專利名稱：用于捕獲離子束粒子和聚焦離子束的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及典型用于半導體裝置制造過程的離子植入作業(yè)，更具 體地涉及從離子束捕捉離子束粒子，并且將離子束聚焦。
背景技術(shù)：
離子植入作業(yè)是運用于半導體裝置制造過程以將摻質(zhì)選擇性地植入 半導體和/或晶圓材料之內(nèi)的物理過程。如此，植入的動作并不會仰賴于摻 質(zhì)與半導體材料之間的化學作用。對于離子植入，摻質(zhì)原子/分子被離子化、 加速而形成為射束，并經(jīng)分析且掃照跨過晶圓，或該晶圓受該射束的掃照。 該摻質(zhì)離子物理性地轟炸該晶圓，進入該表面內(nèi)，并且停駐在該表面之下 與其能量相關(guān)的深度處。
離子植入系統(tǒng)是復雜的子系統(tǒng)組集，每一個子系統(tǒng)可對該摻質(zhì)離子執(zhí) 行特定動作。氣體或固體形式的摻質(zhì)元素位于離子室的內(nèi)部，并且被適當 離子處理離子化。在一示例性處理程序中，該室被維持在低壓狀態(tài)(真空)。 該室內(nèi)放置有一細絲，并經(jīng)加熱至自該細絲源產(chǎn)生電子的溫度點處。帶負 電的電子被吸引至也在該室體內(nèi)具有相反電性的陽極。在從該細絲至該陽 極的行進過程中，電子與該摻質(zhì)來源元素(即如分子或原子)碰撞，并且從 該分子內(nèi)的元素產(chǎn)生大量正電離子。
一般說來，除希望的摻質(zhì)離子以外也會產(chǎn)生其它的正離子。而可藉由 一種稱為分析處理、質(zhì)量分析、選擇作業(yè)或離子分離作業(yè)的處理程序自離 子選擇出所要的摻質(zhì)離子。該選擇作業(yè)是利用質(zhì)量分析器所完成，此裝置 可產(chǎn)生磁場，而來自該離子室的離子則行進通過它。離子以相當高的速度 離開該離子室，并且被磁場彎折成一弧形。該弧形的半徑由個別離子的質(zhì) 量、速度及該磁場的強度所規(guī)定。該分析器的出口僅能容允一種離子，即 所要的摻質(zhì)離子，離開該質(zhì)量分析器。
可運用加速系統(tǒng)將該所要的摻質(zhì)離子加速或減速至穿透該晶圓表面的預定動量(即摻質(zhì)離子的質(zhì)量乘以其速度)。對于加速，該系統(tǒng)通常是具 有線性設(shè)計，而沿其軸線具環(huán)狀供電電極。當摻質(zhì)離子進入其內(nèi)時，它們 通過其而獲得加速。
而離子植入系統(tǒng)或其它離子束設(shè)備(g卩如線性加速器)的操作可能導致 產(chǎn)生污染粒子。這些污染粒子的大小可例如為不到約1微米。而撞擊該粒 子的射束內(nèi)的離子動量又會造成粒子連同該射束而傳出，然通常是按一遠 慢于該離子的速度。從而，被帶入該離子束之內(nèi)的粒子會連同于該射束而 朝向該晶圓(或其它基板)傳送，導致在晶圓處并不希望的污染結(jié)果。
例如在離子植入系統(tǒng)里，污染粒子的來源可為光阻材料。此光阻材料 是在植入作業(yè)之前被鍍層在晶圓表面上，并被用于限定在完成的集成電路 上的電路。當離子撞擊到該晶圓表面時，光阻鍍層的粒子或會從該晶圓脫 離，并且可能被帶入該離子束之內(nèi)。在離子植入作業(yè)過程中撞擊到并黏附 到半導體晶圓或其它基板的污染粒子可能成為制造半導體、以及其它在處 理的晶圓上要求次顯微圖案定義的器件的過程中的產(chǎn)量損失來源。

發(fā)明內(nèi)容
后文中呈現(xiàn)簡化概要，藉此供基本地了解本發(fā)明的一個或更多方面。 此概要并非本發(fā)明的全面性總結(jié)，而且也不用于識別本發(fā)明的關(guān)鍵或重大 要素，不用于限定本發(fā)明的保護范圍。相反地，此概要的主要目的在于， 以簡要形式呈現(xiàn)本發(fā)明的部分概念，作為對于后文中所敘述的進一步詳細 說明的序言。
本發(fā)明可藉由從離子束移除粒子，而同時在離子植入處理程序過程中 將離子束聚焦，以有助于離子植入處理程序及系統(tǒng)。離子束粒子或可變成 出現(xiàn)在離子束之內(nèi)的不希望的粒子。若這些粒子未經(jīng)移除，則其可被該離 子束傳出至晶圓，而在此其可造成損害，或是對植入作業(yè)或后續(xù)的處理制 造過程具有不希望的影響。從而，本發(fā)明有助于從離子束過濾粒子，而不 致例如由于下游孔而顯著地漏失射束電流。因而，可獲得具有較少不希望 的粒子的經(jīng)聚焦的離子束。
