CN101558469A - 用于对离子束进行磁性扫描和校正的系统 - Google Patents

Abstract

一种磁性扫描器，采用恒定的磁场来减轻零磁场效应。该扫描器包含上极器件以及下极器件，用于在离子束的路径上产生振荡时变磁场并且在扫描方向上偏转该离子束。一组入口磁铁被设置在该扫描器的入口附近并且在该离子束的路径上产生恒定的入口磁场。一组出口磁铁被设置在该扫描器的出口附近并且在该离子束的路径上产生恒定的出口磁场。

Description

用于对离子束进行磁性扫描和校正的系统

技术领域

本发明大体上涉及离子注入系统，且更明确地说，本发明涉及用于扫描及校正离子束的系统及方法。

背景技术

在半导体元件的制造中，会使用离子注入以利用杂质或掺杂物来掺杂半导体。离子注入器被用来利用离子束来处理硅晶片，以便在集成电路的制作期间产生n型或p型非本征材料掺杂或是用于形成钝化层。当用于掺杂半导体时，该离子注入器注入选定的离子物种以产生所需的非本征材料。注入从锑、砷或磷之类的来源材料所产生的离子造成“n型”非本征材料晶片；反之，倘若希望造成“p型”非本征材料晶片的话，则可注入利用硼、镓或铟之类的来源材料所产生的离子。

典型的离子注入器包含离子源，用于从来源材料中产生带正电的离子。所述已产生的离子形成射束并且沿着预设的射束路径被导向注入站。该离子注入器可包含延伸在该离子源及该注入站之间的多个射束形成及成形结构。所述射束形成及成形结构维持该离子束并且界定细长的内部凹腔或通道，该射束在前进中通过该凹腔或通道以抵达该注入站。当操作注入器时，此通道可被排空以降低因撞击气体分子的关系而让离子偏离该预设射束路径的可能性。

离子的质量与其上的电荷的相对关系(举例来说，电荷质量比)会影响其因磁场而在轴向及横向方向上被加速的程度。所以，抵达半导体晶片或其它目标物中的所需区域处的射束便可以非常地纯净，因为具有非所需分子量的离子将会被偏转至远离该晶片或射束的位置处，并且可避免注入非所需的材料。选择性分离具有所需与非所需电荷质量比的离子的过程便称为质量分析。质量分析器通常会采用质量分析磁铁来产生双极磁场，用于通过拱形通道中的磁性偏转作用来偏转离子束之中的各种离子，其中，该拱形通道有效地分离具有不同电荷质量比的离子。

对某些离子注入系统来说，该射束的物理尺寸小于目标工件，所以，该射束在一或多个方向上被扫描，以便充份地涵盖该目标工件的表面。一般来说，基于电气或磁性的扫描器在快速扫描方向上扫描该离子束，而机械装置则会在慢速扫描方向上移动该目标工件。

在一个范例中，电气扫描器包括两个电极，于其上会施加时变电压。该电气扫描器产生时变电场，用于转向或改变该离子束的路径，使得通过该扫描器后的离子束看似从一个顶点处发出。接着，平行化器便会沿着平行于其原始路径的路径来重新导向该离子束。

电气扫描器的其中一个缺点是，其可能会造成空间电荷扩散并且从而会限制可被传送至目标工件的射束电流的量。射束扩散是射束随着该射束路径或轴线上的距离而提高的横向速度，而空间电荷扩散则因射束内部空间电荷作用力所导致的射束扩散，两者均与射束导流系数成正比。在电场自由区域中的离子束漂移期间，该离子束吸引因与背景气体撞击所造成的离子化作用所产生的电子或是因与孔径撞击所造成的二次电子放射所产生的电子，举例来说，此被称为自我中和的过程。电气扫描器的非零电场通过自我中和而移除电子并且会导致该扫描器内的射束扩散，其可能会导致射束包络变得异常的大而难以操纵，并且从而会造成射束电流损失。

磁性扫描器产生让该离子束通过的时变磁场。该时变磁场转向或改变该离子束的路径，使得通过该扫描器后的离子束看似从一个顶点处发出。接着，便会采用平行化器来将该射束弯折至平行于扫描前的离子束的方向。

该磁性扫描器与电气扫描器不同的是并不会遭受到因电场而产生的空间电荷扩散。因此，使用磁性扫描器来取代电气扫描器便可获得较高的射束电流。不过，应当注意的是，当该扫描磁铁中的磁场具有零或接近零的幅度时，该离子束便会通过异常传输阶段。此效应称为零磁场效应(ZFE)，由下面数种同步效应所造成：对自我中和电子所造成的回旋/电子回旋加速(cyclotron)效应以及因自由电子运动所造成的增强离子束中和。

