CN105340052B - 静电扫描器、离子注入***以及用于处理离子束的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静电扫描器、离子注入***以及用于处理离子束的方法，该静电扫描器用以在离子注入机中扫描离子束。静电扫描器可以包含第一扫描板，第一扫描板具有面向离子束的第一内表面，第一内表面在垂直于离子束传播方向的第一平面中具有凹面形状；以及与第一扫描板相对的第二扫描板，第一扫描板与第二扫描板以间隙间隔开以容纳离子束，第二扫描板具有面向离子束的第二内表面并且在第一平面中具有凸面形状，第一扫描板以及第二扫描板经配置以在间隙中生成静电场，从而沿着垂直于离子束传播方向的水平方向来回扫描离子束。该静电扫描器可以减小由传统设备产生的离子束的垂直角展度。

Description

静电扫描器、离子注入***以及用于处理离子束的方法

相关申请

本发明主张2013年6月26日提交的第61/839,516号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本实施例涉及一种离子注入设备，更具体来说，涉及一种静电扫描器、离子注入***以及用于处理离子束的方法。

背景技术

如今，半导体电子装置、太阳能电池的制造以及其他技术依赖于用于掺杂或另外修改硅以及其他类型衬底的离子注入机***。一种类型的离子注入机***通过生成离子束并且将该离子束引导向衬底，以使离子在衬底表面下方停止移动来进行掺杂。在许多应用中，在衬底上扫描具有规定形状以及离子束区域的离子束(诸如点波束或带状束)，以将物质注入到大于离子束区域的衬底区域中。可以相对于静止的束来扫描衬底或者可以使衬底和束相对于彼此来进行扫描。在任何这些情况中，许多应用要求衬底被均匀地注入大部分该衬底的上方。遗憾的是，在注入过程中可能产生某些不均匀性。

在注入过程中可能由离子束产生某些不均匀性。一种类型的不均匀性是所谓平行的离子束的入射角展度。在某些状况下，此种入射角展度可以有***地穿过整个衬底，以使得朝向一侧的入射角不同于朝向另一侧的入射角。束线离子注入设备通常通过对经由束路径上的不同组件的离子进行塑形、偏转、加速以及减速来处理离子束。在许多***中，即使在入射到衬底上之前的最终阶段的离子束的“准直”之后，整个衬底上的离子的垂直角展度仍可能例如在大约0.5°至1.0°之间。即使入射角的较小差异也可能对注入过程的均匀性产生较大影响。正是关于这些以及其他考量，需要本发明的改良。

发明内容

本发明提供一种静电扫描器、离子注入***以及用于处理离子束的方法。

在一个实施例中，静电扫描器用以扫描离子注入机中的离子束。静电扫描器可以包含第一扫描板，所述第一扫描板具有面向离子束的第一内表面，所述第一内表面在垂直于离子束传播方向的第一平面中具有凹面形状；以及与第一扫描板相对的第二扫描板，二者以间隙间隔开以容纳离子束，所述第二扫描板具有面向离子束的第二内表面并且在第一平面中具有凸面形状，第一扫描板以及第二扫描板经配置以在所述间隙中生成静电场，从而沿着垂直于离子束传播方向的水平方向来回扫描离子束。

在另一实施例中，离子注入***包含用以扫描离子束的静电扫描器，所述静电扫描器包含第一扫描板以及与第一扫描板相对的第二扫描板。第一扫描板和第二扫描板可以间隙间隔开以引导离子束穿过其中，并且经配置以在所述间隙间生成静电场。离子注入***还包含磁性准直器，所述磁性准直器可操作以使经扫描的离子束在第一平面内的曲线中弯曲，其中所述曲线包括外曲线部分以及内曲线部分，且其中第一扫描板以及第二扫描板可交互操作以沿着垂直于第一平面的垂直方向生成离子束的可变垂直聚焦，其中沿着外曲线部分的垂直聚焦比沿着内曲线部分的垂直聚焦更发散。

在另一实施例中，用于处理离子束的方法包含在第一扫描板与第二扫描板之间引导离子束，所述第一扫描板具有在面对离子束的内表面上的凹曲度，所述第二扫描板具有在面对离子束以及第一扫描板的内表面上的凸曲度，所述凹曲度以及所述凸曲度位于第一平面中。该方法可以进一步包含在垂直于离子束传播方向的水平方向上使用第一扫描板与第二扫描板之间的波动电场来回扫描离子束。

