CN110678954B - 漂移模式和减速模式下具备束角控制的离子注入系统 - Google Patents

Abstract

一种离子注入系统具有形成离子束的离子源。质量分析器沿射束路径限定并改变经质量分析的射束。可动质量解析孔径组件具有解析孔径，响应于质量分析器改变射束路径而选择性改变该解析孔径的位置。定位的偏转减速元件选择性偏转射束路径并选择性使经质量分析的射束减速。控制器在漂移模式和减速模式下选择性操作离子注入系统。控制器在漂移模式下使经质量分析的射束沿第一路径穿过解析孔径而不会发生偏转或减速，而在减速模式下使射束沿第二路径偏转并减速。选择性改变解析孔径的位置是基于穿过质量分析器和偏转减速元件的射束路径变化。

Description

漂移模式和减速模式下具备束角控制的离子注入系统

相关申请

本申请要求申请日为2017年6月29日、申请号为US 15/637,538、名称为“IONIMPLANT SYSTEM HAVING BEAM ANGLE CONTROL IN DRIFT AND DECELERATION MODES”的美国申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及离子注入系统，更具体涉及在离子注入系统中对离子束进行束角调整的系统和方法。

背景技术

在半导体器件的制造中，使用离子注入将半导体掺杂有杂质或掺杂物。使用离子束注入机通过离子束来处理硅晶片，以便在集成电路的制造过程中产生n型或p型非本征材料掺杂或形成钝化层。当使用离子束注入机来掺杂半导体时，它注入选定的非本征粒种，以产生所需的半导体材料。注入由如锑、砷或磷等源材料生成的离子得出“n型”非本征材料晶片，而若需“p型”非本征材料晶片，则会注入如硼或铟等源材料所生成的离子。

典型的离子束注入机包括从可离子化的源材料生成带正电离子的离子源。所生成的离子形成射束并沿预定射束路径引导到注入站。离子束注入机可以包括在离子源与注入站之间延伸的射束成形与整形结构。射束成形与整形结构保持离子束并束缚细长的内腔或通道，射束途中经过该内腔或通道到达注入站。当操作注入机时，可将该通道排空，以便降低离子因与气体分子碰撞而偏离预定射束路径的概率。

磁场中给定动能的带电粒子的轨迹会因这些粒子质量(或荷质比)不同而有所不同。于是，分子量不理想的离子会偏转到远离离子束的位置，能够避免注入异于所需的材料，因此提取的离子束经过恒定磁场后到达半导体晶片或其他目标的预期区域的部分能够得到纯化。选择性分离具有预期和非预期的荷质比的离子的过程称为质量分析。质量分析器通常采用质量分析磁体创建偶极磁场，以经由弧形通道中的磁偏使离子束中的各种离子偏转，这会有效地分离出不同荷质比的离子。

对于某些离子注入系统而言，射束的物理尺寸小于目标工件，因此沿一个或多个方向扫描射束才能充分覆盖目标工件的表面。通常，基于静电或磁性的扫描器在快扫方向上扫描离子束，而机械设备则在慢扫方向上移动目标工件以提供充分的覆盖。

此后，将离子束引向保持目标工件的目标终端站。离子束内的离子注入到目标工件中，这就是离子注入。离子注入的一个重要特征在于，离子流以统一角度分布在目标工件(例如半导体晶片)的整个表面上。离子束的角量(angular content)通过垂直结构(例如光致抗蚀剂掩模或CMOS晶体管栅极)下的晶体沟道效应或遮蔽效应来定义注入特性。离子束的角度分布或角量不统一可能导致不受控制和/或非预期的注入特性。

实施偏转减速透镜时，有时使用角度校正，以防发生高能污染的风险。高能污染可视为具有非预期能量(通常高于预期能量)的离子含量，导致掺杂物不当地置于工件中，从而可能进一步造成器件性能不佳或甚至受损。

可使用射束诊断设备来测量离子束的角量。然后可采用测量数据来调整离子束的角度特性。但这些常规方法可能增大离子注入系统的复杂性，并且不理想地增长离子束行进路径的长度。

发明内容

下文介绍本发明的简要概述，以便提供对本发明某些方面的基本理解。发明内容并非对本发明的详细概述，其目的既非确定本发明重要或关键元素，亦非说明本发明的范围。确切而言，发明内容的目的在于以简化形式呈现发明构思，作为下文具体实施方式的序言。

本发明的各方面通过执行角度调整来促进离子注入，而无需向离子注入系统添加附加的组件。这些方面采用质量分析器在离子注入期间执行选定的角度调整，而不采用单独和/或附加的组件。

根据本发明的一示例性方面，提供一种离子注入系统，其中，离子源配置成形成离子束。提供质量分析器，其配置成从离子束中选择性分离具有预定荷质比的离子，其中沿射束路径限定经质量分析的射束。质量分析器进一步配置成选择性改变射束路径。

根据一个示例，提供可动质量解析孔径组件，其解析孔径配置成允许选定粒种的经质量分析的射束的从中穿过。可动质量解析孔径组件例如配置成响应于质量分析器选择性改变射束路径而选择性改变解析孔径的位置。

偏转减速元件例如进一步定位于可动质量解析孔径组件的下游。偏转减速元件例如配置成选择性改变从中穿过的射束路径，其中，该偏转减速元件进一步配置成选择性使经质量分析的射束减速。

