CN102150239A - 宽带离子束产生用的高密度螺旋等离子源 - Google Patents

Abstract

一种利用一个或多个螺旋等离子源以产生高密度宽带离子束的离子源。除了螺旋等离子源之外，离子源还包括一扩散室。扩散室具有一与螺旋等离子源的介电圆柱体的轴向同方向配置的提取孔径。在一实施例中，双螺旋等离子源位于扩散室的相对两端，用以产生一更均匀地被提取的离子束。在另一实施例中，一个多尖端的磁场用以进一步改善被提取的离子束的均匀性。

Description

宽带离子束产生用的高密度螺旋等离子源

背景技术

离子植入器常用在集成电路(IC)及平面显示器的生产上，以在半导体晶圆(通常为硅)上藉由P型或n型掺杂来产生不同导电性的区域。在此装置中，等离子源用以离子化掺杂的气体。正离子的光束由等离子源中提取并加速到预定的能量，经过质量过滤然后直接到达晶圆。当离子轰击晶圆时，离子贯穿至某个深度(由离子的动能及质量而定)并产生不同导电性的区域(由掺杂元素的密度而定)于晶圆中。这些区域中的n或p掺杂的性质及其在晶圆上的几何结构定义了这些区域的机能，例如定义了晶体管内部的n-p-n结面(junctions)或p-n-p结面。藉由如此多个掺杂区域的互相连接，晶圆可转变成复杂的集成电路。

图1为一代表性的离子植入器50的方块图。电源供应器1传送所要求的能量(直流或射频)至等离子源2，以便致能(enable)掺杂气体的离子化。气体经由一质量流控制系统(未示出)而在压力为毫托(mTorr)范围下馈送至等离子室，并由真空泵系统来保持着。由所欲掺杂物决定，不同的氟化物或氢化物掺杂的气体，例如BF₃，PF₃，AsF₃，GeF₄，B₂H₆，PH₃，AsH₃，GeH₄或其他一起或不在一起的共同承载气体被引入。等离子室具有一可使离子通过并且被一电极4的结合而提取的孔径3。常用的方案是一种三极管的组合，其中等离子室孔径是在高的正电能，而第二电极(抑制电极)在负电能且第三电极在接地电能。第二电极用来避免二次电子回流到等离子室。然而，其他提取电极的组合，例如八极管(thetrode)、五极管或Eisel透镜也是可行的。这些射出的离子形成一束20并通过质量分析仪6。被提取的离子束由相混合的离子所组成。例如，由BF₃气体所提取的束主要包括BF₃ ⁺，BF₂ ⁺，BF⁺，B⁺，及F⁺离子。因此，必须使用质量分析仪移除离子束中的不要成份，致使离子束具有预定的能量并包含单个离子的类别(在BF₃，B⁺离子的情况下)。为减少到达预定位准(level)的能量，预定类别(species)的离子通过可包括一个或多个电极的减速台8。减速台的输出为发散的离子束。校正器磁铁10用来展开离子束并转换离子束为平行的带离子束。藉由角校正器10，使带束到达晶圆或工件。在某些实施例中，第二减速台12可被加入。晶圆或工件被贴附在晶圆支撑件14。晶圆支撑件14提供垂直的运动，以使晶圆可被带入到束路径并上下地通过被固定的离子带束。晶圆也可被旋转以使植入可在相对于晶圆表面上以不同的入射角度被执行。随着晶圆不在束路径上，束电流可以由法拉第杯(Faraday cup)16来测量。基于束电流值与所要的剂量(dose)，晶圆曝光时间或通过带离子束的次数被计算出。

从等离子源中提取离子的速率经过考虑可由此公式得知：

${\mathrm{dN}}_{\mathrm{extr}}/\mathrm{dt}\≅\mathrm{An}{v}_B$

其中A为提取孔径的面积，n为等离子密度，玻姆(Bohm)速度v_B＝(k_BT_e/m_i)^1/2(k_B，T_e及m_i分别为波兹曼常数、电子温度及离子质量)。有限数量的等离子源已被证实具有足够的等离子密度以成为等离子源。在某些实施例中，例如巴纳源(Barnas sources)，其利用电弧放电来产生等离子。使用钨丝以产生需要承受高电弧等离子密度的电子通量。在其他实施例中，例如非直接加热阴极(indirectly heated cathodes，IHC)也是一种电弧放电的形式，可避免灯丝暴露在有害的等离子中因而可延长光源的寿命。必要的电子可由非直接加热阴极提供的热离子放射而取得。当这些热等离子源能有效产生必要离子时，基本上仅用以产生原子的离子，是由于电弧室中所引入的高温所产生的。因为游离能量低，电弧等离子中的热能量通常足以打破分子键结力以将馈入气体分为较小的分子或原子。

