專利名稱：提供具有可控密度分布的帶狀束的離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及離子注入系統(tǒng)，更確切地說(shuō)是涉及離子注入系統(tǒng)中用于其的離子源及其輪廓控制裝置，用來(lái)提供具有可控密度分布(density profile)的離子束。
背景技術(shù)：
離子注入系統(tǒng)或離子注入機(jī)被廣泛地用來(lái)在集成電路制造以及平板顯示器的制造過程中對(duì)半導(dǎo)體摻雜雜質(zhì)。在這種系統(tǒng)中，離子源對(duì)所希望的摻雜劑元素進(jìn)行離化，其是以所需能量的離子束形式從源中提取的。此離子束然后被引導(dǎo)到諸如半導(dǎo)體晶片之類的工件表面，以便用摻雜劑元素對(duì)工件進(jìn)行注入。離子束的離子滲透進(jìn)工件的表面，形成所希望導(dǎo)電率的區(qū)域，如在晶片中制造晶體管器件那樣。注入工藝典型地在高真空工藝室中執(zhí)行，其防止了離子束由于與殘留氣體分子的碰撞而擴(kuò)散，并使工件被空氣傳播的顆粒沾污的危險(xiǎn)最小化。典型的離子注入機(jī)包括用來(lái)產(chǎn)生離子束的離子源、包括用來(lái)對(duì)離子束進(jìn)行質(zhì)量分解的質(zhì)量分析磁體的束線、以及包含將要通過離子束注入的半導(dǎo)體晶片或其它襯底的靶室，雖然平板顯示器的注入機(jī)通常不包括質(zhì)量分析裝置。對(duì)于高能量注入系統(tǒng)，加速裝置可以提供在質(zhì)量分析磁體與靶室之間，以便將離子加速到高能量。
常規(guī)的離子源包括等離子體限制室，它具有用來(lái)引入將要被離化成等離子體的氣體的入口孔，以及通過其提取離子束以形成等離子體的出口孔窗口。氣體的一個(gè)例子是磷化氫。當(dāng)磷化氫暴露于諸如有能量的電子或射頻(RF)能量之類的能量源時(shí)，磷化氫可以分解形成帶正電荷的磷(P+)離子用來(lái)對(duì)工件進(jìn)行摻雜以及氫離子。通常，磷化氫被引入到等離子體約束室中，然后被暴露于能量源以產(chǎn)生磷離子和氫離子。此等離子體包含希望注入到工件中的離子，以及作為分解和離化過程副產(chǎn)品的不需要的離子。然后，用包括為提取電極賦能的提取裝置，將磷離子和氫離子通過出口提取到離子束中。構(gòu)成源氣體的其它典型摻雜劑元素的例子包括磷(P)、砷(As)、或硼(B)。
注入離子的劑量和能量根據(jù)給定應(yīng)用所需的注入而變化。離子劑量控制著給定半導(dǎo)體材料的注入離子濃度。通常，大電流注入機(jī)被用于高劑量注入，而中等電流注入機(jī)被用于較小劑量應(yīng)用。離子能量被用來(lái)控制半導(dǎo)體器件的結(jié)深度，其中，束中離子的能級(jí)確定了注入離子的深度。半導(dǎo)體器件越來(lái)越小的趨勢(shì)要求在低能量下傳送高的束電流的束線結(jié)構(gòu)。此高的束電流提供了必要的劑量水平，而低的能量使得能夠進(jìn)行淺注入。此外，越來(lái)越高的器件復(fù)雜性要求小心地控制注入的一致性。
離子源中的離化過程是通過電子的激發(fā)實(shí)現(xiàn)的，其接著與離子源室中的可離化材料發(fā)生碰撞。先前已利用熱陰極或RF激發(fā)天線，實(shí)現(xiàn)了這種激發(fā)。陰極被加熱，以便發(fā)射電子，這些電子然后被加速到足以進(jìn)行離化過程的能量，而RF天線產(chǎn)生電場(chǎng)，其將等離子體電子加速到足以維持離化過程的能量。天線可以被暴露于離子源的等離子體約束室中，或可以位于等離子體室外面，通過介質(zhì)窗口間隔。天線由RF交流電流賦能，此交流電流在等離子體約束室中感應(yīng)出一個(gè)隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。此磁場(chǎng)又在源室中被自然發(fā)生的自由電子所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出電場(chǎng)。這些自由電子由于感應(yīng)電場(chǎng)而加速，并與離子源室中的可離化材料碰撞，導(dǎo)致離子室中的等離子體電流，這些電流通常平行于天線中的電流方向并與其方向相反。于是，利用一個(gè)或多個(gè)位于小出口開口附近的可賦能提取電極，離子就能夠從等離子體室被提取，以便提供小截面(相對(duì)于工件的尺寸)的離子束。
在許多注入系統(tǒng)中，通過機(jī)械和/或磁性掃描，圓柱形離子束被施加到晶片靶上，以便提供其所需的注入。批量注入機(jī)提供了幾個(gè)晶片的同時(shí)注入，其以受控的方式旋轉(zhuǎn)通過注入路徑。根據(jù)離子源提取開口以及后續(xù)的整形裝置，諸如質(zhì)量分析儀裝置、分辨光圈、四極磁體、離子加速器，離子束被整形，借此為靶目標(biāo)晶片提供小截面的離子束(相對(duì)于被注入的工件的尺寸)。束和/或靶彼此相對(duì)地平移，以便實(shí)現(xiàn)工件的掃描。但為了降低這種注入系統(tǒng)的復(fù)雜性，希望減少掃描機(jī)構(gòu)，并提供延長(zhǎng)的帶狀離子束。對(duì)于縱向長(zhǎng)度足夠的帶狀束，單個(gè)機(jī)械掃描可以被用來(lái)對(duì)整個(gè)晶片進(jìn)行注入，而無(wú)需額外的機(jī)械或磁性光柵型掃描裝置。因此，希望提供帶狀束離子源，此離子源提供了用于這種注入系統(tǒng)的具有均勻縱向密度分布的延長(zhǎng)的離子束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是離子源和用來(lái)控制或調(diào)節(jié)延長(zhǎng)的離子束的密度分布的裝置。此控制裝置使得能夠在源處改進(jìn)或定制帶狀離子束，以便產(chǎn)生所需的密度分布，和/或補(bǔ)償離子注入系統(tǒng)中其它分量的不均勻性。此控制裝置包含在延長(zhǎng)的提取出口附近的多個(gè)磁體對(duì)，帶狀束通過此出口從離子源等離子體室中被提取。