TWI466195B - 針對改良之離子植入均勻度的離子束掃描系統及方法 - Google Patents

Description

針對改良之離子植入均勻度的離子束掃描系統及方法

本發明大致地有關離子植入系統，且更特定地有關用於均勻掃描離子束於工件上之改良之系統及方法。

在半導體裝置及其他產品之製造中，離子植入係使用於藉雜質來摻雜半導體晶圓、顯示器面板或其他工件。離子植入器或離子植入系統以離子束來處理工件而產生n或p型摻雜區域形成鈍化層於該工件中；當使用於摻雜半導體時，該離子植入系統注入經選擇之離子種類而產生所需之外質材料，其中產生自諸如銻、砷或磷之來源材料的植入離子將產生n型外質材料之晶圓，以及諸如硼、鎵或銦的植入材料將產生p型外質材料部分於半導體晶圓中。

第1A圖描繪一具有終端12、束線組件14及端末站16之典型的離子植入系統10；該終端12包含一離子源20，藉高壓電源供應器22供能，而產生及導引離子束24至束線組件14。該束線組件14由射束引導器32及質量分析器26予以組成，其中偶極磁場係建立而僅傳送適合之電荷對質量比的離子穿過位於射束引導器32出口端處之解析孔徑34至端末站16中之工件30(例如半導體晶圓、顯示器面板等)。該離子源20產生抽取自該源20及形成為離子束24之帶電離子而沿著該束線組件14中之射束路徑導引至端末站16。該離子植入系統10可包含延伸於離子源20與端末站16之間的射束形成及成型結構，其維持該離子束24及界定一細長之內腔或通道，透過該內腔或通道可輸送該射束24至一或更多個支撐於端末站16中之工件30。典型地，該離子束輸送通道係抽真空以減少離子與空氣分子碰撞而偏折自射束路徑之或然率。

典型地，低能量植入器係設計以提供數千電子伏特(KeV)至大約80－100 KeV的離子束，而高能量植入器則可採用線性加速(直線加速器)裝置(未顯示)於質量分析器26與端末站16之間，以便加速該質量分析之射束24到更高能量(典型地，數百KeV)，其中DC加速亦係可行的。高能量離子植入一般使用於工件30中之更深的植入物；相反地，高電流、低能量離子束24則使用於高劑量、淺深度之離子植入，其中該等離子之低能量通常會有維持離子束24收歛之困難。

在積體電路元件及其他產品之製造中，係有必要均勻地植入摻雜物種類於整個工件30上。習知之植入器中有不同形式之端末站16，“批次”型端末站能同時支撐多個工件30於旋轉支撐結構上，其中該等工件30穿過離子束之路徑，直到工件30完全植入為止。另一方面“串列”型端末站則沿著植入之射束路徑支撐單一的工件30，其中多個工件30係以串列方式一次一個地植入，而各工件30係在下一個工件30之植入開始之前完全地植入。

第1A圖之植入系統10包含串列之端末站16，其中束線組件14包含一橫向掃描器36，其接收具有相當窄之橫斷面輪廓的離子束24(例如“鉛筆式”射束)且以X軸方向來回地掃描該射束24而散佈出該射束24成為一具有X軸方向至少如工件30一樣寬的有效X軸方向寬度的細長“帶狀”輪廓。然後，該帶狀射束24穿過一大致平行於Z軸方向(例如大致地垂直於工件表面)之平行器38而導引該帶狀射束朝向工件30。雖然終端12、束線組件14及端末站16係描繪為個別或分立之系統，但一或更多個該等系統可予以組合或其組件可予以共享，例如其中該終端12可透過平行器38延伸而包圍射束引導器32以及其他束線組件之部件。

同時請參閱第1B至1E圖，掃描器36係示於第1B圖中，具有一配對之掃描板或電極36a及36b於射束路徑之各橫向側，及一電壓源50以提供交流電壓於該等電極36a及36b，如第1C圖中之波形圖60中所描繪。在該等掃描電極36a及36b間之時變電壓電位將產生時變電場橫越其間之射束路徑，藉該電場可沿著掃描方向(例如第1A，1B，及1C－1J圖)折彎或偏向(例如掃描)該射束24。當掃描器電場係在從電極36a至電極36b之方向中之時(例如在諸如第1C圖中之時間“a”及“c”，電極36a之電位比電極36b之電位更為正之時)，則射束24之帶正電離子會遭受負的X方向中之橫向力(例如朝向電極36b)。當該等電極36a及36b係在相同電位時(例如在諸如第1C圖中之時間“e”，在掃描器36中之零電場)，則射束24會不修正地穿過掃描器35。當該電場係在從電極36b至電極36a之方向中之時(例如在第1C圖中之時間“g”及“i”)，則帶正電離子之射束24會遭受正的X方向中的橫向力(例如朝向電極36a)。

第1B圖顯示射束24在進入平行器38之前的掃描期間時間中之若干示範性不同點穿過掃描器36時之掃描射束24的偏向，以及第1D圖表示在第1C圖中之相對應時間處撞擊工件30之射束24。在第1D圖中之掃描的及平行的離子束24a相對應於第1C圖中時間“a”處之所施加的電極電壓，且接著，射束24b至24i係描繪於第1D圖中用於在X軸方向中橫越於工件30上之單一大致水平掃描之第1C圖相對應時間“c”，“e”，“g”，及“i”處的掃描電壓。第1E圖描繪射束24橫越該工件30之簡略掃描，其中在藉掃描器36之X軸方向掃描期間，機械致動(未顯示)以正的Y軸方向平移該工件30，藉此，射束24可撞擊在工件30之整個暴露的表面上。