可想而知，对于浅植入应用方面上低的离子能量是必要的，以克服有害的空间-电荷效应(space-charge effect)并且增加离子植入步骤的导电性，可使用具有高含量的主动掺杂物于分子中，例如C₂B₁₀H₁₂，B₁₀H₁₄及B₁₈H₂₂。所使用的分子离子在较高能量下可以被加速，因而避免了射束受到空间-电荷效应所损害。然而，由于分子离子的重量较重，因此可执行浅植入。在此植入过程中需要富含分子离子的主动掺杂物，而非掺杂物原子离子，低温的等离子源例如射频感应耦接放电(RF inductively coupled discharge)是很适当的。在这放电中，等离子是经由天线耦接来自射频产生器的电源而产生的。高射频电流根据麦斯威尔第三电动力学定律(Maxwell’s 3^rd electrodynamics law)流经天线而生成一振荡的磁场，如下：

$\▿\×\stackrel{\→}{E}=-\∂\stackrel{\→}{B}/\∂t$

在一个有限的空间区域(皮肤深度)内产生强大的电场是射频激发频率及气体压力的功能。电子被这些电场加速以获得足够的能量来离子化气体分子并产生等离子。被产生的等离子不处在热平衡中因为电子的温度(通常～2-7eV)远高于离子或中性(neutral)温度(通常稍微大于室温)。当此放电用在产生分子离子时，它的效能常常是小于渴望的因为等离子密度小于10¹¹cm^-3，约小于电弧放电的1到2级(order)的强度。

在另一潜在的做为离子植入目的的等离子源为螺旋放电(helicon discharge)，其能在相当低的气体温度下产生高等离子密度。不同于其他射频等离子源之处是螺旋放电中电子加热是根据螺旋波的碰撞阻尼。这些螺旋波是藉由射频天线被直流磁场所覆盖而激发的，是特殊情况的哨声波(whistler wave)。低压工作气体被引入到介电室中，通常环绕在介电室周围的是石英或Pyrex玻璃圆柱体及天线。来自此波的电子增益能量，当这些能量高于离子化门槛能量时，这些能量及新的电子离子对是经由离子化碰撞中性气体或分子而产生的。在每一次离子化事件后，这波能很快地带电子到最理想的能量是为了下一次离子化过程。另外，除了引导螺旋波激发之外，磁场存在确保等离子的限制，因此减少带电的粒子到室内的壁的损失。另一个能量转换机制，Trivelpiece-Gould模式，因快速阻尼而产生的，可说明螺旋放电由电子-回旋波(electron-cyclotron wave)在室内壁的表面附近所组成的高离子化效能。即使尚未说明，对螺旋放电的能量沉积机制是非常有效率的，因此产生高离子化效能。因此，等离子密度对于已知的输入电源而言，通常高于其他射频等离子电源，例如电容式耦合放电(CCP)或感应耦合放电(ICP)，1到3级的强度。相对于电子-回旋共振(ECR)等离子源，从等离子密度点的角度来比较，螺旋能在低磁场(即200-300高斯相对于875高斯)下运作，这对于2.45GHz电子-回旋共振源而言是需要的且200-300高斯对于高频率而言是高的。

在之前螺旋等离子源所表示的特征让其具有魅力做为离子植入用的分子离子源的选项。虽然已发明几乎四十年了，但只在最近的10-15年才将螺旋放电应用在工业用途中。特别是，其在工业上用来处理半导体工业上的等离子蚀刻及等离子沉积。然而，在以下所点出的地方，迄今，螺旋一直未被有效地做为工业源的一部分，主要是因为其不均匀的等离子密度分布所导致。

