專利名稱：束流傳輸系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別是涉及一種束流傳輸系統(tǒng)及方法。
背景技術：
在許多制造領域中都需要對離子束或電子束進行傳輸控制。例如，離子注入方法用來把通常稱之為雜質的原子或分子引入靶標基片，從而改變基片材料的性能，如金屬軸承通過離子注入引入其他材料，可以提高其耐磨性，延長使用壽命；離子鍍膜方法是把離子材料沉淀在工件表面，從而改變工件表面的物理和化學性能，如光學器件或顯示設備的制造，就需要采用厚度可控、表面性能預定的薄膜沉積的工藝，以提高其光學性能。尤其令人感興趣的是，用離子注入法在單晶或多晶硅中摻雜，是制造現(xiàn)代集成電路中使用的一種常規(guī)工藝過程。由于半導體產(chǎn)品的生產(chǎn)逐漸趨向較大晶圓(從8英寸到12 英寸，而現(xiàn)在已向18英寸發(fā)展)的工藝，單晶圓工藝(一次處理一片晶圓)最近已被廣泛地采用。晶圓工件越大，注入所需的時間就越長，因此要想達到一定的注入劑量均勻性和注入角度均勻性也變得越來越困難。在現(xiàn)有的離子注入系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)較佳的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性，往往需要在束流的傳輸路徑上設計多個束流光學元件以對束流的傳輸狀態(tài)進行調整， 例如使束流在預設的維度內聚集或散焦、使束流在預設的維度內偏轉、使束流加速或減速等等，以使得束流在最終傳輸?shù)竭_目標工件時，其強度分布以及角度分布等各種狀態(tài)參數(shù)均能夠滿足制程的預設要求，從而確保對工件的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性。然而，一般的束流光學元件往往僅能夠在一個維度內對束流的傳輸狀態(tài)實現(xiàn)較為有力的控制，而在其余的維度內則對束流的控制作用有限。例如，在常見的束流傳輸系統(tǒng)中，使束流聚集或散焦以及使束流偏轉的功能通常都需要利用兩個不同的束流光學元件分別完成，這樣一來，雖然在一定程度上有利于提高束流的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性，但是同時，較多數(shù)量的束流光學元件必然會拉長束流的傳輸路徑，從而顯著地影響到達目標工件處的束流強度，并對制程效率產(chǎn)生不利的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術的束流傳輸系統(tǒng)中束流光學元件數(shù)量較多，從而使得束流傳輸路徑較長、到達目標工件處的束流強度較低的缺陷，提供一種能夠縮短束流傳輸路徑、從而提高到達目標工件處的束流強度的束流傳輸系統(tǒng)以及相應的束流傳輸方法。本發(fā)明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種束流傳輸系統(tǒng)，其包括一束流出射裝置和一作為束流傳輸終點的目標工件，其特點在于，在該束流出射裝置與該目標工件之間設有一對相互平行的、分別位于束流傳輸路徑兩側的桿狀四極磁鐵。較佳地，該對桿狀四極磁鐵的鐵芯長度方向與束流橫截面上一需要聚焦或散焦的方向平行，且該對桿狀四極磁鐵的線圈電流值不相等。
較佳地，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該對桿狀四極磁鐵與該目標工件之間的束流傳輸路徑上的一變速裝置，用于使束流在加速或減速的同時發(fā)生偏轉。較佳地，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該目標工件處的一束流診斷裝置，用于測量束流的強度分布和角度分布，并將測得數(shù)據(jù)反饋至用于控制該對桿狀四極磁鐵以及該變速裝置的計算機。本發(fā)明的另一技術方案為一種利用上述束流傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的束流傳輸方法，其特點在于，在該方法中，束流由該束流出射裝置出射后，該對桿狀四極磁鐵使束流聚焦或散焦，并使束流在與該聚焦或散焦的維度相垂直的維度內發(fā)生偏轉，以最終注入該目標工件。較佳地，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該對桿狀四極磁鐵與該目標工件之間的束流傳輸路徑上的一變速裝置，在該方法中，束流由該束流出射裝置出射后，該對桿狀四極磁鐵使束流聚焦或散焦，并使束流在與該聚焦或散焦的維度相垂直的維度內偏轉至該變速裝置，然后該變速裝置使束流在加速或減速的同時發(fā)生偏轉，以最終注入該目標工件。