可调节的质量分辨孔的制作方法
【专利说明】可调节的质量分辨孔
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请序列N0.61/800, 855的权益，在本文中该临时申请以其整体(包括任何图、表或附图)通过引用并入在此。
技术领域
[0003]本发明的实施例涉及质量分辨孔，其可以例如在诸如图1A(现有技术)中示出的注入系统的离子注入系统中使用。进一步的实施例涉及通过例如封闭的等离子体通道(“CPC”)超导体或玻色子能量传输系统对带电和/或非带电粒子流的过滤，诸如图1B(现有技术)中示出的PC。
【背景技术】
[0004]离子注入是半导体工业的优选方法，以使集成电路的规模更小并且半导体基板(例如硅芯片)的计算能力更大。传统的离子注入装置具有基本的共性。当工件335被处理为准备注入的点时，工件335(例如硅芯片)从外部源转动到系统中。离子源302位于生产系统的另一端(用于离子化的进料可以是η型结的锑、砷、磷，或ρ型结的硼、镓、铟)。一般地，正离子被使用，但负离子也可被使用。在束装配(beam assembly)和离子注入过程期间，通常系统的大部分或全部被抽空，以使得在离子束中的离子不与残余气体碰撞。系统宽电源301、340、339被提供在需要的地方，并且控制系统338和/或操作员监督整个过程。离子源进料基于P型或η型结来选择。离子源由各种方法离子化，并且由电极305、336通过在离子化室303中的开口来提取，该电极305、306被偏置以通常以相对高的能量(以减轻对如带电离子的空间电荷吹起的倾向)来激励发射离子束309。所发射的离子形成进入具有质量分析仪310的束导引317中的相对密集(高电流)束309，所述质量分析仪310由将离子束在实际包络内以与原始飞行路径成近似90度的角度弯曲的偶极和/或四极磁场和/或电磁(ΕΜ)场组成。在离子束内的离子种类具有不同的电荷质量比。在晶片上的一致集成电路落在用于注入的离子的电荷质量比的设定参数内。在发射的离子束309中的不正确电荷质量比在质量分析仪310和质量分辨孔314的提取之后被消除。不同质量将具有用于该离子种类的不同动量，该离子种类将通过质量分析仪310来隔离轨迹。控制在系统中的磁场，以使得比所需的离子种类更大的电荷质量比的离子种类将碰撞束导引311的一个壁，以及比所需的离子种类更小的电荷质量比的那些种类将碰撞束导引311的另一个壁，两者都从持续的离子束消除。
[0005]随后，在大多数传统的离子注入系统中，离子束到达质量分辨孔314。由质量分析仪310选择的束电流大多具有所需的离子种类，但仍包含接近所需质量电荷比的一些种类，但并不是完全接近。质量分辨孔314将具有比从质量分析仪126出来的离子束包络更小的开口，并且将分辨(消除)在设定的孔开口外侧的离子种类，那些离子种类撞击质量分辨孔314的侧边并沉积在那里。
[0006]产品晶片(或其它注入表面)的可测试品质将依赖于注入物的一致性。在注入之前和/或实际的注入期间，束将被扫描322并且通常从孔314的下游绘出轮廓331。控制系统338将能够解释发送给束诊断系统333的束轮廓信息，以将孔调节在最优开口下，以允许在对于特定注入的电荷质量比的最优设计参数内的最大电流。本发明向控制系统338和控制器给出了高度的灵活性，以用实时的调节能力，通过逐渐排除不正确的离子来优化质量分辨孔314的点处的束。
[0007]从质量分辨孔314向下游，存在若干其它可用于聚焦、弯曲、偏转、汇聚、发散、扫描、并行和/或净化离子束的过程和光学效应。图1以举例的方式用作传统的离子注入装置。质量分辨孔是位于在离子束包络309中刚经过质量分析仪310的314。其它离子注入系统基于专有用途而不同。如前所述，诸如质量分辨孔的基本要素在几乎所有这些系统中是常见的。
