离子束装置制造方法及图纸

一种离子束装置，包括：发出离子束（４）的离子源；用于从输入的离子束（４）中分离并取出所需质量的离子束（４）的质量分离电磁体（６）；用于在不变的扫描表面内绕不变的扫描中心（Ｐ）扫描输入离子束（４）并将其取出的扫描器１２；静电偏转器，用于以扫描中心（Ｐ）为中心，将所需能量的离子束（４）从输入离子束（４）在致动偏转区域内静电偏转９０°，从而在垂直于上述扫描表面的方向上前进，并将其取出；以及扫描机构（５４），用于保持靶（５０）并在以常数角度与从静电偏转器（３０）取出的离子束（４ａ）交叉的方向上机械地往复扫描靶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过将离子束照射到靶上而实现离子注入的离子注入装置，以及涉及一种构成该离子注入装置、并包含用于进行离子束扫描和偏转的离子束偏转器的离子束装置。具体地，本专利技术涉及一种能够缩短离子束流线长度的离子束装置。
技术介绍
在离子束装置(此后以离子注入装置为例)中，例如离子注入装置中，迄今已实现离子束的平行，以使靶平面(例如，半导体衬底)内的离子束的入射角均匀。为了防止不希望的能量的离子(称作“能量污染物”或“能量致污物”)随所需能量注入靶内(这种注入被称为“能量污染”或“能量致污”)，不希望的能量的离子被去除(该过程被称为“能量分离”或“能量分析”)。迄今已通过利用不同的功能元件实现离子束的平行和能量分离。因而，离子束的束流线(beam line)的长度变长，从而提高因离子束发散等造成的损耗。因此，离子束的传输效率上出现下降，从而导致确保足量射束上的困难。特别地，在离子束以低能量传输中明显出现离子束的空间电荷效应，从而分散离子束并对离子束有效传输造成困难。因此，需要能尽量缩短束流线长度的离子注入装置。下面将提到相关技术的特定例子。日本专利公报No.3-233845(从第1页右栏到第二页左上栏的区域范围，图6)(此后称之为专利文件1)描述一种通过静电偏转而分离能量的技术。但是，用于能量分离的静电偏转电极是平行板型电极，离子束未被静电偏转电极平行。离子束的平行由只用于平行目的的另一平行板型扫描电极进行。因此，如前所述，仍有增加束流线长度的问题。另一能量分离技术是在离子束已加速到最终能量后(在下游位置)放置偏转电磁体，并用以下数学式确定离子束的转向半径。这里，“B”表示通量密度；“m”表示构成离子束的离子的质量；“q”表示电荷；以及“V1”表示与能量相关的离子束的加速电压。R1＝(1/B)×(2mV1/q)1/2该技术被描述为，例如在日本专利No.33358336(此后称之为专利文件2)中，能量分析磁体(第0002，0003段，图1)。但是，该技术实践于不进行扫描和平行的离子束。离子束的平行由只为平行目的提供的，被称为另一射束平行磁体的偏转电磁体实施。因此，如前所述，仍有增加束流线长度的问题。在日本专利公报No.11-354064(第0016到0018段，图1)(此后称之为专利文件3)中描述了通过利用单个元件(扇形电磁体)进行被扫描离子束的平行及能量分离的技术。专利文件3中所述技术用于通过被称作扇形电磁体的偏转电磁体进行离子束平行和能量分离。在离子束能量(相应于数学式1中的V1)与所需离子的质量“m”增加的情况下，如数学式1所示，如果试图引出能量为200keV或更高的铟(In)离子，通量密度B必须极大以实现常数的转向半径R1。为此，共同构成偏转电磁体的铁芯和线圈变得非常大，因而偏转电磁体变得很大。另外，还有一个问题是偏转电磁体的重量和成本增加，用于偏转电磁体的能源尺寸也增加等。另外，专利文件3所述技术受到以下问题困扰。即，离子束被偏转电磁体在一个平面内偏转，所述平面中被称作静电偏转电磁体的扫描器进行离子束的扫描。因此，如果不使偏转电磁体中的离子束的偏转角非常大，则能量分离不会充分进行，从而会导致充分消除不希望的能量的离子失败。其原因如下。具有所需能量的离子束以及具有不希望能量的离子都在被扫描器扫描后分散。为了在一个平面内使如此分散的离子束互相分离，与宽度较窄的离子束互相分离的情况，或者在不同平面内离子束互相分离的情况相比，必须使得离子束的偏转角非常大。