CN1868028B - 离子注入器电极 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离子注入器(1)，该离子注入器具有减速透镜组件(9)，该减速透镜组件包括多个电极(60、61、65)，其中减速电极中的一个或多个孔隙(62、63、67)以可以提高离子注入器性能的方式成形。在一个实施例中，电极孔隙(67)总体上为椭圆形，并且总体上符合穿过该孔隙的离子束(146)的形状。在另一个方面中，轴线段(H)从孔隙中心(C)延伸孔隙长度的40％到在该线段的末端处的中间点(11)。在从中心到中间点的每个点处测量出的孔隙的平均宽度比该孔隙的最大宽度小很多。

Description

离子注入器电极
技术领域
本发明涉及用于在制造电子器件时将离子注入到衬底(例如，半导体晶片)中的离子注入器，更具体地说，本发明涉及能够工业规模处理晶片的离子注入器。
背景技术
离子注入技术通常用作在制造集成电路中采用的一种工艺，用于通过在半导体材料的预定区域中掺杂预先确定浓度的杂质原子，从而改变这些区域中的电传输特性。这种技术一般包括生成一束预先选择类别的离子，并且将该离子束射向靶衬底。离子注入的深度取决于离子束在衬底处的能量和其他因素。随着用于超大规模集成电路(ULSI)的单个晶片上器件密度增加并且单个器件的侧向尺寸缩小，离子注入器使用低能离子(例如，月0.2Kev到10KeV的)来形成浅结的能力变得日益有用。同时，在商用离子注入中，能够在尽可能短的时间内处理单个晶片也是有用的。在许多应用中，通过提供较大的离子束电流，从而缩短了处理时间。但是，由于空间电荷效应，常常难以传输低能大电流离子束。
美国专利No.5,932,882描述了一种现有技术，在该技术中，以高能传输离子束，然后刚好在该离子束轰击衬底前将其减速为低能离子束。该参考文献的离子注入器包括离子束发生器，该离子束发生器包括离子源和提取电极组件，用于提取来自源的离子并且形成离子束。该提取电极组件包括一个或多个电极，这些电极一般具有孔隙，离子束通过这些孔隙被成形。与离子束发生器相邻的磁体根据离子的质量在空间上分离离子束。飞行管传输具有传输能量的离子束，并且衬底保持器保持要被注入离子束的衬底。减速电势发生器被连接来将减速电势施加到减速透镜组件，该减速透镜组件位于飞行管和衬底保持器之间，用于将离子束中的离子减速到期望的注入能量。位于飞行管和衬底保持器之间的减速透镜组件包括多个电极，每个电极一般都具有离子束通过的孔隙。
发明内容
本发明提供了一种离子注入器，该离子注入器具有减速透镜组件，该减速透镜组件包括多个电极，其中所述减速电极中的一个或多个孔隙以可以提高离子注入器性能的方式成形。在一个实施例中，电极孔隙形状上总体为椭圆形，并且总体上符合穿过该孔隙的离子束的形状。在某些应用中，相信椭圆形或类似的形状可以减小下述电场中的像差，所述电场是由离子注入器的减速电极组件的开孔电极投射或者以其他方式影响的电场。
在一个所示实施例中，孔隙具有限定中心点的周长。纵轴穿过中心和在周长的两端的两个端点。孔隙的最大长度沿轴在这两个周长端点之间测量出。横轴也穿过中心点和在孔隙的两侧的两个周长中点。孔隙的最大宽度沿横轴在这两个周长侧点之间测量出。
在一个实施例中，孔隙的宽度从在侧面中点处沿横轴测量出的最大宽度的点到每个孔隙端点单调减小。在另一个方面中，孔隙的平均宽度比该孔隙的最大宽度小。在更具体的实施例中，轴线段从孔隙中心延伸孔隙长度的40％到在该线段的末端处的中间点。在从中心到中间点的每个点处测量出的孔隙的平均宽度比该孔隙的最大宽度小很多。在所示实施例中，取决于特定透镜元件的应用，沿该线段上的点测量出的孔隙的平均宽度在20～100mm的范围内。这些长度也可以与机器的尺寸成比率。
应当意识到类似椭圆形的孔隙形状可以增加离子束传输，减小电场中的像差或提供其他好处。例如，在一个实施例中，伸长的孔隙可能是非椭圆形的，但是该孔隙的宽度仍旧从侧面中点到每个孔隙端点单调减小，该减小的方式与椭圆形孔隙的类似。此外，在从孔隙中心到长度为孔隙长度的40％的轴线段的末端处的中间点在该线段上的每个点处测量出的孔隙的平均宽度比该孔隙的最大宽度小很多。