考虑该异常传输阶段的其中一项技术便将该磁性扫描器浸入在一个二次磁场之中，以便防止电子运动，如Glavish等人在1994年6月10日提交的美国专利案第5,481,116号。第二磁场的存在可通过一直对该离子束施加非零磁场而防止发生该异常传输阶段。不过，此项技术却会因加入一个二次磁性电路而增加该扫描组件的复杂度。除此之外，将整个扫描器体积浸入在最小磁场之中，其对射束传输的效应(也就是，操纵与聚焦额外的磁场)必须被纳入考虑，如此便会提高该束线设计的复杂度。而且，第二磁场的存在会抑制自我中和作用并且可能会降低或限制经由该扫描器被传送的射束电流。

发明内容

下文将会简略地概述本发明，以便对本发明的特定方面有基本的了解。此概略说明并非广泛地详述本发明。其本意既非确定本发明的关键或重要元件，亦非限定本发明的范畴。更确切地说，发明内容的目的在于以简化的形式来提出本发明的特定概念，作为稍后要被提出的更详细说明的序言。

本发明的方面通过在零磁场幅度或近似零磁场幅度的时间周期期间减轻通常会发生在基于磁性的扫描器中的零磁场效应来帮助进行离子注入。恒定的磁场被施加至该磁性扫描器的入口及/或出口附近的离子束上，以便减轻该零磁场效应并且平滑该通量轮廓。

根据本发明的其中一个方面，磁性扫描器采用恒定的磁场来减轻零磁场效应。该扫描器包含上极器件以及下极器件，用于在离子束的路径上产生振荡时变磁场，并且在扫描方向上偏转该离子束。一组入口磁铁被设置在该扫描器的入口附近并且在该离子束的路径上产生恒定的入口磁场，其中，该恒定的入口磁场可具有与该振荡时变磁场不同的取向。一组出口磁铁被设置在该扫描器的出口附近并且会在该离子束的路径上产生恒定的出口磁场。该恒定的出口磁场可具有与该振荡时变磁场不同的取向。本文还揭示其它扫描器、系统及方法。

下文说明及附图详细提出本发明的特定解释性方面及实行方式。不过，该些方面及实行方式仅代表可采用本发明的原理的一些方式。

附图说明

图1所示的是根据本发明的一个方面的离子注入系统范例。

图2所示的是根据本发明的一个方面的平行化器的剖面图。

图3所示的是根据本发明的一个方面的可用在平行化器之中的双极磁铁的剖面图。

图4A所示的是根据本发明的一个方面的采用永久磁铁的磁性扫描器的剖面图。

图4B所示的是根据本发明的一个方面的采用电磁铁的磁性扫描器的剖面图。

图5所示的是通过采用根据本发明的一扫描器范例来平滑化通量轮廓的关系图。

图6所示的是根据本发明的一个方面用于减轻磁性扫描器的零磁场效应的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图来说明本发明，其中，会在所有附图中使用相同的元件符号来代表相同的元件，且其中，图中所示的结构并不必然是依照比例来绘制。

本发明的各方面通过减轻在零磁场幅度或近似零磁场幅度的时间周期期间通常会发生在基于磁性的扫描器之中的零磁场效应来帮助进行离子注入。恒定的磁场被施加至该磁性扫描器附近或之内的离子束上，以便减轻该零磁场效应并且平滑该通量轮廓。

图1所示的是根据本发明的一个方面的离子注入系统110范例。图中所示的系统110仅供作解释性目的且应该明白的是，本发明的方面并不受限于本文所述的离子注入系统且也可采用其它适合的离子注入系统。

该系统110具有终端112、射束线组件114、以及末端站116。该终端112包含离子源120，该离子源120由一高电压电源122来供电，该电源产生离子束124并且会将该离子束124引导至该射束线组件1140该离子源120产生离子，所述离子被提取并且形成该离子束124，该离子束124沿着该射束线组件114中的射束路径被引导至该末端站116。

为产生所述离子，要被离子化的掺杂材料气体(图中并未显示)被设置在该离子源120的一产生反应室121内。举例来说，该掺杂气体可从气体源(图中并未显示)处被馈送至该反应室121之中。应该明白的是，除了电源122之外，也可使用任何数量的适合的机制(图中并未显示出任何所述机制)来激励该离子产生反应室121内的自由电子，例如RF或微波激励源、电子束注射源、电磁源、及/或用于在该反应室内产生弧光放电的阴极。所述被激励的电子撞击所述掺杂气体分子并且会因而产生离子。一般来说产生正离子，不过，本发明也可应用于会产生负离子的系统中。