本发明提供的静电扫描器，可以减小由传统设备产生的离子束的垂直角展度。

附图说明

图1A示出示范性束线离子注入设备的框图形式的俯视图；

图1B示出图1A的设备的选择组件的细节的俯视图；

图2A示出对根据本实施例的离子束外曲线部分的操纵的光学组件的画像；

图2B示出对根据本实施例的离子束内曲线部分的操纵的光学组件的画像；

图3A示出一实施例的静电扫描器的正视图；

图3B说明另一示范性静电扫描器的正视图；

图3C示出根据本实施例的静电扫描器的等距视图；

图3D示出根据本实施例的静电扫描器的俯视图；

图4示出根据本实施例的另一静电扫描器的正视图；以及

图5示出叠加在传统静电扫描器上的本实施例的静电扫描器的正视图。

具体实施方式

本文所述的实施例提供用于控制离子注入***中的离子束的设备和方法。离子注入***的实例包含束线离子注入***。本实施例涵盖的离子注入***包含生成“斑点离子束”的那些***，所述“斑点离子束”具有一般斑点形状的横截面。在本实施例中，提供一种新颖的偏转***以调整穿过其中的离子束的束特性。具体来说，新颖的偏转***可以形成静电扫描器的一部分并且可以用于以某种方式扫描束以及使束成形，从而补偿由其他束线组件引起的不均匀性。如下详述，在各种实施例中，将一组弯曲的静电板对与诸如磁性准直器等束准直器结合使用，以减小在整个衬底上扫描离子束时离子束的垂直角展度(Vertical angle spread)的不均匀性。

具体来说，本实施例的静电扫描器可以与传统的磁性准直器一起使用，以减小垂直离子束角展度以及整个衬底上垂直离子束角展度的不均匀性，所述衬底在离子行进通过磁性准直器之后被引入到传统的离子注入***中。这种特定的不均匀性是由于在许多传统的离子注入机中，准直器磁体组件的几何结构使得准直器磁体将离子的外曲线轨迹比内曲线轨迹弯曲更大的偏转角。这导致接近外曲线的离子束部分中的离子的更多聚焦，并且导致更多会聚的离子束或更少发散的(根据特定束的性质)离子束到达那些部分处的衬底。在如今的离子注入设备的一个实例中，当发散的束撞击在暴露于离子束“内曲线”部分一侧处的衬底时，可以朝向暴露于离子束“外曲线”部分的衬底的一侧产生几乎平行的束，从而在一个实例中，导致在整个衬底的多个位置处垂直角展度介于接近零度(＜～0.1°)到0.5°与1°之间的范围内。

图1A示出离子注入设备100的一般特征的俯视图，而图1B示出符合本实施例的离子注入设备100的选择组件的细节的俯视图。离子注入设备100的各种元件包含离子源102、分析磁体104、静电扫描器106、磁性准直器108以及衬底平台110。离子注入设备100经配置以生成离子束112并将离子束112传递到衬底114。在图1A中说明的特定配置可以尤其适合于中等电流离子注入。然而，所述实施例并不受限于此上下文。对离子注入设备100的各种组件，包含离子源102、分析磁体104、质量分析狭缝(未单独示出)以及衬底平台110的操作已为人熟知并且在此省略对此类组件的进一步论述。

如在图1A中所说明，离子束112沿着传播方向在离子源102与衬底平台110之间变化的路径所引导。为了便于下文讨论，采用不同坐标系以描述所示本实施例的操作。在静电扫描器处使用第一笛卡耳坐标系，其组件被标记为Y、Xs以及Zs，而在磁性准直器108的出口处使用第二笛卡耳坐标系，其组件被标记为Y、Xc以及Zc。在每个坐标系中，Y方向为相同的绝对方向。不同坐标系的Z方向在每种情况下沿着处于特定点的离子束的传播方向。因此，绝对方向Zc不同于Zs。类似地，Xc不同于Xs。然而，Xc和Zc界定“X-Z”平面，该平面可能与由Xs和Zs界定的平面为共同平面。

