CN103928282B - 一种离子注入样品台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入样品台，包括密封板、样品台底座、步进电机、样品板支架、齿轮连接轴、样品板、束流插孔、抑制电极、绝缘柱、电压插孔和计算机控制系统，样品台主体部分由样品台底座、步进电机、样品板支架、步进电机、齿轮连接轴和样品板从下至上依次连接；步进电机1可推动样品板支架左右移动，步进电机2可推动齿轮连接轴旋转并带动样品板转动；步进电机1和步进电机2均与计算机控制系统相连；样品板与束流插孔相连；抑制电极通过绝缘柱与样品台底座固定连接，且其通过导线连接电压插孔。该样品台可以通过计算机进行远距离控制，具有平移功能和旋转功能，离子注入过程中可以快速精确地更换样品，并且可以精确控制样品的倾斜角度。

Description

一种离子注入样品台

技术领域

本发明属于离子注入技术领域，具体涉及一种离子注入样品台。

背景技术

离子束射到固体材料以后，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，这一现象就叫做离子注入。

离子注入发展于20世纪60年代，是一种代替高温扩散向半导体中引进掺杂剂的方法。随着离子注入设备的发展，离子注入技术在集成电路中发展最快。由于离子注入技术具有很好可控性和重复性，设计者可根据电路或器件参数的要求，设计出理想的杂质分布，并用离子注入技术实现这种分布。随着半导体工艺的进步，尤其当制造65nm以下的半导体器件时，超浅结的工艺成为关键。离子注入工艺以其精确的注入深度和浓度的可控制性，稳定的可重复性显示了在高级半导体器件制造中的重要性。

离子注入可用于n/p型硅的制作，源-漏极的形成和多晶硅栅极的掺杂，CMOS阱的形成，浅结的制备等。对单晶材料的轴沟道和面沟道，由于散射截面小，注入离子可以获得很深的穿透深度，称为沟道效应。为了尽可能避免沟道效应，此时除了用事先生长氧化层或用Si、F等离子预非晶化的方法，还可以转动靶片即倾斜硅片约7^o，使离子束在注入硅片时偏离沟道方向。此外，随着器件特征尺寸的不断缩小，工艺制造进入0.10-0.13μm技术时代，此时短沟道效应的现象最为突出即。100nm器件工艺必须用到大角度离子注入工艺。以防止漏源相通，降低延伸区的结深以及缩短沟道长度，使载流子分布更陡，提高芯片的性能。

离子注入系统精密复杂，其每个部件对于掺杂剂离子起到至关重要的作用。随着离子注入应用的精细程度不断提高，对离子注入工艺提出了更高的要求，离子注入设备也需要不断改进，以满足各个操作步骤更加精确可控。其中，离子注入样品台在更换样品以及倾角注入时，其操作过程的简单方便和精确可控也是非常重要的。本发明之前中国于2013年7月24日公开专利申请《一种制备石墨烯的设备及方法》，专利号为ZL201210157870.0，该申请设计了一种样品架，可以满足样品板的平移和旋转功能，但它是通过对一根暴露于真空室外的金属杆的推拉和旋转实现的，该方法是手动控制，操作粗糙而且不方便。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明所提供了一种离子注入样品台，本发明的样品台可以通过计算机进行远距离控制，实现其平移功能和旋转功能，其平移功能可以满足离子注入过程中快速精确地更换样品的要求，其旋转功能可以实现大角度注入，并且可以精确控制样品的倾斜角度。

本发明所采用的技术方案是：一种离子注入样品台，其特征在于：包括密封板、样品台底座、第一步进电机、样品板支架、第二步进电机、齿轮连接轴、样品板、金属棒、抑制电极和计算机控制系统；

所述的密封板上设置有束流插孔、电压插孔、第一步进电机接线孔和第二步进电机接线孔；

所述的密封板与样品台底座垂直固定连接，所述的第一步进电机固定安装在所述的样品台底座内，且与所述的计算机控制系统相连，其齿轮轴与所述的样品板支架的托盘背面相连，可带动所述的样品板支架左右移动；

