專利名稱：離子注入裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造設(shè)備，特別是涉及一種離子注入裝置及方法。
背景技術(shù)：
離子注入方法用來(lái)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(duì)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(guò)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(zhǎng)，達(dá)到一定的注入劑量均勻性和注入角度均勻 性也越來(lái)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(guò)程中往往會(huì)發(fā)生束流崩潰，任何靜電勢(shì)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(duì)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(duì)其進(jìn)行聚焦，這樣將導(dǎo)致束 流傳輸路徑變長(zhǎng)，對(duì)束流的傳輸效率不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的離子注入方法對(duì)束流的利用 率不高的缺陷，提供一種成本較低的能夠以均勻且較高的流強(qiáng)分布、均勻的角度分布高效 地進(jìn)行注入的離子注入裝置及方法。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種離子注入裝置，其特點(diǎn) 在于，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(zhì)量分 析磁鐵，用于偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離 子束；一校正磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束在豎直平面 內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正；一變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，用于將來(lái)自該校正磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的 離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置和方向，并使其加速或減速至預(yù)設(shè)注入能量；一工件掃描系統(tǒng)，用于 使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束。較佳地，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇低能離子束，該 變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)減速，該工件掃描系統(tǒng) 能夠使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。較佳地，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇高能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)加速或減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。較佳地，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該引 出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，并且，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該掃描磁鐵的離 子束中選擇低能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并 同時(shí)減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該低能離子束在工件 處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。較佳地，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該引 出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，并且，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該掃描磁鐵的離 子束中選擇高能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并 同時(shí)加速或減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該高能離子束 在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。較佳地，該掃描磁鐵在豎直方向的掃描角度范圍為-10° +10°。較佳地，該質(zhì)量分析磁鐵能夠使該離子束偏轉(zhuǎn)45° 110°。較佳地，該校正磁鐵能夠?qū)⒇Q直平面內(nèi)的束流張角校正至與束流傳輸路徑平行。較佳地，在工件所在平面內(nèi)并且鄰接工件處設(shè)有一束流診斷設(shè)備，用于測(cè)量工件 處的束流強(qiáng)度和角度分布。較佳地，該束流診斷設(shè)備能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)反饋給一用于控制該離子注入裝置的處理器。較佳地，該束流診斷設(shè)備包括不具有束流角度測(cè)量功能的法拉第杯，以及具有垂 直和/或水平方向束流角度測(cè)量功能的法拉第杯。本發(fā)明的另一技術(shù)方案為一種利用上述離子注入裝置的離子注入方法，其特點(diǎn) 在于，其包括以下步驟=S1、利用該引出系統(tǒng)從該離子源引出離子束；s2、通過(guò)該質(zhì)量分析磁 鐵偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束；S3、通 過(guò)該校正磁鐵對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束在豎直平面內(nèi)的束流 張角進(jìn)行校正；s4、通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)將來(lái)自該校正磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束 偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置和方向，并使其加速或減速至預(yù)設(shè)注入能量；s5、通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工 件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束。較佳地，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇低能 離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí) 減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。