专利名称：离子注入中的增强型低能离子束传输的制作方法
技术领域：
本发明公开内容整体上涉及离子注入系统，且更特别地，涉及控制离子注入机中的离子束。
背景技术：
典型的离子束注入机包括用于从源材料产生带正电荷的离子的离子源。所产生的离子形成束并被沿着预定束路径弓I导至注入站。离子束注入机可以包括在离子源和注入站之间延伸的束形成成形结构。束形成成形结构保持离子束并包围细长内腔或通道，所述束在途中经过该细长内腔或通道到达注入站。当操作注入机时，该通道可以被抽成真空，以降低由于离子与残留气体分子碰撞而导致离子从预定束路径偏转的可能性。离子的质量相对于其上的电荷之比(如，荷质比)影响它由静电场或磁场轴向和侧向加速的程度。因此，可以使到达半导体晶片或其它目标的预期区域的束非常纯净，这是因为具有不希望的分子量的离子可以被偏转至离开束的位置，并且可以避免除期望材料之外的注入。选择性地分离具有希望和不希望的荷质比的离子的过程已知为质量分析。质量分析器通常采用产生偶极磁场的质量分析磁体，以在弓形通道中经由磁偏转偏转离子束中的各种离子，这将有效地分离具有不同荷质比的离子。对于浅深度离子注入，大电流、低能离子束是希望的。在这种情况中，由于带有相同电荷的离子的相互排斥，离子能量的降低使得在维持离子束的汇聚方面造成了一定的困难。大电流离子束通常包括高浓度的带相似电荷的离子，其由于相互排斥而倾向于发散。为了在低压下维持低能大电流离子束的完整性，可以产生等离子体以围绕离子束。离子束通常传播穿过弱等离子体，该弱等离子体为束与残留或背景气体的相互作用的副产物。该等离子体倾向于中和离子束的空间电荷，从而极大地消除侧向电场，否则侧向电场将使束分散。在离子注入系统中，存在对与大电流低能离子束一起使用的束限制设备和方法的需要，其可以在低压下运行，并沿着质量分析器束引导装置的长度提供均勻的束限制。
发明内容
下述呈现简单的发明内容，以提供对本发明公开内容的一些方面的基本理解。本发明内容不是详尽的概述。其目的既不是要求区别关键或重要元件，也不是界定本发明公开内容的范围。确切地说，其主要目的仅仅是以简化的形式呈现一个或多个想法，作为随后呈现的更详细的描述的前序。低能大电流离子束的一个公知问题是“束散(beam blowup)”现象。大电流离子束由许多非常靠近的带相同电荷的粒子构成，导致了可以推动离子沿径向方向分开的排斥力。而且，也在大电流下进行低能注入时，束散可能被加剧，其中许多带相同电荷的粒子沿相同方向相对缓慢地移动(如，低能)。在这种情况中，由于束粒子密度增加，在粒子之间存在充足的排斥力，并且另外小的动量用于保持粒子沿束路径方向继续移动。结果，低能大电流离子束通常呈现出直径的膨胀，导致了不希望的未聚焦的离子束。通过使离子束穿过中和剂(诸如包含在等离子体内部的电子云)，可以降低束散。 通过将气体暴露至激励电场，可以产生适合这种功能的等离子体。气体可以被激励成带电等离子体，使得其电子的负电荷平衡包括离子束的离子的正电荷。这种暴露产生中和等离子体，可以使束穿过该中和等离子体以降低空间电荷作用，从而减轻束散。这种方案的一个问题是，用来产生等离子体的激励场可能会产生等离子体壳层， 该等离子体壳层是其中中和电子的密度相对低的区域。因此，穿过等离子体壳层的离子束的一部分将不经历中和处理，并且将继续呈现束散。在一种实施例中，通过改变激励场的生成可以降低这种作用。该系统不是以静态强度产生激励场，而且可以以不同的强度和/或频率产生各种激励场，以维持中和等离子体的等离子体状态，同时降低等离子体壳层作用。 以这种方式，可以降低等离子体壳层的束散加剧作用。在一种实施例中，离子注入系统包括脉冲调制的等离子体发生器，其用作束中和部件以减轻束散，该束散在大电流低能束中会是特别有问题的。脉冲调制的等离子体发生器可以位于没有施加的电场的系统中的任何区域中，在该区域中可能发生扩大。脉冲调制的等离子体发生器包括用于变化地产生激励场的部件，所述激励场产生中和离子束的等离子体，由此减轻束散。可以根据为了期望的束限制而将等离子体维持在足够的水平的需要使用激励场产生部件，而同时通过在其它时间减小或关闭激励场来减轻等离子体壳层作用。为了实现前述和相关的目的，下述描述和附图详细地阐述了特定示例性的方面和实施方式。这些表示且仅表示各种方式中的几种方式，其中可以采用一个或多个方面。在结合附图进行考虑时，将从下述的详细描述明白其它方面、优点和新颖特征。
