CN102301453B - 使用高透明电极改善撷取的离子束的品质的技术 - Google Patents

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Abstract

揭示一种使用高透明电极改善撷取的离子束的品质的技术。在一特定的示例实施例中，技术可以实现为一种用于离子植入的装置。装置可包括用以产生离子束的离子源，离子源包括具有孔径的面板，且离子束行进通过所述孔径。装置亦可包括撷取电极组，撷取电极组包括至少一抑制电极与一高透明接地电极，其中撷取电极组可经由面板从离子源撷取离子束，以及其中高透明接地电极可经组态以最佳化抑制电极与高透明接地电极之间的气体传导，以改善撷取的离子束的品质。

Description

使用高透明电极改善撷取的离子束的品质的技术
技术领域
本发明是有关于一种半导体制造装置，且特别是有关于一种使用高透明电极改善撷取的离子束的品质的技术。 
背景技术
离子植入(ion implantation)是一种利用高能化离子来直接轰击(bombardment)基板来将化学物种沉积到基板的制程。在半导体制造中，离子植入机主要被用于改变目标材料的导电类型与导电程度的掺杂制程中。集成电路基板以及其薄膜组态中的精确掺杂轮廓(doping profile)通常对于集成电路(integrated circuit，IC)效能而言是很重要的。为了获得理想的掺杂轮廓，一个或者多个离子物种能够以不同的能量位准以及不同的剂量(dose)被植入。 
图1显示已知的离子植入***100。离子植入***100包括电源101、离子源102、撷取电极104、90°磁铁分析器(magnet analyzer)106、第一减速(D1)级(first deceleration(D1)stage)108、70°磁铁分析器110以及第二减速(D2)级112。D1以及D2减速级(亦称为“减速透镜(deceleration lens)”)中的每一个都由多个具有已定义的孔径(aperture)的电极组成，以允许离子束10通过。藉由对多个电极施加不同组合的电压电位，D1以及D2减速透镜可调节离子能量，以及使离子束10以理想的能量撞击目标工件114。多个测量元件116(例如，剂量控制法拉第杯(dose control Faraday cup)、移动法拉第杯(traveling Faraday cup)或者组态法拉第杯(setup Faraday cup))可以被用于监视以及控制离子束情况。 
离子源102及撷取电极104为离子植入机***100的关键组件。需要离 子源102及撷取电极104以产生各种不同的离子物种及撷取电压(extraction voltage)的稳定及可靠的离子束10。 
图2显示已知的离子源及撷取电极组态200。请参照图2，其为已知的离子源及撷取电极组态200的示意图，离子源202位于外壳201内。离子源202具有面板203，面板203具有孔径，且撷取电极204可经由孔径撷取来自离子源202的等离子中的离子。撷取电极204包括抑制电极205及接地电极207。如图2所显示，抑制电极205及接地电极207通常为具有不同狭缝尺寸的双狭缝，其中大狭缝用于高能量植入应用(诸如＞20keV)，以及小狭缝用于低能量植入应用(诸如＜20keV)。 
值得注意的是图2中的箭头是用来表示真空泵取方向。如箭头所示的真空泵取必须提供足够低的压力位准，以稳定抑制电极205及接地电极207之间的束线-撷取操作，以进行离子束撷取。 
图3A至图3B显示已知的接地电极207。图3A显示已知的接地电极207的三维示意图300A。在此实例中，接地电极207为双狭缝，具有第一狭缝309a与第二狭缝309b。图3B显示已知的接地电极207的剖面示意图300B。接地电极207具有总高度H，总高度H包括基底高度b与狭缝高度a。接地电极207亦具有基底角α与狭缝角β。在已知的接地电极207中，基底高度b大于狭缝高度a且基底对狭缝的高度的比值以b/a表示且b/a＞1。 
