離子注入設備和注入離子的方法
2023-06-10 05:11:51 2
離子注入設備和注入離子的方法
【專利摘要】一種使用鼓式掃瞄輪的離子注入設備以小於60°的總錐角保持晶片。例如H+的離子的準直掃描射束沿著與掃描輪的旋轉軸至少為45°角度的最後射束路徑定向。離子選自一源並且在掃描或質量分析之前沿著直線加速路徑加速到高注入能量(超過500千電子伏)。質量分析器可位於旋轉軸附近且不想要的離子被定向到可安裝在掃描輪上的環形射束收集器。
【專利說明】離子注入設備和注入離子的方法
[0001]交叉參照相關申請
[0002]本申請要求2011年11月15日提交的美國專利申請號13/296,436的權益。
【背景技術】
[0003]對使用光伏技術的再生能源的需求越來越大。特別是，光伏電池通常形成在晶體矽晶片上，該晶體矽晶片通常通過將矽結晶塊切片來獲得。該工藝，其典型地生產比115微米更厚的娃晶片，由於在切口損失中消耗聞達50%的娃體而浪費相當量的娃。由此廣生的晶片比有用的光伏裝置所需要的也厚得多。
[0004]更薄的矽片層已經通過在典型地用H+離子進行大劑量離子注入之後加熱來剝落薄膜得以實現。然而，為了通過剝離製造有用的矽片層用於光伏應用，必須在高能量下注入離子，以便在足夠的深度產生不牢固層。
[0005]並且，為了提供比較高的生產力，希望採用高射束(beam)電流。離子電流為100毫安且能量為I兆電子伏的注入射束現在正被考慮。投射到正被注入的襯底(substrate)的有效射束功率可為100千瓦或更高的量級。對防止襯底由這樣高的注入射束功率加熱到過熱的溫度的需要提供了相當大的挑戰。
[0006]在已知類型的離子注入工具中，要注入的離子束被定向在批量安裝於處理輪的圓周周圍的襯底(典型地矽晶片)上。處理輪(process wheel)或旋轉掃描組件被安裝用於圍繞一軸旋轉以使得在該輪上的晶片相繼地通過離子束。這樣，離子束的能量可在所述處理輪上的所述批量的晶片之間共享。晶片被安裝在處理輪上的襯底保持器上。襯底保持器包括用於支撐所述晶片的熱沉表面。熱沉表面的強制冷卻典型地是藉助於水冷結構提供的。
[0007]晶片和熱沉支撐表面之間的接觸通過使支撐表面向內朝向旋轉軸傾斜得以保持，由此所述晶片隨著處理輪旋轉而通過離心力壓靠所述支撐表面。
[0008]在這樣的使用旋轉掃描組件的注入設備中晶片的冷卻的有效性可取決於晶片通過其壓靠下面的熱沉表面的力。已知的離子注入設備提供了為鼓形式的旋轉掃描組件，晶片安裝在所述鼓的內面周圍，大體上面向旋轉軸線。該配置使在晶片上的離心力的效果最大化以使在注入工藝期間所述晶片冷卻最優化。
[0009]旋轉鼓類型的離子注入設備體積會非常大。旋轉鼓它本身的直徑不得不足夠大以使得鼓的圓周容納要以單個批量處理的所需要數量的襯底晶片。因為安裝在旋轉鼓上的襯底晶片大體上面向鼓的旋轉軸，因此離子束必須以相對於所述鼓的旋轉軸相對較大的角度定向(direct)在圍繞所述鼓的內圓周的所述襯底處。現有技術中關於離子注入器的射束線路結構典型地需要射束線路(beam line)的元件，包括離子源，分析器磁體和射束加速單元，所有的都要位於所述鼓的圓周的外側。這樣，射束可以直線方式沿著穿過所述鼓的直徑的漂移路徑定向。不僅該典型的結構導致鼓式離子注入器佔據半導體裝配設施的底面上的相對大的覆蓋區，而且離子束穿過所述鼓的直徑的長的漂移路徑長度可在一些應用中產生一些困難。
【發明內容】
[0010]提供一種離子注入設備，包括具有旋轉軸和圓周的旋轉掃描組件。多個襯底保持器被分布在圓周周圍。這些襯底保持器被布置成以共同的襯底傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞旋轉軸的小於60°的總錐角。
