隙，所述控制器藉由改变提供至所述扫描电极的电压信号来控制所述扫描频率。
4.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的能量阀值的范围在1千电子伏特至50千电子伏特之间。
5.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的扫描频率阀值为500赫兹。
6.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于，对于高于所述能量阀值的所述能量，所述扫描频率为第一扫描频率；对于低于所述能量阀值的所述能量，所述扫描频率为第二扫描频率，所述第一扫描频率至少高于所述第二扫描频率的三倍。
7.根据权利要求6所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的第一扫描频率为1千赫兹，且第二扫描频率为250赫兹。
8.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于对于低于所述能量阀值的能量，所述控制器以阶梯式降低所述扫描频率。
9.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于对于低于所述能量阀值的能量，所述控制器以线性方式降低所述扫描频率。
10.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于，若所述能量高于所述能量阀值，所述扫描频率为1千赫兹，若所述能量低于所述能量阀值，所述扫描频率为250赫兹，所述能量阀值为30千电子伏特。
11.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于其进一步包括具有背景气体的角度修正器磁铁，若扫描频率高于扫描频率阀值，则背景气体具有第一时间间隔，供所述角度修正器磁铁在一路径上中和所述离子束；若扫描频率低于扫描频率阀值，则背景气体具有第二时间间隔，供所述角度修正器磁铁在所述路径上中和所述离子束，所述第二时间间隔长于第一时间间隔。
12.根据权利要求11所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的第二时间间隔至少长于所述第一时间间隔的三倍。
13.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的操作参数包括所述离子植入机的操作模式。
14.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的操作参数包括所述离子束的离子的电荷状态。
15.根据权利要求1所述的具有可变扫描频率的离子植入机，其特征在于所述的操作参数亦至少部分取决于所述离子束的离子束电流。
16.一种可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于其包括以下步骤：
产生离子束；
沿至少一方向以一扫描频率扫描所述离子束；以及
根据操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
17.根据权利要求16所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于所述的能量阀值的范围在1千电子伏特至50千电子伏特之间。
18.根据权利要求16所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于所述的扫描频率阀值为500赫兹。
19.根据权利要求16所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于所述的根据操作参数控制所述扫描频率包括对于低于所述能量阀值的能量，以阶梯式降低所述扫描频率。
20.根据权利要求16所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于所述的能量高于所述能量阀值，所述的扫描频率为1千赫兹，若所述能量低于所述能量阀值，所述扫描频率为250赫兹，所述能量阀值为30千电子伏特。
21.根据权利要求16所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于对于高于所述能量阀值的所述能量，所述扫描频率为第一扫描频率；对于低于所述能量阀值的所述能量，所述的扫描频率为第二扫描频率，所述第一扫描频率至少高于所述第二扫描频率的三倍。
22.根据权利要求21所述的可变扫描频率的离子植入方法，其特征在于在所述第一扫描频率下，中和系统具有第一时间间隔，供角度修正器磁铁在一路径上中和所述离子束；在所述第二扫描频率下，所述中和系统具有第二时间间隔，供所述角度修正器磁铁在所述路径上中和所述离子束，所述第二时间间隔至少长于所述第一时间间隔的三倍。
说明书 :
技术领域
本发明涉及离子植入，特别是涉及一种具有可变扫描频率的离子植入机。
背景技术
离子植入为一种将改变导电性的杂质注入半导体晶圆的标准技术。期望的杂质材料可在离子源中被离子化，离子可被加速以形成具有规定能量的离子束，且离子束可对准晶圆的正面。离子束中的能量离子渗入半导体块材并嵌入半导体材料的晶格(crystalline lattice)以形成具有预期导电性的区域。
