TW201637061A - 結合的多極磁鐵和雙極掃描磁鐵 - Google Patents

結合的多極磁鐵和雙極掃描磁鐵 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於離子植入系統的結合的掃描與聚焦磁鐵。該結合的掃描與聚焦磁鐵具有一具有高磁導率的軛圈。該軛圈定義一孔洞，其被配置成用以讓一離子束通過。一或更多個掃描器線圈在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以在被電氣耦合至一電源供應器時產生一時變、主要為雙極的磁場。一或更多個聚焦線圈在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以產生一主要為多極的磁場，其中，該主要為多極的磁場為靜態或時變中的其中一者。

Description

結合的多極磁鐵和雙極掃描磁鐵
本發明大體上和離子植入系統及方法有關，且更明確地說，和用於控制離子束之結合的多極聚焦磁鐵及射束掃描磁鐵有關。
相關申請案之參考
本申請案主張2014年12月26日提申的美國臨時申請案序號第62/096,968號的優先權和權利，該案標題為「結合的多極磁鐵和雙極掃描磁鐵(COMBINED MULTIPOLE MAGNET AND DIPOLE SCANNING MAGNET)」，本文以引用的方式將其完整併入。
在習知技術中，離子植入器係被用來將指定數量的摻雜物或雜質放置在工件或半導體晶圓裡面。於一典型的離子植入系統中，一摻雜物材料會被離子化並且加速，於其中會產生一離子束。該離子束會被引導至該半導體晶圓的一表面，用以將離子植入至該晶圓之中，其中，該些離子會穿透該晶圓的該表面並且於其中形成具有所希望導體係數的區域。舉例來說，離子植入會特別使用在半導體工件中製造電晶體。典型的離子植入器包括：一離子源，用以產生該離子束；一束線組裝件，其具有一質量分析設備，用以引導及/或過濾(舉例來說，質量解析)該射束裡面的離子；以 及一目標腔室，其含有要被處理的一或更多個晶圓或工件。
各種類型的離子植入器可以要在該工件裡面達成的所希望的特徵為基礎來允許各自不同的離子劑量和能量被植入。舉例來說，高電流離子植入器通常係用於高劑量植入，而中等電流至低電流離子植入器則用於較低劑量的應用。該些離子的能量能夠進一步改變，其中，該能量通常會決定該些離子被植入於該工件裡面的深度，例如，用以控制半導體裝置之中的接面深度。一般來說，在低電流至中等電流植入器中，該離子束在撞擊該工件之前會有很長的前進長度(亦被稱為該植入器的束線)。然而，高電流植入器則通常有很短的束線，其至少部分係因為和該離子束相關聯的低能量的關係，其中，該些高電流離子束會有和較長束線不同調的傾向。
該離子束能夠為靜止，其中，該工件會在植入期間經由該靜止射束被掃描。對該工件進行此掃描經常需要用到複雜的架構，以便均勻地平移該工件通過該靜止離子束。其中一種作法係僅在其中一個方向中平移要被掃描的工件或是抖動該離子束，同時在一近似垂直的方向中平移該工件。一電磁鐵通常會被用來以受控制的方式修正該離子束的路徑。然而，此掃描器磁鐵經常會佔據該束線中龐大的空間。再者，於一被掃描的離子束的情況中則經常需要聚焦該離子束，以便提供該射束的最佳掃描。然而，因為該掃描器磁鐵會耗用大量的束線長度，所以，在習知技術中會限制施行此些聚焦磁鐵或光學元件。
本揭示內容藉由提供一種系統、設備、以及方法來克服先前技術的限制，其利用一結合的掃描與聚焦磁鐵來同時控制離子束掃描以及 聚焦。據此，下面將提出本揭示內容的簡化摘要說明，以便對本發明的某些觀點有基礎的理解。此摘要說明並非係本發明的延伸性綜合說明。其既不企圖識別本發明的關鍵或重要元件，亦非描述本發明的範疇。該摘要說明的目的係以簡化的形式來表達本揭示內容的某些概念，作為稍後提出之更詳細說明的引言。
在掃描式射束離子植入器和抖動式筆狀射束離子植入器兩者中，可能會希望盡可能控制各項特點，以便調整離子束的形狀、入射角度、以及離子束的其它所希望的特徵。一掃描器磁鐵雖然經常為一離子植入器的一束線中的顯著部分；但是，通常並未提供任何總體靜態聚焦作用。藉由結合一掃描器和一多極磁鐵(舉例來說，四極磁鐵或六極磁鐵)或是一連串的多極磁鐵(舉例來說，於長形掃描器的情況中)便能夠達到大幅節省束線長度的目的。
