專利名稱：用于產(chǎn)生經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束的對稱束線的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及離子注入系統(tǒng)，更具體涉及用于在離子注入系統(tǒng)中產(chǎn)生經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀離子束的對稱束線系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在集成電路制造中，離子注入系統(tǒng)用于使用雜質(zhì)來摻雜半導體。在這種系統(tǒng)中，離子源離化期望的雜質(zhì)元素，所述雜質(zhì)元素以具有期望能量的離子束的形式從源中提取出來。離子束然后定向到半導體晶片的表面以便將雜質(zhì)元素注入晶片。束中的離子透過晶片的表面以形成具有期望導電性的區(qū)域(諸如在晶片中制造晶體管器件的過程中)。注入過程通常在高真空處理腔內(nèi)進行，這防止了離子束由于與殘留氣體分子碰撞而散射，并且將晶片被氣載微粒污染的危險最小化。典型離子注入機包括用于產(chǎn)生離子束的離子源；束線系統(tǒng)，包括使用磁場進行質(zhì)量分辨的質(zhì)量分析裝置；以及目標腔，包含要用離子束注入的半導體晶片。對于高能注入系統(tǒng)，在質(zhì)量分析磁體和目標腔之間設有加速裝置，用于將離子加速到高能。
對于給定應用，為了獲得理想注入，注入離子的劑量和能量可以變化。對于給定的半導體材料，離子劑量控制注入離子的濃度。通常，高流注入機用于高劑量注入，而中流注入機用于較低劑量應用。離子能量用于控制半導體器件中的結(jié)深度，而束中離子的能量級別決定注入離子的深度的程度。隨著向越來越小的半導體器件的發(fā)展趨勢，需要能夠傳遞低能的高束流的束線構造。高束流提供必要的劑量水平，而低能量允許淺注入。此外，隨著向半導體晶片上更高器件密度的持續(xù)發(fā)展趨勢，需要小心地控制在工件上掃描的注入束的均勻性。
另一個持續(xù)趨勢是向著越來越大的半導體晶片尺寸(諸如直徑300mm的晶片)發(fā)展。與更高的器件密度相結(jié)合，更大的晶片尺寸增加了單個晶片的成本。因此，為了避免或者減少廢棄晶片的成本，對注入均勻性和其它參數(shù)的控制比以往更為關鍵。在很多離子注入系統(tǒng)中，為了提供理想的注入，將小的離子束(例如銳方向性射束)通過機械和/或磁掃描提供到晶片目標上，以提供需要的諸如。根據(jù)離子源提取窗口以及隨后的定形裝置(諸如質(zhì)量分析儀裝置、分辨孔、四極磁體以及離子加速器)來定形離子束，這樣將小離子束提供到目標(多個)晶片。束和/或目標彼此相對平移以實現(xiàn)對工件的掃描。批注入機為多個晶片提供同時注入，所述晶片以受控的方式通過離子束路徑旋轉(zhuǎn)。另一方面，一系列注入機同時提供對單個晶片的注入。
當使用小離子束時，一系列注入機提供相對復雜的目標掃描系統(tǒng)以在晶片上以均勻方式提供該束。例如，提供機械平移器以在單個軸上平移晶片，同時提供磁裝置在垂直軸上掃描該束以獲得對晶片表面的光柵型掃描。然而，為了降低這種注入系統(tǒng)的復雜性，理想的是降低目標掃描系統(tǒng)的成本和復雜性，并且提供細長的帶狀離子束。對于具有足夠的縱向長度的帶狀離子束，可以使用單機械掃描來注入整個晶片，而不需要額外的機械或者磁性光柵型掃描裝置。這種束可以與一系列以及批量型目標掃描系統(tǒng)一起使用。然而，當帶狀束用在這樣的單掃描系統(tǒng)中時，為了提供對(多個)晶片的均勻注入，必須保證該束在寬度上是均勻的。在一些現(xiàn)有系統(tǒng)中，小離子束受到質(zhì)量分析并且然后被準直以便為注入晶片提供經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束。然而，由于與其相伴隨的高束密度，這種系統(tǒng)遇到難以提供低能量的高流束的困難，其中高束密度趨向于導致由于空間電荷引起的束擴大。因此，理想的是提供改進的離子注入裝置和方法，通過所述裝置和方法可以為注入半導體晶片提供均勻的帶狀束。

發(fā)明內(nèi)容
為了提供對本發(fā)明的一個或多個方面的基本理解，下面提供了簡要的概述。該概述不是本發(fā)明的廣泛概述，并且既不意圖確定本發(fā)明的關鍵或關鍵元件，也不意圖描述其范圍。而是，該概述的主要目的是以簡化的形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念，作為后面將要呈現(xiàn)的更詳細地描述的前言。本發(fā)明涉及用于使用離子束注入工件的方法和裝置，通過所述方法和裝置可以克服或者減輕與現(xiàn)有技術相關的上述及其它缺點。特別地，本發(fā)明提供的注入系統(tǒng)中，由離子源產(chǎn)生相對寬的帶狀離子束，該離子束然后被提供給對稱束線系統(tǒng)用于質(zhì)量分析和準直。產(chǎn)生的經(jīng)質(zhì)量分析后的離子束具有與來自離子源的離子束基本相同的橫向?qū)挾取⒏叨纫约皩捀弑取?br> 束線系統(tǒng)的對稱將具有期望質(zhì)量的源離子一對一地成像在目標晶片上，從而使諸如劑量均勻性和注入角完整性的工藝參數(shù)的控制變得容易。優(yōu)選采用本發(fā)明提供橫向?qū)挾葹榧s300mm或更大(例如，在一個實施例中為400mm寬)、具有均勻密度分布的帶狀束，從而可以在沒有復雜的和昂貴的光柵掃描裝置的情況下獲得大(例如，300mm)晶片的單掃描注入。因此，本發(fā)明有利于注入系統(tǒng)的簡化。此外，相對于其中空間電荷擴散的大多數(shù)束線系統(tǒng)，本發(fā)明提供了相對大的離子束橫截面，這大大有益于在低能量注入應用中保持束完整。束線系統(tǒng)對稱的另一個優(yōu)點是，對于帶狀束的所有部分，離子從源到目標的總路徑長度或行進距離接近常數(shù)。因此，整個束的輸運損失近似均勻，因而對注入均勻性沒有負面影響。此外，本發(fā)明的構造有助于防止來自源和束流收集器的污染物和顆粒到達目標晶片。