[0008]在毗连的美国对电能的需求在2005年是746，470兆瓦。大部分的能量由煤(49.7% )、核能(19.3% )以及天然气(18.7% )产生。不幸的是，从产生点到零售销售点的能量传输仍然是高度低效的。2005年在5-8%之间的能量损耗在收入损失上换算为近二百亿($20，000，000，000)美元。几乎所有产生的能量通过高压电力线路传递，该能量然后在下降到更低的电压之后输送到城市、商业区和居住区。
[0009]由于其相对低廉的成本和对于金属良好的17.2X10 5 Ωπι的电阻率，所有的高压电力线路使用绝缘铜线。虽然这些电缆允许超过700，000伏特的电力传输，但是由于悬空线的机械和电气约束，使用铜的电力线路具有严重的缺点和局限性。例如，通过铜电缆的电力传输是难以置信地低效，具有以穿过电缆的电力的电阻产生的热形式的大量能量损失。此外，所产生的热可导致传输线路的变形和失效，尤其是如果它们太长的话。其它问题包括昂贵的通过权(right of way)，其必须被获得以确保用于塔的陆地的使用，如从其中悬挂的电缆，其呈现审美缺点。
[0010]地下电缆具有胜于悬挂电力电缆的几个优点，包括更长的传输距离、更高的电力负荷、降低的财产通过权费用，以及没有审美障碍。埋设的铜线路还支持最小的重量，并具有较好的介电绝缘涂层，其与悬挂线路相比降低了电力的介电损耗。然而，由电阻引起的效率损失仍然是主要问题。低温电缆是第二地下传输线路的选择，但是需要液氮站以保持冷却，其连带其它成本。超导体电力传输线路是有吸引力的解决方案，因为它们将由于没有电阻率而呈现零损失，然而将单晶材料处理成任何可用长度的线仍然行不通的，如果不是不可能的话。
[0011]显然对于长距离传输能量的更有效的手段存在长期的需要。为了满足本领域的需要，提供了用于通过经受磁场和/或电磁场的受约束等离子体的电力传输的方法和设备。
[0012]已知的是，在每个端部处具有电极并且填充有惰性气体的玻璃管可传输电力。当外部电场施加时，这些气体管类似于氖气管。在高压交流电场下，等离子体在管内部形成，该高压交流电场离子化气体或其中的一部分。电子从父类气体分子释放，并且导电率相对于在施加的电场之前的气体的导电率而增加。这些电子的行为类似于诸如铜的金属中的自由电子。
[0013]甚至在其中少至1%的粒子被离子化的部分离子化气体可具有等离子体的特性(即响应于磁场和高导电率)。术语“等离子体密度”通常指的是“电子密度”，也就是说，每单位体积的自由电子数量。等离子体的离子化度是已失去(或获得的)电子的原子比例，并且主要由温度控制。如果几乎完全离子化，则等离子体有时被称为是“热”的，或如果仅气体分子的一小部分(例如1% )被离子化，则离子体有时被称为是“冷”的。在这个意义上“技术上的等离子体”通常是冷的。即使在“冷”的等离子体中，电子温度仍然通常是几千摄氏度。
[0014]等离子体的导电率与它的密度相关。更具体地，在部分离子化的等离子体中，导电率与电子密度成比例，并且与中性气体密度成反比。换句话说，由于其带电粒子的再结合而存在的未离子化的气体介质的任何部分将继续充当绝缘体，对通过其中的电力传输产生电阻。本发明利用了等离子体对磁场的响应(以及顺磁性气体介质的响应)，以基本上或完全消除以在本文中更全面描述的方式的能量传输期间的这种电阻。因此，传输效率将基本上与距离无关，而是1)离子化2)真空质量3)磁场分层的函数。离子化将是通过UV光饱和保持的最优光电离子化；真空质量将是高到非常高的，其中决定性因素是存在的非离子化分子的MFP(平均自由程);磁场分层将是静磁场的效应，以区域化室内的非参与分子和粒子。
【发明内容】
