用于高电流离子注入的低污染低能量束线结构的制作方法

专利名称：用于高电流离子注入的低污染低能量束线结构的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种离子注入系统，以及具体的涉及与用于高电流离子注入器 的低污染低能量束线结构有关的系统与方法。
背景技术：
在半导体装置的制造中，使用离子注入而以杂质或掺杂物来掺杂半导体。使 用离子束注入器而以离子束碰撞硅晶片，以便在集成电路制造期间制成n或p型外质 (extrinsic)材料掺杂或形成钝化层。当使用于掺杂半导体时，该离子束注入器注入所选择 外质离子种类，以产生所想要的半导体材料。首先参考现有技术图1的传统离子注入系 统100。注入从来源材料如锑、砷、或磷的所产生的离子，会产生“n型”外质材料晶 片；而如果想要“p型”外质材料晶片，则可以注入从来源材料例如硼或铟所产生的离 子。离子源102用于沿着纵向射束路径106产生(例如笔型离子束、带状离子束 等)离子束104。该离子束源102包括具有有关电源的等离子源；以及抽取装置110， 其可以为例如藉由它而抽取离子束104的任何设计。提供以下例子以更完整说明本发 明，但并不可认为其限定本发明的范围。例如，该等离子源可以包括相当长的等离子限 制室，从该室可以使用抽取装置110中的抽取孔以抽取离子束104。该笔型、带状、或其 他型式离子束的形成为本领域技术人士所熟知。为了产生离子，将被离子化的掺杂物材料的气体(未图示)位于离子束源102的 等离子室中。该掺杂物气体可以例如从气体源(未图示)而馈入等离子室中。应了解， 除了电源的外，可以使用任何数目适当结构(在此均未显示)以激发在离子产生室中的自 由电子，离子产生室例如为射频(RF)或微波激发源、电子束注入源、电磁源及/或例如 在该室中产生弧形放电的阴极。这些受激电子在该室中与掺杂物气体分子碰撞且产生离 子。典型地产生正离子，虽然在该所公开内容可以应用至其中亦可产生负离子的系统。这些离子可以在该例中被离子抽取组件(未图示)经由离子束源102中的抽取装 置110可控制地抽取。该离子抽取组件可以包括多个抽取、接地、以及抑制电极。该抽 取组件可以包括例如独立抽取电源(未图示)将抽取及/或抑制电极偏压，而将来自离子 源102的离子加速。可以了解，由于离子束104包括类似带电粒子，当这些类似带电粒 子彼此排斥时，该射束104可能具有倾向鼓起(blowup)或向外径向扩张。亦可以了解， 在低能量中该射束鼓起会加剧，在高电流射束中有许多类似带电粒子(例如高电流)在 相同方向中相当缓慢地(例如低能量)移动，以致于在这些粒子间有充分的排斥力，但 只有少许粒子动量，将这些粒子保持在射束路径106的方向中移动。因此，通常将抽取 组件110设置为以高能量来抽取射束104，以致于该射束104不会鼓起(例如以致于这 些粒子具有足够动量，以克服可以导致射束鼓起的排斥力)。此外，在该例中射束104在 该整个系统通常以相当高能量传送，且在与工件116刚好碰撞前能量减少，以促进射束 限制。
在离子源102的下游设有束线系统112，以接收来自离子源102的射束104，其 包括沿着路径设置的质量分析器114以接收射束104。操作该质量分析器114来提供跨 该路径的磁场，以致于根据质量(例如荷质比)的变化轨迹将来自离子束104的离子 偏转，以便提供如同图1中所述的质量分析离子束104。因此，质量分析器114在离子 束104上进行质量分析与角度修正/调整。在该例中，质量分析器114以大约90度的角 度形成，且包含一个或更多磁体(未图示)，用于在其中建立(双极)磁场。当该射束 104进入质量分析器114时，其由磁场相对应地弯曲，以致于将不适当荷质比的离子被排 除。更特别是，这些具有太大与太小荷质比的离子被偏转至质量分析器114的-侧壁中。 以该方式，质量分析器114仅允许在该射束104中具有所想要荷质比的离子而通过，且经 由解析孔径电极组件120的解析孔径116射出。质量分析器114可以藉由控制或调整磁性双极场的振幅，而在离子束104上进行 角度修正。该磁场的调整造成具有所想要/所选择荷质比的所选择离子沿着不同或变更 路径行进。解析孔径电极组件110位于质量分析器组件114的下游且沿着射束路径。解 析孔径电极组件120具有根据所选择质量解析度与离子束104的射束包络的尺寸与形状。一个或多个减速电极118可以位于离子束偏转组件的下游。该减速电极可以直 接使用于高电流超低能量的离子注入器，以便使得可以超低能量与减少能量污染来产生 高电流离子束。直至该点，在系统100中，该射束104通常以相对高能量水平传送以减 轻该射束鼓起的倾向，在该技术中为所熟知，该能量水平可以特别高，该射束密度例如 在扫描顶点被提高。该减速电极包括一个或多个电极，其可操作以将射束104减速。这 些电极典型地包含射束104可以通过的孔径。