CN1886817A - 具有质量分离的带状离子束 - Google Patents

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Abstract

本发明使用一个质量分析器，包括一对永久磁体，以从带状型离子束中的多个种类选择所需的种类。这些永久磁体在一个小区域中提供一适当大小的实质均匀的磁场，其无法利用在一所需方向施加一特定力的电磁体而获得。施加力到带状离子束的通过粒子，并且使粒子的路径根据他们各自的质量而改变。因此，选择的种类可以从射束藉由该力而获得，这个力使被拒绝的种类以及/或是污染物无法通过质量分析器(例如，撞击磁体本身以及/或是在分析器内的其它障壁)。由于质量分析器，可以使用产生多个种类的掺杂剂/种类源，而不是使用仅仅提供单一掺杂剂/种类的来源。

Description

具有质量分离的带状离子束
技术领域
本发明一般涉及离子植入装置，更特别地涉及包含质量分离的带状离子束系统。
背景技术
离子植入是一种物理处理，相对于化学处理的扩散，其于半导体元件制造中使用以选择性地将掺杂剂植入到半导体及/或晶片材料。因此，植入的动作不依赖于掺杂剂以及半导体材料之间的化学相互作用。对离子植入来说，掺杂剂原子/分子被离子化并且隔离，有时加速或是减速形成射束，并且扫过一晶片区。掺杂剂离子以物理方式轰击晶片，进入表面并且在表面下部静止。
离子植入系统是一复杂子系统的集合，每一个子系统对掺杂离子进行特定操作。气体或是固体形式的掺杂剂成分放置于离子化室里并且以合适的离子化处理方式离子化。在一个范例处理中，离子化室保持在一个低压(真空)下。灯丝位于离子化室内并且加热至电子从灯丝源上产生的点。带负电的电子被吸引到离子化室内带著相反电荷的阳极。从灯丝到阳极的行进期间电子与掺杂剂源成分(例如，分子或是原子)相撞，并且从分子成分中产生许多带正电的离子。
通常，除了所需的掺杂剂离子之外还产生其他正离子。所需的掺杂剂离子藉由一种处理方式从很多离子中选出，这种处理程序称为分析、质量分析、选择或是离子分离。离子选择利用质量分析器完成，质量分析器产生一个磁场，离子经过它从离子化室开始行进。离子以相对高速离开离子化室并且被磁场弯成弧形。弧形的半径由各别离子质量、速度以及磁场的强度决定。一个分析器的出口一般允许主要种类的离子(所需的掺杂剂离子)离开质量分析器。
称为线性加速器的加速系统在一些情况中用来加速或是减速所需的掺杂剂离子到预先决定的动量(例如，掺杂剂离子的质量乘以它的速度)以穿过晶片表面。以加速而言，该系统一般是一种线性设计，其具有环形供电电极以及沿著轴的成对四极透镜。四极透镜由负电位及正电位提供动力。当掺杂剂离子进入其中时，他们透过供电电极提供其加速(为射束)并且选择性地由四极透镜调节焦距。接著，掺杂剂离子朝著在终端站的一个目标晶片行进。
离子植入系统普遍地分类成铅笔型以及带状射束型系统的两个种类中的一个。铅笔型离子植入系统使用铅笔型离子束，其中相对狭窄的射束由离子源产生并且接受质量分析、接续的射束调节以及到达工件之前的扫描。不过，极多的应用希望得到相对高掺杂剂密度的浅植入，例如在半导体制造的浅源极/漏极区域。对于浅的深离子植入来说，高电流、低离子束能量是合乎需要的。在这种情况下因为带电荷的离子的相互排斥，离子能量的降低将引起一些维持离子束收敛的困难。高电流的离子束通常包含高密度的相似电荷离子，其倾向于因相互排斥而发散。解决上述问题的一个方法是使用带状型离子束而不是铅笔型射束。带状型射束的一个优点是射束的横截面积明显地比铅笔型射束大。例如，典型的铅笔射束具有大约1-5厘米的直径，而带状型射束具有大约1-5厘米的高度以及大约40厘米的宽度。基于实质较大的射束区域，给定的射束电流具有实质较小的电流密度以及更低的射束导电系数。不过，使用带状型射束会碰到许多相关的独特挑战。
带状射束型系统使用一个产生狭缝射束的离子源。当狭缝长度增加时，传统狭缝射束的质量分离会变得越来越有问题。沿著狭缝(或是带状)方向的磁场将磁体片之间跨出一个大磁隙。产生这样的磁场(大约缺口的平方)所需要的电力通常是很大的。因此，一些带状射束型系统省略质量分离器并且植入离子源所产生的所有种类。离子源因此指定给特别种类并且在限制条件下操作，该条件限制输入材料，以移除不需要掺杂剂的产生。尽管如此，低于理想状况的处理仍导致非所需的掺杂剂，而污染最终植入。
电磁体一般在质量分析器中是如上述的方式使用。不过，在带状射束型系统中使用的电磁体质量分析器需要相当大的费用、体积以及复杂性。因此，在带状型离子植入系统使用电磁体进行质量分析有时是不可行的。
发明内容
以下说明提供了简化内容以提供本发明一个或多个观点的基本理解。本内容不是本发明的详细描述，也不在于识别本发明的主要或是关键元件，也不在于说明其范围。相反的，其主要目的是呈现本发明的一些简化形式概念，作为稍后提出的更详细描述的前言。
