专利名称：一种精确检测和校正离子束平行度的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种精确校正扫描离子束平行度的方法和装置，特别地涉及单晶片靶
台离子注入机，属于半导体器件制造领域。
背景技术：
随着半导体集成电路制造工艺越来越微细化，对半导体制造设备的性能要求也就 越来越高。离子束注入机是半导体器件制造中最关键的搀杂设备之一，当器件制造工艺迈 入特征尺寸100nm以下，晶圆片尺寸200mm以上时代，传统的多晶片批靶台离子注入机由于 其注入角度无法精确控制，就已经不能满足半导体器件制造工艺的要求。而当器件制造工 艺进入特征尺寸65nm以下，晶圆片尺寸300mm以上技术节点，为了保证整个晶圆片上器件 性能的一致性，必须在离子注入搀杂工艺中对整个晶圆片维持搀杂分布的均匀性。因此精 确地控制离子注入时离子束的注入角度和其他各项性能就更加地至关重要。在单晶片靶台 离子注入机中，扫描离子束平行度的精确校正就是要实现对晶圆片进行离子注入时，在每 个注入点上，离子束与晶圆片表面都是成垂直注入的，保证注入角度的-致性，从而为离子 注入搀杂分布的均匀性提供基本的保证。 扫描离子束平行度精确检测和校正技术的开发是器件制造工艺发展的需要。在此 之前的国产多晶片批靶台离子注入机上,几乎没用到离子束平行度调整技术，而在上一代
国产单晶片靶台离子注入机上，采用了简单的离子束平行度调整技术,还只能进行手动调 节，而本发明实现了扫描离子束平行度的全自动检测和校正。该技术应用于离子束注入机， 可使扫描离子束的入射角偏差小于±0.7° ,扫描离子束平行度优于±0. r 。
发明内容
本发明是针对半导体集成电路器件制造工艺对离子注入机性能提出的更高要求， 而现有技术的离子束注入机无法满足器件制造工艺的高要求,为了提高离子注入机的搀杂 性能,满足微纳米级器件制造工艺的需要而提出的一种精确检测和校正扫描离子束平行度 的方法和装置。该发明应用于离子注入机,不但可以满足半导体器件制造工艺现有微纳米 技术节点对离子注入机性能的要求，而且通过对扫描离子束平行度的校正，将以往离子束 注入从球面法线方向注入发展为从平面法线方向注入，完全配合了晶圆片表面为平面的条 件，从根本上改善了离子注入机的注入方向，大大提高了离子注入机的工作性能，特别适用
于大尺寸晶圆片的离子注入搀杂工艺，为器件制造工艺进-步向特征尺寸微细化、晶圆片 尺寸扩大化发展提出了一项创新性技术。 本发明提供一种精确检测和校正扫描离子束平行度的装置,包括平行度校正磁 铁、校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数字扫描发生器、电机运动 控制器、控制计算机。所述的平行度校正磁铁放置于静电扫描板之后适当位置，其励磁线圈 与校正磁铁电源连接；所述的采样法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的数字扫描发生 器输出与扫描放大器连接；所述的扫描放大器输出与静电扫描板连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接；所述的移动法拉第杯受驱动电机驱动，可在靶室 内沿X水平方向移动；所述的校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数 字扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行控制。
本发明还提供一种扫描离子束平行度精确检测和校正的方法,用此方法进行扫描 离子束平行度检测和校正的算法原理如下，参见说明书附图1 : 在平行度校验过程中，平行度误差是根据已知的采样法拉第杯1和采样法拉第杯 2的位置和检测到的采样法拉第杯1和采样法拉第杯2的位置来进行计算的。除了由移动 法拉第杯移动检测到的两个采样法拉第杯的位置外,控制计算机还知道移动法拉第杯原点 位置处到采样法拉第杯中心处的距离，根据这些数据，计算机能够计算出直角三角形直角 边的长度。由该直角三角形，计算机就可用反正切函数求出在各个采样法拉第杯处离子束
