TW202326802A - 具有可變消色差之電荷濾波器磁體 - Google Patents

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Abstract

一種離子植入系統具有用以產生離子束的離子源、及用以界定具有在第一電荷狀態的期望離子之第一離子束的質量分析器。第一線性加速器將第一離子束加速到複數個第一能量。電荷剝離器從期望離子剝離電子、界定在複數個第二電荷狀態之第二離子束。第一雙極磁體在空間分散且以第一角度來彎曲第二離子束。電荷界定孔隙通過第二離子束的期望電荷狀態而阻止複數個第二電荷狀態的其餘者。四極設備在空間聚焦第二離子束，界定第三離子束。第二雙極磁體以第二角度來彎曲第三離子束。第二線性加速器加速第三離子束。最終能量磁體以第三角度來彎曲第三離子束，且其中能量界定孔隙通過僅有在期望能量與電荷狀態的期望離子。

Description

具有可變消色差之電荷濾波器磁體
本揭露內容概括關於離子植入系統，且尤指具有小的使用空間與用於期望電荷狀態在高能量的提高離子束電流之離子植入系統。
相關申請案之參照
此申請案主張於西元2021年10月29日所提出之標題為「具有可變消色差之電荷濾波器磁體」的美國申請案序號第17/514,262號的裨益，其全部內容將整體以參照方式而納入本文。
在半導體裝置之製造中，離子植入被使用以用雜質來摻雜半導體。離子植入系統經常被利用以用出自離子束的離子來摻雜諸如半導體晶圓的工件，藉以產生n或p型材料摻雜，或在積體電路製造期間形成鈍化層。上述射束處理經常被使用以用指定摻雜材料的雜質、在預定能量階層、且於受控制的濃度來選擇性植入晶圓，在積體電路製造期間來產生半導體材料。當用於摻雜半導體晶圓，離子植入系統將選擇的離子物種注入到工件中以產生期望的外質材料。當將離子植入到矽晶圓，舉例來說，從諸如銻、砷、或磷的源材料所產生的離子造成「n型」外質材料晶圓，而「p型」外質材料晶圓經常由諸如硼、鎵、或銦的源材料所產生的離子造成。當將離子植入到碳化矽（SiC）晶圓，舉例來說，氮（n摻雜劑）與鋁（p摻雜劑）習用為使用作為離子物種。
典型的離子植入器包括離子源、離子取出裝置、質量分析裝置、有或無後加速段、射束輸送裝置、與晶圓處理裝置。離子源產生期望原子或分子摻雜物種之離子。這些離子藉由離子取出裝置而從離子源所取出，離子取出裝置典型為一組電極，其激能且指引來自離子源的離子之流動，形成離子束。期望的離子在質量分析裝置中從離子束所分離，質量分析裝置典型為實行所取出的離子束之質量分散或分離的磁性雙極。典型為含有一連串的聚焦與加速/減速裝置的真空系統之射束輸送裝置，將經分析的離子束輸送到晶圓處理裝置而且維持離子束的期望性質。最終，半導體晶圓經由晶圓操縱系統被轉移進出晶圓處理裝置，晶圓操縱系統可包括一個或多個機械手臂，用於將待處理的晶圓放置在經分析的離子束之前方且將處理後的晶圓從離子植入器而移除。
本揭露內容理解的是，對於在高能量位準的離子植入配方（例如：離子植入的離子束能量、質量、電荷值、射束純度、射束電流及/或總劑量位準）之重大要求需要，提供不會損害離子源之較高的射束電流以及充分的射束純度。如此，在此提出用於提供高射束電流以及高射束純度之種種系統或方法。
是以，以下提出本揭露內容之簡化的概論，藉以提供本揭露內容之一些觀點的基本瞭解。此概論並非本揭露內容之廣泛的概觀。既非判別本發明的關鍵或重要元素之意圖，而亦非界定本發明的範疇之意圖。其目的是以簡化形式來呈現本揭露內容的一些概念而作為稍後提出之較詳細說明的序言。
本揭露內容的觀點有助於高能量離子植入處理以將離子植入到工件。根據一個示範觀點，一種離子植入系統被提出為具有裝配以形成離子束之離子源、裝配以選擇性傳送離子束之束線組件，且末端站被裝配以接受離子束，用於把離子植入到工件。
根據本揭露內容的一個實例觀點，離子源界定沿著束線的產生離子束，且質量分析磁體被裝配以質量分析所述產生離子束，因而界定第一離子束，第一離子束包含在第一電荷狀態的期望離子。第一加速級（例如：第一線性加速器）將第一離子束的期望離子加速到複數個第一能量，且電荷剝離器被裝配以自第一離子束的期望離子剝離至少一個電子。是以，包含在複數個第二電荷狀態（例如：高斯（Gaussian）電荷狀態分佈）的期望離子之第二離子束被界定。