离子植入机可包括有扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率来偏折或扫描离子束，以将离子束分布于晶圆正面。扫描器可以是现有习知的静电扫描器(electrostatic scanner)或磁扫描器(magnetic scanner)。离子束可仅藉由使用离子束扫描或藉由结合使用离子束扫描及晶圆移动来分布于晶圆表面区域。在离子植入机一实施例中，扫描器可沿一方向扫描离子束，而驱动系统可将晶圆沿与扫描方向垂直的方向传送，以将离子束分布于晶圆正面。
为确保制造的半导体装置按规范操作，将离子束按规定的深度及密度注入晶圆是很重要的，其深度及密度可能是均匀的。可能影响注入晶圆的离子剂量的均匀度的一个因素是离子束电流。离子束电流的意外波动(fluctuation)例如，短时脉冲干扰(glitch)，可能降低杂质剂量(impuritydose)的最终均匀度。因此，各种离子束电流监测系统已被开发出来。
一现有习知离子束电流监测系统包括一个或多个靠近晶圆边缘设置的法拉第感应器(Faraday sensor)，法拉第感应器用于当被扫描的离子束被扫过晶圆正面时监测离子束电流。当此种离子束电流监测系统应用于被扫描的离子束时，相较于较低的扫描频率，相对较高的扫描频率将会提供更频繁的离子束电流测量。假设沿一方向扫描离子束，而沿与扫描方向垂直的方向以固定速率移动晶圆，相对较高的扫描频率亦将提供更多的离子束通过晶圆正面。对于某些离子束而言，更多的离子束通过晶圆正面可协助达成剂量均匀度目标。
因此，现有习知离子植入机的扫描器使用相对较高的扫描频率，大约1千赫兹(KHz)。为剂量均匀度目的，可以在大约1KHz的适度范围内调整此较高的频率。此相对较高的扫描频率可以对高能离子束提供以上提及的益处。但，对于低能离子束，此较高的扫描频率可能无法提供充分的时间用于离子中和(neutralization)。这可能继而导致降低低能离子束的离子束电流及建立均匀度的成功率，且在离子束建立期间增加均匀度调整时间。
因此，需要提供一种具有可变扫描频率的离子植入机，其能针对高能离子束使用较高的扫描频率而针对低能离子束使用较低的扫描频率。
离子植入机可包括有扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率来偏折或扫描离子束，以将离子束分布于晶圆正面。扫描器可以是现有习知的静电扫描器(electrostatic scanner)或磁扫描器(magnetic scanner)。离子束可仅藉由使用离子束扫描或藉由结合使用离子束扫描及晶圆移动来分布于晶圆表面区域。在离子植入机一实施例中，扫描器可沿一方向扫描离子束，而驱动系统可将晶圆沿与扫描方向垂直的方向传送，以将离子束分布于晶圆正面。
为确保制造的半导体装置按规范操作，将离子束按规定的深度及密度注入晶圆是很重要的，其深度及密度可能是均匀的。可能影响注入晶圆的离子剂量的均匀度的一个因素是离子束电流。离子束电流的意外波动(fluctuation)例如，短时脉冲干扰(glitch)，可能降低杂质剂量(impuritydose)的最终均匀度。因此，各种离子束电流监测系统已被开发出来。
一现有习知离子束电流监测系统包括一个或多个靠近晶圆边缘设置的法拉第感应器(Faraday sensor)，法拉第感应器用于当被扫描的离子束被扫过晶圆正面时监测离子束电流。当此种离子束电流监测系统应用于被扫描的离子束时，相较于较低的扫描频率，相对较高的扫描频率将会提供更频繁的离子束电流测量。假设沿一方向扫描离子束，而沿与扫描方向垂直的方向以固定速率移动晶圆，相对较高的扫描频率亦将提供更多的离子束通过晶圆正面。对于某些离子束而言，更多的离子束通过晶圆正面可协助达成剂量均匀度目标。
因此，现有习知离子植入机的扫描器使用相对较高的扫描频率，大约1千赫兹(KHz)。为剂量均匀度目的，可以在大约1KHz的适度范围内调整此较高的频率。此相对较高的扫描频率可以对高能离子束提供以上提及的益处。但，对于低能离子束，此较高的扫描频率可能无法提供充分的时间用于离子中和(neutralization)。这可能继而导致降低低能离子束的离子束电流及建立均匀度的成功率，且在离子束建立期间增加均匀度调整时间。
因此，需要提供一种具有可变扫描频率的离子植入机，其能针对高能离子束使用较高的扫描频率而针对低能离子束使用较低的扫描频率。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的离子植入机存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有可变扫描频率的离子植入机，其能针对高能离子束使用较高的扫描频率而针对低能离子束使用较低的扫描频率，非常适于实用。
根据本发明的一方面，提供了一离子植入机。离子植入机包括：离子束产生器，其产生离子束；扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；及控制器。所述控制器根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
根据本发明的另一方面，提供了一方法。该方法包括：产生离子束；沿至少一方向以一扫描频率扫描所述离子束；及根据操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分依赖于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有可变扫描频率的离子植入机至少具有下列优点及有益效果：其能针对高能离子束使用较高的扫描频率而针对低能离子束使用较低的扫描频率。
