TW472280B - Wide dynamic range ion beam scanners - Google Patents

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472280 A7 B7 五、發明說明（f ) 本發明之領诚 本發明係有關於一種用於掃描一帶電的粒子束’例如 是離子束之方法與裝置’並且更特定地有關於運作在廣大 範圍的帶電的粒子束能量之掃描器。本發明在離子植入器 上是特別有用的’但並不限於此種用途。 本發明之背景 離子植入已經變爲一種用於導入改變導電度的雜質進 入到半導體晶圓中之標準的技術。一種所要的雜質材料係 在一個離子源中被離子化、該些離子係被加速以形成一具 有預定的能量之離子束、並且該離子束係被導向晶圓的表 面。在該束中活躍的離子係滲透進入到大部分的半導體材 料中，並且被嵌入到半導體材料的晶格中，以形成一個具 有所要的導電度之區域。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ------------裝--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 離子植入系統通常包含一離子源用來轉換一種氣體或 是一種固體材料成爲一定義明確的離子束。該離子束係被 質量分析以排除不要的離子物種、係被加速到所要的能量 並且被導向到一目標平面之上。該束係藉由束掃描、藉由 目標移動或是藉由束掃描與目標移動之組合而被供應在該 目標區域之上。 該離子植入器可包含一個靜電或是磁性掃描器用於偏 向該離子束在該被植入的晶圓表面之上。該掃描器可以依 據該系統的設計而在一維中或是在二維中偏向該離子束。 靜電與磁性掃描器兩者對於熟習此項技術者而言是眾所週 知的。 4 本^張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ' 472280 A7 _______B7 五、發明說明（>) 一種靜電掃描器係包含一或多組的掃描板。每組掃描 板係被間隔開以界定一個間隙，並且該離子束係被導向穿 過該間隙。一個可以具有一種鋸齒波形之掃描電壓係被施 加至該掃描板。該掃描電壓係在該掃描板之間產生一個電 場’該電場係根據該掃描電壓波形來偏向該離子束。靜電 掃描器係被揭示於1990年5月1日核准公告授予Berrian 等人的美國專利案號4,922，106、以及1988年6月14日核 准公告授予Corey，Jr.等人的美國專利案號4,751,393中。 磁性掃描器典型地包含有磁性極片以及一個線圏，其 係構成一個電磁鐵。該磁性極片係被間隔開以界定一個間 隙，並且該離子束係被導向穿過該間隙。一個被施加到該 線圏的掃描電流係在該間隙中產生一個磁場，該磁場係偏 向該離子束。藉由根據所要的掃描波形來改變被施加到該 線圏的電流，該束係磁性地被掃描。一種磁性掃描器係被 揭示於1983年1月4日核准公告授予Hanley等人的美國 專利案號4,367,411中。 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 -------------裝---------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 習知技術的束掃描器曾經具有固定的掃描板或是固定 的電磁鐵，用於運作在一個束能量之預定範圍之上。在靜 電掃描器中，該掃描板的間隔係被選擇來在最大的束能量 之下產生所要的偏向。在低的束能量之下’該束由於空間 電荷效應而擴大’因而只有部分的束通過在該等掃描板之 間。於是，被傳遞至該晶圓的束電流係被降低’因而植入 時間係被增加，通常達到一個無法接受的程度。在某些情 況中，該束電流係被降低到一個可忽略的位準’因而該植 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 472280 A7 B7 五、發明說明（i) 入無法被執行。利用固定的掃描板之習知技術的靜電掃描 器係典型地運作在能量上大約一個等級的大小之範圍上， 例如，40keV 至 400keV。 該摻雜物材料之被植入的深度係藉由（至少是部分地藉 由）被植入到該半導體晶圓之離子的能量而被決定。根據在 該半導體產業中朝向更小、更高速度的元件之趨勢，在半 導體元件中橫向尺寸與深度的特性正被縮小當中。現有的 半導體元件係需要接面深度小於1000埃，並且可能最終需 要在200埃或是更小的等級下的接面深度。需要非常低的 植入能量(在1至10keV的等級之下)來達到此種淺接面。 在該能量範圍之相反極端，高能量(在IMeV或是更高的等 級之下)係對於例如是與該矽基板之電氣隔離之元件特性而 言爲必要的。因此，廣大範圍的植入能量是必要的。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------裝--------訂· <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 提供能夠運作在廣大範圍的離子能量之上的離子植入 器，使得一個植入器可被利用於半導體製程中之所有或是 大多數的植入是所期望的。然而，習知技術的束掃描器因 爲以上論述的理由而尙未能夠運作在廣大範圍的能量之上 。在低能量之下，束的傳送可能是無法接受地低，而在高 能量之下，束的偏向可能是不夠的。於是，對於運作在廣 大範圍的束能量之上、具有高的束傳送以及具有所要的束 偏向之改良的束掃描器有著需求。 本發明之槪要 根據本發明之第一特點，裝置係被提供用於掃描一帶 電的粒子束。該裝置係包括被間隔開一個用於通過一帶電 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（ψ) 的粒子束之間隙的掃描元件、一個耦接至該掃描元件之掃 描信號產生器，其係用於產生用於以一種具有一個掃描原 點的掃描模式來掃描該帶電的粒子束的掃描信號、以及一 個用於依據該帶電的粒子束之至少一個參數來定位該些掃 描元件的位置控制器。例如，該些掃描元件可以依據該帶 電的粒子束之能量來加以定位。 在一實施例中，該些掃描元件係包括用於該帶電的粒 子束之靜電偏向的靜電掃描板，並且該掃描信號產生器係 包括一個掃描電壓產生器。在另一實施例中，該些掃描元 件包括磁性極片以及一個用於激勵該些磁性極片的磁性線 圏，並且該掃描信號產生器係包括一個用於激勵該磁性線 圈的掃描電流產生器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------------裝--------訂. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該位置控制器可包括用於定位該些掃描元件之機構， 來達到對於該帶電的粒子束之特定的參數値而言，該掃描 原點之一個所要的位置。對於該帶電的粒子束之不同的參 數値，例如是不同的能量，該些掃描元件可以被定位來達 到該掃描原點之一固定的位置。在該些掃描元件是靜電掃 描板的情形中，該掃描原點之一固定的位置可藉由當在該 掃描板之間的間隔被增加時，相對於該帶電的粒子束的上 游移動該掃描板而加以達成。尤其，該些掃描板可沿著相 對於該帶電的粒子束之軸被配置在等角或是對角之下的直 線路徑而被平移。在另一種方式中，該些掃描板可當在該 掃描板之間的間隔被改變時而被旋轉。該些掃描板可以具 有一個連續的範圍之位置或是可以具有兩個或是多個不連 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（f) 續的位置。 根據本發明之另一特點’裝置係被提供用於掃描一帶 電的粒子束。該裝置係包括被間隔開一個用於通過一帶電 的粒子束之第一間隙的第一掃描元件、被間隔開一個用於 通過該帶電的粒子束之第二間隙的第二掃描元件、一個耦 接至該些第一掃描元件與該些第二掃描元件的掃描信號產 生器，其係用於產生用於以一種具有一個掃描原點的掃描 模式來掃描該帶電的粒子束之掃描信號、以及一個掃描信 號控制器，其係用於依據該帶電的粒子束之至少一個參數 來控制從該掃描信號產生器供應至該些第一掃描元件與該 些第二掃描兀件的掃描信號。例如，該掃描信號可以依據 該帶電的粒子束之能量來加以控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -------------裝--------訂. <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在一實施例中，該些第一掃描元件與該些第二掃描元 件係分別包括用於該帶電的粒子束之靜電偏向的掃描板’ 並且該掃描信號產生器係包括一個掃描電壓產生器。在另 一實施例中，該些第一掃描元件與該些第二掃描元件係分 別包括磁性極片以及一個用於激勵該些磁性極片的磁性線 圏，並且該掃描信號產生器係包括一個用於激勵該磁性線 圈的掃描電流產生器。 對於該帶電的粒子束之特定的參數値而言’該掃描信 號控制器可包括用於控制被供應至該些第一掃描元件與該 些第二掃描元件的掃描信號之機構，來達到該掃描原點之 一個所要的位置。在一種組態中’對於該帶電的粒子束之 不同的參數値，例如是不同的能量而言，被供應至該些第 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮) 472280 A7 ______B7 五、發明說明（4 ) .一與第二掃描元件的掃描信號係被控制來達到該掃描原點 之一固定的位置。在另一種組態中，被供應至該些第一與 第二掃描元件的掃描信號係被控制來改變該些第一與第二 掃描元件之有效長度。該掃描信號控制器可調整該些被供 應至該些第一掃描元件與該些第二掃描元件的掃描信號之 比例。 根據本發明之另一特點，一種方法係被提供用於掃描 一帶電的粒子束。該方法係包括導引一帶電的粒子束在間 隔開的掃描元件之間、激勵該些掃描元件用於以一種具有 一個掃描原點的掃描模式來掃描該帶電的粒子束、並且依 據該帶電的粒子束之至少一個參數來控制該些掃描元件的 位置之步驟。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------裝--------訂· (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 仍是根據本發明之另一特點，一種方法係被提供用於 掃描一帶電的粒子束。該方法係包括導引一帶電的粒子束 在間隔開的第一掃描元件以及間隔開的第二掃描元件之間 、施加掃描信號至該些第一掃描元件與該些第二掃描元件 用於以一種具有一個掃描原點的掃描模式來掃描該帶電的 粒子束、並且依據該帶電的粒子束之至少一個參數來控制 被供應至該些第一掃描元件與該些第二掃描元件的掃描信 號之步驟。 仍是根據本發明之另一特點，裝置係被提供用於掃描 一離子束。該裝置係包括兩個或是多個用於掃描該離子束 的掃描板對以及一個掃描產生器，其係用於施加掃描電壓 至該兩個或是多個掃描板對用以掃插一高能量束並且用以 9 k張尺度適用中關家標準_(CI<iS)A4規格（21G x 297公楚)~ 472280 Α7 Β7 五、發明說明（D) 施加掃描電壓該兩個或是多個掃描板組之一子集合用以掃 描一低能量束。未使用到的掃描板係電氣地被接地。電場 被施加至該離子束之有效長度係爲了掃描一低能量束而被 降低。 < 圖式之簡要說明 爲了更加瞭解本發明，該附圖係被參考，其係被納入 於此作爲參考並且其中： 圖1是根據本發明之第一實施例的束掃描裝置之方塊 圖： 圖2係描繪用於圖1的裝置之靜電掃描板幾何形狀的 第一實例，其中該些掃描板被定位用於掃描一高能量離子 束之下； 圖3係描繪圖2的掃描板幾何形狀，其中該些掃描板 被定位用於掃描一低能量離子束之下； 圖4是掃描板間隔之函數的掃描厚點位置圖； 圖5係描繪用於圖1的裝置之靜電掃描板幾何形狀的 第二實例，其中該些掃描板被定位用於掃描一高能量離子 束； 圖6係描繪圖5的掃描板幾何形狀，其中該些掃描板 被定位用於掃描一低能量離子束； 圖7是對於不同的掃描板間隔而爲板角度的函數之掃 描原點位置圖； 圖8是根據本發明之第二實施例的束掃描裝置之方塊 圖； 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐〉 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 兮° Γ 經濟部智慧財產局員工消f·合作杜印製 472280 A7 B7 五、發明說明（七） 圖9係描繪用於圖8的裝置之掃描板幾何形狀的第一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實例；並且 圖10係描繪用於圖8的裝置之 貫例。 