在一個(gè)例子中，這些磁體對(duì)各自包含位于出口開口任一側(cè)上的電磁體，來(lái)提供預(yù)提取區(qū)域中的可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)，以便調(diào)節(jié)所提取的離子束的密度分布。此延長(zhǎng)的帶狀束則可以在單一機(jī)械掃描中用于半導(dǎo)體晶片的注入，從而簡(jiǎn)化注入系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明能夠用來(lái)提供長(zhǎng)度直至400mm的帶狀束，以便于300mm半導(dǎo)體晶片工件的單一掃描注入。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種離子源，它具有延長(zhǎng)的大致為圓柱形的外殼，具有用來(lái)限定等離子體室的室壁。此室包含從等離子體約束室延伸到外殼外部的預(yù)提取區(qū)域的延長(zhǎng)的出口開口，離子束通過此窗口從等離子體約束室中被提取。密度分布控制裝置被提供在預(yù)提取區(qū)域附近，包含多個(gè)彼此縱向間隔、且在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)域中各自提供可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的磁體對(duì)。這些磁場(chǎng)可單獨(dú)地變化，以便能夠選擇性地調(diào)節(jié)與提取的離子束相關(guān)的密度分布。
磁體對(duì)可以各自包含位于出口開口上方離子源外殼上的第一磁體和位于出口開口下方外殼上的第二磁體。第一磁體提供面對(duì)第二磁體的一種磁極性的磁極，而第二磁體提供面對(duì)第一磁體的一種相反的磁極，致使各個(gè)成對(duì)的磁體合起來(lái)產(chǎn)生出口開口附近的預(yù)提取區(qū)域中的可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，磁體對(duì)包含具有可賦能繞組的電磁體，電流可以通過繞組傳導(dǎo)，以便在第一與第二磁體之間提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。控制裝置還可以包含電源和控制系統(tǒng)，此電源以受控的方式將電流提供給磁體對(duì)的第一和第二磁體，此控制系統(tǒng)用來(lái)單獨(dú)地控制施加到磁體對(duì)的電流。以這種方式，各個(gè)磁體對(duì)在預(yù)提取區(qū)域中產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以根據(jù)從等離子體約束室中提取的離子束的所需密度分布而被調(diào)節(jié)或改變。
本發(fā)明的另一方面涉及用來(lái)控制與離子注入系統(tǒng)中延長(zhǎng)的離子束相關(guān)的密度分布的方法。此方法包含在等離子體約束室中的出口開口附近提供多個(gè)縱向彼此間隔的磁體對(duì)，以及用這些磁體對(duì)調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)域中的磁場(chǎng)。以這種方式，可以調(diào)節(jié)與被提取的離子束相關(guān)的密度分布。
為了實(shí)現(xiàn)上述的和有關(guān)的目的，在本發(fā)明的一些示例性情況和實(shí)現(xiàn)中詳細(xì)提出了下列描述和附圖。這僅僅是其中可以應(yīng)用本發(fā)明的原理的各種方法中的一些。從結(jié)合附圖的本發(fā)明的下列詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它情況、優(yōu)點(diǎn)、以及新穎特點(diǎn)將變的顯而易見。


圖1A是剖面形式的側(cè)視圖，示出了一種示例性離子源，它具有根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的同軸感應(yīng)激發(fā)天線；圖1B是剖面形式的另一側(cè)視圖，示出了具有位于出口開口附近的一連串提取電極的圖1A的離子源；圖1C是剖面形式的側(cè)視圖，示出了另一種示例性離子源，它具有根據(jù)本發(fā)明的同軸感應(yīng)激發(fā)天線；圖2A是沿圖1C中2a-2a線的剖面形式的底部平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面的同軸感應(yīng)激發(fā)天線以及周圍設(shè)置的等離子體限制磁體，用來(lái)產(chǎn)生室中的方位角磁場(chǎng)；圖2B是沿圖1C中2b-2b線的剖面形式的部分底部平面圖，示出了等離子體限制磁體和等離子體約束室中的方位角磁場(chǎng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)；圖2C是剖面形式的簡(jiǎn)化底部平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明另一方面在兩端均容性耦合的同軸激發(fā)天線的一種實(shí)現(xiàn)；圖2D是簡(jiǎn)化的底部平面圖，示意地示出了圖2C的同軸激發(fā)天線的電路；圖2E是剖面形式的簡(jiǎn)化底部平面圖，示出了在一端容性耦合的同軸激發(fā)天線的另一種示例性實(shí)現(xiàn)；圖2F是簡(jiǎn)化的底部平面圖，示意地示出了圖2E的同軸激發(fā)天線的電路；圖3A是沿圖1C中3a-3a的底部平面圖，示出了一種密度分布控制裝置，用來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)與從根據(jù)本發(fā)明另一方面的離子源等離子體約束室中提取的延長(zhǎng)的縱向離子束相關(guān)的密度分布；