在另一个实施例中，相信非圆形的、非伸长的孔隙也可以提高离子注入器的性能。例如，部分为正方形并且具有四个渐圆的拐角的孔隙。在这种实施例中，孔隙的宽度从在侧面中点处沿横轴测量出的最大宽度到每个孔隙端点单调减小。此外，在从孔隙中心到长度为孔隙长度的40％的轴线段的末端处的中间点在该线段上的每个点处测量出的孔隙的平均宽度比该孔隙的最大宽度小很多。另外，另一个实施例可以具有圆形孔隙。
还存在本发明的其他方面。因此，应当理解，前面仅是本发明的某些实施例和方面的简单总结。本发明的其他实施例和方面将在下面提及。还应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例作出许多改变。因此，前面的总结不意味着限制本发明的范围。相反，本发明的范围应由所附权利要求书及其等同物确定。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例的示例，在附图中：
图1是现有技术的减速电极的孔隙的示意图。
图2示出了可以采用根据本发明实施例的电极的离子注入器的一个示例的示意图。
图3是图2的减速透镜电极组件的示意电气图；
图4示出了图2和图3中示出的地电极的示意正视图；以及
图5是图4的电极的孔隙的示意图；
图6是减速电极的孔隙的替换实施例的示意图；以及
图7是减速电极的孔隙的另一个替换实施例的示意图。
具体实施方式
本发明一个实施例的离子注入器在图2中总地标为1。离子注入器1包括用于产生离子束的离子束发生器3。与离子束发生器相邻的磁体5根据离子的质量在空间上分离束离子。设置为与分析磁体5相邻的离子选择器7用来选择待注入到靶衬底的离子种类，并将丢弃由磁体从它们中空间分离的其他离子。通过降低离子的速度从而控制离子束在注入前的最终能量。位于离子选择器7和电极组件9之间的屏蔽组件减少电场从电极组件9穿透到离子选择器7中。与电极组件9隔离开的支撑装置或保持器11支撑要被注入束离子的靶衬底12。注入器1可能是批量系统，其对成批晶片或单个晶片系统进行注入。等离子体流(plasma flood)发生器13设置在电极组件9和衬底支撑11之间，在靶表面处将电子和其他带电粒子引入到离子束中，来使离子束和晶片表面中和。离子束收集器14位于衬底支撑11的下游，充当离子束阻挡装置和用于剂量测定的离子流探测器。
参考图3到图7，减速透镜电极组件9包括预聚焦开孔平板电极60和定位为开孔平板电极60相邻的场或聚焦电极61，其向通过第一开孔平板电极60的孔隙62的离子束146的束离子提供聚焦场。场电极61一般是圆形对称的，并且限定孔隙63，该孔隙与屏蔽组件的平板电极60的出口孔隙62相邻并且基本共轴。在替换实施例中，这些电极可以具有圆形之外的其他形状，并且可能彼此偏移或彼此扭曲来导向光束。减速透镜组件还包括开孔接地平板电极65，该电极的电势为靶的电势。在当前实施例中，靶被维持在接地电势。当然，可以意识到也可以利用其他电势。接地平板电极65一般与离子束146成横向设置，并且限定离子束可以通过的另一个孔隙67，该另一个孔隙67设置为与场电极孔隙63相邻。可以意识到这些电极可以相对于离子束设置在其他位置和相对于彼此设置在其他位置。
如下面详细解释的，减速电极60、61和65各自的孔隙62、63和67中的一个或多个可以以这样的方式来成形，该方式可以提高注入器1的性能。例如，图4和图5以示意形式示出了接地平板电极65的孔隙67的表面。在所示实施例中，孔隙67一般为椭圆形，并且一般符合通过孔隙67的离子束146的形状。相反，如图1所示，现有技术的减速电极的孔隙通常为矩形。
本发明人已发现，椭圆或类似的形状可以增加离子束传输通过减速组件电极，同时维持良好的离子束传输。还相信椭圆或类似的形状可以减少与离子注入器的减速电极组件的电极中的孔隙内和孔隙间的电场的具体几何形状有关的光束中的像差。
在场电极61和平板电极65中形成的孔隙63和67中的每个制作为比在这些孔隙处的离子束截面积大。离子束可以直接穿过，基本上不会接触电极61、65，并且基本上大多或全部离子束流可以被传输过。对于给定质量的离子、孔隙63和67每个之间的距离、以及分析磁体5，离子束的截面积将取决于以下因素，例如，离子束发生器和磁体光学元件、磁体的分离功率和质量分离裂缝的宽度，这些因素中的每个都可以用来控制离子束在将降速装置和靶衬底处的截面积。应当意识到，在某些应用中，可以应用比离子束截面积小的一个或多个电极孔隙。
