專利名稱：用于移除離子束中所攜帶的粒子的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及禁止在離子束中傳輸粒子，更具體而言，涉及一種系統(tǒng)及方法，其提供了用于禁止在離子束內(nèi)傳輸粒子的靜電系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)中，利用離子注入器來向半導(dǎo)體晶片或玻璃襯底攙入雜質(zhì)。特別地，通過使用離子束注入器而利用離子束對硅晶片進行處理，以便在集成電路的制作過程中產(chǎn)生n型或p型非固有材料攙雜質(zhì)或者形成鈍化層。當(dāng)用于攙雜半導(dǎo)體時，離子束注入器噴射選定的離子種類以便產(chǎn)生所需的非固有材料。由源材料如銻、砷或磷產(chǎn)生的注入離子形成n型非固有材料晶片，而如果想要p型非固有材料晶片，則可以注入由源材料如硼、鎵或銦產(chǎn)生的離子。
常見的離子束注入器包括一個用于由離子化的源材料產(chǎn)生陽離子的離子源。所產(chǎn)生的離子形成一束并沿通往注入站的預(yù)定束徑前進。離子束注入器包括在離子源和注入站之間延伸的束成形結(jié)構(gòu)。束成形結(jié)構(gòu)保持離子束并限定一個長內(nèi)部空腔或通道，束穿過通過其中的路線到達離子站。當(dāng)操作注入器時，該通道必須抽空以便減小離子由于與空氣分子碰撞而從預(yù)定束徑偏離的可能性。
離子的質(zhì)量相對于其上的電荷(例如電荷質(zhì)量比)影響著其在靜電場或磁場的作用下而沿軸向和橫向加速的程度。因此，到達半導(dǎo)體晶片的所需區(qū)域或其它目標(biāo)的束可以非常純凈，因為分子量不合要求的離子都已從束偏離至其它位置，并且可以避免注入除了所需材料之外的材料。按照選擇分離電荷質(zhì)量比符合要求和不符合要求的離子的過程被稱作質(zhì)量分析。質(zhì)量分析器通常使用質(zhì)量分析磁鐵建立一個偶極磁場以便通過弓形通道中的磁偏離作用而使離子束中的各種離子偏離，這就能有效分離不同電荷質(zhì)量比的離子。
離子束聚焦并射向襯底的所需表面區(qū)域上。通常，離子束的高能離子被加速至預(yù)定能級以便穿入工件的容積中。離子嵌入材料的晶格中以便形成一個具有所需傳導(dǎo)率的區(qū)域，而束能量決定著注入深度。離子注入系統(tǒng)的實例包括可從美國Massachusetts州的AxcelisTechnologies of Beverly公司得到的這些系統(tǒng)。
離子注入器或其它離子束設(shè)備(例如線性加速器)的操作可能會導(dǎo)致產(chǎn)生污染粒子。舉例來說，污染粒子的尺寸可能會小于大約1微米。撞擊粒子的離子束中的離子的動量又會使得粒子與束一起傳輸，盡管其速度通常會遠低于離子的速度。因此，離子束中所攜帶的粒子可能會與束一起向晶片(或其它襯底)傳輸，從而在晶片上造成意外的污染。
舉例來說，在一種離子注入系統(tǒng)中，一種污染粒子源是光致抗蝕劑材料。光致抗蝕劑材料在注入之前涂于晶片表面上，用來限定完成后的集成電路上的電路系統(tǒng)。當(dāng)離子撞擊晶片表面時，光致抗蝕劑涂層的粒子可能會從晶片上移走并且攜帶在離子束中。在粒子注入過程中與半導(dǎo)體晶片或其它襯底碰撞并附著于其上的污染粒子可能是在制作待處理的晶片上需要亞微觀模式定義的半導(dǎo)體或其它裝置時產(chǎn)生收率損失的一個原因。
由于半導(dǎo)體裝置的制造尺寸更小，精度更高，因此用于制造這類半導(dǎo)體裝置的設(shè)備要求的更高準(zhǔn)確度和效率。相應(yīng)地，就需要降低離子束中的污染粒子的級別以便減輕晶片污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于禁止離子束中所攜帶的粒子傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法。當(dāng)粒子與離子束一起移過電場時，粒子就會充以更多的電荷并具有與離子束的極性相匹配的極性。電場推動帶電粒子移出離子束，而這種粒子可能會被推至與電場發(fā)生器可操作地相關(guān)聯(lián)的粒子容放系統(tǒng)中。容放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置可以禁止粒子在從束中移出之后再次進入離子束中。容放系統(tǒng)還提供了一種用于將帶電粒子放電至中性電位并且/或者減小粒子的動能的機構(gòu)，以便使得它不會再進入束中。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以將粒子從離子束中移除或移開，從而減輕對工件的污染。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)。這種系統(tǒng)包括第一和第二電極，用于在其間產(chǎn)生一個基本沿離子束行進路徑的橫向的電場。位于電場的一個區(qū)域內(nèi)的離子束中的粒子進行充電至根據(jù)離子束的極性，以便使得電場可以推動帶電粒子移出離子束。