CN104054155A - 离子注入设备和注入离子的方法 - Google Patents

Abstract

一种使用鼓式扫瞄轮的离子注入设备以小于60°的总锥角保持晶片。例如H⁺的离子的准直扫描射束沿着与扫描轮的旋转轴至少为45°角度的最后射束路径定向。离子选自一源并且在扫描或质量分析之前沿着直线加速路径加速到高注入能量(超过500千电子伏)。质量分析器可位于旋转轴附近且不想要的离子被定向到可安装在扫描轮上的环形射束收集器。

Description

离子注入设备和注入离子的方法

交叉参照相关申请

本申请要求2011年11月15日提交的美国专利申请号13/296,436的权益。

背景技术

对使用光伏技术的再生能源的需求越来越大。特别是，光伏电池通常形成在晶体硅晶片上，该晶体硅晶片通常通过将硅结晶块切片来获得。该工艺，其典型地生产比115微米更厚的硅晶片,由于在切口损失中消耗高达50％的硅体而浪费相当量的硅。由此产生的晶片比有用的光伏装置所需要的也厚得多。

更薄的硅片层已经通过在典型地用H⁺离子进行大剂量离子注入之后加热来剥落薄膜得以实现。然而，为了通过剥离制造有用的硅片层用于光伏应用，必须在高能量下注入离子，以便在足够的深度产生不牢固层。

并且，为了提供比较高的生产力，希望采用高射束(beam)电流。离子电流为100毫安且能量为1兆电子伏的注入射束现在正被考虑。投射到正被注入的衬底(substrate)的有效射束功率可为100千瓦或更高的量级。对防止衬底由这样高的注入射束功率加热到过热的温度的需要提供了相当大的挑战。

在已知类型的离子注入工具中，要注入的离子束被定向在批量安装于处理轮的圆周周围的衬底(典型地硅晶片)上。处理轮(process wheel)或旋转扫描组件被安装用于围绕一轴旋转以使得在该轮上的晶片相继地通过离子束。这样，离子束的能量可在所述处理轮上的所述批量的晶片之间共享。晶片被安装在处理轮上的衬底保持器上。衬底保持器包括用于支撑所述晶片的热沉表面。热沉表面的强制冷却典型地是借助于水冷结构提供的。

晶片和热沉支撑表面之间的接触通过使支撑表面向内朝向旋转轴倾斜得以保持，由此所述晶片随着处理轮旋转而通过离心力压靠所述支撑表面。

在这样的使用旋转扫描组件的注入设备中晶片的冷却的有效性可取决于晶片通过其压靠下面的热沉表面的力。已知的离子注入设备提供了为鼓形式的旋转扫描组件，晶片安装在所述鼓的内面周围，大体上面向旋转轴线。该配置使在晶片上的离心力的效果最大化以使在注入工艺期间所述晶片冷却最优化。

旋转鼓类型的离子注入设备体积会非常大。旋转鼓它本身的直径不得不足够大以使得鼓的圆周容纳要以单个批量处理的所需要数量的衬底晶片。因为安装在旋转鼓上的衬底晶片大体上面向鼓的旋转轴，因此离子束必须以相对于所述鼓的旋转轴相对较大的角度定向(direct)在围绕所述鼓的内圆周的所述衬底处。现有技术中关于离子注入器的射束线路结构典型地需要射束线路(beam line)的元件，包括离子源，分析器磁体和射束加速单元，所有的都要位于所述鼓的圆周的外侧。这样，射束可以直线方式沿着穿过所述鼓的直径的漂移路径定向。不仅该典型的结构导致鼓式离子注入器占据半导体装配设施的底面上的相对大的覆盖区，而且离子束穿过所述鼓的直径的长的漂移路径长度可在一些应用中产生一些困难。

发明内容

提供一种离子注入设备，包括具有旋转轴和圆周的旋转扫描组件。多个衬底保持器被分布在圆周周围。这些衬底保持器被布置成以共同的衬底倾角保持相应的平面衬底以限定围绕旋转轴的小于60°的总锥角。