当在螺旋模式中运作，等离子圆柱具有非常明亮的中央核心，表示有非常尖峰的密度轮廓在放电的轴上。因此，典型上一种扩散室用来连接此源，以使产生在螺旋源中的等离子在室中扩散且尖峰密度轮廓和缓。如图2所示，虽然比较平滑，密度轮廓仍循着此源中的轮廓：一个在放电轴线上相当高的等离子密度，但沿着放射的方向密度明显下降。此外，电源的增加仅为了强调此特性，例如藉由增加尖峰处的密度，而缩小放射的范围一致的密度。沿着放射的方向特性的非均匀一致的等离子密度轮廓限制此源用于大面积等离子过程的应用。

在现有技术中，有针对螺旋产生的等离子克服其缺陷所做的尝试，即，克服放射的等离子密度非均匀一致性。迄今，螺旋已经被使用在等离子蚀刻及等离子沉积上及对于较小的范围的离子束产生上。特别是，螺旋尚未被使用在带状离子束的产生上，典型使用在离子植入器上。因此，离子源能有效地利用由螺旋源所产生的高等离子密度，并产生一宽的、均匀一致的带状离子束，将可对离子植入的前景有益处。

发明内容

现有技术的问题已揭露于本说明书中，描述一种利用一个或两个螺旋等离子源能产生宽带离子束的离子源。除了螺旋等离子源之外，离子源也包括扩散室。扩散室是金属圆柱体，具有沿着圆柱体的中心轴方向的提取孔径。在此，与螺旋等离子源相关的尖峰放射密度轮廓是不相关的，可见于图2的图表中。

在一实施例中，双螺旋等离子源位于扩散室的相对两端，用以产生均匀一致、沿着轴方向的等离子密度及必然地均匀一致地被提取的带离子束。

在另一实施例中，多尖端的磁场环绕于扩散室，用以进一步改善被提取的离子束的均匀性。

束均匀性也可藉由包括对于每个螺旋等离子源的气体流率、输入射频电源及频率以及磁场强度的数个独立的控制来控制。

由于高束电流可被产生，利用此离子源可执行单个通过晶圆上的太阳能电池装置或太阳能电池箔片掺杂。

附图说明

图1为代表性高电流离子植入器具的方块图。

图2为典型的螺旋等离子源在扩散室中发射的等离子密度轮廓的图表。

图3a为已知的螺旋等离子源的主要元件，所示的是m＝+1的Shoji型式天线，但Boswell或Nagoya III型式的天线也可以使用。

图3b为图3a中螺旋等离子源的横截面剖面图。

图4a为使用平面螺旋天线的螺旋等离子源。

图4b为图4a中螺旋等离子源的横截面剖面图。

图5a为第一实施例的双螺旋离子源的侧视图。

图5b为具有一个提取孔径的扩散室的横截面剖面图。

图5c为具有多个提取孔径的扩散室的横截面剖面图。

图5d为图5a中离子源的端视图。

图6a为第二实施例的双螺旋离子源的侧视图。

图6b为在包含该直径的平面上且平行于该提取孔径的扩散室的长度方向的横剖面图。

图6c为在包含该直径及该提取孔径的平面上的扩散室的长度方向的横剖面图。

图6d为图6a中离子源的端视图。

图7为感应于螺旋源和扩散室的轴向磁场的分布图。

图8为代表性轴向等离子密度相对于不同的螺旋及扩散室配置的图。

图9是使用于建立在硅晶圆上的掺杂的太阳能电池的离子源配置图。

图10是使用在掺杂的太阳能电池箔片上的离子源配置图。

具体实施方式

图3a为典型的螺旋等离子源100的元件的长度方向的横剖面图，而图3b为经过这些元件的横截面剖面图。介电圆柱体110较佳是用以包含低压气体并允许来自天线120的射频耦合至等离子。对于高密度螺旋模式(明亮核心)中的适度功能，在圆柱体中的气体压力可较佳地维持低于20毫托。该介电圆柱体110可包含任何合适的介电材料，例如石英、pyrex玻璃或氧化铝。天线120紧紧地缠绕在介电圆柱体的周围，用以产生螺旋波。除了Boswell saddle，Nagoya III或半波螺旋天线不可使用外，任何种类的天线均可使用。天线120的材质较佳是镀银的铜，由射频电源供应器(未示出)提供电源，且与等离子阻抗相匹配的射频可由L或PI型匹配网路(未示出)来实现。如此天线结构位于圆柱体等离子柱的外部，典型上用以建立具有平行波长(沿着磁场)的m＝0或m＝±1模式，由天线的长度及磁场的强度定义某些限度。在另一实施例中，天线120可位于介电圆柱体110的内，或内埋于介电圆柱体的壁内。