ΐ要部份代表符號之負 10 離子束產生器 12 離子束 20 掃描器 30 束邊界 32 半導體晶圓 34 掃描原點 40 第一掃描元件 42 第二掃描元件 44 間隙 50 掃描信號產生器 60、62 掃描元件*** 64 系統控制器 70、72 路徑 100 靜電掃描器 110' 112 掃描板 110a 、 112a 上游板部分 110b 、 112b 下游板部分 114 間隙 116 束邊界 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -*一° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 120 122 140 148 150 、 152 154 160、162、164、166 210 212 220 230 232 234 240 、 242 244 250 、 252 254 260 262 264 270、272、280 300 310 、 312 314 掃描原點 一段距離 線 靜電掃描器 掃描板 間隙 168線 離子束產生器 離子束 掃描器 束邊界 掃描原點 半導體晶圓 掃描元件 間隙 掃描元件 間隙 系統控制器 掃描信號產生器 掃描信號控制器 282掃描元件*** 靜電掃描器 掃描板 間隙 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' n I n n n n n n 一51*· _ n n t— n n n n _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（/b) 320 ' 322 掃描板 324 間隙 330 束邊界 332 掃描原點 400 靜電掃描器 410 、 412 掃描板 414 間隙 420 、 422 掃描板 424 間隙 430 ' 432 掃描板 434 間隙 440 束邊界 442 掃描原點 ---------------裴--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 詳細說明 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 根據本發明之第一實施例的一種離子束系統之簡化的 方塊圖係顯示在圖1之中。一種離子束產生器10係產生一 具有所要的物種之離子束、加速該離子束中之離子至所要 的能量、執行該離子束的質量/能量分析以除去能量與質量 的污染物並且供應一活躍的離子束12。一個掃描器20係 偏向該離子束12以產生一具有一種帶有一掃描原點34之 扇形的束邊界30之掃描的離子束。掃描器20是如下所述 的束掃描裝置之一部份。一個半導體晶圓32或是其它的工 件係被定位在該掃描的離子束之路海上’使得具有所要的 物種之離子係被植入到半導體晶圓32之中。一個角度校正 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（//) 器（未顯示）可被利用來導引在該掃描的離子束中之離子沿 著平行的軌道。 圖1中所示的離子束系統可代表一種離子植入器。該 離子植入器可包含對於熟習此項技術者爲眾所週知的額外 組件。例如，半導體晶圓32係典型地被支撐在一終端站中 ，該終端站係包含自動化的晶圓處理設備、一個劑量量測 系統、一個電子流槍、等等。離子束產生器10可包含一離 子源、一個束加速器、以及一個質量分析器。將理解的是 ，由該離子束所橫越的整條路徑在離子植入的期間係被抽 真空。 掃描器20係包含一個第一掃描元件40以及一個第二 掃描元件42。掃描元件40與42係被間隔開並且界定一個 離子束I2係被導向穿過的間隙44。在一實施例中，掃描 器20是一個靜電掃描器、以及一個掃描元件40與42是靜 電掃描板。該離子束12通過該靜電掃描板之間的間隙44 並且被間隙44中的電場所偏向。在靜電掃描的情形中，該 離子束12係被偏向在該些掃描板之間的電場之方向上。因 此，水平隔開的掃描板係被利用來執行水平的束掃描。 在另一實施例中，掃描器20是一種磁性掃描器，典型 地作成一個電磁鐵。該電磁鐵係包含磁性極片，其係對應 到該些掃描元件40與42、一個用於激勵該些磁性極片的 磁線圏。該離子束12通過該些磁性極片之間的間隙44， 並且被間隙44中的磁場所偏向。在磁性掃描的情形中，該 離子束係垂直於該些磁性極片之間的磁場之方向而被偏向 14 本紙張ϋ適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公髮) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-I n n »1 n n (^1 · n n I I an an I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 472280 A7 B7 五、發明說明（/l) 。因此，垂直隔開的磁性極片係被利用來執行水平的束掃 描。 圖1的束掃描裝置更包含一個提供掃描信號給掃描元 件40與42的掃描信號產生器50。在靜電掃描器的例子中 ，掃描信號產生器係供應掃描電壓給該些掃描板。該可 包括鋸齒波形的掃描電壓係在掃描元件40與42之間產生 用於掃描該離子束的電場。在磁性掃描器的例子中’掃描 信號產生器50係供應一掃描電流給構成該磁性掃描器的電 磁鐵之磁線圏。該掃描信號產生器50係藉由一個系統控制 器64回應於使用者所選的束參數以及其它的植入參數來加 以控制。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1的束掃描裝置更包含一個用於定位掃描元件40的 掃描元件***60以及一個用於定位掃描元件42的掃描 元件***62。掃描元件***60與62可分別包含一個 例如是馬達的機械式驅動系統以及一個在該馬達與該些掃 描元件之間的機械式耦接，用於控制掃描元件40與42的 位置。掃描元件***60與62係回應於使用者所選的束 參數，例如是離子束能量與離子束物種而由系統控制器64 加以控制。如下所述的，在系統控制器64的控制之下，掃 描元件***60與62係調整介於掃描元件40與42之間 的間隔，可軸向地相對於離子耒12朝向或是遠離離子束產 生器10來移動掃描元件40與42、可轉動掃描元件40與 42、或是可提供這些運動的組合。該些掃描元件***60 與62可建立掃描元件40與42之一個連續的範圍之位置、 15 ^紙張尺ϋ用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 472280 A7 B7 五、發明說明 或是可建立掃描元件4〇與42之兩個或是多個不連續的位 置。 在一實施例中，掃描元件40與42係分別沿著路徑7〇 與72而被移動，該些路徑係分別相對於離子束Π而被傾 斜在角度與之下。