CN204230207U - 离子注入角度测量装置及离子注入*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种离子注入角度测量装置及离子注入***，离子注入角度测量装置至少包括：第一阵列结构、第二阵列结构、地线和安培表；所述第一阵列结构中包括多个沿横向分布的法拉第杯，且相邻法拉第杯之间形成有相同角度的夹角；所述第二阵列结构中包括多个沿纵向分布的法拉第杯，且相邻法拉第杯之间形成有相同角度的夹角；所述离子注入角度测量装置不需要其他操作即可以同时对离子束不同方向的注入角度进行测量，操作简单，测量精度高；同时可以根据实际工艺的需要调整法拉第杯的数量及相邻法拉第之间的夹角，提高测量的精确度；所述离子注入***可以在所述离子注入角度测量装置测量离子注入角度后实时地对离子注入角度进行调整补偿。

Description

离子注入角度测量装置及离子注入***

技术领域

本实用新型涉及一种半导体工艺设备技术领域，特别是涉及一种离子注入角度测量装置及离子注入***。

背景技术

早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其在电场中加速，获得较高的速度后射入固体材料的表面，以该表这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。

随着半导体工业的进步，半导体器件的特征尺寸和深度不断缩小，特别是进入到65纳米及以下节点，半导体器件本身所允许的阈值电压Vt的变化范围非常小，而离子注入剂量的准确性、均匀性等因素对半导体器件的阈值电压会产生巨大的影响，例如，对于n-MOS器件而言，当技术节点为65nm时，n-MOS器件要求其阈值电压的精度要达到±15mV，当离子注入的角度改变1°时，n-MOS器件的阈值电压将会出现15mV的变化；当技术节点为45nm时，n-MOS器件要求其阈值电压的精度要达到±10mV，当离子注入的角度改变1°时，n-MOS器件的阈值电压将会出现21mV的变化；当技术节点为32nm时，n-MOS器件要求其阈值电压的精度要达到±5mV，当离子注入的角度改变1°时，n-MOS器件的阈值电压将会出现更加明显的变化；这必将会影响半导体器件的性能。因此，为了保证半导体器件性能的稳定性，在对其进行离子注入的时候要严格控制离子注入的角度。

为了实现对离子注入的剂量和角度进行控制，需要闭环控制***对离子注入的角度进行实时的测量，由于离子注入时离子束会被扫描为具有一定长和宽度的离子束流，要实现对离子注入的角度进行实时准确的测量，需要同时对离子束长度和宽度两个方向同时进行测量。在现有技术中，需要借助如图1至图2所示的两套测量***来完成上述测量过程。其中图1为X方向检测***，适于对所注入离子束进行纵向的测量，由图1可知，所述X方向检测***中包括若干个相互平行设置的梳状检测结构12，由于离子束包括具有正电荷的大量导电杂质离子，当离子束进入所述梳状检测结构12碰撞时，在梳状检测结构12中将引起电子流动，即产生电流。当梳状检测结构12的倾斜角度与离子束的倾斜角度一致时，通过所述梳状检测结构12内的离子数就越多，即产生的电流最小。所述梳状检测结构12构成法拉第单元11，所述法拉第单元11与地线14电连接，所述法拉第单元11和所述地线14之间设有一安培表13。在使用的过程中，先将所述梳状检测结构12朝向离子注入的方向，且保持所述梳状检测结构12与注入截面相垂直；在进行离子注入时，不断调整所法拉第单元11的偏转角度，并记录下来对应于所述法拉第单元11不同偏转角度下所述安培表13所测得的电流值。比较安培表13所测得的电流值，最小电流值时所述法拉第单元11偏转的角度即为离子在纵向上注入的角度，并将所述信息反馈给相应的调节***根据实际需要进行补偿。图2为Y方向检测***，适于对所注入离子束进行横向的测量，由图2可知，所述Y方向检测***包括一个可以移动的法拉第杯15和位于所述可以移动的法拉第杯15后方的三个固定法拉第杯16，此处的可移动的法拉第杯15和固定法拉第杯16的电流检测原理均与所述梳状检测结构12相同。当离子注入时，所述可以移动的法拉第杯15可以水平移动，当所述可以移动的法拉第杯15移动到某个位置时挡住了离子束，此时相应的固定法拉第杯16检测不到离子束，其连接的安培表测量到的电流值为零。又由于所述可以移动的法拉第杯15与所述固定法拉第杯16的偏移差d为定值，而所述可以移动的法拉第杯15此时移动的水平距离L也可以测量出来，根据公式α＝tan^-1(d/L)计算出所述离子束相对于水平方向的倾斜角度值。

