CN106971931B - 离子植入系统和工艺 - Google Patents

Abstract

公开了离子植入系统和工艺。示范性的离子植入系统可以包括离子源、提取操纵器、磁分析仪以及电极组件。提取操纵器可以构造为通过从离子源提取离子而生成离子束。所生成的离子束的截面具有长维度以及与离子束的长维度正交的短维度。磁分析仪可构造为沿着平行于离子束的短维度的x方向聚焦离子束。电极组件可构造为加速或减速离子束。电极组件的一个或多个入口电极可限定第一开口，电极组件可相对于磁分析仪定位而使得随着离子束通过第一开口进入而使得离子束沿x方向收敛。

Description

离子植入系统和工艺

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月14日提交的、“名称为ION IMPLANTATION SYSTEM ANDPROCESS(离子植入系统和工艺)序号为14/883,538的美国申请的优先权，该申请的全文因所有目的通过引用方式合并于此。

技术领域

本公开一般地涉及离子植入，更特别地涉及用于离子植入的系统和工艺。

背景技术

在半导体器件制作中，材料的物理和/或电性质可以通过称为离子植入的工艺来修改。离子植入可以利用离子植入系统来执行。在离子植入系统中，离子束可由离子源生成。在将离子束引导到工件(例如，半导体衬底)上之前，可以利用离子植入系统的各部件来操纵离子束的形状、角度和均匀度。常规的离子植入系统会频繁地遭遇通过离子植入系统的各部件的差的传输，这会导致低效的离子植入工艺以及所有者的高成本。此外，离子束会易于受空间电荷效应影响，更具体地，随着离子束被引导通过离子植入系统，空间电荷吹起。这会导致难以精确控制离子束的形状、角度和均匀度。离子束的这种不精确的控制在半导体器件制作期间是不期望的。

发明内容

公开了离子植入系统和工艺。示范性的离子植入系统可包括离子源、提取操纵器、磁分析仪以及电极组件。该提取操纵器可构造为通过从离子源提取离子而生成离子束。离子束的截面可具有长维度以及与离子束的长维度正交的短维度。磁分析仪可构造为沿着平行于离子束的短维度的x方向聚焦离子束。电极组件可构造为加速或减速离子束。电极组件的一个或多个入口电极可以限定第一开口，电极组件可相对于磁分析仪定位而使得随着离子束通过第一开口进入而使得离子束沿x方向收敛。

在一些实施例中，磁分析仪可构造为沿平行于离子束的短维度的x方向聚焦离子束。离子源和提取操纵器可相对于磁分析仪定位而使得生成的离子束以相对于磁分析仪的中心轴线为近似2-8度的入射角进入磁分析仪。

在一些实施例中，磁分析仪可包括磁轭，并且生成的离子束可通过磁轭的开口进入磁分析仪。离子源和提取操纵器可构造为使得生成的离子束的至少近似90％通过磁轭的开口传输。

在一些实施例中，电极组件的一个或多个入口电极可布置在电极组件的第一侧。电极组件还可以包括布置在电极组件的与第一侧相对的第二侧的一对出口电极。一对出口电极可限定第二开口。一对出口电极可位于与第二开口的第一维度对准的第一平面的相对侧。电极组件还可以包括邻近一对出口电极的一对皮尔斯电极。该一对皮尔斯电极可位于与第二开口的第二维度对准的第二平面的相对侧。第二开口的第二维度可以垂直于第二开口的第一维度。一对皮尔斯电极可部分地限定从第一开口延伸到第二开口的第一离子束路径。一对皮尔斯电极中的每个皮尔斯电极可具有面向第一离子束路径的成角度的表面。每个皮尔斯电极的成角度的表面可以定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第一维度相对于所述第二平面形成近似40度与80度之间的角。

附图说明

图1A-B示出了根据各个实施例的离子植入系统。

图2示出了根据各个实施例的离子源、提取操纵器以及磁分析仪相对于离子束的y方向的剖视图。

图3A示出了根据各个实施例的电极组件的剖面二维视图。

图3B示出了根据各个实施例的电极组件的剖面三维立体图。

图4示出了根据各个实施例的电极组件的部分的成角度的上下立体图。

图5示出了根据各个实施例的皮尔斯电极的立体图。

图6A示出了根据各个实施例的离子束穿过具有皮尔斯电极的电极组件的部分的成角度的上下立体图。

图6B示出了根据各个实施例的在从具有皮尔斯电极的电极组件离开后离子束的离子束轮廓。

图7A示出了根据各个实施例的离子束穿过具有皮尔斯电极的电极组件的部分的成角度的上下立体图。

图7B示出了根据各个实施例的在离开具有皮尔斯电极的电极组件后离子束的离子束剖面。

图8示出了离子束穿过示范性的不具有皮尔斯电极的电极组件的部分的成角度的上下立体图。

图9示出了根据各个实施例的离子植入系统的工件支撑结构。

图10示出了根据各个实施例利用工件支撑结构实现的工件的线性扫描。

图11示出了根据各个实施例使用图1A-B的离子植入系统的离子植入工艺。

发明详述

下面的说明被提供以使本领域普通技术人员能够实现和利用各个实施方案。具体的系统、设备、方法和应用的说明仅作为实施例而提供。本文所描述的实施例的各种修改对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见，并且本文定义的一般原理可应用于其它实施例和应用，而不背离各个实施方案的主旨和范围。因此，各个实施方案不旨在限于本文所描述和显示的实施例，而是应与权利要求的范围一致。

在一个实施方案中，离子植入系统可以包括离子源、提取操纵器、磁分析仪和电极组件。提取操纵器可构造为通过从离子源提取离子而生成离子束。离子束的截面可以具有长维度以及与所述离子束的长维度正交的短维度。磁分析仪可构造为将离子束沿着平行于离子束的短维度的x方向聚焦。电极组件可构造为加速或减速离子束。电极组件的一个或多个入口电极可以限定第一开口，电极组件可相对于磁分析仪定位而使得随着离子束通过第一开口进入，离子束沿x方向收敛。构造系统而使得离子束在通过第一开口进入时收敛可以减少离子束通过电极组件的总体发散，这可以减少束的空间电荷吹气。这对于增加离子束通过电极组件的传输是期望的。在一些实施例中，离子源和提取操纵器可以相对于磁分析仪定位而使得生成的离子束以相对于磁分析仪的中心轴线成近似2-8度的入射角进入磁分析仪。该构造可以增加离开磁分析仪的离子束的焦距并且在离子束通过电极组件的第一开口进入时利于离子束的收敛。

在一些实施例中，电极组件还可以包括用于控制空间电荷效应的一对皮尔斯电极。该对皮尔斯电极可邻近电极组件的限定第二开口的一对出口电极。一对出口电极可位于与第二开口的第一维度对准的第一平面的相对侧。该对皮尔斯电极可以位于与第二开口的第二维度对准的第二平面的相对侧。第二开口的第二维度可垂直于第二开口的第一维度。该对皮尔斯电极可部分地限定从第一开口延伸到第二开口的第一离子束路径。一对皮尔斯电极中的每个皮尔斯电极可以具有面向第一离子束路径的成角度的表面。每个皮尔斯电极的成角度的表面可以定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第一维度相对于第二平面形成近似40度与80度之间的角。该对皮尔斯电极可构造为生成电场，随着离子束离开电极组件，该电场抵制离子束的发散。这对于减少离子束中的空间电荷效应是期望的。

常规地，皮尔斯电极可实现为提取电极以从电子源提取准直电子束。电子源可以包含超低能量电子池(例如，小于近似20eV)。在电子束提取期间，电势差可施加到提取电极与电子源之间以从电子源提取电子并且将电子加速到期望的能量。对于这种提取电极，可得到唯一的解决方案来确定提取电极的形状和位置。然而，该解决方案不能应用于实现于离子植入系统的电极组件中的皮尔斯电极。这是因为在离子植入中所使用的离子具有显著大于电子的质量-电荷比。此外，不同于电子束，离子植入系统的离子束可以包括具有不同质量的各种不同的离子品种。因此，在提取电子束时所使用的提取电极的形状和位置会不适当地实现于离子植入系统的电极组件中。事实上，在离子植入系统的电极组件中实现该提取电极会产生非期望的结果。

图1A-B示出了根据各个实施例的离子植入系统100。系统100可以包括离子源102以及用于产生离子束105的提取操纵器104。提取操纵器104可以从离子源102提取离子束105并且将离子束105引入磁分析仪108，在磁分析仪中，离子束105可按质量、电荷和能量进行过滤。离子束105可进一步被引导通过多极磁体110、电极组件106和多极磁体114以调节离子束105的能量、形状、方向、角度和均匀度。特别地，电极组件100可构造为调节离子束105的能量，从离子束105中去除中性品种，并且调节离子束105的尺寸、形状和均匀度。多极磁体110和114可构造为调节离子束105的均匀度、中心角和发散角。可变孔口组件112可位于多极磁体110与磁分析仪108之间。可变孔口组件可构造为调节离子束105的离子电流。系统100还可以包括工件支撑结构118，其可构造为将工件116定位在离子束105的路径中，从而使得离子植入工件116中。

