CN105765693B - 离子植入器及其操作方法、在其中进行双模式操作的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子植入器及其操作方法、在其中进行双模式操作的系统。用于在离子植入器中进行双模式操作的系统可包含活动束挡块，其用以在第一方向上调整离子束的束宽度，所述第一方向垂直于所述离子束的第一局部行进方向。所述系统可还包含：扫描器，其用以当在第一状态中时在垂直于所述离子束的第二局部行进方向的第二方向上扫描所述离子束并且在第二状态中未受扰动地传输所述离子束；以及模式选择器，其用以向所述活动束挡块以及向所述扫描器发送一组信号以便一致调整所述离子束的宽度和所述扫描器的状态。本发明的优点是可在同一基底室中以任何所要顺序提供高电流带状束植入和点状束植入。

Description

离子植入器及其操作方法、在其中进行双模式操作的系统

相关申请案

本申请案主张2013年10月22日申请的美国临时专利申请案第61/894,060号的优先权。

技术领域

本发明的实施例涉及离子植入，并且更明确地说，涉及带状束离子植入系统。

背景技术

当今，离子植入器经常被构造为根据一组特定应用优化植入。举例来说，在当前应用中，一些束线离子植入器被配置为产生高电流带状束，其中横截基底的束横截面由比束高度大得多的束宽度界定。在一些配置中，在基底平面处束宽度比基底的大小略大，例如，200毫米、300毫米或400毫米，而束高度为大约10毫米、20毫米或30毫米的数量级。通过在束高度的方向上相对于带状束扫描基底，整个基底可由离子束植入。高电流带状束离子植入器的束线的各种元件被设置来为带状束定制操作，包含离子源、扫描元件、聚焦元件和准直元件。以此方式，基底的高电流离子植入可使用带状束离子植入器来优化。

对于其他离子植入应用，可优选的是使用点状束离子束，其中束高度和束宽度较为相等。在许多应用中，点状束的束高度具有与束宽度相同的大小或稍微大于束宽度，并且可为大约20毫米到30毫米的数量级。点状束离子植入所提供的一个优点是对由点状束提供的剂量均匀性的较好控制。在点状束离子植入应用中，可沿着第一方向扫描点状束以覆盖正被植入的基底的在那个方向上的维度。同时，可在与点状束的扫描方向垂直的方向上扫描基底。可通过沿着点状束扫描方向调整离子束的速度来修改局部离子剂量浓度。这可在电脑控制下按允许谨慎控制点状束扫描以优化离子剂量均匀性的方式来完成。通常，与带状束离子植入相比，此类点状束离子植入不会对基底产生如此高的离子剂量率。

因此，通常的做法是针对某些离子植入步骤或针对某些基底(例如高剂量植入)采用带状束离子植入器，而针对需要较好剂量控制的其他离子植入步骤采用点状束离子植入器。相对于这些和其他考虑因素来说，需要本发明的改进。

发明内容

提供此发明内容以按简化形式介绍概念的选择，下文在实施方式中进一步描述所述概念。此发明内容不希望确立所主张标的物的关键特征或基本特征，也不希望辅助确立所主张标的物的范围。

在一个实施例中，一种用于在离子植入器中进行双模式操作的系统可包含活动束挡块，其用以在第一方向上调整离子束的束宽度，所述第一方向垂直于所述离子束的第一局部行进方向。所述系统可还包含：扫描器，其用以当在第一状态中时在垂直于所述离子束的第二局部行进方向的第二方向上扫描所述离子束并且在第二状态中未受扰动地传输所述离子束；以及模式选择器，其用以向所述活动束挡块以及向所述扫描器发送一组信号以便一致调整所述离子束的宽度和所述扫描器的状态。

在另一实施例中，一种操作离子植入器的方法包含：接收用以改变所述离子植入器的操作模式的输入；向活动束挡块发送第一信号以调整孔口宽度来传输离子束；以及与所述第一信号一致地向扫描器发送第二信号以在第一状态与第二状态之间改变，其中在第一状态中，所述扫描器经配置以扫描所述离子束，并且在第二状态中，所述扫描器经配置以不受扰动地传输所述离子束。