在该范例中，所述离子通过离子提取组件123经由该反应室121中的狭缝118以受控的方式被提取。该离子提取组件123包括多个提取及/或抑制电极125。举例来说，该提取组件123可包含分离的提取电源(图中并未显示)，用于对所述提取及/或抑制电极125进行偏压以便加速来自该产生反应室121的离子。应该明白的是，因为该离子束124包括相同性质的带电粒子，所以，该射束可能会有径向向外扩散或展开的倾向，因为所述相同性质的带电粒子会彼此排斥。还应该明白的是，在低能量、高电流(高导流系数)射束中的射束扩散现象会加剧，在这种情况中，会有很多相同性质的带电粒子(举例来说，高电流)非常缓慢地(举例来说，低能量)在相同方向上移动，而使得在所述粒子之间会有大量的排斥作用力。据此，该提取组件123通常会被配置成让该射束在高能量下被提取，使得该射束不会扩散。而且，在该范例中，射束124通常会在非常高的能量下在整个系统中被传输并且在快抵达工件130之前降低以促成射束约束作用。

射束线组件114具有束导132、质量分析器126、扫描系统135、以及平行化器139。在该范例中，该质量分析器126形成约九十度的角度并且包括一或多个磁铁(图中并未显示)用于在其中建立(双极)磁场。当该射束124进入该质量分析器126时，其便会因该磁场而被弯折，使得具有不适合的电荷质量比的离子会被排斥。更明确地说，具有过大或过小电荷质量比的离子均会被偏转至该束导132的侧壁127之中。依此方式，该质量分析器126便仅会让该射束124之中具有所需电荷质量比的离子通过其中并且经由解析孔径134离开。应该明白的是，离子束与该系统110中的其它粒子产生撞击可能会损及射束完整性。据此，可能会含有一或多个抽气泵(图中并未显示)来排空至少该束导132及质量分析器126。

图中所示的范例中的扫描系统135包含磁性扫描元件136及磁性或静电式聚焦及/或操控元件138。个别的电源149、150可用于被耦接至该扫描元件136及该聚焦与操控元件138，且更明确地说，被耦接至设置在其中的个别器件136a、136b以及电极138a、138b。该聚焦与操控元件138接收具有非常狭窄轮廓的经过质量分析的离子束124(举例来说，图中所示的系统110中的“笔尖状”射束)。由电源150施加至所述平板138a与138b的电压用于将该射束聚焦与操控至该扫描元件136的扫描顶点151。接着，在该范例中，由电源149施加至所述极器件136a与136b附近的线圈的电压波形则会来回地扫描该射束124。应该明白的是，扫描顶点151可被定义为在被该扫描元件136扫描之后该带状射束之中的每一道小束或经扫描的部分看似从该光学路径中射出的位置点。

当该扫描磁铁中的磁场具有零或接近零的幅度时，基于磁性来扫描离子束可能会造成零磁场效应、异常传输阶段。在接近零磁场时会发生至少两种效应：低于用于约束自由射束电子的必要磁场数值，来自该扫描器外部的电子可能会自由地流入该扫描器本体之中并且会促成该离子束的中和。提高磁场还会经由回旋共振机制提供能量给该些电子，使得所述电子取得能量并且会被扫出该扫描器本体之外。所述组合效应或零磁场效应可能会造成不规律的通量轮廓，其中，当扫描磁铁的磁场具有零或接近零的幅度时，电流密度便会暂时提高或下降。

不过，本发明则通过在该扫描元件136附近采用增补或额外的磁铁(图中并未显示)来提供强化的约束效果。在一个范例中，会在该扫描元件136的入口处采用第一组永久磁铁并且在该扫描元件的出口处采用第二组永久磁铁。在另一个范例中，则会在该扫描元件136的内部表面上额外采用较小的勾形磁铁(cusp magnet)(图中并未显示)。所述勾形磁铁(图中并未显示)能够将逃脱的电子重新引导至该射束124之中。下文将参考图4A与4B来说明额外细节。

接着，该经过扫描的射束124便会通过该平行化器/校正器139，在图中所示的范例中，包括两个双极磁铁139a、139b。所述双极实质上为梯形并且被取向成彼此成镜像，以便让该射束124弯折成实质上为s的形状。换言之，所述双极具有相等的角度及半径以及相反方向的曲率。