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種離子注入系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括一個用于發(fā)射對位于注入站處的襯底進行處理的離子的離子源。一個分析磁鐵系統(tǒng)將具有適當(dāng)質(zhì)量的離子轉(zhuǎn)移至注入軌跡。離子注入系統(tǒng)還包括一個粒子移除系統(tǒng)，粒子移除系統(tǒng)用于禁止粒子與來自分析磁鐵系統(tǒng)的已轉(zhuǎn)移離子一起傳輸。粒子移除系統(tǒng)包括一對用于在其間產(chǎn)生一個基本沿已轉(zhuǎn)移離子的行進方向的橫向的電場的電極。在電場的一個區(qū)域內(nèi)由已轉(zhuǎn)移的離子形成的離子束中攜帶的粒子通過與已轉(zhuǎn)移離子的交互作用而進行充電，以便使得電場可以推動帶電粒子移出離子束。襯底支承于注入站處，以便由來自粒子移除系統(tǒng)的離子進行處理。這樣，對襯底造成的粒子污染就得以減輕。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)。這種系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生一個基本沿離子束的路徑的橫向的電場的裝置。位于電場內(nèi)并且在離子束中攜帶的粒子被充以與離子束相匹配的極性，以便使得電場可以推動帶電粒子移出離子束。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)姆椒ā＿@種方法包括產(chǎn)生一個基本沿離子束的路徑的橫向的電場并且將位于電場的一個區(qū)域內(nèi)和離子束中的粒子充以與離子束相匹配的極性。隨后推動至少一些帶電粒子移出離子束。
為實現(xiàn)前述及相關(guān)目的，在本文中結(jié)合以下描述和附圖對本發(fā)明的某些示例性方面進行了描述。然而這些方面只示出了可以使用本發(fā)明的原理的各種方式中的少數(shù)幾種，而本發(fā)明意欲包括所有這些方面及其等價內(nèi)容。通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的以下詳細描述，可以清楚了解本發(fā)明的其它優(yōu)點和新特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的粒子捕獲系統(tǒng)的側(cè)剖視圖；圖2是圖1的電極沿線2-2剖開的部分剖視圖；圖3是圖1的系統(tǒng)的另一個視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的粒子軌跡的一個實例；圖4是一種使用根據(jù)本發(fā)明的粒子移除系統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)的一個方塊示意圖；圖5是一種使用根據(jù)本發(fā)明的粒子移除系統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)的一個實例的部分剖視圖；以及圖6是一個流程圖，示出了一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)姆椒ā?br> 具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種用于從離子束中移除污染粒子的系統(tǒng)及方法，例如可以與離子注入器系統(tǒng)一起使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以具有除用于離子注入器之外的更廣泛的應(yīng)用；本發(fā)明可以用于在除了本文中所述的應(yīng)用之外的其它應(yīng)用中從離子束中移除污染粒子。此外，盡管關(guān)于圖1-6所示所述的實例主要公開的是從陽離子束中移除粒子，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明同樣適用于從陰離子束中移除粒子。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子捕獲系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括一個電場發(fā)生器，示為一對位于離子束16的大致相對的兩側(cè)的保持空間隔開的電極12和14的形式。離子束16沿如20所示的束方向行進。特別地，電極12為與適當(dāng)?shù)闹绷麟娫?2保持電聯(lián)接的負電極。電源22向電極12供能以便使其相對于系統(tǒng)10的地電位24處于負電位。舉例來說，相對的電極14與端電極26保持電聯(lián)接，而端電極26則與另一個電源27相連，電源27為電極14和26提供相對于地電位24的正電位。因此，在從電極14到電極12的這對相對的電極之間就建立了一個電場，如28處所標(biāo)示，并且基本沿相對于束方向20的橫向。舉例來說，電極12與14之間的電位差可以設(shè)為40kV左右以便建立一個從正電極14到負電極12的電場。
