专利名称：用于带状射束离子注入器的高解析度分离磁体的制作方法
技术领域：
本发明大体上有关于离子注入系统，且更特别地，有关于一种与质量分析带状离子束有关的质量分析器及方法。
背景技术：
离子注入系统被使用在集成电路制造中掺入杂质至半导体内。在这类系统中，一离子源离子化一种想要的掺杂物元素，该掺杂物元素以离子束形式取自该离子源。该离子束典型地会进行质量分析以选择具有想要的电荷对质量比的离子，接着针对一半导体晶片表面将该掺杂物元素注入该晶片。该射束的离子穿过该晶片表面，以例如在晶片内的晶体管元件制造中形成想要的导电率区域。典型的离子注入器包含用以产生离子束的离子源、射束线组件，其包含利用磁场以质量解析该离子束的质量分析设备、以及包含将经由该离子束注入的半导体晶片或工件的靶材室。
典型的离子束注入器包含自可离子化来源材料中产生带正电离子的离子源。所产生的离子形成一离子束并沿着一预定的射束路径被导引至注入站。该离子束注入器可包含延伸于该离子源及该注入站的间的射束成形结构。这些射束成形结构维持该离子束并确定该射束行经其中到达该注入站的一细长的内腔或通道。
相对于其上电荷的离子质量(例如，电荷对质量比)影响离子被一静电场或磁场在径向及横向两方向加速的程度。因此，到达半导体晶片或其它靶材的想要区域的射束可被做成非常的纯，因为具有不要的分子量的离子会被偏转至远离该射束的位置而避免非想要的材料的注入。选择性分开想要及不要的电荷对质量比的离子的过程已知为质量分析。质量分析器典型地利用产生双极磁场的质量分析磁体，以在一拱形通道内通过磁体转向来将离子束中的各类离子偏转，这将有效地分开不同电荷对质量比的离子。
为了达成一特定应用中所要的注入，这些被注入的离子剂量及能量可被调整。该离子剂量控制一种特定的半导体材料的注入离子浓度。典型地，高电流注入器被用于高剂量注入，而中电流注入器被用于较低剂量的应用中。该离子能量被用来控制半导体元件内的结深度，其中这些射束离子的能量水平决定在该半导体或其它基底材料内的离子注入其中的程度或是这些已注入离子的深度。不断朝向较小半导体元件的倾向需要一以低能量传送高射束电流的机构。该高射束电流提供这些所需的剂量水平，而该低能量允许进行浅注入。
在多数现有技术的系统中，离子注入使用铅笔型离子束，其中，一相当窄的射束由离子源所产生并在到达工件前进行质量分析、后续的射束调整及扫描。然而，许多目前的应用都希望在例如半导体制造的浅源极/漏极区中得到具有相当高掺杂物浓度的浅注入。对于浅深度的离子注入而言，想要的是高电流、低能量的离子束。在这样的情形下，减少离子能量会让维持该离子束的会聚性有一些困难，因为含有相同电荷离子彼此间的互斥作用。高电流离子束典型地包含高浓度的带同样电荷的离子因互斥作用而倾向于发散。上述问题的一个解决方案为使用带状离子束来取代铅笔型离子束。该带状射束的一个优点在于该射束的剖面区远大于该铅笔型射束。例如，一典型铅笔射束具有约1-5公分的直径，其中，一带状射束可具有约1-5公分的高度及约40公分的宽度。利用该大很多的射束区域，一特定的射束电流实际上具有小很多的电流密度，且该射束具有一较低的导电系数。然而，使用带状射束有着与其相关的一些特有的挑战。
在离子注入系统中，对用以在工件提供一均匀带状射束的带状射束离子注入系统仍然有所需求。
发明内容
以下提出概要以提供对本发明的一或多个方面的基本了解。此概要并非本发明的广泛综述，亦非要指明本发明关键或重要性元件，也不是要确定其范围。而是，本概要的主要目的是以简化形式展现本发明的某些方面做为后面所提出的更详细说明的前序。
本发明针对一种可操作成产生一带状离子束并沿着一射束线路径导引这种射束朝向一工件的离子注入系统。该注入系统包括一可操作成接收该带状离子束并沿着一拱形路径偏转这种射束以对其进行质量分析的质量分析器。本发明的质量分析器被配置成实行这种具有少量射束失真的质量分析。
根据本发明的一方面，公开一种带状射束离子注入系统，其具有一带状射束离子源、一质量分析系统及一终端站。该质量分析系统具有一入口端及一出口端，且可被操作以沿着自该入口端至该出口端的预定拱形路径偏转该带状射束内具有一想要电荷对质量比值的所选离子。该质量分析系统进一步包括一位于靠近该入口端、该出口端或该出入口端两者的场钳制器。该场钳制器可操作成基本终止与该质量分析系统相关的各边缘场，从而减少射束失真并改善射束均匀度。