衬底倾角被限定为，围绕穿过衬底的中心且与旋转扫描组件的圆周相切的轴，相对于平行于所述轴扫描组件的旋转轴并包含相切轴的平面，衬底平面的旋转角。

安装在旋转扫描组件上的平面衬底的总锥角是现有技术术语，其是本领域内的技术人员所熟知的。如果安装在旋转扫描组件的衬底保持器上的平面衬底的共同衬底倾角，如上所限定的，是α，那么总锥角是2α。因此，可看到，为了使由安装在旋转扫描组件上的保持器上的平面衬底形成的总锥角小于60°，衬底的共同的倾角应当小于30°。

离子注入设备进一步包括射束线路组件，以提供一束离子用于注入在衬底保持器上的平面衬底中。射束线路组件被布置成以将射束定向在沿着相对于旋转轴为至少45°角度的最后射束路径的预定离子注入方向上。

在设备的操作中，衬底保持器上的平面衬底随着旋转扫瞄组件旋转在运行方向上与最后射束路径相交。

射束线路组件在离子束方向上按顺序进一步包括离子源，离子加速器和射束弯曲磁体。离子加速器对将来自于离子源的离子加速以产生具有所希望的至少500千电子伏特的注入能量的加速射束是有效的。射束弯曲磁体具有接收加速射束的射束进口。离子源，加速器和射束进口限定从离子源到射束弯曲磁体的射束进口是线性的的射束加速路径。

还提供了将离子注入到平面衬底中的方法。平面衬底被安装在围绕旋转扫描组件的圆周分布的衬底保持器上。旋转扫描组件上的衬底保持器以共同的衬底倾角保持相应的平面衬底以限定围绕扫描组件的旋转轴的小于60°的总锥角。

本发明的方法包括以下步骤∶

a)产生包括用于注入所希望的离子的离子源；

b)沿着直线加速路径选取和加速来自于所述离子源的离子以产生具有至少500千电子伏的能量的加速离子束；

c)使加速射束弯曲以将用于注入所希望的加速离子射束定向在沿着与旋转轴的角度至少为45°的最后射束路径的预定注入方向上；以及

d)使旋转扫瞄组件旋转以使得衬底与射束路径在运行方向上连续地相交。

附图说明

图1是实施本发明的离子注入设备的的例子的平面示意图；

图2和3是图1的注入设备的旋转扫描组件的示意图，其示出了离子束收集器安装在根据本发明的实施例的旋转扫描组件上。

具体实施方式

在离子注入设备的一个实施例中，射束线路组件包括分析器磁体，其位于所述射束加速路径之后且是可操作的以在不同质/荷比(mass/charge ratio)(m/e)的离子之间的加速射束中产生角间距。

在一实施例中，分析器磁体是可操作的以定向具有m/e的离子，其是对在沿着最后射束路径的预定离子注入方向上注入所希望的。在该实施例中，离子注入设备进一步包括离子束收集器，其安装在旋转扫描组件上并形成随着旋转扫描组件旋转的环形射束收集器区域。分析器磁体是可操作的以将具有大于所希望的m/e的m/e的离子朝向所述环形射束收集器区域定向。

在进一步的实施例中，射束弯曲磁体是射束扫描器磁体，其是可操作的以使加速的射束以重复速率偏斜过一定范围的偏转角从而产生一扫描射束以使得最后射束路径横向于所述衬底保持器的运行方向进行扫描。在该实施例中，射束线路组件可包括分析器磁体，其定位成以在偏转角范围内从射束扫描器磁体接收扫描射束。分析器磁体然后是可操作的以在不同的质/荷比(m/e)的射束离子之间产生角间距。

在一例子中，分析器磁体可以是可操作的以定向具有一m/e的离子，所述m/e是用于在沿着最后射束路径的预定离子注入方向上以准直后的扫描射束注入所希望的。

该实施例可进一步包括离子束收集器，该离子束收集器安装在所述旋转扫瞄组件上并形成随着旋转扫描组件旋转的环形射束收集器区域。分析器磁体是可操作的以将具有大于所希望的m/e的m/e的加速射束的离子朝向所述环形射束收集器区域定向。

