專利名稱：一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)及離子束束流品質(zhì)檢測的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子束注入領(lǐng)域，具體為一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)及離子束束流品質(zhì)檢測的方法。
背景技術(shù)：
早在20世紀(jì)60年代，離子注入技術(shù)就應(yīng)用在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)上。離子注入技術(shù)就是將某種元素的原子進行電離，并使其在電場中加速，獲得較高的速度后射入固體材料的表面，以該表這種材料表面的物理或者化學(xué)性能的一種技術(shù)。從1858年世界上第一塊集成電路誕生至今的50多年中，世界集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，經(jīng)歷小規(guī)模(數(shù)百個元件)、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模、到今天已進入特大規(guī)模(千萬以上個元件)的時代。隨著集成度的提高和電路規(guī)模的增大，電路中單元器件尺寸不斷縮小，圖形特征尺寸成為每一代電路技術(shù)的特有表征。20世紀(jì)末，集成電路制造技術(shù)主流為0.13微米的8英寸硅片；但是經(jīng)過幾年的時間，100納米，65納米，32納米的工藝也陸續(xù)進入生產(chǎn)；同時受到經(jīng)濟利益的驅(qū)動，集成電路制造廠商追求更低的生產(chǎn)成本和更高的生產(chǎn)效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，從而可以在單塊硅片上可以生產(chǎn)更多的器件。隨著關(guān)鍵尺寸的減小和硅片尺寸的增大，對各種生產(chǎn)設(shè)備的要求也越來越高。離子注入設(shè)備在束平行度、注入劑量的準(zhǔn)確性、均勻性等方面也受到非常嚴峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)晶片的尺寸還在150_或者更小的時候，法拉第可以精確測量到離子束的束流值大小，并且均勻性也滿足大規(guī)模集成的 要求。但是當(dāng)硅片尺寸增大到300_后，僅僅通過一個法拉第來測量束流值大小，已經(jīng)不能滿足要求。隨著晶片的尺寸增大，同一晶片上的器件注入的劑量變差會越大；離子束在使用的過程中束流的品質(zhì)是變化的，實時監(jiān)控束流也變得必要；束平行性也需要測量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的法拉第系統(tǒng)難以監(jiān)控束流的不足，本發(fā)明旨在提供一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)及離子束束流品質(zhì)檢測的方法，該法拉第系統(tǒng)可檢測離子注入設(shè)備產(chǎn)生的離子束的束流品質(zhì)，保證注入工件的離子束各方面均滿足要求，從而提高注入工件的良品率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是，包括具有真空腔體的靶室；置于靶室內(nèi)的靶臺、移動法拉第、角度法拉第、閉環(huán)法拉第和電子淋浴器；用于固定工件的所述靶臺位于電子淋浴器的正下方；用于檢測離子束注入工件之前的束流量的所述移動法拉第位于靶室上部，且可沿著離子束寬度方向，即X方向往復(fù)移動；與所述移動法拉第配合測量離子束相對于X方向的傾斜角度α并監(jiān)控離子束劑量的所述角度法拉第位于靶室下部；用于實時監(jiān)控離子束的注入束流和劑量的所述閉環(huán)法拉第位于電子淋浴器與角度法拉第之間，且該閉環(huán)法拉第位于離子束的外側(cè)；所述角度法拉第由多個法拉第杯在X方向上并列布置而成，且兩端的兩個法拉第杯之間的距離不小于離子束的束寬，所述移動法拉第和閉環(huán)法拉第各包括一個法拉第杯；用于在離子注入前中和離子束中電子的所述電子淋浴器位于移動法拉第和靶臺之間；
