專利名稱：離子注入系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種離子注入系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
離子注入方法用來把通常稱之為雜質(zhì)的原子或分子引入靶標(biāo)基片，從而改變基片材料的性能。離子注入方法可用于對材料進(jìn)行表面注入，以改變其物理和化學(xué)性能。尤其令人感興趣的是，用離子注入法在單晶或多晶硅中摻雜，是制造現(xiàn)代集成電路中的一種常規(guī)工藝過程。由于半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)逐漸趨向較大的半導(dǎo)體晶圓(從8英寸到12英寸，而現(xiàn)在已向18英寸發(fā)展)，目前單晶圓工藝(一次處理一片晶圓)已被廣泛地采用。晶圓工件越大，注入所需的時(shí)間就越長，達(dá)到一定的注入劑量均勻性和注入角度均勻性也越來越難以實(shí)現(xiàn)。在離子束應(yīng)用領(lǐng)域中，掃描離子束一般有兩種方式電掃描和磁掃描。導(dǎo)流系數(shù)較大的離子束在其傳輸過程中往往會(huì)發(fā)生束流崩潰，任何靜電勢在離子束傳輸中的存在， 都會(huì)影響到離子束的引出和傳輸，離子束的橫向尺寸會(huì)急劇增加，導(dǎo)致在離子束達(dá)到靶標(biāo)之前，就撞擊到離子束傳輸系統(tǒng)的物理邊界而損失掉了。因此，對于高導(dǎo)流系數(shù)的離子束傳輸，一般不使用任何電掃描裝置，而是使用磁掃描或不掃描離子束。在離子束應(yīng)用領(lǐng)域，磁掃描一般用的是二極磁鐵，用于瞬間偏轉(zhuǎn)離子束，但在該偏轉(zhuǎn)方向上二極磁鐵的聚焦效果很弱，而且在另外一個(gè)橫向的垂直維度上表現(xiàn)為散焦效應(yīng)， 所以如果要使束流保持一定的發(fā)散角度和傳輸效率，就需要另外再設(shè)置其他束流光學(xué)器件對其進(jìn)行聚焦，這樣將導(dǎo)致束流傳輸路徑變長，對束流的傳輸效率不利。另外，由于掃描磁鐵采用的一般是交流供電，因此當(dāng)需要通過掃描磁鐵使束流以較大的掃描幅度進(jìn)行掃描， 以在注入工位處使得束流在掃描方向上的寬度能夠大于或等于工件在掃描方向上的尺寸時(shí)，便顯然需要更寬大的掃描磁鐵真空腔以及更大的線圈交變電流，這會(huì)消耗更多的能量， 也將導(dǎo)致上述真空腔的發(fā)熱現(xiàn)象更加嚴(yán)重。這些局限將會(huì)給離子注入系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)帶來更多的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有離子注入系統(tǒng)中由于離子束需要被掃描磁鐵在較大的角度范圍內(nèi)掃描所帶來的一系列設(shè)計(jì)困難，提供一種能夠徹底解決上述一系列設(shè)計(jì)困難的離子注入系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種離子注入系統(tǒng)，其包括一離子源和一引出裝置，該引出裝置用于從該離子源引出一離子束，在離子束流的傳輸路徑上依次設(shè)有一掃描磁鐵，用于在一掃描方向上掃描束流；一質(zhì)量分析磁鐵，用于在與該掃描方向垂直的方向上偏轉(zhuǎn)束流，以從束流中濾除超出一預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍的離子；一校正磁鐵，用于在該掃描方向上將束流張角校正至一預(yù)設(shè)注入張角；一變速裝置，用于將束流加速或減速至一預(yù)設(shè)注入能量，并在與該掃描方向垂直的方向上使束流進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，以將束流偏轉(zhuǎn)至一預(yù)設(shè)注入方向；一工件掃描裝置，用于掃描一工件，使該工件穿過束流以完成注入；其特點(diǎn)在于，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該質(zhì)量分析磁鐵與該校正磁鐵之間的束流傳輸路徑上的調(diào)整磁鐵，用于在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。較佳地，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行高能離子注入時(shí)，該質(zhì)量分析磁鐵用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入口。較佳地，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和被設(shè)置為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角。較佳地，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行低能離子注入時(shí)，該質(zhì)量分析磁鐵用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至越過該變速裝置的入口，該校正磁鐵則還用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入口。