离子束中和方法及设备技术

离子束中和的方法和设备。主子束中和器（４４）位于离子处理台上游，包括约束离子束路径的密封结构（１２０）。电子源（１２６）位于密封结构内，向离子束发射电子。由密封结构支承的磁体阵列（１２４）产生用于把电子约束密封结构内运动的磁场。在密封结构内由多个轴向细长过滤杆（２０８）产生内过滤磁场，该杆具有约束离子束的封装磁体（２２４）并平行于离子束路径取向。此内磁场约束脱离离子束路径的高能电子（３００）并使低能电子（３０１）随离子束漂移。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及工件的来处理所用的离子束中和方法及设备。离子束注入机用来采用离子束处理硅晶片。这种处理在集成电路制造期间可以产生n或P型非本征材料掺杂或者用来形成钝化层。用于掺杂半导时，离子注入机注入选择的离子产物，产生期望的非本征材料。注入从源材料例如锑、砷或磷产生的离子形成“n型”非本征材料晶片。如果需要“P型”非本征材料晶片，则注入从源材料例如硼、镓或铟产生的离子。离子束注入机包括离子源，用于从可离子化源材料产生带正电离子。产生的离子形成束并加速，沿预定束通路到达注入台。离子束注入机包括在离子源与注入台之间延伸的束形成和整形结构。束形成和成形结构保持离子束并限定一个细长内腔或区域，束通过该区域经一条路线到达注入台。注入机工作时，此内区域必须抽真空，减少因与空气分子碰撞而引起的离子子偏离预定束路径的可能性。本专利技术的受让人Eaton公司目前销售强电流注入机，产品牌号为NV10，NV-GSD/200，NV-GSD/160和NV-GSD/80。这些已有的注入机的一个问题是晶片带电。离子束与晶片接触时，带正电的离子撞击晶片表面时晶片被充电。充电往往是非均匀的并能在晶片表面产生大电场，从而损坏晶片，使其无法用做半导体材料。在某些已有的注入系统中，采用电子簇射装置束中和离子束的空间电荷。现有的电子簇射装置利用高能电子撞击金属表面时产生的二次电子发射。从金属表面发射的低能电子或者被俘获在离子束中，或者与晶片表面碰撞，从而使直接中和晶片。通过来自金属表面的二次发射而获得的电子的电流密度受到离子束与发射表面之间电位差的限制。现有的离子注入机中和器依靠电场把来自离子束之外的电子迁移至束内，电子在那里被离子束俘获。一旦被离子束俘获，电子便可以随束自由移动，到达抵消正电离子束流的目标。使电子迁移至离子束的电场还令人遗憾地使束离子向外偏离其聚焦的束路径。为了使电子被束俘获，需要在电子与束等离子体颗粒(中性和离子化的)之间的碰撞。如果不发生这种碰撞，则电子以弹道式运动在束之中及周围振荡。离子与电子之间的碰撞率受到决定碰撞可能性的电子密度的限制。通常，电子与离子之间的碰撞率导致不完全中和，保留明显的带正电离子束的剩余空间电荷效应。一种称为“等离子体桥”的电子流尤其涉及这些制约。在与离子束相邻的空腔产生离子和电子的等离子体。空腔通常与离子束分开，以使在空腔内使用的高密度气体促使等离子体的发生。允许等离子体经过小孔从空腔“漏出”。大电子流从该孔流向离子束等离子体。由于在等离子体桥中的适当电荷中和，大电子流从空腔流向束。即使使用等离子体桥，也需要沿桥的电场来保持电流。当等离子体桥从产生等离子体的空腔的孔扩展时，电子扩散被作为电子迁移的主要模式的弹道运动所代替。就现有的离子束中和系统而言，采用从产生电子的区域到电子注入束的区域的电场，这些电场也提高了电子的动能，因而促使电子碰撞，避免被俘获在离子束之内。本专利技术涉及离子注入机，用于对一个或多个工件采用带正电的离子进行处理。根据本专利技术的优选实施例，离子注入机包括离子源，束形成结构，离子束中和器，和离子处理台。离子源发射带正电离子，由束形成结构将其形成为离子束。离子处理台将一个或多个工件定位，当工件进入离子处理台时截取来自离子束的离子。离子束中和器沿离子束路径位于离子处理台的上游。根据本专利技术，离子中和器包括密封结构，限定离子束路径。该结构限定入口板和出口板，以使离子束在处理台撞击一个或多个工件之前穿过中和区。等离子体源位于密封结构内，在中和区内提供电子。密封体还支承磁体阵列，在中和区产生磁场对从电子源发射的电子进行约束，从而增强电子在中和区内的聚集。在中和区内，电场通常较弱，电子主要通过扩散从高密度区向低密度区位移。如此在离子束本身之内产生自由电子或者不依靠任何电场从周围区域扩散进来。一旦电子被束俘获，大电子流沿离子束流向离子处理台的一个成多个工件，而对离子束轨迹无电场负效应。离子束中和器所具有的等离子体密度必须实际大于扩散处理所用的离子束的等离子体密度，以便支配电子运动。离子束中和器还必须在低气压下工作，以避免离子束的过度衰减。根据本专利技术的另一特征，离子束中和器包括具有多根轴延伸的金属过滤杆的过滤杆组合，在密封结构内支承多个磁体。过滤杆构成过滤磁场，整体约束离子束并沿离子束路径延伸。过滤杆组合约束来自现有的离子束的更高能量，并使低能电子随离子束等离本漂移。过滤杆细合有利于离子束中和。过滤杆限制了一个或多个目标工件的最大可能的负带电。此外，过滤杆组合使靠近离子束中和器的上游部位的离子束等离子体的发热减至最小。电子流的性能测量是在绝缘目标的离子束上游中心的电压。低电压对应于因不完全中和引起的离子束中较低的剩余空间电荷。已经发现，本优选实施例所公开的离子束中和器产生约5～7伏的束电压，而采用相同离子束的其它传统电子流则具有约15～60伏的束电压。