螺旋波是有界限的电磁波，在哨声频率(介于离子及电子-回旋频率的间)的范围内，具有右手及左手环状的极化。为了激发螺旋波，磁铁130可提供所需要的磁场，大部分是螺线管或多个轴向对称的螺线管，能够提供超过数百高斯的轴向磁场。将可允许螺旋源在典型的13.56MHz商业用射频频率中运作，然而在其他的射频频率中运作也是可行的。较高值的磁场强度可由Sm-Co或Nd-Fe-B永久磁铁相堆迭而提供。因此，磁铁130表示成一个或多个螺线管或永久磁铁的型态在本说明书中是可以理解的。螺旋源的一端被法兰(flange)限制并使所需要的工作气体，以某个流速经由气体入口150而被引入到室中，而螺旋源的另一端是开放的，较佳地具有弹性结合160以连接易脆的介电螺旋管到金属的扩散室。螺线管130是由直流电源供应器供电的。电流的方向或永久磁铁的配置选择使得磁场感应(B)点朝向介电圆柱体110的开放端。符号□及□分别表示在螺线管130中意味着电流进入纸平面或自纸平面出去。

在此，藉由适当选择天线激发模式，产生的螺旋波将沿着管的轴线传播而离开端部的法兰140及气体入口150。为了消除运作期间所产生的热，天线及螺线管皆可经由冷却管180以水冷却，但也可使用其他液体。为了减少藉由天线射向周围的射频辐射，较佳以法拉第笼(Faraday cage)170环绕于螺旋源。

在另一显示于图4a及图4b的实施例中，天线190具有平面螺旋形状，位在螺旋源的封闭端。在此，来自天线190的射频电源传输至等离子可经由介电窗195(pyrex玻璃、石英、氧化铝)来实现。对于几何学而言，第二弹性结合器可用以真空密封介电管的封闭端，与气体入口150的位置不同。

从螺旋放电的理论，等离子密度及平行波数量藉由已知磁场强度的螺旋分散方程式而相连结：

$k=\sqrt{k_{\⊥}^2+k_{\left|\right|}^2}\≈\frac{\mathrm{\ω}}{k_{\left|\right|}}\·\frac{{\mathrm{\ω}}_p^2}{{\mathrm{\ω}}_c{c}^2}=e{\mathrm{\μ}}_0{v}_p\left(\frac{n}{B}\right)---\left(1\right)$

其中k为波数，

ω_p＝(ne²/ε₀m_e)^1/2是等离子频率，

n是等离子密度，

ω_c＝eB/m_e是在均匀一致背景的轴向磁场B中的电子-回旋频率，

μ₀是真空中磁渗透性，

v_p＝ω/k_‖是螺旋波沿着管轴线的相位速度，

m_e是电子质量而符号“‖”及“⊥”分别代表平行及垂直方向上的磁场感应向量。

通常，k_⊥是藉由管半径J₁(k_⊥a)＝0而固定的(具有第一种的Bessel功能J₁及管的内半径a)。随着在几十电子伏特，例如50eV的电离剖面中的具尖锋的气体，螺旋共振要求

v_p＝4.19×10⁶ms^-1，a＝32/f及B＝220na    (2)

f的单位为MHz，a的单位为公分，n的单位为10¹³cm^-3，B的单位为高斯。因此，对于典型的工业频率f等于13.56MHz，管的直径～5公分将需要磁场～275G以提供等离子密度为5×10¹²cm^-3。

上述典型的螺旋源产生具有放射密度轮廓的等离子，其尖峰沿着介电圆柱体110的中心轴。甚至当使用在连接扩散室，虽然有一点平坦，但扩散室内的密度轮廓仍然显示出相同于图2的不均匀的放射轮廓。因此，离子束的提取经由沿着正交于介电圆柱体的中心轴的轴而配置的一狭缝，导致一具有高电流密度在中心部分而具有低束电流密度在束周围区域的尖峰的带离子束轮廓。此特征对于植入目的来说不能被接受，因为产生了不均匀的植入以及必然地不良的最终半导体装置。