較佳地，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和被設(shè)置為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角，而該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之差則被設(shè)置為使得束流在與該掃描方向垂直的方向上被偏轉(zhuǎn)至該變速裝置的入口。較佳地，該掃描磁鐵、該調(diào)整磁鐵和該校正磁鐵被設(shè)置為使得束流在到達(dá)該工件時(shí)，在該掃描方向上的束流寬度至少等于該工件在該掃描方向上的尺寸，該工件掃描裝置則用于在與該掃描方向垂直的方向上一維地掃描該工件。較佳地，該掃描磁鐵用于在該掃描方向上并在-10° 10°的范圍內(nèi)掃描束流。較佳地，該工件掃描裝置用于在與該掃描方向垂直的方向上相對快速地掃描該工件，并在與該掃描方向平行的方向上相對慢速地掃描該工件。較佳地，該掃描磁鐵的電流值被設(shè)置為使得該工件上的注入劑量在該掃描方向上均勻分布。較佳地，該質(zhì)量分析磁鐵用于將束流偏轉(zhuǎn)45° 120°。較佳地，該校正磁鐵用于在該掃描方向上將束流校正為平行傳輸。較佳地，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該工件處的束流診斷裝置，用于測量束流的流強(qiáng)分布和角度分布，并將測量結(jié)果反饋至一用于對該離子注入系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制單元。本發(fā)明的另一技術(shù)方案為一種利用上述離子注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的離子注入方法，其包括以下步驟=S1、利用該引出裝置從該離子源引出該離子束；s2、利用該掃描磁鐵在該掃描方向上掃描束流；S3、利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上偏轉(zhuǎn)束流，以從束流中濾除超出該預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍的離子；S4、利用該校正磁鐵在該掃描方向上將束流張角校正至該預(yù)設(shè)注入張角；S5、利用該變速裝置將束流加速或減速至該預(yù)設(shè)注入能量，并在與該掃描方向垂直的方向上使束流進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，以將束流偏轉(zhuǎn)至該預(yù)設(shè)注入方向；s6、利用該工件掃描裝置掃描該工件，使該工件穿過束流以完成注入；其特點(diǎn)在于，在步驟&與步驟、之間，利用該調(diào)整磁鐵在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。較佳地，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行高能離子注入時(shí)，利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入口。較佳地，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和調(diào)節(jié)為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角。較佳地，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行低能離子注入時(shí)，利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至越過該變速裝置的入口，并利用該校正磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入口。較佳地，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和調(diào)節(jié)為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角，并在保持該兩個(gè)電流值之和不變的情況下，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之差調(diào)節(jié)為使得束流在與該掃描方向垂直的方向上被偏轉(zhuǎn)至該變速裝置的入口。較佳地，將該掃描磁鐵、該調(diào)整磁鐵和該校正磁鐵調(diào)節(jié)為使得束流在到達(dá)該工件時(shí)，在該掃描方向上的束流寬度至少等于該工件在該掃描方向上的尺寸，并利用該工件掃描裝置在與該掃描方向垂直的方向上一維地掃描該工件。較佳地，利用該掃描磁鐵在該掃描方向上并在-10° 10°的范圍內(nèi)掃描束流。較佳地，利用該工件掃描裝置在與該掃描方向垂直的方向上相對快速地掃描該工件，并在與該掃描方向平行的方向上相對慢速地掃描該工件。較佳地，將該掃描磁鐵的電流值調(diào)節(jié)為使得該工件上的注入劑量在該掃描方向上均勻分布。