專利名稱：離子注入中的增強(qiáng)型低能離子束傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開內(nèi)容整體上涉及離子注入系統(tǒng)，且更特別地，涉及控制離子注入機(jī)中的離子束。
背景技術(shù)：
典型的離子束注入機(jī)包括用于從源材料產(chǎn)生帶正電荷的離子的離子源。所產(chǎn)生的離子形成束并被沿著預(yù)定束路徑弓I導(dǎo)至注入站。離子束注入機(jī)可以包括在離子源和注入站之間延伸的束形成成形結(jié)構(gòu)。束形成成形結(jié)構(gòu)保持離子束并包圍細(xì)長(zhǎng)內(nèi)腔或通道，所述束在途中經(jīng)過該細(xì)長(zhǎng)內(nèi)腔或通道到達(dá)注入站。當(dāng)操作注入機(jī)時(shí)，該通道可以被抽成真空，以降低由于離子與殘留氣體分子碰撞而導(dǎo)致離子從預(yù)定束路徑偏轉(zhuǎn)的可能性。離子的質(zhì)量相對(duì)于其上的電荷之比(如，荷質(zhì)比)影響它由靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)軸向和側(cè)向加速的程度。因此，可以使到達(dá)半導(dǎo)體晶片或其它目標(biāo)的預(yù)期區(qū)域的束非常純凈，這是因?yàn)榫哂胁幌Ｍ姆肿恿康碾x子可以被偏轉(zhuǎn)至離開束的位置，并且可以避免除期望材料之外的注入。選擇性地分離具有希望和不希望的荷質(zhì)比的離子的過程已知為質(zhì)量分析。質(zhì)量分析器通常采用產(chǎn)生偶極磁場(chǎng)的質(zhì)量分析磁體，以在弓形通道中經(jīng)由磁偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)離子束中的各種離子，這將有效地分離具有不同荷質(zhì)比的離子。對(duì)于淺深度離子注入，大電流、低能離子束是希望的。在這種情況中，由于帶有相同電荷的離子的相互排斥，離子能量的降低使得在維持離子束的匯聚方面造成了一定的困難。大電流離子束通常包括高濃度的帶相似電荷的離子，其由于相互排斥而傾向于發(fā)散。為了在低壓下維持低能大電流離子束的完整性，可以產(chǎn)生等離子體以圍繞離子束。離子束通常傳播穿過弱等離子體，該弱等離子體為束與殘留或背景氣體的相互作用的副產(chǎn)物。該等離子體傾向于中和離子束的空間電荷，從而極大地消除側(cè)向電場(chǎng)，否則側(cè)向電場(chǎng)將使束分散。在離子注入系統(tǒng)中，存在對(duì)與大電流低能離子束一起使用的束限制設(shè)備和方法的需要，其可以在低壓下運(yùn)行，并沿著質(zhì)量分析器束引導(dǎo)裝置的長(zhǎng)度提供均勻的束限制。

發(fā)明內(nèi)容
下述呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的發(fā)明內(nèi)容，以提供對(duì)本發(fā)明公開內(nèi)容的一些方面的基本理解。本發(fā)明內(nèi)容不是詳盡的概述。其目的既不是要求區(qū)別關(guān)鍵或重要元件，也不是界定本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍。確切地說，其主要目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式呈現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)想法，作為隨后呈現(xiàn)的更詳細(xì)的描述的前序。低能大電流離子束的一個(gè)公知問題是“束散(beam blowup)”現(xiàn)象。大電流離子束由許多非?？拷膸嗤姾傻牧Ｗ訕?gòu)成，導(dǎo)致了可以推動(dòng)離子沿徑向方向分開的排斥力。而且，也在大電流下進(jìn)行低能注入時(shí)，束散可能被加劇，其中許多帶相同電荷的粒子沿相同方向相對(duì)緩慢地移動(dòng)(如，低能)。在這種情況中，由于束粒子密度增加，在粒子之間存在充足的排斥力，并且另外小的動(dòng)量用于保持粒子沿束路徑方向繼續(xù)移動(dòng)。結(jié)果，低能大電流離子束通常呈現(xiàn)出直徑的膨脹，導(dǎo)致了不希望的未聚焦的離子束。通過使離子束穿過中和劑(諸如包含在等離子體內(nèi)部的電子云)，可以降低束散。 通過將氣體暴露至激勵(lì)電場(chǎng)，可以產(chǎn)生適合這種功能的等離子體。氣體可以被激勵(lì)成帶電等離子體，使得其電子的負(fù)電荷平衡包括離子束的離子的正電荷。這種暴露產(chǎn)生中和等離子體，可以使束穿過該中和等離子體以降低空間電荷作用，從而減輕束散。這種方案的一個(gè)問題是，用來產(chǎn)生等離子體的激勵(lì)場(chǎng)可能會(huì)產(chǎn)生等離子體殼層， 該等離子體殼層是其中中和電子的密度相對(duì)低的區(qū)域。因此，穿過等離子體殼層的離子束的一部分將不經(jīng)歷中和處理，并且將繼續(xù)呈現(xiàn)束散。在一種實(shí)施例中，通過改變激勵(lì)場(chǎng)的生成可以降低這種作用。該系統(tǒng)不是以靜態(tài)強(qiáng)度產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，而且可以以不同的強(qiáng)度和/或頻率產(chǎn)生各種激勵(lì)場(chǎng)，以維持中和等離子體的等離子體狀態(tài)，同時(shí)降低等離子體殼層作用。 以這種方式，可以降低等離子體殼層的束散加劇作用。在一種實(shí)施例中，離子注入系統(tǒng)包括脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器，其用作束中和部件以減輕束散，該束散在大電流低能束中會(huì)是特別有問題的。脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器可以位于沒有施加的電場(chǎng)的系統(tǒng)中的任何區(qū)域中，在該區(qū)域中可能發(fā)生擴(kuò)大。脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器包括用于變化地產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)的部件，所述激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生中和離子束的等離子體，由此減輕束散?？梢愿鶕?jù)為了期望的束限制而將等離子體維持在足夠的水平的需要使用激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生部件，而同時(shí)通過在其它時(shí)間減小或關(guān)閉激勵(lì)場(chǎng)來減輕等離子體殼層作用。為了實(shí)現(xiàn)前述和相關(guān)的目的，下述描述和附圖詳細(xì)地闡述了特定示例性的方面和實(shí)施方式。這些表示且僅表示各種方式中的幾種方式，其中可以采用一個(gè)或多個(gè)方面。在結(jié)合附圖進(jìn)行考慮時(shí)，將從下述的詳細(xì)描述明白其它方面、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征。


圖1為示出包括如本文中描述的中和部件的示例性離子注入系統(tǒng)的方塊圖。圖2示出了示例性中和部件。圖3a為示出激勵(lì)期間中和部件中的示例性電壓分布的視圖。圖北為示出在激勵(lì)之后的“余輝(after glow) ”期間中和部件中的示例性電壓分布的視圖。圖4和5為中和部件中的束電流和激勵(lì)場(chǎng)的示例性圖表。圖6為示出在具有RF等離子體和不具有RF等離子體情況下電流對(duì)能量的圖表。圖7為離子注入系統(tǒng)中的束傳輸?shù)氖纠苑椒ǖ姆綁K圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖描述了一個(gè)或多個(gè)方面，其中相似的附圖標(biāo)記在全文中通常用來表示相似的元件，并且其中各種結(jié)構(gòu)沒有必要按比例繪制。在接下來的描述中，為了說明的目的， 對(duì)諸多具體細(xì)節(jié)進(jìn)行了闡述，以提供對(duì)本發(fā)明公開內(nèi)容的一個(gè)或多個(gè)方面的全面了解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以以較少程度的這些具體細(xì)節(jié)來實(shí)施一個(gè)或多個(gè)方面。在其它例子中，以方塊圖形式示出公知的結(jié)構(gòu)和裝置，以便于促進(jìn)對(duì)一個(gè)或多個(gè)方面的描述。如上所述，在半導(dǎo)體制造工藝中，用帶電粒子或離子對(duì)半導(dǎo)體晶片或工件進(jìn)行注入。低能大電流束的使用對(duì)于應(yīng)用于微型化部件的淺摻雜是有利的，但這種離子束會(huì)受到束散(beam blowup)的阻礙。因此，此處的公開內(nèi)容提供了一種離子注入系統(tǒng)和方法，其包括甚至在大電流低能注入中減輕束散的脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器。圖1示出了示例性離子注入系統(tǒng)110，其包括用于減輕束散的中和部件。系統(tǒng)110 具有終端112、束線組件114和終端站116。終端112包括由離子源電源119供電的離子束源120。離子源120產(chǎn)生帶電離子，其被引出并形成離子束124，沿著束線組件114中的束路徑將離子束124引導(dǎo)至終端站116。為了產(chǎn)生離子，將被離子化的摻雜劑材料(未示出)的氣體位于離子束源120的產(chǎn)生室121內(nèi)。摻雜劑氣體例如可以從氣體源(未示出)供給到室121中。除了離子源電源119，應(yīng)當(dāng)理解，任何數(shù)量的合適的機(jī)構(gòu)(未示出)可以用來在離子產(chǎn)生室121內(nèi)激發(fā)自由電子，如RF或微波激發(fā)源、電子束注射源、電磁源和/或陰極，例如，其可以在室內(nèi)產(chǎn)生電弧放電。被激發(fā)的電子與摻雜劑氣體分子碰撞，從而產(chǎn)生離子。通常，產(chǎn)生正離子，盡管本文公開內(nèi)容也適用于其中產(chǎn)生負(fù)離子的系統(tǒng)。離子由離子引出組件123可控地通過室121中的狹縫118引出，離子引出組件123 包括多個(gè)引出和/或抑制電極12fe、125b。引出組件123可以包括引出電源122，其用于偏壓引出和/或抑制電極125aU25b以加速來自產(chǎn)生室121的離子?？梢岳斫猓捎陔x子束IM包括帶相同電荷的粒子，因此當(dāng)帶相同電荷的粒子相互排斥時(shí)，離子束可能具有徑向向外擴(kuò)大或膨脹的趨勢(shì)。還可以理解，束散在低能大電流束中可能被加劇，其中許多帶相同電荷的粒子沿相同方向相對(duì)緩慢地移動(dòng)，使得粒子之間存在足夠的排斥力，但是小的粒子動(dòng)量用來保持粒子沿束路徑的方向繼續(xù)移動(dòng)。因此，引出組件123通常配置成使得以高能量引出束，使束不放大(S卩，使得粒子具有足夠的動(dòng)量以克服會(huì)導(dǎo)致束散的排斥力)。而且，通常有利的是，以相對(duì)高的能量將束IM傳遞通過整個(gè)系統(tǒng)， 所述束僅在工件130的前面被降低，以促進(jìn)對(duì)束的限制。還會(huì)有利的是，產(chǎn)生和傳輸分子或簇離子，其可以以相對(duì)高的能量進(jìn)行傳輸，但被以較低的等同能量注入，這是因?yàn)榉肿踊虼氐哪芰勘辉诜肿拥膿诫s劑原子之間進(jìn)行劃分。束線組件114具有束引導(dǎo)裝置132、質(zhì)量分析器126、束限定部件135以及中和部件140，該中和部件140例如可以用作脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器。質(zhì)量分析器1 被形成為約90度的角度且包括用來在其中建立(偶極)磁場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)磁體(未示出)。當(dāng)束IM進(jìn)入質(zhì)量分析器1 時(shí)，它由磁場(chǎng)相應(yīng)地彎曲，使得具有不合適的荷質(zhì)比的離子被排除。