較佳地，在該目標工件處設置一束流診斷裝置，利用該束流診斷裝置測量束流的強度分布和角度分布，并基于該測得數(shù)據(jù)調整該對桿狀四極磁鐵的線圈電流值以及該變速裝置的工作參數(shù)。本發(fā)明的積極進步效果在于本發(fā)明在束流傳輸系統(tǒng)中采用了一對桿狀四極磁鐵，一方面，該對桿狀四極磁鐵能夠在某一維度內使束流產(chǎn)生聚集或散焦效應，并同時在與該聚集或散焦的維度相垂直的維度內使束流產(chǎn)生偏轉效應，由此便相當于利用一個束流光學元件實現(xiàn)了兩個常見的束流光學元件的功能，這將能夠顯著地縮短束流的傳輸路徑，從而顯著地提高到達目標工件處的束流強度，有利于提高制程效率；另一方面，通過調節(jié)該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值，本發(fā)明還能夠便捷地對束流的強度分布和角度分布進行控制，從而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性。


圖1為本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)的一實施例的結構示意圖。圖2為本發(fā)明采用的該對桿狀四極磁鐵對束流進行控制的第一原理示意圖。圖3為本發(fā)明采用的該對桿狀四極磁鐵對束流進行控制的第二原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術方案。參考圖1所示，本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)首先包括一作為束流傳輸起點的束流出射裝置1以及一作為束流傳輸終點的目標工件2。該束流出射裝置1用于生成離子束流或電子束流，在束流的傳輸過程中，其傳輸狀態(tài)會受到設于束流傳輸路徑上的各個束流光學元件的控制，從而使得當束流最終傳輸?shù)竭_該目標工件2時，其強度分布以及角度分布等各種狀態(tài)參數(shù)均能夠滿足制程的預設要求，從而在對該目標工件2的加工過程中實現(xiàn)較佳的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性。特別地，在本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)中，設于該束流出射裝置1與該目標工件2之間的束流傳輸路徑上的各個束流光學元件中包括有一對桿狀四極磁鐵31、32，其中圖1中所示的該兩個桿狀四極磁鐵為俯視。該兩個桿狀四極磁鐵31、32均由桿狀鐵芯以及繞于鐵芯上的電磁線圈構成，其中，該桿狀鐵芯可以為長方體，或者也可以為在鐵芯的長度方向上具有一定弧度的近似長方體，或者甚至鐵芯的橫截面也可以呈近似矩形。但是，無論它們的桿狀鐵芯是否為標準的長方體，該兩個桿狀四極磁鐵31、32應當具有完全對稱的形狀。在本發(fā)明中，該兩個桿狀四極磁鐵31、32分別設于束流傳輸路徑的兩側，且它們的鐵芯長度方向被設置為相互平行，在這樣的設置方式下，上述各種衍生類型的桿狀四極磁鐵對將均能夠實現(xiàn)相同的聚焦或散焦以及偏轉效應，以下將對該些效應做詳細說明。當一對桿狀四極磁鐵的線圈通電后，會在該對桿狀四極磁鐵的鐵芯長度方向所在的維度內對從該兩個桿狀四極磁鐵之間通過的束流產(chǎn)生聚焦或散焦效應。該聚集或散焦效應基本上僅與該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值(該處電流值指的是電流的絕對值，因為產(chǎn)生聚焦或散焦效應時，兩個磁鐵的線圈電流方向相反，或兩個磁鐵的線圈電流方向相同， 但其中一個磁鐵線圈電流遠大于另外一個磁鐵線圈電流)之和有關，通過對該兩個電流值之和的調節(jié)，便能夠實現(xiàn)對該對桿狀四極磁鐵的聚集或散焦束流的能力強弱的靈活控制。 圖2(其中的桿狀四極磁鐵為側視)所示即為上述的桿狀四極磁鐵聚焦束流的一個特例，即束流由該對桿狀四極磁鐵的焦點處出射，在通過該對桿狀四極磁鐵后在圖2的紙面維度內被聚焦為平行傳輸狀態(tài)。當一對桿狀四極磁鐵的線圈通電后，它們除了會對通過其間的束流產(chǎn)生聚焦或散焦效應之外，還會同時在與該聚集或散焦維度相垂直的維度內對束流產(chǎn)生偏轉效應。