[发明专利]生产率及一致性提高的离子注入的系统及方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及离子注入系统，具体而言，涉及用于提高生产率及经扫描离子束一致性的方法及装置。

背景技术

在离子注入系统中，使离子束指向工件(例如半导体晶片或显示面板)，已将离子注入其晶格。一旦注入的离子嵌入工件的晶格，相对于未注入区域，其改变经注入工件区域的物理及/或化学性质。由于这种改变材料属性的能力，离子注入可用于半导体装置的制造、金属加工以及在材料科学研究中的各种应用中。

在典型的注入过程中，离子束具有显著小于待注入工件表面积的横截面积。由此，离子束在工件的表面上扫描，以达到工件中掺杂轮廓的指定一致性，其中掺杂轮廓由在预期体积浓度的预期深度分布组成。例如，图1表示传统离子注入系统100的端视图，其中离子束102追踪扫描路径103，以将离子注入工件104的晶格中。在追踪期间，离子束102通常扫描第一轴105，而工件104在第二轴106上机械地转移。然而，在其他实施方案中，射束也可扫描第一轴105及第二轴106二者，射束可分别以电磁或电子方式扫描轴105和106，诸如此类等。

在实践中，随着离子束102追踪扫描路径103，射束的形状和/或横截面积可以不同(例如图1B至图1F所示)。图1B至图1F表示扫过工件104的离子束102，其中射束宽度可在接近工件中心的位置较大(例如较发散)(图1D的中央宽度W_c)并且可在接近边缘的位置较小(例如较聚焦)(例如图1B和1F分别所示的左右宽度W_L1、W_R1)。倘若不能精确测量分析这些射束宽度和/或相关流密度中的变化，则在工件104中实际形成的掺杂轮廓的一致性会不同于指定的一致性。这种非一致性可能导致经注入工件退变成功能性低于预期的电子装置。

这种射束变化的根本原因可能是所谓的零场效应(zero-field effect，ZFE)，亦可称之为零场异常(zero-field anomaly，ZFA)。通常在扫描场(电场或磁场)的场强接近零的情况下发生ZFE，由此导致束电流中突然发生“尖峰”或“骤降”，同时施用零场强扫描场。图2A表示扫描波形204的射束示例，其可用于使离子束在扫描路径上来回扫描(例如图1所示)。如图2A至图2B可同时看出，在扫描波形204是射束接近零时(图2A中的206)，束电流中突然出现尖峰202(图2B)。缺乏对策之下，该束电流“尖峰”202可能导致经受ZFE的工件部分受到与指定不同的注入，从而导致在工件上形成不利的非一致性。

ZFE的确切原因尚未可知，但可能需利用束流中和，换言之，由束线中具有相反电荷的介质抵消离子束的空间电荷时出现传输增强，诸如通过束离子与中性背景气碰撞而产生的中和射束电浆。ZFE可能是磁场或感应电场(例如由于时间变化的磁场)的结果，迫使中和电子离开射束线区域(例如磁场或感应电场用力作用于电子，该力将电子推出射束线)，由此降低电荷的中和性且导致传输增强或降低(例如基于电荷中和影响射束传输的程度提供更多或更少的束电流)。然而，不考虑ZFE的原因，零场效应的结果导致不均匀的束电流分布，可能造成工件上的非均匀注入。

因此，本发明的内容是针对缓解ZFE的改进离子注入系统。

发明内容

本发明针对一种离子注入系统，该离子注入系统配置成降低ZFE的同时增加整体生产率。本发明一方面提供一种离子注入系统，该系统利用扫描元件来扫描射束，该射束会引发ZFE。为减轻ZFE，射束评测仪在射束经扫描时(例如在初始化或实际注入过程中)测量束电流，并且分析电路分析所测得的束电流，以检测在离子束扫描路径中至少一个扫描位置发生的ZFE情况。可毗邻扫描元件并经由反馈通路连至分析电路的ZFE限制元件配置成根据是否检测到ZFE情况而有选择地向经扫描离子束施加时变电场。选择性施加的电场在所述至少一个扫描位置的扫描射束中引发变化，从而限制ZFE情况。

因此，本文提供用于减少零场效应并提高生产率及扫描射速一致性的技术。

附图说明

下文内容及附图详细阐明本发明的某些说明性方面及实施。但这些仅表明运用本发明原理的多种不同方式中的少数几种。

图1A是说明追踪扫描路径以将离子注入工件的经扫描离子束的端视图；

图1B至图1F表示在离子束扫过工件表面时所产生的射束大小变化；

图2A和图2B说明扫描波形及相应的束电流密度图，其分别说明一ZFE示例；

图3是说明根据某些实施方案的离子注入器的示意框图；