較佳地，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇高能 離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí) 加速或減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn) 動(dòng)。較佳地，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，在步驟S1與S2之 間，通過(guò)該掃描磁鐵對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，在步驟S2中通過(guò)該 質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇低能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎 系統(tǒng)使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該掃描磁鐵在豎直方向的掃描角度范圍使得該低 能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。較佳地，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，在步驟S1與S2之 間，通過(guò)該掃描磁鐵對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，在步驟S2中通過(guò)該 質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇高能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎 系統(tǒng)使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)加速或減速，在步驟S5中通過(guò)該工件 掃描系統(tǒng)使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該掃描磁鐵在豎直方向的掃描角度范圍使 得該高能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。
較佳地，該掃描磁鐵在豎直方向的掃描角度范圍為-10° +10°。較佳地，在步驟S2中該質(zhì)量分析磁鐵使該離子束偏轉(zhuǎn)45° 110°。較佳地，在步驟S3中該校正磁鐵將豎直平面內(nèi)的束流張角校正至與束流傳輸路徑 平行。較佳地，在工件所在平面內(nèi)并且鄰接工件處設(shè)有一束流診斷設(shè)備，在步驟S5中通 過(guò)該束流診斷設(shè)備測(cè)量工件處的束流強(qiáng)度和角度分布。較佳地，在步驟S5中該束流診斷設(shè)備將測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給一用于控制該離子注入裝 置的處理器。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明可以通過(guò)控制掃描磁鐵、質(zhì)量分析磁鐵和校 正磁鐵的電流大小，控制束流的流強(qiáng)和角度分布，提高束流的利用效率，上述三組磁鐵的相 互配合，能夠更方便地優(yōu)化束流的劑量和角度的均勻性；另外，通過(guò)變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)對(duì)束流的 偏轉(zhuǎn)、聚焦和變速控制，使得束流不但具有較高的流強(qiáng)，還能夠保持較好的能量單色性；另 夕卜，通過(guò)束流診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)測(cè)量和反饋，使得處理器能夠基于這些測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步地調(diào) 節(jié)束流傳輸過(guò)程中各元件的參數(shù)，在反復(fù)進(jìn)行該測(cè)量、反饋、調(diào)節(jié)過(guò)程之后，便能夠?qū)崿F(xiàn)參 數(shù)的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)增大離子束在工件上的注入流強(qiáng)、精確控制離子入射角度、提高注入離 子束劑量的準(zhǔn)確性的目的，從而在較大的離子能量范圍(幾十eV到幾百keV)內(nèi)提高裝置 注入的效率。


圖1為本發(fā)明的離子注入裝置的第一實(shí)施例的俯視示意圖。圖2為本發(fā)明的離子注入裝置的第二實(shí)施例的俯視示意圖。圖3為本發(fā)明的離子注入裝置中校正磁鐵的校正效果的側(cè)視示意圖。圖4為本發(fā)明的離子注入裝置中掃描磁鐵的掃描效果的側(cè)視示意圖。
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(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。參考圖1和圖2，本發(fā)明的離子注入裝置主要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(zhì)量分析磁鐵，用于偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束， 以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束(即下述實(shí)施例中所述的高能離子束或 低能離子束)；一校正磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該高能或低能離子束在豎直平 面內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正；一變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，用于將來(lái)自該校正磁鐵的該高能或低能離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置和方向，并使其能量狀態(tài)從傳輸能量加速或減速至預(yù)設(shè)的最終注入能 量；一工件掃描系統(tǒng)，用于使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該高能或低能離子束，以實(shí)現(xiàn) 離子束對(duì)工件的均勻注入。相應(yīng)地，利用上述離子注入裝置執(zhí)行的離子注入方法主要包括以下步驟S1、利用該引出系統(tǒng)從該離子源引出離子束。 S2、通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇出 所需的高能或低能離子束。S3、通過(guò)該校正磁鐵對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該高能或低能離子束在豎直平面內(nèi) 的束流張角進(jìn)行校正。S4、通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)將來(lái)自該校正磁鐵的該高能或低能離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位 置和方向，并使其能量狀態(tài)從傳輸能量加速或減速至預(yù)設(shè)的最終注入能量。S5、通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該高能或低能離子 束，以完成離子注入。以下將分別針對(duì)不采用掃描磁鐵和采用掃描磁鐵的情況對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1圖1所示為本發(fā)明在不采用掃描磁鐵的情況下進(jìn)行能量較低(甚至能量超低)的 離子束注入時(shí)的俯視示意圖。