专利名称：束流传输系统及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种束流传输系统及方法。
背景技术：
在许多制造领域中都需要对离子束或电子束进行传输控制。例如，离子注入方法 用来把通常称之为杂质的原子或分子引入靶标基片，从而改变基片材料的性能，如金属轴 承通过离子注入引入其他材料，可以提高其耐磨性，延长使用寿命；离子镀膜方法是把离子 材料沉淀在工件表面，从而改变工件表面的物理和化学性能，如光学器件或显示设备的制 造，就需要采用厚度可控、表面性能预定的薄膜沉积的工艺，以提高其光学性能。尤其令人感兴趣的是，用离子注入法在单晶或多晶硅中掺杂，是制造现代集成电 路中使用的一种常规工艺过程。由于半导体产品的生产逐渐趋向较大晶圆(从8英寸到12 英寸，而现在已向18英寸发展)的工艺，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛 地采用。晶圆工件越大，注入所需的时间就越长，因此要想达到一定的注入剂量均勻性和注 入角度均勻性也变得越来越困难。在离子束应用领域，扫描离子束一般有两种方式电扫描和磁扫描。对于高导流系 数的离子束传输，一般不能使用任何电扫描装置，而是使用磁扫描或不扫描离子束。磁扫描 一般使用的是二极磁铁，其可在瞬间偏转离子束，但在该偏转方向上二极磁铁的聚焦效果 很弱，而且在与该偏转维度相垂直的另外一个维度上还表现为散焦效应，所以如果要使束 流保持一定的发散角度和传输效率，就需要另外再增设其他束流光学器件对其进行聚焦， 这样将导致束流传输路径变长，对束流的传输效率不利。众所周知的是，当离子束通过四极磁铁时，四极磁铁对离子束在某一个维度上的 聚焦效应较强，而在与该聚焦维度相垂直的另一个维度上则表现为散焦，因而可以考虑连 续设置两组由四极磁铁组成的束流光学聚焦单元，由此使通过的离子束在两个相互垂直的 维度上均产生较强的聚焦效果。因此，由上述内容可知，若希望同时实现对束流的扫描和聚焦，则必然需要结合采 用两组甚至两组以上的束流光学器件，这将导致束流传输路径进一步变长，对束流的传输 效率更加不利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法通过单一束流光学器件同 时实现束流的扫描和聚焦的缺陷，提供一种利用杆状四极磁铁同时实现束流的扫描和聚焦 的束流传输系统及方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种束流传输系统，其包括 一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，其特点在于，在该束流出射装置和该 目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流路径两侧的第一杆状四极磁铁，该两个 第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为一第一预设值，且该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值均在一预设上限和一预设下限之间不断改变。较佳地，在该对第一杆状四极磁铁与该目标工件之间设有一对相互平行的、分别 位于束流路径两侧的第二杆状四极磁铁，该对第二杆状四极磁铁的设置方向与该对第一杆 状四极磁铁相垂直，且该两个第二杆状四极磁铁的线圈内的电流值相等且之和保持为一第
二预设值。较佳地，该对第一杆状四极磁铁位于该对第二杆状四极磁铁的焦点处。其中，该束流出射装置为一离子源或一电子源。较佳地，该对第一杆状四极磁铁的铁芯长度方向与束流横截面上一需要聚焦或散 焦的方向平行。较佳地，该束流传输系统还包括设于该目标工件处的一束流诊断设备，用于测量 束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至用于控制该对第一杆状四极磁铁的计算 机。较佳地，该束流传输系统还包括设于该目标工件处的一束流诊断设备，用于测量 束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至用于控制该对第一杆状四极磁铁和该对 第二杆状四极磁铁的计算机。本发明的另一技术方案为一种利用上述束流传输系统实现的束流传输方法，其 特点在于，使该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为该第一预设值，且使 该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值均在该预设上限和该预设下限之间不断改变， 在该方法中，束流由该束流出射装置出射后，该对第一杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并 使束流在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内不断往复扫描，而后注入该目标工件。