在本发明另一方面中，该场钳制器包括一对延伸于与该带状射束宽度相对应方向的强磁件。当例如铁等强磁件位于该质量分析系统入口端时，其作用以基本防止各边缘场延伸超出该钳制器，从而大大减少在该质量分析器入口端的这些边缘场范围。因此，在该质量分析器入口端与边缘场相关的带状射束失真被减少。类似地，一对在该带状射束宽度方向延伸的强磁件可位于靠近该质量分析器的出口端，且可操作成防止边缘场自该质量分析系统的出口端延伸超出该钳制器。因此，大大地减少来自该质量分析系统出口端的这些边缘场范围，从而减少与此相关的射束失真并提供改善的带状射束均匀度。
在本发明再一方面中，该质量分析系统包括一对拱形延伸并确定与此相关的射束线路径的线圈。该对中的第一线圈位于该射束上面并沿着其整个宽度延伸，而该对中的第二线圈位于该射束下面并同时沿着该整个宽度延伸。通过在这些线圈中产生电流，一个双极磁场产生于这些线圈的间，以沿着该拱形路径操作以偏转该射束内的这些想要的离子。在沿着该射束线路径的线圈间的双极场是基本均匀时，边缘场由于沿着该射束线路径的磁场梯度而自该入口端及该出口端延伸。这种边缘场可能具有沿着该射束宽度的横向、不均匀的分量且可能作用以沿着该宽度产生射束失真。操作本发明这些场钳制器以分别基本上终止靠近该入口及出口端的这些边缘场。如此，沿着该射束线路径前进的带状射束基本上仅曝露于边缘场一段较小的期间，因而与这种边缘场相关的失真大大减少。
在本发明又一方面中，一或多个对的次级线圈配合这些主要线圈来使用，其中，这些次级线圈也沿着该拱形通道延伸。该一或多个对次级线圈可覆盖在这些主要线圈上面、或可沿着该导件件的侧壁部分延伸以提供进一步的磁场补偿。在某例中，这种补偿为一在该工件处的射束均匀度决定函数，其中，不管因这些场钳制器所致的这种边缘场的影响减少多大，仍进行这种补偿以补偿因为例如边缘场或其它因素所产生的带状射束失真。
根据本发明又一方面中，公开一种质量分析一带状射束的方法。该方法包括产生一带状离子束及沿着一射束线路径传送这种射束。一双极磁场沿着该射束线路径产生，以根据一想要的电荷对质量比值在一预定拱形路径上偏转该带状射束内所选的离子。与该双极磁场的至少一入口或出口部分相关的边缘场被减少，以防止与此相关的射束失真。在某例中，通过将场钳制器设置在靠近该双极磁场的入口及出口，以减少这些边缘场，以使一沿着该射束线路径前进的带状射束仅曝露于这种边缘场一段较短的期间，从而减少与此相关的射束失真并提供改善的带状射束均匀度。
为了完成前述及相关目标，下面说明及附图详述本发明某些示范方面及实施。这些仅指出本发明原理可被使用的几种不同方式而已。在结合这些附图做考虑时，本发明的其它方面、优点及新的特征会自本发明下面详细说明中而变得显而易见。
图1根据本发明的一或多个方面说明一示范性离子注入系统各组件的示意方框图。
图2可实行本发明各种方面的低能量类型的离子注入系统的示意图。
图3可实行本发明各种方面的中电流类型的离子注入系统的示意图。
图4根据本发明一方面的一示范性质量分析器的射束导件的俯视平面图。
图5说明与一质量分析器内的双极磁场相关的边缘场的图形。
图6根据本发明一方面的一示范性带状射束的立体图。
图7根据本发明说明场钳制器对于与一质量分析器内的双极磁场相关边缘场的影响的图形。
图8根据本发明另一方面的一用于带状射束的示范性质量分析器的立体图。
图9为图8中该示范性质量分析器的第一侧边的侧剖面图。
图10为图8中该质量分析器的第二侧边的侧剖面图。
图11A为沿着图10中的线条11A-11A所截取的一用于带状射束的示范性质量分析器剖面图。
图11B为沿着图8中的线条11B-11B所截取的一用于带状射束的示范性质量分析器剖面图。
图12A及12B根据本发明另一方面的一说明主要线圈及一或多组次线圈的示范性质量分析器的剖面末端图。
图13根据本发明又一方面说明用以质量分析一带状离子束的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明现在将参考这些附图做说明，其中，全文中类似标号被使用来参考类似元件。这些说明及下面说明本质上是示范而非限定的。因此，应了解这些说明的系统及方法与除此处这些说明外的其它这种实施的变化例视为落入本发明及所附的申请专利范围的范畴内。
本发明有关于一种质量分析带状离子束的系统及方法。射束失真被减少，以致经由减少该质量分析器的入口及出口端之一或两者中的边缘场范围产生沿着其宽度改善的射束均匀度。边缘场的减少是通过设置场钳制器在靠近其入口及出口端而得。这些场钳制器基本上终止在该处的边缘场，从而防止这种场自该质量分析器延伸而超过这些钳制器。如此，以一特定的射束传送速度沿着该射束线路径前进的带状射束仅被曝露于这种边缘场中一段相对于传统系统实际上已经减少的时间，因此，由于这种边缘场所致的射束失真被减少。本发明进一步的价值连同其各种方面将会依据下面详述而有进一步的了解。