与靶台法线的入射夹角e，计算公式为-
八 —i —m
(9 =tan ~「 其中ch为移动法拉第杯口到采样法拉第杯口的距离；
m-为已知的采样法拉第杯中心的位置值；
n-为检测到的采样法拉第杯中心的位置值。 通过下面所述扫描离子束平行度检测和校正过程，求出两个e角9i和e2， 然后求得a e = er 92;若a e =()，则扫描离子束绝对平行， 一般经过校距可达到 △ 0《o. r的平行度要求。若满足要求则平行度校正完成，否则重复下述校正过程，直至 达到平行度要求。 本发明提供一种扫描离子束平行度精确检测和校正的方法,用此方法进行扫描离 子束平行度检测和校正的过程包括以下步骤
1)给校正磁铁电源设置初始励磁电流值。 2)将数字扫描发生器设置为"扫描模式"，使离子束沿X水平方向来回扫描扫 过靶室，离子束在每个射入靶室的位置，其射入方向都平行于最端点的射入方向，并且， 若是校正磁铁的电流设置正确，则扫描离子束应是平行地从各点射入靶室，且与靶室成
90°c ± s t:的直角；s为允许的入射角度误差。 3)控制移动法拉第杯沿水平方向周期性地从靶室的一侧扫描移动到另一侧。
4)移动法拉第杯每移动一步，控制计算机就实时检测采样法拉第杯1探测到的离 子束流，并将检测到的束流值与移动法拉第杯的位置值对应着存储起来。起初，采样法拉第 杯1采到稳定的"高"束流值，即扫描离子束扫过采样法拉第杯1没有任何的阻挡；当移动 法拉第杯逐歩移动穿过靶室时，最终会与射入到采样法拉第杯1的离子束交汇，此时采样 法拉第杯1采集到的离子束流就会下降,直到达到很低的束流值；此时移动法拉第杯完全 挡在了采样法拉第杯l的前面。移动法拉第杯再继续向前逐步移动，又会让出离子束的通 路，使离子束重新射入到采样法拉第杯1。采样法拉第杯1采样到的束流又会渐渐增加，直 到回到先前的"高"束流值。这时移动法拉第杯已经跨过了采样法拉第杯1的杯口。
5)当移动法拉第杯移动到达耙室的中心位置时，控制计算机通过移动法拉第杯驱 动电机的编码器测量到该中心位置后，就转换去检测采样法拉第杯2采样到的离子束流。 该检测过程与第d)步过程-一样，并将每 一步检测到的采样法拉第杯2采样到的束流值与移动法拉第的位置值对应着存储起来。 6)移动法拉第杯逐步移动穿过整个靶室范围后，计算将收集到的数据进行数据处 理和运算，判断扫描离子束的注入方向平行度是否达到要求。
本发明具有如下显著优点 1)能精确定位的移动法拉第杯，定位精度可达0. (X)7imi ;在水平方向移动，可进行
采样法拉第杯位置的精确测量，为离子束平行度校正提供了有效的检测方法； 2)控制计算机统一协调指挥，能够实现离子束平行度精确检测和校正的全自动化
操作，无需人工干预。 3)本离子束平行度检测和校正控制装置，多个部件可重复应用于进行离子束其他 性能的检测和校正， 一套装置多种用途。
图1为本发明的扫描离子束平行度检测和校正的算法原理示意图； 图2为本发明的一种精确检测和校正离子束平行度的方法和装置实施例的结构
框图； 图3为本发明实施例的校正磁铁对离子束平行度校正示意图； 图4为本发明实施例的移动法拉第杯沿水平X向移动以检测采样法拉第杯位置示
意具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限 定。 参见附图2，一种精确检测和校正扫描离子束平行度的装置，包括平行度校正磁 铁4、校正磁铁电源5、移动法拉第杯3、采样法拉第杯1、采样法拉第杯2、剂量检测器6、数 字扫描发生器7、电机运动控制器8、控制计算机9。 具体实施例检测和校正过程具体步骤如下
1)给校正磁铁电源设置初始励磁电流值。 2)将数字扫描发生器设置为"扫描模式",使离子束沿x水平方向来回扫描扫过靶
6室，扫描频率设为lkHz，离子束在每个射入靶室的位置，其射入方向都平行于最端点的射入 方向；并且若是校正磁铁电流设置正确，则扫描离子束应是平行地从各点射入靶室，且与靶 室成9(T ±0.7°的直角。 3)控制移动法拉第杯沿水平方向周期性地从靶室的一侧扫描移动到另一侧。