舉例來說，每個電極12、14具有一個大致平行于束方向20延伸的半圓柱形側(cè)壁部分30、32。相應(yīng)地，側(cè)壁部分30在上游端與下游端34和36之間延伸一定的軸向長度(例如大約100毫米)。另一個側(cè)壁部分32也在對應(yīng)的上游端和下游端38和40之間與相對的側(cè)壁部分30共同延伸。這樣，在對應(yīng)電極12和14的下游端36和40之間就形成了一個孔42，離子束16可以穿過其中。多個長捕獲構(gòu)件44和46從對應(yīng)的側(cè)壁部分30和32處基本沿徑向向內(nèi)延伸以便包圍著離子束16。捕獲構(gòu)件44和46可為由導(dǎo)電材料構(gòu)成的長薄板。捕獲構(gòu)件還可以沿上游方向(如圖所示)傾斜以便于在粒子向下運動時將其捕獲。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，也可以使用其它捕獲機構(gòu)與電極可操作地相關(guān)聯(lián)以便禁止粒子再進入離子束16中。盡管為簡明起見，圖1示出了每個對應(yīng)電極12、14上有八個捕獲構(gòu)件44和46，然而應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用數(shù)量更多或更少的捕獲構(gòu)件。還應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，也可以使用其它構(gòu)型的電場發(fā)生器來產(chǎn)生待用的電場。
圖2示出了沿圖1的線2-2剖開的電極12的示例性剖視圖。如上所述，圓柱形側(cè)壁30具有曲線狀橫截面，每個捕獲構(gòu)件從其上延伸。每個捕獲構(gòu)件44還具有一個彎曲的徑向內(nèi)部延伸區(qū)，而每個捕獲構(gòu)件沿著下游方向沿徑向向內(nèi)延伸更大的長度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，相對的電極14的尺寸和構(gòu)型可以與電極12大致相同。
回到圖1，相應(yīng)的電極12和14的下游端36和40可以連接于導(dǎo)電環(huán)形支承裝置50上。端電極26也連接于環(huán)形支承50上。由電絕緣材料構(gòu)成的襯墊54介于負電極12與端電極26和支承50之間以便使電極12與端電極26保持電絕緣。端電極26與這對電極12和14外切，如圖所示。
等離子罩56，主要是氣態(tài)介質(zhì)的電子，位于在電極12和14之間建立電場的區(qū)域外部。等離子罩56易于中和由離子束16所產(chǎn)生的空間電荷，從而大大消除另外可能會使束散開的橫向電場。等離子罩56還加強了束的容放能力。離子束16和等離子罩56沿方向20運動并與場28交互作用。電場28消除(或者吹除)等離子罩56從而在電極12和14之間形成一個等離子罩與場之間的邊界58(例如，形成從等離子區(qū)域向無等離子的區(qū)域的過渡)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在電極12和14之間沒有等離子56可以建立一個更加有助于將粒子相對于離子束轉(zhuǎn)移的環(huán)境。
可變分解電極60可以位于下游處并與粒子移除系統(tǒng)10保持電絕緣。可變分解電極60用于將離子束16中的離子加速至所需能級。可變分解電極60包括一個穿過離子束16的孔(例如可變分解孔)62。與端電極26保持電聯(lián)接的支承裝置50與可變分解電極60一起形成一個加速系統(tǒng)。舉例來說，可變分解電極60相對于支承裝置50處于足夠低的電位以便在支承裝置50和電極60之間加速離子束16中的離子。舉例來說，可變分解電極60可以相對于支承裝置50處于大約-40kV的電位，以便提供一個用于加速離子束16中的離子的大加速場64。
圖3示出了圖1的系統(tǒng)10中的粒子66的軌跡的一個實例，其中使用相同的數(shù)字來指先前在圖1中所標(biāo)識的零件。通常，粒子在離子束16中的行進速度比束中的離子低幾個數(shù)量級。因此，粒子隨著束16的運動至少部分是由于從束的離子向粒子傳送的動量。
舉例來說，粒子66的軌跡起始于位于離子束16外部的等離子罩56內(nèi)的一個位置。在等離子罩56中，大量的自由電子以比離子束16中的離子更高的速度運動從而使得粒子66與電子碰撞的比率易于比與離子碰撞的比率更高。因此，粒子66在等離子罩56中時會帶比較多的負電荷。當(dāng)粒子66進入離子束16中時，離子的動量將推動粒子沿束方向20通過邊界58前進。
在粒子66進入位于電極12與14之間的區(qū)域(基本上沒有等離子)后，離子束16的離子以足夠高的頻率和速度與粒子碰撞，以便使得粒子開始帶與離子束的極性相匹配的電荷。舉例來說，如圖3中所示，粒子66的電荷從負電(在位于等離子罩56中時)向電中性(粒子66A)而改變極性?？焖龠\動的離子的動能被傳送至粒子66，從而“釋放”粒子上的電子。通過不斷地與離子重復(fù)碰撞，粒子66又會變?yōu)閹д?。由于粒?6的質(zhì)量遠大于離子束16中的離子，因此隨著與快速運動的陽離子不斷撞擊，粒子就能夠積聚更多的正電荷。因此，離子束16中的離子繼續(xù)與粒子66B碰撞并將其充正電，并且沿下游方向20推動其前進。這樣，粒子所帶的正電荷越來越多，如66C和66D處所示。
