[發明專利]離子注入系統中引出電極組件的電壓調制

有效

• 申請號: 201480025170.3
• 申請日: 2014-05-02
• 公開（公告）號: CN105474349B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 尼爾·科爾文;張錦程
• 申請（專利權）人: 艾克塞利斯科技公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01J37/08
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司11019
• 代理人: 壽寧,劉新宇

技術領域

本發明涉及離子注入系統操作中的改進，更特別涉及用于離子源引出抑制電極配置中電極電壓調整的系統，用于在非注入期間產生放電以移除電極附近的沉淀物并且由此減輕離子束線沿路的污染。

背景技術

離子注入機是用于通過用離子束撞擊晶片來處理硅晶片。這種射束處理的一種使用是選擇性用指定的摻雜劑材料的雜質以預定的能級和控制濃度注入晶片，以在集成電路的制備過程中生產半導體材料。

典型的離子注入機包括離子源、離子引出裝置、質量分析裝置、射束傳輸裝置以及晶片處理裝置。離子源生成所需的摻雜劑原子或分子種類的離子。由引出系統(通常是一組電極)從離子源引出這些離子，該引出系統激勵并且引導來自源的離子流，形成離子束。在質量分析裝置(通常是進行所引出離子束的質量色散或分離的磁偶極子)中將所需的離子從離子束中分離出來。射束傳輸裝置(通常是包含一系列聚焦裝置的真空系統)將離子束傳送至晶片處理裝置，同時保持離子束的所需屬性。最后，經由晶片傳送系統將半導體晶片傳遞進并傳遞出晶片處理裝置，該晶片傳送系統包括一個或多個機械臂，用于將待處理晶片置于離子束之前并將已處理的晶片移出離子注入機。

批處理型離子注入機已眾所周知，其通常包括用于使多個硅晶片在離子束中移動的轉盤支架。在支架旋轉晶片穿過離子束時，離子束撞擊晶片表面。連續型離子注入機也已公知，其一次處理一個晶片。晶片支承于輸送盒中，一次取出一片并將其置于晶片支架上。再將晶片定向于注入方向以使離子束撞擊單個晶片。這種連續型注入機利用射束成形電子設備使射束偏離其初始軌跡并時常結合協調晶片支架的移動而用于選擇性摻雜或處理整個晶片表面。由于穿過離子注入系統來處理晶片，因而這些晶片在專門的處理室與晶片輸入/輸出站之間傳輸。自動控制裝置通常用于將晶片傳遞進并傳遞出處理室。

現有注入機中所使用的生成離子束的離子源通常是指電弧離子源并且能夠包括用于產生成形為適于晶片處理的離子束的離子的熱絲式陰極。Sferlazzo等人所著的美國專利第5,497,006號涉及一種離子源，其陰極受到基底的支撐并相對于隔氣室定位成將電離電子射入隔氣室。該專利文件的陰極是管狀導體，其封頭部分伸入隔氣室。絲極支承于管狀體內并且發出通過電子轟擊而加熱封頭的電子，由此以熱電方式將電離電子射入隔氣室中。

例如在美國專利第6,501,078號中所述的引出電極一般結合離子源來用于自其中引出離子束，其中將在隔離室中所形成的離子引過離子源正面中的出口孔。離子源的正面在離子源電位形成第一有孔源電極。引出電極通常包括與第一有孔源電極(有時稱為引出電極)對齊的有孔抑制電極和有孔接地電極，以使從離子源發出的離子束穿過其中。較佳地，每一孔均具有狹槽結構。陶瓷絕緣子通常裝于抑制電極與接地電極之間，用于使兩個電極電氣隔離。接地電極限制了接地電極與離子源之間的電場傳播至接地電極下游的區域中。抑制電極受到電壓供應器的偏壓而相對于地面偏向負電勢并且作用于阻止接地電極下游離子束中的電子卷入引出區域并進入離子源。通常，將抑制和接地電極安裝成可在離子束行進的方向上相對于源移動，從而能夠根據從離子源所引出射束的能量來“調諧”引出電極。進一步將電極安裝成使抑制和接地電極可基本垂直于離子束的方向而相對于源20相對橫向移動。此外，還可以提供用于改變電極中孔的尺寸的機構。

通過向離子源供電的電壓確定從引出組件發出的離子束30的能量。該電壓的典型值是20千伏(kV)，提供20千電子伏特(keV)的引出射束能量。然而，也可能獲得80千電子伏特的引出射束能量及更高或者0.5千電子伏特或更低。為獲得更高或更低的射束能量，分別提高或降低源電壓至關重要。

經發現，與典型的離子注入系統的離子源和引出電極系統相關的偏壓與該環境中存在的電離氣源相結合會導致在抑制和接地電極以及位于其間的絕緣子上形成沉淀物。這些沉淀物可能引起絕緣子的電解、絕緣子的熔敷層和涂層以及尤其是這種熔敷層和絕緣子的無法控制的釋放和放電，這會產生夾雜粒子，這些夾雜粒子隨離子束傳輸至離子注入系統的其他部分并最終傳至正受注入的工件，從而對離子注入系統的運行產生有害影響。