图1为示出包括如本文中描述的中和部件的示例性离子注入系统的方块图。图2示出了示例性中和部件。图3a为示出激励期间中和部件中的示例性电压分布的视图。图北为示出在激励之后的“余辉(after glow) ”期间中和部件中的示例性电压分布的视图。图4和5为中和部件中的束电流和激励场的示例性图表。图6为示出在具有RF等离子体和不具有RF等离子体情况下电流对能量的图表。图7为离子注入系统中的束传输的示例性方法的方块图。
具体实施例方式参考附图描述了一个或多个方面，其中相似的附图标记在全文中通常用来表示相似的元件，并且其中各种结构没有必要按比例绘制。在接下来的描述中，为了说明的目的， 对诸多具体细节进行了阐述，以提供对本发明公开内容的一个或多个方面的全面了解。然而，本领域技术人员应当明白，可以以较少程度的这些具体细节来实施一个或多个方面。在其它例子中，以方块图形式示出公知的结构和装置，以便于促进对一个或多个方面的描述。如上所述，在半导体制造工艺中，用带电粒子或离子对半导体晶片或工件进行注入。低能大电流束的使用对于应用于微型化部件的浅掺杂是有利的，但这种离子束会受到束散(beam blowup)的阻碍。因此，此处的公开内容提供了一种离子注入系统和方法，其包括甚至在大电流低能注入中减轻束散的脉冲调制的等离子体发生器。图1示出了示例性离子注入系统110，其包括用于减轻束散的中和部件。系统110 具有终端112、束线组件114和终端站116。终端112包括由离子源电源119供电的离子束源120。离子源120产生带电离子，其被引出并形成离子束124，沿着束线组件114中的束路径将离子束124引导至终端站116。为了产生离子，将被离子化的掺杂剂材料(未示出)的气体位于离子束源120的产生室121内。掺杂剂气体例如可以从气体源(未示出)供给到室121中。除了离子源电源119，应当理解，任何数量的合适的机构(未示出)可以用来在离子产生室121内激发自由电子，如RF或微波激发源、电子束注射源、电磁源和/或阴极，例如，其可以在室内产生电弧放电。被激发的电子与掺杂剂气体分子碰撞，从而产生离子。通常，产生正离子，尽管本文公开内容也适用于其中产生负离子的系统。离子由离子引出组件123可控地通过室121中的狭缝118引出，离子引出组件123 包括多个引出和/或抑制电极12fe、125b。引出组件123可以包括引出电源122，其用于偏压引出和/或抑制电极125aU25b以加速来自产生室121的离子。可以理解，由于离子束IM包括带相同电荷的粒子，因此当带相同电荷的粒子相互排斥时，离子束可能具有径向向外扩大或膨胀的趋势。还可以理解，束散在低能大电流束中可能被加剧，其中许多带相同电荷的粒子沿相同方向相对缓慢地移动，使得粒子之间存在足够的排斥力，但是小的粒子动量用来保持粒子沿束路径的方向继续移动。因此，引出组件123通常配置成使得以高能量引出束，使束不放大(S卩，使得粒子具有足够的动量以克服会导致束散的排斥力)。而且，通常有利的是，以相对高的能量将束IM传递通过整个系统， 所述束仅在工件130的前面被降低，以促进对束的限制。还会有利的是，产生和传输分子或簇离子，其可以以相对高的能量进行传输，但被以较低的等同能量注入，这是因为分子或簇的能量被在分子的掺杂剂原子之间进行划分。束线组件114具有束引导装置132、质量分析器126、束限定部件135以及中和部件140，该中和部件140例如可以用作脉冲调制的等离子体发生器。质量分析器1 被形成为约90度的角度且包括用来在其中建立(偶极)磁场的一个或多个磁体(未示出)。