所述法拉第杯包括磁抑制裝置，位于磁抑制裝置兩磁極之間的外電極，位于外電極內(nèi)側(cè)的內(nèi)電極，位于外電極和內(nèi)電極之間的抑制電極；所述抑制電極與所述內(nèi)電極電連接。以下為本發(fā)明的進一步改進的技術(shù)方案:
為了防治內(nèi)、外電極接觸，所述外電極與內(nèi)電極之間設(shè)有絕緣子。作為一種驅(qū)動移動法拉第的法拉第杯沿X方向往復(fù)移動的驅(qū)動形式，所述的移動法拉第的法拉第杯與驅(qū)動電機相連。進一步地，所述閉環(huán)法拉第和注入工件、靶臺處于同一平面，便于實時監(jiān)控離子束注入工件的注入束流和劑量。為了防止閉環(huán)法拉第中的磁場對注入過程產(chǎn)生干擾，所述閉環(huán)法拉第外設(shè)有屏蔽外罩。 作為一種具體例子，所述角度法拉第包括5個或7個法拉第杯，相鄰兩個法拉第杯之間的距離相等。作為具體的工件固定方式，所述靶臺通過機械夾持或靜電吸附固定工件。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述工件優(yōu)選為晶片。所述離子束優(yōu)選為帶狀束。進一步，本發(fā)明還提供了一種利用以上所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)進行離子束束流品質(zhì)檢測的方法，其特點是，其包括如下步驟:
1)在離子束注入工件之前，首先驅(qū)動移動法拉第沿著束寬度方向進行掃描，獲得離子束的束流值大??；并通過離子注入設(shè)備的控制設(shè)備將離子束的束流值大小調(diào)整符合指標(biāo)要求；
2)在移動法拉第移動擋住部分離子束時，角度法拉第上會產(chǎn)生陰影，根據(jù)此時移動法拉第的位置與角度法拉第的距離計算出離子束相對于X方向的傾斜角α ;并將該傾斜角α調(diào)整至90° ;
3)離子束注入工件時，移動法拉第位于離子束的外側(cè)；所述閉環(huán)法拉第實時監(jiān)控離子束的注入束流和劑量。藉由上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所述的用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)包括移動法拉第、角度法拉第、閉環(huán)法拉第、電子淋浴器、用于注入工藝的真空腔體以及固定工件的靶臺。其中所有法拉第杯都帶有電抑制和磁抑制功能，消除因為二次電子和反向散射電子帶來的測量誤差。離子束由離子源產(chǎn)生經(jīng)后過引出、分析、加速、掃描后進入工藝腔，即靶室。在注入工件之前，首先經(jīng)過移動法拉第采集離子束束流的大小，移動法拉第位于束流進入靶室的入口處，由驅(qū)動電機裝置沿著束寬度方向進行掃描，獲得離子束的束流分布。通過離子注入設(shè)備的控制設(shè)備進行調(diào)整得到符合要求的束流。在注入過程中移動法拉第停止在安全區(qū)域。閉環(huán)法拉第位于靶臺的同一平面，用于實時監(jiān)控束流值大小和注入劑量。由于閉環(huán)法拉第相對靶臺處于束流的邊緣，靶臺處于束流的中央位置。由于束的不均勻性，在邊緣處和中心處的束流值大小存在偏差。為了使得移動法拉第和閉環(huán)法拉第使用同一個標(biāo)準(zhǔn)，故需要對閉環(huán)法拉第進行校正。閉環(huán)法拉第臨近注入工件(晶片)，為防止電場和磁場對注入產(chǎn)生干擾，閉環(huán)法拉第還需增加屏蔽外罩。角度法拉第位于靶臺的正后方，角度法拉第有多個法拉第杯組成，多個法拉第杯以等間距分布，兩端的兩個法拉第杯的距離和靶臺的寬度相同。當(dāng)移動法拉第杯運動某個位置時擋住離子束，投射在角度法拉第杯上就會有個陰影。根據(jù)此時移動法拉第的位置和角度法拉第的距離即可算出傾斜角。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用多個法拉第裝置進行束流品質(zhì)測量，并測得的離子束滿足注入指標(biāo)要求后，靶臺運動到注入的位置準(zhǔn)備注入，同時為了消除電荷積累對晶片產(chǎn)生不良影響。還需要采用電子淋浴器來產(chǎn)生電子中和離子束的正電荷，提聞了廣品的良品率。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步闡述。


