有关离子束的中央射线轨迹的控制静电透镜的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种在静电透镜(700)中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立对称静电透镜组态，所述组态包括在对称于中央射线轨迹(702)的未调整位置(L1)上配置多个电极(714,716)，所述多个电极被施加一组未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场。对应于未调整电压的对称电场被计算。多个下部电极(716)被安排至不对称于中央射线轨迹的调整位置(L2)上。一组调整电压由下部电极得到。其中，所述的一组调整电压在对称电场的各自调整位置上具有一组各自相应的电位。当带电粒子通过时，此组调整电压被施加被于不对称的透镜组态。
【专利说明】有关离子束的中央射线轨迹的控制静电透镜的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可构成半导体结构(semiconductor structures)的离子植入技术(ion implantation),尤其涉及在分级静电透镜(graded electrostatic lens)中控制带电粒子束偏转的方法。
【背景技术】
[0002]离子植入器(ion implanter)被广泛地运用在半导体制造中，选择性地转换材料导电性。在典型的离子植入机，离子由离子源(ion source)产生，直接穿越一系列的束线组件(beam-1 ine component),包含一个或多个分析磁铁(analyzing magnet)与多个电极。分析磁铁会选择需要的离子种类，过滤出受污染的种类及具有非需要能量的离子，并且在目标晶圆(target wafer)处调整离子束的品质。合适形状的电极会修正离子束的能量与形状。
[0003]图1为现有离子植入器100,包括离子源102、提取电极(extraction electrodes)104、90° 磁铁分析器(magnet analyzer) 106、第一减速级(Dl) 108、70° 磁铁分析器 110、第二减速级(D2) 112。Dl与D2减速级(亦可称为“减速透镜”)各自由多个电极组成，所述电极具有界定的孔径以允许离子束从中穿过。经由提供不同电压电位的组合施加给多个电极，Dl与D2减速透镜可控制离子能量且让离子束在以所需的能量下击中目标晶圆。
[0004]典型的所述Dl与D2减速透镜都是静电三极管(或四极管)减速透镜。图2显示现有静电三极管减速透镜200。静电三极管减速透镜200由三组电极所构成:入口电极202(亦可称为“端电极”)、抑制电极204 (亦可称为“聚焦电极”)和出口电极206 (虽然并未真正与地表连结，亦可称为“接地电极”)。现有的静电四极管减速透镜与静电三极管减速透镜200相近，除了四极管透镜有一组额外的抑制电极在抑制电极204与出口电极206之间。在静电三极管减速透镜200，每一组电极都有空间/间隙让离子束20可通过于其间(例如，在沿着束方向的+z方向)。如图2所示，每一组电极会包括两导电件彼此电藕连接以均分同样的电压电位。每一组电极中可择一是一片含孔可供离子束20通过的结构。如图，每一组电极实际上是有单一电压电位的单一电极。为简化名称，在此文中每组电级对以单数简称之。换言之，若干入口电极202简称为“入口电极202”，若干抑制电极204简称为“抑制电极204”，以及若干出口电极206简称为“出口电极206”。
[0005]在操作过程中，入口电极202、抑制电极204与出口电极206独立地被偏置，使得离子束20的能量及/或形状以如下操作。离子束20可由入口电极202进入三极管减速透镜200，且具有初始能量，如10-20keV。在离子束20中的离子会在入口电极202与抑制电极204之间被加速。在达抑制电极204时，离子束20会有能量，例如约30keV或更高。在抑制电极204与出口电极206之间，离子束20中的离子会被减速到较接近常用于目标晶圆的离子植入的能量的能量。在一个例子里，当离子束20离开三极管减速透镜200，其能量近似于3-5kwV或者更低。