在现有工艺中，对离子注入角度测量的时候需要借助两个测试***分别对横向和纵向的注入角度分别进行测量，且在进行纵向测量时，需要不断调整梳状物的倾斜角度才能找到与离子束注入方向一致的角度，在进行横向测量时，需要移动法拉第杯和辅助法拉第杯结合使用，并通过相应的计算处理才能得出离子束注入的方向，整个操作过程比较复杂。

鉴于此，有必要设计一种新的离子注入角度测量装置及离子注入***用以解决上述技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种离子注入角度测量装置及离子注入***，用于解决现有技术中不能同时对离子注入的不同方向同时进行测量，且测量过程复杂繁琐的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种离子注入角度测量装置，所述离子注入角度测量装置包括第一阵列结构，所述第一阵列结构中包括多个沿横向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第一阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；第二阵列结构，所述第二阵列结构中包括多个沿纵向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第二阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；地线，与所述第一阵列结构中的法拉第杯的底部和所述第二阵列结构中的法拉第杯的底部电连接；多个安培表，分别位于所述每个法拉第杯与所述地线之间。

作为本实用新型的离子注入角度测量装置的一种优选方案，所述第一阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第一阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜；所述第二阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第二阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜。

作为本实用新型的离子注入角度测量装置的一种优选方案，所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°。

作为本实用新型的离子注入角度测量装置的一种优选方案，所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°。

作为本实用新型的离子注入角度测量装置的一种优选方案，所述离子注入角度测量装置还包括一壳体，适于放置和固定所述第一阵列结构中的法拉第杯和所述第二阵列结构中的法拉第杯。

本实用新型还提供一种离子注入***，所述离子注入***至少包含产生离子束的离子源；扫描***，位于所述离子源的下游，适于控制离子束注入的束宽和离子束注入的角度；离子注入角度测量装置，所述离子注入角度测量装置至少包括第一阵列结构、第二阵列结构、地线和多个安培表；其中，所述第一阵列结构中包括多个沿横向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第一阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；所述第二阵列结构中包括多个沿纵向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第二阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；所述地线与所述第一阵列结构中的法拉第杯的底部和所述第二阵列结构中的法拉第杯的底部电连接；所述安培表分别位于所述每个法拉第杯与所述地线之间；控制***，适于获得所述离子注入角度测量装置中安培表测得的电流，并根据所获得的电流控制所述扫描***进行角度补偿。

作为本实用新型的离子注入***的一种优选方案，所述第一阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第一阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜；所述第二阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第二阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜。

作为本实用新型的离子注入***的一种优选方案，所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°。

作为本实用新型的离子注入***的一种优选方案，所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°。

作为本实用新型的离子注入***的一种优选方案，所述离子注入角度测量装置还包括一壳体，适于放置和固定所述第一阵列结构中的法拉第杯和所述第二阵列结构中的法拉第杯。

作为本实用新型的离子注入***的一种优选方案，所述离子注入***还包括一质谱分析仪，位于所述离子源和所述扫描***之间，适于分开/提取具有限定质量和/或电荷的离子。

本实用新型的离子注入角度测量装置及离子注入***，具有以下有益效果：所述离子注入角度测量装置包括多个分别沿横向和沿纵向分布的法拉第杯，且相邻法拉第杯之间形成有相同角度的夹角，所述离子注入角度测量装置不需要其他操作即可以同时对离子束不同方向的注入角度进行测量，操作简单，测量精度高；同时可以根据实际工艺的需要调整法拉第杯的数量及相邻法拉第之间的夹角，提高测量的精确度；所述离子注入***可以在所述离子注入角度测量装置测量离子注入角度后实时地对离子注入角度进行调整补偿。

