專利名稱：在靶上注入離子的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在靶上注入離子的裝置和方法，更具體的是涉及防止雜質(zhì)離子被注入靶上的裝置和方法，該雜質(zhì)離子在質(zhì)量數(shù)和能量至少一個方面不同于所需要的離子。
背景技術(shù)：
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的離子注入裝置的示例。離子注入裝置包括離子源2，其具有從中靜電引出離子8的等離子體發(fā)生室4；質(zhì)量分離磁體10，用于有選擇地從自離子源2引出的離子8中得到特殊離子(它們因質(zhì)量數(shù)和化合價而得以確定)；加速管12，用于靜電地加速從質(zhì)量分離磁體10得到的離子8；以及動量分離磁體14，用于有選擇地從來自加速管12的離子8中得到具有特定動量的離子(它們因質(zhì)量數(shù)和能量而得以確定)。離子注入裝置構(gòu)造成只有來自動量分離磁體14的所需要的離子注入到靶(如，諸如半導(dǎo)體晶片的襯底)16上。
靶16支承在處于地電勢的支架18上。掃描離子8的掃描器和其它未示出的裝置通常設(shè)置在動量分離磁體14和靶16之間。從離子源2出口至支架18的離子8的路徑容納在真空室中。真空室未示出。
離子源2包括產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生室4和引出離子8的引出電極6。等離子體產(chǎn)生室具有正電勢，引出電壓VE從DC引出電極20施加在其間。離子8從等離子體產(chǎn)生室4由引出電壓靜電地產(chǎn)生。
加速管12具有多個電極13。加速管12具有正電勢，電壓VA從DC加速電源22施加在入口和出口電極13之間。離子8由加速電壓VA靜電地加速，從而離子8具有靶能量。
假定所需要的離子的化合價為ZI，入射到靶16上的所需要的離子的總能量ET由下式表達。
ET＝(VE+VA)×ZI[eV]由于下述現(xiàn)象發(fā)生在質(zhì)量分離磁體10的出口和加速管12的入口之間，所以不同于所需要的離子的雜質(zhì)離子可在離子注入裝置中混入所需要的離子中。
(1)由加速管12加速的能量因荷電轉(zhuǎn)換而改變，在該荷電轉(zhuǎn)換中，所需要的離子與殘留氣體碰撞。例如，當二電荷離子(doubly charged ions)通過荷電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成單電荷離子(singly charged ions)時，如果電壓VA恒定，由加速管12加速的能量變成二電荷離子的一半。
(2)當所需要的離子是分子狀態(tài)的離子時，通過分子分裂過程，所需要的離子轉(zhuǎn)變成不同的離子。例如，當BF2離子分裂成BF離子和F離子，或B離子和F離子時，BF2離子不再是所需要的離子。
(3)一部分離子8與構(gòu)成裝置的部件如真空室碰撞，使得部件的原子或分子因濺射而逸出部件表面而成為雜質(zhì)離子。
(4)一部分離子8與構(gòu)成裝置的部件如真空室碰撞，使得在先前的離子注入操作中沉積在部件上或注入在部件中的原子或分子因濺射而逸出部件表面成為雜質(zhì)離子。
(5)用于在離子源2的等離子體產(chǎn)生室4中產(chǎn)生等離子體的氣體或蒸汽從等離子體產(chǎn)生室4流入離子8的通道，然后所流進的氣體或蒸汽在通道上電離到加速管12的入口，否則流進的氣體或蒸汽與因上述第(3)和(4)項的現(xiàn)象產(chǎn)生的原子或分子反應(yīng)而變成雜質(zhì)離子。
在離子注入裝置中，不可取的是在質(zhì)量數(shù)和能量的至少一個方面上不同于所需要的離子的雜質(zhì)離子與所需要的離子一起注入到靶12中。因而，不能得到靶的所要求的注入特征。
因此，當如圖2所示的示例一樣要求高純度的離子注入時，如上所述的動量分離磁體14以及質(zhì)量數(shù)分離磁體10設(shè)置在加速管12的后面，以便有選擇地只得到具有特殊動量的離子。