在一個實例中，第一雙極磁體被進而裝配以第一預定角度來彎曲第二離子束，因而在空間分散第二離子束。電荷界定孔隙被裝配以從那裡通過自複數個第二電荷狀態所選出之期望電荷狀態，而阻止複數個第二電荷狀態的其餘者從那裡通過。舉例來說，四極磁體被進而裝配以在空間聚焦第二離子束來界定第三離子束，第三離子束包含在複數個第一能量且在期望電荷狀態的期望離子。第二雙極磁體被進而裝配以第二預定角度來彎曲第三離子束。
舉例來說，第二加速級（例如：第二線性加速器）被裝配以將第三離子束的期望離子加速到複數個第二能量。包含能量界定孔隙之最終能量磁體被進而提供，其中最終能量磁體被裝配以第三預定角度來彎曲第三離子束。舉例來說，能量界定孔隙被裝配以從那裡通過僅有在期望能量的期望離子，因而界定最終離子束，最終離子束包含在期望能量與期望電荷狀態的期望離子。
在一個實例中，第一預定角度與第二預定角度大約為45度。在另一個實例中，第一預定角度與第二預定角度的總和大約為90度。在又一個實例中，第三預定角度大約為90度。
在一個實例中，第一預定角度與第二預定角度相等，其中第一雙極磁體與第二雙極磁體概括為彼此的鏡像。在一個實例中，第一雙極磁體的出口與第二雙極磁體的入口由預定分開距離所分開。舉例來說，四極磁體可被定位在第一雙極磁體與第二雙極磁體之間而在預定分開距離的大約一半處。舉例來說，第一預定角度可界定和第一雙極磁體有關聯的半徑，其中預定分開距離小於所述半徑的大約二倍。
舉例來說，電荷界定孔隙被確定尺寸或用其他方式裝配，以允許所有複數個第一能量從那裡通過。舉例來說，電荷界定孔隙可由四極磁體的開口所界定，第二離子束透過所述開口而進入四極磁體。在一個實例中，電荷界定孔隙被定位沿著束線而在第一雙極磁體與四極磁體之間。舉例來說，電荷界定孔隙的寬度可允許僅有複數個第一能量的預定分散通過到四極磁體。舉例來說，電荷界定孔隙的寬度可為可變。
在另一個實例中，掃描器被提供且裝配以第一方向來掃描最終離子束，因而界定掃描離子束。平行化器可被進而提供且裝配，以平行化且移位所述掃描離子束。
根據另一個實例，第一加速級與第二加速級的一者或多者包含RF加速器，其包含裝配以產生加速RF場的一個或多個共振器。在另一個實例中，第一加速級與第二加速級的一者或多者包含DC加速器，其經裝配以經由固定DC高電壓來加速期望離子。第一加速級與第二加速級可因此包含DC與RF加速器的任何組合。
以上概論僅為意圖提供本揭露內容之一些實施例的一些特徵之簡要概述，且其他實施例可包含除了上述者之外的另外及/或不同特徵。尤其，此概論並不被解釋為限制本申請案的範疇。因此，為了達成前述與相關目的，本揭露內容包含在下文所描述且在申請專利範圍中所特別指出的特徵。以下說明與隨附圖式詳細陳述本揭露內容的某些說明實施例。然而，這些實施例指示本揭露內容的原理可運用在其中之種種方式的一些者。本揭露內容之其他目的、優點與新穎特徵將從當連同圖式來考慮之本揭露內容的以下詳細說明而變得明顯。
本揭露內容概括為針對於關聯於將離子植入到工件中之種種的設備、系統、及方法。更明確而言，本揭露內容針對於具有小的使用空間與用於期望電荷狀態在高能量的提高離子束電流之離子植入系統。
是以，本發明現在將參考圖式來描述，其中同樣的參考標號可被用以指稱貫穿圖式中的同樣元件。應瞭解的是，這些觀點的描述僅為說明性且不應以限制意義來解讀。在以下說明，為了解說目的，諸多特定細節被陳述以提供本發明的徹底瞭解。然而，將對於熟習此技術人士而言為明顯的是，本發明可在沒有這些特定細節的情況下而實行。再者，本發明的範疇無意為由參考伴隨圖式在下文所描述的實施例或實例來限定，而是意圖為僅由隨附申請專利範圍與其等效者來限定。
亦指出的是，圖式被提出以提供本揭露內容的實施例的一些觀點之說明且因此將被視為僅為示意圖。尤其，在圖式中所示的元件彼此無須依比例來繪製，且在圖式中的種種元件之放置被選取以提供各別實施例的清楚瞭解，且不應被解讀為必然是在根據本發明實施例之實施中的種種構件的實際相對位置代表。再者，本文所述之種種實施例與實例的特徵可彼此結合，除非另為指明。
亦要瞭解的是，在以下說明中，在功能方塊、裝置、構件、或於圖式所示或本文所述的其他實際或功能單元之間的任何直接連接或耦合，亦可由間接連接或耦合來實施。再者，要理解的是，於圖式中所示的功能方塊或單元可在一個實施例被實施為單獨的特徵或構件，且亦可能或替代在另一個實施例被完整或部分實施在共同的特徵或構件。
相對於擴散，其為運用在半導體設備製造以將摻雜劑選擇性植入到半導體工件及/或晶圓材料中之化學過程，離子植入是物理過程。因此，植入之動作並不仰賴於摻雜劑與半導體材料之間的化學相互作用。針對於離子植入，摻雜劑原子/分子被離子化且隔離，有時為加速或減速，形成為射束，且掃掠過工件或晶圓。摻雜劑離子實際轟擊工件，進入表面且典型為以其晶格結構而停置在工件表面下方。Satoh之共同擁有的美國專利第8,035,080號描述用於提高射束電流之種種系統及方法，其整體內容以參照方式而納入本文。