尤其’當介於掃描元件40與42 之間的間隔被增加時，掃描元件與42係相對於離子束 12朝向離子束產生器1〇的上游而被移動。如下所述的， 路徑70與72可以被選擇來確保掃描原點34在掃描元件 40與42被移動時仍保持在一個固定的位置下。 用於圖1的離子束裝置之靜電掃描器的第一實例係參 考圖2與3而被描述。一個靜電掃描器100係包含間隔開 一個間隙Π4的掃描板110與112。掃描板110與112係 對應到圖1中的掃描元件40與42。掃描板110與112可 包含上游板部分ll〇a與112a，其可能具有一個是固定的 或是在該下游方向上稍微發散的間隔S、以及發散的下游 板部分與lUb。該些掃描板係被成型並且定位以提 供適合用於掃描離子束12的電場。該掃描的離子束之扇形 的束邊界116係在通過掃描板110與112之下游方向中， 在寬度上增加。典型地掃描板110與112的發散度係對應 到束邊界Π6的形狀。 掃描板110與112係在一維中偏向離子束12。在某些 情況中，一個完整的掃描器可包含用於在第二維中偏向該 離子束12之第二組的掃描板，以涵蓋晶圓32的整個表面 。在其它的情況中，在第二維中的掃描係藉由晶圓32之機 16 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------!-裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) JSJ· 472280 經濟部智慧財產扃員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明 (/^) 械式移動而被達成。 掃描板110與112係分別被連接至掃描元件***60 與62，並且連接至如圖1中所示的掃描信號產生器50。該 掃描信號產生器50係施加掃描電壓至掃描板110與112用 於偏向離子束12 °該掃描電壓可以具有不同的振幅、頻率 與波形。雖然一種鋸齒掃描波形係典型地被利用’但是該 波形可被修改來調整被施加至該半導體晶圓的離子劑量之 均勻度。該掃描電壓的振幅係依據該離子物種與能量、以 及掃描板110與112的長度與間隔而定。僅藉由舉例而已 ，該掃描電壓波形的頻率可以是在IKHz等級之下。 根據本發明之一特點，介於掃描板110與112之間的 間隔s可以示一或多個離子束參數，例如是離子束能量的 函數而被調整。圖2係描繪相當高離子束能量之情況。對 於高離子束能量而言’偏向該離子束係需要一個強的電場 。因此，該掃描電壓振幅必須是相當高的，並且介於掃描 板110與112之間的間隔S必須是相當小，以在掃描板 110與112之間的區域中達到一個強的電場。對於低離子 束能量而言，被施加至掃描板110與112之掃描電壓的振 幅可被降低。然而，如上所述地，低能量離子束容易由於 空間電荷的效應而擴大，並且該離子束的大部分可能無法 通過具有小間隔S的掃描板110與112之間。於是，被傳 遞至該晶圓的離子束電流係顯著地被降低。此係使得植入 時間增加並且產出量被降低。該掃描器習知上係藉由束接 受度加以特徵化，其係代表對於特定的離子束與掃描器參 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' " " -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472280 A7 B7 五、發明說明（「y) 數而言，該離子束通過該掃描器之部分。如圖3中所示， 減少的束接受度在低的能量之下可以藉由增加介於掃描板 110與112之間的間隔S而被克服，至少是部分地被克服 。在掃描板Π〇與112之間所選的間隔之下，該些掃描電 壓係被調整以提供所要的束偏向。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------裝--------訂. (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 束邊界116係藉由一個掃描原點120加以特徵化。掃 描原點12〇是一個點，其中在束邊界116中的離子軌道交 叉之處。當介於掃描板110與112之間的間隔S係被調整 來適應不同的離子束參數，該掃描原點12〇係沿著離子束 12的軸移動。如圖2與3中所示，當該些掃描板110與 112之間的間隔藉由垂直於離子束12地移動該些掃描板而 被增加時，掃描原點120係向下游移動遠離離子束產生器 10 —段距離122。在掃描原點120上的改變可能在某些離 子植入器的組態上產生問題。例如，離子植入器典型地利 用一個被定位在該掃描器的下游處之角度校正器。爲了人 射到半導體晶圓32之上，該角度校正器係轉換由該掃描器 所產生之發散的離子軌道成爲平行的離子軌道。該角度校 正器係依據該掃描原點之一特定位置而加以設計並且定位 。當該掃描原點位移時，由該角度校正器所輸出的離子軌 道可能不再是平行的。 根據本發明之另一特點，掃描板110與112的移動可 包含一個橫向成分以及一個軸向成分。該橫向成分係垂直 於離子束12並且該軸向成分係平行於離子束12。尤其， 當該些掃描板110與112之間的間隔被增加時，掃描板 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 A7 _ B7 五、發明說明（α) 110與112可以相對於離子束I2的上游、沿著路徑7〇與 72被移動。如圖1中所示的，路徑70與72係分別被朝向 在相對於離子束I2的軸之與-α的角度之下。掃描板移 動之橫向成分係在間隔S上產生一項變化，其係被選擇以 提供所要的束偏向以及束接受度。掃描板移動的軸向成分 係被選擇以提供掃描原點120之所要的位置。在一較佳的 實施例中，當介於掃描板之間的間隔S被改變時，該軸向 移動係被選擇以維持該束邊界116的掃描原點120在一個 固定的位置下。 舉例而言’對於一具有1·55 MeV的能量之離子束而 言，圖2的組態可利用12毫米(mm)的掃描板110與112 之間的間隔S。對於一具有750 keV的能量之離子束而言 ’圖3的組態可利用40 mm的掃描板110與112之間的間 隔S。在此實例中，掃描原點120沿著離子束12位移大約 37 mm ’因此需要37 mm的掃描板移動之軸向成分。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 ---------------褒--------訂· {請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 對於掃描板幾何形狀之一實例，以毫米表示的掃描原 點位置係爲以毫米表示的板間隔的函數之圖係顯示在圖4 之中。