[发明专利]一种离子注入机竖直方向离子束角度测控系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子束注入领域,特别是一种离子注入机竖直方向束角度测控系统及测量方法。 

背景技术

早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其离子在电场中加速，获得较高的速度后植入固体材料的表面，以改变这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。

从1858年世界上第一块集成电路诞生至今的50多年中，世界集成电路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、到今天已进入特大规模（千万以上个元件）的时代。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。20世纪末，集成电路制造技术主流为0.13微米的8英寸硅片；但是经过几年的时间，100纳米，65纳米，32纳米，28纳米的工艺也陆续进入生产；同时受到经济利益的驱动，集成电路制造厂商追求更低的生产成本和更高的生产效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，从而可以在单块硅片上可以生产更多的器件。

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。离子注入设备在注入角度、束平行度、注入剂量的准确性、均匀性等方面也受到非常严峻的挑战。由于离子束从离子源引出来为一点状束斑，在水平方向，通过电场扫描和平行透镜后成带状分布，束宽度有400mm左右，而在竖直方向的束高度最大只有60mm，因此光路对离子束的水平方向的的束角度影响较大。过去，只对离子注入机水平面的束角度和束平行度进行了测量和纠正，竖直方向的束角度即束的俯仰角没有进行在线测量，只是通过离子束传输光路的水平度来保证。离子注入机的水平面束角度即为离子束传输轨迹在水平面中与光路中心线的夹角，离子注入机的竖直面的束角度即为离子束在空间传输的轨迹的俯仰角。当集成电路线宽越来越小时，对注入角度要求也越来越严苛，当前28纳米以下的器件生产线都要求离子注入设备在注入前能实时精确地测量离子束竖直方向的角度。 

发明内容

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竖直方向束角度测控系统及测量方法，精确检测离子注入机的离子束在竖直面的束角度，保证注入工件的离子束注入角度精确可测可控，满足最新器件生产工艺需求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种离子注入机竖直方向离子束角度测控系统，包括用于采集离子束流的法拉第筒，所述法拉第筒与固定杆一端固定连接，所述固定杆另一端与一根垂直于所述固定杆的连接杆固定连接，所述连接杆与能带动所述连接杆绕所述连接杆轴线转动的传动装置连接；所述传动装置与驱动电机的输出轴连接；所述固定杆与连接杆连接处安装有用于测量所述固定杆与水平面夹角的旋转编码器；所述驱动电机、旋转编码器均与运动控制器电连接；所述运动控制器与用于采集法拉第筒捕获的离子束流的束流实时测量控制器电连接。

所述法拉第筒包括外电极，所述外电极为一个一侧开口的六边形金属筒；所述金属筒内设有与所述外电极绝缘的内电极，且所述内电极与所述金属筒开口侧位置相对；所述内电极与所述束流实时测量控制器连接，所述外电极接地。法拉第筒采集的离子束流为内电极捕获的离子。

所述金属筒上底面内侧和下底面内侧均设有石墨侧板，用于保护外电极，以免外电极被离子束击穿，石墨侧板与外电极为同一电位。

本发明还提供了一种利用上述离子注入机竖直方向离子束角度测控系统测量离子束竖直方向角度的方法，该方法为：

1）调整固定杆的位置，使固定杆与水平面平行，即固定杆与水平面之间的夹角                                               ；

2）驱动电机通过传动装置带动连接杆绕所述连接杆轴线转动，旋转编码器实时测量所述固定杆与水平面之间的夹角，并将夹角反馈给运动控制器；所述固定杆与水平面之间的夹角每变化，运动控制器就向束流实时测量控制器发送一个触发脉冲，束流实时测量控制器每收到一次触发脉冲就采集一次法拉第筒捕获的离子束流，并记录固定杆与水平面之间的夹角以及该夹角对应的离子束流值；其中的取值范围为[-20⁰,20⁰]；的取值范围为[0.01⁰，0.1⁰]；

3）找出所有离子束流值中的最大离子束流值所对应的固定杆与水平面之间的夹角，则即为离子束竖直方向角度。