当束IM进入质量分析器1 时，它由磁场相应地弯曲，使得具有不合适的荷质比的离子被排除。更特别地，具有太大或太小荷质比的离子被偏转到质量分析器126的侧壁127中。以这种方式，质量分析器126仅允许束IM中具有期望的荷质比的离子从其中穿过，并通过分辨孔134出射。应当理解，离子束与系统110中的其它粒子的碰撞会使束完整性劣化。因此可以包括一个或多个泵(未示出)，以至少对束引导装置132进行抽真空。束限定部件135包括用于限定(如通过扫描、聚焦、调整束能量、偏转和/或操控) 束的元件(未示出)，其中一个或多个束限定电源150可操作地耦接至束限定元件135，以偏压其中的元件(如，电极)。束限定部件135接收经过质量分析的且具有相对窄的轮廓的离子束124(如，图示的系统110中的“笔”束)，由束限定电源150施加的电压操作以扫描、 聚焦、能量调节、偏转和/或操控束。束限定部件135例如可以如在授权给Vanderberg等人的美国专利号7，064，340和/或授权给Rathme 11等人的美国专利号6，777，696中提供的那样操作，通过引用将美国专利号7，064，340和6，777，696的全部内容结合在本文中。此外， 束限定部件135可以包括静电偏转板(如，一对或多对静电偏转板)，以及单透镜(Einzel lens)、四极子和/或其它元件。虽然没有必要，但可能有利的是，将电压施加至偏转板使得它们的平均值为零，以避免必须引入附加元件，以减轻扭曲。在图示的示例中，终端站116为“串联”型终端站，其沿着用于注入的束路径支撑单个工件130，尽管可以具体地为任何数量的不同终端站。在终端站116内且在工件位置的附近可以包括剂量测定系统152，用于在注入操作之前进行校准测量。在校准期间，束IM 穿过剂量测定系统152。剂量测定系统152包括一个或多个轮廓仪156，其可以连续地横越轮廓分析仪路径158，从而测量被扫描的束的轮廓。轮廓仪156可以包括例如测量被扫描的束的电流密度的电流密度传感器(如法拉第杯)，其中电流密度为注入角度(如，束和工件的机械表面之间的相对方位，和/或束和工件的晶格结构之间的相对方位)的函数。剂量测定系统可以测量一个或多个离子注入特性，如束电流和/或大小。剂量测定系统152可以可操作地耦接至控制系统154，以接收来自控制系统154的命令信号，并向控制系统1 提供测量值。例如，可以包括计算机、微处理器等的控制系统 IM可以可操作地接收由剂量测定系统152提供的一个或多个离子注入特性的测量值，并且例如可以计算平均的束电流和/或能量。控制系统巧4还可以可操作地耦接至从其中产生离子束的终端112、束线组件114的质量分析器126、束限定部件135(如，经由束限定电源150)，和/或中和部件140。因此，这些元件中的任何一个或所有都可以由控制系统IM 进行调节，以基于由剂量测定系统152提供的测量值便于进行期望的离子注入。这种可操作耦接的一个潜在优势是对脉冲调制的等离子体发生器140的控制，以监测和增强束中和的效率(如，通过控制激励场脉冲调制和等离子体产生的细节)。例如，最初可以根据预定的束调整参数(其可以存储/加载到控制系统1 中)建立离子束。随后，基于关于由剂量测定系统152提供的选定的离子注入特性的反馈，可以根据需要改变供给至中和部件140 的功率，例如用于控制束电流和/或大小。转向图2，其示出了包括可以用作图1的中和部件140的脉冲调制的等离子体发生器的离子注入系统200的束线。脉冲调制的等离子体发生器可以如图1所示地靠近束引导装置132定位，但它也可以位于束限定部件135之前或之后。然而，应当理解，脉冲调制的等离子体发生器可以位于图1的系统110内的任一个或多个位置处，以便于进行期望的束等离子体限制。本发明的例子中的脉冲调制的等离子体发生器容纳在具有一对线圈202的质量分析器中，在图2中示出了质量分析器的剖面，其中第一线圈(或在示出的方位上的顶部线圈202a)位于第二线圈(或底部线圈)202b的上方，束路径204设置在它们之间并分别从进口端203a延伸穿过至出口端20北。