引出系統(tǒng)2從離子源1引出離子束后，該離子束被質(zhì)量分析 磁鐵4偏轉(zhuǎn)例如90°左右(在圖1的紙面平面內(nèi))，以從中分離選擇出低能離子束送入校 正磁鐵5，但在該過(guò)程中質(zhì)量分析磁鐵4并不改變束流的形狀，即束流中的離子在橫向上的 相對(duì)位置保持不變。校正磁鐵5會(huì)對(duì)該低能離子束在豎直平面內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正，較 佳地將該張角校正至與束流的傳輸路徑平行(如圖3所示)，以使得束流最終能夠均勻地注 入工件。接著，該低能離子束被變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)6在水平面內(nèi)(在圖1的紙面平面內(nèi))進(jìn)行 兩次偏轉(zhuǎn)(如圖1所示)并同時(shí)減速、聚焦，最終在預(yù)設(shè)位置以預(yù)設(shè)方向注入工件。該變速 轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)6使得該較低能量或超低能量的離子束能夠在獲得較高流強(qiáng)的同時(shí)，保持較好的 能量單色性。而工件則由工件掃描系統(tǒng)7控制，通過(guò)機(jī)械手臂從大氣環(huán)境被傳遞進(jìn)真空腔， 然后保持一預(yù)設(shè)角度并在水平方向(沿圖1中的箭頭A方向)和豎直方向(圖1的垂直紙 面方向)進(jìn)行二維機(jī)械掃描運(yùn)動(dòng)，反復(fù)通過(guò)束流，使離子束劑量均勻地分布到工件上，當(dāng)完 成離子注入之后再由機(jī)械手臂將工件從真空腔傳遞至大氣環(huán)境。另外，還可以在工件所在平面內(nèi)并且鄰接工件處設(shè)置一束流診斷設(shè)備，用來(lái)測(cè)量 束流的與注入過(guò)程相關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)，例如束流在工件處的強(qiáng)度和角度分布，以供操作人員 參考。該束流診斷設(shè)備的結(jié)構(gòu)可以包括不具有束流角度測(cè)量功能的法拉第杯，以及具有垂 直和/或水平方向束流角度測(cè)量功能的法拉第杯中的一種或多種。另外，該束流診斷設(shè)備 還可以將這些測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給用于控制該離子注入裝置中的各個(gè)元件的處理器，使得該處 理器能夠基于這些測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)一步調(diào)節(jié)各個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置，在反復(fù)進(jìn)行該測(cè)量、反饋、調(diào) 節(jié)過(guò)程之后，便能夠?qū)崿F(xiàn)元件參數(shù)的優(yōu)化，例如通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)各組磁鐵的電流大小，優(yōu)化 束流的流強(qiáng)和角度分布，更好地提高束流的利用效率。未采用掃描磁鐵的該離子注入裝置也可以用于執(zhí)行高能離子束的注入(圖中未 示)。高能離子束的注入與上述低能離子束的注入的不同之處在于，此時(shí)，質(zhì)量分析磁鐵4 將來(lái)自引出系統(tǒng)2的離子束偏轉(zhuǎn)例如90°左右，以從中分離選擇出高能離子束送入校正磁鐵5 ；變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)6會(huì)在水平面內(nèi)將該高能離子束進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)，并同時(shí)將其加速或減速 以及聚焦，而注入過(guò)程的其余步驟則與本實(shí)施例中低能離子束的注入完全類似。實(shí)施例2圖2所示為本發(fā)明采用了掃描磁鐵的情況下進(jìn)行能量較高的離子束注入時(shí)的俯 視示意圖，該能量較 高的離子可以為例如能量在50kev以下的As+、P+、B+等離子。與實(shí)施 例1不同的是，本實(shí)施例在引出系統(tǒng)2與質(zhì)量分析磁鐵4之間設(shè)置有一掃描磁鐵3，離子束 由引出系統(tǒng)2從離子源1引出之后，被掃描磁鐵3在豎直方向、并在例如-5° +5°的角 度范圍內(nèi)快速掃描(圖4所示即為離子束被向上偏轉(zhuǎn)的狀態(tài))，從而使得離子束在不斷地 快速上下偏轉(zhuǎn)的狀態(tài)下在豎直方向上形成一定的分布，并且掃描磁鐵3的掃描動(dòng)作并不會(huì) 破壞束流的形狀。然后，當(dāng)經(jīng)掃描后的離子束通過(guò)質(zhì)量分析磁鐵4時(shí)，同樣被質(zhì)量分析磁鐵 4偏轉(zhuǎn)例如90°左右，以從中分離選擇出高能離子束送入校正磁鐵5，在該過(guò)程中質(zhì)量分析 磁鐵4同樣不改變束流的形狀，即束流中的離子在橫向上的相對(duì)位置保持不變。校正磁鐵 5會(huì)對(duì)該高能離子束在豎直平面內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正，較佳地將該張角校正至與束流的 傳輸路徑平行(如圖3所示)。接著，該高能離子束被變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)6’在水平面內(nèi)(在圖 2的紙面平面內(nèi))進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并被聚焦，同時(shí)進(jìn)行加速或減速，最終在預(yù)設(shè)位置以預(yù)設(shè)方 向注入工件。通過(guò)掃描磁鐵3、質(zhì)量分析磁鐵4以及校正磁鐵5對(duì)束流的影響，可以使得束 流在最終達(dá)到工件處時(shí)在縱向上覆蓋工件，例如在本實(shí)施例中，該高能離子束在工件處會(huì) 形成一個(gè)縱向上覆蓋約460mm范圍的一維分布，能夠覆蓋晶圓直徑小于或等于300mm的工 件，而當(dāng)晶圓直徑大于300mm時(shí)，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)掃描磁鐵3、質(zhì)量分析磁鐵4以及校正磁鐵 5的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)束流對(duì)工件的縱向覆蓋。特別地，通過(guò)對(duì)掃描磁鐵3的電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào) 節(jié)，能夠使得束流流強(qiáng)在豎直方向上達(dá)到均勻分布。在本實(shí)施例中，針對(duì)晶圓直徑小于或等 于300mm的工件，該工件掃描系統(tǒng)7在將工件與束流在縱向上對(duì)準(zhǔn)之后，只需使工件進(jìn)行一 維水平方向(沿圖2中的箭頭A方向)的機(jī)械掃描運(yùn)動(dòng)，便能夠使得該高能離子束的劑量均 勻地注入到工件上。這樣大大減少了注入所需的時(shí)間，提高了離子注入的生產(chǎn)效率。另外， 在本實(shí)施例中同樣可以設(shè)置與實(shí)施例1相同的束流診斷設(shè)備，以通過(guò)不斷地調(diào)節(jié)各個(gè)元件 的參數(shù)，例如掃描磁鐵3、質(zhì)量分析磁鐵4以及校正磁鐵5的電流大小，優(yōu)化束流的流強(qiáng)和角 度分布，更好地提高束流的利用效率。采用了掃描磁鐵的該離子注入裝置也可以用于執(zhí)行低能離子束的注入(圖中未 示)。