[0006]发生于静电三极管减速透镜200中的离子能量的显著变化可对离子束20的形状具有实质影响。举例而言，可提供用于过滤高能中性物质(energetic neutral)的位于同一地点的偏转减速透镜200可能面临与偏转角度的控制及束聚焦相关联的挑战。控制离子束20的偏转所需的电压可取决于束(例如，输入及输出两者)的能量，而用以控制离子束20的聚焦的电压可变化以适应具有不同电流及高度的离子束。此情形可导致难以调谐离子束20，因为若离子束20的位置亦持续变化，则调谐离子束20的大小(聚焦)可能并非简单易行的。现有系统及方法并不提供对独立地控制离子束在位于同一地点的偏转及减速透镜中的偏转及/或聚焦的解决方案。鉴于前述内容可理解，存在与当前离子植入技术相关联的显著问题及缺点。
[0007]此外，希望能够将高导电系数束在减速透镜系统中聚焦且同时将束偏转在须要的偏转角度。为了得到足够的聚焦给高导电系数束，用已知的减速透镜系统，将有必要使用大到不实际的电极电压，且会提升介电质崩坏的风险。因此，效能会被限制在可用于电极的最大实际电压，由此会限制场的最大强度，使场施加于束的值不足以执行所需的聚焦/偏转场强度。由前述观点可知现今离子植入技术仍有显著问题与缺点。
【发明内容】
[0008]本发明的具体
【发明内容】
为一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立对称的静电透镜组态，所述组态包括多个在对称于中央轨迹射线的未调整位置上配置多个电极，且所述多个电极被施加一组未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场。本方法更包括根据未调整电压计算一个对称电场。本方法也包括配置多个电极在不对称于中央射线轨迹的调整位置上，以及获得一组可施加在多个电极的调整电压。其中，所述的一组调整电压在对称电场的各自调整位置上具有一组各自相应的电位。当带电粒子束通过，所述一组调整电压被施加于不对称的透镜组态。
[0009]本发明的具体
【发明内容】
为一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，包括建立一组上部电极位置与一组未偏移下部电极位置，所述上部与下部位置构成对称组态。此对称组态更包括多个上部电极与多个下部电极。其中，当包括第一组下部电极电压的第一组电压被施加于所述上部及下部电极时，对称组态可操控以产生第一偏转场且导引带电粒子束的中央射线轨迹通过沿着一第一路径的第一偏转角度，定义出所述对称组态的中心线。本方法也包括多个位在靠近对称透镜组态中心线的偏移位置上的下部电极。其中，当所述第一组电压被应用于位在上部与下部电极时，中央射线轨迹定义出大于第一偏转角度的增量偏转角度。本发明还包括决定出供所述多个下部电极的一组降低电压。其中，降低电压被配置导引所述中央射线轨迹通过小于所述增量偏转角度的减量偏转角度，且降低电压小于所述的一组第一下部电极电压。
[0010]本发明的具体
【发明内容】
更包括一种不对称静电透镜，适于控制带电粒子束偏向，此不对称静电透镜包括一个入口孔可供含中央轨迹射线的带电粒子束通过，以及出口孔可供带电粒子束通过。所述透镜还包括一组由多个上部电极与多个下部电极组成的抑制电极。所述多个上部与下部电极被相对地安排，以定义出空间供带电粒子通过，以定义出透镜的中心线。所述多个上部与下部电极被配置接收一组电压以偏转带电粒子束通过额定偏转角度。其中，当中央射线轨迹以额定偏转角度通过出口孔时，下部电极被放置在一组不对称位置上，此不对称位置位在中央射线轨迹的路径上且比上部电极靠近中央射线轨迹。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1显示现有的离子植入器。
[0012]图2显示现有静电三极管透镜。
[0013]图3显示对称透镜的侧视图。
[0014]图4为例示性分级透镜组态的几何表示。
[0015]图5为图4的分级透镜的离子束能量vs.电极位置图。
[0016]图6为图4的分级透镜产生的离子束的拱形运动的几何表示。
[0017]图7为例示性不对称透镜的剖面图示。
[0018]图8(a)与图8(b)为对称配置与不对称配置实施例的电压与模拟效能比较的模拟结果。
[0019]图9为控制带电粒子束方法的例示性步骤。
[0020]图10说明例示性图示用以计算电位和例示性的电极电压。
[0021]图11为另一控制带电粒子束方法的例示性步骤。
[0022]图12为图7的透镜的描述，说明例示性方法的外观。
【具体实施方式】
[0023]现在将参考如随附图示，将本发明更彻底地描述，且显示本发明的较佳实施例。本发明虽以不同形式揭示，但不应被理解为限制于此处所列的实施例。此外，这些实施例被提供以致此揭示将可周全以及完整，且彻底传递本发明范围给本领域的技术人员。在图示中的相同标号指的是相同的元件以贯穿全文。