在所示实施例中，在场电极61和地电极65中形成的离子束孔隙被延长，以更好地符合离子束的截面积。因此，电极65的孔隙67的长度L比图5所示孔隙67的宽度W大。这里所使用的术语“长度”指在孔隙的延伸方向上的测量值，术语“宽度”指与相对于该延伸方向的横向方向上的测量值。在一个实施例中，场电极61的离子束孔隙63和开孔平板电极65的离子束孔隙67具有这样的尺寸：长度约90mm，宽长比约0.85。另一个示例的合适椭圆形孔隙具有这样的尺寸：长度约70mm，宽长比约0.75。可以相信，取决于具体每种应用，在大约0.2～1或0.5～1范围内的宽长比可适于许多应用。因此意识到，延伸的方向可以是垂直、水平或其他方向，并且孔隙可以比其高度更宽。因此，在约0.2～1.5范围内的宽长比可适用于许多应用。
在图5的实施例中，孔隙67具有周长70，该周长70限定中心点C。纵轴H穿过中心C和在周长70的两端的两个孔隙端点E1和E2。孔隙67的最大长度L沿轴H在孔隙端点E1和E2之间测量出。横轴T也穿过中心点C和在孔隙67的两侧的两个孔隙中点M1和M2。孔隙67的最大宽度W沿轴T在侧点M1和M2之间测量出。
可以看到，孔隙的宽度从中心点C(具有沿横轴T在侧面中点M1、M2之间测量出的最大宽度W0)到每个孔隙端点E1、E2单调减小。另外，孔隙的平均宽度比孔隙67的最大宽度W0小。在所示实施例中，轴线段从孔隙中心C延伸孔隙67的长度L的40％到在该线段的末端处的中间点11。在该中间点11处测量出的孔隙67的宽度示作宽度W1。沿轴H在中心点C和中间点11之间的第二中间点12处测量出的孔隙67的宽度示作宽度W2。在从中心点C到中间点11的每点处测量的孔隙67的平均宽度比孔隙67的最大宽度W0小很多。在各种实施例中，取决于应用，沿该线段上的点测量的孔隙的平均宽度一般可能在例如最大宽度的50～98％范围内。
相反，图1示出了现有技术的减速电极孔隙72，该减速电极孔隙72总体为矩形，尽管在拐角处被稍稍变圆，例如拐角K1。该伸长的孔隙72限定了中心点C、纵轴H、横轴T、沿纵轴H的孔隙端点E1、E2和沿横轴T的孔隙中点M1、M2。轴线段从孔隙中心C延伸孔隙72的长度L的40％到在该线段端点处的中间点11。在该中间点11处测量出的孔隙72的宽度示作宽度W1。沿轴H在中心点C和中间点11之间的第二中间点12处测量出的孔隙72的宽度示作宽度W2。孔隙72的这些宽度W0、W1和W2基本相等。实际上，在从中心点C到中间点11的每点处测量出的孔隙72的平均宽度与孔隙72的最大宽度W0基本相等。
应当意识到，类似于椭圆的孔隙形状可以增加离子束传输，减少电极电场中的像差，或者提供其他好处。例如，在一个实施例中，伸长的孔隙74(图6)限定中心点C、纵轴H、横轴T、孔隙端点E1、E2和孔隙中点M1、M2，该孔隙74可以是非椭圆形的，但是该孔隙的宽度仍旧从侧面中点M1、M2到每个孔隙端点E1、E2单调减小，该减小的方式与孔隙67的类似(以虚线示出的)。
此外，轴线段从孔隙中心C延伸孔隙74的长度L的40％到在该线段的末端处的中间点11。在该中间点11处测量出的孔隙74的宽度示作宽度W1。沿轴H在中心点C和中间点11之间的第二中间点12处测量出的孔隙74的宽度示作宽度W2。在从中心点C到中间点11的每点处测量处的孔隙74的平均宽度比孔隙74的最大宽度W0小很多。
在某些应用中，任意电极孔隙62、63和67可以总体上是圆形的(尽管它们可以是这里所述或所要求的椭圆形或其他形状的)，并且直径为例如约75mm。在其他应用中，减速电极60的孔隙62给出了一个非圆形、非伸长的孔隙的示例，取决于具体应用，相信该孔隙改善了某些实施例的离子注入器的性能。例如，在图7所示实施例中，孔隙62形状上部分为正方形的，并且具有四个渐圆的拐角。这种形状的孔隙可能适于某些应用，在这些应用中，接地平板电极65具有较小的面积，例如85×65mm。