掃描器磁鐵能夠相依於掃描的角度來提供聚焦。也就是，該些掃描器磁鐵通常在該離子束筆直通過時不提供任何聚焦；但是，當該離子束為在最大彎折角度處或附近時則會提供較強的聚焦。因此，除了任何靜態DC成分之外，提高或降低此角度相依聚焦作用同樣會有好處，從而使得一多極磁鐵會具備和驅動該掃描器磁鐵雷同的時間相依波形。
該掃描器磁鐵被放置成使得該離子束的腰部(舉例來說，x方向中的最窄部分)出現在該掃描的頂點處或附近。該射束的腰部同樣係本揭示內容的多極磁鐵的較佳地方，因為其可以在該腰部的垂直方向中(舉例來說，在y方向中)增加聚焦作用，卻不會在該腰部方向中大幅影響該射束。此外，一校正器應該在該掃描器後面被使用，該校正器會平行化該腰部方 向中的任何無聚焦作用。因此，本揭示內容的優點係提供一結合雙極掃描磁鐵的多極磁鐵。
舉例來說，該結合式磁鐵係由多層鋼材薄層所製成，用以降低鋼材軛圈中的渦流電流(eddy current)。該些掃描器線圈能夠為任何形狀並且能夠以各種設計準則為基礎來設計。舉例來說，圖中所示的簡易線圈能夠纏繞該軛圈；或者，亦能夠施行床架式線圈(bedstead coil)或是其它線圈。舉例來說，該些線圈係位於真空中或是位於空氣中。舉例來說，該些多極線圈亦能夠為雷同的線圈，其會加入通量補償。本發明的其中一個圖式顯示一巢狀套疊在雙極線圈內部的潘諾夫斯基型四極(Panofsky-type quadrupole)。
根據本揭示內容，本發明提供一種離子植入系統，其中，該離子植入系統包括一離子源，其被配置成用以產生一離子束。舉例來說，該離子源可以被配置成用以產生一點狀離子束或是帶狀離子束。該離子植入系統進一步包括一質量分析器或質量解析磁鐵，其被配置成用以質量解析該離子束。一質量解析孔徑會進一步被定位在該質量分析器的下游處，其中，該質量解析孔徑被配置成用以過濾該離子束中的非所希望的粒種。
根據本揭示內容的其中一示範性觀點，一結合的掃描和聚焦磁鐵被定位在該質量解析磁鐵的下游處。該結合的掃描和聚焦磁鐵被配置成用以控制該質量解析磁鐵的下游的離子束的路徑，以便在透過一多極磁鐵聚焦該離子束時，同時掃描或抖動該離子束。
為達成前面及相關的目的，本發明包括在下面完整說明並且於申請專利範圍中特別提出的特點。下面的說明以及附圖雖然詳細提出本 發明的特定解釋性實施例；然而，此些實施例僅表示可以運用本發明之原理的各種方式中的部分方式。配合該些圖式來討論時，便可以從本發明的下面詳細說明中明白本發明的其它目的、優點、以及新穎特點。
100‧‧‧離子植入系統
112‧‧‧終端
114‧‧‧束線組裝件
116‧‧‧末端站
118‧‧‧狹縫
120‧‧‧離子源
121‧‧‧離子生成腔室
122‧‧‧高電壓電源供應器
123‧‧‧離子抽出組裝件
124‧‧‧離子束
125‧‧‧抽出及/或抑制電極
125a‧‧‧電極
125b‧‧‧電極
126‧‧‧質量分析器
127‧‧‧側壁
130‧‧‧工件
132‧‧‧束導
133‧‧‧孔徑組裝件
134‧‧‧解析孔徑
135‧‧‧結合的掃描與聚焦系統
136‧‧‧磁性掃描元件
136a‧‧‧掃描線圈
136b‧‧‧掃描線圈
138‧‧‧聚焦及/或操控元件
138a‧‧‧聚焦線圈
138b‧‧‧聚焦線圈
139‧‧‧平行器
139a‧‧‧雙極磁鐵
139b‧‧‧雙極磁鐵
149‧‧‧電源供應器
150‧‧‧電源供應器
151‧‧‧掃描頂點
152‧‧‧劑量測定系統
154‧‧‧控制系統
156‧‧‧輪廓儀
157‧‧‧減速級
157a‧‧‧電極
157b‧‧‧電極
158‧‧‧輪廓儀路徑
200‧‧‧結合的掃描與聚焦磁鐵
202‧‧‧軛圈
204‧‧‧孔洞
206A‧‧‧掃描器線圈
206B‧‧‧掃描器線圈
208‧‧‧床架式線圈
210A‧‧‧聚焦線圈
210B‧‧‧聚焦線圈
210C‧‧‧聚焦線圈
210D‧‧‧聚焦線圈
300‧‧‧結合的掃描和聚焦磁鐵
302‧‧‧軛圈
304‧‧‧孔洞
圖1所示的係根據本揭示內容數項觀點的一示範性離子植入系統的方塊圖。
圖2所示的係根據本揭示內容的一項觀點的示範性結合的掃描和聚焦磁鐵的透視圖。
圖3A所示的係根據本揭示內容的另一項觀點的圖2之結合的掃描和聚焦磁鐵的示範性雙極掃描線圈的透視圖。
圖3B所示的係根據本揭示內容的另一項觀點的圖2之結合的掃描和聚焦磁鐵的示範性潘諾夫斯基型四極聚焦線圈的透視圖。
