CN1672235A - 用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线的方法 - Google Patents

Abstract

公开了离子注入系统以及用于该系统的束线，其中质量分析并准直具有相对大宽高比的带状束，以提供用于注入一个或多个工件的经质量分析的带状束。束线系统(12)包括两个相似的磁体(22、24)，其中第一磁体(22)质量分析带状束以提供经质量分析的中间离子束，第二磁体(24)准直该中间束以向终端台(18)提供均匀的经质量分析的带状束。该对称系统为横跨细长的束宽度的离子提供等距离的束轨道(41、43)，以便减轻系统的束输运中的非线性，从而使最终经质量分析后的束具有均匀的高度。

Description

用于产生经质量分析的带状离子束的对称束线和方法

技术领域

本发明通常涉及离子注入系统，更具体涉及用于在离子注入系统中产生经质量分析的带状离子束的对称束线系统和方法。

背景技术

在集成电路制造中，离子注入系统用于使用杂质来掺杂半导体。在这种系统中，离子源离化期望的杂质元素，所述杂质元素以具有期望能量的离子束的形式从源中提取出来。离子束然后定向到半导体晶片的表面以便将杂质元素注入晶片。束中的离子透过晶片的表面以形成具有期望导电性的区域(诸如在晶片中制造晶体管器件的过程中)。注入过程通常在高真空处理腔内进行，这防止了离子束由于与残留气体分子碰撞而散射，并且将晶片被气载微粒污染的危险最小化。典型离子注入机包括：用于产生离子束的离子源；束线系统，包括使用磁场进行质量分辨的质量分析装置；以及目标腔，包含要用离子束注入的半导体晶片。对于高能注入系统，在质量分析磁体和目标腔之间设有加速装置，用于将离子加速到高能。

对于给定应用，为了获得理想注入，注入离子的剂量和能量可以变化。对于给定的半导体材料，离子剂量控制注入离子的浓度。通常，高流注入机用于高剂量注入，而中流注入机用于较低剂量应用。离子能量用于控制半导体器件中的结深度，而束中离子的能量级别决定注入离子的深度的程度。随着向越来越小的半导体器件的发展趋势，需要能够传递低能的高束流的束线构造。高束流提供必要的剂量水平，而低能量允许浅注入。此外，随着向半导体晶片上更高器件密度的持续发展趋势，需要小心地控制在工件上扫描的注入束的均匀性。

另一个持续趋势是向着越来越大的半导体晶片尺寸(诸如直径300mm的晶片)发展。与更高的器件密度相结合，更大的晶片尺寸增加了单个晶片的成本。因此，为了避免或者减少废弃晶片的成本，对注入均匀性和其它参数的控制比以往更为关键。在很多离子注入系统中，为了提供理想的注入，将小的离子束(例如锐方向性射束)通过机械和/或磁扫描提供到晶片目标上，以提供需要的诸如。根据离子源提取窗口以及随后的定形装置(诸如质量分析仪装置、分辨孔、四极磁体以及离子加速器)来定形离子束，这样将小离子束提供到目标(多个)晶片。束和/或目标彼此相对平移以实现对工件的扫描。批注入机为多个晶片提供同时注入，所述晶片以受控的方式通过离子束路径旋转。另一方面，一系列注入机同时提供对单个晶片的注入。

当使用小离子束时，一系列注入机提供相对复杂的目标扫描系统以在晶片上以均匀方式提供该束。例如，提供机械平移器以在单个轴上平移晶片，同时提供磁装置在垂直轴上扫描该束以获得对晶片表面的光栅型扫描。然而，为了降低这种注入系统的复杂性，理想的是降低目标扫描系统的成本和复杂性，并且提供细长的带状离子束。对于具有足够的纵向长度的带状离子束，可以使用单机械扫描来注入整个晶片，而不需要额外的机械或者磁性光栅型扫描装置。这种束可以与一系列以及批量型目标扫描系统一起使用。然而，当带状束用在这样的单扫描系统中时，为了提供对(多个)晶片的均匀注入，必须保证该束在宽度上是均匀的。在一些现有系统中，小离子束受到质量分析并且然后被准直以便为注入晶片提供经质量分析的带状束。然而，由于与其相伴随的高束密度，这种系统遇到难以提供低能量的高流束的困难，其中高束密度趋向于导致由于空间电荷引起的束扩大。因此，理想的是提供改进的离子注入装置和方法，通过所述装置和方法可以为注入半导体晶片提供均匀的带状束。