每个线圈202沿宽度方向206延伸至少远至离子束的宽度，并且优选地延伸至比束宽度更宽一些。每个线圈202可以包括弓形磁轭208，该弓形磁轭208具有缠绕在其周围的一个或多个导体，例如在沿着磁轭的弓形形状的纵向方向上且通常平行于束路径204。在电流传导通过线圈202时，在大致垂直于束传播方向的方向上在线圈之间产生偶极磁场B。参照图2，横向延伸线圈202限定等离子体发生器200的横向相对侧214。设置在所述侧214中的一个上并定位在线圈20 和202b之间的是弓形延伸侧壁262和272。两个弓形延伸传导段22 和222b可以位于所述侧壁上。虽然这些段本身是导电的，但这些段彼此电隔离。在每个段22h、222b上，多个电极22^、224b沿着弓形路径纵向延伸，其中电极2M可以被沿着其进行连接。虽然电极224被显示为经由各个段222电连接在一起的多个分离元件，但应当理解，每个电极2M可以包括单个的、弓形延伸的传导元件以及其它配置，并且这种替换方案被设想落入到本发明公开内容的范围内。电极22 和224b耦接至电源(未示出，如RF电源)，使得在偏压时，可以形成激励场部件224，以沿大致垂直于束路径204的方向在电极22 和224b之间产生电场。在一个示例中，可以采用电极22^、2Mb与间隙212中的偶极磁场B (其垂直于所述电场)，以在其中产生类似于磁电管的电子捕获区域。移动的电子与气体(残留源气体或输入源气体， 如氙)碰撞，用于该气体的电离以产生等离子体。气体源(未示出)选择性地释放将被电离的气体(例如，如由控制器2M控制)，激励场部件2M用来由该气体产生带电等离子体 245。在一种实施方式中，激励场部件可以为天线，或任何能够产生为在射频范围和/ 或微波范围中的一个中运行的静电场和/或电磁场的激励场的部件。激励场部件2M可以包括天线，例如，当向激励场部件2M供电时，在天线附近产生高振幅激励场(如，高振幅磁场)。作为一个示例，射频(RF)天线可以用来产生射频范围中的电磁场，并将激励场引导至穿过其(如，窗口、天线等)的离子束。在另一情形中，激励场部件2M可以包括用直流电压偏压以产生直流放电的电极。在另一情形中，可以用直流偏压热丝，以产生丝放电。在又一种实施例中，激励部件可以为微波天线。在本发明的另一个方面中，电极2M也可以为磁体，其中每个磁体2M具北极和与其相关联的南极。例如，在扩大的区域223内的第一段22 中，磁体使得它们的磁极对准， 使每个磁体的北极向内面向另一个传导段222b上的磁体224b，并且具有向外面向远离其它磁体224b的南极。此外，在第二段222b中，磁体类似地使它们的磁极对准，然而，每个磁体224b的北极向内面向第一传导段22 上的磁体22 ，并具有向外面向远离磁体22 的南极。采用这种配置，磁体可以产生朝向束路径204延伸到弓形通道中的尖形磁场。虽然在图2中示出了一种配置，但应当理解，磁极方位可以交替移动，其中南极和北极的配置产生尖形磁场，并且本发明预料到任何这样的变化。由磁体2M产生的磁性的尖形磁场具有垂直于由电极2M产生的电场的部分。通常采用具有磁体的电极，可以定制尖形磁场，以在不影响其中的偶极子磁场B的质量分析功能的情况下最大化电离效率，如可以理解的那样。此外，通过采用具有磁体的电极(对于电场产生器和磁场产生器二者具有相似的结构)，可以简化设计。在等离子体发生器内产生的等离子体可以容易沿着磁力线(如与偶极子场B相关联的场力线)流动。因此，所产生的等离子体沿着弓形通道以相对均勻的方式形成，并且随后可以容易地沿着偶极子场力线横跨束引导装置的宽度扩散，以横跨带状束的宽度提供大致均勻的等离子体。因此，束的空间电荷中和可以有利地横跨其宽度均勻地发生。等离子体放电245可以包括两个质量不同的区域准中性等电势导电等离子体本体247和称为等离子体壳层249的边界层。等离子体本体包括多个移动电荷载体(如在等离子体本体内所示)，因此为导电介质。其内部通常具有均勻的电势。等离子体在与材料物体直接接触时不会长久存在，并且通过形成非中心壳层249而快速地将自身与物体分开。