圖3C所示的係根據本揭示內容的另一項觀點的圖2之結合的掃描和聚焦磁鐵的掃描線圈和聚焦線圈兩者的透視圖。
圖4所示的係根據本揭示內容的又一項觀點的另一示範性結合的掃描和聚焦磁鐵的透視圖。
圖5A所示的係根據本揭示內容的再一項觀點的圖4之結合的掃描和聚焦磁鐵的軛圈的透視圖。
圖5B所示的係根據本揭示內容的又一項觀點的圖4之結合的掃描和聚焦磁鐵的雙極掃描線圈的透視圖。
圖5C所示的係根據本揭示內容的另一項觀點的圖4之結合的掃描和聚 焦磁鐵的示範性潘諾夫斯基型四極聚焦線圈的透視圖。
圖6所示的係根據本揭示內容的進一步示範性觀點之用以將離子植入至一工件之中的示範性方法。
本揭示內容大體上關於一種用於將離子植入於一工件之中的離子植入系統以及方法，其中，一離子束通常會透過一結合的多極與雙極掃描和聚焦磁鐵同時被磁性掃描以及聚焦。據此，現在將參考圖式來說明本揭示內容，其中，在全文中，相同的元件符號可被用來表示相同的元件。應該瞭解的係，此些觀點的說明僅為解釋性而不應被解釋為具有限制意義。在下面的說明中，為達解釋的目的，許多明確的細節會被提出，以便對本揭示內容有透澈的理解。然而，熟習本技術的人士便會明白，即使沒有此些明確細節仍然可以實行本揭示內容。
現在參考圖式，圖1所示的係根據本揭示內容各種示範性觀點的離子植入系統100。本文中提出該系統100僅係為達解釋的目的，並且應該明白的係，本揭示內容的觀點並不受限於已述的離子植入系統，具有各種配置的其它合宜離子植入系統亦能夠被運用。
系統100具有一終端112、一束線組裝件114、以及一末端站116。該終端112包含一離子源120，其係由一高電壓電源供應器122來供電，該高電壓電源供應器產生並且引導一離子束124至該束線組裝件114。該離子源120產生帶電離子，該些帶電離子被抽出並且形成該離子束124，該離子束124沿著該束線組裝件114中的一射束路徑被引導至末端站116。
為產生離子，一要被離子化的摻雜物材料的氣體(圖中並未顯示)會被放置在該離子源120的一生成腔室121裡面。舉例來說，該摻雜物氣體會從一氣體源(圖中並未顯示)被饋送至該腔室121之中。除了電源供應器122之外，還應該明白的係，任何數量的合宜機制(圖中完全沒有顯示)皆能夠被用來激發該離子生成腔室121裡面的自由電子，例如，RF或微波激發源、電子射束發射源、電磁源、及/或能夠在該腔室裡面產生弧形放電的陰極。該些經激發的電子會碰撞該些摻雜物氣體分子並且因而產生離子。一般來說，正離子雖然會被產生；不過，本文中的揭示內容亦可套用於要產生負離子的系統。
於此範例中，該些離子係由一離子抽出組裝件123經由該腔室121中的一狹縫118以可控制的方式被抽出。該離子抽出組裝件123包括複數個抽出及/或抑制電極125。舉例來說，該抽出組裝件123能夠包含一分離的抽出電源供應器(圖中並未顯示)，用以偏壓該些抽出及/或抑制電極125，以便加速來自該生成腔室121的離子。能夠明白的係，因為離子束124包括相同的帶電粒子，所以，該射束可能具有徑向朝外爆炸或擴張的傾向，因為相同帶電的粒子會彼此排斥。還應該明白的係，射束爆炸在低能量、高電流(高導流係數)射束中會惡化，其中，許多相同帶電的粒子(舉例來說，高電流)會在相同的方向中非常緩慢地移動(舉例來說，低能量)，因此，在該些粒子之中會有大量的互斥作用力。
據此，該抽出組裝件123通常被配置成使得該射束係在高能量處被抽出，俾使得該射束不會爆炸。又，於此範例中，射束124通常在整個系統中以非常高的能量被傳輸並且會在工件130之前降低能量，以便 達成射束遏制。
束線組裝件114具有一束導132、一質量分析器126、一結合的掃描與聚焦系統135、以及一平行器139。質量分析器126會對離子束124實施質量分析以及角度校正/調整。於此範例中，該質量分析器126被形成在約九十度的角度處並且包括一或更多個磁鐵(圖中並未顯示)，其係用來於其中建立一(雙極)磁場。當射束124進入該質量分析器126時，其會被該磁場相應地彎折，俾使得具有不適當電量質量比的離子會被拒斥。更明確地說，具有太大或太小電量質量比的離子會被偏折至該質量分析器126的側壁127。依此方式，該質量分析器126僅允許該射束124中具有所希望的電量質量比的離子通過該處並且經由一孔徑組裝件133的解析孔徑134離開。
