专利名称：带状粒子束用的质量分析磁铁的制作方法
技术领域：
本发明是涉及半导体元件制造领域，尤其涉及半导体及其他元件制造所用的离子植入机中使用的带状离子束质量分析磁铁。
背景技术：
通常，束线(beamline)离子植入机提供处理工件所用的离子束，以得到想要的元件特性。在一种应用中，工件是指半导体晶圆(semiconductor wafer)，离子束将特定的想要的杂质掺入到该半导体晶圆中。在其他应用中，离子束可为工件提供精确的材料改性 (materialmodification) 0除了半导体晶圆之外，工件也可包括(但并不局限于)扁平面板、太阳电池板(solar panels)以及聚合物基板(polymersubstrates) 离子植入机通常包括用以产生等离子(plasma)的离子源室，萃取电极组件从等离子中提取离子束。然后离子束可被引导以前往具有特定磁场的质量分析磁铁，使得只有具想要的荷质比(charge to mass ratio)的离子能够穿过此质量分析器。然后，本领域技术人员所知的其他束线元件(包括校正磁铁与加速透镜、减速透镜)可操控经过质量分析的离子束，使离子束前往工件的表面。通过离子束的移动、工件的移动或两者相结合，离子束可分布在工件的整个表面上。当离子撞击工件中的电子与原子核时，这些离子会损失能量，且根据其加速能量，在工件内的想要的深度之处停下来。图12为一种已知的质量分析磁铁1，此质量分析磁铁1具有一对极片2，这对极片2界定了一个可供离子束4从中穿过的间隙3。这对极片2会产生偶极磁场(dipole magnetic field)，此偶极磁场会提供弯力给穿越间隙的离子束4。对于离子束中的不同离子物种，根据离子的电荷状态、能量以及质量，弯曲量会略微不同。已知的质量分析磁铁的极片2之间所产生的磁场平行于该磁铁所形成的图像/聚焦的方向。离子的质量对离子的电荷之比影响着两极片之间所形成的磁场对离子进行横向加速达到的程度。因此，当来自于离子源的离子束穿越已知的质量分析磁铁时，不同的离子物种会经过不同的轨迹，且质量分析磁铁会选取具有与想要的质荷比有关的轨迹的离子。位于质量分析磁铁下游的质量解析狭缝会选取想要的物种(例如，B+)，而不想要的物种则被质量解析狭缝四周的导电板收集起来。离子质量稍低的离子(偏离较大的角度)或离子质量稍高的离子(偏离较小的角度)不会穿过。这些磁分析器中的大多数也会将带状离子束的流向定为平行于偶极场。 然而，这些质量分析磁铁所能容纳的离子束的尺寸会受限于磁极间隙的尺寸。随着一些工件尺寸的不断增大(例如，半导体晶圆碟片尺寸可从直径为300毫米 (mm)增大至450毫米(mm)，甚至更大)，且为了能够灵活地处理不同尺寸的工件，将离子束的宽度增大为带状离子束是有利的。带状离子束是指呈带状的离子束，或者其形状为沿着一个方向的离子束的第一尺寸大于沿着第二方向的离子束的第二尺寸，其中第二方向垂直于第一方向。带状离子束可具有大致为矩形的横剖面形状，其中此带状离子束的宽度大于其高度至少三倍。这种使不同的离子按不同的轨迹弯曲的已知质量分析磁铁具有有限的磁场强度，它随着磁极间隙的增大而减小。换言之，此磁场强度是与离子束的宽度成反比。磁极间隙增大也会降低横跨离子束宽度的磁场均勻度。因为对于离子束中的不同离子物种，弯曲量会稍微不同，所以当离子穿越不均勻的磁场时，该磁场会影响离子轨迹的质量分析，因而产生不想要的质量分析结果。为了要容纳具相同质量与能量的较宽的带状离子束，这种已知的质量分析磁铁就需要较大的弯曲半径，从而需要较长的路径长度。这会造成磁铁的实体较大，需要较多的电源供应电压来驱动流经磁铁的想要的电流，以在磁极间隙中提供特定的磁场强度。然而，当磁铁达到一定的尺寸时，就会变饱和，且磁场仍然不均勻。如此一来， 已知的质量分析磁铁的尺寸、成本以及电力消耗都会增大。美国专利第6，498，348号中提供了另一种质量分析装置，此质量分析装置使用细长磁极阵列，这些磁极是配置在垂直于离子束的平面内，而离子束则平行于阵列延伸方向而移动。如此一来，磁场既垂直于带状离子束的宽度(X轴)又垂直于离子束图像的方向(Z轴)。然而，这种磁铁是缠绕在穿越该磁铁的带状离子束的高度(Y轴)上，且需要带状离子束发生较大程度的侧向移动才能工作。 这使得磁铁的尺寸增大，也使得离子束必须穿越的距离增大，进而造成离子束电流的损耗增大。因此，本领域中需要一种改良的质量分析磁铁，此质量分析磁铁与增大的带状离子束宽度之间协调良好，能够克服上述的不足与缺点。本领域中还需要一种能够提供均勻磁场的质量分析磁铁架构，它所提供的磁场在整个带状离子束宽度上保持不变。
发明内容
