带电粒子束的偏移控制装置及方法与流程

1.本技术涉及离子注入技术领域，尤其涉及一种带电粒子束的偏移控制装置及方法。


背景技术：

2.物质在离子源离子化后形成具有一定能量的空间束斑，即带有正负电荷的离子束。当离子束射到固体材料后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中的这一现象叫作离子注入。在电子工业中，离子注入为微电子工艺中一种重要的掺杂技术，也是控制mosfet阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中，离子注入是一种必不可少的手段。
3.在目前的离子注入设备中，离子束以一维扫描的方式注入至晶圆中，由扫描源发射出离子束注入至晶圆。晶体的原子在空间上是规则排列的，原子在晶体中排列规律的空间格架称之为晶格。离子束对晶圆进行注入时，与晶圆内原子发生相类似的碰撞，每次碰撞均会减少离子束的能量，离子束最终因能量耗尽而停下。若是离子束穿透的晶格数量越多，与晶圆内原子的碰撞则越少，相应的离子束的入射深度也越深。
4.上述注入方式中，离子束在射入晶圆表面时，与晶圆表面形成一定夹角，离子束边缘束流和晶圆表面的夹角与中间束流和晶圆表面的夹角不同。由于离子束与晶圆表面的夹角不同，导致离子束在晶圆内所穿透的晶格数量不同，进而导致离子注入的深度不同。上述扫描注入方式所带来的缺陷也会随着晶圆尺寸的变大而更加显著。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种带电粒子束的偏移控制装置及方法，以解决现有技术中离子束注入时与晶圆表面的夹角不同，导致晶圆内离子注入的深度不同技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了如下技术方案：第一方面，本技术一些实施例中公开了一种带电粒子束的偏移控制装置，所述偏移控制装置包括：粒子源、加速电压以及偏转电压，其中：所述加速电压的正、负电压板上分别设置发射口，所述粒子源所射出的带电粒子束通过所述发射口穿过所述加速电压；所述偏转电压包括第一偏转单元和第二偏转单元，所述第一偏转单元和所述第二偏转单元场强方向均与所述加速电压的场强方向垂直，所述带电粒子束穿过所述加速电压后水平射入所述第一偏转单元和所述第二偏转单元，所述第一偏转单元和所述第二偏转单元的场强方向相反。
7.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制装置中，所述偏移控制装置包括至少一组所述偏转电压。
8.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制装置中，所述偏转电压至少包括n个所述第一偏转单元和n个所述第二偏转单元，其中，n≥1。
9.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制装置中，所述第一偏转单元的电压大小与所述第二偏转单元的电压大小相等，所述第一偏转单元的板间距离与所述第二偏转单元的板间距离相等，所述第一偏转单元的板长长度与所述第二偏转单元的板长长度相等。
10.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制装置中，带电粒子束包括离子或电子，其中，所述离子包括氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子中的一种或多种。
11.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制装置中，所述加速电压的范围为10kv-2000kv。
12.第二方面，本技术一些实施例中公开了一种带电粒子束的偏移控制方法，利用上述任一所述的带电粒子束的偏移控制装置，所述方法包括：控制粒子源所产生带电粒子束通过加速电压进行加速，并通过加速电压中电压板上的发射口射出水平粒子束；控制水平粒子束射入偏转电压的第一偏转单元进行偏转，得到第一偏转粒子束；控制第一偏转粒子束射入偏转电压的第二偏转单元进行偏转，得到第二偏转粒子束，其中，所述第二偏转单元和所述第一偏转单元的场强方向相反，在所述偏转电压内，带电粒子束的横向速率不变，纵向速率由射入所述第一偏转单元的初始值增加到最大值，并于射出所述第二偏转单元时衰减为初始值。
13.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制方法中，所述方法还包括：控制所述第一偏转单元内电压与板长长度相乘并与板间距离的比值，与所述第二偏转单元内电压与板长长度相乘并与板间距离的比值相等。
14.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制方法中，在所述偏移控制装置包括多组所述偏转电压时，所述方法还包括：计算多组所述偏转电压内多个所述第一偏转单元的板长长度之和，得到第一横向位移；计算多组所述偏转电压内多个所述第二偏转单元的板长长度之和，得到第二横向位移；将所述第一横向位移和第二横向位移求和，得到带电粒子束的横向总位移。
