多模式离子注入机系统及注入调节方法技术方案

本发明专利技术涉及宽带离子束的注入领域，其公开了一种多模式离子注入机系统，包括用于产生发散离子束的离子源室以及目标工件扫描单元，其特征在于：还包括引出电极单元（１１）、质量分析磁铁（１２）、校正单元（４１）（４２）、束流诊断单元（５１）、质量分析狭缝（１３）以及角度校正磁铁（１５）；所述引出电极单元（１１）调整通过其的离子束的发散角。本发明专利技术又提供了一种多模式离子注入机系统的注入方法。本发明专利技术的有益效果是：该多模式离子注入机系统能够提供宽带束、圆形束和扫描束三种工作模式；其既能保持在能量大于５ｋｅＶ时的宽带束的产能优势，又能在能量小于５ｋｅＶ时，提供具有剂量均匀度和角度均匀度的大电流的离子束注入。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子束的注入领域，特别涉及一种多模式离子注入机系统及注入方法。
技术介绍
离子注入是一种把原子或分子引入目标工件衬底的制程，此制程通常被称为掺 杂，它能改变材料的属性。离子注入是一个在大规模集成电路的制造中常见的制程，离子注 入也可用于薄膜沉积等与制造光学仪器或显示仪器(如平板显示器)等相关的制造工艺。 一个典型的离子注入机包括一个产生离子束的离子源；一个离子束传输系统，它包括使用 磁场的离子束质量分析系统；以及一个靶室，用于处理将植入离子束的半导体硅晶片。而对 于低能量注入系统，在质量分析磁铁和靶室之间还增加减速装置以减低离子束能量。在离子束系统领域中，有的场合希望产生单一离子的宽带离子束。这些宽带离子 束通常用于离子注入机设备中，注入系统的工件(如硅晶片或平板显示器)多次扫描通过 离子束。在这些情况下，宽带离子束将最好有一个大宽高比，它的宽度比注入工件的尺寸还 宽。这样当工件通过离子束时，均勻的离子就可被植入到工件的表面和进入工件的内部。在 这些应用中，非常希望宽带离子束中的离子轨迹是平行的，离子密度是均勻的。因此，在设 备设计和运行中需要控制宽带离子束的平行度和均勻度。美国瓦里安半导体公司生产的用于半导体硅晶片注入的宽带束流离子注入机系 统，如图1，其美国专利号5350926。该系统利用两种不同的磁铁产生一个适用的宽带离子 束。第一块磁铁进行离子束的质量分析，第二块磁铁使离子束平行。由于瓦里安的双磁铁 系统的质量分辨率(通常超过50)和其它任何商用离子注入机可以提供的一样好，因此这 种双磁铁系统结构所能提供的离子束的均勻性和纯洁度已成为事实上的宽带束离子注入 机系统的标准。但是、这个双磁铁系统有严重的缺点它复杂和昂贵，束流光学像差大，只适 用于300毫米离子束等；同时，由于磁场和离子束之间复杂的相互作用，这种双磁铁的技术 路线会引起一些严重的技术上的、实用上的和半导体制程上的有关的问题，从而增加了这 一设备的运行成本。特别是，离子束通过该系统的路程比较长，对于某些半导体制程上需要 的低能量高电流离子束(如获得能量为200eV电流达1毫安量级的离子束)来说，其束流 均勻度和角度均勻度越来越难以控制。另外，美国AIBT公司开发了一种双模式离子注入系统，它可以产生宽带束流和园 形束流，如图2a及图2b，详见美国专利号7326941。该系统包括一个离子源，它产生一个带 状离子束，一个质量分析磁铁，一对磁透镜系统以改变离子束的宽度，和一个目标工件(硅 片或平板玻璃)处理站，该处理站可机械移动工件一次或多次通过离子束。当离子束离开 质量分析磁铁后，进入第一个磁透镜，它可以是分别绕在一对铁磁材料长柱上的多个线圈 绕组组成，磁透镜可以工作在两种模式。第一个模式下，各组线圈的电流通过离子束截面测 量仪的控制下分别产生局部的磁场，这个多极磁场可以改变束流截面的电流密度。离子束 继续作为一个宽带束前进直到达到工件表面，宽带束的宽带超过工件的直径或宽度，工件4然后沿着一路径一次或多次通过这一宽带离子束，均勻的剂量离子就可以注入其表面。此 第一模式称作宽带束模式。在第二个模式下，各组线圈的电流协调地产生一个四极磁场，此 四级磁场使得宽带离子束受到聚焦力，从而在下游的工件位置产生一个小于工件的两个横 向尺寸的窄光斑。工件然后在两个互相垂直的路径来回多次通过离子束，均勻的剂量离子 就可以注入其表面。此第二模式称作园形束模式。第二个模式对于使用低能量高电流离子束(例如电流大于ImA能量低于3KeV) 很可能是有利的，在这个模式下，注入的剂量均勻性和角度均勻性可以得到改善，这个模式 通常用于用于注入能量低于5KeV的离子束。第一个模式的宽带束通常用于注入能量高于 5KeV的离子束，但对于图2所采用的纵向磁场磁铁，用其产生300毫米或更宽的宽带束是比 较困难的。