CN111063601A - 一种离子束传输光路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子束传输光路，包括用于产生包含目标元素离子的离子源、用于引出包含目标元素离子的离子束的引出电极、用于对离子束进行筛选的分析器、设有光栏缝的分析光栏、用于离子束聚焦的聚焦透镜、用于提升离子束能量的加速管、用于对离子束进行对称扫描以将离子束扩张为扇形扫描离子束的对称静电扫描电极、以及用于对扇形扫描离子束的角度进行矫正以形成平行离子束的均匀磁场平行透镜，所述离子源、引出电极、分析器、分析光栏、聚焦透镜、加速管、对称静电扫描电极以及均匀磁场平行透镜依次设置。本发明具有结构简单、成本低、便于实现高能高精度注入等优点。

Description

一种离子束传输光路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路设备，尤其涉及离子束传输光路。
背景技术
第三代宽禁带半导体材料与器件，是发展大功率、高频高温、抗强辐射、蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心技术。SiC材料具有高热导率、高电子饱和速度和大的临界击穿电场，是电力电子功率半导体领域Si材料的首选继承者。由于SiC的原子密度比硅大，要达到相同的注入深度，SiC离子注入工艺需要离子具有更高的注入能量，一般要达到350～700KeV，且SiC晶圆向大尺寸发展，对注入工艺的均匀性和角度一致性都提出了更高的要求，已有的几种在硅注入工艺中得到应用的离子注入机由于光路受到局限，不能完全满足SiC注入工艺的要求和发展需求。附图1示出了一种在4寸硅片以下注入工艺中较常应用的光路，其优点是采用先分析后加速布局结构，分析器分辨能力高、成本低，设备易得到高能量束流，双静电扫描方式实现成本较低，具有水平偏转过滤功能，可克服束流能量污染，但由于扫描电极采用双静电扫描结构，离子束在注入到晶圆表面的不同位置时，受扫描角度影响，具有较大的角度差异，不再适合应用到6寸及更大尺寸晶圆的注入。附图2示出了一种在6寸～8寸硅片注入工艺中较常应用的光路，优点是采用先分析后加速布局结构，分析器分辨能力高、成本低，采用平行透镜获得扫描平行离子束，具有较好的角度一致性，但由于扫描电极采用单向扫描结构，需要大的扫描角度来满足大尺寸晶圆的注入，束流在扫描过程中存在较大的畸变和均匀性变化，同时由于加速管靠近晶圆，加速之后没有过滤单元，存在较大的束流能量污染风险，不能满足更大尺寸和高精度注入工艺的要求。附图3示出了一种在8寸～12寸硅片注入工艺中较常应用的光路，在均匀性和束流能量污染控制方面都有很好的性能，优点在于，束流纯度高、污染低，采用对称扫描，束流畸变小，采用均匀磁场平行透镜获得扫描平行束，束流平行度高，均匀性好，但由于加速管位于分析之前，且采用三电极加速结构，在满足SiC注入所需的高能方面存在能量提升困难、成本高的不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、便于实现高能高精度注入的离子束传输光路。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种离子束传输光路，包括用于产生包含目标元素离子的离子源、用于引出包含目标元素离子的离子束的引出电极、用于对离子束进行筛选的分析器、设有光栏缝的分析光栏、用于离子束聚焦的聚焦透镜、用于提升离子束能量的加速管、用于对离子束进行对称扫描以将离子束扩张为扇形扫描离子束的对称静电扫描电极、以及用于对扇形扫描离子束的角度进行矫正以形成平行离子束的均匀磁场平行透镜，所述离子源、引出电极、分析器、分析光栏、聚焦透镜、加速管、对称静电扫描电极以及均匀磁场平行透镜依次设置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述加速管与所述对称静电扫描电极之间设有聚焦光栏，所述聚焦光栏上设有光栏孔。
作为上述技术方案的进一步改进：所述对称静电扫描电极靠近所述均匀磁场平行透镜的一侧设有可伸缩的聚焦法拉第，聚焦法拉第当需要检测通过聚焦光栏的束流值时伸出进入检测位置，不检测时缩回停留在旁侧位置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述分析光栏靠近所述聚焦透镜的一侧设有可伸缩的分析法拉第，分析法拉第上设有光栏孔，且当需要检测通过分析光栏的束流值时伸出进入检测位置，不检测时缩回停留在旁侧位置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述分析器的入口处设有入口光栏，所述入口光栏上设有光栏孔。
作为上述技术方案的进一步改进：所述引出电极可沿X轴、Y轴及Z轴运动
作为上述技术方案的进一步改进：所述聚焦透镜为具有Y轴方向和Z轴方向双聚焦功能的透镜。
作为上述技术方案的进一步改进：所述加速管为多级等梯度加速结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的离子束传输光路，采用先分析后加速结构，分析器分辨能力高、成本低，也便于加速管对离子束进行多级加速，实现高能注入；在分析光栏和加速管之间设置聚焦透镜，方便调整束流进入加速管的参数，提升束流的传输效率，改善加速管工作的稳定性；采用静电对称扫描电极和均匀磁场平行透镜获得扫描平行束，使得束流具有小的扫描畸变及高的平行度和均匀性。
附图说明
图1是现有的第一种离子束传输光路的结构示意图。
图2是现有的第二种离子束传输光路的结构示意图。
图3是现有的第三种离子束传输光路的结构示意图。
图4是本发明的离子束传输光路的结构示意图。
