一种离子注入机束水平方向注入角度测控装置及测控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及离子束注入领域，特别是一种离子注入机束水平方向注入角度测控装 置及测控方法。
【背景技术】
[0002] 自集成电路诞生至今的50多年中，其技术与产业的飞速发展，经历小规模(数百 个元件)、中规模、大规模、超大规模、到今天已进入极大规模。随着集成度的提高和电路规 模的增大，电路中单元器件尺寸不断缩小，图形特征尺寸成为每一代电路技术的特有表征。 随着关键尺寸的减小和硅片尺寸的增大，对各种生产设备的要求也越来越高。离子束束流 水平方向相对于注入晶片靶台上法线方向的角度即水平方向束角度会影响注入的束有效 宽度和注入工艺的沟道效应，进而影响注入剂量的均匀性和准确性。过去，离子注入机束水 平方向的注入角度没有进行在线测量与修正，只是通过离子束传输光路的水平度来保证， 而通过传输光路自身水平度优化极限值为〇. 5度，更小的束水平角度注入无法实现。当集 成电路线宽越来越小时，对注入角度要求会越来越严苛，为了满足当前28纳米以下的器件 工艺，注入前实时的监测与控制束水平方向的注入角度成了必不可少。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种离子注入机束水平 方向注入角度测控装置及测控方法，使离子注入机的水平方向的注入角度能够实现精确测 量与控制，满足最新器件生产工艺需求。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离子注入机束水平方向 注入角度测控装置，包括束流角度测量装置和注入角度控制装置，所述束流角度测量装置 包括固定阵列法拉第以及能在所述固定阵列法拉第束流入射的正前方左右移动的移动法 拉第杯；所述注入角度控制装置包括设置在所述固定阵列法拉第和移动法拉第杯之间的、 用于吸附晶片的注入晶片靶台、与所述注入晶片靶台连接的气浮轴，所述气浮轴底端与气 浮轴旋转驱动机构连接，且所述气浮轴能在所述气浮轴旋转驱动机构的驱动下带动所述注 入晶片靶台旋转和上下移动。
[0005] 所述气浮轴包括内轴和套在所述内轴中部的外轴套；所述内轴和外轴套之间从上 之下依次设置有差分密封区和气浮区；所述内轴顶端和底端分别与所述注入晶片靶台、气 浮轴旋转驱动机构连接，且所述内轴能在所述气浮轴旋转驱动机构驱动下沿坚直方向上下 移动及旋转。
[0006] 所述内轴旋转角度范围为±30度，当测得水平方向束有注入角度时旋转运动注 入晶片靶台，调整注入角度。
[0007] 所述固定阵列法拉第的法拉第杯个数为7个或14个。
[0008] 本发明还提供了一种利用上述测控装置测控离子注入机束水平方向注入角 度的测控方法，该方法为：移动法拉第杯在固定阵列法拉第正前方运动，分别依次遮挡 固定阵列法拉第的各个法拉第杯体，形成阴影区，造成束流值峰谷效应；当水平方向 注入角度为零时，移动法拉第杯测得电流达峰值时的位置，对应遮挡的固定阵列法拉 第的法拉第杯体电流也同时达到谷值；若束流入射角度为0，移动法拉第杯与对应遮 挡的固定阵列法拉第的法拉第杯体峰谷值出现位置偏差值为Ax，移动法拉第杯与对 应遮挡的固定阵列法拉第的法拉第杯体之间的距离值是H，则束流入射角度0=arctg #，根据所述束流入射角度0调整注入晶片靶台的旋转角度，保证水平方向注入角度的M 精准性。
[0009]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明提供了离子注入机水平方 向束角度测控装置与方法，使得当通过离子束传输光路的自校正后束水平度仍然达不到注 入工艺束水平角度要求时，通过气浮轴旋转驱动机构对注入水平角度进行修正控制，保证 水平方向注入角度的精准性，提高注入机的工艺性能；同时调束时通过本发明的测控装置 能对水平方向注入角度先在线测量，反馈给控制系统，调整束传输光路电磁参数值，极大的 减少调束时间，提高注入机有效工作时间。
【附图说明】
[0010] 图1为离子束束水平方向注入角度测控系统构成图； 图2为束水平方向角度测量法拉第布局示意图； 图3为束水平方向角度测量方法原理示意图； 图4为固定法拉第杯结构简图； 图5为移动法拉第杯简图； 图6为气浮轴结构简图； 图7为气浮轴旋转驱动机构简图。
【具体实施方式】
[0011] 如图1和图2所示，入射的离子束如果水平方向角度为零时，移动法拉第杯2从固 定阵列法拉第1的正前方通过遮挡收集束流，形成阴影区，由阴影区形成两种法拉第在束 的入射方向上束流测量值峰谷效应，固定阵列法拉第左右排列能完整覆盖整个束流面宽， 结合图3所示移动的法拉第运动配合阵列布置的固定法拉第能测算宽束内多个点的角度 值，其个数优选7个或14个。
