專利名稱：離子注入系統(tǒng)及改善束流流強和角度分布的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種離子注入系統(tǒng)及改善束流流強和角 度分布的方法。
背景技術：
離子注入是一種在半導體襯底中摻入雜質，以改變襯底的電性能和材料屬性的工 藝。由于半導體產(chǎn)品的生產(chǎn)逐漸趨向較大的半導體晶圓(從8英寸到12英寸，現(xiàn)在已向18 英寸發(fā)展)，單晶圓工藝(一次處理一片晶圓)最近已被廣泛地采用?，F(xiàn)在已有了幾種不同 的摻雜單晶圓的工藝方法。圖1所示即為一種在美國專利7，326，941中被公開的離子注入裝置，該裝置依次 包含一個離子源101、一個用于從該離子源101引出離子束的引出系統(tǒng)102、一個用于從該 離子束中選擇預設能量范圍內(nèi)的離子束的質量分析磁鐵103、一個用于調整束流的縱向密 度分布的束流均勻度控制器104以及一校準器105。該引出系統(tǒng)102中的引出電極具有一 個幾何凸面，從而使束流在離開引出電極時發(fā)散，離子束的發(fā)散狀態(tài)由引出電極的形狀決 定。該束流均勻度控制器104具有一相對高而窄的橫截面，其中，該橫截面的縱向為該質量 分析磁鐵103的無色散的平面所在。由于離子束在被引出時是發(fā)散的，隨著束流的持續(xù)傳 播，束流的縱向分布范圍在傳輸過程中會持續(xù)變大，當離子束到達目標晶圓的時候，其縱向 分布范圍已經(jīng)足以覆蓋晶圓的直徑尺寸。而該校準器105則用于終止束流的發(fā)散趨勢，使 束流變?yōu)槠叫袀鞑ィ⒖刂剖髟谀繕司A的注入面上的注入角度的變化。該離子注入裝置還包含一個設置在目標晶圓處的束流測量設備106，用于在離子 束的橫截面處進行縱向掃描，從而對束流的與注入相關的各項參數(shù)進行測量，例如束流的 流強和角度分布數(shù)據(jù)，并且該束流測量設備106還可以將上述測量數(shù)據(jù)反饋給該束流均勻 度控制器104。上述的離子注入裝置中存在有以下缺陷由于離子源中的等離子體與引出系統(tǒng)的 離子引出電場之間的復雜交互作用，使得束流的流強分布在離子束橫截面的縱向上呈現(xiàn)出 中部束流的流強較高、而頂部和底部束流的流強則由于被質量分析磁鐵的入口阻擋而急劇 下降的狀態(tài)，圖3中的虛線所示即為該裝置中沿離子束橫截面縱向的流強分布曲線，從圖 中可以明顯看出，該流強曲線在從相對較平坦的峰值區(qū)域下降時形成的肩非常長，而中部 的束流流強曲線也不夠平坦。由于被質量分析磁鐵的入口所阻擋(圖3中的A區(qū)域即對應 于質量分析磁鐵入口處的束流損失)，束流路徑頂部和底部的大量束流都被損失掉了 ；而 為了獲得均勻的束流流強分布，必須將引出電極的幾何凸面設計得更凸，由此更多的中部 束流移向邊緣，導致更多的束流將被質量分析磁鐵的入口阻擋從而被損失掉，這就導致最 終能夠傳輸?shù)骄A處的束流大為減少，這對于離子注入制程來說，會導致同樣注入劑量的 制程所需的時間更長，嚴重影響了注入制程的效率。美國專利7，3 ，941中還公開了具有兩個角度控制器的離子注入系統(tǒng)。其中，所 述的角度控制器均由幾個分別繞在一對低碳鋼棒上的電磁線圈組成，但該美國專利并沒有提出具有兩個角度控制器的該系統(tǒng)在離子束角度分布修正方面的具體應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中質量分析磁鐵的入口會造成大 量束流損失的缺陷，提供一種能夠使得通過質量分析磁鐵的束流大幅提升從而獲得較高的 束流傳輸效率的離子注入系統(tǒng)及相應的改善束流流強和角度分布的方法。