图7的孔隙62限定中心点C。第一轴H穿过中心C，并且在两个孔隙端点E1和E2处正交穿过两侧S1、S2。孔隙62的长度L沿轴H在孔隙端点E1和E2之间测量出。正交的横轴T也穿过中心点C，并且在孔隙67的侧面S3、S4处穿过两个孔隙中点M1和M2。孔隙62的最大宽度W沿轴T在孔隙中点M1和M2之间测量出，并且该最大宽度W与孔隙62的长度L基本相等，在图7的示例中为80mm。渐圆的拐角可以具有例如约20mm的半径。可以意识到，该孔隙无需总体上为正方形，而可以为其他形状，例如总体上为矩形，并且具有圆拐角，提供这里所述的平均孔隙宽度。
可以看到，孔隙62的宽度从沿横轴T在侧面中点M1、M2处测量出的最大宽度W0到每个孔隙端点E1、E2单调减小。另外，孔隙的平均宽度比孔隙62的最大宽度W0小。在所示实施例中，轴线段从孔隙中心C延伸孔隙62的长度L的40％到在该线段的末端处的中间点11。在该中间点11处测量出的孔隙62的宽度示作宽度W1。沿轴H在中心点C和中间点11之间的第二中间点12处测量出的孔隙62的宽度示作宽度W2。在从中心点C到中间点11的每点处测量处的孔隙62的平均宽度比孔隙62的最大宽度W0小很多。
在图4～图7的实施例中，孔隙62、63、67和74每个都关于上述每个轴对称。另外，每个孔隙67、74的宽度都从侧面中点M1、M2到每个孔隙端点E1、E2单调减小。但是应当理解，根据所述实施例，不对称或者不具有单调减小的宽度的其他孔隙也可以提供改善的注入器的性能。例如，相信宽度相对平滑地改变以使相对尖锐的拐角被减小或消除的伸长的孔隙也可以改善离子注入器的性能。
在一个实施例中，形成在最后的开孔电极65中的孔隙67(例如，85×65)在长度L和宽度W上都比场电极61的孔隙63(例如，95×80mm)小，以增强将离子束中和装置13从在场电极61处发源的电场屏蔽开。场电极和最后的开孔平板电极65之间孔隙宽度缩小的百分比比场电极和最后的开孔电极之间孔隙高度缩小的百分比大。在与美国专利No.5,932,882中所述的类似的方式中，随着离子束穿过质量分离狭缝，由于空间电荷效应，离子束具有笔形截面几何形状，使得该离子束在侧向比垂直方向上以更大的比率扩展。这些孔隙的宽度之间的较大缩小加强了沿离子束的宽度的侧向上的聚焦力，以抵消在该方向上较高的扩展比率。最后的开孔平板电极65和场电极61的束孔隙配置增加了减速透镜的聚焦能力，使得可以降低提供足够的离子束聚焦所必需的场电极相对于第一和最后的开孔电极的电势，从而降低仅由离子束在穿过场电极孔隙时获得的比传输能量高的能量。这进而降低了由与驻留(residual)的气体原子交换电荷而在该区域中产生的快速中性粒子的能量。
在本示例中，场电极61、平板电极65和预聚焦电极60的直径分别为约250、200和225mm。这些电极每个都可以由石墨或其他合适的材料制成。
在所示实施例中，离子束发生器3包括离子源，离子源包括电弧室，电弧室在其前面形成有出口孔隙。提取电极组件20包括多个电极(例如，两个或三个)，这多个电极与出口孔隙分隔开。提取电极组件20将离子从电弧室中提取并形成离子束。与电弧室的出口孔隙最接近的提取电极充当抑制电极，防止离子束发生器前方的电子流入电弧室。
飞行管位于质量分析磁体5的两极之间，接收来自离子束发生器3的离子束。离子束的传输能量是飞行管和离子源之间的电势差的函数。在该特定实施例中，分析磁体的磁场强度和通过该磁体的离子束的能量被挑选为具有合适质量和电荷状态的离子被偏转约90度，以穿过离子选择器7、电极组件9和等离子流发生器13，到达晶片。飞行管相应地配置为使分析磁体的出口孔隙与磁体进入孔隙近似正交。
离子选择器7包括一系列离散的元件，这些离散的元件沿离子束隔离开，并且限定了一系列孔隙，这些孔隙组合起来选择具有正确质量和电荷状态的离子以注入到靶衬底中，同时抛弃穿过分析磁体5的其他在空间上分离出的离子。在该特定实施例中，离子选择器7包括：平板电极，该平板电极将从磁体出来的大多不想要的离子种类抛弃；一对一起限定一个可变宽度的质量分离狭缝的元件，该质量分离狭缝只通过选择出的离子种类；以及其他元件，这些其他元件限定离子束的高度。但是，大量质量分离元件和它们的配置可以不同。
离子选择器组件被容纳在一个室中，该室形成飞行管的一部分，并且设置在磁体和电极组件9之间。包括质量分离室的飞行管提供这样的装置，通过该装置，离子束从离子束发生器被传输到电极组件9。质量分离室壁包括：在束线方向上延伸的部分，该部分限定总体为圆筒状的封筒；与该圆筒状部分相邻的横向部分，该部分构成与束线成横向的平板孔隙，并且限定离子束可以通过的孔隙，该孔隙与离子选择器7的最后元件相邻。该横向部分提供静电屏蔽，用于将离子选择器7从源自离子选择器下游的电场屏蔽开。