高能量的離子植入系統（例如：裝配以大於1 MeV的能量來植入離子之系統，諸如實施在影像感測器之形成的那些者）在尺寸上為眾所周知地長。為了將使用空間最小化且節省無塵室空間，RF線性加速器（linear accelerator；LINAC）或DC加速器柱可被分成幾段且由彎曲磁體所分開。舉例來說，彎曲磁體可藉由將離子束彎曲到種種期望角度而允許束線更為緊密。舉例來說，束線可為V形或概括為多邊形的鏈路。
舉例來說，一種簡單系統可包含由一個彎曲磁體所分開之第一與第二加速級或LINAC。針對於上述配置，本揭露內容理解的是，可為有利在第一加速級之後而附加所謂的剝離器，其中剝離器被裝配以從離子束的離子來剝離電子，因此提高離子的電荷狀態。如此，第二加速級可將能量提高等於電荷狀態的因數。上述配置允許系統的使用空間為實質減小，相較於無彎曲磁體之系統。
舉例來說，離開剝離器的離子束含有諸多種種電荷狀態的離子，其中一些不合意的電荷狀態被包括在離子束中。藉著上述的彎曲磁體，上述不要的電荷狀態可從射束路徑所分離，因此防止離子束之汙染。然而，當用彎曲磁體來分開二或多個LINAC，本揭露內容理解的是，離子束亦將含有某個程度的能量展開（spread），其亦應透過彎曲磁體來傳送以維持射束電流，否則射束電流將實質為較低。
上述彎曲磁體可被視為消色差系統，由於其在某種程度上為無關於能量。本揭露內容理解的是關聯於將第一與第二LINAC分開而且具有配置在其間的剝離器之一個問題在於，在一方面，彎曲磁體應濾出不要的電荷狀態，而在另一方面，彎曲磁體應實質為消色差（例如：具有低色散）以接受且從那裡通過具有典型1-2%的能量展開之離子束。
因此，根據一個實例觀點，本揭露內容運用具有四極磁體為配置在其間的二個雙極磁體，藉此四極磁體包含孔隙，其經裝配以接受預定的能量展開而拒斥不要的電荷狀態。如此，本揭露內容的配置提供一種裝配用於濾波電荷而維持實質小的使用空間之磁體架構。
參考圖式，為了得到本揭露內容的種種觀點之較佳認知，圖1說明根據本揭露內容的種種示範觀點之實例的離子植入系統100。舉例來說，離子植入系統100可有時被稱為一種後加速植入器，如將在以下所論述。
舉例來說，圖1的離子植入系統100包含源室組件102，藉此源室組件包含離子源104與取出電極106，其被裝配以從離子源將離子取出且加速到中間能量，因而形成沿著束線110的產生離子束108。舉例來說，質量分析器112質量分析產生離子束108，因而從產生離子束移除不要的質量與電荷離子物種以界定包含在第一電荷狀態（ q 1 ）的期望離子之第一離子束114 （亦稱為分析離子束）。舉例來說，第一線性加速器116 （亦稱為第一LINAC）被裝配以將第一離子束114的期望離子加速到複數個第一能量。根據本揭露內容的一個實例，第一LINAC 116包含RF線性粒子加速器，其中離子由RF場所反覆加速。替代而言，第一LINAC 116包含DC加速器（例如：串聯靜電加速器），其中離子用固定DC高電壓來加速。
舉例來說，電荷剝離器118被進而提供且裝配以自第一離子束114的期望離子剝離至少一個電子，因而界定包含在複數個第二電荷狀態（ q 2 ）的期望離子之第二離子束120。根據本揭露內容，舉例來說，電荷選擇器122被進而定位在電荷剝離器118的下游，以在剝離過程後而選擇具有較高電荷狀態的期望離子。
舉例來說，電荷選擇器122包含第一雙極磁體124，其中第一雙極磁體被裝配以第一預定角度125來彎曲第二離子束120，因而在空間分散第二離子束。電荷界定孔隙126被定位在第一雙極磁體124的下游，其中電荷界定孔隙被裝配以從那裡通過自複數個第二電荷狀態所選出之第二離子束120的期望電荷狀態，而阻止第二離子束之複數個第二電荷狀態的其餘者從那裡通過。
舉例來說，電荷選擇器122更包含四極設備128，其中四極設備被裝配以在空間聚焦第二離子束120來界定第三離子束130，第三離子束130包含在複數個第一能量且在期望電荷狀態的期望離子。在一個實例中，電荷界定孔隙126由四極設備128的開口131所界定，第二離子束120透過所述開口131而進入四極設備。電荷選擇器122的第二雙極磁體132被進而裝配，以第二預定角度133來彎曲第三離子束130。在本實例中，第一預定角度125與第二預定角度133的總和大約為90度。舉例來說，第一預定角度125與第二預定角度133大約為45度。應指出的是，第一預定角度125與第二預定角度133的實例角度值不應被視為限制性，且本揭露內容預期種種其他角度值為歸屬在本揭露內容的範疇內。