然而可以了解到，虽然在示例系统100中分别说明这些减速电极118为平行且具 有在相同平面中的孔径，这些电极可以包括任何适当数目的电极，其被配置且偏压以将 离子加速及/或减速，以及将离子束104聚焦、弯曲、偏转、汇集、扩散、扫描、平行 化、及/或去污染，例如在Huang等人的美国专利第6,441,382号中所提供，其整个因此 并入作为参考。在系统100中设置终端站108，其从束线系统112接收质量分析离子束104，且 使用最后经质量分析的离子束122而沿着用于注入的路径来支持一个或多个例如为半导 体晶片的工件110。该终端站108包括目标扫描系统126，以用于将一个或多个工件110 以及离子束104相对于彼此平移或扫描。该目标扫描系统126可以提供匹次或序列注入。 应了解，在系统100中离子束与其他粒子的碰撞会使得射束完整性退化。因该，可以包 括一个或多个泵(未图示)，以将至少该光束导引与质量分析器114抽成真空。典型的离子注入系统包括离子源102，用于由可离子化来源材料产生带正电离 子。所产生的离子形成离子束104，且沿着预定射束路径106被导引至注入终端站108。 离子注入系统100可以包括在离子源102与注入终端站108之间延伸的射束形成与成形结 构。该射束形成与成形结构保持该离子束104，且界限延伸的内部空腔或通道，其中该射 束在途中通过该空腔或通道至注入终端站108。当操作注入器时，该通道被抽成真空以减 少由于与气体分子碰撞，而使得这些离子从预定射束路径106偏转的可能性。在磁场中所给定动能的带电粒子的轨迹对于这些不同质量(或荷质比)的粒子是 不同。因该，在通过恒定磁场的后而抵达半导体工件110或其他目标的所想要区域中所抽取离子束104的一部份可以被制得相当纯净，这是由于非想要的分子量的离子被偏转 至离开射束104的位置，且可以避免注入所想要以外的材料。选择性地分开所想要与非 想要荷质比的离子的处理被称为质量分析。质量分析器114典型地使用质量分析磁体以 产生双极磁场，而将在离子束104中的各种离子经由在弧形通道中的磁性偏转而偏转， 该弧形通道将不同荷质比的离子有效地分开。对于一些离子注入系统来说，射束104的实体尺寸小于目标工件116的实体尺 寸，以致于射束在一个或多个方向中进行扫描以便足够地覆盖目标工件116的表面。通 常，在静电或磁性型扫描器在快速方向中扫描离子束104，且机械装置在缓慢扫描方向中 移动该目标工件116以便提供足够覆盖。该系统可以包括电流密度感测器(例如法拉第 杯124)，其测量所扫描射束的电流密度，其中电流密度为注入角度函数(例如在射束 与工件的机械表面间的相对方向、及/或在射束与工件116的晶格结构间的相对方向)。 该电流密度感测器以通常正交方式而相对于扫描射束104移动，以及因此典型地横越射 束104的宽度。在一个例子中，该剂量测定(dosimetry)系统测量射束密度分布与角度分 布两者。对于典型地高电流离子注入系统来说，各种减速元件可以减少能量污染且增加 低能量射束电流(参考Huang的美国专利第6,441,382号，其整个在此并入作为参考)。然而，将减速元件执行于离子注入器中会受到该特定离子注入器的结构的强烈 影响。因此，需要一种系统可以低能量达成低粒子污染水平，且可以维持该离子注入器 的其他性能表现要求。

发明内容
以下提供本发明的简化说明，以便提供本发明观点的基本了解。该说明并非为 本发明的广泛概要，且其用意既非为辨识本发明的关键或重要元件，亦非界定本发明的 范围。而是，该说明的目的为以简化形式提供本发明的一些概念，作为在稍后呈现更详 细说明的前言。本发明的这些观点涉及离子注入系统，其包括离子源，其产生沿射束路径的 离子束；质量分析器组件，其在该离子源的下游，该质量分析器组件在该离子束上进行 质量分析与角度修正；解析孔电极，其包括在该质量分析器组件的下游并且沿着该射束 路径的至少一个电极，至少一个电极具有根据所选择的质量解析度与射束包络的尺寸与 形状；偏转元件，其在解析孔电极的下游，且改变该离子束射出偏转元件的角度；减速 电极，其在偏转元件的下游，其进行电荷中和且将离子射速减速；支持台，在终端站中 而用于将以带电离子进行注入的工件保持和定位，以及其中该终端站以大约逆时针8度 安装，以致于该偏转的离子束垂直于工件。根据本发明的另一观点，离子注入系统包括离子源，其产生具有选择种类的 离子束；质量分析器，设置在该离子源的下游，而根据所选择荷质比与角度调整量来产 生磁场；解析孔，其在质量分析器的下游，其中该解析孔从分开离子束选择离子种类； 偏转元件，其被配置为沿着经修正离子束路径将该离子束逆时针大约偏转8度；以及减 速元件，其在该解析孔的下游。根据本发明还有另一观点，本发明涉及关于一种进行离子注入的方法，其包括选择用于离子源的离子源参数；根据荷质比以选择用于质量分析器的最初磁场强 度；根据所选择离子源参数而产生离子束；由质量分析器在离子束上进行质量分析；使 用解析孔以解析离子束；使用偏转元件将离子束偏转；以及使用减速元件将离子束减 速。以下说明与所附附图详细说明本发明的某些观点与实现方式。该仅显示其中可 以使用本发明原理的多种不同的方式。