因此，有必要给大规模集成电路的制造提供一个新的离子注入系统，这个系统既 能保持在能量大于5keV时的宽带束的产能优势，又能在能量小于5keV时，提供具有剂量均 勻度和角度均勻度的大电流的离子束注入。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种多模式离子注入机系统，解决目 前在离子注入系统中不能提供一种既能保持在能量大于5keV时的宽带束的产能优势，又 能在能量小于5keV时，提供具有剂量均勻度和角度均勻度的大电流的离子束注入的问题。本专利技术解决现有技术问题所采用的技术方案是设计和制造一种多模式离子注入 机系统，包括用于产生发散离子束的离子源、离子束传输系统以及目标工件扫描单元，还包 括引出电极单元、质量分析磁铁、校正单元、束流诊断单元、质量分析狭缝以及角度校正磁 铁；所述引出电极单元调整引出的离子束的发散角；所述校正单元位于所述角度校正磁铁 的上游和下游，所述校正单元为剂量和角度均勻度校正单元，其通过改变局部的电场或磁 场来调整离子束的角度和位置；所述质量分析磁铁让通过其的离子束在其下游形成焦点 区，所述质量分析狭缝设置在所述焦点区并纯化和选择所述离子束；所述角度校正磁铁校 正通过其的离子束的发散角；所述束流诊断单元吸收离子束并监控测量离子束注入过程状 态；发散离子束通过所述引出电极单元、所述质量分析磁铁、所述质量分析狭缝、所述校正 单元以及所述角度校正磁铁产生一定模式的离子束。本专利技术进一步的改进是所述引出电极单元包括成套引出开口狭缝，所述开口狭 缝可相互切换，其一开口狭缝用以产生大发散角的离子束流，其另一开口狭缝用以产生小 发散角的离子束流、其另一开口狭缝用以产生具有汇聚角的离子束流；所述引出电极单元 增加和减少引出的发散离子束的发散角。本专利技术进一步的改进是所述多模式离子注入机系统还包括四极磁铁单元；所述 四极磁铁单元调节离子束的发散角，所述四极磁铁单元调节离子束的发散角以调节离子束 的宽度；发散离子束通过所述引出电极单元、所述质量分析磁铁、所述质量分析狭缝、所述 校正单元、所述四极磁铁单元以及所述角度校正磁铁可产生宽带束或/和园形束。本专利技术进一步的改进是所述质量分析磁铁和所述引出电极单元间设有至少一个 所述四极磁铁单元，所述四极磁铁单元调节从所述引出电极单元输送来的离子束的发散角 并将改变角度的离子束送入所述质量分析磁铁；所述质量分析磁铁和所述质量分析狭缝间述四极磁铁单元；所述四极磁铁单元调节从所述质量分析磁铁输送来的离 子束的发散角并将改变角度的离子束送入所述质量分析狭缝。本专利技术进一步的改进是所述多模式离子注入机系统还包括电磁扫描单元，所述 电磁扫描单元位于所述质量分析狭缝的下游，所述电磁扫描单元包括电场扫描器或磁场扫 描器，所述电磁扫描单元通过随时间变化的电场或磁场对离子束在角度校正磁铁的偏转平 面上以角度扫描。本专利技术进一步的改进是发散离子束通过所述引出电极单元、所述质量分析磁铁、 所述质量分析狭缝、所述校正单元、所述四极磁铁单元、所述电磁扫描单元以及所述角度校 正磁铁产生宽带束、园形束或/和扫描束；所述电磁扫描单元可不调节通过其的离子束的 偏转角，所述电磁扫描单元可调节通过其的园形束的偏转角以产生扫描束。本专利技术进一步的改进是所述引出电极单元上抑制电极开口狭缝的外轮廓曲面的 弯曲度小于、等于或大于离子源室上等离子体电极的开口狭缝的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式离子注入机系统，包括用于产生发散离子束的离子源、离子束传输系统以及目标工件扫描单元，其特征在于：还包括引出电极单元（１１）、质量分析磁铁（１２）、校正单元（４１）（４２）、质量分析狭缝（１３）、角度校正磁铁（１５）以及束流诊断单元（５１）；所述引出电极单元（１１）调整引出离子束的发散角；所述质量分析磁铁（１２）让通过其的离子束在其下游形成焦点区，所述质量分析狭缝（１３）设置在所述焦点区并纯化选择所述离子束；所述角度校正磁铁（１５）校正通过其的离子束的发散角；所述校正单元位于所述角度校正磁铁（１５）的上游和下游，所述校正单元（４１）（４２）为剂量和角度均匀度校正单元，其通过改变局部的电场或磁场来调整离子束的角度和位置；所述束流诊断单元（５１）吸收离子束并监控测量离子束注入过程状态；发散离子束通过所述引出电极单元（１１）、所述质量分析磁铁（１２）、所述质量分析狭缝（１３）、所述角度校正磁铁（１５）以及所述校正单元（４１）（４２）产生一定模式的离子束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡新平，黄永章，
申请(专利权)人：胡新平，黄永章，
类型：发明
国别省市：90