根据本发明，进一步提供控制器，其配置成控制离子源、质量分析器、可动质量解析孔径组件和偏转减速元件，以在漂移模式和减速模式下选择性操作离子注入系统。例如，在漂移模式下，控制器配置成控制射束路径，以使经质量分析的射束沿第一路径穿过解析孔径而不经由偏转减速元件使经质量分析的射束偏转或减速。在减速模式下，控制器配置成控制射束路径以使经质量分析的射束沿第二路径穿过解析孔径并经由偏转减速元件使经质量分析的射束沿第二路径偏转并减速。第二路径不同于第一路径。更进一步，控制器选择性改变解析孔径的位置是基于选择性改变穿过质量分析器和偏转减速元件的射束路径。

在另一例中，所述离子注入系统进一步包括角度测量系统，其配置成确定接近工件的射束入射角。控制器例如进一步配置成基于射束入射角而修正与质量分析器相关联的磁场，其中选择性改变射束路径。在另一例中，控制器进一步配置成基于射束入射角而改变解析孔径的位置，其中选择性改变射束路径。角度测量系统例如包括测量杯，其配置成平移经过射束路径并在多个位置测量多个射束入射角。本发明还揭示了其他系统和方法。

上述发明内容仅旨在简要概述本发明某些实施方案的某些特征，而其他实施方案可以包括相比前述内容附加和/或不同的功能。本发明内容尤其不应解释为限制本申请的范围。故本发明达成上述相关目的的解决方案包括下文描述并特别在权利要求中指出的特征。下述内容及附图具体阐明本发明的某些说明性实施方案。但这些实施方案指明各种方式中可运用本发明原理的几种方式。结合附图，参阅下文的具体实施方式，本发明的其他方面、优点及新颖性特征将显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明一方面的示例性离子注入系统。

图2是示出根据本发明一方面采用质量分析器进行质量分析和角度校正的离子注入系统的图示。

图3A是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的视图，其中离子束沿基本路径或标称路径行进。

图3B是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的视图，其中离子束沿修正路径行进。

图3C是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的另一视图，其中离子束沿修正路径行进。

图4是根据本发明一方面的可动质量解析孔径组件的侧视图。

图5是根据本发明一方面的一种调整注入角度的方法的流程图。

图6是根据本发明一方面的另一种调整注入角度的方法的流程图。

图7示出一种用于控制离子注入系统的示例性基于处理器的系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供的离子注入采用质量分析器、可动质量解析孔径和测量系统，以在通过控制器进行质量分析之外还执行角度校正/调整。结果，能够对注入角度执行角度校正，而无需沿束线附加组件。

据此，现参照附图对本发明予以阐述，其中相同的附图标记通篇可指相同的元素。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限定目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。另外，本发明的范围不应受到下文参照附图所述的实施方案或实施例的限制，而仅受所附权利要求书及其等同变化的限制。

还应指出，附图用于说明本发明实施方案的某些方面，由此应视为仅供示意性说明。特定而言，根据本发明的实施方案，附图中所示的元素不一定互成比例绘制，将附图中各元素的布置选为可清楚理解相应的实施方案，不得理解为必然表示实施中各组件的实际相对位置。此外，本文所描述的各种实施方案和范例的特征可互相组合，除非另作特别注明。

还应理解，在下文描述中，图中所示或文中所述的功能模块、装置、组件、电路元件或其他实际部件或功能部件之间的任何直接连接或耦接亦可通过间接连接或耦接来实施。此外，应当领会，图中所示的功能块或单元可在一实施方案中作为个别特征或电路，并且亦可或替选地在另一实施方案中完全地或部分实施为共同特征或电路中。举例而言，几个功能模块可作为在共同处理器(如信号处理器)上运行的软件形式实施。还应理解，若非另作相反规定，则在下文说明书中基于导线所述的任何连接亦可作为无线通信形式实施。

图1示出根据本发明一方面的示例性离子注入系统100。该离子注入系统100旨在说明目的，应当领会，本发明各方面不仅限于所述的离子注入系统，亦可采用其他适当的不同配置的离子注入系统。

离子注入系统100具有终端102、束线组件104及终端站106。终端102包括由高压电源供应器110供电的离子源108，该离子源108产生离子束112并将其导向束线组件104。离子源108生成带电离子，将这些离子引出并形成离子束112，该离子束112在束线组件104中沿射束路径114导向终端站106。

为生成离子，待离子化的掺杂材料气体(未示出)位于离子源108的生成室116内。例如可从气源(未示出)向生成室116输入掺杂气。除高压电源供应器110之外，应当领会，任何数量的适当机构(未示出)均可用于在离子生成室116内激发自由离子，诸如RF或微波激励源、电子束注入源、电磁源和/或例如在舱室内产生电弧放电的阴极。激发的电子与掺杂气分子碰撞并由此生成离子。典型地，生成阳离子，然而在本文适用的系统中，同样也可生成阴离子。

在本例中，可由离子引出组件120可控制地通过生成室116的孔径118引出离子。离子引出组件120例如包括多个引出和/或抑制电极122。引出组件120可例如包括单独的引出电源供应器(未示出)，以对引出和/或抑制电极122施加偏压，从而加速由生成室116引出离子。应当领会，由于离子束112包括相似带电粒子，在相似带电粒子互相排斥时，离子束可能趋于爆炸或径向向外爆炸。亦可领会，在低能量、高电流(高导流系数)的射束中，离子束爆炸会加剧，其中许多相似带电粒子(例如高电流)在同一方向上移动相对较慢(例如低能量)，从而粒子间存在极大的排斥力，但粒子动量很小，无法使粒子沿射束路径方向移动。据此，引出组件120大体上配置成以高能量提取离子束112，使得离子束不会爆炸(例如，使得粒子的动量足以克服可能导致束炸的排斥力)。此外，在本例中，离子束112大体上以相对较高能量在整个系统传输并刚好在注入工件124之前降低能量，从而促进射束容纳性。