图1为现有技术离子注入系统；图2为根据本发明观点的离子注入系统；图3为根据本发明观点的离子注入系统，其包括偏转元件与减速元件，其中以 零度的角度将离子注入工件；图4为根据本发明观点的离子注入系统的视图，其中以零度以外的角度将离子 束注入工件；图5为根据本发明观点的具有高电压电源系统的离子注入系统的另一视图，其 中离子束在旋转处理室中沿着改变路径行进；图6为根据本发明另一观点的往复式装置离子注入系统的又一示意图；以及图7为根据本发明观点一种调整注入角度的方法的流程图。
具体实施例方式现在参考图式说明本发明，其中使用相同参考元件符号被称为相同元件，以及 其中所说明的结构并无须依该例绘制。本发明主要方面是方便达成用于高电流注入的低污染低能量束线结构。首先，参考图2，其揭示本发明的第一实施例以提供离子注入系统200，其包括 离子源202，用于沿着纵向射束路径产生(例如笔形离子束、带形离子束等)离子束 204。该离子束源202包括具有相关电源208的等离子源206以及抽取装置210。该 抽取装置可以为任何设计，藉由该装置而可以例如抽取大孔径比的延长带形离子束204。 以下所提供示例以更完整地说明本发明，但并不可认为限制本发明的范围。例如，等离 子源206可以包括相当长的等离子限制室，从该室可以使用抽取装置210中高孔径比抽取 隙缝来抽取带形离子束204。离子束204包括横向宽度与横向高度，以界定第一孔径该， 其中横向宽度较横向高度大得多。例如，从等离子源206所抽取的延长离子束204的宽 度可以例如为大约100mm，以及其高度可以例如为10mm。该带形离子束与其他形式离 子束的形成为本领域技术人员所熟知。在离子源202的下游设有从其接收射束204的束线系统212，其包括质量分析 器214，其沿着路径设置以接收射束204，解析孔216，设置在质量分析器214的下游； 偏转元件218 ；以及加速及/或减速组件219。操作该质量分析器214以提供跨此路径的 磁场，以便根据质量(例如电荷-对-质量比)的变化轨迹将来自离子束204的离子偏 转，以提供延长质量分析离子束204，其所具有第二孔径比以及实质上类似于第一孔径比 的轮廓。在该实施例中，该离子束204可以藉由在质量分析器214中的磁场而弯曲大约90度。该质量分开解析孔216可以设置在质量分析器214的路径下游中，用于允许预先 选择的化学种类的离子通过该解析孔216。非想要的离子藉由无法通过该解析孔开口而分 开。然后，经聚焦的带形离子束204可以遭遇偏转元件218，其中如同所示的该射束204 可以逆时针方向偏转。该射束204然后可以进入减速元件219，当该离子束204通过该减 速元件219的减速电极时，该减速元件可以将该离子束204减速。在系统200中提供终端站226，其以大约8度的恒定角度设置。然而应注意，该 终端站226可以0至90度的任何角度设置。该终端站226从束线系统212接收质量分析 离子束204，且沿着用于使用质量分析与偏转离子束204进行注入的路径支持例如半导体 工件的一个或多个工件222。该终端站226包括目标扫描系统220，用于将一个或多个目 标工件222与延长离子束204相对于彼此进行平移或扫描。该目标扫描系统220可以提 供批次或序列注入。应了解，该目标扫描系统为本领域该技术人员所熟知。本发明的发明人认识到，在本发明中的束线系统212可以实现优于传统束线系 统的至少两个显著优点。首先，该新的束线系统212包括电性弯曲或偏转元件218与减 速元件219，其可以作用为阻隔以阻挡来自偏转元件218的上游的非想要的粒子。这些粒 子通常藉由离子束204的动量而被推向下游，而大部份粒子将一直向前移动。因此，束 线的偏转将减少可以抵达下游工件222的粒子数目。此外，偏转元件218可以作为中性 粒子分离器，其将持续在下游路径中的上游中性粒子予以分开。其次，在本发明的束线 系统212亦包括减速元件219，其可以大幅增加低束线能量电流。该由此的系统200导致 比在传统离子注入系统中所发现典型污染减少的能量污染。现在参考图3与图4以说明两个操作或工作模式作为本发明的额外实施例。在 该两个离子注入系统300与400中，该离子束304在如同图3中所示的第一模式301中、 或图4中所说明的第二模式401中沿着第一离子束路径305或第二离子束路径307行进。在图3中所说明的第一模式301中，设置或设定该终端站326以致于该离子束 304以大约零度的角度击中工件322，换句话说，垂直地击中工件322。在图4中所示的第二模式401中，设置或设定该终端站426而使允许该离子束 304以大于零度的平均角度击中工件422。