較佳地，利用該質(zhì)量分析磁鐵將束流偏轉(zhuǎn)45° 120°。較佳地，利用該校正磁鐵在該掃描方向上將束流校正為平行傳輸。較佳地，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該工件處的束流診斷裝置，利用該束流診斷裝置測量束流的流強(qiáng)分布和角度分布，并將測量結(jié)果反饋至一用于對該離子注入系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制單元。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明采用了掃描磁鐵與調(diào)整磁鐵的結(jié)合來代替現(xiàn)有系統(tǒng)中單獨(dú)作用的掃描磁鐵。由于調(diào)整磁鐵采用的是直流供電，其能夠以相對較低的能耗實(shí)現(xiàn)對束流在掃描方向上的角度分布的調(diào)整，由此便可以相應(yīng)地減小掃描磁鐵對束流的掃描幅度、減小掃描磁鐵真空腔的設(shè)計(jì)尺寸，從而降低由掃描磁鐵的磁滯現(xiàn)象、線圈的電感以及真空腔渦流發(fā)熱現(xiàn)象等因素而導(dǎo)致的對整個(gè)離子注入系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)困難，并利用調(diào)整磁鐵對束流的進(jìn)一步調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)與原先單獨(dú)使用掃描磁鐵時(shí)相同的束流角度分布，從而確保注入質(zhì)量。而且該調(diào)整磁鐵的設(shè)計(jì)，還可以使該離子注入系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)更加簡單， 安裝調(diào)試也更加便捷。更進(jìn)一步地，通過對掃描磁鐵、調(diào)整磁鐵和校正磁鐵的電流參數(shù)的合適的設(shè)定，還能夠較好地實(shí)現(xiàn)對束流的流強(qiáng)分布和角度分布的控制，增大束流在工件上的流強(qiáng)，從而在較大的離子能量范圍(幾十eV到幾百eV)內(nèi)提高離子注入系統(tǒng)的效率；特別是針對較大尺寸的晶圓工件，該離子注入系統(tǒng)可以通過對掃描磁鐵、調(diào)整磁鐵和校正磁鐵的靈活調(diào)節(jié)，在注入工位處使束流在掃描方向上的寬度大于或等于工件在掃描方向上的尺寸，從而使得通過對工件的一維掃描便可以高效地完成離子注入制程，這極大地提高了束流的利用效率以及生產(chǎn)效率，并且也有利于優(yōu)化離子注入的劑量均勻性和角度均勻性。


圖1為本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)的第一實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)的第二實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)中的該掃描磁鐵的一運(yùn)行狀態(tài)側(cè)視圖。圖4為本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)中的該校正磁鐵的一運(yùn)行狀態(tài)側(cè)視圖。圖5為本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)中的該調(diào)整磁鐵的一運(yùn)行狀態(tài)側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。參考圖1和圖2所示，本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)與現(xiàn)有的離子注入系統(tǒng)相同地包括有一離子源1和一引出裝置2，該引出裝置2從該離子源1引出一離子束，在該引出裝置 2之后，在該離子束流的傳輸路徑上還依次設(shè)有以下組件一采用交流供電的掃描磁鐵3， 其在一掃描方向上將由該引出裝置2引出的離子束在一定的幅度范圍內(nèi)快速地掃描，從而使離子束在該掃描方向上形成一分布，圖3所示便為該掃描磁鐵3的一運(yùn)行狀態(tài)示意圖， 此時(shí)，該掃描磁鐵3的線圈電流值正在使得束流沿著某一角度向上偏轉(zhuǎn)，而在其余時(shí)刻下， 該掃描磁鐵3的線圈電流值將使得束流沿著該掃描幅度范圍內(nèi)的其它角度向上或向下偏轉(zhuǎn)(圖中未示)，其中該掃描方向可以為例如豎直方向，圖1和圖2中所示的即為該掃描方向沿豎直方向(垂直紙面的方向)的情況，較佳地，該掃描方向可以設(shè)計(jì)為與由該引出裝置 2引出的該離子束的最大發(fā)散維度垂直的方向；一質(zhì)量分析磁鐵4，其在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)例如45° 120°，以利用不同荷質(zhì)比的離子旋轉(zhuǎn)半徑不同的原理， 