專利名稱：用于相對離子束移除污染粒子的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及離子束的處理，更具體而言，涉及用于相對于離子束移除污染粒子的系統(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)明的一個方面涉及用于相對于離子束移除污染粒子的系統(tǒng)及方法。離子束通過一個區(qū)域，在這個區(qū)域中，粒子被充電至與離子束的極性不同的極性。在對粒子充電的下游處產(chǎn)生一個電場，電場促使與離子束一起行進的污染粒子離開離子束的行進方向。電場還提供一個加速區(qū)域，用于將離子束加速至所需的級別。因此，根據(jù)本發(fā)明，粒子就可以從離子束的行進方向上移除或離開，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)包括一個粒子充電系統(tǒng)，用于將粒子充電至與離子束的極性不同的極性。一個電場發(fā)生器產(chǎn)生一個位于粒子充電系統(tǒng)的下游的電場，用于促使位于離子束中的帶電粒子離開離子束的行進方向。
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)包括一個等離子發(fā)生器，用于發(fā)射等離子至一個基本上包圍著離子束的等離子區(qū)域中。一個電場發(fā)生器產(chǎn)生一個基本平行于離子束的行進方向并且位于等離子區(qū)域的下游的電場。位于等離子區(qū)域中的粒子帶負電，而電場促使位于離子束中的帶負電粒子離開離子束的行進方向。
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以及一個用于將具有所需質(zhì)量的離子轉(zhuǎn)向注入軌跡的分析磁鐵系統(tǒng)。粒子移除系統(tǒng)禁止粒子與來自分析磁鐵系統(tǒng)的已轉(zhuǎn)向離子一起傳輸。粒子移除系統(tǒng)包括一個粒子充電系統(tǒng)，用于將粒子充電至與已轉(zhuǎn)向離子的極性不同的極性。在粒子充電系統(tǒng)的下游處產(chǎn)生一個電場。電場用于促使至少一些帶電粒子離開已轉(zhuǎn)向離子的行進方向。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，從而減輕對襯底造成的粒子污染。
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)姆椒?。這種方法包括將粒子充電至與離子束的極性不同的極性并在對粒子進行充電的區(qū)域的下游處產(chǎn)生一個電場。至少一些帶電粒子被促使離開離子束的行進方向。
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?。這種方法包括將電子發(fā)射至離子束通過的區(qū)域中以便對粒子充負電。產(chǎn)生一個用于促使帶電粒子離開離子束的行進方向的電場。
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)明的粒子移除系統(tǒng)的側(cè)剖視圖；圖2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3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)的一個實例的部分剖視圖；以及圖5是一個流程圖，示出了一種根據(jù)本發(fā)明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)明提供了一種用于相對于離子束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)用中幫助從離子束中移除污染粒子。此外，盡管關(guān)于圖1-5所示所述的實例主要公開的是從正離子束中移除粒子，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解本發(fā)明同樣適用于從負離子束中移除粒子。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子移除系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括一個等離子發(fā)生器12，等離子發(fā)生器12發(fā)射電子以便形成一個等離子罩14，離子束16通過等離子罩14。離子束16具有束軸線A，并且沿18處所示的束方向向下游行進。舉例來說，離子束16由產(chǎn)生正電場的陽離子構(gòu)成。因此，在離子束16與等離子罩14之間形成一個邊界，從而使得等離子罩基本上包圍著離子束。等離子罩14提供了一個環(huán)境，這個環(huán)境使得污染粒子在位于離子束外部的等離子區(qū)域中時，能夠積聚與等離子的極性相匹配的負電荷。
