CN1211828C

CN1211828C - 在靶上注入离子的装置及其方法

Info

Publication number: CN1211828C
Application number: CNB021277141A
Authority: CN
Inventors: 山下贵敏
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: US20030030013A1; JP3941434B2; TW552610B; JP2003059443A; EP1284304A2; KR20030014146A; KR100565814B1; US6639233B2; EP1284304A3; SG106660A1; CN1405836A

Abstract

本发明提供了一种在靶上注入离子的装置及其方法。离子注入装置包括：在引出电压下从其中引出离子的离子源；在加速电压V_A下加速如此引出的离子的加速管；以及从自加速管引出的离子中选取具有特定动量的离子的动量分离磁体，使所需要的离子入射到靶上。假设M_I表示所需要的离子的质量数，Z_I表示其化合价，M_C表示产生在加速管上游侧的杂质离子中的受作用杂质离子的质量数，Z_C表示其化合价，如果M_I·(V_E+V_A)/Z_I值和M_C·V_A/Z_C值彼此相等或近似相等的关系得以满足，则引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加，而另一个降低，同时(V_E+V_A)值维持基本恒定。

Description

在靶上注入离子的装置及其方法

技术领域

本发明涉及在靶上注入离子的装置和方法，更具体的是涉及防止杂质离子被注入靶上的装置和方法，该杂质离子在质量数和能量至少一个方面不同于所需要的离子。

背景技术

图2示出现有技术的离子注入装置的示例。离子注入装置包括：离子源2，其具有从中静电引出离子8的等离子体发生室4；质量分离磁体10，用于有选择地从自离子源2引出的离子8中得到特殊离子(它们因质量数和化合价而得以确定)；加速管12，用于静电地加速从质量分离磁体10得到的离子8；以及动量分离磁体14，用于有选择地从来自加速管12的离子8中得到具有特定动量的离子(它们因质量数和能量而得以确定)。离子注入装置构造成只有来自动量分离磁体14的所需要的离子注入到靶(如，诸如半导体晶片的衬底)16上。

靶16支承在处于地电势的支架18上。扫描离子8的扫描器和其它未示出的装置通常设置在动量分离磁体14和靶16之间。从离子源2出口至支架18的离子8的路径容纳在真空室中。真空室未示出。

离子源2包括产生等离子体的等离子体产生室4和引出离子8的引出电极6。等离子体产生室具有正电势，引出电压V_E从DC引出电极20施加在其间。离子8从等离子体产生室4由引出电压静电地产生。

加速管12具有多个电极13。加速管12具有正电势，电压V_A从DC加速电源22施加在入口和出口电极13之间。离子8由加速电压V_A静电地加速，从而离子8具有靶能量。

假定所需要的离子的化合价为Z_I，入射到靶16上的所需要的离子的总能量E_T由下式表达。

[式1]

E_T＝(V_E+V_A)×Z_I [eV]

由于下述现象发生在质量分离磁体10的出口和加速管12的入口之间，所以不同于所需要的离子的杂质离子可在离子注入装置中混入所需要的离子中。

(1)由加速管12加速的能量因荷电转换而改变，在该荷电转换中，所需要的离子与残留气体碰撞。例如，当二电荷离子(doubly charged ions)通过荷电转换转化成单电荷离子(singly charged ions)时，如果电压V_A恒定，由加速管12加速的能量变成二电荷离子的一半。

(2)当所需要的离子是分子状态的离子时，通过分子分裂过程，所需要的离子转变成不同的离子。例如，当BF₂离子分裂成BF离子和F离子，或B离子和F离子时，BF₂离子不再是所需要的离子。

(3)一部分离子8与构成装置的部件如真空室碰撞，使得部件的原子或分子因溅射而逸出部件表面而成为杂质离子。

(4)一部分离子8与构成装置的部件如真空室碰撞，使得在先前的离子注入操作中沉积在部件上或注入在部件中的原子或分子因溅射而逸出部件表面成为杂质离子。

(5)用于在离子源2的等离子体产生室4中产生等离子体的气体或蒸汽从等离子体产生室4流入离子8的通道，然后所流进的气体或蒸汽在通道上电离到加速管12的入口，否则流进的气体或蒸汽与因上述第(3)和(4)项的现象产生的原子或分子反应而变成杂质离子。