使能量超出預(yù)設(shè)范圍的離子因被該質(zhì)量分析磁鐵4的物理邊界阻擋而被從束流中濾除，從而在該質(zhì)量分析磁鐵4之后，只有能量處于一預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍內(nèi)的離子才能夠在束流中繼續(xù)傳輸，另外，當(dāng)該質(zhì)量分析磁鐵4偏轉(zhuǎn)束流時(shí)，其并不會(huì)改變束流的形狀，即束流中的各個(gè)離子在束流橫截面上的分布位置是不會(huì)發(fā)生改變的；一校正磁鐵6，其在該掃描方向上對束流的張角進(jìn)行校正，以使其滿足一預(yù)設(shè)注入張角的要求，較佳地，如圖4所示，該校正磁鐵6在該掃描方向上將束流校正至平行傳輸；一變速裝置7，其將束流加速或減速至一預(yù)設(shè)注入能量，并在與該掃描方向垂直的方向上使束流進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，從而在將束流偏轉(zhuǎn)至一預(yù)設(shè)注入方向的同時(shí)，將束流在傳輸中產(chǎn)生的中性粒子濾除，以提高離子束的能量單色性，該預(yù)設(shè)注入方向可以為例如圖1和圖2中所示的箭頭A的方向，以使得束流能夠在與該掃描方向垂直的方向上按照預(yù)設(shè)的角度注入工件；一工件掃描裝置(圖中未示)，其以一維掃描或者二維掃描的方式使一工件8—次性地或者往復(fù)地從離子束中穿過，從而完成對該工件8的離子注入工制程，其中當(dāng)該工件掃描裝置采用二維掃描時(shí)，一般是在與該掃描方向垂直的方向上相對快速地掃描該工件8，并在與該掃描方向平行的方向上相對慢速地掃描該工件8。然而，正如背景技術(shù)中所述，單純通過該掃描磁鐵3來實(shí)現(xiàn)束流在該掃描方向上的分布不僅能耗較高，而且會(huì)給該離子注入系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)帶來困難，另外現(xiàn)有的離子注入系統(tǒng)也難以實(shí)現(xiàn)對束流的流強(qiáng)分布和角度分布的較佳控制，從而會(huì)導(dǎo)致離子的利用效率較低。為了解決上述問題，本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)特別地在該質(zhì)量分析磁鐵4與該校正磁鐵6之間的束流傳輸路徑上增設(shè)了一采用直流供電的調(diào)整磁鐵5，其能夠相對高效地在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。現(xiàn)有系統(tǒng)中采用掃描磁鐵的目的即在于使束流在該掃描方向上形成一定的分布，從而使得當(dāng)束流到達(dá)注入工位處時(shí)，其能夠在該掃描方向上具有一符合預(yù)設(shè)注入要求的束流寬度(即束流在該掃描方向上的橫截面直徑)，而在本發(fā)明中，該目的不再僅僅由該掃描磁鐵3執(zhí)行，此時(shí)，該掃描磁鐵3只需消耗較小的能量使束流在一較小的幅度范圍(小于現(xiàn)有的離子注入系統(tǒng)中的掃描幅度范圍)內(nèi)，例如-10° 10°之間進(jìn)行往復(fù)偏轉(zhuǎn)即可，此后，當(dāng)束流到達(dá)該調(diào)整磁鐵5時(shí)，再由該能耗較低的調(diào)整磁鐵5很容易地對束流在該掃描方向上的分布進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，例如在圖5中，該調(diào)整磁鐵5使得經(jīng)過掃描的束流進(jìn)一步發(fā)散，該發(fā)散或聚焦(圖中未示)效應(yīng)與之前的掃描效應(yīng)共同作用，同樣可以使得束流在經(jīng)過一段距離的傳輸并最終到達(dá)注入工位時(shí)，其在掃描方向上的束流寬度符合預(yù)設(shè)的注入要求。特別地，該校正磁鐵6可以采用一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵實(shí)現(xiàn)，其具有以下特性當(dāng)束流從其間通過時(shí)，該對桿狀四極磁鐵會(huì)在與其鐵芯平行的方向上對束流產(chǎn)生聚焦或散焦效應(yīng)，圖4中所示的即為該校正磁鐵6將束流聚焦為平行傳輸?shù)那闆r，該聚焦或散焦能力基本上僅與它們的線圈電流值 (定義為電流的大小，與電流方向無關(guān))之和有關(guān)，只要電流值之和保持不變，則它們對束流的聚焦或散焦效應(yīng)也基本不發(fā)生改變；此外，該對桿狀四極磁鐵還能夠在與其鐵芯垂直的方向上對束流產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用，而該偏轉(zhuǎn)效應(yīng)則與它們線圈電流值之差有關(guān)，當(dāng)兩者的電流值之差為零時(shí)，對束流無偏轉(zhuǎn)作用，當(dāng)兩者的電流值不相等時(shí)，則會(huì)使束流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且電流值相差越大，對束流的偏轉(zhuǎn)作用就越強(qiáng)，圖2中所示的即為該校正磁鐵6使束流發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況，下文中將對此偏轉(zhuǎn)所起的作用進(jìn)行詳細(xì)說明。