質量分析器126能夠藉由控制或調整該磁性雙極場的振幅而對該離子束124實施角度校正。此磁場的調整會導致具有所希望的/選定的電量質量比的選定離子沿著一不同的或是經修正的路徑前進。因此，該解析孔徑134會根據該修正的路徑被調整。於其中一範例中，該孔徑組裝件133可以x方向為基準來移動，以便提供通過該孔徑134的修正路徑。於另一範例中，該孔徑134會經過塑形，以便提供一經選定的修正路徑範圍。該質量分析器126以及該解析孔徑134可以改變磁場以及最終的修正路徑，同時保持該系統100的合宜質量解析度。下面會提供合宜的質量分析器以及解析孔徑系統的更詳細範例。
應該明白的係，和系統100中的其它粒子產生離子束碰撞會減損射束完整性。據此，一或更多個唧筒(圖中並未顯示)可以被併入，用以 至少排空束導132以及質量分析器126。
本揭示內容明白，有時候很難在掃描之後聚焦該射束，因為其可能會希望該些聚焦元件盡可能靠近該掃描器。根據本揭示內容的結合的掃描與聚焦系統135包含一磁性掃描元件136以及一聚焦及/或操控元件138，它們會有利地被結合成單一單元，因而將該聚焦元件放置在盡可能遙遠的下游處而不需要利用極端複雜的組裝件來聚焦一已被掃描的射束。個別的電源供應器149、150在操作上被耦合至該掃描元件136以及該聚焦及操控元件138，且更明確地說，被耦合至位於其中的掃描線圈136a、136b以及聚焦線圈138a、138b。
該聚焦及操控元件138會接收具有相對狹窄輪廓(舉例來說，圖中所示系統100中的「筆狀」或「點狀」射束)之經質量分析的離子束124。應該注意的係，本揭示內容中的離子束124雖然主要被描述為具有相對狹窄輪廓；但是，該離子束亦可以具有狹長的輪廓(舉例來說，當沿著名義射束路徑看去時具有大體上為卵狀的剖面，並且通常會被稱為「帶狀」離子束)，而且所有此些離子束皆被視為落在本揭示內容的範疇裡面。
根據其中一範例，由電源供應器150施加至聚焦線圈138a與138b的電壓(例如，交流(Alternating Current，AC)電壓或直流(Direct Current，DC)電壓)會操作用以聚焦及操控該離子束124至掃描元件136的掃描頂點151。於此範例中，由電源供應器149(其可和電源供應器150為相同的電源供應器)施加至掃描線圈136a、136b的電壓波形接著會前後掃描該射束124。應該明白的係，掃描頂點151能夠被定義為該光學路徑之中在被該掃描元件136掃描之後看似發出該射束的每一個小射束或被掃描部分的點。
被掃描的射束124接著會通過平行器/校正器139，於圖中所示的範例中，其包括兩個雙極磁鐵139a、139b。該些雙極實質上為梯形並且被配向成用以彼此鏡像，以便讓該射束124彎折成實質上S的形狀。換言之，本範例中的該些雙極平行器/校正器139具有相同的角度和半徑以及相反的彎曲方向。該平行器/校正器139會讓該被掃描的射束124修正其路徑，俾使得不論掃描角度為何，該射束都會平行於一射束軸前進。因此，植入角度在該工件130會相對均勻。
於此範例中，一或更多個減速級157會被放置在該平行器件139的下游處。離子束124通常係以相對高的能量位準一直被傳輸至系統100中的此點處，以便減少射束爆炸的傾向，當射束密度提高時射束爆炸的傾向會特別高，例如，在掃描頂點151處。該減速級157包括一或更多個電極157a、157b，它們可操作用以減速該離子束124。該些電極157通常有孔徑讓該射束前進通過，在圖1可被描繪成直線。
然而，應該明白的係，在示範性的離子抽出組裝件123、掃描元件136、聚焦及操控元件138、以及減速級157中雖然分別圖解兩個電極或線圈125a與125b、136a與136b、138a與138b、以及157a與157b；不過，此些元件123、136、138、以及157亦可以包括任何合宜數量的電極或線圈，其被排列成並且被偏壓成用以加速及/或減速離子，以及聚焦、彎折、偏折、收斂、發散、掃描、平行化、及/或淨化該離子束124，例如，在Rathmell等人所獲頒的美國專利案第6,777,696號中所提供，本文以引用的方式將其完整併入。
末端站116接著會接收被引導朝向一工件130的離子束 124。應該明白的係，在植入器100中可以運用不同類型的末端站116。舉例來說，「批次」類型的末端站能夠在一旋轉支撐結構上同步支撐多個工件130，其中，該些工件130會被旋轉通過該離子束的路徑，直到所有工件130都被完全植入為止。相反地，「序列」類型的末端站則在該射束路徑中支撐要植入的單一工件130，其中，多個工件130會以每次一個的序列方式被植入，每一個工件130會先被完全植入才開始植入下一個工件130。在混合式系統中，當該射束在第二方向(X掃描方向或快速掃描方向)中掃描時，該工件130可以機械方式在第一方向(Y掃描方向或慢速掃描方向)中平移，以便將射束124傳送至整個工件130上。