該偏轉效應則與該兩個桿狀四極磁鐵各自的線圈電流值均相關，當它們的線圈電流值相等時，對束流無偏轉作用，當它們的線圈電流值不相等時，則會使通過該兩個桿狀四極磁鐵之間的束流發(fā)生偏轉，且它們的線圈電流值相差越大，該對桿狀四極磁鐵對束流的偏轉作用就越強。圖3(其中的桿狀四極磁鐵為俯視)所示即為束流在一對上述的桿狀四極磁鐵的作用下在圖3的紙面維度內發(fā)生偏轉的示意圖。并且，在該偏轉過程中，束流在與圖3的紙面維度相垂直的維度內的分布狀態(tài)基本不會發(fā)生改變，也就是說，該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值之和一旦確定，則它們對通過的束流的聚集或散焦效應的強弱程度便隨之確定，此后，可以通過在不改變它們的線圈電流值之和的條件下改變它們的線圈電流值之差，來控制該對桿狀四極磁鐵對通過其間的束流的偏轉效應的強弱程度，對偏轉效應的控制與對聚集或散焦效應的控制互不干擾、相互獨立。在本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)中，通過采用該對桿狀四極磁鐵31、32，便可以對傳輸通過的束流同時起到聚集或散焦以及偏轉的控制作用。具體地說，根據(jù)由該束流出射裝置 1生成的束流的不同的發(fā)散或匯聚狀態(tài)，為了使束流獲得更高的傳輸效率，便需要在束流的傳輸路徑上對束流進行聚集或散焦控制，并且該聚集或散焦控制往往需要在某一維度上著重進行。例如，當從該束流出射裝置1出射的束流為發(fā)散狀態(tài)，并且在其橫截面的某一維度上的發(fā)散趨勢格外劇烈時，便需要在該發(fā)散維度內對束流進行聚集。因此，在本發(fā)明中，將該對桿狀四極磁鐵的鐵芯長度方向均設置在束流的需要聚集或散焦的維度內，即使得它們的鐵芯方向與束流橫截面上一需要聚集或散焦的方向平行，然后對該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值之和進行合適的調節(jié)設定，以使得該對桿狀四極磁鐵在該聚集或散焦維度內對束流實現(xiàn)理想的聚集或散焦控制。而后，根據(jù)該對桿狀四極磁鐵的后續(xù)元件的設置位置，在不改變該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值之和的條件下對它們的線圈電流值之差進行合適的調節(jié)設定，以使得該對桿狀四極磁鐵能夠在與該聚集或散焦維度相垂直的維度內對束流實現(xiàn)理想的偏轉控制，從而使得束流在經(jīng)過該對桿狀四極磁鐵之后，可以被準確地偏轉至朝向后續(xù)元件的傳輸方向。其中，此處所謂的后續(xù)元件可以為設于束流傳輸路徑上的并且位于該對桿狀四極磁鐵下游的另一束流光學元件，例如下文中將要提及的一變速裝置4， 此時束流將被偏轉至該后續(xù)束流光學元件的入口處；而當該對桿狀四極磁鐵31、32已經(jīng)為束流傳輸路徑上的最后一個束流光學元件時，則該后續(xù)元件實質上便為該目標工件2，此時束流將被偏轉至能夠按照制程所需的預設角度到達該目標工件2，從而對該目標工件2實現(xiàn)高質量的加工處理。由此，該對桿狀四極磁鐵31、32便同時實現(xiàn)了常見的一聚集或散焦功能的束流光學元件以及一偏轉功能的束流光學元件的作用，減少了該束流傳輸系統(tǒng)中的束流光學元件的數(shù)量，縮短了束流的傳輸路徑；并且，通過對該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值的靈活調整，還能夠便捷地對束流的傳輸狀態(tài)進行控制，有利于提高束流的利用效率。本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)除了特別地采用了該對桿狀四極磁鐵31、32之外，對其余的各個束流光學元件的設置種類及數(shù)量均不做限制。例如，如圖1所示，該束流傳輸系統(tǒng)還可以包括設于該對桿狀四極磁鐵31、32與該目標工件2之間的束流傳輸路徑上的一變速裝置4，該變速裝置4可以采用各種現(xiàn)有的結構實現(xiàn)，例如一利用電效應對束流進行控制的電極系統(tǒng)變速裝置，或者一利用磁效應對束流進行控制的磁極系統(tǒng)變速裝置等等。該變速裝置4 一方面可以使束流加速或減速至預設的注入能量，另一方面還可以使束流發(fā)生偏轉，從而通過該偏轉過程過濾掉束流中的中性粒子，提高束流的能量純度，增大束流中低能部分的束流強度。在該實施例中，該對桿狀四極磁鐵31、32將使束流在圖1的紙面維度內偏轉至該變速裝置4的入口處，從而由該變速裝置4將束流再次偏轉至適于對該目標工件 2進行加工處理的理想注入角度。