本发明的实施例是针对一种质量分析磁铁，此质量分析磁铁是在束线离子植入机中用来对穿行的带状离子束中的不同离子物种进行质量分析。在一实施例中，一种质量分析器包括第一螺线管线圈，其界定了入口空间与出口空间，入口空间是用来接收带状离子束，而出口空间是用来输出带状离子束。第一螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第一磁场，从而根据穿越第一螺线管线圈的带状离子束中的每个离子的各别质量来改变离子的轨迹。此质量分析器包括第二螺线管线圈，它沿着带状离子束的穿行路径与第一螺线管线圈之间间隔一段距离“d”。第二螺线管线圈界定了入口空间，用来接收来自第一螺线管线圈的出口空间的带状离子束。第二螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第二磁场，使得所述第二磁场与所述第一磁场方向相反。第二螺线管线圈根据带状离子束中的每个离子的各别质量来使离子轨迹弯曲。此质量分析器也包括至少一个磁轭(yoke)，其具有第一凹槽(recess)与第二凹槽。第一凹槽经配置以收容第一螺线管线圈的一部分，且第二凹槽经配置以收容第二螺线管线圈的一部分。磁轭与第一螺线管线圈、第二螺线管线圈相接触，并在磁轭、第一螺线管线圈以及第二螺线管线圈之间形成电路。在另一实施例中，一种离子植入系统包括离子源、质量分析器以及终端台。离子源可用来产生带状离子束。质量分析器具有入口与出口，且经配置以藉由入口来接收来自离子源的穿行带状离子束，并且使带状离子束中具有想要的荷质比的离子沿着预定的路径偏离，以输出到质量分析器的出口。此质量分析器包括第一螺线管线圈与第二螺线管线圈，它们之间沿着带状离子束的穿行方向而分开指定的距离。每个螺线管线圈都界定了一个可供带状离子束从中穿行的空间。磁轭具有第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽是用来收容第一螺线管线圈的第一部分，第二凹槽是用来收容第二螺线管线圈的第一部分。终端台位于质量分析器的下游，且经配置以支撑着工件，以藉由带状离子束来对此工件进行布植 (implantation)0
为了更好地了解本发明，请参照附图，在这些图中，相同的元件用相同的数字来表示。图IA是依照本发明的一实施例的一种具有带状离子束质量分析器的束线离子植入机的平面图。图IB是依照本发明的一实施例，顺着图IA的带状离子束的穿行方向朝下游看，沿着图IA的1B-1B线而取得的带状离子束的剖面图。图2是依照本发明的一实施例的图1的带状离子束质量分析器的侧视图。图2A是依照本发明的一实施例，沿着图2所示的2A-2A线而取得的剖面图。图3是依照本发明的一实施例的图2的第一螺线管线圈的局部立体透视图。图4是依照本发明的一实施例的图2的旁磁轭的侧视图。图5A是依照本发明的一实施例的图2的旁磁轭的端视图。图5B是依照本发明的一实施例的图2的质量分析器的入口端的端视图。图6是依照本发明的一实施例的图2的质量分析器的俯视图，其描述了离子束轨迹。图7是依照本发明的一实施例的一种具有倾斜螺线管线圈的带状离子束质量分析器的另一实施例的侧视图。图8是依照图7的实施例的旁磁轭的立体透视图。图9是带状离子束质量分析器的又一实施例的侧剖面图，此质量分析器具有相互倾斜的螺线管线圈，且旁磁轭仅配置在带状离子束的一侧。图10是带状离子束质量分析器的又一实施例的侧剖面图，此质量分析器在其每半部分的轴上具有额外的回流板及线圈。图11是一种离子植入机的俯视图，此离子植入机具有依照本发明的带状离子束质量分析器。图12是现有技术的分析磁铁的侧视图。
具体实施例方式下面将参照附图来详细描述本发明，本发明的较佳实施例图示在这些附图中。然而，本发明可体现为许多不同的形态，而不应理解为局限于本说明书所列举的实施例。确切地说，提供这些实施例是为了使揭示的内容更透彻更完整，且将本发明的范围充分地传递给本领域中技术人员。在附图中，相同的数字代表相同的元件。图IA是依照本发明的一实施例的一种具有带状离子束质量分析器106(质量分析器)的束线离子植入机100的简化方块图的平面图。此束线离子植入机100包括离子源室 102，此离子源室102根据引进此离子源室的特定原料气体来产生想要物种的离子。萃取组件(未示出)包括多个电极，这些电极经配置以产生电场。电场强度被调整为想要的束电流，以从离子源室102所产生的离子中提取特定类型的带状离子束104。质量解析狭缝116位于带状离子束质量分析器106的下游，经配置以在离子从质量分析磁铁106中出来时选取具有特定轨迹的离子。终端台156可包括处理室，此处理室具有卡盘(chuck) 112，用以支撑着正在用带状离子束104进行处理的工件110。在一实施例中，工件110可以是碟片状半导体晶圆。工件110也可包括(但不局限于)扁平面板、太阳电池板以及聚合物基板。终端台156也可包括扫描系统(未示出)，用来沿着想要的方向驱动工件110。终端台156也可包括本领域中技术人员所知的额外的元件。例如，终端台156通常包括自动工件处理设备，作用是将工件送入到离子植入机100中，以及执行完离子植入后将工件退出。容易为本领域中技术人员所理解的是，在离子植入过程中，带状离子束104 所经过的整条路径可处在真空状态下。离子植入机100也可具有一控制器(未示出)，用以控制此离子植入机100中的多个子系统与元件。