图5a及图5b为第一实施例的离子源200。二个螺旋等离子源100、300例如是与图3、4相关连的等离子源。在轴向上相交于扩散室210。扩散室210的形状较佳是圆柱体，较佳地具有直径大于介电圆柱体110的直径，例如20-50公分。螺旋源及扩散室相对齐，以使三个元件的中心轴是同在一条线上；换言之，三个元件是同轴的。提取孔径230位在该扩散室上，且平行于扩散室的中心轴。提取孔径的高度较佳是低的，例如3-5mm，扩散室的高度可由容纳具有宽度35公分的带状离子束的提取狭缝来选择，其允许直径300mm的晶圆的植入。由于扩散室的长度没有限制条件，较宽的50公分的提取孔径用以进行下一代450mn直径的晶圆的植入是可行的。

图5b为一代表性扩散室的横剖面图。扩散室210的腔体240较佳是由铝或相似的带磁性的、具渗透性的材质所构成。在一实施例中，导电性的衬垫(liner)245配置在腔体内表面的周围。衬垫245较佳是掺杂的碳化硅或石墨制成，具有两个目的。第一是减少溅射及可能的等离子260的污染，并由于腔体壁240而产生具有金属的离子束270。第二是电性导电的本质确保等离子电势的控制。

为了允许提取正离子，藉由高电位DC电源供应器(未示出)，使腔在正电势下电性偏移(biased)。在一实施例中，图5b显示单个提取孔径，在提取光学元件250的协助下用以提取束。典型上，提取光学元件250包括一组具有不同电势的电极，用以提取等离子260中的正离子。图5b是一种三极管提取光学元件，但是八极管或五极管的组件也可使用。在一实施例中，孔径的高度为3mm、长度为350mm，但其他尺寸或型态也是可行的。在第二实施例中，如图5c所示，多个平行的孔径用以允许提取多个小射束275，其进一步形成更高且更大的带状离子束270。

为了改善等离子260的均匀性，多尖端的磁场型态可被使用来较佳体认到永久磁铁条(bar)280，例如Sm-Co或Nb-Fe-B磁铁的排列沿着扩散室的长度的方向。这些磁铁280被安装以使面对扩散室210的腔体240的外表面的磁极在极性上交替。换句话说，一磁铁列被安排以使北极朝向腔体240，而位于此列上相邻于每一侧的磁铁被安排，以使各磁铁的南极朝向腔体。这个图案重复环绕于腔体的周围，除了邻近于提取孔径230的周围区域。为了使磁场线285尽可能多，在左侧及右侧扩散室壁上，多尖端磁场藉由连续地配置磁铁280及在纵向列上具有相同的极性而产生，以形成图5d所示的放射图案。等离子中磁场强度B及磁场线285穿透的深度y是藉由周围相互分离d的磁铁具有交替的极性，在磁铁表面B₀的磁场强度以及磁铁的宽度Δ所控制的，方程式为：

$B\left(y\right)=\frac{2B_0\mathrm{\Δ}}{d}\exp (-\frac{\mathrm{\πy}}{d})$

藉由适当调整这些参数，强的磁场产生在腔体壁的附近，然而大量的等离子是无磁场的。在此，带电的粒子(电子或离子)受到磁场线285的牵制而导致在腔体壁的低损耗、高等离子密度及均匀性的结果。磁场的强度可藉由增加钢板290环绕于磁铁的周围以产生“轭(yoke)”效应而增加。在一实施例中，正方形剖面形状的Sm-Co磁铁具有宽度Δ＝3/8”，d＝3/4”，磁场强度在距离腔体壁1.5”处可得到50G。对于所提议的几何学，产生的整个多尖端磁场造成等离子朝提取孔径230偏移。由于提取孔径区域没有磁场，带电粒子可自由地朝提取孔径230移动因而高密度的离子束可以被提取。图5b及图5c中所示的虚线为界限，其介于大量无磁场的等离子以及具有强磁场存在的区域之间。