最初请参考图1，以一方块图形式说明一适于实施本发明一或多个方面的离子注入系统10。该系统10包含沿着射束路径产生一离子束14的离子源12。该离子源12包含例如一具有一相关电源18的等离子体源16。该等离子体源16可包括例如一从中取出离子束的等离子体限制室。该取出的射束包括一例如具有宽约400毫米的带状离子束，用以注入一300毫米的半导体晶片。一可配合本发明使用的示范性带状射束公开于2002年5月1号申请并让与给本发明受让人的美国申请序号10/136,047中，在此将其全文一并整合参考。
一射束线组件11设置于该离子源12的下游以接收来自其中的带状射束14。该射束线组件11可包含一质量分析器22、一减速系统26及一偏转器系统28。该射束线组件11沿着该路径安置以接收该射束14。该质量分析器22包含一场产生组件，例如一磁体(未显示)，并可操作以提供一跨越该射束路径的场，藉此根据各离子的电荷对质量比值偏转来自该离子束14的离子至不同的轨道。穿透该磁场的离子经受一作用力，其导引具有想要的质量的离子遵循该射束路径，并偏转具有不要的质量的离子离开该射束路径。
该射束线11可进一步包括一可控制且可选择性操作以改变与该带状射束相关的能量的减速模块26。例如，在中等能量下，不需很大改变带状射束能量，且该模块让该带状射束穿透其中而未有很大变化。另外，在低能量应用中(例如，用以在一半导体本体中形成浅结)，该带状射束的能量也许需要被减速。在这种环境中，可操作该减速模块26以通过它的减速来降低该射束能量至一想要的能量水平。
该射束线可进一步包括一偏转系统28以例如用于低能量系统中，以在注入一工件前先进行减速。该偏转系统28例如是包含偏转电极，以偏转该离子束离开该射束线轴，从而移除来自该带状射束且可能在其它方面变成能量污染物的中性粒子(因为它们无法在一偏转场中偏转)。
请继续参考图1，一终端站30也被设置于该系统10中，以接收来自该射束线组件11中已质量分析且基本被净化的离子束14。该终端站30支撑例如是沿着该射束路径(然而，因为该偏转器28而自该原射束线轴移位)利用该带状离子束14进行注入的半导体晶片(未显示)的一或多个工件。请注意的是，这种终端站考虑及使用其中许多工件被旋转通过该带状射束的批次系统，或是其中将单一工件扫描穿越该带状射束或将该带状射束扫描过该工件的单一工件终端站。
请同时参考图2，更详细地说明一示范性低能量离子注入器100以便了解本发明各方面。该注入器100具有一离子源112、一质量分析磁体114、一射束线组件115及一靶材或终端站116。一可让该终端站116相对该射束线组件115移动的风箱式组件118连接该终端站116及该射束线组件115。虽然图2说明超低能量(ULE)离子注入器，但如同所理解的，本发明也可应用在其它类型的注入器。
该离子源112包括一等离子体室120及一离子提取器组件122。能量系传送给一种可离子化掺杂物气体，以在该等离子体室120内产生离子。大体上，虽然本发明可应用于负离子由该来源112所产生的系统中，但此处产生正离子。这些正离子由一包括复数个电极127的离子提取器组件122通过该等离子体室120内的一细缝所取出。因此，该离子提取器组件122的作用为自该等离子体室120中取出一正离子束128并将这些取出的离子加速至该质量分析磁体114。
该质量分析磁体114的作用为只让具有适当电荷对质量比值的离子通过至包括一解析器壳体123及一射束中和器124的射束线组件115。该质量分析磁体114包含在由一具有侧壁130的射束导件所确定的通道139内的一弯曲射束路径129，其排空由一真空泵131所提供。沿着本路径129传送的离子束128受到该质量分析磁体114所产生的磁场所影响而拒斥不适合的电荷对质量比值的离子。本双极磁场的强度及方向受到控制电子元件132所控制，以通过一磁体连接器133经由该磁体114的场线圈绕组来调整电流。
该双极磁场使该离子束128沿着该弯曲射束路径129自一靠近该离子源112的第一或入口轨道134移动至一靠近该解析壳体123的第二或出口轨道135。由具有不适合的电荷对质量比值的离子所构成的射束128的部分128′及128″被偏离该弯曲轨道而进入一铝射束导件130的壁中。在本方式中，该磁体114只让在该射束128中具有想要的电荷对质量比值的那些离子通过到达该解析壳体123。