圖3B是圖3A的離子源的剖面形式的側(cè)視圖，示出了由密度分布控制裝置產(chǎn)生的可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)；圖4A和4B是圖3A和3B的離子源剖面形式的側(cè)視圖，示出了對(duì)于密度分布控制裝置的二個(gè)不同設(shè)定，等離子體約束室中的磁場(chǎng)輪廓線；而圖5是示例性離子源的簡(jiǎn)化透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明從中提取的延長(zhǎng)的帶狀離子束。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中相似的參考符號(hào)用來(lái)表示相似的元件。本發(fā)明提供了一種離子源裝置，用于在離子注入系統(tǒng)中產(chǎn)生延長(zhǎng)的離子束，其具有可控制的密度分布和其它新穎特點(diǎn)以為了提高源中離化的等離子體均勻性。以下來(lái)說(shuō)明和描述本發(fā)明各個(gè)方面的一種實(shí)現(xiàn)。但可以理解的是，其說(shuō)明和描述本質(zhì)上是示例性的，且本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面或新穎特點(diǎn)可以在此處所述之外的其它系統(tǒng)中被執(zhí)行。
首先參照?qǐng)D1A-1C和圖2A，大致地示出了根據(jù)本發(fā)明的離子源2，它可以被用來(lái)產(chǎn)生用于離子注入系統(tǒng)的延長(zhǎng)的帶狀束。此源包含外殼4，用來(lái)限定沿縱軸8安置的延長(zhǎng)的大致圓柱形的等離子體約束室6，其中借助于離化諸如磷化氫(PH3)、磷(P)、砷(As)、硼(B)之類的源材料(未示出)而產(chǎn)生等離子體。外殼4包含分別縱向延伸于第一和第二端14和16之間的大致圓柱形的導(dǎo)電室壁10，具有延長(zhǎng)的縱向延伸的出口或提取狹縫18，通過其可以從等離子體中提取離子束。開口18提供了提取裝置到限制在室6中的等離子體的入口，致使相當(dāng)大長(zhǎng)度(例如400mm)的帶狀束能夠以均勻或可控的方式從中被提取。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了室6中等離子體的同軸激發(fā)，以便促進(jìn)源2中的等離子體均勻性。為此目的，所示的離子源2采用了天線20，它分別包含第一和第二端子20a和20b，其沿縱軸8同軸地定位。天線20和導(dǎo)電室壁10的同軸或同心位置有助于等離子體沿源2的縱向長(zhǎng)度的均勻性。第一端子20a在第一端14處連接到RF等離子體振蕩器源22，而第二端子20b在第二端16的終點(diǎn)21處被電連接到室壁10，其中端子20a和20b分別用電容器24a和24b來(lái)AC耦合。
利用天線內(nèi)部部分與電容器24之間的套管27，室6被保持在真空中。天線20具有電感L，并與電容器24一起形成諧振電路以提供對(duì)源氣體的RF激發(fā)，以便在室6中產(chǎn)生等離子體，其中RF源22的一個(gè)輸出連接到天線端子24a，而另一個(gè)連接到壁10的第一端14處的終點(diǎn)23。RF源22、天線20、電容器24、以及導(dǎo)電室壁10，于是形成基本上同軸的電路，從而在天線20的暴露部分中提供交流電流，用來(lái)在等離子體約束室6中感應(yīng)出離化電場(chǎng)。
端子20a與20b之間的天線20的中心部分沿軸8縱向延伸，用來(lái)將能量發(fā)射到室6中，從而通過天線20的AC RF電流在等離子體約束室6中產(chǎn)生隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。此磁場(chǎng)又在室6中被自然產(chǎn)生的自由電子(最初)占據(jù)的區(qū)域中感應(yīng)出電場(chǎng)，這些電子結(jié)果被加速。被加速的電子又與可離化的材料碰撞，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的電子，這些電子也被RF場(chǎng)加速，直至建立等離子體。在穩(wěn)態(tài)中，RF感應(yīng)的離化補(bǔ)償了由于不完全的限制以及其它損耗機(jī)制造成的等離子體對(duì)室壁的損失。室6中的等離子體電流通常平行于天線20中的電流且方向相反。雖然示例性源2包含圓柱形等離子體約束室6，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其它延長(zhǎng)的大致圓柱形的形狀也是可能的。如此處所用的，術(shù)語(yǔ)大致圓柱形包括這樣的其它延長(zhǎng)的形狀，其中同軸激發(fā)天線可以被構(gòu)造成提供均勻等離子體激發(fā)，用來(lái)提取延長(zhǎng)的帶狀離子束。
圖1A和1B示出了源2的一種實(shí)現(xiàn)，其中縱向延伸的永磁體40置于源中，以便在室6中提供多個(gè)月角形的等離子體約束場(chǎng)。圖1C-5示出了源2的另一種實(shí)現(xiàn)，它采用周圍延伸的永磁體46，以便在室6中產(chǎn)生方位角約束場(chǎng)。如下面將進(jìn)一步描述的那樣，這種等離子體約束磁場(chǎng)能夠在室6的內(nèi)壁附近產(chǎn)生，以便將所關(guān)注的等離子體約束在室6的特定區(qū)域。來(lái)自等離子體的離子則能夠通過位于出口開口18附近的一個(gè)或多個(gè)可賦能的提取電極26a-26e，從預(yù)提取區(qū)域56中提取(圖1B和1C)，以便提供大致帶狀離子束，其中使用電源28來(lái)為電極26提供能量。
電極26包含延長(zhǎng)的提取狹縫30，通過此狹縫30來(lái)提取束，從而提供具有大的縱橫比的帶狀束。根據(jù)本發(fā)明，可以使用任何適當(dāng)?shù)奶崛⊙b置，且要指出的是，提取電極26和穿過其的狹縫30都不必按比例繪制。此外，天線20的電感L以及電容器24的電容可以被選擇來(lái)提供任何適當(dāng)RF頻率下的諧振條件，且任何常規(guī)的RF源22都可以被用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的各種情況。
