[發明專利]獨立控制離子束的偏轉、減速與聚焦的方法

在審

• 申請號: 201811309627.X
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN111128652A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 董靜娟
• 申請（專利權）人: 北京中科信電子裝備有限公司
• 主分類號: H01J37/147
• 分類號: H01J37/147;H01J37/317
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

本發明揭示一種用于控制離子束的偏轉、減速及聚焦的方法。所述方法通過改變位于離子束兩側的電極電位來獨立的控制離子束的偏轉、減速和聚焦。所述方法包括：對離子束偏轉的控制；對離子束減速的控制；對離子束聚焦的控制；對離子束出口處形狀的控制；對離子束殘余能量污染的控制；對離子束中電子的控制；以及對離子束的最終偏轉角度的微調，同時使得離子束的軌跡通過透鏡的出口。

技術領域

本發明涉及半導體裝備制造領域，特別涉及一種離子注入機控制離子束減速、偏轉和聚焦的方法。

背景技術

離子束注入機在半導體器件制造中廣泛使用以選擇性更改材料的導電性。在典型的離子注入機中，自離子源產生的離子被引導穿過一系列束線組件，其可包含一個或多個分析磁鐵以及多個電機，以調節離子束使其具有合適的能量和形狀。

在低能大束流離子注入機中，存在一種獨立控制離子減速、偏轉和聚焦的器件，其包括分列于離子束兩側的多組電極對，通過對不同電極所加電壓的控制，來調節貫穿透鏡的電壓，以維持離子束的弧形運動，達到控制離子束減速、偏轉等，能實現偏轉角度的較小調節，并且將離子束垂直注入晶圓。本文研究了如何實現對器件內多組電壓自動分配，實現對離子束角度、位置和能量的微小調節。

發明內容

本發明是針對現有的離子注入機技術中，提出了一種控制離子束減速、偏轉和聚焦的方法。

附圖說明

圖1 離子束軌跡圖

圖2 離子束中心軌跡處的能量變化

具體實施方法

如圖1所示，器件中離子束中心的軌跡為近似圓周的弧形曲線10。在離子束兩側，有I對電極102，電極對中間有一允許離子束通過的空間間隙。而離子束維持弧形運動的電場力由電極102上的電壓差提供。

獨立地控制離子束的減速、偏轉和/或聚焦的具體的步驟如下：(1)給出離子束在不同位置處的能量，(2)給出離子束的偏轉半徑R，(3)計算偏轉沿離子束10的偏轉電壓。

具體的計算方法如下。

離子束沿離子束中心軌跡的能量為

E(0)＝E₀

其中i為描述透鏡中電極的序號，E為第i對電極棒對應的離子束中心軌跡上的離子能量。E_f為離子束的目標能量，E₀為束流的初始能量，V_s為抑制電極的位置處的離子束中心軌跡上的電位，而e為電子電荷，α為控制離子束能量變化率的減速因子。離子束能量的變化如圖2所示。

離子束中心的軌跡為近似圓周的弧形曲線，器件中內部電極與外部電極之間的電壓差提供離子弧形運動所需的向心力，電場的方向為與粒子的運動垂直的方向。我們首先假設離子在器件中的軌跡為圓弧，那么，離子束所需向心力FORCE為

其中，m為單個離子的質量，v為離子的速度，R為圓弧半徑，而離子所走過的圓弧由器件幾何形狀決定，也就是說R為與器件幾何形狀有關的量。

由器件的內部電極與外部電極之間的電壓差提供的電場力為

其中ΔU為上下電極棒之間的電壓差，g(z)為上下電極棒之間的距離。由于由式(2)和式(3)聯立得到兩個電極棒之間的電壓差為

電極上電壓由以下等式決定

其中U(z)＝E_f-E(z)。