在以掃描器36掃描之前，離子束24典型地分別具有非零之X及Y軸尺寸的寬度及高度輪廓，且會為非真正對稱的(例如可具有非1之Y/X尺寸的縱橫比)；當射束24沿著射束路徑朝向工件30輸送時，射束24會遭遇不同的電場及/或磁場以及會改變該射束寬度及/或高度之裝置。此外，包含帶正電之射束離子相互排斥的空間電荷效應將易於使射束發散(例如增加之X及Y尺寸)，而缺乏對策。

相對於實際提供於工件之射束24，掃描器36之幾何形狀及操作電壓可提供相對於離子束24之若干聚焦性質。甚至假設一完美對稱之射束24(例如鉛筆式射束)進入掃描器36，若掃描器之聚焦性質使得掃描器36之焦距及平行器38可提供在X軸方向中之最外掃描邊緣的焦距相等於從掃描器36之有效頂點至工件30之距離時，藉該掃描器36所掃描之射束24的折彎仍會改變射束聚焦，其中入射之射束典型地僅聚焦於X軸方向中之橫向邊緣處(例如第1D圖中之24a及24i)，且將失焦於該等橫向邊緣間之點(例如第1D圖中之24c，24e，及24g)的X軸尺寸中(例如更寬或更為發散)。

第1F至1J圖描繪分別相對應於掃描例子24a、24c、24e、24g及24i的入射射束。當射束24在X軸方向中掃描橫越晶圓30時，掃描器36之X軸方向的聚焦會變化而導致當射束24移動朝向中心時，該入射射束24增加之橫向的失焦，且然後當射束24再次到達另一橫向邊緣時改善聚焦。在此例中，該掃描器36之焦距主要設定於射束24從掃描器36之頂點行進至之X軸方向中(例如射束24a及24i)該等最外緣的距離。在此例中，針對無掃描時，射束24e會直接前進至工件30之中心處，在該處該入射射束24e具有X軸方向之寬度Wc，如第1H圖中所示。然而，當射束24以遠離該中心之各方向橫向掃描時，掃描器36之時變聚焦性質將導致入射射束更強且更有力的橫向聚焦，例如在工件30之最大邊緣處，第1F圖中之入射射束24a具有一第一左側寬度W_{L 1} 以及在第1J圖中之入射射束24i具有一第一右側寬度W_{R 1} 。第1G及1I圖分別描繪具有入射射束寬度W_{L 2} 及W_{R 2} 之兩個中間射束24c及24g，顯示該工件30之邊緣與中心之間的X軸方向聚焦變化。

為了消除該掃描器36沿著掃描方向之聚焦變化，習知之離子植入系統的設計常提供一相當長的距離於掃描器36與晶圓30之間，藉此，掃描方向之射束尺寸(例如X軸尺寸)的尺寸變化會小，然而，當離子植入器之植入均勻度規定增加時，此種聚焦變化將呈更小且又較不可容忍。此外，針對高電流低能量離子束24而言，由於射束離子之相互排斥，掃描器36與工件30間之長的漂移距離將更易於使射束放大。因此，存在有針對改良之離子植入系統及掃描系統的持續需求，藉此可控制或改善射束掃描裝置之時變的焦點性質。

下文係提出簡化概要，藉以提供本發明的一些觀點之基本的瞭解。此概要係非為本發明之廣泛的概觀，亦不在於識別本發明之關鍵或重要元素，且亦非描述其範疇。而是，此概要之主要目的在於以簡化的形式提出本發明之一些概念，以作為稍後提出之更為詳細說明的序文。

本發明有關離子植入系統、掃描系統以及用以提供經掃描之離子束至工件之方法，其中離子束之一或更多個聚焦性質可動態地予以調整或校正以補償掃描機件之時變的焦點性質。本發明具有任一型式之離子植入應用利用性且可予以有利地採用而消解沿著掃描方向之入射射束的變化，藉此改善經植入之工件中之植入均勻度。

根據本發明之觀點，提供一種離子植入系統，包含：一離子源；一質量分析器；以及一焦點調整裝置，接收來自該質量分析器之沿著一射束路徑的離子束。該系統進一步包含一掃描器，接收來自該焦點調整裝置之經焦點調整之離子束，其導引經掃描之離子束朝向工件。該焦點調整裝置動態地調整該離子束之焦點性質以補償該掃描器之至少一時變的焦點性質。在一實施例中，該焦點調整裝置包含一單一電極(例如愛因若(Einzel)透鏡)，其圍繞射束路徑並在掃描器之上游，產生一時變之電場而消除或補償時變之掃描器焦點性質。其他之實施則提供多電極焦點調整裝置於該掃描器之上游，以產生一或更多個時變之電場，供焦點性質補償用。在進一步可行之實施中，該焦點調整裝置包含一電磁鐵，定位於掃描器之上游，其產生靠近該射束之時變的磁場，而在掃描期間校正該掃描器焦點性質之變化。

本發明之另一觀點有關一種掃描系統，用以在一離子植入系統中提供一經掃描之離子束至工件，該掃描系統包含：一掃描器，接收沿著一射束路徑之離子束及導引一經掃描之離子束朝向工件；以及一焦點調整裝置，動態地調整該經掃描之離子束的焦點性質以補償該掃描器之至少一時變的焦點性質。

本發明之又一觀點有關一種用於提供經掃描之離子束至工件之方法，該方法包含：提供一離子束沿著一射束路徑；動態地調整該離子束之焦點性質；掃描該離子束以產生一經掃描之離子束；以及導引該經掃描之離子束朝向工件。

下文說明及圖式詳細地說明本發明之某些描繪性觀點及實施例，其指出其中可採用本發明原理之一些不同方式。

現將參照圖式說明本發明，其中所有之類似的元件符號係指示類似的元件，且其中所描繪之該等結構並不需要按尺寸繪製。本發明提供離子植入系統之焦點調整裝置以補償掃描器之一或更多個時變之焦點性質，以及用以提供經掃描之離子束至工件的方法。雖然下文以示範性之低能量離子植入系統描繪及說明，但本發明可選擇性地採用於可包含加速組件之高或中能量離子植入器中；此外，雖然下文以具有所謂之串列端末站描繪，但本發明亦可採用於具有批次端末站之離子植入系統中，其中所有該等不同之實施例將視為涵蓋於本發明之範疇及申請專利範圍之內。