在该特定实施例中，真空端口被形成在与方向磁体5接近的室壁上，该真空端口连接到真空泵，用于对该室抽真空，尽管在另一个实施例中可以省略该真空端口。屏蔽组件设置在质量分离室的出口孔隙和电极组件9之间，以减少来自电极组件9的电场通过该出口孔隙穿透到质量分离室。该屏蔽组件包括圆筒形电极和场限定屏蔽电极。屏蔽组件的开孔屏蔽电极位于减速透镜60的第一元件的上游，以进一步将离子选择器7从离子选择器7的下游产生的电场屏蔽开，具体而言，在场电极61处产生电场。在该特定实施例中，其他屏蔽电极被安装在减速透镜的第一元件60的上游延伸的支座。
屏蔽组件的圆筒电极布置为与质量分离室的出口孔隙共轴，并且一端布置为与质量分离室壁相邻并且连接到该质量分离室壁的横向部分(或者下游端)。屏蔽组件的圆筒电极向质量分离室的下游延伸，并且可以具有形成在其下游端的向内延伸的环状凸缘，以提供额外的屏蔽，并且允许装配减速电极60的第一电极。包含孔隙62的开孔屏蔽电极60被安装在屏蔽圆筒的下游端。后者还围住额外的屏蔽平板电极。在本实施例中，屏蔽组件圆筒、减速透镜60的第一元件、屏蔽组件平板电极都电连接到飞行管。飞行管和靶室由绝缘体分隔，如同离子发生系统和飞行管一样。
可以使用也可以不使用屏蔽组件的场限定屏蔽电极，该场限定平板电极包括在中心形成孔隙的圆环平板。该场限定平板电极被安装在屏蔽组件圆筒电极内并且由该圆筒电极支撑，并且位于该圆筒电极的两端之间的大约中点处(尽管这可能会变化)，并且与离子束的轴成横向。屏蔽组件电极的孔隙可以为椭圆形、矩形或者正方形，并且在一个实施例中，可以向外朝电极组件9稍稍逐渐变细。在本示例中，该孔隙为正方形，并且宽度约60mm。屏蔽组件圆筒电极和场限定平板电极每个都可以由石墨或其他合适的材料制成。
在本实施例中，等离子体喷射器13包括等离子体流系统，该系统在接近靶处将低能电子和离子引入到离子束中。等离子体流系统包括导管或约束管，离子束可以通过该导管或约束管从平板电极孔隙67传递到靶衬底12，并且导管或约束管既在离子束附近维持来自等离子体流系统的电子，还将离子束的在平板电极孔隙和晶片之间的部分从抑制(stay)电场屏蔽开。发生器13的开孔平板电极位于约束管的上游端，与减速组件9的开孔平板电极相邻，以将该约束管的内部进一步从来自场电极61的电场屏蔽开。
在本实施例中，离子注入器还包括用于偏置离子源的离子源电压供应、用于偏置抑制电极的抑制电极电压供应、用于偏置飞行管的飞行管电压供应175、质量分离室、屏蔽组件和提取组件20的适当的电极。场电极电压供应177偏置场电极61。预聚焦电极60形成减速透镜组件9中的第一电极，该电极被供应175维持在飞行管电势处。在一个实施例中，场电极61被偏置到比电极60低的负电势。
等离子体流电压供应偏置等离子体喷射器13的电子约束电极和开孔屏蔽平板电极。在本实施例中，减速透镜的开孔平板电极65、靶衬底保持器11和衬底12被维持在地电势，这帮助处理靶衬底，简化靶支撑组件，并且充当用于其他电极的方便的参考电势。
现在将参考特定示例描述用于操作离子注入器来注入低能离子的方法，其中所述特定示例仅用于说明目的。离子注入能量由衬底12和离子源之间的电势差确定。由于衬底被维持在地电势，所以离子源电压供应相对于地电势被正偏置与期望的离子注入能量相对应的量。例如，对于2KeV注入，离子源电压供应被偏置为+2KV。离子束通过分析磁体5和质量分离室的传输能量也被称作离子束的提取能量，该能量由离子源和飞行管之间的电势差确定，该电势差由飞行管电压供应控制。因此，例如，要以10KeV将离子束传输过飞行管，则飞行管就要相对于离子源偏置在-10KV或者相对地偏置-8KV。离子束以基本恒定的能量被传输过分析磁体，并且离子束内不同的离子种类被该磁体根据它们的质量和电荷状态在空间上分离开。空间上分离开的离子束然后传递到质量分离室中，在该质量分离室中，离子束首先穿过接近分析磁体5的离子选择器7的平板电极限定的预定孔隙。该平板电极充当用于在空间上分离后的离子束的粗略的第一级过滤器，并且阻挡在空间上分离后的离子类别中的在注入时不需要的部分。第二和第三元件与分析磁体5隔离开来，并且沿束线在轴上彼此移位，从而限定可变宽度的质量分离狭缝，该质量分离狭缝的位置可在与束线横向的方向上变动，用于从过滤后的离子束选择要被注入的离子种类。
