CN101095209B - 离子布植机及其磁铁磁极与分析磁铁及电荷中和改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种借由束缚一离子布植机的一磁铁的一磁性区域内的电子，以降低电子损耗且因此改良一低能量射束的输送效率，从而改良邻近该离子布植机的该磁铁的空间电荷中和的方法以及装置。提供一用于一离子布植机的一磁铁的磁极部件，前述磁极部件包括一外表面，其具有形成邻近前述磁极部件的磁场集中区的多个磁场集中部件。遭遇该增强的磁场的电子沿相同磁场线反弹回去而不是经允许而逃逸。本发明亦提供一分析器磁铁以及包括前述磁极的离子布植机，因此实现了一改良一离子布植机中的低能量离子束空间电荷中和的方法。

Description

离子布植机及其磁铁磁极与分析磁铁及电荷中和改良方法
本申请案主张于2004年11月19号向美国专利商标局提出申请，名为“Electron Confinement Inside Magnet of Ion Implanter”的美国暂时申请案第60/629,515号的优先权，该申请案所揭露的内容结合于本说明书中。 
技术领域
本发明大体上是关于离子布植机，且更特定言之，是关于束缚一离子布植机的磁铁的磁性区域内部的电子的方法以及装置。 
背景技术
改良使用低能量射束的离子布植机的生产力是离子布植机工业中的一后续问题。所聚焦的一个领域是改良射束输送效率。特定言之，在单一个晶圆离子束(ion beam)布植系统上，借由将双电位静电透镜(electrostaticbi-potential lens)置放于一分析器磁铁(analyzer magnet)之前，将离子束自高能量减速至低能量。分析器磁铁借由为离子束选择合适离子而改进该离子束。在任何离子束中，带同样电荷的离子趋向于相互排斥，如此引起离子束分散。由于离子束自高能量减速至低能量，因此该离子分散问题增加，如此可导致由于排斥所造成的离子束输送损耗。 
如图1中所示，降低离子束2的分散的机构是在离子束2内维持充足数量的自由电子(free electron)4(例如，经由与中性原子6进行射束碰撞)，以中和离子束2的净空间电荷(net space charge)。可在不存在磁场的区域中将自由电子4自一外部源(未图示)引入至离子束2中。自由电子4亦可借由使离子束2与包围其的表面(未图示)碰撞，且使离子束2与残气(residual gas)(未图示)碰撞而产生。然而，自由电子4的借由碰撞所造成的热量产生可自离子束2逃逸至射束线(beam-line)的壁的热电子(hot electron)4H。当此情况发生时，电子4L损耗，藉此使得当额外的自由电子4未供应至离子束2时，增加离子束2的净空间电荷。因为自由电子4于其沿轨道绕磁场线16行进时不可自磁性区域10的外部移动至磁性区域10内，所以在磁铁12的磁性区域内部，空间电荷中和问题更加突出。在磁性区域10中替代损耗的电子4L通常是依靠离子束2产生电子来完成。同时，磁铁12的磁场趋向于引导热电子4H，以使其迁移至磁铁12的平面磁极(planar pole)14，且因此增强了损耗的电子4L自离子束2的逃逸。当磁性区域10中的由离子束2产生的电子不足以替代损耗的电子4L时，此情形可导致离子束2膨胀且进一步引起离子束2的输送损耗。应了解，虽然将磁铁12说明成一分析器磁铁，但该问题将不限于一离子布植机内的该特定磁铁。 
鉴于上文所述，此项技术中需要一离子布植机的磁铁中具有经改良的射束输送效率。 
发明内容
本发明包括一借由束缚一离子布植机的一磁铁的一磁性区域内的电子，以降低电子损耗且因此改良一低能量射束的输送效率，从而改良邻近该离子布植机的该磁铁的空间电荷中和的方法以及装置。本发明包括一用于一离子布植机的一磁铁的磁极部件，前述磁极部件包括一外表面，前述外表面具有形成邻近前述磁极部件的磁场集中区的多个磁场集中部件。遭遇该增强的磁场的电子沿相同磁场线反弹回去而不是经允许而逃逸。本发明亦包括一分析器磁铁，及包括前述磁极的离子布植机，及改良一离子布植机中的低能量离子束空间电荷中和的方法。 
本发明的一第一态样针对一用于一离子布植机中的一磁铁的磁极，前述磁极包含：一磁性部件，其用于安装至前述磁铁的一内部部分，前述磁性部件包括一外表面，前述外表面包括形成邻近前述磁性部件的磁场集中区的多个磁场集中部件，其中前述多个磁场集中部件对前述磁铁产生磁镜作用，当所述离子布植机产生的电子被引入所述磁铁时，所述磁镜作用使得所述电子避免往磁场增强的方向运行，而只沿着磁场的镜射路径运行。 
本发明的另一态样包括一用于一离子布植机的分析器磁铁，前述分析器磁铁包含：一或两磁极部件，其用于安装至前述分析器磁铁的一内部部分，每一前述磁极部件包括一外表面，前述外表面包括形成邻近前述内部部分的磁场集中区的多个磁场集中部件，且每一磁场集中部件包括一隆脊。 
通过下文对本发明的实施例的详细说明，本发明的上述和其它特征会更明显。 
附图说明
下文详细说明本发明的实施例，并配合所附图式，其中相似标号标示相似组件。 
图1展示一离子布植机的一现有的磁铁的分解图。 
图2展示根据本发明的包括一磁极部件的磁铁的分解图。 
图3展示图2的磁极部件的透视图。 
图4展示图3的磁极部件的横截面图。 
图5展示图3的磁极部件的一实施例的细节图。 
图6展示图3的磁极部件的第二实施例的细节图。 
图7展示包括图2的磁铁为一分析器磁铁的离子布植机的平面图。 
具体实施方式
参看附图，图2说明根据本发明的一离子布植机的磁铁102的磁极部件100。如所说明，将磁铁102组态为一分析器磁铁。为清楚起见，未展示磁铁102的线圈。然而应了解，本发明的教示可适用于离子布植机内的任何磁铁。如图2中所示，磁极部件100经组态以用于安装至磁铁102的内部部分106。在一实施例中，磁极部件100包括自基底111凸起的外表面110。磁极部件100可由可用于磁铁102内的任何现在已知或稍后将发展的磁性材料构成。 
磁极部件100亦包括多个磁场集中部件112，其形成邻近磁极部件100的集中磁场130(由图2中的较粗磁场线指示)。如图2及图3中最佳地展示，每一磁极部件100具有一与内部部分106(仅图2)相匹配的曲线形状。如图2及图3中所示，在一实施例中，磁场集中部件112沿该曲线形状径向伸展，虽然此可能并非总是必要的。磁场集中部件112可以各种形式提供。如仅在图5及图6中所示，在一较佳实施例中，每一磁场集中部件包括一在外表面110上的隆脊(ridge)120。如图3-图5中所示，隆脊120可由外表面110中的沟槽122形成。或者，如图6中所示，隆脊120可形成为自外表面110凸起的部分124。 
参看图2，在运作中，磁场集中部件112对磁铁102产生磁镜(magneticmirroring)情形。“磁镜”指示以下情形：带电粒子避免沿不断增强的磁场方向行进，而是仅在沿磁场线的镜射路径(mirrored-path)上行进。在该配置中，集中部件112产生较小的磁场集中区130(由图2中的较粗磁场线116指示)，其在磁场线末端提供增强的磁场。遭遇该增强的磁场的电子104(镜射或俘获电子)沿相同磁场线116反弹回去，而不是经允许而例如 逃脱至磁铁102的环绕壁(未图示)。结果，该等电子104可用来重新加入至离子束132中。因此，磁极部件100在不需要额外装置且不影响离子束132的情况下束缚电子。 
本发明亦包括在一离子布植机中改良低能量离子束空间电荷中和的方法，包括：形成磁场集中区130，其邻近该离子布植机的磁铁102的磁极100，以束缚邻近该磁铁的电子104；及将低能量离子束132引入至磁铁102中，以使得受束缚的电子104被引入至邻近磁铁102的低能量离子束132中。 
如图7中所示，本发明亦包括离子布植机200，其中包括：离子源(ionsource)242，其用于产生一离子束132；上文所述的磁铁102(说明为分析器磁铁)；及布植室(implant chamber)208，其用于固持将被离子束132布植的目标206。除上述组件外，离子布植机200可包括气流(gas flow)240；抑制电极(suppression electrode)248，其用于聚焦离子束132；汲取电极(extraction electrode)250；一或多个操作马达(manipulatormotor)252，其用于抑制/汲取电极248、250；减速系统(decelerationsystem)258，其使离子束132减速；质量狭缝(mass slit)260；前扫描抑制电极262；水平扫描板264；后扫描抑制电极266；氮气(N2)排放孔268；修正器磁铁(corrector magnet)270；及限制孔径(limiting aperture)272。减速系统258可包括聚焦离子束132的聚焦电极256。减速系统258可经组态以使其亦可充当增加离子束132的能量的加速系统。包括分析器磁铁102在内的每一上述组件受系统控制器220监控并回应于系统控制器220。虽然已经说明一样本离子布植机200的结构，但应了解，本发明的教示可应用于任何离子布植机。 
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明；任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后权利要求所界定者为准。 