舉例來說，離開第二雙極磁體132之第三離子束130可被進而指向到第二線性加速器134，以得到高於原始電荷狀態的離子之最大能量。舉例來說，第二線性加速器134可被裝配以將第三離子束130的期望離子加速到複數個第二能量。
舉例來說，最終能量磁體136被進而提供，其中最終能量磁體被裝配以第三預定角度137來彎曲第三離子束130。舉例來說，第三預定角度137大約為90度。舉例來說，最終能量磁體的能量界定孔隙138被裝配以從那裡通過僅有在期望能量的期望離子，因而界定包含在期望能量與期望電荷狀態的期望離子之最終離子束140。最終能量磁體136因此被裝配，以從第二線性加速器134的輸出所出現的加速第三離子束130移除不要的能量頻譜而界定最終離子束140。
舉例來說，射束掃描器142可被進而提供且裝配，以掃描在從最終能量磁體136離開之後的最終離子束140，藉此最終離子束被快速頻率往復掃描以界定掃描離子束144。舉例來說，射束掃描器142被裝配以靜電或電磁方式掃描最終離子束140來界定掃描離子束144。
掃描離子束144被進而通過到角度校正透鏡146，舉例來說，藉此角度校正透鏡146可被裝配以平行化且移位掃描離子束144來界定平行化的最終離子束148，以供植入到支撐在工件支座152之上的工件150。舉例來說，角度校正透鏡146可包含裝配以移位且/或平行化掃描離子束144之電磁或靜電裝置。
工件150 （例如：半導體晶圓）可被選擇性定位在處理室或末端站154。在一個實例中，舉例來說，可用混合掃描方式、正交於平行化的最終離子束148 （例如：移動進出紙面）而移動工件150，以均勻照射工件150的整個表面。指出的是，本揭露內容理解用於關於工件150來掃描最終離子束148的種種其他機構與方法，且所有上述機構與方法被預期為歸屬在本揭露內容的範疇內。
舉例來說，控制器156可被進而提供以控制離子植入系統100的一個或多個構件，諸如：離子源104、質量分析器112、第一線性加速器116、電荷選擇器122、第二線性加速器134、射束掃描器142、最終能量磁體136、與工件支座152的一者或多者。
如上所論述，藉由至少部分歸因於電荷選擇器122之實質消色差的配置，離子植入系統100提供最小的使用空間而為優於習用系統。舉例來說，如在圖2所示，具有90度彎曲之電荷選擇器202的實例200被顯示。在一個非限制實例中，離子束204 （例如：進入圖1之電荷選擇器122的第二離子束120）進入具有5%能量展開之第一雙極磁體206，通過四極設備208，且透過第二雙極磁體210而離開，因而概括界定一種消色差設備212。舉例來說，消色差設備212更包含電荷界定孔隙214，其中在本實例中，第一雙極磁體206與第二雙極磁體210為彼此的鏡像。在一個實例中，電荷界定孔隙214由四極設備208的開口215所界定。
圖3說明圖2之消色差設備212的四極設備208的放大圖216，顯示離子束204的複數個高能部分218A、218B、218C，藉此離子束的複數個高能部分是歸因於第一雙極磁體206的對應複數個磁性剛性與分散性質而為空間分開或分散。舉例來說，消色差設備212的四極設備208聚焦離子束204的複數個高能部分218A、218B、218C，俾使複數個高能部分當離開圖2之第二雙極磁體210而非為空間分開，因此提供期望的消色差。藉由接收且聚焦離子束204的複數個高能部分218A、218B、218C，離子束之所謂「能量展開」的實質全部被通過到第二雙極磁體210，藉此離子束電流被有利維持。
圖3進而說明電荷界定孔隙214，離子束204透過電荷界定孔隙214而通過。舉例來說，電荷界定孔隙214包含開口220，其具有預定寬度222以接受且通過預定的能量展開（例如：±2%）。在一個實例中，開口220的預定寬度222可基於針對特定植入所期望的預定能量展開而變化。在另一個實例中，電荷界定孔隙214允許從那裡通過所有複數個第一能量。
要理解的是，儘管在圖3所示的四極設備208被說明為磁性四極224 （例如：四極磁體），在本揭露內容的替代觀點中，四極設備可包含靜電四極（未顯示）。舉例來說，在圖3所示的磁性四極224可提供優於用於調諧離子束204之靜電四極的優點，由於當實施磁性四極時關聯於系統的軟體可忽略當切換於離子的不同物種之間在磁性與靜電剛性的差異。
