一种带状离子束质量分析器，具有第一螺线管线圈、第二螺线管线圈以及钢质磁轭配置。每个螺线管线圈具有大致的“轨道”组态，界定了一个可供带状离子束从中穿行的空间。这两个螺线管线圈沿着带状离子束的穿行方向而分开。每个螺线管线圈产生均匀的磁场，供较宽的带状离子束进行质量解析，以产生想要的离子图像，其中离子是由离子源产生的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是涉及半导体元件制造领域，尤其涉及半导体及其他元件制造所用的离子植入机中使用的带状离子束质量分析磁铁。
技术介绍
通常，束线(beamline)离子植入机提供处理工件所用的离子束，以得到想要的元件特性。在一种应用中，工件是指半导体晶圆(semiconductor wafer)，离子束将特定的想要的杂质掺入到该半导体晶圆中。在其他应用中，离子束可为工件提供精确的材料改性 (materialmodification) 0除了半导体晶圆之外，工件也可包括(但并不局限于)扁平面板、太阳电池板(solar panels)以及聚合物基板(polymersubstrates) 离子植入机通常包括用以产生等离子(plasma)的离子源室，萃取电极组件从等离子中提取离子束。然后离子束可被引导以前往具有特定磁场的质量分析磁铁，使得只有具想要的荷质比(charge to mass ratio)的离子能够穿过此质量分析器。然后，本领域技术人员所知的其他束线元件(包括校正磁铁与加速透镜、减速透镜)可操控经过质量分析的离子束，使离子束前往工件的表面。通过离子束的移动、工件的移动或两者相结合，离子束可分布在工件的整个表面上。当离子撞击工件中的电子与原子核时，这些离子会损失能量，且根据其加速能量，在工件内的想要的深度之处停下来。图12为一种已知的质量分析磁铁1，此质量分析磁铁1具有一对极片2，这对极片2界定了一个可供离子束4从中穿过的间隙3。这对极片2会产生偶极磁场(dipole magnetic field)，此偶极磁场会提供弯力给穿越间隙的离子束4。对于离子束中的不同离子物种，根据离子的电荷状态、能量以及质量，弯曲量会略微不同。已知的质量分析磁铁的极片2之间所产生的磁场平行于该磁铁所形成的图像/聚焦的方向。离子的质量对离子的电荷之比影响着两极片之间所形成的磁场对离子进行横向加速达到的程度。因此，当来自于离子源的离子束穿越已知的质量分析磁铁时，不同的离子物种会经过不同的轨迹，且质量分析磁铁会选取具有与想要的质荷比有关的轨迹的离子。位于质量分析磁铁下游的质量解析狭缝会选取想要的物种(例如，B+)，而不想要的物种则被质量解析狭缝四周的导电板收集起来。离子质量稍低的离子(偏离较大的角度)或离子质量稍高的离子(偏离较小的角度)不会穿过。这些磁分析器中的大多数也会将带状离子束的流向定为平行于偶极场。 然而，这些质量分析磁铁所能容纳的离子束的尺寸会受限于磁极间隙的尺寸。随着一些工件尺寸的不断增大(例如，半导体晶圆碟片尺寸可从直径为300毫米 (mm)增大至450毫米(mm)，甚至更大)，且为了能够灵活地处理不同尺寸的工件，将离子束的宽度增大为带状离子束是有利的。带状离子束是指呈带状的离子束，或者其形状为沿着一个方向的离子束的第一尺寸大于沿着第二方向的离子束的第二尺寸，其中第二方向垂直于第一方向。带状离子束可具有大致为矩形的横剖面形状，其中此带状离子束的宽度大于其高度至少三倍。这种使不同的离子按不同的轨迹弯曲的已知质量分析磁铁具有有限的磁场强度，它随着磁极间隙的增大而减小。换言之，此磁场强度是与离子束的宽度成反比。磁极间隙增大也会降低横跨离子束宽度的磁场均勻度。因为对于离子束中的不同离子物种，弯曲量会稍微不同，所以当离子穿越不均勻的磁场时，该磁场会影响离子轨迹的质量分析，因而产生不想要的质量分析结果。为了要容纳具相同质量与能量的较宽的带状离子束，这种已知的质量分析磁铁就需要较大的弯曲半径，从而需要较长的路径长度。这会造成磁铁的实体较大，需要较多的电源供应电压来驱动流经磁铁的想要的电流，以在磁极间隙中提供特定的磁场强度。然而，当磁铁达到一定的尺寸时，就会变饱和，且磁场仍然不均勻。如此一来， 已知的质量分析磁铁的尺寸、成本以及电力消耗都会增大。美国专利第6，498，348号中提供了另一种质量分析装置，此质量分析装置使用细长磁极阵列，这些磁极是配置在垂直于离子束的平面内，而离子束则平行于阵列延伸方向而移动。如此一来，磁场既垂直于带状离子束的宽度(X轴)又垂直于离子束图像的方向(Z轴)。然而，这种磁铁是缠绕在穿越该磁铁的带状离子束的高度(Y轴)上，且需要带状离子束发生较大程度的侧向移动才能工作。 这使得磁铁的尺寸增大，也使得离子束必须穿越的距离增大，进而造成离子束电流的损耗增大。因此，本领域中需要一种改良的质量分析磁铁，此质量分析磁铁与增大的带状离子束宽度之间协调良好，能够克服上述的不足与缺点。本领域中还需要一种能够提供均勻磁场的质量分析磁铁架构，它所提供的磁场在整个带状离子束宽度上保持不变。