再參照?qǐng)D2C-2F，根據(jù)本發(fā)明，可以按各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)天線20與電源22的容性耦合。在圖2C中(例如相似于圖1C的)簡(jiǎn)化地示出了、且在圖2D中示意地示出了一種構(gòu)造。此構(gòu)造有利地使得天線20的中心能夠工作于非常靠近RF地(例如虛擬地)，從而提高耦合到等離子體的功率的均勻性。于是，借助于確?？梢匝氐入x子體室6的縱向長(zhǎng)度獲得足夠量的離化等離子體，此天線構(gòu)造促進(jìn)了均勻束的提取。而且，圖2C和2D中不存在從天線20到地的DC路徑，這就防止了源2中等離子體電流的不希望的損耗。圖2E和2F示出了另一種可能的構(gòu)造，其中單個(gè)電容器24提供在第一端14處，天線20的第二端子20b被接地(例如用焊接方法)到壁10的第二端16。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不同于此處所述的其它構(gòu)造也是可能的。
再次參照?qǐng)D1C和2A，示例性離子源2還包含內(nèi)襯32，它為外殼4提供了圓柱形內(nèi)表面，并在約束室6中的等離子體與導(dǎo)電壁10之間產(chǎn)生熱屏障。等離子體在室6中的激發(fā)加熱了等離子體。等離子體室的內(nèi)壁過去保持相對(duì)的冷，縱向延伸的永磁體從而能夠恰當(dāng)?shù)毓ぷ?。但壁與等離子體之間的這一溫度梯度引起凝結(jié)。當(dāng)離子源隨后被改變以適應(yīng)不同的注入種類時(shí)，來(lái)自先前源氣體的材料凝結(jié)作為沾污物而保留。根據(jù)本發(fā)明，襯里32使得能夠提高室6內(nèi)部中氣體的溫度(例如大約600華氏度)，從而減輕了這種凝結(jié)。
關(guān)于這一點(diǎn)，導(dǎo)電室壁10由鋁制成，而襯里32優(yōu)選由鎢或其它類似材料制成。由于室6工作于真空中，故襯里32與壁10之間的熱連接很差，因此其間的具有非常小的導(dǎo)熱率。于是，例如當(dāng)用砷源材料時(shí)，砷將保持蒸汽形式，不會(huì)凝結(jié)在襯里32上。其它的材料也可以被用作襯里32。但由于鎢的質(zhì)量遠(yuǎn)大于典型的注入材料的質(zhì)量，故鎢被用于所示的離子源2中，并因而被隨后的質(zhì)量分析過程分開，因此，不太可能沾污施加到最終注入靶上的束。
如圖1A和1B所示，離子源2也可以包含沿周圍彼此間隔大約45度的角42而縱向延伸的永磁體40，其具有大致與襯里32的內(nèi)表面齊平的交替的北磁極面和南磁極面。磁體40a具有面對(duì)室6內(nèi)部的北極，而磁體40b具有面對(duì)此內(nèi)部的南極。這樣定位的縱向延伸磁體40，提供了圖1A所示的多個(gè)月角形磁場(chǎng)44。磁場(chǎng)44大致集中在襯里32的內(nèi)表面附近，從而約束離化的等離子體遠(yuǎn)離襯里32，導(dǎo)致離化的等離子體向著等離子體室6的中心集中或徑向約束。如下面更詳細(xì)地所述，離子源2還包含成對(duì)的電磁體50，在室6的預(yù)提取區(qū)56中提供可單獨(dú)調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，用來(lái)控制從源2提取的束的密度分布。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1C、2A、2B，本發(fā)明的另一個(gè)方面使用室6中與軸8徑向間隔的且縱向彼此間隔的多個(gè)沿周圍延伸的永磁體46，在襯里32的內(nèi)表面附近提供方位角約束磁場(chǎng)48，其中磁體46a具有面對(duì)軸8的北極，而磁體46b具有面對(duì)軸8的南極。如圖2A和2B所示，磁體46被構(gòu)造為以便形成相鄰的成對(duì)相反的磁極性。相鄰的各個(gè)對(duì)進(jìn)行工作，以便在襯里32附近產(chǎn)生方位角磁場(chǎng)48，用來(lái)將等離子體約束在等離子體約束室6內(nèi)。磁體46在室6的中心處(例如沿軸8)提供相對(duì)低的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在襯里32處提供較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。以這種方式，從襯里32的邊沿到軸8就建立了大的梯度。這一梯度使得等離子體能夠在圓柱形室6的中心附近自由地移動(dòng)，同時(shí)趨向于限制離化的等離子體朝向中心并遠(yuǎn)離襯里32。室6中心內(nèi)的移動(dòng)的自由度有利地提高了等離子體沿源2的縱向長(zhǎng)度的均勻性。
此時(shí)要指出的是，圖1A和1B的縱向延伸磁體40的角間距(例如大約45度的角42)對(duì)于所示的源2是對(duì)稱的。除了在出口開口18附近之外，在大部分周界上可以使用磁體40之間較小的角度。月角形場(chǎng)44在提取處的中斷所引起的不對(duì)稱性，導(dǎo)致場(chǎng)向著源2的中心大量的滲透。于是，縱向延伸的限制磁體40的間距受到限制。但對(duì)圖1C-5的沿周圍延伸的磁體46的數(shù)目或緊密度不存在限制。于是，可以根據(jù)本發(fā)明提供任何數(shù)目的這種磁體46，從而能夠在源2內(nèi)部得到任何所希望的約束磁場(chǎng)輪廓。結(jié)果，通過利用磁體46，就能夠在襯里32附近將磁場(chǎng)梯度設(shè)計(jì)成任何所希望的值。于是，雖然示為具有16個(gè)這樣的磁體46，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)想任何數(shù)目的這種磁體，借以能夠得到更好的約束控制，特別是在出口開口18附近。