专利名称：在离子束引出后改善束流流强分布的系统和方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种在离子束引出后改善束流流强分布 的系统和方法。
背景技术：
由于半导体产品的生产趋向较大半导体晶圆的工艺(从8英寸到12英寸，而现 在已向18英寸发展)，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。
离子注入是一种在半导体衬底中掺入杂质，以改变衬底的电性能和材料属性 的工艺。现在已有了几种不同的掺杂单晶圆的工艺方法。其中一种途径在美国专利 7,326,941中被公开。如图1所示，在该专利中所描述的离子注入装置包含一个离子源、 一个通过发散的引出系统来引出一个离子束的引出系统101’、一个质量分析磁铁102’ 和一个束流均勻度控制器，该离子注入装置还包含一校准器103’。所述的引出电极具有 一个几何凸面，从而使束流在离开引出电极时发散。离子束的发散状态由引出电极的形 状确定，而束流均勻度控制器具有相对高而窄的横截面，其中，横截面上较长的一面为 分析磁铁的无色散的平面。随着束流的持续传播，由于束流引出时是发散的，束流在传 输过程中会持续变高，直到离子束到达目标晶圆的时候，其高度足以覆盖此晶圆的整个 直径。校准器终止了束流的发散趋势，并使束流变为平行传播，控制束流在目标晶圆的 注入面上注入角度的变化。
离子注入的装置还包含一个设置在目标晶圆位置处的法拉第杯式束流电流测量 设备，在离子束较长的横截面方向进行扫描，从而来测量束流与注入相关的各项参数， 比如束流强度和角度分布，并将测量数据反馈给束流均勻度控制器。
美国专利7,326,941中还公开了具有两个角度控制器的系统，该系统可以解决非 线性角度变化的问题。角度控制器由几个绕在低碳钢棒上的电磁线圈组成。四极磁场会 在两个绕在棒上的线圈之间的间隙中形成。每个线圈可被单独控制，在局部产生不同的 四极场，从而在不同位置改变束流角度。但该美国专利并没有讨论过具有两个角度控制 器的系统在离子角度修正方面的具体应用。
图2是束流强度分布曲线，由于离子源区的等离子体与离子引出电场之间的复 杂交互作用，沿较长尺寸方向(图1中垂直方向)的束流强度分布曲线通常在中部较平 坦、而两端的束流被分析磁铁的进口阻挡而急剧下降。事实上，顶部与底部的束流的肩 (虚线)非常长，而中部束流也不够平坦。虚线部分代表了被分析磁铁的进口阻挡而被损 失掉的束流。为了获得均勻的束流强度分布，使引出电极的几何凸面更凸，从而使更多 的中部束流移向边缘，导致更多的束流将被分析磁铁的入口阻挡而损失掉，从而使得能 传输到晶圆的束流大大减少，这对于离子注入制程来说，会导致同样注入剂量的制程所 需时间更长，这样对于整个制程的时间效率是非常不利的。发明内容
本发明提供的一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统和方法，可以减少 分析磁铁入口所造成的束流损失，使通过分析磁铁的束流大大提升，获得了较高的束流 传输效率，在调整束流均勻度分布时，也能更方便的优化束流的密度分布。
为了达到上述目的，本发明提供一种在离子束引出后改善束流流强分布的系 统，包含
离子源，产生离子束流；
束流引出系统，通过发散的引出电极来获得发散的离子束流；
质量分析磁铁，用于选择所需能量跟质量之比的离子束；
束流均勻度控制器，用于调整束流在纵向的密度分布；
校准器，终止束流的发散趋势，并使束流变为平行传播，控制束流在晶圆上的 注入角度；
设置在接近目标晶圆位置处的束流诊断设备，穿过离子束流的较长的横截面尺 寸进行扫描，从而来测量束流与注入相关的各项参数(束流的强度和角度分布)，并将测 量数据反馈给束流密度控制器；
该系统的特点在于，在束流引出系统和质量分析磁铁之间的束流路径的顶部与 底部添加正偏压导电板；该正偏压导电板会产生电场，使部分束流压向中部，偏置电压 可以调制束流强度，从而使束流强度增加，补偿了质量分析磁铁引起的束流损失。
然而，在质量分析磁铁之前添加的正偏压板会导致一些非线性角度变化，这些 角度变化可以由角度控制器单独进行修正。
故而，本系统在离子束流通过质量分析磁铁之后的路径上，需要角度控制系统 来进行角度修正，该角度控制系统包含第一角度控制器和第二角度控制器，所述的束流 均勻度控制器作为第一角度控制器，所述的校准器作为第二角度控制器，每个角度控制 器由几个绕在低碳钢棒上的电磁线圈组成，通入电流后，四极磁场会在两个绕在棒上的 线圈之间的间隙中形成，每个线圈可被分别控制，在局部产生不同的四极场，从而在不 同位置改变束流角度。
一种在离子束引出后改善束流流强分布的方法，包含以下步骤
步骤1、离子束引出；
离子源产生离子束流后，通过发散的束流引出系统来获得发散的离子束流；
步骤2、正偏压板改善束流流强分布；
位于束流引出系统和质量分析磁铁之间、束流路径顶部与底部的两个正偏压导 电板产生电场，使两端的部分束流压向中部，通过调节偏置电压的大小，来控制束流强 度；
步骤3、调整角度控制系统中的两个角度控制器(束流均勻度控制器和校准器) 来校准束流角度及控制束流强度分布；