在离子注入装置中，不可取的是：在质量数和能量的至少一个方面上不同于所需要的离子的杂质离子与所需要的离子一起注入到靶12中。因而，不能得到靶的所要求的注入特征。

因此，当如图2所示的示例一样要求高纯度的离子注入时，如上所述的动量分离磁体14以及质量数分离磁体10设置在加速管12的后面，以便有选择地只得到具有特殊动量的离子。

动量分离磁体14使得因上述第(1)和(2)项的现象产生的杂质离子得以去除。具有不同于所需要的离子的动量的杂质离子在第(1)和(2)种现象中产生。

然而，在由上述第(3)至(5)项的现象产生的杂质离子中，满足下式2的杂质离子不能借助动量分离磁体14从所需要的离子中分离和去除。其适用于式2中左侧

右侧的情形(就是说，式2的左侧等于或大约等于其右侧)。现在假设M_I表示所需要的离子的质量数，Z_I表示其化合价，M_C表示待解决的杂质离子的质量数，以及Z_C表示杂质离子的化合价。V_E和V_A已经有所定义。

[式2]

M_I·(V_E+V_A)/Z_I＝M_C·V_A/Z_C

假设B是磁通密度，V_T是全部加速电压，m是质量，q是电荷，动量分离磁体14中的离子的回转半径R由下式3表示。现在，假设M是离子的质量数，m_p是质子的质量，则m＝M·m_p。此外，Z是离子的化合价，e是电子电荷，q＝Z·e。简言之，式3表明，具有相同M·V_T/Z的离子具备相同的回转半径R。

[式3]

R = B^{- 1} \sqrt{(2 m V_{T} / q)}

因此，如果满足了上述式2，则在动量分离磁体14中，所需要的离子和杂质离子的回转半径彼此相等，二者不能彼此分离。结果，即使具有动量分离磁体14，杂质离子以及所需要的离子也被注入靶16中。其适用于式2的左侧

右侧的情况(就是说，式2的左侧等于或大约等于其右侧)。

通常，所需要的离子的化合价Z_I和要解决的杂质离子的化合价Z_C彼此相等(即，Z_I＝Z_C的情况)。例如，二者均为单电荷离子。在该情况下，上述式2可由下式替代。

[式4]

M_I·(V_E+V_A)＝M_C·V_A

如果离子注入是在式4的条件下对于靶进行的，则所需要的离子以及杂质将注入靶16中。其适用于左侧右侧的情况(就是说，式2的左侧等于或大约等于其右侧)。这种注入并不是优选的。

可以提出：在不具备质量分离磁体10的情况下，动量分离磁体14用作质量分离磁体。然而，在该情况下，上述问题变得更为严重。在质量分离磁体10不存在的情况下，杂质离子在加速管12的出口(更具体的是，引出电极6的出口)和入口之间，在比以上范围更宽的范围内产生。

发明内容

本发明的目的是防止在质量数和能量的至少一个方面不同于所需要的离子的杂质离子与所需要的离子一起注入靶中。

根据本发明的将所需要的离子注入靶上的方法的特征在于，如果满足式2的关系，或者在式2中，左侧

右侧，则引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加，而其中另一个降低，同时(V_E+V_A)值基本恒定。

根据本发明的将离子注入在靶上的装置的特征在于，它包括增加引出电压V_E和加速电压V_A的其中一个、并降低其中另一个，同时维持(V_E+V_A)值基本恒定并满足式2的控制装置。

当增加或降低了的电压由ΔV表示时，电压调整后的上述式2转变成下式5或式6。式5和式6的任何一个方法均可以采纳。

[式5]

M_I·{(V_E-ΔV)+(V_A+ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A+ΔV)/Z_C

[式6]