在圖中所示範例中的末端站116係一「序列」類型的末端站，其在該射束路徑中支撐要植入的單一工件130。一劑量測定系統(dosimetry system)152會被併入於該末端站116之中靠近該工件位置處，用以在進行植入作業之前先進行校準量測。在校準期間，該射束124會通過劑量測定系統152。該劑量測定系統152包含一或更多個輪廓儀156，它們可以連續性地橫越一輪廓儀路徑158，從而量測該些被掃描射束的輪廓。
於此範例中，該輪廓儀156可以包括一電流密度感測器，例如，法拉第杯，舉例來說，其會量測該被掃描射束的電流密度，其中，電流密度為植入角度的函數(舉例來說，介於該射束與該工件的機械表面之間的相對配向及/或介於該射束與該工件的結晶晶格結構之間的相對配向)。該電流密度感測器會以相對於該被掃描射束大體上為正交的方式移動，且因此，通常會橫越該帶狀射束的寬度。於其中一範例中，該劑量測定系統會量測射束密度分佈以及角度分佈。
圖中有一控制系統154，其能夠控制、通信、及/或調整離子源120、質量分析器126、孔徑組裝件133、結合的掃描與聚焦系統135(其包含掃描元件136以及聚焦及操控元件138)、平行器139、以及劑量測定系統152。該控制系統154可以包括一電腦、微處理器、…等，並且可以操作用以量測射束特徵的數值並且據以調整參數。該控制系統154會被耦合至產生該離子束的終端112，以及該束線組裝件114的質量分析器126、該掃描元件136(舉例來說，透過電源供應器149)、該聚焦及操控元件138(舉例來說，透過電源供應器150)、該平行器139、以及該減速級157。據此，任何此些元件皆能夠由該控制系統154來調整，用以達成所希望的離子植入。舉例來說，該射束的能量位準能夠被調適成用以藉由調整被施加至該離子抽出組裝件123中的電極以及該減速級157中的電極的偏壓而調整接面深度。
在該質量分析器126中所產生的(多個)磁場的強度與配向能夠被調整，例如，藉由調節流經其中之場繞線的電流數額來修正該射束的電量質量比。植入的角度能夠藉由協同孔徑組裝件133來調整在該質量分析器126之中所產生的該(些)磁場的強度或振幅而受到控制。該控制系統154能夠根據於此範例中來自輪廓儀156的量測資料來調整該質量分析器126的該(些)磁場以及該解析孔徑134的位置。該控制系統154能夠透過額外的量測資料來驗證該些調整並且，於必要時，透過該質量分析器126與該解析孔徑134來實施額外的調整。
根據本發明的一或更多項觀點，該結合的掃描與聚焦系統135包括一結合的掃描與聚焦磁鐵200，如圖2中所示，其中，該結合的掃 描與聚焦磁鐵200包括圖1的掃描元件136以及多極聚焦元件138兩者，且其中，該結合的掃描與聚焦磁鐵會被配置成在對該離子束124提供額外的聚焦時以電磁的方式同時掃描該離子束。
舉例來說，圖2的結合的掃描與聚焦磁鐵200包括一具有高磁導率的軛圈202(舉例來說，含鐵的軛圈)，其中，該軛圈通常會定義一孔洞204，其被配置成用以讓圖1的離子束124通過。舉例來說，該軛圈202包括一大體上為矩形的鋼材軛圈，並且可以由複數個層疊的含鐵薄片。所組成。舉例來說，如圖3A中的進一步圖解，一或更多個掃描器線圈206A、206B在操作上會被耦合至圖2的軛圈202，其中，該一或更多個掃描器線圈被配置成用以在被電氣耦合至電源供應器149時產生一時變、主要為雙極的磁場。如圖2以及3A中所示，該一或更多個掃描器線圈206A、206B包括一或更多個床架式線圈208。
根據本揭示內容的另一項示範性觀點，一或更多個聚焦線圈210A至210D在操作上會被耦合至圖2的軛圈202，其中，該一或更多個聚焦線圈被配置成用以在被電氣耦合至圖1的電源供應器150時產生一主要為多極(舉例來說，四極或六極)的磁場。舉例來說，該主要為多極的磁場為靜態磁場或是時變磁場中的其中一者。舉例來說，該多極磁場可以先針對其中一個離子束被設定一次並且接著在一不同的離子束中作變更。或者，亦能夠使用交流電流，其和掃描器電流同相位或是和掃描器電流不同相位。圖3B所示的係該一或更多個聚焦線圈210A至210D，其中，該一或更多個聚焦線圈包括潘諾夫斯基型多極線圈(舉例來說，四極)。或者，該一或更多個聚焦線圈210亦可以包括任何數量的床架式線圈(圖中並未顯示)。