上述的其余各種磁鐵組件以及變速裝置均可以利用公知的電效應(yīng)或磁效應(yīng)并采用現(xiàn)有的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，故在此對其具體結(jié)構(gòu)不做贅述。實(shí)施例1當(dāng)本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)用于執(zhí)行高能離子注入時(shí)，采用圖1所示的該束流傳輸路徑將離子束傳輸至注入工位處，以最終完成對工件的離子注入制程。首先，利用該引出裝置2從該離子源1引出一離子束。然后通過該掃描磁鐵3在圖 1中的垂直紙面方向上掃描該離子束，以使得該離子束在該掃描方向上形成一分布。接著， 該離子束通過該質(zhì)量分析磁鐵4并被該質(zhì)量分析磁鐵4偏轉(zhuǎn)角度01，以使得在通過該質(zhì)量分析磁鐵4之后的束流中僅保留有能量處于預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍內(nèi)的、適用于執(zhí)行注入的離子。其中，特別地，該質(zhì)量分析磁鐵4的運(yùn)行參數(shù)被設(shè)置為使得角度01相對較小(小于圖 2中的03)，以使得束流在離開該質(zhì)量分析磁鐵4的出口時(shí)，其在與該掃描方向垂直的方向上，即在圖1中的紙面維度內(nèi)被偏轉(zhuǎn)至恰好對準(zhǔn)位于束流傳輸路徑下游的該變速裝置7的入口，也就是說，如圖1所示地，在高能離子注入的情況下，該質(zhì)量分析磁鐵4、該調(diào)整磁鐵5 和該校正磁鐵6的設(shè)置位置是處于同一條直線上的。根據(jù)上文所述可知，該質(zhì)量分析磁鐵4 僅會(huì)對束流起到偏轉(zhuǎn)作用，而并不會(huì)改變束流的形狀，因此當(dāng)束流最終到達(dá)注入工位處時(shí)， 其在掃描方向上的束流寬度是由該掃描磁鐵3、該調(diào)整磁鐵5和該校正磁鐵6的線圈電流值的設(shè)定情況共同決定的，因此接下來，根據(jù)特定制程所需的在該掃描方向上的最終束流寬度，對該掃描磁鐵3、該調(diào)整磁鐵5和該校正磁鐵6的參數(shù)進(jìn)行結(jié)合調(diào)試，具體地，通過該掃描磁鐵3控制束流的掃描幅度范圍，通過該調(diào)整磁鐵5在此基礎(chǔ)上對束流在該掃描方向上的傳輸角度分布進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)散或聚焦處理，最后通過該校正磁鐵6將束流在該掃描方向上的傳輸角度分布校正至符合預(yù)設(shè)要求，例如校正至平行傳輸。特別地，在該掃描磁鐵3處，除了可以調(diào)節(jié)束流的掃描幅度外，還可以通過對其線圈電流值的調(diào)整，在掃描幅度既定的狀態(tài)下，使得最終注入在該工件上的注入劑量能夠在該掃描方向上均勻分布。接著，束流進(jìn)入該變速裝置7，其能量被加速或減速至預(yù)設(shè)的最終注入能量，并且被該變速裝置7偏轉(zhuǎn)角度02，以使得束流在與該掃描方向垂直的方向上沿著如箭頭A所示的方向傳輸。得益于相對較小的角度01，能夠使得束流在該變速裝置7中的偏轉(zhuǎn)角度02也相對較小(小于圖 2中的04)，這便極大地降低了對該變速裝置7中采用的電極電源和電極設(shè)計(jì)的要求，從而降低了該離子注入系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)難度以及制造調(diào)試成本，并提高了該離子注入系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性；同時(shí)，這一相對較小的角度02還不會(huì)影響到該變速裝置7對中性粒子的過濾效果，因?yàn)榇诉\(yùn)行狀態(tài)下的離子束能量較高，采用較小的偏轉(zhuǎn)角度便可以充分地濾除束流中的中性粒子，獲得能量單色性較好的注入束流。當(dāng)束流到達(dá)注入工位處時(shí)，根據(jù)束流在該掃描方向上的預(yù)設(shè)注入寬度，由該工件掃描裝置帶動(dòng)該工件8在束流中進(jìn)行相應(yīng)的一維或二維掃描運(yùn)動(dòng)以完成注入。實(shí)施例2當(dāng)本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)用于執(zhí)行低能離子注入時(shí)，采用圖2所示的該束流傳輸路徑將離子束傳輸至注入工位處，以最終完成對工件的離子注入制程。該實(shí)施例中的系統(tǒng)與實(shí)施例1中的系統(tǒng)的唯一區(qū)別僅在于此時(shí)，該質(zhì)量分析磁鐵4對束流執(zhí)行一個(gè)相對較大的偏轉(zhuǎn)角度03 (大于圖1中的01)，即將束流偏轉(zhuǎn)至越過該變速裝置7的入口，相應(yīng)地，當(dāng)束流到達(dá)該校正磁鐵6時(shí)，再由該校正磁鐵6將束流偏轉(zhuǎn)回對準(zhǔn)該變速裝置7的入口的方向。同時(shí)具有校正和偏轉(zhuǎn)作用的該校正磁鐵6可以利用各種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的磁鐵裝置實(shí)現(xiàn)，但較佳地采用上文中所述的一對桿狀四極磁鐵，先對該對桿狀四極磁鐵的電流值之和進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得束流在該掃描方向上的張角被調(diào)節(jié)至符合預(yù)設(shè)注入張角的要求，然后在保持該電流值之和不變的情況下，再對該兩個(gè)電流值之差進(jìn)行調(diào)節(jié)， 直至將束流的傳輸方向?qū)?zhǔn)該變速裝置7的入口。