CN104201081B - 一种宽束离子注入机均匀性调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽束离子注入机均匀性调节装置。为了解决宽带束均匀性难以控制的问题，所述调节装置包括分析光栏、宽束平行透镜、多磁极调节机构和垂直扫描基片；所述宽束平行透镜设置在分析光栏的宽带离子流出口处，宽带离子流以一定张角进入宽束平行透镜；所述宽束平行透镜出口处设有调节通过束流偏转角度的多磁极调节机构，以改变离子束到达垂直扫描基片处束流水平密度分布，调节离子束水平方向束流分布的均匀性；所述垂直扫描基片设置在多磁极调节机构的出口处，以在垂直方向对束流匀速扫描，保证束流垂直方向的均匀性。本发明控制简单，调节效果好，能很好满足宽带离子注入机的束均匀性调节要求。

Description

一种宽束离子注入机均匀性调节装置

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造控制系统，尤其涉及一宽束离子注入机均匀性调节装置，该装置是低能大束流离子注入装备中的关键装置之一。

背景技术

随着半导体工艺的发展，且随着特质线宽的缩小，工艺复杂程度的提高，束流的均匀性和稳定性对于离子注入系统愈发重要，已成为器件成败与否的重要关键。在低能宽带离子注入机引出束流能量很低、束流很大时，由于空间电荷效应的影响，离子束发散严重，导致束流水平均匀性调节更加困难，因此如何设计恰当离子光学系统及宽带束均匀性调节装置；以保证离子束流均匀性和稳定性是宽束离子注入机设备成功的关键。

目前国内使用的半导体宽束离子注入机全部依赖进口，还没有实现国产化。

中国专利公布号：CN103794454A公开了一种宽束离子注入机均匀性调节装置，该装置采用线圈对束流调节，其作用是对离子束流的粗略调节，其调节精度不高，本发明则采用磁极调节，安装在光路末端，能对离子束流进行精确调节。

发明内容

为了解决宽带束均匀性难以控制的问题，本发明旨在提供一种宽束离子注入机均匀性调节装置，该装置在离子光学系统基础上集合开发半导体离子注入机的成功经验及技术优势，该装置控制简单，调节效果好，能很好满足宽带离子注入机的束均匀性调节要求。

为了实现上述目的，该装置所采用的技术方案是：

一种宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，包括分析光栏、宽束平行透镜、多磁极调节机构和垂直扫描基片；所述宽束平行透镜设置在分析光栏的宽带离子流出口处，宽带离子流以一定张角进入宽束平行透镜中；所述宽束平行透镜的宽带离子流出口处设有调节通过束流偏转角度的多磁极调节机构，以改变离子束到达垂直扫描基片处束流水平密度分布，调节离子束水平方向束流分布的均匀性；所述垂直扫描基片设置在多磁极调节机构的宽带离子流出口处，以在垂直方向对束流匀速扫描，保证束流垂直方向的均匀性。

以下为本发明进一步改进的技术方案。

进一步地，定义磁极运动组件排列方向为x方向，磁极的运动方向为y方向，以垂直于xy平面的方向为束流运动方向z方向而建立笛卡尔坐标系；所述多磁极调节机构包括上下两组多级磁极运动组件，多磁极控制器和工控机，上下两组多级磁极运动组件之间形成扇形通道。

作为一种具体的结构形式，上下两组多级磁极运动组件中每级磁极运动组件包括伺服电机、通过联轴器与伺服电机相连的丝杠传动机构、以及通过连接块与丝杠传动机构相连的磁极；所述丝杠传动机构控制磁极上下运动；所述工控机与多磁极控制器通信控制伺服电机动作以实现对宽带离子流水平方向的束流密度调节。

每级磁极运动组件上均装有直线位移传感器，各直线位移传感器与多磁极控制器形成闭环，以精确控制上下相邻两个磁极之间的磁极距。

每组磁极运动组件的磁极在水平方向均匀分布，且相邻两个磁极之间具有间隙；每个磁极水平方向xz截面的宽度g相同，长度b不同，长度方向一边对齐，另一边整体形成一曲线。

在垂直方向xy截面内各磁极初始位置以6~8°张角排列以形成扇形通道，且关于束流中心平面对称。

所述磁极由DT4材料制成，其形状为长方体，每个磁极的高度相同。

所述多磁极调节机构与垂直扫描基片之间的距离为500mm~70mm。

优选地，所述宽束平行透镜的宽带离子流通道呈弧形。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1、磁极采用闭环控制，精度高、稳定性好；

2、磁极以一定的水平张角排列对束流有一定的聚焦作用；

3、磁极间耦合效果较弱，单个磁极影响束流区域较小；较现有技术相比，其可调的最低水平均匀性值低2~3倍；

4、该装置结构简单，成本较低。

附图说明

图1是本发明的总体结构示示意图；

图2是本发明所述多磁极调节机构结构示意图；

图3是本发明的所述磁极水平截面图；

图4是本发明所述磁极对离子束流影响效果图。

1-分析光栏，2-宽带离子流，3-宽束平行透镜、4-多磁极调节机构、5-垂直扫描基片；41-伺服电机，42-联轴器，43-丝杠传动机构，44-磁极，45-多磁极控制器，46-工控机。

具体实施方式

下面结合附图的具体实施例对本发明作进一步介绍，应该理解，这些描述都是说明性的。需要解释的是，离子束流光路的前半部分附图没给出，附图1只给出了从分析光栏焦点处至基片位置离子束流光路。