圖3C所示的係該一或更多個掃描器線圈206A、206B以及該一或更多個聚焦線圈210A至210D，為進一步清楚起見，圖中沒有圖2的軛圈。根據本揭示內容，圖1的離子束124的掃描係藉由讓電流通過圖3C的該一或更多個掃描器線圈206A、206B來完成，而聚焦及操控該離子束則係藉由讓電流通過該一或更多個聚焦線圈210A至210D來完成。
圖4所示的係另一示範性結合的掃描和聚焦磁鐵300。舉例來說，圖4的結合的掃描和聚焦磁鐵300包括一軛圈302，其通常會定義一孔洞304，該孔洞被配置成用以讓圖1的離子束124通過。舉例來說，圖4的軛圈302圖解在圖5A中。
應該明白的係，本發明雖然揭示掃描器線圈206以及聚焦線圈210的明確數量；不過，本揭示內容亦涵蓋任何數量的掃描器線圈以及聚焦線圈，而且此些線圈可以被巢狀疊套成各種配置並且具有任何數量的個別線圈，並且所有此些變化例皆被視為落在本揭示內容的範疇裡面。
因此，舉例來說，圖1的結合的掃描與聚焦系統135以及圖2與4的示範性結合的掃描與聚焦磁鐵200、300皆優於先前分開的掃描與聚焦系統，因為本揭示內容的結合的掃描與聚焦磁鐵的概念在會被僅有掃描器件的施行方式佔據的空間中提供一額外程度的可控制性和聚焦。因此，其會至少部分因為該結合的掃描與聚焦系統135的配置的關係而達成一較短的總數線。
根據其中一示範性觀點，為達成零級(zero order)，在圖1的掃描器線圈136的雙極磁場以及該些多極聚焦線圈138之間由於多極線圈的對稱性的關係而沒有任何耦合。此耦合或是互感(mutual inductance)會不利於 控制兩個磁鐵並且會破壞電源供應器。然而，實際上由於繞線瑕疵以及線圈136、138和高磁導率的核心或軛圈202、302的排列的關係，可能會有相當小程度的耦合。舉例來說，此小額耦合能夠因主動或被動過濾而降至最小值，其中，在電源供應器149、150(舉例來說，多極電源供應器)處的輸入電壓會在供應規格裡面，其中，被傳送至該多極磁鐵的電流中的漣波會被避免。
於某些實例中，濾波器的使用會有問題，尤其是要在大頻率範圍中驅動該掃描器的話。於此些實例中，可能會希望盡可能最大程度的降低該互感，以便避免完全避免過濾，或者，至少最小化過濾的數額。最小化該耦合作用的其中一種方法係繞送該聚焦線圈138的導線使其會捕捉足夠的掃描器磁鐵條紋場，以便抵消該互感。然而，倘若沒有充分降低該耦合的話；那麼，該些聚焦線圈便會有如下面所述的額外特點。
用以降低此耦合的其中一種範例在多極聚焦線圈138中包含一或更多個可調整的通量迴路線圈(圖中並未顯示)，其不會明顯貢獻所希望的磁場，但是通常會抵消該互感。該(些)通量迴路線圈能夠為該多極聚焦線圈138的輸入端、輸出端、或是兩端。該(些)通量迴路線圈能夠被放置在該掃描器雙極的條紋場之中(舉例來說，藉由該掃描器軛圈來擋住離子束124)，並且因而可以最小化對該離子束的干擾。通過此(些)迴路的通量能夠藉由改變該線圈的位置來調整，或是藉由利用一或多片額外的鋼材保護該線圈來調整，或是藉由將一軛圈移入和移出該線圈來調整。舉例來說，該通量迴路線圈中的匝圈數量係由要被抵消的所希望的通量數額來決定。假設該磁鐵不會被拆解或是移動的話，此調整可以僅進行一次，接著便固定。
舉例來說，聚焦線圈138的導線被定位成用以消弭該聚焦磁鐵與該掃描磁鐵之間的互感。於其中一範例中，一或更多個輔助線圈(圖中並未顯示)和該一或更多個聚焦線圈138相關聯，其中，該一或更多個輔助線圈被定位在和該一或更多個掃描器線圈136相關聯的條紋場區域之中，藉以使得介於該一或更多個聚焦線圈和該一或更多個掃描線圈之間的互感大體上會被消弭。於另一範例中，一可調整的輔助軛圈(圖中並未顯示)會在該輔助軛圈上纏繞一或更多個輔助線圈(圖中並未顯示)，其中，該一或更多個輔助線圈被定位在和該一或更多個掃描器線圈136相關聯的條紋場區域之中，藉以使得介於該一或更多個聚焦線圈138和該一或更多個掃描線圈之間的互感大體上會被消弭。