在一个实施例中，最后射束路径具有小于旋转扫描组件的圆周的直径的总离子漂移距离。例如，总漂移距离可小于所述圆周的直径的一半。

还在一些实施例中，以上所述的加速路径与旋转扫描组件的旋转轴对准。

离子注入设备和方法的具体应用包括晶体半导体材料例如硅的片层的制造。这样的硅片层可用于制造光伏电池。在所描述的设备和方法的这样的应用中，要注入的离子典型地是H⁺离子。

离子注入设备1被示出在图1中。离子注入设备1包括旋转扫描组件10，其安装成用于围绕旋转轴11在形成所述注入设备的处理腔的真空封装件12内旋转。

旋转扫描组件10被示意性示出。旋转扫描组件10被安装在旋转轴承上以能使借助于驱动电机以高速围绕旋转轴11旋转。旋转轴承和驱动电机为了简单没有示出在所述图中。旋转扫描组件10包括扫描轮2，该扫描轮具有围绕旋转扫描组件10的圆周14分布的衬底保持器13。衬底保持器13被布置成以保持也被称为晶片的相应的平面衬底15。典型地，平面衬底15是用于注入的硅晶片。在离子注入设备1的在一个例子中，晶片是具有圆角的大约156毫米的方形。旋转扫描组件10的圆周14限定大约3100毫米的直径，以使得大约60个晶片可围绕所述圆周被容纳而没有重叠。

衬底保持器13保持平面衬底或晶片15，因此暴露面向内朝向旋转轴11定向。如图1所示，衬底保持器13以倾角α支撑晶片15。倾角α被限定为这样的角度：晶片15的平面围绕与旋转扫瞄组件10的圆周14相切的轴相对于平行于包含相切的轴的旋转轴11的平面所旋转的角度。在图1中，晶片15围绕其旋转的相切轴在指示的晶片15的位置处直接延伸到纸外。晶片15的倾角α由指示晶片15的平面的直线排列的第一线16和平行于旋转轴11绘制的第二线17之间的角度示出。

围绕旋转扫瞄组件10的圆周14分布的每个衬底保持器13被布置成以相同的倾角α保持相应的晶片15。为简单起见，仅一个衬底保持器13a在图1中被示出为定位成与首先提到的旋转扫描组件10上的衬底保持器13和晶片15在直径径上相对。如前所述，衬底保持器13a以作为在晶片15a的平面中的第一线18和平行于旋转轴11直线排列的第二线19之间的角度的倾角α保持晶片15a。

如图1可见的，如果第一线16和18延伸至该图的左侧，那么交叉点将位于旋转轴11上。围绕旋转扫瞄组件10的圆周14支撑的其他晶片15的平面中的相应线也在旋转轴11上的同一点处相交。所有的这些线位于锥体轴在旋转轴11上且总锥角为2α的圆锥体的表面上。

锥角是现有技术中已知的离子注入术语，用来描述在旋转扫描组件上的晶片以其朝向旋转轴倾斜的角度。在离子注入装置中的旋转扫描组件，对于其总锥角相对小，可被称为鼓式扫描组件，因为对于较小的锥角，晶片可被认为是分布在鼓的内表面周围。本实施例提供了使用鼓式旋转扫描组件的离子注入装置，对于该离子注入装置，衬底支撑部的总锥角小于60°。

通过这样的结构，当旋转扫描组件10，还称为鼓轮10，以十分高的速度旋转，晶片15可单独借助于离心力支撑在围绕鼓轮的圆周14的衬底保持器13上。通过采用小于大约60°的锥角，以使得每个晶片的倾角α小于大约30゜，在晶片15和衬底保持器13的在下面的支撑面之间可存在足够的摩擦以防止晶片15在处理期间从衬底保持器13滑落。此外，以较低的锥角，确保晶片15和衬底保持器13的在下面的支撑表面之间的良好的热接触的离心力的作用被最大化。这是重要的，如果在注入处理期间使用了大功率的离子束，以使得来自于传送给晶片15的射束功率的热可令人满意地通过衬底保持器13的热沉特性被移除。典型地，衬底保持器13是水冷却的。