较佳地，该对第一杆状四极磁铁使束流在其需要聚焦或散焦的维度内聚焦或散 焦ο较佳地，在该目标工件处设置一束流诊断设备，利用该束流诊断设备测量束流的 强度分布和角度分布，并基于该测得数据调整该对第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值， 以使束流到达该目标工件时的强度分布和角度分布符合预设要求。本发明的又一技术方案为一种利用上述束流传输系统实现的束流传输方法，其 特点在于，使该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为该第一预设值，且使 该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值均在该预设上限和该预设下限之间不断改变， 且使该两个第二杆状四极磁铁的线圈内的电流值相等且之和保持为该第二预设值，在该方 法中，束流由该束流出射装置出射后，该对第一杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流 在与该聚焦或散焦的维度相垂直的维度内不断往复扫描，然后该对第二杆状四极磁铁使束 流在该扫描维度内聚焦或散焦，而后注入该目标工件。较佳地，该对第一杆状四极磁铁使束流在其需要聚焦或散焦的维度内聚焦或散
焦ο较佳地，在该目标工件处设置一束流诊断设备，利用该束流诊断设备测量束流的 强度分布和角度分布，并基于该测得数据调整该对第一杆状四极磁铁和该对第二杆状四 极磁铁的线圈内的电流值，以使束流到达该目标工件时的强度分布和角度分布符合预设要 求。较佳地，该对第二杆状四极磁铁将束流在该扫描维度内校正至平行传播。
本发明的积极进步效果在于本发明通过设置一对第一杆状四极磁铁，并且通过 对其线圈内的电流值进行特别控制，在该单一束流光学器件的作用范围内同时实现了束流 在一个维度上的聚焦、以及在与该聚焦维度相垂直的另一个维度上的往复扫描；另外，通过 在该对第一杆状四极磁铁之后再设置一对第二杆状四极磁铁，本发明的该系统还能够在束 流到达目标工件之前对其在该扫描维度内进行聚焦，以校正束流角度。因此，本发明能够通 过控制一对或两对杆状四极磁铁的电流大小，控制束流的强度分布和角度分布，从而提高 束流的利用效率，更方便地优化束流的剂量和角度的均勻性，同时得益于杆状四极磁铁的 聚焦效应，还可以提高束流的传输效率和到达工件时的束流强度。
图Ia为本发明的束流传输系统的第一实施例的侧视图。图Ib为本发明的束流传输系统的第一实施例的俯视图。图2为本发明中的一对杆状四极磁铁对束流的聚焦效应示意图。图3为本发明中的一对杆状四极磁铁对束流的偏转效应示意图。图如为本发明的束流传输系统的第二实施例的侧视图。图4b为本发明的束流传输系统的第二实施例的俯视图。
具体实施例方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。图Ia和图Ib所示分别为本发明的束流传输系统的第一实施例的侧视图和俯视 图。由束流出射装置1出射的束流在束流路径上经过传输之后，最终按照预设的强度分布 和角度分布要求到达目标工件4处以对工件完成加工制程。该束流出射装置1可以为一离 子源或一电子源，相应地，传输的束流则可以为离子束或电子束。本发明在该束流出射装置 1和该目标工件4之间设有一对相互平行的、分别位于束流路径两侧的第一杆状四极磁铁 21、22。该两个第一杆状四极磁铁21、22均由杆状铁芯以及绕于铁芯上的电磁线圈构成， 其中，该杆状铁芯可以为长方体，或者在铁芯的长度方向上具有一定弧度的近似长方体，或 者铁芯的横截面也可以呈近似矩形，在杆状铁芯不是标准长方体的情况下，设置于束流路 径两侧的该两个第一杆状四极磁铁21、22仍然需要保持形状对称。上述各种衍生类型的四 极磁铁组均能够实现相同的聚焦或散焦以及偏转效应，以下将对此做详细说明。当一对杆状四极磁铁的线圈通电后，会对从其间通过的束流在某一维度上产生聚 焦或散焦效应，图2(其中的杆状四极磁铁为侧视)所示为聚焦效应中的一个特例，即束流 由该对杆状四极磁铁的焦点处出射，在通过该对杆状四极磁铁后在图2的纸面维度内被聚 焦为平行束流。一对杆状四极磁铁的聚焦或散焦能力基本上仅与它们的线圈电流值(定义 为电流的大小，与电流方向无关)之和有关，只要电流值之和保持不变，则它们对从其间通 过的束流的聚焦或散焦效应也基本不发生改变。而一对杆状四极磁铁对束流的偏转效应 则与它们各自的线圈电流值均相关，当两者的电流值相等时，对束流无偏转作用，当两者的 电流值不相等时，则会使束流发生偏转，且电流值相差越大，对束流的偏转作用就越强，图 3(其中的杆状四极磁铁为俯视)所示即为束流在一对杆状四极磁铁的作用下在图3的纸面维度内发生偏转的示意图，但在该偏转的过程中，束流在与图3的纸面维度相垂直的维度 内的分布状态基本不会发生改变。由此可以推知，若不断地改变两个杆状四极磁铁的电流 值之间的差距，则可以使束流不断地发生不同程度的偏转，从而便能够实现束流的扫描；更 进一步地，若在不断地改变电流值之差的同时，还始终保持电流值之和不变，则能够在实现 束流扫描的同时保持稳定不变的聚焦或散焦性能。