當(dāng)粒子積聚了數(shù)量足夠的正電荷之后(例如粒子66B)，電場28就推動粒子沿場方向朝向一個電極12前進。電極12和14可以彼此相對以便使得電場28基本與重力方向?qū)R。這樣，重力和由電場28作用于帶電粒子66上的作用力就可以共同推動粒子移出離子束16。
如圖3中的實例中所示，粒子66D被推動離開束行進方向20并偏出束16。特別地，粒子被推入位于鄰近的一對捕獲構(gòu)件44之間的孔隙空間68中。粒子66D可以在捕獲構(gòu)件之間的孔隙空間68中跳飛以便減小粒子的動能；通過接觸而將動能傳送至捕獲構(gòu)件44。與電極12的捕獲構(gòu)件44的接觸還會使得粒子66E放電至中性狀態(tài)。而粒子66E又安置于不能直接看到束16的基本無場的區(qū)域70中(例如，側(cè)壁32和捕獲構(gòu)件44的接合處)。
應(yīng)當(dāng)理解，即使粒子碰巧與一個捕獲構(gòu)件44、46的徑向內(nèi)端接觸，粒子隨后也很可能會在離開下游的孔42之前被推至另一對捕獲構(gòu)件之間。粒子在電極12與14之間向下游行進越遠，電場28施加于粒子上的作用力就越大。就是說，場強作為通過系統(tǒng)10的距離的函數(shù)而增大。場強的增大可能是由于在孔附近處電極12與14之間的距離減小以及與等離子罩56的距離增大所致(例如，在靠近孔42處的自由電子比靠近端部34和38處少)。
通過使系統(tǒng)10具有更大的沿束行進方向20的軸向長度(例如加長側(cè)壁部分30和32)，也可以提高粒子66進入孔隙空間68的概率。長度更大會使得粒子在電場區(qū)域積聚更多的電荷同時增大進入孔隙空間的機會。
為了給本發(fā)明提供范圍，圖4是一種使用根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子移除系統(tǒng)102的離子束處理系統(tǒng)100的功能方塊示意圖。舉例來說，系統(tǒng)100可以為一個離子注入系統(tǒng)、一個粒子加速器、或者其它使用離子束(正電或負電)的系統(tǒng)，其中需要移除并且/或者轉(zhuǎn)移污染粒子。
系統(tǒng)100包括一個用于發(fā)射形成離子束106的離子的離子源104。舉例來說，離子源104包括一個源材料例如離子化氣體或汽化的材料噴射于其中的腔室。對源材料施加能量以便產(chǎn)生離子，而離子又離開該腔室以形成離子束106(正電或負電)。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，對離子源都非常熟知，因此為簡明起見，關(guān)于這些離子源的詳細內(nèi)容在此省略不提。在美國專利U.S.Patent No.5,523,652中公開了一種使用微波能量將源材料離子化的離子源的一個實例，在此作為參考。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其它類型的離子源，不管是否經(jīng)過附加處理，都可以用作與根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子移除系統(tǒng)102一起使用的離子源。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，離子源104向粒子移除系統(tǒng)102提供了離子束106。粒子移除系統(tǒng)102使用一個電場108來移除離子束106中攜帶的污染粒子。舉例來說，系統(tǒng)102可以包括一個電極裝置，該電極裝置具有一對大致位于離子束的相對兩側(cè)的空間隔開的電極。電極通電以產(chǎn)生電場108。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電場108大致與束方向垂直。此外，電場108可以處于沿與重力方向大致相同的方向推動粒子的對齊方向。這樣，電場產(chǎn)生的力和重力就可以共同作用以將污染粒子移出束106。
舉例來說，電場108消除(或者吹除)了離子束16穿過其中的鄰近粒子捕獲系統(tǒng)102的等離子罩。這就在等離子罩和捕獲系統(tǒng)102內(nèi)的區(qū)域之間建立了一個壁壘。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在沒有等離子的情況下，就在捕獲系統(tǒng)102內(nèi)建立了一個有助于粒子移除功能的環(huán)境。比粒子快得多地向下游運動的離子束106中的大量離子，對離子束106中所攜帶的粒子充正電。電場108使帶正電粒子從束偏離開。粒子多帶的正電越多，粒子就從束中偏離更大。因此，當(dāng)束離開捕獲系統(tǒng)102時，就會禁止污染粒子與離子束106’一起繼續(xù)傳輸。有利地，場的選擇使得離子束的發(fā)散比粒子的發(fā)散更小。
粒子移除系統(tǒng)102還可以包括一個基本上包圍著束的容放系統(tǒng)，用于在物理上禁止粒子在從束中離開之后繼續(xù)向下游前進。用于在粒子從束中離開之后截獲污染粒子的系統(tǒng)或方法的一個實例是對于圖1和2所示所述的捕獲構(gòu)件44和46。在標(biāo)題為“用于從離子注入器的內(nèi)部區(qū)域截獲并移除污染粒子的設(shè)備”的美國專利U.S.Patent No.5,656,092中，公開了用于在粒子從束中離開之后截獲污染粒子的系統(tǒng)或方法的另一個實例，其在此作為參考。