作为示例，在利用BF3作为馈送材料的硼注入中，离开分析磁体的在空间上分离开的离子束可能包含BF2、BF、B和F离子，并且分子和硼离子将包含硼的任意同位素，10B和11B。因此，对于硼-11注入，预定元件135和质量分离元件将滤除11B外的任何离子种类。
在离子束穿过质量分离室时，该离子束的能量被维持为恒定，在本示例中为10KeV。该10KeV质量分离后的离子束穿过质量分离室的出口孔隙，然后穿过屏蔽组件，到达电极组件9。
电极61被偏置到比质量分离室的电势更大负值的电势，因此比电极60亦为更大负值。施加到场电极61的电势的大小足以在接地的平板电极65的最后孔隙67的区域内建立静电聚焦场。相对于平板电极65的电势为-3kV到-30kV之间的电势(尽管也可以使用该范围外的电压)，优选-25kV的电势足以在最后的透镜孔隙67处建立所要求的聚焦场，以维持在最后的透镜孔隙67和靶衬底之间的离子束内的束离子。
在本示例中，在质量分离后的离子束到达场电极61时，该离子束仅在10KeV的传输(提取)能量之上被加速，加速到基本上由离子源和场电极61之间的电势差限定的能量。离子束穿过场电极孔隙63，然后在场电极孔隙63和最后的孔隙67之间的间隙中基本上减速到所要求的注入能量。此刻，在屏蔽组件开孔平板60和减速透镜的平板电极65之间以及刚超出的区域中，净聚焦力被施加到离子束。
离子束然后传递到最后的透镜孔隙67和靶衬底之间的区域中。在该区域中，离子束基本上以所要求的注入能量被传输到衬底。现在，通过利用等离子体流系统13，将低能电子涌入离子束，从而使低速离子束的扩展被最小化。等离子体流系统还使在离子注入期间对靶衬底表面带电最小化。
真空端口形成在处理室的侧壁上，并且耦合到真空泵，这允许对处理室抽真空。真空端口的开口相对较大，并且在靶衬底的区域中与束线平行延伸，以在注入期间对在靶附近的泵浦进行优化。具体而言在场电极61和第二开孔平板电极60之间的减速透镜组件直接位于处理室的真空排气端口前面，以使得可以更有效地对该透镜内部抽真空，这有助于进一步使离子束中的快速中性粒子和高能污染物的产生最小化。
因此，图3示出的减速透镜组件被配置并构造为允许透镜内的空间被有效地抽真空，以使残留气压最小化，从而使中性粒子的产生最小化，其中所述中性粒子包括能量超过注入能量的那些。
在所示实施例中，离子束的宽度轮廓随着该离子束从分析磁体5穿过减速透镜到达靶衬底12沿束线改变。磁光学元件使离子束在由质量分离元件限定的质量分离狭缝处聚焦为窄焦点。随着离子束穿过质量分离狭缝、通过质量分离室以及其他屏蔽电极的离子束孔隙，该离子束的宽度逐渐扩展。在离子束到达电极60的束孔隙62时，场电极61和开孔平板电极60之间的电场开始对该离子束施加力，该离子束被加速到传输能量之上。
离子束穿过场电极61进入场电极61和最后的开孔平板电极65之间的间隙后，该离子束被减速到期望的注入能量，并且这些电极之间的电场向该离子束施加聚焦力，来使该离子束的宽度变窄，以穿过最后的开孔平板电极65的束孔隙67。最后，离子束经由屏蔽平板电极的束孔隙进入中和装置13的电子约束管，最后到达靶。
再次参考图2，减速透镜组件9、等离子体流系统13和靶衬底支撑11都容纳在处理室内，处理室与质量分离室相邻，并且通过形成在质量分离室的前端部分中的孔隙与该质量分离室连通。质量分离室前端侧壁和开孔平板电极60之间的屏蔽圆筒将离子束从处理室中的抑制电场屏蔽开。质量分离室壁与处理室壁电绝缘，这是利用形成处理室壁一部分的电绝缘构件实现的。束线(飞行管)以类似的方式与离子源绝缘。
筒形凸缘可以设置为从最后的开孔平板电极65朝场电极61沿轴延伸。筒形凸缘和第一开孔平板电极65可以形成围绕离子束和场电极61的屏蔽，以约束由场电极61和最后的开孔平板电极65之间的电势差建立的电场，从而防止靶衬底12附近的带电粒子向上游流动到场电极61，并且同时将离子束从在处理室中存在的任何抑制电场屏蔽开，抑制电场否则可能扰乱离子束中的电荷平衡，导致束电流损失。