该解析器壳体123包含一端子电极137、一用以聚集该离子束128的静电透镜138及一例如是法拉第旗标142的剂量指示器。该射束中和器124包含一用以中和该正电荷的等离子体喷淋器145，否则该正电荷会因为该正带电离子束128所注入而累积在该靶材晶片上。该射束中和器及解析器壳体由一真空泵143所排空。
该射束中和器124的下游为该终端站116，其包含安装例如欲被处理的晶片的工件于其上的一碟状晶片支架144。该晶片支架144座落在大体上垂直定向于该注入射束方向的一靶材平面中。在该终端站116的碟状晶片支架144由一马达146所旋转。因此，该离子束在它们移动于一环状路径中时撞击安装至该支架上的晶片。该终端站116绕着该离子束路径164及该晶片W交叉点的点162转动，从而使该靶材平面可相对此点调整。虽然图2说明一批次类型处理系统，但应了解，本发明也可应用于单晶片类型的处理系统。
图3说明又一离子注入系统262，例如，一适用于施行本发明的一或多个方面的中电流系统。该系统262包含一模块气体箱264、一辅助气体箱266及一气体箱远方换气控制面板268。该气体箱264、268尤其包括一掺杂物物质的一或多种气体，且该气体箱264、268有助于选择性传送该气体或这些气体至该系统262内一延长寿命的离子源282中，其中，该气体或这些气体可被离子化以产生适合选择性地带入该系统262以注入晶片或工件中的离子。该气体箱远方控制面板268有助于依据需要或想要的来排出或换气气体或其它物质至该系统262外。
设有高压端电源分配272以及一高压隔离变压器274以特别来电激发及施予能量至掺杂物气体，以自气体中产生离子。设有一离子束提取组件276以自该离子源282中取出离子并将它们加速进入一包含质量分析磁体280的射束线278中。该质量分析磁体280可操作以挑出或拒绝不合适的电荷对质量比值的离子。尤其，在它们利用该质量分析磁体280的磁体所产生的一或多个磁场而通过该射束导件来传导时，该质量分析磁体280包括具有让不要的质量对电荷比值的离子碰撞于其中的弯曲侧壁的一射束导件。
可设置一组件284以协助控制该扫描离子束的角度，然而，本特征可能不是带状类型的射束所必要的。此尤其可包含一扫描角度校正透镜。一加速/减速行286有助于控制及调整该离子束的离子速度及/或聚焦。可设置例如最终能量滤片，它可操作以滤出污染微粒的组件288，以减少能量污染微粒沾附晶片或工件。
晶片或工件290被载入至一用以选择的注入离子的终端站室292内。一机械式扫描驱动装置294操纵该室292内的晶片，以助长与该射束的选择性相遇。该晶片或工件290通过包含例如一或多个机械或机器人手臂297的一晶片处理系统296而移入该终端站室292内。一操作员控制台298容许操作员可通过选择性控制该系统262的一或多个组件来调整该注入处理程序。最后，设有一电源分配箱299以供电给该整个系统262。
图4是根据本发明的一方面说明供一离子注入系统(例如，图1的分析器12、图2的分析器114或图3的分析器280)使用的一简化性示范的质量分析器射束导件300。该射束导件300具有由沿着一离子束路径308的内外拱形顶部及底部壁304及306所确定的一拱形纵向通道302。该射束导件300通过一例如约135度的弧角从一入口端310沿着该路径308纵向延伸至一出口端312。该射束导件300又包括一质量分析磁体，其可包括一对线圈(未示于图4中)以在通道302内提供一双极磁场，其使得所选的电荷对质量比值的离子可沿着该路径308到达该出口端312。
仍是参考图4，本发明质量分析器300包括分别座落在靠近该分析器入口端310及/或该出口端312的一或多个场钳制器314、316。操作该场钳制器314、316以基本上终止与该通道内的双极磁场相关的边缘场(未显示)。结果，任何这种边缘场都有效地在那里被分流，且这种场延伸在该入口端310及该出口端312外面的范围被大大降低。这种边缘场的降低将如同下面将更完整了解般地减少带状射束失真。