综上所述，本发明的一种离子植入机包括离子束产生器，其产生离子束；扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；及控制器。所述控制器根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀(threshold)值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
根据本发明的一方面，提供了一离子植入机。离子植入机包括：离子束产生器，其产生离子束；扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；及控制器。所述控制器根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
根据本发明的另一方面，提供了一方法。该方法包括：产生离子束；沿至少一方向以一扫描频率扫描所述离子束；及根据操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分依赖于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有可变扫描频率的离子植入机至少具有下列优点及有益效果：其能针对高能离子束使用较高的扫描频率而针对低能离子束使用较低的扫描频率。
综上所述，本发明的一种离子植入机包括离子束产生器，其产生离子束；扫描器，其沿至少一方向以一扫描频率对所述离子束进行扫描；及控制器。所述控制器根据所述离子植入机的操作参数控制所述扫描频率，所述操作参数至少部分取决于所述离子束的能量，若所述能量高于能量阀(threshold)值，则所述扫描频率高于扫描频率阀值，若所述能量低于所述能量阀值，则所述扫描频率低于所述扫描频率阀值。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为离子植入机的方框示意图。
图2为图1的晶圆上的扫描图案的代表示意图。
图3为静电扫描器的示意图。
图4为一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图。
图5为另一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图，其绘示出在某些频率范围内扫描频率呈阶梯式降低。
图6为又一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图，其绘示出在某些频率范围内扫描频率呈线性降低。
图7为图1的离子植入机一实施例的方框示意图。
图8为晶圆上对于低能离子束的另一扫描图案的代表示意图。
100：离子植入机 102：离子束产生器
104：扫描器 110：晶圆
112：平台 114：终端站
116：平台驱动系统 120：控制器
122：扫描信号产生器 124：用户界面系统
130：离子束 104a：静电扫描器
302：扫描板 304：扫描板
310：扫描放大器 312：扫描放大器
326：间隙 328：离子束包
401：关系图 402：箭头
404：箭头 501：关系图
601：关系图 700：离子植入机
706：角度修正器磁铁 720：离子源
722：萃取电极 724：质量分析器
726：鉴别孔隙 808：轴
809：轴
图2为图1的晶圆上的扫描图案的代表示意图。
图3为静电扫描器的示意图。
图4为一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图。
图5为另一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图，其绘示出在某些频率范围内扫描频率呈阶梯式降低。
图6为又一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图，其绘示出在某些频率范围内扫描频率呈线性降低。
图7为图1的离子植入机一实施例的方框示意图。
图8为晶圆上对于低能离子束的另一扫描图案的代表示意图。
100：离子植入机 102：离子束产生器
104：扫描器 110：晶圆
112：平台 114：终端站
116：平台驱动系统 120：控制器
122：扫描信号产生器 124：用户界面系统
130：离子束 104a：静电扫描器
302：扫描板 304：扫描板
310：扫描放大器 312：扫描放大器
326：间隙 328：离子束包
401：关系图 402：箭头
404：箭头 501：关系图
601：关系图 700：离子植入机
706：角度修正器磁铁 720：离子源
722：萃取电极 724：质量分析器
726：鉴别孔隙 808：轴
809：轴
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有可变扫描频率的离子其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明将以离子植入机为例介绍如下。但，本发明亦可用于其它使用高能带电微粒束的系统及方法，例如电子束成像系统。因此，本发明将不会被限定于以下介绍的具体实施例。