如同传统的设备一样，离子注入设备100使离子束112沿着磁性准直器108内的弧形弯曲。在此情况下，离子束112在位于X-Z平面中的弧形内弯曲，其中X-Z平面垂直于Y方向。在图式中，当离子束112朝向图1A的俯视图中的衬底114传播时，离子束112被示为朝向右侧弯曲。如下详述且符合传统的离子注入设备，磁性准直器108经配置，使得与在内曲线位置I处离子束112的弧形内部处的离子束聚焦相比，在外曲线位置O处离子束112的弧形外部的离子束聚焦有所不同。这归因于磁性准直器108的构成组件(未单独示出)的布置。此类传统的磁性准直器布置具有设计简单且紧密的优点。然而，当离子束112向衬底114传播时，由磁性准直器108产生的可变聚焦转化成沿着Xc方向施加至离子束112的可变聚焦。具体来说，在此称为离子束112的“垂直聚焦”在外曲线点O与内曲线点I之间是有差异的。如所提及，垂直聚焦指示离子束相对于与X-Z平面正交的Y方向的聚焦。相关术语“垂直角展度”是指离子轨迹相对于与Y方向垂直的Xc-Zc平面的角度范围。举例来说，处于外曲线位置O的离子可以具有平行的轨迹，这些平行的轨迹全部与Y方向正交并且平行于Xc-Zc平面，在此情况下垂直角展度为零。另一方面，处于内曲线位置I的离子轨迹相对于Xc-Zc平面可以在高达约一度的角度范围内变化，在此情况下就可以说垂直角展度称为一度。

在本实施例中，诸如静电扫描器106等静电扫描器包含新颖的偏转板或“扫描板”，其经配置以减小在离子束中产生的可变聚焦。如下文所示，具体来说，扫描板的设计经布置以补偿由诸如准直器磁体等元件引起的可变聚焦。这会增加注入过程的整体均匀性，并且在衬底特性受离子注入过程中离子轨迹的角变化影响的整个衬底上产生更好的均匀性。

转向图1B，图1B示出离子注入设备100的细节，其说明符合本实施例的扫描板以及准直器磁体的相互关系。为了补偿诸如磁性准直器108等磁性准直器的可变聚焦，诸如静电扫描器106等静电扫描器配置有扫描板，所述扫描板在Xs-Y平面中具有非线性形状(在随后的图3A至3B以及图4至5中示出)。这具有调整在沿Xs(以及Xc)方向的位置上离子的有效焦距，从而减少垂直角展度的效果。由于离子束可以作为高的(沿Y方向)和窄的(沿Xs方向)离子束进入静电扫描器，因此通过本实施例提供的垂直均匀性的控制可能比水平均匀性的控制更重要。

如图1B中所说明，离子束112穿过静电扫描器106，所述静电扫描器包含设置在离子束112的相对侧上并且提供便于离子束112穿过的间隙的凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204。在图1B中不含细节地示意性地示出了凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204。然而，下文论述的图3A至3D说明了凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204的示范性细节。在图3A至3D中详细说明的各种实施例中，凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204可以各自包含一个或多个扫描板，使得凹面扫描器部分202的每个扫描板与凸面扫描器部分204的扫描板配对。具体来说，凹面扫描器部分202呈现面对离子束112(如随后图式中所示在Xs-Y平面内)的凹面，而凸面扫描器部分204呈现面对所述离子束的凸面。这具有如下效果：增加位于凹面扫描器部分202附近的离子的离子轨迹的垂直发散，并且减少位于凸面扫描器部分204附近的离子的离子轨迹的垂直发散。

如图1B中进一步示出，离子束112，诸如中心射线轨迹115，离开静电扫描器106，其中中心射线轨迹115界定Z_S方向。然而，由于静电扫描的效果，从图1B的角度看，那些更靠近凹面扫描器部分202的离子可能向左侧发散，而那些更靠近凸面扫描器部分204的离子向右侧发散。这样使得离子束112在接近磁性准直器108时成扇形散开，尽管离子束的平均传播方向可能平行于Z_S方向。

当离子束112进入磁性准直器108时，离子束112沿弧形120弯曲，所述弧形包含针对不同离子轨迹的多个单独的弧形。为清楚起见，在本文中采用以下定则。弧形120的内部部分122由那些更靠近凸面扫描器部分204的离子轨迹组成，而所述弧形的外部部分124由那些更靠近凹面扫描器部分202的离子轨迹组成。图1B中还示出了突出的扫描器位置202A以及突出的扫描器位置204A，其分别表示当凹面扫描器部分202和凸面扫描器部分204各自沿着平行于Zs的方向移动时的位置。使用此定则，弧形120朝向突出的扫描器位置204A并且远离突出的扫描器位置202A弯曲。如下详述，沿内部部分122行进的离子束112的离子经受凸面静电扫描板(凸面扫描器部分204)附近的局部电场以及由磁性准直器108施加的较小会聚性磁场的综合效应。沿外部部分124行进的离子束112的离子经受凹面静电扫描板(凹面扫描器部分202)附近的局部电场以及由磁性准直器108施加的较高会聚性磁场的综合效应。这些相互抵触的电场和磁场效应在本实施例中得到平衡以整体减小离子束112内的垂直发散。