发明内容

为了提供对本发明的一个或多个方面的基本理解，下面提供了简要的概述。该概述不是本发明的广泛概述，并且既不意图确定本发明的关键或关键元件，也不意图描述其范围。而是，该概述的主要目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为后面将要呈现的更详细地描述的前言。本发明涉及用于使用离子束注入工件的方法和装置，通过所述方法和装置可以克服或者减轻与现有技术相关的上述及其它缺点。特别地，本发明提供的注入系统中，由离子源产生相对宽的带状离子束，该离子束然后被提供给对称束线系统用于质量分析和准直。产生的经质量分析后的离子束具有与来自离子源的离子束基本相同的横向宽度、高度以及宽高比。

束线系统的对称将具有期望质量的源离子一对一地成像在目标晶片上，从而使诸如剂量均匀性和注入角完整性的工艺参数的控制变得容易。优选采用本发明提供横向宽度为约300mm或更大(例如，在一个实施例中为400mm宽)、具有均匀密度分布的带状束，从而可以在没有复杂的和昂贵的光栅扫描装置的情况下获得大(例如，300mm)晶片的单扫描注入。因此，本发明有利于注入系统的简化。此外，相对于其中空间电荷扩散的大多数束线系统，本发明提供了相对大的离子束横截面，这大大有益于在低能量注入应用中保持束完整。束线系统对称的另一个优点是，对于带状束的所有部分，离子从源到目标的总路径长度或行进距离接近常数。因此，整个束的输运损失近似均匀，因而对注入均匀性没有负面影响。此外，本发明的构造有助于防止来自源和束流收集器的污染物和颗粒到达目标晶片。

因此提供了离子注入系统和束线系统，其中宽高比相对大的带状束被质量分析并准直以提供用于注入一个或多个工件的经质量分析的带状束。该系统提供对称的束路径，通过所述路径初始的和经过分析的束的带状束剖面(包括宽高比在内)几乎相同。在这点上，通过束线行进的离子遇到等距的轨道，从而束中的每个离子的行进距离与其它离子相同。在一个实例中，束线系统包括两个相似的磁体，其中第一磁体质量分析带状束以提供中间的经质量分析的离子束，且第二磁体将该中间束准直以向终端台提供均匀的经质量分析的带状束。对称系统为横跨细长的束宽度的离子提供等距离的束轨道，从而减轻了通过该系统的束输运中的非线性，使得产生的经质量分析的束具有均匀高度。

根据本发明的一个方面，提供了使用离子束注入一个或多个工件的离子注入系统。该系统包括离子源、包括质量分析仪的束线系统、和终端台，所述终端台是用于支撑和/或平移一个或多个工件的一系列或者成批的注入台。离子源产生沿纵向束路径的细长的或带状离子束，所述路径具有大的横向宽度与高度的宽高比。质量分析仪接收该细长的离子束并且将该束聚焦到对应于分辨孔的狭缝。因此具有不同质量的离子被该孔阻挡，从而仅提供具有期望质量的离子。

在本发明的一个实施例中，束线系统包括沿束路径放置的第一和第二通常相似的磁体，诸如电磁体，其中第一磁体质量分析来自离子源的束，且第二磁体准直或者定形所产生的中间的经质量分析的束以提供具有相似或者对应宽度和宽高比的带状束到输入束，该输入束然后在终端台被分到工件上。第一磁体为来自离子源的细长离子束提供第一磁场以将具有期望质量的各个离子沿着该路径引导，并且将不具有期望质量的离子偏转离开该路径。可以在第一磁体的下游提供分辨孔，以便选择性地只将具有期望质量的离子传递到第二磁体。第二磁体为沿着该路径的具有期望质量的离子提供第二磁场，以将所述离子作为经质量分析的细长离子束引导到终端台，所述离子束的宽高比基本与离子源的相似。

因此，第一和第二磁场以对称的方式工作，以通过离子源和终端台之间的通常相等的距离将具有期望质量的各个离子引导到终端台。该系统还包括：限定束腔(beam cavity)的束导(beamguide)，离子束通过所述束腔从入口端行进到出口端；四极磁体，靠近分辨孔放置以加强束导内的束限制和整体性。也可以沿束路径的至少一部分提供多尖磁场，其通过束导中的波导与RF或微波激发相结合，以便在其中为分辨孔附近的束完整性产生电子回旋共振(ECR)条件。

本发明的另一个方面提供使用离子注入系统中的离子束来注入工件的方法。该方法包括产生具有第一宽高比的细长离子束、使用第一磁场质量分析该细长离子束、以及使用第二磁场校准该离子束以提供经质量分析的细长离子束，其具有基本与第一宽高比相同的第二宽高比。该方法还包括向一个或多个工件提供该经质量分析的细长离子束的至少一部分，用于使用来自该经质量分析的细长离子束的离子进行注入。