图1为离子植入机100的方框图，其包括离子束产生器102、扫描器104、扫描信号产生器122、角度修正器磁铁106、终端站(end station)114、控制器120、用户界面系统124。离子束产生器102可包括各种类型的元件或系统以产生具有期望特性的离子束130。离子束130可以是点状离子束(spot beam)且点状离子束的横截面可近似为圆形，该圆形横截面的特定直径是至少视离子束130的能量状况而定。在低离子束能量情形下，因为空间电荷效应(space charge effects)，入射至晶圆110的离子束的横截面尺寸可逐渐增大。离子束产生器102产生的离子束130可为任何类型的带电微粒束。
扫描器104沿至少一方向在一扫描频率下来偏折或扫描离子束，以将离子束分布于晶圆110正面。扫描器104可以是静电扫描器或磁扫描器。静电扫描器可包括一组或多组扫描板(scan plate)形式的扫描电极，每组扫描板相互隔开以形成一间隙。离子束130可被导引通过此间隙且被此间隙中的电场加以偏折。电场可根据扫描信号产生器122提供至静电扫描器的扫描板的电压扫描信号而产生。静电扫描器的扫描频率可藉由控制提供至扫描板的电压信号而加以改变。磁扫描器可包括构成一电磁铁的磁极片(magnetic polepiece)及线圈。磁极片相互隔开以形成一间隙。离子束130可被导引通过此间隙且被此间隙中的磁场加以偏折。磁场可根据扫描信号产生器122提供至磁扫描器的线圈的电流扫描信号而产生。磁扫描器的扫描频率可藉由控制提供至线圈的电流信号而加以改变。
扫描信号产生器122可提供扫描信号。在使用静电扫描器的情况下，扫描信号可以为电压信号。在使用磁扫描器的情况下，扫描信号可为电流信号。控制器120可控制扫描信号产生器122提供的扫描信号。
角度修正器磁铁106可偏折离子束130中所期望种类的离子以将从扫描器104开始的发散离子束路径转变为具有实质上平行离子路经轨迹的几乎准直离子束。
终端站114可将一个或多个晶圆支撑于离子束130的路径上，使得所期望种类的离子被植入于晶圆110中。晶圆110可由一平台112支撑。晶圆110可采用各种物理形状比如常见的盘状。晶圆110可以为任何半导体材质制成的半导体晶圆，此半导体材质例如是硅或待使用离子束130进行植入的其它材质。
终端站114可包括晶圆驱动系统(图未示)以将晶圆110实体从等候区域移向平台112及从平台112移走。晶圆110可使用现有习知技术例如静电晶圆固定法固定于平台112上。终端站114亦可包括平台驱动系统116以驱动平台112并因此沿期望的方向驱动固定于平台112上的晶圆110。例如，平台驱动系统116可包括现有习知的伺服驱动马达、螺杆驱动机构、机械联动装置及任何其它元件。
在离子植入机一实施例中，扫描器104可沿一方向扫描离子束130，而平台驱动系统116可将晶圆110实体沿与扫描方向垂直的方向移动，以将离子束130分布于晶圆110正面。在一示范例中，扫描方向可为图1的座标系统所定义的水平X方向，而平台驱动系统116可沿图1的坐标系统所定义的垂直Y方向传送晶圆。
控制器120可从离子植入机100的各种系统及元件接收输入数据及指令，并提供输出信号以控制离子植入机100的元件如扫描器104。为使说明清楚起见，在此仅说明控制器120提供输出信号至扫描信号产生器122。熟悉此项技艺者当然可以认识到控制器120亦可提供输出信号至离子植入机100的每一元件且从每一元件接收输入信号。控制器120可以是或包括通用电脑或通用电脑网络，其可被程序化以执行期望的输入/输出功能。控制器120亦可包括其他电路或元件，例如特定应用集成电路(applicationspecific integrated circuit)、其它硬件连接(hardwired)或可程序化电子装置、分立元件电路(discrete element circuit)等。控制器120亦可包括通讯装置、数据储存装置及软件。
用户界面系统124可包括但不限于以下装置例如触控荧幕、键盘、指向装置、显示器、打印机等，以供用户经由控制器120输入命令及/或数据，及/或监视离子植入机100。用户可经由用户界面系统124输入所期望植入的离子束能量、离子束电流、离子种类等。
在操作中，离子束产生器102用于产生离子束130，且扫描器用于以一扫描频率沿至少一方向扫描离子束。控制器120用于根据离子植入机的操作参数来控制扫描频率。操作参数至少部分依赖于离子束的能量。在一种情形下，操作参数可以是期望的离子束能量，其是由用户经由用户界面系统124输入至离子植入机100。在另一种情形下，操作参数可以是离子束的操作模式。例如，一种操作模式可以是减速模式，其是传送高能离子束，然后在植入之前的离子束流线(beamline)的某个位置将离子束减速成为低能离子束。如此，可避免长距离地传送低能离子束，因此这种操作模式可为指示性的低能离子束。
在又一种情形下，操作参数可以是离子束的离子的电荷状态。因为低能量束几乎总是仅有单价离子运动，故离子束的电荷状态可以是单价(singlycharged)离子。因为离子束电流及密度是如此的低，双价(doubly charged)及三价(triply charged)离子一般不需要额外的中和。在又一种情形下，操作参数可以是离子束电流密度。在又一种情形下，操作参数可以是取决于离子束的能量及束电流的组合。例如，低扫描频率可能对具有高电流的低能离子束有利，但不会对具有低电流的低能离子束有利。
图2为在一扫描频率下离子束于晶圆110正面上的扫描图案的示意图。为将离子束均匀的分布于晶圆110的表面，扫描器104可沿水平X方向扫描离子束130，同时平台驱动系统116沿垂直Y方向传送晶圆110以形成绘示的Z形扫描图案。若平台驱动系统116沿垂直Y方向均速传送晶圆，则通过晶圆110正面的被扫描离子束的数目则依赖扫描器104的扫描频率来确定。例如，扫描频率越高，相对于较低扫描频率，将会导致更多离子束的通过。