已知的离子植入所存在的问题在于当来自于离子源102的撷取电流增加时，会在目标工件114处观察到非期望的离子束形状。这样的非期望的离子束形状可能会提供“离子束摆动(beam wiggles)”，而降低离子束10中的均匀度(uniformity)。即使此问题可能与离子源102内部的等离子不稳性(plasma instability)和/或等离子振荡(plasma oscillation)相关，但撷取电极104在此问题中可能也扮演了重要的角色及可能恶化上述问题。举例来说，撷取电极104的机械缺陷(mechanical imperfections)及高背景压力(background pressure)可能会大幅地增加“离子束摆动”及降低离子束的品质。 
图4显示撷取的离子束轮廓的示意图400。在此实例中，显示了摆动形(wiggle-shaped)撷取的离子束轮廓410。虚线所显示的是理想的撷取的离子束轮廓420。即使摆动形撷取的离子束轮廓410与理想的撷取的离子束轮廓420具有相似的轮廓，但理想的离子束轮廓420具有平滑的轮廓，此平滑轮廓可以传送至目标处并在目标处调整为高品质离子束。 
如上所述，撷取电极104所产生和/或增加的“离子束摆动”可能在目标工件114处导致离子束均匀度的降低及较差的离子束10品质。为了改善离子束的品质，必须降低撷取的离子束轮廓410中的“离子束摆动”，以形成与理想的撷取的离子束轮廓420较为相近的离子束轮廓。然而，已知的***与方法无法提供合适的解决方法来降低撷取的离子束轮廓中的“离子束摆动”。 
鉴于上述，可以理解现有的离子束撷取技术仍有严重的问题及缺点。 
发明内容
揭示一种使用高透明电极改善撷取的离子束的品质的技术。在一特定的示例实施例中，技术可以实现为一种用于离子植入的装置。装置可包括用以产生离子束的离子源，离子源包括具有孔径的面板，且离子束行进通过所述孔径。装置亦可包括撷取电极组，撷取电极组包括至少一抑制电极与一高透明接地电极，其中撷取电极组可经由面板从离子源撷取离子束，以及其中高透明接地电极可经组态以最佳化抑制电极与高透明接地电极之间的气体传导，以改善撷取的离子束的品质。 
根据此示例实施例的其他方面，高透明接地电极可经组态成具有总高度H、一或多个狭缝部、基底角θ以及狭缝角δ，其中总高度包括基底高度y以及狭缝高度x，使得基底高度y小于狭缝高度x，且基底对狭缝的高度的比值y/x等于或小于1。 
根据此示例实施例的其他方面，基底角θ可为20°。 
根据此示例实施例的其他方面，基底角θ可大于20°，例如是40°。 
根据此示例实施例的其他方面，高透明接地电极可以是单狭缝高透明接地电极或双狭缝高透明接地电极。 
根据此示例实施例的其他方面，离子源可以装设在具有锥形组态的外壳中。 
根据此示例实施例的其他方面，面板可为凸出型面板。 
根据此示例实施例的其他方面，抑制电极可为凸出型抑制电极。 
根据此示例实施例的其他方面，高透明接地电极可还包括一或多个固着部，固着部定位于高透明接地电极的一或多个撷取狭缝附近，以界定出位于高透明接地电极内的稳定等离子边界。 
在另一特定的示例实施例中，技术可以实现为一种用以改善离子束的品质的方法。此方法可包括提供离子源，离子源包括用以产生离子束的等离子产生器以及具有孔径的面板，其中离子束行进通过所述孔径。此方法亦可包括提供撷取电极组，撷取电极组包括至少一抑制电极与一高透明接地电极，其中撷取电极组可经由面板从离子源撷取离子束，以及其中高透明接地电极可经组态以最佳化抑制电极与高透明接地电极之间的气体传导，以改善离子束的品质。 
现将参考如附图中所示的本发明的示例实施例来更详细地描述本发明。虽然下文参考示例实施例来描述本发明，但应理解，本发明不限于此。可以理解本文的教示的本领域技术人员将了解在本文所述的本发明的范畴内的额外实施方式、修改及实施例以及其他使用领域，且相对于此，本发明可具有显著效用。 
附图说明
为了便于更全面地理解本发明，参照附图，其中相似元件由相似的标号表示。这些附图不应解释为限制本发明，仅是示范性的。 
图1显示已知的离子植入***。 
图2显示已知的离子源及撷取电极组态。 
图3A至图3B显示已知的接地电极。 
图4显示摆动形撷取的离子束轮廓及理想的撷取的离子束轮廓的示意图。 
图5显示根据本发明的一例示实施例的离子源及撷取电极组态。 
图6A与图6B显示根据本发明的一例示实施例的双狭缝高透明接地电极的示意图。 
图7显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态。 