在图6a至图6d所示的另一实施例中，永久磁铁280产生的多尖端磁场285排列成环绕的图案：一列磁铁具有相同的极性，例如具有朝向腔体内部的南极，被配置在腔体的周围，除了提取孔径的周围区段之外。多尖端磁场产生于使用交替极性的磁铁，即，在纵向距离d上分离的相邻的周围列将具有朝向腔体内部的南极及朝向腔体外部的北极。在左侧及右侧壁上的连续的图案是藉由在图6d中沿着同轴圆圈方向配置交替极性的磁铁来达成。为了保护在运作期间产生的热不会影响磁铁，冷却系统295(如图6a至图6c所示)环绕于扩散室的周围。冷却剂可使用水，但也可使用其他冷却液体或气体。

图5至图6为二种代表性的型态以产生多尖端磁场。在二个实施例中，为避免射束受到不必要的磁场影响，离子束提取区域及大量的等离子是无磁场的，即，多尖端磁场在扩散室的周围延展，除了提取孔径的周围区段之外。本领域具有技术者可采用其他技术及型态来达成此磁场。

二个螺旋源射出等离子到共用的扩散室中。由于每一个螺旋源中的轴向磁场在相对方向上，故每一个螺线管所产生的磁场在进入扩散室之前降为零。在某程度上可实现的是，螺线管正确地相对于扩散室，及左右侧扩散室法兰多尖端场而配置着。由于区域多尖端场的强度相对高，弱的轴向元件的磁场由扩散室中的螺线管所产生而被抵销。产生的轴向磁场轮廓显示在图7中，将允许足够高的磁场强度在螺旋模式中每个螺旋源的适当操作，同时，零轴向磁场在扩散室中允许多尖端磁场将等离子从壁击退，但同时将等离子推向该提取孔径。

图8为不同型态等离子密度的代表性图式。标示为“H1”及“H2”的线表示只有单个螺旋源喷射等离子至扩散室的情况时等离子密度相对于轴向位置的函数的代表性关系。注意密度随着相对于等离子源100的轴向距离增加而增加。标示为“H1+H2”的线表示两个螺旋源在作用的型态下，即，在一般的扩散室中加压等离子，但扩散室没有尖端磁场时的等离子密度的代表图。注意个别等离子源的密度一起相加以产生更均匀的等离子密度，其沿着扩散室的轴线方向而分布。如此，等离子密度在扩散室210中随着相对于第一螺旋源100的距离增加而降低的经验由于第二螺旋源300的存在而被抵制。标示为“H1+H2+MM”的线表示两个螺旋源在作用的型态下，且位在多尖端磁场内时的等离子密度的代表性轮廓。多尖端磁场的存在使等离子均匀性延伸其长度范围。

注意当较佳实施例利用两个螺旋源时，使用单个螺旋源而结合扩散室的揭露也可加以考虑。在实施例中，不均匀的束轮廓由于等离子密度沿着长度轴线的降低而产生，参见标示为“H1”的线，可以经由其他技术来抵制，例如使用具有不同高度的提取狭缝(在等离子密度减少的方向上渐进地增加)及/或引入磁场梯度(gradient)于扩散室中的多尖端磁场中。

以上描述的离子源允许在扩散室中产生的等离子密度有多种不同的方式。由于每个螺旋源是独立供给工作气体且真空泵是由公用的扩散室的提取孔径来完成的，因此气体流入每一个螺旋源的速率可以独立地被改变。这将使等离子密度轮廓沿着长度方向进行微调整。第二种调整等离子密度及隐喻地(implicitly)调整束均匀性的方法是改变每一个螺旋源的磁场强度。由于等离子密度及螺旋波的波长与磁场强度有关，各源中的磁场强度增加或降低将允许等离子均匀性及提取的束轮廓有良好的控制。第三种可以均匀控制的方法是改变传送至每个天线的电力(power)量。第四种可以均匀控制的方法是改变射频电源供应器的频率。微调每个控制的方法可允许高宽带离子束电流具有宽度延展上非常好的均匀性。可确实对大尺寸晶圆进行均匀的植入。