一條線M0係代表對於特定的掃描板幾何形狀之掃 描原點120上的位移爲掃描板間隔之函數。將理解的是圖 4之圖係代表一種特定的掃描板幾何形狀，而其它的掃描 板幾何形狀由不同的線來加以代表。 用於圖1的離子束裝置之靜電掃描器之第二實例係參 考圖5與6加以描述。一個靜電掃描器148係包含間隔開 一個間隙154之掃描板150與152。對應到圖1中所示的 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 472280 A7 B7 五、發明說明（ 掃描元件4〇與42之掃描板150與152係具有一個在離子 束12的下游方向上發散的間隔S。圖5係代表一種適合用 於相當高能量的離子束之組態，而圖6係代表一種適合用 於相當低能量的離子束之組態。對於低能量的離子束中’ 如圖6中所示，介於掃描板150與152之間的間隔S被增 加，因而掃描板150與152的下游部分係被轉動離開離子 束12。結合掃描板150與152的轉動之間隔S上的增加係 具有增加束接受度以及控制掃描原點位移之組合的效果。 尤其，該掃描板150與152的轉動可爲了間隔S上之一特 定的改變來加以選擇，來達到該束邊界的掃描原點之一固 定的位置。 對於不同的掃描板間隔之掃描原點位置爲掃描板角度 的函數之圖係顯示在圖7之中。尤其，線160係代表對於 29 mm的掃描板150與152之間的間隔之掃描原點位置爲 掃描板角度的函數。類似地，線162、164、166以及168 係分別代表對於33 mm、43 mm、57 mm以及77 mm的板 間隔之掃描原點位置爲掃描板角度的函數。將理解的是圖 7的圖係代表一種特定的掃描板幾何形狀’而其它的掃描 板幾何形狀將藉由不同組的線來加以代表。 如上所示的掃描元件位置之控制可以手動的或是自動 的。當控制是自動的，系統控制器64(圖i)係依據該離子 束之使用者所選的參數來決定掃描元件40與42之所要的 位置。此種參數可包含離子束物種以及能量。該系統控制 器64係依據該些所選的束參數來決定掃描元件4〇與42之 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 472280 A7 B7 五、發明說明（（/) 所要的位置，並且提供位置控制信號給掃描元件***6〇 與62。掃描元件***60與62於是調整掃描元件40與 42的位置。在手動的模式中，使用者提供所要的掃描元件 位置給系統控制器64 ’並且系統控制器64提供對應的位 置控制信號給掃描元件***60與62 °將理解的是’掃 描元件4〇與42的位置典型地係在離子束產生器10被關斷 之下，在植入的建立期間被調整。 根據本發明之第二實施例的離子束系統之簡化的方塊 圖係顯示在圖8之中。一離子束產生器210係產生一具有 所要的物種之離子束、加速該離子束中之離子至所要的能 量、執行該離子束的質量/能量分析以除去能量與質量污染 物、並且供應活躍的離子束212。一個掃描器220係偏向 該離子束212以產生一具有一帶有掃描原點232之束邊界 230掃描的離子束。掃描器220是如下所述的束掃描裝置 之一部份。一個半導體晶圓234或是其它的工件係被定位 在離子束212之路徑上。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 --------------裝--------訂_ (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 掃描器220係包含第一組的掃描元件24〇與2U、以 及第二組的掃描元件250與252。掃描元件24〇與242係 被間隔開並且界定一個離子束212係被導向穿過的間隙 244。掃描元件250與252係被間隔開並且界定一個離子束 212係被導向穿過的間隙254。掃描元件240與242以及掃 描元件250與2W係被定位用於在一維中偏向離子束212 ，此有別於相對於該離子束正交地被定位並且執行一離子 束之二維的掃描之掃描板組。將理解的是，掃描器22〇可 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（1) 包含多於兩組的掃描板。在一實施例中，掃描器220是一 種靜電掃描器，並且掃描元件240、242、250、252是靜電 掃描板。如前所述地，在每一組中的掃描板係水平地隔開 用於水平的束掃描。在另一實施例中，掃描器220是一種 磁性掃描器，並且掃描元件240與242是一個第一電磁鐵 的磁性極片，並且掃描元件250與252是一個第二電磁鐵 的磁性極片。如前所述地，每個電磁鐵的磁性極片係垂直 地隔開用於水平的束掃描。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------------裝--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8的束掃描裝置更包含一個系統控制器260、一個 掃描信號產生器262以及一個掃描信號控制器264。系統 控制器260係接收由使用者所選的束參數，並且提供控制 信號給掃描信號產生器262以及掃描信號控制器264。掃 描信號產生器262係產生掃描信號，在靜電掃描器的例子 中其可能是掃描電壓、或是在磁性掃描器的例子中其可能 是掃描電流。掃描信號控制器264係提供掃描信號給第一 掃描元件240與242以及第二掃描元件250與252。掃描 信號產生器262以及掃描信號控制器264係構成一個掃描 產生器266。被提供給第一掃描元件240與242並且給第 二掃描元件250與252的掃描信號係個別地被控制。因此 ，掃描信號控制器264可以變化被提供給第一掃描元件 24〇與242並且給第二掃描元件250與252的掃描信號在 零與最大値之間，來達到所要的結果。在一實例中，被供 應給掃描元件24〇與242並且給掃描元件250與252的掃 描信號之比例可以被調整，以便於控制掃描原點232的位 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472280 Α7 _____ Β7 五、發明說明（xo) 置。在另一實例中，當低能量離子束被利用時，一組的掃 描元件，例如是掃描元件240與242，可以被電氣接地。