用于離子植入作業(yè)的聚焦粒子捕捉系統(tǒng)可在進行植入作業(yè)之前先從 離子束移除不要的粒子。入口電極包括入口孔，并被偏壓至第一基底電壓。中央電極位于該入口電極下游而與其距有距離處，并且包括中央孔。該中 央電極被偏壓至中央電壓，此值小于或更負于該第一基底電壓。出口電極 位于該中央電極下游而與其距有距離處，并且包括出口孔。該出口電極被 偏壓至第二基底電壓，例如接地?？勺栽撊肟陔姌O而朝向該中央電極產(chǎn)生 第一靜電場，并且可自該出口電極而朝向該中央電極產(chǎn)生第二靜電場，藉 此捕捉在離子束內(nèi)的不希望的粒子。也揭示有其它的系統(tǒng)、方法及偵測器。 為達到前述與相關(guān)的目的，本發(fā)明包括后文中完整說明并在權(quán)利要求 中特別指出的多項特性。下面的說明及附圖詳細說明本發(fā)明的一些示例性 特點與實施。這些是說明性的并且僅僅少數(shù)本發(fā)明的一個或更多方面可以 實施的方式得到說明。本發(fā)明的其它觀點、優(yōu)點與新穎特征通過本發(fā)明以 下的詳細說明當連同附圖考慮時將變得明顯。


圖l是按步驟圖形式說明適合于實施本發(fā)明的一個或更多方面的離子 植入系統(tǒng)；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉截面視圖； 圖3A是繞根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機的散焦范圍而行進的
粒子的示例性模擬圖3B是繞根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機的散焦范圍而行進的
粒子的另一示例性模擬圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機捕捉粒子的最小中央
電極電壓圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的另一聚焦粒子捕捉機的截面視圖； 圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機的示例性植入作業(yè) 透視圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機的分解透視圖；和 圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個方面，說明從離子束移除粒子并且將離子束 聚焦的方法的流程圖。
具體實施方式
現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明，其中全文中相同的附圖標記表示相同的部 件。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明并不限于后文中所說明和描 述的該示例性實施例與方面。
本發(fā)明可藉由在離子植入處理程序過程中，自離子束移除粒子而同時 將離子束聚焦以有助于離子植入處理程序及系統(tǒng)。離子束粒子是可出現(xiàn)在 離子束內(nèi)的不希望的粒子。若這些粒子未經(jīng)移除，則其可被離子束傳出至 晶圓，而在此其可造成損害，或是對植入作業(yè)或后續(xù)的處理制造過程具有 不希望的影響。從而，本發(fā)明有助于從離子束過濾粒子，而沒有由于下游 孔而顯著地漏失射束電流。因而，可獲得具有較少不希望的粒子的經(jīng)聚焦 的離子束。
首先參照圖l，其中按步驟圖形式描述適合于實施本發(fā)明的一個或更
多方面的離子植入系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100包括離子源102，用于沿射束路徑 產(chǎn)生離子束104。該離子束源102包括例如具有相關(guān)的電力源108的電漿源 106。該電漿源106可例如包括相當長的電漿局限室，并自此析取出離子束。
射束線組件110被設(shè)置在該離子源102的下游處，以從其接收射束104。 該射束線組件110包括質(zhì)量分析器112;加速結(jié)構(gòu)114，其可選擇性地包括 例如一個或更多的間隔；以及角能量過濾器U6。該射束線組件110沿該路 徑設(shè)置以接收該射束104。該質(zhì)量分析器112包括諸如磁鐵的磁場產(chǎn)生組件 (未示出)，并且可運作以提供跨過該射束路徑的磁場，藉此將離子自該離 子束104偏折至根據(jù)質(zhì)量(即如電荷對質(zhì)量比)而變化的投射路徑處。行進經(jīng) 過該磁場的離子受到一力，此力沿該射束路徑導引具有所要的質(zhì)量的個別 離子，并且將具有不希望的質(zhì)量的離子偏折離開該射束路徑。
在該加速結(jié)構(gòu)114內(nèi)的(多個)加速間隔可運作以加速和/或減速該射束 之內(nèi)的離子，以在工件內(nèi)獲得所要的植入深度。從而，將理解的是雖在 此利用術(shù)語加速器或加速間隔來描述本發(fā)明的一個或更多方面，然該術(shù)語 并非用于狹隘地詮釋為限于加速的字面意義而應予以廣泛地詮釋，從而其 中包括減速以及方向上的變化。將進一步理解的是，可在該質(zhì)量分析器112 進行磁性分析之前與之后施用該加速/減速裝置。