低能離子束的注入與上述高能離子束的注入的不同之處在于，此時(shí)，質(zhì)量分析磁鐵4 將來(lái)自掃描磁鐵3的離子束偏轉(zhuǎn)例如90°左右，以從中分離選擇出低能離子束送入校正磁 鐵5;變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)6會(huì)在水平面內(nèi)將該低能離子束進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)將其減速、聚焦， 而注入過(guò)程的其余步驟則與本實(shí)施例中高能離子束的注入完全類似。上述各實(shí)施例中的掃描磁鐵、質(zhì)量分析磁鐵、校正磁鐵均可以采用現(xiàn)有的電磁鐵 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)對(duì)離子束的偏轉(zhuǎn)、變速控制也可以利用公知的電效應(yīng)或磁效應(yīng) 加以實(shí)現(xiàn)，故在此均不做贅述。綜上所述，本發(fā)明的該離子注入裝置及方法能夠增大離子束在工件上的注入流 強(qiáng)，精確控制離子入射角度，提高注入離子束劑量的準(zhǔn)確性，從而在較大的離子能量范圍內(nèi) 提高裝置注入的效率。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(shuō)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(duì)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
一種離子注入裝置，其特征在于，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(zhì)量分析磁鐵，用于偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束；一校正磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束在豎直平面內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正；一變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，用于將來(lái)自該校正磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置和方向，并使其加速或減速至預(yù)設(shè)注入能量；一工件掃描系統(tǒng)，用于使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束。
2.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該引 出系統(tǒng)的離子束中選擇低能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行 兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，該質(zhì)量分析磁鐵能夠從來(lái)自該引 出系統(tǒng)的離子束中選擇高能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行 一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)加速或減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描 運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵 之間設(shè)有一掃描磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，并且，該質(zhì)量 分析磁鐵能夠從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇低能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該低 能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件進(jìn)行一維水平 掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該低能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。
5.如權(quán)利要求1所述的離子注入裝置，其特征在于，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁鐵 之間設(shè)有一掃描磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束在豎直方向進(jìn)行掃描，并且，該質(zhì)量 分析磁鐵能夠從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇高能離子束，該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)能夠使該高 能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)加速或減速，該工件掃描系統(tǒng)能夠使工件進(jìn)行一 維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該高能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋工件。
6.如權(quán)利要求4或5所述的離子注入裝置，其特征在于，該掃描磁鐵在豎直方向的掃描 角度范圍為-10° +10°。
7.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入裝置，其特征在于，該質(zhì)量分析磁鐵能 夠使該離子束偏轉(zhuǎn)45° 110°。
8.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入裝置，其特征在于，該校正磁鐵能夠?qū)?豎直平面內(nèi)的束流張角校正至與束流傳輸路徑平行。
9.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的離子注入裝置，其特征在于，在工件所在平面內(nèi) 并且鄰接工件處設(shè)有一束流診斷設(shè)備，用于測(cè)量工件處的束流強(qiáng)度和角度分布。
10.如權(quán)利要求9所述的離子注入裝置，其特征在于，該束流診斷設(shè)備能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù) 反饋給一用于控制該離子注入裝置的處理器。
11.如權(quán)利要求9所述的離子注入裝置，其特征在于，該束流診斷設(shè)備包括不具有束流 角度測(cè)量功能的法拉第杯，以及具有垂直和/或水平方向束流角度測(cè)量功能的法拉第杯。
12.一種利用權(quán)利要求1所述的離子注入裝置的離子注入方法，其特征在于，其包括以 下步驟51、利用該引出系統(tǒng)從該離子源引出離子束；52、通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè) 能量范圍內(nèi)的離子束；53、通過(guò)該校正磁鐵對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束在豎直平面 內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正；54、通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)將來(lái)自該校正磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè) 位置和方向，并使其加速或減速至預(yù)設(shè)注入能量；55、通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束.