15.可选地，在上述带电粒子束的偏移控制方法中，在所述偏移控制装置包括多组所述偏转电压时，所述方法还包括：根据多组所述偏转电压内多个所述第一偏转单元的电压、板长长度、板间距离以及加速电压的大小，得到多个第一纵向位移；根据多组所述偏转电压内多个所述第二偏转单元的电压、板长长度、板间距离以及加速电压的大小，得到多个第二纵向位移；将多个所述第一纵向位移和多个第二纵向位移求和，得到带电粒子束的纵向总位移。
16.与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供了一种带电粒子束的偏移控制装置及方法，经粒子源所射出的带电粒子束通过加速电压的电压板上的发射口进入其正、负电压板进行加速，并由另一发射口射出。偏转电压中的第一偏转单元和第二偏转单元的场强方向均与加速电压的场强方向垂直，且第一偏转单元和第二偏转单元的场强方向相反。由加速电压射出的带电粒子束水平
射入第一偏转单元进行偏转，之后射入第二偏转单元进行与第一偏转单元内相反方向的偏转，以使将带电粒子束在第二偏转单元内所发生偏转能够抵消其在第一偏转单元内所发生的偏转，进而使得带电粒子水平射出。本技术中的偏移控制方式，通过场强方向相反的偏转单元，抵消带电粒子束在偏转单元内所发生的偏转。因此，若是在离子束注入时，离子束水平射入晶圆，于晶圆整个表面来说，所有射入晶圆内的离子束与晶圆表面的夹角均为90度，从而提高晶圆内离子注入的深度的均匀性。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的基本结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的使用状态图；图3为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的另一使用状态图；图4为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的另一使用状态图；附图标记说明：1、粒子源；11、带电粒子束；2、加速电压；21、发射口；3、偏转电压；31、第一偏转单元；32、第二偏转单元；4、晶圆。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
21.目前，在离子注入设备中，离子束以一维扫描的方式注入至晶圆中，离子束需要扫描至晶圆的整个表面以完成离子注入。在对晶圆进行离子注入时，离子束在射入晶圆表面，与晶圆表面形成一定夹角，离子束边缘束流和晶圆表面的夹角与中间束流和晶圆表面的夹角不同。由于离子束与晶圆表面的夹角不同，导致离子束在晶圆内所穿透的晶格数量不同，进而导致离子注入的深度不同。因此，需要对离子束的偏转进行控制。另外，对于电子而言，电子束示波器也同样面临边缘角度偏转过大的问题。基于上述问题，本技术一些实施例中提供了一种带电粒子束的偏移控制装置。
22.下面结合附图说明一下本技术中的带电粒子束的偏移控制装置。
23.参见图1，为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的基本结构示意图。结合图1所示，本技术中的带电粒子束的偏移控制装置包括：粒子源1、加速电压2以及偏转电压3。其中，粒子源1所发射的带电粒子束11可以为离子，也可以为电子，若是为离子，可以包括氦离子、氢离子、氮离子、氧离子或氩离子中的一种或多种。带电粒子束11经由加速电压2的加速，以及偏转电压3的偏转之后，可以以水平方向射入晶圆4等晶体上。
24.在一些实施例中，加速电压2可以包括正、负电压板，于正、负电压板上分别设置发射口21，带电粒子束11通过一电压板的发射口进入加速电压2，并经由另一电压板的发射口射出。正、负电压板上的两个发射口水平设置，以使带电粒子束11水平射出加速电压2。
25.当带电粒子束11带有正电荷时，则需要通过正电压板射入，并由负电压版射出。相反，当带电粒子束11带有负电荷时，则需要通过负电压板射入，并由正电压版射出。
26.在一些实施例中，所述加速电压2的范围可以为10kv-2000kv。
27.结合图1，所述偏转电压3包括第一偏转单元31和第二偏转单元32。这里，所述第一偏转单元31和所述第二偏转单元32均可为正、负电压板。所述第一偏转单元31和所述第二偏转单元32场强方向均与所述加速电压2的场强方向垂直，并且所述第一偏转单元31和所述第二偏转单元32的场强方向相反。带电粒子束11经由加速电压2水平射出之后，依次射入所述第一偏转单元31和所述第二偏转单元32，通过第一偏转单元31和第二偏转单元32的进行偏转控制。
28.在所述偏转电压3内，带电粒子束11的横向速率不变，纵向速率由射入所述第一偏转单元的初始值增加到最大值，并于射出所述第二偏转单元时衰减为初始值。需要说明的是，在刚射入第一偏转单元时，带电粒子束11为水平前进的，其纵向速率的初始值为0，输入至第一偏转单元31的纵向速率为0。在刚由第一偏转单元31射出时，纵向速率达到最大值，之后经由第二偏转单元32的控制，由第二偏转单元32输出时纵向速率也为0，以实现水平射出。