8壳层为具有强电场的缺乏电子的、导电差的区域。等离子体本体在低能下可能是有利的，这是因为电子中和从其中经过的正离子束204中的空间电荷。因此，束不会放大很多，并且允许更有效的束传输。在一种实施例中，等离子体放电可以在给定频率和占空比的情况下周期地改变。 等离子体放电可以根据控制由控制系统2 (如，控制器和/或软件系统)激励的等离子体放电的时间依赖性的任何受控方式进行改变。例如，占空比可以确定脉冲调制的等离子体发生器在用于激发等离子体(如RF等离子体)的放电阶段中运行的时间部分。在一种实施例中，可以根据RF脉冲控制等离子体放电。例如，可以根据其中运行激励场部件224(如， RF天线)的不同阶段产生激励场的脉冲。在一种实施例中，激励场部件2M可以配置成在放电阶段运行，并且在余辉阶段中被停止，以在其上产生变化的场。当在天线的放电阶段期间运行时，激励场部件2M配置成在预定时间内在激励场部件224的表面附近产生高振幅电场。在一种实施例中，天线运行的所述预定时间可以为等离子体密度的函数，等离子体密度由测量装置252测量，并向控制系统2M发送信号，用于控制操作。在另一个示例中，所述预定时间可以为束电流、和 /或其中的束和/或等离子体放电的任何其它特性性质的函数。在一种实施例中，脉冲调制的等离子体发生器包括等离子体限制部件，如尖形限制系统，包括一个或多个尖形场元件22^、2Mb。例如，尖形磁体可以帮助在空间上保持所产生的等离子体，从而延长等离子体的保持时间。脉冲调制的等离子体发生器内的尖形磁体可以减少等离子体245至发生器的壁(如壁272和壁的扩散，因此延长余辉周期。 用于余辉周期的较长的预定时间可以减少用于所产生的RF等离子体的占空比，并增加束电流。气体源(未示出)、激励场产生部件2M和一个或多个可选的尖形场元件22如、 224b可以位于注入系统内的任何位置。不管中和等离子体附近的壁或边界怎样，对于这些周围表面可能会损失一些等离子体。给这些周围表面装上尖形磁体243可以便于限制等离子体。束扩大可以被减轻，这是因为束204中的快速离子的空间分布与中和等离子体的粒子的空间分布相平衡，使得相对地维持等离子体的中性，并建立无场区。因此，离子束的空间电荷由等离子体电子补偿，从而减轻束散。可以理解，等离子体壳层可以非常靠近激励场部件2M形成。这种壳层可以阻碍束散/束扩大的减轻，这是因为它们通常包括电子密度高度减小的区域，因此缺少中性， 并包含实质的电场(例如，参见Lieberman禾口 Lichtenberg的"Principles of Plasma Discharges and Materials Processing”第六章，通过引用将其全部内容结合于此)。在非磁化放电中，壳层电压为激励电极的电压的函数，使得最高的等离子体电势高于最高的电极电压；壳层中的电场随着壳层电压增加。对于激励场产生的放电阶段(图3a)和“余辉”阶段(图3b) 二者在图3a和图北中示出这种作用，“余辉”阶段是其中等离子体在已经从图2的激励场部件2M上切断功率之后缓慢衰退的时间周期。在这些图中，X轴364表示室中的点从最靠近激励场部件的室壁沈2(位于Y轴上)到离激励部件2M最远的室壁272(如图2所示)的距离。Y轴表示等离子体中的局部电压。图3a还示出了等离子体366内部的与激励部件368的电压相关的电压分布。图3a进一步示出激励期间产生的场具有两个相对高的电场区域激励部件附近的区域370，以及离激励部件最远的壁272附近的区域376。这些区域中的电场源于更加稀疏的被产生的中和等离子体，其有助于这些区域中的束散。应当明白，激励电极的激活加剧了该区域中的等离子体壳层的尺寸和大小。为了对比的目的，图北示出了位于室壁中的每一个处的具有相对小的宽度的等离子体壳层区域374、376。