回到圖4，粒子移除系統(tǒng)102可以向離子束加速器系統(tǒng)110或其它分析或處理系統(tǒng)(例如質(zhì)量分析、聚焦)提供束106’。舉例來說，離子束加速系統(tǒng)110由一組電極構(gòu)成，這些電極沿著束軸線建立了一個電壓梯度，以便按照選擇將束加速和/或減速至所需能級。還可以使用加速和/或減速電極來聚焦離子束106’以便提供一種在目標(biāo)區(qū)域上具有基本均一的強度的已聚焦加速過的束106”。
隨后向處理站112提供已加速的束106”。舉例來說，處理站112可以為一個注入站(用于進行離子注入)、一個分析站(用于進行襯底分析)、或者其它可能使用離子束的系統(tǒng)。
控制器120可以與離子源104、粒子移除系統(tǒng)102、加速系統(tǒng)110和處理站112中的每一個可操作地相關(guān)聯(lián)?？刂破?20可以監(jiān)控和控制向處理站110提供的離子束特性?？刂破?20可以由硬件構(gòu)成并且/或者采用軟件編程并且/或者配置以便實現(xiàn)對系統(tǒng)100的各個部分的所需控制功能從而控制離子束106的參數(shù)。
為了給本發(fā)明提供附加的范圍，圖5示出了一種使用根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子移除系統(tǒng)202的離子注入系統(tǒng)200的一個實例。離子注入系統(tǒng)200包括一個離子源210、一個質(zhì)量分析磁鐵212、一個束線裝置214以及一個目的或目標(biāo)站216。一個可伸縮的不銹鋼波紋管裝置218將目標(biāo)站216與束線裝置214連接起來，使得目標(biāo)站216能夠相對于束線裝置214運動。根據(jù)本發(fā)明，盡管圖5示出的是超低能(ULE)離子注入系統(tǒng)的實例，但是粒子捕獲也可以應(yīng)用于其它類型的注入器中。
離子源210包括一個等離子室220和一個離子抽取器裝置222。將能量供給至離子化的攙雜氣體中以便在等離子室220內(nèi)產(chǎn)生離子。一般地，產(chǎn)生的是陽離子，但是本發(fā)明也適用于通過源210產(chǎn)生陰離子的系統(tǒng)。陽離子在包括多個電極224的離子抽取器裝置222的作用下通過等離子室220中的狹縫而抽取。電極224充電至負電位，其值隨著離開等離子室狹縫的距離增大而增大。相應(yīng)地，離子抽取器裝置222的作用是從等離子室220中抽取陽離子束228并使所抽取的離子加速前進至質(zhì)量分析磁鐵212。
質(zhì)量分析磁鐵212的作用是使具有適當(dāng)?shù)碾姾少|(zhì)量比的離子傳送至束線裝置214，它包括一個分解外殼229和一個束中和器230。質(zhì)量分析磁鐵212包括一個由具有弓形圓柱側(cè)壁的鋁制束引導(dǎo)器234所限定的曲線束徑232，該引導(dǎo)器通過真空泵238而抽空。沿束徑232傳送的離子束228在由質(zhì)量分析磁鐵212產(chǎn)生的磁場的影響下而丟棄電荷質(zhì)量比不適當(dāng)?shù)碾x子。該偶極磁場的強度和方向通過控制電子電路244控制，該控制電子電路244利用磁連接器246而調(diào)整通過磁鐵212的磁場繞組的電流。
偶極磁場使得離子束228從靠近離子源210的第一或入口軌跡247向著靠近分解外殼229的第二或出口軌跡248而沿曲線束徑232運動。束228的部分228’和228”(包括具有不適當(dāng)電荷質(zhì)量比的離子)偏離曲線軌跡而進入鋁制束引導(dǎo)器234的壁中。這樣，磁鐵212就只向分解外殼229傳送離子束228中具有所需電荷質(zhì)量比的這些離子。
舉例來說，粒子移除系統(tǒng)202置于分解外殼229中，盡管根據(jù)本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解粒子移除系統(tǒng)202可以位于離子注入系統(tǒng)200的其它部分中?？赡苄枰趯﹄x子束(如果使用的話)進行加速之前定位捕獲系統(tǒng)以便不需要增大場強以提供足夠大的位壘來阻止傳輸束中的已加速污染粒子。
捕獲系統(tǒng)202包括一種設(shè)置于質(zhì)量分析磁鐵212與劑量測定指示器，例如法拉第指示器258之間的位于束228的大致相對的兩側(cè)上的空間隔開的電極250和252的結(jié)構(gòu)。舉例來說，電極250為與適當(dāng)?shù)闹绷麟娫幢３蛛娐?lián)接以便提供相對于地電位的負電場的負電極。另一個電極252與一個電位(例如地電位或相對于電極250的正電位)保持電聯(lián)接以便在電極250與252之間建立一個電場。電極250與252可以相對放置以便使得電場與重力方向?qū)R，從而通過重力和電場的共同作用而推動帶電粒子離開離子束228。多個長捕獲構(gòu)件254和256可以基本沿徑向向內(nèi)延伸并且相對于離子束沿上游方向傾斜。捕獲構(gòu)件254和256禁止粒子在通過電場作用而離開束后再回到離子束228中。