[0011]襯底傾角被限定為，圍繞穿過襯底的中心且與旋轉掃描組件的圓周相切的軸，相對於平行於所述軸掃描組件的旋轉軸並包含相切軸的平面，襯底平面的旋轉角。
[0012]安裝在旋轉掃描組件上的平面襯底的總錐角是現有技術術語，其是本領域內的技術人員所熟知的。如果安裝在旋轉掃描組件的襯底保持器上的平面襯底的共同襯底傾角，如上所限定的，是α，那麼總錐角是2α。因此，可看到，為了使由安裝在旋轉掃描組件上的保持器上的平面襯底形成的總錐角小於60°，襯底的共同的傾角應當小於30°。
[0013]離子注入設備進一步包括射束線路組件，以提供一束離子用於注入在襯底保持器上的平面襯底中。射束線路組件被布置成以將射束定向在沿著相對於旋轉軸為至少45°角度的最後射束路徑的預定離子注入方向上。
[0014]在設備的操作中，襯底保持器上的平面襯底隨著旋轉掃瞄組件旋轉在運行方向上與最後射束路徑相交。
[0015]射束線路組件在離子束方向上按順序進一步包括離子源，離子加速器和射束彎曲磁體。離子加速器對將來自於離子源的離子加速以產生具有所希望的至少500千電子伏特的注入能量的加速射束是有效的。射束彎曲磁體具有接收加速射束的射束進口。離子源，加速器和射束進口限定從離子源到射束彎曲磁體的射束進口是線性的的射束加速路徑。
[0016]還提供了將離子注入到平面襯底中的方法。平面襯底被安裝在圍繞旋轉掃描組件的圓周分布的襯底保持器上。旋轉掃描組件上的襯底保持器以共同的襯底傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞掃描組件的旋轉軸的小於60°的總錐角。
[0017]本發明的方法包括以下步驟:
[0018]a)產生包括用於注入所希望的離子的離子源；
[0019]b)沿著直線加速路徑選取和加速來自於所述離子源的離子以產生具有至少500千電子伏的能量的加速離子束；
[0020]c)使加速射束彎曲以將用於注入所希望的加速離子射束定向在沿著與旋轉軸的角度至少為45°的最後射束路徑的預定注入方向上；以及
[0021]d)使旋轉掃瞄組件旋轉以使得襯底與射束路徑在運行方向上連續地相交。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是實施本發明的離子注入設備的的例子的平面示意圖；
[0023]圖2和3是圖1的注入設備的旋轉掃描組件的示意圖，其示出了離子束收集器安裝在根據本發明的實施例的旋轉掃描組件上。
【具體實施方式】
[0024]在離子注入設備的一個實施例中，射束線路組件包括分析器磁體，其位於所述射束加速路徑之後且是可操作的以在不同質/荷比(mass/charge rat1) (m/e)的離子之間的加速射束中產生角間距。
[0025]在一實施例中，分析器磁體是可操作的以定向具有m/e的離子，其是對在沿著最後射束路徑的預定離子注入方向上注入所希望的。在該實施例中，離子注入設備進一步包括離子束收集器，其安裝在旋轉掃描組件上並形成隨著旋轉掃描組件旋轉的環形射束收集器區域。分析器磁體是可操作的以將具有大於所希望的m/e的m/e的離子朝向所述環形射束收集器區域定向。
[0026]在進一步的實施例中，射束彎曲磁體是射束掃描器磁體，其是可操作的以使加速的射束以重複速率偏斜過一定範圍的偏轉角從而產生一掃描射束以使得最後射束路徑橫向於所述襯底保持器的運行方向進行掃描。在該實施例中，射束線路組件可包括分析器磁體，其定位成以在偏轉角範圍內從射束掃描器磁體接收掃描射束。分析器磁體然後是可操作的以在不同的質/荷比(m/e)的射束離子之間產生角間距。
[0027]在一例子中，分析器磁體可以是可操作的以定向具有一m/e的離子，所述m/e是用於在沿著最後射束路徑的預定離子注入方向上以準直後的掃描射束注入所希望的。