圖1為離子束注入前靶室在XY平面布局的示意 圖2為離子束注入時靶室在XY平面布局的示意 圖3為本發(fā)明所述法拉第杯的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，如圖1和2所示，包括進行離子注入工藝的腔體，即靶室20、以及固定晶片12的裝置靶臺21、一個可以沿著離子束寬度方向快速運動，用于在離子注入設(shè)備中離子束注入進工藝片之前束流的檢測的法拉第裝置移動法拉第30 ;一個參與閉環(huán)控制的法拉第裝置閉環(huán)法拉第32，用于實時監(jiān)控注入的束流和劑量；一個角度法拉第34，用于和移動法拉一起參與角度測量和劑量監(jiān)控；一個電子淋浴器26。在注入工藝前，有離子注入設(shè)備經(jīng)離子源產(chǎn)生等離子體，經(jīng)過引出裝置引出，再經(jīng)過質(zhì)量分析器來篩選出合適的離子，然后被加速，電掃描最后進入靶室20。本實施實例所述的離子束10為帶狀束。下面結(jié)合

如何控制注入的劑量、均勻性、注入角度等參數(shù)。為了精確控制注入劑量值，先要準(zhǔn)確測得離子束10束流值。如圖3所示所有法拉第杯包括內(nèi)電極3、外電極2、抑制電極4以及把內(nèi)電極3和外電極2隔開的絕緣子6、還有磁抑制裝置5，磁抑制裝置5由兩塊永久磁鐵組成，并一塊磁鐵的N極指向另外一塊磁鐵的S極。由于抑制電極4和內(nèi)電極3之間存在一個電場阻止二次電子IOb逃離，磁抑制裝置5產(chǎn)生磁場使得離子撞擊內(nèi)電極的側(cè)面，從而阻止反向散射離子IOa的逃離。因而消除了離子束轟擊電極外表面產(chǎn)生的二次電子IOb和離子撞擊電極后發(fā)生反向散射的離子IOa帶來的測量誤差。準(zhǔn)確測得離子束10的束流值，通過控制注入時間來實現(xiàn)注入劑量的精確控制。 均勻性的測量方法為在離子束10進入靶室20后，啟動驅(qū)動電機31驅(qū)動移動法拉第30沿X方向進行掃描，同時法拉第杯采集到離子束10沿X方向上的束流值。采集完成后將采集的值送給控制機進行分析，得出的束流如果符合要求則可以進行注入，反之則需要對光路中磁鐵的參數(shù)進行調(diào)整，同時閉環(huán)法拉第32也參與控制機的閉環(huán)控制。為了防止閉環(huán)法拉第32中的磁場對注入產(chǎn)生干擾，閉環(huán)法拉第32增加屏蔽外罩33。角度的測量由移動法拉 第30和角度法拉第34 —起完成。角度法拉第34由7個法拉第杯35組成，其中第一個杯和第七個杯分別位于靶臺的兩端位置處。當(dāng)移動法拉第杯30運動某個位置時擋住離子束，投射在角度法拉第杯34上就會有個陰影。根據(jù)此時移動法拉第30的位置和角度法拉第34的坐標(biāo)值即可算出傾斜角a。當(dāng)?shù)贸鲭x子束10的束流指標(biāo)后，且離子束10的所有指標(biāo)都符合注入要求，傳遞晶片12到靶臺21處，同時開啟電子淋浴器26產(chǎn)生的電子類似于噴淋的方式對離子束10進行電子中和過程，最后被淋浴過的離子束10注入到晶片12上。以上所述已對本發(fā)明的內(nèi)容做了詳盡說明。對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構(gòu)成對本發(fā)明的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求
1.一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，包括具有真空腔體的靶室(20);置于靶室(20)內(nèi)的靶臺(21)、移動法拉第(30)、角度法拉第(34)、閉環(huán)法拉第(32)和電子淋浴器(26);用于固定工件(12)的所述靶臺(21)位于電子淋浴器(26)的正下方；用于檢測離子束(10)注入工件(12)之前的束流量的所述移動法拉第(30)位于靶室(20)上部，且可沿著離子束(10)寬度方向，即X方向往復(fù)移動；與所述移動法拉第(30)配合測量離子束(10)相對于X方向的傾斜角度α并監(jiān)控離子束(10)劑量的所述角度法拉第(34)位于靶室(20)下部；用于實時監(jiān)控離子束(10)的注入束流和劑量的所述閉環(huán)法拉第(32)位于電子淋浴器(26)與角度法拉第(34)之間，且該閉環(huán)法拉第(32)位于離子束(10)的外側(cè)；所述角度法拉第(34)由多個法拉第杯(35)在X方向上并列布置而成，且兩端的兩個法拉第杯之間的距離不小于離子束(10)的束寬，所述移動法拉第(30)和閉環(huán)法拉第(32)各包括一個法拉第杯(35);用于在離子注入前中和離子束(10)中電子的所述電子淋浴器(26)位于移動法拉第(30)和靶臺(21)之間； 