第2A、2B及2K圖描繪根據本發明之具有掃描器136及焦點校正或調整裝置135之示範性的低能量離子植入系統或離子植入器110。如第2A圖中所描繪地，離子植入系統110包含一終端112、一束線組件114及一端末站116。在終端112中之離子源120藉電源供應器122供能，而產生一抽取之離子束124至束線組件114，其中該來源120包含一或更多個抽取電極(未顯示)而從來源室抽取離子，且藉此提供經抽取之離子束124至束線組件114。

束線組件114包含：一射束引導器132，具有一靠近來源120之入口及一具有出口孔徑134之出口；以及一質量分析器126，其接收經抽取之離子束124及產生一雙極磁場而僅傳送適合之電荷對質比或其範圍的離子(例如具有所需之質量範圍之離子的經質量分析之離子束124)穿過解析孔徑134至端末站116中之工件130，不同的射束形成及成形結構(未顯示)可配置於束線組件中以維持該離子束124且其界定一細長之內腔或通道，透過該內腔或通道可沿著一射束路徑輸送該射束124至一或更多個支撐於端末站116中之工件130。所描繪之端末站116係一“串列”型端末站，其沿著射束路徑支撐一單一工件130供植入用(例如將以來自射束124之離子植入之半導體晶圓，顯示器面板，或其他工件)，雖然批次或其他型式之端末站可選擇地使用於本發明之範疇內。

束線組件114進一步包含一掃描系統，具有一掃描器136及一根據本發明之一或更多觀點之焦點調整或校正裝置135，以及一平行器138。在操作中，該焦點調整裝置135沿著射束路徑接收來自該質量分析器126之經質量分析的離子束124及沿著該射束路徑提供經焦點調整之離子束124至掃描器136。

掃描器136接收具有相當窄之輪廓之經焦點調整的射束124(例如在所說明之系統110中之“鉛筆式”射束)，該掃描器以X軸方向來回地掃描該射束124而散佈出該射束124成為一具有至少如工件130一樣寬的有效X軸方向寬度的細長“帶狀”輪廓(例如經掃描之射束124)。然後，該帶狀射束124穿過一平行器138，平行器138導引該帶狀射束以大致平行於Z軸方向(例如大致垂直於工件表面)朝向工件130，雖然本發明亦可達到有角度之植入。

根據本發明，焦點調整裝置135動態地調整經焦點調整之離子束124的焦點性質以補償該掃描器136之至少一時變焦點性質。以此方式，橫向(例如X軸方向)射束寬度將維持大致均勻地橫越該經橫向掃描之工件130，如下文在第2F至2J圖中所進一步表示。在第2A至2J圖之實例中，焦點調整裝置135產生時變之電場緊接著該經質量分析之離子束124，而可操作以動態地調整提供至掃描器136之經焦點調整之離子束124的焦點性質。

如第2B圖中所描繪地，該示範性之焦點調整裝置135包含一配對之導電性焦點調整電極或板135a及135b，定位於射束路徑之任一橫向側邊之上，其大致地平行於射束路徑而延伸。該焦點調整裝置135亦包含一電源151，耦合於電極135a及135b，其提供時變(例如共用模式)之電位給該等焦點調整電極，藉此產生電場於該等板135a及135b與其接地之封閉體或外殼之間，如第2C圖中之波形圖160中所示。該電源151可程式規劃或可由控制系統154控制以提供下文中所描繪及說明之電壓波形。在焦點調整電極135a及135b之入口及出口端之處，電場線延伸於接地之焦點調整裝置外殼與該等電極135a及135b之間，當射束124進入電極135a及135b間之部分射束路徑時，電場將操作以初始地發散該射束124，且當射束124離開該等電極135a及135b時，該電場將收歛該射束124。

在所說明之實施中，該焦點調整電極135a及135b藉電源151相對於外部周遭(例如相對於接地之外殼)而負偏壓於一時變之焦點調整電壓(第2C圖中之V1)，藉此吸引離子至負的校正板，且於入口處該射束傾向於以X軸方向發散。然後，在出口處，該射束將收歛，因為其排斥於周遭而回返朝向該等負偏壓之焦點調整電極135a及135b。在此實例中，電極偏壓以及所產生之入口及出口電場會隨著時間變化，使得該裝置135之焦點調整為時變的。

然後，沿著射束路徑提供所產生之經焦點調整的射束124給位於該焦點調整裝置135下游之掃描器136。接著，該掃描器136沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸(例如在所描繪之系統110中之X軸方向)掃描該經焦點調整之離子束，其中該掃描器136以一掃描頻率掃描該射束124，如第2C圖中所示。在所描繪之實施例中，該掃描器136包含一配對之掃描板或電極135a及135b於該射束路徑之任一橫向側邊上，以及一電壓源152，其提供交流之電壓給該等電極135a及135b，如第2C圖之波形圖160中所描繪。

在掃描電極136a與136b間之時變掃描電壓產生時變電場橫過該等電極136a與136b之間的射束路徑，藉該時變電場可折彎或偏向(例如掃描)射束124橫跨掃描方向而提供帶狀掃描之離子束124至平行器138(第2A圖)。當掃描電場係在從電極136a至電極136b之方向之時(例如電極136a之電位比電極136b之電位更為正，諸如在第2C圖中之時間“a”及“c”時)，則射束124之帶正電離子會遭受負X方向中之橫向力(例如朝向電極136b)，其中當掃描電場係在相反方向之時，則反之亦然。

