一种离子注入控制装置及方法与流程

本申请涉及半导体制造，具体的，涉及一种离子注入控制装置及方法。

背景技术：

1、在离子注入制程中，时常需要停止离子注入使其不进入制程腔体，例如：在制程腔体完成本制程，需要下一片进入注入时，离子束不能进入制程腔体，否则会造成注入量计算错误或角度污染；当离子束波动时需要暂停注入，否则会导致注入不均匀。然而，不同的制程需要不同的离子束，每个离子束对应特定的能量、角度和大小，若从源头停止离子束，再重新开启离子束需要很长的时间(一般至少15分钟)，影响工作效率。

2、在现有技术中，一般将束流阻挡器安装在离子注入的通路上，束流阻挡器上设置有通孔，在进行离子注入时，离子束从束流阻挡器的通孔中通过，当需要停止离子注入时，该通孔转动90°使离子束被束流阻挡器阻挡从而不能进入制程腔体。然而，现有技术中的束流阻挡器为气动结构，当需要使通孔转动时，电信号控制气动阀传递给气缸，气缸在行程内运动，因此存在物理延时；若要减少延时就要增加气量加快气缸速度，这又使得气缸寿命大大降低，并且气缸反复快速切换震动会导致石墨开裂；若石墨开裂或者损坏，束流阻挡器将不再能完全阻止离子束，造成制程污染。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供一种离子注入控制装置及方法，控制装置包括离子源、扫描电极和法拉第杯，法拉第杯设置于扫描电极的出射端，当出现需要暂停离子注入的事件时，通过改变扫描电极上的电压，使离子束偏移至法拉第杯中，从而阻止离子束进入制程腔。利用本申请提供的装置来控制离子注入过程，避免了物理延时的问题，同时也避免了因为物理延时和反复震动而产生的石墨开裂风险；另外，法拉第杯还能对离子束的稳定性进行检测，在恢复离子注入之前，可以通过法拉第杯来判断离子束是否恢复正常，从而提高制程精度，还能够有效提高检测效率，保证制程安全；最后，本申请能够与机台无缝衔接，不存在实现障碍，结构简单，实现方便。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种离子注入控制装置，包括在第一方向上依次设置的离子源、第一聚焦光栏、扫描电极、第二聚焦光栏和法拉第杯；

3、在与所述第一方向垂直的第二方向上，所述扫描电极包括对称设置的第一扫描电极和第二扫描电极，所述第一扫描电极位于所述第二扫描电极上方；在所述第一方向上，所述扫描电极具入射端和出射端，在所述出射端，所述第一扫描电极、所述第二扫描电极分别与所述第一方向形成夹角θ；

4、在所述第二方向上，所述法拉第杯的顶部不高于所述出射端的底部设置，或者，所述法拉第杯的底部不低于所述出射端的顶部设置，且所述法拉第杯的中心与所述出射端之间的高度差为h；在所述第一方向上，所述法拉第杯与所述第二聚焦光栏之间的距离为l1，l1＝h/tanθ。

5、可选的。在所述入射端，所述第一扫描电极和所述第二扫描电极平行设置；在所述出射端，所述第一扫描电极和所述第二扫描电极形成张角2θ。

6、可选的，所述法拉第杯在所述第二方向上的长度至少为离子束宽度的三倍。

7、本申请还提供一种离子注入控制方法，包括如下步骤：

8、在离子注入过程中，出现需要暂停离子注入的事件后，调节施加在所述扫描电极上的电压，使离子束在电场作用下偏移至所述法拉第杯中，所述法拉第杯阻挡离子束进入制程腔；

9、需要暂停离子注入的事件解除后，向所述扫描电极施加周期性的电场，使离子束经过所述扫描电极后形成扇形离子束，注入到制程腔中。

10、可选的，需要暂停离子注入的事件包括传片和离子束异常。

11、可选的，若在所述第二方向上，所述法拉第杯的顶部不高于所述出射端的底部设置，则调节施加在所述扫描电极上的电压包括：停止向所述第一扫描电极施加电压，同时向所述第二扫描电极施加负电压。

12、可选的，若在所述第二方向上，所述法拉第杯的底部不低于所述出射端的顶部设置，则调节施加在所述扫描电极上的电压包括：停止向所述第二扫描电极施加电压，同时向所述第一扫描电极施加正电压。