因此提供了離子注入系統(tǒng)和束線系統(tǒng)，其中寬高比相對大的帶狀束被質(zhì)量分析并準直以提供用于注入一個或多個工件的經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束。該系統(tǒng)提供對稱的束路徑，通過所述路徑初始的和經(jīng)過分析的束的帶狀束剖面(包括寬高比在內(nèi))幾乎相同。在這點上，通過束線行進的離子遇到等距的軌道，從而束中的每個離子的行進距離與其它離子相同。在一個實例中，束線系統(tǒng)包括兩個相似的磁體，其中第一磁體質(zhì)量分析帶狀束以提供中間的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束，且第二磁體將該中間束準直以向終端臺提供均勻的經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束。對稱系統(tǒng)為橫跨細長的束寬度的離子提供等距離的束軌道，從而減輕了通過該系統(tǒng)的束輸運中的非線性，使得產(chǎn)生的經(jīng)質(zhì)量分析的束具有均勻高度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了使用離子束注入一個或多個工件的離子注入系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括離子源、包括質(zhì)量分析儀的束線系統(tǒng)、和終端臺，所述終端臺是用于支撐和/或平移一個或多個工件的一系列或者成批的注入臺。離子源產(chǎn)生沿縱向束路徑的細長的或帶狀離子束，所述路徑具有大的橫向?qū)挾扰c高度的寬高比。質(zhì)量分析儀接收該細長的離子束并且將該束聚焦到對應于分辨孔的狹縫。因此具有不同質(zhì)量的離子被該孔阻擋，從而僅提供具有期望質(zhì)量的離子。
在本發(fā)明的一個實施例中，束線系統(tǒng)包括沿束路徑放置的第一和第二通常相似的磁體，諸如電磁體，其中第一磁體質(zhì)量分析來自離子源的束，且第二磁體準直或者定形所產(chǎn)生的中間的經(jīng)質(zhì)量分析的束以提供具有相似或者對應寬度和寬高比的帶狀束到輸入束，該輸入束然后在終端臺被分到工件上。第一磁體為來自離子源的細長離子束提供第一磁場以將具有期望質(zhì)量的各個離子沿著該路徑引導，并且將不具有期望質(zhì)量的離子偏轉(zhuǎn)離開該路徑。可以在第一磁體的下游提供分辨孔，以便選擇性地只將具有期望質(zhì)量的離子傳遞到第二磁體。第二磁體為沿著該路徑的具有期望質(zhì)量的離子提供第二磁場，以將所述離子作為經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束引導到終端臺，所述離子束的寬高比基本與離子源的相似。
因此，第一和第二磁場以對稱的方式工作，以通過離子源和終端臺之間的通常相等的距離將具有期望質(zhì)量的各個離子引導到終端臺。該系統(tǒng)還包括限定束腔(beam cavity)的束導(beamguide)，離子束通過所述束腔從入口端行進到出口端；四極磁體，靠近分辨孔放置以加強束導內(nèi)的束限制和整體性。也可以沿束路徑的至少一部分提供多尖磁場，其通過束導中的波導與RF或微波激發(fā)相結(jié)合，以便在其中為分辨孔附近的束完整性產(chǎn)生電子回旋共振(ECR)條件。
本發(fā)明的另一個方面提供使用離子注入系統(tǒng)中的離子束來注入工件的方法。該方法包括產(chǎn)生具有第一寬高比的細長離子束、使用第一磁場質(zhì)量分析該細長離子束、以及使用第二磁場校準該離子束以提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束，其具有基本與第一寬高比相同的第二寬高比。該方法還包括向一個或多個工件提供該經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的至少一部分，用于使用來自該經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的離子進行注入。