亦請參閱第2D及2E圖，焦點調整光束124係藉此分別地掃描及平行於掃描器136及平行器138中，以及送至端末站116，以便當其以正的Y方向平移時植入該工件130。第2D圖描繪供應器V2 152之示範性三角形掃描電極波形半週期之若干不同時間“a”，“c”，“e”，“g”，及“i”時撞擊工件130之經掃描及平行的離子束124，其相對應時間係表示於第2C圖之波形圖160中。當電極136a及136b係在相同電位(例如在掃描器中之零電場，諸如在第2C圖中之時間“e”)時，則射束124係實質上未修正地穿過掃描器135。當該電場係在從電極136b至電極136a之方向(例如第2C圖中之時間“g”及“i”)之時，則射束124之帶正電離子將遭受正X方向之橫向力(例如朝向電極136a)。當該掃描電場係在從電極136a至電極136b之方向(例如第2C圖中之時間“a”及“c”)之時，則射束124之離子會遭受負的X方向之橫向力(朝向電極136b)。

如上述，掃描器136之幾何形狀及操作電壓提供相對於離子束124之某些聚焦性質，其中該掃描器136之焦距可設計提一約略相等於從掃描器136之有效頂點至工件130之距離的焦距。然而，若缺少本發明之焦點調整技術及/或裝置，則掃描操作將改變射束聚焦，其中未校正之射束將僅聚焦於射束路徑之一或兩個選擇部分處，如上第1F到1J圖中所描繪。

須注意的是，在上述實例中，掃描器136係假定缺少本發明之焦點調整，經掃描的離子束係最佳地聚焦於工件130的橫向邊緣處(例如第2D圖中之124a及124i)，以及最劣之情況的X軸方向聚焦發生於中心處(例如第1D圖中之124e)。選擇性地，若由於掃描之射束焦點相異於此示範性關係時，則掃描電極136a及136b處之時變掃描電壓與調整電極136a及136b處之時變焦點調整電壓間的相位關係可藉第2C圖中所描繪之適當數量予以偏移，其中所有該等變化實施例係視為涵蓋於本發明之範疇及申請專利範圍之內。

同時，參閱第2F至2J圖，本發明之示範性焦點調整裝置135作用為消除掃描器136之時變的失焦性質，藉此提供具有一與橫跨掃描方向(X軸方向)一致之大致均勻寬度W的入射射束124至工件130。第2F至2J圖描繪分別相對應於掃描例124a，124c，124e，124g，及124I之入射，其係假設初始圓形射束124之狀況(例如X及Y尺寸在進入焦點調整裝置135之前為約略地相等)。

雖然針對大致對稱之圓形的經質量分析之離子束124(例如鉛筆式射束)情況予以描繪，但本發明可使用於相關連於任何初始及最終輪廓的射束124。此外，雖然針對單一掃描方向軸之例子予以描繪，但本發明可使用於其中射束124沿著多於一軸來掃描之離子植入系統及掃描系統中，其中可採用合適之焦點調整裝置及技術以補償掃描系統之一或更多個焦點性質，其中所有該等變化之實施例係視為落於本發明範疇及申請專利範圍之內。

在所描繪之實例中，掃描電極136a及136b之掃描電壓(例如第2B，2C，及2K圖中之來自電源152之V2)以及焦點調整電壓(例如來自電源151之V1)係三角波形，其中該時變掃描電壓V2係以一掃描頻率而提供射束124之大致線性掃描橫過工件130。於本發明之範疇內，其他的時變波形亦為可行，其中掃描電壓波形及焦點調整波形可為(但不需要為)相同的形狀、大小等。此外，該焦點調整電源151提供兩倍於掃描頻率之時變電位V1，如第2C圖中所示，雖然此並非本發明之嚴格的要件；再者，該焦點調整電壓之波形無需一定要對稱。

如第2C圖中所描繪地，該示範性之焦點調整波形V1為時變之三角形電壓，提供給焦點調整電極135a及135b，其中該調整電壓V1之大小或振幅決定聚焦之數量(例如當射束124退出焦點調整裝置135時之發散的數量)。該調整裝置135有效提供一經調整或校正之焦距，該焦距係由電壓V1、調整電極135a及135b之長度及幾何形狀以及接近該裝置135之入口及出口之周遭電壓電位(例如在此實例中之接地)所決定。

此外，在所描繪之實例中，該調整電壓V1係暫時地相關連於掃描電壓V2，使得當掃描電壓V2在任一方向中為最大值之時(例如第2C圖中之時間“a”及“i”)，在調整電極之焦點調整電壓V1為最小值(例如接近於或相等於周遭電位)，以及當掃描電壓V2為最小值時(例如在時間“e”相等於零)，焦點調整電壓V1為最大值。所以，在第2A至2J圖之所描繪之系統110中，當掃描器136沿著X軸掃描射束124時，在既定時間之焦點調整裝置之時變電場的大小或振幅係相關於沿著掃描方向軸之該經掃描之離子束124的位置。雖然在第2C圖之實例中說明該最小的焦點調整電壓為零伏特，但此並非本發明之要件；此外，焦點調整電壓V1不必一定是負的。

同時請參閱第5圖，系統110亦可採用回饋以便藉經測量之射束輪廓來調整該調整電壓V1。在第5圖中，一帶狀射束輪廓器140係沿著經掃描及平行之離子束124的路徑予以安裝，以測量其中在端末站116中所正常安裝之工件130位置處的射束大小及入射角度。可使用任一適用之射束性質測量裝置140。其中由Berrian描述於國際公告第WO 01/51183號中之適用之射束輪廓器140的實例將整個地結合於本文中敘述供參考。在第5圖之系統110的操作中，該輪廓器140可測量帶狀射束124之一或更多個性質，及提供一或更多個回饋信號或回饋資訊給控制系統154。然後，該控制系統可提供適當的調整給焦點調整供應器151而當用於植入工件130時提供任一所需之最終射束。