现在转向图2A至图2B、图3A至图3D以及图4至图5，这些图中示出了弯曲的扫描板设备以及由此类扫描板提供的离子束特性的控制的详细实例。此类弯曲的扫描板设备称为“静电扫描器”并且执行静电扫描器的功能，以扫描离子束以及生成离子束的不同垂直聚焦，从而补偿磁性准直器施加的可变聚焦。具体来说，图3C和图3D分别描绘静电扫描器的透视图和俯视图，而图3A、图3B、图4和图5描绘静电扫描器的正视图。

为了突出离子束可变聚焦的作用，图2A和图2B将磁性准直器108和静电扫描器106描绘为一组光学元件，从而示出其对于离子束聚焦特性的作用，并且离子束聚焦具体来说是在平行于图式中所示Y方向的垂直方向上的聚焦。

在一个实例中，本发明人已经根据沿Xc方向的位置分析了已知磁性准直器的特性。如图2A中所示，对应于外曲线位置O(见图1A)的磁性准直器的外曲线部分108O具有约1.2m的垂直焦距，如后焦平面121所指示，而对应于内曲线位置I的内曲线部分108I具有3m的焦距，如后焦平面123所指示。为了补偿此可变聚焦，在诸如静电扫描器106等本实施例的静电扫描器中提供一组弯曲的静电板。如上文所述，弯曲的静电板(下文还称为“扫描板”)用于提供可变聚焦，以补偿磁性准直器在内曲线与外曲线之间的聚焦变化。在一个实例中，弯曲的静电板用于有效地提供用以补偿外曲线部分焦距的发散透镜125以及用以补偿内曲线部分焦距的会聚透镜126，以确保在整个离子束上将离子束的垂直发散最小化。

原则上，对由磁性准直器产生的离子束可变垂直聚焦的补偿可以以不同的方法加以处理。举例来说，可以将发散透镜放置在传统静电扫描器的下游，朝向离子束的外曲线部分，而将会聚透镜放置成朝向离子束的内曲线部分。然而，由于在静电扫描器操作过程中离子束沿着Xs方向被快速扫描，因此垂直聚焦的变化要精确地与扫描同步。这在技术上要繁琐地添加另一光学元件来实现此同步，并且需要高压放大器以在相同的频率以及由静电扫描器的三个扫描板产生相同的波形下驱动光学元件。校正磁性准直器的垂直聚焦的此变化的另一方法是使用例如所谓的双倍(或三倍)指标设计来设计并实施定形的磁极片准直磁体以取代传统的磁性准直器设计。然而，这将增加磁体的尺寸、成本以及复杂度，并且将不能对现有的离子注入设备进行改装。因此，具有弯曲扫描板的本实施例的静电扫描器呈现精细且有效的方法以最小化整个衬底上的离子束的垂直角展度。

现在转向图3A，其示出了包含凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204的静电扫描器211。在此实施例中，凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204可以各自包括充当电极的单个板。图3A的视角是在静电扫描器211的点处沿Zs方向在传播方向上向下游观察。离子束112由束高度H_B以及束宽度W_B来界定，其中H_B大于W_B。一对电压源V1和V1′分别耦合到凹面扫描器部分202和凸面扫描器部分204上，其中V1输送不同于V1′的电压。在一些实施方案中，电压源V1和V1′以交流信号施加，其中对于大部分交流循环而言，V1和V1′具有不同的电压值。当电压值不同时，在凹面扫描器部分202与凸面扫描器部分204之间产生电场。凹面扫描器部分202向Xs-Y平面中的离子束112呈现凹面内表面203，而凸面扫描器部分204向离子束112呈现凸面内表面205。第一内表面，即凹面内表面203的凹面形状以及第二内表面，即凸面内表面205的凸面形状二者可以界定Xs-Y平面中的径向弧形。