動量分離磁體14使得因上述第(1)和(2)項的現(xiàn)象產(chǎn)生的雜質(zhì)離子得以去除。具有不同于所需要的離子的動量的雜質(zhì)離子在第(1)和(2)種現(xiàn)象中產(chǎn)生。
然而，在由上述第(3)至(5)項的現(xiàn)象產(chǎn)生的雜質(zhì)離子中，滿足下式2的雜質(zhì)離子不能借助動量分離磁體14從所需要的離子中分離和去除。其適用于式2中左側(cè)≌右側(cè)的情形(就是說，式2的左側(cè)等于或大約等于其右側(cè))。現(xiàn)在假設(shè)MT表示所需要的離子的質(zhì)量數(shù)，ZI表示其化合價，MC表示待解決的雜質(zhì)離子的質(zhì)量數(shù)，以及ZC表示雜質(zhì)離子的化合價。VE和VA已經(jīng)有所定義。
MI·(VE+VA)/ZI＝MC·VA/ZC假設(shè)B是磁通密度，VT是全部加速電壓，m是質(zhì)量，q是電荷，動量分離磁體14中的離子的回轉(zhuǎn)半徑R由下式3表示?，F(xiàn)在，假設(shè)M是離子的質(zhì)量數(shù)，mp是質(zhì)子的質(zhì)量，則m＝M·mp。此外，Z是離子的化合價，e是電子電荷，q＝Z·e。簡言之，式3表明，具有相同M·VT/Z的離子具備相同的回轉(zhuǎn)半徑R。
R=B-1(2mVT/q)]]>因此，如果滿足了上述式2，則在動量分離磁體14中，所需要的離子和雜質(zhì)離子的回轉(zhuǎn)半徑彼此相等，二者不能彼此分離。結(jié)果，即使具有動量分離磁體14，雜質(zhì)離子以及所需要的離子也被注入靶16中。其適用于式2的左側(cè)≌右側(cè)的情況(就是說，式2的左側(cè)等于或大約等于其右側(cè))。
通常，所需要的離子的化合價ZI和要解決的雜質(zhì)離子的化合價ZC彼此相等(即，ZI＝ZC的情況)。例如，二者均為單電荷離子。在該情況下，上述式2可由下式替代。
MI·(VE+VA)＝MC·VA如果離子注入是在式4的條件下對于靶進行的，則所需要的離子以及雜質(zhì)將注入靶16中。其適用于左側(cè)≌右側(cè)的情況(就是說，式2的左側(cè)等于或大約等于其右側(cè))。這種注入并不是優(yōu)選的。
可以提出在不具備質(zhì)量分離磁體10的情況下，動量分離磁體14用作質(zhì)量分離磁體。然而，在該情況下，上述問題變得更為嚴重。在質(zhì)量分離磁體10不存在的情況下，雜質(zhì)離子在加速管12的出口(更具體的是，引出電極6的出口)和入口之間，在比以上范圍更寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是防止在質(zhì)量數(shù)和能量的至少一個方面不同于所需要的離子的雜質(zhì)離子與所需要的離子一起注入靶中。
根據(jù)本發(fā)明的將所需要的離子注入靶上的方法的特征在于，如果滿足式2的關(guān)系，或者在式2中，左側(cè)≌右側(cè)，則引出電壓VE和加速電壓VA中的一個增加，而其中另一個降低，同時(VE+VA)值基本恒定。
根據(jù)本發(fā)明的將離子注入在靶上的裝置的特征在于，它包括增加引出電壓VE和加速電壓VA的其中一個、并降低其中另一個，同時維持(VE+VA)值基本恒定并滿足式2的控制裝置。
當增加或降低了的電壓由ΔV表示時，電壓調(diào)整后的上述式2轉(zhuǎn)變成下式5或式6。式5和式6的任何一個方法均可以采納。
MI·{(VE-ΔV)+(VA+ΔV)}/ZI≠MC·(VA+ΔV)/ZC[式6]MI·{(VE+ΔV)+(VA-ΔV)}/ZI≠MC·(VA-ΔV)/ZC在式5和式6的兩種情況中，左側(cè)值和右側(cè)值彼此不等。這樣，如從上述式3的解釋中理解到的那樣，在動量分離磁體中，由于使得所需要的離子的回轉(zhuǎn)半徑和所牽涉的雜質(zhì)離子的回轉(zhuǎn)半徑彼此不同，所以雜質(zhì)離子由動量分離磁體去除，以有選擇地只獲得注入靶的所需要的離子。即，可以防止在其質(zhì)量數(shù)和能量至少一個方面不同于所需要的離子的雜質(zhì)離子與所需要的離子一起注入靶中。
此外，當調(diào)節(jié)上述電壓時，由于作為引出電壓VE和加速電壓VA總和的(VE+VA)值基本保持恒定，所以不需要改變靶上所需要的離子的總能量。由于此原因，可以維持所需要的離子的初始離子注入狀態(tài)。