更特別地，具有太大或太小荷質(zhì)比的離子被偏轉(zhuǎn)到質(zhì)量分析器126的側(cè)壁127中。以這種方式，質(zhì)量分析器126僅允許束IM中具有期望的荷質(zhì)比的離子從其中穿過，并通過分辨孔134出射。應(yīng)當(dāng)理解，離子束與系統(tǒng)110中的其它粒子的碰撞會(huì)使束完整性劣化。因此可以包括一個(gè)或多個(gè)泵(未示出)，以至少對(duì)束引導(dǎo)裝置132進(jìn)行抽真空。束限定部件135包括用于限定(如通過掃描、聚焦、調(diào)整束能量、偏轉(zhuǎn)和/或操控) 束的元件(未示出)，其中一個(gè)或多個(gè)束限定電源150可操作地耦接至束限定元件135，以偏壓其中的元件(如，電極)。束限定部件135接收經(jīng)過質(zhì)量分析的且具有相對(duì)窄的輪廓的離子束124(如，圖示的系統(tǒng)110中的“筆”束)，由束限定電源150施加的電壓操作以掃描、 聚焦、能量調(diào)節(jié)、偏轉(zhuǎn)和/或操控束。束限定部件135例如可以如在授權(quán)給Vanderberg等人的美國專利號(hào)7，064，340和/或授權(quán)給Rathme 11等人的美國專利號(hào)6，777，696中提供的那樣操作，通過引用將美國專利號(hào)7，064，340和6，777，696的全部?jī)?nèi)容結(jié)合在本文中。此外， 束限定部件135可以包括靜電偏轉(zhuǎn)板(如，一對(duì)或多對(duì)靜電偏轉(zhuǎn)板)，以及單透鏡(Einzel lens)、四極子和/或其它元件。雖然沒有必要，但可能有利的是，將電壓施加至偏轉(zhuǎn)板使得它們的平均值為零，以避免必須引入附加元件，以減輕扭曲。在圖示的示例中，終端站116為“串聯(lián)”型終端站，其沿著用于注入的束路徑支撐單個(gè)工件130，盡管可以具體地為任何數(shù)量的不同終端站。在終端站116內(nèi)且在工件位置的附近可以包括劑量測(cè)定系統(tǒng)152，用于在注入操作之前進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量。在校準(zhǔn)期間，束IM 穿過劑量測(cè)定系統(tǒng)152。劑量測(cè)定系統(tǒng)152包括一個(gè)或多個(gè)輪廓儀156，其可以連續(xù)地橫越輪廓分析儀路徑158，從而測(cè)量被掃描的束的輪廓。輪廓儀156可以包括例如測(cè)量被掃描的束的電流密度的電流密度傳感器(如法拉第杯)，其中電流密度為注入角度(如，束和工件的機(jī)械表面之間的相對(duì)方位，和/或束和工件的晶格結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)方位)的函數(shù)。劑量測(cè)定系統(tǒng)可以測(cè)量一個(gè)或多個(gè)離子注入特性，如束電流和/或大小。劑量測(cè)定系統(tǒng)152可以可操作地耦接至控制系統(tǒng)154，以接收來自控制系統(tǒng)154的命令信號(hào)，并向控制系統(tǒng)1 提供測(cè)量值。例如，可以包括計(jì)算機(jī)、微處理器等的控制系統(tǒng) IM可以可操作地接收由劑量測(cè)定系統(tǒng)152提供的一個(gè)或多個(gè)離子注入特性的測(cè)量值，并且例如可以計(jì)算平均的束電流和/或能量。控制系統(tǒng)巧4還可以可操作地耦接至從其中產(chǎn)生離子束的終端112、束線組件114的質(zhì)量分析器126、束限定部件135(如，經(jīng)由束限定電源150)，和/或中和部件140。因此，這些元件中的任何一個(gè)或所有都可以由控制系統(tǒng)IM 進(jìn)行調(diào)節(jié)，以基于由劑量測(cè)定系統(tǒng)152提供的測(cè)量值便于進(jìn)行期望的離子注入。這種可操作耦接的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)是對(duì)脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器140的控制，以監(jiān)測(cè)和增強(qiáng)束中和的效率(如，通過控制激勵(lì)場(chǎng)脈沖調(diào)制和等離子體產(chǎn)生的細(xì)節(jié))。例如，最初可以根據(jù)預(yù)定的束調(diào)整參數(shù)(其可以存儲(chǔ)/加載到控制系統(tǒng)1 中)建立離子束。隨后，基于關(guān)于由劑量測(cè)定系統(tǒng)152提供的選定的離子注入特性的反饋，可以根據(jù)需要改變供給至中和部件140 的功率，例如用于控制束電流和/或大小。轉(zhuǎn)向圖2，其示出了包括可以用作圖1的中和部件140的脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器的離子注入系統(tǒng)200的束線。脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器可以如圖1所示地靠近束引導(dǎo)裝置132定位，但它也可以位于束限定部件135之前或之后。然而，應(yīng)當(dāng)理解，脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器可以位于圖1的系統(tǒng)110內(nèi)的任一個(gè)或多個(gè)位置處，以便于進(jìn)行期望的束等離子體限制。本發(fā)明的例子中的脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器容納在具有一對(duì)線圈202的質(zhì)量分析器中，在圖2中示出了質(zhì)量分析器的剖面，其中第一線圈(或在示出的方位上的頂部線圈202a)位于第二線圈(或底部線圈)202b的上方，束路徑204設(shè)置在它們之間并分別從進(jìn)口端203a延伸穿過至出口端20北。每個(gè)線圈202沿寬度方向206延伸至少遠(yuǎn)至離子束的寬度，并且優(yōu)選地延伸至比束寬度更寬一些。