第2L至2O圖描繪於示範性之離子植入系統110中之本發明之焦點調整裝置之若干其他可行之實施例。在第2L圖中，該焦點調整裝置135包含一導電性愛因若(Einzel)透鏡(例如單一透鏡電極)135d，其延伸圍繞離子束路徑，以及一電源151，其提供時變之電位於該愛因若透鏡135d。如上文第2B及2K圖之雙調整電極實例，該愛因若透鏡135d係以如第2C圖中所描繪之時變電壓V1予以供能，及產生時變之電場於其入口及出口處而動態地調整提供給掃描器136之經焦點調整之離子束124的焦點性質。

亦請參閱第2M圖，時變焦點調整電場可選擇性地藉任意數目之經供能的電極而產生於位在掃描器136上游之調整裝置135中。在第2M圖之實例中，焦點調整裝置135包含一四電極器162，具有四個焦點調整電極162a至162d，其彼此間隔地圍繞射束路徑。如圖所示，一電源161被耦合，以提供時變電位於該等電極162a至162d之至少兩個。例如在第2M圖中，四電極器電極162a及162c係一起供能以及電極162b及162d係一起供能，其中在毗鄰電極間之電壓電位V1係如第2C圖之波形圖160中所描繪。在這方面，一配對之相對電極可保持於接地或若干其他的固定電位，同時其餘配對則藉由電源161而配置有時變電位，或選擇性地，所有電極162a至162d可加能至時變電位，其中毗鄰電極間之焦點調整電壓V1係兩倍於該掃描頻率之時變三角波形式，如第2C圖中所示。在第2M圖之實例中，當電極162a及162c相對於電極162b及162d係負時，則射束124將易於發散於Y軸方向及收歛於X軸方向，以及當供應之電壓電位相反時，則反之亦然。

參閱第2N及2O圖，在本發明之另一觀點中，焦點調整裝置135產生一或更多個時變磁場緊接該經質量分析之離子束126，以動態調整該經焦點調整之離子束124的焦點性質，藉此補償該掃描器136之一或更多個時變的焦點性質。第2N圖描繪該焦點調整裝置135之一實施例，其包含一螺線管172，具有繞組包圍射束路徑，其操作以產生時變之磁場，其中電源171耦合於該螺線管以提供時變電流於該螺線管。如上述之時變電場的實例，電源171提供時變電流於螺線管172，其中該電源171可施加兩倍於該掃描器136之掃描頻率之大致三角形電壓波形而反轉施加於該螺線管172的電流。

另一示範性之實施例係描繪於第2O圖之中，其中該焦點調整裝置135包含一四磁極器182，具有四個電磁鐵182a至182d，彼此間隔地圍繞射路徑，以及一電源181，提供兩倍於該掃描器136之掃描頻率的時變電流於該等電磁鐵182a至182d。如上述之電場的實施例，藉第2N及2O圖中之電源171及181所提供之電磁鐵電流係予以調整，以提供在既定時間相關於沿著掃描方向軸之經掃描的離子束124之位置的振幅之一或更多個時變磁場，諸如兩倍於該掃描頻率之三角波形。

當通過電磁鐵182a至182d之電流的極性使得磁鐵N極係從磁鐵182a及182c面向射束124，及磁鐵S極從磁鐵182b及182d面向射束124時，則該四磁極器183將提供射束124之發散於Y軸方向及收歛於X軸方向。當來自電源181之電流提供磁鐵N極於磁鐵182b及182d以及磁鐵S極於磁鐵182a及182c時，則射束124收歛於Y軸方向及發散於X軸方向。在所描繪之實例中，電源181提供大致如第2C圖中所描繪之時變電壓(第2C圖中之V2交流波形)至電磁鐵182a至182d之線圈，而建立兩倍於掃描頻率之時變線圈電流，藉此，所產生之時變磁場具有在既定時間相關於沿著掃描方向軸之經掃描離子束124之位置的大小。

本發明之焦點調整裝置可結合任一型式之掃描裝置使用。例如雖然在示範性系統110中的掃描器136係一使用電場調變以產生掃描之離子束124的電掃描器，但磁場調變之掃描器或其他之掃描機件亦可使用，其中所有該等掃描器之替代性實施例視為落於本發明之範疇內。

本發明之另一觀點提供用以提供經掃描之離子束至工件的方法，其可實行於本文所描繪及說明之該等系統中以及在其他系統中。該方法包含提供一離子束沿著一射束路徑，動態地調整該離子束之焦點性質、掃描該離子束以產生一經掃描之離子束以及導引該經掃描之離子束朝向工件。例如在第2A及2B圖之示範性系統110中，經質量分析之離子束124係藉質量分析器126而傳送給焦點調整裝置135，該焦點調整裝置135藉提供時變之電場及/或磁場接近該射束124而動態地調整射束124之X方向聚焦，如上所述。然後提供經焦點調整之射束124至掃描器136，該掃描器136掃描該射束124而產生一經掃描之離子束124，接著，由該掃描器136或由該掃描器136及平行器138導引該經掃描之離子束124至工件130。

現參閱第3A至3C圖，根據本發明之另一觀點，焦點調整裝置可包含一電源，耦合於掃描器而提供一時變之共用模式電位至掃描器電極。第3A圖描繪根據本發明之另一示範性的低能量離子植入系統210，包含一終端212，具有離子源220及電源222，以提供一經抽取之離子束224至一束線組件214，該束線組件214包含一具有出口端解析孔徑234之射束引導器232、質量分析器226、掃描器236及平行器238。該系統210進一步包含一端末站216，其支撐一或更多個工件230以用於植入。