请参阅图3所示，其绘示可作为图1的扫描器104的静电扫描器104a的一实施例。静电扫描器104a可具有一组扫描板302、304形式的扫描电极，其设置于离子束130二相对侧。另外亦可以在扫描板302、304的上游设置比如预扫描(prescan)电极的额外电极(图未示)及在扫描板302、304的下游设置后扫描(postscan)电极。在此，上游及下游是针对离子束传送的方向而言。
扫描板302、304可相互隔开以形成间隙326。离子束130可被导引穿过间隙326，且离子束130的扇形束包(beam envelop)328的宽度随着其通过间隙326而增大。扫描板302可连接至扫描放大器310，且扫描板304可连接至扫描放大器312。放大器310、312可从扫描信号产生器122接收电压信号。扫描信号产生器122可由控制器120来控制。
为了调整静电扫描器104a的扫描频率，扫描信号产生器122可以从控制器120接收期望扫描频率的数字描述。扫描信号产生器122可以产生电压信号，该电压信号可以被扫描放大器310、312放大且可以施加于扫描板302、304以在间隙326中产生期望的电场以偏折或扫描离子束130。扫描信号产生器122产生的电压信号可能具有不同的幅值、频率及波形用以调整扫描频率。在一实施例中，电压信号可能具有锯齿波形，扫描频率的调整可藉由调整信号幅值及电压信号的峰值与峰值之间的坡度来达成。
图4为一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图401，其绘示出图1的扫描器104的扫描频率如何随离子束130的能量变化而变化。若离子束130的能量高于能量阀值(eth)，则扫描频率可能高于扫描频率阀值(fth)。另外，若离子束130的能量低于能量阀值(eth)，则扫描频率可能低于扫描频率阀值(fth)。在一实施例中，能量阀值(eth)可能位于大约1至50千电子伏特(KeV)之间。在另一情形下，能量阀值(eth)大约为30KeV。在一实施例中，扫描频率阀值(fth)可能为大约500赫兹。
在图4绘示的实施例中，离子束130能量高于能量阀值(eth)时，扫描频率可能为第一扫描频率(f1)，离子束130能量低于能量阀值(eth)时，扫描频率为第二扫描频率(f2)。虽然对于那些高于或低于能量阀值(eth)的能量而言，第一扫描频率(f1)及第二扫描频率(f2)是固定的，但第一及第二扫描频率亦可根据均匀度调整在一定范围内变化，如箭头402、404所示。
第二扫描频率(f2)可能较第一扫描频率(f1)小一个数量级(order ofmagnitude)。在一种情形下，第二扫描频率(f2)可能至少小于第一扫描频率(f1)三倍。在另一示范例中，第一扫描频率可能为大约1千赫兹(KHz)，第二扫描频率(f2)可能为大约250赫兹。
对于低能离子束，例如能量低于能量阀值(eth)的离子束，将扫描器104的扫描频率从较高扫描频率降低一个数量级使离子植入机100的中和系统能够具有相似的数量级以更长时间地中和低能离子束。例如，角度修正器磁铁106可包含背景气体(background gas)，当被离子化时可更有效地中和粒子束。若扫描频率高于扫描频率阀值，则背景气体具有第一时间间隔，供所述角度修正器磁铁在一路径上中和所述离子束。若扫描频率低于扫描频率阀值，则背景气体具有第二时间间隔以中和离子束。根据对应的扫描频率的降低，第二时间间隔可能长于第一时间间隔至少三倍。
图5为另一实施例中扫描频率对离子束能量的另一关系图501，其绘示出图1的扫描器104的扫描频率如何随离子束130的能量变化而变化。对于低于能量阀值(eth)的能量，控制器120可能阶梯式(step wise fashion)降低扫描器104扫描频率。例如，对于低于能量阀值但高于第二能量(e2)的能量，扫描频率可能为第二扫描频率(f2)。对于低于第二能量(e2)但高于第三能量(e3)的能量，扫描频率可能为第三扫描频率(f3)，依次类推。虽然为介绍清楚起见，仅示出三个阶梯，扫描频率的阶梯式递减可具有任何数目的阶梯，且每一阶梯之间的程度变化(magnitude variations)不同。类似于图4的实施例，虽然示出的相关能量范围内的频率是固定的，频率水平可根据均匀度调整在一定范围内变化。
请参阅图6所示，其为扫描频率对离子束能量的另一关系图601。与图5的实施例相比较，控制器120可以线性方式降低针对低于能量阀值(eth)的能量的扫描频率。
请参阅图7所示，其为离子植入机700一实施例的方框图。熟悉该项技艺者当然可以知悉本发明亦可以应用于其他离子植入机，而图7的实施例仅用作示范来介绍本发明，因此并不意味着对本发明构成限定。图7与图1相似的元件将采用相似的标号，因此为描述清楚简明，将省去重复性的说明。离子植入机700可包括离子源720、萃取电极(extraction electrode)722、质量分析器(mass analyzer)724、鉴别孔隙(resolving aperture)726、扫描器104、角度修正器磁铁706、终端站114、控制器120、扫描信号产生器122、用户界面系统124。离子植入机700的扫描器104的控制方式与图1中描述的情形相似。扫描器104亦可为图3中介绍的静电扫描器104a。
离子源720可产生离子。离子源720可包括离子腔及装有待离子化气体的气体瓶(gas box)。气体可供应至离子腔以进行离子化。如此形成的离子可从离子源720中萃取出。萃取电极722及萃取电源可加速从离子源萃取出的离子。萃取电源可在控制器120的控制下加以调整。离子源的结构及操作皆为现有习知技术。