應了解的是，污染粒子包括中性和/或其它非選定的能量范圍，并可在 該離子束104內(nèi)藉由離子與背景或殘余粒子之間的碰撞所產(chǎn)生。這些遭遇可造成部分離子與背景或其它粒子交換電荷，從而變成中性粒子或污染 物。這些中性粒子可被植入到該晶圓上將要摻入離子的區(qū)域之內(nèi)，從而稀 釋希望的摻質(zhì)水平，并且不利地影響到摻質(zhì)處理程序。更重要的是，由于 這些粒子為電中性，因此其可通過加速器，并且尤其是可穿過由電極所產(chǎn) 生的靜電場而不受影響(例如，未被加速、減速、聚焦、彎折，或是在速度 和/或方向上沒有變動)。
該粒子通常在直徑上是具有0.1至10微米之數(shù)階，并且可含有例如數(shù)以 千計至百萬的原子。若粒子進入該離子束104，則在該射束104之內(nèi)的離子 會撞擊到該粒子，并且給予該粒子在與該射束路徑相同方向上的動量。而
在進入該粒子捕捉機H6之前，該粒子并不具有高度的凈正電荷，這是由 于在該離子束104內(nèi)也出現(xiàn)有足夠數(shù)量的電子，從而均衡、負化或是無法
在該粒子上建構(gòu)出正電荷。
靜電粒子捕捉及聚焦組件116接收來自一個或多個加速間隔114的經(jīng)
加速/減速的離子束104，并且選擇性地聚焦該離子束104，而同時可自該離 子束104中斥離或移除不要的粒子。
該粒子捕捉機116包括進入聚焦范圍、散焦范圍以及離開聚焦范圍。 在該射束104內(nèi)的電子被經(jīng)負性偏壓的中央電極推斥，這可讓該粒子建構(gòu) 正電荷。其中包括不希望的粒子的離子束104穿過該進入聚焦范圍。然后， 該離子束104通過該散焦范圍，其會將該離子束104略微地散焦，然后傳播 至該離開聚焦范圍，其可將該離子束104選擇性地聚焦。在該離子束104內(nèi) 的粒子繼續(xù)累積正電荷。因此，該散焦范圍將該粒子偏折至一較大范圍， 并且防止該粒子連同其余的離子束104離開該散焦范圍。該粒子在該散焦 范圍內(nèi)軌道繞行，并且持續(xù)地建構(gòu)正電荷，直到撞擊到諸如電極的物體為 止。
該粒子捕捉機116包括數(shù)個可建立該聚焦及散焦范圍的電極。在一些 方面，可將該電極或該電極的一部分成形，藉此減輕該射束在一個或更多 方向上的發(fā)散性。
構(gòu)成該離子束的帶正電離子會由于所謂的「空間-電荷力」之故而彼此 互相推斥。該空間-電荷效應隨著離子束能量減少而增加，并因此可在當該 射束內(nèi)的離子減速時而提高，使得該射束更易于發(fā)散或膨脹。由于此空間
9-電荷力之故，離子束的橫向展開(lateral spread)正比于
CV^/V^)x(Iz2/U3。)
其中m為離子質(zhì)量，q為離子電荷，I為射束電流，U為射束能量，并且， 假定該離子束是均勻的且具有圓形截面，z為該離子束的行進距離。從而， 可了解到當該射束行進的距離增長時，射束膨脹的可能性就會提高。因此， 若離子束行進通過長距離而至晶圓，則所有離子要抵達該晶圓會變得更加 困難，尤其是在該射束之內(nèi)具有大的射束電流或離子濃度的情況下。
注意到該粒子捕捉機116被描繪為在該射束線組件110之內(nèi)的一項個 別組件。然而，應了解本發(fā)明的可選方面也考慮到其它的布置與構(gòu)造方式， 例如當該粒子捕捉機116為該加速組件114的一部分時。
在該系統(tǒng)100之內(nèi)自該射束線組件110至該離子束104也設(shè)置有末端站 臺118。該末端站臺118可沿該射束路徑支撐一個或更多諸如半導體晶圓(未 示出)的工件，藉以利用該經(jīng)質(zhì)量分析的離子束104執(zhí)行植入作業(yè)。該末端 站臺118包括目標掃描系統(tǒng)120，用于將一個或更多的目標工件及該離子束 104相對于另一者而移置或掃描。該目標掃描系統(tǒng)120可提供例如在給定情
況、各項操作參數(shù)和/或目的下，視需要進行批次性或系列性的植入作業(yè)。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機200截面視圖。粒子捕 捉機200可對離子束加(諸如示例性離子束202)以運作，并且自離子束選 擇性地移除粒子，而同時將離子束聚焦，藉此減輕空間電荷膨脹等問題。 該聚焦粒子捕捉機200屬示例性質(zhì)，并應了解根據(jù)本發(fā)明可對其做出改變。 粒子捕捉機200包括入口電極204、中央電極208及出口電極212。入口 電極204由導體材料所組成，并且包括孔206，而該示例性離子束202行進 通過該孔206。該孔206被成形為離子束202可大體上穿過它。入口電極204 被偏壓至比中央電極208較小數(shù)量或較大的正電壓，諸如接地或OV。