离子源102可构造为生成期望品种的离子。例如，对于半导体器件制作，期望的离子品种可以包括硼，磷或砷(例如，B+，P+和As+)。在一些实施例中，离子源102可以包括Bernas源，Freeman源或间接加热的阴极源。离子源102可以包括弧室124，其可共组为接收来自一个或多个气体源(未示出)的一种或多种处理气体。离子源102可构造为通过一种或多种处理气体的电子电离而在弧室124内形成等离子体。在该实施例中，离子源102可以包括布置在弧室124内的阴极(未示出)。该阴极可以包括细丝，细丝可被加热而产生用于电离一种或多种处理气体的电子。该阴极可与电源(未示出)耦合，电源可以弧电压将阴极偏压而将来自阴极的电子加速到弧室124的侧壁。带能量的电子可以将弧室124中的一种或多种处理气体电离，从而在弧室124内形成等离子体。

离子源102可以包括在弧室124的一侧的面板136。面板136可以包括出口孔口126(例如，弧缝)，从离子源102提取的离子可通过该出口孔口离开弧室124。在该实施例中，出口孔口126可以是构造为形成带状离子束105的狭缝或狭槽。特别地，出口孔口126可以是细长的(例如，矩形或椭圆形)，具有长维度以及垂直于该长维度的短维度。例如，出口孔口126的长维度可以是近似70-150mm，而出口孔口的短维度可以近似3.0-5.5mm。如图1A-B所示，出口孔口126的边缘可以成锥形以形成利于离子束105的生成的尖边。在一些实施例中，尖边的末端可以为圆形以减少颗粒和小片的形成并且因此增加离子源寿命。特别地，圆形边缘的半径可以在近似0.2-0.8mm之间、0.4-0.8mm之间或者0.4-0.6mm之间。面板136可以与电源(未示出)耦合，以将面板136偏压，从而在离子源102与提取操纵器104之间产生电势差(例如，提取电压)从而生成离子束105。

提取操纵器104可包括抑制电极120和接地电极122。抑制电极120可构造为抵制电子反向流入离子源102。特别地，电源(未示出)可以与抑制电极120耦合以向抑制电极120施加抑制电压。接地电极122可以与接地电势耦合。应当认识到，在其它实施例中，提取操纵器104可以包括可利用一个或多个电源来偏压的附加电极。提取操纵器104可构造为通过从离子源102提取离子而产生离子束。特别地，适当的电压可以施加到面板136和接地电极122以产生面板136与接地电极122之间的电势差。生成的电势差可使得通过出口孔口126从弧室124提取离子并且通过接地电极122加速而产生离子束105。

离子束105的截面可具有长维度和与离子束105的长维度正交的短维度。离子束105的长维度可平行于离子束105的y方向，而离子束105的短维度可平行于离子束105的x方向。在图1A-B中，离子束105的x方向可以平行于图的平面且与离子束105的行进方向正交，而离子束105的y方向可与图的平面正交且与离子束105的行进方向正交。在一些实施例中，离子束105的长维度可以为离子束105的短维度至少两倍大。如图1A-B所示，离子束105可以在从提取操纵器104行进到磁分析仪108时沿x方向发散。此外，离子束105可沿着从提取操纵器104到磁分析仪108的直线轨迹被导向。

磁分析仪108可以包括磁轭107和绕着磁轭107的相对侧壁缠绕的电磁线圈109。磁轭107可以限定通道，离子束105通过该通道行进穿过磁分析仪108。离子束105可以通过磁轭107的第一开口111进入磁分析仪108并且通过磁轭107的第二开口113离开磁分析仪108。磁分析仪108可构造为产生磁场，该磁场使得离子束105沿特定方向(例如，x方向)偏转。在偏转的同时，离子束105中的离子会根据能量以及质量-电荷比进行过滤，使得仅仅具有期望能量和质量-电荷比的离子可以朝向工件116通过磁分析仪108。此外，产生的磁场可以沿着平行于离子束105的短维度的x方向聚焦离子束105。如图1A-B所示，离子束105可以在通过磁轭107的第一开口111进入磁分析仪108时沿x方向发散并且可由产生的磁场聚焦而在通过磁轭107的第二开口113离开磁分析仪108时沿x方向收敛。

在一些实施例中，离子源102和提取操纵器104可以相对于磁分析仪108定位，使得离子束105在开口111处与相对于磁分析仪108的中心轴线138的入射角进入磁分析仪。特别地，进入开口111的离子束105可以相对于中心轴线148朝向离子束105被磁场偏转的相同的方向成角度。例如，如图1A-B所示，离子束105可在以入射角140进入磁分析仪108时接近开口111的标记有“A”的一侧，而不是开口111的标记有“B”的一侧。如此，在离子束105进入开口111时，离子源105可以不垂直于磁分析仪108所产生的磁场。以这种方式引导离子束105进入磁分析仪108可以增加从磁分析仪108离开的离子束105的焦距，这可以增强束控制，防止束吹气，并且增加离子束105通过电极组件106的传输。

入射角140可以是指在开口111处离子束105的中心(描绘为图1A-B中的实线)与磁分析仪108的中心轴线138之间的角。中心轴线138可以等距地位于磁轭107的相对的内侧壁之间以及等距地位于磁轭107的上内壁和下内壁之间。在一些实施例中，离子束105的入射角140可以相对于与磁轭107的开口111对准的平面142来限定。平面142可以平行于磁轭107内由磁分析仪108所产生的磁场。此外，平面142可以在磁轭107的开口111处近似地与有效条纹磁场边界对准。在这些实施例中，入射角140可以是指在开口111处离子束105的中心与垂直于平面142的参考轴线之间的角。在一些实施例中，入射角140可以大于近似2度。在其它实施例中，入射角140可以为近似2-8度或者4-6度。

图2示出了根据各个实施例的离子源102、提取操纵器104和磁分析仪108相对于离子束105的y方向206的剖视图。为简化，线性地描绘出通过磁轭107的曲线的纵向路径。如图所示，离子束105可以在从离子源102行进到磁分析仪108时沿y方向206分开。在一些实施例中，离子源105可以具有在磁轭的开口111处大于近似2.5度的沿y方向的发散角。特别地，发散角可以为近似3.0-4.0度或者3.3-3.7度。此外，如图2所示，离子束105可以在其进入开口111时沿y方向206发散并且可以在行进通过磁轭107的通道时继续沿y方向发散。磁轭107可构造为允许这样的发散。特别地，通道的高度204可以沿着磁轭107的通道的长度增加。如图2所示，通道的高度204可以平行于离子束105的长维度。

在磁轭107的开口111处离子束105的长维度可取决于出口孔口126的长维度202以及离子束105的发散角。特别地，离子束105的长维度可以随着出口孔口126的较大的长维度202以及离子束105的较大的发散角而增加。在一些实施例中，离子源102和提取操纵器104可构造为使得离子束105的至少近似90％(或者在一些实施例中，至少近似95％)通过磁轭107的开口111传输。更特别地，出口孔口126的长维度202可以足够小(例如，小于近似100mm、70-90mm，75-85mm或者78-87mm)而使得离子束105的大的百分比(例如，至少近似90％或者至少近似95％)通过开口111被传输。具有过大的长维度的离子束105会导致离子束105的端部撞击到磁轭107且被磁轭107吸收。这会降低离子植入系统的效率。同时，离子束105的长维度可在开口111处足够大，使得离子束105的长维度大于工件支撑结构118中的工件的直径(例如，大于近似300mm)。这增加了吞吐量且改进了掺杂剂均匀度。在一些实施例中，出口孔口126的长维度202可构造为实现该传输。

返回参考图1A-B，磁分析仪108可构造为聚焦离子束105而使得离子束105在从磁分析仪108行进到电极组件106时持续地沿x方向收敛。特别地，磁分析仪108可沿着从开口113到电极组件106的直线路径引导离子束105。如图所示，磁分析仪108可以将离子束105沿着两个直线路径中的一个进行引导。参考图1A，磁分析仪108可以将离子束105沿着第一直线路径引导进入电极组件106的开口318使得离子束105沿着电极组件106的第一离子束路径(例如，离子束路径302，图3A所示)行进通过电极组件106。可替代地，如图1B所示，磁分析仪108可将离子束105沿着第二直线路径引入电极组件106的开口116，使得离子束105沿着电极组件106的第二离子束路径(例如，离子束路径304，如图3A所示)行进通过电极组件106。

电极组件106可包括构造为加速或减速离子束105的多个电极。电极组件106的一个或多个入口电极(例如，端子电极310)可以限定电极组件106的开口316和318。电极组件106可相对于磁分析仪108定位而使得随着离子束105通过开口316或318进入而使得离子束105继续沿x方向收敛。特别地，离子束105的焦点可以位于电极组件106内。离子束105的焦点可以是这样的点：在该点处，在从磁分析仪108收敛到电极组件106时，离子束105的短维度达到最小值。特别地，焦点可以是离子束105的短维度不再收敛的点以及此后离子束105的短维度开始发散的点。关于电极组件106的焦点的位置的附加描述将在下文参考图3A提供。