在這樣的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下，為了使得束流仍然可以沿著箭頭A所示的方向注入工件，該變速裝置7則必須對束流執(zhí)行一次角度相對較大的偏轉(zhuǎn)，如圖2中的角度04 (大于圖1中的02)所示，這樣一來，雖然該束流的最終能量較低，但由于束流在該變速裝置7中進(jìn)行了角度相對較大的偏轉(zhuǎn)，便同樣可以實(shí)現(xiàn)對束流中的中性粒子的充分過濾，從而獲得單色性較好的注入束流。參考圖1和圖2，在本發(fā)明的該離子注入系統(tǒng)的不同應(yīng)用中，雖然離子束進(jìn)入該變速裝置7時(shí)的角度不同，但是最終在注入工位處獲得的注入路徑卻是一致的，這提高了該離子注入系統(tǒng)在各種應(yīng)用之間切換的便捷性，提高了生產(chǎn)效率。另外，特別較佳的是，可以通過對該掃描磁鐵3、該調(diào)整磁鐵5和該校正磁鐵6的適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，使得當(dāng)束流到達(dá)注入工位時(shí)，其在該掃描方向上的寬度大于或等于該工件8在該掃描方向上的尺寸，由此，該工件掃描裝置只需帶動(dòng)該工件8在與該掃描方向垂直的方向上進(jìn)行一維掃描運(yùn)動(dòng)便可以完成對工件的注入制程，例如，在圖1和圖2所示的情況下，該掃描方向均為垂直紙面方向， 而該工件8的掃描運(yùn)動(dòng)方向則如箭頭B所示，這種工件的一維掃描模式在晶圓直徑大于或等于300mm的注入制程中是尤其有利的，因?yàn)橥ㄟ^掃描維度的減少，可以極大地減少注入所消耗的時(shí)間，提高離子注入系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。無論是在何種能量的注入應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)對該離子注入系統(tǒng)中的各個(gè)組件的精確調(diào)整，還可以在該工件8處設(shè)置一束流診斷裝置，其可以實(shí)時(shí)地對注入工位處的離子束的流強(qiáng)分布和角度分布進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果反饋至一用于控制該離子注入系統(tǒng)的控制單元，例如一電腦，然后該電腦將會(huì)根據(jù)該些測量數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的理想制程要求之間的差距， 進(jìn)一步地對該離子注入系統(tǒng)中的各個(gè)束流光學(xué)元件的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后，再次通過該束流診斷裝置對束流狀態(tài)進(jìn)行測量并反饋測量結(jié)果，然后再次對各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)，如此反復(fù)循環(huán)，直至注入工位處的束流狀態(tài)完全符合制程要求為止，之后便可以正式開始執(zhí)行上述的離子注入制程了。綜上所述，本發(fā)明采用了掃描磁鐵與調(diào)整磁鐵的結(jié)合來代替現(xiàn)有系統(tǒng)中單獨(dú)作用的掃描磁鐵，從而能夠減小掃描磁鐵真空腔的設(shè)計(jì)尺寸，并且降低由掃描磁鐵的磁滯現(xiàn)象、 線圈的電感以及真空腔渦流發(fā)熱現(xiàn)象等因素而導(dǎo)致的一系列設(shè)計(jì)困難，還能夠利用調(diào)整磁鐵對束流的進(jìn)一步發(fā)散或聚焦來實(shí)現(xiàn)與原先單獨(dú)使用掃描磁鐵時(shí)相同的束流角度分布，以保證注入質(zhì)量。而且該調(diào)整磁鐵的設(shè)計(jì)，還可以使該離子注入系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)更加簡單，安裝調(diào)試也更加便捷。更進(jìn)一步地，通過對掃描磁鐵、調(diào)整磁鐵和校正磁鐵的電流參數(shù)的合適的設(shè)定，還能夠較好地實(shí)現(xiàn)對束流的流強(qiáng)分布和角度分布的控制，增大束流在工件上流強(qiáng)， 在較大的離子能量范圍內(nèi)提高該離子注入系統(tǒng)的效率；特別是針對較大尺寸的晶圓工件， 該離子注入系統(tǒng)還可以在注入工位處使束流在掃描方向上的寬度大于或等于工件在掃描方向上的尺寸，從而使得通過對工件的一維掃描便可以高效地完成離子注入制程，這極大地提高了束流的利用效率以及生產(chǎn)效率，并且也有利于優(yōu)化離子注入的劑量均勻性和角度均勻性。