CN102315065A

CN102315065A - 束流传输系统及方法

Info

Publication number: CN102315065A
Application number: CN2010102230832A
Authority: CN
Inventors: 钱锋; 陈炯
Original assignee: SHANGHAI KAISHITONG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: Kingstone Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102315065B

Abstract

本发明公开了一种束流传输系统，其包括一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，在该束流出射装置与该目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流传输路径两侧的杆状四极磁铁。本发明还公开了一种利用上述束流传输系统实现的束流传输方法。本发明通过采用该对杆状四极磁铁，一方面能够缩短束流的传输路径，提高束流的传输效率以及到达目标工件处的束流强度；另一方面还能够便捷地对束流的强度分布和角度分布进行控制，从而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入剂量均匀性和注入角度均匀性。

Description

束流传输系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种束流传输系统及方法。

背景技术

在许多制造领域中都需要对离子束或电子束进行传输控制。例如，离子注入方法用来把通常称之为杂质的原子或分子引入靶标基片，从而改变基片材料的性能，如金属轴承通过离子注入引入其他材料，可以提高其耐磨性，延长使用寿命；离子镀膜方法是把离子材料沉淀在工件表面，从而改变工件表面的物理和化学性能，如光学器件或显示设备的制造，就需要采用厚度可控、表面性能预定的薄膜沉积的工艺，以提高其光学性能。

尤其令人感兴趣的是，用离子注入法在单晶或多晶硅中掺杂，是制造现代集成电路中使用的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产逐渐趋向较大晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已向18英寸发展)的工艺，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。晶圆工件越大，注入所需的时间就越长，因此要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也变得越来越困难。

在现有的离子注入系统中，为了实现较佳的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性，往往需要在束流的传输路径上设计多个束流光学元件以对束流的传输状态进行调整，例如使束流在预设的维度内聚集或散焦、使束流在预设的维度内偏转、使束流加速或减速等等，以使得束流在最终传输到达目标工件时，其强度分布以及角度分布等各种状态参数均能够满足制程的预设要求，从而确保对工件的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性。

然而，一般的束流光学元件往往仅能够在一个维度内对束流的传输状态实现较为有力的控制，而在其余的维度内则对束流的控制作用有限。例如，在常见的束流传输系统中，使束流聚集或散焦以及使束流偏转的功能通常都需要利用两个不同的束流光学元件分别完成，这样一来，虽然在一定程度上有利于提高束流的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性，但是同时，较多数量的束流光学元件必然会拉长束流的传输路径，从而显著地影响到达目标工件处的束流强度，并对制程效率产生不利的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的束流传输系统中束流光学元件数量较多，从而使得束流传输路径较长、到达目标工件处的束流强度较低的缺陷，提供一种能够缩短束流传输路径、从而提高到达目标工件处的束流强度的束流传输系统以及相应的束流传输方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种束流传输系统，其包括一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，其特点在于，在该束流出射装置与该目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流传输路径两侧的杆状四极磁铁。

较佳地，该对杆状四极磁铁的铁芯长度方向与束流横截面上一需要聚焦或散焦的方向平行，且该对杆状四极磁铁的线圈电流值不相等。

较佳地，该束流传输系统还包括设于该对杆状四极磁铁与该目标工件之间的束流传输路径上的一变速装置，用于使束流在加速或减速的同时发生偏转。

较佳地，该束流传输系统还包括设于该目标工件处的一束流诊断装置，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至用于控制该对杆状四极磁铁以及该变速装置的计算机。

本发明的另一技术方案为：一种利用上述束流传输系统实现的束流传输方法，其特点在于，在该方法中，束流由该束流出射装置出射后，该对杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内发生偏转，以最终注入该目标工件。

较佳地，该束流传输系统还包括设于该对杆状四极磁铁与该目标工件之间的束流传输路径上的一变速装置，在该方法中，束流由该束流出射装置出射后，该对杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内偏转至该变速装置，然后该变速装置使束流在加速或减速的同时发生偏转，以最终注入该目标工件。

较佳地，在该目标工件处设置一束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量束流的强度分布和角度分布，并基于该测得数据调整该对杆状四极磁铁的线圈电流值以及该变速装置的工作参数。

本发明的积极进步效果在于：本发明在束流传输系统中采用了一对杆状四极磁铁，一方面，该对杆状四极磁铁能够在某一维度内使束流产生聚集或散焦效应，并同时在与该聚集或散焦的维度相垂直的维度内使束流产生偏转效应，由此便相当于利用一个束流光学元件实现了两个常见的束流光学元件的功能，这将能够显著地缩短束流的传输路径，从而显著地提高到达目标工件处的束流强度，有利于提高制程效率；另一方面，通过调节该两个杆状四极磁铁的线圈电流值，本发明还能够便捷地对束流的强度分布和角度分布进行控制，从而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性。

附图说明

图1为本发明的该束流传输系统的一实施例的结构示意图。

图2为本发明采用的该对杆状四极磁铁对束流进行控制的第一原理示意图。

图3为本发明采用的该对杆状四极磁铁对束流进行控制的第二原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