应当认识到，离子束105的焦点相对于电极组件106的位置可以主要地通过电极组件106相对于磁分析仪108的位置来掌控。特别地，离子束105的焦距以及因此焦点可以通过调节工艺条件而不显著改变。例如，调节磁分析仪108的磁场可以改变离子束105偏转的程度，但是不会显著地改变离子束105的焦距(以及因此焦点的位置)。另外地，改变离子源102与提取操纵器104之间的提取间隙可以仅略微改变离子束105的焦距。特别地，提取间隙的范围可以不足以将焦点从电极组件106的外部移到电极组件106的内部。利用提取间隙来显著地改变离子束105的焦距也是不期望的，因为其降低了与提取间隙相关联的束调谐能力。这会限制离子束105的能量和电流范围。在本实施例中，电极组件106可以相对于磁分析仪108定位，使得离子束105收敛到电极组件内的焦点，同时提取操纵器104处于中间位置(例如，在提取操纵器104可相对于离子源102移动的最近位置与最远位置之间的中间位置)。

相对于磁分析仪108定位电极组件106而使得离子束105的焦点在电极组件106的内部而不是外部(例如，在前面)是反直觉的，因为这增加了离子束105行进的长度，这会由于与残留气体相互作用而增加离子损失。然而，存在将焦点定位在电极组件106的内部相关联的非预期的优点。特别地，该构造减少了电极组件106内的空间电荷离子束吹气并且增加了离子束105通过电极组件106的传输(例如，增加近似30％)。这可以提高离子植入工艺的效率并且降低离子植入系统的所有者的成本。

如图1A-B所示，离子束105可被引导通过可变孔口组件112以及磁分析仪108与电极组件106之间的多极磁体110。可变孔口组件112可以包括限定可变孔口115的一个或多个可动板。可动板可以构造为调节可变孔口115的尺寸和形状。孔口的尺寸和形状可以限定离开可变孔口组件112的离子束105的尺寸和形状。此外，可变孔口组件112可以通过调节可变孔口115的尺寸来调节离子束105的离子电流。特别地，可变孔口115可以减小以限制通过可变孔口组件112传输的离子束105的离子电流。通过调节可变孔口的尺寸，可以在植入工艺之间快速地调节离子电流，从而提高吞吐量和生产率。在一些实施例中，可变孔口组件112可以构造为将离子束电流从近似50uA调节降至10uA(并且在一些实施例中，降至近似5uA)。这对于中等的电流离子植入应用尤其可取。可变孔口组件的另外的示范性的方面描述于美国专利8,198,610和8,669,539中，两者的全文均通过引用方式合并于此。

多极磁体110可以包括布置在铁磁支撑件上的线圈阵列。电能可供给到线圈阵列以产生邻接磁场。特别地，多极磁体110可以构造为使得电能可独立地供给单个的线圈。这可以使能调节在邻接磁场上的磁场梯度。因此，可以产生适合的非均匀磁场来调节离子束105的尺寸、形状、角度和/或均匀度。例如，可通过多极磁体110来产生适合的磁场以控制离子束105的尺寸和电流密度。在这样做时，多极磁体110可以构造为调节离子束105的形状及其空间均匀度。此外，在一些实施例中，多极磁体110可构造为产生可适合于调节离子束105的收敛或发散角(例如，在x方向或y方向上)的四极磁场。然而，应当认识到，多极磁体110可以不构造为实质上改变(例如，多于5mm)离子束105的焦点。特别地，多极磁体110可以不构造为将离子束105的焦点从电极组件106的外部转移到电极组件106的内部。此外，在一些实施例中，电极组件106可以相对于磁分析仪108定位而使得随着离子束105通过开口316或318进入而使得离子束105沿x方向收敛，而多极磁体110实质上不改变(例如，多于2度)离子束105的收敛或发散角。

在一些实施例中，多极磁体110可构造为沿着在如箭头130所指示的方向的轨道移动。这样，多极磁体110可定位成接收沿着上述两个直线路径中的每一个来自磁分析仪108的离子束105。例如，如图1A所示，当离子束105被沿着第一直线路径引导时，多极磁体110可定位成与电极组件106的开口318对准。可替代地，如图1B所示，当离子束105被沿着第二直线路径引导时，多极磁体110可定位成与电极组件106的开口316对准。

图3A示出了根据各个实施例的电极组件106的剖视图。图3B示出了根据各个实施例的电极组件106的立体图。电极组件106可以构造为加速和/或减速离子束以控制离子束的能量。如图3A所示，电极组件106可以包括离子束路径302和304，离子束可以沿着所述离子束路径横越电极组件106。离子束连接302和304可由电极组件106的多个电极限定。离子束路径302可以是从开口318延伸到开口320的曲线路径。离子束路径304可以是从开口316延伸到开口320的直线连接。开口316和318可由一个或多个端子电极310来限定。端子电极310也可以称为入口电极。在一些实施例中，开口316可以关于开口320对准，使得离子束路径304具有近似平行于水平基准平面350的笔直轨迹。开口316和318可以称为入口开口，而开口320可称为出口开口。应当认识到在其他实施例中，离子束连接302和304的形状和轨迹可以改变。

如图3A-B所示，电极组件106还可以包括一个或多个端子电极310以及一个或多个抑制电极324。端子电极310可以限定开口316和318的至少部分。抑制电极324可以邻近端子电极并且可以起到抵制离子束中的电子进入电极组件106的作用。例如，相对于端子电极310的电势的负电压可以施加到抑制电极324上以抵制电子进入开口316和318。在另一实施例中，相对于地电势的负电压可以施加到抑制电极324上以抵制开口320附近的出口区域处的电极沿上游行进通过电极组件106以及通过开口316和318朝向磁分析仪108。

电极组件106可以包括用于随着离子束沿着离子束路径302或304行进而操纵离子束的多个电极。在本实施例中，电极组件106的电极可构造为随着离子束沿着离子束路径302行进而使离子束减速。离子束可因此以初始能量进入开口318并且以低于初始能量的最终能量离开开口320。此外，在本实施例中，电极组件106的电极可构造为使离子束加速或允许离子束随着离子束沿离子束路径304行进而以恒定速率漂移。因此，离子束可以初始能量进入开口316并且可以等于或大于初始能量的最终能量离开320。应当认识到，在其他实施例中，电极组件106可构造为随着离子束沿着离子束路径302行进而使离子束加速或者随着离子束沿着离子束路径304行进而使离子束减速。

电极组件106可以包括至少部分地限定开口320的一对出口电极308。特别地，如图3A-B所示，出口电极308可以限定离子束路径302或304的邻近开口320的部分并且可以位于水平基准平面350的相对侧。水平基准平面350可以与开口320的第一维度326对准。第一维度326可由图3A中的符号X来表示。水平基准平面350和开口320的第一维度326可以均垂直于图3A中的图的平面。出口电极308可以是离子束在离开电极组件106之前所通过的电极组件106的最后一组电极。出口电极308可以与地电势耦合并且因此可以称为接地电极。虽然在本实施例中，电极组件106描绘为具有一对出口电极308，但是应当认识到，在其他实施例中，电极组件106可包括任意数量的出口电极。

电极组件106还可以包括一对皮尔斯电极306。如图3A-B所示，皮尔斯电极306可以邻近出口电极308定位。在一些实施例中，电极组件106可构造为使得出口电极308之间的区域基本上或者完全没有任何电场。更具体地，皮尔斯电极306与开口320之间的区域可基本上或者完全没有任何沿着平行于第一维度326的方向的电场。由于不存在任何电场，所以离子束在该区域中不受控制或操纵。结果，具有低能和高电流的离子束会更易于在该区域中的空间电荷效应影响。皮尔斯电极306可构造为减少该区域的空间电荷效应。特别地，皮尔斯电极306可至少部分地通过沿着离子束的边界生成适合的电场从而防止离子束发散来抵消空间电荷效应。如图3A-B所示，皮尔斯电极306可限定离子束路径302或304的邻近出口电极308的部分并且可以位于垂直基准平面340的相对侧。垂直基准平面340可以与第二开口320的第二维度328对准。第二维度328可以垂直于开口320的第一维度326。垂直基准平面340可以平行于图3A中的图的平面并且因此可以垂直于水平基准平面350。

为了有效地控制出口电极308之间的区域中的空间电荷效应，可能期望将皮尔斯电极306定位成紧靠近出口电极308。在一些实施例中，皮尔斯电极306可以邻近出口电极308定位而使得电极组件106的其他电极不定位在皮尔斯电极306与出口电极308之间。离子束可因此紧接在进入出口电极308之前通过皮尔斯电极306。在一些实施例中，皮尔斯电极306可以定位在基本上无电场的、与出口电极308相关联的区域与具有由电极组件106的其他电极(例如，电极314、315、322、323等)产生的电场的区域之间的边界处。在其他实施例中，皮尔斯电极306可以定位成尽可能接近出口电极308，同时仍保持足够的距离来防止当在出口电极308与皮尔斯电极306之间施加近似20kV的电势差使防止电弧或短路发生。在具体的实施例中，皮尔斯电极306可定位成距出口电极308在近似2毫米与5毫米之间。