[0012]所述的固定阵列法拉第1结构特征如图4所示，法拉第束流收集杯11底衬装石墨 板12,防止侧束流漏电流，设计有绝缘垫13,防止离子束流轰击杯体产生二次电子溢出中 和测量束流值，杯体外测用永磁体14抑制，永磁体14嵌装在磁铁夹15上，束流测量导线16 与法拉第束流收集杯11相连。
[0013] 所述的移动法拉第杯2结构特征如图5所示，其主要由外电极筒21，内电极筒22 和抑制电极板23及开孔石墨挡板24组成，其中外电极筒21与内电筒22之间设有绝缘子， 开孔石墨挡板24外电极筒21为同一电位，法拉第筒采集的束流为内电极筒22捕获的离子 流，由束流测量导线25输出；防止离子束流轰击内电极筒体产生二次电子溢出中和测量束 流值，抑制电极接线26接在抑制电极板23上。
[0014] 所述的注入晶片靶台3是晶片吸附台，其下连接气浮轴的上端，注片时晶片通过 静电吸附在上面，由气浮轴带动上下扫描。
[0015] 所述的气浮轴4由内轴41和外轴套42组成，内轴41需要在高真空区与大气区间 上下运动，在内轴41和外轴套42间下部是微小气浮间隙区，上部上抽真空过渡的差分密封 区，内轴可在外轴套42旋转运动。
[0016] 所述的气浮轴4由内轴41和外轴套42组成，内轴41需要在高真空区与大气区间 上下运动，在内轴41和外轴套42间下部是微小气浮间隙区，上部上抽真空过渡的差分密封 区，内轴可在外轴套42旋转运动。
[0017] 气浮轴旋转驱动机构5由带高精度编码器的驱动电机51，连杆机构52,高分辨光 电传感器53及辅助刻度盘54组成。气浮轴4内轴41下端与气浮轴旋转驱动机构5通过 法兰相连，气浮轴4的内轴41上有一圈螺钉孔，气浮轴旋转驱动机构5的法兰上开沉孔。
【主权项】
1. 一种离子注入机束水平方向注入角度测控装置，其特征在于，包括束流角度测量装 置和注入角度控制装置，所述束流角度测量装置包括固定阵列法拉第（1)以及能在所述固 定阵列法拉第（1)束流入射的正前方左右移动的移动法拉第杯（2);所述注入角度控制装置 包括设置在所述固定阵列法拉第（1)和移动法拉第杯（2)之间的、用于吸附晶片的注入晶 片靶台（3)、与所述注入晶片靶台（3)连接的气浮轴（4)，所述气浮轴（4)底端与气浮轴旋转 驱动机构（5)连接，且所述气浮轴（4)能在所述气浮轴旋转驱动机构（5)的驱动下带动所述 注入晶片靶台（3)旋转和上下移动。
2. 根据权利要求1所述的离子注入机束水平方向注入角度测控装置，其特征在于，所 述气浮轴（4)包括内轴（41)和套在所述内轴（41)中部的外轴套（42);所述内轴（41)和外 轴套（42)之间从上之下依次设置有差分密封区（43)和气浮区（44);所述内轴（41)顶端和 底端分别与所述注入晶片靶台（3)、气浮轴旋转驱动机构（5)连接，且所述内轴（41)能在所 述气浮轴旋转驱动机构（5 )驱动下沿坚直方向上下移动及旋转。
3. 根据权利要求2所述的离子注入机束水平方向注入角度测控装置，其特征在于，所 述内轴（41)旋转角度范围为±30度。
4. 根据权利要求1所述的离子注入机束水平方向注入角度测控装置，其特征在于，所 述固定阵列法拉第（1)的法拉第杯个数为7个或14个。
5. -种利用上述权利要求1?4之一所述测控装置测控离子注入机束水平方向注入角 度的测控方法，其特征在于，该方法为：移动法拉第杯（2)在固定阵列法拉第（1)正前方运 动，分别依次遮挡固定阵列法拉第（1)的各个法拉第杯体，形成阴影区，造成束流值峰谷效 应；当水平方向注入角度为零时，移动法拉第杯（2)测得电流达峰值时的位置，对应遮挡的 固定阵列法拉第（1)的法拉第杯体电流也同时达到谷值；若束流入射角度为β，移动法拉 第杯（2)与对应遮挡的固定阵列法拉第（1)的法拉第杯体峰谷值出现位置偏差值为Λ X，移 动法拉第杯（1)与对应遮挡的固定阵列法拉第（1)的法拉第杯体之间的距离值是Η，则束流 入射角度0=arctg ^，根据所述束流入射角度β调整注入晶片祀台（3)的旋转角度，保 证水平方向注入角度的精准性。
【专利摘要】本发明公开了一种离子注入机束水平方向注入角度测控装置及测控方法，测控装置包括束流角度测量装置和注入角度控制装置，束流角度测量装置包括固定阵列法拉第以及能在固定阵列法拉第束流入射的正前方左右移动的移动法拉第杯；注入角度控制装置包括设置在所述固定阵列法拉第和移动法拉第杯之间的、用于吸附晶片的注入晶片靶台、与注入晶片靶台连接的气浮轴，气浮轴底端与气浮轴旋转驱动机构连接。本发明提供了离子注入机水平方向束角度测控装置与方法，使得当通过离子束传输光路的自校正后束水平度仍然达不到注入工艺束水平角度要求时，通过气浮轴旋转驱动机构对注入水平角度进行修正控制，保证水平方向注入角度的精准性，提高注入机的工艺性能。
【IPC分类】H01L21-66
【公开号】CN104538324
【申请号】CN201410699334
【发明人】袁卫华, 钟新华, 彭立波, 孙雪平, 易文杰, 许波涛
【申请人】中国电子科技集团公司第四十八研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月27日