带状离子束104呈带状，或者其形状为沿着一个方向的离子束的第一尺寸大于沿着第二方向的离子束的第二尺寸，其中第二方向垂直于第一方向。在本说明书所述的实施例中，定义一个笛卡尔坐标系(Cartestiancoordinate system)是有用的，在此坐标系中带状离子束104的质心(centroid)定义为Z轴。如图IA的坐标系所示，X轴与Y轴所界定的X-Y平面垂直于Z轴。图IB是进一步参照所定义的坐标系，顺着图IA的带状离子束104的穿行方向朝下游看，沿着图IA的1B-1B线而取得的带状离子束104的剖面图。在此例中，带状离子束 104具有大致为矩形的剖面形状。本领域中技术人员能认识到的是，带状离子束的剖面形状可以是大致接近图IB所示的形状的不规则形状。带状离子束104在X方向具有一宽度 (W)，且在Y方向具有一高度(H)。带状离子束104的质心180定义为Z轴，且此离子束沿着 Z方向从离子源102穿行至终端台156。虽然在本说明书所述的实施例中带状离子束的宽度(W)是位于X方向，但其实带状离子束的宽度(W)或长尺寸可位于任意方向。例如，带状离子束104的长尺寸也可位于Y方向，但其他尺寸则要据此来重新定位。操作时，靠近离子源102的孔径而放置的萃取电极组件(未示出)从离子源102 内的等离子中提取带状离子束104。此萃取电极组件包括(例如)电弧槽电极(arc slot electrode)、抑制电极(suppression electrode)和接地电极，这些电极产生特定强度的电场，此电场被调整为想要的射束电流，以从离子源102所产生的离子中提取特定类型的离子束。带状离子束104在X方向可具有带状离子束质量分析器106所能容纳的宽度(W)。 带状离子束质量分析器106对带状离子束104进行质量分析(本说明书将做进一步描述)， 使得质量解析狭缝116能从带状离子束中选取想要的离子。然后经过质量分析的带状离子束104可前往工件110。在本例中，配置在终端台156中的扫描系统可沿着垂直于带状离子束104的长尺寸的方向或Y方向来驱动工件110。图2是依照本发明的一实施例的图1的带状离子束质量分析器106的侧视图，此带状离子束质量分析器106通常具有入口端250与出口端252。此带状离子束质量分析器 106包括第一螺线管线圈208与第二螺线管线圈210，它们之间分开一段距离“d”，且用上端旁磁轭(upper returnyoke)202与下端旁磁轭(lower return yoke) 204支撑着。磁轭 202,204可用诸如钢等铁磁材料制造而成，以提供分析磁铁所用的回流电路。如图3所示的螺线管线圈208的立体透视图所详细所示的那样，每个螺线管线圈208、210可呈“轨道” 形。考虑到穿越磁铁的离子束会发生偏离/位移，所以将螺线管线圈208、210按相反的方向缠绕在X轴上，以产生方向相反的磁场，详情将在下文进行描述。螺线管线圈208与210的大致形状可相同也可不同，这取决于为了选取具特定质荷比的离子而想要的磁场。供带状离子束104进入的入口开口沈0(参见图3)可由第一螺线管线圈208的形状来界定，出口开口 252可由第二螺线管线圈210的形状来界定。一个或多个电源供应器(未示出)提供必要的电压来驱动流经螺线管线圈208、210的电流，此电流按箭头233、235所指示的相反方向在螺线管线圈208、210中流动。由于在螺线管线圈 208与210中电流是沿着相反的方向233与235而流动，所以磁轭202与204使得螺线管线圈208与210之间的磁场线分离，以产生想要的磁场。总而言之，这两个螺线管线圈208、 210是充当产生质量相依图像的透镜，使得质量解析狭缝116所界定的开口 240能够选取具有想要的质量的图像以及拒绝其他质量的图像，从而完成质量解析。如图2所示，因为与带状离子束质量分析器106的中平面观0的轴平行的离子不会被质量分析器106改变轨迹，所以带状离子束104要朝着远离中平面280的方向行进。换言之，不会对中平面上的离子进行质量解析。可改变带状离子束104相对于中平面观0的角度(Θ)来对离子轨迹提供想要的改变。在一实施例中，此角度(Θ)可介于约7. 5度与 8. 0度之间。操作时，带状离子束104经引导以垂直于质量分析器106的中平面280的角度 (Θ)而穿过第一螺线管线圈208所界定的开口沈0。沿着箭头233所示的方向而流经第一螺线管线圈208的电流所产生的磁场提供X方向的第一次位移/偏离给带状离子束104。 沿着箭头235所示的方向而流经第二螺线管线圈210的电流所产生的磁场也是提供X方向的第二次偏离，不过与第一螺线管线圈208所造成的位移/偏离方向相反。因此，每个螺线管线圈所造成的X方向的偏离藉由质量分析器106而相互抵消。磁场与相关的偏离会提供与质量有关的带状离子束的图像。例如，带状离子束的第一部分222包括第一质量的离子，带状离子束的第二部分2M包括第二质量的离子，以及带状离子束的第三部分2 包括第三质量的离子。然后根据具有想要质量的带状离子束的特定部分来定位质量解析狭缝116的开口 M0，藉此来选取想要的离子。