为了达成该目的，该终端站426可以沿着由弯 曲间隙325(图3)或425(图4)所界定的轨道旋转。所述终端站是由Allen等人的美国 专利第6,231,054号中提供，其在此整个并入作为参考。在第一模式301中，该系统对 于两个工作模式工作漂移射束模式与减速射束模式。在漂移模式中，该射束能量大于 lOKeV,其中在减速模式中，该射束能量小于或等于lOKeV。关于处理控制，在图3中所 示的束线312具有优于传统束线的数个优点。漂移模式中，该束线312允许较快的射束 调整，其中该射束304可以大于lOKeV的能量进行抽取，以及可以将减速元件319调整至 接地电压。对于减速模式，可以容易地调整减速元件319以增加低能量的射束电流。此 外，因为上游的电性弯曲而将减少能量污染。该束线312允许对于工件312的准确剂量 控制，其中大部份的中性粒子与偏转元件318的下游的离子束304分开。如同所显示， 该离子束304中的弯曲如同以第二离子束路径307所说明的可以提供角度控制。现在参考图4，该离子注入系统400以非常类似于图3中系统300的方式运作。 唯一的差异为该终端站426旋转而使得工件422以大于零度的角度面向离子束307。在该 离子注入系统400中，该离子束304在第一模式301或第二模式404中沿着相同的第一离子束路径305或第二离子束路径307行进，如图4所示。在漂移模式中，该离子束能量 大于lOKeV，其中在减速模式中，该射束能量小于或等于lOKeV。关于处理控制，该束 线412具有优于传统束线的数个优点。漂移模式中，该束线412允许较快的射束调整， 其中该射束404可以大于lOKeV的能量进行抽取。该束线412允许对于工件412的准确 剂量控制，其中大部份的中性粒子与偏转元件418的下游的离子束404分开。可以容易 地调整减速元件419以增加在低能量的射束电流，且减少能量污染。如同所显示，该离 子束404中的弯曲如同以第二离子束路径307所说明可以提供角度控制。如同所显示， 图4中的终端站426可以旋转，以致于离子束404以垂直于第二离子束路径307以外的角 度而击中工件422。图5说明根据本发明观点的示例离子注入系统500。该系统500呈现用于说明目 的，且应了解，本发明的观点并不受限于所说明的离子注入系统500，且亦可以使用变化 结构的其他合适离子注入系统。该离子注入系统500包括离子源502，用于沿着纵向第一离子束路径505或第二 离子束路径507产生(例如笔形离子束、带形离子束等)离子束504。该离子束源502 包括具有有关抽取电源530的等离子源以及抽取装置510，其可以为抽取离子束504的任 何设计。提供以下例子以更完整说明本发明，但并不可认为其限制本发明的范畴。例 如，该等离子源可以包括相当长的等离子限制室，由该室可以使用抽取装置510中的抽 取孔来抽取离子束504。该笔形、带形、或其他型式离子束的形成，为本领域技术人员所 熟知。为了产生离子，将被离子化的掺杂物材料的气体位于离子束源502的等离子源 中。该掺杂物气体可以例如由气体源(未图示)而馈入等离子源中。应了解，除了电源 530的外，可以使用任何数目的适当装置(在此均未显示)以激发在离子产生室中的自由 电子，离子产生室例如为射频(RF)或微波激发源、电子束注入源、电磁源及/或例如 在该室中产生弧形放电的阴极。受激电子与掺杂物气体分子碰撞，且因而产生离子。典 型地产生正离子，虽然在此所公开内容可以应用至在其中亦可产生负离子的系统。离子可以藉由离子抽取组件(未图示)而经由离子束源502的抽取装置510中的 抽取孔来可控制地抽取。该离子抽取组件可以包括多个抽取、接地、以及抑制电极。可 以了解由于离子束504包括类带电粒子，该射束504可以在类带电粒子彼此排斥时而具有 鼓起或向外径向扩张的倾向。亦可以了解，在低能量、在高电流(高导电系数)射束中该 射束鼓起会加剧，其中有许多类带电粒子(例如高电流)在相同方向中相当缓慢地(例 如低能量)移动，以致于在等粒子间有充分的排斥力。因此，通常将抽取组件进行配 置而以高能量来抽取射束504，以致于将该射束鼓起最小化。此外，在减速模式中，在该 例中的射束504在该整个系统500中通常以相当高能量传送，且在与工件522正好发生碰 撞之前以减速元件519减少能量以促进射束限制。在离子源502的下游设有束线系统512以接收来自离子源的射束504，其包括沿 着路径所设置的质量分析器514以接收该射束504。操作该质量分析器514以提供跨此 第一离子束路径505的磁场，以致于根据质量(例如荷质比)的变化轨迹将来自离子束 504的离子偏转，以便提供质量分析离子束504，如同图5中所示。质量分析器514在离 子束504上进行质量分析与角度修正/调整。在该例中，质量分析器514以大约90度的角度形成，且包含一个或多个磁体(未图示)，用于在其中建立(双极)磁场。