附图说明

图1描绘根据本发明的实施例的双模式离子植入器的块状形式的俯视平面图。

图2描绘根据另外实施例的双模式离子植入器的平面图。

图3描绘双模式离子植入器的另一实施例，其中活动束挡块位于离子源处。

图4A和图4B描绘根据本发明的另外实施例的另一离子植入器的双模式操作的几何结构的细节。

具体实施方式

现将在下文中参考附图更全面地描述本发明的实施例，附图中示出了一些实施例。然而，本发明的标的物可按许多不同形式体现且不应视为限于本文中阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本发明将为详尽且完整的，且将向所属领域的技术人员全面地传达标的物的范围。在图式中，相似参考数字在全文中指相似元件。

本文中所描述的实施例提供用以执行双模式离子植入的新颖元件以及本文中称为“离子植入器”的新颖离子植入系统。本文中所揭示的组件有助于离子植入器从带状束植入模式可逆地切换到点状束植入模式的能力。图1描绘根据本发明的实施例的双模式离子植入器100的块状形式的俯视平面图。双模式离子植入器100包含用以产生离子的离子源102、分析器磁体104、真空室106、扫描器108、准直器110以及基底台112。双模式离子植入器100经配置以产生离子束120并且将离子束120递送到基底114。为了简单起见，仅仅将离子束120描绘为离子束的中心射线轨迹。在各种实施例中，离子源102可为间热式阴极(indirectly heated cathode，IHC)离子源、射频(radio frequency，RF)离子源、微波离子源或其他离子源。分析器磁体104可更改从离子源102提取的离子的轨迹，如在习知的分析器磁体中那样。真空室106可包含品质分辨狭缝(图1中未展示)，其可充当习知的品质分辨狭缝以筛选出不想要的品质的离子。在各种实施例中，扫描器108可为静电扫描器或磁性扫描器，并且可包含多个组件或台。准直器110可为磁性准直器以至少起作用来产生待引导到基底114的准直离子束。双模式离子植入器100可包含其他束线元件，包含孔口、高频震动元件、加速/减速元件，其每个操作都是众所周知的。为了清楚起见，本文中省略对此类组件的进一步论述。

如图1中进一步说明，双模式离子植入器100包含模式选择器116，其功能是选择用于操作双模式离子植入器100的离子植入模式。关于随后图式揭示模式选择器116的操作的进一步细节。然而，简单地说，模式选择器116可向离子植入器的各种元件发送信号以产生所要植入模式，所述模式可为点状束模式或带状束模式。模式选择器116可包括一个或一个以上硬体元件以及软体元件，例如开关、电路、电源、电脑程序或常式、用户介面等。在一些实施例中，模式选择器可允许用户通过用户介面(例如机械开关、小键盘、电子显示器、鼠标或其他指示装置)以某种方式与双模式离子植入器100互动以便在植入模式之间进行切换，所述方式不需要其他用户干预来改变植入模式。因此，双模式离子植入器100的操作者可通过操纵用以设置双模式离子植入器100的其他参数的可位于控制面板或设备上的元件来改变植入模式。

为了方便随后论述，采用不同坐标系来描述本发明的实施例的操作，如图1所示。在离子源102处，使用第一直角坐标系，其分量被标记为Y、XI和ZI，而在分析器磁体处，使用第二直角坐标系，其分量被标记为Y、Xm和Zm。在扫描器108处，使用第三直角坐标系，其分量被标记为Y、Xsc和Zsc。在基底114处，使用第四直角坐标系，其分量被标记为Y、Xs和Zs。在每个坐标系中，Y轴是相同的绝对方向。用于不同坐标系的“Z轴”在每种情况下沿着特定点处的离子束的中心射线轨迹的方向。因此，ZI轴的绝对方向不同于Zm、Zsc和Zs的绝对方向，这些轴可统称为Z轴或非特定性地称为Z轴以指示所述Z轴中的任一者。因此，Z轴表示与双模式离子植入器100中的任何点处的局部行进方向平行的方向。类似地，XI不同于Xm、Xsc和Xs，这些轴统称为“X轴”或非特定性地称为X轴以指示所述X轴中的任一者。

因为双模式离子植入器100可在带状束模式或点状束模式下操作，所以当用于一组基底或用于不同组基底的一连串植入操作可能需要不同植入模式时，双模式离子植入器100提供处理基底的便利和过程灵活性。这避免了需要将待由带状束离子植入或点状束离子植入处理的基底引导到专用于带状束或点状束植入的相应离子植入器。