附图说明图1是离子注入机的示意图，用于例如安装在旋转支架上的硅晶片的工件的离子束处理。图2是根据本专利技术优选实施例构成的离子束中和器的分解透视图。图3是根据本专利技术优选实施例构成的密封体的正视图。图4是由图3中的线4-4所确定的平面图。图5是由图3中的线5-5所确定的剖面图。图6是根据本专利技术优选实施例构成的密封体第一盖板的前视图。图7是图6盖板的后视图。图8是图6中的线8-8所确定的平面图。图9是图6中的线9-9所确定的剖面图。图10是图6中的线10-10所确定的剖面图。图11是根据本专利技术优选实施例构成的密封体第二盖板的后视图。图12是图11的盖板的前视图。图13是图11中的线13-13所确定的平面图。图14是图11中的线14-14所确定的剖面图。图15是图11中的线15-15所确定的剖面图。图16是安装在密封体上的磁体的透视图。图17是安装在第一和第二盖板的磁体的透视图。图18是根据本专利技术优选实施例构成的包括多个磁过滤杆的过滤杆组合的正视图。图19是图18中的线19-19所确定的平面图。图20是从图19中的线20-20所确定的平面来看的一个过滤杆的剖面图。图21是用于把磁体保持在密封体上的护杆。图22是出口法兰的后视图。图23A-23B是展示约束磁场和磁场过滤器的离子束中和器的实施例的示意图。图23C-23D是展示约束磁场的离子束中和器的另一实施例的示意图。参看图1，该图展示了离子束入机，整体用10表示，其包括安装在“L”状支架15的离子源12，用于提供形成经过束通路到达注入台16的离子束14的离子。在注入台16设置控制电子仪器(未示出)，监视及控制在注入室17内的晶片(未示出)所接收的离子剂量。离子束中的离子流过预定的期望束通路，当束经过离子源12与注入台16之间的距离时趋于发散。离子源12包括等离子体室18，限定出源材料注入其中的内部区域。源材料可包括离子化气体或者汽化源材料。固态源材料淀积进汽化器，然后注入等离子体室18。如果期望n型非本征晶片材料，则将使用硼、镓或铟。镓和铟是固态源材料，而把硼注入等离子体室18作为气体时，通常是指氟化硼或乙硼烷，这是因硼的汽化压强过低，以致通过对其简单加热即可产生适用的压强。如果准备生产P型非本征材料，则将选取锑、砷或磷作为固态材料。对源材料施加能量，在等离子体室18内产生带正电荷的离子。带正电的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于离子注入机的离子束中和器（４４），包括： ａ）金属密封体（１２０），与离子束迁移路径相关地支承，并具有沿离子束迁移路径的长度延伸的侧壁，包括具有可使离子束进入由金属密封体限定的中和区的入口开孔的入口盖板（１００），还包括具有可使离子束从中和区穿过、离开密封体的出口开孔的出口盖板（１４０），使离子束撞击一个或多个工件； ｂ）多个磁体（１２４、１６４），由密封体支承并相对于入口盖板（１００）、出口盖板（１４０）和密封体的侧壁隔开，在中和区建立起约束磁场； ｃ）支承在中和区内的装置（１２６），用于在中和区聚集高密度中和电子，在束穿过中和区时供离子束俘获。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1996-8-2 6914671.一种用于离子注入机的离子束中和器(44)，包括a)金属密封体(120)，与离子束迁移路径相关地支承，并具有沿离子束迁移路径的长度延伸的侧壁，包括具有可使离子束进入由金属密封体限定的中和区的入口开孔的入口盖板(100)，还包括具有可使离子束从中和区穿过、离开密封体的出口开孔的出口盖板(140)，使离子束撞击一个或多个工件；b)多个磁体(124、164)，由密封体支承并相对于入口盖板(100)、出口盖板(140)和密封体的侧壁隔开，在中和区建立起约束磁场；c)支承在中和区内的装置(126)，用于在中和区聚集高密度中和电子，在束穿过中和区时供离子束俘获。2.根据权利要求1的离子束中和器，其中密封体基本上是圆筒形。3.根据权利要求2的离子束中和器，其中至少某些磁体(124)围绕所述基本上为圆筒形密封体的圆周轴向地设置。4.根据权利要求1的离子束中和器，还包括安装在各口和出口盖板的入口板(111)和出口板(151)；所述各板具有与所述入口12和出口盖板的开口实质上同轴的开口，具有朝内表面并使磁体(164)保持在入口和出口盖板(100、400)的向外表面上，协助限定约束磁场。5.根据权利要求1的离子束中和器，其中入口盖板(100)支承过滤杆组合，包括具有开孔的金属法兰，和靠近所述开孔周边设置的多个轴向延伸的金属过滤杆(208)，该杆沿离子束路径延伸并支承径向朝向于由密封体的侧壁支承的磁体(124)的多个磁体(224)。6.根据权利要求5的离子束中和器，其中过滤杆被钻孔，用以容纳过滤杆磁体(224)。7.根据权利要求6的离子束中和器，其中过滤杆(208)基本上延伸于密封体的长度。8.根据权利要求1的中和器，其中磁体(124、164)是永久磁体。9.根据权利要求1的离子束中和器，其中每个所述盖板(100、140)限定冷却剂通道，用于冷却液体路径，消散高能离子与盖板和密封体碰撞所产生的热量。10.根据权利要求1的离子束中和器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J陈，VM奔维尼斯特，
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]