为了完成前述和相关目标，下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性的方面和实施方案。这些仅仅是本发明的原理可以采用的各种方式的几个代表。本发明的其它方面、优点和新颖性特征将从下面结合附图对本发明的详细描述中变得明显。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个方面的离子注入系统的示意图；

图2a示出了根据本发明的一个示例性离子注入系统的正视图；

图2b是进一步说明图2a的离子注入系统的顶视图；

图2c是进一步说明图2a和2b的离子注入系统的端视图；

图3a是说明通过图2a-2c的束线系统的示例性束路径的局部透视图；

图3b是进一步说明图3a的束路径的局部侧视图；

图3c是进一步说明图3a和3b的束路径的局部顶视图；

图3d是局部说明该离子注入系统的一个磁体和相关磁场的局部顶视图；

图3e是说明图3a-3c的束路径的一部分以及该离子注入系统中的四极磁体和靠近分辨孔的波导的局部侧视图；

图4a是示出了该离子注入系统的束导的简化透视图，其中四极靠近分辨孔放置；

图4b是示出了图4a的束导的简化透视图，其中波导邻近分辨孔用于沿束路径的束限制；

图5a是示出了具有密度分布控制装置的示例性带状束源的底视图，该密度分布控制装置用于选择地调整与该离子注入系统中的细长的纵向离子束相关的密度分布；

图5b是图5a的离子源的底侧的简化透视图，说明了从其中提取的细长的带状离子束；以及

图6示出了该离子注入系统中的束分布探测器和分布控制装置。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明，在所有附图中相同的参考数字用于表示相同的元件。本发明提供用于为工件(诸如半导体晶片)的离子注入提供经质量分析的带状束的方法和系统。下文中参照附图图示和描述本发明的一个实施例。图示和下述说明实质上是示例性的，而不是限制性的。因此，可以理解所示系统和方法的变体以及除了此处所示的其它实施例被视为落入本发明的范围以及所附权利要求的范围内。

开始参照图1和2a-2c，本发明提供包括用于沿纵向束路径产生细长(例如，带状)离子束6的离子源4的离子注入系统2。离子束源4包括具有相关RF激励电源9和提取装置10的等离子体源8，其可以是提供大宽高比的细长束6的任何设计。例如，等离子体源8可以包括相对长的等离子体限制腔，使用提取装置10中的高宽高比提取狭缝(未示出)从该腔提供带状束。如参照图5a和5b所示以及下面更详细的描述，带状束6包括定义第一宽高比的横向宽度6a(图2b)和横向高度6b，其中横向宽度6a远大于横向高度6b。注意，在图2a和2b中所示的离子束6和16的尺寸不一定按比例绘制。例如，在所示的系统2中，从等离子体源8提取的细长离子束6的宽度6a大于大约300mm(例如大约400mm)且高度6b为几mm。

在离子源4的下游提供束线系统12以从其接收束6，该束线系统包括沿着该路径放置以接收束6的质量分析仪14。质量分析仪14用于提供横跨该路径的磁场以便使离子根据质量(例如，荷质比)以不同的轨道从离子束6中偏转，从而提供经质量分析的细长离子束16，其具有与第一宽高比基本类似的第二宽高比和剖面。因此，如图2b所示，经质量分析的束16的宽度16a(例如，约400mm)和高度16b基本上类似于源束6的宽度和高度。在系统2中提供终端台18，其接收来自束线系统12的经质量分析的离子束16并且沿该路径支撑诸如半导体晶片(未示出)的一个或多个工件，用于使用经质量分析的离子束16进行离子注入。终端台18包括用于平移或扫描一个或多个目标工件的目标扫描系统20和相对于彼此的细长离子束16。目标扫描系统20可用于批量或一系列注入。

束线系统12分别包括第一和第二磁体22和24，以及用于质量分析和准直功能的沿束路径的分辨装置31中的分辨孔26，以便产生经质量分析的细长带状束16。磁体22和24支撑在底座25中，并且束线系统12的另外的部件用支撑框架29支撑在外壳27中。第一磁体22包括第一和第二线圈22a和22b，在其间为细长的离子束6提供第一磁场用于质量分离具有理想质量的离子，如下面参照图3d进一步描述。通过第一磁场行进的离子受力，所述力沿着束线系统12的束路径引导具有期望质量的各个离子，并且使不具有期望质量的离子偏离该路径。分辨孔26仅通过具有期望质量的那些离子，而同时拦截非期望的离子。第二磁体24分别包括第一和第二线圈24a和24b，沿该路径位于第一磁体22和分辨孔26的下游，其提供第二磁场以准直中间的经质量分析的离子束，从而将具有期望质量的各个离子作为经质量分析的细长离子束16引导到终端台18，该离子束16具有基本与第一宽高比相似的第二宽高比。