在特定实施方案中，由V1以及V1′输送的电压值在任何指定时刻可以具有相同量值和相反极性，当二者均等于零时除外。然而，由于凹面扫描器部分202在Xs-Y平面中呈现凹面内表面203，凸面扫描器部分204呈现凸面内表面205，因此所产生的电场并不关于Y(垂直)方向对称。这导致在凹面扫描器部分202与凸面扫描器部分204之间来回扫描束时离子束112的可变垂直聚焦。

尽管图3A的实施例将扫描器部分绘示为定形为厚度恒定的板，但在其他实施例中，凹面以及凸面扫描器部分可以具有其他形状。图3B说明了另一个静电扫描器250，其中，如图3A的实施例中一样，凹面扫描器部分202具有面对离子束112的凹面，并且凸面扫描器部分204具有面对离子束112的凸面。然而，在此实施例中，凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204的外部部分平行于Y方向定向。值得注意的是，假定向对应的凹面以及凸面部分施加相同的间隔和相同的电压，则图3A和图3B的配置均可以产生相同的电场。

如前所述，在一些实施例中，凹面扫描器部分202和凸面扫描器部分204可以各自包含多个扫描板。图3C描绘静电扫描器260的一个变型的俯视图，其中凹面扫描器部分202和凸面扫描器部分204各自包含一个短扫描板和一个长扫描板。如图所示，凹面扫描器部分202包含正面扫描板208以及背面扫描板206，其分别与凸面扫描器部分204的正面扫描板212以及背面扫描板210相对。如图3C中进一步所示，Xs-Z平面中的静电扫描器260的形状可以类似于传统的静电扫描器，其中电极(扫描部分)远离彼此张开。尽管如此，在一些实施例中，Xs-Y平面中一对正面扫描板208和正面扫描板212的形状以及一对背面扫描板206和背面扫描板210的形状可以类似于图3B中所示的板对的形状。因此，正面扫描板208和背面扫描板206的对应表面，即表面214和表面220，在Xs-Y平面中相对于离子束222呈现凹面弧形，且正面扫描板212和背面扫描板210的对应表面218、216在Xs-Y平面中相对于离子束222呈现凸面弧形。

在操作中，在一个实例中，可以在正面扫描板208与正面扫描板212之间施加可变电压，但不向背面扫描板206和背面扫描板210施加电压。具体来说，可以在正面扫描板208与正面扫描板212之间以交流信号施加电压波形，其中极性在正面扫描板208与正面扫描板212之间变化。这引起了穿过界定在正面扫描板208与正面扫描板212之间的间隙223的离子束222的不同偏转。具体来说，离子束222在水平方向上，也就是沿着Xs方向经扫描光栅，从而产生离子束222的形状，如在图3C中所示的时间平均的离子束包络。在另一实例中，可以在正面扫描板208与正面扫描板212之间并且同步地在背面扫描板206与背面扫描板210之间施加可变电压信号。

如前所述，由于经凹面扫描器部分202以及凸面扫描器部分204产生的电场并不关于Y方向对称，因此当沿着Xs方向来回扫描离子束222时，与离子束222更靠近凹面扫描器部分202定位时不同，离子束222更靠近凸面扫描器部分204定位时在Y方向上不同地聚焦。

参见图4可以更好地理解由前述静电扫描器中的任一者提供的可变垂直聚焦的起源，图4呈现面对沿Zs方向下游的静电扫描器270的另一实施例。静电扫描器270包含设置在离子束276的相对侧上的凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274。在图4所示的实例中，离子束276大致位于在凹面扫描器部分272与凸面扫描器部分274之间的中间位置。离子束276沿Y方向相对较高并且沿Xs方向相对较窄。在操作中，离子束276经历不同的静电偏转场，其中电场极性可以每秒转换多次。虚线意图表明等位线，其中沿任何指定线的电压为常量。与电场方向通常可以沿着Xs方向延伸的传统静电扫描器不同，箭头278、280分别说明了处于离子束276的顶部以及底部部分的电场的不同方向。如图所示，这些部分中的电场并不平行于Xs方向，而是朝着凸面扫描器部分204会聚。当沿着Xs方向来回扫描离子束时，电场的净效应是在离子束沿更靠近凹面扫描器部分202的外轨迹定位时提供更多垂直发散的聚焦，并且在离子束沿更靠近凸面扫描器部分204的内轨迹定位时提供垂直会聚的聚焦。