本发明使带状射束离子植入系统及其操作变得容易。本发明使用含有一对永久磁体的质量分析器。这些磁体提供实质均匀的磁场，其在一个需求的方向施加一特定的力到移动的带电粒子，例如离子。将力施加于带状离子束中通过的粒子并且引起粒子的路径依据他们各自的质量以及能量而改变。因此，可以从射束中获得选定的离子类型，该力是使被拒绝的非需求荷质比的离子以及/或是污染物无法通过质量分析器(例如，撞击磁体本身以及/或是在分析器中具有的其他障壁)。另外，经由抽取电极电位的改变，进入质量分析器的离子能量可以改变，因此允许永久磁体用于不同的掺杂剂种类。由于有质量分析器，可以使用产生多个种类(例如、硼、亚磷、砷、等等)的离子源，而不是使用只提供单个掺杂剂/种类的离子源。
为了完成上述及相关的目的，本发明包含在下文完全描述并且在权利要求书中特别指出的特征。以下说明以及附图是详细说明本发明的特定观点以及实施例。但是，它们只是本发明原理所使用的各种方式中的一些。从以下本发明的详细说明并配合附图，将可清楚地了解本发明的其他目的、优点以及新颖特征。
附图说明
图1是根据本发明观点说明范例离子植入系统的框图。
图2是根据本发明观点说明范例离子源的立体图。
图3是说明磁场对离子束的效应的图。
图4是根据本发明观点说明用质量分析系统抽取带状射束的图。
图5是根据本发明观点说明质量分析器的图。
图6是根据本发明观点说明质量分析器的另一图。
图7是根据本发明观点说明产生带状型离子束方法的流程图。
图8是根据本发明观点说明设置带状型离子束系统以进行特定植入的方法的流程图。
具体实施方式
现在以参考附图的方式说明本发明，其中相似参考符号是用来表示所有相似的元件。本领域技术人员将理解到本发明不限于这些范例实施例以及在下面说明及描述的观点。
本发明利用一个质量分析器，包括一对永久磁体，以在带状型离子束内从多个种类中选择一个需求的离子种类(例如，给定能量下具有所需荷质比的离子)。永久磁体提供一个实质均匀的磁场，其在一个要求的方向施加特定的力到离子束上。施加在带状离子束的通过粒子的力造成粒子路径根据他们各自的质量而改变。因此，藉由该力，可以从射束中得到具有选定荷质比的离子，该力使被拒绝种类/离子以及/或是污染物无法穿过质量分析器(例如，透过撞击磁体本身以及/或是在分析器中出现的其他障壁)。由于该质量分析器，便可以使用产生多个种类(例如，硼、亚磷、砷等等)的离子源而非使用只是提供单个掺杂剂/种类的离子源。
相反地，不使用质量分析器的传统带状射束系统受到非所需掺杂的困难(通常需要对特定种类指定离子源)，使设备性能降低并且加诸基板过多的热，极度地限制植入机的产能或是生产力。另外，传统电磁体质量分析器很难在一个小的空间内提供比本发明的质量分析器实质更均匀的磁场，而且即使如此做将需要大量的电力。
首先参考图1，根据本发明观点的范例离子植入系统以一框图说明。系统10包括离子源12，用以沿著射束路径产生离子束14。离子束源12包括例如等离子体源16以及相关电源18。带状射束型系统的离子束源12不需要如其他传统离子束源一样指定特定的种类。因此，离子束源12能提供/产生许多可选种类的产生(例如硼、亚磷、砷、等等)。等离子体源16可以包括例如一个等离子体密闭室，在其中抽取离子束。抽取的射束包括带状型离子束，例如具有大约400毫米的宽度，以进行300毫米的半导体晶片植入。
射束组件11设于离子源12的下游，以由该处接收带状射束14。射束组件11包括质量分析器22并且包括减速系统26以及偏转系统28。射束组件11沿著路径放置以接收射束14。质量分析器22包括一对永久磁体，其产生穿过射束路径的均匀磁场，以致于根据各别离子荷质比在不同轨道将离子偏转离开离子束14。穿过磁场的离子受到一个力，该力导引所需质量的各别离子沿著射束路径行进并且使非所需质量的离子从射束路径偏转开来。
射束11可以更进一步包括减速/加速模块26，其可控制以及可选择地操作来改变与带状射束相关的能量。例如，在中等能量时，可能需要带状射束的能量没有实质的改变，并且模块允许带状射束通过而没有产生实质改变。替代地，在低能量应用中(例如在半导体里浅层接合的形成)，带状射束的能量可能需要被减速。在这种情形下，减速模块26是可操作以减速方式减低射束的能量到一要求的能量水平。
射束可以更进一步包括偏转系统28，例如在植入至工件内之前用于实施减速的低能量系统中。偏转系统28包括例如偏转电极以偏转离子束离开射束轴，以因此从带状射束中除去中性粒子(因为他们无法在偏转场下偏转)，否则会成为能量污染物。
终端站30也设于系统10中，以接受经过质量分析的、从射束组件11来的实质净化的离子束14。终端站30沿著射束路径(但是，因为偏转系统28而离开原射束轴)支撑一个或多个工件，例如半导体晶片(未显示)。这种终端站会使用批量系统，其中多件工件系旋转通过带状射束，或是使用单一工件终端站，其中单个工件被扫描通过带状射束或是带状射束被扫描跨过工件。