图8显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态的示意图。 
图9显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态，其具有使用固着的高透明接地电极。 
具体实施方式
本发明的实施例是使用高透明电极来改善撷取的离子束的品质。更特定的，离子源及撷取电极的各种几何图案和/或组态可以提供改善的真空特性，以降低撷取的离子束轮廓中的“离子束摆动”及改善整体离子束的品质。 
图5显示根据本发明的一例示实施例的离子源及撷取电极组态500。请参照图5，其显示离子源及撷取电极组态500的示意图，离子源502可提供于外壳501内。离子源502可具有包括孔径的面板503，其中撷取电极504可经由孔径而从离子源502内的等离子撷取离子。撷取电极504可包括至少一抑制电极505与一接地电极507。 
在一些实施例中，如图5所示，抑制电极505及接地电极507可以具有双狭缝。在此实例中，可以理解的是一狭缝可用于高能量离子束应用(例如＞20keV)，以及另一狭缝可用于低能量离子束应用(例如＜20keV)。然而，不同于上述的已知的接地电极207，图5的接地电极507可以是高透明接地电极507， 其具有能最佳化撷取区域(例如：抑制电极505与接地电极507之间的区域)的气体传导的几何形状。可以理解，图5中所示的大箭头是表示真空泵取方向。如大箭头所示，使用高透明接地电极507可以在朝涡轮泵(turbo pump，未显示)的方向(垂直)上及朝磁铁分析器(未显示)的方向(水平)上在撷取区域(例如：由于大的开放面积)中提供经改善的气体传导。 
图6A与图6B显示根据本发明的一例示实施例的高透明接地电极507的示意图。举例来说，图6A显示根据本发明的一例示实施例的高透明接地电极507的三维示意图600A。图6A的高透明接地电极507可以是双狭缝高透明接地电极507，其具有第一狭缝609a及第二狭缝609b。 
然而，不同于上述的已知的接地电极207，图6A与图6B的双狭缝高透明接地电极507可以具有能够在撷取区域中提供经改善的气体传导的尺寸，其中撷取区域特别是指抑制电极505及双狭缝高透明接地电极507之间。特定的，双狭缝高透明接地电极507可以具有实质上较小的基底部。图6B显示双狭缝高透明接地电极507的剖面示意图600B。在此实例中，双狭缝高透明接地电极507可以具有总高度L，其包括基底高度y及狭缝高度x。双狭缝高透明接地电极507也可以具有基底角θ及狭缝角δ。在一些实施例中，基底角θ可以是20°。可以理解的是，基底高度y可以是小于狭缝高度x。因此，基底对狭缝的高度的比值可以y/x表示且y/x＜1。亦可以理解的是，在一些实施例中，狭缝角δ可以更小。 
上述的双狭缝高透明接地电极507具有能够提供经改善的气体传导的几何形状。具体而言，接地电极507的总体积可以是缩减的，因此能对有效的真空泵取提供较大的空间，以改善气体传导。此外，可以在现有***中使用双狭缝高透明接地电极507，而无需额外变化和/或改变。因此，使用双狭缝高透明接地电极507可以提供一种具成本效益而能最佳化气体传导及改善撷取的离子束的品质的方法。 
图7显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态700。与图5相似，图7显示离子源及撷取电极组态700的示意图。此处，离子源702可以是提供于外壳701中。离子源702亦可以具有面板703，面板703具有孔径，其中撷取电极704可以经由孔径自离子源702中的等离子撷取离子。撷取电极704可以包括抑制电极705及高透明接地电极707。
然而，与图5不同的是，图7的抑制电极705及高透明接地电极707可以具有单狭缝。与上述的理由相似，此几何组态可以最佳化撷取区域中的气体传导。 
可以理解，图7中所示的大箭头是表示泵取方向。如大箭头所示，使用单狭缝高透明接地电极707可以在朝涡轮泵(turbo pump，未显示)的方向(垂直)上及朝磁铁分析器(未显示)的方向(水平)上在撷取区域(例如：抑制电极705及双狭缝高透明接地电极707之间)中提供经改善的气体传导。与图5相似，高透明接地电极707的总体积在单狭缝组态中可以是缩减的，且因而对真空泵取提供较大的空间及提供经改善的离子束轮廓。 