中央電極208位于入口電極204的下游處，并且也由導體材料組成，同 時包括中央孔210，而該示例性離子束202在通過該入口孔206之后即行進 通過中央孔210。中央電極208被偏壓至負電壓，諸如-17kV，此值小于入 口電極204的電壓。因此，產(chǎn)生自入口電極204指向中央電極208的第一電 場218。第一電場218首先將離子束202聚焦，但是然后在自入口電極204至 中央電極208的約半途處將離子束202散焦。出口電極212位于中央電極208的下游處并且與中央電極208及入口電 極204兩者大致平行。此外，出口電極212由導體材料組成，并且包括出口 孔214，而該示例性離子束202在通過中央孔210之后即行進通過該出口孔 214。出口電極212被偏壓至較大正值，諸如接地或零伏。因此，產(chǎn)生自出 口電極212指向中央電極208的第二電場220。第二電場220首先使得在該射
束內(nèi)的離子及粒子(具有正電荷)速度變慢，并且散焦而離開中央軸線。而 在中央電極208與出口電極212之間的約半途處，第二電場220再將離子束 202聚焦。
在此示例性方面，離子束202由帶正電荷的離子組成。此外，不要的 粒子也包括在離子束202之內(nèi)。該粒子通常且最初是中性并且相對靜止， 同時也較在該離子束內(nèi)的離子多大概數(shù)個數(shù)階規(guī)模。當帶正電的離子撞擊 到該粒子時，該粒子傾向于在離子束202方向朝下游移動。不希望的粒子 的速度比起離子束202內(nèi)的離子仍顯著地較低。
當粒子穿過入口電極204時，其會繼續(xù)被正離子撞擊。在此局部內(nèi)， 電子被負電極推斥，并且在粒子上建構(gòu)出正電荷。該粒子被該入口電極與 該中央電極間的電場的縱向分量加速。當粒子穿過該中央電極時，其被該 中央電極與該出口電極間的電場的縱向分量減速。由于在粒子上的電荷繼 續(xù)變成更具正性，因此該經(jīng)負性偏壓的中央電極的電場效果在離開側(cè)處比 在進入側(cè)處大。所以粒子減速大于加速并且粒子的運動反向(reverse)。 此循環(huán)將隨著粒子朝向該入口電極移動返回而重復。從而，將該粒子捕捉 在靠近該中央電極的范圍之內(nèi)。
此外，子主要是被捕捉在散焦范圍216之內(nèi)，其從入口電極204與中 央電極208間的半途延伸至中央電極208與出口電極212間的半途。在此范 圍里，電場的橫向分量從中央朝外。在此范圍里，離子會被稍微散焦，然 而粒子卻因其較長的停留時間而被大幅地散焦。因此，粒子從離子束202 的中央傳播軸線偏離，并且可在該散焦范圍里軌道繞行一次或多次，直到 撞擊到物體(諸如中央電極208)為止。
作為示例，單個示例性粒子222被描述為進入離子束202，并且與離子 束202—起移動到下游處。當進入離子束202時，粒子222變成帶有較高正 電。當進入散焦范圍216時，粒子222被朝向該被負性偏壓的中央電極208拉動。在此示例里，粒子222因其速度而繼續(xù)通過中央電極208,但最終反 方向而朝向中央電極208。然后粒子222繼續(xù)繞散焦范圍216軌道行進，直 到撞擊諸如中央電極208的物體為止。
圖3A是繞根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機的散焦范圍行進的粒 子的示例性模擬圖301。該粒子捕捉機在構(gòu)造及操作方面類似于圖2的粒子 捕捉機。圖表301描繪模擬結(jié)果，并被提供以有助于了解本發(fā)明，而不是 為了將本發(fā)明限制于在此所敘述的特定數(shù)值或特征。
圖301描繪對于1微米大小而被捕捉在散焦范圍內(nèi)的粒子的速度相對 于位置的圖表。中央電極被偏壓至-15.0 kV并且入口及出口電極被偏壓至 接地(OV)。 x軸代表按毫米為單位的距離，而y軸代表按每秒米為單位的速 度。對此示例，該入口電極位于約1000mm處，該中央電極位于約1020mm 處，而該出口電極位于約1040 mm處。粒子在該捕捉機之內(nèi)的時段長度為 0.002秒。
首先，該粒子具有相對低的速度(低于100m/s)。當進入該粒子捕捉機 時，可觀察到其速度由于各種電極所產(chǎn)生的電場而顯著改變，并且被吸引 朝向被負性偏壓的中央電極。最終，該粒子撞擊到諸如中央電極的物體， 并且喪失其正電荷。
圖3B是繞根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機的散焦范圍行進的粒 子的另一示例性模擬圖302。該模擬已如前參照圖3A所述。
在此，圖302描繪對于1微米大小、被捕捉在散焦范圍內(nèi)的粒子的電荷 相對于位置的圖表。中央電極被偏壓到-15.0 kV，并且入口及出口電極被 偏壓至接地(OV)。 x軸代表按毫米為單位的距離，而y軸代表電荷。對此示 例，入口電極位于約IOOO mm處，中央電極位于約1020 mm處，而出口電 極位于約1040mm處。首先，該粒子具有相對低的正電荷，然當位于捕捉
機之內(nèi)時其電荷穩(wěn)定地增加。
圖4是一圖表400，其說明利用根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕捉機來 捕捉粒子的最小中央電極電壓。該粒子捕捉機在構(gòu)造及操作上類似于圖2 中的聚焦粒子捕捉機。該圖表400描繪模擬結(jié)果，并被提供以有助于了解 本發(fā)明，而并非用于將本發(fā)明限制于在此所描述的特定數(shù)值或特征。