[0024]为解决现今透镜组态问题，改良透镜包括一个不对称静电透镜组态在此被揭示。此不对称静电透镜组态可以是一个分级减速透镜，包括一个或多个可控制变数的抑制/聚焦电极。所述电极可能包括各种形状、曲率、位置、材料和/或组态单独或分开控制/偏置于彼此，由此提供操作离子束形状与能量的弹性与效率。
[0025]虽在此所描述的若干实施例主要在叙述减速与滤光透镜，本发明亦可实施于包含全面偏转的加速或聚焦透镜。
[0026]为了更清楚的描述本发明的不对称静电透镜，在此先由重新探讨对称静电透镜开始。特别是改良现今静电三极管减速透镜(electrostatic triode deceleration lens)的技术与系统，已发展为称为垂直静电能量滤波器(vertical electrostatic energyfilter, VEEF)的方法。此种技术与系统可独立控制离子束的偏转或聚焦。2009年I月2日在申请的标题为 “Techniques for Independently Controlling Deflection, Decelerationand Focus of an 1n Beam”的美国专利申请案第12/348, 091号中与标题为“System andMethod for Controlling Deflection of a Charged Particle Beam Within a GradedElectrostatic Lens”的美国专利申请案第12/647，950号就曾揭示。在所述案件中所揭示的VEEF透镜是一种分级减速对称透镜，且电极被摆设对称于离子束的中央射线轨迹，因此透镜的中心线会和离子束的中心线互相重合。一系列的电极对被配置在相对于离子束的两边，且上部电极的有效部份(active part)被放置在与下部电极对应部分具有离中央射线轨迹相同距离之处。[0027]尤其是，在对称VEEF系统中，使离子束偏转的偏转电压Vd被平均的施加在束之上与束之下，如下详述。电压可由Vu=Vrat+Vd以及V1=Vrat — Vd得到，且由此可产生电场Vd/g，g是到对称电极的距离，故gu=gd。此外，减速度与聚焦场被加在偏转场之上且能适应束的不同能量与几何特性，随之变化。
[0028]在下文中，名词“ VEEF”、“透镜”、“ VEEF透镜”与“静电透镜”泛指分级减速透镜，可提供带电粒子束角度的偏转。名词“对称”与“不对称”在此是为了区别对称组态与不对称组态的电极，如下所述。
[0029]虽然对称VEEF透镜配置可单独地控制偏转或聚焦场，但在许多束情况，如高导电系数束，可能会需要高偏转场与高聚焦场。但要产生所述场所需的电压会大到超过实际可达电压，因此会提高介电质崩坏的风险。据此，本发明将直接应用若干VEEF。然而，因为许多对称VEEF静电透镜系统的基本定理可用于本发明中的不对称VEEF静电透镜系统,如下的讨论将会由几个显著的对称VEEF特征开始。
[0030]图3是含对称结构VEEF300的侧视图，如图3所绘，分级透镜组态300含若干组电极，包括一组入口电极302，数组抑制/聚焦电极304以及一组出口电极306。每一组电极提供空间/间隙可让离子束30 (如带束(ribbon beam))通过。电极(如入口电极302,抑制/聚焦电极304以及一组出口电极306)可提供于外壳(housing) 308中。外壳308可包含一个或多个衬套(bushing)312。此等衬套312可用于使外壳308与其他组件电隔离。如图3中所示，每一组入口电极302及出口电极306可包含彼此电耦合的两个导电件，或可为具有供离子束30从中穿过的孔径的单片式结构。抑制/聚焦电极304的上部及下部部分可具有不同电位(例如，在单独的导电件中)，以便使从中穿过的离子束30偏转。为简单起见，每一组电极可以单数形式指称。亦即，若干入口电极302可被称为“入口电极302”，若干抑制/聚焦电极304可被称为“抑制/聚焦电极304”，且若干出口电极306可被称为“出口电极306”。尽管将分级透镜组态300显示为七(7)元件透镜组态(例如具有五(5)组抑制/聚焦电极304)，但应了解，可利用任何数目的元件(或电极)。举例而言，分级透镜组态300可利用范围为三(3)至十(10)个的电极组。穿过电极的离子束30可包含硼或其他元素。可藉由使用若干薄电极(例如抑制/聚焦电极304)以控制电位沿离子束路径或束线30的分级，来达成离子束30的静电聚焦。在分级透镜组态300中，亦可提供高减速比率，同时避免过度聚焦。因此，输入离子束30的用途可在可实现较高品质束(甚至极低能量输出束)的能量范围内使用。在范例中，当离子束30穿过透镜组态300的电极时，离子束30可自6keV减速至0.2keV，且藉由分级透镜组态300的电极而在15°处偏转。在此实例中，能量比率可为30/1。