根據本揭示內容的另一項觀點，圖6所示的係用以將離子植入至一工件之中的示範性方法500。應該注意的係，本文中雖然將示範性方法圖解與說明為一連串的動作或事件；不過，應該明白的係，本揭示內容並不受限於此些動作或事件的圖解順序，因為根據本揭示內容，某些步驟亦可以本文中所示及所述的順序以外的不同順序來進行及/或可以和其它步驟同時進行。此外，未必需要圖中所示的所有步驟方可施行根據本揭示內容的方法。又，應該明白的係，該些方法可以配合本文中所示及所述的系統以及配合本文中沒有圖解的其它系統來施行。
如圖6中所示，方法500從動作502開始，其中，一離子束會被形成。舉例來說，該離子束可以透過圖1的離子植入系統100來形成。在動作504中，該離子束會被質量分析；而在動作506中，該離子束會透過一結合的掃描與聚焦磁鐵(例如，圖1的結合的掃描與聚焦系統135)同時被 掃描及聚焦。舉例來說，同時掃描及聚焦該離子束可以運用圖2及4的示範性結合的掃描與聚焦磁鐵200、300來實施。
本發明雖然已經針對特定的一或多個較佳實施例顯示及說明過本揭示內容；不過，顯見地，熟習本技術的人士在閱讀及理解本說明書及隨附圖式之後便可進行等效的變更與修飾。明確地說，關於由上面所述器件(組裝件、裝置、電路、…等)所實施的各項功能，除非另外表示，否則，被用來說明此些器件的術語(其包含「構件」的引用)皆希望對應於實施被述器件之指定功能的任何器件(也就是，在功能上等效)，即使結構上不等同於本文中所圖解之本揭示內容的示範性實施例中用來實施該項功能的已揭結構亦無妨。此外，本文雖然僅針對數種實施例中其中一者來揭示本揭示內容的一特殊特點；不過，當任何給定或特殊應用期望達成並且為有利的作法時，此項特點亦可結合其它實施例之中的一或更多項其它特點。
100‧‧‧離子植入系統
112‧‧‧終端
114‧‧‧束線組裝件
116‧‧‧末端站
118‧‧‧狹縫
120‧‧‧離子源
121‧‧‧離子生成腔室
122‧‧‧高電壓電源供應器
123‧‧‧離子抽出組裝件
124‧‧‧離子束
125‧‧‧抽出及/或抑制電極
125a‧‧‧電極
125b‧‧‧電極
126‧‧‧質量分析器
127‧‧‧側壁
130‧‧‧工件
132‧‧‧束導
133‧‧‧孔徑組裝件
134‧‧‧解析孔徑
135‧‧‧結合的掃描與聚焦系統
136‧‧‧磁性掃描元件
136a‧‧‧掃描線圈
136b‧‧‧掃描線圈
138‧‧‧聚焦及/或操控元件
138a‧‧‧聚焦線圈
138b‧‧‧聚焦線圈
139‧‧‧平行器
139a‧‧‧雙極磁鐵
139b‧‧‧雙極磁鐵
149‧‧‧電源供應器
150‧‧‧電源供應器
151‧‧‧掃描頂點
152‧‧‧劑量測定系統
154‧‧‧控制系統
156‧‧‧輪廓儀
157‧‧‧減速級
157a‧‧‧電極
157b‧‧‧電極
158‧‧‧輪廓儀路徑

Claims (22)

  1. 一種結合的掃描與聚焦磁鐵，其包括：一具有高磁導率的軛圈，該軛圈定義一孔洞，其被配置成用以讓一離子束通過；一或更多個掃描器線圈，其在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以在被電氣耦合至一電源供應器時產生一時變、主要為雙極的磁場；以及一或更多個聚焦線圈，其在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以產生一主要為多極的磁場，其中，該主要為多極的磁場為靜態或時變中的其中一者。
  2. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該軛圈包括一大體上為矩形的鋼材軛圈。
  3. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該軛圈包括複數個層疊的含鐵薄片。
  4. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其進一步包括一交流電源，其中，該一或更多個掃描器線圈以及一或更多個聚焦線圈被配置成用以從該交流電源處接收電力。
  5. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其進一步包括一直流電源，其中，該一或更多個掃描器線圈以及一或更多個聚焦線圈被配置成用以從該直流電源處接收電力。
  6. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該一或更多個聚焦線圈包括潘諾夫斯基型多極線圈。