如上所述，离子束路径302可以是曲线路径。具体地，离子束路径302可以具有“S形”轨迹。限定离子束路径302的一个或多个电极可以构造为偏转离子束而使得离子束顺着曲线的“S形”轨迹。在一些实施例中，电极组件106可以包括第一组电极，该第一组电极构造为随着离子束沿着离子束路径302从开口318行进到皮尔斯电极306而将离子束相对于水平基准平面350偏转第一量。第一组电极可布置在开口318与皮尔斯电极306之间。在该实施例中，第一组电极可以包括电极312、322、324和325中的至少两个。因此，电极312、322、324和325中的至少两个可起到将离子束相对于水平基准平面350偏转第一量而使得离子束从开口318向上朝向皮尔斯电极306定向的作用。应当认识到，在其他实施例中，第一组电极的形状、尺寸和位置可以改变。

在一些实施例中，电极组件106可进一步包括第二组电极，该第二组电极构造为随着离子束沿着离子束路径302从第一组电极行进到开口320而将离子束相对于水平基准平面305偏转第二量。第二组电极可以布置在第一组电极与开口320之间。特别地，第二组电极可以限定离子束路径302的位于第一组电极与开口320之间的部分。在本实施例中，第二组电极可以包括电极314、315、322和323中的至少两个。因此，电极314、315、322和323中的至少两个可以起到将离子束相对于水平基准平面350偏转第二量而使得离子束在离开开口320时基本上平行于水平基准平面350的作用。应当认识到，在其他实施例中，第二组电极的形状、尺寸和位置可以不同。另外地，应当意识到，在地电势下的出口电极308的形状会影响用于将离子束偏转第二量的电场，并且因此在其他实施例中，出口电极308的形状、尺寸和位置可以改变。

离子束路径302的“S形”轨迹可以有益于减少离子束中的能量污染。具体地，离子束中的中性品种可以具有比离子束中的离子高的能量，因为中性品种不受电极组件106中的电场影响并且因此不被电场减速。此外，离子束中的中性品种可不被第一组电极和第二组电极所产生的电场偏转并且因此可以沿着离子束路径302从离子束中滤除。因此，仅离子束中的离子可以沿着离子束路径302横越电极组件106，从而减少了离子束中的能量污染。

如上所述，电极组件106可以相对于磁分析仪108定位，而使得离子束在进入开口316或318时沿x方向收敛。离子束可以收敛到电极组件106内的焦点。焦点可以是磁分析仪108的出口与电极组件106的中间(例如，电极314与322之间或者电极322与325之间)的离子束的唯一焦点。电极组件106可以定位成使得焦点处于距开口318或316合适的距离处。定位电极组件106而使得焦点过于接近开口318或316会使得束过渡分散通过电极组件106，这减少了离子束通过电极组件106的传输。相反，定位电极组件106而使得焦点距开口318或316过远会导致在离子束进入开口318或316时离子束的短维度过大，这会导致在离子束进入开口318或316时离子束的边缘被截去，或者会增加离子束撞到一个或多个电极(例如，抑制电极324)的表面的可能性。这会减少离子束通过开口318或316的传输，或者通过第一组电极(例如，电极312、322、324和325)的传输。在一些实施例中，电极组件106可以适当地定位而使得焦点位于电极组件106内的离子束路径302或304上，距开口318或316的距离近似为10-50mm、20-40mm、10-30mm或者15-25mm。离子束的轨迹可以从316或318到焦点是直线的。在一些实施例中，焦点可以位于离子束路径302或304的由抑制电极324限定的部分处。在一些实施例中，开口316与离子束进入开口316的焦点之间的距离可以大于开口318与离子束进入开口318的焦点之间的距离。此外，在一些实施例中，离子束进入开口318的焦点可以沿着离子束路径302的布置在端子电极310与第一组电极(例如，电极312、322、324和325)之间的部分定位。

在一些实施例中，电极组件106可以构造为将带状离子束减速或加速。带状离子束可以是指具有细长截面的离子束，其中截面的第一维度(例如，长维度)可以大于截面的第二维度(例如，短维度)。截面的第一维度可以垂直于截面的第二维度。在一些实施例中，截面的第一维度可以至少为近似300mm。在这些实施例中，离子束可用于利用一维扫描工艺将离子植入工件中(例如，具有300mm的直径)，其中工件沿着平行于离子束的第二维度的方向平移横过离子束。在其它实施例中，截面的第一维度可以为至少近似150mm。在这些实施例中，离子束可用于利用二维扫描工艺将离子植入工件中(例如，具有300mm的直径)，其中工件沿着平行于离子束的第二维度的方向平移多次横过离子束。在沿平行于第二维度的方向每次通过离子束之间，工件可以沿着平行于离子束的第一维度的方向偏移预定距离。该预定距离可以显著小于离子束的截面的第一维度(例如，20mm)。

在一些实施例中，离子束路径302和304可以各自构造为允许带状离子束通过电极组件106。此外，在一些实施例中，开口320的第一维度326可以为开口320的第二维度328的至少两倍大。在一些实施例中，开口320的第一维度326可以为至少近似300mm。开口316和318可以类似地构造为开口320，其中开口316和318中的每一个可具有至少为第二维度两倍大的第一维度。

在一些实施例中，出口电极308和皮尔斯电极306可以构造为使得以其第一维度近似平行于水平基准平面350定向的带状离子束可以通过出口电极308与皮尔斯电极306之间。特别地，皮尔斯电极306之间的距离可以大于出口电极308之间的距离。在特定的实施例中，皮尔斯电极306之间的距离可以为出口电极308之间的距离的至少两倍大。此外，在一些实施例中，皮尔斯电极306之间的距离可以大于待植入工件的直径。在具体的实施例中，皮尔斯电极306之间的距离可以至少为近似300mm。

参考图3B，每个皮尔斯电极306可以包括朝向离子束路径302和304的成角度的表面338。成角度的表面338可以具有垂直于第二维度332的第一维度336。成角度表面338相对于离子束路径302和304的位置更清楚地描绘于图4中。图4示出了根据各个实施例的电极组件106的一部分的成角度的上下立体图。成角度的上下立体图可以对应于图3A所描绘的视角330。为简化，在图4中仅描绘了电极组件106的一部分。如图所示，皮尔斯电极306可以布置在离子束路径302和304的相对侧，每个皮尔斯电极的成角度的表面338朝向离子束路径302和304。每个皮尔斯电极306的成角度的表面338可以定位成使得离子束路径302和304在皮尔斯电极306之间朝向开口320逐渐地缩窄。此外，每个皮尔斯电极306的成角度的表面338可以定位成使得成角度的表面338的第一维度336与垂直基准平面340形成角p 414。角p414可称为皮尔斯角。在图4中，垂直基准平面340可以垂直于图的平面。皮尔斯角p 414可以使得能够通过皮尔斯电极306沿着离子束的边界产生适合的电场，以抵制离子束在出口电极308之间发散。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似40度与85度之间。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似60度与80度之间。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似65度与75度之间。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似50度与70度之间。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似45度与90度之间。在一些实施例中，皮尔斯角p 414可以在近似0度与90度之间。在具体的实施例中，皮尔斯角p 414可以为近似70度。

图5示出了根据各个实施例的皮尔斯电极306的立体图。在该实施例中，皮尔斯电极306可以具有梯形构造。成角度的表面338可以是具有第一维度336和第二维度332的矩形表面。第一维度336可以平行于皮尔斯电极306的边缘502，第二维度332可以平行于皮尔斯电极306的边缘504。第一维度336和第二维度332可以彼此正交。成角度的表面338可以关于表面406形成角b 408。表面406可以平行于离子束105的长维度或开口320的第一维度326。

虽然在本实施例中，皮尔斯电极306可以具有梯形构造，但是应当认识到，皮尔斯电极306的形状可以改变。例如，皮尔斯电极306可以包括任何具有定位成使得成角度的表面338的第一维度336关于垂直基准平面340形成皮尔斯角p 414的成角度表面338的构造。在一些实施例中，皮尔斯电极可以具有三角形构造。在其它实施例中，电极可以包括安装到支撑结构上的平面的成角度表面。平面的成角度表面可以类似于上述的成角度表面338定位。另外，应当理解的是成角度表面338的形状可以改变。例如，成角度表面338可以是圆形的、方形的或者不规则形状。此外，在一些实施例中，成角度表面338可以不是平面的。例如，在一些实施例中，成角度表面338可以是凹形的或凸形的。

返回参考图4，皮尔斯电极306可定位成使得每个皮尔斯电极的表面406与垂直基准平面340正交。如上所述，成角度表面338的第一维度336可以与垂直基准平面340形成皮尔斯角p 414。更确切地，第一维度336可以被外推以与垂直基准平面340交叉而形成皮尔斯角p 414。在一些实施例中，皮尔斯角p 414和角b 408之和可近似为90度。如图4所示，基准线406a平行于表面406且与垂直基准平面340正交。因此，基准线406a与外推的第一维度336之间的角a 416可等于角b 408。下面的等式可因此描述角a 416、皮尔斯角p 414和角b 408之间的关系：

a＝b (Eq.1)

a+p＝90° (Eq.2)

b＝90°-p (Eq.3)