每個(gè)線圈202可以包括弓形磁軛208，該弓形磁軛208具有纏繞在其周圍的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體，例如在沿著磁軛的弓形形狀的縱向方向上且通常平行于束路徑204。在電流傳導(dǎo)通過線圈202時(shí)，在大致垂直于束傳播方向的方向上在線圈之間產(chǎn)生偶極磁場(chǎng)B。參照?qǐng)D2，橫向延伸線圈202限定等離子體發(fā)生器200的橫向相對(duì)側(cè)214。設(shè)置在所述側(cè)214中的一個(gè)上并定位在線圈20 和202b之間的是弓形延伸側(cè)壁262和272。兩個(gè)弓形延伸傳導(dǎo)段22 和222b可以位于所述側(cè)壁上。雖然這些段本身是導(dǎo)電的，但這些段彼此電隔離。在每個(gè)段22h、222b上，多個(gè)電極22^、224b沿著弓形路徑縱向延伸，其中電極2M可以被沿著其進(jìn)行連接。雖然電極224被顯示為經(jīng)由各個(gè)段222電連接在一起的多個(gè)分離元件，但應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)電極2M可以包括單個(gè)的、弓形延伸的傳導(dǎo)元件以及其它配置，并且這種替換方案被設(shè)想落入到本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。電極22 和224b耦接至電源(未示出，如RF電源)，使得在偏壓時(shí)，可以形成激勵(lì)場(chǎng)部件224，以沿大致垂直于束路徑204的方向在電極22 和224b之間產(chǎn)生電場(chǎng)。在一個(gè)示例中，可以采用電極22^、2Mb與間隙212中的偶極磁場(chǎng)B (其垂直于所述電場(chǎng))，以在其中產(chǎn)生類似于磁電管的電子捕獲區(qū)域。移動(dòng)的電子與氣體(殘留源氣體或輸入源氣體， 如氙)碰撞，用于該氣體的電離以產(chǎn)生等離子體。氣體源(未示出)選擇性地釋放將被電離的氣體(例如，如由控制器2M控制)，激勵(lì)場(chǎng)部件2M用來由該氣體產(chǎn)生帶電等離子體 245。在一種實(shí)施方式中，激勵(lì)場(chǎng)部件可以為天線，或任何能夠產(chǎn)生為在射頻范圍和/ 或微波范圍中的一個(gè)中運(yùn)行的靜電場(chǎng)和/或電磁場(chǎng)的激勵(lì)場(chǎng)的部件。激勵(lì)場(chǎng)部件2M可以包括天線，例如，當(dāng)向激勵(lì)場(chǎng)部件2M供電時(shí)，在天線附近產(chǎn)生高振幅激勵(lì)場(chǎng)(如，高振幅磁場(chǎng))。作為一個(gè)示例，射頻(RF)天線可以用來產(chǎn)生射頻范圍中的電磁場(chǎng)，并將激勵(lì)場(chǎng)引導(dǎo)至穿過其(如，窗口、天線等)的離子束。在另一情形中，激勵(lì)場(chǎng)部件2M可以包括用直流電壓偏壓以產(chǎn)生直流放電的電極。在另一情形中，可以用直流偏壓熱絲，以產(chǎn)生絲放電。在又一種實(shí)施例中，激勵(lì)部件可以為微波天線。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，電極2M也可以為磁體，其中每個(gè)磁體2M具北極和與其相關(guān)聯(lián)的南極。例如，在擴(kuò)大的區(qū)域223內(nèi)的第一段22 中，磁體使得它們的磁極對(duì)準(zhǔn)， 使每個(gè)磁體的北極向內(nèi)面向另一個(gè)傳導(dǎo)段222b上的磁體224b，并且具有向外面向遠(yuǎn)離其它磁體224b的南極。此外，在第二段222b中，磁體類似地使它們的磁極對(duì)準(zhǔn)，然而，每個(gè)磁體224b的北極向內(nèi)面向第一傳導(dǎo)段22 上的磁體22 ，并具有向外面向遠(yuǎn)離磁體22 的南極。采用這種配置，磁體可以產(chǎn)生朝向束路徑204延伸到弓形通道中的尖形磁場(chǎng)。雖然在圖2中示出了一種配置，但應(yīng)當(dāng)理解，磁極方位可以交替移動(dòng)，其中南極和北極的配置產(chǎn)生尖形磁場(chǎng)，并且本發(fā)明預(yù)料到任何這樣的變化。由磁體2M產(chǎn)生的磁性的尖形磁場(chǎng)具有垂直于由電極2M產(chǎn)生的電場(chǎng)的部分。通常采用具有磁體的電極，可以定制尖形磁場(chǎng)，以在不影響其中的偶極子磁場(chǎng)B的質(zhì)量分析功能的情況下最大化電離效率，如可以理解的那樣。此外，通過采用具有磁體的電極(對(duì)于電場(chǎng)產(chǎn)生器和磁場(chǎng)產(chǎn)生器二者具有相似的結(jié)構(gòu))，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。在等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的等離子體可以容易沿著磁力線(如與偶極子場(chǎng)B相關(guān)聯(lián)的場(chǎng)力線)流動(dòng)。因此，所產(chǎn)生的等離子體沿著弓形通道以相對(duì)均勻的方式形成，并且隨后可以容易地沿著偶極子場(chǎng)力線橫跨束引導(dǎo)裝置的寬度擴(kuò)散，以橫跨帶狀束的寬度提供大致均勻的等離子體。因此，束的空間電荷中和可以有利地橫跨其寬度均勻地發(fā)生。等離子體放電245可以包括兩個(gè)質(zhì)量不同的區(qū)域準(zhǔn)中性等電勢(shì)導(dǎo)電等離子體本體247和稱為等離子體殼層249的邊界層。等離子體本體包括多個(gè)移動(dòng)電荷載體(如在等離子體本體內(nèi)所示)，因此為導(dǎo)電介質(zhì)。其內(nèi)部通常具有均勻的電勢(shì)。等離子體在與材料物體直接接觸時(shí)不會(huì)長(zhǎng)久存在，并且通過形成非中心殼層249而快速地將自身與物體分開。