本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種離子注入系統(tǒng)，其包括 一離子源和一引出系統(tǒng)，該引出系統(tǒng)用于從該離子源引出離子束；一質量分析磁鐵，用于從 來自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇一預設能量范圍內(nèi)的離子束；一束流均勻度控制器，用于 調整來自該質量分析磁鐵的該預設能量范圍內(nèi)的離子束的縱向密度分布；一校準器，用于 使來自該束流均勻度控制器的該預設能量范圍內(nèi)的離子束變?yōu)槠叫袀鞑ズ笞⑷刖A；其特 點在于，該系統(tǒng)還包括兩個分別設于該引出系統(tǒng)與該質量分析磁鐵之間的束流路徑的頂部 與底部的二極磁鐵。較佳地，該系統(tǒng)還包括一設于晶圓所在平面內(nèi)并且鄰接晶圓的束流測量設備，用 于測量晶圓處束流的流強分布和角度分布。較佳地，該束流測量設備包括法拉第杯式束流電流測量器以及法拉第杯式束流角 度測量器。較佳地，該束流測量設備將測得的流強分布和角度分布數(shù)據(jù)反饋至該束流均勻度 控制器。較佳地，該束流均勻度控制器和該校準器均包括一對低碳鋼棒，每根該低碳鋼棒 上均繞有多個電磁線圈。本發(fā)明的另一技術方案為一種上述離子注入系統(tǒng)中改善束流流強和角度分布 的方法，其特點在于，基于該束流測量設備測得的流強分布和角度分布數(shù)據(jù)執(zhí)行以下步驟 S1、調節(jié)該兩個二極磁鐵的驅動電流，使該引出系統(tǒng)與該質量分析磁鐵之間的束流路徑頂 部和底部的束流均向中部偏轉；S2、調節(jié)該束流均勻度控制器和/或該校準器，使該預設能 量范圍內(nèi)的離子束在經(jīng)過該校準器后其束流路徑的頂部、中部和底部的束流均為平行傳 播。較佳地，當步驟&中結合利用該束流均勻度控制器和該校準器時，步驟&包括以 下步驟s21、開啟并調節(jié)該校準器，使該校準器后的束流路徑中部的束流為平行傳播；s22、 開啟并調節(jié)該束流均勻度控制器，使該校準器后的束流路徑頂部和底部的束流均為平行傳播。其中，當該束流均勻度控制器和該校準器均包括一對低碳鋼棒，每根該低碳鋼棒 上均繞有多個電磁線圈時，在步驟S21中通過調節(jié)該校準器的線圈的電流值，使該校準器后 的束流路徑中部的束流為平行傳播；在步驟S22中通過調節(jié)該束流均勻度控制器的頂部和 底部線圈的電流值，使該校準器后的束流路徑頂部和底部的束流均為平行傳播。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明通過在引出系統(tǒng)與質量分析磁鐵之間的束流 路徑的頂部與底部各設置一個二極磁鐵，使得頂部和底部原先將被質量分析磁鐵的入口所 阻擋的束流向中部偏轉，從而減少了質量分析磁鐵造成的束流損失，由此能夠通過質量分 析磁鐵的束流大幅提升，獲得了較高的束流傳輸效率，并且在調整束流的均勻度分布時，也能夠更方便地優(yōu)化束流的密度分布。然而，在質量分析磁鐵之前增設的該兩個二極磁鐵勢 必會引起一些非線性角度變化，因此為了解決這個問題，本發(fā)明還提出了將束流均勻度控 制器和校準器分別作為第一和第二角度控制器，根據(jù)束流測量設備測得的束流參數(shù)數(shù)據(jù)， 修正上述非線性角度變化的方法，從而在獲得較高束流傳輸效率的同時，進一步地改善了 束流的流強和角度分布。