参考图1所示，本发明的该束流传输系统首先包括一作为束流传输起点的束流出射装置1以及一作为束流传输终点的目标工件2。该束流出射装置1用于生成离子束流或电子束流，在束流的传输过程中，其传输状态会受到设于束流传输路径上的各个束流光学元件的控制，从而使得当束流最终传输到达该目标工件2时，其强度分布以及角度分布等各种状态参数均能够满足制程的预设要求，从而在对该目标工件2的加工过程中实现较佳的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性。

特别地，在本发明的该束流传输系统中，设于该束流出射装置1与该目标工件2之间的束流传输路径上的各个束流光学元件中包括有一对杆状四极磁铁31、32，其中图1中所示的该两个杆状四极磁铁为俯视。该两个杆状四极磁铁31、32均由杆状铁芯以及绕于铁芯上的电磁线圈构成，其中，该杆状铁芯可以为长方体，或者也可以为在铁芯的长度方向上具有一定弧度的近似长方体，或者甚至铁芯的横截面也可以呈近似矩形。但是，无论它们的杆状铁芯是否为标准的长方体，该两个杆状四极磁铁31、32应当具有完全对称的形状。在本发明中，该两个杆状四极磁铁31、32分别设于束流传输路径的两侧，且它们的铁芯长度方向被设置为相互平行，在这样的设置方式下，上述各种衍生类型的杆状四极磁铁对将均能够实现相同的聚焦或散焦以及偏转效应，以下将对该些效应做详细说明。

当一对杆状四极磁铁的线圈通电后，会在该对杆状四极磁铁的铁芯长度方向所在的维度内对从该两个杆状四极磁铁之间通过的束流产生聚焦或散焦效应。该聚集或散焦效应基本上仅与该两个杆状四极磁铁的线圈电流值(该处电流值指的是电流的绝对值，因为产生聚焦或散焦效应时，两个磁铁的线圈电流方向相反，或两个磁铁的线圈电流方向相同，但其中一个磁铁线圈电流远大于另外一个磁铁线圈电流)之和有关，通过对该两个电流值之和的调节，便能够实现对该对杆状四极磁铁的聚集或散焦束流的能力强弱的灵活控制。图2(其中的杆状四极磁铁为侧视)所示即为上述的杆状四极磁铁聚焦束流的一个特例，即束流由该对杆状四极磁铁的焦点处出射，在通过该对杆状四极磁铁后在图2的纸面维度内被聚焦为平行传输状态。当一对杆状四极磁铁的线圈通电后，它们除了会对通过其间的束流产生聚焦或散焦效应之外，还会同时在与该聚集或散焦维度相垂直的维度内对束流产生偏转效应。该偏转效应则与该两个杆状四极磁铁各自的线圈电流值均相关，当它们的线圈电流值相等时，对束流无偏转作用，当它们的线圈电流值不相等时，则会使通过该两个杆状四极磁铁之间的束流发生偏转，且它们的线圈电流值相差越大，该对杆状四极磁铁对束流的偏转作用就越强。图3(其中的杆状四极磁铁为俯视)所示即为束流在一对上述的杆状四极磁铁的作用下在图3的纸面维度内发生偏转的示意图。并且，在该偏转过程中，束流在与图3的纸面维度相垂直的维度内的分布状态基本不会发生改变，也就是说，该两个杆状四极磁铁的线圈电流值之和一旦确定，则它们对通过的束流的聚集或散焦效应的强弱程度便随之确定，此后，可以通过在不改变它们的线圈电流值之和的条件下改变它们的线圈电流值之差，来控制该对杆状四极磁铁对通过其间的束流的偏转效应的强弱程度，对偏转效应的控制与对聚集或散焦效应的控制互不干扰、相互独立。