本揭露內容進而提供優於習用系統的電荷濾波優點，如將參考圖4所論述。舉例來說，在電荷選擇器302的另一個實例300之中，離子束304 （例如：單一高能離子束）被提供為具有如在圖2-3之離子束204所示者的相同尺度與發射率。然而，圖4之離子束304被說明為隨著離子束進入且通過第一雙極磁體308而包含複數個電荷狀態306A、306B、306C。在非限制實例中，離子束304包含砷離子束，其中電荷狀態306A對應於As5+，電荷狀態306B對應於As6+，且電荷狀態306C對應於As7+。
歸因於第一雙極磁體308之種種的磁性剛性與分散性質，舉例來說，複數個電荷狀態306A、306B、306C在離開第一雙極磁體之後而為空間分開。舉例來說，孔隙310允許複數個電荷狀態的僅有選擇者（例如：電荷狀態306B或As6+）通過孔隙的開口312到四極磁體314以及第二雙極磁體316，而濾除複數個電荷狀態的其餘者。
是以，電荷選擇器302提供電荷濾波而且經由四極磁體314來提供消色差，因此不僅通過和圖2之離子束204的複數個高能部分218A、218B、218C有關聯的預定能量展開，而且拒斥不要的電荷狀態，且透過圖4之孔隙310的開口312來選擇性在複數個電荷狀態的選擇者通過。舉例來說，孔隙310因此用於多個目的，由於其不僅拒斥不合意的電荷狀態，而且藉由改變在圖2所示之開口220的寬度222，預定能量展開可進而為從那裡通過，因此提供和電荷選擇器有關聯的可變消色差。
本揭露內容進而理解的是，為了得到小的使用空間，舉例來說，圖4之四極設備208可被定位為鄰近於第一雙極磁體206與第二雙極磁體210而在小於第一與第二雙極磁體任一者之彎曲半徑的二倍之位置。如此，和第一與第二雙極磁體206、210及四極設備208的雙極磁性效應有關聯的邊緣場，可影響離子束204的複數個高能部分218A、218B、218C之軌跡。如此，舉例來說，四極設備208可被定位以補償上述軌跡，且有利從那裡通過離子束的複數個高能部分之大部分者。
舉例來說，在一個實例的雙極磁體中，通過磁體之離子束204的彎曲半徑R是： （1）， 其中m是離子的質量，E是動能，B是磁場且q是離子的電荷。針對於電荷實例與能量實例二者來計算在彎曲半徑的相對變化dR/R，顯示的是dR/R=-dq/q且dR/R=0.5*dE/E，因此指出的是空間分離大約為小於在高能實例的二倍。此外，舉例來說，針對於LINAC而言，dE/E大約僅為1-2%，而dq/q可例如大約為17%。如此，針對於不同電荷狀態的顯著較大空間分離是根據本揭露內容而有利提供。要進而理解的是，儘管以上實例是針對於90 °之總彎曲角度，類似概念可被應用到較小（例如：70 °）或較大（例如：360 °）的總彎曲角度。
再者，本揭露內容認為和四極磁體有關聯的鋼可能會影響離子束的雙極邊緣場，因此引起離開第二雙極的離子束為過於收斂。為了緩和上述收斂，本揭露內容之四極磁體朝y1維度為稍微偏離，因此達成良好的平行度（例如：針對於dE=±5%為±0.06 °）。如此，根據本揭露內容的一個實例，1.23*R之雙極距離可被使用，其小於習用系統為超過三倍。
甚者，本揭露內容有利提供用於系統100之小的使用空間，藉此在例如圖3-4所示的小彎曲半徑可運用高磁場（例如：1.5特斯拉（Tesla）或更大）。
雖然本揭露內容已經關於某個應用與實施而顯示及描述，將理解的是，等效的變更與修改將為熟習此技術的其他人士在閱讀且瞭解此說明書與隨附圖式時所思及。特別是關於由上述構件（組件、裝置、電路、系統、等等）所實行的種種功能，除非另為指明，用以描述所述構件的術語（包括對「機構」之引用）意圖對應於實行所述構件的指定功能之任何構件（即：其為功能等效），即使並非結構等效於實行本揭露內容之本文所述的示範實施中的功能之揭示結構。
此外，儘管本揭露內容的特定特徵可能已經關於數個實施之僅有一者所揭示，如可能對於任何既定或特定應用為期望且有利，所述特徵可和其他實施的一個或多個其他特徵相結合。再者，在術語「包括（includes）」、「包括（including）」、「具有（has）」、「具有（having）」、及其變體者被使用於詳細說明或申請專利範圍的範圍內，這些術語是意圖以類似於術語「包含（comprising）」之方式而為包括在內。