等離子罩可以存在于質(zhì)量分析磁鐵212與系統(tǒng)202之間的區(qū)域中，束228通過其中。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電極250與252之間的電場消除了等離子罩，它建立了一個導(dǎo)電性更強的環(huán)境以便轉(zhuǎn)移污染粒子。特別地，在沒有等離子罩的情況下，束228中所攜帶的粒子由于與束中的陽離子碰撞而帶正電。
在到達電極250和252的下游端之前，粒子被充以足夠多的正電荷以便在電場作用下推動粒子沿場方向前進(參見例如圖3)?？梢韵蛑仉姌O252推動粒子以便移出束228。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，偏離的粒子離開束并進入位于給定電極的一對捕獲構(gòu)件254和256之間的孔隙空間中。這樣，粒子就可以在孔隙空間中跳飛直到粒子的動能充分減小以便將粒子安置于不能直接看到束228的區(qū)域中。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以使用其它粒子容放系統(tǒng)，而非捕獲構(gòu)件254和256，來禁止粒子再進入離子束228中。(可選地，)通過提供一個處于比粒子移除系統(tǒng)202的出孔更低的電位的可變分解孔電極260以便提供一個用于加速束中的離子的沿離子束228的方向的所需電場梯度，可以進一步進行加速。
束中和器230可以包括一個等離子噴射器266，用于中和由于注入陽離子束240而可能在目標(biāo)晶片上積聚的正電荷。束中和器230和分解外殼229使用真空泵268抽空。
束中和器230的下游為目標(biāo)站216，它包括一個盤狀晶片支承270，待處理的晶片安裝于該支承上。晶片支承270位于一個目標(biāo)平面上，該平面基本與注入束的方向垂直。馬達272帶動目標(biāo)站216處的盤狀晶片支承270旋轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)它們沿圓形路徑運動時，離子束就撞擊安裝在支承上的晶片。目標(biāo)站216繞著點274樞軸轉(zhuǎn)動，該點274為離子束的路徑276與晶片W相交處，因此目標(biāo)平面可以繞著該點調(diào)整。
圖6為一個流程圖，示出了一種根據(jù)本發(fā)明的一個方面用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)姆椒ǖ囊粋€實例。盡管為簡明起見，圖6的方法按照一系列步驟示出和描述，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于這種步驟順序，因為根據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以按照與本文中所示所述不同的順序進行并且/或者與本文中所示所述的其它步驟同時進行。此外，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個方面的方法并不需要所有所示的步驟。
參看圖6，所示的方法從步驟310處開始，在該步驟中產(chǎn)生沿基本處于離子束的路徑的橫向的電場。電場可以大致與重力方向?qū)R，以便可以通過重力和電場的共同作用而推動帶電粒子移出離子束。電場還用于消除離子束經(jīng)過的等離子罩(步驟320)。等離子罩提供了一個帶負電的環(huán)境，而該環(huán)境又易于使粒子帶負電荷。在不存在等離子罩的情況下，粒子和離子繼續(xù)沿束方向向下游運動。
在步驟330處，由于與離子束中的離子交互作用，粒子開始帶正電荷。接著，在步驟340處，沿電場方向推動帶電粒子移出離子束。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以將粒子推向一個粒子容放系統(tǒng)。如本文中所述，通過重力可以便于進行粒子的運動。繼續(xù)進行至步驟350，在這里通過例如與可與一個或兩個電極可操作地相關(guān)聯(lián)的容放系統(tǒng)的交互作用而禁止粒子再進入離子束中。通過與電極和/或容放系統(tǒng)的交互作用，還可以從粒子中取出電子(360)，從而使粒子為中性并降低動能。因此，就可以減輕對下游襯底造成的粒子污染。
在已從離子束中移除了粒子(或者移出離子束，或者移至變動后的軌跡上)之后，繼續(xù)前進至步驟370。在步驟370處，可以通過例如提供與所需的加速級別相當(dāng)?shù)倪m當(dāng)電場梯度，而將離子束加速至所需能級。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，加速過程可以在捕獲粒子之前進行，或者也可以不一起使用加速過程。