在图2的实施例中，质量解析狭缝116可固定在Z位置上，开口 240可沿着Y轴移动到选定的位置。在图2 所示的质量分析器的另一实施例中，质量解析狭缝116的中心可固定在Y方向与Z方向上， 且螺线管线圈208、210中的电流可增大或减小，使得具有想要的质量的离子能够进入到开口 MO 中。在图2的实施例中，开口 240是沿着Y轴而放置，以选取经过质量分析的带状离子束的第一部分222。也可改变开口 240的尺寸以容纳不同尺寸的离子束。开口 240也可用开口的一侧或多侧上的斜面边缘242来界定，以提供最大通道给带状离子束的想要的部分。质量解析狭缝116的上端部分116A与下端部分116B也可放置在不同的Z位置，以改善质量解析。例如，在图2中，经过质量分析的带状离子束的第一部分222与第二部分2M 之间的最大分离和第二部分2M与第三部分2 之间的最大分离是发生在不同的Z位置。 一个或多个致动器(未示出)可机械地耦接至质量解析狭缝116，以将质量解析狭缝116驱动至想要的位置，且改变开口 240的尺寸。可另选的是，质量解析狭缝116可相对于X轴而倾斜，以达到相同的效果。图8所示为以这种方式倾斜的质量解析狭缝。图2A是沿着图2所示的质量分析磁铁106的2A-2A线而取得的简化剖面图。磁轭 202包括第一凹槽202A与第二凹槽202B。同样地，磁轭204包括第一凹槽204A与第二凹槽204B。第一螺线管线圈208局部位于磁轭202与磁轭204的各别凹槽202A与204A内。 第二螺线管线圈210局部位于磁轭202与磁轭204的各别凹槽202B与204B内。质量分析磁铁106包括一真空管，此真空管是由管壁135相对于中平面280沿着离子束104在Z方向的穿行路径而界定的。刮板(scraper) 130从真空管壁135沿着Y方向延伸到中平面观0 上方的预定距离处(如图2所示)，且在X方向上横跨离子束104的宽度。刮板130有几个作用。第一，因为质量分析磁铁106不会改变平行于中平面观0的轴的离子的轨迹，所以刮板130会阻挡沿着中平面而穿行的离子从出口端252出来并前往质量解析狭缝116。另外，螺线管线圈208、210的光学效应使得离子在穿越质量分析器106时会沿着Y方向发生弯曲而横跨离子束，离中平面280较远的离子会比预期中弯曲得多一点，对聚焦造成轻微的像差(aberration)。通常，质量分析器106对质量较大的离子造成的弯曲较小，因此质量较大的离子在离中平面280较远处穿行，而质量较轻的离子则比较接近中平面。然而，当第一螺线管线圈208使离子束104中的离子的轨迹发生弯曲时，离中平面较远的重离子即使不具有与想要的离子束有关的质量，但这些重离子会因像差的存在而经历稍大的弯曲角度，再折回到想要的离子束轨迹上，结果被质量解析狭缝116选取。刮板130会在这些重离子到达质量解析狭缝116之前将它们排除，如此一来就能容许这种像差的存在。同样地，比重离子接近中平面的轻离子在质量分析磁铁106内会经历较小的弯曲角度，致使这些轻离子向后移动到想要质量的轨迹上。刮板130会在这些轻离子到达质量解析狭缝116之前将它们排除。另外，刮板130的额外部分(未示出)也可从上端管壁135伸出，两者之间将提供一孔径，此孔径经配置以防止重离子沿着Z方向的离子束路径而穿行。最后，不具有想要的质量的离子会沈积在通常内衬石墨的管壁135上。久而久之，离子撞击在管壁135上会产生碎屑(例如，管壁135的碎屑)，这些碎屑会前往终端台156。刮板130经配置以降低来自于石墨内衬管壁135的不想要的碎屑到达终端台的可能性，进而降低工件110的想要的掺杂轮廓(doping profile)被污染的可能性。图3所示为第一螺线管线圈208与上磁轭202的切割部分的立体透视图。为了便于解释说明，磁轭204已省略。螺线管线圈208是由一对弯曲的终端段208A与一对直线段 208B界定而成，其横向放置就形成界定开口 260的“轨道”形，此开口 260在X方向上具有足够的宽度以收容带状离子束104。直线段208B的每个直线段具有能够容纳极宽的带状离子束的尺寸(XI)。例如，尺寸Xl可以是约60厘米(cm)，在Y方向上界定开口 260的直线部分208B之间的距离为^cm。如前文所述，螺线管线圈208缠绕在Z轴上以产生想要的磁场。磁轭202是由一对沿着Y方向延伸的墙211与沿着Z方向延伸的横向墙212界定而成，墙212与墙211形成整体以界定凹槽202A，螺线管线圈208就位于此凹槽202A内。图4是上端旁磁轭202与下端旁磁轭204的侧视图，为了图式的清晰，螺线管线圈 208、210被省略。上端磁轭202是由墙211与横向墙212界定而成，其中墙211包括分隔墙211A，此分隔墙211A的宽度“d”对应于螺线管线圈208与螺线管线圈210之间的分开距离。同样地，磁轭204是由墙213与横向墙214界定而成，其中墙213包括分隔墙213A， 其宽度“d”对应于螺线管线圈208与螺线管线圈210之间的分开距离。凹槽202A与204A 经对准以收容螺线管线圈208的对应的直线部分。