本实例中的磁体22和24基本相同，并且提供相似的第一和第二磁场，通过它们建立起贯穿束线系统12的对称束路径。这样，第一和第二磁场将横跨离子源4处的离子束6的宽度的各个具有期望质量的离子引导到终端台18，使得所述各个离子行进基本相同的距离。这样，第一磁体22充当质量分析仪磁体，且第二磁体24充当准直器磁体以提供经质量分析的带状束16到终端台18，其中带状束16具有均匀密度分布和大约400mm的宽度。系统2还包括沿该路径放置的限定束腔的束导30，离子束6、16通过所述束腔从入口32前进到出口端34。磁体22和24提供横跨通过束导30的束腔的路径的第一和第二磁场，以便将入口端32处的横跨离子束6的宽度的具有理想质量的各个离子通过束导30引导到出口端34，使得具有理想质量的各个离子在其间行进通常相等的距离。

现在参照图2a，在束导30的入口端32的束6作为细长的带来自源8，其中离子通常相互平行地前进(例如，沿图2a中向下的方向)。一旦遇到由磁体22在束导30中产生的第一磁场，束6的离子一般被引导到图中的左侧，其中具有期望质量的离子通过分辨孔前进，且非期望的离子沿其它轨道偏转以便被分辨孔或者束导30的侧壁拦截。通过这种质量分离，孔26下游的离子束被质量分析，从而只包括具有期望质量的离子。来自磁体24的第二磁场然后将该经过质量分析的束准直成带状束16，以用于注入终端台18中的工件。

为了说明基本束路径，图2a的虚线示出了与具有期望质量的三个离子的前进路径相对应的三个示例性离子轨道41、42和43，其中轨道41-43不必按比例示出。第一轨道41包括第一和第二半轨道41a和41b，其中轨道41开始于束6的内端，且终止于经质量分析的带状束16的外端。在束导30的第一半中，通过磁体2 2的第一磁场的操作，沿轨道41a前进的离子以小于90度的角51a被偏转。

之后，轨道41以向下的倾斜通过分辨孔26，且该轨道的第二半41b开始。一旦遇到磁体2 4的第二磁场，轨道41b上的离子被偏转大于90度的第二角度51b，其中利用束线系统12的对称特性的角51a和51b之和为180度，所述对称特性包括基本类似的磁体22和24以及对应的第一和第二磁场。这样，沿轨道41前进的具有适当质量的离子被从束导30的入口端32处的源8向下提取、经质量分析并最终被向上引导到出口端34处的终端台18中的目标晶片。

示例性的中心轨道42包括第一和第二半轨道42a和42b，其中沿轨道42前进的离子在角度52a和52b处分别被磁体22和24的第一和第二磁场偏转90度。注意，沿轨道41和42的总前进距离近似相等。对于第三示例性轨道43也是同样的，该轨道43包括开始于束6的外端且终止于经质量分析的带状束16的内端的第一和第二半轨道43a和43b。在束导30的第一半中，沿轨道43a前进的离子被第一磁场偏转大于90度的角度53a，并且然后以向上的倾斜通过分辩孔26。一旦遇到沿第二半轨道43b的第二磁场，离子向上偏转小于90度的第二角度53b，其中角度53a和53b之和为180。

因此在对称的束线系统12中，所有沿带状束宽度的离子被沿等距离的轨道输运，并且每个偏转了总共180度。这种将源对称性地、一对一地成像在目标晶片上有利地促进了在诸如没有复杂和昂贵的光栅扫描装置的情况下，单-扫描注入大(例如，300mm)晶片的应用中对工艺参数(诸如剂量均匀性以及注入角完整性)的控制。此外，如下进一步所示，系统的对称性提供了贯穿束线系统12的大部分的相对大的离子束横截面。这导致空间电荷扩散，有助于在低能注入应用中保持束完整性。在这一点上，虽然就低能系列注入系统2进行说明，本发明的这些特征和方面也可应用于高和/或中能量注入装置，诸如那些使用加速器级或模块的注入装置以及批量注入系统。