8殼層為具有強(qiáng)電場(chǎng)的缺乏電子的、導(dǎo)電差的區(qū)域。等離子體本體在低能下可能是有利的，這是因?yàn)殡娮又泻蛷钠渲薪?jīng)過的正離子束204中的空間電荷。因此，束不會(huì)放大很多，并且允許更有效的束傳輸。在一種實(shí)施例中，等離子體放電可以在給定頻率和占空比的情況下周期地改變。 等離子體放電可以根據(jù)控制由控制系統(tǒng)2 (如，控制器和/或軟件系統(tǒng))激勵(lì)的等離子體放電的時(shí)間依賴性的任何受控方式進(jìn)行改變。例如，占空比可以確定脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器在用于激發(fā)等離子體(如RF等離子體)的放電階段中運(yùn)行的時(shí)間部分。在一種實(shí)施例中，可以根據(jù)RF脈沖控制等離子體放電。例如，可以根據(jù)其中運(yùn)行激勵(lì)場(chǎng)部件224(如， RF天線)的不同階段產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)的脈沖。在一種實(shí)施例中，激勵(lì)場(chǎng)部件2M可以配置成在放電階段運(yùn)行，并且在余輝階段中被停止，以在其上產(chǎn)生變化的場(chǎng)。當(dāng)在天線的放電階段期間運(yùn)行時(shí)，激勵(lì)場(chǎng)部件2M配置成在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在激勵(lì)場(chǎng)部件224的表面附近產(chǎn)生高振幅電場(chǎng)。在一種實(shí)施例中，天線運(yùn)行的所述預(yù)定時(shí)間可以為等離子體密度的函數(shù)，等離子體密度由測(cè)量裝置252測(cè)量，并向控制系統(tǒng)2M發(fā)送信號(hào)，用于控制操作。在另一個(gè)示例中，所述預(yù)定時(shí)間可以為束電流、和 /或其中的束和/或等離子體放電的任何其它特性性質(zhì)的函數(shù)。在一種實(shí)施例中，脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器包括等離子體限制部件，如尖形限制系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)尖形場(chǎng)元件22^、2Mb。例如，尖形磁體可以幫助在空間上保持所產(chǎn)生的等離子體，從而延長(zhǎng)等離子體的保持時(shí)間。脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器內(nèi)的尖形磁體可以減少等離子體245至發(fā)生器的壁(如壁272和壁的擴(kuò)散，因此延長(zhǎng)余輝周期。 用于余輝周期的較長(zhǎng)的預(yù)定時(shí)間可以減少用于所產(chǎn)生的RF等離子體的占空比，并增加束電流。氣體源(未示出)、激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生部件2M和一個(gè)或多個(gè)可選的尖形場(chǎng)元件22如、 224b可以位于注入系統(tǒng)內(nèi)的任何位置。不管中和等離子體附近的壁或邊界怎樣，對(duì)于這些周圍表面可能會(huì)損失一些等離子體。給這些周圍表面裝上尖形磁體243可以便于限制等離子體。束擴(kuò)大可以被減輕，這是因?yàn)槭?04中的快速離子的空間分布與中和等離子體的粒子的空間分布相平衡，使得相對(duì)地維持等離子體的中性，并建立無場(chǎng)區(qū)。因此，離子束的空間電荷由等離子體電子補(bǔ)償，從而減輕束散?？梢岳斫猓入x子體殼層可以非?？拷?lì)場(chǎng)部件2M形成。這種殼層可以阻礙束散/束擴(kuò)大的減輕，這是因?yàn)樗鼈兺ǔ０娮用芏雀叨葴p小的區(qū)域，因此缺少中性， 并包含實(shí)質(zhì)的電場(chǎng)(例如，參見Lieberman禾口 Lichtenberg的"Principles of Plasma Discharges and Materials Processing”第六章，通過引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此)。在非磁化放電中，殼層電壓為激勵(lì)電極的電壓的函數(shù)，使得最高的等離子體電勢(shì)高于最高的電極電壓；殼層中的電場(chǎng)隨著殼層電壓增加。對(duì)于激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生的放電階段(圖3a)和“余輝”階段(圖3b) 二者在圖3a和圖北中示出這種作用，“余輝”階段是其中等離子體在已經(jīng)從圖2的激勵(lì)場(chǎng)部件2M上切斷功率之后緩慢衰退的時(shí)間周期。在這些圖中，X軸364表示室中的點(diǎn)從最靠近激勵(lì)場(chǎng)部件的室壁沈2(位于Y軸上)到離激勵(lì)部件2M最遠(yuǎn)的室壁272(如圖2所示)的距離。Y軸表示等離子體中的局部電壓。圖3a還示出了等離子體366內(nèi)部的與激勵(lì)部件368的電壓相關(guān)的電壓分布。圖3a進(jìn)一步示出激勵(lì)期間產(chǎn)生的場(chǎng)具有兩個(gè)相對(duì)高的電場(chǎng)區(qū)域激勵(lì)部件附近的區(qū)域370，以及離激勵(lì)部件最遠(yuǎn)的壁272附近的區(qū)域376。這些區(qū)域中的電場(chǎng)源于更加稀疏的被產(chǎn)生的中和等離子體，其有助于這些區(qū)域中的束散。應(yīng)當(dāng)明白，激勵(lì)電極的激活加劇了該區(qū)域中的等離子體殼層的尺寸和大小。為了對(duì)比的目的，圖北示出了位于室壁中的每一個(gè)處的具有相對(duì)小的寬度的等離子體殼層區(qū)域374、376。這些圖一起示出了“余輝”周期期間激勵(lì)電極368附近的減小的等離子體殼層作用(與激勵(lì)電極368的激活期間產(chǎn)生的等離子體殼層374相比)。圖3a還示出了等離子體電壓(或電勢(shì))366超過激勵(lì)電極368的電壓的小的范圍。應(yīng)當(dāng)理解，脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器300和由此產(chǎn)生的場(chǎng)可以保持預(yù)定時(shí)間周期，以允許積累足夠的等離子體密度。