盡管上文中相對于特定的實施例對本發(fā)明進行了說明和描述，但是通過對本說明書和附圖的閱讀和理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，可以進行等價的變動和改型。特別是對于上述組件(裝置、設(shè)備、電路、系統(tǒng)等等)所實現(xiàn)的各種功能而言，除非另外指明，用于描述這些組件的詞(包括稱作“機構(gòu)”)是意指相應(yīng)的能夠?qū)崿F(xiàn)所述組件的特定功能(就是說，具有等價功能)的任意組件，即使結(jié)構(gòu)上與所公開的用于實現(xiàn)本文所示的本發(fā)明的示例性實施例中的功能的結(jié)構(gòu)并不等價。在這點上，還應(yīng)當(dāng)認識到，本發(fā)明包括具有用于實現(xiàn)本發(fā)明的各種方法的步驟的計算機可運行的指令的計算機可讀的介質(zhì)。此外，盡管本發(fā)明的特定特征可能只相對于一個或幾個實施例而公開，但是根據(jù)任何給定或特定應(yīng)用的有利需要，這些特征可以與其它實施例的一個或多個其它特征而組合。另外，對于在詳細描述或權(quán)利要求中使用詞“包括”、“具有”等等所達到的程度而言，這些詞意思指的就是其方式類似于“包括在內(nèi)”。
工業(yè)實用性這種設(shè)備和相關(guān)方法可以用于離子束處理領(lǐng)域，以便提供一種相對于離子束移除污染粒子的系統(tǒng)及方法。
權(quán)利要求
1.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括一電場發(fā)生器(12、14)，用于產(chǎn)生相對于離子束(16)的路徑(20)的電場(28)，電場(28)可操作地推動位于離子束(16)中的粒子(66)離開離子束(16)的路徑(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一粒子容放系統(tǒng)(44、46)，該粒子容放系統(tǒng)(44、46)與電場發(fā)生器(12、14)可操作地相關(guān)聯(lián)，以便禁止帶電粒子(66)再進入離子束(16)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場發(fā)生器(12、14)包括彼此在空間上相隔開的第一電極(12)和第二電極(14)，離子束(16)的路徑(20)橫向穿過位于第一電極(12)和第二電極(14)之間的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，產(chǎn)生的電場(28)大致與重力方向?qū)R并且基本沿離子束(16)的橫向，使得重力和電場(28)共同作用以便推動帶電粒子(66)移出離子束(16)。
5.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括第一和第二電極(12、14)，用于在其間產(chǎn)生一基本沿離子束(16)的行進路徑(20)的橫向的電場(28)；其中，位于離子束(16)中并且位于電場(28)的一區(qū)域內(nèi)的粒子(66)充電至與離子束(16)相匹配的極性，電場(28)推動帶電粒子(66)離開離子束(16)的路徑(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一粒子容放系統(tǒng)(44、46)，該粒子容放系統(tǒng)(44、46)與第一電極(12)和第二電極(14)中的至少一個可操作地相關(guān)聯(lián)，以便禁止帶電粒子(66)再進入離子束(16)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子容放系統(tǒng)(44、46)包括多個與每個第一電極(12)和第二電極(14)可操作地相關(guān)聯(lián)的捕獲構(gòu)件(44、46)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場(28)大致與重力方向?qū)R，從而重力和電場(28)共同作用以便推動帶電粒子(66)移出離子束(16)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場(28)禁止等離子(56)向下游移動進入電場(28)中，從而提供了便于對離子束(16)內(nèi)的粒子(66)充電的環(huán)境。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個第一和第二電極(12、14)還包括一大致平行于行進路徑(20)延伸的大致為半圓柱形的側(cè)壁部分(30、32)，側(cè)壁部分(30、32)彼此在空間上相隔開以便使離子束(16)通過其間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子容放系統(tǒng)(44、46)包括多個捕獲構(gòu)件(44、46)，該捕獲構(gòu)件(44、46)與每個側(cè)壁部分(30、32)的內(nèi)表面可操作地相關(guān)聯(lián)并且沿基本向上游和徑向向內(nèi)的方向從該內(nèi)表面延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一相對第一和第二電極(12、14)位于下游的加速電極(60)，用于將離子束加速所需的數(shù)量。