束线组件104例如包括射束引导件126、质量分析器128、扫描系统130和平行化器132。当利用笔尖状或点状离子束进行注入时，例如可以排除或不激活扫描系统130和平行化器132。质量分析器128例如对离子束112执行质量分析和角度校正/调整。在本例中，质量分析器128约成90度角并包括一个或多个磁体(未示出)，磁体用于在其中建立(偶极)磁场。随着离子束112进入质量分析器128，经由磁场而相应弯曲，从而荷质比(charge-to-massratio)不当的离子不获接纳。更具体而言，荷质比过大或过小的离子被偏转到质量分析器128的侧壁134。通过这种方式，质量分析器128允许离子束112中具有预期荷质比的那些粒种的离子从中穿过以限定经质量分析的离子束135，并通过可动质量解析孔径组件138的解析孔径136射出。

质量分析器128可例如通过控制或调整偶极磁场的振幅而对离子束112执行角度校正。这样调整磁场会促使具有预期/选定荷质比的选定离子沿不同或经修正的射束路径行进(例如射束路径114A、114B所示)。结果，可动质量解析孔径组件138可根据修正的射束路径114A、114B来控制并改变解析孔径136的位置。在一例中，可动质量解析孔径组件138包括孔径板142，该孔径板142可经由致动器144绕x方向移动，以致容纳通过解析孔径136修正的射束路径114A、114B。质量分析器128和可动质量解析孔径组件138允许改变磁场并获得修正的射束路径114A、114B，同时使离子注入系统100保持适当的质量解析率。据此，本发明的可动质量解析孔径组件138配置成响应于质量分析器128选择性改变射束路径114而选择性改变解析孔径136的位置(由箭头145指示)。

应当领会，离子束与系统100中的其他粒子碰撞可能降低离子束112的完整性。据此，可以包括一个或多个泵(未示出)，用以至少抽空射束引导件126和质量分析器128。

扫描系统130例如包括磁性扫描元件146以及聚焦和/或转向元件148。各自的电源供应器(未示出)可操作性耦接至扫描元件146和聚焦转向元件148，更具体耦接至位于其中的各电磁体150和电极152。聚焦转向元件148例如接收轮廓相对较窄的经质量分析的离子束135(例如所示离子注入系统100中的“笔尖状”射束)。施加于电极152的电压操作成将经质量分析的射束135聚焦并转向扫描元件146的扫描顶点154。于是，在本例中，施加于电磁体150的电压波形往复扫描经质量分析的射束，以限定经扫描射束156。应当领会，扫描顶点154能够定义为光路中的一点，经扫描元件146扫描之后的射束的每一小射束或经扫描的部分似乎均源自该点。

然后，经扫描的射束156穿过平行化器132(例如，平行化器/校正器组件)，其在本示例中包括两个偶极磁体158A、158B。偶极磁体158A、158B例如基本上呈梯形并取向成互成镜像映射，以使经扫描射束156转弯成基本上S形状。换言之，偶极磁体158A、158B具有相同的角度和半径以及相反的曲率方向。

平行化器132例如促使经扫描射束156修正其射束路径114C，从而经质量分析的射束135不考虑扫描角度而平行于束轴行进。结果，注入角度在工件124上相对均匀。在一例中，一个或多个平行化器132也充当偏转部件，使得平行化器上游生成的中性粒子将不遵循标称路径，因此降低它们到达终端站106和工件124的概率。

在本例中，一个或多个偏转减速元件160位于平行化器132的下游。离子束112、135大体上以较高能量水平一直传输至离子注入系统100中的这一点，以缓解射束爆炸的倾向，如在扫描顶点154处射束密度升高的情况下，射束爆炸倾向尤高。一个或多个偏转减速元件160例如包括一个或多个电极162，其可操作成使经质量分析的射束135减速和/或偏转。

应当领会，一个或多个偏转减速元件160可以包括任何适当数量的电极，这些电极被布置并偏压成加速和/或减速离子以及聚焦、转弯、偏转、收敛、发散、扫描、平行化和/或净化离子束112、135，如参阅授予Rathmell等人的美国专利US 6,777,696，其全部内容通过引用并入本文。

此外，聚焦和/或转向元件148可以包括静电偏转板(例如一对或多对静电偏转板)以及单透镜(Einzel lens)、四极子和/或其他聚焦元件以使离子束聚焦。因此，平行化器132连同一个或多个偏转减速元件160一起充当偏转器，以减少能量污染。应当领会，也可以在其他方向上实施其他偏转过滤器。例如，图1中的一个或多个偏转减速元件160将经质量分析的射束135偏转到y方向上以提高注入物的能量纯度。

根据本发明一示例性方面，提供偏转减速元件160，其配置成为质量分析器128下游的经质量分析的射束135提供选择性减速，以选择性提供离子注入系统的减速后和漂移操作模式。在减速后模式下，例如，设置减速后电极162，以在质量分析器128之后，选择性降低经质量分析的射束135的能量。在漂移模式下，例如，在质量分析器128之后，经质量分析的射束135的能量不变。