舉例來說，等離子發(fā)生器12可以為一種等離子體電子泛射(PEF)系統(tǒng)。這種PEF系統(tǒng)包括一個與位于外殼中的導(dǎo)電線圈22保持電隔離的導(dǎo)電外殼20。線圈22可以由鎢或其它適用材料構(gòu)成，并且通電至相對于外殼20具有足夠高的電位以便產(chǎn)生一個從線圈到外殼的電弧。舉例來說，線圈22可以通電至相對于外殼20具有高達約40kV的電壓。適當?shù)臍怏w材料源24與外殼20保持工作相連接以便將氣體噴射至外殼中。盡管圖中示意示出的是氣體源24與外殼20的上端相連接，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，氣體也可以例如通過與外殼的內(nèi)部保持流通的適當導(dǎo)管而噴射至外殼的側(cè)壁中。
在線圈22與外殼20之間產(chǎn)生的電弧使得電子從源24所提供的氣體分子中“汽化”(例如移走)。結(jié)果，外殼20中充滿了噴射的氣態(tài)介質(zhì)，例如等離子的電子?？?6延伸通過外殼20以便使得所產(chǎn)生的等離子可以沿基本垂直于離子束16的路徑的方向從外殼的內(nèi)部區(qū)域通過孔26而流出。所發(fā)射的等離子又形成帶負電的高密度等離子罩14。
在圖1所示的實例中，等離子發(fā)生器12安裝于導(dǎo)電端電極32的基本為圓柱形的側(cè)壁30上。由電絕緣材料構(gòu)成的襯墊34介于外殼20與端電極32之間以便使外殼與電極保持絕緣。端電極32的側(cè)壁30可以基本與束軸線A同軸。端電極32具有一個位于其上游端的入孔36，束16通過該入孔36進入端電極的內(nèi)部區(qū)域。端電極32還包括一個安裝于端電極的下游端的導(dǎo)電環(huán)形板38。環(huán)形板38包括一個出孔38，離子束16可以通過該出孔38而離開端電極32。
端電極32與電源42保持電聯(lián)接，電源42給電極通電至相對于地電位44保持正電位。線圈22也可與端電極32保持電聯(lián)接，而外殼20與地電位44保持聯(lián)接。這樣，線圈22和端電極32就同時處于相同的電位。
等離子罩14差不多充滿了基本上包圍著離子束16的端電極32的內(nèi)部區(qū)域。為了幫助在端電極32的內(nèi)部區(qū)域保持高電子密度，可以將一個或多個永久磁鐵46沿端電極的內(nèi)表面放置。磁鐵46建立了一個沿端電極32的內(nèi)表面的磁場，該磁場能夠使電子松脫相對于端電極的內(nèi)壁受到的控制，從而增加端電極內(nèi)部的等離子密度。有利地，等離子罩14易于中和端電極區(qū)域中由離子束16產(chǎn)生的空間電荷，從而提高束的穩(wěn)定性。
在相對于端電極32的下游處產(chǎn)生一個電場50，用于促使帶負電的粒子和等離子14離開束方向18。舉例來說，可以使用電極52來產(chǎn)生電場50，該電極52可以為位于端電極32下游的可變分解電極。電極52包括一個孔(例如可變分解孔)54，離子束16穿過該孔54。電源56與電極52保持電聯(lián)接以便將該電極置于比端電極32低的電位。特別地，與端電極32的下游端保持電聯(lián)接的環(huán)形板38，也擔當電極的作用并與電極52共同形成一個加速系統(tǒng)59。加速系統(tǒng)59根據(jù)電場50的強度和方向?qū)㈦x子束16中行進的離子加速至所需級別。舉例來說，板38和電極52都可以處于大致垂直于束軸線A的方向以便使得電場方向大致與束軸線平行。電極52也可以相對于電極38的電壓處于大約-40kV的電位以便提供一個較大的加速間隙58從而加速離子束16中的離子。
電場50還用于在等離子與電場之間形成一個邊界60。特別地，電場50對電子和帶負電的粒子施加一個沿與束行進方向18大致相反的方向(標為62)的作用力。因此，電場50禁止等離子罩14通過出孔40而向下游行進(例如電場消除等離子罩14)。電場還對離子束16中的離子施加一個沿下游方向的作用力，從而對粒子進行加速。
邊界60的陡變程度作為電場50的強度相對于與等離子14相關(guān)聯(lián)的場的函數(shù)而變化。通過增加等離子密度和/或增加電場強度，可以提供更陡或更急劇變化的邊界。而更急劇變化的等離子邊界60又會提高推動污染粒子離開束行進方向18的能力。