通过使数学式1所示的通量密度B很大，使偏转角很大相当于转向半径R1的显著减小。在这种情况下，仍会遇到类似于先前所述的问题。如果试图在不明显增加偏转电磁体的偏转角的情况下解决不希望的能量入射在靶上的问题，则从偏转电磁体出口到靶的距离必须变长。因此，有增加束流线长度的问题。另外，中性粒子—作为大气中残留的分子与离子束撞击的结果—在偏转电磁体内以在其中、在其上和在其下方式直线传播。除非增加偏转电磁体的偏转角或除非增加从偏转电磁体到靶的距离，直线传播的中性粒子入射到靶内。因此，出现离子不均匀的注入到靶内。为了解决该问题，必须在使偏转电磁体偏转角变大与增加从偏转电磁体出口到靶的距离之间做出选择。无论如何，仍有束流线长度增加的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个靶是提供一种可进行离子束平行，离子束能量分离，并缩短离子束的束流线长度的离子束装置。根据本专利技术的第一种离子束装置其特性在于包括扫描器，所述扫描器在给定扫描表面内绕给定扫描中心扫描入射的离子束；以及静电偏转器，所述静电偏转器将从所述扫描器发出的所述离子束静电偏转90°，使得所需能量的离子束在定心于所述扫描中心上的圆弧形偏转区内垂直于所述扫描表面的方向上传播。该离子束装置具有进行离子束扫描和分离的结构。因而，该离子束装置也被称为离子束偏转器。根据本专利技术的第二种离子束装置其特性在于包括引出离子束的离子源；质量分离电磁体，所述质量分离电磁体将所需质量的离子束从由所述离子源引出的所述离子束中分离；扫描器，所述扫描器在给定扫描表面内绕给定扫描中心扫描已经过所述质量分离电磁体的所述离子束；静电偏转器，所述静电偏转器将从所述扫描器发出的所述离子束静电偏转90°，使得所需能量的离子束在定心于所述扫描中心上的圆弧形偏转区内垂直于所述扫描表面的方向上传播；以及扫描机构，所述扫描机构保持离子注入的靶，并在靶以给定角度与从所述静电偏转器发出的离子束交叉的方向上机械地往复移动所述靶。该离子束装置具有进行离子束扫描、偏转和注入的结构。因而，该离子束装置也被称为离子束注入装置。根据该离子束装置，被所述扫描器扫描的离子束散开成扇形并入射到静电偏转器内。注入到所述静电偏转器内的所需能量的离子束被在定心于扫描中心的弧形偏转区内静电偏转90°，从而在垂直于扫描表面的方向上传播，然后从静电偏转器发出(输出)。构成从静电偏转器发出的所需能量的离子束的离子束互相平行。其原因是，由于直立在一个表面上的多个法线互相平行，所以无论扫描位置如何，用同样方式以直角从一个扫描表面发出的离子束互相平行。如此，从静电偏转器发出的离子束可被平行。入射到静电偏转器内的离子束中不希望能量的离子在偏转半径(即，转向半径)方面与所需能量的离子束不同。因而，不能量的离子可与所需能量的离子束分离。以这种方式，可进行能量致污物的消除，即，能量分离。另外，离子束被静电偏转器偏转的方向是与离子束被扫描器扫描的方向垂直的方向。与在专利文件3中所述技术相反，具有不同能级并且已被通过扫描器的扫描动作分散的离子束不在单个平面内互相分离而是在不同平面内分离。不同能级的离子的分离简单，因而能量分离功能很强。另外，离子束被静电偏转器偏转的角度大到90°。即使在这点上，分离具有不同能级的离子也容易，因而能量分离功能非常强。这些因素的综合的结果，静电偏转器30的能量分离功能非常强。与偏转电磁体的情况相反，在静电偏转器的情况中，偏转角度的增加可通过弯曲静电偏转器等方法相对简单地实现。另外，偏转角度不依赖于构成离子束的离子质量，并且该离子质量不容易偏转。即使偏转角增加到90°时，也可防止在专利文件3中所述的偏转电磁体变得很大的问题。如上所述，根据该离子束装置，离子束的平行和能量分离可通过利用一个静电偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子束装置，包括：扫描器，所述扫描器在给定扫描表面内绕给定扫描中心扫描入射的离子束；以及静电偏转器，所述静电偏转器将从所述扫描器发出的所述离子束静电偏转９０°，使得所需能量的离子束在定心于所述扫描中心上的圆弧形偏转区内垂 直于所述扫描表面的方向上传播。