29.以上，本技术中第一偏转单元31和第二偏转单元32实现了带电粒子束11的偏转，通过第一偏转单元31和第二偏转单元32的电压大小等因素能够使其经由粒子源1射出之后，扫描至晶圆4表面上的不同位置。同时，由于第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反，能够使得带电粒子束11的纵向速率由初始值增加到最大值，之后衰减为初始值，以实现水平注入至晶圆表面。
30.下面结合附图具体介绍一下偏转控制过程。
31.图2为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的使用状态图。由图2所示，以带电粒子束11为和为例，假设加速电压2的电压大小为，正、负电压板之间的板间距离为，第一偏转单元31的电压大小为，正、负电压板之间的板间距离为，电压板的长度为，第二偏转单元32的电压大小为，正、负电压板之间的板间距离为，电压板的长度为。
32.带电粒子束11依次穿过加速电压2的正、负电压板水平射入第一偏转单元31。然后在第一偏转单元31内发生距离为的偏转。随后射入第二偏转单元32，并发生距离为的偏转。结合上文中对偏转单元内带电粒子束11的速度变化的描述，通过公式表达如下：式中，为带电粒子束在第一偏转单元内的加速度，为带电粒子束在第一偏转单元内的时间。为带电粒子束在第一偏转单元内的加速度，为带电粒子束在第一
偏转单元内的时间。
33.因为，故可以得到以下结果：又由于：又由于：因此，因此，第一偏转单元31内发生距离为的偏转的计算公式如下：第二偏转单元32内发生距离为的偏转的计算公式如下：在一些实施例中，所述第一偏转单元31的电压大小与所述第二偏转单元32的电压大小相等，所述第一偏转单元31的板间距离与所述第二偏转单元32的板间距离相等，所述第一偏转单元31的板长长度与所述第二偏转单元32的板长长度相等，以使第一偏转单元31内发生的偏转距离与第二偏转单元32内发生的偏转距离相等。
34.在一些实施例中，所述偏移控制装置包括至少一组所述偏转电压3。图3为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的另一使用状态图。图3中以两组偏转电压为例，结合图2和图3，明显看出，第一偏转单元31和第二偏转单元32的数量越多，则带电粒子束11在偏转电压3内的偏转距离越大。
35.在一些实施例中，所述偏转电压3至少包括n个所述第一偏转单元31和n个所述第二偏转单元32，其中，n≥1。
36.以所述偏移控制装置包括两组偏转电压3，每组偏转电压3内均包括一个第一偏转单元31和一个第二偏转单元32为例，单看一侧电压板的极性，各个偏转单元的排列顺序可以为正负正负，或负正负正，或正负负正，或负正正负。
37.以所述偏移控制装置包括一组偏转电压3，偏转电压3内包括两个第一偏转单元31和两个第二偏转单元32为例，单看一侧电压板的极性，各个偏转单元的排列顺序可以为正
正负负，也可以为负负正正。
38.在一些实施例中，对于不同组的偏转电压3内，多个第一偏转电压的电压大小、板间距离以及板长长度可以不相同，只要同一组偏转电压3内的第一偏转电压的电压与板长长度相乘后与板间距离的比值和第二偏转电压的电压与板长长度相乘后与板间距离的比值相同即可。
39.在一些实施例中，在一组偏转电压3内，第一偏转单元31的电压大小与第二偏转单元32的电压大小相等，第一偏转单元31的板间距离与第二偏转单元32的板间距离相等，第一偏转单元31的板长长度与第二偏转单元32的板长长度相等。
40.图4为本发明实施例提供的一种带电粒子束的偏移控制装置的另一使用状态图。图4中，以带电粒子束11为电子为例，电子需要先通过加速电压2的负电压板射入，并由加速电压2的正电压版射出，水平射入之偏转电压3。
41.下面结合几个具体实施例对上述带电粒子束的偏移控制过程进行介绍。
42.实施例1离子束的偏移控制过程如下：离子束源产生带电离子束，此处可以结合图2，离子束经过加速电压（=10kv, =1m）的加速后水平依次输入第一偏转单元31（=10kv，=1m， =1m）和第二偏转单元32（=10kv，=1m，=1m）进行偏转后仍然水平输出，第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反。经过第一偏转单元31和第二偏转单元32控制偏转的整个输入-输出过程中，离子束的横向速度为为1.38
×
106m/s，横向不受力，纵向速率由进入第一偏转单元31时速度为0变为进入第二偏转单元32时速度为，由第二偏转单元32输出时速度为0。
43.其中，，。
44.实施例2离子束的偏移控制过程如下：离子束源产生带电离子束，此处可以结合图2，离子束经过加速电压（=2000kv，=1m）的加速后水平依次输入第一偏转单元31（=10kv，=1m，=1m）和第二偏转单元32（=10kv，=1m， =1m）进行偏转后仍然水平输出，第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反。经过第一偏转单元31和第二偏转单元32控制偏转的整个输入-输出过程中，离子束的横向速度为为6.19
×
106m/s，横向不受力，纵向速率由进入第一偏转单元31时速度为0变为进入第二偏转单元32时速度为，由第二偏转单元32输出时速度为0。