在图Ia和图Ib所示的实施例中，根据对束流的强度分布和角度分布的要求，将该 两个第一杆状四极磁铁21、22的线圈内的电流值之和保持为一第一预设值，以在图Ia的纸 面维度内实现预设程度的聚焦效应，减少束流在该维度内的损失；同时，使该两个第一杆状 四极磁铁21、22的线圈内的电流值均在一预设上限和一预设下限之间不断改变，由此不断 地改变它们之间的电流值之差，以在图Ib的纸面维度内实现预设幅度的扫描效果，例如图 Ib中的实线可以表示某一时刻下的束流轨迹，而虚线则可以表示另一时刻下的束流轨迹。 扫描动作使得束流在目标工件4处能够覆盖更大的加工范围，并且有利于满足工件处对束 流的均勻度要求，而聚焦动作又能使得束流的传输损失降低，并且在工件处获得更理想的 强度和角度分布。当工件尺寸较小，能够被束流所覆盖时，无需使工件进行任何机械扫描运 动便可以便捷迅速地完成加工；而当工件尺寸较大，部分超出了束流的覆盖范围时，也只需 使工件进行较短距离的一维或二维机械扫描运动即可，大大地缩短了制程耗时，提高了工 作效率。当然，根据不同制程的要求，该两个第一杆状四极磁铁21、22也可以被设置为执行 散焦功能，同时在与该散焦维度相垂直的维度内执行扫描功能。由于从束流出射装置1出射的束流在各个维度上的发散程度往往是不同的，因此 可以将该对第一杆状四极磁铁21、22的铁芯长度方向(图Ia纸面内的竖直方向，以及图Ib 的垂直纸面方向)设置为与束流横截面上某一需要聚焦的方向平行，从而使得束流在其需 要聚焦的维度上获得较佳的聚焦效果，提高了束流的传输效率和最终到达目标工件4的束 流强度。类似地，当根据制程要求需要束流在某一维度上散焦时，也可以相应地将该对第一 杆状四极磁铁21、22的铁芯长度方向设置为与束流横截面上该需要散焦的方向平行。在不同的加工制程中，为了使得束流在最终到达工件时的强度分布和角度分布能 够更加精确地符合特定的制程需要，有必要对该对第一杆状四极磁铁21、22的电流值进行 相应的精确设定，以使得束流在传输过程中得到合适程度的聚焦并执行合适程度的扫描。 该精确设定的特定电流值组合需要通过反复的调试摸索获得，因此，可以在目标工件4处 设置一束流诊断设备，用于测量束流在到达工件时的强度分布和角度分布，并将测得数据 反馈至用于控制该对第一杆状四极磁铁21、22的计算机，通过对电流值进行调节、测量束 流参数、反馈数据、再次调节的不断循环调试，最终便可以获得完全符合预设要求的束流。在上述实施例的基础上，如图如和图4b所示，还可以较佳地在该对第一杆状四极 磁铁21、22与该目标工件4之间设置一对相互平行的、分别位于束流路径两侧的第二杆状 四极磁铁31、32，该对第二杆状四极磁铁31、32的设置方向(其铁芯长度方向为图如中的 垂直纸面方向以及图4b纸面平面内的竖直方向)与该对第一杆状四极磁铁21、22相垂直。 将该两个第二杆状四极磁铁31、32的线圈内的电流值设置为相等并且保持其二者之和恒 定为一第二预设值。由此，该对第二杆状四极磁铁31、32便可以使束流在离开第一杆状四 极磁铁21、22之后，在其扫描维度内被聚焦，从而不但在该维度内减少了束流损失，还可以 校正束流到达工件时的角度，使其达到预设的注入角度及角度均勻性的要求。当然，根据不同制程的要求，该两个第二杆状四极磁铁31、32也可以被设置为执行散焦功能。特别地，当 该对第一杆状四极磁铁21、22恰好位于该对第二杆状四极磁铁31、32的焦点处时，该对第 二杆状四极磁铁31、32能够将束流在其扫描维度内校正至平行传播(如图4b所示)。类似 地，在该实施例中同样可以设置束流诊断设备，来测量工件处束流的强度分布和角度分布， 并将测得数据反馈至用于控制该对第一杆状四极磁铁21、22和该对第二杆状四极磁铁31、 32的计算机，在不断地执行对电流值的调节、测量束流参数、反馈数据、再次调节的循环调 试后，便可以摸索得到符合当前实际制程需要的该对第一杆状四极磁铁21、22以及该对第 二杆状四极磁铁31、32的特定电流值组合，从而最终在工件处获得完全符合预设要求的束 流。综上所述，本发明可以通过控制一对或两对杆状四极磁铁的电流值，控制束流的 强度分布和角度分布，从而提高束流的利用效率，更方便地优化束流的剂量和角度的均勻 性，同时由于杆状四极磁铁的聚焦效应，还可以提高束流的传输效率和到达工件时的束流强度。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些 仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背 离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更 和修改均落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种束流传输系统，其包括一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，其 特征在于，在该束流出射装置和该目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流路径 两侧的第一杆状四极磁铁，该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为一第一 预设值，且该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值均在一预设上限和一预设下限之间 不断改变。