Claims (14)

1.一种用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于前述磁极包含：
一磁性部件，其用于安装至前述磁铁的一内部部分，前述磁性部件包括一外表面，前述外表面包括形成邻近前述磁性部件的磁场集中区的多个磁场集中部件，
其中前述多个磁场集中部件对前述磁铁产生磁镜作用，当所述离子布植机产生的电子被引入所述磁铁时，所述磁镜作用使得所述电子避免往磁场增强的方向运行，而只沿着磁场的镜射路径运行。
2.如权利要求1所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中前述磁性部件具有一与前述内部部分匹配的曲线形状。
3.如权利要求2所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中前述多个磁场集中部件沿前述曲线形状径向伸展。
4.如权利要求1所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中每一磁场集中部件包括一隆脊。
5.如权利要求4所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中每一隆脊自前述外表面凸起。
6.如权利要求4所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中每一隆脊由前述外表面中的沟槽形成。
7.如权利要求1所述的用于在离子布植机中使用的磁铁的磁极，其特征在于其中前述磁性部件包括一基底且前述外表面自前述基底凸起。
8.一种用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于前述分析器磁铁包含：
一或两磁极部件，其用于安装至前述分析器磁铁的一内部部分，每一前述磁极部件包括一外表面，前述外表面包括形成邻近前述内部部分的磁场集中区的多个磁场集中部件，且每一磁场集中部件包括一隆脊。
9.如权利要求8所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其中前述内部部分以及前述磁极部件具有一曲线形状。
10.如权利要求9所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其中前述多个磁场集中部件沿前述曲线形状径向伸展。
11.如权利要求8所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其中前述磁极部件包括一基底且前述外表面自前述基底凸起。
12.如权利要求8所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其中每一隆脊自前述外表面凸起。
13.如权利要求8所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其 中每一隆脊由前述外表面中的沟槽形成。 
14.如权利要求8所述的用于离子布植机的分析器磁铁，其特征在于其中所述磁极部件分别位于前述分析器磁铁的第一末端与第二末端。 
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