100:離子植入系統 102:源室組件 104:離子源 106:取出電極 108:產生離子束 110:束線 112:質量分析器 114:第一離子束 116:第一線性加速器 118:電荷剝離器 120:第二離子束 122:電荷選擇器 124:第一雙極磁體 125:第一預定角度 126:電荷界定孔隙 128:四極設備 130:第三離子束 131:開口 132:第二雙極磁體 133:第二預定角度 134:第二線性加速器 136:最終能量磁體 137:第三預定角度 138:能量界定孔隙 140:最終離子束 142:射束掃描器 144:掃描離子束 146:角度校正透鏡 148:平行化的最終離子束 150:工件 152:工件支座 154:處理室或末端站 156:控制器 200:實例 202:電荷選擇器 204:離子束 206:第一雙極磁體 208:四極設備 210:第二雙極磁體 212:消色差設備 214:電荷界定孔隙 215:開口 216:放大圖 218A、218B、218C:高能部分 220:開口 222:預定寬度 224:磁性四極 300:實例 302:電荷選擇器 304:離子束 306A、306B、306C:電荷狀態 308:第一雙極磁體 310:孔隙 312:開口 314:四極磁體 316:第二雙極磁體
[圖1]是說明根據本揭露內容的觀點之離子植入系統的簡化俯視圖；
[圖2]是根據本揭露內容的至少一個觀點之離子植入系統的電荷選擇器設備；
[圖3]說明圖2之電荷選擇器設備的四極磁體與電荷界定孔隙；
[圖4]說明根據本揭露內容的至少另一個觀點之離子植入系統的另一種電荷選擇器設備。
100:離子植入系統
102:源室組件
104:離子源
106:取出電極
108:產生離子束
110:束線
112:質量分析器
114:第一離子束
116:第一線性加速器
118:電荷剝離器
120:第二離子束
122:電荷選擇器
124:第一雙極磁體
125:第一預定角度
126:電荷界定孔隙
128:四極設備
130:第三離子束
131:開口
132:第二雙極磁體
133:第二預定角度
134:第二線性加速器
136:最終能量磁體
137:第三預定角度
138:能量界定孔隙
140:最終離子束
142:射束掃描器
144:掃描離子束
146:角度校正透鏡
148:平行化的最終離子束
150:工件
152:工件支座
154:處理室或末端站
156:控制器

Claims (20)

  1. 一種離子植入系統，其包含： 一離子源，其裝配以產生離子且界定沿著一束線的一產生離子束； 一質量分析磁體，其裝配以質量分析所述產生離子束，因而界定一第一離子束，所述第一離子束包含在一第一電荷狀態的期望離子； 一第一線性加速器，其裝配以將所述第一離子束的所述期望離子加速到複數個第一能量； 一電荷剝離器，其裝配以自所述第一離子束的所述期望離子剝離至少一個電子，因而界定一第二離子束，所述第二離子束包含在複數個第二電荷狀態的所述期望離子； 一第一雙極磁體，其裝配以一第一預定角度來彎曲所述第二離子束，因而在空間分散所述第二離子束； 一電荷界定孔隙，其裝配以從那裡通過自所述複數個第二電荷狀態所選出之所述第二離子束的一期望電荷狀態，而阻止所述第二離子束之所述複數個第二電荷狀態的其餘者從那裡通過； 一四極設備，其裝配以在空間聚焦所述第二離子束來界定一第三離子束，所述第三離子束包含在所述複數個第一能量且在所述期望電荷狀態的所述期望離子； 一第二雙極磁體，其裝配以一第二預定角度來彎曲所述第三離子束； 一第二線性加速器，其裝配以將所述第三離子束的所述期望離子加速到複數個第二能量；及 一最終能量磁體，其包含一能量界定孔隙，其中所述最終能量磁體被裝配以一第三預定角度來彎曲所述第三離子束，且其中所述能量界定孔隙被裝配以從那裡通過僅有在一期望能量的所述期望離子，因而界定一最終離子束，所述最終離子束包含在所述期望能量與期望電荷狀態的所述期望離子。
  2. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一預定角度與所述第二預定角度大約為45度。
  3. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第三預定角度大約為90度。
  4. 如請求項1之離子植入系統，其中所述電荷界定孔隙允許所有的所述複數個第一能量從那裡通過。
  5. 如請求項4之離子植入系統，其中所述電荷界定孔隙由所述四極設備的一開口所界定，所述第二離子束透過所述開口而進入所述四極設備。
  6. 如請求項1之離子植入系統，其中所述電荷界定孔隙被定位沿著所述束線而在所述第一雙極磁體與所述四極設備之間。