当该射 束504进入质量分析器514时，其由磁场相对应地弯曲以致于将不适当的荷质比的离子排 除。更特别是，这些具有太大与太小荷质比的离子被偏转至质量分析器514侧壁中。以 该方式，质量分析器514仅允许在该射束504中具有所想要荷质比的离子通过且经由解析 孔电极516的解析孔射出。质量分析器514可以藉由控制或调整磁性双极场的振幅而在离子束504上进行角 度修正。该磁场的调整造成具有所想要/所选择荷质比的所选择离子沿着不同或变更路 径行进。解析孔516所具有的尺寸与形状是根据所选择质量解析度与离子束504的射束 包络。束线系统512可以更包括离子束偏转组件518，其例如使用于低能量系统中在注 入于工件522之前可以使用减速。该偏转组件518例如包括偏转电极，用于将离子束504 从离子束路径505偏转至变更离子束路径507，因而从离子束504去除中性粒子(由于其 在偏转场的存在下无法偏转)，否则中性粒子可以作为能量污染物。该偏转组件518作为 中性粒子分离器，其将上游中性粒子与下游离子束504分开。此外重要的是，该偏转组 件518作用类粒子阻隔器，且将阻挡大百分比的粒子行进至下游。在该例中，形成减速元件519的一个或多个减速电极可以位于离子束偏转组件 518的下游。该减速电极可以直接使用于高电流、超低能量离子注入器，以便使得可以超 低能量与减少能量污染来产生高电流离子束。一直至此点，在系统500中，该射束504 通常以相当高的能量水平传送以减轻该射束鼓起的倾向。该减速电极包括一个或多个可 操作将射束504减速的电极。所述电极典型地包含射束504可以行进通过的孔。然而，可以了解在示例的系统500中各个所述减速电极为平行，且具有在相同 平面中的孔，所述电极可以包括任何适当数目的电极，其被配置且偏压以将离子加速及 /或减速，以及将离子束504聚焦、弯曲、偏转、汇集、扩散、扫描、平行、及/或去污 染，例如在Huang等人的美国专利第6,441,382号中所提供，其整个内容因此在此并入作 为参考。在系统500中设置终端站526，其从束线系统512接收质量分析离子束504 ；以 及设置目标扫描系统，其沿着用于使用最后质量分析离子束504进行注入的路径来支持 一个或多个例如为半导体晶片的工件522。该终端站526包括目标扫描系统520，用于将 一个或多个目标工件522以及离子束504相对于彼此平移或扫描。该目标扫描系统520 可以提供批次或序列注入。应了解，在系统500中离子束与其他粒子碰撞会使得射束完整性退化。因此， 可以包括一个或多个泵(未图示)以至少将该束线系统512与质量分析器114抽成真空。各个抑制与抽取电源528、530可以操作地耦合至抑制电极与离子源502。该终 端站526然后接收该被导引朝向工件522的离子束504。应了解，在注入器500中可以 使用不同型式的终端站。例如，“批次”型式的终端站可以同时在旋转支持结构上支持 多个工件522，其中该工件522经由离子束的路径而旋转直至所有工件522被完全注入为 止。在另一方面，“序列”型式的终端站可以沿着用于注入的束线轴514而支持单一工 件522，其中该多个工件522以序列方式一次注入一个，而在下一个工件522开始注入的 前各工件522被完全注入。在混合系统中，该工件522可以在第一(Y或慢速扫描)方向中机械地平移，同时射束在第二(X或快速扫描)方向中扫描以将射束504在整个工件 522上转移。对于减速模式，该减速电源供应器527连接该射束导引514、该抽取系统的电性 弯曲件518的弯曲板、前减速电极、以及后接地电极中的一个。对于飘移模式，该减速 电源供应器528藉由接地线进行旁通。该弯曲电源供应器555连接至电性弯曲件518的 另一板。该减速抑制电源供应器557连接该减速元件的中间电极。调整这些电源以产生 所期望的离子束效能、正确的弯曲角度、最后离子束能量、以及最适聚焦。在该例中，轮廓器可以包括电流密度感测器(例如法拉第(Faraday)杯524)，其 测量离子束504的电流密度，其中该电流密度为注入角度函数(例如在该射束与工件机 械表面间的相对方向、及/或在该射束与工件522晶格结构间的相对方向)。该电流密度 感测器以通常正交方式相对于扫描射束504进行移动，以及因该典型地横越带状射束504 的宽度。在该例中，该剂量测定(dosimetry)系统测量射束密度分布与角度分布。该晶 片使用晶片移动控制525而移动。可以存在控制系统532，其可以控制、通信、及/或调整离子源502、质量分 析器514、孔组件、电性弯曲件、减速元件、以及剂量测定系统。该控制系统532可以 包括计算机、微处理器等，且可以操作以获得射束特征的测量值，以及因此可以调整参 数。该控制系统532可以耦合至从其中可以产生离子束502的终端、束线系统512的质 量分析器514、以及减速元件519。因此，可以由控制系统532或任何数目的控制器调整 任何这些元件，以方便产生所想要的离子。