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種離子注入系統(tǒng)，其包括一離子源和一引出裝置，該引出裝置用于從該離子源引出一離子束，在離子束流的傳輸路徑上依次設(shè)有一掃描磁鐵，用于在一掃描方向上掃描束流；一質(zhì)量分析磁鐵，用于在與該掃描方向垂直的方向上偏轉(zhuǎn)束流，以從束流中濾除超出一預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍的離子；一校正磁鐵，用于在該掃描方向上將束流張角校正至一預(yù)設(shè)注入張角；一變速裝置，用于將束流加速或減速至一預(yù)設(shè)注入能量，并在與該掃描方向垂直的方向上使束流進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，以將束流偏轉(zhuǎn)至一預(yù)設(shè)注入方向；一工件掃描裝置，用于掃描一工件，使該工件穿過束流以完成注入；其特征在于，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該質(zhì)量分析磁鐵與該校正磁鐵之間的束流傳輸路徑上的調(diào)整磁鐵，用于在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。
2.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行高能離子注入時(shí)，該質(zhì)量分析磁鐵用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入
3.如權(quán)利要求2所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和被設(shè)置為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角。
4.如權(quán)利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行低能離子注入時(shí)，該質(zhì)量分析磁鐵用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至越過該變速裝置的入口，該校正磁鐵則還用于在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入
5.如權(quán)利要求4所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和被設(shè)置為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角，而該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之差則被設(shè)置為使得束流在與該掃描方向垂直的方向上被偏轉(zhuǎn)至該變速裝置的入口。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該掃描磁鐵、該調(diào)整磁鐵和該校正磁鐵被設(shè)置為使得束流在到達(dá)該工件時(shí)，在該掃描方向上的束流寬度至少等于該工件在該掃描方向上的尺寸，該工件掃描裝置則用于在與該掃描方向垂直的方向上一維地掃描該工件。
7.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該掃描磁鐵用于在該掃描方向上并在-10° 10°的范圍內(nèi)掃描束流。
8.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該工件掃描裝置用于在與該掃描方向垂直的方向上相對快速地掃描該工件，并在與該掃描方向平行的方向上相對慢速地掃描該工件。
9.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該掃描磁鐵的電流值被設(shè)置為使得該工件上的注入劑量在該掃描方向上均勻分布。
10.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該質(zhì)量分析磁鐵用于將束流偏轉(zhuǎn)45° 120°。
11.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該校正磁鐵用于在該掃描方向上將束流校正為平行傳輸。
12.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該工件處的束流診斷裝置，用于測量束流的流強(qiáng)分布和角度分布，并將測量結(jié)果反饋至一用于對該離子注入系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制單元。
13.一種利用權(quán)利要求1的離子注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的離子注入方法，其包括以下步驟S1、利用該引出裝置從該離子源引出該離子束；&、利用該掃描磁鐵在該掃描方向上掃描束流；S3、利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上偏轉(zhuǎn)束流，以從束流中濾除超出該預(yù)設(shè)荷質(zhì)比范圍的離子；、、利用該校正磁鐵在該掃描方向上將束流張角校正至該預(yù)設(shè)注入張角；S5、利用該變速裝置將束流加速或減速至該預(yù)設(shè)注入能量，并在與該掃描方向垂直的方向上使束流進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，以將束流偏轉(zhuǎn)至該預(yù)設(shè)注入方向；&、利用該工件掃描裝置掃描該工件，使該工件穿過束流以完成注入；其特征在于，在步驟&與步驟、之間，利用該調(diào)整磁鐵在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。