对于带状束6、16的所有部分，离子从源8到终端台18的总路径长度或行进距离基本是常数。因此，整个束16上的输运损失近似均匀，因而不会负面影响在终端台18处的注入均匀性。此外，如下面参照图5a、5b和6所描述的，本发明还想到了提供束剖面调整装置，通过该装置可以进一步提高终端台18处的束均匀性。例如，为了补偿在束线系统12内的输运损失，可以调整源束6的密度分布，从而产生注入束16的均匀密度分布。

此外，系统2的构造有助于防止来自源8和束流收集器的污染物和颗粒到达终端台18。在这一点上应当注意的是，虽然示例性系统2及其束线系统12使离子的磁偏转总共180度，但是其它总偏转角也被认为落入本发明以及所附权利要求的范围内。因此，本发明特别考虑对称的束线系统(未示出)，其中第一和第二磁体协作以使具有期望质量的离子偏转总共大于或小于180度。

现在参照图3a-3c，进一步沿包括示例性轨道41和43的系统2的路径说明示例性束6、16。束6在入口端32进入束线系统12并被转向以及被第一磁体22质量分析，产生具有不同于端部32、34处的带状束6、16的宽高比的中间质量分析离子束6’，其中入口端32具有宽约400mm的细长带状剖面。虽然在图3a-3c中示出了八个示例性束轨道，但是可以理解束6、6’、16是沿从源4到终端台18的具有均匀密度分布的束路径行进的离子的连续分布。在图3b中，在分散平面内示出了束6、6’、16的局部侧视图，其中各个轨道会聚在中心。

因此，由磁体22产生的第一磁场(例如，为具有期望质量的离子)提供相对于分散(dispersive)平面内的束线系统12中心的平行于点型的聚焦以产生中间经质量分析的束6’。相反，磁体24的第二磁场为该中间经质量分析的束6’中的离子提供从点到平行型的偏转，以在出口端34处提供经质量分析的细长离子束16。图3c示出了在非分散平面内的束6、6’、16的顶视图，从中看到具有期望质量的离子通常保持在平面内。

图3d示出了沿图3e的线3d-3d截取的第一磁体22的局部截面图，包括第一和第二线圈22a和22b。图3d中的说明也是第二磁体24的典型结构，由此为了简略起见省略第二磁体24的细节。线圈22a和22b位于束导30的每一侧，每个包括周围绕有导电线圈52的圆柱形芯50。以受控的方式通过电源(未示出)向线圈52提供DC电流，以便产生通常垂直于芯50的对面50’的第一偶极磁场54。提供电流以便在面50’产生磁性的南、北极，其中线圈22b的北磁极面对线圈22a的南磁极。以类似方式构造第二磁体24以提供束线系统12中的第二磁场，用于将束6’准直成经质量分析的细长带状束16。可以使用结构与此处所示和描述的示例性磁体22和24不同的第一和第二磁体，通过各种方式获得第一和第二磁场，并且应当理解的是所有这些实施方式被视为落入本发明的范围之内。

同样参照图3e和4a，在图3e中示出了从入口端32到分辨装置31的束线系统12的初始部分。束导30包括从入口端32延伸到分辨装置26的部分30a、30b和30c，这些部分限定束离子行进的束路径。束导30的第二半(图4a)包括在分辨装置31和出口端34之间延伸的问候部分(complimentary section)30c、30b和30a。在离子会聚在邻近分辨装置31的束6’中的地方，系统12提供束抑制特征，用于保持束完整。为此，示例性束线系统12包括放置在分辨孔26的各侧的束导部分30c周围的四极磁体60，以便在空间电荷起作用的情况下调整束腰6’的位置。

此外，束导30还包括多个磁体，诸如在部分30c的一个或多个内壁上的永磁体(未示出)，所述磁体提供沿分辨孔26附近的用于束限制路径的至少一部分的多尖磁场。还参考图4b，束导30还可包括在部分30c内靠近分辨孔26的波导(未示出)，RF或微波功率源(未示出)可以通过微波馈入器62连接到所述波导。在这种实施方案中，微波功率与多尖磁场在束导30内相互作用以为沿分辨孔26附近的束导30内路径的束限制提供电子回旋共振(ECR)条件。

现在参照图5a和5b，本发明可以使用任何适当的离子束源4来执行，所述离子束源提供横向宽度6a远大于横向高度6b的细长离子束6。所示的带状束源4包括具有细长外壁的等离子体源8，该外壁通常限定圆柱形等离子体限制腔8’，在腔8’中使用天线(未示出)和RF等离子体振荡器9通过RF激发源气体来产生等离子体。提取装置10通过多个提取电极10a提供电场，提取电极10中有细长的提取狭缝或孔10b，其中提取电极10a、狭缝10b和提取的带状束6不一定按比例绘制。源4提供沿横向宽度6a具有均匀密度分布的束6，用于将其提供到束导30的入口端32，如上所述。