例如，可以藉由调整例如所施加至离子抽取 装置510与减速元件519中的电极的偏压，而可以将射束504的能量水平进行调适来调整 接面深度。现在参考图6，其说明示例的离子注入系统600，显示为根据本发明观点的侧视 图。可以了解，可以操作图6的示例往复驱动系统600、藉由离子束605而以两个维度来 扫描工件616，以下将更详细讨论。根据本发明的示例观点，该往复驱动系统600包括马 达(来图示)，其中该马达操作上系经耦合至处理室(亦称为终端站)，以及其中该处理 室更与离子束605有关。该离子束605例如可以包括一组离子，其沿着接近而实质上平 行轨迹而采取一点或所谓“笔形射束”形状一起行进，如同由本领域技术人员所熟知的 任何适当离子注入系统(未图示)所形成，其细节在此并不讨论。根据本发明，该处理室可以包括通常为密闭的真空室，其中可操作该处理室中 的内部环境，而与该处理室外的外部环境通常隔离。例如，可以将该真空室加以设置与 配备以致于将内部环境维持在实质上低压(例如真空)。更可以将该处理室耦合至一 个或多个承载室(末图示)，其中该工件616可以在该处理室的内部环境与外部环境间传 输，而实质上不会损失该处理室中的真空。该处理室可以替代地由通常非密闭处理空间 (未图示)所构成，其中该处理空间通常与该外部环境连接。在一个实施例中，该处理室可以相对于外部环境旋转。该实施例可以例如称为 第二模式(图4)。本发明设想任何处理室502与处理媒体，其可操作以使用于处理工件 616而不论该处理室为密闭、非密闭、固定、或移动，并且可以设想所有这些处理室与处 理媒体落入于本发明的范畴中。该处理室中一种型式的示例于Vanderpot等人的美国专利 第7,135,691号中的说明，其内容在此并入作为参考。
图6说明示例的摆动往复驱动装置600，其中杆628的示例地围绕第一轴624旋 转644，其中扫描臂632、终端效应器678、以及工件616进一步围绕第一轴624旋转。 因此，工件616可以沿着第一扫描路径646相对于离子束605而往复地平移(例如经由 杆628围绕第一轴624的一个或多个循环反向旋转)，其中该离子束605被示出为进入图 6的页面中。可以有利地控制该杆628围绕第一轴624的旋转444(及/或反向旋转)， 以便该终端效应器678沿着第一扫描路径646而以均勻方式进行振荡或往复，如同以下将 讨论。图6进一步说明该终端效应器678围绕第二轴640旋转648，如同以上所讨论， 其中可以进一步控制该终端效应器678以及因此工件616围绕第二轴640的旋转，来保持 该工件616相对于第一轴624或离子束605的旋转方向650 (例如工件616相对于离子 束605抽取电极的旋转方向，是以相对于工件616为固定的三角形650所表示)。为了均勻地处理工件616 (例如从离子束605提供均勻离子注入于工件616中)， 重要的是当其沿着第一扫描路径646行进的同时要保持该终端效应器678为近似恒定的平 移速度。例如在工件616通过离子束605的同时保持该终端效应器678为一近似恒定 速度是提供给工件616 —般均勻的离子剂量。因此，当工件616沿着第一扫描路径646 以摆动式移动行进时，可以实现工件616的均勻处理。因此，在本发明的另一实施例中，通常恒定速度对于与工件616移动通过离子 束605有关的预定扫描范围654来说是所需要的。该预定扫描范围654通常与工件616 的实体维度有关(例如该扫描范围远大于工件616的直径)。在本例中，该预定扫瞄 范围654通常是由工件616行进一距离所界定，其中该距离系大于工件616的直径加上离 子束605的宽度的总和。其中该工件616沿着第一扫描路径646而行进通过离子束605， 以及其中该离子束605是在工件616的相对终端656之间扫描。根据还有另一实施例，可以界定用于在预定扫瞄范围654中工件616所想要的速 度轮廓，其中该所想要的速度轮廓通常取决于该往复驱动装置600的设置。例如，取决 于该工件616相对于扫描臂632是否为固定或可旋转，扫描臂632的旋转644的通常恒定 或可变速度(以及因此，工件616沿着第一扫描路径646的通常恒定或可变速度)为所需 要的。如果，例如工件616相对于扫描臂632旋转以便保持沿着第一扫描路径646的旋 转方向650，则当离子束605接近于预定扫描范围654的终端655时，该扫描臂632围绕 第一轴624的旋转速度可以改变(例如在接近预定扫描范围的终端时的速度增加大约 10%),以便沿着曲线路径将通常均勻离子剂量提供给工件616。作为另一个替代方式， 或除了改变扫描臂632的速度外，亦可以改变离子束605的性质(例如离子束电流)以便 对工件616产生通常均勻的剂量离子。在以上所述实施例的之一所指出的，通常所需要的为将在预定扫描范围654中 沿着第一扫描路径646的工件616保持实质上恒定速度，以便一般性地将工件616均勻地 暴露于离子束605。