该平行化器139让该经过扫描的射束124改变其路径，使得不论扫描角度为何，该射束124均会平行于射束轴线来前进。因此，在该工件130上的注入角度便会非常地均匀。

在该范例中，一或多个减速级157被设置在该平行化组件139的下游处。向上前进至系统110中的此点处，射束124通常会在非常高的能量水平下被传输，以减轻发生射束扩散的倾向，举例来说，在射束密度很高的地方(例如在解析孔径134处)发生射束扩散的情形可能会特别高。该减速级157包括一或多个电极157a、157b，它们可用于减速该射束124。所述电极157通常为让射束前进通过的孔径并且可在图1中以直线来绘制。

然而，应该明白的是，虽然在示范性离子提取组件123、聚焦与操控元件138、以及减速级157之中分别显示两个电极125a与125b、138a与138b、以及157a与157b，不过，该些元件123、138、以及157仍可包括被排列且被偏压成用于加速及/或减速离子以及用于对该离子束124进行聚焦、弯折、偏转、收敛、发散、扫描、平行化、及/或去污的任何适合的数量的电极，如授予Rathmell等人的美国专利案第6,777,696号中所提供的那样，本文以引用的方式将其完整并入。除此之外，聚焦与操控元件138还可包括多个静电偏转板(举例来说，一或多对)、以及聚焦镜(Einzel lens)、多个四极、及/或用于聚焦该离子束的其它聚焦元件。

接着，末端站116便会接收被引导至工件130的离子束124。应该明白的是，在注入器110之中可采用不同类型的末端站116。举例来说，“批次式”类型的末端站能够在旋转支撑结构上同时支撑多个工件130，其中，所述工件130旋转通过该离子束的路径，直到所有所述工件130均被完全注入为止。相反地，“序列式”类型的末端站则会在射束路径中支撑单个工件130来进行注入，其中，会以序列的方式每次注入一个工件130，每一个工件130均必须被完全注入之后才会开始注入下一个工件130。在混合式系统中，该工件130可能会在第一方向(Y方向或慢速扫描方向)中以机械的方式来平移，而该射束则会在第二方向(X方向或快速扫描方向)中来扫描以便在整个工件130上方注入射束124。

在图中所示的范例中的末端站116是“序列式”类型的末端站，在射束路径中支撑单个工件130来进行注入。在该末端站116之中靠近该工件位置处包含剂量测定系统152，用于在进行离子注入操作的前先进行校准测量。在校准期间，该射束124通过该剂量测定系统152。该剂量测定系统；152包含一或多个轮廓仪156，所述轮廓仪156可沿着轮廓仪路径158连续地来回移动，从而测量所述被扫描射束的轮廓。

在该范例中，轮廓仪156可包括电流密度感测器(例如法拉第杯)，测量该被扫描射束的电流密度，其中，电流密度与注入的角度(举例来说，该射束及该工件的机械表面之间的相对取向及/或该射束及该工件的结晶晶格结构之间的相对取向)具有函数关系。该电流密度感测器以大体正交于该被扫描射束的方式来移动并且因而通常会在该带状射束的宽度中来回移动。在一个范例中，该剂量测定系统测量射束密度分布及角度分布两者。

图中存在控制系统154，其能够控制离子源120、质量分析器126、磁性扫描器136、平行化器139、以及剂量测定系统152；和离子源120、质量分析器126、磁性扫描器136、平行化器139、以及剂量测定系统152进行通讯；及/或调整离子源120、质量分析器126、磁性扫描器136、平行化器139、以及剂量测定系统152。该控制系统154可包括电脑、微处理器、…等，并且可用于取得射束特征的测量数值并且据以调整参数。该控制系统154可被耦接至会从该处产生该离子束的终端112，以及该射束线组件114的质量分析器126、该扫描元件136(举例来说，经由电源149)、聚焦与操控元件138(举例来说，经由电源150)、该平行化器139、以及该减速级157。据此，通过控制系统154便可调整任何该些元件，以帮助产生所需的离子束特性。举例来说，该射束的能量水平可适合于通过调整被施加至该离子提取组件123及该减速级157中的电极的偏压来调整结深度。在该质量分析器126中所产生的磁场的强度及取向可加以调整(举例来说，通过调节流过其中的场绕组的电流量)，以改变该所需离子束的路径的曲率。通过调整被施加至该操控元件138的电压便可进一步控制注入的角度。