因此，基于上述，角b 408可以是皮尔斯角p 414的函数。在一些实施例中，角b 408可以在近似5度与50度之间。在一些实施例中，角b 408可以在近似10度与30度之间。在一些实施例中，角b 408可以在近似15度与25度之间。在一些实施例中，角b 408可以在近似20度与40度之间。在一些实施例中，角b 408可以在近似0度与45度之间。在一些实施例中，角b408可以在近似0与90度之间。在具体的实施例中，角b 408可以为近似20度。

返回参考图3A-B，皮尔斯电极306可定位成使得每个皮尔斯电极306的成角度表面338的第二维度332关于水平基准平面350形成角334(图3A所示)。在一些实施例中，角334可以使得离子束路径302的位于皮尔斯电极306之间的部分近似垂直于成角度表面的第二维度332。因此，在离子束沿着离子束路径302穿过皮尔斯电极306之间时，离子束可以垂直于第二维度332。在一些实施例中，角334可以在近似35度与65度之间。在其它实施例中，角334可以在近似45度与55度之间。在又另外的实施例中，角334可以在近似50度与53度之间。

返回图6A，描绘了通过电极组件106的部分的离子束600的成角度的上下立体图。为简化，仅描绘了电极组件106的部分。图6A的立体图可以对应于图3A所描绘的视角330。如图所示，离子束600可以在穿过皮尔斯电极306与出口电极308之间时以及在离开开口320之后保持基本准直。此外，通过开口320离开的离子束600的束密度可以在离子束600的维度604上基本均匀。图6B示出了在离子束600离开开口320之后离子束600沿着维度604的离子束剖面606。如图6B所示，离子束剖面606可以基本上均匀，其中在离子束剖面606的左边缘区域610a、中央区域612和右边缘区域610b中的束密度基本上均等。在半导体制作中，利用具有均匀束密度的准直的离子束执行离子植入对于实现优良的掺杂剂均匀度和鲁棒的工艺可重复性是期望的。因此，离子束600可以适合于执行半导体制作中的离子植入。

在一些实施例中，参考图6A-B所描述的离子束600可以通过向皮尔斯电极306施加适合的电压以及将每个皮尔斯电极306的成角度表面338定位在适当的皮尔斯角p 414来实现。特别地，当施加了适合的电压并且每个皮尔斯电极306的成角度表面338定位在适合的皮尔斯角p 414时，皮尔斯电极306可以沿着离子束600的边界产生适合的电场以实现具有图6A所描绘的均匀束密度的准直的离子束600。施加到皮尔斯电极306上的电势可以在近似0.5kV与10kV之间，在1kV与8kV之间，或者在近似2kV与5kV之间。

现在转向图7A，描绘了通过电极组件106的部分的离子束700的成角度的上下立体图。如图6A所示，图7A的立体图可对应于图3A所描绘的视角330。如图所示，离子束700可以在通过皮尔斯电极306和出口电极308时以及在其离开开口320之后，保持基本准直。然而，在该实施例中，离开开口320的离子束700的束密度可以沿着离子束700的维度704为非均匀的。图7B示出了在离子束700离开开口320之后沿着维度704的离子束700的离子束剖面706。如图7B所示，离子束剖面706可以展现出非均匀“角状”轮廓，其中在离子束700的左边缘区域710a和右边缘区域710b中的束密度显著大于离子束700的中央区域712中的束密度。离子束700的差的束密度均匀度可以由施加到皮尔斯电极306上的不当电压和定位有每个皮尔斯电极306的成角度表面338的不当的皮尔斯角p 414中的至少一者引起。利用离子束700执行离子植入会导致差的掺杂剂均匀度和差的工艺控制。因此，离子束700可能不适合执行半导体制作中的离子植入。

现在转到图8，描绘了穿过电极组件860的电极806之间的离子束800的成角度的上下立体图。为简化，在图8中仅描绘了包括电极806、出口电极808和开口820的电极组件860的部分。除了电极组件860不包括皮尔斯电极306之外，电极组件860可以类似于电极组件106。相反，电极806可以取代皮尔斯电极306。垂直基准平面840可以类似于或等同于图3A、图4、图6A和图7所描述的垂直基准平面340。电极806可以类似地定位为皮尔斯电极306。然而，如图8所示，每个电极806的表面802可以不同于每个皮尔斯电极306的表面338形成。具体地，表面802的维度812可以近似平行于垂直基准平面840。换言之，维度812可以关于垂直基准平面840形成近似0度的角。此外，表面802关于表面810的角862可以为近似90度。

在一些实施例中，电极806可以不能够产生沿着离子束800的边界的适合的电场来充分抵制离子束800在出口电极808之间的发散。例如，如图8所示，通过电极806产生的电场能够使得离子束800变得略微不太发散。然而，通过电极806产生的电场可以不能够使得离子束800变得准直。特别地，如图8所示，离子束800可以在通过电极806之后继续在出口电极808之间发散。离子束800还可以在其离开开口820时显著地发散。结果，虽然离子束800可能适合于一些半导体制作工艺的离子植入，但是可能不适合于用于先进的下一代半导体器件的制作。此外，为了产生能够部分地抵制离子束800在出口电极808之间的发散的电场，需要将显著高的电势(例如，3-8kV)施加到电极806上。电极806与其它附近的电极(例如，电极314、315、308、322或325)之间的距离可因此大于电极806与皮尔斯电极306之间的距离，从而防止由于较高施加电势导致放电(例如，电弧)。

应当理解的是，电极组件106可以包括其它部件，并且上述一些部件可以是任选的。例如，在一些实施例中，电极组件106可以包括附加的或较少的电极。在其它实施例中，电极组件可以仅包括离子束路径302或304中的一个。此外，应当认识到电极组件106的包括皮尔斯电极306在内的电极可以与一个或多个电压源耦合。因此，电极组件106的电极可以利用一个或多个电压源来产生适合于沿着离子束路径302或304来操纵离子束的电场。特别地，电压源可用于对皮尔斯电极306施加电压以产生沿着离子束的边界的抵制离子束在出口电极308之间的发散的适合的电场。

返回参考图1A-B，从电极组件106离开的离子束105可以被引导通过多极磁体114。多极磁体114可类似于上述的多极磁体110。在一些实施例中，与多极磁体110相比，多极磁体114可以包括更少或额外的线圈。在一些实施例中，多极磁体114可构造为调节离子束105的形状、方向、焦点和/或均匀度。另外，多极磁体114可构造为使离子束105转向以在特点位置上撞击工件116的表面或者允许离子束105的其它位置调节。在其它实施例中，多极磁体114可构造为反复地偏转离子束105以扫描工件116，这可以是固定的或移动的。

将多极磁体114定位在电极组件106的下游可以有益于使得紧接在植入工件116之前更有效地调谐离子束105。特别地，离开电极组件106的离子束105的形状、方向、焦点和均匀度可以独立于电极组件106进行更精确地调节。例如，可利用多极磁体114来调节离子束105以更好地实现用于植入工件116的具有均匀电流密度的平行束(例如，在y方向和/或x方向上发散/收敛角近似为零)。具有均匀电流密度的平行束对于实现均匀的掺杂剂浓度和横过工件116的轮廓是期望的。在另一实施例中，离子束105可以利用多极磁体114来调节以实现用于植入工件116的发散束(例如，发散角在x方向和/或y方向上为近似2-20度之间)。发散束对于实现非平面的半导体衬底(例如，finFET)的更保形的植入是期望的。

工件支撑结构118可构造为将工件116定位在离开多个磁体115的离子束105的前方以使得离子植入工件116中。在一些实施例中，工件支撑结构118可构造为沿一个或多个方向平移。例如，工件支撑结构118可构造为使得工件116相对于离子束105移动以使离子束105横扫过工件116。更具体地，工件支撑结构118可构造为使工件116沿平行于离子束105的x维度的方向(例如，箭头132所描绘的)移动。此外，工件支撑结构118可构造为旋转工件116。工件支撑结构118可类似于或等同于下文参考图9所描述的工件支撑结构900。

图9示出了根据各个实施例的工件支撑结构900。工件支撑结构900可以包括构造为保持工件916的工件保持器902。工件916可以是衬底，诸如半导体晶片。在该实施例中，工件保持器902可以是构造为静电地夹持到工件916上的静电卡盘。应当意识到，在其它实施例中，工件保持器902可以实现其它夹持机构(例如，真空、机械等)来保持工件916。工件保持器902可构造为使工件916关于扭转轴线904旋转。例如，工件保持器902可以与扭转驱动机构耦合并且扭转电动机将工件保持器902(以及因此，工件916)相对于扭转轴线904旋转。工件保持器902可进一步构造为使得工件916绕球形枢轴918倾斜。如图9所示，工件保持器902可以与构造为沿箭头922，924所指示的方向移动的一个或多个致动器920耦合。一个或多个致动器920可以移动轴928，这会使得工件保持器902(以及因此工件916)关于球形枢轴918倾斜。特别地，一个或多个致动器920布置在扫描臂906的端部并且可以倾斜工件保持器902而不改变扫描臂906或基部908的位置。