進一步地，如第3B及3C圖中所描繪地，在束線組件214中之掃描系統包含：一掃描器236，包含第一及第二掃描電極236a及236b於射束路徑之任一橫向側邊上；以及一掃描電源252，其提供一掃描頻率之時變掃描電壓至該等電極236a及236b。該掃描系統進一步包含一焦點調整裝置，其在此實例中包含另一電源251，該電源251提供兩倍於該掃描頻率之時變共用模式電位給該等掃描器電極236a及236b。

第3C圖描繪一波形圖260，顯示第3A及3B圖之系統110中的示範性波形。在電極236a及236b間之電壓電位差(例如第3C圖中之(V1－V2))係一時變三角波形，提供一時變電場於該等電極236a及236b之間以用於以掃描頻率掃描該離子束224於X軸方向。焦點調整電源251產生兩倍於該掃描頻率之三角形偏移或共用模式電壓於電極236a處(例如第3C圖中之V1)，該電壓亦係用於偏移該電源252，因此，在第二掃描電極236b處之電壓V1＋V2亦係兩倍於該掃描頻率之三角波形在這方面，電極236a及236b兩者相對於接地之平均電壓(例如(V1＋V2)/2)係一三角波形，其提供時變焦距調整，而該等電極236a及236b間之電位差(例如第3C圖中之(V1－V2))係在該掃描頻率下之時變三角波形，以執行掃描功能。

將該時變偏移或共用模式電壓施加於掃描電極236a及236b係用以產生時變電場(例如亦兩倍於掃描頻率)接近該掃描器236之入口及出口區之射束224，可提供射束224之一或更多個焦點性質的調整而補償該掃描器236之一或更多個焦點性性質。此外，例如在上述該等實例中，電源251可程式規劃或由控制系統254控制而提供偏移或共用模式調整電壓，以便產生具有在既定時間相關於沿著掃描方向軸之經掃描離子束224位置之大小的時變焦點調整電場。

亦請參閱第4A及4B圖，其說明本發明之另一可行的實施例，其中第一及第二電源251及252分別地耦合於掃描電極236a及236b(第4A圖)，且建構或控制以分別地提供波形V1及V2(第4B圖)。在此架構中，焦點調整裝置包含該等源251及252，用以提供兩倍於該掃描頻率之時變焦點調整電場於掃描器236之入口及出口處，其電場大小相關於沿著X軸之經掃描離子束224之位置，且亦提供在該掃描頻率之時變掃描電位於該等電極236a及236b之間，用以沿著該X方向使該射束224之電性掃描發生時變。

雖然已經針對一或多種實施方式來表示與說明本發明，不過，於不違離申請專利範圍精神及範疇前提下，可對本發明進行替代與修正。尤其是對上述元件或結構(區塊、單元、機器、組件、裝置、電路、系統等)所實施的各項功能來說，除非特別提及，否則用來說明此等元件的詞語(包含「機構」相關詞在內)在於相符於能夠實施所述元件之指定功能的任何元件或結構(也就是，功能均等)，即使結構上不等同於本文中所解釋之本發明示範實現例中用來實施該項功能的揭示結構亦無妨。此外，雖然僅於數種實施方式中其中一種方式中揭示本發明的某項特殊特點，不過此項特點卻可結合其它實施方式中的一或多項其它特點，這對任何特定或特殊的應用來說可能係所需且相當有利的。再者，詳細說明及申請專利範圍中均用到「包含」、「具有」等詞語，甚至其變化詞語，該等詞語均與「包括」一詞類似具有包含之意。