M_I·{(V_E+ΔV)+(V_A-ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A-ΔV)/Z_C

在式5和式6的两种情况中，左侧值和右侧值彼此不等。这样，如从上述式3的解释中理解到的那样，在动量分离磁体中，由于使得所需要的离子的回转半径和所牵涉的杂质离子的回转半径彼此不同，所以杂质离子由动量分离磁体去除，以有选择地只获得注入靶的所需要的离子。即，可以防止在其质量数和能量至少一个方面不同于所需要的离子的杂质离子与所需要的离子一起注入靶中。

此外，当调节上述电压时，由于作为引出电压V_E和加速电压V_A总和的(V_E+V_A)值基本保持恒定，所以不需要改变靶上所需要的离子的总能量。由于此原因，可以维持所需要的离子的初始离子注入状态。

根据本发明的一个方面，提供一种用于在靶上注入离子的装置，该装置包括：

离子源，用于在引出电压V_E时从该离子源中静电地引出离子；

加速装置，用于在加速电压V_A时静电地引出所引出的离子；

动量分离磁体，用于有选择地从引出的离子中得到具有特定动量的所需要的离子，使得来自动量分离磁体的所需要的离子注入在靶上；以及

控制装置，其增加引出电压V_E和加速电压V_A中的一个，并降低引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个，同时保持V_E+V_A值恒定，并满足下式A：

M_I·(V_E+V_A)/Z_I＝M_C·V_A/Z_C，

其中，M_I表示所需要的离子的质量数，Z_I表示其化合价，M_C表示待解决的杂质离子的质量数，以及Z_C表示杂质离子的化合价。

根据本发明的又一方面，提供一种将离子注入在靶上的方法，该方法包括步骤：

a)在引出电压V_E下静电地引出离子；

b)在加速电压V_A下静电地引出所引出的离子；

c)从所引出的离子中得到具有特定动量的所需要的离子，从而所需要的离子注入在靶上；

d)增加引出电压V_E和加速电压V_A中的一个，并降低引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个，同时保持V_E+V_A值恒定，并满足下式A：

M_I·(V_E+V_A)/Z_I＝M_C·V_A/Z_C，

附图说明

图1是示出实施根据本发明的运行方法的示例性离子注入装置的示意图；以及

图2是示例性传统离子注入装置的示意图。

具体实施方式

图1是示出实施根据本发明的运行方法的示例性离子注入装置的示意图。参照图1，相同的附图标记指代示出现有技术的图2中相同的部件，本发明与现有技术的不同点将在下文主要解释。

在离子注入装置中，从引出电源20和加速电源22每一个中产生的输出电压的大小是变化的。在离子注入过程中，控制装置24控制引出电源20和加速电源22，以增加或降低从引出电源20输出的引出电压V_E和从加速电源22输出的加速电压V_A。

在该离子注入装置中，将对如下情况作出解释，即，在As离子已经注入靶16中很长一段时间之后，注入代替As离子的所要求的BF₂离子。

由于As离子已经注入到靶16中很长一段时间，大量的As原子或As分子已经沉积在部件上或注入在部件中，该部件是构成离子注入装置的诸如真空室的部件。

在具有115keV总能量的所要求的BF₂离子(质量数为49)在上述条件下注入的情况下，引出电压V_E是40kV。加速电压V_A是75kV。作为杂质离子，因BF₂离子而溅射的As离子(质量数为75)是显著的。假设BF₂离子和As离子的化合价为1。

在该情况下，上述式2(或式4)的左侧和右侧由下式7和式8体现。

[式7]

左侧＝M_I·(V_E+V_A)＝49×(40+75)＝5635

[式8]

右侧＝M_C·V_A＝75×75＝5625

因此，如果没有采用任何手段，则在式2(或式4中)，左侧≈右侧。两侧之间的差值极小，小至约0.2％。鉴于此，动量分隔磁体14不能将75keV的As离子与115keV的BF₂离子分离，从而As离子将与115keV的所要求的BF₂离子一起注入靶16中。