所述法拉第杯(35)包括磁抑制裝置(5)，位于磁抑制裝置(5)兩磁極之間的外電極(2)，位于外電極(2)內(nèi)側(cè) 的內(nèi)電極(3)，位于外電極(2)和內(nèi)電極(3)之間的抑制電極(4);所述抑制電極(4)與所述內(nèi)電極(3)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述外電極(2)與內(nèi)電極(3 )之間設(shè)有絕緣子(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述的移動法拉第(30 )的法拉第杯(35 )與驅(qū)動電機(31)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述閉環(huán)法拉第(32)和注入工件(12)、靶臺(21)處于同一平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述閉環(huán)法拉第(32)外設(shè)有屏蔽外罩(33)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述角度法拉第(34)包括5個或7個法拉第杯(35)，相鄰兩個法拉第杯之間的距離相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述靶臺(21)通過機械夾持或靜電吸附固定工件(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求f7之一所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述工件(12)為晶片。
9.根據(jù)權(quán)利要求f7之一所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)，其特征是，所述離子束(10)為帶狀束。
10.一種利用權(quán)利要求1、之一所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)進行離子束束流品質(zhì)檢測的方法，其特征是，包括如下步驟: 1)在離子束(10)注入工件(12)之前，首先驅(qū)動移動法拉第(30)沿著X方向進行掃描，獲得離子束(10)的束流值大小；并通過離子注入設(shè)備的控制設(shè)備將離子束的束流值大小調(diào)整符合指標(biāo)要求； 2)在移動法拉第(30)移動擋住部分離子束時，角度法拉第(34)上會產(chǎn)生陰影，根據(jù)此時移動法拉第(30)的位置與角度法拉第(34)的距離計算出離子束(10)相對于X方向的傾斜角α ;并將該傾斜角α調(diào)整至90° ;3)離子束注入工件(12)時，移動法拉第(30)位于離子束(10)的外側(cè)；所述閉環(huán)法拉第(32)實時監(jiān)控 離子束(10)的注入束流和劑量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)及離子束束流品質(zhì)檢測的方法。所述用于離子注入機靶室的法拉第系統(tǒng)包括進行離子注入工藝的腔體，即靶室、以及固定晶片的裝置靶臺、一個移動法拉第、一個閉環(huán)法拉第、一個角度法拉第、一個電子淋浴器。所述離子束束流品質(zhì)檢測的方法為，在注入工藝前，有離子注入設(shè)備經(jīng)離子源產(chǎn)生等離子體，經(jīng)過引出裝置引出，再經(jīng)過質(zhì)量分析器來篩選出合適的離子，然后被加速，電掃描最后進入靶室。本發(fā)明測得的離子束滿足注入指標(biāo)要求后，靶臺運動到注入的位置準(zhǔn)備注入，同時為了消除電荷積累對晶片產(chǎn)生不良影響，采用電子淋浴器來產(chǎn)生電子中和離子束的正電荷，提高了產(chǎn)品的良品率。
文檔編號H01J37/32GK103219217SQ201310096090
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者胡振東, 易文杰, 許波濤, 袁衛(wèi)華 申請人:中國電子科技集團公司第四十八研究所