图1示出的例子设备1进一步包括射束线路组件3，包括离子源20，离子加速器21和射束弯曲磁体22。离子源20提供包括注入所希望的离子的离子源。在一个例子中，离子源20可以是H⁺离子源。离子加速器21对选取和加速来自于离子源的离子是有效的以产生具有希望的注入能量的加速离子束。离子加速器21对产生具有500千电子伏特的能量的加速离子束是有效的。在一个例子中，包括能量超过500千电子伏的H⁺离子的离子束可被用于注入到硅晶片上以制作不牢固的平面，允许薄的硅片层从所述注入晶片的表面被剥落。这样的片层对光伏太阳能电池的制造是有用的。在其他的例子中，离子加速器21可产生注入能量高达1兆电子伏或更大的加速射束。

在图1所示的例子中，射束弯曲磁体22是射束扫描器磁体，其是可操作的以使加速射束以重复速率(repetition rate)偏斜过一定范围的偏转角。扫描射束在图1中产生并示出在23处。产生扫描离子束的射束扫描器磁体对本领域内的技术人员是众所周知的。

在图1所示的例子中，射束线路组件3另外包括分析器磁体24，其被定位为以从射束弯曲磁体22接收角扫描射束23。分析器磁体24具有进口，该进口在整个范围的偏转角内足以容纳角扫描射束23，以使得全部的角扫描射束23穿过分析器磁体24。分析器磁体24被布置成是可操作的以在不同的质/荷比(m/e)的射束离子之间产生一角间距。用于质量分析离子束的分析器磁体在离子注入领域是众所周知的。穿过分析器磁体中的均一磁场的单独的离子的飞行路径的曲率，对于具有相同的能量的离子而言，是所述射束中的离子的m/e的函数。如本领域内的技术人员众所周知的，具有更高的m/e的离子的飞行路径具有更大的曲率半径。

在本例子中，分析器磁体24是可操作的以定向具有用于注入所希望的m/e的离子以使得它们作为准直的扫描射束25离开分析器。因此，分析器磁体24的形状适于使得在来自于射束弯曲磁体22的角扫描射束23中的成不同偏转角的离子正好接收穿过分析器磁体24的进一步角偏转量以便从分析器磁体24出来，作为平行于沿着由图1的线路26指示的最后射束路径的预定离子注入方向的准直扫描射束25。

在示出的具体例子中，为了注入H⁺离子，离子源20可产生一定比例的H₂ ⁺离子。不希望这些H₂ ⁺离子随着希望的H⁺离子被注入到晶片15中，因为H₂ ⁺离子的每个质子的能量将是来自于H⁺离子的质子的能量的一半。结果，H₂ ⁺离子的质子会在注入时仅一半深度地刺入到晶片中。来自于射束弯曲磁体22的角扫描射束23中的H₂ ⁺离子在分析器磁体24具有的曲率半径是H⁺离子在磁体中的曲率半径的两倍，以使得H₂ ⁺与H⁺离子角分离。

分析器磁体24设计成具有用于穿过该磁体的射束的出口，该出口在磁体的分离面(图1中的纸面)中足够大以不仅允许H⁺离子的准直扫描射束25作为准直射束出现，如图1所示，而且允许H₂ ⁺离子的分离的扫描射束从分析器磁体24如所示的出现在射束27处。这样，H₂ ⁺被从角扫描射束23分离出来并且没有形成通过分析器磁体24沿着最后射束路径26定向的准直扫描射束25的一部分。由分析器磁体24分离的不想要的离子被定向到射束收集器，该射束收集器将在下面更详细地描述。

总之，射束线路组件3，包括离子源20，离子加速器21，射束弯曲磁体22和分析器磁体24，被布置成将希望的离子的准直扫描射束25定向在沿着最后射束路径26的预定离子注入方向。最后射束路径26与旋转扫瞄组件10的旋转轴11的角度至少为45°。实际上，与旋转轴11的角度可更高，典型地在大约70°以上，在一个例子中，大约78°。