所述的金属棒设置在所述的样品板支架内，所述的样品板一端背面的孔洞套住所述的金属棒上、另一端搁置在所述的齿轮连接轴上，其背面连接的导线与所述的束流插孔相连；

所述的第二步进电机固定在所述的样品板支架的托盘上，且与所述的计算机控制系统相连，其齿轮轴用于推动齿轮连接轴的旋转，从而推动所述的样品板旋转；

所述的抑制电极是由带孔的凹面金属底板组成，且其开口将所述的样品板正面包住，所述的抑制电极通过绝缘柱与所述的样品台底座固定连接，通过导线与所述的电压插孔相连。

作为优选，所述的样品台底座由长方形金属平板、四个小圆柱组成，所述的四个小圆柱成矩形固定在所述的长方形金属平板上，用于支撑所述的样品板支架，并且保证所述的样品板支架平衡。

作为优选，所述的样品板支架由托盘和设置于托盘两侧的梯形绝缘体支架组成，用于支撑所述的样品板。

作为优选，所述的样品板支架的托盘为长方形金属板。

作为优选，所述的齿轮连接轴由带有齿轮的圆形和长方体形绝缘体组成，与所述的样品板绝缘。

作为优选，所述的样品板上有刻痕，样品通过导电胶粘在所述的样品板上，从左至右，依次排列。

作为优选，所述的样品板为长方形金属板。

作为优选，所述的凹面金属底板由金属底板和两相对金属板所围成。

作为优选，所述的计算机控制系统，由LabVIEW软件程序控制所述的第一步进电机和第二步进电机的运行。

本发明的有益效果是：

（1）离子注入过程中样品的更换以及注入位置精确可控；

（2）计算机控制快捷方便；

（3）可进行远距离控制，避免了近距离操作带来的对人体的辐射伤害。

附图说明

图1：本发明实施例的结构示意图。

图2：本发明实施例的样品台底座结构图。

图3：本发明实施例的样品板支架结构图。

图4：本发明实施例的抑制电极结构图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1、图2、图3和图4，本发明所采用的技术方案是：一种离子注入样品台，包括密封板1、样品台底座2、第一步进电机3、样品板支架4、第二步进电机5、齿轮连接轴6、样品板7、金属棒8、抑制电极和计算机控制系统；密封板1上设置有束流插孔、电压插孔、第一步进电机3接线孔和第二步进电机5接线孔；计算机控制系统，由LabVIEW软件程序控制第一步进电机3和第二步进电机5的运行；样品台底座2由长方形金属平板10、四个小圆柱9组成，四个小圆柱9成矩形固定在长方形金属平板10上，用于支撑样品板支架4，并且保证样品板支架4平衡；密封板1与样品台底座2垂直固定连接，第一步进电机3固定安装在样品台底座2内，且与计算机控制系统相连，其齿轮轴与样品板支架4的托盘11背面相连，可带动样品板支架4左右移动；样品板支架4由托盘11和设置于托盘11两侧的梯形绝缘体支架12组成，用于支撑样品板7；金属棒8设置在样品板支架4内，样品板7一端背面的孔洞套住金属棒8、另一端搁置在齿轮连接轴6上，其背面连接的导线与束流插孔相连；齿轮连接轴6由带有齿轮的圆形和长方体形绝缘体组成，与样品板7绝缘；第二步进电机5固定在样品板支架4的托盘11上，且与计算机控制系统相连，其齿轮轴用于推动齿轮连接轴6的旋转，从而推动样品板7旋转；抑制电极是由带孔13的凹面金属底板14组成，凹面金属底板14由金属底板和两相对金属板所围成，且其开口将样品板7正面包住，抑制电极通过绝缘柱15与样品台底座2固定连接，通过导线与电压插孔相连。

本实施例的样品板支架4的托盘11为长方形金属板，样品板7为长方形金属板，样品板7上有刻痕，为了方便样品的定位，样品中心尽量位于刻痕上，样品通过导电胶粘在样品板7上，从左至右，依次排列。

本发明所提供的离子注入样品台可以通过计算机进行远距离控制，实现其平移功能和旋转功能，其平移功能可以满足离子注入过程中快速精确地更换样品的要求，其旋转功能可以实现大角度注入，并且可以精确控制样品的倾斜角度。

本实施例的抑制电极通过绝缘柱15与样品台底座2固定连接，且位于样品板7前面，绝缘柱15将抑制电极和样品台底座2隔开。抑制电极是由带孔13的铝底板和左右相对的两铝板所围成的梯形凹面，抑制电极的开口朝向位于其后方的样品板7并将样品板7的正面包围住，接负电压后的抑制电极可以阻挡大部分的二次电子，保证了离子注入剂量的准确性。离子通过抑制电极金属底板上的孔13到达样品板7，该孔13起到光阑的作用，可通过调整孔13的形状和尺寸来控制样品板7上衬底上的束斑形状和尺寸，从而达到控制离子注入面积的目的。