工件保持器902可以经由扫描臂906与基部908耦合。扫描臂906和基部908可以构造为通过使得工件保持器902相对于扫描轴线912旋转而使工件保持器902(以及因此，工件916)沿着弓形路径平移。参考轴线926平行于离子束的y方向。随着扫描臂906和工件保持器902关于扫描轴线912旋转，扫描臂906的中心轴线可以位于关于基准轴线926的扫描角处。基部908可以构造为使得扫描臂906和工件保持器902关于倾斜轴线914旋转，从而使得工件916关于倾斜轴线914倾斜。特别地，基部908可以包括构造为使得扫描臂906和工件保持器902关于扫描轴线912以及关于倾斜轴线914旋转的驱动装置910。倾斜轴线914可以相对于扫描臂908的中心轴线对准。此外，倾斜轴线914可以与保持在工件保持器902上的工件916的中心930对准。将倾斜轴线914与工件916的中心930对准可以期望使得工件916相对于倾斜轴线914的倾斜角更易于控制。例如，工件916的中心930可以在工件916相对于倾斜轴线914的任意倾斜角保持不变。特别地，工件916相对于倾斜轴线914的倾斜角可以毫无意义地由扫描臂906关于倾斜轴线914旋转的角度来得到。

工件支撑结构900可用于线性地横过离子束扫描工件。特别地，工件支撑结构900可以沿离子束的x方向线性地扫描工件，使得工件的垂直轴线在扫描期间保持平行于离子束的y方向。例如，图10示出了根据各个示例利用工件支撑结构900实现的工件1008的线性扫描。如图所示，图10描绘了通过将扫描臂1006相对于扫描轴线1012旋转而沿着弓形路径1014扫描工件时在位置1022、1024和1026处的工件1008。在图10中，扫描轴线1012垂直于图的平面。离子束可以沿垂直于图的平面的方向在工件1008处被引导。随着工件1008沿着弓形路径1014扫描，工件1008可以相对于扭转轴1004旋转而使得工件1008的垂直轴线101保持平行于离子束的y方向1028。通过该方式，工件1008可以沿平行于离子束的x方向1030以及垂直于工件1008的垂直轴线1010的方向线性地扫描。在该实施例中，工件1008的垂直轴线1010与工件1008的中心和工件1008的基准槽口1020对准。在工件线性扫描期间，离子束相对于工件的线性速度可以在整个工件上是均匀的，这改善了在工件上的掺杂剂均匀度。

在一些实施例中，参考图9，通过将扫描臂906相对于倾斜轴线914旋转(以及进而旋转工件保持器902)，可以使得工件916倾斜。以此方式倾斜工件916可以允许离子束以不垂直于工件的表面的入射角撞击到工件916上。在一些实施例中，在倾斜工件916的同时，如上所述执行工件916的线性扫描，可以使得在线性扫描期间离子束的入射角在工件916上变化。在这些实施例中，工件支撑结构900的一个或多个致动器920可用于调节工件916的倾斜而使得在线性扫描期间离子束的入射角在工件916上是均匀的且恒定的。

在一些实施例中，工件支撑结构900可进一步构造为控制工件916的温度。例如，工件保持器902可构造为使加热的或冷却的气体流到工件116的背侧以控制工件916的温度。在其它实施例中，工件保持器902可以构造为利用来自流体换热器的流体来加热或冷却。工件保持器902可以构造为与工件916建立良好的热接触并且因此可以通过控制工件保持器902的温度来控制工件916的温度。在另外的其它实施例中，工件保持器902可以包括加热和冷却元件(例如，热电元件、电阻加热元件等)来控制工件916的温度。

工件支撑结构900以及利用工件支撑结构900来沿离子束的x方向线性地扫描工件而使得在扫描期间工件的垂直轴线保持平行于离子束的y方向的另外的示范性的方面描述于美国专利8,895,944和美国公开2014/0367587中，这两篇文献全文通过引用方式合并于本文中。

返回参考图1A-B，系统100还可以包括构造为在将工件116放置到工件支撑结构118上之前以及在完成了离子植入之后加热或冷却工件116的一个或多个加热和/或冷却模块(未示出)。例如，在高温离子植入工艺中，工件116可以从系统的负载锁定盒(未示出)转移到加热模块以将工件116预加热到期望的工艺温度。工件116随后可以从加热模块转移到工件支撑结构118以执行离子植入。加热模块可期望用于减少工件支撑结构118在开始离子植入之前使得工件116达到期望的处理温度所需的时间，这提高了系统100的吞吐量。在完成了离子植入时，工件116可以从工件支撑结构118转移到冷却模块以将工件116冷却降至环境温度。工件116可以随后返回到负载锁定盒中。加热和冷却模块的另外的示范性的方面描述于2015年1月13日提交的、名称为“Method and Ion Implanter for Low TemperatureImplantation(用于低温植入的方法和离子植入器)”的美国申请以及2015年1月28日提交的名称为“Ion Implanter and Method for Ion Implantation(离子植入器和用于离子植入的方法)”美国申请中，这两个申请全文通过引用方式合并于本文中。

系统100可以进一步包括至少两个负载锁(未示出)。每个负载锁可以构造为接受来自前开口通用容器(FOUP)的晶片。特别地，每个负载锁可构造为使得至少25个工件可以从FOUP转移到负载锁的盒。因此，来自第一标准FOUP的全部工件可以在将负载锁抽空至要求压力之前转移到第一负载锁内。来自第二标准FOUP的全部工件随后可以转移到第二负载锁并且在等待第一负载锁的工件的晶片被植入的同时并行地抽空至要求压力。该构造可期望用于实现系统100的高吞吐量(例如，每小时大于400个工件)。

应当认识到，工件116可以包括用于制造半导体器件、太阳能电池板或平板显示器的任何适合的衬底。在工件116包括半导体衬底(例如，硅、锗、砷化镓等)的实施例中，工件116可以包括至少部分地形成在其上的半导体器件。

此外，应当理解的是，可以对系统100做出适当的变化和改进。例如，系统100可以包括另外的部件，诸如用于操纵离子束105的另外的电极和磁体。此外，在一些实施例中，系统100可包括用于控制离子束105的电流的多于一个的可变开口组件。

图11示出了根据各个实施例的用于将离子植入工件的工艺1100。工艺1100可以利用离子束植入系统100来实现，如上文参考图1A－B锁描述的。下面同时参考图1A-B以及图11来描述工艺100。

在工艺1100的框1102中，可以产生离子束105。在一些实施例中，可利用离子源102和提取操纵器104来产生离子束105。利用离子源102和提取操纵器104产生离子束105可以包括由弧室124中的一种或多种工艺气体来形成等离子体以生成期望的离子品种。适当的电压可以施加到面板13、抑制电极120和地电极122上以在期望能级下从离子源102提取离子束105。例如，为了生成包括正离子的离子束105，相对于地的正电势可以施加到面板136上。另外，相对于地的负电势可以施加到抑制电极120上以抵制提取操纵器104下游的电子流入离子源102。

在一些实施例中，可生成具有细长带状截面的离子束105。例如，如上所述，离子束105的截面可以具有垂直于离子束105的短维度的长维度。在一些实施例中，在工件116处的离子束105的截面的长维度与短维度之比可以是至少3：1。在一些实施例中，在工件116处离子束105的长维度可以为至少300mm。

在一些实施例中，可生成离子束105而使得其在朝向磁分析仪108行进且进入磁分析仪108时沿x方向和/或y方向发散。特别地，离子束105可以具有沿y方向的大于近似2.5度的发散角。例如，发散角可以近似为3.0-40度或者近似3.3-3.7度。

在框1104中，离子束105可以入射角140被导向进入磁分析仪108。在一些实施例中，入射角140可以大于近似2度。在其它实施例中，入射角140可以为近似2-8度或者近似4-6度。在一些实施例中，磁分析仪108可构造为，随着离子束105进入磁分析仪108，沿x方向偏转离子束108并且离子束105可以相对于中心轴线138朝向x方向成角度。在离子束进入磁分析仪108时离子束105可以沿x方向发散并且可通过磁分析仪聚焦而使得其在离开磁分析仪108时沿x方向收敛。此外，离子束105可以在进入磁分析仪108时沿y方向发散并且随着其行进通过磁分析仪108且离开磁分析仪108而继续沿y方向发散。在一些实施例中，离子束105的至少近似90％(或者至少近似95％)的离子束可被传输通过磁分析仪的开口111。