在余輝周期期間，等離子體的殼層中的電場(chǎng)實(shí)質(zhì)上低于激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生部件是激活的時(shí)的電場(chǎng)，從而降低由等離子體殼層產(chǎn)生的擴(kuò)大加劇作用?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4和5，其示出了作為包括激勵(lì)場(chǎng)部件的示例性離子注入機(jī)的時(shí)間的函數(shù)的束電流502的各個(gè)圖表。在所述圖表中，水平軸顯示時(shí)間進(jìn)程，而垂直軸顯示電流和 RF信號(hào)的幅度。在一種實(shí)施例中，RF信號(hào)505被脈沖調(diào)制為電壓/控制信號(hào)。激勵(lì)部件 (未示出)的占空比可以由所使用的注入機(jī)的束電流確定，從而改善等離子體密度和高的束傳輸?shù)臅r(shí)間。圖4和圖5示出了不同RF波形505，和當(dāng)啟動(dòng)RF場(chǎng)505時(shí)束電流503是如何隨著等離子體增加的，隨后在RF場(chǎng)被關(guān)閉時(shí)進(jìn)一步增加，直到過去預(yù)定或給定時(shí)間之后，電流下降至RF場(chǎng)關(guān)閉值(如，等離子體氣體基本消失時(shí))為止。在一種實(shí)施例中，除此之外，可以基于離子束種類、束電流、束能量和離子注入機(jī)的類型(例如通過控制器254)調(diào)節(jié)脈沖的頻率和持續(xù)時(shí)間以及等離子體密度的閾值，以增強(qiáng)時(shí)間平均的束電流，并促進(jìn)增強(qiáng)余輝階段中的束傳輸。此外，應(yīng)當(dāng)理解，通過根據(jù)維持氣體激發(fā)成中和等離子體的需要變化地產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，可以減輕殼層和/或與其相關(guān)的不希望的作用。用于改變激勵(lì)場(chǎng)的強(qiáng)度的許多圖案可能適合于這樣的功能。例如，可以間斷地產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，或者可以產(chǎn)生具有振蕩場(chǎng)強(qiáng)度的激勵(lì)場(chǎng)；或者以無規(guī)律的間隔產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，和/ 或產(chǎn)生具有無規(guī)律的場(chǎng)強(qiáng)度的激勵(lì)場(chǎng)；或者可以產(chǎn)生為中和等離子體的密度的函數(shù)的激勵(lì)場(chǎng)，如具有場(chǎng)強(qiáng)度與中和等離子體密度成反比的激勵(lì)場(chǎng)。除此之外，可以基于離子束種類、 束電流、束能量和離子注入機(jī)的類型根據(jù)需要(如，由圖2的控制器254)調(diào)節(jié)激勵(lì)場(chǎng)的頻率和持續(xù)時(shí)間，以增強(qiáng)時(shí)間平均的束電流并促進(jìn)增強(qiáng)余輝周期中的束傳輸。在一種實(shí)施例中，供給至激勵(lì)場(chǎng)部件224的功率可以被脈沖調(diào)制，以產(chǎn)生間歇的激勵(lì)場(chǎng)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6，作為一個(gè)示例，示出了采用硼離子獲得的改進(jìn)的凈離子束電流的圖表。如上所述，可以采用各種類型的束種類以及硼離子。圖6示出了在IAkeV束能量以下， 具有脈沖調(diào)制的等離子體的平均束電流超過沒有等離子體的電流，因此對(duì)利用在此實(shí)施的束等離子體中和方法是有利的。對(duì)于不同的離子種類，以及對(duì)于不同的離子注入系統(tǒng)，可以改變對(duì)RF等離子體是有用的閾值能量?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，示出了在離子注入系統(tǒng)中將離子注入工件的方法700。雖然方法 700和本文中的其它方法在下文被示出并被描述為一系列的動(dòng)作或事件，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于示出的這種動(dòng)作或事件的順序。例如，根據(jù)本發(fā)明，一些動(dòng)作可以以與除本文中示出和/或描述的這些動(dòng)作或事件之外的其它動(dòng)作或事件不同的順序和/或同時(shí)發(fā)生。此外， 可以不需要所有示出的步驟來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。而且，可以關(guān)聯(lián)本文中示出和描述的結(jié)構(gòu)的形成和/或處理以及關(guān)聯(lián)未被示出的其它結(jié)構(gòu)來實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法。
所述方法以步驟702和704開始，沿著離子注入系統(tǒng)中的路徑由離子源產(chǎn)生離子束?？梢栽O(shè)想任何能夠產(chǎn)生離子束的離子源。在步驟706，以任何變化的方式產(chǎn)生等離子體放電(如RF等離子體放電)。例如，等離子體放電可以被引導(dǎo)至穿過脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器的離子束(如上所述)，并以脈沖形式產(chǎn)生，使得對(duì)等離子體進(jìn)行脈沖調(diào)制。在一種實(shí)施例中，在放電階段期間的預(yù)定時(shí)間內(nèi)，可以間斷地進(jìn)行等離子體放電的脈沖調(diào)制。在一種實(shí)施例中，在步驟708可以在由占空比設(shè)定的預(yù)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行等離子體放電的脈沖調(diào)制。在一種實(shí)施例中，占空比可以為等離子體密度的函數(shù)。例如，控制器(未示出)可以依據(jù)由測(cè)量裝置提供的測(cè)量值管理激勵(lì)場(chǎng)部件(未示出)的脈沖循環(huán)。