质量分析器724可包括鉴别磁铁，该鉴别磁铁偏折离子使得期望种类的离子通过鉴别孔隙726，而使不期望的种类的离子不通过鉴别孔隙726。在一实施例中，质量分析器724可将期望种类的离子偏折90度。扫描器104可设置于鉴别孔隙726的上游以沿至少一方向扫描离子束。角度修正器磁铁706可偏折期望种类的离子以将发散粒子束转变成具有实质上平行离子轨迹的几乎准直离子束。在一实施例中，角度修正器磁铁706将期望种类的离子偏折45度。
图8为离子束130于晶圆110上的另一扫描图案的示意图。对于能量低于能量阀值(eth)的低能离子束，图8的扫描图案可能是在低于扫描频率阀值(fth)的扫描频率下扫描得到。在一实施例中，能量阀值可能为30keV。
在这些低能量水平，离子束130可能由于空间电荷效应而开始发散。离子束130可能初始具有近似圆形的横截面，此横截面可能在低能量的情况开始变大。结果，入射至晶圆110的截面图案可能因而近似地呈现具有轴808、809的椭圆形状。基本上，随着离子束能量降低，两轴808、809皆变大。对于高能离子束，轴809可能为2厘米(cm)，而对于极低能离子束可能为10cm或更大。类似地，对于高能离子束，轴808可能为2厘米(cm)，而对于极低能离子束可能为10cm或更大。因为离子束的轴808对于低能离子束可能是足够大，扫描器104的扫描频率即使被降低亦能使离子束130充分覆盖晶圆110正面，从而符合剂量均匀度要求。入射至晶圆110的离子束130的横截面图案亦可具有其它形状，而这些形状可能进一步受到离子束130于其路经上如何及何时被限幅(clipped)的影响。
较有利地，离子植入机的扫描器104的扫描频率可以进行调整以对高能离子束保持较高的扫描频率，且针对需要额外时间用于电荷中和的低能离子束扫描频率可调整至较低的扫描频率。此较高的扫描频率使离子植入机可保持较高扫描频率对高能离子束的益处，例如较佳的离子束电流侦测及额外的离子束到达晶圆正面以协助达成均匀度目标。另外，扫描频率可针对一些低能离子束而降低，以使这些低能离子束有充分的时间间隔进行电荷中和。对于低能离子束，中和之后的中性离子束由于空间电荷效应而发散，使得即使降低扫描频率，均匀度目标仍然能够达成，因此可增加为低能离子束建立均匀度的成功率及降低在离子束建立期间的均匀度调整时间。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
本发明将以离子植入机为例介绍如下。但，本发明亦可用于其它使用高能带电微粒束的系统及方法，例如电子束成像系统。因此，本发明将不会被限定于以下介绍的具体实施例。
图1为离子植入机100的方框图，其包括离子束产生器102、扫描器104、扫描信号产生器122、角度修正器磁铁106、终端站(end station)114、控制器120、用户界面系统124。离子束产生器102可包括各种类型的元件或系统以产生具有期望特性的离子束130。离子束130可以是点状离子束(spot beam)且点状离子束的横截面可近似为圆形，该圆形横截面的特定直径是至少视离子束130的能量状况而定。在低离子束能量情形下，因为空间电荷效应(space charge effects)，入射至晶圆110的离子束的横截面尺寸可逐渐增大。离子束产生器102产生的离子束130可为任何类型的带电微粒束。
扫描器104沿至少一方向在一扫描频率下来偏折或扫描离子束，以将离子束分布于晶圆110正面。扫描器104可以是静电扫描器或磁扫描器。静电扫描器可包括一组或多组扫描板(scan plate)形式的扫描电极，每组扫描板相互隔开以形成一间隙。离子束130可被导引通过此间隙且被此间隙中的电场加以偏折。电场可根据扫描信号产生器122提供至静电扫描器的扫描板的电压扫描信号而产生。静电扫描器的扫描频率可藉由控制提供至扫描板的电压信号而加以改变。磁扫描器可包括构成一电磁铁的磁极片(magnetic polepiece)及线圈。磁极片相互隔开以形成一间隙。离子束130可被导引通过此间隙且被此间隙中的磁场加以偏折。磁场可根据扫描信号产生器122提供至磁扫描器的线圈的电流扫描信号而产生。磁扫描器的扫描频率可藉由控制提供至线圈的电流信号而加以改变。
扫描信号产生器122可提供扫描信号。在使用静电扫描器的情况下，扫描信号可以为电压信号。在使用磁扫描器的情况下，扫描信号可为电流信号。控制器120可控制扫描信号产生器122提供的扫描信号。
角度修正器磁铁106可偏折离子束130中所期望种类的离子以将从扫描器104开始的发散离子束路径转变为具有实质上平行离子路经轨迹的几乎准直离子束。
终端站114可将一个或多个晶圆支撑于离子束130的路径上，使得所期望种类的离子被植入于晶圆110中。晶圆110可由一平台112支撑。晶圆110可采用各种物理形状比如常见的盘状。晶圆110可以为任何半导体材质制成的半导体晶圆，此半导体材质例如是硅或待使用离子束130进行植入的其它材质。
终端站114可包括晶圆驱动系统(图未示)以将晶圆110实体从等候区域移向平台112及从平台112移走。晶圆110可使用现有习知技术例如静电晶圆固定法固定于平台112上。终端站114亦可包括平台驱动系统116以驱动平台112并因此沿期望的方向驱动固定于平台112上的晶圆110。例如，平台驱动系统116可包括现有习知的伺服驱动马达、螺杆驱动机构、机械联动装置及任何其它元件。