场电极61位于凸缘内部，以使凸缘围绕场电极61的外周。在本实施例中，场电极61利用多个支座安装在圆筒屏蔽凸缘中，并且由该圆筒凸缘支撑，这多个支座绕场电极61的外周放射状布置。场电极和最后开孔平板电极组件利用多个支柱安装在处理室侧壁上。在本实施例中，圆筒屏蔽凸缘延伸超出场电极61的上游表面最小的距离。
在其他实施例中，开孔平板或电极以及聚焦或场电极可能具有适当的形状和配置，并且每个都可以包括一个或多个独立的电极。例如，接地电极可能包括圆筒电极或环电极。在另一种实施例中，接地电极和等离子体流导管可以包括单个电极，并且电连接到一起。在另一个实施例中，接地电极可以被布置为可以被偏置为与靶衬底的电势不同的电势。
在另一个实施例中，聚焦或场电极可以包括飞行管的延伸，并且基本上处于飞行管电势。在本实施例中，飞行管和第一开孔平板或降速电极之间的电势差应当足以在降速区域中向离子束施加聚焦力。应当提供在降速电极上游并且在飞行管内并且偏置在比飞行管的电势低的电势处的其他电极来防止电子流失到降速电极。
出于图示和说明，前面描述了本发明的各个实施例。但是，不是要穷尽或者将本发明限制于所根据的精确形式。根据上述教导，可以作出许多修改和改变。本发明的范围不应由该详细描述限制。
本申请是2003年10月17日提交的序列号为No.10/688,072，题为“Ion Implanter Electrodes”的专利申请的部分继续申请，该申请被转让给本申请的受让人。

Claims (24)

1.一种用于产生离子束的离子注入器的减速透镜组件的电极，包括：
电极主体，其限定一个非圆形孔隙，所述孔隙具有周长、中心、以及穿过所述中心并且限定所述孔隙沿其的长度的轴，所述轴包括从所述孔隙的中心向所述孔隙的周长沿所述轴延伸的轴线段，所述轴线段具有在所述孔隙长度的20～40％范围内的长度，其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度比在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度小，其中，当离子束定位于所述孔隙中心时，所述孔隙的周长限定的形状与通过所述孔隙的所述离子束的形状基本一致。
2.如权利要求1所述的电极，其中，在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度处于在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度的50～98％范围内。
3.如权利要求1所述的电极，其中，在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的宽度从所述孔隙的中心到所述轴线段的末端单调减小。
4.如权利要求1所述的电极，其中，所述孔隙是伸长的。
5.如权利要求1所述的电极，其中，所述孔隙是椭圆形，并且所述电极是预聚焦电极和聚焦电极之一。
6.如权利要求1所述的电极，其中，所述孔隙具有最大宽度和最大长度，并且所述孔隙的最大宽度对所述孔隙的最大长度的比在0.2～1.5范围内。
7.如权利要求1所述的电极，其中，所述孔隙具有四个侧面和四个拐角，其中每个拐角将两个相邻侧面连接到一起，并且其中每个拐角形状上是圆角。
8.如权利要求7所述的电极，其中，所述四个侧面每个的长度都相等。
9.如权利要求1所述的电极，
其中所述孔隙是椭圆形，其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度处于在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度的50～98％范围内，其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的宽度从所述孔隙的中心到所述轴线段的末端单调减小，并且其中所述孔隙具有最大宽度和最大长度，并且所述孔隙的最大宽度对所述孔隙的最大长度的比在0.2～1.5范围内。
10.根据权利要求9所述的电极，其中，所述孔隙的宽度与所述孔隙的长度比为0.85。
11.根据权利要求9所述的电极，其中，所述孔隙的宽度与所述孔隙的长度比为0.75。
12.一种用于形成将材料注入到半导体中的离子束的方法，包括：