最后射束路径26可相对于旋转轴11稍微倾斜，以使得形成最后射束路径26的向后延伸部的直线没有与旋转轴11相交。在这种情况下，最后射束路径26和旋转11之间的角度为了该专利的目的被限定为旋转轴11与最后射束路径26在一平面上的投影之间的角度，其中所述平面包括旋转轴11和最后射束路径26与旋转扫瞄组件10的圆周14的交叉点。因此，表明最后射束路径26和旋转轴11之间的角度是当它出现在图1的纸面中时旋转轴11和形成最后射束路径26的向后延伸部的虚线37之间的角度36。

射束弯曲磁体22具有进口30，以从离子加速器21接收加速离子束31。如图1所示，从离子源20通过离子加速器21到射束弯曲磁体22的射束加速路径是直线的。实际上，这意味着事实上从离子源20选取的全部离子穿过离子加速器21因此被加速到希望的注入能量。这使所述实施例的射束线路与典型的现有技术的射束线路区分开，其中从离子源选取的离子束被质量分析(mass analyzed)，以便在使所需要的离子经过射束加速器以使所需要的离子获得高达所希望的注入能量之前仅选择注入所需要的离子。

在一个实施例中，离子加速器21是静电加速器，以使得离子源20处于与所需要的注入射束能量相当的高的电势。例如，如果所需要的注入射束能是500千电子伏，那么离子源20相对于通常处于接地电势的注入腔的真空封装件12处于+500千伏。通过提供包括离子源20，离子加速器21直到射束弯曲磁体22的进口30的直线路径，不必使分析器磁体24定位在接近于离子源20的电势的高电势处。这是非常有利的，因为为了限制离子加速器21的实际尺寸，同时实现适当的静电隔离特性，离子源20和离子加速器21可被封入到包含隔离气体例如SF₆的腔32中。

离子加速器21包括为离子束的通道提供真空密闭的内部空间的加速器柱(column)。射束弯曲磁体22位于与包含旋转扫描组件10的真空封装件12的内部连通的真空腔部分33中。真空腔部分33依次通过在SF₆腔32的端壁中的孔口与离子加速器21的柱的内部连通，以使得离子源它本身以及加速器柱通过与真空腔部分33的连接有效抽空。

在图1所示的例子中，磁性四极组件34被插入到离子加速器21的高能量端处的SF₆腔32中。磁性四极组件34是可操作的以根据需要改变加速射束的形状以穿过最后射束路径26在衬底晶片15提供所希望的射束覆盖区。

在隔离气体例如SF₆的壳体中的离子源和离子加速器组件的更多细节可源自于2010年12月8日提交的并转让给该申请的同一受让人的共同待审批的申请序列号12/962,723。该共同待审批的申请的公开内容为了所有目的以参考方式整个被并入于此。

如上述，分析器磁体24对将扫描射束中的离子与具有所希望的m/e的射束弯曲磁体22分开，与具有更高值的m/e的离子分开，是有效的。所希望的离子，在该例子中，是H⁺离子，这些离子通过分析器磁体24以准直扫描射束25沿着最后射束路径26定向以便注入在围绕旋转扫描组件10的圆周14的衬底保持器13上的衬底晶片15中。

在该例子中，不是所希望的离子类型主要是H₂ ⁺离子，其从分析器磁体24沿着射束27出来以撞击在射束收集器40上。图2和3更详细地示出在旋转扫描组件10上的离子束收集器40。离子束收集器40被安装在旋转扫描组件10上并形成随着旋转扫描组件10旋转的环形射束收集器区域41。