而且，雖然示為環(huán)繞襯里32的整個(gè)外圍沿周圍延伸，但也在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)想這種磁體46的其它的構(gòu)造(未示出)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3A、3B、5，本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了控制裝置60，用來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)與從等離子體約束室6提取的延長(zhǎng)的縱向離子束相關(guān)的密度分布。本發(fā)明的密度分布調(diào)節(jié)特點(diǎn)可以與任何帶狀束源結(jié)合使用，包括但不局限于此處所述的。而且，根據(jù)本發(fā)明，這些輪廓調(diào)節(jié)特點(diǎn)可以被單獨(dú)地使用，或與上述同軸激發(fā)和/或方位角約束特點(diǎn)組合使用?？刂蒲b置60包含鄰近提取出口開口18和預(yù)提取區(qū)56的多個(gè)磁體對(duì)，通過其從離子源2中提取帶狀束。
磁體對(duì)各自包含具有可賦能繞組的上部和下部電磁體50a和50b，電流可以通過繞組以受控的方式被傳導(dǎo)，以便在磁體50a與50b之間提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)52。磁體50a和50b被設(shè)置在出口開口18任一側(cè)，以便在出口開口18附近的室6內(nèi)部的預(yù)提取區(qū)56中提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)52，從而調(diào)節(jié)提取的帶狀束的密度分布。電磁體50被賦能，使得第一磁體50a提供面對(duì)第二磁體50b的第一磁極性(例如所示例子中的北極)的磁極，而第二磁體50b提供面對(duì)第一磁體50a的相反的第二極性(南極)的磁極。以這種方式，各個(gè)磁體對(duì)的磁體50a和50b合作以便在預(yù)提取區(qū)56中提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)52。磁體對(duì)50a和50b置于源2的外殼4上，雖然在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)想其它的位置，選擇性地可變化或可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)借以被提供在提取電極26附近的預(yù)提取區(qū)內(nèi)。
在示例性源2中，示出了8個(gè)這樣的磁體對(duì)50。但根據(jù)本發(fā)明可以提供任何數(shù)目的這種磁體對(duì)50。而且，可以采用其它類型的磁體(例如永磁體)，借以能夠得到多個(gè)可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，用來(lái)控制帶狀束的輪廓。如圖3A和5所示，用控制系統(tǒng)62將控制信號(hào)提供給DC電源64，以便為與各個(gè)電磁體50相關(guān)的線圈繞組賦能，可以單獨(dú)地調(diào)節(jié)與各個(gè)磁體對(duì)50相關(guān)的磁場(chǎng)52?？刂葡到y(tǒng)62連接到電源64，以便單獨(dú)地控制饋送到磁體對(duì)的電流，從而根據(jù)提取的離子束所希望的密度分布，單獨(dú)地調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)56中由磁體對(duì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)52。對(duì)各個(gè)磁場(chǎng)52的這一控制使得能夠選擇性對(duì)預(yù)提取區(qū)56處可獲得的離化等離子體的數(shù)量加以限制，其中提高與給定磁體對(duì)50相關(guān)的磁場(chǎng)52減少了在該磁體對(duì)附近從室中流出的等離子體的數(shù)量。
于是，在所示情況下，源2的縱向長(zhǎng)度(例如得到的帶狀束的寬度)被分段成8個(gè)部分或8片，各自與磁體對(duì)50a和50b相關(guān)。對(duì)于每個(gè)片，選擇性地限制等離子體從出口開口18流出的的能力，使得能夠?qū)υ陬A(yù)提取區(qū)56處從等離子體室6中提取得到的束的密度分布進(jìn)行控制。使用已知的控制算法，包括但不局限于反饋、前饋、預(yù)測(cè)或其它類型，根據(jù)源2處所希望的密度分布，或根據(jù)注入靶(未示出)處下游所希望的輪廓進(jìn)行控制。這在整個(gè)注入系統(tǒng)中提供了例如修正或補(bǔ)償源2中或后續(xù)(例如下游)裝置中的不均勻性的效用。例如，雖然預(yù)提取區(qū)56處束的均勻性可能是可接受的，但磁體對(duì)50a和50b中的一些或全部可以被用來(lái)補(bǔ)償源2與靶晶片或平板顯示器(未示出)之間的后續(xù)質(zhì)量分析或加速階段中的不均勻性。關(guān)于這一點(diǎn)，控制系統(tǒng)62可以進(jìn)一步包含位于預(yù)提取區(qū)56附近、和/或被注入的工件附近的離子探測(cè)器，諸如法拉第杯(未示出)。