束流强度的分布可以依靠单独调整第一角度控制器(束流均勻度控制器)或者第 二角度控制器(校准器)来获得，或者同时调整两个角度控制器来得到。
本发明提供的一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统和方法，可以减少 分析磁铁入口所造成的束流损失，使通过分析磁铁的束流大大提升，获得了较高的束流传输效率，在调整束流均勻度分布时，也能更方便的优化束流的密度分布。
图1是背景技术中离子注入装置的结构示意图2是背景技术中的束流强度分布曲线；
图3是本发明提供的一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统的结构示意 图4是经过本发明改善后的束流强度分布曲线；
图5是具有非线性角度变化的束流角度曲线；
图6是本发明提供的一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统中的角度控 制系统的结构示意图7是经过调节后的束流角度曲线；
图8是最终得到的束流角度曲线。
具体实施方式
以下根据图3 图8，具体说明本发明的较佳实施例
如图3所示，是一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统，包含
离子源，产生离子束流；
束流引出系统101，通过发散的引出电极来获得发散的离子束流；
质量分析磁铁102，用于选择所需能量的离子束；
束流均勻度控制器1031，用于调整束流在纵向的密度分布；在本实施例中，在 用于调整束流在纵向的密度分布的同时，束流均勻度控制器1031还能实现第一角度控制 器的功能；
校准器1032，终止束流的发散趋势，并使束流变为平行传播，控制束流在晶圆 上的注入角度；在本实施例中，校准器1032还可以实现第二角度控制器的功能；
设置在接近目标晶圆处的束流诊断设备，该束流诊断设备为法拉第杯式束流电 流测量设备，穿过离子束流的较长的横截面尺寸进行扫描，从而来测量束流与注入相关 的各项参数(束流的强度和角度分布)，并将测量数据反馈给束流均勻度控制器；
本系统在束流引出系统和质量分析磁铁之间的束流路径的顶部与底部添加两个 正偏压导电板104来减少质量分析磁铁引起的束流损失；
图3中，虚线是未添加正偏压板时，离子束流的传播轨迹，而实线是添加了两 个正偏压板后，受到影响后的束流轨迹。该正偏压导电板104会产生电场使两端的束流 压向中部。从而使感兴趣区(士 150mm，覆盖300mm直径的晶圆)内的束流强度增加。 其束流曲线的分布结果如图4所示，实线是有添加正偏压导电板的情况，虚线是没有正 偏压板的情况。偏压板的使用，锐化了束流边缘分布，从而提升了束流中部的强度，所 以能使通过分析磁铁的束流大大提升，在获得较高的束流传输效率的同时，亦使在调整 束流均勻度分布时更方便的优化束流的密度分布。
如图6所示，本系统在离子束流通过质量分析磁铁之后的路径上增设一角度控 制系统，该角度控制系统包含第一角度控制器和第二角度控制器，所述的束流均勻度控制器1031作为第一角度控制器，所述的校准器1032作为第二角度控制器，第二角度控制 器1032设置在质量分析磁铁102的横向焦点上，第一角度控制器1031设置在第二角度控 制器1032和质量分析磁铁102之间，每个角度控制器由几个绕在低碳钢棒上的电磁线圈 组成，线圈通电后，四极磁场会在两个绕在棒上的线圈之间的间隙中形成，每个线圈可 被分别控制，在局部产生不同的四极场，从而在不同位置改变束流角度。
一种在离子束引出后改善束流流强分布的方法，包含以下步骤
步骤1、离子束引出；
离子源产生离子束流后，束流引出系统通过发散的引出电极来获得发散的离子 束流；
步骤2、正偏压板改善束流流强分布；
位于束流引出系统和质量分析磁铁之间、束流路径顶部与底部的两个正偏压导 电板产生电场使两端的束流压向中部，通过调节偏置电压的大小，来控制束流强度； (图2和图4是没有和有正偏压的一束流密度分布的对比例子)；
步骤3、调整角度控制系统中的两个角度控制器来校准束流角度；
步骤3.1、在角度控制器1031、1032关闭的情况下，使用法拉第杯式束流角度测 量器，测量得到如图5所示的束流角度曲线；
步骤3.2、开启角度控制器1032，调节线圈的电流值，使得束流中部是平行的 (角度为零)，得到的角度曲线形如图7所示；
步骤3.3、开启角度控制器1031，调节其顶部和底部线圈的电流值，使得边缘束 流的角度可以接近于零或者更加平行；
步骤3.4、再次使用法拉第杯式束流角度测量器进行束流角度测量，得到束流角 度曲线，如果边缘的角度仍然远离零，将第一角度控制器1031顶部和底部线圈上的电流 值调节为更高或更低的值；
步骤3.5、再次使用法拉第杯式束流角度测量器进行束流角度测量，可能有一些小 的局部角度变化，可以通过设置相关的个别线圈来控制，最终的束流角度曲线如图8所示。