為了完成前述和相關目標，下面的描述和附圖詳細闡述了本發(fā)明的某些說明性的方面和實施方案。這些僅僅是本發(fā)明的原理可以采用的各種方式的幾個代表。本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點和新穎性特征將從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳細描述中變得明顯。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的離子注入系統(tǒng)的示意圖；圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性離子注入系統(tǒng)的正視圖；圖2b是進一步說明圖2a的離子注入系統(tǒng)的頂視圖；圖2c是進一步說明圖2a和2b的離子注入系統(tǒng)的端視圖；圖3a是說明通過圖2a-2c的束線系統(tǒng)的示例性束路徑的局部透視圖；圖3b是進一步說明圖3a的束路徑的局部側(cè)視圖；圖3c是進一步說明圖3a和3b的束路徑的局部頂視圖；圖3d是局部說明該離子注入系統(tǒng)的一個磁體和相關磁場的局部頂視圖；圖3e是說明圖3a-3c的束路徑的一部分以及該離子注入系統(tǒng)中的四極磁體和靠近分辨孔的波導的局部側(cè)視圖；圖4a是示出了該離子注入系統(tǒng)的束導的簡化透視圖，其中四極靠近分辨孔放置；圖4b是示出了圖4a的束導的簡化透視圖，其中波導鄰近分辨孔用于沿束路徑的束限制；圖5a是示出了具有密度分布控制裝置的示例性帶狀束源的底視圖，該密度分布控制裝置用于選擇地調(diào)整與該離子注入系統(tǒng)中的細長的縱向離子束相關的密度分布；圖5b是圖5a的離子源的底側(cè)的簡化透視圖，說明了從其中提取的細長的帶狀離子束；以及圖6示出了該離子注入系統(tǒng)中的束分布探測器和分布控制裝置。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，在所有附圖中相同的參考數(shù)字用于表示相同的元件。本發(fā)明提供用于為工件(諸如半導體晶片)的離子注入提供經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束的方法和系統(tǒng)。下文中參照附示和描述本發(fā)明的一個實施例。圖示和下述說明實質(zhì)上是示例性的，而不是限制性的。因此，可以理解所示系統(tǒng)和方法的變體以及除了此處所示的其它實施例被視為落入本發(fā)明的范圍以及所附權利要求的范圍內(nèi)。
開始參照圖1和2a-2c，本發(fā)明提供包括用于沿縱向束路徑產(chǎn)生細長(例如，帶狀)離子束6的離子源4的離子注入系統(tǒng)2。離子束源4包括具有相關RF激勵電源9和提取裝置10的等離子體源8，其可以是提供大寬高比的細長束6的任何設計。例如，等離子體源8可以包括相對長的等離子體限制腔，使用提取裝置10中的高寬高比提取狹縫(未示出)從該腔提供帶狀束。如參照圖5a和5b所示以及下面更詳細的描述，帶狀束6包括定義第一寬高比的橫向?qū)挾?a(圖2b)和橫向高度6b，其中橫向?qū)挾?a遠大于橫向高度6b。注意，在圖2a和2b中所示的離子束6和16的尺寸不一定按比例繪制。例如，在所示的系統(tǒng)2中，從等離子體源8提取的細長離子束6的寬度6a大于大約300mm(例如大約400mm)且高度6b為幾mm。
在離子源4的下游提供束線系統(tǒng)12以從其接收束6，該束線系統(tǒng)包括沿著該路徑放置以接收束6的質(zhì)量分析儀14。質(zhì)量分析儀14用于提供橫跨該路徑的磁場以便使離子根據(jù)質(zhì)量(例如，荷質(zhì)比)以不同的軌道從離子束6中偏轉(zhuǎn)，從而提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束16，其具有與第一寬高比基本類似的第二寬高比和剖面。因此，如圖2b所示，經(jīng)質(zhì)量分析的束16的寬度16a(例如，約400mm)和高度16b基本上類似于源束6的寬度和高度。在系統(tǒng)2中提供終端臺18，其接收來自束線系統(tǒng)12的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束16并且沿該路徑支撐諸如半導體晶片(未示出)的一個或多個工件，用于使用經(jīng)質(zhì)量分析的離子束16進行離子注入。終端臺18包括用于平移或掃描一個或多個目標工件的目標掃描系統(tǒng)20和相對于彼此的細長離子束16。目標掃描系統(tǒng)20可用于批量或一系列注入。
束線系統(tǒng)12分別包括第一和第二磁體22和24，以及用于質(zhì)量分析和準直功能的沿束路徑的分辨裝置31中的分辨孔26，以便產(chǎn)生經(jīng)質(zhì)量分析的細長帶狀束16。磁體22和24支撐在底座25中，并且束線系統(tǒng)12的另外的部件用支撐框架29支撐在外殼27中。第一磁體22包括第一和第二線圈22a和22b，在其間為細長的離子束6提供第一磁場用于質(zhì)量分離具有理想質(zhì)量的離子，如下面參照圖3d進一步描述。通過第一磁場行進的離子受力，所述力沿著束線系統(tǒng)12的束路徑引導具有期望質(zhì)量的各個離子，并且使不具有期望質(zhì)量的離子偏離該路徑。分辨孔26僅通過具有期望質(zhì)量的那些離子，而同時攔截非期望的離子。第二磁體24分別包括第一和第二線圈24a和24b，沿該路徑位于第一磁體22和分辨孔26的下游，其提供第二磁場以準直中間的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束，從而將具有期望質(zhì)量的各個離子作為經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束16引導到終端臺18，該離子束16具有基本與第一寬高比相似的第二寬高比。