于是，采用源2和密度分布控制裝置60的注入系統(tǒng)可以配備有適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱头答伷骷?未示出)，以便測(cè)量施加到靶工件上的束輪廓，并將相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)提供給控制系統(tǒng)62?？刂葡到y(tǒng)62又可以作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)來(lái)為電磁體50賦能(例如用電源64)，以便修正或補(bǔ)償與工件處的期望輪廓的任何偏離?；蛘?，電源64可以被手工調(diào)節(jié)，并進(jìn)一步可以被合并到單個(gè)電源，并對(duì)各個(gè)磁體對(duì)具有分別的輸出。而且，各個(gè)磁體對(duì)的磁體50a和50b可以被同一個(gè)電流賦能，致使單個(gè)(例如可調(diào)節(jié)的)電源用于各個(gè)磁體對(duì)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A和4B，進(jìn)一步說(shuō)明了輪廓控制裝置60的工作，其中，源2的兩片或縱向部分以剖面形式示出，具有不同電磁體調(diào)節(jié)級(jí)。圖4A示出了包含賦能到第一級(jí)的磁體50a’和50b’的磁體對(duì)，以便用提取電極26對(duì)從室6的離子提取提供第一級(jí)的限制。示出了不同磁場(chǎng)強(qiáng)度的4個(gè)區(qū)域71、72、73、74的磁場(chǎng)輪廓線，其中，相對(duì)高的場(chǎng)強(qiáng)被提供在襯里32附近的區(qū)域71中，相繼較低的場(chǎng)強(qiáng)被提供在區(qū)域72、73、74中。如上所述，區(qū)域72-74中的場(chǎng)強(qiáng)是由沿周圍的約束磁體46產(chǎn)生的方位角磁場(chǎng)、以及由圖4A的所示片中的電磁體50a’和50b’提供的控制場(chǎng)52的累積結(jié)果。應(yīng)當(dāng)指出，磁場(chǎng)最弱的地方(例如區(qū)域74中)，室6中離化等離子體的密度就最高。于是，最高的等離子體密度位于區(qū)域74，而最低的密度位于襯里32附近的區(qū)域71。
室6中的離化等離子體在區(qū)域74周圍的移動(dòng)最自由，因?yàn)檫@些區(qū)域具有最低的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而在外部區(qū)域71中存在很少或不存在離化的等離子體。在圖4A中，電磁體50a’和50b’被賦能到相對(duì)高的級(jí)別，以便限制離子流通過預(yù)提取區(qū)并進(jìn)入到提取電極26的狹縫30中。于是，提取的離子束片80’大量從區(qū)域73中吸引離子。但根據(jù)本發(fā)明，沿帶狀束80縱向長(zhǎng)度的其它片可以被不同地調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4B，源2的相鄰片以剖面形式示出，其中，電磁體50a”和50b”被賦能到較低的級(jí)別，從而在預(yù)提取區(qū)56處提供了對(duì)離子提取較少的限制。如在圖4B中可見，提取束的片80”從較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)域74中吸引離子?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明提供了輪廓控制裝置60中多個(gè)磁體對(duì)的相對(duì)賦能級(jí)別的任何組合，且可以提供任何數(shù)目的這種磁體對(duì)，以便達(dá)到任何所希望的束密度分布。
參照?qǐng)D5，以簡(jiǎn)化形式示出了源2，其中，為了清晰起見，未示出諸如電源和控制系統(tǒng)之類的某些細(xì)節(jié)。源2提供了具有長(zhǎng)度82和寬度84的大縱橫比的延長(zhǎng)的帶狀束80。借助于控制裝置60的8個(gè)磁體對(duì)50a和50b，束被分段成8個(gè)部分或片，從而可以將束80的密度分布定制用于特定的應(yīng)用。在一種實(shí)現(xiàn)中，束的長(zhǎng)度82約為400mm，以便于300mm晶片靶或平板顯示器的單掃描注入。但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，任何所希望的束長(zhǎng)度82都是可能的。而且，借助于恰當(dāng)?shù)卮_定源外殼4中的出口開口18以及提取電極26的狹縫30的尺寸，能夠得到任何所希望的寬度84。而且，要指出的是，可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)提取電極26，具有5個(gè)之外的這種電極26，以及所示的電極26不必按比例繪出。
雖然上面已經(jīng)對(duì)于一些方面和實(shí)現(xiàn)方式描述了本發(fā)明，但對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來(lái)說(shuō)，閱讀和理解本說(shuō)明書和附圖時(shí)可以理解的是，可以出現(xiàn)等效的各種變化和修正。特別是關(guān)于上述各個(gè)部件(裝配件、器件、電路、系統(tǒng)等)所執(zhí)行的各種功能，用來(lái)描述這些組成部分的術(shù)語(yǔ)(包括對(duì)“裝置”的參考)除非另有說(shuō)明，被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于執(zhí)行所述組成部分的特定功能的任何部件(亦即功能上等效)，即使不是結(jié)構(gòu)上等效于所公開結(jié)構(gòu)也是如此，其執(zhí)行本發(fā)明此處所示示例性情況中的功能。在這方面，可以認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明包括具有用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明各種方法的步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀媒質(zhì)。此外，雖然僅僅對(duì)于幾種情況之一已經(jīng)公開了本發(fā)明的具體特點(diǎn)，但這種特點(diǎn)可以與其它情況的一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，對(duì)于任何給定的或特殊的應(yīng)用，可能是所希望的和有利的。