根据本发明的另一方面，系统2也可以包括控制装置70，用于选择性调整与从带状束源4提取的细长离子束6相关联的密度分布。该控制装置70包括邻近等离子体源壁8中的提取出口的多个磁体对80，束6通过所述提取出口而被提取。磁体对80分别包括具有可充电绕组的上、下电磁体80a和80b，以便在磁体80a和80b之间提供可调磁场82，其中电流以受控方式通过所述绕组而被传导。

磁体80a和80b设置在出口的各侧以在等离子体源8的出口和提取电极10a之间的提取区域提供可调磁场82，以便调整被提取的带状束6的密度分布。电磁体80被充电使得第一磁体80a提供面对第二磁体80b的具有第一磁极性的磁极(例如，在所示的实例中为北极)，且第二磁体80b提供面对第一磁体80a的具有相对第二磁极性的磁极(南)。以这种方式，每个磁体对的磁体80a和80b协作以在提取区域提供可调磁场82。

可以使用控制系统72分别调整与每对磁体80相关的磁场82，控制系统72提供控制信号到DC电源74以对与各个电磁体80相关的线圈绕组充电。控制系统72连接到电源74以分别控制提供到磁体对的电流，从而根据提取的离子束6的期望等离子体密度分布，分别调整由磁体对80在提取区域内产生的磁场82。这种对各个磁场82的控制允许选择性限制在提取区域可获得的离子化的等离子体的量，其中增加与给定磁体对相关的磁场82减小了流出该对附近的腔8’的等离子体的量。因此，带状束6的横向宽度6a被分割成8个部分或片段，每一个与磁体对80相关。对于每个片段，选择性限制流出腔8’的等离子体的能力允许在其被提取时对产生的束6的密度分布进行控制。

还参照图6，可以根据在源4处的期望分布、或根据终端台18的下游的期望分布、使用已知的控制算法(包括但不限于反馈、前馈、推测或者其他类型)进行束密度分布控制。这提供例如修正或补偿源4中或注入系统2的下游装置中的非均匀性的效用。因此，注入系统2可以包括位于终端台18的束分布探测器90，以当其施加在目标(多个)晶片上时测量束16的密度分布，并且将对应的测量信号提供到控制装置70的控制系统72。控制系统72，接着作出适当的调整以充电电磁体80(例如，使用电源74)，以便在工件处修正任何与期望分布的偏离。束分布探测器90可以是任何类型的，例如，诸如多个位于终端台18中的法拉第杯，以便检测与经质量分析的细长离子束16相关的实际密度分布。

上面示出并描述的示例性离子注入系统2为细长的带状束提供具有一般为矩形横向分布的均匀密度，这有利于与系列注入终端台18一起使用。在这种应用中，可以使用例如单扫描机械平移目标晶片(未示出)，横跨晶片表面扫描所产生的经质量分析的带状束16，。本发明还发现与批量注入型目标扫描系统20相关的应用，其中多个晶片可以通过经质量分析的细长离子束16的路径被有角度地平移。在这种应用中，为了容纳晶片表面的有角度扫描，提取装置10的提取缝10b可以是梯形的，因而在晶片注入中提供均匀性。可以理解，可以对所示的装置和系统作出很多其它修改而不脱离本发明的范围。

虽然已经关于某些方面和实施方案描述了本发明，但应当理解的是本领域的其他技术人员阅该和理解该说明书和附图后，可以作出等效改变和修改。尤其关于由上述部件(组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这种部件的术语(包括参照“装置”)意图对应于(除非特别说明)执行所述部件的特定功能的任何部件(即，功能等效)，即使结构上不等效于所公开的用于执行此处所示的本发明示例性实施方案的结构。在这点上，还将认识到本发明包括计算机可读媒质，其具有用于执行本发明的各种方法的步骤的计算机可执行指令。此外，虽然本发明的特定特征仅仅针对几个实施方案的其中之一，但所述特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征相结合，这对于任何给定或特定应用是期望的且有利的。此外，术语“包含”“具有”及其变体用于详细的说明书或权利要求书中，这些术语意图以类似于术语“包括”的方式而被包括在内。

Claims (29)

1、一种使用离子束注入一个或多个工件的离子注入系统，包括：

产生沿纵向路径的细长离子束的离子源，该离子束包括定义第一宽高比的横向宽度和横向高度，其中横向宽度大于横向高度，该第一宽高比包括该横向宽度和该横向高度之比；

束线系统，包括沿该路径位于离子源下游的质量分析仪以接收细长离子束，该质量分析仪提供横跨该路径的磁场，以便根据质量以不同轨道将离子从离子束偏转，从而提供包括具有期望质量的离子的经质量分析的细长离子束，该经质量分析的离子束包括基本类似于第一宽高比的第二宽高比；以及