附图说明

图1显示为现有技术中的X倾斜***的结构示意图。

图2显示为现有技术中的Y倾斜***的结构示意图。

图3显示为本实用新型的离子注入角度测量装置的正视图。

图4显示为本实用新型的离子注入角度测量装置的俯视图。

图5显示为本实用新型的离子注入***的示意图。

元件标号说明

11   法拉第单元

12   梳状检测结构

13   安培表

14   地线

15   可以移动的法拉第杯

16   固定法拉第杯

2    离子注入角度测量装置

20   第一阵列结构

21   法拉第杯

21a  开口端

21b  底部

22   安培表

23   地线

24   第二阵列结构

25   壳体

3    离子源

4    质谱分析仪

5    扫描***

6    控制***

7    离子束

L    可移动的法拉第杯水平方向移动的距离

d    可移动的法拉第杯与固定法拉第杯的偏移差

α    两相邻法拉第杯之间的夹角

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图3至图4，本实用新型提供一种离子注入角度测量装置，所述离子注入角度测量装置2至少包括第一阵列结构20，所述第一阵列结构20中包括多个沿横向分布的法拉第杯21，所述法拉第杯21包括开口端21a和底部21b，所述开口端21a均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯21自所述第一阵列结构20中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯20之间形成相同角度的夹角α；第二阵列结构24，所述第二阵列结构24中包括多个沿纵向分布的法拉第杯21，所述法拉第杯21包括开口端21a和底部21b，所述开口端21a均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯21自所述第二阵列结构24中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯21之间形成相同角度的夹角α；地线23，与所述第一阵列结构20的法拉第杯21的底部21b和所述第二阵列结构24中的法拉第杯21的底部21b电连接；多个安培表22，分别位于所述每个法拉第杯21与所述地线23之间。

具体的，请参阅图3，所述第一阵列结构20中的法拉第杯21开口端21a自所述第一阵列结构20中间至两侧依次向两侧倾斜，使得相邻两法拉第杯21之间形成的夹角α为0.05°～0.15°，优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.1°；所述第二阵列结构24中的法拉第杯21开口端21a自所述第二阵列结构24中间至两侧依次向两侧倾斜，使得相邻两法拉第杯21之间形成的夹角α为0.05°～0.15°，优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.1°。

具体的，请参阅图4，所述离子注入角度测量装置2还包括一壳体25，所述第一阵列结构20中的法拉第杯21和所述第二阵列结构24中的法拉第杯21均固定于所述壳体25内。

所述离子注入角度测量装置2的工作原理为：所述离子注入角度测量装置2垂直置于目标晶圆(未示出)附近的离子束路径上，且法拉第杯21的开口端21a朝向离子注入的方向，当离子束入射至所述离子注入角度测量装置2时，所述离子束中的离子就会进入法拉第杯21的开口21a，此时，与每个法拉第杯21底部相连接的安培表22会测得每个法拉第杯21产生的电流值。由于所述离子注入角度测量装置2的第一阵列结构20和第二阵列结构24中的法拉第杯21具有不同的倾斜角度，无论在横向还是在纵向，当离子束与所述法拉第杯21相平行时，入射至与其入射方向相平行的法拉第杯21内的离子最多，此时对应的安培表22的读数为最大。因此，根据每个安培表22的读数，分别找到第一阵列结构20和第二阵列结构24中与读数最大的安培表22相连接的法拉第杯21，根据法拉第杯21所倾斜的角度，即可以得出离子注入的角度值。

请参阅图5，本实用新型还提供一种离子注入***，结合图3和图4可知，所述离子注入***包括：产生离子束7的离子源3；扫描***5，位于所述离子源3的下游，适于控制离子束7注入的束宽和离子束7注入的角度；质谱分析仪4，位于所述离子源3和所述扫描***5之间，适于分开/提取具有限定质量和/或电荷的离子；离子注入角度测量装置2，所述离子注入角度测量装置2至少包括第一阵列结构20，所述第一阵列结构20中包括多个沿横向分布的法拉第杯21，所述法拉第杯21包括开口端21a和底部21b，所述开口端21a均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯21自所述第一阵列结构20中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯20之间形成相同角度的夹角α；第二阵列结构24，所述第二阵列结构24中包括多个沿纵向分布的法拉第杯21，所述法拉第杯21包括开口端21a和底部21b，所述开口端21a均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯21自所述第二阵列结构24中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯21之间形成相同角度的夹角α；地线23，与所述第一阵列结构20的法拉第杯21的底部21b和所述第二阵列结构24中的法拉第杯21的底部21b电连接；多个安培表22，分别位于所述每个法拉第杯21与所述地线23之间；控制***6，适于获得所述离子注入角度测量装置2中安培表22测得的电流，并根据所获得的电流控制所述扫描***5进行角度补偿。

具体的，请结合图3，所述第一阵列结构20中的法拉第杯21开口端21a自所述第一阵列结构20中间至两侧依次向两侧倾斜，使得相邻两法拉第杯21之间形成的夹角α等于所述扫描***5进行角度补偿的最小值，优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.05°～0.15°；更为优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.1°；所述第二阵列结构24中的法拉第杯21开口端21a自所述第二阵列结构24中间至两侧依次向两侧倾斜，使得相邻两法拉第杯21之间形成的夹角α等于所述扫描***5进行角度补偿的最小值，优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.05°～0.15°；更为优选地，本实施例中，所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α为0.1°。在现有的技术中，所述扫描***5进行角度补偿的最小值为0.1°，将所述两相邻法拉第杯21之间形成的夹角α均设为0.1°，所述两相邻法拉第杯21之间的夹角与所述扫描***5进行角度补偿的最小值一致，在所述扫描***5能够实现自动补偿的前提下，使得测量的精度达到最大；若所述两相邻法拉第杯21的夹角小于所述扫描***5角度补偿的最小值，则所述扫描***5根据角度偏差实现角度补偿；若所述两相邻法拉第杯21的夹角大于所述扫描***5角度补偿的最小值，则测量的精度不够高，不能实现对离子注入角度最大精度的控制。