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”、及其變種被用于詳細(xì)描述或權(quán)利要求的范圍內(nèi)，這些術(shù)語(yǔ)被認(rèn)為是以相似于術(shù)語(yǔ)“包含”的方式包括在內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)在離子注入系統(tǒng)中提供離子束的離子源，包含包含縱向延伸的室壁以及縱向間隔的第一和第二端部壁的外殼，此室壁和端部壁限定一個(gè)等離子體約束室，其中借助于對(duì)源材料進(jìn)行離化而產(chǎn)生等離子體，室壁具有形成在其中的延長(zhǎng)的出口開口，此出口開口從等離子體約束室中的預(yù)提取區(qū)徑向延伸通過室壁到達(dá)外殼的外部，且通過其從等離子體約束室中提取離子束；用來(lái)在等離子體約束室中感應(yīng)離化電場(chǎng)的激發(fā)裝置；以及位于預(yù)提取區(qū)附近的密度分布控制裝置，此密度分布控制裝置包含彼此縱向彼此間隔的多個(gè)磁體對(duì)，并在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中提供可單獨(dú)調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，以便選擇性地調(diào)節(jié)與從等離子體約束室中提取的延長(zhǎng)離子束相關(guān)的密度分布。
2.權(quán)利要求1的離子源，還包含位于出口開口附近的室壁外部的多個(gè)提取電極，這些提取電極被賦能以便提供電場(chǎng)，用來(lái)通過出口開口從等離子體約束室中提取延長(zhǎng)的離子束。
3.權(quán)利要求1的離子源，其中，激發(fā)裝置包含軸向延伸穿過室的本體的RF天線，包含第一和第二端子；以及用來(lái)以射頻信號(hào)為天線賦能的RF源，此RF源包含電連接到天線第一端子的第一輸出和電連接到第二端子的第二輸出，RF源與天線形成電路，以便在天線的暴露部分中提供交流電流，用來(lái)在等離子體約束室內(nèi)感應(yīng)離化電場(chǎng)。
4.權(quán)利要求1的離子源，其中，磁體對(duì)分別包含位于出口開口上方外殼上的第一磁體和位于出口開口下方外殼上的第二磁體，第一和第二磁體在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中聯(lián)合地提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
5.權(quán)利要求4的離子源，其中，第一磁體包含面對(duì)第二磁體的第一磁極性的磁極，而第二磁體包含面對(duì)第一磁體的相反的第二磁極性的磁極，且其中，第一和第二磁體在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中聯(lián)合地提供在第一與第二磁體之間延伸的可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。
6.權(quán)利要求5的離子源，其中，第一和第二磁體包含具有可賦能的繞組的電磁體，電流以受控的方式通過繞組傳導(dǎo)，以便在第一與第二磁體之間提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
7.權(quán)利要求6的離子源，還包含電源，其連接到磁體對(duì)，且可操作以便以受控的方式為磁體對(duì)的第一和第二磁體提供電流；以及控制系統(tǒng)，其連接到電源，且可操作用于單獨(dú)地控制提供給磁體對(duì)的電流，從而根據(jù)從等離子體約束室中提取的離子束所希望的密度分布，單獨(dú)地調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中由磁體對(duì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
8.權(quán)利要求7的離子源，其中，控制系統(tǒng)包含位于注入系統(tǒng)中的多個(gè)離子探測(cè)器，以便探測(cè)與離子束相關(guān)的實(shí)際密度分布。
9.權(quán)利要求8的離子源，其中的離子探測(cè)器包含法拉第杯。
10.權(quán)利要求8的離子源，其中的離子探測(cè)器位于跨越所提取的離子束。
11.權(quán)利要求8的離子源，其中的離子探測(cè)器位于使用離子束進(jìn)行注入的工件附近。
12.權(quán)利要求6的離子源，還包含位于出口開口附近的室壁外部的多個(gè)提取電極，這些提取電極被賦能，以便提供電場(chǎng)用來(lái)通過出口開口從等離子體約束室中提取延長(zhǎng)的離子束。
13.權(quán)利要求6的離子源，其中，激發(fā)裝置包含穿過室的本體軸向延伸的RF天線，包含第一和第二端子；以及用來(lái)以射頻信號(hào)為天線賦能的RF源，此RF源包含電連接到天線第一端子的第一輸出和電連接到第二端子的第二輸出，RF源與天線形成電路，以便在天線的暴露部分中提供交流電流，用來(lái)在等離子體約束室內(nèi)感應(yīng)離化電場(chǎng)。
14.一種離子束密度分布控制裝置，用來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)與從離子源等離子體約束室提取的延長(zhǎng)的縱向離子束相關(guān)的密度分布，此控制裝置包含可安裝在等離子體約束室中的出口開口附近的多個(gè)磁體對(duì)，該磁體對(duì)縱向地彼此間隔，并在等離子體室中的出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中提供可單獨(dú)調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，以便選擇性地調(diào)節(jié)與從等離子體約束室中提取的延長(zhǎng)的離子束相關(guān)的密度分布。