本實例中的磁體22和24基本相同，并且提供相似的第一和第二磁場，通過它們建立起貫穿束線系統(tǒng)12的對稱束路徑。這樣，第一和第二磁場將橫跨離子源4處的離子束6的寬度的各個具有期望質(zhì)量的離子引導到終端臺18，使得所述各個離子行進基本相同的距離。這樣，第一磁體22充當質(zhì)量分析儀磁體，且第二磁體24充當準直器磁體以提供經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束16到終端臺18，其中帶狀束16具有均勻密度分布和大約400mm的寬度。系統(tǒng)2還包括沿該路徑放置的限定束腔的束導30，離子束6、16通過所述束腔從入口32前進到出口端34。磁體22和24提供橫跨通過束導30的束腔的路徑的第一和第二磁場，以便將入口端32處的橫跨離子束6的寬度的具有理想質(zhì)量的各個離子通過束導30引導到出口端34，使得具有理想質(zhì)量的各個離子在其間行進通常相等的距離。
現(xiàn)在參照圖2a，在束導30的入口端32的束6作為細長的帶來自源8，其中離子通常相互平行地前進(例如，沿圖2a中向下的方向)。一旦遇到由磁體22在束導30中產(chǎn)生的第一磁場，束6的離子一般被引導到圖中的左側(cè)，其中具有期望質(zhì)量的離子通過分辨孔前進，且非期望的離子沿其它軌道偏轉(zhuǎn)以便被分辨孔或者束導30的側(cè)壁攔截。通過這種質(zhì)量分離，孔26下游的離子束被質(zhì)量分析，從而只包括具有期望質(zhì)量的離子。來自磁體24的第二磁場然后將該經(jīng)過質(zhì)量分析的束準直成帶狀束16，以用于注入終端臺18中的工件。
為了說明基本束路徑，圖2a的虛線示出了與具有期望質(zhì)量的三個離子的前進路徑相對應的三個示例性離子軌道41、42和43，其中軌道41-43不必按比例示出。第一軌道41包括第一和第二半軌道41a和41b，其中軌道41開始于束6的內(nèi)端，且終止于經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束16的外端。在束導30的第一半中，通過磁體2 2的第一磁場的操作，沿軌道41a前進的離子以小于90度的角51a被偏轉(zhuǎn)。
之后，軌道41以向下的傾斜通過分辨孔26，且該軌道的第二半41b開始。一旦遇到磁體2 4的第二磁場，軌道41b上的離子被偏轉(zhuǎn)大于90度的第二角度51b，其中利用束線系統(tǒng)12的對稱特性的角51a和51b之和為180度，所述對稱特性包括基本類似的磁體22和24以及對應的第一和第二磁場。這樣，沿軌道41前進的具有適當質(zhì)量的離子被從束導30的入口端32處的源8向下提取、經(jīng)質(zhì)量分析并最終被向上引導到出口端34處的終端臺18中的目標晶片。
示例性的中心軌道42包括第一和第二半軌道42a和42b，其中沿軌道42前進的離子在角度52a和52b處分別被磁體22和24的第一和第二磁場偏轉(zhuǎn)90度。注意，沿軌道41和42的總前進距離近似相等。對于第三示例性軌道43也是同樣的，該軌道43包括開始于束6的外端且終止于經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束16的內(nèi)端的第一和第二半軌道43a和43b。在束導30的第一半中，沿軌道43a前進的離子被第一磁場偏轉(zhuǎn)大于90度的角度53a，并且然后以向上的傾斜通過分辯孔26。一旦遇到沿第二半軌道43b的第二磁場，離子向上偏轉(zhuǎn)小于90度的第二角度53b，其中角度53a和53b之和為180。
因此在對稱的束線系統(tǒng)12中，所有沿帶狀束寬度的離子被沿等距離的軌道輸運，并且每個偏轉(zhuǎn)了總共180度。這種將源對稱性地、一對一地成像在目標晶片上有利地促進了在諸如沒有復雜和昂貴的光柵掃描裝置的情況下，單-掃描注入大(例如，300mm)晶片的應用中對工藝參數(shù)(諸如劑量均勻性以及注入角完整性)的控制。此外，如下進一步所示，系統(tǒng)的對稱性提供了貫穿束線系統(tǒng)12的大部分的相對大的離子束橫截面。這導致空間電荷擴散，有助于在低能注入應用中保持束完整性。在這一點上，雖然就低能系列注入系統(tǒng)2進行說明，本發(fā)明的這些特征和方面也可應用于高和/或中能量注入裝置，諸如那些使用加速器級或模塊的注入裝置以及批量注入系統(tǒng)。
對于帶狀束6、16的所有部分，離子從源8到終端臺18的總路徑長度或行進距離基本是常數(shù)。因此，整個束16上的輸運損失近似均勻，因而不會負面影響在終端臺18處的注入均勻性。此外，如下面參照圖5a、5b和6所描述的，本發(fā)明還想到了提供束剖面調(diào)整裝置，通過該裝置可以進一步提高終端臺18處的束均勻性。例如，為了補償在束線系統(tǒng)12內(nèi)的輸運損失，可以調(diào)整源束6的密度分布，從而產(chǎn)生注入束16的均勻密度分布。
此外，系統(tǒng)2的構造有助于防止來自源8和束流收集器的污染物和顆粒到達終端臺18。在這一點上應當注意的是，雖然示例性系統(tǒng)2及其束線系統(tǒng)12使離子的磁偏轉(zhuǎn)總共180度，但是其它總偏轉(zhuǎn)角也被認為落入本發(fā)明以及所附權利要求的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明特別考慮對稱的束線系統(tǒng)(未示出)，其中第一和第二磁體協(xié)作以使具有期望質(zhì)量的離子偏轉(zhuǎn)總共大于或小于180度。
現(xiàn)在參照圖3a-3c，進一步沿包括示例性軌道41和43的系統(tǒng)2的路徑說明示例性束6、16。束6在入口端32進入束線系統(tǒng)12并被轉(zhuǎn)向以及被第一磁體22質(zhì)量分析，產(chǎn)生具有不同于端部32、34處的帶狀束6、16的寬高比的中間質(zhì)量分析離子束6’，其中入口端32具有寬約400mm的細長帶狀剖面。雖然在圖3a-3c中示出了八個示例性束軌道，但是可以理解束6、6’、16是沿從源4到終端臺18的具有均勻密度分布的束路徑行進的離子的連續(xù)分布。在圖3b中，在分散平面內(nèi)示出了束6、6’、16的局部側(cè)視圖，其中各個軌道會聚在中心。
