[发明专利]用于离子束聚焦的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及离子注入系统，且更尤其涉及于离子注入系统中聚焦被扫描的离子束的聚焦装置与方法。

背景技术

在半导体器件与其他产品的制造中，离子注入被用于以杂质来掺杂半导体晶片、显示器面板、或其他的工件。离子注入器或离子注入系统利用离子束来处理工件，以产生n型或p型的掺杂区域或形成保护层于工件中。当用于掺杂半导体晶片时，离子注入系统注入选择的离子种类至晶片中，以产生期望的非本征(extrinsic)材料，其中，由诸如锑、砷或磷的源材料所产生的注入离子造成n型的非本征材料晶片，而诸如硼、镓或铟的注入材料产生p型的非本征材料部分于半导体晶片中。

图1示出一种常规的离子注入系统10，其具有端子12、束线组件14与末端站(end station)16。端子12包括离子源20，其由高电压电源22供电，其产生及导引离子束24至束线组件14。束线组件14由束导32与质量分析器26构成，其中，双极的磁场被建立以经由束导32的出口端的解析缝隙34而仅通过适当的电荷对质量比的离子至末端站16中的工件30(例如：半导体晶片、显示器面板、等等)。离子源20产生带电的离子，这些带电的离子为自该源20所引出且形成离子束24，该离子束24被导引沿着束线组件14中的束路径至末端站16。离子注入系统10可包括：延伸于离子源20与末端站16之间的束形成与成形(shaping)结构，其维持离子束24且界定细长的内部腔或通道，通过其，束24被输送至支撑于末端站16中的一个或多个工件30。离子束输送通道典型为抽真空的，以降低离子通过与空气分子碰撞而偏离该束路径的可能性。

低能量注入器典型地被设计成提供数百电子伏特(eV)(高达约80-100keV)的离子束，而高能量注入器可采用线性加速(linac)装置(未显示)于质量分析器26与末端站16之间，以便加速已经质量分析后的束24至更高的能量，典型为数百keV，其中，DC加速也是可以的。高能量离子注入通常用于工件30中的较深注入。反之，高电流、低能量的离子束24典型用于高剂量、浅深度的离子注入，在该情况下，较低能量的离子通常引起难以维持离子束24的收敛。不同形式的末端站16可在常规的注入器中找到。“批次(batch)”型末端站可同时支撑多个工件30于旋转的支撑结构上，且工件30旋转通过离子束的路径直到所有的工件30都被完全注入为止。另一方面，“串联(serial)”型末端站沿着束路径支撑单个工件30以进行注入，由此多个工件30以串联方式被一次注入一个，且各个工件30在下一个工件30的注入开始前被完全注入。

图1的注入系统10包括：串联末端站16，其中，束线组件14包括横向束扫描器36，其接收具有相当窄的轮廓的离子束24(例如：“笔状(pencil)”束)且沿X方向(例如：沿着水平扫描平面内的横向扫描方向)往复扫描该束24以展开该束24成为伸长的“带状(ribbon)”轮廓(例如：称为被扫描的束或带状束)，其具有至少与工件30一样宽的有效的X方向宽度。带状束24接着通过平行化器或准直器38，其通常平行于Z方向朝向工件30导引该带状束(例如：平行化的束24针对非有角度的(non-angled)注入通常垂直于工件表面)。最终能量调整系统39位于平行化器38与工件30的位置之间，其操作以加速或减速所扫描且平行化后(例如：准直后)的束24。工件30机械平移于另一个正交的方向(例如：进出于图1的页面的“Y”方向)，其中，机械致动装置(未显示)是于借助束扫描器36的X方向的束扫描期间，平移工件30于Y方向上，借此，束24是被施加于工件30的整个暴露的表面上。X方向的束扫描通常称为“快速扫描”，而沿着Y方向的工件30的机械平移称为“慢速扫描”。

于集成电路器件与其他产品的制造中，希望跨越整个工件30上均匀注入掺杂剂种类。随着离子束24沿着朝向工件30的束路径被输送，束24遭遇多种电场及/或磁场与装置，其可能改变束2 4的束尺寸及/或完整性，而导致于注入的工件30的掺杂剂的非均匀性。在没有对策之下，空间电荷效应(包括：带正电的束离子的互斥)倾向发散该束24(例如：可能导致束“爆开(blowup)”)。低能量离子束24在其输送于长距离时，特别容易束发散或束爆开。再者，在最终能量调整系统39操作以减速该束24的离子的情况下，空间电荷效应更为显著于准直器38与工件30之间的减速关系。因此，所期望的是聚焦在准直化之后的被扫描的离子束24，以抵制该减速的束24的增强的互斥。

发明内容