因此，可以監(jiān)測(cè)等離子體密度，以對(duì)于發(fā)生的放電階段調(diào)節(jié)并控制由控制器預(yù)先確定的時(shí)間。在另一種實(shí)施例中，等離子體放電沒有被脈沖調(diào)制，但間斷地產(chǎn)生以改變強(qiáng)度水平。此外，可以由可以為束電流的函數(shù)的占空比設(shè)定所述預(yù)定時(shí)間。例如，如果束電流在特定閾值以下經(jīng)過，則占空比可以較短或?yàn)榱?。同樣的方式也可以?yīng)用于其它束特性，例如諸如種類、電荷和/或能量。可以選擇占空比用于對(duì)等離子體放電進(jìn)行脈沖調(diào)制。例如，占空比(如，時(shí)間依賴性)可以被編程和/或控制以產(chǎn)生脈沖，用于等離子體在達(dá)到臨界低值之前改變密度。在步驟710，可以根據(jù)選定的占空比重復(fù)地對(duì)等離子體放電進(jìn)行脈沖調(diào)制。在一種實(shí)施例中，該方法可以在余輝階段中使對(duì)離子束的等離子體放電停止。為了等離子體在達(dá)到臨界低值之前改變密度，這可以是預(yù)定的時(shí)間。余輝階段可以包括關(guān)閉激勵(lì)部件和/或?qū)碜约?lì)部件的場(chǎng)改變至較小的程度?？商鎿Q地，可以在余輝階段的預(yù)定時(shí)間內(nèi)關(guān)閉激勵(lì)部件。在步驟712，可以通過測(cè)量部件進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量值提供至控制器，用于確定是否期望的束參數(shù)已經(jīng)在步驟714實(shí)現(xiàn)。如果被測(cè)量的參數(shù)不是期望的值或范圍，則因?yàn)橥ㄟ^另外的重復(fù)使所述循環(huán)重復(fù)，可以在步驟706再次產(chǎn)生等離子體放電，并且可以在步驟 708重新計(jì)算并再次確定占空比。同樣的循環(huán)確保直到最后已經(jīng)產(chǎn)生期望的參數(shù)值為止，并且方法在步驟716結(jié)束。雖然已經(jīng)關(guān)于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式示出并描述本發(fā)明，但是基于對(duì)本發(fā)明說明書和附圖的閱讀和理解，本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員將會(huì)想到等同改變和修改。本發(fā)明包括所有這樣的修改和改變，并且僅由下述權(quán)利要求的范圍限制。特別是關(guān)于由上述部件(組件、元件、裝置、電路等)進(jìn)行的各種功能，除非另有說明，用于描述這種部件的術(shù)語(包括對(duì)“裝置”的引用)是要對(duì)應(yīng)于進(jìn)行所述部件的指定功能的任何部件(即，功能上等同)，即使結(jié)構(gòu)上不等同于進(jìn)行本發(fā)明的在此顯示的示例性實(shí)施方式中的功能的公開結(jié)構(gòu)。此外，雖然僅關(guān)于幾個(gè)實(shí)施方式中的一個(gè)公開了本發(fā)明的特定特征，但這種特征可以與其它實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征結(jié)合，這對(duì)任何給定或特定應(yīng)用是被期望的且有利的。此外，一定程度上，術(shù)語“包括”、“具有”、“帶有”或其變形用在詳細(xì)描述或權(quán)利要求中，這樣的術(shù)語的意圖是要以類似于術(shù)語“包括”的方式為包含性。此外，如在本文中使用的”示例性”僅僅是指一個(gè)例子，而不是最佳的例子。
權(quán)利要求
1.一種用在離子注入系統(tǒng)內(nèi)的低能束線中的等離子體發(fā)生器，包括等離子體激勵(lì)部件，配置成在放電階段期間的預(yù)定時(shí)間內(nèi)在所述激勵(lì)部件附近產(chǎn)生電場(chǎng)；控制器，配置成在所述放電階段的預(yù)定時(shí)間內(nèi)激活所述激勵(lì)部件，并在余輝階段中使所述激勵(lì)部件停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器，還包括尖形場(chǎng)元件，所述尖形場(chǎng)元件用于在其中產(chǎn)生尖形場(chǎng)，且配置成延長(zhǎng)所述激勵(lì)部件的余輝階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器，其中所述激勵(lì)部件配置成在預(yù)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生被脈沖調(diào)制的激勵(lì)場(chǎng)以產(chǎn)生等離子體，且增強(qiáng)從其中通過的離子束的束電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器，其中所述余輝階段包括作為等離子體密度的函數(shù)的預(yù)定時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器，其中所述被激活的激勵(lì)部件通過對(duì)產(chǎn)生等離子體的電場(chǎng)進(jìn)行脈沖調(diào)制來促進(jìn)離子束中的離子的中和，并且其中所述激勵(lì)部件的去激活衰減在放電階段中施加的電場(chǎng)，并且所產(chǎn)生的等離子體在余輝階段中和所述離子束。