[0015]本发明的实施例涉及一种质量分辨孔，其可在诸如在图1A中示出的传统离子注入系统的离子注入系统或其它装置中使用，所述其它装置可基于电荷质量比(和/或质量电荷比)选择性排除在离子束组件中不希望注入的离子种类。特定实施例涉及可在图1A中示出的离子束组件308过程中使用的MRA。离子注入系统由半导体工业使用，以产生例如计算电路。这些系统的最简单的一个，也是最重要的组件是质量分辨孔314。质量分辨孔314位于离子提取部307和质量分析束导引310的下游。质量分辨孔314分辨接近所需的电荷质量比但是不在特定注入的参数中的离子种类。离子的所需种类将穿过孔开口，并且不需要的种类将通过碰撞面向离子束的孔表面来消除。不需要的离子种类碰撞齐平的孔的表面，部分地溅射进入离子束，并且使残余物积聚。这种残余物积聚可能会变松，并且可能导致污染物被夹带在离子束中，并且找到它们到工件335的路线。由于激进缩放的努力使得集成电路更小，所以存在不断发展的策略，诸如:使用更高的束电流，以较低能量注入，使用更大质量的簇分子，使用诸如锗(在束导引中具有小范围的质量分散)的可替代离子源，使用多个离子源以及使其适于细化离子排除过程其它进步。
[0016]本发明的实施例同样涉及通过封闭的等离子体通道(“CPC”)超导体或玻色子能量传输系统的带电粒子流的过滤，诸如在图1B中示出的PC。特定实施例涉及一种方法和设备，用于根据电荷和/或质量(诸如质量电荷比)在细长离子化室内过滤区域化分离的带电粒子流，诸如离子化或部分离子化介质的组分，其中离子化室提供低电阻或没有电阻的导电路径用于带电粒子的传输。本设备的实施例具有多个应用程序，并且还可以被描述为低能量粒子加速器。
[0017]本发明的实施例涉及一种质量分辨孔，该质量分辨孔是分段的、可调节的，和/或向将撞击该孔的迎面而来的离子种类呈现弯曲表面。可调节的质量分辨孔可以允许控制器和/或控制系统执行增加的各种功能。在注入周期之前、期间和/或之后，具有对质量分辨孔进行调节的能力的实施例可提供优点。包括弯曲表面的实施例将沉积残留物保留在弯曲表面之后并且远离离子束，以使得到达工件335的离子束的部分不太可能使这种残余物夹带在下面的离子内。排除的离子种类可在弯曲表面上碰撞质量分辨孔，这可以减轻对不正确的离子种类的溅射。
[0018]分段的孔的实施例可以包括任意数量的区段。为简化起见，区段将通过功能来讨论。在实施例中，孔主体的不同区域或区段可以具有不同的电荷和/或磁极性，其可以影响附近行进的离子的运动，以便增强离子的选择。在进一步的实施例中，孔的每一侧相对于其它侧是可移动的，以使得每一侧可以单独或与另一侧一致移动或滑动。以这种方式，孔开口可诸如手动控制或通过致动器手动控制或由操作系统来控制。这种调节可以实时进行，以在相对于带电粒子束的横截面和/或相对于带电粒子束的轴的所需位置处形成所需尺寸设定的孔开口。通过实时调节，离子束可在注入期间被调整，并且可基于从MRA下游进行的测量反馈来可选地调节。所需尺寸设定可以基于在操作之前预定或以其它方式确定的束分布反馈，诸如基于源自离子源的束包络，或所希望的质量电荷比和/或分辨。
[0019]所需的孔开口的尺寸可以包括形状、高度和宽度。此外，一个或多个孔的面可被分段(例如，具有电荷和/或磁极性或其它磁性质)、磁隔绝和/或电气绝缘，以使得该面可以执行除了机械干涉之外的一个或多个功能。以举例的方式，面向迎面而来的离子束的孔表面(例如具有与束路径平行并且在离子束行进的相反方向上的分量的法线)可以:(i)被分段以使得这种表面执行法拉第标志(Faraday flag)或束分析仪的功能；和/或被磁化，使得这种表面执行Wien过滤器的功能。以举例的方式，随着离子束离开孔，面向离子束的孔表面可以是如下的电极，该电极被偏置以加速/减速，聚焦/散焦，光学地影响，和/或是ZFE限制元件和/或在某些清洗过程期间被利用。在特定实施例中，整个质量分辨孔开口可以相对于迎面而来的离子束，在X