可調節(jié)的質量分辨孔的制作方法
【專利說明】可調節(jié)的質量分辨孔
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時申請序列N0.61/800, 855的權益，在本文中該臨時申請以其整體(包括任何圖、表或附圖)通過引用并入在此。
技術領域
[0003]本發(fā)明的實施例涉及質量分辨孔，其可以例如在諸如圖1A(現(xiàn)有技術)中示出的注入系統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)中使用。進一步的實施例涉及通過例如封閉的等離子體通道(“CPC”)超導體或玻色子能量傳輸系統(tǒng)對帶電和/或非帶電粒子流的過濾，諸如圖1B(現(xiàn)有技術)中示出的PC。
【背景技術】
[0004]離子注入是半導體工業(yè)的優(yōu)選方法，以使集成電路的規(guī)模更小并且半導體基板(例如硅芯片)的計算能力更大。傳統(tǒng)的離子注入裝置具有基本的共性。當工件335被處理為準備注入的點時，工件335(例如硅芯片)從外部源轉動到系統(tǒng)中。離子源302位于生產(chǎn)系統(tǒng)的另一端(用于離子化的進料可以是η型結的銻、砷、磷，或ρ型結的硼、鎵、銦)。一般地，正離子被使用，但負離子也可被使用。在束裝配(beam assembly)和離子注入過程期間，通常系統(tǒng)的大部分或全部被抽空，以使得在離子束中的離子不與殘余氣體碰撞。系統(tǒng)寬電源301、340、339被提供在需要的地方，并且控制系統(tǒng)338和/或操作員監(jiān)督整個過程。離子源進料基于P型或η型結來選擇。離子源由各種方法離子化，并且由電極305、336通過在離子化室303中的開口來提取，該電極305、306被偏置以通常以相對高的能量(以減輕對如帶電離子的空間電荷吹起的傾向)來激勵發(fā)射離子束309。所發(fā)射的離子形成進入具有質量分析儀310的束導引317中的相對密集(高電流)束309，所述質量分析儀310由將離子束在實際包絡內以與原始飛行路徑成近似90度的角度彎曲的偶極和/或四極磁場和/或電磁(ΕΜ)場組成。在離子束內的離子種類具有不同的電荷質量比。在晶片上的一致集成電路落在用于注入的離子的電荷質量比的設定參數(shù)內。在發(fā)射的離子束309中的不正確電荷質量比在質量分析儀310和質量分辨孔314的提取之后被消除。不同質量將具有用于該離子種類的不同動量，該離子種類將通過質量分析儀310來隔離軌跡?？刂圃谙到y(tǒng)中的磁場，以使得比所需的離子種類更大的電荷質量比的離子種類將碰撞束導引311的一個壁，以及比所需的離子種類更小的電荷質量比的那些種類將碰撞束導引311的另一個壁，兩者都從持續(xù)的離子束消除。
[0005]隨后，在大多數(shù)傳統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)中，離子束到達質量分辨孔314。由質量分析儀310選擇的束電流大多具有所需的離子種類，但仍包含接近所需質量電荷比的一些種類，但并不是完全接近。質量分辨孔314將具有比從質量分析儀126出來的離子束包絡更小的開口，并且將分辨(消除)在設定的孔開口外側的離子種類，那些離子種類撞擊質量分辨孔314的側邊并沉積在那里。
[0006]產(chǎn)品晶片(或其它注入表面)的可測試品質將依賴于注入物的一致性。在注入之前和/或實際的注入期間，束將被掃描322并且通常從孔314的下游繪出輪廓331?？刂葡到y(tǒng)338將能夠解釋發(fā)送給束診斷系統(tǒng)333的束輪廓信息，以將孔調節(jié)在最優(yōu)開口下，以允許在對于特定注入的電荷質量比的最優(yōu)設計參數(shù)內的最大電流。本發(fā)明向控制系統(tǒng)338和控制器給出了高度的靈活性，以用實時的調節(jié)能力，通過逐漸排除不正確的離子來優(yōu)化質量分辨孔314的點處的束。
