专利名称：一种用于离子注入机靶室的法拉第系统及离子束束流品质检测的方法
技术领域：
本发明涉及离子束注入领域，具体为一种用于离子注入机靶室的法拉第系统及离子束束流品质检测的方法。
背景技术：
早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其在电场中加速，获得较高的速度后射入固体材料的表面，以该表这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。从1858年世界上第一块集成电路诞生至今的50多年中，世界集成电路技术与产业的飞速发展，经历小规模(数百个元件)、中规模、大规模、超大规模、到今天已进入特大规模(千万以上个元件)的时代。随着集成度的提高和电路规模的增大，电路中单元器件尺寸不断缩小，图形特征尺寸成为每一代电路技术的特有表征。20世纪末，集成电路制造技术主流为0.13微米的8英寸硅片；但是经过几年的时间，100纳米，65纳米，32纳米的工艺也陆续进入生产；同时受到经济利益的驱动，集成电路制造厂商追求更低的生产成本和更高的生产效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，从而可以在单块硅片上可以生产更多的器件。随着关键尺寸的减小和硅片尺寸的增大，对各种生产设备的要求也越来越高。离子注入设备在束平行度、注入剂量的准确性、均匀性等方面也受到非常严峻的挑战。当晶片的尺寸还在150_或者更小的时候，法拉第可以精确测量到离子束的束流值大小，并且均匀性也满足大规模集成的 要求。但是当硅片尺寸增大到300_后，仅仅通过一个法拉第来测量束流值大小，已经不能满足要求。随着晶片的尺寸增大，同一晶片上的器件注入的剂量变差会越大；离子束在使用的过程中束流的品质是变化的，实时监控束流也变得必要；束平行性也需要测量。
发明内容
为了克服现有的法拉第系统难以监控束流的不足，本发明旨在提供一种用于离子注入机靶室的法拉第系统及离子束束流品质检测的方法，该法拉第系统可检测离子注入设备产生的离子束的束流品质，保证注入工件的离子束各方面均满足要求，从而提高注入工件的良品率。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种用于离子注入机靶室的法拉第系统，其结构特点是，包括具有真空腔体的靶室；置于靶室内的靶台、移动法拉第、角度法拉第、闭环法拉第和电子淋浴器；用于固定工件的所述靶台位于电子淋浴器的正下方；用于检测离子束注入工件之前的束流量的所述移动法拉第位于靶室上部，且可沿着离子束宽度方向，即X方向往复移动；与所述移动法拉第配合测量离子束相对于X方向的倾斜角度α并监控离子束剂量的所述角度法拉第位于靶室下部；用于实时监控离子束的注入束流和剂量的所述闭环法拉第位于电子淋浴器与角度法拉第之间，且该闭环法拉第位于离子束的外侧；所述角度法拉第由多个法拉第杯在X方向上并列布置而成，且两端的两个法拉第杯之间的距离不小于离子束的束宽，所述移动法拉第和闭环法拉第各包括一个法拉第杯；用于在离子注入前中和离子束中电子的所述电子淋浴器位于移动法拉第和靶台之间；
所述法拉第杯包括磁抑制装置，位于磁抑制装置两磁极之间的外电极，位于外电极内侧的内电极，位于外电极和内电极之间的抑制电极；所述抑制电极与所述内电极电连接。以下为本发明的进一步改进的技术方案:
为了防治内、外电极接触，所述外电极与内电极之间设有绝缘子。作为一种驱动移动法拉第的法拉第杯沿X方向往复移动的驱动形式，所述的移动法拉第的法拉第杯与驱动电机相连。进一步地，所述闭环法拉第和注入工件、靶台处于同一平面，便于实时监控离子束注入工件的注入束流和剂量。为了防止闭环法拉第中的磁场对注入过程产生干扰，所述闭环法拉第外设有屏蔽外罩。 作为一种具体例子，所述角度法拉第包括5个或7个法拉第杯，相邻两个法拉第杯之间的距离相等。作为具体的工件固定方式，所述靶台通过机械夹持或静电吸附固定工件。
根据本发明的实施例，所述工件优选为晶片。所述离子束优选为带状束。进一步，本发明还提供了一种利用以上所述用于离子注入机靶室的法拉第系统进行离子束束流品质检测的方法，其特点是，其包括如下步骤:
1)在离子束注入工件之前，首先驱动移动法拉第沿着束宽度方向进行扫描，获得离子束的束流值大小；并通过离子注入设备的控制设备将离子束的束流值大小调整符合指标要求；
2)在移动法拉第移动挡住部分离子束时，角度法拉第上会产生阴影，根据此时移动法拉第的位置与角度法拉第的距离计算出离子束相对于X方向的倾斜角α ;并将该倾斜角α调整至90° ;