图2描绘根据另外实施例的双模式离子植入器200的平面图。双模式离子植入器200包含上文关于双模式离子植入器100论述的那些束线组件。如图2所说明，双模式离子植入器200包含活动束挡块202，其功能是在带状束与点状束之间调整在活动束挡块202的下游产生的离子束的类型。在各种实施例中，活动束挡块可位于束线的不同区域中。然而，在图2的实施例中，活动束挡块安置在分析器磁体104内。活动束挡块202含有在离子束204的离子撞击活动束挡块202时阻挡那些离子的材料。在各种实施例中，活动束挡块202可为单个部分或可为多个部分。活动束挡块202可含有两个独立指状物或可含有共同界定孔口或视窗的独立部分，所述孔口或视窗的大小可在活动束挡块202被移动时变化。

在图2的说明中，活动束挡块202包含可沿着所展示的与Xm轴平行的轴206移动的独立部分。为了增大或减小活动束挡块202的不同部分之间的开口的孔口宽度W，可在彼此相对方向上移动所述不同部分。

虽然图2中未具体展示，但在各种实施例中，离子源102可经配置以产生进入分析器磁体104的带状束。在各种实施例中，与点状束相比，带状束可沿着与X轴平行的方向具有相对较大的束宽度。与点状束相比，带状束可具有相对较小的纵横比，其中纵横比是由平行于Y轴的离子束高度与平行于X轴的离子束宽度的比率界定的，其中X-Y平面界定与双模式离子植入器200中的任何给定点处的离子束的行进方向垂直的平面。对于带状束来说，这个纵横比可小于三分之一(1/3)，并且在一些实例中小于十分之一。举例来说，提供到基底114的带状束可在基底114处具有约300毫米到400毫米的沿着Xs轴的宽度以及约20毫米的沿着Y轴的高度，其中所述带状束具有沿着Zs轴的轨迹的离子。所述实施例不限于这上下文。

为了在带状束模式下操作，活动束挡块202可被设置以建立位于不同部分之间的开口208的孔口宽度W，其中所述开口的孔口宽度容纳带状束。另一方面，为了在点状束模式下操作，活动束挡块202可被设置以建立比在带状束模式下小的孔口宽度W，其中阻挡进入分析器磁体104的至少一部分带状束。在各种实施例中，点状束可具有相对较大的纵横比，例如大于1/2并且在一些情况下大于一。举例来说，提供到基底114的点状束可具有约20毫米的沿着Xs轴的宽度以及约30毫米的沿着Y轴的高度。所述实施例不限于这上下文。应注意，前述点状束尺寸适用于点状束的暂态尺寸，并且扫描点状束的总处理面积可与带状束的总处理面积相同或相似。

在一个实例中，当将改变双模式离子植入器200的操作模式时，模式选择器116可向致动器210产生信号，所述致动器210可包含马达、传动系或其他机构，其回应于来自模式选择器116的信号并且经配置以将活动束挡块202从其用于当前操作模式的当前位置移动到用以产生另一操作模式的第二位置。应注意，在一些实施例中，活动束挡块202的那个移动可仅仅改变穿过活动束挡块202的离子束的宽度而不影响离子束的高度。因此，在一个实例中，当设置于第一位置时，具有150毫米宽度和30毫米高度的离子束可穿过活动束挡块202。当活动束挡块设置于第二位置时，具有20毫米宽度和30毫米高度的离子束可被传输穿过活动束挡块202。

如图2进一步展示，模式选择器116耦接到扫描器108，所述扫描器108安置在活动束挡块202的下游。为了建立点状束模式，模式选择器116可向活动束挡块202发送信号以阻挡进入分析器磁体104的一部分带状束，进而将离子束204界定为朝向基底114行进的点状束。同时，模式选择器116可发送信号以将扫描器108置于第一状态，例如活动状态，也就是说，启动扫描器108的操作。当离子束204作为点状束进入扫描器108时，扫描器108可沿着Xsc轴扫描点状束，使得离子束204在进入准直器110时沿着Xsc轴扇出，进而形成可在基底114上形成与由带状束提供的处理面积相似的处理面积的扫描点状束。

为了建立带状束模式，模式选择器116可向活动束挡块202发送信号以使得开口208的孔口宽度W大于点状束模式中的孔口宽度。在一些情况下，孔口宽度W可被设置以传输进入分析器磁体104的全部带状束而不阻挡任何带状束，进而将离子束204界定为可按犹如活动束挡块202不存在的方式行进到基底114的带状束。同时，模式选择器116可发送信号以将扫描器108置于第二状态。第二状态可为不活动状态，其中停止扫描器108的操作。当离子束204的束线的一部分进入扫描器108的所在处时，带状束可未受扰动地行进穿过扫描器108并且到达基底114，因为扫描器108是不活动的。