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-12-4 405342/2003;JP 2004-3-17 076756/20041.一种离子束装置，包括扫描器，所述扫描器在给定扫描表面内绕给定扫描中心扫描入射的离子束；以及静电偏转器，所述静电偏转器将从所述扫描器发出的所述离子束静电偏转90°，使得所需能量的离子束在定心于所述扫描中心上的圆弧形偏转区内垂直于所述扫描表面的方向上传播。2.离子束装置，包括引出离子束的离子源；质量分离电磁体，所述质量分离电磁体将所需质量的离子束从由所述离子源引出的所述离子束中分离；扫描器，所述扫描器在给定扫描表面内绕给定扫描中心扫描已经过所述质量分离电磁体的所述离子束；静电偏转器，所述静电偏转器将从所述扫描器发出的所述离子束静电偏转90°，使得所需能量的离子束在定心于所述扫描中心上的圆弧形偏转区内垂直于所述扫描表面的方向上传播；以及扫描机构，所述扫描机构保持离子注入的靶，并在所述靶以给定角度与从所述静电偏转器发出的离子束交叉的方向上机械地往复移动所述靶。3.根据权利要求2所述的离子束装置，其中所述扫描机构在平行于所述靶的表面的方向上移动所述靶。4.根据权利要求1到3中任何一项所述的离子束装置，其中所述静电偏转器具有互相隔开并相对的一对偏转电极。5.根据权利要求4所述的离子束装置，其中，如果在一点上以直角相交的三个轴设为X、Y、Z轴，所述离子束平行于所述Z轴入射到所述扫描器内；扫描所述入射的离子束的所述扫描器的所述扫描中心为在平行于Y-Z平面的所述扫描平面内的一中心；以及静电偏转器将所述入射的离子束内所需能量的离子束偏转90°，从而平行于所述X轴发出；如果考虑所述被扫描并偏转的离子束内具有所需能量的一个离子束的轨迹，所述轨迹在线性部分的末端呈弧形部分，所述弧形部分以90°角弧的方式弯曲，从而变得平行于所述X轴；以及构成所述静电偏转器的一对偏转电极的相对表面每个具有与回转表面大体一致的形状，其中所述回转表面由当一个离子束的所述轨迹在所述扫描方向上相对于经过所述扫描中心并与所述X轴平行的轴旋转一预设角度的所述弧形部分得到。6.根据权利要求5所述的离子束装置，其中构成所述偏转电极的所述各自偏转电极的所述相对表面每个所呈的形状通过定心于一轮环中心轴而周向地切割轮环一预设角度来限定，并且切割所述轮环的纵向横截表面的外周只90°，所述轮环中心轴经过扫描中心并平行于所述X轴。7.根据权利要求5或权利要求6所述的离子束装置，其中构成所述偏转电极的所述一对偏转电极的每个所述相对的表面由与所述回转表面一致的多个表面的组合所形成。8.根据权利要求4到7中任何一项所述的离子束装置，其中构成所述静电偏转器的所述一对偏转电极的至少一个被缝隙在偏转角增加的方向上分割成多个段。9.根据权利要求4到8中任何一项所述的离子束装置，其中构成所述静电偏转器的所述一对偏转电极的至少所述相对表面由碳形成。10.根据权利要求4到9中任何一项所述的离子束装置，其中进一步包括用于将偏转电压施加到构成所述静电偏转器的所述一对偏转电极的所述相对表面的偏转电源，其中所述偏转电压是d.c.电压并关于地电压对称。11.根据权利要求1到10中任何一项所述的离子束装置，其中所述扫描器以对称于所述离子束的入射轴的方式扫描入射到所述扫描器内的所述离子束。12.根据权利要求1到10中任何一项所述的离子束装置，其中所述扫描器只在关于所述离子束的入射轴的一侧上的区域内扫描入射到所述扫描器内的所述离子束。13.根据权利要求1到12中任何一项所述的离子束装置，其中进一步包括加速/减速设备，所述加速/减速设备插在所述扫描器与所述静电偏转器之间并静电加速或减速所述被扫描的离子束，其中所述加速/减速设备具有在所述离子束传播方向上以给定间隔隔开的至少两个电极；以及每个所述电极为定心于所述扫描中心上的圆弧形，并具有在所述扫描方向上比所述被扫描离子束更宽的射束通过孔。14.根据权利要求13所述的离子束装置，其中构成所述加速/减速设备的入口电极还用作允许所需质量离子束通...

【专利技术属性】
技术研发人员：内藤胜男，藤田秀树，
申请(专利权)人：日新意旺机械股份公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]