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8的束掃描裝置可更包含一個連接到掃描元件240 的掃描元件***270 /—個連接到掃描元件242的掃描 元件***2*72、一個連接到掃描元件250的掃描元件定 位器280以及一個連接到掃描元件252掃描元件*** 282。系統控制器260的控制之下，該些掃描元件*** 270、272、280以及282係分別調整掃描元件的位置該。 系統控制器260係提供是例如爲物種與能量之束參數的函 數之位置控制信號。掃描元件***270與272可相對於 離子束212來分別移動掃描元件240與242，以便於調整 間隙244。掃描元件***280與282可相對於離子束212 來分別移動掃描元件250與252，以便於調整間隙254。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 用於圖8的離子束裝置之靜電掃描器的第一實例係參 考圖9加以描述。一個靜電掃描器300係包含間隔開一個 間隙3H之第一組的掃描板310與312以及間隔開間隙 324之第二組的掃描板320與322。掃描板310與320係被 定位在離子束212之一側上，並且彼此被電氣隔開。掃描 板312與322係被定位在離子束212之另一側上，並且彼 此被電氣隔開。掃描板310與312以及掃描板320與322 係具有一個在該下游方向上發散的間隔，並且回應於掃描 電壓來產生適合用於在一維中掃描離子束212的電場。一 個具有一掃描原點332之扇形的束邊界330係在該下游方 向上寬度增加而穿過掃描器300。 23 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297 ϋ ) 472280 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（yl ) 掃描器300可以藉由調整在一組或是兩組掃描板中之 掃描板的位置而被控制，該調整係藉由調整被施加至該組 或是兩組掃描板的相對掃描電壓。例如，掃描板310與 312之間的間隔可被增加，並且掃描板320與322之間的 間隔可被增加以適應於低能量束。此外，當掃描板之間的 間隔被調整時，被施加至掃描板310與312以及掃描板 320與322的掃描電壓之比例可以被調整來控制掃描原點 332的位置。尤其，當掃描板之間的間隔被增加時，被施 加至上游掃描板310與312的掃描電壓係相對於被施加至 下游掃描板320與322的掃描電壓而被增加。將理解的是 ，寬動態範圍以及高度的彈性可以藉由調整在一組或是兩 組掃描板中之掃描板的位置並且藉由調整被施加至該些組 的掃描板之相對的掃描電壓而加以獲得。掃描板位置的調 整以及相對的掃描板電壓之調整可以分開或是組合地加以 利用。 用於圖8的離子束裝置之靜電掃描器的第二實例係參 考圖10加以描述。一個靜電掃描器400係包含隔開一個間 隙414之第一組的掃描板410與412、隔開一個間隙424 之第二組的掃描板420與422、以及隔開一個間隙434之 第三組的掃描板43〇與432。掃描板410、420以及430係 被定位在離子束212之一側上，而掃描板412、422以及 432係被定位離子束212之另一側上。該些掃描板係具有 一個在該下游方向上發散的間隔，並且產生適合用於在一 維中掃描離子束212的電場。一個具有一個掃描原點442 24 另4 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ί ^" Γ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 472280 A7 B7 五、發明說明（>>) 之扇形的束邊界440係在該下游方向上寬度增加。如上所 示的，在一組或是兩組掃描板中之掃描板之間的間隔可以 被調整，並且被施加至該些組的掃描板之相對的掃描電壓 可以被調整來達到所要的動作。 對於高能量的動作，該些掃描板係以小間隔被定位， 並且所有具有相同極性的掃描板係被連接在一起。對於低 能量的動作，掃描板之間的間隔被增加，此容許相當大的 直徑之離子束來通過。掃描板410與412以及掃描板430 與432係電氣地被接地(零掃描電壓），而只有掃描板420 與422被使用。藉由適當的選擇掃描板幾何形狀，用於高 能量以及低能量的動作之掃描原點位置可以是相同的。換 言之，具有相當大的間隔之掃描板420與422的掃描原點 位置可以是相同於具有相當小的間隔之掃描板410、412、 420、422、430與432的掃描原點位置。 經濟部智慧財產局員工消f'合作社印製 -----------!裝--------訂_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可觀察到的是，當一或多組的掃描板被接地時，掃描 器400的有效長度係被降低。此種在該掃描器的有效長度 上之降低係作用來減少該等會降低束傳送至該晶圓的空間 電荷力。對於在低的能量下正離子束掃描而言，一較佳的 實施例只利用到電氣接地或是負偏壓的掃描板。此係將束 上的空間電荷力降至最低該，並且在大的板間隔之下提供 高的束傳送至該晶圓。此種空間電荷力係具有增加該束尺 寸之不要的效應，此因而可能降低該束至晶圓的傳送。 雖然已經加以顯示並且描述目前被認爲是本發明之較 佳實施例，但是明顯地對於熟習此項技術者而言各種的變 25 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 472280 A7 _ B7 _ 五、發明說明 化以及修改可以在不脫離由所附的申請專利範圍所界定的 本發明之範疇下加以做成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26 I - 1 ί : n I n Hi n ' - I . I I I I n --*-rOJI n In I - f— ...... (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 472280 8 8 88 ABCD 六、申請專利範圍 I—種甩於掃描一帶電的粒子束之裝置，其係包括： 被間隔開一個用於通過一帶電的粒子束之間隙的掃描 元件； —個耦接至該些掃描元件的掃描信號產生器，其係用 於產生用於以一種具有一個掃描原點之掃描模式來掃描該 帶電的粒子束之掃描信號；以及 一個用於依據該帶電的粒子束之至少一個參數來定位 該些掃描元件的位置控制器。