如图2最佳示出的，来自于射束弯曲磁体22的角扫描射束23(在图2中没有示出)进入分析器磁体24。在分析器磁体24中的磁场产生准直扫描射束25，该准直扫描射束沿着最后射束路径26定向以与旋转扫描组件10的圆周14相交。在操作中，旋转扫描组件10例如在箭头42的方向上以高速旋转以使得安装在围绕圆周14的衬底保持器13上的衬底晶片15连续地与准直扫描射束25相交。射束通过射束弯曲磁体22被充分地扫描以使得准直扫描射束25在晶片15的宽度范围内均一地延伸，所述宽度在一个例子中大致为153毫米。

在该例子中，准直扫描射束25大体上仅包括H⁺离子。H₂ ⁺离子从分析器磁体24沿着射束27出来，所述射束27被定向在射束收集器40的环形射束收集器区域41。因为所有的来自于离子源20的离子已经被加速到希望的注入能量(500千电子伏以上，典型地1兆电子伏)，H₂ ⁺离子的射束27可传送相当大量的射束功率到射束收集器40。例如，离子注入设备1可设计成将一束H⁺离子传送到正注入具有大约1兆电子伏的能量和至少100毫安的射束电流的晶片。因而，通过注入射束25传送的功率可超过100千瓦。即使从离子源20选取的射束的仅10％包括H₂ ⁺离子，撞击在射束收集器40上的H₂ ⁺离子的射束27可传送超过10千瓦的功率到射束收集器40。

通过将射束收集器40布置为具有随着旋转扫描组件10旋转的环形射束收集器区域41，该射束功率分布在整个射束收集器40的环形表面上。在一个实施例中，射束收集器40是水冷却的以使得由射束27传送的功率可被移除。

再次参照图1，所示的离子注入设备1的结构具有提供显著优点的许多特征。分析器磁体24位于旋转扫描组件10或鼓轮10的轴向轮廓内。结果，分析器磁体24的出口和鼓轮10的圆周14之间的准直扫描射束25的最后射束路径26可相对较短。在该最后射束路径26内，离子束通常处于零电场或零磁场的区域中。射束路径在没有电磁场的区域中的长度称为离子漂移距离。通常希望保持离子束的漂移距离尽可能短以使控制离子束在漂移距离内的问题最小化。在本例子中，最后射束路径26的漂移距离小于鼓轮10的直径。更特别地在示出的例子中，分析器磁体24位于鼓轮10的旋转轴11附近，以使得最后射束路径的漂移距离26小于鼓轮10的半径。

而且，在示出的例子中，从离子源20到射束弯曲磁体22的进口30的射束加速路径大体上平行于鼓轮10的旋转轴11排列成直线。在该例子中，加速离子束31路径也接近于旋转轴11。结果，全部的射束线路组件，包括离子源20，离子加速器21，磁性四极组件34，射束弯曲磁体22，和分析器磁体24，实际上包含在离子注入设备1的鼓轮10的轴向轮廓内。这能使离子注入设备1的空间覆盖区保持最小化，节省了制作设施的制造底面上的空间。

为了剥落薄的硅片层用于光伏电池的制造，上述实施例已经具体参照H⁺离子在硅晶片上的注入进行了描述。然而，在所附的权利要求中阐述的特征在离子注入领域具有更多的普通应用。

在一个实施例中，衬底晶片15以其围绕鼓轮10的圆周14被支撑的倾角α大约是10°，最后射束路径26具有相对于鼓轮10的旋转轴11的大约78°的角度。然而，其他的倾角可被构想到同时仍获得本发明的优点。

离子注入设备还被公开为具有以下特征的组合：

A)离子注入设备，包括具有旋转轴和限定一直径的圆周的旋转扫瞄组件；分布在圆周周围以便当旋转扫描组件围绕轴旋转时围绕所述圆周运行的多个衬底保持器，衬底保持器被布置成以共同的晶片倾角保持相应的平面衬底以限定围绕旋转轴的小于60°的总锥角；提供一束离子用于注入在衬底保持器上的平面衬底中的射束线路组件，射束线路组件被布置成在沿着具有总漂移距离的最后射束路径的预定离子注入方向定向射束，最后射束路径相对于旋转轴成至少45度的角度，漂移距离小于直径，衬底保持器上的平面衬底随着旋转扫描组件旋转在运行方向上与最后射束路径连续地相交，其中射束线路包括射束扫描器，其使射束以重复速率偏斜以使得最后射束路径横向于衬底保持器的运行方向以重复速率扫描。