[0028]該實施例可進一步包括離子束收集器，該離子束收集器安裝在所述旋轉掃瞄組件上並形成隨著旋轉掃描組件旋轉的環形射束收集器區域。分析器磁體是可操作的以將具有大於所希望的m/e的m/e的加速射束的離子朝向所述環形射束收集器區域定向。
[0029]在一個實施例中，最後射束路徑具有小於旋轉掃描組件的圓周的直徑的總離子漂移距離。例如，總漂移距離可小於所述圓周的直徑的一半。
[0030]還在一些實施例中，以上所述的加速路徑與旋轉掃描組件的旋轉軸對準。
[0031]離子注入設備和方法的具體應用包括晶體半導體材料例如矽的片層的製造。這樣的矽片層可用於製造光伏電池。在所描述的設備和方法的這樣的應用中，要注入的離子典型地是H+離子。
[0032]離子注入設備I被示出在圖1中。離子注入設備I包括旋轉掃描組件10，其安裝成用於圍繞旋轉軸11在形成所述注入設備的處理腔的真空封裝件12內旋轉。
[0033]旋轉掃描組件10被示意性示出。旋轉掃描組件10被安裝在旋轉軸承上以能使藉助於驅動電機以高速圍繞旋轉軸11旋轉。旋轉軸承和驅動電機為了簡單沒有示出在所述圖中。旋轉掃描組件10包括掃描輪2，該掃描輪具有圍繞旋轉掃描組件10的圓周14分布的襯底保持器13。襯底保持器13被布置成以保持也被稱為晶片的相應的平面襯底15。典型地，平面襯底15是用於注入的矽晶片。在離子注入設備I的在一個例子中，晶片是具有圓角的大約156毫米的方形。旋轉掃描組件10的圓周14限定大約3100毫米的直徑，以使得大約60個晶片可圍繞所述圓周被容納而沒有重疊。
[0034]襯底保持器13保持平面襯底或晶片15，因此暴露面向內朝向旋轉軸11定向。如圖1所示，襯底保持器13以傾角α支撐晶片15。傾角α被限定為這樣的角度:晶片15的平面圍繞與旋轉掃瞄組件10的圓周14相切的軸相對於平行於包含相切的軸的旋轉軸11的平面所旋轉的角度。在圖1中，晶片15圍繞其旋轉的相切軸在指示的晶片15的位置處直接延伸到紙外。晶片15的傾角α由指示晶片15的平面的直線排列的第一線16和平行於旋轉軸11繪製的第二線17之間的角度示出。
[0035]圍繞旋轉掃瞄組件10的圓周14分布的每個襯底保持器13被布置成以相同的傾角α保持相應的晶片15。為簡單起見，僅一個襯底保持器13a在圖1中被示出為定位成與首先提到的旋轉掃描組件10上的襯底保持器13和晶片15在直徑徑上相對。如前所述，襯底保持器13a以作為在晶片15a的平面中的第一線18和平行於旋轉軸11直線排列的第二線19之間的角度的傾角α保持晶片15a。
[0036]如圖1可見的，如果第一線16和18延伸至該圖的左側，那麼交叉點將位於旋轉軸11上。圍繞旋轉掃瞄組件10的圓周14支撐的其他晶片15的平面中的相應線也在旋轉軸11上的同一點處相交。所有的這些線位於錐體軸在旋轉軸11上且總錐角為2 α的圓錐體的表面上。
[0037]錐角是現有技術中已知的離子注入術語，用來描述在旋轉掃描組件上的晶片以其朝向旋轉軸傾斜的角度。在離子注入裝置中的旋轉掃描組件，對於其總錐角相對小，可被稱為鼓式掃描組件，因為對於較小的錐角，晶片可被認為是分布在鼓的內表面周圍。本實施例提供了使用鼓式旋轉掃描組件的離子注入裝置，對於該離子注入裝置，襯底支撐部的總錐角小於60°。
[0038]通過這樣的結構，當旋轉掃描組件10，還稱為鼓輪10，以十分高的速度旋轉，晶片15可單獨藉助於離心力支撐在圍繞鼓輪的圓周14的襯底保持器13上。通過採用小於大約60°的錐角，以使得每個晶片的傾角α小於大約30。，在晶片15和襯底保持器13的在下面的支撐面之間可存在足夠的摩擦以防止晶片15在處理期間從襯底保持器13滑落。此外，以較低的錐角，確保晶片15和襯底保持器13的在下面的支撐表面之間的良好的熱接觸的離心力的作用被最大化。這是重要的，如果在注入處理期間使用了大功率的離子束，以使得來自於傳送給晶片15的射束功率的熱可令人滿意地通過襯底保持器13的熱沉特性被移除。典型地，襯底保持器13是水冷卻的。