轮到图5，其提供一图形330以说明与图4质量分析器300相关的磁场，其中，″Z″代表在该通道302内沿着射束路径308的射束传送方向，而BY代表自用以产生该双极场的线圈中所得的磁场的绝对值。请注意的是，在该质量分析器300内的入口端310及出口端312的间，该磁场实际上是均匀的。然而，在该入口端310前的某一区域332以及在该出口端312后的某一区域334中，该磁场沿着该路径308衰减并包括一梯度dBy/dz，其中该梯度为距离336、338的函数，超出距离336、338的磁场实际上是可忽略的。该渐衰减的磁场为一边缘场。本发明的发明者了解到与该质量分析器内的双极场相关的边缘场为射束失真的一个原因，并进一步了解到这种边缘场可能无法被消除，但这种场对于带状射束失真的效应可根据本发明而大大地被减少。
如这些发明者所了解的，马克斯威尔(Maxwell′s)方程式说明该梯度dBy/dz为空间中的一变化磁场，其产生dBz/dy的场分量，如此，这些边缘场也具有一横向不均匀分量。结果，当该带状射束沿着该射束路径308前进时，这些边缘场作用以如图6所示地沿着它的宽度或″Y″方向不均匀地扭曲该带状射束。
因此，经由使用靠近该质量分析器300的入口及出口端310、312的场钳制器314、316，这些边缘场范围被减少。例如参考图4及图7，若这些场钳制器314、316分别位于距离该入口及出口的某距离340a、340b处，且这种距离340a、340b比这些边缘场自然衰减(图7)所在距离336、338短，则射束失真被减少。因此，若该带状射束正以一特定的平均速度前进且具有与其相关的边缘场的区域被减少(340a、340b＜336、338)，则该射束遭受这些边缘场的时间被大幅地减少，因而减少射束失真并改进沿着该射束宽度的射束均匀度。有监于此，让该距离340a、340b尽可能地小，其中，这种距离最后受限于该场钳制器材料的饱和性。因此，让这些场钳制器尽可能靠近该分析器入口及出口端定位，而不使这些场钳制器变饱和。如所了解的，这种距离可根据该场钳制器中所使用的材料及该质量分析器中的场强度来改变。
现在轮到图8-11B，一质量分析器系统400被说明，其中该系统被配置成质量分析一带状离子束。在一范例中，一带状射束接收自一例如是前述离子源的离子源。本范例中的质量分析器400配置成质量分析一300毫米半导体晶片的带状射束，因而该带状射束可具有一约400毫米的宽度，且该质量分析器可具有一约600毫米的宽度。
本范例中的质量分析器400包括一对线圈402，其中，第一线圈(或于该所示方向中的顶部线圈402a)位于第二线圈(或底部线圈)402b上，其间配置一射束路径404，并且各自从一入口端403a延伸穿透其中至一出口端403b。每一个线圈402均于一宽度方向406上至少延伸至与该带状射束一样远的距离，且较佳地是比该带状射束宽度更远。请参考至图9及11A-11B，每一个线圈402可包括一拱形轭铁408，其具有一或多个导体，用以例如沿着该轭铁的拱形且大体上平行于该射束路径404的纵向上缠绕在其周围。在电流流过这些线圈402时，一双极磁场410以大体上与该带状射束(其大体上与该拱形射束路径404一致)的传送方向垂直的方向产生于这些线圈间的空隙412中。
请参考至图8及图9，该侧面延伸的线圈402确定该质量分析器400的侧面相对侧414。配置在这些侧414a之一上并且定位于这些线圈402及402b的间的是一拱形延伸且电绝缘的侧壁420。在该侧壁420上有二个拱形延伸的导电段422a及422b。虽然这些段422本身是导电的，但这些段彼此间却是电绝缘的。在每一段422上，复数个电极424a、424b沿着该拱形路径纵向延伸，其中，这些电极424沿路串接在一起。虽然这些电极424被表示成复数个独立元件通过各自的段422电性连接在一起，但应了解每一个电极424可包括单一拱形延伸的导电元件及其它结构，而这种替代例视为落于本发明范围内。
这些电极424a及424b耦接至一例如是射频电源的电源(未显示)，从而在偏压下，一电场以大体上垂直于该射束路径404的方向形成于这些电极424a及424b的间。在一范例中，这些电极424可结合该空隙412(其垂直于该电场)内的双极磁场410来使用，以于其中产生类似一磁控管(magnetron)结构的电子捕捉区。如上述，这些移动中的电子撞击一种气体(例如氙等残留来源气体或是一种输入来源气体)以使其离子化来产生一等离子体。
在本发明另一方面中，这些电极424也是磁体(见图9)，其中，每一个磁体424具有与其相关的一北极及一南极。例如，在该放大区423内的第一段422a中，令这些磁体它们的各极对齐以使每一磁体的北极面向内朝向另一导电段422b上的磁体424b，且令南极面向外背离该另一磁体424b。又，在该第二段422b中，类似地令这些磁体的极对齐，然而，每一磁体424b的北极面向内朝向该第一导电段422a上的磁体424a，且令南极面向外背离该磁体424a。利用这种结构，这些磁体的作用如同多尖头磁体，其可操作以产生延伸进入该拱形通道中朝向该射束路径404的多尖头场。虽然一种结构示于图9中，应了解该磁极方向可逆转互换的，其中，这些南极面向内而这些北极面向外，且这种改变为本发明所考量到的。