[0031]应了解，可藉由以下步骤来实现分离且独立地控制离子束减速、偏转及/或聚焦:(I)维持电极(例如入口电极302、抑制/聚焦电极304及出口电极306)相对于离子束30的中心射线轨迹(central ray trajectory, “CRT”)的对称，以及(2)改变沿离子束30的CRT的偏转电压，以便反映以偏转角度35在沿CRT的每一点处的束能量。藉由电极相对于离子束30的CRT的对称，应了解，上部及下部电极的最靠近离子束30的端部可维持在距离子束30的CRT相等(或几乎相等)的垂直距离处。举例而言，在离子束30上方及下方的电极上的电压的差异(例如，Vdef (z)=Vupper(z)-Vlower(Z))可经组态以使得电场的偏转分量(例如，(Vupper(z)-Vlower(z))/gap (z))可为该点处的束能量(其可沿电极或透镜而变化)的固定比率/因子(例如，因子*Eb6am(z))。举例而言，此可表达为下文的等式I
[0032]Vdefl (z) /gap (Z)=因子 *Ebeam (Z) 等式 I
[0033]图3所显示的对称VEEF能独立地将离子束减速及偏转。更细部的对称VEEF结构可由图4提供，图4中例性地显示的此几何形状含有7个内部及外部电极(编号为0至6)，以20度偏转弧0为中心。在此实例中，电极的位置呈扇形(使得来自输入束的高能中性物质不会击中高压电极)，且电极的角度间距为均一的。第一电极“0”(内部及外部)连系至上游(高能)束线，且最后的电极“6”(内部及外部)连系至下游(低能束线)。上游束线与下游束线之间的电位差为透镜的减速电压。内部电极与外部电极之间(在沿偏转弧的特定位置处)的电压差与束在该点处的CRT的能量成比例。偏转电压差与CRT能量之间的比例常数称为偏转因子F
[0034]并不连系至输入束线的第一电极(图4中编号I)被称为抑制电极，因为其抑制上游束等离子体电子自束去除。在此抑制电极与最终接地电极之间，束的能量根据电极2至5上的电位而减小。减速场(deceleration field)的此分级影响束的净聚焦(net focus),以及残余能量污染(energy contamination,EC)。此分级依据由单一参数a (如由以下等式2界定)体现的幂定律而描述。
[0035]Ecrt (0) =E0
[0036]
【权利要求】
1.一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其特征在于，包括: 建立对称静电透镜组态，该组态包括:在对称于带电粒子束的中央射线轨迹的未调整位置上配置多个电极，所述多个电极被施加未调整电压，以产生相对对称于中央射线轨迹的场； 计算相应于该组未调整电压的对称电场； 安排所述多个电极至不对称于中央射线轨迹的调整位置； 获得用于所述多个电极的一组调整电压，其中，该组调整电压在该对称电场中的各自调整的不对称位置上具有一组各自相应的电位；以及 当带电粒子束通过时，将该组调整电压施加于不对称的透镜组态。
2.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述中央射线轨迹沿弧线设置，且该些调整位置位于中央射线轨迹之下。
3.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述对称电场在相对于垂直中央射线轨迹的方向上是均匀的。
4.根据权利要求1所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中所述静电透镜组态包括减速透镜，且该组调整电压被设置为可产生带电粒子束所需的减速度。
5.一种在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其特征在于，包括: 获得用于对称组态的一组上部电极位置以及一组未偏移下部电极位置，该对称组态包括多个上部电极与多个下部电极，其中当包括第一组下部电极电压的第一组电压被施加于该些上部及下部电极时，该对称组态可以操控以产生第一偏转场，该第一偏转场导引带电粒子束的中央射线轨迹通过沿着第一`路径的第一偏转角度，定义出该对称组态的中央线； 安排该些下部电极至较靠近对称透镜组态的中央线的偏移位置，其中当该第一组电压被施加于该些上部与下部电极时，该中央射线轨迹定义出大于该第一偏转角度的增量偏转角度； 估计该些下部电极的一组降低电压，其中，该组降低电压被设置为引导该中央射线轨迹通过小于该增量偏转角度的减量偏转角度；以及 当带电粒子束通过所述不对称透镜组态，施加该组降低电压于该不对称透镜组态的该些下部电极上，其中该带电粒子束的中央射线轨迹会以该减量偏转角度偏转，且该组降低电压会小于该第一组下部电极电压。