因此，由磁體22產(chǎn)生的第一磁場(例如，為具有期望質(zhì)量的離子)提供相對于分散(dispersive)平面內(nèi)的束線系統(tǒng)12中心的平行于點型的聚焦以產(chǎn)生中間經(jīng)質(zhì)量分析的束6’。相反，磁體24的第二磁場為該中間經(jīng)質(zhì)量分析的束6’中的離子提供從點到平行型的偏轉(zhuǎn)，以在出口端34處提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束16。圖3c示出了在非分散平面內(nèi)的束6、6’、16的頂視圖，從中看到具有期望質(zhì)量的離子通常保持在平面內(nèi)。
圖3d示出了沿圖3e的線3d-3d截取的第一磁體22的局部截面圖，包括第一和第二線圈22a和22b。圖3d中的說明也是第二磁體24的典型結(jié)構，由此為了簡略起見省略第二磁體24的細節(jié)。線圈22a和22b位于束導30的每一側(cè)，每個包括周圍繞有導電線圈52的圓柱形芯50。以受控的方式通過電源(未示出)向線圈52提供DC電流，以便產(chǎn)生通常垂直于芯50的對面50’的第一偶極磁場54。提供電流以便在面50’產(chǎn)生磁性的南、北極，其中線圈22b的北磁極面對線圈22a的南磁極。以類似方式構造第二磁體24以提供束線系統(tǒng)12中的第二磁場，用于將束6’準直成經(jīng)質(zhì)量分析的細長帶狀束16?？梢允褂媒Y(jié)構與此處所示和描述的示例性磁體22和24不同的第一和第二磁體，通過各種方式獲得第一和第二磁場，并且應當理解的是所有這些實施方式被視為落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
同樣參照圖3e和4a，在圖3e中示出了從入口端32到分辨裝置31的束線系統(tǒng)12的初始部分。束導30包括從入口端32延伸到分辨裝置26的部分30a、30b和30c，這些部分限定束離子行進的束路徑。束導30的第二半(圖4a)包括在分辨裝置31和出口端34之間延伸的問候部分(complimentary section)30c、30b和30a。在離子會聚在鄰近分辨裝置31的束6’中的地方，系統(tǒng)12提供束抑制特征，用于保持束完整。為此，示例性束線系統(tǒng)12包括放置在分辨孔26的各側(cè)的束導部分30c周圍的四極磁體60，以便在空間電荷起作用的情況下調(diào)整束腰6’的位置。
此外，束導30還包括多個磁體，諸如在部分30c的一個或多個內(nèi)壁上的永磁體(未示出)，所述磁體提供沿分辨孔26附近的用于束限制路徑的至少一部分的多尖磁場。還參考圖4b，束導30還可包括在部分30c內(nèi)靠近分辨孔26的波導(未示出)，RF或微波功率源(未示出)可以通過微波饋入器62連接到所述波導。在這種實施方案中，微波功率與多尖磁場在束導30內(nèi)相互作用以為沿分辨孔26附近的束導30內(nèi)路徑的束限制提供電子回旋共振(ECR)條件。
現(xiàn)在參照圖5a和5b，本發(fā)明可以使用任何適當?shù)碾x子束源4來執(zhí)行，所述離子束源提供橫向?qū)挾?a遠大于橫向高度6b的細長離子束6。所示的帶狀束源4包括具有細長外壁的等離子體源8，該外壁通常限定圓柱形等離子體限制腔8’，在腔8’中使用天線(未示出)和RF等離子體振蕩器9通過RF激發(fā)源氣體來產(chǎn)生等離子體。提取裝置10通過多個提取電極10a提供電場，提取電極10中有細長的提取狹縫或孔10b，其中提取電極10a、狹縫10b和提取的帶狀束6不一定按比例繪制。源4提供沿橫向?qū)挾?a具有均勻密度分布的束6，用于將其提供到束導30的入口端32，如上所述。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，系統(tǒng)2也可以包括控制裝置70，用于選擇性調(diào)整與從帶狀束源4提取的細長離子束6相關聯(lián)的密度分布。該控制裝置70包括鄰近等離子體源壁8中的提取出口的多個磁體對80，束6通過所述提取出口而被提取。磁體對80分別包括具有可充電繞組的上、下電磁體80a和80b，以便在磁體80a和80b之間提供可調(diào)磁場82，其中電流以受控方式通過所述繞組而被傳導。
磁體80a和80b設置在出口的各側(cè)以在等離子體源8的出口和提取電極10a之間的提取區(qū)域提供可調(diào)磁場82，以便調(diào)整被提取的帶狀束6的密度分布。電磁體80被充電使得第一磁體80a提供面對第二磁體80b的具有第一磁極性的磁極(例如，在所示的實例中為北極)，且第二磁體80b提供面對第一磁體80a的具有相對第二磁極性的磁極(南)。以這種方式，每個磁體對的磁體80a和80b協(xié)作以在提取區(qū)域提供可調(diào)磁場82。
可以使用控制系統(tǒng)72分別調(diào)整與每對磁體80相關的磁場82，控制系統(tǒng)72提供控制信號到DC電源74以對與各個電磁體80相關的線圈繞組充電?？刂葡到y(tǒng)72連接到電源74以分別控制提供到磁體對的電流，從而根據(jù)提取的離子束6的期望等離子體密度分布，分別調(diào)整由磁體對80在提取區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場82。這種對各個磁場82的控制允許選擇性限制在提取區(qū)域可獲得的離子化的等離子體的量，其中增加與給定磁體對相關的磁場82減小了流出該對附近的腔8’的等離子體的量。因此，帶狀束6的橫向?qū)挾?a被分割成8個部分或片段，每一個與磁體對80相關。對于每個片段，選擇性限制流出腔8’的等離子體的能力允許在其被提取時對產(chǎn)生的束6的密度分布進行控制。