13.如權(quán)利要求12所述的離子注入方法，其特征在于，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁 鐵從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇低能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該低 能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件在 水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求12所述的離子注入方法，其特征在于，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁 鐵從來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束中選擇高能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該高 能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并同時(shí)加速或減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使 工件在水平和豎直方向進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求12所述的離子注入方法，其特征在于，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁 鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，在步驟S1與S2之間，通過(guò)該掃描磁鐵對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束 在豎直方向進(jìn)行掃描，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇 低能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該低能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行兩次偏轉(zhuǎn)并 同時(shí)減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該掃描磁 鐵在豎直方向的掃描角度范圍使得該低能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向上覆蓋 工件。
16.如權(quán)利要求12所述的離子注入方法，其特征在于，在該引出系統(tǒng)與該質(zhì)量分析磁 鐵之間設(shè)有一掃描磁鐵，在步驟S1與S2之間，通過(guò)該掃描磁鐵對(duì)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束 在豎直方向進(jìn)行掃描，在步驟S2中通過(guò)該質(zhì)量分析磁鐵從來(lái)自該掃描磁鐵的離子束中選擇 高能離子束，在步驟S4中通過(guò)該變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)使該高能離子束在水平面內(nèi)進(jìn)行一次偏轉(zhuǎn)并 同時(shí)加速或減速，在步驟S5中通過(guò)該工件掃描系統(tǒng)使工件進(jìn)行一維水平掃描運(yùn)動(dòng)，其中，該 掃描磁鐵在豎直方向的掃描角度范圍使得該高能離子束在工件處的束流分布范圍在縱向 上覆蓋工件。
17.如權(quán)利要求15或16所述的離子注入方法，其特征在于，該掃描磁鐵在豎直方向的 掃描角度范圍為-10° +10°。
18.如權(quán)利要求12-16中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，在步驟S2中該質(zhì) 量分析磁鐵使該離子束偏轉(zhuǎn)45° 110°。
19.如權(quán)利要求12-16中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，在步驟S3中該校 正磁鐵將豎直平面內(nèi)的束流張角校正至與束流傳輸路徑平行。
20.如權(quán)利要求12-16中任意一項(xiàng)所述的離子注入方法，其特征在于，在工件所在平面 內(nèi)并且鄰接工件處設(shè)有一束流診斷設(shè)備，在步驟S5中通過(guò)該束流診斷設(shè)備測(cè)量工件處的束 流強(qiáng)度和角度分布。
21.如權(quán)利要求20所述的離子注入方法，其特征在于，在步驟S5中該束流診斷設(shè)備將 測(cè)量數(shù)據(jù)反饋給一用于控制該離子注入裝置的處理器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子注入裝置，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(zhì)量分析磁鐵，用于偏轉(zhuǎn)來(lái)自該引出系統(tǒng)的離子束，以從該離子束中選擇一預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束；一校正磁鐵，用于對(duì)來(lái)自該質(zhì)量分析磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束在豎直平面內(nèi)的束流張角進(jìn)行校正；一變速轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，用于將來(lái)自該校正磁鐵的該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束偏轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置和方向，并使其加速或減速至預(yù)設(shè)注入能量；一工件掃描系統(tǒng)，用于使工件以一預(yù)設(shè)角度往復(fù)掃描通過(guò)該預(yù)設(shè)能量范圍內(nèi)的離子束。本發(fā)明還公開了一種相應(yīng)的離子注入方法。本發(fā)明能夠以均勻且較高的流強(qiáng)分布、均勻的角度分布高效地進(jìn)行離子注入。
文檔編號(hào)C23C14/48GK101838796SQ20091020138
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者洪俊華, 錢鋒, 陳炯 申請(qǐng)人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司