4)移动法拉第杯每移动--步，控制计算机就实时检测采样法拉第杯1检测到的离 子束流，并将检测到的束流值与移动法拉第杯的位置值对应着存储起来。起初，采样法拉第 杯1采到稳定的"高"束流值，即扫描离子束扫过采样法拉第杯1没有任何的阻挡；当移动 法拉第杯逐步移动穿过靶室时,最终会与射入到采样法拉第杯1的离子束交汇，此时采样 法拉第杯1采集到的离子束流就会下降，直到达到很低的束流值；此时移动法拉第杯完全 挡在了采样法拉第杯l的前面。移动法拉第杯再继续向前逐步移动，又会让出离子束的通 路，使离子束重新射入到采样法拉第杯1。采样法拉第杯1采样到的束流又会渐渐增加，直 到回到先前的"高"束流值。这时移动法拉第杯已经跨过了采样法拉第杯1的杯口，参见附 图4。 5)当移动法拉第杯移动到达耙室的中心位置时，控制计算机通过移动法拉第杯驱 动电机的编码器测量到该中心位置后，就转换去检测采样法拉第杯2采样到的离子束流。 该检测过程与第4)步过程一样，并将每一步检测到的采样法拉第杯2采样到的束流值与移 动法拉第的位置值对应着存储起来。 6)移动法拉第杯逐步移动穿过整个靶室范围后，计算将收集到的数据进行数据处 理和运算，判断扫描离子束的注入方向平行度是否达到要求。 7)如果平行度校验得到满意的结果，控制计算将控制继续下一步操作，若是离子 束注入的平行度没有达到误差范围内的平行性要求,控制计算机就对校距磁铁的励磁电流 进行调整，然后再重新进行上述平行度校验3)至6)步。这种反复的过程一般要进行5次。
实施例 根据上述方法记录一组扫描离子束平行度检测和校正数据，如下表1所示。在 实施例中，离子注入机注入B+离子，注入能量设定为50kev，离子束流在lmA 5mA之间 调节，先自动调节好离子源系统、束线系统，设定需要的离子束流，然后利用本发明所述的 一种精确检测和校正扫描离子束平行度的方法和装置对扫描离子束平行度进行检测和校 正,得到扫描离子束平行度校正数据值,去调整磁铁电源的电流设置。从表1可见扫描离 子束平行度 -般经过3至5次重复校正过程，即可达到扫描离子束各个入射点的角度为
90° ±0. 7°之内，△ e = e 「 e 2《o. r的平行度要求。 表1列出了对扫描离子束平行度进行检测和校正的数据值。 本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而 言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利 的侵犯，将承担相应的法律责任。 表1扫描离子束平行度校正数据注入离子B+,注入能量50kV，注入束流3mA
偏离角度1(1)1(2)1(3)1(4)1(5)
i0-0.05I0 -0.09i0-0.12i0-0.152
采样杯i偏差角e、+1.6。+1. 25°+0. 9°+0.65°十O.53。
采样杯2偏差角e2+ 1. 0°+0. 9°+0. 7°十O. 5°+0.44°
离子注入平行度6:62+0. 6°+0.35°+0, 2°+0.15°十O.09°
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权利要求
一种精确检测和校正扫描离子束平行度的控制装置，包括平行度校正磁铁、校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数字扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机。其特征在于所述的平行度校正磁铁放置于静电扫描板之后适当位置，其励磁线圈与校正磁铁电源连接；所述的采样法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的数字扫描发生器输出与扫描放大器连接；所述的扫描放大器与静电扫描板连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接；所述的移动法拉第杯受驱动电机驱动，可在靶室内沿X水平方向移动；所述的校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数字扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行控制。