在工艺1100的框1106处，离子束105可被引入电极组件106。特别地，磁分析仪108可以将离子束105沿着直线路径从磁分析仪108的开口113引导到电极组件106的一个开口316或318。离子束105可以在从磁分析仪108行进到电极组件106时继续沿x方向收敛。此外，在离子束106通过电极组件106的开口316或318进入时，离子束105可以在x方向上收敛。离子束105可以收敛到电极组件106内的焦点。焦点可以是磁分析仪108的出口与电极组件106的中间(例如，图3A中在电极314与322之间或者电极322与325之间)之间的离子束105的唯一焦点。焦点可以定位在距开口318或316的适当距离处。在一些实施例中，焦点可以在离子束路径302或304上，距开口318或316的距离近似为10-50mm，20-40mm，10-30mm或15-25mm。离子束105的轨迹可以从开口316或318到焦点是直线的。在一些实施例中，焦点可以位于离子束路径302或304的由抑制电极324限定的部分处。在一些实施例中，开口316与离子束进入开口316之间的焦点之间的距离可以大于开口318与离子束进入开口318的焦点之间的距离。此外，在一些实施例中，离子束进入开口318的焦点可以沿着离子束路径302的布置在端子电极310与第一组电极(例如，电极312、322、324和325)之间的部分定位。

在工艺1100的框1108中，可通过电极组件106来加速或减速离子束105。在一些实施例中，可以沿着离子束路径304通过电极组件106加速离子束105。在这些实施例中，离子束105可以初始能量通过开口316进入电极组件106，沿着离子束路径304加速，以及以大于初始能量的最终能量通过开口320离开电极组件106。在其它实施例中，可沿着离子束路径302通过电极组件106减速离子束105。在这些实施例中，离子束105可以初始能量通过开口318进入电极组件106，沿着离子束路径302减速，并且以低于初始能量的最终能量通过开口320离开电极组件106。

在离子束105包含正离子的实施例中，通过将负电势差施加到电极组件106上，可以通过电极组件106来加速离子束105。在一个实施例中，可通过将出口电极308与地电势耦合以及将相对于地电势的正电压施加到端子电极310上来施加负电势差。相反地，在离子束105包含正离子的实施例中，通过将正电势差施加到电极组件106上，可以通过电极组件106来减速离子束105。在一个实施例中，通过将出口电极308与地电势耦合以及将相对于地电势的负电压施加到端子电极310上，可以施加正电势差。

在离子束105通过电极组件106减速的实施例中，工艺1100可以包括偏转离子束105而使得离子束105顺着曲线离子束路径302通过电极组件106。在一些实施例中，参考图3A，随着离子束105沿着离子束路径302从开口318行进到皮尔斯电极106，离子束105可以相对于水平基准平面350偏转第一量。利用电极组件106的上述的第一组电极，离子束105可以偏转第一量。在一些实施例中，第一组电极可以包括电极组件306的电极312、322、324和325中的至少两个。此外，在一些实施例中，随着离子束105沿着离子束路径302从电极组件106的第一组电极行进到开口320，离子束105可以相对于水平基准平面350偏转第二量。可利用上述的电极组件106的第二组电极来将离子束105偏转第二量。在一些实施例中，第二组电极可以包括电极组件106的电极314、315、322和323中的至少两个。

在工艺1100的框1110中，电压可施加到皮尔斯电极306上。在离子束105沿着离子束路径302或304穿过电极组件106时，离子束105可以穿过皮尔斯电极106之间。在一些实施例中，参考图3A，在离子束105沿着离子束路径302穿过皮尔斯电极306时，离子束105可以近似垂直于每个皮尔斯电极306的成角度表面338的第二维度332。如上所述，皮尔斯电极306可以起到控制空间电荷效应并且因此抵制离子束105的空间电荷吹气的作用。当离子束105沿着离子束路径302减速且进入具有高电流和低能的出口电极308时，施加电压到皮尔斯电极306可以尤其可取。在一些实施例中，施加到皮尔斯电极306上的电压可使皮尔斯电极306沿着离子束105的边界产生电场以抵制离子束105在出口电极308之间的发散。结果，离子束105可以随着通过皮尔斯电极306之间朝向开口320而逐渐变得不太发散。这使得离子束105能够在通过出口电极308且离开电极组件106时保持准直。在一些实施例中，施加到皮尔斯电极306上的电压可以在近似0kV与10kV之间。在其它实施例中，施加到皮尔斯电极306上的电压可以在近似1kV与9kV之间。在其它另外的实施例中，施加到皮尔斯电极306上的电压可以在近似2kV与5kV之间。

在工艺1100的框1112中，工件316可以定位在离子束105中以将离子植入工件116。例如，工件116可以利用工件支撑结构118定位，使得离子束105撞到工件116上，从而使得离子植入工件116中。在一些实施例中，工件支撑结构118可以使得工件116相对于离子束105移动而使得离子束105横扫过工件116。特别地，如上文参考图9和图10所述，工件支撑结构118可以相对于离子束105沿x方向线性地扫描工件116。具体地，工件支撑结构118可以使得工件116沿平行于离子束105的x维度的方向(例如，箭头132所描绘)移动。工件116的扫描速度可以利用工件支撑结构118来控制以微调所植入的离子的剂量。此外，工件支撑结构118可以使工件116旋转以使离子能够均匀地植入工件116中。

工件116可以包括在半导体器件、太阳能面板或平板显示器的制造中使用的任何适合的衬底。在工件116包括半导体衬底(例如，硅、锗、砷化镓等)的实施例中，工件116可以包括至少部分地形成在其上面的半导体器件。此外，工件116可包括最上面的掩模层。掩模层可以包括光致抗蚀层或硬质掩模层(例如，氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，碳化硅，碳等)。

应当意识到，工艺1100中的一些框可以组合，一些框的顺序可以改变，并且一些框可以省去。此外，应当意识到，可以执行附加的框。例如，工艺1100可以包括利用多极磁体110和/或114产生磁场以使随着离子束105撞到工件116上离子束105沿x方向和/或y方向收敛或发散。收敛或发散离子束105可以有益于实现非平面器件(例如，finFET)的保形离子植入。产生收敛或发散离子束105来执行离子植入的附加的方面描述于2014年11月11日提交的、名称为“Method for Ion Implantation(用于离子植入的方法)”的台湾专利申请103138995以及2014年6月27日提价的、名称为“Ion Implanter(离子植入器)”的台湾专利申请103122293中，这两个申请的全文通过引用方式合并于本文中。

虽然上文提供了具体的部件、构造、特征和功能，本领域普通技术人员将意识到，可以使用其它变型例。另外，虽然表面上特征是与特定实施例相结合来描述的，本领域技术人员将认识到，所述的实施例的各个特征可以组合。而且，结合实施例所描述的方面可以独立。

虽然已经参考附图充分地描述了实施方案，应当注意的是，各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这种改变和修改应理解为包含在由随附权利要求书所限定的各个实施例的范围内。

Claims (40)

1.利用离子植入系统将离子植入工件的方法，所述离子植入系统包括离子源、提取操纵器、磁分析仪和电极组件，所述方法包括：

利用所述提取操纵器从所述离子源提取离子来生成离子束，其中所述离子束的截面具有长维度以及与所述离子束的长维度正交的短维度；

引导所述离子束通过所述磁分析仪，所述磁分析仪被配置为沿着与所述离子束的短维度平行的x方向聚焦离子束；

加速或减速所述离子束通过所述电极组件，其中所述电极组件的一个或多个入口电极限定了第一开口，其中所述电极组件相对于所述磁分析仪定位，使得随着所述离子束通过所述第一开口进入而使得所述离子束沿所述x方向收敛，并且其中所述离子束沿所述电极组件内定位的x方向在所述x方向上收敛至最小宽度；以及

将所述工件定位在所述离子束中以将离子植入所述工件中。

2.如权利要求1所述的方法，其中随着离子束从磁分析仪的出口行进到所述电极组件的入口电极，所述离子束持续地沿着所述x方向收敛。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述离子源和所述提取操纵器相对于所述磁分析仪定位，使得所生成的离子束以相对于所述磁分析仪的中心轴线为2-8度的入射角进入所述磁分析仪。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述磁分析仪被配置为使得离子束沿第一方向偏转，并且其中随着所述离子束进入所述磁分析仪所述离子束朝向所述第一方向关于所述磁分析仪的中心轴线成角度。

5.如权利要求1所述的方法，其中磁分析仪包括磁轭，并且所生成的离子束通过磁轭的开口进入所述磁分析仪，并且其中所述离子源和所述提取操纵器被构造为使得生成的离子束中的至少90％通过所述磁轭的开口传输。

6.如权利要求5所述的方法，其中随着所述离子束通过所述磁轭的开口进入所述离子束沿着平行于所述离子束的长维度的y方向发散，并且其中所述离子束沿所述y方向的发散角度在所述磁轭的开口处大于2.5度。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述电极组件的一个或多个入口电极布置在所述电极组件的第一侧，其中所述电极组件还包括：

一对出口电极，其布置在所述电极组件的与所述电极组件的第一侧相对的第二侧，所述一对出口电极限定了第二开口，其中所述一对出口电极定位在与所述第二开口的第一维度对准的第一平面的相对侧；以及