凹槽202B与204B经对准以收容螺线管线圈210的对应的直线部分。虽然墙211与墙213的外侧部分所示为相对于各别的分隔墙 211A与213A成一定角度，但是磁轭202、204的墙结构也可采用另外的组态以完成螺线管线圈208,210周围的电路。图5A是沿着图1的1A-1A线而取得的端视图，其所示为上端旁磁轭202 (return yoke)与下端旁磁轭204。图5A的端视图中的差异对应于X座标、Y座标及Z座标的变化。 墙211使上端磁轭202的宽度(X方向)延伸一段距离X2，且墙213使下端磁轭204的宽度延伸对应的距离X2。在一实施例中，尺寸X2可以是约92cm。上端磁轭202与下端磁轭204 之间界定一段距离“d2”，其对应于螺线管线圈208、210的每个螺线管线圈(以及图3所示的开口沈0)的直线段之间的距离。图5B是沿着图1的1B-1B线而取得的质量分析器106的入口的平面图，其所示了假想的上端旁磁轭202与离子束104的横剖面图。第一螺线管线圈208界定了能够收容带状离子束104的开口 ％0，其中带状离子束104在X方向上具有一宽度，在Y方向上具有一高度，且沿着Z方向穿越质量分析磁铁106。最佳的是，开口沈0内沿着X轴的可用容积或 “填充因数” (fill factor)理想地最大化。开口沈0中的磁场末端效应(end effects)会限制带状离子束204的宽度，为了使这种磁场末端效应达到最小化，上端旁磁轭202与下端旁磁轭(未示出)相对于螺线管线圈208的宽度(W2)可经优化以在开口沈0内提供最大可用容积。目前已发现，当旁磁轭202、204的宽度(W2)选定为使得螺线管线圈208、210超出旁磁轭的尺寸的部分具有宽度W3时，螺线管线圈208、210在带状离子束的X宽尺寸上的可用容积可达到最大化。图6是质量分析器106的俯视图，其显示了带状离子束104在螺线管线圈208所界定的质量分析器106的第一半部分中的水平位移(X方向)以及在螺线管线圈210所界定的质量分析器106的第二半部分中的反方向水平位移(X方向)。然后，如图2中所述，离子束104被质量解析狭缝接收，以根据其Y方向的各别轨迹来选取具有特定质量的想要的离子。如此一来，使用隔开一段距离“d”的螺线管线圈208、210而在质量分析器的第一半部分与第二半部分中产生的X方向位移被映射(mirroring)与抵消，使得质量分析器106能够输出想要的带状离子束。另外，藉由映射或抵消离子束在X方向的位移，螺线管线圈208、 210的总宽度可达到最小化，进而使质量分析器106的总宽度达到最小化，而螺线管线圈内的电场仍然保持均勻。图7是一种简化的束线离子植入机700的方块图侧视图，此束线离子植入机700 包括离子源室702，此离子源室702产生想要物种的离子，这些离子被提取以形成特定类型的带状离子束104。质量分析磁铁706配置在离子源室702的下游，其包括一对螺线管线圈 708、710。质量解析狭缝116经配置以当具有特定轨迹的离子从质量分析磁铁706中出来时选取这些离子。终端台156包括一处理室，此处理室具有卡盘112，用以支撑着正在用带状离子束104进行处理的工件110。在一实施例中，工件110可以是碟片状半导体晶圆。与图1至图6所示的先前实施例相比，本实施例中的质量分析磁铁706包括螺线管线圈708、710，它们相对于彼此倾斜一角度β 1与β 2，以便与带状离子束104的路径更紧密地吻合。相似的是，每个螺线管线圈708、710可部分位于上端旁磁轭702与下端旁磁轭704的凹槽内，且隔开一段距离d’。每个螺线管线圈708、710具有与上述的螺线管线圈 208、210相似的轨道形。这可增大质量分析器706能够弯曲与解析的质能积(mass-energy product)。详细地说，将螺线管线圈倾斜放置以使之与离子束104的路径吻合使得离子束能够在离中平面较大距离处穿越质量分析器706，而不会撞击到磁铁或真空管的上壁。如前文所述，螺线管透镜的弯曲动作会随着离中平面的距离而增大。因此，倾斜的螺线管线圈 (708,710)配置会使质量分析磁铁706的弯曲力增大，导致质量分析器能够弯曲与解析的质能积增大。图8是图7所示的质量分析磁铁706的一部分沿着8-8线而取得的剖面透视图。 第一螺线管线圈708配置在上端旁磁轭702与下端旁磁轭704之间。上端旁磁轭702是由墙711沿着Y方向延伸且用横向墙712连接起来而界定的。墙711、墙712的内表面形成凹槽702A，此凹槽702A经配置以收容螺线管线圈708的上端部分。同样地，下端旁磁轭704 是由墙713沿着Y方向延伸且用横向墙714连接起来而界定的。墙713、墙714的内表面形成凹槽704A，此凹槽704A经配置以收容螺线管线圈708的下端部分。螺线管线圈708内所示的箭头方向所示为线圈周围沿着X方向的磁场方向。请参照图9，图9是依照本发明的质量分析磁铁的另一实施例的剖面侧视图。图9 所示为一种质量分析磁铁906，与图7的实施例相似的是，此质量分析磁铁906具有相对于彼此以及Y轴而弯曲或倾斜的螺线管线圈908、910。