终端台，从束线系统接收经质量分析的离子束，并且沿该路径支撑至少一个工件用于使用经质量分析的离子束的注入。

2、权利要求1的离子注入系统，其中束线系统包括：

第一磁体，向来自离子源的细长离子束提供第一磁场，该第一磁场用于将具有期望质量的各个离子沿该路径引导，并且使不具有期望质量的离子偏离该路径；以及

沿该路径位于第一磁体下游的第二磁体，该第二磁体向沿着第一磁体和终端台之间路径的具有期望质量的离子提供第二磁场，该第二磁场用于将具有期望质量的各个离子作为经质量分析的细长离子束引导到终端台，该离子束包括基本类似于第一宽高比的第二宽高比。

3、权利要求2的离子注入系统，其中第一和第二磁体提供第一和第二磁场以便将横跨离子源处的离子束宽度上的具有期望质量的各个离子引导到终端台，使得具有期望质量的各个离子在离子源和终端台之间大概行进相同的距离。

4、权利要求2的离子注入系统，其中第一磁体包括质量分析仪磁体，且第二磁体包括准直器磁体。

5、权利要求2的离子注入系统，其中第一和第二磁体基本相互类似。

6、权利要求3的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。

7、权利要求1的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。

8、权利要求1的离子注入系统，其中质量分析仪包括沿该路径放置的束导，该束导定义束腔，离子束通过所述束腔从入口端行进到出口端，其中该质量分析仪贯穿该束导的至少一部分提供横跨该路径的磁场，以将入口端处的横跨离子束宽度上的具有期望质量的各个离子通过该束导引导到出口端，使得具有期望质量的各个离子在束导的入口和出口端之间行进大概相等的距离。

9、权利要求8的离子注入系统，其中质量分析仪包括第一和第二磁体，且束导包括沿该路径在第一和第二磁体之间的分辨孔；

其中第一磁体靠近束导的入口端放置以在入口端和分辨孔之间提供沿该路径的第一磁场，以便根据质量以不同轨道偏转离子束中的离子，该第一磁场用于将具有期望质量的各个离子通过分辨孔沿该路径引导，以及用于将不具有期望质量的离子偏离该孔；

其中分辨孔沿该路径位于第一磁体的下游，并包括定义分辨孔宽高比的横向宽度和横向高度，该分辨孔宽高比不同于第一和第二宽高比；以及

其中第二磁体沿该路径位于束导的出口端，用于接收通过分辨孔行进的具有期望质量的离子，该第二磁体在分辨孔和出口端之间提供沿该路径的第二磁场，该第二磁场用于将来自分辨孔的具有期望质量的各个离子引导到沿该路径的出口端，以便提供包括基本与第一宽高比相似的第二宽高比的经质量分析的离子束。

10、权利要求9的离子注入系统，其中第一和第二磁体提供第一和第二磁场以便将横跨离子源处的离子束宽度上的具有期望质量的各个离子引导到终端台，使得具有期望质量的各个离子在离子源和终端台之间大概行进相同的距离。

11、权利要求9的离子注入系统，其中第一磁体包括质量分析仪磁体，且第二磁体包括准直器磁体。

12、权利要求9的离子注入系统，其中第一和第二磁体基本相互类似。

13、权利要求9的离子注入系统，其中靠近离子源的细长离子束的横向宽度大约为400mm，且其中经质量分析的细长离子束在终端台附近包括约400mm的横向宽度。

14、权利要求9的离子注入系统，其中终端台还包括束分布探测器，用于在终端台检测与经质量分析的细长离子束相关的密度分布，且其中离子束还包括束分布控制装置，用于根据在终端台检测到的与经质量分析的细长离子束相关的密度分布，调整与靠近离子源的细长离子束相关的密度分布。

15、权利要求14的离子注入系统，其中束分布探测器包括位于终端台的多个法拉第杯，以便检测与经质量分析的细长离子束相关的实际密度分布。

16、权利要求15的离子注入系统，其中所述多个法拉第杯靠近正被注入的工件放置。

17、权利要求9的离子注入系统，其中束线系统还包括靠近分辨孔放置的多个四极磁体，所述四极磁体提供沿该路径的束腰位置的调整。

18、权利要求9的离子注入系统，其中束导还包括多个磁体，这些磁体沿该路径的至少一部分提供多尖磁场，用于在靠近分辨孔的束导内沿该路径的束限制。

19、权利要求18的离子注入系统，其中束导还包括靠近分辨孔的波导以及连接到该波导的微波功率源，该微波功率源向波导提供微波能量用于在靠近分辨孔的束导内沿该路径的束限制。