图5还呈现面对沿Zs方向下游的静电扫描器270的视图，其中一组传统的扫描板叠加在静电扫描器270的凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274上。传统的左侧扫描板283以及传统的右侧扫描板285彼此平行且平行于Y方向延伸。在此情况下，由传统扫描板产生的静电场会沿Xs方向。此类传统静电场并不补偿由如上文所论述的诸如磁性准直器108等准直器磁体产生的可变垂直聚焦。与此相反，由凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274提供的弯曲的静电扫描板配置可以与在离子束276的扫描期间产生的离子束偏转精确同步地提供可变垂直聚焦。因此，每当离子束276接近对应于外曲线位置O(见图1A和图1B)的凹面扫描器部分272时，在凹面扫描器部分272与凸面扫描器部分274之间产生的静电场提供大致垂直的聚焦，以补偿磁性准直器108在外曲线位置O处可能另外产生的任何垂直角展度。当离子束276接近对应于内曲线位置I的凸面扫描器部分274时，在凹面扫描器部分272与凸面扫描器部分274之间产生的静电场提供大致垂直的聚焦，以补偿磁性准直器108在内曲线位置I处可能另外产生的任何垂直角展度。应注意在图4和图5中示出的凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274的一般形状可能表示任何对相对扫描板的横截面，诸如在一个实例中的正面扫描板208以及正面扫描板212，或在另一实例中的背面扫描板206以及背面扫描板210。当然，如图3C的俯视图所示，在背面扫描板206以及背面扫描板210的情况下，沿着Xs方向在凸面扫描板与凹面扫描板之间的绝对间隔可能更大。

在各种实施例中，静电扫描器的扫描部分的尺寸以及形状定制成在指定离子注入***中产生的离子束的离子束尺寸。举例来说，指定束线设备可以经配置以在穿过静电扫描器270时生成具有如图5中以H_B示出的最佳束高度的离子束。如图5中所示，凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274可以以恒定水平间隔W_SCAN间隔开，此间隔与传统左侧扫描板283以及传统右侧扫描板285所示出的传统布置的间隔相同。这有利于针对指定施加电压能够在静电扫描器270中生成与在传统扫描器中相同的静电场强度，传统扫描器具有与间隔W_SCAN相同的扫描器电极(板)间隔。

为了将可变垂直聚焦正确地应用于此类离子束276，因此可能需要布置凹面以及凸面扫描器部分以界定一组上部及下部拐点(inflection point)，其中凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274的内表面与其传统扫描板相对应的部件，即传统左侧扫描板283以及传统右侧扫描板285的内表面一致。这种情况在图5中示出，图5示出了该组拐点A、B、C、D，其中点A和C以及点B和D以由垂直线291和垂直线293示出的距离W_SCAN间隔开，此距离与传统左侧扫描板283和传统右侧扫描板285的恒定间隔相同。此外，拐点A和B与传统左侧扫描板283的内表面重叠(在Xs-Y平面中)，而拐点C和D与传统右侧扫描板285的内表面重叠(在Xs-Y平面中)。如图5中进一步示出，拐点A和C与离子束276的顶部286的位置大致对准，并且拐点B和D与离子束276的底部288的位置大致对准。在这种配置中，凹面扫描器部分272和凸面扫描器部分274的间隔使得离子束276由在该间隔之间产生的电场来正确地定形。具体来说，电场强度与由传统扫描左侧扫描板283以及传统右侧扫描板285界定的传统布置的电场强度相同。此外，与由传统扫描左侧扫描板283以及传统右侧扫描板285提供的传统静电扫描板布置相比，离子束276在经来回扫描光栅时实质上更不可能切除凹面扫描器部分272以及凸面扫描器部分274的边缘。即使当产生的离子束290具有比标准尺寸更大的尺寸时，使用图5中所示的配置也可以防止离子束290撞击在斜角特征282、284上。

在一些实施例中，静电扫描器的凹面以及凸面部分二者在Xs-Y平面中可以具有圆弧的形状。然而在其他实施例中，为了补偿扫描板沿Y方向的有限尺寸，具体来说可以在凹面扫描板内提供较高阶特征。这会补偿由于与离子束高度相比扫描板沿Y方向的受限高度而可能产生的像差。此较高阶特征可以有效地在凹面扫描板的相对侧处提供增强的曲度，如斜角特征282、284所示。