B)离子注入设备，包括具有旋转轴和圆周的旋转扫描组件；围绕圆周分布以便当扫描组件围绕轴旋转时围绕圆周运行的多个衬底保持器，衬底保持器布置成以共同的晶片倾角保持相应的平面衬底以限定围绕旋转轴的小于60°的总锥角；提供一束离子用于注入在衬底保持器上的平面衬底中的射束线路组件，射束线路组件被布置成在沿着最后射束路径的预定离子注入方向上定向射束，衬底保持器上的平面衬底随着旋转扫描组件旋转与最后射束路径连续地相交，其中射束线路组件包括分析器磁体，该分析器磁体是可操作的以产生不同的质/荷比(m/e)的射束离子之间的角间距，以及定向在沿着最后射束路径的预定离子注入方向上具有希望的m/e的离子，离子束收集器安装在旋转扫描组件上，形成随着旋转扫描组件旋转的环形射束收集器区域，以及分析器磁体是可操作的以将具有大于所希望的m/e的m/e朝向环形射束收集器区域定向。

为了简洁且完整已经提供了多个实施例。本发明的其他的实施例对于本领域内的技术人员而言在通过本说明书获悉时将是显而易见的。然而，用于注入设备和用于注入方法的参数的详细的配置和范围已经在此进行了描述，落入所附权利要求的范围内的其他的配置和参数设置可被使用。

上述详细的描述已经仅描述了本发明可采用的许多形式的一些。为此，详细的描述目的是为了示出而不是限制。以下的权利要求仅包括用来限定本发明的范围的所有等同物。

Claims (20)

1.一种离子注入设备，包括∶

具有旋转轴和圆周的旋转扫瞄组件；

分布在所述圆周周围的多个衬底保持器，所述衬底保持器被布置成以共同的衬底倾角保持相应的平面衬底以限定围绕所述旋转轴的小于60^゜的总锥角；以及

射束线路组件，该射束线路组件提供一束离子用于注入在所述衬底保持器上的所述平面衬底中，所述射束线路组件在离子束方向上顺序包括：离子源；离子加速器，该离子加速器对加速来自于所述离子源的离子以产生具有所希望的至少500千电子伏的注入能量的加速射束是有效的；以及具有接收所述加速射束的射束进口的射束弯曲磁体；其中所述离子源，所述加速器和所述射束进口限定从所述离子源到所述射束弯曲磁体的所述射束进口是线性的射束加速路径；

其中所述射束线路组件被布置成将所述射束定向在沿着最后射束路径的预定离子注入方向上，所述最后射束路径与所述旋转轴的角度为至少45度；以及

其中所述衬底保持器上的所述平面衬底随着所述旋转扫描组件旋转与所述最后射束路径在运行方向上连续地相交。

2.如权利要求1所述的离子注入设备，其中所述射束线路组件包括分析器磁体，该分析器磁体位于所述射束加速路径之后且是可操作的以在不同的质/荷比的离子之间的所述加速射束中产生角分离器。

3.如权利要求2所述的离子注入设备，其中

所述分析器磁体是可操作的以将具有用于注入所希望的质/荷比的离子定向在沿着所述最后射束路径的所述预定离子注入方向上，

其中所述注入设备进一步包括离子束收集器，该离子束收集器被安装在所述旋转扫瞄组件上并且形成随着所述旋转扫描组件旋转的环形射束收集器区域，以及

其中所述分析器磁体是可操作的以将具有大于所述希望的质/荷比的质/荷比的离子朝向所述环形射束收集器区域定向。

4.如权利要求1所述的离子注入设备，其中所述射束弯曲磁体是射束扫描器磁体，该射束扫描器磁体是可操作的以使所述加速射束以重复速率偏斜过一定范围的偏转角，以产生扫描射束以使得所述最后射束路径横向于所述衬底保持器的所述运行方向扫描。