[0039]圖1示出的例子設備I進一步包括射束線路組件3，包括離子源20，離子加速器21和射束彎曲磁體22。離子源20提供包括注入所希望的離子的離子源。在一個例子中，離子源20可以是H+離子源。離子加速器21對選取和加速來自於離子源的離子是有效的以產生具有希望的注入能量的加速離子束。離子加速器21對產生具有500千電子伏特的能量的加速離子束是有效的。在一個例子中，包括能量超過500千電子伏的離子的離子束可被用於注入到矽晶片上以製作不牢固的平面，允許薄的矽片層從所述注入晶片的表面被剝落。這樣的片層對光伏太陽能電池的製造是有用的。在其他的例子中，離子加速器21可產生注入能量高達I兆電子伏或更大的加速射束。
[0040]在圖1所示的例子中，射束彎曲磁體22是射束掃描器磁體，其是可操作的以使加速射束以重複速率(i^petit1nrate)偏斜過一定範圍的偏轉角。掃描射束在圖1中產生並示出在23處。產生掃描離子束的射束掃描器磁體對本領域內的技術人員是眾所周知的。
[0041]在圖1所示的例子中，射束線路組件3另外包括分析器磁體24，其被定位為以從射束彎曲磁體22接收角掃描射束23。分析器磁體24具有進口，該進口在整個範圍的偏轉角內足以容納角掃描射束23，以使得全部的角掃描射束23穿過分析器磁體24。分析器磁體24被布置成是可操作的以在不同的質/荷比(m/e)的射束離子之間產生一角間距。用於質量分析離子束的分析器磁體在離子注入領域是眾所周知的。穿過分析器磁體中的均一磁場的單獨的離子的飛行路徑的曲率，對於具有相同的能量的離子而言，是所述射束中的離子的m/e的函數。如本領域內的技術人員眾所周知的，具有更高的m/e的離子的飛行路徑具有更大的曲率半徑。
[0042]在本例子中，分析器磁體24是可操作的以定向具有用於注入所希望的m/e的離子以使得它們作為準直的掃描射束25離開分析器。因此，分析器磁體24的形狀適於使得在來自於射束彎曲磁體22的角掃描射束23中的成不同偏轉角的離子正好接收穿過分析器磁體24的進一步角偏轉量以便從分析器磁體24出來，作為平行於沿著由圖1的線路26指示的最後射束路徑的預定離子注入方向的準直掃描射束25。
[0043]在示出的具體例子中，為了注入H+離子，離子源20可產生一定比例的H2+離子。不希望這些H2+離子隨著希望的H+離子被注入到晶片15中，因為H2+離子的每個質子的能量將是來自於H+離子的質子的能量的一半。結果，H2+離子的質子會在注入時僅一半深度地刺入到晶片中。來自於射束彎曲磁體22的角掃描射束23中的H2+離子在分析器磁體24具有的曲率半徑是H+離子在磁體中的曲率半徑的兩倍，以使得H2+與H+離子角分離。
[0044]分析器磁體24設計成具有用於穿過該磁體的射束的出口，該出口在磁體的分離面(圖1中的紙面)中足夠大以不僅允許H+離子的準直掃描射束25作為準直射束出現，如圖1所示，而且允許H2+離子的分離的掃描射束從分析器磁體24如所示的出現在射束27處。這樣，H2+被從角掃描射束23分離出來並且沒有形成通過分析器磁體24沿著最後射束路徑26定向的準直掃描射束25的一部分。由分析器磁體24分離的不想要的離子被定向到射束收集器，該射束收集器將在下面更詳細地描述。
[0045]總之，射束線路組件3，包括離子源20，離子加速器21，射束彎曲磁體22和分析器磁體24，被布置成將希望的離子的準直掃描射束25定向在沿著最後射束路徑26的預定離子注入方向。最後射束路徑26與旋轉掃瞄組件10的旋轉軸11的角度至少為45°。實際上，與旋轉軸11的角度可更高，典型地在大約70°以上，在一個例子中，大約78°。