现在参考图2，范例离子源200以简化形式表示，其是根据本发明观点而使用。应理解到，为了简洁的缘故，特定细节例如电源以及控制系统不被显示。另外，也理解到可以根据本发明使用其他产生带状射束的合适离子源。离子源200提供具有长度282以及宽度284以及大的高宽比的拉长带状射束280。藉由控制装置的8个磁体对50a、50b，本范例的射束280是分成8部份或是8薄片，因此射束280的密度轮廓可以因特定应用而修改。在一实施例中，射束长度282大约是400毫米，以利于300毫米晶片目标或是平板显示器的单一扫描植入。不过，可以产生任何合适的需求射束长度282。甚且，可利用源外壳204中的出口开口的合适尺寸以及抽取电极226的狭缝230来产生任何适合的所需的射束宽度284。甚至，抽取电极226可以以适当方式实现，其具有5个这种电极226之外的电极，并且图示的电极226不一定按比例描绘。
如将更详细讨论者，抽取电极可以配合控制电路一起使用，该电路根据所需使用的掺杂剂种类在不同电位偏压。例如，如果需要植入P型掺杂剂，可以使用一种含硼的来源气体并且以预先决定的电位组合设置抽取电极，由控制电路施加此电位，使得被抽取的硼离子能量在预先决定的水平，以进行适当的质量分析。类似地，如果需要植入N型掺杂剂，可以使用一种含砷的来源气体。其中，控制电路在不同电压中设置抽取电极，因而最终抽取射束能量是在不同的预定水平进行适当的质量分析。如将更进一步理解，既然质量分析器使用永久磁体，其中磁场强度实质上为固定，透过抽取电极来改变进入质量分析器的射束能量，可调整质量分析系统而用于不同类型的掺杂剂。
通常，离子源200包括与来源室204同轴的导电元件206。提供到元件206的RF能量产生电场以激励其中的带电粒子。加速的带电粒子与引入该室的来源气体原子相撞，造成其离子化并且在其中形成等离子体。离子然后经由抽取电极226从室204中抽取。
图3是说明磁场对给定速度行进的带电离子/掺杂剂射束的效应的图解。通常，磁场根据洛伦茨力方程式：F＝q(v×B)来偏转射束里的离子，其中电荷在磁场存在的地区在一个以速度向量v表示的方向以一速度移动，该磁场朝向由向量B表示，力的方向由力向量F的方向表示。更特别的是如在图3说明的，如果在射束中的离子320带正电并且以速度V在Z方向移动，而且一个磁场的方向是垂直于行进方向的X方向，则施加在离子的力在负Y方向，或是在这个范例里如显示的在向下的方向。
既然本发明用于质量分析器的磁场用来偏转射束里的离子，通过射束磁场应尽可能地均匀，特别是当使用带状或是似带状射束时，穿过整个射束宽度时尽可能地均匀。在一范例应用中，其中带状射束扫描穿过300毫米的半导体晶片，带状射束是比300毫米宽，因此在一个实质大于带状宽度的距离内，磁场须是均匀的，使带状射束边缘的形变减到最小。通常，因为这种磁体的成本、复杂度、体积、功率等等，很难使用在这一段距离上产生合适的均匀磁场的电磁体。因此，本发明使用永久磁体以产生合适的均匀磁场。
现在参考图4，其说明了根据本发明观点以质量分析系统400抽取带状射束的图解。系统400使用永久磁体，其提供在射束路径内的合适均匀磁场，在给定的能量下从离子束中选择具有预定荷质比的所需离子。
离子源(未显示)使用例如等离子体源以及电源以产生许多种类的离子。种类可包括，例如正硼离子(B+)以及正氟化物离子(F+)、正亚磷的离子(P+)以及正氢离子(H+)等等。离子源包括任何合适的输入气体，其可以产生选定的种类，种类包括但不限于砷酸盐(AS5)、三氟化硼(BF3)、五氯化氟(PF5)、二硼烷(B2H6)、磷化氢(PH3)、砷化氢(AsH3)等等。传统的带状型离子植入因为他们缺乏本发明的质量分析器，通常局限于含氢的气体例如二硼烷(B2H6)、磷化氢(PH3)、砷化氢(AsH3)。来源气体以及电源的选择至少部分地决定了由离子源产生的种类。一个三极管抽取系统401从离子源中抽取选定的种类并且使其朝著质量分析器412加速成为离子束410。离子束410是具有相对大宽度的带状型射束。离子束410的一个范例宽度大约是400毫米(足够在单通道中覆盖一晶片)。抽取离子的能量因实施例而可变化，不过通常是相对低的(例如500keV)。可以理解到本发明包括其他离子/掺杂剂以及/或是其他能量值。
然后质量分析器412作用于离子束410以除去拒绝的种类406，同时保持所需/选择的种类408在离子束410内。另外，质量分析器可以从射束除去不需要的其他污染物，例如氢。这种污染物的排除可以产生实质上或显著的能量节省。例如，一个传统的带状射束型离子系统可以含有高达百分之90的氢，因此浪费相当多的功率。此处的用语“非所需的掺杂剂/种类”的意思在于包含给定能量下非所需荷质比或是非所需种类的离子，例如用于初始来源气体的氢或是其他成分。另外，虽然在此所需的种类指的是具有所需荷质比的离子，应该理解到这个比率假设一个给定的离子能量。换句话说，质量分析器412选择让具有预定质量能量乘积的离子从其中通过。