这些磁体424所产生的多尖头磁场具有垂直于这些电极424所产生的这些电场的部分。通过将这些电极当做磁体使用并将多尖头场当做该磁场产生器使用，这些多尖头场可被修整以如所理解的极大化离子化的效率，而不影响该磁性双极场410的质量分析功能。此外，通过将这些电极当做磁体使用(该电场产生器及该磁场产生器两者为类似结构)，该设计可被简化。
该质量分析器400内所产生的等离子体可轻易地顺着例如与该双极场410相关的这些场线的磁场线流动，其在图9中指向该页中且垂直于该带状射束。如此，所产生的等离子体沿着该拱形通道以一相当均匀的方式形成且接着可轻易地沿着这些双极场线扩散遍及该射束导件的宽度406，以提供一遍及该带状射束宽度的基本均匀等离子体。如此，所发生的该带状射束空间电荷中和有助于均匀地遍及其宽度。
现在请参考至图8及图10，在该射束导件400第一侧壁414a的相对侧上，一电绝缘的第二侧壁414b延伸于该第一及第二线圈402a、402b的间。该第二侧壁414b包括一具有沿线配置的复数个磁体的拱形延伸段430。这些磁体432沿着该段430以使这些磁体以近乎90度对着该第一侧壁420上的段422的这些磁体424旋转的结构方式来配置。此外，这些磁体432被配置成使一磁体的北极如图10所示地定向于一相邻磁体的南极。让第二组磁体432对着这些磁体424旋转有助于改变这些相对侧上的多尖头场的相位。当等离子体沿着这些双极场线410扩散越过该带状射束朝向随这些磁体432所形成的这些多尖头场时，在这些侧的间的相位变化阻止或大大减缓其中发生等离子体不均匀的无作用区的形成。
仍请参考至图8-11B，一对场钳制器450a、450b位于靠近该分析器的入口端403a及出口端403b处。这些场钳制器450包括一例如是铁的强磁性材料，且可操作以基本终止边缘场并藉此阻止这种场延伸超过这些场钳制器。在本范例中，这些场钳制器450包括沿着该分析器400及带状射束的宽度方向406延伸的铁件或铁棒，使得这些边缘场沿着该射束宽度被均匀地终止。每一端的场钳制器450经由一场钳制器托架454将彼此互相分开以让该射束可穿透其间。或者是，这些场钳制器450可包括一马蹄状结构，其中部分延伸过该宽度406并在一或两侧壁部分连接在一起。可使用任何场钳制器结构，且这种结构视为落入本发明范围中。
现在轮至图12A及12B，除将主要线圈(402a、402b)使用于该双极场中及使用场钳制器以减少因边缘场所致的失真外，本发明质量分析器还进一步包括一或多组次级线圈以进一步补偿检测到或预期到的射束失真。例如，如图12A所示，其提供一研究其出口端403a但没有绘出这些场钳制器的质量分析器400的简化图。该分析器于该图形中以相对于图8-10中的方向近乎90度来旋转，且包括具有该第一及第二线圈402a、402b以确定该射束路径404与该空隙412的顶部及底部的轭铁408。操作这些主要线圈402a、402b以在该空隙412中产生双极场。
如上述，这些场钳制器(未显示)工作以减少自该质量分析器的入口及出口端所发射的边缘场范围。这些场钳制器工作以减少沿着其宽度上的射束失真并藉此改进射束均匀度。然而，若想要额外的射束均匀度时，例如工件上的射束均匀度可被检测并分析，再通过一控制器(未显示)回馈至例如沿着该带状射束的远端边缘所对应的分析器400侧壁所提供的一组次级线圈480。较佳地，位于相对侧壁上的线圈480a及480b被控制以分别与线圈402a及402b隔离。尤其，可分别控制线圈402a及402b，以使电流差产生一四极的场分量。在这种案例中，控制线圈480a及480b以使该磁框内的总电流-匝数乘积为零。本范例中的这个条件是必需的，以防止该主材料中超额的磁通量密度。在一较佳实施例中，线圈480a及480b缠绕着与线圈402a及402b相同的匝数，以利用各种简单的电源供应器连接方式来促进零通量条件。
在如图12B所示的又一替代例中，另一组次级线圈可包括上下两组次级线圈484a、484b及486a、486b，其叠加在该主要线圈402a、402b上。在本配置中启用另一自由度以提供补偿，其中，每一个线圈可独立受到控制，以根据在该工件上或该工件附近所检测到的射束均匀度来提供双极场修正。