[0046]最後射束路徑26可相對於旋轉軸11稍微傾斜，以使得形成最後射束路徑26的向後延伸部的直線沒有與旋轉軸11相交。在這種情況下，最後射束路徑26和旋轉11之間的角度為了該專利的目的被限定為旋轉軸11與最後射束路徑26在一平面上的投影之間的角度，其中所述平面包括旋轉軸11和最後射束路徑26與旋轉掃瞄組件10的圓周14的交叉點。因此，表明最後射束路徑26和旋轉軸11之間的角度是當它出現在圖1的紙面中時旋轉軸11和形成最後射束路徑26的向後延伸部的虛線37之間的角度36。
[0047]射束彎曲磁體22具有進口 30，以從離子加速器21接收加速離子束31。如圖1所示，從離子源20通過離子加速器21到射束彎曲磁體22的射束加速路徑是直線的。實際上，這意味著事實上從離子源20選取的全部離子穿過離子加速器21因此被加速到希望的注入能量。這使所述實施例的射束線路與典型的現有技術的射束線路區分開，其中從離子源選取的離子束被質量分析(mass analyzed)，以便在使所需要的離子經過射束加速器以使所需要的離子獲得高達所希望的注入能量之前僅選擇注入所需要的離子。
[0048]在一個實施例中，離子加速器21是靜電加速器，以使得離子源20處於與所需要的注入射束能量相當的高的電勢。例如，如果所需要的注入射束能是500千電子伏，那麼離子源20相對於通常處於接地電勢的注入腔的真空封裝件12處於+500千伏。通過提供包括離子源20，離子加速器21直到射束彎曲磁體22的進口 30的直線路徑，不必使分析器磁體24定位在接近於離子源20的電勢的高電勢處。這是非常有利的，因為為了限制離子加速器21的實際尺寸，同時實現適當的靜電隔離特性，離子源20和離子加速器21可被封入到包含隔離氣體例如SF6的腔32中。
[0049]離子加速器21包括為離子束的通道提供真空密閉的內部空間的加速器柱(column)。射束彎曲磁體22位於與包含旋轉掃描組件10的真空封裝件12的內部連通的真空腔部分33中。真空腔部分33依次通過在SF6腔32的端壁中的孔口與離子加速器21的柱的內部連通，以使得離子源它本身以及加速器柱通過與真空腔部分33的連接有效抽空。
[0050]在圖1所示的例子中，磁性四極組件34被插入到離子加速器21的高能量端處的SF6腔32中。磁性四極組件34是可操作的以根據需要改變加速射束的形狀以穿過最後射束路徑26在襯底晶片15提供所希望的射束覆蓋區。
[0051]在隔離氣體例如SF6的殼體中的離子源和離子加速器組件的更多細節可源自於2010年12月8日提交的並轉讓給該申請的同一受讓人的共同待審批的申請序列號12/962,723。該共同待審批的申請的公開內容為了所有目的以參考方式整個被併入於此。
[0052]如上述，分析器磁體24對將掃描射束中的離子與具有所希望的m/e的射束彎曲磁體22分開，與具有更高值的m/e的離子分開，是有效的。所希望的離子，在該例子中，是H+離子，這些離子通過分析器磁體24以準直掃描射束25沿著最後射束路徑26定向以便注入在圍繞旋轉掃描組件10的圓周14的襯底保持器13上的襯底晶片15中。
[0053]在該例子中，不是所希望的離子類型主要是H2+離子，其從分析器磁體24沿著射束27出來以撞擊在射束收集器40上。圖2和3更詳細地示出在旋轉掃描組件10上的離子束收集器40。離子束收集器40被安裝在旋轉掃描組件10上並形成隨著旋轉掃描組件10旋轉的環形射束收集器區域41。
[0054]如圖2最佳示出的，來自於射束彎曲磁體22的角掃描射束23 (在圖2中沒有示出)進入分析器磁體24。在分析器磁體24中的磁場產生準直掃描射束25,該準直掃描射束沿著最後射束路徑26定向以與旋轉掃描組件10的圓周14相交。在操作中，旋轉掃描組件10例如在箭頭42的方向上以高速旋轉以使得安裝在圍繞圓周14的襯底保持器13上的襯底晶片15連續地與準直掃描射束25相交。射束通過射束彎曲磁體22被充分地掃描以使得準直掃描射束25在晶片15的寬度範圍內均一地延伸，所述寬度在一個例子中大致為153暈米。