盡管在離子束16中不存在等離子14可以建立一個易于對污染粒子充正電的環(huán)境，但是由等離子充電的帶負電粒子在到達邊界60之前不可能積聚凈正電荷。因此，粒子在到達邊界60時通常保持帶負電狀態(tài)，以便使得電場50能夠推動帶負電的粒子離開束行進方向18。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，應(yīng)當理解，可以使用(取代使用和/或增加使用)其它系統(tǒng)來在下游的電場的上游處提供所需的帶電區(qū)域以便促使污染粒子離開束方向。舉例來說，可以使用電子噴射器或用于產(chǎn)生微波能量的系統(tǒng)來在粒子進入加速間隙58之前對其充負電。此外，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，對于陰離子束，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以使用適當?shù)臋C構(gòu)來將粒子充正電并且建立一個適當?shù)南掠坞妶鲆员闶沽Ｗ悠x并使離子束加速。
圖2示出了圖1的系統(tǒng)10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66傳送的動量以及粒子自身的動能。
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14內(nèi)的一個位置。在高密度等離子罩14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易于具有較高的與電子碰撞的比率。因此，粒子66在等離子罩14中時會積聚比較多的負電荷。粒子66’的動能將其帶入離子束16中，而離子的動量促使粒子66’沿束18方向朝向邊界60前進。
在粒子66”進入離子束16中(基本上沒有等離子)后，離子束16的離子易于與粒子碰撞。盡管在離子束16中不存在等離子14可以建立一個使離子易于對粒子充正電的環(huán)境，但是粒子在到達邊界60之前不可能帶正電。這是因為粒子在位于等離子罩14中時積聚了大量負電荷。因此，粒子66”在到達邊界60之前通常保持帶凈負電狀態(tài)(盡管它在離子束中的負電荷可能比在等離子罩中時低)。
如圖2中的實例中所示，粒子66”被促使離開束行進方向18并偏出束16。特別地，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，電場50對粒子66”施加一個沿箭頭62的方向的作用力以便使粒子偏出束16。然后離子束16可以繼續(xù)通過邊界，而電場50對離子施加一個沿束行進方向18的作用力，從而將束加速一個與電場強度相關(guān)的量。
考慮到相對于圖2所示所述的以上結(jié)構(gòu)，應(yīng)當理解本發(fā)明提供了一種有助于從離子束16中移除污染粒子的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100使用一個基本上包圍著離子束16的區(qū)域來將污染粒子66充電至具有與離子束的極性相反的極性。粒子66可以在其自身動能的作用下而從離子束16進入等離子罩14。在位于等離子罩14中時，粒子66積聚了相應(yīng)的電荷，而又可以例如隨著與磁鐵46其中之一或其它結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞而進入離子束16中。離子束16中的離子與粒子發(fā)生碰撞，推動它們向邊界60運動。電場50促使粒子離開束行進方向18，從而有助于從離子束中移除污染粒子。此外，如果粒子66通過邊界繼續(xù)向下游前進，粒子可能仍會被促使離開行進方向以便不會與下游的工件或襯底碰撞。
為了給本發(fā)明提供范圍，圖3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)，其中需要將污染粒子移開和/或偏離束行進方向。
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)當理解根據(jù)本發(fā)明的一個方面的粒子移除系統(tǒng)102可以與其它類型的離子源一起使用，它們可以或者可以不經(jīng)過附加處理。
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使用一個區(qū)域108來將粒子充電至與離子束的極性不同的極性。粒子充電區(qū)域108與下游的電場110共同作用以便移除離子束106中所攜帶的污染粒子。特別地，電場110對帶電粒子施加一個作用力以便促使它們離開束行進方向，而對離子束中的離子施加一個作用力(沿相反方向)以便將它們沿束行進方向加速。
舉例來說，粒子充電區(qū)域108包括高密度等離子，主要是位于氣態(tài)介質(zhì)中的電子，離子束通過其中。等離子可以使用任意已知的等離子發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生?？梢栽诹Ｗ映潆妳^(qū)域內(nèi)噴射電子或者增加等離子密度以便加強粒子充電。等離子可以沿大致垂直于束方向的方向提供。