图2所示的是根据本发明的一个方面的平行化器139的剖面图。提供此图仅为达解释的目的，而本发明的方面并不受限在图中所示及所述的平行化器。

该平行化器139包含第一双极139a与第二双极139b。所述双极139a、139b让该被扫描的射束产生弯折而与平行于该射束124的原始轨道或轴线的方向143形成角度θ141，从而让该射束实质上具有s的形状。在一个范例中，θ141约为30度。在任何情况中，因为所述两个双极139a、139b彼此成镜像，所以，个别的小束124a便会具有实质上相等的路径长度137(图1)，其有助于离开该平行化器的经过扫描的带状射束具有良好的均匀性。在一个实施例中，横越该平行化器的每一道所述小束124a均会在该平行化器的双极处的入口与出口处遭遇相同的聚焦作用，且因为每一道小束的路径长度相等，所以，在经过该平行化器之后的射束尺寸或角度变化均会相同，与扫描角度无关。倘若所述小束因为空间电荷作用力的关系而遭遇射束扩散的话，尤其是在低能量处，那么每一道小束将会在该平行化器的出口处再度具有相同的尺寸，因为空间电荷作用力作用在该射束上维持一段相同的距离。应该了解的是，如果可通过在所述双极139a、139b之中使用小额的弯曲角度而让所述小束124a的长度137保持非常短的话便会非常有利。该优点的原因至少在于最小化射束可能会遭遇到射束扩散现象期间的漂移长度，并且将该注入系统100的整个涵盖范围保持得相当紧密。

图3所示的是根据本发明的一个方面的可用在平行化器之中的双极磁铁的剖面图。在该范例中，勾形磁铁145被设置在该双极磁铁的顶端极器件与底部极器件处。图3显示出在底部或顶端处的其中一种可能的配置。所述勾形磁铁145有助于通过约束电子来约束及/或控制通过其中的离子束124(即使图7中仅显示出其中一个双极139a)。所述勾形磁铁145的操作方式如授予Benveniste等人的美国专利案第6,414,329号中所述，本文以引用的方式将其完整并入。更明确地说，所述双极磁铁145被取向成使得因而所产生的个别磁场能够彼此相加并且朝该射束(图中并未显示)延伸。所述勾形磁铁145具有众多适合的取向(及/或尺寸及/或间隔及/或数量)，且全部涵盖在本发明的范畴内(举例来说，用于达成所需的射束约束及/或控制目标)。有利的是，可将所述勾形磁场设计成让它们在该束导的壁部处具有非常大的强度，以便有效地约束电子，不过，其幅度却会从该壁部处快速地下降，而使得离子束传输并不会受到影响。

除此之外，当在所述双极139之中提供RF或微波能量时，那么介于所述磁场与电场之间的合作相互作用力便会导致在所述磁铁145之间产生电子回旋共振(ECR)条件155。该ECR条件的好处是会增强与通过所述双极139的离子束(图中并未显示)相关联的射束等离子体，从而会改良射束完整性。在该离子束的周围产生ECR条件便会通过提供能量给等离子体电子而经由离子化撞击来产生更多的等离子体以减轻射束扩散作用，从而会增强等离子体密度并促成该离子束的空间电荷的外部中和作用。当在静态磁场中施加交流电场至带电粒子时便会发生电子回旋共振条件，使得该电场的频率匹配所述静态磁场线附近的带电粒子的自然旋转频率。在达成此共振条件时(举例来说，在区域155之中)，单一频率电磁波便能够非常有效率地加速带电粒子。

图4A所示的是根据本发明的一个方面的采用永久磁铁的磁性扫描器400的剖面图。所述永久磁铁被设置在该扫描器400的入口与出口处，以便减轻因零磁场效应所造成的通量变化。

该扫描器400包含上极器件402以及下极器件404，产生振荡时变磁场用于在离开页面的扫描(x)方向上从一个顶点408处来偏转离子束406。因此，该离子束406便会在该扫描方向中产生振荡。所述极器件402、404以电子方式被启动并且包含让电流可于其中流动的多条线圈(图中并未显示)。电源或其它可控的电力输送装置(图中并未显示)则会被耦接至所述线圈，用于控制该磁场的振荡以及该离子束406在该扫描方向中的改向或展开情形。

除此之外，该扫描器400还包含一组入口磁铁410与出口磁铁412，用于减轻射束通量变化。所述入口磁铁410及出口磁铁412由一或多个永久磁铁所组成，它们在该离子束406上维持恒定磁场。所述入口磁铁410及出口磁铁412被配置成具有相反极性，使得对该离子束406所造成的效应是非常的小且非常恒定。

在该范例中，所述入口磁铁410是一对永久磁铁410a与410b，它们的南极及它们的北极取向如图中所示。同样地，在该范例中，所述出口磁铁412是一对永久磁铁412a与412b，它们的南极及它们的北极取向是如图中所示并且被设置在该扫描器400的出口处。所述入口磁铁410、出口磁铁412可被设置在该扫描器400的内部或是该扫描器400的外部。该外部配置充当电子进入或离开该扫描器400本体的屏障，以便在该磁场变零时，所述电子不会被扫离该扫描器本体(举例来说，通过回旋效应)或者进入。在本发明的替代方面中，可利用电磁铁作为入口磁铁与出口磁铁，以取代所述永久磁铁；或者除了永久磁铁，也可利用电磁铁作为入口磁铁与出口磁铁。