根据本发明的各例，如上所述，质量分析器128配置成选择性改变射束路径114，由此可动质量解析孔径组件138可以响应于质量分析器128选择性改变射束路径114而使解析孔径136平移。另外，定位于可动质量解析孔径组件138下游的偏转减速元件160配置成随着经质量分析的射束从中穿过而选择性改变射束路径114并且选择性使经质量分析的射束减速。但应当指出，偏转减速元件160同样可以不通电，由此经质量分析的射束135从中穿过而不偏转或减速，如在漂移模式下操作离子注入系统时。

然后，终端站106接收指向工件124的经质量分析的射束135。应当领会，在离子注入系统100中可以采用不同类型的终端站106。例如，“分批型”终端站可同时支承旋转支撑结构上的多个工件124，其中工件旋转经过离子束112的路径114，直至全部工件已被完全注入。另一方面，“串列型”终端站沿注入的射束路径114支承单个工件124，其中以串列方式每次一个地注入多个工件，每一工件被完全注入之后才开始对下一工件的注入。在混合系统中，可在第一(Y或慢扫)方向机械转换工件124，而在第二(X或快扫)方向扫描射束，以使离子束112、135传过整个工件。

在图1的示例中，终端站106是沿注入的射束路径114支承单个工件的“串列型”终端站。剂量测定系统(dosimetry system)164可以进一步包括在邻近工件124位置的终端站106中，用于在注入操作前校准测量。在校准期间，离子束112、135穿过剂量测定系统164。剂量测定系统164包括一个或多个轮廓仪166，该轮廓仪166可以静止或连续横越轮廓仪路径168，由此测量离子束112、135(例如经扫描或未扫描的点状或笔尖状射束)的轮廓。

在本例中，一个或多个轮廓仪166可以包括电流密度传感器，如法拉第杯或测量杯，其测量经扫描射束的电流密度，其中电流密度作为注入角度(例如，离子束112、135与工件124的机械表面之间的相对取向和/或离子束与工件的晶体晶格结构之间的相对取向)的函数。一个或多个轮廓仪166大体上以正交于经扫描射束156的方式移动，因而大体上横跨带状射束的宽度。在一例中，剂量测定系统164配置成测量或以其他方式确定离子束112、135的射束密度分布和角度分布。

根据本发明，进一步提供控制器170(又称控制系统)，由此该控制器配置成控制离子注入系统100并通信到和/或调整离子源108、质量分析器128、可动质量解析孔径组件138和偏转减速元件160。据此，如上所述，控制器170配置成在漂移模式和减速模式下选择性操作离子注入系统100。控制器170可以进一步配置成控制扫描系统130、平行化器132和剂量测定系统164的孔径。控制系统170可以包括计算机、微处理器等，并且可以操作成采取射束特征的测量值并相应调整参数。

控制器170例如可耦接至与自其生成离子束的终端102相关联的各种电源供应器或其他控制设备(未示出)以及束线组件104的质量分析器128、扫描元件146、聚焦转向元件148、平行化器132和偏转减速元件160。据此，控制器170可调整这些元件中的任一元件，以促进预期的离子注入。例如，离子束112、135的能量水平可以调配成通过调整施加于离子引出组件120和偏转减速元件160中电极的偏压来调整结深。

例如，可调整在质量分析器128中产生的磁场的强度和取向，如通过调节流经其中磁场绕组的电流量来修正离子束112、135的荷质比。通过协同可动质量解析孔径组件138来调整质量分析器128中所产生的磁场的强度或振幅，可控制注入角度。在本例中，控制器170可根据来自一个或多个轮廓仪166的测量数据而调整质量分析器128的磁场和孔径板142的位置145(例如通过控制致动器144)。视需要，控制器170例如可进一步经由附加测量数据来验证调整并经由质量分析器128、可动质量解析孔径组件138和偏转减速元件160来执行附加调整。

图2是示出根据本发明一方面采用质量分析器进行质量分析和角度校正的简化离子注入系统200的图示。举例而言，提供离子注入系统200，应当领会，本发明的替选方面可以采用其他变型方案和配置。

离子注入系统200包括生成离子束204的离子源202、质量分析器206、可动质量解析孔径组件208、致动器210、控制器212(例如控制系统)和角度测量系统214。离子源202可为基于电弧的源、基于RF的源、基于电子枪的源等，并且沿着具有为注入选定掺杂剂或离子粒种的射束路径216产生离子束204。离子源202为离子束204提供初始能量和电流。

质量分析器206位于离子源202的下游并对离子束204执行质量分析和初始角度校正。质量分析器206产生磁场，该磁场促使具有选定荷质比的粒子/离子沿预期路径行进。还可调整磁场适应角度校正以修正预期路径而获得角度校正或调整。

四极透镜或其他聚焦机构218可定位于质量分析器206的下游，用以补偿或减轻离子束204的束炸影响。例如，聚焦机构218可定位于质量分析器206的下游和可动质量解析孔径组件208的上游，从而促使离子束204收敛。