为避免上述情况，将执行上述电压调节。例如，电压ΔV设定为10kV，引出电压V_E降低了10kV，设定为30kV。加速电压V_A增加了10kV，设定为85kV。这种增加或降低方法对应于上述式5的示例。因此，上述式2(或式4)的左侧和右侧可以分别由下式9和式10体现。

[式9]

左侧＝M_I·(V_E+V_A)＝49×(30+85)＝5635

[式10]

右侧＝M_C·V_A＝75×85＝6375

结果，在式2(或式4)中，左侧≈右侧。两侧之间的值的差大约为12％。因此，动量分离磁体14可充分地将85keV的As离子与115keV的所要求的BF₂离子分开。因此，只有所要求的BF₂离子可被选择注入靶16中。此外，所要求的BF₂离子的总能量保持为115ekV。

式2(或式4)中左侧值和右侧值之间的给定的差值的下限取决于动量分离磁体14的分辨率(resolution)。因此，差值的限制可能大于动量分离磁体14的分辨率。例如，下限优选地为5％左右。上限并未特别给出。随着差值增加，由动量分离产生的区分可更加容易地实现。然而，实际上，由于不需要差值过大，所以上限例如可以为50％。

与上述情况相反，如上所述，引出电压V_E可以增加ΔV，加速电压V_A可以降低ΔV。这样的增加或降低方法与上述式6的示例一致。

在该实施例中，如上所述增加引出电压V_E和降低加速电压V_A的电压调节可以通过控制装置的控制进行。然而，电压调节可以通过其他手段进行，如，在不使用控制装置24的情况下手动设定。

此外，在未设置质量分离磁体10，且动量分离磁体14用作质量分离磁体的情况下，如上所述，根据本发明的方法可以运用于此情形。在该情况下，离子源2的出口和加速管12的入口之间产生的杂质离子得以注意。

如迄今为止所述的，根据本发明，在动量分离磁体中，由于所需要的离子的回转半径和受到作用的杂质离子的回转半径被造成得彼此不同，所以杂质离子可以通过动量分离磁体去除，以有选择地只得到注入到靶中的所需要的离子。即，可以防止在其质量数和能量至少一个方面不同于所需要的离子的杂质离子和所需要的离子一起注入进靶中。此外，即使在进行上述电压调节时，由于作为引出电压V_E和加速电压V_A的总和的(V_E+V_A)的值保持基本恒定，因此不必改变入射到靶上的所需要的离子的总能量。由于此原因，可以维持所需要的离子的初始离子注入状态。

Claims

1.一种用于在靶上注入离子的装置，该装置包括：

加速装置，用于在加速电压V_A时静电地引出所引出的离子；

M_I·(V_E+V_A)/Z_I＝M_C·V_A/Z_C，

2.根据权利要求1所述的离子注入装置，其中，控制装置将引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加ΔV，并且将引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个降低ΔV，同时满足下式B：

M_I·{(V_E-ΔV)+(V_A+ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A+ΔV)/Z_C。

3.根据权利要求1所述的离子注入装置，其中，控制装置将引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加ΔV，并且将引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个降低ΔV，同时满足下式C：

M_I·{(V_E+ΔV)+(V_A-ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A-ΔV)/Z_C。

4.一种将离子注入在靶上的方法，该方法包括步骤：

a)在引出电压V_E下静电地引出离子；

b)在加速电压V_A下静电地引出所引出的离子；

M_I·(V_E+V_A)/Z_I＝M_C·V_A/Z_C，

5.根据权利要求4所述的方法，其中，该控制装置将引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加ΔV，并且将引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个降低ΔV，同时满足下式B：

M_I·{(V_E-ΔV)+(V_A+ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A+ΔV)/Z_C。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，该控制装置将引出电压V_E和加速电压V_A中的一个增加ΔV，并且将引出电压V_E和加速电压V_A中的另一个降低ΔV，同时满足下式C：

M_I·{(V_E+ΔV)+(V_A-ΔV)}/Z_I≠M_C·(V_A-ΔV)/Z_C。