3)离子束注入工件时，移动法拉第位于离子束的外侧；所述闭环法拉第实时监控离子束的注入束流和剂量。藉由上述结构，本发明所述的用于离子注入机靶室的法拉第系统包括移动法拉第、角度法拉第、闭环法拉第、电子淋浴器、用于注入工艺的真空腔体以及固定工件的靶台。其中所有法拉第杯都带有电抑制和磁抑制功能，消除因为二次电子和反向散射电子带来的测量误差。离子束由离子源产生经后过引出、分析、加速、扫描后进入工艺腔，即靶室。在注入工件之前，首先经过移动法拉第采集离子束束流的大小，移动法拉第位于束流进入靶室的入口处，由驱动电机装置沿着束宽度方向进行扫描，获得离子束的束流分布。通过离子注入设备的控制设备进行调整得到符合要求的束流。在注入过程中移动法拉第停止在安全区域。闭环法拉第位于靶台的同一平面，用于实时监控束流值大小和注入剂量。由于闭环法拉第相对靶台处于束流的边缘，靶台处于束流的中央位置。由于束的不均匀性，在边缘处和中心处的束流值大小存在偏差。为了使得移动法拉第和闭环法拉第使用同一个标准，故需要对闭环法拉第进行校正。闭环法拉第临近注入工件(晶片)，为防止电场和磁场对注入产生干扰，闭环法拉第还需增加屏蔽外罩。角度法拉第位于靶台的正后方，角度法拉第有多个法拉第杯组成，多个法拉第杯以等间距分布，两端的两个法拉第杯的距离和靶台的宽度相同。当移动法拉第杯运动某个位置时挡住离子束，投射在角度法拉第杯上就会有个阴影。根据此时移动法拉第的位置和角度法拉第的距离即可算出倾斜角。与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明利用多个法拉第装置进行束流品质测量，并测得的离子束满足注入指标要求后，靶台运动到注入的位置准备注入，同时为了消除电荷积累对晶片产生不良影响。还需要采用电子淋浴器来产生电子中和离子束的正电荷，提闻了广品的良品率。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图1为离子束注入前靶室在XY平面布局的示意 图2为离子束注入时靶室在XY平面布局的示意 图3为本发明所述法拉第杯的结构示意图。
具体实施例方式一种用于离子注入机靶室的法拉第系统，如图1和2所示，包括进行离子注入工艺的腔体，即靶室20、以及固定晶片12的装置靶台21、一个可以沿着离子束宽度方向快速运动，用于在离子注入设备中离子束注入进工艺片之前束流的检测的法拉第装置移动法拉第30 ;一个参与闭环控制的法拉第装置闭环法拉第32，用于实时监控注入的束流和剂量；一个角度法拉第34，用于和移动法拉一起参与角度测量和剂量监控；一个电子淋浴器26。在注入工艺前，有离子注入设备经离子源产生等离子体，经过引出装置引出，再经过质量分析器来筛选出合适的离子，然后被加速，电扫描最后进入靶室20。本实施实例所述的离子束10为带状束。下面结合
如何控制注入的剂量、均匀性、注入角度等参数。为了精确控制注入剂量值，先要准确测得离子束10束流值。如图3所示所有法拉第杯包括内电极3、外电极2、抑制电极4以及把内电极3和外电极2隔开的绝缘子6、还有磁抑制装置5，磁抑制装置5由两块永久磁铁组成，并一块磁铁的N极指向另外一块磁铁的S极。由于抑制电极4和内电极3之间存在一个电场阻止二次电子IOb逃离，磁抑制装置5产生磁场使得离子撞击内电极的侧面，从而阻止反向散射离子IOa的逃离。因而消除了离子束轰击电极外表面产生的二次电子IOb和离子撞击电极后发生反向散射的离子IOa带来的测量误差。准确测得离子束10的束流值，通过控制注入时间来实现注入剂量的精确控制。 均匀性的测量方法为在离子束10进入靶室20后，启动驱动电机31驱动移动法拉第30沿X方向进行扫描，同时法拉第杯采集到离子束10沿X方向上的束流值。采集完成后将采集的值送给控制机进行分析，得出的束流如果符合要求则可以进行注入，反之则需要对光路中磁铁的参数进行调整，同时闭环法拉第32也参与控制机的闭环控制。为了防止闭环法拉第32中的磁场对注入产生干扰，闭环法拉第32增加屏蔽外罩33。角度的测量由移动法拉 第30和角度法拉第34 —起完成。角度法拉第34由7个法拉第杯35组成，其中第一个杯和第七个杯分别位于靶台的两端位置处。当移动法拉第杯30运动某个位置时挡住离子束，投射在角度法拉第杯34上就会有个阴影。根据此时移动法拉第30的位置和角度法拉第34的坐标值即可算出倾斜角a。当得出离子束10的束流指标后，且离子束10的所有指标都符合注入要求，传递晶片12到靶台21处，同时开启电子淋浴器26产生的电子类似于喷淋的方式对离子束10进行电子中和过程，最后被淋浴过的离子束10注入到晶片12上。以上所述已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求