中央電極被偏壓至負電壓，并且入口及出口電極被偏壓至接地。此外，該電極之間的間隔約為4mm。 x軸代表按微米為單位的粒子直徑，而y軸代 表施加于該粒子捕捉機的中央電極的負偏壓大小。
第一繪線401代表在離子束之內(nèi)的不希望的粒子，其中，對于該射束 內(nèi)的砷離子而言，該射束具有約每平方米2 Amp的電流密度。 一般說來， 較小粒子要求較大的負偏壓值(大小)，而較大粒子要求較低的負偏壓值。 在此，可觀察到即使是相對小的粒子，即小于0.1微米的，也可利用相當?shù)?的電壓(<約2 kV)捕捉。第二繪線402代表在離子束內(nèi)、并且以約每平方米 20Amp的電流密度的粒子。對于較小的粒子直徑而言，較高的電流密度要 求較大的負偏壓，即約4 kV。第三繪線403代表在離子束內(nèi)、且以約每平 方米200 Amp的電流密度的粒子。而此甚至更高的電流密度要求甚至更大 的負偏壓。
圖5是另一根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機500的截面視圖。 該粒子捕捉機500可對離子束進行運作，諸如示例性橢圓形離子束502，并 且從離子束中選擇性地移除粒子，而同時也將離子束聚焦，藉此減輕空間 電荷膨脹等問題。該聚焦粒子捕捉機500為示例性質(zhì)，并且應了解根據(jù)本 發(fā)明可對其做出改變。
在此示例里，該示例性離子束具有橢圓形狀，并且因此在x方向(水平) 上較y方向(垂直)上為窄。此離子束在x及y方向上會受到空間電荷膨脹所影 響。可藉由運用較高電壓以減輕在x方向上的空間電荷膨脹，而會獲得較 強大的x聚焦結(jié)果，但是無法按此方式顯著地減輕在y方向上的空間電荷膨 脹，因為在開縫透鏡的高度方向上，開縫透鏡近似處理并不成立。從而， 該粒子捕捉機500是運用具有曲線表面的電極，這可在y方向上減輕這些問 題。
該粒子捕捉機500包括入口電極504、中央電極508及出口電極512。該 入口電極504由導體材料所組成，并且包括孔506，而該示例性離子束502 行進通過孔506。入口電極504包括相對平坦的第一表面，以及面向中央電 極508的凹入第二表面。該孔506被成形為離子束502可大致穿過它。入口 電極504被偏壓至比中央電極508較小大小或較正性的電壓，諸如接地或O V。該凹入第二表面被成形為具有比曲率半徑長的、并依照所施加的電壓 相較于射束能量而定的焦距。中央電極508位于入口電極504的下游處，并且也由導體材料組成，同 時包括中央孔510，而該示例性離子束502在通過入口孔506之后即行進通 過中央孔510。該中央電極508具有面向入口電極504的第一凸出表面，以 及面向出口電極512的第二平坦表面。中央電極508被偏壓至負電壓，像是 -17kV，此值小于入口電極504的電壓。因此，產(chǎn)生從入口電極504指向中 央電極508的第一電場218。第一電場518最初將該離子束502從入口電極 504加速至中央電極508。此外，該第一凸出表面被成形為具有較曲率半徑 長、并依照施加于中央電極508上的電壓而定的焦距。
出口電極512位于中央電極508的下游處并且與中央電極508及入口電 極504兩者大致平行。在此示例性方面，出口電極212具有面朝向中央電極 508的相對平坦/平的第一表面，以及面朝遠離中央電極508的第二相對平坦 表面。此外，出口電極512由導體材料組成，并且包括離開孔514，示例性 離子束502在通過中央孔510之后即行進通過離開孔514。出口電極512被偏 壓至更加正的值，諸如接地或零伏特。因此，產(chǎn)生從出口電極512指向中 央電極508的第二電場520。第二電場520使得在射束內(nèi)的離子及粒子(具有
正電荷)減速。而由于其較高的正電荷，粒子會被較大程度地減速。此外， 應了解電極(504、 508及512)的第一及第二表面可具有與前文所述及圖5所
示不同的形狀，以便對不同的離子束形狀進行補償。
該粒子捕捉機500的操作大致類似于圖2的粒子捕捉機200的操作。再 度地，該離子束502由帶正電離子組成，但是具有相對橢圓形且在y方向上 較長的形狀。此外，不希望的粒子，諸如光阻殘余物等，也被包括在離子 束502之內(nèi)。該粒子通常且最初為中性，并且相對靜止，同時也比在該離 子束內(nèi)的離子大致大數(shù)個數(shù)階規(guī)模。當帶正電的離子撞擊到該粒子時，該 粒子變?yōu)檎?，并且傾向于沿離子束502方向朝下游移動。由于該粒子通 常具有遠大于離子的質(zhì)量，因此該粒子可累積比離子束內(nèi)的離子遠高的正 電荷。不過，不希望的粒子的速度比起該離子束502內(nèi)的離子仍顯著地較 低。