本实施例在离子注入之前，首先将样品从左至右依次贴在样品台的样品板7上，并记录相邻两个样品中心之间间隔的距离。然后将样品台放进真空室，其密封板1与真空室外壁密封固定。离子注入过程中，若样品1已经注入完毕，需要更换样品，只需在计算机上由Labview程序语言编制的软件的操作界面输入一个与样品间距离相关的数值，然后执行操作。这时与计算机控制系统相连的第一步进电机3开始工作，并推动样品板支架4向右移动一定距离，刚好保证此时离子束对准样品板7上的样品2。以每个样品的中心为准，精确度可达0.01cm。

对于单晶样品，为了避免沟道效应，需要将样品倾斜一定角度进行注入。或者对于精密器件的浅结形成，需要进行大角度注入，样品倾斜角度的精确控制是非常重要的。此时只需在计算机操作界面输入与倾斜角度有关联的特定数值，然后执行操作。这时与计算机控制系统相连的第二步进电机5开始工作，并推动齿轮连接轴6旋转，使其带动样品板7转动一定角度。样品板7的旋转角度可以精确控制，精度约0.01^o。

尽管本文较多地使用了密封板1、样品台底座2、第一步进电机3、样品板支架4、第二步进电机5、齿轮连接轴6、样品板7、金属棒8、小圆柱9、长方形金属平板10、托盘11、梯形绝缘体支架12、孔13、凹面金属底板14、绝缘柱15、抑制电极和计算机控制系统等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种离子注入样品台，其特征在于：包括密封板（1）、样品台底座（2）、第一步进电机（3）、样品板支架（4）、第二步进电机（5）、齿轮连接轴（6）、样品板（7）、金属棒（8）、抑制电极和计算机控制系统；

所述的密封板（1）上设置有束流插孔、电压插孔、第一步进电机（3）接线孔和第二步进电机（5）接线孔；

所述的密封板（1）与样品台底座（2）垂直固定连接，所述的第一步进电机（3）固定安装在所述的样品台底座（2）内，且与所述的计算机控制系统相连，其齿轮轴与所述的样品板支架（4）的托盘（11）背面相连，可带动所述的样品板支架（4）左右移动；

所述的金属棒（8）设置在所述的样品板支架（4）内，所述的样品板（7）一端背面的孔洞套住所述的金属棒（8）、另一端搁置在所述的齿轮连接轴（6）上，其背面连接的导线与所述的束流插孔相连；

所述的第二步进电机（5）固定在所述的样品板支架（4）的托盘（11）上，且与所述的计算机控制系统相连，其齿轮轴用于推动齿轮连接轴（6）的旋转，从而推动所述的样品板（7）旋转；

所述的抑制电极是由带孔（13）的凹面金属底板（14）组成，且其开口将所述的样品板（7）正面包住，所述的抑制电极通过绝缘柱（15）与所述的样品台底座（2）固定连接，通过导线与所述的电压插孔相连。

2.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的样品台底座（2）由长方形金属平板（10）、四个小圆柱（9）组成，所述的四个小圆柱（9）成矩形固定在所述的长方形金属平板（10）上，用于支撑所述的样品板支架（4），并且保证所述的样品板支架（4）平衡。

3.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的样品板支架（4）由托盘（11）和设置于托盘（11）两侧的梯形绝缘体支架（12）组成，用于支撑所述的样品板（7）。

4.根据权利要求1、2或3所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的样品板支架（4）的托盘（11）为长方形金属板。

5.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的齿轮连接轴（6）由带有齿轮的圆形和长方体形绝缘体组成，与所述的样品板（7）绝缘。

6.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的样品板（7）上有刻痕，样品通过导电胶粘在所述的样品板（7）上，从左至右，依次排列。

7.根据权利要求1、5或6所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的样品板（7）为长方形金属板。

8.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的凹面金属底板（14）由金属底板和两相对金属板所围成。

9.根据权利要求1所述的离子注入样品台，其特征在于：所述的计算机控制系统，由LabVIEW软件程序控制所述的第一步进电机（3）和第二步进电机（5）的运行。