亦可提供多种其他的几何组态。举例来说，图8显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态800。与图7相似，图8显示离子源及撷取电极组态800的示意图。在此实例中，离子源802可以是提供于外壳801中。离子源802亦可以具有面板803，面板803具有孔径，其中撷取电极804可以经由孔径自离子源802中的等离子撷取离子。撷取电极804可以包括抑制电极805及接地电极807，其可以具有单狭缝。 
然而，与图7不同的是，图8的外壳801、面板803、抑制电极805以及接地电极807可以分别具有不同的几何图形和/或组态。举例来说，外壳801可以具有锥形组态(例如：锥形的礼帽(tapered top hat)组态，以及面板803、抑制电极805以及接地电极807的每一者可以具有凸出型组态。与上述的原因相似，这些各式各样的几何组态可以个别或一起最佳化气体传导及改善撷取的离子束轮廓。 
相较于已知组态(例如：非锥形组态)，锥形的外壳801可以改善面板803 与抑制电极805之间的气体传导。锥形的形状可以对气体传导提供较大的空间，以及可以因而对经改善的撷取的离子束的品质提供较低的气体压力。凸出型面板803亦可以改善面板803与抑制电极805之间的气体传导。 
根据本发明的一例示实施例，可以提供凸出型离子源面板803。在此实例中，相较于已知的平面组态，凸出型面板803可以是倾斜的，使得凸出型面板803的撷取孔径可以向撷取电极“突出”。 
可以理解的是，凸出型面板803的束线光学(beam optics)仍与已知面板的束线光学相同或相似，但凸出型面板803的形状可以提供经改善的几何图案。最终，凸出形状可以对经改善的气体传导提供较大的空间，以及可以因而对经改善的撷取的离子束的品质提供较低的气体压力。 
请参照图8，凸出型撷取电极804亦可以改善面板803与抑制电极805之间的气体传导。举例来说，凸出型抑制电极805可以进一步向面板803延伸，以改善面板803及抑制电极805之间区域的气体传导。 
此外，在此组态中，高透明接地电极807可以是凸出且扩大(widen)以改善气体传导。举例来说，在图8中，高透明接地电极807亦可以具有较大的基底角0’。在一些实施例中，较大的基底角θ’可以是前述的实施例的基底角θ的两倍。举例来说，在一实施例中，基底角θ’可以是40°。亦可提供其他实施例。 
藉由使用凸出且扩大的高透明接地电极807，可以改善抑制电极805及接地电极807之间区域中的气体传导。可以理解的是，亦可改善朝磁铁分析器(未显示)的(水平)方向的气体传导。 
可以理解的是，亦可在高透明接地电极807处提供固着部，以改变撷取区域(例如：抑制电极805与高透明接地电极807之间)中的压力分布(pressure distribution)。举例来说，图9显示根据本发明的另一例示实施例的离子源及撷取电极组态900，其具有使用固着部909的高透明接地电极907。在一些实施例中，使用固着部909的高透明接地电极907可以更佳地定义出位于接地 电极907的撷取狭缝内的稳定等离子边界。在其他实施例中，使用固着部909的高透明接地电极907可以在撷取的离子束路径的下游区域中提供压力梯度。这样可以在抑制电极905与高透明接地电极907之间提供增加的压力，以及可以降低高透明接地电极907内以及更下游区域的压力。 
在本发明的实施例中，藉由最佳化离子源及撷取电极处的气体传导可以提供经改善的撷取的离子束的品质。这些技术可以单独或共同降低撷取的离子束轮廓的“离子束摆动”。如此一来，可以对离子束的形状提供想要的修正。具体而言，可以达到较佳的离子束均匀度(uniformity)、可靠度(reliability)以及可预测性(predictability)，并可有效地改善离子植入制程。 
可以理解的是，虽然已描述一些特定的几何形状(例如：凸出形、尺寸、角度的改变及比值的改变等)，但亦可提供其他的几何组态，以改善气体传导及改善离子束的品质。 
可以理解的是，虽然已描述且叙述本发明的实施例具有特定的形状、剖面形状、数目、角度以及尺寸，但其他形状、剖面形状、数目、角度以及尺寸也是有可能的。 
亦可以理解的是，虽然本发明的实施例是以具有单狭缝或双狭缝的高透明电极组态为例，但亦可提供其他组态。举例来说，亦可提供具有较少或较多狭缝的高透明电极组态(例如：具有单个、多个或分段电极的组态)。 