但是，图9的实施例仅包括一个上端旁磁轭902，而不包括下端旁磁轭。螺线管线圈908位于凹槽902A内，且螺线管线圈910位于凹槽902B内。当离子束104穿越质量分析磁铁906时，此组态能够提供合格的离子束光学效应与质量解析，也能提供高质能积。因为不包括下端旁磁轭，所以需较少的铁质材料(诸如钢)，节省了元件成本，且减少了安装的麻烦。另外，在接近内部真空管方面得以改善。原本磁场可在下端旁磁轭中穿行，但下端旁磁轭的移除允许该区域中存在着较高的磁场。这可藉由在质量分析磁铁周围安装适当的遮蔽层及/或为植入机本身安装外壳来进行补偿， 以确保周围的磁场满足安全标准。图10是质量分析磁铁1006的又一实施例的剖面侧视图，此质量分析磁铁1006包括分开的螺线管1008与1010。质量分析磁铁1006与图2所示的实施例的剖面侧视图的相似之处在于，螺线管1008与螺线管1010的每个螺线管呈“轨道”形。然而，质量分析磁铁1006包括回流板(例如，钢板)与线圈组件，它们位于质量分析器1006的每半部分的轴上。详细地说，磁轭1002包括第一凹槽1002A与第二凹槽1002B，且磁轭1004包括第一凹槽1004A与第二凹槽1004B。第一螺线管1008部分位于磁轭1002与磁轭1004的各别凹槽 1002A与1004A内。第二螺线管1010部分位于磁轭1002与磁轭1004的各别凹槽1002B与 1004B内。质量分析磁铁1006中配置着线圈1012，此线圈1012缠绕在钢板1020上，而此钢板1020则位于螺线管1008中所形成的空间内的中平面轴上。线圈1022经配置以缠绕在钢板1020上，而此钢板1020则位于螺线管1010中所形成的空间内的中平面轴上。中平面轴上的线圈与钢组件的作用是重新分配各别螺线管1008、1010的每个螺线管内的磁场。 这可减小光学像差，且提高位置相关图像的品质，进而改善具有不同质量的离子的分离。图11是依照本发明的一种简化的离子植入机1100的俯视图，此离子植入机1100 包括离子源1102、质量分析器106以及终端台1156。离子源1102经配置以在具有想要物种的离子的电弧室内产生等离子。将这些离子从离子源1102中提取出来以形成特定类型的带状离子束104。用带状离子束质量分析器106对构成带状离子束104的离子进行质量分析，如先前的详细描述，此带状离子束质量分析器106具有一对分开的螺线管线圈208、 210。螺线管线圈208、210嵌入到由至少一个磁轭(未示出)界定而成的钢质回流电路中。 螺线管208经缠绕以产生与螺线管210方向相反的磁场。质量分析器106在带状离子束104的整个宽度上提供均勻的磁场以容纳较宽的带状离子束。质量分析器106可根据从离子源1102提取的离子的质量来选取特定的离子物种，且引导此离子物种前往终端台1156。 位于质量分析器106下游的终端台经配置以支撑着一个或多个要用含有特定物种的离子的带状离子束104来进行处理的工件1110。 本说明书所述的特定实施例不会在范围上限制本发明。实际上，根据以上的描述以及附图，除了本说明书所述的实施例之外，本发明的其他各种实施例以及本发明的改良形式对于本领域中技术人员而言都将是明显易懂的。因此，这些实施例及改良形式应当属于本发明的范围。另外，虽然本说明书中是为了特定的用途在特定的场合下以特定的实施方法来描述本发明，但是本领域中技术人员能够认识到的是，其有用性并不局限于这些，本发明可为了多种用途在多种场合下以有益的方式来实施。
权利要求
1.一种离子质量分析器，用来对穿行的带状离子束中的不同离子物种进行质量分析， 且产生其图像，所述离子质量分析器包括第一螺线管线圈，界定一个可供带状离子束从中穿过的空间，所述第一螺线管线圈配置成对应所施加的电流以在第一方向产生第一磁场，从而根据穿越所述第一螺线管线圈的所述空间的所述带状离子束中的每个离子的各别质量来改变与所述离子有关的轨迹；第二螺线管线圈，在所述第一螺线管线圈沿着所述穿行带状离子束的方向下游，且与所述第一螺线管线圈相隔一段距离“d”，所述第二螺线管线圈界定一个可供从所述第一螺线管线圈接收的所述带状离子束从中穿行的空间，所述第二螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第二磁场，使得所述第二磁场与所述第一磁场方向相反，所述第二螺线管线圈经配置以根据来自所述第一螺线管线圈的所述带状离子束内的每个被接收的离子的各别质量来使所述离子的轨迹进一步弯曲；以及至少一个磁轭，所述磁轭具有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽经配置以收容所述第一螺线管线圈的一部分，且所述第二凹槽经配置以收容所述第二螺线管线圈的一部分， 所述磁轭连接至所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈，以在所述磁轭、所述第一螺线管线圈以及所述第二螺线管线圈之间形成电路。