根据本发明又一方面，提供如图13所示且标号指定为500的一种质量分析带状射束的方法。虽然该方法500此后以一系列动作或事件来显示及说明，但应了解，本发明不受这种动作或事件所示次序所限制。例如，某些动作除在此所示及/或所述的那些次序外，还可根据本发明一或多个方面以不同次序发生及/或伴随其它动作或事件同时发生。此外，实行根据本发明的方法并不需用所有显示的步骤。再者，根据本发明的方法可结合在此所示及所述结构与其它未述结构的形态及/或操作来实行。
该方法始于步骤502，其通过例如启动前述的一对线圈以在该带状射束质量分析器中产生一双极磁场。该双极磁场工作以沿着一预定拱形路径来偏转该带状射束内所选的离子以进行该带状射束的质量分析。在步骤504，该双极磁场的相关边缘场被钳制在靠近该质量分析器处。在一范例中，边缘场的钳制器包括在该质量分析器入口端及出口端之一或两者处设置场钳制器，其中，这些场钳制器及该质量分析器的间的距离应尽可能的小而不使这些钳制器饱和。结果，发射自该质量分析器入口端及出口端的这些边缘场被钳制在那附近，藉此减少这种边缘场发射的范围。如此，横越这些边缘场的带状射束被曝露至这种产生失真的场中的时间被大大减少，藉此减少该带状射束的失真量。
在步骤506，该带状射束让质量分析器使用该边缘场钳制器，并在该工件或该工件附近加以检测。例如，可使用一或多个法拉第杯或其它类型的检测机构来检测横越其宽度的带状射束，从而确定与其相关的均匀度。该方法500接着进行步骤508，其中，与该质量分析器相关的一或多个次级线圈根据所检测到的带状射束均匀度来选择性地启动及/或控制以在需要时对其进行补偿。例如，如前面相关于图12A图及图12B所重点提示的，一或多个次级线圈可被启动且其中的电流分别被调整，以补偿横越该带状射束宽度所检测到的任何不均匀。在上述方式中，改进射束均匀度以一带状离子束来达成。
虽然本发明已将一些方面及配置方式显示及说明于上，但应了解，本领域技术人员将根据所读取及了解的本说明书及附图来想到等效的替代例或修改。尤其，关于通过上述元件(组件、装置、电路、系统、等等)所执行各种功能，用以说明这种元件所使用的术语(包含对″装置″的参考)除非另有指示，否则，即使不是结构性等效于用以执行本发明在此所示的示范性配置的功能而公开的结构，亦是要对应至用以执行所述元件专有功能的任何元件(也就是，它是功能性等效的)。此外，尽管在本发明一特定特征结合一些配置方式之一公开，但如想要且有利于任何给予或特定应用时，则这种特征可与其它实施方式的一或多个其它特征相结合。再者，这些术语″包含″、″含有″、″具有″、″有″、″带有″及其各种变化例的范围不是使用于该详细说明中就是使用于权利要求中，这些术语涵盖的范围类似于术语″包括″。同时，在此所使用的术语″示范性″只代表范例的意思，而非最佳的执行者。
权利要求
1.一种离子注入系统，其包括一离子源，其可操作以产生一带状离子束；一质量分析系统，其可操作以在一入口端接收该带状离子束并将该带状离子束内具有想要的电荷对质量比值的离子沿着一预定路径偏转以在一出口端输出，该质量分析系统还包括位于该入口端及出口端之一的场钳制器，该场钳制器可操作成基本上终止与其相关的一边缘场，从而减少该带状离子束的失真；以及一在该质量分析系统下游的终端站，其可操作成通过该带状离子束对一工件进行注入时支撑该工作。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该场钳制器包括于一与该带状离子束宽度相关的方向上延伸的二个铁件，其中，该第一铁件位于该带状离子束上面，而该第二铁件位于该带状离子束下面。
3.如权利要求1所述的系统，其中，该质量分析系统分别包括一位于该入口端的第一场钳制器及一位于该出口端的第二场钳制器。
4.如权利要求3所述的系统，其中，该第一及第二场钳制器各包括于一与该带状离子束宽度相关的方向上延伸的二个铁件，其中，该第一铁件位于该带状离子束上面，而该第二铁件位于该带状离子束下面。
5.如权利要求1所述的系统，其中，该质量分析系统更包括一对线圈，其间配置有一射束线路径，其中，这些线圈可操作成在电流流过时产生基本垂直于该带状离子束的传送方向的磁场。
6.如权利要求5所述的系统，其中，该对线圈在该带状离子束的宽度方向上延伸，并且在线圈的任一端确定质量分析系统的第一及第二相对侧部分。