如上所述，本装置可用于离子植入器。可以预期的是均匀的宽带离子束，数百毫安培，具有大于350mm且小于500mm的宽度，可使用此离子源来产生。

然而，其用途不是只限制在典型的离子植入领域上。本装置可应用在其他领域，例如可用在图9所示的在晶圆上掺杂建构的太阳能电池。由于所期望的提取电流非常的高，所需要的掺杂较佳地在单个通道中可以很快被实现。在此案例中，晶圆510配置于例如输送带520的表面上，可带动晶圆510通过带状离子束270的下方。在一实施例中，自动手臂500用以放置晶圆510于输送带520上。在本实施例中，束电流以及输送带520的速度可以设置在希望的值。植入之后，晶圆520例如以第二自动手臂530，从输送带510上移开。

在相似的方式下，太阳能电池箔片400如图10所示，可以被掺杂。目前，经过在475℃的复杂的硫化过程和在135℃的中间退火步骤，可得到p-型CuIn_1-xGa_xS₂箔片型式的太阳能电池。此过程花费超过90分钟，因而生产率低。随着之前描述的离子束源，箔片400可包覆在两个马达驱动的卷轴410、420上，箔片400可连续地通过真空室以使箔片400穿过束通道。高束电流将允许所希望的掺杂，较佳在单个通道中，经由束电流及卷轴转速的建构而被快速地实现。图10显示本过程的简单代表图。用来射出离子束270的腔体及扩散室以横剖面图来显示。图10中离子源的其他元件故意被省略以求清楚，但在本型态中是存在的。本离子束是带状，其长度尺寸是垂直于图10的平面而测得。在一实施例中，太阳能电池箔片的宽度等于或略小于发射的带状离子束的宽度。本离子束轰击一部分太阳能电池箔片400，当其通过扩散室210的提取孔径的下方。在一实施例中，太阳能电池箔片400经由转动卷轴410、420而输送。箔片400暴露于离子束中的每个部分的时间可经由调整这些卷轴的速度而改变。

Claims (24)

1.一种离子源，包括：

a.一第一螺旋等离子源，包括：

i.一第一介电圆柱体，具有第一中心轴，一第一封闭端以及一第一开放端；

ii.一第一磁铁，环绕于该第一介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该第一介电圆柱体的该开放端；以及

iii.一第一天线，位于该第一介电圆柱体内并能产生螺旋波；

b.一第二螺旋等离子源，包括：

i.一第二介电圆柱体，具有第二中心轴，一第二封闭端以及一第二开放端；

ii.一第二磁铁，环绕于该第二介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该第二介电圆柱体的该开放端；以及

iii.一第二天线，位于该第二介电圆柱体内并能产生螺旋波；

c.一用来定义扩散室的腔体，包括第一端及第二端，其中该扩散室的第一端是与该第一介电圆柱体的该开放端相通，而该扩散室的第二端是与该第二介电圆柱体的该开放端相通，且一提取孔径具有一较第二尺寸长很多的尺寸，其中该较长的尺寸平行于该第一介电圆柱体的中心轴。