2.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述第一螺线管线圈在所述空间内界定了中平面，所述第一螺线管线圈的所述空间内所收容的所述带状离子束位于离所述中平面具有一段距离之处。
3.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述第二螺线管线圈在所述空间内界定了中平面，所述第二螺线管线圈从所述第一螺线管线圈接收的所述带状离子束位于离所述中平面具有一段距离之处。
4.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的每个螺线管线圈具有各别的上端部分与下端部分，所述磁轭的所述第一凹槽与所述第二凹槽经配置以收容所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的每个螺线管线圈的所述上端部分。
5.根据权利要求4所述的离子质量分析器，其中所述磁轭是指第一磁轭，所述离子质量分析器还包括第二磁轭，所述第二磁轭包括第一凹槽与第二凹槽，经配置以收容所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的每个螺线管线圈的各别下端部分。
6.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述第一螺线管线圈具有第一弯曲部分与第二弯曲部分以及连接所述第一弯曲部分、所述第二弯曲部分的第一大致上直线部分与第二大致上直线部分，所述第一弯曲部分与所述第二弯曲部分以及所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分界定了所述入口空间与所述出口空间。
7.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述第二螺线管线圈具有第一弯曲部分与第二弯曲部分以及连接所述第一弯曲部分、所述第二弯曲部分的第一大致上直线部分与第二大致上直线部分，所述第一弯曲部分与所述第二弯曲部分以及所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分界定了所述第二螺线管线圈的所述入口空间。
8.根据权利要求6所述的离子质量分析器，其中所述带状离子束具有一宽度，所述第一螺线管线圈的所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分的长度大于所述带状离子束宽度。
9.根据权利要求7所述的离子质量分析器，其中所述带状离子束具有一宽度，所述第二螺线管线圈的所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分的长度大于所述带状离子束宽度。
10.根据权利要求6所述的离子质量分析器，其中所述磁轭的宽度大致上等于所述第一螺线管线圈的所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分的所述长度。
11.根据权利要求9所述的离子质量分析器，其中所述磁轭的宽度大致上等于所述第二螺线管线圈的所述第一大致上直线部分与所述第二大致上直线部分的所述长度。
12.根据权利要求1所述的离子质量分析器，还包括真空管，具有至少一管壁，经配置以沿着穿越所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈所界定的所述空间的所述带状离子束的路径；以及刮板，从所述至少一管壁垂直地延伸一段距离，所述刮板经配置以防止具有特定质量的离子穿过所述第二螺线管线圈的所述空间。
13.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述带状离子束沿着第一方向穿越所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的各别所述空间，所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈配置成垂直于所述第一方向。
14.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述带状离子束沿着第一方向且以一定的参考角来穿越所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的各别所述空间，所述第一螺线管线圈相对于所述参考角而倾斜一角度(β 1)。
15.根据权利要求1所述的离子质量分析器，其中所述带状离子束沿着第一方向且以一定的参考角来穿越所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈的各别所述空间，所述第二螺线管线圈相对于所述参考角而倾斜一角度(β 2)。