[0007]從質量分辨孔314向下游，存在若干其它可用于聚焦、彎曲、偏轉、匯聚、發(fā)散、掃描、并行和/或凈化離子束的過程和光學效應。圖1以舉例的方式用作傳統(tǒng)的離子注入裝置。質量分辨孔是位于在離子束包絡309中剛經(jīng)過質量分析儀310的314。其它離子注入系統(tǒng)基于專有用途而不同。如前所述，諸如質量分辨孔的基本要素在幾乎所有這些系統(tǒng)中是常見的。
[0008]在毗連的美國對電能的需求在2005年是746，470兆瓦。大部分的能量由煤(49.7% )、核能(19.3% )以及天然氣(18.7% )產(chǎn)生。不幸的是，從產(chǎn)生點到零售銷售點的能量傳輸仍然是高度低效的。2005年在5-8%之間的能量損耗在收入損失上換算為近二百億($20，000，000，000)美元。幾乎所有產(chǎn)生的能量通過高壓電力線路傳遞，該能量然后在下降到更低的電壓之后輸送到城市、商業(yè)區(qū)和居住區(qū)。
[0009]由于其相對低廉的成本和對于金屬良好的17.2X10 5 Ωπι的電阻率，所有的高壓電力線路使用絕緣銅線。雖然這些電纜允許超過700，000伏特的電力傳輸，但是由于懸空線的機械和電氣約束，使用銅的電力線路具有嚴重的缺點和局限性。例如，通過銅電纜的電力傳輸是難以置信地低效，具有以穿過電纜的電力的電阻產(chǎn)生的熱形式的大量能量損失。此外，所產(chǎn)生的熱可導致傳輸線路的變形和失效，尤其是如果它們太長的話。其它問題包括昂貴的通過權(right of way)，其必須被獲得以確保用于塔的陸地的使用，如從其中懸掛的電纜，其呈現(xiàn)審美缺點。
[0010]地下電纜具有勝于懸掛電力電纜的幾個優(yōu)點，包括更長的傳輸距離、更高的電力負荷、降低的財產(chǎn)通過權費用，以及沒有審美障礙。埋設的銅線路還支持最小的重量，并具有較好的介電絕緣涂層，其與懸掛線路相比降低了電力的介電損耗。然而，由電阻引起的效率損失仍然是主要問題。低溫電纜是第二地下傳輸線路的選擇，但是需要液氮站以保持冷卻，其連帶其它成本。超導體電力傳輸線路是有吸引力的解決方案，因為它們將由于沒有電阻率而呈現(xiàn)零損失，然而將單晶材料處理成任何可用長度的線仍然行不通的，如果不是不可能的話。
[0011]顯然對于長距離傳輸能量的更有效的手段存在長期的需要。為了滿足本領域的需要，提供了用于通過經(jīng)受磁場和/或電磁場的受約束等離子體的電力傳輸?shù)姆椒ê驮O備。
[0012]已知的是，在每個端部處具有電極并且填充有惰性氣體的玻璃管可傳輸電力。當外部電場施加時，這些氣體管類似于氖氣管。在高壓交流電場下，等離子體在管內部形成，該高壓交流電場離子化氣體或其中的一部分。電子從父類氣體分子釋放，并且導電率相對于在施加的電場之前的氣體的導電率而增加。這些電子的行為類似于諸如銅的金屬中的自由電子。
[0013]甚至在其中少至1%的粒子被離子化的部分離子化氣體可具有等離子體的特性(即響應于磁場和高導電率)。術語“等離子體密度”通常指的是“電子密度”，也就是說，每單位體積的自由電子數(shù)量。等離子體的離子化度是已失去(或獲得的)電子的原子比例，并且主要由溫度控制。如果幾乎完全離子化，則等離子體有時被稱為是“熱”的，或如果僅氣體分子的一小部分(例如1% )被離子化，則離子體有時被稱為是“冷”的。在這個意義上“技術上的等離子體”通常是冷的。即使在“冷”的等離子體中，電子溫度仍然通常是幾千攝氏度。
[0014]等離子體的導電率與它的密度相關。更具體地，在部分離子化的等離子體中，導電率與電子密度成比例，并且與中性氣體密度成反比。換句話說，由于其帶電粒子的再結合而存在的未離子化的氣體介質的任何部分將繼續(xù)充當絕緣體，對通過其中的電力傳輸產(chǎn)生電阻。本發(fā)明利用了等離子體對磁場的響應(以及順磁性氣體介質的響應)，以基本上或完全消除以在本文中更全面描述的方式的能量傳輸期間的這種電阻。因此，傳輸效率將基本上與距離無關，而是1)離子化2)真空質量3)磁場分層的函數(shù)。離子化將是通過UV光飽和保持的最優(yōu)光電離子化；真空質量將是高到非常高的，其中決定性因素是存在的非離子化分子的MFP(平均自由程);磁場分層將是靜磁場的效應，以區(qū)域化室內的非參與分子和粒子。

【發(fā)明內容】