圖1為現(xiàn)有的離子注入裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的離子注入系統(tǒng)的結構示意圖。圖3為現(xiàn)有裝置中和本發(fā)明系統(tǒng)中的束流流強分布圖。圖4a4c為本發(fā)明系統(tǒng)中的束流角度分布圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。如圖2所示，本發(fā)明的離子注入系統(tǒng)包括一離子源101和一引出系統(tǒng)102，該引 出系統(tǒng)102用于從該離子源101引出發(fā)散的離子束；一質量分析磁鐵103，用于從來自該引 出系統(tǒng)102的離子束中選擇一預設能量范圍內(nèi)的離子束；一束流均勻度控制器104，用于調 整來自該質量分析磁鐵103的該預設能量范圍內(nèi)的離子束的縱向密度分布；一校準器105， 設于該質量分析磁鐵103的橫向焦點處，用于使來自該束流均勻度控制器104的該預設能 量范圍內(nèi)的離子束終止發(fā)散趨勢、變?yōu)槠叫袀鞑?，并且控制束流在晶圓上的注入角度。上述 各設備均可采用現(xiàn)有結構實現(xiàn)，例如，該束流均勻度控制器104和該校準器105均可以由一 對分別繞有多個電磁線圈的低碳鋼棒組成。而與現(xiàn)有的離子注入裝置不同的是，該系統(tǒng)還包括兩個分別設于該引出系統(tǒng)102 與該質量分析磁鐵103之間的束流路徑的頂部與底部的二極磁鐵，即圖2中所示的第一二 極磁鐵107和第二二極磁鐵108，該兩個二極磁鐵107、108會產(chǎn)生磁場，使位于頂部和底部 的部分束流向中部偏轉，從而不再被質量分析磁鐵103的入口阻擋。調節(jié)該二極磁鐵107、 108的驅動電流便可以調制束流強度，使束流強度增加，補償了質量分析磁鐵103引起的束 流損失。然而，在質量分析磁鐵103之前增設的該兩個二極磁鐵107、108會導致一些非線 性角度變化，因此需要在離子束通過質量分析磁鐵103之后，采用角度控制器對這些角度 變化進行修正。在本發(fā)明中，直接利用束流均勻度控制器104作為第一角度控制器，并將校 準器105作為第二角度控制器。在本實施例中，當束流均勻度控制器104和校準器105均 由幾個繞在低碳鋼棒上的電磁線圈組成時，通入電流后，在兩個分別繞在一對低碳鋼棒上 的線圈之間的間隙中便會形成四極磁場，由于每個線圈均可被單獨控制，因此便可以在局 部產(chǎn)生不同的四極磁場，從而在束流路徑的頂部、中部、底部等不同位置處靈活地改變束流 的角度，由此便可以實現(xiàn)對非線性角度變化的修正。而為了能夠精確地實現(xiàn)對束流流強的調制以及對非線性角度變化的修正，需要實 時地了解晶圓處束流的與注入相關的各項參數(shù)，例如流強分布和角度分布數(shù)據(jù)，因此，本發(fā) 明的該離子注入系統(tǒng)也可以在晶圓所在平面內(nèi)并且鄰接晶圓處設置一與現(xiàn)有結構相同的束流測量設備106，該束流測量設備106可以包括法拉第杯式束流電流測量器以及法拉第 杯式束流角度測量器等等，其會在離子束的橫截面處進行縱向掃描，以對束流參數(shù)進行測 量，其還可以將上述測量數(shù)據(jù)反饋給該束流均勻度控制器104?；谠撌鳒y量設備106測得的流強分布和角度分布數(shù)據(jù)，本發(fā)明的改善束流流 強和角度分布的方法主要包括以下步驟S1、接通該兩個二極磁鐵107、108的驅動電流，使其產(chǎn)生磁場，引起該引出系統(tǒng)102 與該質量分析磁鐵103之間的束流路徑頂部和底部的束流向中部偏轉，并且參考束流測量 設備106測得的流強分布數(shù)據(jù)，進一步地調節(jié)該驅動電流的大小，使得束流的流強分布達 到圖3中實線所示的較理想狀態(tài)。