10,110,210．．．離子植入系統

12,112,212．．．終端

14,114,214．．．束線組件

16,116,216．．．端末站

20,120,220．．．離子源

22,122,222．．．電源供應器

24,124,224．．．離子束

24a,24c,24e,24g,24i,124a,124c,124e,124g,124i．．．經掃描之離子束

26,126,226．．．質量分析器

30,130,230．．．工件

32,132,232．．．射束引導器

34,134．．．解析孔徑

36,136,236．．．掃描器

38,138,238．．．平行器

50．．．電壓源

135．．．焦點調整裝置

135a,135b,162a－162d．．．調整電極

135d．．．愛因若透鏡

136a,136b,236a,236b．．．掃描電極

151,152,161,171,181,252．．．電源

154,254．．．控制系統

162．．．四電極器

172．．．螺線管

182．．．四磁極器

182a－182d．．．電磁鐵

第1A圖係說明具有習知掃描器及平行器之離子植入系統之示意圖；第1B圖係一部分俯視圖，說明第1A圖之植入系統的掃描器及一些示範性之經掃描的離子束；第1C圖係說明第1A及1B圖之掃描器中的掃描板電壓波形之圖形；第1D圖係一立體圖，說明時間之若干分立點處之撞擊第1A及1B圖系統中的工件之經掃描的離子束；第1E圖係一側視圖，說明橫越工件之離子束的掃描；第1F至1J圖係部分前視圖，說明當撞擊工件時由於第1A及1B圖的離子植入系統中之掃描器時變焦點性質的離子束寬度之變化；第2A圖係一示意圖，說明根據本發明之一或更多個觀點之具有含掃描器及焦點調整裝置的掃描系統之示範性離子植入系統；第2B圖係一俯視圖，說明第2A圖之離子植入系統中的示範性掃描系統及沿著掃描方向所掃描之離子束；第2C圖係一圖形，說明根據本發明之第2A及2B圖之掃描器中的掃描板電壓波形及焦點調整裝置之電壓波形；第2D圖係一立體圖，說明時間之若干分立點處在第2A及2B圖的離子植入系統中之撞擊工件之經掃描的離子束；第2E圖係一側視圖，說明第2A及2B圖之離子植入系統中之橫越工件的離子束之掃描；第2F至2J圖係部分前視圖，說明在時間之若干分立點處藉由本發明之示範性焦點調整裝置的第2A及2B圖之離子植入系統中當撞擊工件時之更均勻的離子束寬度；第2K圖係一簡化立體圖，說明定位於第2A及2B圖之示範性焦點調整裝置中之離子束路徑相對側邊上的兩個示範性之焦點調整電極；第2L圖係一立體圖，說明根據本發明之包含一圍繞離子束路徑的愛因若透鏡之另一焦點調整裝置；第2M圖係一簡化側視圖，說明根據本發明之包含一具有四個焦點調整電極彼此間隔地圍繞離子束路徑之四電極器的另一焦點調整裝置；第2N圖係一簡化側視圖，說明根據本發明之包含一螺線管的另一焦點調整裝置；第2O圖係一簡化側視圖，說明根據本發明之包含一具有四個電磁鐵彼此間隔地圍繞離子束路徑之四磁極器的另一焦點調整裝置；第3A及3B圖係簡化俯視圖，說明根據本發明之一具有另一示範性掃描系統的離子植入系統，該掃描系統包含一具有兩個掃描電極之掃描器及提供時變共用模式電壓至該等掃描電極之焦點調整裝置；第3C圖係說明根據本發明之第3A及3B圖之掃描系統中的掃描板電壓波形之圖形；第4A圖係一俯視圖，說明根據本發明之包含兩個掃描電極及兩個分離之電源的另一掃描系統；第4B圖係說明第4A圖之掃描系統中的掃描板電壓波形之圖形；以及第5圖係一俯視圖，說明根據本發明之具有一焦點控制裝置及一提供回饋一或更多個信號到控制系統之射束輪廓器的示範性之掃描系統。

110．．．離子植入系統

112．．．終端

114．．．束線組件

116．．．端末站

120．．．離子源

122．．．電源供應器

124．．．離子束

124a,124c,124e,124g,124i．．．經掃描之離子束

126．．．質量分析器

130．．．工件

132．．．射束引導器

134．．．解析孔徑

135．．．焦點調整裝置

136．．．掃描器

138．．．平行器

151．．．電源

Claims (45)