7.如权利要求6所述的系统，其还包括分别在该带状离子束高度方向上，沿着该第一及第二相对侧延伸的一第一组次级线圈，其中，该第一组次级线圈结合该对线圈做为四单位线圈来操作，以调整该带状离子束末端的焦距或平行性。
8.如权利要求6所述的系统，其还包括在该带状离子束的宽度方向上延伸并叠加在该对线圈上的一第二组次级线圈，其中，该第二组次级线圈可操作成引导电流流经其中，而与该对线圈中的电流无关，从而提供对于该对线圈间的双极磁场的补偿。
9.如权利要求8所述的系统，其中，该第二组次级线圈包括一上方组及一下方组次级线圈，其中，该上方及下方组可独立地受到控制以提供对于该双极磁场的补偿。
10.一种质量分析器，其包括一对线圈，其拱形延伸于一入口端及一出口端的间，并具有一拱形射束线路径配置于其间；及一场钳制器，其可操作地耦接于这些线圈的入口端及出口端之一，并可操作成基本上终止分别从这些线圈的入口端及出口端之一所发射的边缘场。
11.如权利要求10所述的质量分析器，其还包括另一个可操作地耦接至这些线圈的入口端及出口端中的另一个的场钳制器。
12.如权利要求10所述的质量分析器，其中，该对线圈包括一确定该质量分析器顶部的第一线圈及一确定其底部的第二线圈，其中，该场钳制器包括一位于该第一线圈入口端的第一铁件及一位于该第二线圈入口端的第二铁件，其中，该第一及第二铁件操作成基本上终止在这些线圈入口端所发射出的边缘场。
13.如权利要求12所述的质量分析器，其中，该第一及第二线圈进一步在基本垂直于该拱形射束线路径的方向上延伸，并且确定该质量分析器的宽度，其中，该第一及第二铁件在该第一及第二线圈的入口端沿着该质量分析器的宽度延伸，从而基本上终止在这些线圈入口端沿着该质量分析器宽度所发射出的边缘场。
14.如权利要求10所述的质量分析器，其中，该对线圈包括一确定该质量分析器顶部的第一线圈及一确定其底部的第二线圈，其中，该场钳制器包括一位于该第一线圈出口端的第一铁件及一位于该第二线圈出口端的第二铁件，其中，该第一及第二铁件可操作成基本上终止在这些线圈出口端所发射出的边缘场。
15.如权利要求14所述的质量分析器，其中，该第一及第二线圈进一步在基本垂直于该拱形射束线路径的方向上延伸，并且确定该质量分析器的宽度，其中，该第一及第二铁件在该第一及第二线圈的出口端沿着该质量分析器的宽度延伸，从而基本终止在这些线圈出口端沿着该质量分析器宽度所发射出的边缘场。
16.一种用于质量分析一带状离子束的方法，其包括产生一用于沿着一预定路径偏转该带状离子束中所选离子的双极磁场；及限制与该双极磁场相关的边缘场的范围。
17.如权利要求16所述的方法，其中，限制这些边缘场的范围包括钳制一预定区域内的边缘场。
18.如权利要求16所述的方法，其中，该双极磁场分别产生于一具有一入口端及一出口端的质量分析器内，并且其中，限制这些边缘场的范围的步骤包括限制自该质量分析器的入口端及出口端所发射的边缘场的范围。
19.如权利要求18所述的方法，其中，这些边缘场的范围包括钳制一靠近该质量分析器的入口端及出口端的预定区域内的边缘场。
20.如权利要求19所述的方法，其中，钳制这些边缘场包括在靠近该质量分析器的入口端及出口端处放置一场钳制器。
21.如权利要求20所述的方法，其中，在该场钳制器及该质量分析器的入口端或出口端的间的距离足以避免该场钳制器的饱和。
22.如权利要求20所述的方法，其中，该场钳制器包括一具有一顶部及一底部的铁件，该顶部及底部各自沿着该带状离子束的宽度延伸，其中，该带状离子束穿透其间。
23.如权利要求16所述的方法，在限制这些边缘场的范围后还包括检测该带状离子束的均匀度。
24.如权利要求23所述的方法，其中，检测该带状离子束的均匀度发生在以该带状离子束所注入的一工件处或该工件的附近。
25.如权利要求23所述的方法，其中，该双极磁场被产生于一质量分析器内，还包括根据所检测到的带状离子束的均匀度来控制与该质量分析器相关的一或多个线圈。
全文摘要
本发明公开了一种用于带状离子束的质量分析器。该质量分析器包括一对线圈，其确定该分析器入口端及出口端。在该质量分析器的一或多个出入口端或其附近使用场钳制器。这些场钳制器工作以终止靠近该质量分析器出入口端的边缘场，从而降低这类边缘场对该带状射束的影响并改善射束的均匀度。
文档编号H01J37/05GK1791961SQ200480013242
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者V·班威尼斯特, Y·黄 申请人:艾克塞利斯技术公司