[发明专利]离子布植机与调整离子束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子布植，特别是涉及一种以简单机构与低成本方式调整离子束形状的离子布植机与调整离子束的方法。

背景技术

离子布植广泛的应用于半导体制造中，举例来说，将具有特定能量的特定离子布植于晶圆。离子布植工艺一般需要将均匀及适当的离子剂量布植于半导体晶圆。

一传统离子布植机包含至少一离子源与一分析磁铁单元。离子源用于产生离子束。来自离子源的离子束在布植于晶圆之前先由分析磁铁单元进行分析，以去除不需要的离子。虽然离子束在布植于晶圆之前已先由分析磁铁单元进行分析，离子束的形状(截面形状)通常不如所要求的完美。在不同的应用中，所需求的离子束的形状也随之改变。不同的布植参数通常对应不同离子束形状，举例来说，点状(spot)与线状(ribbon)离子束用于不同的离子布植应用并对应到不同布植参数。

某些先前技术借由修改离子源或/与分析磁铁单元的设计以达成离子束形状改变的需求，使得经过离子源与分析磁铁单元的离子束可以几近符合所需求的形状。不过这样修改的技术实属困难，且通常需要复杂的机构与高成本，这些先前技术的实用性有限。

某些先前技术借由施加磁场或电磁场以改变离子的运动轨迹来达成离子束形状改变的需求。当离子束自分析磁铁单元输出后，施加磁场以进一步调整离子束形状。如图1A所示，一离子布植机100包含一离子源110、分析磁铁单元120、第一棒状磁铁131与一第二棒状磁铁132。离子源110产生离子束10，而离子束10则于射入晶圆20之前先由分析磁铁单元120调整。第一组棒状磁铁130用于当分析磁铁单元120调整离子束10之后调整离子束形状(shape)。第一棒状磁铁131与一第二棒状磁铁132分别位于离子束10轨迹的两侧，并用于调整离子束10的形状。

图1B显示第一棒状磁铁131与第二棒状磁铁132分别位于离子束10预定轨迹的两侧的一范例。第一棒状磁铁131包含第一支撑棒141与第一缠绕线圈151，而第二棒状磁铁132包含第二支撑棒142与第二缠绕线圈152。因此当电流I₁与/或I₂分别流过第一棒状磁铁131与/或第二棒状磁铁132时，第一棒状磁铁131与第二棒状磁铁132之间产生一磁场以影响离子的运动。

图1C显示离子束10的形状如何由第一棒状磁铁131与第二棒状磁铁132之间的磁场所影响。第一缠绕线圈151与第二缠绕线圈152分别均匀沿第一支撑棒141与第二支撑棒142分布，以产生一连续磁场并调整离子束10的形状。第一支撑棒141与第二支撑棒142的方向通常与离子束10的行进方向相交。举例来说，支撑棒的方向可与离子束10的行进方向垂直。此外，由于连续磁场的强度与方向为逐渐改变而无前后的变化，连续磁场为单阶磁场。当电流I₁与I₂如图1B所示为平行，每一棒状磁铁之间所产生的磁场方向为相反。由二棒状磁铁产生的整体磁场于邻近第一棒状磁铁131处指向下，于邻近第二棒状磁铁132处指向上，于中心点的下方指向左朝向第一棒状磁铁131，于中心点的上方指向右朝向第二棒状磁铁132。此为典型四极(quadrupole)磁场。四极磁场可于一方向压缩离子束，并于另一方向扩展离子束，取决于棒状磁铁与离子束之间的相对方向。当离子束10朝图1C中离开纸平面的方向移动时，电流I₁与I₂的方向如图1B与图1C所示，四极磁场于X方向压缩离子束并于Y方向扩展离子束，形成一X方向较窄而Y方向较高的离子束。当电流I₁与I₂的方向逆转，四极磁场于X方向扩展离子束并于Y方向压缩离子束，形成一X方向较宽而Y方向较短的离子束。

尽管如此，对于实际布植工艺需求而言，图1C所示的连续磁场通常不能有效调整离子束10的形状。图1C所示的连续磁场仅能在点状与线状之间平滑地改变离子束的形状，而不能大幅改变离子束的形状，这是因为支撑棒与对应缠绕线圈仅能改变连续磁场的强度。