这些图一起示出了“余辉”周期期间激励电极368附近的减小的等离子体壳层作用(与激励电极368的激活期间产生的等离子体壳层374相比)。图3a还示出了等离子体电压(或电势)366超过激励电极368的电压的小的范围。应当理解，脉冲调制的等离子体发生器300和由此产生的场可以保持预定时间周期，以允许积累足够的等离子体密度。在余辉周期期间，等离子体的壳层中的电场实质上低于激励场产生部件是激活的时的电场，从而降低由等离子体壳层产生的扩大加剧作用。现在转向图4和5，其示出了作为包括激励场部件的示例性离子注入机的时间的函数的束电流502的各个图表。在所述图表中，水平轴显示时间进程，而垂直轴显示电流和 RF信号的幅度。在一种实施例中，RF信号505被脉冲调制为电压/控制信号。激励部件 (未示出)的占空比可以由所使用的注入机的束电流确定，从而改善等离子体密度和高的束传输的时间。图4和图5示出了不同RF波形505，和当启动RF场505时束电流503是如何随着等离子体增加的，随后在RF场被关闭时进一步增加，直到过去预定或给定时间之后，电流下降至RF场关闭值(如，等离子体气体基本消失时)为止。在一种实施例中，除此之外，可以基于离子束种类、束电流、束能量和离子注入机的类型(例如通过控制器254)调节脉冲的频率和持续时间以及等离子体密度的阈值，以增强时间平均的束电流，并促进增强余辉阶段中的束传输。此外，应当理解，通过根据维持气体激发成中和等离子体的需要变化地产生激励场，可以减轻壳层和/或与其相关的不希望的作用。用于改变激励场的强度的许多图案可能适合于这样的功能。例如，可以间断地产生激励场，或者可以产生具有振荡场强度的激励场；或者以无规律的间隔产生激励场，和/ 或产生具有无规律的场强度的激励场；或者可以产生为中和等离子体的密度的函数的激励场，如具有场强度与中和等离子体密度成反比的激励场。除此之外，可以基于离子束种类、 束电流、束能量和离子注入机的类型根据需要(如，由图2的控制器254)调节激励场的频率和持续时间，以增强时间平均的束电流并促进增强余辉周期中的束传输。在一种实施例中，供给至激励场部件224的功率可以被脉冲调制，以产生间歇的激励场。现在转向图6，作为一个示例，示出了采用硼离子获得的改进的净离子束电流的图表。如上所述，可以采用各种类型的束种类以及硼离子。图6示出了在IAkeV束能量以下， 具有脉冲调制的等离子体的平均束电流超过没有等离子体的电流，因此对利用在此实施的束等离子体中和方法是有利的。对于不同的离子种类，以及对于不同的离子注入系统，可以改变对RF等离子体是有用的阈值能量。现在转向图7，示出了在离子注入系统中将离子注入工件的方法700。虽然方法 700和本文中的其它方法在下文被示出并被描述为一系列的动作或事件，但应当理解，本发明不限于示出的这种动作或事件的顺序。例如，根据本发明，一些动作可以以与除本文中示出和/或描述的这些动作或事件之外的其它动作或事件不同的顺序和/或同时发生。此外， 可以不需要所有示出的步骤来实施根据本发明的方法。而且，可以关联本文中示出和描述的结构的形成和/或处理以及关联未被示出的其它结构来实施根据本发明的方法。
所述方法以步骤702和704开始，沿着离子注入系统中的路径由离子源产生离子束。可以设想任何能够产生离子束的离子源。在步骤706，以任何变化的方式产生等离子体放电(如RF等离子体放电)。例如，等离子体放电可以被引导至穿过脉冲调制的等离子体发生器的离子束(如上所述)，并以脉冲形式产生，使得对等离子体进行脉冲调制。在一种实施例中，在放电阶段期间的预定时间内，可以间断地进行等离子体放电的脉冲调制。在一种实施例中，在步骤708可以在由占空比设定的预定时间内进行等离子体放电的脉冲调制。在一种实施例中，占空比可以为等离子体密度的函数。例如，控制器(未示出)可以依据由测量装置提供的测量值管理激励场部件(未示出)的脉冲循环。因此，可以监测等离子体密度，以对于发生的放电阶段调节并控制由控制器预先确定的时间。在另一种实施例中，等离子体放电没有被脉冲调制，但间断地产生以改变强度水平。