圖1是示出實施根據(jù)本發(fā)明的運行方法的示例性離子注入裝置的示意圖；以及圖2是示例性傳統(tǒng)離子注入裝置的示意圖。
具體實施例方式
圖1是示出實施根據(jù)本發(fā)明的運行方法的示例性離子注入裝置的示意圖。參照圖1，相同的附圖標記指代示出現(xiàn)有技術(shù)的圖2中相同的部件，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同點將在下文主要解釋。
在離子注入裝置中，從引出電源20和加速電源22每一個中產(chǎn)生的輸出電壓的大小是變化的。在離子注入過程中，控制裝置24控制引出電源20和加速電源22，以增加或降低從引出電源20輸出的引出電壓VE和從加速電源22輸出的加速電壓VA。
在該離子注入裝置中，將對如下情況作出解釋，即，在As離子已經(jīng)注入靶16中很長一段時間之后，注入代替As離子的所要求的BF2離子。
由于As離子已經(jīng)注入到靶16中很長一段時間，大量的As原子或As分子已經(jīng)沉積在部件上或注入在部件中，該部件是構(gòu)成離子注入裝置的諸如真空室的部件。
在具有115keV總能量的所要求的BF2離子(質(zhì)量數(shù)為49)在上述條件下注入的情況下，引出電壓VE是40kV。加速電壓VA是75kV。作為雜質(zhì)離子，因BF2離子而濺射的As離子(質(zhì)量數(shù)為75)是顯著的。假設(shè)BF2離子和As離子的化合價為1。
在該情況下，上述式2(或式4)的左側(cè)和右側(cè)由下式7和式8體現(xiàn)。
左側(cè)＝MI·(VE+VA)＝49×(40+75)＝5635[式8]右側(cè)＝MC·VA＝75×75＝5625因此，如果沒有采用任何手段，則在式2(或式4中)，左側(cè)≈右側(cè)。兩側(cè)之間的差值極小，小至約0.2％。鑒于此，動量分隔磁體14不能將75keV的As離子與115keV的BF2離子分離，從而As離子將與115keV的所要求的BF2離子一起注入靶16中。
為避免上述情況，將執(zhí)行上述電壓調(diào)節(jié)。例如，電壓ΔV設(shè)定為10kV，引出電壓VE降低了10kV，設(shè)定為30kV。加速電壓VA增加了10kV，設(shè)定為85kV。這種增加或降低方法對應(yīng)于上述式5的示例。因此，上述式2(或式4)的左側(cè)和右側(cè)可以分別由下式9和式10體現(xiàn)。
左側(cè)＝MI·(VE+VA)＝49×(30+85)＝5635[式10]右側(cè)＝MC·VA＝75×85＝6375結(jié)果，在式2(或式4)中，左側(cè)≈右側(cè)。兩側(cè)之間的值的差大約為12％。因此，動量分離磁體14可充分地將85keV的As離子與115keV的所要求的BF2離子分開。因此，只有所要求的BF2離子可被選擇注入靶16中。此外，所要求的BF2離子的總能量保持為115ekV。
式2(或式4)中左側(cè)值和右側(cè)值之間的給定的差值的下限取決于動量分離磁體14的分辨率(resolution)。因此，差值的限制可能大于動量分離磁體14的分辨率。例如，下限優(yōu)選地為5％左右。上限并未特別給出。隨著差值增加，由動量分離產(chǎn)生的區(qū)分可更加容易地實現(xiàn)。然而，實際上，由于不需要差值過大，所以上限例如可以為50％。
與上述情況相反，如上所述，引出電壓VE可以增加ΔV，加速電壓VA可以降低ΔV。這樣的增加或降低方法與上述式6的示例一致。
在該實施例中，如上所述增加引出電壓VE和降低加速電壓VA的電壓調(diào)節(jié)可以通過控制裝置的控制進行。然而，電壓調(diào)節(jié)可以通過其他手段進行，如，在不使用控制裝置24的情況下手動設(shè)定。
此外，在未設(shè)置質(zhì)量分離磁體10，且動量分離磁體14用作質(zhì)量分離磁體的情況下，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法可以運用于此情形。在該情況下，離子源2的出口和加速管12的入口之間產(chǎn)生的雜質(zhì)離子得以注意。