质量分析器412包括第一永久磁体402以及第二永久磁体403，其彼此相对且沿著期望的离子束410路径配置。磁体402以及403朝著离子束410短尺寸的方向，以提供所需的实质均匀的磁场414越过离子束410最宽的部分，其选择性地除去被拒绝的种类406以及来自离子束410的污染物。离子束410通过的通道磁场长度405是相对短的(例如，大约5厘米)并且也被称为漂流区域。磁场的大小是永久磁体402以及403的尺寸以及组成物的函数。永久磁体与电磁体相反，永久磁体通常提供一个实质均匀的磁场。另外，磁场414的方向以及定向是磁体402以及403的定位以及方向的函数。在此，图中的磁场414为进入页面。图中的磁体402以及403的形状为矩形，但可以是并且经常是弯曲的，以便提供弯曲的离子束路径。
与电磁体质量分析器不同，永久磁体产生的磁场不能变化。一个抽取控制系统416控制三极管抽取系统401并且允许不同离子的选择，其是以调整离子离开离子源以及进入质量分析器412的能量或是速度的方式选择。使用控制系统416以调整在三极管抽取系统401内的电极(例如，改变施加到一个或多个与之关联的电极的电压)，以达到合适的离子能量。
在质量分析器412处理之后，离子束410行进穿过后加速电极404。电极404加速或是减速留在离子束410中的离子/掺杂剂到一个所需的/选择的能量水平。将个别的电极偏压到选定的电压，以便以切线方式施加一个越过离子束路径的电场。场的极性以及在离子束内的离子极性决定是否进行加速或是减速。之后，离子束410导向/偏转到终端站中的一个或多个晶片，进而可用所需的种类408以及能量进行所需的离子植入。离子的能量可以随实施例变化，不过硼的典型能量值大约是1到10keV以及砷的典型能量值大约是1.5keV。
可以理解，根据本发明可以预期部件的适当变化，只要质量分析器使用永久磁体来选择一个或多个种类并且除去非所需的种类以及来自离子束的污染物。例如，三极管抽取系统401可以配置成离子源的一部分。作为另一个范例，质量分析器412可以与三极管抽取系统401结合。
参考图5，根据本发明的观点了提供一个如图4的质量分析器412。该图表示离子束410在第一永久磁体402以及第二永久磁体403之间行进。在离子束410内的粒子(由于他们的能量)以速度v朝著表示的方向(向页外)行进。永久磁体402以及403是根据磁极而配置的，以提供朝著表示方向(右边)的实质均匀磁场B。如在前讨论的，根据洛伦茨力方程式：F＝q(v×B)以磁场使射束中的离子偏转，其中在以磁场向量B表示的磁场中在由速度向量v表示的方向上以速度移动的电荷是具有由力向量F所表示的方向的值。假设粒子(掺杂剂/离子)是带正电的，结果施加在粒子的力F在如表示的向下方向。力F的大小取决于磁场B的强度。
图6是质量分析器的另一视图，其表示根据本发明观点离子束410行进的弯曲路径。如图所示，磁体402以及403示出为具有轻微的曲率。该曲率是用以补偿当行进穿越磁场B并受到力F时的离子束410弯曲。具有选择的/所需的质量(或是质量能量乘积)的离子/粒子，行进穿越质量分析器412而不撞击两块磁体中的任一块。选定的种类中具有更大质量(或是质量能量乘积)的粒子/离子倾向于撞击第一永久磁体402，而具有较少质量(或是质量能量乘积)的粒子倾向于撞击第二永久磁体403，藉此除去不需要的种类以及/或者污染物。
基于以上以及以下的上述架构以及功能特征，根据本发明的各种观点的方法来参考图1-6将更容易理解。然而，为了简洁地解释，图7-8的方法是以依序执行的方式予以表示，但可以了解并且理解本发明不限于所说明的顺序，因为根据本发明一些观点可以在不同顺序以及/或是同时以在此说明的其他观点进行。而且，并非所有说明的特征都必须用以实现根据本发明的观点的方法。
图7是根据本发明观点展示产生带状型离子束的方法700的流程图。方法700可操作用以对给定能量选择预先决定荷质比的离子，以产生带状型离子束。
方法700于块702开始，其中离子束包括多种从选定输入来源气体以及电源所产生的种类。离子源包括多个种类以及/或是污染物。在块704，从离子源中产生/抽提出带状离子束。使用一个抽取系统，例如以三极管抽取系统抽取离子并且以带状形成离子束(例如，其中宽尺寸实质上长于短尺寸)。另外，形成离子束，使得在其中的粒子几乎彼此平行。
在块706，透过一个永久磁体质量分析器，将拒绝的种类以及/或是污染物从离子束中除去，留下选择的/所需的种类。实际上，质量分析器可以是抽取系统的一部分。质量分析器包括一对永久磁体，彼此相对地放置并且配置成可以提供具有选定大小以及方向的实质均匀的磁场，该磁场跨越带状离子束的路径。当在离子束内的粒子穿过磁体之间并且穿过磁场时，磁场产生施加在粒子上的力。以给定能量而言(符合选定的种类)，荷质比选定范围以外的粒子倾向于从离子束路径发散并且撞击磁体的其中一个或是其他障壁。结果，在选定范围内的质量的选定种类实质上沿著离子束路径行进并且穿过质量分析器。