2.如权利要求1所述的束流传输系统，其特征在于，在该对第一杆状四极磁铁与该目 标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流路径两侧的第二杆状四极磁铁，该对第二 杆状四极磁铁的设置方向与该对第一杆状四极磁铁相垂直，且该两个第二杆状四极磁铁的 线圈内的电流值相等且之和保持为一第二预设值。
3.如权利要求1或2所述的束流传输系统，其特征在于，该束流出射装置为一离子源或 一电子源。
4.如权利要求1或2所述的束流传输系统，其特征在于，该对第一杆状四极磁铁的铁芯 长度方向与束流横截面上一需要聚焦或散焦的方向平行。
5.如权利要求1所述的束流传输系统，其特征在于，该束流传输系统还包括设于该目 标工件处的一束流诊断设备，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至 用于控制该对第一杆状四极磁铁的计算机。
6.如权利要求2所述的束流传输系统，其特征在于，该束流传输系统还包括设于该目 标工件处的一束流诊断设备，用于测量束流的强度分布和角度分布，并将测得数据反馈至 用于控制该对第一杆状四极磁铁和该对第二杆状四极磁铁的计算机。
7.一种利用权利要求1所述的束流传输系统实现的束流传输方法，其特征在于，使该 两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为该第一预设值，且使该两个第一杆状 四极磁铁的线圈内的电流值均在该预设上限和该预设下限之间不断改变，在该方法中，束 流由该束流出射装置出射后，该对第一杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该 聚焦或散焦的维度相垂直的维度内不断往复扫描，而后注入该目标工件。
8.如权利要求7所述的束流传输方法，其特征在于，该对第一杆状四极磁铁使束流在 其需要聚焦或散焦的维度内聚焦或散焦。
9.如权利要求7或8所述的束流传输方法，其特征在于，在该目标工件处设置一束流诊 断设备，利用该束流诊断设备测量束流的强度分布和角度分布，并基于该测得数据调整该 对第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值，以使束流到达该目标工件时的强度分布和角度分 布符合预设要求。
10.一种利用权利要求2所述的束流传输系统实现的束流传输方法，其特征在于，使该 两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为该第一预设值，且使该两个第一杆状 四极磁铁的线圈内的电流值均在该预设上限和该预设下限之间不断改变，且使该两个第二 杆状四极磁铁的线圈内的电流值相等且之和保持为该第二预设值，在该方法中，束流由该 束流出射装置出射后，该对第一杆状四极磁铁使束流聚焦或散焦，并使束流在与该聚焦或 散焦的维度相垂直的维度内不断往复扫描，然后该对第二杆状四极磁铁使束流在该扫描维 度内聚焦或散焦，而后注入该目标工件。
11.如权利要求10所述的束流传输方法，其特征在于，该对第一杆状四极磁铁使束流 在其需要聚焦或散焦的维度内聚焦或散焦。
12.如权利要求10或11所述的束流传输方法，其特征在于，在该目标工件处设置一束 流诊断设备，利用该束流诊断设备测量束流的强度分布和角度分布，并基于该测得数据调 整该对第一杆状四极磁铁和该对第二杆状四极磁铁的线圈内的电流值，以使束流到达该目 标工件时的强度分布和角度分布符合预设要求。
13.如权利要求10或11所述的束流传输方法，其特征在于，该对第二杆状四极磁铁将 束流在该扫描维度内校正至平行传播。
全文摘要
本发明公开了一种束流传输系统，其包括一束流出射装置和一作为束流传输终点的目标工件，在该束流出射装置和该目标工件之间设有一对相互平行的、分别位于束流路径两侧的第一杆状四极磁铁，该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值之和保持为一第一预设值，且该两个第一杆状四极磁铁的线圈内的电流值均在一预设上限和一预设下限之间不断改变。本发明还公开了一种利用上述束流传输系统实现的束流传输方法。本发明可以通过控制一对或两对杆状四极磁铁的电流值，控制束流的强度分布和角度分布，从而提高束流的利用效率，更方便地优化束流的剂量和角度的均匀性，同时由于杆状四极磁铁的聚焦效应，还可以提高束流的传输效率和到达工件时的束流强度。
文档编号H01J37/30GK102110568SQ200910200780
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者钱锋 申请人:上海凯世通半导体有限公司