還參照圖6，可以根據(jù)在源4處的期望分布、或根據(jù)終端臺18的下游的期望分布、使用已知的控制算法(包括但不限于反饋、前饋、推測或者其他類型)進行束密度分布控制。這提供例如修正或補償源4中或注入系統(tǒng)2的下游裝置中的非均勻性的效用。因此，注入系統(tǒng)2可以包括位于終端臺18的束分布探測器90，以當其施加在目標(多個)晶片上時測量束16的密度分布，并且將對應的測量信號提供到控制裝置70的控制系統(tǒng)72。控制系統(tǒng)72，接著作出適當?shù)恼{(diào)整以充電電磁體80(例如，使用電源74)，以便在工件處修正任何與期望分布的偏離。束分布探測器90可以是任何類型的，例如，諸如多個位于終端臺18中的法拉第杯，以便檢測與經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束16相關的實際密度分布。
上面示出并描述的示例性離子注入系統(tǒng)2為細長的帶狀束提供具有一般為矩形橫向分布的均勻密度，這有利于與系列注入終端臺18一起使用。在這種應用中，可以使用例如單掃描機械平移目標晶片(未示出)，橫跨晶片表面掃描所產(chǎn)生的經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束16，。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)與批量注入型目標掃描系統(tǒng)20相關的應用，其中多個晶片可以通過經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束16的路徑被有角度地平移。在這種應用中，為了容納晶片表面的有角度掃描，提取裝置10的提取縫10b可以是梯形的，因而在晶片注入中提供均勻性?？梢岳斫猓梢詫λ镜难b置和系統(tǒng)作出很多其它修改而不脫離本發(fā)明的范圍。
雖然已經(jīng)關于某些方面和實施方案描述了本發(fā)明，但應當理解的是本領域的其他技術人員閱該和理解該說明書和附圖后，可以作出等效改變和修改。尤其關于由上述部件(組件、裝置、電路、系統(tǒng)等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這種部件的術語(包括參照“裝置”)意圖對應于(除非特別說明)執(zhí)行所述部件的特定功能的任何部件(即，功能等效)，即使結(jié)構上不等效于所公開的用于執(zhí)行此處所示的本發(fā)明示例性實施方案的結(jié)構。在這點上，還將認識到本發(fā)明包括計算機可讀媒質(zhì)，其具有用于執(zhí)行本發(fā)明的各種方法的步驟的計算機可執(zhí)行指令。此外，雖然本發(fā)明的特定特征僅僅針對幾個實施方案的其中之一，但所述特征可以與其它實施方案的一個或多個其它特征相結(jié)合，這對于任何給定或特定應用是期望的且有利的。此外，術語“包含”“具有”及其變體用于詳細的說明書或權利要求書中，這些術語意圖以類似于術語“包括”的方式而被包括在內(nèi)。
權利要求
1.一種使用離子束注入一個或多個工件的離子注入系統(tǒng)，包括產(chǎn)生沿縱向路徑的細長離子束的離子源，該離子束包括定義第一寬高比的橫向?qū)挾群蜋M向高度，其中橫向?qū)挾却笥跈M向高度，該第一寬高比包括該橫向?qū)挾群驮摍M向高度之比；束線系統(tǒng)，包括沿該路徑位于離子源下游的質(zhì)量分析儀以接收細長離子束，該質(zhì)量分析儀提供橫跨該路徑的磁場，以便根據(jù)質(zhì)量以不同軌道將離子從離子束偏轉(zhuǎn)，從而提供包括具有期望質(zhì)量的離子的經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束，該經(jīng)質(zhì)量分析的離子束包括基本類似于第一寬高比的第二寬高比；以及終端臺，從束線系統(tǒng)接收經(jīng)質(zhì)量分析的離子束，并且沿該路徑支撐至少一個工件用于使用經(jīng)質(zhì)量分析的離子束的注入。
2.權利要求1的離子注入系統(tǒng)，其中束線系統(tǒng)包括第一磁體，向來自離子源的細長離子束提供第一磁場，該第一磁場用于將具有期望質(zhì)量的各個離子沿該路徑引導，并且使不具有期望質(zhì)量的離子偏離該路徑；以及沿該路徑位于第一磁體下游的第二磁體，該第二磁體向沿著第一磁體和終端臺之間路徑的具有期望質(zhì)量的離子提供第二磁場，該第二磁場用于將具有期望質(zhì)量的各個離子作為經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束引導到終端臺，該離子束包括基本類似于第一寬高比的第二寬高比。
3.權利要求2的離子注入系統(tǒng)，其中第一和第二磁體提供第一和第二磁場以便將橫跨離子源處的離子束寬度上的具有期望質(zhì)量的各個離子引導到終端臺，使得具有期望質(zhì)量的各個離子在離子源和終端臺之間大概行進相同的距離。
4.權利要求2的離子注入系統(tǒng)，其中第一磁體包括質(zhì)量分析儀磁體，且第二磁體包括準直器磁體。
5.權利要求2的離子注入系統(tǒng)，其中第一和第二磁體基本相互類似。