  7. 如請求項1之離子植入系統，其中所述電荷界定孔隙的一寬度允許僅有所述複數個第一能量的一預定分散通過到所述四極設備。
  8. 如請求項7之離子植入系統，其中所述電荷界定孔隙的所述寬度為可變。
  9. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一預定角度與所述第二預定角度的一總和大約為90度。
  10. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一預定角度與所述第二預定角度相等，且其中所述第一雙極磁體與所述第二雙極磁體概括為彼此的鏡像。
  11. 如請求項10之離子植入系統，其中所述第一雙極磁體的一出口與所述第二雙極磁體的一入口由一預定分開距離所分開，其中所述四極設備被定位在所述第一雙極磁體與所述第二雙極磁體之間而在所述預定分開距離的大約一半處。
  12. 如請求項11之離子植入系統，其中所述第一預定角度界定和所述第一雙極磁體有關聯的一半徑，且其中所述預定分開距離小於所述半徑的大約二倍。
  13. 如請求項1之離子植入系統，其更包含： 一射束掃描器，其裝配以一第一方向來掃描所述最終離子束，因而界定一掃描離子束；及 一角度校正透鏡，其裝配以平行化且移位所述掃描離子束。
  14. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一線性加速器與所述第二線性加速器的一者或多者包含一RF加速器，所述RF加速器包含裝配以產生一加速RF場的一個或多個共振器。
  15. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一線性加速器與所述第二線性加速器的一者或多者包含DC加速器，所述DC加速器經裝配以經由一固定DC高電壓來加速所述期望離子。
  16. 如請求項1之離子植入系統，其中所述四極設備包含一磁性四極。
  17. 如請求項1之離子植入系統，其中所述四極設備包含一靜電四極。
  18. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一雙極磁體與所述第二雙極磁體相關於彼此為對稱配置。
  19. 如請求項1之離子植入系統，其中所述第一雙極磁體與所述第二雙極磁體相關於彼此為不對稱配置。
  20. 一種離子植入系統，其包含： 一離子源； 一第一加速級，其裝配以加速所述離子來界定一第一離子束，所述第一離子束包含在複數個第一能量的所述離子； 一電荷剝離器，其裝配以自所述第一離子束的所述離子剝離至少一個電子，因而界定一第二離子束，所述第二離子束包含在複數個第二電荷狀態且在所述複數個第一能量的所述離子； 一第一雙極磁體，其裝配以一第一預定角度來彎曲所述第二離子束，因而在空間分散所述第二離子束； 一電荷界定孔隙，其裝配以從那裡通過僅有自所述複數個第二電荷狀態所選出的一期望電荷狀態之所述離子； 一四極設備，其裝配以在空間聚焦所述第二離子束來界定一第三離子束，所述第三離子束包含在所述複數個第一能量且在所述期望電荷狀態的所述離子； 一第二雙極磁體，其裝配以一第二預定角度來彎曲所述第三離子束； 一第二加速級，其裝配以加速所述第三離子束的所述離子來界定一第四離子束，所述第四離子束包含在複數個第二能量的所述離子；及 一最終能量磁體，其包含一能量界定孔隙，其中所述最終能量磁體被裝配以一第三預定角度來彎曲所述第四離子束，且其中所述能量界定孔隙被裝配以從那裡通過僅有在自所述複數個第二能量所選出之一期望能量的所述離子，因而界定一最終離子束，所述最終離子束包含在所述期望能量與期望電荷狀態的所述離子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2079035A (en) * 1980-06-10 1982-01-13 Philips Electronic Associated Deflection system for charged-particle beam
US5237174A (en) * 1991-10-09 1993-08-17 High Voltage Engineering Europa Single atom detection of chlorine-36 by triple-stage accelerator mass spectrometry