使离子束穿过减速透镜组件电极的电极主体的非圆形孔隙，其中所述孔隙具有周长、中心和穿过所述中心并且限定所述孔隙沿其的长度的轴，所述轴包括从所述孔隙的中心向所述孔隙的周长沿所述轴延伸的轴线段，所述轴线段具有在所述孔隙长度的20～40％范围内的长度，其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度比在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度小，以及
施加电势到所述主体来产生与所述孔隙相邻的电场，以改变所述离子束中的至少一些离子的速度，其中所述电场具有作为所述孔隙的形状的函数的属性，其中，当离子束定位于所述孔隙中心时，所述孔隙的周长限定的形状与通过所述孔隙的所述离子束的形状基本一致。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度处于在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度的50～98％范围内。
14.如权利要求12所述的方法，其中，在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的宽度从所述孔隙的中心到所述轴线段的末端单调减小。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述孔隙是伸长的。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述孔隙是椭圆形。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述孔隙具有最大宽度和最大长度，并且所述孔隙的最大宽度对所述孔隙的最大长度的比在0.2～1.5范围内。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述孔隙具有四个侧面和四个拐角，其中每个拐角将两个相邻侧面连接到一起，并且其中每个拐角形状上是圆角。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述四个侧面每个的长度都相等。
20.一种用于将材料注入到半导体中的离子注入器，包括：
保持器，适于支撑至少一个半导体；
离子束发生器，产生离子束；以及
减速透镜组件，适于控制所述离子束在注入到所述半导体前的能量，所述组件包括电极，所述电极具有限定非圆形孔隙的主体，所述孔隙具有周长、中心以及穿过所述中心并且限定所述孔隙沿其的长度的轴，所述轴包括从所述孔隙的中心向所述孔隙的周长沿所述轴延伸的轴线段，所述轴线段具有在所述孔隙长度的20～40％范围内的长度，其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度比在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度小；并且其中，当所述离子束定位于所述孔隙中心时，所述孔隙的周长限定的形状与通过所述孔隙的所述离子束的形状基本一致。
21.如权利要求20所述的离子注入器，其中，所述孔隙是伸长的，并且在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的平均宽度处于在所述孔隙的中心处测量出的所述孔隙的宽度的50～98％范围内，并且其中在沿所述轴线段的点处测量出的所述孔隙的宽度从所述孔隙的中心到所述轴线段的末端单调减小。
22.如权利要求21所述的离子注入器，其中，所述孔隙是椭圆形。
23.如权利要求20所述的离子注入器，其中，所述孔隙具有最大宽度和最大长度，并且所述孔隙的最大宽度对所述孔隙的最大长度的比在0.2～1.5范围内。
24.如权利要求20所述的离子注入器，还包括磁体，所述磁体设置为与所述离子束发生器相邻，并且适于根据离子的质量在空间上分离所述离子束；以及
离子选择器，设置为与所述磁体相邻，并且适于从来自所述磁体的空间上分离后的离子束中选择离子种类并抛弃其他离子。
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