下游的電場110消除(或者吹除)了等離子罩以便在粒子充電區(qū)域和電場區(qū)域之間建立一個邊界(或屏障)。舉例來說，電場110沿大致與束行進方向平行的方向產(chǎn)生以便將離子束加速至所需級別。電場110還對等離子中的帶負電粒子和電子施加作用力以便促使它們離開束行進方向。粒子所帶的負電荷越多并且/或者電場強度越大，粒子相對于離子束106偏離越遠。因此，當離子束離開粒子移除系統(tǒng)102時，邊界禁止污染粒子與加速后的離子束106’一起傳輸。
粒子移除系統(tǒng)102可以向處理站112提供束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和處理站112中的每一個保持工作相關(guān)聯(lián)?？刂破?20可以監(jiān)控和控制向處理站112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4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站216。一個可伸縮的不銹鋼波紋管裝置218將目標站216與束線裝置214連接起來，使得目標站216能夠相對于束線裝置214運動。根據(jù)本發(fā)明，盡管圖4示出的是超低能(ULE)離子注入系統(tǒng)的實例，但是粒子移除系統(tǒng)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?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?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。舉例來說，粒子移除系統(tǒng)202可以位于束引導(dǎo)器234的下游端。
粒子移除系統(tǒng)202通過提供一個粒子充電區(qū)域250與產(chǎn)生電場的下游電場發(fā)生器252共同作用以便于移除污染粒子，該電場促使帶電污染粒子離開離子束228。圖4中所示的粒子移除系統(tǒng)202可以與相對于圖1所示所述的系統(tǒng)大致相同。簡言之，粒子充電區(qū)域250包括一個安裝于端電極256的基本上為圓柱形的長側(cè)壁中的等離子發(fā)生器254。等離子發(fā)生器254產(chǎn)生的等離子形成離子束228穿過的等離子罩(在端電極256的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，等離子基本上包圍著離子束)。
在端電極256與下游的電極260之間產(chǎn)生一個電場，該電場的方向大致與束行進方向平行。位于等離子罩內(nèi)的粒子積聚極性與離子束228的極性(例如正電)不同的電荷(例如負電)。電場對帶電粒子施加作用力以便促使它們離開束行進方向。由于束228中的離子具有與粒子相反的極性，因此電場對離子施加作用力(方向與對帶電粒子的作用力的方向相反)從而將其沿束行進方向加速。因此，粒子移除系統(tǒng)202具有雙重功能它既促使污染粒子離開束行進方向，又加速離子束228。
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。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，考慮到粒子移除系統(tǒng)202中的等離子罩所提供的空間電荷中和作用，可能不需要單獨的束中和器230。
束中和器230的下游為目標站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位于一個目標平面上，該平面基本與注入束的方向垂直。馬達272帶動目標站216處的盤狀晶片支承270旋轉(zhuǎn)。這樣，當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，因此目標平面可以繞著該點調(diào)整。
圖5是一個流程圖，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5的方法按照一系列步驟示出和描述，但是應(yīng)當理解本發(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5，所示的方法從步驟310處開始，在該步驟中提供離子束。離子束可以為陽離子束或陰離子束。為簡明起見，以下方法對陽離子束進行描述。
在步驟320處，污染粒子充負電(與離子束的極性相反)。舉例來說，充電可以通過與高密度等離子罩中的電子碰撞而進行，如文中所述，該等離子罩可以位于基本上上包圍著離子束的區(qū)域中。應(yīng)當理解，也可以通過例如用于產(chǎn)生電子噴射器的系統(tǒng)或微波能量系統(tǒng)提供負電子來對污染粒子充電。該過程從步驟320向前進行至步驟330。