  7. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該一或更 多個聚焦線圈包括一或更多個床架式線圈。
  8. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該一或更多個掃描器線圈包括一或更多個床架式線圈。
  9. 根據申請專利範圍第1項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其中，該些聚焦磁鐵線圈導線中的導線被定位成用以消弭該聚焦磁鐵與該掃描磁鐵之間的互感。
  10. 根據申請專利範圍第9項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其進一步包括和該一或更多個聚焦線圈相關聯的一或更多個輔助線圈，其中，該一或更多個輔助線圈被定位在和該一或更多個掃描器線圈相關聯的條紋場區域之中，藉以使得介於該一或更多個聚焦線圈和該一或更多個掃描線圈之間的互感大體上會被消弭。
  11. 根據申請專利範圍第9項的結合的掃描與聚焦磁鐵，其進一步包括一可調整的輔助軛圈，其中，在該輔助軛圈上纏繞一或更多個輔助線圈，其中，該一或更多個輔助線圈被定位在和該一或更多個掃描器線圈相關聯的條紋場區域之中，藉以使得介於該一或更多個聚焦線圈和該一或更多個掃描線圈之間的互感大體上會被消弭。
  12. 一種離子植入系統，其包括：一離子源，其被配置成用以產生一離子束；一質量解析磁鐵，其被配置成用以質量解析該離子束；一質量解析孔徑，其被定位在該質量解析磁鐵的下游處，其中，該質量解析孔徑被配置成用以過濾該離子束中的非所希望的粒種，且其中，該離子束再通過該質量解析孔徑之後大體上會發散；以及 一結合的掃描與聚焦磁鐵，其被定位在該質量解析磁鐵的下游處，其中，在聚焦該離子束時，該離子束的一路徑會同時被電磁掃描。
  13. 根據申請專利範圍第12項的離子植入系統，其中，該結合的掃描與聚焦磁鐵包括：一具有高磁導率的軛圈，該軛圈定義一孔洞，其被配置成用以讓一離子束通過；一或更多個掃描器線圈，其在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以在被電氣耦合至一電源供應器時產生一時變、主要為雙極的磁場；以及一或更多個聚焦線圈，其在操作上被耦合至該軛圈並且被配置成用以產生一主要為多極的磁場，其中，該主要為多極的磁場為靜態或時變中的其中一者。
  14. 根據申請專利範圍第13項的離子植入系統，其中，該軛圈包括一大體上為矩形的鋼材軛圈。
  15. 根據申請專利範圍第13項的離子植入系統，其中，該軛圈包括複數個層疊的含鐵薄片。
  16. 根據申請專利範圍第13項的離子植入系統，其中，該一或更多個聚焦線圈包括潘諾夫斯基型多極線圈。
  17. 根據申請專利範圍第13項的離子植入系統，其中，該一或更多個聚焦線圈包括一或更多個床架式線圈。
  18. 根據申請專利範圍第13項的離子植入系統，其中，該一或更多個掃描器線圈包括一或更多個床架式線圈。
  19. 根據申請專利範圍第12項的離子植入系統，其進一步包括一控制 器，其在操作上被耦合至該離子源、質量解析磁鐵、以及結合的掃描與聚焦磁鐵，並且被配置成用以至少部分以所希望的劑量以及要被植入於該工件之中的離子的分佈為基礎來控制該離子源、質量解析磁鐵、以及結合的掃描與聚焦磁鐵中至少其中一者的操作。
  20. 根據申請專利範圍第19項的離子植入系統，其進一步包括一交流電源，其中，該控制器被配置成用以選擇性地提供交流電流給一或更多個掃描器線圈以及一或更多個聚焦線圈。
  21. 根據申請專利範圍第19項的離子植入系統，其進一步包括一直流電源，其中，該控制器被配置成用以選擇性地提供直流電流給一或更多個掃描器線圈以及一或更多個聚焦線圈。
  22. 根據申請專利範圍第12項的離子植入系統，其進一步包括一量測器件，其被配置成用以決定該離子束的一或更多項特徵，其中，該控制器進一步在操作上被耦合至該量測器件並且被配置成用以至少部分以該離子束之該些經決定的一或更多項特徵為基礎來進一步控制該離子源、質量解析磁鐵、以及結合的掃描與聚焦磁鐵中至少其中一者的操作。
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