可动质量解析孔径组件208定位于质量分析器206的下游。可动质量解析孔径组件208例如包括离子束204从中穿过的解析孔径220。孔径220允许选定的掺杂剂/粒种从中穿过，同时防止其他粒子通过。此外，可动质量解析孔径组件208可沿横向于离子束204的路径216的轴线移动。这就允许可动质量解析孔径组件208响应于离子束204穿过质量分析器206的预期路径216变化而移动。致动器210使可动质量解析孔径组件208机械移动，使得解析孔径220与离子束204的路径216重合，这对应于质量分析器206执行的角度调整。在本发明其他方面，致动器210还可选择其他解析组件以适应其他解析率和/或其他尺寸的射束，如下所述。

根据一例，解析孔径220的尺寸设定成容纳离子束204的束包络。但在替代方面，解析孔径220的尺寸可设定成跨可能的射束路径216范围容纳束包络。

控制器212负责在离子注入期间控制并启动角度调整以及控制质量分析。控制器212例如耦接至质量分析器206和致动器210并控制这两个部件。角度测量系统214例如测量离子束204的入射角值并确定所需的调整角度。角度测量系统214例如可采用测量杯(例如法拉第杯)或其他适当的测量装置来获得测量的入射角值。此外，角度测量系统214可导出或测得离子束204的平均入射角值。然后，角度测量系统214例如基于测得或导出的入射角值以及预期或选定的入射角值将调整角度或校正值提供给控制器212。

最初，控制器212将质量分析器206的磁场置为标称角度值或基本角度值(如置零)以及选定荷质比。此外，控制器212将解析孔径220的初始位置置为与基本角度值相关联的标称路径222重合。在注入期间，可从角度测量系统214接收非零的调整角度。基于该调整角度，控制器212调整质量分析器206的磁场，使得具有选定荷质比的选定粒种沿着对应于该调整角度的修正路径224行进。此外，控制器212还根据修正路径224经由致动器210来调整解析孔径220的位置。此后，角度测量系统214可提供附加的调整角度，以供进一步调整注入角度。

根据本发明一例，在漂移模式下执行离子注入系统200的这种控制，控制器212配置成控制射束路径216，以使离子束204沿第一路径226穿过解析孔径220而不会经由偏转减速元件230使经质量分析的射束偏转或减速。但在减速模式下，控制器212配置成控制射束路径216，以使离子束204沿第二路径228穿过解析孔径和偏转减速元件230，并经由该偏转减速元件使经质量分析的射束沿第二路径偏转并减速。据此，第二路径228与第一路径226不同，从而选择性改变解析孔径220的位置进一步基于选择性改变穿过质量分析器206和偏转减速元件230的射束路径。

根据一例，控制器212配置成基于在减速模式下选择性减速经质量分析的射束而改变解析孔径220的位置。根据另一例，角度测量系统214配置成确定接近工件232的射束入射角。因此，控制器212进一步配置成基于射束入射角来改变与质量分析器206相关联的磁场，其中选择性改变射束路径。据此，解析孔径220、质量分析器206和偏转减速元件230经由控制器212而彼此操作性耦接，由此解析孔径220、质量分析器206和偏转减速元件230可以配置成响应于离子束204经过质量分析器206的预期路径的变化。角度测量系统214与解析孔径220、质量分析器206和偏转减速元件230协同操作，以将射束路径更改为预期的射束入射角，从而在减速模式或漂移模式下最佳地执行选择性离子注入到工件232中。

图3A至3C是离子注入的部分视图，用来说明根据本发明一方面的修正射束路径和角度调整。这些视图是出于说明性目的并作为示例，以便有助于对本发明的理解。

图3A是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的视图301，其中离子束沿基本路径或标称路径320行进。

质量分析器306位于离子源(未示出)的下游并对离子束执行质量分析和角度校正。质量分析器306产生磁场，该磁场促使具有选定荷质比的粒子/离子沿预期路径行进。还可调整磁场适应角度校正以修正预期路径而获得角度校正或调整。在本例中，离子束沿着与选定荷质比以及标称或零角度调整相关联的基本或标称路径320行进。在质量分析器306的下游可采用聚焦机构(未示出)，用以补偿或减轻离子束爆炸对离子束的影响。

可动质量解析孔径组件310定位于透镜的下游。可动质量解析孔径组件310包括离子束从中穿过的解析孔径312。孔径312允许选定的掺杂剂/粒种从中穿过，同时防止其他粒子通过。此外，可动质量解析孔径组件310可沿横向于离子束的路径的轴线移动。

对于标称路径320，可动质量解析孔径组件310置于标称位置，使得离子束可穿过解析孔径312，同时阻止其他粒子从中穿过。

图3B是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的视图302，其中离子束沿修正路径322行进。

质量分析器306从如图3A所示的场产生变化场，以便修正离子束的路径。在一例中，质量分析器306增大所产生磁场的幅值。结果，离子束沿修正路径322而非标称路径320行进。修正路径322对应于第一角度调整或偏移。修正路径322穿过透镜并朝向可动质量解析孔径组件310。在视图302中，例如，可动质量解析孔径组件310沿正方向移动，以便解析孔径312允许离子束沿修正路径322从中穿过。类似地，图3C是根据本发明一方面的离子注入系统的一部分的另一视图303，其中离子束沿修正路径324行进。

同样，质量分析器306从如图3A和图3B所示的场产生变化场，以便修正离子束的路径。在一例中，质量分析器306减小所产生磁场的幅值。结果，离子束沿修正路径324而非标称路径320行进。修正路径324对应于第二角度调整或偏移。修正路径324穿过透镜并朝向可动质量解析孔径组件310。在本例中，可动质量解析孔径组件310沿负方向定位，以便解析孔径312允许离子束沿修正路径324从中穿过，同时阻挡未选择的粒种和不需要的粒子。