在步驟330處，在對粒子進行充電的下游處產(chǎn)生一個電場。電場可以沿基本平行于離子束路徑的方向產(chǎn)生。由于電場沿大致與束行進方向相反的方向?qū)Φ入x子施加作用力，就在帶負電等離子罩與電場之間建立了一個邊界。當帶電污染粒子進入離子束中時，離子束的動量把粒子帶向等離子邊界。電場對帶電粒子施加作用力(與對等離子上施加的作用力相似)以便促使它們離開束行進方向(步驟340)。電場還對離子束中的離子施加作用力以便沿束行進方向加速離子(步驟350)。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)，包括一粒子充電系統(tǒng)(12)，用于將粒子充電至與離子束(16)的極性不同的極性；以及一電場發(fā)生器(52)，用于產(chǎn)生一相對粒子充電系統(tǒng)(12)位于下游的電場(50)，電場(50)可操作地促使位于離子束(16)中的帶電粒子離開離子束(16)的行進方向(18)。
2.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(52)產(chǎn)生的電場(50)的方向(62)大致與離子束(16)的行進方向(18)平行，電場(50)沿著離子束(16)的行進方向(18)加速離子束(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子充電系統(tǒng)(12)還包括一電子發(fā)生系統(tǒng)(12)，用于向離子束(16)行進所通過的區(qū)域中供應(yīng)電子，電子對粒子充負電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，電子發(fā)生系統(tǒng)(12)還包括一等離子體電子泛射系統(tǒng)(20、22、24)，其向該區(qū)域中發(fā)射電子以便對粒子充負電，電場(50)對電子和帶負電粒子施加作用力以便促使電子和帶負電粒子離開離子束的行進方向(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子充電系統(tǒng)包括一具有限定了該區(qū)域的內(nèi)表面的細長側(cè)壁部分(30)，該系統(tǒng)還包括位于側(cè)壁部分(30)的內(nèi)表面上的至少一塊永久磁鐵(48)以便增加該區(qū)域中各處的電子密度。
6.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(52)還包括第一和第二電極(38、52)，這些電極保持在空間上隔開并彼此相對定向，使得電場(50)大致與離子束的行進方向(18)對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場(50)可操作地對離子束(16)中的離子施加作用力以便將離子加速至所需級別。
8.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括一等離子發(fā)生系統(tǒng)(12)，用于提供等離子至一基本上包圍著離子束(16)的等離子區(qū)域中；以及一電場發(fā)生器(52)，用于產(chǎn)生一基本平行(62)于離子束(16)的行進方向(18)并且相對等離子區(qū)域位于下游的電場(50)；其中，位于等離子區(qū)域中的粒子帶負電，電場(50)促使位于離子束(16)中的帶負電粒子離開離子束(16)的行進方向(18)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場發(fā)生器(52)包括第一和第二電極(38、52)，這些電極彼此保持在空間上隔開，電場(50)大致與離子束(16)的行進方向(18)對齊以便將離子束(16)中的離子加速至所需級別。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括至少一塊磁鐵(48)，該磁鐵位于等離子區(qū)域的外周上以便增加該區(qū)域中各處的電子密度。
11.一種離子注入系統(tǒng)，包括一離子源(104、210)，用于發(fā)射離子(106)以便對位于注入站(216)處的襯底(W)進行處理；一用于將具有所需質(zhì)量的離子轉(zhuǎn)向注入軌跡的分析磁鐵系統(tǒng)(212)；一粒子移除系統(tǒng)(202)，用于禁止粒子與來自分析磁鐵系統(tǒng)(212)的已轉(zhuǎn)向離子一起傳輸，粒子移除系統(tǒng)(202)包括一粒子充電系統(tǒng)(254)，用于將粒子充電至與已轉(zhuǎn)向離子的極性不同的極性；以及一電場(50)，其相對粒子充電系統(tǒng)(254)位于下游處，電場(50)可操作地促使至少一些帶電粒子離開已轉(zhuǎn)向離子的行進方向；以及一襯底(W)，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(W)造成的粒子污染。