在块708，透过一个加速度系统，离子束被加速或是减速到所需的或是选定的能量。系统包括偏压到选定电压的一些电极，以产生电场来加速或是减速离子束内的粒子。接著，在块710，离子束受偏转朝向终端站的一个目标晶片。使用如在前描述的偏转系统来适当地导引离子束。然后使用离子束以在一个或多个晶片上进行离子植入。一般而言，所产生的离子束具有一个宽度以及高宽比，以允许在单一通过中进行所需的植入。例如，对于300毫米直径的晶片，离子束的宽度可以大于300毫米。
图8表示根据本发明观点形成带状型射束的离子植入系统用于进行特定植入的方法800。方法800用来说明基于本发明的质量分析器的永久磁体，其与不使用此种质量分析器的传统系统比较，可以允许源材料上更大的选择。
方法800在块802开始，其中对一个离子植入过程选定植入的种类/掺杂剂、能量以及角度。另外，要产生的带状射束的选定宽度以及深宽比也被选定或是决定。在块804，选定一个输入气体，其至少提供选定的掺杂剂以及一个或多个其他种类。在805，与离子源相关的抽取电极是根据所需的种类/掺杂剂来配置的。例如，如果所需的掺杂剂是P型掺杂剂(例如硼)，使用该信息以便以一组预先决定的电位来偏置抽取电极，使得抽出的离子具有进入质量分析器的一个预先决定能量。
在块806，使用上述的永久磁体的质量分析器被配置，以产生一个选定的磁场，并且施加一选定的力量穿过离子束。另外，可以旋转质量分析器以及/或是改变其位置，使得选定的掺杂剂/种类可以通过质量分析器。既然质量分析器具有实质固定的磁场，入射离子的能量决定系统的调整，因为系统的质量能量乘积是固定的。接下来，在块808，加速系统的电极被偏置到一些电压，以提供离子束内粒子适当的加速及减速量，以得到植入所需要的能量。最后，在块810实质上以选定的能量、植入角度以及选定的掺杂剂进行离子的植入。
值得注意的是，永久磁体在间隙中产生固定均匀的磁场，因此与电磁类型质量分析器不同，并不是透过磁场强度的改变而调整分析器，以选择不同的种类或是离子。相反的，因为系统的质量能量乘积是常数，为了得到所需质量的离子，从离子源中抽提离子的能量会受改变，以实现质量分析系统的调整。
虽然本发明已经针对一个或多个实施例加以说明并且描述，但是本领域技术人员在阅读以及理解说明书以及附图之后，将会了解到可有等效的改变以及修改。特别针对以上说明的元件(组件、设备、电路、系统等等)所进行的各种功能，用来说明这些元件的用语(包括提到的“装置”)是对应于执行上述元件特定功能的元件(例如，在功能上是等效的)任何元件(除非另外表示)，即使这些元件并非在结构上邓小于执行本发明实施例功能所揭示的结构。另外，虽然可能已经针对几个实施例中的仅仅一个实施例揭示本发明特别的一个特征，然而该特征可以与其它实施例的一个或多个其他特征结合，只要对任何给定或是特定的应用是需要并且有利的。此外，用语“包含”、“具有”、“具备”或是其他的变化是用于详细说明以及权利要求书中，这些用语是包括在内的，与用语“包括”相似。

Claims (26)

1.一种带状射束离子植入系统，包括：
离子源，可操作用于从一源材料产生多个离子种类；
抽取系统，设置成从该离子源中抽取该离子种类并且产生带状离子束；以及
质量分析器，其包括第一永久磁体以及第二永久磁体，产生穿过该带状离子束射束路径的实质均匀的磁场，以从初始存在于该带状离子束中的多个种类中选择一个种类。
2.如权利要求1的系统，进一步包括沿著该射束路径对准的加速系统，其在该质量分析器之后作用于离子束并且将该离子束加速或是减速到预先决定的植入能量水平。
3.如权利要求1的系统，其中该抽取系统是三极管抽取系统，可操作以产生收敛的射束。
4.如权利要求1的系统，其中由该抽取系统抽取的离子束处于相对较低的能量。
5.如权利要求4的系统，其中该相对较低的能量大约是500eV。
6.如权利要求1的系统，其中该质量分析器产生的磁场具有大约5厘米的长度，该离子束在该长度中行进。
7.如权利要求1的系统，其中该磁场的方向是沿著该带状离子束的短尺寸方向。
8.如权利要求1的系统，其中该磁场是相对较高的并且具有迅速衰减的边缘。
9.如权利要求1的系统，其中该多个种类包含B+、F+、BF1+以及BF2+，并且选定的种类是B+或是BF2+。
10.如权利要求1的系统，其中该多个种类包括P+以及H+，并且选定的种类是P+。
11.如权利要求1的系统，其中该源材料包括三氟化硼(BF3)。
12.如权利要求1的系统，其中该源材料包括五氟化磷(PF5)。
13.如权利要求1的系统，其中该源材料包括砷酸盐(As5)。
14.如权利要求1的系统，其中该离子束具有大约300毫米的宽度。
15.如权利要求1的系统，进一步包括一个终端站，其具有一晶片，其中可操作该离子束，以在单一通过中在该晶片上植入该选定的种类。
16.如权利要求1的系统，其中该抽取系统包括控制电路，可操作以接收一个或多个输入，该输入表示所需的离子种类，并且根据该一个或多个输入来输出用于与该抽取系统相关的电极的一组预先决定的电压。
17.如权利要求16的系统，其中该组预先决定的电压决定进入该质量分析器的带状离子束的抽取能量。