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該些掃描元件 係包括用於該帶電的粒子束之靜電偏向之靜電掃描板’並 且其中該掃描信號產生器係包括一個掃描電壓產生器。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該些掃描元件 係包括磁性極片以及一個用於激働該些磁性極片的磁線圈 ，並且其中掃描信號產生器係包括一個用於激勵該磁線圈 的掃描電流產生器。 4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於定位該些掃描元件之機構’來對於該帶電的粒 子束之特定的參數値’達到該掃描原點之一個所要的位置 〇 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於定位該些掃描元件之機構’來對於該帶電的粒 子束之不同的參數値’達到該掃描原點之、一個固定的位置 〇 6. 如申諝專利範圍第1項之裝置，其中該位置控制器 1 7k張足度適用中擦率(⑽）A4規格（21〇χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、νβ Γ 經濟部智葸財是局工消费合作社印製 472280 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 係包括用於定位該些掃描元件之機構’來達到當該帶電的 粒子束之能量改變時’該掃描原點之一倜所要的位置。 7. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於當在該些掃描板之間的間隔被增加時，相對於 該帶電的粒子束的上游來移動該些掃描板之機構。 8. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於沿著相對於該帶電的粒子束之軸的角度下的直 線路徑上游來移動該些掃描板之機構。 9. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於當介於該些掃描板之間的間隔被改變時，旋轉 該些掃描板之機構。 10. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於沿著相對於該帶電的粒子束之軸_楚配置在相反 的角度之下的直線路徑來平移該些掃描板之機構。 11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於依據該帶電的粒子束之參數來自動地定位該些 掃描元件之機構。 I2·如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於依據該帶電的粒子束之能量來移動該些掃描板 至兩個或是多個不連續的位置之機構。 13. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該位置控制器 係包括用於依據該帶電的粒子束之能量來沿著一個連續的 範圍之位置移動該些掃描板之機構。 14. 一種用於掃描一帶電的粒子束之裝置，其係包括： 本紙張K度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ 297公釐） . 裝 訂.4. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 經濟部智蒽財/4局.¾工消赍合作社印製 經濟部智您財/4,-3^(.工消骨^作社印焚 472280 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 被間隔開一個用於通過一帶電的粒子束之第一間隙的 第一掃描元件； 被間隔開一個用於通過該帶電的粒子束之第二間隙的 第二掃描元件； ’ 一個耦接至該些掃描元件的掃描信號產生器，其係用 於產生用於以一種具有一個掃描原點之掃描模式來掃描該 帶電的粒子束之掃描信號；並且 一個掃描信號控制器，其係用於依據該帶電的粒子束 之至少一個參數來控制從該掃描信號產生器供應至該些第 一掃描元件與該些第二掃描元件的掃描信號。 15. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該些第一掃 描元件與該些第二掃描元件係分別包括用於該帶電的粒子 束之靜電偏向的掃描板，並且其中該掃描價號產生器係包 括一個掃描電壓產生器。 16. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該些第一掃 描元件與該些第二掃描元件係分別包括磁性極片以及一個 用於激勵該些磁性極片的磁線圏，並且其中該掃描信號產 生器係包括一個用於激勵該磁線圈的掃描電流產生器。 17. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中掃描信號控 制器係包括用於控制被供應到該些第一掃描元件與該些第 二掃描元件的掃描信號之機構，來對於該帶電的粒子束之 特定的參數値，達到該掃描原點之一個所要的位置。 18. 如申請專利範圍第I4項之裝置，其中該掃描信號 控制器係包括用於控制被供應到該些第一掃描元件與該些 3 -----------t.------IT------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f) 木紙張&度適州中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨OX 297公釐) 經濟部智慧財是局Μ工ificw合作社印製 472280 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第二掃描元件的掃描信號之機構，來對於該帶電的粒子束 之不同的參數値，達到該掃描原點之一固定的位置。 19. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該掃描信號 控制器係包括用於控制被供應到該些第一掃描元件與該些 第二掃描元件的掃描信號之機構，來達到當該帶電的粒子 束之能量改變時，該掃描原點之一個所要的位置。 20. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該掃描信號 控制器係包括用於控制被供應到該些第二掃描元件與該些 第二掃描元件的掃描信號之機構/來改變該些第一掃描元 ---------- - 件與該些第二掃描元件的有效長度。 21. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該掃描信號 控制器係包括用於調整被供應至該些第一掃描元件與該些 第二掃描元件的掃描信號之比例的機構。 22. 如申請專利範圍第14項之裝置，其更包括一個位 置控制器，其係用於依據該帶電的粒子束之.至少一個參數 來定位該些第一掃描元件與該些第二掃描元件中之一或是 兩者。 23. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該掃描信號 控制器係包括用於施加該些掃描信號至該.些第一與第二掃 描元件用以掃描一高能量帶電的粒子束之機構、以及用於 之機構施加該掃描信號至該第一埽横板並且用於接地該第 二掃描板用以掃描一低能量帶電的粒子束’其中電場被施 加至該帶電的粒子束之有效長度係爲了掃描一低能量束而 被降低。 4 本紙张尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2丨〇X297公釐） ----------1------ΐτ------,,i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智总財是场Μ工消骨合作社卬災 472280 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 24. 如申請專利範圍第23項之裝置，其中該帶電的粒 子束係包括一正離子束，並且其中該掃描信號產生器只施 加負電壓或是接地至該些第一與第二掃描元件用以掃描一 低能量束。 < 25. —種用於掃描一帶電的粒子束之方法，其係包括步 驟有： 導引一帶電的粒子束在間隔開的掃描元件之間； 激勵該些掃描元件用於以一種具有一個掃描原點之掃 描模式來掃描該帶電的粒子束；並且 依據該帶電的粒子束之至少一個參數來控制部份的該 些掃描元件。 26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中導引一帶電 的粒子束之步驟係包括導引一帶電的猝子束在間隔開的靜 電掃描板之間，並且其中激勵該些掃描元件之步驟係包括 耦接掃描電壓至該些掃描板。 27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中導引一帶電 的粒子束之步驟係包括導引一帶電遵粒子束在一個掃描磁 鐵的極片之間，並且其中激勵該些掃描元件之步驟係包括 耦接掃描電流至該掃描磁鐵的磁線圏。 28. 如申請專利範圍第25項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括定位該些掃I®元件來對於該帶電的粒 子束之不同的參數値’達到該掃描原點之一固定的位置。 29. 如申請專利範圍第25項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括定位該些掃描元件來對於該帶電的粒 5 私机張&度適州中圖園家操準（匚他）八4規格（2丨0乂297公笔·) ---------1------ΐτ------β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472280 A8 B8 __^_§8S _ 六、申請專利範圍 子束之不同的能量，達到該掃描原點之一固定的位置。 30. 如申請專利範圍第26項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括相對於該帶電的粒子束的上游來移動 該些掃描板並且增加在該些掃描板之間的間隔。 31. 如申請專利範圍第26項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括改變該些掃描板之間的間隙並且旋轉 該些掃描板。 32. 如申請專利範圍第25項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括定位該些掃描元件來對於該帶電的粒 子束之特定的參數値，達到該掃描原點之一個所要的位置 〇 33. 如申請專利範圍第26項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括依據該帶電的粒子束之能量移動該些 掃描板至兩個或是多個不連續的位置。 34. 如申請專利範圍第26項之方法，其中定位該些掃 描元件之步驟係包括依據該帶電的粒子束之能量，沿著一 個連續的範圍之位置來移動該些掃描板。 35· —種用於掃描一帶電的粒子束之方法，其係包括步 驟有： 導引一帶電的粒子束在間隔開的第一掃描元件與間隔 開的第二掃描元件之間； 施加掃描信號至該些第一掃描元件與零,些第二掃描元 件用於以一種具有一個掃描原點之掃描模式來掃描該帶電 的粒子束；並且 6 本紙張义度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472280 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 依據該帶電的粒子束之至少一個參數來控制被施加至 該些第一掃描元件與該些第二掃描元件的掃描信號。 36. 如申請專利範圍第35項之方法，其中控制該些掃 描信號之步驟係包括控制被施加至該些第一掃描元件與該 些第二掃描元件的掃描信號來對於該帶電的粒子束之特定 的參數値，達到該掃描原點之一個所要的位置。 37. 如申請專利範圍第35項之方法，其更包括依據該 帶電的粒子束之至少一個參數來控制該些第一掃描元件與 該些第二掃描元件中之一或是兩者的位置之步驟。 38. —種用於掃描一離子束之裝置，其係包括： 兩個或是多個用於掃描該離子束的掃描板對；以及 一假掃描產生器，其係用於施加掃描雩壓至該兩個或 是多個掃描板對以用於掃描一高能量離子束，並且用於施 加掃描電壓至該兩個或是多.個掃描扳組之一f集合以用於 掃描一低能量離子束，其中未使用到的掃描板係電氣地被 ...... 接地，並且其中電場被施加至該離子束之有效長度係爲了 掃描一低能量束而被降低。 39. 如申請專利範圍第38項之裝置，其中該離子束是 一正離子束，並且其中該掃描產生器只施加負電壓或是接 地至該兩個或是多個掃描板對用以掃描一低能量離子束。 40. 如申請專利範圍第38項之裝置，其更包括一個用 於依據該離子束的能量來疋位該兩個或是多個掃描板對之 位置控制器。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言. 經濟部智.S財是局員工消骨合作社印製