技术实现思路
本专利技术的实施例是针对一种质量分析磁铁，此质量分析磁铁是在束线离子植入机中用来对穿行的带状离子束中的不同离子物种进行质量分析。在一实施例中，一种质量分析器包括第一螺线管线圈，其界定了入口空间与出口空间，入口空间是用来接收带状离子束，而出口空间是用来输出带状离子束。第一螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第一磁场，从而根据穿越第一螺线管线圈的带状离子束中的每个离子的各别质量来改变离子的轨迹。此质量分析器包括第二螺线管线圈，它沿着带状离子束的穿行路径与第一螺线管线圈之间间隔一段距离“d”。第二螺线管线圈界定了入口空间，用来接收来自第一螺线管线圈的出口空间的带状离子束。第二螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第二磁场，使得所述第二磁场与所述第一磁场方向相反。第二螺线管线圈根据带状离子束中的每个离子的各别质量来使离子轨迹弯曲。此质量分析器也包括至少一个磁轭(yoke)，其具有第一凹槽(recess)与第二凹槽。第一凹槽经配置以收容第一螺线管线圈的一部分，且第二凹槽经配置以收容第二螺线管线圈的一部分。磁轭与第一螺线管线圈、第二螺线管线圈相接触，并在磁轭、第一螺线管线圈以及第二螺线管线圈之间形成电路。在另一实施例中，一种离子植入系统包括离子源、质量分析器以及终端台。离子源可用来产生带状离子束。质量分析器具有入口与出口，且经配置以藉由入口来接收来自离子源的穿行带状离子束，并且使带状离子束中具有想要的荷质比的离子沿着预定的路径偏离，以输出到质量分析器的出口。此质量分析器包括第一螺线管线圈与第二螺线管线圈，它们之间沿着带状离子束的穿行方向而分开指定的距离。每个螺线管线圈都界定了一个可供带状离子束从中穿行的空间。磁轭具有第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽是用来收容第一螺线管线圈的第一部分，第二凹槽是用来收容第二螺线管线圈的第一部分。终端台位于质量分析器的下游，且经配置以支撑着工件，以藉由带状离子束来对此工件进行布植 (implantation)0附图说明为了更好地了解本专利技术，请参照附图，在这些图中，相同的元件用相同的数字来表示。图IA是依照本专利技术的一实施例的一种具有带状离子束质量分析器的束线离子植入机的平面图。图IB是依照本专利技术的一实施例，顺着图IA的带状离子束的穿行方向朝下游看，沿着图IA的1B-1B线而取得的带状离子束的剖面图。图2是依照本专利技术的一实施例的图1的带状离子束质量分析器的侧视图。图2A是依照本专利技术的一实施例，沿着图2所示的2A-2A线而取得的剖面图。图3是依照本专利技术的一实施例的图2的第一螺线管线圈的局部立体透视图。图4是依照本专利技术的一实本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种离子质量分析器，用来对穿行的带状离子束中的不同离子物种进行质量分析，且产生其图像，所述离子质量分析器包括：第一螺线管线圈，界定一个可供带状离子束从中穿过的空间，所述第一螺线管线圈配置成对应所施加的电流以在第一方向产生第一磁场，从而根据穿越所述第一螺线管线圈的所述空间的所述带状离子束中的每个离子的各别质量来改变与所述离子有关的轨迹；第二螺线管线圈，在所述第一螺线管线圈沿着所述穿行带状离子束的方向下游，且与所述第一螺线管线圈相隔一段距离“ｄ”，所述第二螺线管线圈界定一个可供从所述第一螺线管线圈接收的所述带状离子束从中穿行的空间，所述第二螺线管线圈配置成对应所施加的电流以产生第二磁场，使得所述第二磁场与所述第一磁场方向相反，所述第二螺线管线圈经配置以根据来自所述第一螺线管线圈的所述带状离子束内的每个被接收的离子的各别质量来使所述离子的轨迹进一步弯曲；以及至少一个磁轭，所述磁轭具有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽经配置以收容所述第一螺线管线圈的一部分，且所述第二凹槽经配置以收容所述第二螺线管线圈的一部分，所述磁轭连接至所述第一螺线管线圈与所述第二螺线管线圈，以在所述磁轭、所述第一螺线管线圈以及所述第二螺线管线圈之间形成电路。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：维克多·M·本夫尼斯特，
申请(专利权)人：瓦里安半导体设备公司，
类型：发明
国别省市：US
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