18.一种质量分析器系统，其从带状离子束中选择以及除去种类，该质量分析器系统包括：
位于带状射束路径上面的第一永久磁体；
位于该带状射束路径下面的第二永久磁体，其中确定该第一永久磁体以及该第二永久磁体的方向，使得偏转通过的带状离子束越过其短尺寸方向；以及
与带状离子源相关的抽取系统，其可操作以在多种不同的能量下从其中抽取带状离子束，其中该抽取的带状离子束的能量是所需掺杂剂种类的函数。
19.如权利要求18的质量分析器系统，其中该第一永久磁体以及该第二永久磁体有轻微的弯曲以配合该带状射束路径。
20.如权利要求19的质量分析器系统，其中该抽取系统包括控制电路，其可操作以接收一个或多个输入，该输入表示所需离子的种类，并且根据该一个或多个输入来输出用于与该抽取系统相关的抽取电极的一组预先决定的电压。
21.一种产生带状型离子束的方法，包括：
从离子源产生多个离子种类；
抽取该多个离子种类以形成具有短尺寸以及宽尺寸的带状离子束，其中该宽尺寸实质上比该短尺寸要大；以及
经由基于永久磁体的质量分析器，选择一个种类并且拒绝该离子束中多个种类中的其他种类。
22.如权利要求21的方法，进一步包括在选择种类之后，将离子加速/减速到所需的能量水平。
23.如权利要求21的方法，进一步包括导引该离子束朝向位于终端站的目标晶片。
24.如权利要求23的方法，进一步包括在单一通过中以该离子束在该目标晶片上进行植入，其中该目标晶片直径大约为300毫米，并且该离子束的宽尺寸大于约300毫米。
25.如权利要求21的方法，其中藉由经过永久磁体施加一个磁场来选择该种类，该磁场偏转该离子束跨过其短尺寸。
26.如权利要求21的方法，其中抽取多个离子种类包括：
识别该选定的种类；以及
以一组预先决定的电压来设置抽取电极，使得该抽取的带状离子束具有一能量，该能量为该识别的选定种类的函数。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101898011A (zh) * 2009-05-27 2010-12-01 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置
CN104106123A (zh) * 2012-01-12 2014-10-15 艾克塞利斯科技公司 用于减少能量杂质的束线配置
CN106469634A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 日新离子机器株式会社 离子束线
CN109390207A (zh) * 2018-10-23 2019-02-26 中国工程物理研究院材料研究所 一种使用永久磁铁的可变质量色散的质量分析器系统
US11747288B2 (en) 2018-09-27 2023-09-05 Topcon Corporation Non-destructive inspection system comprising neutron radiation source and neutron radiation method

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1690323A4 (en) * 2003-12-02 2010-04-28 Fox Chase Cancer Ct METHOD FOR MODULATING LASER ACCELERATED PROTONS FOR RADIATION THERAPY
US7598505B2 (en) * 2005-03-08 2009-10-06 Axcelis Technologies, Inc. Multichannel ion gun
JP4345895B2 (ja) * 2005-10-20 2009-10-14 日新イオン機器株式会社 イオン源の運転方法およびイオン注入装置
JP4305489B2 (ja) 2006-10-11 2009-07-29 日新イオン機器株式会社 イオン注入装置
KR101104213B1 (ko) * 2009-09-28 2012-01-09 한국표준과학연구원 입자 빔 질량 분석기
JP2011171009A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Sii Nanotechnology Inc 集束イオンビーム装置
US9564302B2 (en) 2013-06-21 2017-02-07 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Contamination filter for mass spectrometer
US9711318B2 (en) * 2013-12-20 2017-07-18 Nicholas R. White Ribbon beam ion source of arbitrary length

