用于控制离子角展度的设备和技术的制作方法
【专利说明】用于控制离子角展度的设备和技术
[0001]相关申请
[0002]本发明主张2013年6月26日提交的第61/839，516号美国临时专利申请的优先权。
技术领域
[0003]本实施例涉及一种离子注入设备，更具体来说，涉及一种在离子注入设备中的束角均匀性控制。
【背景技术】
[0004]如今，半导体电子装置、太阳能电池的制造以及其他技术依赖于用于掺杂或另外修改硅以及其他类型衬底的离子注入机系统。一种类型的离子注入机系统通过生成离子束并且将该离子束引导向衬底，以使离子在衬底表面下方停止移动来进行掺杂。在许多应用中，在衬底上扫描具有规定形状以及离子束区域的离子束(诸如点波束或带状束)，以将物质注入到大于离子束区域的衬底区域中。可以相对于静止的束来扫描衬底或者可以使衬底和束相对于彼此来进行扫描。在任何这些情况中，许多应用要求衬底被均匀地注入大部分该衬底的上方。遗憾的是，在注入过程中可能产生某些不均匀性。
[0005]在注入过程中可能由离子束产生某些不均匀性。一种类型的不均匀性是所谓平行的离子束的入射角展度。在某些状况下，此种入射角展度可以有系统地穿过整个衬底，以使得朝向一侧的入射角不同于朝向另一侧的入射角。束线离子注入设备通常通过对经由束路径上的不同组件的离子进行塑形、偏转、加速以及减速来处理离子束。在许多系统中，即使在入射到衬底上之前的最终阶段的离子束的“准直”之后，整个衬底上的离子的垂直角展度仍可能例如在大约0.5°至1.0°之间。即使入射角的较小差异也可能对注入过程的均匀性产生较大影响。正是关于这些以及其他考量，需要本发明的改良。
【发明内容】
[0006]在一个实施例中，静电扫描器用以扫描离子注入机中的离子束。静电扫描器可以包含第一扫描板，所述第一扫描板具有面向离子束的第一内表面，所述第一内表面在垂直于离子束传播方向的第一平面中具有凹面形状；以及与第一扫描板相对的第二扫描板，二者以间隙间隔开以容纳离子束，所述第二扫描板具有面向离子束的第二内表面并且在第一平面中具有凸面形状，第一扫描板以及第二扫描板经配置以在所述间隙中生成静电场，从而沿着垂直于离子束传播方向的水平方向来回扫描离子束。
[0007]在另一实施例中，离子注入系统包含用以扫描离子束的静电扫描器，所述静电扫描器包含第一扫描板以及与第一扫描板相对的第二扫描板。第一扫描板和第二扫描板可以间隙间隔开以引导离子束穿过其中，并且经配置以在所述间隙间生成静电场。离子注入系统还包含磁性准直器，所述磁性准直器可操作以使经扫描的离子束在第一平面内的曲线中弯曲，其中所述曲线包括外曲线部分以及内曲线部分，且其中第一扫描板以及第二扫描板可交互操作以沿着垂直于第一平面的垂直方向生成离子束的可变垂直聚焦，其中沿着外曲线部分的垂直聚焦比沿着内曲线部分的垂直聚焦更发散。
[0008]在另一实施例中，用于处理离子束的方法包含在第一扫描板与第二扫描板之间引导离子束，所述第一扫描板具有在面对离子束的内表面上的凹曲度，所述第二扫描板具有在面对离子束以及第一扫描板的内表面上的凸曲度，所述凹曲度以及所述凸曲度位于第一平面中。该方法可以进一步包含在垂直于离子束传播方向的水平方向上使用第一扫描板与第二扫描板之间的波动电场来回扫描离子束。
【附图说明】
[0009]图1A示出示范性束线离子注入设备的框图形式的俯视图；
[0010]图1B示出图1A的设备的选择组件的细节的俯视图；
[0011]图2A示出对根据本实施例的离子束外曲线部分的操纵的光学组件的画像；
[0012]图2B示出对根据本实施例的离子束内曲线部分的操纵的光学组件的画像；
[0013]图3A示出一实施例的静电扫描器的正视图；
[0014]图3B说明另一示范性静电扫描器的正视图；
[0015]图3C示出根据本实施例的静电扫描器的等距视图；
[0016]图3D示出根据本实施例的静电扫描器的俯视图；
[0017]图4示出根据本实施例的另一静电扫描器的正视图；以及