亦可以理解的是，在上述实施例中的几何组态的操作不应限制为离子源及撷取电极组态。举例来说，上述的各种技术与几何组态亦可应用于其他离子植入组件。 
亦可以理解的是，虽然本发明的实施例是以改善气体传导及撷取的离子束的品质为例，但亦可提供其他用途。举例来说，使用各种几何构形的离子源及撷取电极组态的技术亦可以应用于其他种离子植入***，此离子植入***使用电和/或磁转向(magnetic deflection)或任何其他束线准直***。以可提供其他各种实施例。 
本发明的范畴不受本文所描述的特定实施例限制。事实上，自前文描述及附图，本领域技术人员将明白本文所述的实施例以外的其他各种实施例及对本发明的修改。因此，这些其他实施例及修改意欲属于本发明的范畴内。此外，尽管本文已出于特定目的而在特定环境中的特定实施方案的上下文中描述本发明，但本领域技术人员将认识到其可用性不仅于此，且本发明可出于任何数目的目的而在任何数目的环境下有益地实施。因此，应依据如本文所述的本发明的全面性及精神来解释下文所陈述的申请专利范围。 

Claims (18)

1.一种装置，用以改善离子束的品质，包括： 
离子源，用以产生离子束，所述离子源包括具有孔径的面板，其中所述离子束行进通过所述孔径；以及 
撷取电极组，包括至少一抑制电极与一高透明接地电极，其中所述撷取电极组经由所述面板从所述离子源撷取所述离子束，以及其中所述高透明接地电极经组态以最佳化所述抑制电极与所述高透明接地电极之间的气体传导，以改善撷取的离子束的品质，并且其中所述高透明接地电极经组态成具有总高度H、一或多个狭缝部、基底角θ以及狭缝角δ，其中所述总高度包括基底高度y以及狭缝高度x，使得所述基底高度y小于所述狭缝高度x，且基底对狭缝的高度的比值y/x等于或小于1。 
2.如权利要求1所述的装置，其中所述基底角θ为20°。 
3.如权利要求1所述的装置，其中所述基底角θ大于20°。 
4.如权利要求3所述的装置，其中所述基底角θ为40°。 
5.如权利要求1所述的装置，其中所述高透明接地电极为单狭缝高透明接地电极或双狭缝高透明接地电极。 
6.如权利要求1所述的装置，其中所述离子源装设在具有锥形组态的外壳中。 
7.如权利要求1所述的装置，其中所述面板为凸出型面板。 
8.如权利要求1所述的装置，其中所述抑制电极为凸出型抑制电极。 
9.如权利要求1所述的装置，其中所述高透明接地电极还包括一或多个固着部，所述固着部定位于所述高透明接地电极的一或多个撷取狭缝附近，以界定出位于所述高透明接地电极内的稳定等离子边界。 
10.一种方法，用以改善离子束的品质，包括： 
提供离子源，所述离子源包括用以产生离子束的等离子产生器以及具有孔径的面板，其中所述离子束行进通过所述孔径；以及 
提供撷取电极组，所述撷取电极组包括至少一抑制电极与一高透明接地电极，其中所述撷取电极组经由所述面板从所述离子源撷取所述离子束，以及其中所述高透明接地电极经组态以最佳化所述抑制电极与所述高透明接地电极之间的气体传导，以改善离子束的品质，并且其中所述高透明接地电极经组态成具有总高度H、一或多个狭缝部、基底角θ以及狭缝角δ，其中所述总高度包括基底高度y以及狭缝高度x，使得所述基底高度y小于所述狭缝高度x，且基底对狭缝的高度的比值y/x等于或小于1。 
11.如权利要求10所述的方法，其中所述基底角θ为20°。 
12.如权利要求10所述的方法，其中所述基底角θ大于20°。 
13.如权利要求12所述的方法，其中所述基底角θ为40°。 
14.如权利要求10所述的方法，其中所述高透明接地电极为单狭缝高透明接地电极或双狭缝高透明接地电极。 
15.如权利要求10所述的方法，其中所述离子源装设在具有锥形组态的外壳中。 
16.如权利要求10所述的方法，其中所述面板为凸出型面板。 
17.如权利要求10所述的方法，其中所述抑制电极为凸出型抑制电极。 
18.如权利要求10所述的方法，其中所述高透明接地电极还包括一或多个固着部，所述固着部定位于所述高透明接地电极的一或多个撷取狭缝附近，以界定出位于所述高透明接地电极内的稳定等离子边界。 
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