[0055]在該例子中，準直掃描射束25大體上僅包括H+離子。H2+離子從分析器磁體24沿著射束27出來，所述射束27被定向在射束收集器40的環形射束收集器區域41。因為所有的來自於離子源20的離子已經被加速到希望的注入能量(500千電子伏以上，典型地I兆電子伏)，H2+離子的射束27可傳送相當大量的射束功率到射束收集器40。例如，離子注入設備I可設計成將一束H+離子傳送到正注入具有大約I兆電子伏的能量和至少100毫安的射束電流的晶片。因而，通過注入射束25傳送的功率可超過100千瓦。即使從離子源20選取的射束的僅10%包括H2+離子，撞擊在射束收集器40上的H2+離子的射束27可傳送超過10千瓦的功率到射束收集器40。
[0056]通過將射束收集器40布置為具有隨著旋轉掃描組件10旋轉的環形射束收集器區域41，該射束功率分布在整個射束收集器40的環形表面上。在一個實施例中，射束收集器40是水冷卻的以使得由射束27傳送的功率可被移除。
[0057]再次參照圖1，所示的離子注入設備I的結構具有提供顯著優點的許多特徵。分析器磁體24位於旋轉掃描組件10或鼓輪10的軸向輪廓內。結果，分析器磁體24的出口和鼓輪10的圓周14之間的準直掃描射束25的最後射束路徑26可相對較短。在該最後射束路徑26內，離子束通常處於零電場或零磁場的區域中。射束路徑在沒有電磁場的區域中的長度稱為離子漂移距離。通常希望保持離子束的漂移距離儘可能短以使控制離子束在漂移距離內的問題最小化。在本例子中，最後射束路徑26的漂移距離小於鼓輪10的直徑。更特別地在示出的例子中，分析器磁體24位於鼓輪10的旋轉軸11附近，以使得最後射束路徑的漂移距離26小於鼓輪10的半徑。
[0058]而且，在示出的例子中，從離子源20到射束彎曲磁體22的進口 30的射束加速路徑大體上平行於鼓輪10的旋轉軸11排列成直線。在該例子中，加速離子束31路徑也接近於旋轉軸11。結果，全部的射束線路組件，包括離子源20，離子加速器21，磁性四極組件34，射束彎曲磁體22，和分析器磁體24，實際上包含在離子注入設備I的鼓輪10的軸向輪廓內。這能使離子注入設備I的空間覆蓋區保持最小化，節省了製作設施的製造底面上的空間。
[0059]為了剝落薄的矽片層用於光伏電池的製造，上述實施例已經具體參照H+離子在矽晶片上的注入進行了描述。然而，在所附的權利要求中闡述的特徵在離子注入領域具有更多的普通應用。
[0060]在一個實施例中，襯底晶片15以其圍繞鼓輪10的圓周14被支撐的傾角α大約是10° ,最後射束路徑26具有相對於鼓輪10的旋轉軸11的大約78°的角度。然而,其他的傾角可被構想到同時仍獲得本發明的優點。
[0061]離子注入設備還被公開為具有以下特徵的組合:
[0062]Α)離子注入設備，包括具有旋轉軸和限定一直徑的圓周的旋轉掃瞄組件；分布在圓周周圍以便當旋轉掃描組件圍繞軸旋轉時圍繞所述圓周運行的多個襯底保持器，襯底保持器被布置成以共同的晶片傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞旋轉軸的小於60°的總錐角；提供一束離子用於注入在襯底保持器上的平面襯底中的射束線路組件，射束線路組件被布置成在沿著具有總漂移距離的最後射束路徑的預定離子注入方向定向射束，最後射束路徑相對於旋轉軸成至少45度的角度，漂移距離小於直徑，襯底保持器上的平面襯底隨著旋轉掃描組件旋轉在運行方向上與最後射束路徑連續地相交，其中射束線路包括射束掃描器，其使射束以重複速率偏斜以使得最後射束路徑橫向於襯底保持器的運行方向以重複速率掃描。