如上所述，可动解析孔径组件包括离子束行进经过的解析孔径。解析孔径的形状和尺寸大体上取决于质量解析率以及所需离子束的尺寸和形状(又称束包络)。更大的解析孔径会得出更低的射束解析率，因为更多不需要的粒子和离子可能穿过该孔径。类似地，更小的解析孔径得出更大的射束解析率，因为更少不想要的粒子和离子可能穿过该孔径。然而，更高的解析率也能防止更多的选定或预期粒种穿过解析孔径，从而导致不理想的束电流损失。因此，通常根据期望的质量解析率和束包络来设定解析孔径的尺寸。

此外，本发明的解析孔径也能设计成适应与可能的角度调整范围对应变化的射束路径。上述图3A至图3C描绘了某些可能变化路径的某些实例。可以适当设定解析孔径的尺寸以适应这样变化的射束路径。

图4是根据本发明一方面的可动质量解析孔径组件400的侧视图。该图仅作示例而并不旨在限制本发明。在本例中，组件400能容纳可移除的板，其允许改变所采用的解析孔径。此外，在本例中，组件400能以各种形状的射束和/或各种质量解析率来操作。因此，这种系统中可采用不同尺寸的射束，并可采用不同的板来容纳变化的束包络。此外，可采用不同的板来适应变化的解析率和角度调整范围。

在图4中，组件400包括保持解析板404的臂部402。解析板404包括具有选定尺寸和形状的多个解析孔径406、408、410，它们可对应于选定束包络、选定解析率和/或角度调整范围。

第一孔径406具有与束包络、选定解析率和/或角度调整范围相对应的选定尺寸和形状。在本例中，第一孔径406在y方向上的尺寸(例如高度)大到足以不遮挡离子束在y方向上经过，而在x方向上，第一孔径406的尺寸(例如宽度)相对较小。因此，例如第一孔径406能够容纳x方向上的尺寸或宽度相对较小的离子束。

第二孔径408具有与第二束包络、第二选定解析率和/或第二角度调整范围相对应的第二选定尺寸和第二形状。举例而言，第二孔径408能够容纳中等宽度的离子束。

第三孔径410具有与第三束包络、第三选定解析率和/或第三角度调整范围相对应的第三选定尺寸和第三形状。举例而言，第三孔径能够容纳相对较宽的离子束。

应当指出，出于说明目的，将孔径406、408、410的y方向描绘为相似，但本发明的各方面也能包括y方向的变化。此外，本发明的各方面能够包括单个板上更多或更少的孔径。

在操作期间，组件400定位成使得孔径之一沿着离子束的路径定位以从离子束中除去污染物或未选择的材料。选定孔径对应于选定束包络和/或选定质量解析率。应当领会，射束的材料或部分可以穿过未选择的孔径之一，但那些部分通常未能传播到目标工件，而能有利地受到附加孔径阻挡。例如，虽未示出，但这样的附加孔径可在预期的射束路径上居中，同时阻挡任何其他射束。

图5是根据本发明一方面的一种调整注入角度的方法500的流程图。方法500可通过校正或调整注入角度来促进离子注入期间离子流跨工件表面的统一角度分布。应当领会，方法500也可参照上述附图和描述。

方法500开始于框502，其中根据预期的粒种、能量、电流等来选择离子源的参数。离子源可为基于电弧或基于非电弧的离子源，如基于RF或电子枪的离子源。可通过为离子源选择一种或多种源材料来选择粒种。可通过调制功率值和/或电极来选择电流。

在框504，根据与选定粒种相对应的荷质比以及基本角度或标称角度来选择质量分析器的参数。设置参数(如施加于线圈绕组的电流)以产生磁场，该磁场促使选定粒种沿着与标称角度相对应的标称或基本路径传播并穿过质量分析器。

在框506，还选择解析孔径的初始位置。该初始位置对应于基本路径并允许根据选定质量解析率而从中穿过。

在框508，当发起离子注入时，生成离子束。在框510，获得离子束的平均入射角。在一例中，可测量平均入射角。在另一例中，获得多个束角测量值，并从中导出平均值。应当指出，也可采用其他射束测量和角度值。例如，在适用情况下，可考虑通过加速和/或减速的作用来计算经过离子注入机的光学系统的平均角度。

在框512，从选定的注入角度和获得的平均角度导出角度调整。例如，如果选定角度等于平均角度，则角度调整为零。根据角度调整，在框514，确定并施加磁场校正和孔径位置校正。磁场校正调整离子束的路径以校正离子束的角度。孔径位置校正移动解析孔径，以便选定粒种可从中穿过。

应当指出，可限制角度调整和/或磁场校正，以防过度调整。而且，可通过采用迭代校正算法来减少角度调整中的误差。在这种情况下，可能需要采取数次适当的角度校正。

在施加磁场和位置校正之后，在框516，获得经校正的平均注入角度。如框510，获得经校正的平均注入角度。如在框518所确定，如果第二平均角度未足够接近选定注入角度或不在可接受公差内，则所述方法返回到框510，并继续迭代，直到离子束的平均角度在选定角度的可接受公差内。

应当领会，方法500按上述顺序来描述，以便有助于对本发明的理解。应当指出，根据本发明，方法500可按其他适当的顺序来执行。此外，在本发明其他方面，可省略某些框并执行其他附加功能。