应注意，模式选择器116可回应于用户输入而将操作模式从带状束模式切换到点状模式，例如通过控制装置中的用户介面处输入的选择或命令。以此方式，用户或操作者不需要在双模式离子植入器200中执行任何手动机械设备调整、替换或移除以便改变操作模式。

在双模式离子植入器的其他实施例中，活动束挡块可放置在束线内的其他地点处。图3描绘双模式离子植入器的一个此类实施例，其中通过将活动束挡块302恰好定位在离子源102的电弧室外部来使其位于离子源102处。举例来说，活动束挡块302可位于提取系统(未独立展示)中，所述提取系统用以提取离子束304，例如，接近于电弧室的提取板，如图3所指示。或者，活动束挡块302可定位在离子源102的电弧室内部。在任一变型中，活动束挡块302经配置以调整开口308的沿着XI轴的孔口宽度W。以此方式，可调整离子束304的宽度以产生入射于分析器磁体104上的点状束或带状束。

图4A和图4B描绘根据本发明的实施例的另一双模式离子植入器400的双模式操作的几何结构的细节。双模式离子植入器400与双模式离子植入器200类似地配置，即活动束挡块402安置在分析器磁体408内。活动束挡块402经配置以按上文关于图2的活动束挡块202所描述的方式调整由活动束挡块402界定的开口404的孔口宽度W(出于清楚起见未展示，但参见图2)。在图4A所描绘的情形中，活动束挡块402安置在“打开位置”中，其中开口404的孔口宽度相对较大，使得离子束406作为带状束行进穿过分析器磁体408而不受妨碍。在图4A的情形中，如在习知的带状束架构中，可在看起来从虚拟点源403发射出的一系列轨迹上从离子源102提取出离子。通过分析器磁体408使离子经由不同轨迹偏转，从而在分析器磁体408内达到最大宽度并且在真空室410内行进到焦点。在一些实施例中，活动束挡块402安置在分析器磁体408的中心区域内，在该处离子束406沿着Xm轴达到其最大宽度。此后，离子束406在真空室410内聚焦并且在品质分析狭缝412处变窄。离子束406接着行进穿过扫描器414(其是不活动的)并且扇出，之后进入磁性准直器416并且行进到基底(未图示)。可以理解，在图4A的情形中，双模式离子植入器400与习知束线带状束离子植入器相似地起作用，即活动束挡块402和扫描器414的存在可对离子束406具有很少(如果存在的话)影响。因此，磁性准直器416可被设置以使发散离子束准直，所述发散离子束界定位于品质分析狭缝412处的源，如图4A所示。

图4B说明其中双模式离子植入器400以点状束模式操作的情形。在这种情形中，模式选择器116可发送信号以调整活动束挡块402以便减小开口404的孔口宽度。这阻止离子束406的许多离子进一步沿着束路径行进，进而减小离子束406的沿着Xm轴的束宽度，以形成离开分析器磁体408的点状束420。

点状束420随后行进穿过品质分析狭缝412并且穿过扫描器414。如图4B进一步展示，模式选择器116可发送信号以启动扫描器414，使得点状束420经由一系列角度偏转穿来扇出，之后进入磁性准直器416。以此方式，可扫描点状束420以沿着Xs轴覆盖整个基底114。

总的来说，本发明的实施例提供一种双模式离子植入器，其可从带状束模式切换到点状束模式。这使用活动束挡块和扫描器来完成，所述活动束挡块经调整以形成带状束或点状束，所述扫描器在产生点状束时被启动。除了通过在同一工具中并入带状束和点状束植入两者来实现的占地面积和成本节省之外，本发明的实施例的优点是可在同一基底室中以任何所要顺序提供高电流带状束植入和点状束植入。此外，本发明的实施例的活动束挡块和扫描器可并入到现有的高电流离子植入器中以向带状束工具添加点状束能力。