5.如权利要求4所述的离子注入设备，其中所述射束线路组件包括分析器磁体，该分析器磁体被定位成以在所述偏转角的范围内从所述射束扫描器磁体接收所述扫描射束并且是可操作的以在不同的质/荷比的射束离子之间产生一角间距。

6.如权利要求5所述的离子注入设备，其中所述分析器磁体是可操作的以将具有用于注入所希望的质/荷比的离子以准直扫描射束定向在沿着所述最后射束路径的所述预定离子注入方向上。

7.如权利要求6所述的离子注入设备，进一步包括离子束收集器，该离子束收集器被安装在所述旋转扫瞄组件上并形成随着所述旋转扫描组件旋转的环形射束收集器区域，其中所述分析器磁体是可操作的以将具有大于所希望的质/荷比的质/荷比的所述加速射束朝向所述环形射束收集器区域定向。

8.如权利要求1所述的离子注入设备，其中所述最后射束路径具有小于所述旋转扫描组件的所述圆周的直径的总离子漂移距离。

9.如权利要求8所述的离子注入设备，其中所述总漂移距离小于所述直径的一半。

10.如权利要求1所述的离子注入设备，其中所述加速路径与所述旋转扫描组件的旋转轴成一直线。

11.一种将离子注入到平面衬底中的方法，其中所述平面衬底被安装在围绕旋转扫瞄组件的圆周分布的衬底保持器上，其中所述衬底保持器以共同的衬底倾角保持所述平面衬底以限定围绕所述扫描组件的旋转轴的小于60°的总锥角，所述方法包括以下步骤：

a)产生包括用于注入所希望的离子的离子源；

b)沿着直线加速路径选取和加速来自于所述离子源的离子以产生具有至少500千电子伏的能量的加速离子束；

c)弯曲所述加速射束以将用于注入所希望的所述离子的加速射束定向在沿着与所述旋转轴的角度为至少45°的最后射束路径的预定注入方向上，以及

d)旋转所述旋转扫描组件以使得所述衬底与所述射束路径在运行方向上连续地相交。

12.如权利要求11所述的注入离子的方法，进一步包括使用分析器磁体分析所述加速射束以提供不同的质/荷比的离子之间的角间距的步骤。

13.如权利要求12所述的注入离子的方法，其中所述分析器磁体将具有用于注入所希望的质/荷比的离子定向在沿着所述最后射束路径的所述预定离子注入方向上，以及

其中所述分析器磁体将具有大于所希望的质/荷比的质/荷比的离子朝向射束收集器的环形射束收集器区域定向。

14.如权利要求11所述的注入离子的方法，进一步包括这样的步骤：使所述加速射束以重复速率偏斜过一定范围的偏转角，以产生扫描射束以使得所述最后射束路径横向于所述衬底的所述运行方向扫描。

15.如权利要求14所述的注入离子的方法，进一步包括这样的步骤：

将在所述偏转角的范围内的所述扫描射束接收在分析器磁体中；以及

使用所述分析器磁体分析所述扫描射束以产生不同的质/荷比的射束离子之间的角间距。

16.如权利要求15所述的注入离子的方法，其中所述分析器磁体将具有用于注入所希望的质/荷比的离子以准直扫描射束定向在沿着所述最后射束路径的所述预定离子注入方向上。

17.如权利要求16所述的注入离子的方法，其中所述分析器磁体将具有大于所希望的质/荷比的质/荷比的离子朝向安装在所述旋转扫瞄组件上的离子束收集器的环形射束收集器区域定向。

18.如权利要求11所述的注入离子的方法，其中要注入的离子沿着所述最后射束路径在小于所述旋转扫描组件的所述圆周的直径的总离子漂移距离内漂移。

19.如权利要求18所述的注入离子的方法，其中所述总离子漂移距离小于所述直径的一半。

20.如权利要求11所述的注入离子的方法，其中所述线性加速路径与所述旋转扫描组件的所述旋转轴成一直线。