一种宽束离子注入机均匀性调节装置，该装置主要用于低能宽带束离子注入机均匀性调节。附图1为总体结构示意图，所述调节装置主要包括分析光栏1，宽带离子流2，宽束平行透镜3、多磁极调节机构4、垂直扫描基片5；宽带离子流2从分析光栏1以一定张角出来，进入宽束平行透镜3；所述多磁极调节机构4处于宽束平行透镜3出口调节通过束流偏转角度，改变离子束到达垂直扫描基片5处束流水平密度分布，调节水平方向束流分布均匀性。所述垂直扫描基片5垂直方向匀速扫描，保证垂直方向均匀性。

图2本发明所述多磁极调节机构结构示意图，多磁极调节机构是本发明的核心。所述多磁极调节机构4包括：伺服电机41，联轴器42，丝杠传动机构43，磁极44，多磁极控制器45，工控机46。所述多磁极调节机构4由多组结构相似的磁极运动组件组成，磁极运动组件水平方向均匀分布，磁极44之间有较小的间隙；每个磁极运动组件都有直线位移传感器，其与多磁极控制器45形成闭环，精确控制磁极44磁极距。每个磁极运动组件单独可控；其中磁极44为DT4材料，其形状为长方体，高度相同；每个磁极44水平截面xz面不一样，宽度g相同，长度b不同，长度方向一边对齐，另一边整体形成一定曲率的曲线，见附图3。在垂直截面xy面内各磁极44初始位置以A角度为6~8°的张角排列，且关于束流中心平面对称。

所述磁极44可以上下移动，通过改变局部磁场分布来改变附近离子束偏转角度，调节到垂直扫描基片5束流密度分布，最终可以通过算法将水平均匀性调到要求水平。

图4为单个磁极44对束流的影响效果，其奠定了调节算法的基础。

对于所述磁极44采用伺服电机闭环控制，可保证磁极位置控制精度达0.1mm内，其运动控制精度对于本装置调节均匀性最小值非常重要。

以用于半导体生产领域宽束离子注入机中的宽束离子注入机均匀性调节装置为例介绍具体调节过程，机器引出离子束流后，束流经过宽束平行透镜3后变成一定宽度的平行束流；工控机46根据束流初始束密度分布情况，调用调节算法计算磁极44磁极距值下发给多磁极控制器45，调节控制相邻两块磁极44的磁极距值，通过多次迭代调节将水平均匀性值调到工艺要求水平；水平均匀性调节完成后，垂直扫描基片5垂直匀速扫描到要求剂量，这样就保证了垂直方向的均匀性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，而是用于说明本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，包括分析光栏（1）、宽束平行透镜（3）、多磁极调节机构（4）和垂直扫描基片（5）；所述宽束平行透镜（3）设置在分析光栏（1）的宽带离子流（2）出口处，宽带离子流（2）以一定张角进入宽束平行透镜（3）中；所述宽束平行透镜（3）的宽带离子流（2）出口处设有调节通过束流偏转角度的多磁极调节机构（4），以改变离子束到达垂直扫描基片（5）处束流水平密度分布，调节离子束水平方向束流分布的均匀性；所述垂直扫描基片（5）设置在多磁极调节机构（4）的宽带离子流（2）出口处，以在垂直方向对束流匀速扫描，保证束流垂直方向的均匀性。

2.根据权利要求1所述的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，定义磁极运动组件排列方向为x方向，磁极的运动方向为y方向，以垂直于xy平面的方向为束流运动方向z方向而建立笛卡尔坐标系；所述多磁极调节机构（4）包括上下两组多级磁极运动组件，多磁极控制器（45）和工控机（46），上下两组多级磁极运动组件之间形成扇形通道。

3.根据权利要求2所述的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，上下两组多级磁极运动组件中每级磁极运动组件包括伺服电机（41）、通过联轴器（42）与伺服电机（41）相连的丝杠传动机构（43）、以及通过连接块与丝杠传动机构（43）相连的磁极（44）；所述丝杠传动机构（43）控制磁极（44）上下运动；所述工控机（46）与多磁极控制器（45）通信控制伺服电机（41）动作以实现对宽带离子流水平方向的束流密度调节。

4.根据权利要求2的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，每级磁极运动组件上均装有直线位移传感器，各直线位移传感器与多磁极控制器（45）形成闭环，以精确控制上下相邻两个磁极（44）之间的磁极距。

5.根据权利要求2的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，每组磁极运动组件的磁极（44）在水平方向均匀分布，且相邻两个磁极（44）之间具有间隙；每个磁极（44）水平方向xz截面的宽度g相同，长度b不同，长度方向一边对齐，另一边整体形成一曲线。

6.根据权利要求2的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，在垂直方向xy截面内各磁极（44）初始位置以6°~8°张角排列以形成扇形通道，且关于束流中心平面对称。

7.根据权利要求2的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，所述磁极（44）由DT4材料制成，其形状为长方体，每个磁极的高度相同。

8.根据权利要求1~7之一的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，所述多磁极调节机构（4）与垂直扫描基片（5）之间的距离为500mm~70mm。

9.根据权利要求1~7之一的宽束离子注入机均匀性调节装置，其特征是，所述宽束平行透镜（3）的宽带离子流（2）通道呈弧形。