所述磁铁410、412的配置包含垂直该离子束的传导方向的磁场。所述磁铁410、412的磁场幅度在所述磁铁410、412近端处非常的高，但在其它地方则非常微弱。用于产生非常高磁场幅度的适合的材料的范例是钴-钐化合物，不过，也可采用其它适合的材料。利用此种配置，所述微弱磁场便能够抑制电子在该磁场中迁移，其中，会减轻对在所述上极器件402及下极器件404之间的途中前进的离子束406所造成的冲击。除此之外，图4A中所示的外部配置还会减轻因所述极器件402、404所产生的振荡磁场所造成的去磁化作用。

如上所述，可以采用电磁铁来取代入口磁铁410与出口磁铁412的永久磁铁。所述电磁铁被放置在扫描器400的入口与出口处并且会被配置成用于产生垂直该离子束的传导方向的磁场。

在该范例中，该扫描器400还包含勾形磁铁414、416，其可帮助减轻通量变化。也可在该扫描器400的侧表面、顶端表面与底部表面、及入口表面与出口表面上设置额外的勾形磁铁，尽管图4A与4B中并未显示出所有该些变化例。

所述勾形磁铁减轻该扫描器内的电子损失，其中，电子虽然可自由地沿着磁场线来移动，不过，除非所述电子受到适合的约束，否则便可能会到达所述极器件。在零磁场转变期间，该离子束406中的电子分别受到由所述入口磁铁410与出口磁铁412所产生的入口磁场与出口磁场的约束并且会受到作用在该离子束406前进通过的扫描器本体的至少部分或全部内侧表面上的勾形约束作用的约束。在一个范例中，所述勾形磁铁及/或所述入口磁铁410、出口磁铁412由低导电材料所组成(例如陶瓷磁铁)，以便减轻涡流损失。

图4B所示的是根据本发明的一个方面的采用电磁铁来产生勾形磁场的磁性扫描器的剖面图。该扫描器400实质上和图4A的扫描器400类似。不过，在该范例中，电磁铁被配置成用于通过流经所述电磁铁的电线420的电流来产生勾形磁场，取代采用图4A的勾形磁铁414、416。所述电磁铁被配置成用于让经由所述电磁铁绕组从该扫描磁场中所产生的通量损失几乎可以忽略，举例来说，通过串联电磁铁，以便抵消它们来自该扫描磁场的个别通量损失。

上面参考图4A与4B所示及所述的扫描器的配置仅是根据本发明的其中一个方面所提供的范例。应该明白的是，本发明亦涵盖各种不同的配置并且符合本发明的其它方面。

图5所示的是根据本发明通过采用扫描器范例来平滑化通量轮廓的关系图500。该关系图500所图解的是常规磁性扫描器及根据本发明的扫描器的通量轮廓对照图。关系图500的本质仅具解释性的目的，其目的并非要描绘实际或实验数值。

x轴所示的是目标晶片上从左至右的晶片位置。y轴所示的则是离子束在该目标晶片处的电流密度。关系图500假设离子注入系统产生离子束并且采用磁性扫描跨越该目标晶片来扫过该离子束。曲线502所示的是常规磁性扫描器的轮廓。此曲线中显示出因零磁场效应所造成的变动的通量轮廓。从图中可以看出，靠近该目标晶片中对应于零或接近零磁场的部分或在该目标晶片中对应于零或接近零磁场的部分的近端处，电流密度大幅提高。因此，此部分的目标晶片的掺杂物浓度可能会高于所需或选定的掺杂物浓度。除此之外，曲线502中的其它部分则显示出其它地方的电流密度下降并且可能会需要较长的注入时间。应该注意的是，相较于扫描周期，先前所述的零磁场效应通常发生在非常短的时间周期期间，而由被扫描射束所造成的空间通量分布则可被视为各具有特定宽度的个别笔尖状射束的叠加结果。一般来说，在高电流注入器之中，该笔尖状射束的宽度是总扫描宽度的一部分，其比例会远大于零磁场效应时间与扫描周期的比例，使得该通量分布便会是在空间上经过平滑化之后的分布，倘若该笔尖状射束尺寸非常小的话，该通量分布将会是通量急剧增加或降低的分布。