圖6A及6B顯示根據(jù)本發(fā)明的一個方面的示例性聚焦粒子捕捉機600。 該粒子捕捉機600屬示例性質(zhì)，并被提供以說明根據(jù)本發(fā)明的聚焦粒子捕 捉機的一種可能構(gòu)造與組件。應了解本發(fā)明可運用其它組件和構(gòu)造。圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機600的示例性實施例
的透視圖。該粒子捕捉機600包括入口電極604、中央電極606及出口電極 608，并被固接于支架612，以便放置在離子植入系統(tǒng)(未示出)的射束線組 件之內(nèi)或附近。粒子捕捉機600大體上類似于圖6的粒子捕捉機600的方式運作。
圖中顯示間隔位于入口電極604與中央電極606之間，以及在中央電極 606與出口電極608之間。前側(cè)平板602被安裝到入口電極604的第一表面 上。前側(cè)平板602包括孔610，其與入口電極604的孔對齊。 一孔(不可見) 也出現(xiàn)在中央電極606及出口電極608內(nèi)，而離子束通過它們。 一個或更多 的電力源電連接到電極604、 606及608，以便施加適當?shù)钠珘骸?br> 圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的聚焦粒子捕捉機600的分解透視圖。 此視圖更清晰地顯示個別電極及示例性形狀。此視圖進一步詳細地說明平 板602、入口電極604、中央電極606及出口電極608。
入口電極604以兩個部件示出以便更完整地說明本發(fā)明。入口電極604 的第二表面614為凹入狀，以便減輕沿y方向的發(fā)散問題。類似地，中央電 極606的第一表面616是凸出狀，以便減輕沿y方向的發(fā)散問題?？煽吹娇?610以及電極604、 606和608的孔被成形為納入橢圓形離子束。
圖7是流程圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個方面，從離子束移除粒子 并且將離子束聚焦的方法700。該方法700運用聚焦粒子捕捉機，其中包括 散焦范圍，這可從離子束移除粒子，并且通常在離子植入系統(tǒng)內(nèi)運作。從 而，將有助于離子植入處理程序的效能，并且可減輕植入不希望的粒子的 問題。
該方法在步驟702開始，其中提供離子束，離子束可能包括不希望的 粒子。該粒子存在于離子束內(nèi)，并通過個別離子撞擊該粒子而與離子束一 起，推送往下游處。此外，在該離子束內(nèi)的離子載有正電荷，這會造成該 粒子帶有正電。同時，該粒子具有較大的質(zhì)量，并因此傾向于，相較于該 射束之內(nèi)的離子，可累積較多電荷并帶得更多正電。
該離子束及該粒子首先是在步驟704處被第一靜電場聚焦部所聚焦。
該第一靜電場通過對具有入口孔的入口電極以及具有中央孔的中央電極 (離子束穿過入口孔和中央孔)施加適當?shù)钠珘憾a(chǎn)生。入口電極與孔以及該中央電極與孔被成形為自該入口電極指向該中央電極的第一電場能
夠在x及y兩方向上提供所要的聚焦及散焦功能，并且也能容納該離子束的
形狀，諸如筆形或條形。此外，可通過將該中央電極適當?shù)仄珘褐霖撾妷海?而該入口電極通常是被偏壓至約接地，來調(diào)整該場強。該第一靜電場的聚 焦部開始于入口電極處，并且結(jié)束于約朝向該中央電極的半途處。同時， 由于在該射束內(nèi)的電子由被負偏壓的中央電極所推斥，因此在聚焦部過程 中會在該粒子上累積出正電荷。
接著，在步驟706處，該離子束被散焦范圍散焦，此散焦范圍包括該
第一靜電場的散焦部以及第二靜電場的散焦部。該第二靜電場通過對該中 央電極及出口電極施加的偏壓產(chǎn)生，此出口電極具有出口孔，而該離子束 則通過該出口孔。該出口電極與該孔以及該中央電極與該孔被成形為自該
入口電極指向該中央電極的第二電場能夠在x及y兩方向上提供所要的聚 焦及散焦功能，并且也能容納該離子束的形狀，諸如筆形或條形。此外， 可通過將該中央電極適當?shù)仄珘褐霖撾妷?，而該出口電極通常是被偏壓至 約接地，以調(diào)整該場強。
該第二靜電場包括散焦部，其開始于該中央電極處，并且繼續(xù)至約朝 向該出口電極的下游的半途處。在此點處，聚焦處理開始于該第二靜電場 的聚焦部，這會繼續(xù)直到達到該出口電極為止。
同時地，在步驟708處，粒子被包括該第一靜電場的散焦部與該第二 靜電場的散焦部的散焦范圍大致散焦，而造成該粒子在該散焦范圍內(nèi)軌道 繞行。該粒子具有遠大于該射束內(nèi)的離子的質(zhì)量及正電荷，并因此更易于 分散或散焦而離開該離子束路徑。從而，該粒子傾向于在該散焦范圍之內(nèi) 軌道繞行，并且繼續(xù)累積正電荷，直到離開該離子束并且撞擊到諸如該中 央電極的物體為止。
然后，在步驟710處，該離子束被該第二靜電場的聚焦部聚焦。而在 該離子束進入該第二靜電場的聚焦部之前，已移除該粒子，或者至少一部 分的粒子。因此，大致僅有該離子束之內(nèi)的離子會在x及y方向上聚焦。