6.權利要求3的離子注入系統(tǒng)，其中靠近離子源的細長離子束的橫向?qū)挾却蠹s為400mm，且其中經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束在終端臺附近包括約400mm的橫向?qū)挾取?br> 7.權利要求1的離子注入系統(tǒng)，其中靠近離子源的細長離子束的橫向?qū)挾却蠹s為400mm，且其中經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束在終端臺附近包括約400mm的橫向?qū)挾取?br> 8.權利要求1的離子注入系統(tǒng)，其中質(zhì)量分析儀包括沿該路徑放置的束導，該束導定義束腔，離子束通過所述束腔從入口端行進到出口端，其中該質(zhì)量分析儀貫穿該束導的至少一部分提供橫跨該路徑的磁場，以將入口端處的橫跨離子束寬度上的具有期望質(zhì)量的各個離子通過該束導引導到出口端，使得具有期望質(zhì)量的各個離子在束導的入口和出口端之間行進大概相等的距離。
9.權利要求8的離子注入系統(tǒng)，其中質(zhì)量分析儀包括第一和第二磁體，且束導包括沿該路徑在第一和第二磁體之間的分辨孔；其中第一磁體靠近束導的入口端放置以在入口端和分辨孔之間提供沿該路徑的第一磁場，以便根據(jù)質(zhì)量以不同軌道偏轉(zhuǎn)離子束中的離子，該第一磁場用于將具有期望質(zhì)量的各個離子通過分辨孔沿該路徑引導，以及用于將不具有期望質(zhì)量的離子偏離該孔；其中分辨孔沿該路徑位于第一磁體的下游，并包括定義分辨孔寬高比的橫向?qū)挾群蜋M向高度，該分辨孔寬高比不同于第一和第二寬高比；以及其中第二磁體沿該路徑位于束導的出口端，用于接收通過分辨孔行進的具有期望質(zhì)量的離子，該第二磁體在分辨孔和出口端之間提供沿該路徑的第二磁場，該第二磁場用于將來自分辨孔的具有期望質(zhì)量的各個離子引導到沿該路徑的出口端，以便提供包括基本與第一寬高比相似的第二寬高比的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束。
10.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中第一和第二磁體提供第一和第二磁場以便將橫跨離子源處的離子束寬度上的具有期望質(zhì)量的各個離子引導到終端臺，使得具有期望質(zhì)量的各個離子在離子源和終端臺之間大概行進相同的距離。
11.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中第一磁體包括質(zhì)量分析儀磁體，且第二磁體包括準直器磁體。
12.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中第一和第二磁體基本相互類似。
13.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中靠近離子源的細長離子束的橫向?qū)挾却蠹s為400mm，且其中經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束在終端臺附近包括約400mm的橫向?qū)挾取?br> 14.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中終端臺還包括束分布探測器，用于在終端臺檢測與經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束相關的密度分布，且其中離子束還包括束分布控制裝置，用于根據(jù)在終端臺檢測到的與經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束相關的密度分布，調(diào)整與靠近離子源的細長離子束相關的密度分布。
15.權利要求14的離子注入系統(tǒng)，其中束分布探測器包括位于終端臺的多個法拉第杯，以便檢測與經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束相關的實際密度分布。
16.權利要求15的離子注入系統(tǒng)，其中所述多個法拉第杯靠近正被注入的工件放置。
17.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中束線系統(tǒng)還包括靠近分辨孔放置的多個四極磁體，所述四極磁體提供沿該路徑的束腰位置的調(diào)整。
18.權利要求9的離子注入系統(tǒng)，其中束導還包括多個磁體，這些磁體沿該路徑的至少一部分提供多尖磁場，用于在靠近分辨孔的束導內(nèi)沿該路徑的束限制。
19.權利要求18的離子注入系統(tǒng)，其中束導還包括靠近分辨孔的波導以及連接到該波導的微波功率源，該微波功率源向波導提供微波能量用于在靠近分辨孔的束導內(nèi)沿該路徑的束限制。
20.權利要求19的離子注入系統(tǒng)，其中微波能量和多尖磁場在束導內(nèi)相互作用以提供電子回旋共振條件，用于在靠近分辨孔的束導內(nèi)沿該路徑的束限制。
21.一種束線系統(tǒng)，用于向離子注入系統(tǒng)的終端臺提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束，該束線系統(tǒng)包括第一磁體，接收沿一路徑的具有第一寬高比的細長離子束，質(zhì)量分析儀，該第一磁體向該細長離子束提供第一磁場以沿該路徑引導具有期望質(zhì)量的各個離子并且使不具有期望質(zhì)量的離子偏離該路進；以及第二磁體，沿該路徑位于第一磁體的下游，該第二磁體在第一磁體和終端臺之間向沿該路徑的具有期望質(zhì)量的離子提供第二磁場，以將具有期望質(zhì)量的各個離子以細長的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束的形式引導到終端臺，所述經(jīng)質(zhì)量分析的離子束具有基本與第一寬高比相似的第二寬高比。