1.一种用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，包括具有真空腔体的靶室(20);置于靶室(20)内的靶台(21)、移动法拉第(30)、角度法拉第(34)、闭环法拉第(32)和电子淋浴器(26);用于固定工件(12)的所述靶台(21)位于电子淋浴器(26)的正下方；用于检测离子束(10)注入工件(12)之前的束流量的所述移动法拉第(30)位于靶室(20)上部，且可沿着离子束(10)宽度方向，即X方向往复移动；与所述移动法拉第(30)配合测量离子束(10)相对于X方向的倾斜角度α并监控离子束(10)剂量的所述角度法拉第(34)位于靶室(20)下部；用于实时监控离子束(10)的注入束流和剂量的所述闭环法拉第(32)位于电子淋浴器(26)与角度法拉第(34)之间，且该闭环法拉第(32)位于离子束(10)的外侧；所述角度法拉第(34)由多个法拉第杯(35)在X方向上并列布置而成，且两端的两个法拉第杯之间的距离不小于离子束(10)的束宽，所述移动法拉第(30)和闭环法拉第(32)各包括一个法拉第杯(35);用于在离子注入前中和离子束(10)中电子的所述电子淋浴器(26)位于移动法拉第(30)和靶台(21)之间； 所述法拉第杯(35)包括磁抑制装置(5)，位于磁抑制装置(5)两磁极之间的外电极(2)，位于外电极(2)内侧 的内电极(3)，位于外电极(2)和内电极(3)之间的抑制电极(4);所述抑制电极(4)与所述内电极(3)电连接。
2.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述外电极(2)与内电极(3 )之间设有绝缘子(6 )。
3.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述的移动法拉第(30 )的法拉第杯(35 )与驱动电机(31)相连。
4.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述闭环法拉第(32)和注入工件(12)、靶台(21)处于同一平面。
5.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述闭环法拉第(32)外设有屏蔽外罩(33)。
6.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述角度法拉第(34)包括5个或7个法拉第杯(35)，相邻两个法拉第杯之间的距离相等。
7.根据权利要求1所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述靶台(21)通过机械夹持或静电吸附固定工件(12)。
8.根据权利要求f7之一所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述工件(12)为晶片。
9.根据权利要求f7之一所述用于离子注入机靶室的法拉第系统，其特征是，所述离子束(10)为带状束。
10.一种利用权利要求1、之一所述用于离子注入机靶室的法拉第系统进行离子束束流品质检测的方法，其特征是，包括如下步骤: 1)在离子束(10)注入工件(12)之前，首先驱动移动法拉第(30)沿着X方向进行扫描，获得离子束(10)的束流值大小；并通过离子注入设备的控制设备将离子束的束流值大小调整符合指标要求； 2)在移动法拉第(30)移动挡住部分离子束时，角度法拉第(34)上会产生阴影，根据此时移动法拉第(30)的位置与角度法拉第(34)的距离计算出离子束(10)相对于X方向的倾斜角α ;并将该倾斜角α调整至90° ;3)离子束注入工件(12)时，移动法拉第(30)位于离子束(10)的外侧；所述闭环法拉第(32)实时监控 离子束(10)的注入束流和剂量。
全文摘要
本发明公开了一种用于离子注入机靶室的法拉第系统及离子束束流品质检测的方法。所述用于离子注入机靶室的法拉第系统包括进行离子注入工艺的腔体，即靶室、以及固定晶片的装置靶台、一个移动法拉第、一个闭环法拉第、一个角度法拉第、一个电子淋浴器。所述离子束束流品质检测的方法为，在注入工艺前，有离子注入设备经离子源产生等离子体，经过引出装置引出，再经过质量分析器来筛选出合适的离子，然后被加速，电扫描最后进入靶室。本发明测得的离子束满足注入指标要求后，靶台运动到注入的位置准备注入，同时为了消除电荷积累对晶片产生不良影响，采用电子淋浴器来产生电子中和离子束的正电荷，提高了产品的良品率。
文档编号H01J37/32GK103219217SQ201310096090
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者胡振东, 易文杰, 许波涛, 袁卫华 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所