在本发明的该束流传输系统中，通过采用该对杆状四极磁铁31、32，便可以对传输通过的束流同时起到聚集或散焦以及偏转的控制作用。具体地说，根据由该束流出射装置1生成的束流的不同的发散或汇聚状态，为了使束流获得更高的传输效率，便需要在束流的传输路径上对束流进行聚集或散焦控制，并且该聚集或散焦控制往往需要在某一维度上着重进行。例如，当从该束流出射装置1出射的束流为发散状态，并且在其横截面的某一维度上的发散趋势格外剧烈时，便需要在该发散维度内对束流进行聚集。因此，在本发明中，将该对杆状四极磁铁的铁芯长度方向均设置在束流的需要聚集或散焦的维度内，即使得它们的铁芯方向与束流横截面上一需要聚集或散焦的方向平行，然后对该两个杆状四极磁铁的线圈电流值之和进行合适的调节设定，以使得该对杆状四极磁铁在该聚集或散焦维度内对束流实现理想的聚集或散焦控制。而后，根据该对杆状四极磁铁的后续元件的设置位置，在不改变该两个杆状四极磁铁的线圈电流值之和的条件下对它们的线圈电流值之差进行合适的调节设定，以使得该对杆状四极磁铁能够在与该聚集或散焦维度相垂直的维度内对束流实现理想的偏转控制，从而使得束流在经过该对杆状四极磁铁之后，可以被准确地偏转至朝向后续元件的传输方向。其中，此处所谓的后续元件可以为设于束流传输路径上的并且位于该对杆状四极磁铁下游的另一束流光学元件，例如下文中将要提及的一变速装置4，此时束流将被偏转至该后续束流光学元件的入口处；而当该对杆状四极磁铁31、32已经为束流传输路径上的最后一个束流光学元件时，则该后续元件实质上便为该目标工件2，此时束流将被偏转至能够按照制程所需的预设角度到达该目标工件2，从而对该目标工件2实现高质量的加工处理。由此，该对杆状四极磁铁31、32便同时实现了常见的一聚集或散焦功能的束流光学元件以及一偏转功能的束流光学元件的作用，减少了该束流传输系统中的束流光学元件的数量，缩短了束流的传输路径；并且，通过对该两个杆状四极磁铁的线圈电流值的灵活调整，还能够便捷地对束流的传输状态进行控制，有利于提高束流的利用效率。

本发明的该束流传输系统除了特别地采用了该对杆状四极磁铁31、32之外，对其余的各个束流光学元件的设置种类及数量均不做限制。例如，如图1所示，该束流传输系统还可以包括设于该对杆状四极磁铁31、32与该目标工件2之间的束流传输路径上的一变速装置4，该变速装置4可以采用各种现有的结构实现，例如一利用电效应对束流进行控制的电极系统变速装置，或者一利用磁效应对束流进行控制的磁极系统变速装置等等。该变速装置4一方面可以使束流加速或减速至预设的注入能量，另一方面还可以使束流发生偏转，从而通过该偏转过程过滤掉束流中的中性粒子，提高束流的能量纯度，增大束流中低能部分的束流强度。在该实施例中，该对杆状四极磁铁31、32将使束流在图1的纸面维度内偏转至该变速装置4的入口处，从而由该变速装置4将束流再次偏转至适于对该目标工件2进行加工处理的理想注入角度。

另外，为了便于对该束流传输系统中的各个束流光学元件的工作参数进行调试，以将束流的传输状态校正至制程所需的理想状态，该束流传输系统还可以包括一束流诊断装置(图中未示)。该束流诊断装置设于该目标工件2处，其能够对到达该目标工件2处的束流的强度分布以及角度分布进行实时测量，并将测得数据反馈至用于对该束流传输系统中的各个束流光学元件进行控制的计算机，例如反馈至用于对该对杆状四极磁铁31、32以及该变速装置4进行控制的计算机，该计算机将基于该测得数据对该对杆状四极磁铁31、32的线圈电流值以及该变速装置4的工作参数进行反复调整，直至到达该目标工件2处的束流能够完全满足制程要求为止。

综上所述，本发明的该束流传输系统通过采用该对杆状四极磁铁，一方面能够缩短束流的传输路径，提高束流的传输效率以及到达目标工件处的束流强度，从而有利于提高制程效率；另一方面还能够通过调节该两个杆状四极磁铁的线圈电流值，便捷地对束流的强度分布和角度分布进行控制，从而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入剂量均匀性以及注入角度均匀性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种束流传输系统，其包括一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，其特征在于，在该束流出射装置与该目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流传输路径两侧的杆状四极磁铁。

2.如权利要求1所述的束流传输系统，其特征在于，该对杆状四极磁铁的铁芯长度方向与束流横截面上一需要聚焦或散焦的方向平行，且该对杆状四极磁铁的线圈电流值不相等。

3.如权利要求1或2所述的束流传输系统，其特征在于，该束流传输系统还包括设于该对杆状四极磁铁与该目标工件之间的束流传输路径上的一变速装置，用于使束流在加速或减速的同时发生偏转。

4.如权利要求3所述的束流传输系统，其特征在于，该束流传输系统还包括设于该目标工件处的一束流诊断装置，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至用于控制该对杆状四极磁铁以及该变速装置的计算机。

5.一种利用权利要求1所述的束流传输系统实现的束流传输方法，其特征在于，在该方法中，束流由该束流出射装置出射后，该对杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内发生偏转，以最终注入该目标工件。

6.如权利要求5所述的束流传输方法，其特征在于，该束流传输系统还包括设于该对杆状四极磁铁与该目标工件之间的束流传输路径上的一变速装置，在该方法中，束流由该束流出射装置出射后，该对杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内偏转至该变速装置，然后该变速装置使束流在加速或减速的同时发生偏转，以最终注入该目标工件。

7.如权利要求6所述的束流传输方法，其特征在于，在该目标工件处设置一束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量束流的强度分布和角度分布，并基于该测得数据调整该对杆状四极磁铁的线圈电流值以及该变速装置的工作参数。