6.一種離子注入系統(tǒng)，包括離子束源，配置成用于產(chǎn)生離子束；質(zhì)量分析器，用于對(duì)所產(chǎn)生的離子束進(jìn)行質(zhì)量分析；脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器，位于所述離子束發(fā)生器的下游，且配置成對(duì)從其中通過的所述離子束產(chǎn)生脈沖調(diào)制的等離子體放電；終端站，配置成支撐將通過離子束用離子進(jìn)行注入的工件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器配置成以占空比周期性地產(chǎn)生所述脈沖調(diào)制的等離子體放電的脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器包括氣體源，用于提供氣體粒子；和激勵(lì)部件，配置成產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)的脈沖，以將所述氣體粒子激發(fā)成所述脈沖調(diào)制的等離子體放電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述激勵(lì)場(chǎng)為在射頻范圍和微波范圍中的一個(gè)中的靜電場(chǎng)或電磁場(chǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器包括至少一個(gè)磁性尖形場(chǎng)元件，所述至少一個(gè)磁性尖形場(chǎng)元件配置成在所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生尖形磁場(chǎng)以延長(zhǎng)余輝階段。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器配置成基于作為束電流的函數(shù)的占空比產(chǎn)生所述激勵(lì)場(chǎng)的脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述激勵(lì)場(chǎng)部件包括電極，其中所述電極產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，所述激勵(lì)場(chǎng)電離所述氣體粒子并產(chǎn)生所述脈沖調(diào)制的等離子體放電，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體放電包括中和等離子體，所述中和等離子體降低了作用在低離子束能量閾值以下的離子束上的空間電荷作用。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器配置成通過在放電階段期間減小產(chǎn)生束的電場(chǎng)來中和所述離子束，并通過產(chǎn)生所述脈沖調(diào)制的等離子體放電在預(yù)定時(shí)間期間產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離子注入系統(tǒng)，其中所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器配置成在余輝階段中的預(yù)定時(shí)間期間防止產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，直到等離子體密度到達(dá)預(yù)定的臨界低值為止。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子注入系統(tǒng)，還包括測(cè)量部件，配置成測(cè)量至少一種離子注入特性；和控制器，可操作地耦接至所述測(cè)量部件和所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器，其中所述控制器響應(yīng)于包括束電流的至少一種離子注入特性測(cè)量值來調(diào)節(jié)所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器。
16.一種在離子注入系統(tǒng)中將離子注入到工件中的方法，包括以下步驟在所述離子注入系統(tǒng)中產(chǎn)生離子束；在放電階段中的預(yù)定時(shí)間內(nèi)在所述離子束通過的體積中對(duì)等離子體放電重復(fù)進(jìn)行脈沖調(diào)制；在余輝階段重復(fù)停止所述等離子體放電的產(chǎn)生，直到放電的等離子體密度到達(dá)臨界低值為止。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中對(duì)至所述離子束的等離子體放電進(jìn)行脈沖調(diào)制的步驟包括將氣體引入到所述離子束的路徑中，和產(chǎn)生電離所述氣體的激勵(lì)場(chǎng)，從而產(chǎn)生放電以中和所述離子束。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述激勵(lì)場(chǎng)為電磁場(chǎng)，并且其中產(chǎn)生所述激勵(lì)場(chǎng)包括作為所產(chǎn)生的離子束的束電流的函數(shù)的占空比。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述脈沖調(diào)制的等離子體發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生尖形磁場(chǎng)以延長(zhǎng)所述余輝階段，并且其中所述預(yù)定時(shí)間為被脈沖調(diào)制的放電的等離子體密度的函數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括步驟測(cè)量至少一種離子注入的特性；和響應(yīng)于至少一種離子注入特性的測(cè)量值調(diào)節(jié)等離子體放電的脈沖調(diào)制。
全文摘要
一種離子注入方法和系統(tǒng)包括束中和以減輕束散，該束散在低能大電流離子束中可能是特別有問題的。束中和部件可以位于其中擴(kuò)大可能發(fā)生的系統(tǒng)中。中和部件包括變化的激勵(lì)場(chǎng)產(chǎn)生部件，其產(chǎn)生中和離子束的等離子體，由此減輕束散。以變化的頻率和/或場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，以維持中和等離子體，同時(shí)減輕降低中和等離子體的作用的等離子體殼層的形成。
文檔編號(hào)H01J37/317GK102292792SQ201080005105
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者伯·范德伯格, 威廉·迪韋爾吉利奧 申請(qǐng)人:艾克塞利斯科技公司