图6示出在离子注入系统、诸如上述任何离子注入系统中校正注入角度的方法600。在框602，针对一种或多种预期的粒种、能量和电流来调谐离子源。在框604，将射束路径选择为处于漂移模式或降速(减速)操作模式。在框606，调谐可动质量解析孔径组件，以在工件位置达成预期的质量解析率和预期的离子束。

在动作608中，测量离子束的角度，并计算平均角度。在动作610中，判定平均角度是否视为满足预定标准。例如，如果正执行任何加速和/或减速，则可以计算经过离子注入系统的平均角度的折射。

在动作612中，使用折射指数和角度对磁场的灵敏度来计算磁场校正，以便将可动质量解析孔径的位置修改到新焦点。在动作614中，施加磁场校正，由此将可动质量解析孔径移动到该焦点处的新位置。

在动作616中，测量离子束的角度分布，以便验证平均角度被校正。如果未适当地校正平均角度，则在动作618中，通过使用角度数据和施加的磁场校正来计算新的灵敏度，由此在动作620中，施加新的校正。在动作622中，判定是否取得预期的注入角度，如果未取得预期的注入角度，则该过程返回到动作616。如果在动作622中判定取得预期的注入角度，则可以按预期的注入角度开始向对工件的注入。

据此，本发明设想，在离子注入期间，离子流跨半导体工件表面的统一角度分布会是重要的考虑因素。离子束的角量例如通过垂直结构(例如光致抗蚀剂掩模或CMOS晶体管栅极)下的晶体沟道效应或遮蔽效应来定义注入特性。离子束的角量不受控制会导致不受控制且通常非预期的注入特性。

因而，使用各种射束诊断设备对离子束的角量进行高度精度的测量，上文已经讨论了其中某些射束诊断设备。于是，在角度校正方法中可以使用测量数据。一旦施加校正后，将重复测量射束角度及其调整，直到达成预期的射束角度分布。

离子注入中的另一考虑因素是能量纯度。例如，在减速的离子注入系统中，有利的是使离子束在减速后从高能量离子行进的路径偏转到新的路径，使得未减速的中性粒子不会到达工件。这种偏转例如引起射束路径变化以及角度变化，这可能需要后续校正。因此，本发明提供一种新颖的系统和方法，用于在离子注入系统中提供射束路径变化并控制离子束角度，利用离子束偏转实现能量纯度。

例如，在离子注入系统的漂移操作期间，由质量分析器(质量解析偶极)的焦点和工件上的注入位置确定射束路径。质量解析孔径例如定位于质量分析器的焦点处，由此只有穿过质量解析孔径的射束才能到达工件。在离子注入系统的减速操作下，通过使用质量分析器的磁体使离子束转向，使质量解析焦点自漂移焦点横向平移，从而完成射束路径变化。致动器使质量解析孔径移动到新的焦点，由此使穿过已移位的质量解析孔径的子束进入偏转减速阶段，从而使离子重新定向到工件。

本发明设想，减速阶段的偏转角度大体上限定到达工件的离子束的能量纯度。优选地，通过控制质量分析器处的质量解析磁偶场的振幅来控制经质量解析的笔尖状射束的角度，从而可以执行角度校正。例如，在某些应用中，这种角度校正足矣。但在其他应用中，可能需要在校正期间和/或校正之后测量控制角度校正并调整质量解析孔径的位置。

本发明进一步设想，质量解析率要求可能针对不同离子束而有所变化。这样，本发明的可动质量解析孔径组件和系统可以配置用于多种目的，诸如为相对较高解析率的注入物选择具有相对较小开口的预期质量解析孔径，或者为解析率较低的注入物选择较大的开口。

根据另一方面，可在一个或多个通用计算机或基于处理器的系统中利用计算机程序代码实施前述方法。如图7所示，根据另一实施方案提供基于处理器的系统700的框图。举例而言，图1中的控制器170或图2中的控制器212可以包括图7中的基于处理器的系统700。基于处理器的系统700例如是通用型计算机平台并可用于实施本文所述的方法流程。基于处理器的系统700可包括处理单元702，诸如台式计算机、工作站、笔记本电脑或为特定应用程序定制的专用单元。基于处理器的系统700可配备显示器718以及一个或多个输入/输出(I/O)装置720，诸如鼠标、键盘或打印机。处理单元702可包括中央处理单元(CPU)704、存储器706、大容量存储器708、视频适配器712和/或连接至总线710的I/O接口714。

总线710可以是任意类型的诸多种总线体系结构中的一个或多个，包含存储器总线或存储控制器、外围总线或视频总线。CPU 704可包括任意类型的电子数据处理器，存储器706可包括任意类型的系统存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或只读存储器(ROM)。

大容量存储器708可包括任意类型的配置用于存储数据、程序及其他信息且可经由总线710访问这些数据、程序及其他信息的存储装置。大容量存储器708可以包括例如硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一个或多个。大容量存储设备708可以包括非暂时性计算机可读介质。

视频适配器712及I/O接口714为将外部输入及输出装置连接至处理单元702提供接口。输入及输出装置的实施例包含连接至视频适配器712的显示器718以及连接至I/O接口714的I/O装置720，诸如鼠标、键盘、打印机等。其他装置也可连接至处理单元702并可使用或多或少的接口卡。举例而言，串行接口卡(图中未示)可用于为打印机提供串行接口。处理单元702还可包括网络接口716，该网络接口可有线连接至局域网(LAN)或广域网(WAN)722和/或无线线路。