图中各标号表示：1、离子源；2、引出电极；3、分析器；4、分析光栏；5、加速管；6、聚焦透镜；71、双静电扫描电极；72、单向静电扫描电极；73、对称静电扫描电极；8、平行透镜；81、均匀磁场平行透镜；9、晶圆；10、离子束；11、聚焦光栏；12、聚焦法拉第；13、分析法拉第；14、入口光栏；15、预过滤器。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图4示出了本发明离子束传输光路的一种实施例，本实施例的离子束传输光路包括依次设置的离子源1、引出电极2、入口光栏14、分析器3、分析光栏4、分析法拉第13、聚焦透镜6、加速管5、聚焦光栏11、对称静电扫描电极73、聚焦法拉第12、以及均匀磁场平行透镜81。其中：
离子源1产生包含特定元素(例如常见的Al等)离子的等离子体，例如可以是简热式阴极、长条形引出缝结构；
引出电极2用于为离子源1建立引出电场，以引出包含特定元素离子的离子束10，具有X轴、Y轴及Z轴运动调节功能，以便获得与离子源1的最佳匹配；
入口光栏14上设有设定尺寸的光栏孔，以限定进入分析器3的束流参数，主要是束张角，当然同时也会影响离子束10束流大小；
分析器3对进入和经过分析磁场的离子束10进行筛选，通过改变分析磁场强度，选取包含需要的元素的离子束10经过，并对准分析光栏4；
分析光栏4上设有设定尺寸的光栏缝，允许对准分析光栏4的离子束流通过，同时阻挡其它离子束10束流；
分析法拉第13用于检测通过分析光栏4的束流大小，在调节分析器3分析磁场时，通过分析法拉第13检测到的束流峰值判断束流对准分析光栏4状态，分析法拉第13优选具有伸缩运动功能，在需要检测束流值时伸出进入检测位，其它时间则收缩停留在旁侧位，避免影响束流的传输，例如可以是测束杯带运动驱动机构的结构；
聚焦透镜6采用具有Y轴方向和Z轴方向的双聚焦功能透镜，用于调节束流经过聚焦透镜6后进入加速管5时的状态；
加速管5用于对离子束10束流能量进行提升，以达到工艺要求能量值，优选采用多级等梯度加速结构，便于实现高能加速；
聚焦光栏11上设有设定尺寸的光栏孔，以限定一定束斑尺寸范围内的束流通过，控制进入对称静电扫描电极73的束流参数；
对称扫描电极73在三角波扫描电压驱动下，对束流进行对称扫描，将束流扩张形成为具有一定张角的扇形扫描离子束10；
聚焦法拉第12用于检测通过聚焦光栏11的束流值，在调节聚焦透镜6的参数时，通过束流峰值(也即以最大束流通过效率为参考)判断束流聚焦情况，聚焦法拉第12优选具有伸缩运动功能，在需要检测束流时伸出进入检测位，其它时间则收缩停留在旁侧位，避免影响束流的传输；
均匀磁场平行透镜81采用类似扇形分布的偏转校正磁场，对进入的扇形扫描离子束10进行偏转，由内向外，离子束10经过磁场的路径逐渐变长，偏转角度逐渐增加，实现对扫描离子束10的角度校正，形成平行离子束10；
在聚焦光栏11的作用下，配合加速管5的不同加速参数，通过读取聚焦法拉第12检测到的束流值，以最大的束流通过效率为参考，可方便调节聚焦透镜6的聚焦参数以及其他单元的参数，降低束流优化的技术难度，同时可以在聚焦光栏11处得到最小束斑，使得到达晶圆9的扫描离子束10具有最佳的束流平行度参数。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种离子束传输光路，其特征在于：包括用于产生包含目标元素离子的离子源(1)、用于引出包含目标元素离子的离子束(10)的引出电极(2)、用于对离子束(10)进行筛选的分析器(3)、设有光栏缝的分析光栏(4)、用于离子束(10)聚焦的聚焦透镜(6)、用于提升离子束(10)能量的加速管(5)、用于对离子束(10)进行对称扫描以将离子束(10)扩张为扇形扫描离子束(10)的对称静电扫描电极(73)、以及用于对扇形扫描离子束(10)的角度进行矫正以形成平行离子束(10)的均匀磁场平行透镜(81)，所述离子源(1)、引出电极(2)、分析器(3)、分析光栏(4)、聚焦透镜(6)、加速管(5)、对称静电扫描电极(73)以及均匀磁场平行透镜(81)依次设置。
2.根据权利要求1所述的离子束传输光路，其特征在于：所述加速管(5)与所述对称静电扫描电极(73)之间设有聚焦光栏(11)，所述聚焦光栏(11)上设有光栏孔。
3.根据权利要求2所述的离子束传输光路，其特征在于：所述对称静电扫描电极(73)靠近所述均匀磁场平行透镜(81)的一侧设有可伸缩的聚焦法拉第(12)，聚焦法拉第(12)当需要检测通过聚焦光栏(11)的束流值时伸出进入检测位置，不检测时缩回停留在旁侧位置。
4.根据权利要求1所述的离子束传输光路，其特征在于：所述分析光栏(4)靠近所述聚焦透镜(6)的一侧设有可伸缩的分析法拉第(13)，分析法拉第(13)上设有光栏孔，且当需要检测通过分析光栏(4)的束流值时伸出进入检测位置，不检测时缩回停留在旁侧位置。
5.根据权利要求1所述的离子束传输光路，其特征在于：所述分析器(3)的入口处设有入口光栏(14)，所述入口光栏(14)上设有光栏孔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的离子束传输光路，其特征在于：所述引出电极(2)可沿X轴、Y轴及Z轴运动。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的离子束传输光路，其特征在于：所述聚焦透镜(6)为具有Y轴方向和Z轴方向双聚焦功能的透镜。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的离子束传输光路，其特征在于：所述加速管(5)为多级等梯度加速结构。
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