离子束传送的方法和装置制造方法及图纸

用来使离子束维持在沿从离子源（１２）到其上有工件被离子束处理的离子注入台（１６）的束路径（１４）的方法和装置。中和器（４４）安装在离子注入台的上游，并向离子束中注入中和电子。在束中和器位置的上游建立磁场来阻止中和电子向上游运动。所揭示的为建立阻止电子运动的磁场的技术是使用分开放置的第一和第二永久磁体（Ｍ１，Ｍ２）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法和一种装置，用来改善离子注入机中的离子束传输，同时使离子注入剂量的均匀性在注入靶的表面上保持在可接受的限度之内。在大电流离子注入机中，离子束从离子源穿过等离子体束传送到加工件。在该等离子体中，由离子产生的正空间电荷被由环绕或穿过离子束作轨道运动的电子产生的负空间电荷补偿。这些电子处于准静止状态，不会沿离子束传播方向运动。如果这些电子从束空间中被除去，由离子产生的未被补偿的空间电荷将在束中心的径向方向产生电场。在该电场影响下，离子将偏离束中心。导致束发散的截面增大，直到它不再在有效的物理包络面范围之中。发生这种情况通常被称为“束放大”。(beam blow-up)。束靶或加工件通常是用于制备CMOS集成电路的电绝缘硅片。当带正电的离子束轰击硅片时，片子得到净正电荷。得到的这些电荷将在片子区域产生电场，该电场会从等离子体束中吸引中和电子，导致束放大。CMOS集成电路带正电荷的第二个后果是可能损坏电路。当净正电荷积累于电路上时，在片子表面会产生大电场，这可能会损坏正在形成的器件的结和门。为避免由带净正电荷的离子束造成的损坏，以前工艺的注入机使用了“电子喷射器”(electron shower)或“电子流”(electron flood)。该种装置正好安装在靶的上游，提供与正离子束电流相等的电子电流，以使得到的离子束净电荷为零。离子注入机的电子喷射器在以前工艺的注入机中使用，取得了一些成功，同时也有一些缺点。电子喷射器不可能提供足够的电子电流来完全中和离子电流。当这种情况发生时束将全部分放大，造成不能接受的注入剂量不均匀性。以前工艺注入机的经验指出尽管束没被完全中和，但如果能限制束放大的长度，对束不均匀性的不利影响可得到减弱。为了限制未中和束造成的部分放大的影响，通常在电子喷射器的上游(离子源方向)安装“偏置孔”。该孔是环绕束流的带负电的金属环。该孔在束中心产生负电势，阻止两边(上游或下游)的电子穿过该环。这个现象在图2中说明，图2表示一个有代表性的以前工艺的电子抑制环，安装在电子喷射器的上游。图2的描绘中，环R安装在两个接地的导电构件C1，C2之间。环R上保持低于2.5千伏的电势，这样将使电子偏离环R平面，如图2中电子的运动所示。遗憾的是，阻止了电子穿过偏置环R的一个电场也在大约为偏置环R一个环直径的距离内耗尽了电子。在环R的这个距离内，正离子空间电荷完全没被补偿，束放大将发生。这种束放大所引起的问题对于低能离子注入束更明显。本专利技术的实施阻止中和电子的回流，但不同于使用负偏压电极，不会耗尽离子束区域中的所有电子。根据本专利技术的方案，离子束沿束传输路径从源导向注入台，目标工件放置在注入台上以进行离子束处理。在离子束接触目标工件前，中和电子在中和位置注入到离子束中。在中和位置的上游产生一个磁场来阻止中和电子的回流。磁场的产生最优选地通过在离子束刚到达束中和器之前的位置、在离子束的相对两边放置永久磁体来完成。磁体在离子束穿过的区域建立起磁场。该磁场使电子沿螺旋形路径前后运动，但不把它们从离子束中的位置排斥开。不过，从维持离子束的束中和器区域运动开的电子要受到永久磁体产生的磁场的排斥。磁体区域中电子的流失通过提供一个磁场，进一步得到阻止，在该磁场处有高度密集的磁力线位于离子束空间区域的外面。本专利技术的这些和其它的目的、优点和特性将从结合附图说明的本专利技术的优选实施方案详述得到更好的理解。图1是一个顶视图，部分是剖面，显示一个离子注入机，它包含离子源、束形成和成形装置和注入室；图2是以前工艺中抑制电极区域的放大剖视图，电极放置在离子注入机中离子束中和器的上游；图3是离子束注入机中建立有磁场以阻止从离子束中和器回流的区域的放大剖视图4是永久磁体附近离子束传输路径的区域的透视图；图5是离子束注入机中为阻止电子回流的磁场在离子束传输路径的外面有密集磁力线的区域的放大剖视图；图6是关于两种作对比的电子回流控制的通过效率对离子束能量的函数图；一种回流控制是以前工艺技术，第二种是根据本专利技术采用的技术；图7是根据本专利技术的优选磁场电子排斥器的剖视图；图8是从图7中平面8-8看的优选磁场电子排斥器的视图；和图9是从图8中平面9-9看的优选磁场电子排斥器的视图。现在转到附图，图1绘制了一个离子注入机，通常如10所示，它包括离子源12，用来发射离子以形成通过束路径到达注入台16的离子束14。控制电子仪器(未示出)可监测和控制在注入台16上作用腔17内的片子所接收到的离子剂量。离子源12包含等离子体腔18，其中注入要电离的源材料。源材料可包含可电离的气体或气化的源材料。给源材料加上能量以在等离子体腔18中产生带正电的离子。带正电的离子从覆盖在等离子腔18开口侧的盖板20上的椭圆弧形狭缝里离开等离子体腔内部。