在步驟712處，該離子束被指向目標晶圓，造成該離子束之內(nèi)的離子 被植入到該目標晶圓內(nèi)。由于已移除至少一部分的粒子，因此可更均勻地 執(zhí)行植入作業(yè)，并且較少來自于該粒子的污染。從而，可獲得更均勻的裝置操作以及較佳的效能。
應知悉可參照于本發(fā)明的其它附圖以進一步了解該方法700，以及其 變化。此外，也可運用該方法及其說明以有助于更佳了解前述發(fā)明的其它 方面。
而為簡化說明的目的，該方法800雖以順序執(zhí)行的方式描述及說明， 但是應了解且知悉本發(fā)明并不限于根據(jù)本發(fā)明的所述順序，即一些方面， 可按不同順序和/或與自本文所描述及說明的其它方面同時地進行。
雖然本發(fā)明已經(jīng)示出和說明了一個或多個實施，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 通過閱讀和理解此說明書與隨附附圖將想到等效的變更和/或修改。本發(fā)明 包括所有該修改與變更，且僅為由隨附的權(quán)利要求的保護范圍限定。尤其 是關(guān)于由上述的構(gòu)件(組件、裝置、電路、 、等等)所實行的各種功能，
用于描述該構(gòu)件的術(shù)語(包括"裝置(means)")意圖對應于(除非另外指出)
為實行所描述構(gòu)件的指定功能的任何構(gòu)件(即其為功能等效)，甚至不是
結(jié)構(gòu)等效于實行本文所述的本發(fā)明示例性實施的功能的已揭示的結(jié)構(gòu)。此 外，盡管本發(fā)明的特定的特征可能在數(shù)個實施中的一個被披露，該特征可 結(jié)合其它實施的一個或多個其它特征，如對于任何給定或特定的應用可能 是希望的和有利的。再者，對于使用在說明書或權(quán)利要求中的術(shù)語"包括
(includes)"、"具有(having)"、"具有(has)"、"具有(with)"或其變體，這些 術(shù)語意圖類似于術(shù)語"包含(comprising)"的方式而為包括性質(zhì)(inclusive)。
權(quán)利要求
1. 一種離子植入系統(tǒng)，包括離子束源，其產(chǎn)生離子束；射束線組件，其接收來自該離子束源的離子束，所述射束線組件包括質(zhì)量分析器，其選擇性地通過選擇的離子；加速/減速元件，其接收來自該質(zhì)量分析器的離子束，并且改變該離子束的能量水平；以及聚焦靜電粒子捕捉機，其接收來自該加速/減速元件的離子束，并且從該離子束移除粒子，所述聚焦靜電粒子捕捉機包括入口電極，其包括入口孔并被偏壓至第一基底電壓；中央電極，其位于該入口電極下游而與其距有距離處，并包括中央孔且被偏壓至中央電壓，其中該中央電壓小于該第一基底電壓；以及出口電極，其位于該中央電極下游而與其距有距離處，并包括出口孔且被偏壓至第二基底電壓；以及其中產(chǎn)生從該入口電極朝向該中央電極的第一靜電場，并且產(chǎn)生從該出口電極朝向該中央電極的第二靜電場；以及末端站臺，其接收來自該射束線組件的離子束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該中央電極的中央電壓依據(jù)該粒 子的大小及速度設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該中央電極的負電壓為-17 kV， 而該第一基底電壓約為OV，且該第二基底電壓約為OV。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該入口孔、該中央孔及該出口孔 為橢圓形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該入口孔、該中央孔及該出口孔 為圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該加速/減速元件將該粒子引入至 該離子束之內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該第一靜電場包括聚焦部，其約在該入口電極處開始，并且在該中央電極與入口電極之間的中點處結(jié)束； 以及散焦部，其約在該中央電極與入口電極之間的中點處開始，并且約在 該中央電極處結(jié)束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中該第二靜電場包括散焦部，其約 在該中央電極處開始，并且在該中央電極與出口電極之間的中點處結(jié)束； 以及聚焦部，其約在該中央電極與出口電極之間的中點處開始，并且約在 該出口電極處結(jié)束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該第一靜電場的散焦部及該第二 靜電場的散焦部包括散焦范圍，該粒子以軌道形式繞行于其中并被捕捉。