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US444732A (en) * 1891-01-13 Straw-stacker
US2471935A (en) * 1945-03-19 1949-05-31 Gulf Research Development Co Method and apparatus for separating charged particles of different masses
US3711706A (en) * 1972-12-08 1973-01-16 Gen Electric Two-stage, single magnet mass spectrometer
US4315153A (en) * 1980-05-19 1982-02-09 Hughes Aircraft Company Focusing ExB mass separator for space-charge dominated ion beams
US4695773A (en) * 1981-12-18 1987-09-22 The Perkin-Elmer Corporation Field emission gun electrode geometry for improved focus stability
JPS61233942A (ja) * 1985-04-10 1986-10-18 Fuji Electric Co Ltd 荷電粒子選別装置
US5350926A (en) * 1993-03-11 1994-09-27 Diamond Semiconductor Group, Inc. Compact high current broad beam ion implanter
JP2919254B2 (ja) * 1993-11-22 1999-07-12 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法および形成装置
US5497006A (en) * 1994-11-15 1996-03-05 Eaton Corporation Ion generating source for use in an ion implanter
JPH0945631A (ja) * 1995-08-02 1997-02-14 Hitachi Ltd 半導体製造方法および装置
US5554857A (en) * 1995-10-19 1996-09-10 Eaton Corporation Method and apparatus for ion beam formation in an ion implanter
US5760405A (en) * 1996-02-16 1998-06-02 Eaton Corporation Plasma chamber for controlling ion dosage in ion implantation
US5825038A (en) * 1996-11-26 1998-10-20 Eaton Corporation Large area uniform ion beam formation
US5661308A (en) * 1996-05-30 1997-08-26 Eaton Corporation Method and apparatus for ion formation in an ion implanter
US5693939A (en) * 1996-07-03 1997-12-02 Purser; Kenneth H. MeV neutral beam ion implanter
US5834786A (en) * 1996-07-15 1998-11-10 Diamond Semiconductor Group, Inc. High current ribbon beam ion implanter
JP3371753B2 (ja) * 1997-04-25 2003-01-27 日新電機株式会社 イオン注入装置
JP3627206B2 (ja) * 1997-11-28 2005-03-09 住友イートンノバ株式会社 イオン注入装置及びイオン注入方法
US6016036A (en) * 1998-01-28 2000-01-18 Eaton Corporation Magnetic filter for ion source
US6060718A (en) * 1998-02-26 2000-05-09 Eaton Corporation Ion source having wide output current operating range