[0063]B)離子注入設備，包括具有旋轉軸和圓周的旋轉掃描組件；圍繞圓周分布以便當掃描組件圍繞軸旋轉時圍繞圓周運行的多個襯底保持器，襯底保持器布置成以共同的晶片傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞旋轉軸的小於60°的總錐角；提供一束離子用於注入在襯底保持器上的平面襯底中的射束線路組件，射束線路組件被布置成在沿著最後射束路徑的預定離子注入方向上定向射束，襯底保持器上的平面襯底隨著旋轉掃描組件旋轉與最後射束路徑連續地相交，其中射束線路組件包括分析器磁體，該分析器磁體是可操作的以產生不同的質/荷比(m/e)的射束離子之間的角間距，以及定向在沿著最後射束路徑的預定離子注入方向上具有希望的m/e的離子，離子束收集器安裝在旋轉掃描組件上，形成隨著旋轉掃描組件旋轉的環形射束收集器區域，以及分析器磁體是可操作的以將具有大於所希望的m/e的m/e朝向環形射束收集器區域定向。
[0064]為了簡潔且完整已經提供了多個實施例。本發明的其他的實施例對於本領域內的技術人員而言在通過本說明書獲悉時將是顯而易見的。然而，用於注入設備和用於注入方法的參數的詳細的配置和範圍已經在此進行了描述，落入所附權利要求的範圍內的其他的配置和參數設置可被使用。
[0065]上述詳細的描述已經僅描述了本發明可採用的許多形式的一些。為此，詳細的描述目的是為了示出而不是限制。以下的權利要求僅包括用來限定本發明的範圍的所有等同物。
【權利要求】
1.一種離子注入設備，包括: 具有旋轉軸和圓周的旋轉掃瞄組件； 分布在所述圓周周圍的多個襯底保持器，所述襯底保持器被布置成以共同的襯底傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞所述旋轉軸的小於60 °的總錐角；以及 射束線路組件，該射束線路組件提供一束離子用於注入在所述襯底保持器上的所述平面襯底中，所述射束線路組件在離子束方向上順序包括:離子源；離子加速器，該離子加速器對加速來自於所述離子源的離子以產生具有所希望的至少500千電子伏的注入能量的加速射束是有效的；以及具有接收所述加速射束的射束進口的射束彎曲磁體；其中所述離子源，所述加速器和所述射束進口限定從所述離子源到所述射束彎曲磁體的所述射束進口是線性的射束加速路徑； 其中所述射束線路組件被布置成將所述射束定向在沿著最後射束路徑的預定離子注入方向上，所述最後射束路徑與所述旋轉軸的角度為至少45度；以及 其中所述襯底保持器上的所述平面襯底隨著所述旋轉掃描組件旋轉與所述最後射束路徑在運行方向上連續地相交。
2.如權利要求1所述的離子注入設備，其中所述射束線路組件包括分析器磁體，該分析器磁體位於所述射束加速路徑之後且是可操作的以在不同的質/荷比的離子之間的所述加速射束中產生角分離器。
3.如權利要求2所述 的離子注入設備，其中 所述分析器磁體是可操作的以將具有用於注入所希望的質/荷比的離子定向在沿著所述最後射束路徑的所述預定離子注入方向上， 其中所述注入設備進一步包括離子束收集器，該離子束收集器被安裝在所述旋轉掃瞄組件上並且形成隨著所述旋轉掃描組件旋轉的環形射束收集器區域，以及 其中所述分析器磁體是可操作的以將具有大於所述希望的質/荷比的質/荷比的離子朝向所述環形射束收集器區域定向。
4.如權利要求1所述的離子注入設備，其中所述射束彎曲磁體是射束掃描器磁體，該射束掃描器磁體是可操作的以使所述加速射束以重複速率偏斜過一定範圍的偏轉角，以產生掃描射束以使得所述最後射束路徑橫向於所述襯底保持器的所述運行方向掃描。
5.如權利要求4所述的離子注入設備，其中所述射束線路組件包括分析器磁體，該分析器磁體被定位成以在所述偏轉角的範圍內從所述射束掃描器磁體接收所述掃描射束並且是可操作的以在不同的質/荷比的射束離子之間產生一角間距。