在离子植入机一实施例中，扫描器104可沿一方向扫描离子束130，而平台驱动系统116可将晶圆110实体沿与扫描方向垂直的方向移动，以将离子束130分布于晶圆110正面。在一示范例中，扫描方向可为图1的座标系统所定义的水平X方向，而平台驱动系统116可沿图1的坐标系统所定义的垂直Y方向传送晶圆。
控制器120可从离子植入机100的各种系统及元件接收输入数据及指令，并提供输出信号以控制离子植入机100的元件如扫描器104。为使说明清楚起见，在此仅说明控制器120提供输出信号至扫描信号产生器122。熟悉此项技艺者当然可以认识到控制器120亦可提供输出信号至离子植入机100的每一元件且从每一元件接收输入信号。控制器120可以是或包括通用电脑或通用电脑网络，其可被程序化以执行期望的输入/输出功能。控制器120亦可包括其他电路或元件，例如特定应用集成电路(applicationspecific integrated circuit)、其它硬件连接(hardwired)或可程序化电子装置、分立元件电路(discrete element circuit)等。控制器120亦可包括通讯装置、数据储存装置及软件。
用户界面系统124可包括但不限于以下装置例如触控荧幕、键盘、指向装置、显示器、打印机等，以供用户经由控制器120输入命令及/或数据，及/或监视离子植入机100。用户可经由用户界面系统124输入所期望植入的离子束能量、离子束电流、离子种类等。
在操作中，离子束产生器102用于产生离子束130，且扫描器用于以一扫描频率沿至少一方向扫描离子束。控制器120用于根据离子植入机的操作参数来控制扫描频率。操作参数至少部分依赖于离子束的能量。在一种情形下，操作参数可以是期望的离子束能量，其是由用户经由用户界面系统124输入至离子植入机100。在另一种情形下，操作参数可以是离子束的操作模式。例如，一种操作模式可以是减速模式，其是传送高能离子束，然后在植入之前的离子束流线(beamline)的某个位置将离子束减速成为低能离子束。如此，可避免长距离地传送低能离子束，因此这种操作模式可为指示性的低能离子束。
在又一种情形下，操作参数可以是离子束的离子的电荷状态。因为低能量束几乎总是仅有单价离子运动，故离子束的电荷状态可以是单价(singlycharged)离子。因为离子束电流及密度是如此的低，双价(doubly charged)及三价(triply charged)离子一般不需要额外的中和。在又一种情形下，操作参数可以是离子束电流密度。在又一种情形下，操作参数可以是取决于离子束的能量及束电流的组合。例如，低扫描频率可能对具有高电流的低能离子束有利，但不会对具有低电流的低能离子束有利。
图2为在一扫描频率下离子束于晶圆110正面上的扫描图案的示意图。为将离子束均匀的分布于晶圆110的表面，扫描器104可沿水平X方向扫描离子束130，同时平台驱动系统116沿垂直Y方向传送晶圆110以形成绘示的Z形扫描图案。若平台驱动系统116沿垂直Y方向均速传送晶圆，则通过晶圆110正面的被扫描离子束的数目则依赖扫描器104的扫描频率来确定。例如，扫描频率越高，相对于较低扫描频率，将会导致更多离子束的通过。
请参阅图3所示，其绘示可作为图1的扫描器104的静电扫描器104a的一实施例。静电扫描器104a可具有一组扫描板302、304形式的扫描电极，其设置于离子束130二相对侧。另外亦可以在扫描板302、304的上游设置比如预扫描(prescan)电极的额外电极(图未示)及在扫描板302、304的下游设置后扫描(postscan)电极。在此，上游及下游是针对离子束传送的方向而言。
扫描板302、304可相互隔开以形成间隙326。离子束130可被导引穿过间隙326，且离子束130的扇形束包(beam envelop)328的宽度随着其通过间隙326而增大。扫描板302可连接至扫描放大器310，且扫描板304可连接至扫描放大器312。放大器310、312可从扫描信号产生器122接收电压信号。扫描信号产生器122可由控制器120来控制。
为了调整静电扫描器104a的扫描频率，扫描信号产生器122可以从控制器120接收期望扫描频率的数字描述。扫描信号产生器122可以产生电压信号，该电压信号可以被扫描放大器310、312放大且可以施加于扫描板302、304以在间隙326中产生期望的电场以偏折或扫描离子束130。扫描信号产生器122产生的电压信号可能具有不同的幅值、频率及波形用以调整扫描频率。在一实施例中，电压信号可能具有锯齿波形，扫描频率的调整可藉由调整信号幅值及电压信号的峰值与峰值之间的坡度来达成。
图4为一实施例中扫描频率对离子束能量的关系图401，其绘示出图1的扫描器104的扫描频率如何随离子束130的能量变化而变化。若离子束130的能量高于能量阀值(eth)，则扫描频率可能高于扫描频率阀值(fth)。另外，若离子束130的能量低于能量阀值(eth)，则扫描频率可能低于扫描频率阀值(fth)。在一实施例中，能量阀值(eth)可能位于大约1至50千电子伏特(KeV)之间。在另一情形下，能量阀值(eth)大约为30KeV。在一实施例中，扫描频率阀值(fth)可能为大约500赫兹。
在图4绘示的实施例中，离子束130能量高于能量阀值(eth)时，扫描频率可能为第一扫描频率(f1)，离子束130能量低于能量阀值(eth)时，扫描频率为第二扫描频率(f2)。虽然对于那些高于或低于能量阀值(eth)的能量而言，第一扫描频率(f1)及第二扫描频率(f2)是固定的，但第一及第二扫描频率亦可根据均匀度调整在一定范围内变化，如箭头402、404所示。