US6135128A (en) * 1998-03-27 2000-10-24 Eaton Corporation Method for in-process cleaning of an ion source
US6294862B1 (en) * 1998-05-19 2001-09-25 Eaton Corporation Multi-cusp ion source
GB9813327D0 (en) * 1998-06-19 1998-08-19 Superion Ltd Apparatus and method relating to charged particles
US6207963B1 (en) * 1998-12-23 2001-03-27 Axcelis Technologies, Inc. Ion beam implantation using conical magnetic scanning
US6207964B1 (en) * 1999-02-19 2001-03-27 Axcelis Technologies, Inc. Continuously variable aperture for high-energy ion implanter
JP3727047B2 (ja) * 1999-07-30 2005-12-14 住友イートンノバ株式会社 イオン注入装置
US6635880B1 (en) * 1999-10-05 2003-10-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. High transmission, low energy beamline architecture for ion implanter
WO2002043803A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-06 Semequip, Inc. Ion implantation system and control method
CN1322538C (zh) * 2001-01-18 2007-06-20 瓦里安半导体设备联合公司 具有包括可调传动限制缝隙的分隔墙的靶腔的离子注入机
US20020175297A1 (en) * 2001-05-25 2002-11-28 Scheuer Jay T. Methods and apparatus for ion implantation with variable spatial frequency scan lines
JP3713683B2 (ja) * 2002-03-05 2005-11-09 住友イートンノバ株式会社 イオンビームの質量分離フィルタとその質量分離方法及びこれを使用するイオン源

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101898011A (zh) * 2009-05-27 2010-12-01 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置
CN101898011B (zh) * 2009-05-27 2013-02-13 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置
CN104106123A (zh) * 2012-01-12 2014-10-15 艾克塞利斯科技公司 用于减少能量杂质的束线配置
CN106469634A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 日新离子机器株式会社 离子束线
CN106469634B (zh) * 2015-08-20 2018-04-10 日新离子机器株式会社 离子束线
US11747288B2 (en) 2018-09-27 2023-09-05 Topcon Corporation Non-destructive inspection system comprising neutron radiation source and neutron radiation method
CN109390207A (zh) * 2018-10-23 2019-02-26 中国工程物理研究院材料研究所 一种使用永久磁铁的可变质量色散的质量分析器系统
CN109390207B (zh) * 2018-10-23 2021-03-26 中国工程物理研究院材料研究所 一种使用永久磁铁的可变质量色散的质量分析器系统

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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