1. 一種離子植入系統，包含：一離子源，可操作以產生一經抽取之離子束；一質量分析器，接收來自該離子源之該經抽取之離子束及提供一包含所需質量範圍之離子的經質量分析之離子束；一焦點調整裝置，接收來自該質量分析器沿著一射束路徑之該經質量分析的離子束及提供一經焦點調整之離子束沿著該射束路徑；一掃描器，接收來自該焦點調整裝置之該經焦點調整之離子束及導引一經掃描之離子束朝向工件；以及一平行器，用於將該經掃描之離子束平行朝向該工件，其中該焦點調整裝置動態地調整該經焦點調整之離子束之一焦點性質以補償該掃描器之至少一時變的焦點性質。
2. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置產生至少一時變的電場緊接於該經質量分析之離子束，而動態地調整該經焦點調整的離子束之焦點性質。
3. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置包含：一愛因若(Einzel)透鏡；以及一電源，耦合於該愛因若透鏡而提供一時變之電位給該愛因若透鏡。
4. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該焦點 調整裝置包含：至少兩個焦點調整電極，彼此間隔地在該射束路徑之相對側之上；以及一電源，耦合於該等焦點調整電極而提供一時變之電位給該等焦點調整電極。
5. 如申請專利範圍第4項之離子植入系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該等焦點調整電極沿著一平行於該射束路徑之方向延伸且彼此間隔地在一平行於該掃描方向軸的方向。
6. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置包含：一四電極器，具有四個焦點調整電極，彼此間隔地圍繞該射束路徑；以及一電源，耦合於該等焦點調整電極而提供一時變之電位給至少兩個該等焦點調整電極。
7. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該掃描器以一掃描頻率掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該焦點調整裝置產生兩倍於該掃描頻率之至少一個時變電場。
8. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中在一既定時間之該時變電場的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的 位置。
9. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該焦點調整裝置根據相關於沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束位置而調整該經焦點調整之離子束的焦點性質。
10. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置產生至少一時變磁場緊接於該經質量分析之離子束，而動態地調整該經焦點調整的離子束之焦點性質。
11. 如申請專利範圍第10項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置包含一螺線管。
12. 如申請專利範圍第10項之離子植入系統，其中該焦點調整裝置包含：一四磁極器，具有四個電磁鐵，彼此間隔地圍繞該射束路徑；以及一電源，耦合於該等電磁鐵而提供時變電流給該等電磁鐵。
13. 如申請專利範圍第10項之離子植入系統，其中該掃描器以一掃描頻率掃描該經焦點調整離子束，以及其中該焦點調整裝置產生兩倍於該掃描頻率之至少一個時變磁場。
14. 如申請專利範圍第11項之離子植入系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中在一既定時間之該時變磁場 的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
15. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該掃描器包含至少兩個掃描電極，彼此間隔地在該射束路徑之相對側之上，而沿著一部分該射束路徑提供一時變掃描電場以沿著一掃描方向軸掃描該離子束，以及其中該焦點調整裝置包含一電源，提供一時變之共用模式電位給兩者掃描電極。
16. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，進一步包含一射束性質測量裝置，適用於測量該離子束之一或更多個性質及提供一或更多個回饋信號給該焦點調整裝置，其中該焦點調整裝置根據來自該射束性質測量裝置之一或更多個回饋信號而動態地調整該經焦點調整之離子束的焦點性質。
17. 一種掃描系統，用於在一離子植入系統中提供一經掃描之離子束給一工件，該掃描系統包含：一掃描器，接收沿著一射束路徑之離子束，及導引一經掃描之離子束朝向一工件；一平行器，用於將該經掃描之離子束平行朝向該工件；以及一焦點調整裝置，動態地調整該經掃描之離子束的焦點性質並且提供一經焦點調整之離子束以補償該掃描器之至少一時變焦點性質。
18. 如申請專利範圍第17項之掃描系統，其中該掃描器 包含至少兩個掃描電極，彼此間隔地在該射束路徑之相對側之上，而沿著一部分該射束路徑提供一時變掃描電場以沿著一掃描方向軸掃描該離子束，以及其中該焦點調整裝置包含一電源，提供一時變共用模式電位給兩者掃描電極。
19. 如申請專利範圍第18項之掃描系統，其中該掃描器以一掃描頻率掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該電源提供兩倍於該掃描頻率之該時變共用模式電位。
20. 如申請專利範圍第19項之掃描系統，其中在一既定時間之該時變共用模式電位的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
21. 如申請專利範圍第18項之掃描系統，其中在一既定時間之該時變共用模式電位的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
22. 如申請專利範圍第17項之掃描系統，其中該焦點調整裝置產生至少一時變電場而動態地調整該離子束之焦點性質。
23. 如申請專利範圍第22項之掃描系統，其中該焦點調整裝置包含：一愛因若(Einzel)透鏡，沿著該射束路徑定位於該掃描器上游；以及一電源，耦合於該愛因若透鏡而提供一時變電位給該愛因若透鏡鏡。
24. 如申請專利範圍第22項之掃描系統，其中該焦點調整裝置包含： 至少兩個焦點調整電極，彼此間隔地在該射束路徑的相對側之上並在該掃描器之上游；以及一電源，耦合於該等焦點調整電極而提供一時變電位給該等焦點調整電極。
25. 如申請專利範圍第24項之掃描系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該等焦點調整電極沿著一平行於該射束路徑之方向延伸且彼此間隔地於一平行於該掃描方向軸的方向。
26. 如申請專利範圍第22項之掃描系統，其中該焦點調整裝置包含：一四電極器，具有四個焦點調整電極，彼此間隔地圍繞該.射束路徑並在該掃描器之上游；以及一電源，耦合於該等焦點調整電極而提供一時變電位給至少兩個該等焦點調整電極。
27. 如申請專利範圍第22項之掃描系統，其中該掃描器以一掃描頻率掃描該離子束，以及其中該焦點調整裝置產生兩倍於該掃描頻率之至少一個時變電場。
28. 如申請專利範圍第22項之掃描系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中在一既定時間之該至少一時變電場的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
29. 如申請專利範圍第17項之掃描系統，其中該掃描器 沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中該焦點調整裝置根據相關於沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束位置而調整該經掃描之離子束的焦點性質。
30. 如申請專利範圍第17項之掃描系統，其中該焦點調整裝置產生至少一時變磁場而動態地調整該離子束之焦點性質。
31. 如申請專利範圍第30項之掃描系統，其中該焦點調整裝置包含一螺線管。
32. 如申請專利範圍第30項之掃描系統，其中該焦點調整裝置包含：一四磁極器，具有四個電磁鐵，彼此間隔地圍繞該射束路徑；以及一電源，耦合於該等電磁鐵而提供時變電流給該等電磁鐵。
33. 如申請專利範圍第30項之掃描系統，其中該掃描器以一掃描頻率掃描該離子束，以及其中該焦點調整裝置產生兩倍於該掃描頻率之至少一個時變磁場。
34. 如申請專利範圍第30項之掃描系統，其中該掃描器沿著一大致垂直於該射束路徑之掃描方向軸掃描該經焦點調整之離子束，以及其中在一既定時間之該時變磁場的大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
35. 如申請專利範圍第17項之掃描系統，其中該掃描器 提供一沿著一部分該射束路徑之時變掃描電場以沿著一掃描方向軸來掃描該離子束。
36. 一種掃描系統，用於在一離子植入系統中提供一經掃描之離子束給工件，該掃描系統包含：一掃描器，接收沿著一射束路徑之經質量分析後的離子束，及導引一經掃描之離子束朝向工件；一平行器，用於將該經掃描之離子束平行朝向該工件；以及用以動態地調整該經掃描之離子束的焦點性質之裝置，以補償該掃描器之至少一時變焦點性質。
37. 一種提供經掃描之離子束至工件之方法，該方法包含：沿著一射束路徑提供經質量分析後之離子束；根據一離子束掃描位置而動態地調整該離子束之焦點性質；掃描該離子束以產生一經掃描之離子束；以及將該經掃描之離子束導引並平行朝向工件。
38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中動態地調整該離子束之焦點性質包含產生至少一時變電場緊接該離子束。
39. 如申請專利範圍第38項之方法，其中掃描該離子束係以一掃描頻率完成，以及其中動態地調整該離子束之焦點性質包含產生至少一個兩倍於該掃描頻率之時變電場。
40. 如申請專利範圍第38項之方法，其中該離子束係沿 著一掃描方向軸而掃描，以及其中該時變電場之大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。
41. 如申請專利範圍第37項之方法，其中掃描該離子束係以一掃描頻率完成，以及其中動態地調整該離子束之焦點性質係以兩倍於該掃描頻率完成。
42. 如申請專利範圍第37項之方法，其中該離子束係沿著一掃描方向軸而掃描，以及其中該離子束之焦點性質係根據一相關於沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束位置而予以動態地調整。
43. 如申請專利範圍第37項之方法，其中動態地調整該離子束之焦點性質包含產生至少一個時變磁場緊接該離子束。
44. 如申請專利範圍第43項之方法，其中掃描該離子束係以一掃描頻率完成，以及其中動態地調整該離子束之焦點性質包含產生至少一個兩倍於該掃描頻率之時變磁場。
45. 如申請專利範圍第43項之方法，其中該離子束係沿著一掃描方向軸而掃描，以及其中該時變磁場之大小係相關於一沿著該掃描方向軸之該經掃描之離子束的位置。