本发明在范围上不受本文中描述的具体实施例限制。实际上，除本文中描述的实施例之外，根据上述描述和随附图式，本发明的其他各种实施例和修改对于所属领域的技术人员来说将为明显的。因此，这些其他实施例和修改希望落入本发明的范围内。此外，尽管本文中已在特定实施方案的上下文中在特定环境中针对特定目的描述了本发明，但所属领域的技术人员应认识到，其用处不限于此且本发明可有益地在任何数目个环境中针对任何数目个目的而实施。因此，本文阐述的申请专利范围应鉴于如本文所述的本发明的全宽度和精神来解释。

Claims (9)

1.一种用于在离子植入器中进行双模式操作的系统，包括：

活动束挡块，用以在第一方向上调整离子束的束宽度，所述第一方向垂直于所述离子束的第一局部行进方向；

扫描器，当在第一状态中时在垂直于所述离子束的第二局部行进方向的第二方向上扫描所述离子束并且在第二状态中未受扰动地传输所述离子束；

模式选择器，用以向所述活动束挡块以及向所述扫描器发送一组信号以便一致调整所述离子束的宽度和所述扫描器的状态；以及

分析器磁体，其中所述活动束挡块安置在所述分析器磁体内。

2.根据权利要求1所述的用于在离子植入器中进行双模式操作的系统，其中所述活动束挡块经配置以在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述第一位置处，所述离子束形成具有由第一束高度与第一束宽度的比率界定的第一纵横比的带状束，并且在所述第二位置处，所述离子束形成具有由第二束高度与第二束宽度的比率界定的第二纵横比的点状束，其中所述第一纵横比小于所述第二纵横比。

3.根据权利要求1所述的用于在离子植入器中进行双模式操作的系统，其中所述模式选择器经配置以：

向所述活动束挡块发送第一信号以具有第一孔口宽度，所述第一孔口宽度经配置以传输带状束而不阻挡所述带状束，并且

发送第二信号以在所述活动束挡块具有所述第一孔口宽度时将所述扫描器维持处于所述第二状态。

4.根据权利要求1所述的用于在离子植入器中进行双模式操作的系统，其中所述模式选择器经配置以：

向所述活动束挡块发送第一信号以具有第二孔口宽度，所述第二孔口宽度经配置以阻挡入射于所述活动束挡块上的带状束的一部分，其中所述带状束的一部分作为点状束来传输；并且

发送第二信号至所述扫描器以在所述活动束挡块具有所述第二孔口宽度时扫描所述点状束。

5.一种离子植入器，包括：

离子源，用以产生离子束；

活动束挡块，安置在所述离子植入器中的第一地点处并且经配置以从第一位置移动到第二位置，其中在所述第一位置处，所述离子束形成具有第一束宽度的带状束，并且在所述第二位置处，所述离子束形成具有第二束宽度的点状束，其中所述第一束宽度大于所述第二束宽度；以及

分析器磁体，其中所述活动束挡块安置在所述分析器磁体内。

6.根据权利要求5所述的离子植入器，还包括扫描器，所述扫描器安置在所述活动束挡块的下游，其中所述扫描器经配置以当在第一状态中时在垂直于所述离子束的行进方向的方向上扫描所述离子束，并且经配置以当在第二状态中时不受扰动地传输所述离子束。

7.一种操作离子植入器的方法，包括：

接收用以改变所述离子植入器的操作模式的输入；

向活动束挡块发送第一信号以调整孔口宽度来传输离子束，其中所述活动束挡块安置在所述离子植入器的分析器磁体内；以及

与所述第一信号一致地向扫描器发送第二信号以在第一状态与第二状态之间改变，其中在所述第一状态中，所述扫描器经配置以扫描所述离子束，并且在所述第二状态中，所述扫描器经配置以不受扰动地传输所述离子束。

8.根据权利要求7所述的操作离子植入器的方法，其中所述第一信号是对所述活动束挡块的信号，其用以将所述孔口宽度增大到经配置以传输带状束而不阻挡所述带状束的第一孔口宽度，并且其中所述第二信号是用以在所述活动束挡块具有所述第一孔口宽度时将所述扫描器维持处于所述第二状态的信号。

9.根据权利要求7所述的操作离子植入器的方法，其中所述第一信号是对所述活动束挡块的信号，其用以将所述孔口宽度减小到经配置以阻挡入射于所述活动束挡块上的带状束的一部分的第二孔口宽度，其中所述带状束的一部分作为点状束来传输，并且其中所述第二信号是用以在所述活动束挡块具有所述第二孔口宽度时将所述扫描器维持处于所述第一状态的信号。