15.權(quán)利要求14的密度分布控制裝置，其中，磁體對(duì)分別包含位于出口開口上方的第一磁體和位于出口開口下方的第二磁體，第一和第二磁體在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中聯(lián)合地提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
16.權(quán)利要求15的密度分布控制裝置，其中，第一磁體包含面對(duì)第二磁體的第一磁極性的磁極，而第二磁體包含面對(duì)第一磁體的相反的第二磁極性的磁極，且其中，第一和第二磁體在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)中聯(lián)合地提供在第一與第二磁體之間延伸的可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
17.權(quán)利要求15的密度分布控制裝置，其中，第一和第二磁體包含具有可賦能繞組的電磁體，電流以受控的方式通過繞組傳導(dǎo)，以便在第一與第二磁體之間提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
18.權(quán)利要求17的密度分布控制裝置，還包含電源，其連接到磁體對(duì)，且可操作以便以受控的方式為磁體對(duì)的第一和第二磁體提供電流；以及控制系統(tǒng)，其連接到電源，且可操作用于單獨(dú)地控制提供給磁體對(duì)的電流，從而根據(jù)從等離子體約束室中提取的離子束所希望的密度分布，單獨(dú)地調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中由磁體對(duì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
19.一種控制與離子注入系統(tǒng)中延長(zhǎng)的離子束相關(guān)的密度分布的方法，此方法包含在等離子體約束室中縱向延長(zhǎng)的出口開口附近提供彼此縱向間隔的多個(gè)磁體對(duì)，該磁體對(duì)在出口開口附近的預(yù)提取區(qū)內(nèi)提供可分別調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)；以及用磁體對(duì)調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)，以便選擇性地調(diào)節(jié)與從等離子體約束室中提取的離子束相關(guān)的密度分布。
20.權(quán)利要求19的方法，其中，磁體對(duì)分別包含出口開口上方的第一電磁體和出口開口下方的第二電磁體，第一電磁體包含面對(duì)第二電磁體的第一磁極性的磁極，而第二電磁體包含面對(duì)第一電磁體的相反的第二磁極性的磁極，且其中，對(duì)預(yù)提取區(qū)中磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)包含以受控的方式通過磁體對(duì)的第一和第二電磁體的繞組提供電流，以便在第一與第二磁體之間提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中，通過繞組提供電流包含提供連接到磁體對(duì)的電源，此電源可工作為以便以受控的方式對(duì)磁體對(duì)的第一和第二電磁體提供電流。
22.權(quán)利要求21的方法，其中，調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中的磁場(chǎng)包含，根據(jù)所希望的離子束密度分布而調(diào)節(jié)通過各個(gè)磁體對(duì)的繞組的電流。
23.權(quán)利要求22的方法，其中，調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中的磁場(chǎng)包含提供連接到電源的控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)可工作為單獨(dú)地控制提供到磁體對(duì)的電流，從而根據(jù)所希望的密度分布而單獨(dú)地調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中由磁體對(duì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中的磁場(chǎng)包含，測(cè)量與延長(zhǎng)的離子束相關(guān)的實(shí)際密度分布，以及根據(jù)所希望的和實(shí)際的密度分布而調(diào)節(jié)預(yù)提取區(qū)中由磁體對(duì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
全文摘要
公開了一種用于離子注入的離子源，它具有用來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)與從等離子體約束室中提取的延長(zhǎng)離子束相關(guān)的密度分布的控制裝置。此控制裝置包含在延長(zhǎng)的提取出口附近的多個(gè)磁體對(duì)，帶狀束通過提取出口從離子源中被提取，磁體對(duì)分別包含設(shè)置在提取口出口上方和下方的上部電磁體和下部電磁體，以便在預(yù)提取區(qū)中提供可調(diào)節(jié)的磁場(chǎng)，從而調(diào)節(jié)所提取的帶狀束的密度分布。
文檔編號(hào)H01J37/317GK1666313SQ03815473
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月1日
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