6.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中该组降低电压被设置为产生该带电粒子束的偏转因子FLdefl，该偏转因子FLdefl低于该第一组电压产生的偏转因子FHdefl。
7.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中当该组降低电压被施加于该些下部电极时，该中央射线轨迹截击经加工晶圆的中央部位。
8.根据权利要求5所述的在静电透镜中控制带电粒子束偏向的方法，其中安排该些下部电极在更靠近中央线偏移位置的方法包括: 提供静电透镜一个移动机制，以在多个位置间移动至少部份的该些下部电极；以及 移动该至少部份的下部电极由该些未偏移位置到该些偏移位置上。
9.一种控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其特征在于，包括: 入口孔，可供有中央射线轨迹的带电粒子束通过；出口孔，可供带电粒子束通过 多个上部电极；以及 多个下部电极， 其中该些上部电极与下部电极相对地安排，以定义出空间供该带电粒子束通过， 其中，该些上部与下部电极被设置为接收一组电压以偏转所述带电粒子束的中央射线轨迹通过额定偏转角度， 其中，当该中央射线轨迹以该额定偏转角度通过该出口孔，该些下部电极被设置在一组不对称位置上，该组不对称位置沿着一个比所述多个上部电极更靠近该中央射线轨迹的路径。
10.根据权利要求9所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中至少部分的该些下部电极可被操作在多个电极位置之间移动。
11.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极被配置在驱动底盘上。
12.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极中的一个或多个下部电极包含可转动的凸轮，被设置为用于在多个电极位置中转动。
13.根据权利要求10所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，其中该至少部分的下部电极中的一个或多个下部电极被操作而独立于其他下部电极在多个电极位置之间移动。
14.根据权利要求9所述的控制带电粒子束的不对称静电透镜系统，还包括: 机器可读储存媒体，被编码以储存: 该组调整位置， 一组未调整电压，用于多个上部与下部电极，当该未调整电压施加于对称配置的该些上部与下部电极时，该未调整电压引导所述中央射线轨迹通过所述额定偏转角度，其中该些上部电极与该些下部电极分别与该中央射线轨迹间隔相等距离；以及 电脑程式码，且当所述电脑程式码被一处理器执行时，该处理器执行一个方法，包括:计算一组对称电场，所述对称电场由施加该组未调整电压至该对称组态所产生；计算该些下部电极的一组调整电压，其中该组调整电压在该对称电场中的各自的调整后位置上具有一组各自相应的电位；以及 可传送信号至一组电源供应器的控制器，用以施加该组调整电压于所述多个下部电极。
15.根据权利要求9所述的不对称静电透镜系统，还包括一减速度透镜。
16.根据权利要求15所述的不对称静电透镜系统，其中所述系统被设置为减速含初始能量大于约20keV的离子束至最终能量约在I到20keV之间，其中该不对称透镜被设置为提供与该对称组态等效的离 子束聚焦与偏转。
17.根据权利要求10所述的不对称静电透镜系统，其中该些下部电极被设置为由一组第一位置偏移，将离子束偏转该额定偏转角度至一组更接近该不对称透镜组态中央的一组偏移位置，其中当该组下部电极被设置于该些偏移位置上时，该中央射线轨迹的偏转角度大于所述额定偏转角度。
【文档编号】H01J37/317GK103688334SQ201180063161
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年12月12日 优先权日:2010年12月29日
【发明者】史费特那·瑞都凡诺, 彼德·L·凯勒曼, 法兰克·辛克莱, 罗伯特·C·林德柏格 申请人:瓦里安半导体设备公司