13.一種離子注入系統(tǒng)，包括一用于發(fā)射對位于注入站(216)處的襯底進行處理的離子的離子源(210)；一用于將具有適當(dāng)質(zhì)量的離子轉(zhuǎn)移至注入軌跡的分析磁鐵系統(tǒng)(212)；一用于禁止粒子與來自分析磁鐵系統(tǒng)(212)的已轉(zhuǎn)移離子一起傳輸?shù)牧Ｗ右瞥到y(tǒng)(202)，該粒子移除系統(tǒng)(202)包括一電場發(fā)生器(250、252)，用于產(chǎn)生一電場，該電場可操作地推動位于由已轉(zhuǎn)移離子構(gòu)成的離子束中的粒子離開離子束的行進方向；以及一襯底，其支承于注入站(216)處，利用來自粒子移除系統(tǒng)(202)的離子進行處理，從而減輕對襯底造成的粒子污染。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場發(fā)生器(250、252)還包括第一電極(250)和第二電極(252)，用于在第一和第二電極之間產(chǎn)生基本沿離子束的行進方向的橫向的電場。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一粒子容放系統(tǒng)(254、256)，該粒子容放系統(tǒng)(254、256)與第一電極(250)和第二電極(252)中的至少一個可操作地相關(guān)聯(lián)，以便禁止帶電粒子再進入離子束中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子容放系統(tǒng)(254、256)包括多個與每個第一電極(250)和第二電極(252)可操作地相關(guān)聯(lián)的捕獲構(gòu)件(254、256)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一粒子容放系統(tǒng)(254、256)，該粒子容放系統(tǒng)(254、256)與電場發(fā)生器(250、252)可操作地相關(guān)聯(lián)，以便禁止帶電粒子再進入離子束中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場大致與重力方向?qū)R，使得重力和電場共同作用以便推動帶電粒子離開離子束的行進方向。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場禁止等離子(56)向下游移動進入電場中，從而提供了便于對位于離子束和電場中的粒子充電的環(huán)境，電場推動帶電粒子離開離子束的行進方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一位于粒子移除系統(tǒng)(202)與注入站(216)中間的加速電極(260)，用于將離子束加速至所需能級。
21.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括用于產(chǎn)生電場(28)的裝置(12、14)，位于離子束(16)中并且位于電場(28)內(nèi)的粒子(66)充電至與離子束(16)相匹配的極性，并且又被推動離開離子束(16)的行進方向(20)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括用于禁止粒子(66)在移出離子束(16)之后再進入離子束(16)中的裝置(44、46)。
23.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)姆椒?，該方法包括以下步驟產(chǎn)生電場(310)；將位于離子束中并且位于電場的一區(qū)域內(nèi)的粒子充有與離子束相匹配的極性(330)；以及推動至少一個帶電粒子離開離子束的行進方向(340)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，其還包括禁止帶電粒子再進入離子束中(350)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生電場的步驟還包括產(chǎn)生大致與重力方向?qū)R的電場，使得重力和電場共同作用以便推動帶電粒子移出離子束。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，其還包括禁止等離子與離子束一起向下游移動進入電場中的步驟，從而提供了便于進行充電步驟的環(huán)境。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，其還包括在推動步驟之后加速離子束的步驟(370)。
全文摘要
一種用于禁止污染粒子與離子束(16)一起傳輸?shù)南到y(tǒng)包括一個電場發(fā)生器(12、14)，用于產(chǎn)生相對于離子束(16)的行進路徑(20)的電場(28)。位于電場(28)的一個區(qū)域內(nèi)并且位于離子束(16)中的粒子(66)充電至與離子束(16)相匹配的極性，以便使得電場(28)可以推動帶電粒子(66)移出離子束(16)。
文檔編號H01J37/02GK1473347SQ0181848
公開日2004年2月4日 申請日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者E·R·哈林頓, V·M·本維尼斯特, M·A·格拉夫, R·D·拉斯梅爾, E R 哈林頓, 拉斯梅爾, 本維尼斯特, 格拉夫 申請人:艾克塞利斯技術(shù)公司