用于离子注入机中离子束可变聚焦和质量分辨的加速器-减速器静电透镜制造技术

提供用于离子注入系统（１０）中的静电三极管透镜（３６）。该透镜包括终端电极（３７）和可调节透镜子组件（４０），该透镜子组件包括各具有匹配的弯曲表面（１０８、１１０）的抑制电极（３８）和分辨电极（３９）。该透镜子组件位于终端电极附近，在那里束在第一（分散）平面中具有最小的腰。这种定位使要求的电极之间的间隙最小，并因此有助于使减速工作模式中的束扩张和电子耗尽区最小。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术概括地说涉及离子注入机领域，更具体地说涉及在离子注入机中以加速和减速两种工作方式对离子束进行可变聚焦和质量分辨的静电透镜。离子注入已成为在集成电路的大规模制造中用杂质进行半导体掺杂的工业的优选技术。离子剂量和离子能量是用来确定注入步骤的两个最重要的参数。对于给定的半导体材料，离子剂量与注入的离子浓度有关。一般将高电流注入机(通常离子束流大于10毫安(mA))用于高剂量注入，而将中等电流注入机(通常能达到约1mA束电流)用于较低剂量的应用情况。离子能量被用来控制半导体器件中的结深度。构造离子束的离子的能量水平决定注入离子的纵深程度。诸如用来在半导体器件中形成逆行阱(retrograde well)这样的高能处理要求高达几百万电子伏(MeV)的注入，而浅结可能只要求低于1千电子伏(1keV)的能量。典型的离子注入机包括三部分或子系统(i)用于输出离子束的终端，(ii)用于质量分辨和调节离子束的聚焦及能量水平的束线，及(iii)用于容纳要用离子束注入的半导体晶片的靶室。束线一般包括固定尺寸的质量分辨孔和用于聚焦离子束的加速／减速透镜。持续的半导体器件越来越小的趋势要求适合于以低能量提供高束流的束线构造。高束流提供必要的剂量水平，而低能量水平允许浅注入。例如，半导体器件中的源／漏结需要这种高电流、低能量的应用情况。经过给定的束线构造传输的低能离子束会出现被称作“扩张”的情况，这是指离子束中带同种电荷的离子相互排斥的趋势(也即空间电荷效应)。这种相互排斥引起非所需形状的束偏离预定的束线路径。束扩张在高电流、低能量的应用情况下尤其成问题，因为束(高电流)中离子的高浓度增大了离子的相互排斥力，并且离子的传输势能(propagation potential)(低能量)不足以抵消这些相互排斥力。束扩张的问题随着束线长度的增大而增大。因此，优选的束线构造的设计目的是尽可能减小束线长度。用于使离子束中的离子加速和减速以达到合适的能量水平，以及用于使离子束聚焦以抵消引起束扩张现象的相斥电荷的静电透镜是已知的。一般这种透镜包括多个电位越来越大或越来越小的电极。束内单个离子的加速或减速的速率取决于这一电位的梯度，而聚焦是通过所获得的由电极发射的电场来实现的。加速／减速聚焦静电透镜的一个例子示于King等共同转让给本专利技术的受让人的U．S．专利No．5177366，在此作为参考文献编入，并作完整的说明。在King的专利中，用一对偏转电极将质量分辨孔和静电透镜分隔开。质量分辨孔将荷质比不合适的离子从束中排除。静电透镜连同紧接着的下游加速器一起使用，用来(i)将已被一对偏转电极初步偏转的离子束在正交的平面中聚焦，及(ii)使束中离子加速，以达到需要的注入能量水平。通过改变下面任何一项，可调节由透镜完成的聚焦电极之间的间隙、电极厚度、电极曲率、电极电位或第一电极中离子束穿过的狭缝的尺寸。然而改变电极中狭缝的尺寸需要将部分地限定狭缝结构的板移动和替换。但为提供不同类型的注入操作(即不同电流或能量水平)而移动和替换束线部件是不希望的，因为在其中放置元件的真空室必须打开。打开真空室需要加压到环境气压，并随后再抽气，而且还使室的内部受到污染。因此，本专利技术的目的是提供一种用于根据离子束流或能量水平，在第一平面中可调节地进行质量分辨，及在第一平面和第二相垂直或正交的平面中可调节地聚焦离子束的静电透镜组件，它特别适用于高电压、低能量离子注入机中。本专利技术还有一个目的是提供一种有这样的电极的可调节静电透镜子组件，该电极之间的间隙在一定范围内无限可调，便于离子束聚焦；而不需移动和替换透镜元件。本专利技术再一个目的是尽可能减小离子注入机中的束线长度，从而防止束扩张情况。本专利技术又一个目的是提供将可变地可调节静电透镜与可变地可调节分辨孔结合起来的可调节透镜子组件，该子组件提供在减速工作模式下的可变聚焦，而仍允许在加速工作模式下的可变质量分辨。提供用于离子注入系统的静电三极管透镜。该透镜包括终端电极和可调节透镜子组件，该透镜子组件包括抑制电极和分辨电极。透镜子组件定位于终端电极附近，在这里束在第一(分散)面中具有最小的“腰”。这种定位使所要求的电极间间隙最小，并因此有助于使减速工作模式中的束扩张和电子耗尽区最小。