22.權利要求21的束線系統(tǒng)，包括入口端和出口端，其中第一磁體在入口端附近接收細長離子束，且第二磁體在出口端附近提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束，且其中第一和第二磁體提供第一和第二磁場以便將橫跨離子源處的離子束寬度上的具有期望質(zhì)量的各個離子引導到出口端，使得具有期望質(zhì)量的各個離子在入口和出口端之間大概行進相同的距離。
23.權利要求21的束線系統(tǒng)，其中第一和第二磁體彼此基本類似。
24.權利要求21的束線系統(tǒng)，還包括沿該路徑放置的束導，該束導定義束腔，細長離子束通過該束腔從入口端前進到出口端，其中第一和第二磁體分別貫穿該束導的第一和第二部分提供橫跨該路徑的第一和第二磁場，以將橫跨入口端處的離子束寬度的具有期望質(zhì)量的各個離子通過該束導引導到出口端，以使具有期望質(zhì)量的各個離子在該束導的入口和出口端之間行進大概相等的距離。
25.權利要求24的束線系統(tǒng)，還包括沿該路徑位于第一和第二磁體之間的分辨孔；其中第一磁體位于束導的入口端附近用以在入口端和該分辨孔之間沿該路徑提供第一磁場，以便根據(jù)質(zhì)量以不同的軌道將離子從細長離子束偏轉(zhuǎn)，該第一磁場用于將具有期望質(zhì)量的各個離子沿該路徑引導通過該分辨孔并使不具有期望質(zhì)量的離子偏離該孔；其中該分辨孔沿該路徑位于第一磁體的下游，并且包括定義分辨孔寬高比的橫向?qū)挾群蜋M向高度，該分辨孔寬高比不同于第一和第二寬高比；以及其中第二磁體沿該路徑位于束導的出口端附近用以接收穿過分辨孔的具有期望質(zhì)量的離子，第二磁體在分辨孔和出口端之間提供沿該路徑的第二磁場，該第二磁場用于沿該路徑將具有期望質(zhì)量的各個離子從分辨孔引導到出口端，以便提供具有第二寬高比的經(jīng)質(zhì)量分析的離子束，該第二寬高比與第一寬高比基本類似。
26.在離子注入系統(tǒng)中使用離子束注入工件的方法，包括產(chǎn)生具有第一寬高比的細長離子束；使用第一磁場對該細長離子束進行質(zhì)量分析；使用第二磁場準直該離子束以提供經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束，該細長離子束具有基本與第一寬高比相似的第二寬高比；以及提供該經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的至少一部分到至少一個工件，以便使用來自該經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的離子來注入該至少一個工件。
27.權利要求26的方法，其中質(zhì)量分析和準直該細長離子束包括提供第一和第二磁場以將具有期望質(zhì)量的離子從離子源引導到至少一個工件，其中具有期望質(zhì)量的各個離子在離子源和該至少一個工件之間行進大概相等的距離。
28.一種用于使用離子束來注入工件的離子注入系統(tǒng)，包括產(chǎn)生具有第一寬高比的細長離子束的裝置；使用第一磁場質(zhì)量分析該細長離子束的裝置；使用第二磁場準直該離子束以提供具有第二寬高比的經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的裝置，該第二寬高比基本與第一寬高比相同；以及用于將經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的至少一部分提供到至少一個工件的裝置，以便使用來自該經(jīng)質(zhì)量分析的細長離子束的離子來注入該至少一個工件。
29.權利要求28的系統(tǒng)，其中用于質(zhì)量分析所述細長離子束的裝置包括第一磁體，其中用于準直該離子束的裝置包括基本與第一磁體相似的第二磁體，且其中第一和第二磁體分別提供第一和第二基本類似的磁場。
全文摘要
公開了離子注入系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)的束線，其中質(zhì)量分析并準直具有相對大寬高比的帶狀束，以提供用于注入一個或多個工件的經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束。束線系統(tǒng)(12)包括兩個相似的磁體(22、24)，其中第一磁體(22)質(zhì)量分析帶狀束以提供經(jīng)質(zhì)量分析的中間離子束，第二磁體(24)準直該中間束以向終端臺(18)提供均勻的經(jīng)質(zhì)量分析的帶狀束。該對稱系統(tǒng)為橫跨細長的束寬度的離子提供等距離的束軌道(41、43)，以便減輕系統(tǒng)的束輸運中的非線性，從而使最終經(jīng)質(zhì)量分析后的束具有均勻的高度。
文檔編號H01J37/317GK1672235SQ03818040
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月29日 優(yōu)先權日2002年7月31日
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