6.如權利要求5所述的離子注入設備，其中所述分析器磁體是可操作的以將具有用於注入所希望的質/荷比的離子以準直掃描射束定向在沿著所述最後射束路徑的所述預定離子注入方向上。
7.如權利要求6所述的離子注入設備，進一步包括離子束收集器，該離子束收集器被安裝在所述旋轉掃瞄組件上並形成隨著所述旋轉掃描組件旋轉的環形射束收集器區域，其中所述分析器磁體是可操作的以將具有大於所希望的質/荷比的質/荷比的所述加速射束朝向所述環形射束收集器區域定向。
8.如權利要求1所述的離子注入設備，其中所述最後射束路徑具有小於所述旋轉掃描組件的所述圓周的直徑的總離子漂移距離。
9.如權利要求8所述的離子注入設備，其中所述總漂移距離小於所述直徑的一半。
10.如權利要求1所述的離子注入設備，其中所述加速路徑與所述旋轉掃描組件的旋轉軸成一直線。
11.一種將離子注入到平面襯底中的方法，其中所述平面襯底被安裝在圍繞旋轉掃瞄組件的圓周分布的襯底保持器上，其中所述襯底保持器以共同的襯底傾角保持所述平面襯底以限定圍繞所述掃描組件的旋轉軸的小於60°的總錐角，所述方法包括以下步驟: a)產生包括用於注入所希望的離子的離子源； b)沿著直線加速路徑選取和加速來自於所述離子源的離子以產生具有至少500千電子伏的能量的加速離子束； c)彎曲所述加速射束以將用於注入所希望的所述離子的加速射束定向在沿著與所述旋轉軸的角度為至少45°的最後射束路徑的預定注入方向上，以及 d)旋轉所述旋轉掃描組件以使得所述襯底與所述射束路徑在運行方向上連續地相交。
12.如權利要求11所述的注入離子的方法，進一步包括使用分析器磁體分析所述加速射束以提供不同的質/荷比的離子之間的角間距的步驟。
13.如權利要求12所述的注入離子的方法，其中所述分析器磁體將具有用於注入所希望的質/荷比的離子定向在沿著所述最後射束路徑的所述預定離子注入方向上，以及 其中所述分析器磁體將具有大於所希望的質/荷比的質/荷比的離子朝向射束收集器的環形射束收集器區域定向。
14.如權利要求11所述的注入離子的方法，進一步包括這樣的步驟:使所述加速射束以重複速率偏斜過一定範圍的偏轉角，以產生掃描射束以使得所述最後射束路徑橫向於所述襯底的所述運行方向掃描。
15.如權利要求14所述的注入離子的方法，進一步包括這樣的步驟: 將在所述偏轉角的範圍內的所述掃描射束接收在分析器磁體中；以及 使用所述分析器磁體分析所述掃描射束以產生不同的質/荷比的射束離子之間的角間距。
16.如權利要求15所述的注入離子的方法，其中所述分析器磁體將具有用於注入所希望的質/荷比的離子以準直掃描射束定向在沿著所述最後射束路徑的所述預定離子注入方向上。
17.如權利要求16所述的注入離子的方法，其中所述分析器磁體將具有大於所希望的質/荷比的質/荷比的離子朝向安裝在所述旋轉掃瞄組件上的離子束收集器的環形射束收集器區域定向。
18.如權利要求11所述的注入離子的方法，其中要注入的離子沿著所述最後射束路徑在小於所述旋轉掃描組件的所述圓周的直徑的總離子漂移距離內漂移。
19.如權利要求18所述的注入離子的方法，其中所述總離子漂移距離小於所述直徑的一半。
20.如權利要求11所述的注入離子的方法，其中所述線性加速路徑與所述旋轉掃描組件的所述旋轉軸成一直線。
【文檔編號】H01J37/317GK104054155SQ201280067098
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2011年11月15日
【發明者】T.斯米克, G.賴丁, H.格拉維施, T.薩卡斯, W.帕克, P.艾德, D.阿諾德, R.霍納, J.吉萊斯皮 申請人:Gtat公司