2. —种实施如权利要求1所述的一种精确检测和校正扫描离子束平行度的方法，包括 数据检测校正过程和数据运算处理过程,其特征在于1) 所述的数据检测校正过程包括以F步骤a) 给校正磁铁电源设置初始励磁电流值。b) 将数字扫描发生器设置为"扫描模式",使离子束沿X水平方向来回扫描扫过靶 室,若是校正磁铁电流设置正确，则扫描离子束应是平行地从各点射入靶室，且与靶室成9o°c ± s r的直角；s为允许的入射角度偏差。c) 控制移动法拉第杯沿水平方向周期性地从靶室的一侧扫描移动到另一侧。d) 移动法拉第杯每移动一步，控制计算机实时检测采样法拉第杯1探测到的离子束 流，并将检测到的束流值与移动法拉第杯的位置值对应着存储起来。e) 当移动法拉第杯移动到达靶室的中心位置时，转换去检测采样法拉第杯2采样到的 离子束流。并将每一步检测到的采样法拉第杯2的束流值与移动法拉第的位置值对应着存 储起来。f) 移动法拉第杯逐步移动穿过整个靶室范围后，计算机将收集到的数据进行数据处理 和运算，判断扫描离子束的注入方向平行度是否达到要求。g) 如果平行度校验得到满意的结果，控制计算则控制继续下一步操作。若是离子束注 入的平行度没有达到误差范围内的平行性要求，控制计算机就对校正磁铁的励磁电流进行 调整,然后再重新进行上述平行度校验c)至f)步。直至扫描离子束达到平行度要求。(2) 所述的数据处理过程算法原理如下，参见说明书附图1 :在平行度校验过程中，平行度误差是根据已知的采样法拉第杯1和采样法拉第杯2的 位置和检测到的采样法拉第杯1和采样法拉第杯2的位置来进行计算的。除了由移动法拉 第杯移动检测到的两个采样法拉第杯的位置外,控制计算机还知道移动法拉第杯原点位置 处到采样法拉第杯中心处的距离，根据这些数据，计算机能够计算出直角三角形直角边的 长度。由该直角三角形,计算机就可用反正切函数求出在各个采样法拉第杯处离子束与靶台法线的入射夹角e，计算公式为其中d-为移动法拉第杯口到采样法拉第杯口的距离； m-为已知的采样法拉第杯中心的位置值； n-为检测到的采样法拉第杯中心的位置值。分别求出采样法拉第杯1和2处的入射夹角9i和92,然后求得八9 = er 92;若a 0 = Q，则扫描离子束绝对平行，-一般校正为a e《o. r则平行度达要求。
全文摘要
本发明公开了一种精确检测和校正扫描离子束平行度的方法和装置，涉及离子注入机，属于半导体集成电路器件制造领域。该检测和校正装置包括平行度校正磁铁、校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数字扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机。所述的平行度校正磁铁放置于静电扫描板之后适当位置，其励磁线圈与校正磁铁电源连接；所述的采样法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的数字扫描发生器输出与扫描放大器连接；所述的扫描放大器与静电扫描板连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接；所述的移动法拉第杯受驱动电机驱动，可在靶室内沿X水平方向移动；所述的校正磁铁电源、移动法拉第杯、采样法拉第杯，剂量检测器、数字扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行控制。扫描离子束平行度检测和校正的方法包括数据检测、数据处理和参数调整等步骤，通过来回移动法拉第杯检测出离子束平行度误差数据，多次调整磁铁电源的设置电流来使扫描离子束平行度达到误差范围。本发明能够自动实现扫描离子束平行度的精确检测和校正，达到扫描离子束各点的入射角偏差小于±0.7°，扫描离子束平行度偏差优于±0.1°的水平。
文档编号H01L21/265GK101764029SQ20081023889
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者邱小莎, 钟新华, 龙会跃 申请人:北京中科信电子装备有限公司