14.如權(quán)利要求13所述的離子注入方法，其特征在于，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行高能離子注入時(shí)，利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入口。
15.如權(quán)利要求14所述的離子注入方法，其特征在于，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和調(diào)節(jié)為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角。
16.如權(quán)利要求13所述的離子注入方法，其特征在于，當(dāng)該系統(tǒng)用于執(zhí)行低能離子注入時(shí)，利用該質(zhì)量分析磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至越過該變速裝置的入口，并利用該校正磁鐵在與該掃描方向垂直的方向上將束流偏轉(zhuǎn)至對準(zhǔn)該變速裝置的入
17.如權(quán)利要求16所述的離子注入方法，其特征在于，該校正磁鐵為一對分別位于束流傳輸路徑兩側(cè)的、且鐵芯方向與該掃描方向平行的桿狀四極磁鐵，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之和調(diào)節(jié)為使得束流在該掃描方向上的張角被校正至該預(yù)設(shè)注入張角，并在保持該兩個(gè)電流值之和不變的情況下，將該兩個(gè)桿狀四極磁鐵的電流值之差調(diào)節(jié)為使得束流在與該掃描方向垂直的方向上被偏轉(zhuǎn)至該變速裝置的入口。
18.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，將該掃描磁鐵、 該調(diào)整磁鐵和該校正磁鐵調(diào)節(jié)為使得束流在到達(dá)該工件時(shí)，在該掃描方向上的束流寬度至少等于該工件在該掃描方向上的尺寸，并利用該工件掃描裝置在與該掃描方向垂直的方向上一維地掃描該工件。
19.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，利用該掃描磁鐵在該掃描方向上并在-10° 10°的范圍內(nèi)掃描束流。
20.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，利用該工件掃描裝置在與該掃描方向垂直的方向上相對快速地掃描該工件，并在與該掃描方向平行的方向上相對慢速地掃描該工件。
21.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，將該掃描磁鐵的電流值調(diào)節(jié)為使得該工件上的注入劑量在該掃描方向上均勻分布。
22.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，利用該質(zhì)量分析磁鐵將束流偏轉(zhuǎn)45° 120°。
23.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，利用該校正磁鐵在該掃描方向上將束流校正為平行傳輸。
24.如權(quán)利要求13-17中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該工件處的束流診斷裝置，利用該束流診斷裝置測量束流的流強(qiáng)分布和角度分布，并將測量結(jié)果反饋至一用于對該離子注入系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子注入系統(tǒng)，其包括一離子源和一引出裝置，在離子束流的傳輸路徑上依次設(shè)有一掃描磁鐵；一質(zhì)量分析磁鐵；一校正磁鐵；一變速裝置；一工件掃描裝置；該系統(tǒng)還包括一設(shè)于該質(zhì)量分析磁鐵與該校正磁鐵之間的束流傳輸路徑上的調(diào)整磁鐵，用于在該掃描方向上發(fā)散或聚焦束流。本發(fā)明還公開了一種利用上述離子注入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的離子注入方法。本發(fā)明能耗較低且束流利用效率較高，從而能夠極大地提高生產(chǎn)效率，此外還有利于優(yōu)化束流的劑量均勻性以及角度均勻性。
文檔編號H01J37/317GK102237243SQ20101016648
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者錢鋒, 陳炯 申請人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司