[0015]本發(fā)明的實施例涉及一種質量分辨孔，其可在諸如在圖1A中示出的傳統(tǒng)離子注入系統(tǒng)的離子注入系統(tǒng)或其它裝置中使用，所述其它裝置可基于電荷質量比(和/或質量電荷比)選擇性排除在離子束組件中不希望注入的離子種類。特定實施例涉及可在圖1A中示出的離子束組件308過程中使用的MRA。離子注入系統(tǒng)由半導體工業(yè)使用，以產(chǎn)生例如計算電路。這些系統(tǒng)的最簡單的一個，也是最重要的組件是質量分辨孔314。質量分辨孔314位于離子提取部307和質量分析束導引310的下游。質量分辨孔314分辨接近所需的電荷質量比但是不在特定注入的參數(shù)中的離子種類。離子的所需種類將穿過孔開口，并且不需要的種類將通過碰撞面向離子束的孔表面來消除。不需要的離子種類碰撞齊平的孔的表面，部分地濺射進入離子束，并且使殘余物積聚。這種殘余物積聚可能會變松，并且可能導致污染物被夾帶在離子束中，并且找到它們到工件335的路線。由于激進縮放的努力使得集成電路更小，所以存在不斷發(fā)展的策略，諸如:使用更高的束電流，以較低能量注入，使用更大質量的簇分子，使用諸如鍺(在束導引中具有小范圍的質量分散)的可替代離子源，使用多個離子源以及使其適于細化離子排除過程其它進步。
[0016]本發(fā)明的實施例同樣涉及通過封閉的等離子體通道(“CPC”)超導體或玻色子能量傳輸系統(tǒng)的帶電粒子流的過濾，諸如在圖1B中示出的PC。特定實施例涉及一種方法和設備，用于根據(jù)電荷和/或質量(諸如質量電荷比)在細長離子化室內過濾區(qū)域化分離的帶電粒子流，諸如離子化或部分離子化介質的組分，其中離子化室提供低電阻或沒有電阻的導電路徑用于帶電粒子的傳輸。本設備的實施例具有多個應用程序，并且還可以被描述為低能量粒子加速器。
[0017]本發(fā)明的實施例涉及一種質量分辨孔，該質量分辨孔是分段的、可調節(jié)的，和/或向將撞擊該孔的迎面而來的離子種類呈現(xiàn)彎曲表面?？烧{節(jié)的質量分辨孔可以允許控制器和/或控制系統(tǒng)執(zhí)行增加的各種功能。在注入周期之前、期間和/或之后，具有對質量分辨孔進行調節(jié)的能力的實施例可提供優(yōu)點。包括彎曲表面的實施例將沉積殘留物保留在彎曲表面之后并且遠離離子束，以使得到達工件335的離子束的部分不太可能使這種殘余物夾帶在下面的離子內。排除的離子種類可在彎曲表面上碰撞質量分辨孔，這可以減輕對不正確的離子種類的濺射。
[0018]分段的孔的實施例可以包括任意數(shù)量的區(qū)段。為簡化起見，區(qū)段將通過功能來討論。在實施例中，孔主體的不同區(qū)域或區(qū)段可以具有不同的電荷和/或磁極性，其可以影響附近行進的離子的運動，以便增強離子的選擇。在進一步的實施例中，孔的每一側相對于其它側是可移動的，以使得每一側可以單獨或與另一側一致移動或滑動。以這種方式，孔開口可諸如手動控制或通過致動器手動控制或由操作系統(tǒng)來控制。這種調節(jié)可以實時進行，以在相對于帶電粒子束的橫截面和/或相對于帶電粒子束的軸的所需位置處形成所需尺寸設定的孔開口。通過實時調節(jié)，離子束可在注入期間被調整，并且可基于從MRA下游進行的測量反饋來可選地調節(jié)。所需尺寸設定可以基于在操作之前預定或以其它方式確定的束分布反饋，諸如基于源自離子源的束包絡，或所希望的質量電荷比和/或分辨。
[0019]所需的孔開口的尺寸可以包括形狀、高度和寬度。此外，一個或多個孔的面可被分段(例如，具有電荷和/或磁極性或其它磁性質)、磁隔絕和/或電氣絕緣，以使得該面可以執(zhí)行除了機械干涉之外的一個或多個功能。以舉例的方式，面向迎面而來的離子束的孔表面(例如具有與束路徑平行并且在離子束行進的相反方向上的分量的法線)可以:(i)被分段以使得這種表面執(zhí)行法拉第標志(Faraday flag)或束分析儀的功能；和/或被磁化，使得這種表面執(zhí)行Wien過濾器的功能。以舉例的方式，隨著離子束離開孔，面向離子束的孔表面可以是如下的電極，該電極被偏置以加速/減速，聚焦/散焦，光學地影響，和/或是ZFE限制元件和/或在某些清洗過程期間被利用。在特定實施例中，整個質量分辨孔開口可以相對于迎面而來的離子束，在X