10. —種用于離子植入作業(yè)的聚焦粒子捕捉系統(tǒng)，包括 入口電極，其包括入口孔并被偏壓至第一基底電壓；中央電極，其位于該入口電極下游而與其距有距離處，且該中央電極包括中央孔并被偏壓至中央電壓；出口電極，其位于該中央電極下游而與其距有距離處，且出口電極包 括出口孔并被偏壓至第二基底電壓，該第一基底電壓及該第二基底電壓大于該中央電壓；以及其中產(chǎn)生從該入口電極朝向該中央電極的第一靜電場，并且產(chǎn)生從該 出口電極朝向該中央電極的第二靜電場。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該中央電極的中央電壓約為-18 kV，并且該第一基底電壓約為lkV，而該第二基底電壓約為OV。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中包括選擇的離子及粒子的離子 束通過該入口孔、該中央孔和該出口孔。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該入口電極包括面朝向遠離該 中央電極的前表面，和面朝向該中央電極的背表面，其中該背表面具有凹 入形狀。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中該中央電極包括面朝向該入口 電極的前表面，和面朝向該出口電極的背表面，其中該前表面具有凸出形 狀。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該第一靜電場包括聚焦部，其 在約該入口電極處開始，并且在該中央電極與入口電極之間的中點處結(jié)束；以及散焦部，其在約該中央電極與入口電極的中點處開始，并且在約 該中央電極處結(jié)束，并且其中該第二靜電場包括散焦部，其在約該中央電 極處開始，并且在該中央電極與出口電極之間的中點處結(jié)束；以及聚焦部， 其在約該中央電極與出口電極之間的中點處開始，并且在約該出口電極處 結(jié)束。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中該第一靜電場的散焦部及該第 二靜電場的散焦部包括散焦范圍，其中該粒子以軌道形式繞行并被捕捉。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中該第二靜電場的聚焦部選擇性地僅對離子束內(nèi)的離子進行聚焦。
18. —種將離子束聚焦并且捕捉在該離子束內(nèi)的粒子的方法，包括步驟提供離子束，在該離子束內(nèi)具有粒子及離子；通過第一聚焦范圍將該離子束聚焦；在散焦范圍內(nèi)將該離子束內(nèi)的離子散焦；通過將該離子束的粒子散焦以在該散焦范圍內(nèi)捕捉粒子，以從該離子束移除粒子；以及在第二聚焦范圍內(nèi)僅將該離子束內(nèi)的離子聚焦。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括步驟在入口電極與中 央電極之間產(chǎn)生第一靜電場，其包括聚焦部及散焦部，其中該聚焦部限定 該第一聚焦范圍。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進一步包括步驟在中央電極與出 口電極之間產(chǎn)生第二靜電場，其包括散焦部及聚焦部，其中該第一靜電場 的散焦部及該第二靜電場的散焦部限定該散焦范圍，并且其中該第二靜電 場的聚焦部限定該第二聚焦范圍。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中產(chǎn)生該第一靜電場的步驟包括 步驟將該入口電極偏壓至接地，并且將該中央電極偏壓至負值。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所提供的離子束具有橢圓形狀。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括步驟將不含粒子的離 子束指向目標晶圓。
全文摘要
一種用于離子植入作業(yè)的聚焦粒子捕捉系統(tǒng)(200)，此系統(tǒng)可在植入之前先從離子束(202)移除不希望的粒子(222)。入口電極(204)包括進入孔(206)，并被偏壓至第一基底電壓。中央電極(208)位于該入口電極下游而距其有距離處，并且包括中央孔。該中央電極被偏壓至小于該第一基底電壓的負值。出口電極(212)位于該中央電極下游而與其具有距離，并且包括出口孔(214)。該出口電極被偏壓至第二基底電壓。產(chǎn)生從該入口電極朝向該中央電極第一靜電場(218)，和產(chǎn)生從該出口電極朝向該中央電極的第二靜電場(220)，藉此捕捉在離子束內(nèi)不想要的粒子。
文檔編號H01J37/317GK101432841SQ200780015094
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者亞歷山大·普瑞爾, 布萊恩·弗瑞爾, 彼得·克雷曼, 維特·班威尼斯特, 麥可·葛瑞夫 申請人:艾克塞利斯科技公司