抑制电极和分辨电极各具有被各自的间隙分开的第一和第二部分。移动机构同时使抑制电极和分辨电极的第一部分分别朝着或远离抑制电极和分辨电极的第二部分移动，从而调节它们之间的间隙。可调节透镜子组件通过(i)在减速工作模式下(其中质量分辨较不重要)对相互正交的(分散和非分散)平面中的束进行可变聚焦，同时(ii)允许在加速工作模式下(其中聚焦较不重要)在分散平面中进行可变质量分辨，从而调整从终端电极输出的束。通常，在加速工作模式中，调节分辨电极对之间的间隙使得能够在分散平面中进行可调节的质量分辨。在加速工作模式中，由于束的稳定性(stiffness)和降低的束扩张趋势使透镜子组件的聚焦效赢可忽略。但在加速模式中通过调节分辨电极对之间的间隙实现可变质量分辨。通过提供同时调节抑制电极间隙以及分辨电极间隙的能力，尽管在终端设备电极处存在大的正电压，也仍然能以适当的小抑制电极电压在间隙轴上保持负抑制电压，而同时还允许可变质量分辨。在减速工作模式中，透镜子组件起在相互正交(分散平面和非分散平面)的面中聚焦离子束的作用。分辨电极间隙的调节提供可调节的分散平面聚焦。通过减小分辨电极的间隙在分散平面中实现增强的聚焦。抑制电极上电压的调节使得能够进行可调节的非分散平面束聚焦。通常，通过增大加到抑制电极上的负电压的幅度来实现更多的非分散平面聚焦。附图说明图1是使用根据本专利技术原理构造的静电三极管透镜一个实施例的离子注入系统的平面图；图2是展示用于给图1的系统的各部件提供电压的电源的示意图；图3是图1的三极管透镜的可调节透镜子组件部分的透视图；图4是图3的可调节透镜子组件的部分的分解图；图5是图1的离子注入系统的三极管透镜的更详细的平面图；图6是沿图5的6-6线作出的、图5的三极管透镜的可调节透镜子组件部分的剖视图；图7是沿图5的7-7线作出的、图5的三极管透镜的电极部件的剖视图8是图5的三极管透镜的电极部件的平面图；图9是图8的电极部件的平面图，进一步展示了在离子束所穿过的分散平面中电极的聚焦效应；图10是图7的电极部件的剖视图，进一步展示了在离子束所穿过的非分散平面中电极的聚焦效应。现参看附图，图1示出的离子注入机，概括地用10代表，它包括离子源12，质量分析磁铁14，束线组件15和靶或目标台16。离子源12和质量分析磁铁14与它们各自的电源一起共同作为终端17(也见图2)。本专利技术的一个应用是在低能量注入机中，如在图1中所示的束线组件15因低能量束在其传输过程中扩散(即扩张)的趋势而较短。离子源12包括限定了一个等离子体室20的外壳18，和离子提取组件22。束线组件15包括分辨器外壳23和束中和器24。如下面要进一步说明的，分辨器外壳23包含了专利技术主题。束中和器24起使束扩张最小化的作用。束中和器24的下游是目标台16，该目标台16包括一个在其上安装要处理的晶片的盘形晶片支承件25。晶片支承件25放置在(通常)按垂直于注入束的方向取向的靶面中。离子源12固定在L形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子注入系统（１０），包括： 用于发射离子束的终端（１７）； 用于引导由终端发射的离子束的束线部分（１５）；以及 用于接收由所述束线部分引导的离子束的靶台（１６），所述束线部分（１５）包括用于在第一平面中对离子束进行可调节质量分辨，和在第一平面及正交的第二平面中对离子束进行可调节聚焦的静电透镜（３６），所述透镜（３６）包括： （ｉ）终端电极（３７），具有第一和第二部分（３７Ａ、３７Ｂ），它们之间有离子束穿过的间隙（ｄ３７）； （ｉｉ）分辨电极（３９），具有第一和第二部分（３９Ａ、３９Ｂ），它们之间限定了一个离子束穿过的间隙（ｄ３９）；以及 （ｉｉｉ）其上可加可变电压的抑制电极（３８），设置在所述终端和分辨电极之间，并具有第一和第二部分（３８Ａ、３８Ｂ），该第一和第二部分之间限定了一个离子束穿过的间隙（ｄ３８）； （ｉｖ）移动机构（６０，６２），用于使所述抑制电极和分辨电极的所述第一部分（３８Ａ、３９Ａ）能够分别朝着和远离所述抑制电极和分辨电极的所述第二部分（３８Ｂ、３９Ｂ）同时移动。

【技术特征摘要】