&、調節(jié)第一和/或第二角度控制器，即該束流均勻度控制器104和/或該校準器 105，使其在執(zhí)行各自的原有功能的同時，對束流的角度分布進行調制，從而使得離子束在 經(jīng)過該校準器105后其束流路徑的頂部、中部和底部的束流均實現(xiàn)平行傳播。在步驟S1中，如圖3所示的實施例，虛線為未增設二極磁鐵107、108時，沿離子束 橫截面縱向的束流流強分布曲線，而實線則為設置了兩個二極磁鐵107、108后相應的束流 流強分布曲線。二極磁鐵產(chǎn)生的磁場使束流路徑頂部和底部的束流向中部偏轉，從而使感 興趣的區(qū)域(士 150mm，適用于覆蓋直徑300mm的晶圓)內(nèi)的束流密度增加且更加均勻，反應 在圖形上即為峰值區(qū)域更高更加平坦，并且還銳化了曲線上平坦峰值區(qū)域的下降邊緣，由 此便提高了中部束流的強度，減少了質量分析磁鐵103入口處的束流損失(圖3中的區(qū)域 A即對應于質量分析磁鐵103入口處的束流損失)，從而使得能夠通過質量分析磁鐵103的 束流大幅提升，在獲得較高的束流傳輸效率的同時，亦能夠在調整束流均勻度分布時更方 便地優(yōu)化束流的密度分布。在步驟&中，當結合利用該束流均勻度控制器104和該校準器105進行束流角度 的校準時，具體包括以下步驟S21、在二極磁鐵107、108已經(jīng)運作、而第一和第二角度控制器均還未開啟的狀態(tài) 下，使用束流測量設備106的例如法拉第杯式束流角度測量器，測量得到如圖如中實線所 示的沿離子束橫截面縱向的束流角度分布曲線，而圖如中的虛線則對比性地表示出了現(xiàn) 有的未采用二極磁鐵的離子注入裝置在同樣條件下的束流角度分布曲線，由該圖中同樣能 夠看出二極磁鐵107、108使頂部和底部的束流發(fā)生的偏轉調制。S22、開啟并調節(jié)第二角度控制器，即該校準器105，在本實施例中即調節(jié)其線圈的 電流值，使離子束在經(jīng)過該校準器105后其束流路徑中部的束流為平行傳播，如圖4b所示， 即中部束流對應的束流角度為零。S23、開啟第一角度控制器，即該束流均勻度控制器104，然后基于該束流測量設備 106測得的角度分布數(shù)據(jù)，反復調節(jié)該束流均勻度控制器104，在本實施例中即調節(jié)其頂部 和底部線圈的電流值，直至離子束在經(jīng)過該校準器105后其束流路徑頂部和底部的束流均 基本為平行傳播。S24、再次利用束流測量設備106測量角度分布數(shù)據(jù)，針對其中仍然存在的局部微 小角度變化，對相應線圈的電流值進行微調，最終的束流角度分布曲線如圖4c所示，此時 束流路徑的頂部、中部和底部的束流均已被基本調制為平行傳播，非線性角度變化已經(jīng)得 到了完全修正。
綜上所述，本發(fā)明減少了質量分析磁鐵的入口所造成的束流損失，使得能夠通過 質量分析磁鐵的束流大幅提升，獲得了較高的束流傳輸效率，并且在調整束流的均勻度分 布時，也能夠更方便地優(yōu)化束流的密度分布。本發(fā)明還能夠修正由二極磁鐵所引起的非線 性角度變化，從而在獲得較高束流傳輸效率的同時，進一步地改善了束流的流強分布和角 度分布。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背 離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實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)明的保護范圍。
權利要求