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子充電系統(tǒng)(254)還包括一電子發(fā)生系統(tǒng)(254)，用于向已轉(zhuǎn)向離子行進所通過的區(qū)域中供應(yīng)電子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，電子發(fā)生系統(tǒng)(254)還包括一等離子體電子泛射系統(tǒng)(20、22、24)，其向該區(qū)域中提供電子以便提供一基本上包圍著由已轉(zhuǎn)向離子形成的束的高密度等離子區(qū)域，等離子區(qū)域在粒子位于等離子中時將粒子充電至負電荷，以便在電場(50)作用下促使它們離開離子束的行進方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，粒子充電系統(tǒng)(254)包括一具有限定了該區(qū)域的內(nèi)表面的細長側(cè)壁部分(30)，該系統(tǒng)還包括位于側(cè)壁部分(30)的內(nèi)表面上的至少一塊永久磁鐵(48)以便增加該區(qū)域中各處的電子密度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，電場(50)由第一和第二電極(256、260)產(chǎn)生，這些電極彼此保持在空間上隔開，并且相對粒子充電系統(tǒng)(254)位于下游處，電場(50)大致與離子束(16)的行進方向(18)對齊以便將已轉(zhuǎn)向離子加速至所需級別。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一電極(256)相對第二電極(260)位于上游處，第一電極(256)與粒子充電系統(tǒng)(254)的下游端可操作地相連接。
17.一種用于禁止粒子與離子束一起傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括用于將粒子充有一電荷的裝置(12)，該電荷具有與離子束(16)的極性不同的極性；以及用于產(chǎn)生一相對用于充電的裝置(12)位于下游的電場(50)的裝置(52)；其中，電場(50)可操作地促使帶電粒子離開離子束(16)的行進方向(18)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于產(chǎn)生電場(50)的裝置(52)還包括用于沿離子束行進方向加速離子束的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括用于產(chǎn)生電場的裝置以便于對粒子充電。
20.一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將粒子充有一電荷，該電荷具有與離子束(16)的極性不同的極性(320)；相對于將粒子進行充電的區(qū)域在下游處產(chǎn)生一電場(330)；以及利用電場促使(340)至少一些帶電粒子離開離子束(16)的行進方向(18)。
21.一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將電子發(fā)射至離子束行進所通過的區(qū)域中以便對粒子充負電(320)；產(chǎn)生一可操作地促使帶電粒子離開離子束的行進方向的電場(330)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生電場的步驟還包括產(chǎn)生大致與離子束的行進方向平行的電場(330)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生電場的步驟還包括沿離子束行進方向加速離子束(350)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，其還包括以下步驟在靠近該區(qū)域的外邊界處產(chǎn)生一磁場以便提高該區(qū)域中的電子密度。
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)包括一個粒子充電系統(tǒng)(12)，用于在離子束通過的區(qū)域中對粒子充電。在充電區(qū)域的下游處產(chǎn)生一個電場(50)以便促使帶電粒子離開離子束(16)的行進方向(18)。
文檔編號H01J37/317GK1473349SQ01818500
公開日2004年2月4日 申請日期2001年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者V·M·本維尼斯特, M·A·格拉夫, E·R·哈林頓, R·D·拉斯梅爾, V M 本維尼斯特, 哈林頓, 拉斯梅爾, 格拉夫 申請人:艾克塞利斯技術(shù)公司