与所述一对出口电极相邻的一对皮尔斯电极，所述一对皮尔斯电极定位在与所述第二开口的第二维度对准的第二平面的相对侧，其中：

所述第二开口的第二维度垂直于所述第二开口的第一维度；

所述一对皮尔斯电极部分地限定了从第一开口延伸到第二开口的第一离子束路径；

所述一对皮尔斯电极中的每个皮尔斯电极具有朝向所述第一离子束路径的成角度的表面；以及

每个皮尔斯电极的成角度的表面定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第一维度相对于所述第二平面形成40度与80度之间的角度。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

对所述一对皮尔斯电极施加电压，其中所述一对皮尔斯电极生成沿着与所述一对皮尔斯电极邻近的离子束边界的电场以抵制所述离子束在所述一对出口电极之间的发散。

9.如权利要求8所述的方法，其中施加到所述一对皮尔斯电极上的电压在0.5kV与10kV之间，或者在-0.5kV与-10kV之间。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述一对皮尔斯电极构造为使得第一离子束路径在所述一对皮尔斯电极之间朝向所述第二开口逐渐地缩窄。

11.如权利要求7所述的方法，其中所述一对皮尔斯电极定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第二维度关于所述第一平面形成35度与65度之间的角度，并且其中所述成角度的表面的第二维度垂直于所述成角度的表面的第一维度。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述离子束随着所述离子束由最小宽度前进而沿所述x方向收敛。

13.用于将离子植入工件的离子束植入系统，所述系统包括：

离子源：

提取操纵器，其构造为通过从离子源提取离子来生成离子束，其中所述离子束的截面具有长维度以及与所述离子束的长维度正交的短维度；

磁分析仪，其配置为沿平行于所述离子束的短维度的x方向聚焦所述离子束；以及

电极组件，其构造为加速或减速所述离子束，其中所述电极组件的一个或多个入口电极限定第一开口，并且其中所述电极组件相对于所述磁分析仪定位而使得随着所述离子束通过所述第一开口进入而使得所述离子束沿所述x方向收敛并沿所述电极组件内的x方向在所述x方向上继续收敛至最小宽度。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述电极组件相对于所述磁分析仪定位而使得随着所述离子束从所述磁分析仪的出口行进到所述电极组件的所述一个或多个入口电极而使得所述离子束沿着所述x方向持续地收敛。

15.如权利要求13所述的系统，其中：

所述电极组件还包括构造为将所述离子束偏转的第一组电极；

所述一个或多个入口电极和所述第一组电极限定了所述电极组件中的第一离子束路径的第一部分；以及

所述电极组件相对于所述磁分析仪定位而使得所述离子束沿着所述第一离子束路径的第一部分收敛到焦点。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述离子束顺着从所述第一开口到所述焦点的直线轨迹。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述电极组件的出口电极限定了第二开口，并且所述第一离子束路径从所述第一开口通过所述电极组件延伸到所述第二开口。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述电极组件还包括构造为偏转所述离子束的第二组电极，所述第二组电极限定了所述第一组电极与所述第二开口之间的第一离子束路径的第二部分。

19.如权利要求15所述的系统，其中所述第一离子束路径具有S形轨迹。

20.如权利要求13所述的系统，还包括位于所述磁分析仪与所述电极组件之间的第一多极磁体。

21.如权利要求20所述的系统，还包括位于所述磁分析仪与所述第一多极磁体之间的可变孔口组件。

22.如权利要求20所述的系统，还包括：

工件支撑结构，其构造为将所述工件定位在所述离子束以将离子植入所述工件中；以及

第二多极磁体，其位于所述电极组件与所述工件支撑结构之间。

23.如权利要求13所述的系统，其中所述第一开口的长维度是所述第一开口的短维度的至少两倍长。

24.如权利要求13所述的系统，其中所述离子束随着所述离子束由最小宽度前进而沿所述x方向收敛。

25.用于将离子植入工件的离子束植入系统，所述系统包括：

离子源；

提取操纵器，其构造为通过从离子源提取离子来生成离子束，其中所述离子束的截面具有长维度以及与所述离子束的长维度正交的短维度；

磁分析仪，其配置为沿平行于所述离子束的短维度的x方向聚焦所述离子束，其中所述离子源和所述提取操纵器相对于所述磁分析仪定位而使得生成的离子束以相对于所述磁分析仪的中心轴线为2-8度的入射角进入所述磁分析仪；

电极组件，其构造为加速或减速所述离子束，所述电极组件的定位使所述离子束沿所述电极组件内定位的x方向在所述x方向上收敛至最小宽度；以及

工件支撑结构，其构造为将所述工件定位在所述离子束中以将离子植入所述工件。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述电极组件中的一个或多个入口电极限定第一开口，并且其中所述电极组件相对于所述磁分析仪定位而使得随着所述离子束通过第一开口进入所述离子束沿所述x方向收敛。

27.如权利要求 26所述的系统，其中所述电极组件相对于所述磁分析仪定位而使得所述离子束的焦点定位在所述电极组件内。

28.如权利要求25所述的系统，其中所述磁分析仪构造为沿第一方向偏转所述离子束，并且其中随着所述离子束进入所述磁分析仪，所述离子束相对于所述磁分析仪朝向所述第一方向成角度。

29.如权利要求25所述的系统，其中所述离子源包括弧室和面板，其中所述面板的出口孔口具有长维度和短维度，并且其中所述出口孔口的长维度小于100mm。

30.如权利要求25所述的系统，其中所述磁分析仪包括磁轭，并且生成的离子束通过磁轭的开口进入所述磁分析仪，并且其中所述离子源和所述提取操纵器构造为使得生成的离子束的至少90％通过磁轭的开口传输。

31.如权利要求30所述的系统，其中：

所述磁轭限定了通道，所述离子束穿过所述通道行进；

所述通道的高度沿着通道的长度增加；以及

所述通道的高度平行于所述离子束的长维度。

32.如权利要求25所述的系统，其中所述离子源和所述提取操纵器构造为使得随着所述离子束进入所述磁分析仪所生成的离子束沿平行于所述离子束的长维度的y方向发散，并且其中随着所述离子束进入所述磁分析仪，生成的离子束沿所述y方向的发散角大于2.5度。

33.用于将离子植入工件的离子束植入系统，所述系统包括：

离子源；

提取操纵器，其构造为通过从离子源提取离子而生成离子束，其中所述离子束的截面具有长维度以及与所述离子束的长维度正交的短维度；

电极组件，其构造为加速或减速所述离子束，所述电极组件的定位使所述离子束沿所述电极组件内定位的x方向在所述x方向上收敛至最小宽度，其中x方向平行于所述离子束的短维度，其中所述电极组件包括：

布置在所述电极组件的第一侧的一个或多个入口电极，所述一个或多个入口电极限定第一开口；

布置在所述电极组件的与所述第一侧相对的第二侧的一对出口电极，所述一对出口电极限定第二开口，其中所述一对出口电极位于与所述第二开口的第一维度对准的第一平面的相对侧；

一对皮尔斯电极，其邻近所述一对出口电极，所述一对皮尔斯电极位于与所述第二开口的第二维度对准的第二平面的相对侧，其中：

所述第二开口的第二维度垂直于所述第二开口的第一维度；

所述一对皮尔斯电极部分地限定从所述第一开口延伸到所述第二开口的第一离子束路径；

所述一对皮尔斯电极中的每一个皮尔斯电极均具有朝向所述第一离子束路径的成角度的表面；以及

每个皮尔斯电极的成角度的表面定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第一维度相对于所述第二平面形成40度与80度之间的角度；以及

工件支撑结构，其构造为将所述工件定位在所述离子束中以将离子植入所述工件。

34.如权利要求33所述的系统，其中所述一对皮尔斯电极定位成使得每个皮尔斯电极的成角度的表面的第二维度相对于所述第一平面形成35度与65度之间的角度，并且其中所述成角度的表面的第二维度垂直于所述成角度的表面的第一维度。

35.如权利要求33所述的系统，其中所述一对皮尔斯电极构造为使得所述第一离子束路径在所述一对皮尔斯电极之间朝向所述第二开口逐渐地缩窄。

36.如权利要求33所述的系统，其中所述第一离子束路径具有通过所述电极组件的S形轨迹。

37.如权利要求33所述的系统，其中所述电极组件还包括第一组电极，所述第一组电极构造为，随着所述离子束沿着第一离子束路径从所述一个或多个入口电极行进到所述一对皮尔斯电极，将所述离子束相对于所述第一平面偏转第一量。

38.如权利要求37所述的系统，其中所述电极组件还包括第二组电极，所述第二组电极构造为，随着所述离子束沿着所述第一离子束路径从所述第一组电极行进到所述一对出口电极，将所述离子束相对于所述第一平面偏转第二量。

39.如权利要求33所述的系统，其中所述一对皮尔斯电极构造为沿着所述离子束的边界施加电场，并且其中所述电场抵制所述离子束随着所述离子束在所述一对出口电极之间行进而发散。

40.如权利要求33所述的系统，其中所述一个或多个入口电极还限定第三开口，其中所述电极组件的第二离子束路径从所述第三开口延伸到所述第二开口，并且其中所述第三开口相对于所述第二开口对准，使得所述第二离子束路径具有平行于所述第一平面的笔直轨迹。