等离子体腔18中的离子通过等离子体腔盖板20上的弧形狭缝引出后，被等离子体腔盖板20邻近的一组电极向质量分析磁体22加速。质量分析磁体22被支撑于磁护套32中。磁场强度由离子注入机的控制电子仪器控制。磁体的磁场通过调节磁体的磁场线圈中的电流来控制。质量分析磁体22使离子沿离子束14运行出一曲线轨迹，从而只有原子质量适当的离子才能到达离子注入台16。由于质量分析磁体护套32上高电压与接地注入腔之间的电势降，离子束14在到达注入腔之前要被进一步地成形、鉴定和加速。通过沿束线分开的真空泵P1、P2，从源到腔体17的束线传输路径被保持在减小的压力下。在磁体22的下游，离子注入机包含四极组件40，旋转的法拉第罩42和离子束中和器44。四极组件40包含一组环绕离子束14取向的磁体，磁体由控制电子仪器(未示出)有选择地激励以调节离子束14的高度。四极组件40被装在注入机机壳50中。四极组件40面对磁体22的一端带有离子束屏蔽板52。板52的功能是配合质量分析磁体22从离子束14中消除不想要的离子种类。法拉第板42安装在四极组件40和离子束中和装置44之间。法拉第板可旋转地安装在机壳50中，使它能旋到截断离子束14的位置以测量离子束特性，在测量满意后，能被转到束线之外，从而不干扰注入腔17中的片子注入。以前工艺的离子束中和器44，常被称为电子喷射器，在发布于11月17日，1992年的美国专利No.5,164,599，Benveniste中公开，并转让给本专利技术的受让人，’599专利在这里全部引入作为参考。从等离子体腔18中引出的离子是带正电的。如果在注入片子之前离子上的正电荷不被中和，掺杂片上将出现净正电荷。正如以上以及Benveniste的’599专利中描述的，片子上这样的净正电荷具有不希望的特性。从前工艺的离子束中和器公开于共同未决的美国专利申请系列08/518,708，提交于8月28日，1995年，申请人为Blake，该共同未决的专利申请的公开内容在此引入作为参考。恰好在中和器44上游处的是排斥器110。图3中概略地图示出了排斥器110的部件。排斥器110包含永久磁体M1、M2，用于阻止电子从中和器的回流。磁体M1，M2取代了在图2中讨论过的偏置环孔R。图1中示出的中和器44确定出开口的柱状内部区域，其大小在中和电子注入离子束时足以允许离子束无阻碍地通过。图1中示出的中和器44和排斥器110被形成一个完整单元，并装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过控制离子束中中和电子的运动，把离子束（１４）从离子源（１２）导向处理台（１６），以对工件进行离子束处理的方法；该方法包含以下步骤： ａ）把离子束沿束传输路径（１４）从源（１２）导向注入台（１６），放置目标工件在注入台（１６）上以进行离子束处理； ｂ）在离子束轰击目标工件之前，在中和位置（４４）向离子束中注入中和电子；以及 ｃ）通过在离子到达中和位置之前，在接近离子束的点上放置磁性抑制电极（１１０，１４０）而产生磁场，以阻止中和电子离开中和位置（４４）向上游运动。

【技术特征摘要】
US 1996-1-22 5893031.一种通过控制离子束中中和电子的运动，把离子束(14)从离子源(12)导向处理台(16)，以对工件进行离子束处理的方法；该方法包含以下步骤a)把离子束沿束传输路径(14)从源(12)导向注入台(16)，放置目标工件在注入台(16)上以进行离子束处理；b)在离子束轰击目标工件之前，在中和位置(44)向离子束中注入中和电子；以及c)通过在离子到达中和位置之前，在接近离子束的点上放置磁性抑制电极(110，140)而产生磁场，以阻止中和电子离开中和位置(44)向上游运动。2.根据权利要求1的方法，其中产生磁场的步骤通过在离子束传输路径相对两侧的分开的位置上安装第一和第二永久磁体(M1，M2)来实现。3.根据权利要求1的方法，其中产生磁场的步骤通过建立横截离子束传输路径的二极磁场来实现。4.一种用离子轰击位于离子注入位置(16)上的工件来处理工件的离子注入机，包括a)发射离子的离子源(12)；b)离子束限定结构(22，40，52)，用于把从离子源中发射的离子形成离子束，并包括界定将有离子束穿过的离子注入机抽真空的内部区域的结构；c)注入台(16)，用来在离子束的处理位置放置一个或多个工件；d)离子束中和器(44)，用来在注入台的离子束上游的中和区域注入中和电子；e)磁体装置(110，140)，安装在离子中和器(44)的上游，通过在离子束中和器(44)的上游区域建立与离子束相截的磁场，来阻止中和电子离开离子束中的区域的运动。5.根据权利要求4的离子注入机，其中磁体装置包含第一和第二磁体(M1，M2)，安装在离子束(14)相对的两侧，在第一和第二磁体(M1，M2)之间的区域产生磁场，以影响电子离开离子束中和器(44)的运动。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：VM本维尼斯特，陈炯，TN霍斯基，WE雷诺，
申请(专利权)人：艾克塞利斯计术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]