应指出，基于处理器的系统700可包括其他部件或不包括本文所述的某些部件。举例而言，基于处理器的系统700可包含电源、连接线、主板、移动储存媒介、机箱等。这些其他部件尽管在图中并未示出，但均视作所述基于处理器的系统700的组成部分。

本发明的实施方案可在基于处理器的系统700上实施，如通过CPU 704执行的程序代码实施。根据上述实施例及实施方案的各种方法均可通过程序代码实施而成。据此，此处省略详尽说明。

此外，应指出，图1中系统100的任意控制模块和/或控件均可在一个或多个图7的基于处理器的系统700上实施。不同模块及装置间的通讯可根据模块实施的方式而有所差异。倘若模块是在一个基于处理器的系统700上实施，则数据可在由CPU 704执行用于不同步骤的程序代码之间存储于存储器706或大容量存储器708。而后在各步骤执行期间，可由CPU 704通过总线710访问存储器706或大容量存储器708而提供数据。倘若模块是在不同的基于处理器的系统700上实施或预计由其他存储系统(如独立数据库)提供数据，则可通过I/O接口714或网络接口716在系统700之间提供数据。类似地，由装置或存储器提供的数据可由I/O接口714或网络接口716输入一个或多个基于处理器的系统700。本领域的普通技术人员容易理解实施落入不同实施方案范围内的系统及方法的其他变化方案及改进方案。

虽然已就一种或多种实施方式对本发明予以说明和描述，但在不脱离所附权利要求的精神和范围情况下，可对说明的示例做出更改和/或修改。特别关于由上述部件或结构(块、单元、引擎、组件、器件、电路、系统等)执行的各种功能，若非特别注明，则用于描述这些部件的术语(包括提及“装置”)旨在对应于执行所述部件的特定功能(例如功能上等同)的任意部件或结构，即便其在结构上不等同于执行本文所述的本发明典型实施方式所公开的结构亦然。另外，虽然仅就多个实施方式中的一种方式公开本发明的特定特征，如若适于或利于任何指定或特定应用，这一特征可结合其他实施方式的一个或多个其他特征。本文所用的术语“示例性”旨在暗示实例，而非最佳或最优方案。此外，就术语“包含”、“具有”、“带有”或其变体用于说明书或权利要求而言，这样的术语旨在以类似于术语“包括”的方式具有包容性。

Claims (7)

1.一种离子注入系统中校正注入角度的方法，该离子注入系统包括：

离子源，其配置成形成离子束；

质量分析器，其配置成从所述离子束中选择性分离具有预定荷质比的离子，其中沿射束路径限定经质量分析的射束，其中，所述质量分析器配置成选择性改变射束路径；

可动质量解析孔径组件，其质量解析孔径配置成允许选定粒种的经质量分析的射束从中穿过，其中，所述可动质量解析孔径组件配置成响应于质量分析器选择性改变射束路径而选择性改变所述质量解析孔径的位置；

偏转减速元件，其定位于所述可动质量解析孔径组件下游并配置成选择性改变从中穿过的射束路径，其中，所述偏转减速元件进一步配置成选择性使经质量分析的射束减速；及

控制器，其配置成控制所述离子源、所述质量分析器、所述可动质量解析孔径组件和所述偏转减速元件，以在漂移模式和减速模式下选择性操作所述离子注入系统，

所述方法包括：

a)针对预期的粒种、电流和能量调整所述离子源；

b)确定射束路径处于漂移模式或减速模式；

c)将所述可动质量解析孔径组件移动到一位置，以实现所需的质量解析率和所需的离子束；

d)测量离子束的角度，并计算平均角度；

e)确定所计算的平均角度是否满足预定标准；

f)基于折射指数和所计算的平均角度对磁场的灵敏度来计算磁场校正，以便将质量解析孔径的位置修改到新焦点，并基于施加的磁场校正来重新定位可动质量解析孔径组件；

g)测量离子束的角度分布，以确保平均角度被校正，其中，

如果平均角度准确，则将离子注入到工件；如果平均角度不准确，则重复步骤f)和g)，直到确定合适的注入角度，然后将离子注入到工件。

2.根据权利要求1所述的离子注入系统中校正注入角度的方法，包括：在漂移模式期间，由所述质量分析器的焦点和所述工件上的注入位置确定射束路径，使得所述质量解析孔径定位于所述质量分析器的焦点处，由此只有穿过所述质量解析孔径的射束才能到达所述工件。

3.根据权利要求1所述的离子注入系统中校正注入角度的方法，包括：在减速模式期间，通过使用所述质量分析器操作所述离子束来改变射束路径，使所述质量解析焦点自漂移焦点横向平移。

4.根据权利要求3所述的离子注入系统中校正注入角度的方法，其中，致动器使所述质量解析孔径移动到新的焦点，由此穿过已移位的质量解析孔径的离子束的子束进入偏转减速阶段，从而使离子重新定向到工件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的离子注入系统中校正注入角度的方法，其中，通过控制所述质量分析器处的质量解析磁偶场的振幅来控制经质量解析的离子束的角度，从而执行角度校正。

6.根据权利要求1所述的离子注入系统中校正注入角度的方法，进一步包括：确定所述注入是高解析率注入还是低解析率注入，并为相对较高解析率的注入物选择具有相对较小开口的预期质量解析孔径，以及为解析率较低的注入物选择较大的开口。

7.一种离子注入系统，其适于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

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