曲线504所示的是根据本发明其中一个方面的磁性扫描器的通量轮廓。该磁性扫描器在该扫描器的入口区域及出口区域处采用永久磁铁，以便减轻零磁场效应。图4便显示出根据本发明的适合的磁性扫描器范例。比较曲线504与曲线502便可以从图中看见该通量轮廓比常规的扫描器更为平滑，其中假设两者以相同的笔尖状射束宽度进入该扫描器。除此之外，曲线504达成较高的电流密度，该扫描器内较佳的电子约束作用在整个扫描器之中促成强化的射束传输效果，如同静态双极磁场中的卓越勾形约束效应。授予Benveniste等人的美国专利案第6,414,329号中便说明过适合的使用勾形磁场的范例，本文以引用的方式将其完整并入。

图6所示的是根据本发明的一个方面用于减轻磁性扫描器的零磁场效应的方法600的流程图。方法600采用跨越施加在离子束上的永久磁场来减轻零磁场效应。

方法600始于方框602处，其中，会产生离子束。首先，会先采用离子源从来源材料处形成该离子束。该离子束含有一或多个选定的掺杂物或离子，其通常(但未必)是带正电。

在方框604处对该离子束实施质量分析。根据选定的电荷质量比在该离子束的路径上建立磁场。因此，经选定的掺杂物或离子便会沿着所需的路径前进并且会通过，而其它离子、粒子及污染物则不会通过并且因而会从该离子束之中被移除。

在方框606处，会在磁性扫描器的入口处将第一永久或恒定磁场施加至该离子束。该第一磁场的幅度在非常靠近所采用的磁铁处非常的高，但是在较远处则非常地微弱。在一个范例中，该第一磁场由被设置在该磁性扫描器的入口处的一对永久磁铁所产生。

接着，便会在方框608处于该磁性扫描器内施加时变振荡磁场至该离子束，用于改变该离子束的方向或是将该离子束展开所需的角度。可通过供应时变电流至上下电磁铁的线圈中便可获得该时变振荡磁场。

在方框610处，会在该磁性扫描器的出口处将第二永久磁场施加至该离子束。一般来说，该第二磁场的幅度在非常靠近所采用的磁铁处非常的高，但是在较远处则非常地微弱。在一个范例中，该第二磁场由被设置在该磁性扫描器的出口处的一对永久磁铁所产生。两个永久磁场用来通过在该离子束中维持非零磁场以便减轻在该离子束中出现零强度或约零强度的磁场。该第二磁场及该第一磁场与该时变振荡磁场产生取向上的偏移，以便减轻它们对该离子束的扫描所造成的效应。该第二磁场及该第一磁场可具有相同的场取向或者可具有不同的场取向。

而且，可在方框612处产生扫描器勾形磁场，以便减轻来自该扫描器的电子的迁移。所述扫描器勾形磁场通常会被设置在该磁性扫描器的一或多个表面中。适合的勾形磁场的某些额外说明已经如上所述。

接着便会在方框614处通过沿着平行于共同轴线的轴线来改变该经改向或经展开的离子束。在方框616处还会产生校正勾形磁场，以便减轻电子的迁移。一般来说，所述校正勾形磁场沿着校正器或平行化器的一或多个内部表面被设置。

在方框618处，该离子束将所述一或多个经选定的掺杂物或离子注入目标工件之中。所述第一及/或第二永久磁场通过减轻电流变化及平滑化该通量轮廓且减轻该零磁场效应，以在该目标工件上产生非常平滑的通量轮廓。

在方框620处在该目标工件的近端处测量离子束电流。在一个范例中，会利用一被设置在该扫描器下游的特定距离处的大型法拉第板来测量该射束电流，其中轮廓仪杯移动跨越该离子束。

虽然本文已经针对一或多种施行方式来显示与说明本发明，不过，仍可对本文中所解释的范例进行各种变更与修正，其并不会脱离随附申请专利范围的精神与范畴。尤其是针对上述组件或结构(方框、单元、引擎、组件、装置、电路、系统、…等)所实施的各项功能来说，除非特别提及，否则用来说明所述组件的词语(包含“构件”相关词在内)均希望对应于实施所述组件的指定功能的任何组件或结构(举例米说，具有等效功能的组件)，即使结构上不等同于本文中所图解的本发明示范性实行方式中用来实施该项功能的揭示结构亦无妨。此外，虽然本文仅针对数种实行方式中其中之一来揭示本发明的某项特殊特点，不过此项特点却可结合其它实行方式中的一或多项其它特点，正如任何给定或特殊应用所期望达成且相当有利的那样。本文中所使用的“示范性”一词其目的仅在于表示范例，而非表示最佳或优越的范例。而且，在详细说明及申请专利范围中会使用到“包含”、“具有”、或其变化词语，所述词语的目的与“包括”一词类似，希望具有包含之意。