在各种实施例中，扫描板的第一内表面的凹面形状可以界定弧形，此弧形具有中心部分的第一曲度以及在弧形末端部分上的大于第一曲度的第二曲度。如在静电扫描器270中所例示，增强的曲度有效地减少了静电扫描器270的最上部部分或最下部部分的距离W_SCAN的值。在其他实施例中，可以通过在Xs-Y平面中形成扫描板的抛物线形状来提供朝向扫描板上端及下端的增强的曲度。在又一些实施例中，扫描板可以具有由较高阶多项式界定的形状，其经最佳化以减小像差及其他不理想的束特征。

综上所述，本实施例提供一种新颖的静电扫描器以减小由传统设备产生的离子束的垂直角展度。通过提供由静电扫描板形成的弯曲扫描器部分，本实施例调整由传统磁性准直器产生的可变垂直聚焦。符合本实施例的扫描板的确切形状可以根据由磁性准直器产生的可变垂直聚焦来定制。因此，使弧形的内区域与外区域之间的离子束的垂直聚焦产生相对较大变化的磁性准直器可以与当离子束在凸面扫描板与凹面扫描板之间偏转时使垂直聚焦产生相对较大变化的一组扫描板耦合。

具体来说，在整个衬底或晶片上实现垂直角展度的减小，使得垂直角展度沿扫描方向(Xs或Xc)是均匀的，并且通常比传统操纵的离子束的特定部分中发现的垂直角展度小得多。在一些实施例中，弧形的内部部分以及外部部分的离子的垂直角展度小于0.2度，离子束在传递至衬底之前由磁性准直器通过此弧形弯曲。

这可以有助于确保在三维装置结构内的掺杂剂的精确定位，其中考虑到现有离子注入设备的离子角展度，所述三维装置结构的纵横比具挑战性。此外，此种减小整个衬底上离子束的垂直角展度的能力可能对刻意沿着取道方向进行注入的应用尤其重要。在后述的情况中，即使注入离子的垂直角展度的较小变化也可能导致注入深度的实质性变化，并且从而导致整个衬底上装置特性的实质性变化。

本发明的范围不应受本文所描述的具体实施例限制。实际上，所属领域的一般技术人员根据以上描述和附图将了解(除本文所描述的那些实施例和修改外)本发明的其他各种实施例和对本发明的修改。因此，此类其他实施例和修改既定属于本发明的范围内。此外，尽管本文已出于特定目的而在特定实施方案情况下以特定环境描述了本发明，但所属领域一般技术人员将认识到，本发明的效用不限于此，并且本发明可以有利地在许多环境中实施用于许多目的。因此，应鉴于如本文所描述的本发明的整个广度和精神来解释上文陈述的权利要求。

Claims (14)

1.一种静电扫描器，用以在离子注入机中扫描离子束，包括：

第一扫描板，其具有面向所述离子束的第一内表面，所述第一内表面在垂直于所述离子束的传播方向的第一平面中具有凹面形状；以及

与所述第一扫描板相对的第二扫描板，所述第一扫描板与所述第二扫描板以间隙间隔开以容纳所述离子束，所述第二扫描板具有面向所述离子束的第二内表面并且在所述第一平面中具有凸面形状，所述第一扫描板以及所述第二扫描板经配置以在所述间隙中生成静电场，从而沿着垂直于所述离子束的所述传播方向的水平方向来回扫描所述离子束。

2.根据权利要求1所述的静电扫描器，其中所述第一内表面的所述凹面形状以及所述第二内表面的所述凸面形状二者界定所述第一平面中的径向弧形。

3.根据权利要求1所述的静电扫描器，其中所述第一内表面的所述凹面形状界定弧形，所述弧形具有中心部分的第一曲度以及在所述弧形的末端部分上的大于所述第一曲度的第二曲度。