20、权利要求19的离子注入系统，其中微波能量和多尖磁场在束导内相互作用以提供电子回旋共振条件，用于在靠近分辨孔的束导内沿该路径的束限制。

21、一种束线系统，用于向离子注入系统的终端台提供经质量分析的细长离子束，该束线系统包括：

第一磁体，接收沿一路径的具有第一宽高比的细长离子束，质量分析仪，该第一磁体向该细长离子束提供第一磁场以沿该路径引导具有期望质量的各个离子并且使不具有期望质量的离子偏离该路进；以及

第二磁体，沿该路径位于第一磁体的下游，该第二磁体在第一磁体和终端台之间向沿该路径的具有期望质量的离子提供第二磁场，以将具有期望质量的各个离子以细长的经质量分析的离子束的形式引导到终端台，所述经质量分析的离子束具有基本与第一宽高比相似的第二宽高比。

22、权利要求21的束线系统，包括入口端和出口端，其中第一磁体在入口端附近接收细长离子束，且第二磁体在出口端附近提供经质量分析的细长离子束，且其中第一和第二磁体提供第一和第二磁场以便将横跨离子源处的离子束宽度上的具有期望质量的各个离子引导到出口端，使得具有期望质量的各个离子在入口和出口端之间大概行进相同的距离。

23、权利要求21的束线系统，其中第一和第二磁体彼此基本类似。

24、权利要求21的束线系统，还包括沿该路径放置的束导，该束导定义束腔，细长离子束通过该束腔从入口端前进到出口端，其中第一和第二磁体分别贯穿该束导的第一和第二部分提供横跨该路径的第一和第二磁场，以将横跨入口端处的离子束宽度的具有期望质量的各个离子通过该束导引导到出口端，以使具有期望质量的各个离子在该束导的入口和出口端之间行进大概相等的距离。

25、权利要求24的束线系统，还包括沿该路径位于第一和第二磁体之间的分辨孔；

其中第一磁体位于束导的入口端附近用以在入口端和该分辨孔之间沿该路径提供第一磁场，以便根据质量以不同的轨道将离子从细长离子束偏转，该第一磁场用于将具有期望质量的各个离子沿该路径引导通过该分辨孔并使不具有期望质量的离子偏离该孔；

其中该分辨孔沿该路径位于第一磁体的下游，并且包括定义分辨孔宽高比的横向宽度和横向高度，该分辨孔宽高比不同于第一和第二宽高比；以及

其中第二磁体沿该路径位于束导的出口端附近用以接收穿过分辨孔的具有期望质量的离子，第二磁体在分辨孔和出口端之间提供沿该路径的第二磁场，该第二磁场用于沿该路径将具有期望质量的各个离子从分辨孔引导到出口端，以便提供具有第二宽高比的经质量分析的离子束，该第二宽高比与第一宽高比基本类似。

26、在离子注入系统中使用离子束注入工件的方法，包括：

产生具有第一宽高比的细长离子束；

使用第一磁场对该细长离子束进行质量分析；

使用第二磁场准直该离子束以提供经质量分析的细长离子束，该细长离子束具有基本与第一宽高比相似的第二宽高比；以及

提供该经质量分析的细长离子束的至少一部分到至少一个工件，以便使用来自该经质量分析的细长离子束的离子来注入该至少一个工件。

27、权利要求26的方法，其中质量分析和准直该细长离子束包括提供第一和第二磁场以将具有期望质量的离子从离子源引导到至少一个工件，其中具有期望质量的各个离子在离子源和该至少一个工件之间行进大概相等的距离。

28、一种用于使用离子束来注入工件的离子注入系统，包括：

产生具有第一宽高比的细长离子束的装置；

使用第一磁场质量分析该细长离子束的装置；

使用第二磁场准直该离子束以提供具有第二宽高比的经质量分析的细长离子束的装置，该第二宽高比基本与第一宽高比相同；以及

用于将经质量分析的细长离子束的至少一部分提供到至少一个工件的装置，以便使用来自该经质量分析的细长离子束的离子来注入该至少一个工件。

29、权利要求28的系统，其中用于质量分析所述细长离子束的装置包括第一磁体，其中用于准直该离子束的装置包括基本与第一磁体相似的第二磁体，且其中第一和第二磁体分别提供第一和第二基本类似的磁场。

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