2.根据权利要求1所述的离子源，其中该第二中心轴平行于该提取孔径的该较长的尺寸，并与该第一介电圆柱体的该第一中心轴同轴。

3.根据权利要求2所述的离子源，还包括额外的磁铁，环绕于该腔体以产生多尖端的磁场。

4.根据权利要求2所述的离子源，还包括气体入口，位于所述螺旋等离子源的该第一封闭端及该第二封闭端。

5.根据权利要求2所述的离子源，其中该第一磁铁与该第二磁铁包括螺线管，而该离子源还包括一电源供应器，用以控制该些螺线管所产生的该些磁场。

6.根据权利要求2所述的离子源，其中该第一磁铁与该第二磁铁包括螺线管，而该离子源还包括第一及第二电源供应器，而各个螺线管受到相对应的电源供应器的控制。

7.根据权利要求2所述的离子源，其中该第一磁铁与该第二磁铁包括永久磁铁。

8.根据权利要求2所述的离子源，还包括一射频电源供应器，其连接该第一天线与该第二天线并适于供电至所述天线。

9.根据权利要求2所述的离子源，还包括一连接该第一天线的第一射频电源供应器以及一连接该第二天线的第二射频电源供应器，每一射频电源供应器适于供电至相对应的天线。

10.根据权利要求8所述的离子源，其中该射频电源是经由两个独立的匹配网路而供电至该第一天线与该第二天线。

11.根据权利要求2所述的离子源，还包括邻近于该提取孔径的提取光学元件，适于将离子由该扩散室排出。

12.一种离子源，包括：

a.一螺旋等离子源，包括：

i.一介电圆柱体，具有一中心轴，一封闭端以及一开放端；

ii.一磁铁，环绕于该介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该介电圆柱体的该开放端；以及

iii.一天线，位于该介电圆柱体内并能产生螺旋波；

b.一用来定义扩散室的腔体，包括第一端及第二端，其中该扩散室的第一端是与该介电圆柱体的该开放端相通，且一提取孔径具有一较长于一第二尺寸的尺寸，其中较长的该尺寸平行于该介电圆柱体的该中心轴。

13.根据权利要求11所述的离子源，还包括额外的磁铁，环绕于该腔体以产生多尖端的磁场。

14.根据权利要求11所述的离子源，还包括一气体入口，位于该第一封闭端。

15.根据权利要求11所述的离子源，其中该磁铁包括一螺线管，而该离子源还包括一电源供应器，用以控制该螺线管所产生的磁场。

16.根据权利要求11所述的离子源，其中该磁铁包括永久磁铁。

17.根据权利要求11所述的离子源，还包括一射频电源供应器，其连接该天线并适于供电至所述天线。

18.根据权利要求17所述的离子源，其中该射频电源是经由一匹配网路而供电至该天线。

19.根据权利要求11所述的离子源，还包括邻近于该提取孔径的提取光学元件，适于将离子由该扩散室排出。

20.一种调整离子束均匀性的方法，包括：

a.提供一离子源，该离子源包括：

i.一第一螺旋等离子源，包括：

1.一第一介电圆柱体，具有第一中心轴，一第一封闭端以及一第一开放端；

2.一第一螺线管，环绕于该第一介电圆柱体，适于产生一磁场于该中心轴的方向上，并面对于该第一介电圆柱体的该开放端；以及

3.一第一天线，位于该第一介电圆柱体内并能产生螺旋波；

ii.一第二螺旋等离子源，包括：

1.一第二介电圆柱体，具有第二中心轴，一第二封闭端以及一第二开放端；

2.一第二螺线管，环绕于该第二介电圆柱体，适于产生一磁场于该第二中心轴的方向上，并面对于该第二介电圆柱体的该开放端；以及

3.一第二天线，位于该第二介电圆柱体内并能产生螺旋波；

iii.一用来定义扩散室的腔体，包括第一端及第二端，其中该扩散室的第一端与该第一介电圆柱体的开放端相通，而该扩散室的第二端与该第二介电圆柱体的开放端相通，且一提取孔径具有一较第二尺寸长的尺寸，其中该较长的尺寸平行于该第一介电圆柱体的中心轴；

iv.气体入口，位于所述螺旋等离子源的该第一封闭端及该第二封闭端；

v.一电源供应器，用以控制该些螺线管所产生的该些磁场：

vi.一射频电源供应器，连接该第一天线与该第二天线并适于供电至所述天线；

b.调整该离子源的特性，该些特性包括选自于用来调整该些轴向磁场的该直流电源供应器的输出电流，该射频电源供应器的输出以及进入该些气体入口的气体的流率所组成的群组。

21.根据权利要求20所述的调整离子束均匀性的方法，其中该射频电源供应器的输出包括一功率部分以及一频率部分，而调整该射频电源供应器包括调整该功率部分。

22.根据权利要求20所述的调整离子束均匀性的方法，其中该射频电源供应器的输出包括一功率部分以及一频率部分，而调整该射频电源供应器包括调整该频率部分。

23.根据权利要求20所述的调整离子束均匀性的方法，其中该离子源包括一第二电源供应器，而该二电源供应器各别控制该第一螺线管以及该第二螺线管中之一，且该调整步骤包括调整各该电源供应器的输出。

24.根据权利要求20所述的调整离子束均匀性的方法，其中该离子源包括一第二射频电源供应器，而该二射频电源供应器各别控制该第一天线以及该第二天线中之一，且该调整步骤包括调整各该射频电源供应器的输出。

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