4.根据权利要求1所述的静电扫描器，其中所述第一内表面的所述凹面形状以及所述第二内表面的所述凸面形状各自具有所述第一平面中的抛物线形状。

5.根据权利要求1所述的静电扫描器，其中所述第一扫描板以及所述第二扫描板可交互操作以：

在所述离子束接近所述第一扫描板时，在垂直于所述水平方向并且垂直于所述离子束的所述传播方向的垂直方向上生成所述离子束的第一垂直聚焦；以及

在所述离子束接近所述第二扫描板时，在所述垂直方向上生成所述离子束的第二垂直聚焦，

所述第一垂直聚焦比所述第二垂直聚焦更发散。

6.根据权利要求1所述的静电扫描器，其中在所述第一扫描板与所述第二扫描板之间来回扫描所述离子束时，所述离子束的垂直聚焦不断变化。

7.一种离子注入***，包括：

静电扫描器，用以扫描离子束，所述静电扫描器包括：

第一扫描板；

与所述第一扫描板相对的第二扫描板；

所述第一扫描板和所述第二扫描板以间隙间隔开以引导所述离子束穿过其中，并且经配置以在所述间隙间生成静电场；以及

磁性准直器，可经操作以使所述离子束在第一平面内的曲线中弯曲，

其中所述曲线包括外曲线部分以及内曲线部分，

其中所述第一扫描板以及所述第二扫描板可交互操作以沿着垂直于所述第一平面的垂直方向生成所述离子束的可变垂直聚焦，且其中沿着所述外曲线部分的垂直聚焦比沿着所述内曲线部分的垂直聚焦更发散，

其中所述第一扫描板具有面向所述离子束的第一内表面并且在垂直于所述离子束的传播方向的垂直平面中具有凹面形状；且

其中所述第二扫描板具有面向所述离子束的第二内表面并且在所述垂直平面中具有凸面形状。

8.根据权利要求7所述的离子注入***，其中所述第一扫描板以及所述第二扫描板可交互操作以：

在所述离子束接近所述第一扫描板时，沿着所述垂直方向生成所述离子束的第一垂直聚焦；以及

在所述离子束接近所述第二扫描板时，沿着所述垂直方向生成所述离子束的第二垂直聚焦，

所述第一垂直聚焦比所述第二垂直聚焦更发散。

9.根据权利要求7所述的离子注入***，其中在所述第一扫描板与所述第二扫描板之间来回扫描所述离子束时，所述离子束的垂直聚焦不断变化。

10.根据权利要求7所述的离子注入***，还包括质量分析狭缝，所述质量分析狭缝经配置以将所述离子束传递至在所述垂直方向上具有束高度的所述静电扫描器，所述垂直方向垂直于所述离子束的传播方向，

所述第一扫描板以及所述第二扫描板沿着垂直于所述垂直方向的水平方向界定其间的水平间隔，其中所述第一扫描板以及所述第二扫描板各自具有第一拐点以及第二拐点，所述第一拐点以及所述第二拐点以等于所述束高度的距离间隔开并且与对应的第一垂直线以及第二垂直线相交，所述第一垂直线以及所述第二垂直线由所述水平间隔隔开并且平行于所述垂直方向。

11.根据权利要求7所述的离子注入***，其中所述磁性准直器经配置以将所述离子束传递至衬底，所述衬底沿着所述内曲线部分的垂直聚焦与沿着所述外曲线部分的垂直聚焦相等，所述垂直聚焦沿着所述垂直方向，并且其中所述曲线的内部部分以及外部部分的离子的垂直角展度小于0.2度。

12.一种用于处理离子束的方法，包括：

在第一扫描板与第二扫描板之间引导所述离子束，所述第一扫描板具有在面对所述离子束的内表面上的凹曲度，所述第二扫描板具有在面对所述离子束以及所述第一扫描板的内表面上的凸曲度，所述凹曲度以及所述凸曲度位于第一平面中；以及

在垂直于所述离子束的传播方向的水平方向上使用所述第一扫描板与所述第二扫描板之间的波动电场来回扫描所述离子束。

13.根据权利要求12所述的用于处理离子束的方法，其中在所述离子束接近所述第一扫描板时，所述波动电场在垂直于所述水平方向以及垂直于所述离子束的所述传播方向的垂直方向上生成所述离子束的第一垂直聚焦，并且在所述离子束接近所述第二扫描板时，在所述垂直方向上生成所述离子束的第二垂直聚焦，所述第一垂直聚焦比所述第二垂直聚焦更发散。

14.根据权利要求12所述的用于处理离子束的方法，还包括利用通过曲线的磁场使所述离子束远离所述第一扫描板的突出扫描器位置并且朝向所述第二扫描板的突出扫描器位置弯曲，所述曲线位于垂直于所述第一平面的第二平面内，其中所述磁场在整个所述曲线上生成所述离子束的可变垂直聚焦，并且其中离开所述磁场在所述曲线的内曲线部分上以及沿着所述曲线的外曲线部分的离子的垂直角展度各自小于0.2度。