[发明专利]离子注入中的增强型低能离子束传输

说明书

技术领域

本发明公开内容整体上涉及离子注入系统，且更特别地，涉及控制离子注入机中的离子束。

背景技术

典型的离子束注入机包括用于从源材料产生带正电荷的离子的离子源。所产生的离子形成束并被沿着预定束路径引导至注入站。离子束注入机可以包括在离子源和注入站之间延伸的束形成成形结构。束形成成形结构保持离子束并包围细长内腔或通道，所述束在途中经过该细长内腔或通道到达注入站。当操作注入机时，该通道可以被抽成真空，以降低由于离子与残留气体分子碰撞而导致离子从预定束路径偏转的可能性。

离子的质量相对于其上的电荷之比(如，荷质比)影响它由静电场或磁场轴向和侧向加速的程度。因此，可以使到达半导体晶片或其它目标的预期区域的束非常纯净，这是因为具有不希望的分子量的离子可以被偏转至离开束的位置，并且可以避免除期望材料之外的注入。选择性地分离具有希望和不希望的荷质比的离子的过程已知为质量分析。质量分析器通常采用产生偶极磁场的质量分析磁体，以在弓形通道中经由磁偏转偏转离子束中的各种离子，这将有效地分离具有不同荷质比的离子。

对于浅深度离子注入，大电流、低能离子束是希望的。在这种情况中，由于带有相同电荷的离子的相互排斥，离子能量的降低使得在维持离子束的汇聚方面造成了一定的困难。大电流离子束通常包括高浓度的带相似电荷的离子，其由于相互排斥而倾向于发散。

为了在低压下维持低能大电流离子束的完整性，可以产生等离子体以围绕离子束。离子束通常传播穿过弱等离子体，该弱等离子体为束与残留或背景气体的相互作用的副产物。该等离子体倾向于中和离子束的空间电荷，从而极大地消除侧向电场，否则侧向电场将使束分散。

在离子注入系统中，存在对与大电流低能离子束一起使用的束限制设备和方法的需要，其可以在低压下运行，并沿着质量分析器束引导装置的长度提供均匀的束限制。

发明内容

下述呈现简单的发明内容，以提供对本发明公开内容的一些方面的基本理解。本发明内容不是详尽的概述。其目的既不是要求区别关键或重要元件，也不是界定本发明公开内容的范围。确切地说，其主要目的仅仅是以简化的形式呈现一个或多个想法，作为随后呈现的更详细的描述的前序。

低能大电流离子束的一个公知问题是“束散(beam blowup)”现象。大电流离子束由许多非常靠近的带相同电荷的粒子构成，导致了可以推动离子沿径向方向分开的排斥力。而且，也在大电流下进行低能注入时，束散可能被加剧，其中许多带相同电荷的粒子沿相同方向相对缓慢地移动(如，低能)。在这种情况中，由于束粒子密度增加，在粒子之间存在充足的排斥力，并且另外小的动量用于保持粒子沿束路径方向继续移动。结果，低能大电流离子束通常呈现出直径的膨胀，导致了不希望的未聚焦的离子束。

通过使离子束穿过中和剂(诸如包含在等离子体内部的电子云)，可以降低束散。通过将气体暴露至激励电场，可以产生适合这种功能的等离子体。气体可以被激励成带电等离子体，使得其电子的负电荷平衡包括离子束的离子的正电荷。这种暴露产生中和等离子体，可以使束穿过该中和等离子体以降低空间电荷作用，从而减轻束散。

这种方案的一个问题是，用来产生等离子体的激励场可能会产生等离子体壳层，该等离子体壳层是其中中和电子的密度相对低的区域。因此，穿过等离子体壳层的离子束的一部分将不经历中和处理，并且将继续呈现束散。在一种实施例中，通过改变激励场的生成可以降低这种作用。该系统不是以静态强度产生激励场，而且可以以不同的强度和/或频率产生各种激励场，以维持中和等离子体的等离子体状态，同时降低等离子体壳层作用。以这种方式，可以降低等离子体壳层的束散加剧作用。

在一种实施例中，离子注入系统包括脉冲调制的等离子体发生器，其用作束中和部件以减轻束散，该束散在大电流低能束中会是特别有问题的。脉冲调制的等离子体发生器可以位于没有施加的电场的系统中的任何区域中，在该区域中可能发生扩大。脉冲调制的等离子体发生器包括用于变化地产生激励场的部件，所述激励场产生中和离子束的等离子体，由此减轻束散。可以根据为了期望的束限制而将等离子体维持在足够的水平的需要使用激励场产生部件，而同时通过在其它时间减小或关闭激励场来减轻等离子体壳层作用。

为了实现前述和相关的目的，下述描述和附图详细地阐述了特定示例性的方面和实施方式。这些表示且仅表示各种方式中的几种方式，其中可以采用一个或多个方面。在结合附图进行考虑时，将从下述的详细描述明白其它方面、优点和新颖特征。

附图说明