[0018]图5示出叠加在传统静电扫描器上的本实施例的静电扫描器的正视图。
【具体实施方式】
[0019]本文所述的实施例提供用于控制离子注入系统中的离子束的设备和方法。离子注入系统的实例包含束线离子注入系统。本实施例涵盖的离子注入系统包含生成“斑点离子束”的那些系统，所述“斑点离子束”具有一般斑点形状的横截面。在本实施例中，提供一种新颖的偏转系统以调整穿过其中的离子束的束特性。具体来说，新颖的偏转系统可以形成静电扫描器的一部分并且可以用于以某种方式扫描束以及使束成形，从而补偿由其他束线组件引起的不均匀性。如下详述，在各种实施例中，将一组弯曲的静电板对与诸如磁性准直器等束准直器结合使用，以减小在整个衬底上扫描离子束时离子束的垂直角展度的不均匀性。
[0020]具体来说，本实施例的静电扫描器可以与传统的磁性准直器一起使用，以减小垂直离子束角展度以及整个衬底上垂直离子束角展度的不均匀性，所述衬底在离子行进通过磁性准直器之后被引入到传统的离子注入系统中。这种特定的不均匀性是由于在许多传统的离子注入机中，准直器磁体组件的几何结构使得准直器磁体将离子的外曲线轨迹比内曲线轨迹弯曲更大的偏转角。这导致接近外曲线的离子束部分中的离子的更多聚焦，并且导致更多会聚的离子束或更少发散的(根据特定束的性质)离子束到达那些部分处的衬底。在如今的离子注入设备的一个实例中，当发散的束撞击在暴露于离子束“内曲线”部分一侧处的衬底时，可以朝向暴露于离子束“外曲线”部分的衬底的一侧产生几乎平行的束，从而在一个实例中，导致在整个衬底的多个位置处垂直角展度介于接近零度( <?0.1° )到0.5°与1°之间的范围内。
[0021]图1A不出尚子注入设备100的一般特征的俯视图，而图1Β不出符合本实施例的离子注入设备100的选择组件的细节的俯视图。离子注入设备100的各种元件包含离子源102、分析磁体104、静电扫描器106、磁性准直器108以及衬底平台110。离子注入设备100经配置以生成离子束112并将离子束112传递到衬底114。在图1Α中说明的特定配置可以尤其适合于中等电流离子注入。然而，所述实施例并不受限于此上下文。对离子注入设备100的各种组件，包含离子源102、分析磁体104、质量分析狭缝(未单独示出)以及衬底平台110的操作已为人熟知并且在此省略对此类组件的进一步论述。
[0022]如在图1Α中所说明，离子束112沿着传播方向在离子源102与衬底平台110之间变化的路径所引导。为了便于下文讨论，采用不同坐标系以描述所示本实施例的操作。在静电扫描器处使用第一笛卡耳坐标系，其组件被标记为Y、Xs以及Zs，而在磁性准直器108的出口处使用第二笛卡耳坐标系，其组件被标记为Y、Xc以及Zc。在每个坐标系中，Y方向为相同的绝对方向。不同坐标系的Z方向在每种情况下沿着处于特定点的离子束的传播方向。因此，绝对方向Zc不同于Zs。类似地，Xc不同于Xs。然而，Xc和Zc界定“X-Z”平面，该平面可能与由Xs和Zs界定的平面为共同平面。
[0023]如同传统的设备一样，离子注入设备100使离子束112沿着磁性准直器108内的弧形弯曲。在此情况下，离子束112在位于X-Z平面中的弧形内弯曲，其中X-Z平面垂直于Y方向。在图式中，当离子束112朝向图1A的俯视图中的衬底114传播时，离子束112被示为朝向右侧弯曲。如下详述且符合传统的离子注入设备，磁性准直器108经配置，使得与在内曲线位置I处离子束112的弧形内部处的离子束聚焦相比，在外曲线位置0处离子束112的弧形外部的离子束聚焦有所不同。这归因于磁性准直器108的构成组件(未单独示出)的布置。此类传统的磁性准直器布置具有设计简单且紧密的优点。然而，当离子束112向衬底114传播时，由磁性准直器108产生的可变聚焦转化成沿着Xc方向施加至离子束112的可变聚焦。具体来说，在此称为离子束112的“垂直聚焦”在外曲线点0与内曲线点I之间是有差异的。如所提及，垂直聚焦指示离子束相对于与x-z平面正交的Y方向的聚焦。相