Claims (26)

1.一种离子注入系统，包括：

离子源，沿着射束路径来产生离子束；

位于该离子源下游处的质量分析组件，对该离子束实施质量分析；

位于该质量分析组件下游处的磁性扫描器，在该射束路径的一部分之中产生时变振荡磁场；

恒定磁场产生器，位于该磁性扫描器的近端处，在该射束路径之中产生磁场，用于减轻零磁场效应；

位于该磁性扫描器下游处的平行化器，将该离子束重新导向平行于共同轴线；以及

末端站，被设置在该平行化器组件的下游处，用于接收该离子束。

2.如权利要求1所述的系统，进一步包括沿着该磁性扫描器的至少一部分内侧表面设置的多个勾形磁场产生器，产生勾形磁场以帮助进行电子约束。

3.如权利要求1所述的系统，进一步包括沿着该平行化器的至少一部分内侧表面设置的多个勾形磁场产生器，产生勾形磁场以帮助进行电子约束。

4.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括被设置在该磁性扫描器的入口附近的一对永久磁铁。

5.如权利要求4所述的系统，其中，该恒定磁场产生器进一步包括被设置在该磁性扫描器的出口附近的第二对永久磁铁。

6.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括被设置在该磁性扫描器的出口附近的一对永久磁铁。

7.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括被设置在该磁性扫描器外部的一对永久磁铁。

8.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括被设置在该磁性扫描器内部的一对永久磁铁。

9.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括被设置在该磁性扫描器附近的一对电磁铁。

10.如权利要求1所述的系统，其中，由该恒定磁场产生器所产生的磁场在该恒定磁场产生器近端处具有非常高的磁场幅度。

11.如权利要求1所述的系统，其中，该恒定磁场产生器包括一对由钴-钐化合物所组成的永久磁铁。

12.如权利要求1所述的系统，进一步包括位于该平行化器下游处的加速/减速组件。

13.一种磁性扫描器，包括：

上极器件及下极器件，在离子束的路径上产生振荡时变磁场并且在扫描方向上偏转该离子束；

一组入口磁铁，被设置在该扫描器的入口附近，以便在该离子束的路径中产生恒定的入口磁场；以及

一组出口磁铁，被设置在该扫描器的出口附近，以便在该离子束的路径中产生恒定的出口磁场。

14.如权利要求13所述的磁性扫描器，其中，该组入口磁铁及该组出口磁铁由永久磁铁所组成。

15.如权利要求13所述的磁性扫描器，其中，该组入口磁铁包括一对永久磁铁，其南极被取向成朝向该下极器件而北极则被取向成朝向该上极器件。

16.如权利要求13所述的磁性扫描器，其中，该组出口磁铁包括一对永久磁铁，其南极被取向成朝向该下极器件而北极则被取向成朝向该上极器件。

17.如权利要求13所述的磁性扫描器，其中，该振荡时变磁场垂直于该上极器件的内侧面及该下极器件的内侧面。

18.如权利要求13所述的磁性扫描器，其中，该上极器件及该下极器件包括多个线圈，该些线圈接收时变电流以便引发该振荡时变磁场。

19.如权利要求18所述的磁性扫描器，进一步包括可控的电源，被耦接至该上极器件及该下极器件的所述线圈。

20.如权利要求13所述的磁性扫描器，进一步包括多个勾形磁铁，所述勾形磁铁被设置在该上极器件的内侧面及该下极器件的内侧面，以帮助进行电子约束。

21.一种操作离子注入系统的方法，包括：

在射束路径之中产生离子束；

对该离子束实施质量分析；

在磁性扫描器的入口处施加第一恒定磁场；

在该磁性扫描器内对该离子束施加振荡时变磁场，以便在扫描方向上扫描该离子束；以及

在该磁性扫描器的出口处施加第二恒定磁场。

22.如权利要求21所述的方法，其中，该第一恒定磁场及该第二恒定磁场被取向成用于减轻该零磁场效应。

23.如权利要求21所述的方法，进一步包括在施加该第二恒定磁场之后平行化该离子束。

24.如权利要求21所述的方法，进一步包括在该磁性扫描器的内侧表面附近产生勾形磁场，以便减轻来自该射束的电子的迁移。

25.如权利要求21所述的方法，进一步包括在末端站处接收该离子束。

26.如权利要求21所述的方法，进一步包括在目标工件的近端处测量该离子束的射束电流。

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