非线性角度变化也可以通过调整第二角度控制器1032的线圈设置来完成。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述 的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发 明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求 来限定。
权利要求
1.一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统，包含 离子源，产生离子束流；束流引出系统(101)，通过发散的引出电极来获得发散的离子束流； 质量分析磁铁(102)，用于选择所需能量的离子束； 束流均勻度控制器(1031)，用于调整束流在纵向的密度分布； 校准器(1032)，终止束流的发散趋势，并使束流变为平行传播，控制束流在晶圆上 的注入角度；设置在接近目标晶圆处的束流诊断设备，该束流诊断设备穿过离子束流的较长的横 截面尺寸进行扫描，从而来测量束流与注入相关的各项参数，并将测量数据反馈给束流 均勻度控制器； 其特征在于，所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统还包含两个正偏压导电板(104)，所 述的导电板(104)添加设置在束流引出系统和质量分析磁铁之间的束流路径的顶部与底 部，从而来减少质量分析磁铁引起的束流损失。
2.如权利要求1所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，所述 的束流均勻度控制器(1031)作为第一角度控制器，所述的校准器(1032)作为第二角度控 制器，该第一角度控制器(1031)和第二角度控制器(1032)组成角度控制系统，改变束流 角度。
3.如权利要求2所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，所 述的第二角度控制器(1032)设置在质量分析磁铁(102)的横向焦点上，第一角度控制器 (1031)设置在第二角度控制器(1032)和质量分析磁铁(102)之间。
4.如权利要求3所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，每个 角度控制器由几个绕在低碳钢棒上的电磁线圈组成，线圈通电后，四极磁场会在两个绕 在棒上的线圈之间的间隙中形成，每个线圈可被分别控制，在局部产生不同的四极场。
5.如权利要求1所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，所述 的束流诊断设备为法拉第杯式束流电流测量设备。
6.—种在离子束引出后改善束流流强分布的方法，其特征在于，包含以下步骤 步骤1、离子束引出；离子源产生离子束流后，束流引出系统通过发散的引出电极来获得发散的离子束流；步骤2、正偏压板改善束流流强分布；位于束流引出系统和质量分析磁铁之间、束流路径顶部与底部的两个正偏压导电板 产生电场使两端的束流压向中部，通过调节偏置电压的大小，来控制束流强度； 步骤3、调整角度控制系统中的两个角度控制器来校准束流角度。
7.如权利要求6所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，束流 强度的分布可以依靠单独调整第一角度控制器或者第二角度控制器来获得，或者同时调 整两个角度控制器来得到。
8.如权利要求6所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，所述 的步骤3包含以下步骤步骤3.1、在角度控制器关闭的情况下，使用法拉第杯式束流角度测量器测量束流角 度曲线；步骤3.2、开启角度控制器，调节线圈的电流值，使得束流中部是平行的或角度为零；步骤3.3、开启角度控制器，调节其顶部和底部线圈的电流值，使得边缘束流的角度 可以接近于零或者更加平行；步骤3.4、再次使用法拉第杯式束流角度测量器进行束流角度测量，得到束流角度曲 线，如果边缘的角度仍然远离零，将第一角度控制器顶部和底部线圈上的电流值调节为 更高或更低的值；步骤3.5、再次使用法拉第杯式束流角度测量器进行束流角度测量，通过设置相关的 个别线圈来控制局部角度变化。
9.如权利要求8所述的在离子束引出后改善束流流强分布的系统，其特征在于，非线 性角度变化也可通过调整第二角度控制器的线圈设置来完成。
全文摘要
一种在离子束引出后改善束流流强分布的系统和方法，在束流引出系统和质量分析磁铁之间的束流路径的顶部与底部添加正偏压导电板，该正偏压导电板会产生电场，使部分束流压向中部，偏置电压可以调制束流强度，从而使束流强度增加，补偿了质量分析磁铁引起的束流损失，同时利用角度控制器来单独修正由于正偏压板导致的一些非线性角度变化。本发明可以减少分析磁铁入口所造成的束流损失，使通过分析磁铁的束流大大提升，获得了较高的束流传输效率，在调整束流均匀度分布时，也能更方便的优化束流的密度分布。
文档编号H01J37/04GK102024656SQ20091019584
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者陈炯 申请人:上海凯世通半导体有限公司