如迄今為止所述的，根據(jù)本發(fā)明，在動量分離磁體中，由于所需要的離子的回轉(zhuǎn)半徑和受到作用的雜質(zhì)離子的回轉(zhuǎn)半徑被造成得彼此不同，所以雜質(zhì)離子可以通過動量分離磁體去除，以有選擇地只得到注入到靶中的所需要的離子。即，可以防止在其質(zhì)量數(shù)和能量至少一個方面不同于所需要的離子的雜質(zhì)離子和所需要的離子一起注入進靶中。此外，即使在進行上述電壓調(diào)節(jié)時，由于作為引出電壓VE和加速電壓VA的總和的(VE+VA)的值保持基本恒定，因此不必改變?nèi)肷涞桨猩系乃枰碾x子的總能量。由于此原因，可以維持所需要的離子的初始離子注入狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于在靶上注入離子的裝置，該裝置包括離子源，用于在引出電壓VE時從該離子源中靜電地引出離子；加速裝置，用于在加速電壓VA時靜電地引出所引出的離子；動量分離磁體，用于有選擇地從引出的離子中得到具有特定動量的所需要的離子，使得來自動量分離磁體的所需要的離子注入在靶上；以及控制裝置，其增加引出電壓VE和加速電壓VA中的一個，并降低引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個，同時保持(VE+VA)值基本恒定，并滿足下式AMI·(VE+VA)/ZI＝MC·VA/ZC。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其中，控制裝置將引出電壓VE和加速電壓VA中的一個增加ΔV，并且將引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個降低ΔV，同時滿足下式BMI·{(VE-ΔV)+(VA+ΔV)}/ZI≠MC·(VA+ΔV)/ZC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其中，控制裝置將引出電壓VE和加速電壓VA中的一個增加ΔV，并且將引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個降低ΔV，同時滿足下式CMI·{(VE+ΔV)+(VA-ΔV)}/ZI≠MC·(VA-ΔV)/ZC。
4.一種將離子注入在靶上的方法，該方法包括步驟a)在引出電壓VE下靜電地引出離子；b)在加速電壓VA下靜電地引出所引出的離子；c)從所引出的離子中得到具有特定動量的所需要的離子，從而所需要的離子注入在靶上；d)增加引出電壓VE和加速電壓VA中的一個，并降低引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個，同時保持(VE+VA)值基本恒定，并滿足下式AMI·(VE+VA)/ZI＝MC·VA/ZC。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，該控制裝置將引出電壓VE和加速電壓VA中的一個增加ΔV，并且將引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個降低ΔV，同時滿足下式BMI·{(VE-ΔV)+(VA+ΔV)}/ZI≠MC·(VA+ΔV)/ZC。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，該控制裝置將引出電壓VE和加速電壓VA中的一個增加ΔV，并且將引出電壓VE和加速電壓VA中的另一個降低ΔV，同時滿足下式CMI·{(VE+ΔV)+(VA-ΔV)}/ZI≠MC·(VA-ΔV)/ZC。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在靶上注入離子的裝置及其方法。離子注入裝置包括在引出電壓下從其中引出離子的離子源；在加速電壓V
文檔編號H01L21/02GK1405836SQ0212771
公開日2003年3月26日 申請日期2002年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者山下貴敏 申請人:日新電機株式會社