45.其中，，。
46.实施例3离子束的偏移控制过程如下：离子束源产生带电离子束，此处可以结合图2，离子束经过加速电压（=50kv，=1m）的加速后水平依次输入第一偏转单元31（=20kv，=1m，=1m）和第二偏转单元32（=20kv，=1m，=1m）进行偏转后仍然水平输出，第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反。经过第一偏转单元31和第二偏转单元32控制偏转的整个输入-输出过程中，离子束的横向速度为为1.54
×
106m/s，横向不受力，纵向速率由进入第一偏转单元31时速度为0变为进入第二偏转单元32时速度为,由第二偏转单元32输出时速度为0。
47.其中，，。
48.实施例4离子束的偏移控制过程如下：离子束源产生带电离子束，此处可以结合图3，离子束经过加速电压（=50kv，=1m）的加速后水平依次输入两组偏转电压进行偏转后仍然水平输出，其中，第一偏转单元31（=20kv，=1m，=1m）和第二偏转单元32（=20kv，=1m，=1m），第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反，当然两组第一偏转单元31的场强相同，两组第二偏转单元32的场强相同。经过两组偏转电压控制偏转的整个输入-输出过程中，离子束的横向速度为为1.54
×
106m/s，横向不受力，纵向速率由进入第一偏转单元31时速度为0变为进入第二偏转单元32时速度为，由第二偏转单元32输出时速度为0。
49.其中，，，。
50.实施例5离子束的偏移控制过程如下：离子束源产生带电离子束，此处可以结合图4，离子束经过加速电压（=10kv， =1m）的加速后水平依次输入第一偏转单元31（=10kv，=1m， =1m）和
第二偏转单元32（=10kv，=1m,=1m）进行偏转后仍然水平输出，第一偏转单元31和第二偏转单元32的场强相反。经过第一偏转单元31和第二偏转单元32控制偏转的整个输入-输出过程中，离子束的横向速度为为5.9
×
106m/s，横向不受力，纵向速率由进入第一偏转单元31时速度为0变为进入第二偏转单元32时速度为，由第二偏转单元32输出时速度为0。
51.其中，，。
52.为了进一步说明带电粒子束的偏移控制过程，本技术一些实施例还提供了一种带电粒子束的偏移控制方法，该方法包括以下步骤：首先，控制粒子源1所产生带电粒子束11通过加速电压2进行加速，并通过加速电压2中电压板上的发射口21射出水平粒子束。
53.然后，控制水平粒子束射入偏转电压3的第一偏转单元31进行偏转，得到第一偏转粒子束。
54.最后，控制第一偏转粒子束射入偏转电压3的第二偏转单元31进行偏转，得到第二偏转粒子束。其中，所述第二偏转单元和所述第一偏转单元的场强方向相反，以使在所述偏转电压内，带电粒子束的横向速率不变，纵向速率由射入所述第一偏转单元的初始值增加到最大值，并于射出所述第二偏转单元时衰减为初始值。
55.在一些实施例中，所述方法还包括：控制所述第一偏转单元31内电压与板长长度相乘并与板间距离的比值，与所述第二偏转单元32内电压与板长长度相乘并与板间距离的比值相等。公式表达如下：在一些实施例中，在所述偏移控制装置包括多组所述偏转电压时，所述方法还包括：计算多组所述偏转电压内多个所述第一偏转单元31的板长长度之和，得到第一横向位移。计算多组所述偏转电压内多个所述第二偏转单元32的板长长度之和，得到第二横向位移。将所述第一横向位移和第二横向位移求和，得到带电粒子束的横向总位移。横向总位移x的计算公式如下：式中，n为所述偏移控制装置中所述偏转电压的组数。
56.在一些实施例中，在所述偏移控制装置包括多组所述偏转电压时，所述方法还包括：根据多组所述偏转电压内多个所述第一偏转单元的电压、板长长度、板间距离以及加速电压的大小，得到多个第一纵向位移。根据多组所述偏转电压内多个所述第二偏转单元的电压、板长长度、板间距离以及加速电压的大小，得到多个第二纵向位移。将多个所述第一纵向位移和多个第二纵向位移求和，得到带电粒子束的纵向总位移。纵向总位移y的计算公式如下：
本技术中的偏移控制方式，通过场强方向相反的偏转单元，抵消带电粒子束在偏转单元内所发生的偏转。因此，若是在离子束注入时，离子束水平射入晶圆，于晶圆整个表面来说，所有射入晶圆内的离子束与晶圆表面的夹角均为90度，从而提高晶圆内离子注入的深度的均匀性。也就是说，通过控制离子束射入晶圆表面的角度一致，使离子束注入时集中在晶圆的特定深度范围内，有利于后期剥离等工艺的进行。
57.由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
58.需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
59.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本技术的其他实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
60.以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。