另外，為了便于對該束流傳輸系統(tǒng)中的各個束流光學元件的工作參數(shù)進行調試， 以將束流的傳輸狀態(tài)校正至制程所需的理想狀態(tài)，該束流傳輸系統(tǒng)還可以包括一束流診斷裝置(圖中未示)。該束流診斷裝置設于該目標工件2處，其能夠對到達該目標工件2處的束流的強度分布以及角度分布進行實時測量，并將測得數(shù)據(jù)反饋至用于對該束流傳輸系統(tǒng)中的各個束流光學元件進行控制的計算機，例如反饋至用于對該對桿狀四極磁鐵31、32以及該變速裝置4進行控制的計算機，該計算機將基于該測得數(shù)據(jù)對該對桿狀四極磁鐵31、 32的線圈電流值以及該變速裝置4的工作參數(shù)進行反復調整，直至到達該目標工件2處的束流能夠完全滿足制程要求為止。綜上所述，本發(fā)明的該束流傳輸系統(tǒng)通過采用該對桿狀四極磁鐵，一方面能夠縮短束流的傳輸路徑，提高束流的傳輸效率以及到達目標工件處的束流強度，從而有利于提高制程效率；另一方面還能夠通過調節(jié)該兩個桿狀四極磁鐵的線圈電流值，便捷地對束流的強度分布和角度分布進行控制，從而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入劑量均勻性以及注入角度均勻性。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種束流傳輸系統(tǒng)，其包括一束流出射裝置和一作為束流傳輸終點的目標工件，其特征在于，在該束流出射裝置與該目標工件之間設有一對相互平行的、分別位于束流傳輸路徑兩側的桿狀四極磁鐵。
2.如權利要求1所述的束流傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該對桿狀四極磁鐵的鐵芯長度方向與束流橫截面上一需要聚焦或散焦的方向平行，且該對桿狀四極磁鐵的線圈電流值不相寸。
3.如權利要求1或2所述的束流傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該對桿狀四極磁鐵與該目標工件之間的束流傳輸路徑上的一變速裝置，用于使束流在加速或減速的同時發(fā)生偏轉。
4.如權利要求3所述的束流傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該目標工件處的一束流診斷裝置，用于測量束流的強度分布和角度分布，并將測得數(shù)據(jù)反饋至用于控制該對桿狀四極磁鐵以及該變速裝置的計算機。
5.一種利用權利要求1所述的束流傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的束流傳輸方法，其特征在于，在該方法中，束流由該束流出射裝置出射后，該對桿狀四極磁鐵使束流聚焦或散焦，并使束流在與該聚焦或散焦的維度相垂直的維度內發(fā)生偏轉，以最終注入該目標工件。
6.如權利要求5所述的束流傳輸方法，其特征在于，該束流傳輸系統(tǒng)還包括設于該對桿狀四極磁鐵與該目標工件之間的束流傳輸路徑上的一變速裝置，在該方法中，束流由該束流出射裝置出射后，該對桿狀四極磁鐵使束流聚焦或散焦，并使束流在與該聚焦或散焦的維度相垂直的維度內偏轉至該變速裝置，然后該變速裝置使束流在加速或減速的同時發(fā)生偏轉，以最終注入該目標工件。
7.如權利要求6所述的束流傳輸方法，其特征在于，在該目標工件處設置一束流診斷裝置，利用該束流診斷裝置測量束流的強度分布和角度分布，并基于該測得數(shù)據(jù)調整該對桿狀四極磁鐵的線圈電流值以及該變速裝置的工作參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種束流傳輸系統(tǒng)，其包括一束流出射裝置和一作為束流傳輸終點的目標工件，在該束流出射裝置與該目標工件之間設有一對相互平行的、分別位于束流傳輸路徑兩側的桿狀四極磁鐵。本發(fā)明還公開了一種利用上述束流傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)的束流傳輸方法。本發(fā)明通過采用該對桿狀四極磁鐵，一方面能夠縮短束流的傳輸路徑，提高束流的傳輸效率以及到達目標工件處的束流強度；另一方面還能夠便捷地對束流的強度分布和角度分布進行控制，從而提高束流的利用效率，并且有利于提高束流的注入劑量均勻性和注入角度均勻性。
文檔編號H01J37/147GK102315065SQ20101022308
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權日2010年7月9日
發(fā)明者錢鋒, 陳炯 申請人:上海凱世通半導體有限公司