此外，可以由可以为束电流的函数的占空比设定所述预定时间。例如，如果束电流在特定阈值以下经过，则占空比可以较短或为零。同样的方式也可以应用于其它束特性，例如诸如种类、电荷和/或能量。可以选择占空比用于对等离子体放电进行脉冲调制。例如，占空比(如，时间依赖性)可以被编程和/或控制以产生脉冲，用于等离子体在达到临界低值之前改变密度。在步骤710，可以根据选定的占空比重复地对等离子体放电进行脉冲调制。在一种实施例中，该方法可以在余辉阶段中使对离子束的等离子体放电停止。为了等离子体在达到临界低值之前改变密度，这可以是预定的时间。余辉阶段可以包括关闭激励部件和/或将来自激励部件的场改变至较小的程度。可替换地，可以在余辉阶段的预定时间内关闭激励部件。在步骤712，可以通过测量部件进行测量，并将测量值提供至控制器，用于确定是否期望的束参数已经在步骤714实现。如果被测量的参数不是期望的值或范围，则因为通过另外的重复使所述循环重复，可以在步骤706再次产生等离子体放电，并且可以在步骤 708重新计算并再次确定占空比。同样的循环确保直到最后已经产生期望的参数值为止，并且方法在步骤716结束。虽然已经关于一个或多个实施方式示出并描述本发明，但是基于对本发明说明书和附图的阅读和理解，本领域的其它技术人员将会想到等同改变和修改。本发明包括所有这样的修改和改变，并且仅由下述权利要求的范围限制。特别是关于由上述部件(组件、元件、装置、电路等)进行的各种功能，除非另有说明，用于描述这种部件的术语(包括对“装置”的引用)是要对应于进行所述部件的指定功能的任何部件(即，功能上等同)，即使结构上不等同于进行本发明的在此显示的示例性实施方式中的功能的公开结构。此外，虽然仅关于几个实施方式中的一个公开了本发明的特定特征，但这种特征可以与其它实施方式的一个或多个其它特征结合，这对任何给定或特定应用是被期望的且有利的。此外，一定程度上，术语“包括”、“具有”、“带有”或其变形用在详细描述或权利要求中，这样的术语的意图是要以类似于术语“包括”的方式为包含性。此外，如在本文中使用的”示例性”仅仅是指一个例子，而不是最佳的例子。
权利要求
1.一种用在离子注入系统内的低能束线中的等离子体发生器，包括等离子体激励部件，配置成在放电阶段期间的预定时间内在所述激励部件附近产生电场；控制器，配置成在所述放电阶段的预定时间内激活所述激励部件，并在余辉阶段中使所述激励部件停止。
2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，还包括尖形场元件，所述尖形场元件用于在其中产生尖形场，且配置成延长所述激励部件的余辉阶段。
3.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述激励部件配置成在预定时间内产生被脉冲调制的激励场以产生等离子体，且增强从其中通过的离子束的束电流。
4.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述余辉阶段包括作为等离子体密度的函数的预定时间。
5.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其中所述被激活的激励部件通过对产生等离子体的电场进行脉冲调制来促进离子束中的离子的中和，并且其中所述激励部件的去激活衰减在放电阶段中施加的电场，并且所产生的等离子体在余辉阶段中和所述离子束。
6.一种离子注入系统，包括离子束源，配置成用于产生离子束；质量分析器，用于对所产生的离子束进行质量分析；脉冲调制的等离子体发生器，位于所述离子束发生器的下游，且配置成对从其中通过的所述离子束产生脉冲调制的等离子体放电；终端站，配置成支撑将通过离子束用离子进行注入的工件。
7.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器配置成以占空比周期性地产生所述脉冲调制的等离子体放电的脉冲。