13、可选的，需要暂停离子注入的事件解除后，所述法拉第杯先对离子束的稳定性进行检测，若检测到离子束在t1时间内无波动，再向所述扫描电极施加周期性电场。

14、可选的，出现离子束异常事件后，离子束偏移至所述法拉第杯中，若所述法拉第杯检测到离子束在t2时间内恢复正常，则离子束异常事件解除。

15、可选的，若所述法拉第杯检测到离子束在t1时间内出现波动，和/或检测到离子束在t2时间内未恢复正常，则所述法拉第杯发出警报。

16、本申请提供的离子注入控制装置及方法，至少具有以下有益效果：

17、利用本申请提供的装置来控制离子注入过程，避免了物理延时的问题，同时也避免了因为物理延时和反复震动而产生的石墨开裂风险；另外，法拉第杯还能对离子束的稳定性进行检测，在恢复离子注入之前，可以通过法拉第杯来判断离子束是否恢复正常，从而提高制程精度，还能够有效提高检测效率，保证制程安全；最后，本申请能够与机台无缝衔接，不存在实现障碍，结构简单，实现方便。

技术特征：

1.一种离子注入控制装置，其特征在于，包括在第一方向上依次设置的离子源、第一聚焦光栏、扫描电极、第二聚焦光栏和法拉第杯；

2.根据权利要求1所述的离子注入控制装置，其特征在于，在所述入射端，所述第一扫描电极和所述第二扫描电极平行设置；在所述出射端，所述第一扫描电极和所述第二扫描电极形成张角2θ。

3.根据权利要求1所述的离子注入控制装置，其特征在于，所述法拉第杯在所述第二方向上的长度至少为离子束宽度的三倍。

4.一种离子注入控制方法，其特征在于，所述控制方法采用如权利要求1～3中任一项所述的控制装置完成，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的离子注入控制方法，其特征在于，需要暂停离子注入的事件包括传片和离子束异常。

6.根据权利要求4所述的离子注入控制方法，其特征在于，若在所述第二方向上，所述法拉第杯的顶部不高于所述出射端的底部设置，则调节施加在所述扫描电极上的电压包括：停止向所述第一扫描电极施加电压，同时向所述第二扫描电极施加负电压。

7.根据权利要求4所述的离子注入控制方法，其特征在于，若在所述第二方向上，所述法拉第杯的底部不低于所述出射端的顶部设置，则调节施加在所述扫描电极上的电压包括：停止向所述第二扫描电极施加电压，同时向所述第一扫描电极施加正电压。

8.根据权利要求4所述的离子注入控制方法，其特征在于，需要暂停离子注入的事件解除后，所述法拉第杯先对离子束的稳定性进行检测，若检测到离子束在t1时间内无波动，再向所述扫描电极施加周期性电场。

9.根据权利要求8所述的离子注入控制方法，其特征在于，出现离子束异常事件后，离子束偏移至所述法拉第杯中，若所述法拉第杯检测到离子束在t2时间内恢复正常，则离子束异常事件解除。

10.根据权利要求9所述的离子注入控制方法，其特征在于，若所述法拉第杯检测到离子束在t1时间内出现波动，和/或检测到离子束在t2时间内未恢复正常，则所述法拉第杯发出警报。

技术总结
本申请提供一种离子注入控制装置及方法，控制装置包括离子源、扫描电极和法拉第杯，法拉第杯设置于扫描电极的出射端，当出现需要暂停离子注入的事件时，通过改变扫描电极上的电压，使离子束偏移至法拉第杯中，从而阻止离子束进入制程腔。利用本申请提供的装置来控制离子注入过程，避免了物理延时的问题，同时也避免了因为物理延时和反复震动而产生的石墨开裂风险；另外，法拉第杯还能对离子束的稳定性进行检测，在恢复离子注入之前，可以通过法拉第杯来判断离子束是否恢复正常，从而提高制程精度，还能够有效提高检测效率，保证制程安全；最后，本申请能够与机台无缝衔接，不存在实现障碍，结构简单，实现方便。

技术研发人员：苏文华,齐玉
受保护的技术使用者：杭州富芯半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21