US5198674A (en) * 1991-11-27 1993-03-30 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Particle beam generator using a radioactive source
US6541780B1 (en) * 1998-07-28 2003-04-01 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Particle beam current monitoring technique
GB2344005B (en) * 1998-11-17 2000-12-27 Samsung Electronics Co Ltd Method of monitoring turbo pump operation in ion implantation apparatus for use in manufacturing semiconductors
DE10329383B4 (de) * 2003-06-30 2006-07-27 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Ionenstrahldetektor für Ionenimplantationsanlagen, Faraday-Behälter dafür und Verfahren zur Steuerung der Eigenschaften eines Ionenstrahls mittels des Ionenstrahldetektors
US8035080B2 (en) * 2009-10-30 2011-10-11 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for increasing beam current above a maximum energy for a charge state
JP5963662B2 (ja) * 2012-12-04 2016-08-03 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置
JP6253268B2 (ja) * 2013-06-13 2017-12-27 株式会社日立製作所 粒子線治療装置
JP6253362B2 (ja) * 2013-11-21 2017-12-27 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 高エネルギーイオン注入装置、ビーム電流調整装置、及びビーム電流調整方法
US9520204B2 (en) * 2013-12-26 2016-12-13 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Cold stripper for high energy ion implanter with tandem accelerator
JP6253524B2 (ja) * 2014-06-13 2017-12-27 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 ビーム照射装置及びビーム照射方法
EP3582248B1 (en) * 2018-06-14 2021-01-06 High Voltage Engineering Europa B.V. Accelerator mass spectrometry system and associated method
US20210057182A1 (en) * 2019-08-19 2021-02-25 Axcelis Technologies, Inc. Method of enhancing the energy and beam current on rf based implanter
US11923169B2 (en) * 2020-02-07 2024-03-05 Axcelis Technologies, Inc. Apparatus and method for metal contamination control in an ion implantation system using charge stripping mechanism

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