US 1997-4-29 8417251．一种离子注入系统(10)，包括用于发射离子束的终端(17)；用于引导由终端发射的离子束的束线部分(15)；以及用于接收由所述束线部分引导的离子束的靶台(16)，所述束线部分(15)包括用于在第一平面中对离子束进行可调节质量分辨，和在第一平面及正交的第二平面中对离子束进行可调节聚焦的静电透镜(36)，所述透镜(36)包括(i)终端电极(37)，具有第一和第二部分(37A、37B)，它们之间有离子束穿过的间隙(d37)；(ii)分辨电极(39)，具有第一和第二部分(39A、39B)，它们之间限定了一个离子束穿过的间隙(d39)；以及(iii)其上可加可变电压的抑制电极(38)，设置在所述终端和分辨电极之间，并具有第一和第二部分(38A、38B)，该第一和第二部分之间限定了一个离子束穿过的间隙(d38)；(iv)移动机构(60，62)，用于使所述抑制电极和分辨电极的所述第一部分(38A、39A)能够分别朝着和远离所述抑制电极和分辨电极的所述第二部分(38B、39B)同时移动。2．如权利要求1的离子注入系统(10)，其特征在于所述抑制电极(38)和所述分辨电极(39)的第一部分(38A、39A)分别具有对应的相互面对的弯曲表面(108A、110A)，并且所述抑制电极(38)和所述分辨电极(39)的所述第二部分(38B、39B)分别具有对应的相互面对的弯曲表面(108B、110B)。3．如权利要求1的离子注入系统(10)，其特征在于所述抑制电极(38)的所述第一和第二部分(38A、38B)具有相互面对的带槽表面(112A、112B)，并且离子束由此经过。4．如权利要求1的离子注入系统，其特征在于所述间隙d38和d39在给定范围内无限可调。5．如权利要求1的离子注入系统(10)，其特征在于所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)具有相互面对的带槽表面(114A、114B)，并且离子束由此经过。6．如权利要求5的离子注入系统(10)，其特征在于，还包括设置在所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)的第一端之间的第一端板(56)，和设置在所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)的第二端之间的第二端板(58)，从而所述第一和第二端板(56、58)和所述带槽表面(114A、114B)形成离子束穿过的通道。7．如权利要求5的离子注入系统(10)，其特征在于所述分辨电极(39)被保持在地电位，并且所述终端电极(37)或者在系统(10)的加速工作模式期间被保持在正电压，或者在系统的减速工作模式期间被保持在负电压。8．如权利要求5的离子注入系统(10)，其特征在于所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)带有大概平行于所述第一弯曲表面(110A、110B)延伸的第二弯曲表面(120A、120B)。9．用于在第一平面中对离子束进行可调节质量分辨，和在第一平面及正交的第二平面中对离子束进行可调节聚焦的静电三极管透镜(36)，所述透镜(36)包括(i)终端电极(37)，具有第一和第二部分(37A、37B)，它们之间有离子束穿过的间隙(d37)；(ii)分辨电极(39)，具有第一和第二部分(39A、39B)，它们之间限定了一个离子束穿过的间隙(d39)；以及(iii)其上可加可变电压的抑制电极(38)，设置在所述终端和分辨电极之间，并具有第一和第二部分(38A、38B)，该第一和第二部分之间限定了一个离子束穿过的间隙(d38)；(iv)移动机构(60，62)，用于使所述抑制电极和分辨电极的所述第一部分(38A、39A)能够分别朝着和远离所述抑制电极和分辨电极的所述第二部分(38B、39B)同时移动。10．如权利要求9的三极管透镜(36)，其特征在于，所述抑制电极(38)和所述分辨电极(39)的第一部分(38A、39A)分别具有对应的相互面对的弯曲表面(108A、110A)，并且其中所述抑制电极(38)和所述分辨电极(39)的所述第二部分(38B、39B)分别具有对应的相互面对的弯曲表面(108B、110B)。11．如权利要求9的三极管透镜(36)，其特征在于，所述抑制电极(38)的所述第一和第二部分(38A、38B)具有相互面对的带槽表面(112A、112B)，并且离子束由此经过。12．如权利要求9的三极管透镜(36)，其特征在于所述间隙d38和d39在给定范围内无限可调。13．如权利要求9的三极管透镜(36)，其特征在于所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)具有相互面对的带槽表面(114A、114B)，并且离子束由此经过。14．如权利要求13的三极管透镜(36)，其特征在于，还包括设置在所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)的第一端之间的第一端板(56)，和设置在所述分辨电极(39)的所述第一和第二部分(39A、39B)的第二端之间的第二端板(58)，从而所述第一和第二端板...

【专利技术属性】
技术研发人员：VM奔维尼斯特，PL克勒尔曼，
申请(专利权)人：艾克塞利斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]