第二扫描频率(f2)可能较第一扫描频率(f1)小一个数量级(order ofmagnitude)。在一种情形下，第二扫描频率(f2)可能至少小于第一扫描频率(f1)三倍。在另一示范例中，第一扫描频率可能为大约1千赫兹(KHz)，第二扫描频率(f2)可能为大约250赫兹。
对于低能离子束，例如能量低于能量阀值(eth)的离子束，将扫描器104的扫描频率从较高扫描频率降低一个数量级使离子植入机100的中和系统能够具有相似的数量级以更长时间地中和低能离子束。例如，角度修正器磁铁106可包含背景气体(background gas)，当被离子化时可更有效地中和粒子束。若扫描频率高于扫描频率阀值，则背景气体具有第一时间间隔，供所述角度修正器磁铁在一路径上中和所述离子束。若扫描频率低于扫描频率阀值，则背景气体具有第二时间间隔以中和离子束。根据对应的扫描频率的降低，第二时间间隔可能长于第一时间间隔至少三倍。
图5为另一实施例中扫描频率对离子束能量的另一关系图501，其绘示出图1的扫描器104的扫描频率如何随离子束130的能量变化而变化。对于低于能量阀值(eth)的能量，控制器120可能阶梯式(step wise fashion)降低扫描器104扫描频率。例如，对于低于能量阀值但高于第二能量(e2)的能量，扫描频率可能为第二扫描频率(f2)。对于低于第二能量(e2)但高于第三能量(e3)的能量，扫描频率可能为第三扫描频率(f3)，依次类推。虽然为介绍清楚起见，仅示出三个阶梯，扫描频率的阶梯式递减可具有任何数目的阶梯，且每一阶梯之间的程度变化(magnitude variations)不同。类似于图4的实施例，虽然示出的相关能量范围内的频率是固定的，频率水平可根据均匀度调整在一定范围内变化。
请参阅图6所示，其为扫描频率对离子束能量的另一关系图601。与图5的实施例相比较，控制器120可以线性方式降低针对低于能量阀值(eth)的能量的扫描频率。
请参阅图7所示，其为离子植入机700一实施例的方框图。熟悉该项技艺者当然可以知悉本发明亦可以应用于其他离子植入机，而图7的实施例仅用作示范来介绍本发明，因此并不意味着对本发明构成限定。图7与图1相似的元件将采用相似的标号，因此为描述清楚简明，将省去重复性的说明。离子植入机700可包括离子源720、萃取电极(extraction electrode)722、质量分析器(mass analyzer)724、鉴别孔隙(resolving aperture)726、扫描器104、角度修正器磁铁706、终端站114、控制器120、扫描信号产生器122、用户界面系统124。离子植入机700的扫描器104的控制方式与图1中描述的情形相似。扫描器104亦可为图3中介绍的静电扫描器104a。
离子源720可产生离子。离子源720可包括离子腔及装有待离子化气体的气体瓶(gas box)。气体可供应至离子腔以进行离子化。如此形成的离子可从离子源720中萃取出。萃取电极722及萃取电源可加速从离子源萃取出的离子。萃取电源可在控制器120的控制下加以调整。离子源的结构及操作皆为现有习知技术。
质量分析器724可包括鉴别磁铁，该鉴别磁铁偏折离子使得期望种类的离子通过鉴别孔隙726，而使不期望的种类的离子不通过鉴别孔隙726。在一实施例中，质量分析器724可将期望种类的离子偏折90度。扫描器104可设置于鉴别孔隙726的上游以沿至少一方向扫描离子束。角度修正器磁铁706可偏折期望种类的离子以将发散粒子束转变成具有实质上平行离子轨迹的几乎准直离子束。在一实施例中，角度修正器磁铁706将期望种类的离子偏折45度。
图8为离子束130于晶圆110上的另一扫描图案的示意图。对于能量低于能量阀值(eth)的低能离子束，图8的扫描图案可能是在低于扫描频率阀值(fth)的扫描频率下扫描得到。在一实施例中，能量阀值可能为30keV。
在这些低能量水平，离子束130可能由于空间电荷效应而开始发散。离子束130可能初始具有近似圆形的横截面，此横截面可能在低能量的情况开始变大。结果，入射至晶圆110的截面图案可能因而近似地呈现具有轴808、809的椭圆形状。基本上，随着离子束能量降低，两轴808、809皆变大。对于高能离子束，轴809可能为2厘米(cm)，而对于极低能离子束可能为10cm或更大。类似地，对于高能离子束，轴808可能为2厘米(cm)，而对于极低能离子束可能为10cm或更大。因为离子束的轴808对于低能离子束可能是足够大，扫描器104的扫描频率即使被降低亦能使离子束130充分覆盖晶圆110正面，从而符合剂量均匀度要求。入射至晶圆110的离子束130的横截面图案亦可具有其它形状，而这些形状可能进一步受到离子束130于其路经上如何及何时被限幅(clipped)的影响。
较有利地，离子植入机的扫描器104的扫描频率可以进行调整以对高能离子束保持较高的扫描频率，且针对需要额外时间用于电荷中和的低能离子束扫描频率可调整至较低的扫描频率。此较高的扫描频率使离子植入机可保持较高扫描频率对高能离子束的益处，例如较佳的离子束电流侦测及额外的离子束到达晶圆正面以协助达成均匀度目标。另外，扫描频率可针对一些低能离子束而降低，以使这些低能离子束有充分的时间间隔进行电荷中和。对于低能离子束，中和之后的中性离子束由于空间电荷效应而发散，使得即使降低扫描频率，均匀度目标仍然能够达成，因此可增加为低能离子束建立均匀度的成功率及降低在离子束建立期间的均匀度调整时间。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。