然而，由于工件616沿着第一扫描路径646的往复、交替回转、移 动，该工件616的加速与减速为不可避免，例如该杆625围绕第一轴624的顺时针与逆 时针旋转(例如反向旋转)的间。因此，为了容许扫描臂632、终端效应器678、以 及工件616的加速与减速，可以进一步界定在沿着第一扫描路径646上的最大位置660与 662之间该工件616的相对终端656所行经的最大扫描距离658。在当离子束605未与工 件616接触时、或当离子束605的至少一部分未与工件616接触时，该加速与渐速是发生在过冲区域664中。重要的是要注意，在传统二维扫瞄系统中，在工件方向反转期间所允许的加速 与减速量实质上受到限制，以便将传送至该传统扫描系统其余部分的惯性力与有关反应 力最小化。美国专利第7,135,691号说明一种经由离子束而用于扫描工件的往复驱动，该 专利在此并入作为参考。亦应注意，虽然该示例的方法在此说明与描述为一系列动作或事件，应了解， 本发明并不受限于这些所说明动作或事件的顺序，因为根据本发明，一些步骤可以不同 顺序发生、及/或可以与在此所显示与说明以外其他步骤同时发生。此外，可以在不需 要所有所说明步骤下执行根据本发明的方法。此外应了解到，该方法可以与在该所描述 与说明系统100有关地执行、以及与未说明的其他系统有关地执行。方法700在步骤702开始，其中离子源的参数是根据所想要的离子种类、能量、 电流等而选择。该离子源202 (参考例如图2)可以弧形为主或以非弧形为主的离子源 202，例如射频(RF)或电子枪为主的离子源202。该一个或多个离子种类可以藉由选 择用于离子源202的一个或多个来源材料而选择。该电流可以藉由例如调变功率值及/ 或电极而选择。质量分析器214的最初磁场强度(参考例如图2)可以根据荷质比而选 择。在步骤706产生离子束204(参考例如图2)，其沿着第一射束路径505平移(图 5)。在一个实施例中，该来源孔维度的高度大约2mm、宽度大约100mm、以及其在进入 质量分析磁体515之前的宽度大约平行(图5)。可以将质量分析器214(图2)配置于离子源202(图2)的下游，以用于从离子源 接收离子束204，该质量分析器在离子束204上进行质量分析与角度修正。解析孔216(图 2)包括在质量分析器214的下游的至少一个电极(图2)，且其沿着射束路径204(图2) 具有根据所选择的质量解析度与射束包络的尺寸与形状。在步骤708，沿着第一路径305行进的离子束204(图3)，藉由偏转元件218(图 2)而沿着第二路径307 (图3)偏转。在步骤710，在偏转元件的下游的减速电极将该离 子束204减速(图2)。在步骤712，该支持台525(图5)是在终端站526中，用于将以 带电离子进行注入的工件522保持且定位，以及其中该终端站以大约8度逆时针安装，以 致于该所偏转的离子束504垂直于工件522，然后该处理结束。虽然，以上关于一个或多个实施例而说明与描述本发明，可以对这些所说明的 示例作各种替代及/或修正，而不偏离所附权利要求的精神与范畴。特别是关于由以上 所说明组件或结构(区块、单元、引擎、组件、装置、电路、系统筹)所进行的各种功 能，使用专有词(包括称为“装置”)来说明这些组件的用意为(除非另外表示)对应 于任何组件与结构，其进行所说明组件的特定功能(例如其为功能地等同)，即使其并 非结构地等同于所揭示的结构，其进行在该所说明本发明示例实施例中的功能。此外， 虽然以上仅关于多个实施例的一个揭示本发明的特定特征，此特征可以与其他实施例的 一或更多其他特征组合，这是因为对于任何给定或特定应用为所需要的且有利。在此所 使用专有词“示例”，其用意为表示一例而相对于最佳或优异。此外，关于在“发明详 细说明”与“权利要求”中所使用专有词“包括”(including)、“包含”(includes)、
“具有”(having)、“具有”(has)、“带有”(with)或其变化形式的范围，该等专有词 的用意为类似于专有词“包括”(comprising)的包含。
权利要求
1.一种离子注入系统，包括离子源，其产生沿射束路径的离子束；质量分析器组件，其在该离子源的下游，该质量分析器组件在该离子束上进行质量 分析与角度修正；解析孔电极，其包括在该质量分析器组件的下游并且沿着该射束路径的至少一个电 极，至少一个电极具有根据所选择的质量解析度与射束包络的尺寸与形状；偏转元件，其在该解析孔电极的下游，该偏转元件改变该离子束射出该偏转元件的 角度；减速电极，其在该偏转元件的下游，该减速电极进行电荷中和且将该离子束减速；支持台，其在终端站中，以用于将以带电离子进行注入的工件保持和定位；以及其中该终端站以大约逆时针8度进行安装，以致于所偏转的该离子束垂直于该工件。