8.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器包括气体源，用于提供气体粒子；和激励部件，配置成产生激励场的脉冲，以将所述气体粒子激发成所述脉冲调制的等离子体放电。
9.根据权利要求8所述的离子注入系统，其中所述激励场为在射频范围和微波范围中的一个中的静电场或电磁场。
10.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器包括至少一个磁性尖形场元件，所述至少一个磁性尖形场元件配置成在所述脉冲调制的等离子体发生器内产生尖形磁场以延长余辉阶段。
11.根据权利要求7所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器配置成基于作为束电流的函数的占空比产生所述激励场的脉冲。
12.根据权利要求7所述的离子注入系统，其中所述激励场部件包括电极，其中所述电极产生激励场，所述激励场电离所述气体粒子并产生所述脉冲调制的等离子体放电，其中所述脉冲调制的等离子体放电包括中和等离子体，所述中和等离子体降低了作用在低离子束能量阈值以下的离子束上的空间电荷作用。
13.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器配置成通过在放电阶段期间减小产生束的电场来中和所述离子束，并通过产生所述脉冲调制的等离子体放电在预定时间期间产生激励场。
14.根据权利要求13所述的离子注入系统，其中所述脉冲调制的等离子体发生器配置成在余辉阶段中的预定时间期间防止产生激励场，直到等离子体密度到达预定的临界低值为止。
15.根据权利要求6所述的离子注入系统，还包括测量部件，配置成测量至少一种离子注入特性；和控制器，可操作地耦接至所述测量部件和所述脉冲调制的等离子体发生器，其中所述控制器响应于包括束电流的至少一种离子注入特性测量值来调节所述脉冲调制的等离子体发生器。
16.一种在离子注入系统中将离子注入到工件中的方法，包括以下步骤在所述离子注入系统中产生离子束；在放电阶段中的预定时间内在所述离子束通过的体积中对等离子体放电重复进行脉冲调制；在余辉阶段重复停止所述等离子体放电的产生，直到放电的等离子体密度到达临界低值为止。
17.根据权利要求16所述的方法，其中对至所述离子束的等离子体放电进行脉冲调制的步骤包括将气体引入到所述离子束的路径中，和产生电离所述气体的激励场，从而产生放电以中和所述离子束。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述激励场为电磁场，并且其中产生所述激励场包括作为所产生的离子束的束电流的函数的占空比。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述脉冲调制的等离子体发生器内产生尖形磁场以延长所述余辉阶段，并且其中所述预定时间为被脉冲调制的放电的等离子体密度的函数。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括步骤测量至少一种离子注入的特性；和响应于至少一种离子注入特性的测量值调节等离子体放电的脉冲调制。
全文摘要
一种离子注入方法和系统包括束中和以减轻束散，该束散在低能大电流离子束中可能是特别有问题的。束中和部件可以位于其中扩大可能发生的系统中。中和部件包括变化的激励场产生部件，其产生中和离子束的等离子体，由此减轻束散。以变化的频率和/或场强度产生激励场，以维持中和等离子体，同时减轻降低中和等离子体的作用的等离子体壳层的形成。
文档编号H01J37/317GK102292792SQ201080005105
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者伯·范德伯格, 威廉·迪韦尔吉利奥 申请人:艾克塞利斯科技公司