16.根据权利要求2所述的离子质量分析器，还包括第一板及线圈组件，经配置以沿着所述第一螺线管线圈所界定的所述空间内的所述中平面；以及第二板及线圈组件，经配置以沿着所述第二螺线管线圈所界定的所述空间内的所述中平面。
17.一种离子植入系统，包括离子源，用来产生带状离子束；质量分析器，具有入口与出口，经配置以藉由所述入口从所述离子源接收穿行的带状离子束，且使所述带状离子束中具有想要的荷质比的离子沿着预定的路径偏离，以输出至所述质量分析器的所述出口，所述质量分析器包括第一螺线管线圈与第二螺线管线圈，所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈分开指定的距离，每个所述螺线管线圈界定一个可供所述带状离子束从中穿行的空间；以及磁轭，具有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽是用来收容所述第一螺线管线圈的第一部分，且所述第二凹槽是用来收容所述第二螺线管线圈的第一部分；以及终端台，位于所述质量分析器的下游，经配置以支撑着要用所述带状离子束来进行布植的工件。
18.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈产生均勻的磁场，供所述带状离子束从中穿行。
19.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述第一螺线管线圈界定了第一空间，供所述带状离子束从中穿行。
20.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述第二螺线管线圈界定了第一空间，供所述带状离子束从中穿行。
21.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述磁轭是指第一磁轭，所述离子植入系统还包括第二磁轭，所述第二磁轭具有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽经配置以收容所述第一螺线管线圈的第二部分，且所述第二凹槽经配置以收容所述第二螺线管线圈的第二部分。
22.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述第一螺线管线圈在所述空间内界定了中平面，所述第一螺线管线圈的所述空间中所收容的所述带状离子束位于离所述中平面具有一段距离之处。
23.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述质量分析器还包括真空管，具有至少一管壁，经配置以沿着穿越所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈所界定的所述空间的所述带状离子束的路径；以及刮板，从所述至少一管壁垂直地延伸一段距离，所述刮板经配置以防止具有特定质量的离子穿过所述第二螺线管线圈的所述空间。
24.根据权利要求17所述的离子植入系统，还包括质量狭缝，所述质量狭缝位于所述质量分析器与所述终端台之间，所述质量狭缝经配置以当离子从所述质量分析器中出来时，从所述带状离子束中选取具有特定质量的离子以及轨迹。
25.根据权利要求17所述的离子植入系统，其中所述第一螺线管线圈配置成对应所施加的电流以在第一方向产生第一磁场，从而根据穿越所述第一螺线管线圈的所述空间的所述带状离子束内的每个离子的各别质量来改变与所述离子有关的轨迹。
26.根据权利要求25所述的离子植入系统，其中所述第二螺线管线圈配置成对应所施加的电流以在第二方向产生第二磁场，使得所述第二磁场与所述第一磁场方向相反，所述第二螺线管线圈经配置以当来自所述第一螺线管线圈的所述带状离子束穿越所述第二螺线管线圈时，根据所述带状离子束内的被接收的每个离子的各别质量来使所述离子的轨迹进一步弯曲。
27.根据权利要求23所述的离子植入系统，其中至少一管壁是指第一管壁，所述真空管还包括第二管壁，所述刮板包括第一部分与第二部分，所述第一部分是从所述至少一管壁伸出，且所述第二部分是从所述第二管壁伸出，所述第一部分与所述第二部分之间界定了一个孔径，以进一步防止具有特定质量的离子穿过所述第二螺线管线圈的所述空间。
全文摘要
一种带状离子束质量分析器，具有第一螺线管线圈、第二螺线管线圈以及钢质磁轭配置。每个螺线管线圈具有大致的“轨道”组态，界定了一个可供带状离子束从中穿行的空间。这两个螺线管线圈沿着带状离子束的穿行方向而分开。每个螺线管线圈产生均匀的磁场，供较宽的带状离子束进行质量解析，以产生想要的离子图像，其中离子是由离子源产生的。
文档编号H01L21/265GK102203914SQ200980143988
公开日2011年9月28日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月13日
发明者法兰克·辛克莱, 约瑟·C·欧尔森, 维克多·M·本夫尼斯特, 詹姆士·S·贝福 申请人:瓦里安半导体设备公司