2.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该终端站为静止的且被安装，以致于所偏 转的离子束大于0度且小于或等于90度而垂直于该工件。
3.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该系统在漂移模式中操作，其中该漂移模 式所涉及的能量大于lOKeV。
4.如权利要求1所述的离子注入系统，进一步在减速模式中操作，其中该减速模式所 涉及的能量小于或等于lOKeV。
5.如权利要求1所述的离子注入系统，还包括控制系统，其耦合至该质量分析器组 件，以用于调整该质量分析器组件的磁场强度。
6.如权利要求2所述的离子注入系统，其中该终端站并非静止，但能够在顺时针或逆 时针方向旋转大约O至90度。
7.如权利要求5所述的离子注入系统，其中根据来自该解析孔电极的离子束的入射角 度的数值，该控制系统进一步得出用于该解析孔电极的孔径调整量，且该控制系统控制 该解析孔电极的磁场强度。
8.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该解析孔还具有根据由该质量分析器组件 的可能角度调整范围的尺寸与形状。
9.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该质量分析器组件包括具有线圈的电磁 体，以及其中流经该线圈的电流是由该控制系统所控制。
10.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该离子束包括笔形射束与带状射束。
11.如权利要求5所述的离子注入系统，其中该控制系统耦合至该偏转元件，其中偏 转元件磁场由该控制系统所调整。
12.如权利要求1所述的离子注入系统，其中该离子注入系统与工件摆动往复驱动装 置一起使用。
13.如权利要求5所述的离子注入系统，其中该控制系统耦合至该减速元件，其中减 速元件磁场能够由该控制系统所调整。
14.一种离子注入系统，包括离子源，其所产生的离子束具有所选择的种类；质量分析器，其设置在该离子源的下游，而根据所选择的荷质比与角度调整量来产生磁场；解析孔，其在该质量分析器的下游；其中，该解析孔从分开的离子束选择离子种类；偏转元件，其被配置将该离子束沿着修正的离子束路径逆时针偏转大约8度；以及 减速元件，其在该解析孔的下游。
15.如权利要求14所述的离子注入系统，其中终端站的角度调整量为0度。
16.如权利要求14所述的离子注入系统，其中终端站的角度调整量为大约0至90度。
17.如权利要求14所述的离子注入系统，还包括聚焦组件，其设置在该质量分析器的 下游、以及在孔组件的上游，以造成该离子束汇集。
18.如权利要求14所述的离子注入系统，其中该离子注入系统与工件摆动往复驱动装 置一起使用。
19.一种进行离子注入的方法，其包括 选择用于离子源的离子源参数；根据荷质比来选择用于质量分析器的最初磁场强度； 根据所选择的离子源参数而产生离子束； 由该质量分析器在该离子束上进行质量分析； 使用解析孔解析该离子束； 使用偏转元件将该离子束偏转；以及 使用减速元件将该离子束减速。
20.如权利要求19所述的方法，还包括设定用于该解析孔的最初位置。
21.如权利要求19所述的方法，还包括根据所得出的角度调整量来得出用于该解析孔 的位置调整值，以及将该位置调整值用于该解析孔。
22.如权利要求19所述的方法，还包括将磁场修正量用于该质量分析器。
23.如权利要求19所述的方法，还包括获得用于该离子束的修正的入射角度值。
24.如权利要求23所述的方法，还包括将该修正的入射角度值与所选择的注入角度比 较，以决定是否需要作额外角度修正。
25.如权利要求19所述的方法，其中获得该入射角度值包括在靠近目标工件的一个或 多个位置处测量角度。
全文摘要
一种离子注入系统(500)，包括离子源(502)，其产生沿射束路径(505，507)的离子束(504)；在该离子源的下游的质量分析器组件(514)，其在该离子束上进行质量分析与角度修正；解析孔(516)电极，其包括在该质量分析器组件(514)的下游并且沿着该射束路径的至少一个电极，至少一个电极具有根据所选择的质量解析度与射束包络的尺寸与形状；在解析孔电极的下游的偏转元件(518)，其改变该偏转元件射出该离子束(507)的路径；在偏转元件的下游的减速电极(519)，其将该离子束进行减速；支持台，其在终端站(526)中以用于将由带电离子所注入的工件(522)进行保持和定位，以及其中该终端站以大约逆时针8度安装，以致于所偏转的该离子束垂直于该工件。
文档编号H01J37/317GK102017054SQ200980114412
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年4月24日
发明者Y·黄 申请人:艾克塞利斯科技公司