1.一種離子注入系統(tǒng)，其包括一離子源和一引出系統(tǒng)，該引出系統(tǒng)用于從該離子源引出離子束；一質量分析磁鐵，用于從來自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇一預設能量范圍內(nèi)的離子束；一束流均勻度控制器，用于調整來自該質量分析磁鐵的該預設能量范圍內(nèi)的離子束的 縱向密度分布；一校準器，用于使來自該束流均勻度控制器的該預設能量范圍內(nèi)的離子束變?yōu)槠叫袀?播后注入晶圓；其特征在于，該系統(tǒng)還包括兩個分別設于該引出系統(tǒng)與該質量分析磁鐵之間的束流路 徑的頂部與底部的二極磁鐵。
2.如權利要求1所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一設于晶圓所在平 面內(nèi)并且鄰接晶圓的束流測量設備，用于測量晶圓處束流的流強分布和角度分布。
3.如權利要求2所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該束流測量設備包括法拉第杯式 束流電流測量器以及法拉第杯式束流角度測量器。
4.如權利要求2所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該束流測量設備將測得的流強分 布和角度分布數(shù)據(jù)反饋至該束流均勻度控制器。
5.如權利要求1-4中任意一項所述的離子注入系統(tǒng)，其特征在于，該束流均勻度控制 器和該校準器均包括一對低碳鋼棒，每根該低碳鋼棒上均繞有多個電磁線圈。
6.一種如權利要求2所述的離子注入系統(tǒng)中改善束流流強和角度分布的方法，其特征 在于，基于該束流測量設備測得的流強分布和角度分布數(shù)據(jù)執(zhí)行以下步驟.S1、調節(jié)該兩個二極磁鐵的驅動電流，使該引出系統(tǒng)與該質量分析磁鐵之間的束流路 徑頂部和底部的束流均向中部偏轉；.6.調節(jié)該束流均勻度控制器和/或該校準器，使該預設能量范圍內(nèi)的離子束在經(jīng)過該 校準器后其束流路徑的頂部、中部和底部的束流均為平行傳播。
7.如權利要求6所述的改善束流流強和角度分布的方法，其特征在于，當步驟&中結 合利用該束流均勻度控制器和該校準器時，步驟&包括以下步驟.521、開啟并調節(jié)該校準器，使該校準器后的束流路徑中部的束流為平行傳播；.522、開啟并調節(jié)該束流均勻度控制器，使該校準器后的束流路徑頂部和底部的束流均 為平行傳播。
8.如權利要求7所述的改善束流流強和角度分布的方法，其特征在于，當該束流均勻 度控制器和該校準器均包括一對低碳鋼棒，每根該低碳鋼棒上均繞有多個電磁線圈時，在 步驟S21校準器的線圈的電流值，使該校準器后的束流路徑中部的束流為平行傳播；在步驟 ^中通過調節(jié)該束流均勻度控制器的頂部和底部線圈的電流值，使該校準器后的束流路徑 頂部和底部的束流均為平行傳播。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子注入系統(tǒng)中改善束流流強和角度分布的方法，基于該束流測量設備測得的流強分布和角度分布數(shù)據(jù)執(zhí)行以下步驟S1、調節(jié)該兩個二極磁鐵的驅動電流，使該引出系統(tǒng)與該質量分析磁鐵之間的束流路徑頂部和底部的束流均向中部偏轉；S2、調節(jié)該束流均勻度控制器和/或該校準器，使該預設能量范圍內(nèi)的離子束在經(jīng)過該校準器后其束流路徑的頂部、中部和底部的束流均為平行傳播。本發(fā)明還公開了一種離子注入系統(tǒng)。本發(fā)明能夠使通過質量分析磁鐵的束流大幅提升，獲得了較高的束流傳輸效率。
文檔編號C23C14/48GK102102189SQ200910201388
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者陳炯 申請人:上海凱世通半導體有限公司