具体的，请结合图4，所述离子注入角度测量装置2还包括一壳,25，所述第一阵列结构20中的法拉第杯21和所述第二阵列结构24中的法拉第杯21均固定于所述壳体25内。

所述离子注入***的工作原理为：所述离子源3产生离子束7，并使所述离子束7投向所述质谱分析仪4，所述质谱分析仪4分开/提取具有限定质量和/或电荷的离子，并将提取后的离子束7投向所述扫描***5，所述扫描***5将入射的离子束7拉伸转换为具有一定束宽和入射角度的离子束7并投向所述离子注入角度测量装置2，所述离子注入角度测量装置2对入射的离子束7进行X/纵向的角度测量，并将所测量的结果反馈至所述控制***6，所述控制***6将测得的入射角度值与预先设定的入射角度值进行比对，并根据实际情况控制所述扫描***5进行角度纠正补偿，已达到预定的注入效果。

综上所述，本实用新型提供一种离子注入角度测量装置和离子注入***，所述离子注入角度测量装置包括多个分别沿横向和沿纵向分布的法拉第杯，且相邻法拉第杯之间形成有相同角度的夹角，所述离子注入角度测量装置不需要其他操作即可以同时对离子束不同方向的注入角度进行测量，操作简单，测量精度高；同时可以根据实际工艺的需要调整法拉第杯的数量及相邻法拉第之间的夹角，提高测量的精确度；所述离子注入***可以在所述离子注入角度测量装置测量离子注入角度后实时地对离子注入角度进行调整补偿。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种离子注入角度测量装置，适于测量离子束注入的角度，其特征在于，所述离子注入角度测量装置至少包括：

第一阵列结构，所述第一阵列结构中包括多个沿横向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第一阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；

第二阵列结构，所述第二阵列结构中包括多个沿纵向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第二阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；

地线，与所述第一阵列结构中的法拉第杯的底部和所述第二阵列结构中的法拉第杯的底部电连接；

多个安培表，分别位于所述每个法拉第杯与所述地线之间。

2.根据权利要求1所述的离子注入角度测量装置，其特征在于：所述第一阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第一阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜；所述第二阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第二阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜。

3.根据权利要求1所述的离子注入角度测量装置，其特征在于：所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°。

4.根据权利要求1所述的离子注入角度测量装置，其特征在于：所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°。

5.根据权利要求1所述的离子注入角度测量装置，其特征在于：还包括一壳体，适于放置和固定所述第一阵列结构中的法拉第杯和所述第二阵列结构中的法拉第杯。

6.一种离子注入***，其特征在于：所述离子注入角度测量装置至少包括：

产生离子束的离子源；

扫描***，位于所述离子源的下游，适于控制离子束注入的束宽和离子束注入的角度；

离子注入角度测量装置，所述离子注入角度测量装置至少包括第一阵列结构、第二 阵列结构、地线和多个安培表；其中，所述第一阵列结构中包括多个沿横向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第一阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；所述第二阵列结构中包括多个沿纵向分布的法拉第杯，所述法拉第杯包括开口端和底部，所述开口端均朝向所述离子束入射方向；所述法拉第杯自所述第二阵列结构中间至两侧依次倾斜，使得两相邻法拉第杯之间形成相同角度的夹角；所述地线与所述第一阵列结构中的法拉第杯的底部和所述第二阵列结构中的法拉第杯的底部电连接；所述安培表分别位于所述每个法拉第杯与所述地线之间；

控制***，适于获得所述离子注入角度测量装置中安培表测得的电流，并根据所获得的电流控制所述扫描***进行角度补偿。

7.根据权利要求6所述的离子注入***，其特征在于：所述第一阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第一阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜；所述第二阵列结构中的法拉第杯开口端自所述第二阵列结构中间至两侧依次向两侧倾斜。

8.根据权利要求6所述的离子注入***，其特征在于：所述第一阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°；所述第二阵列结构中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.05°～0.15°。

9.根据权利要求6所述的离子注入***，其特征在于：所述第一阵列中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°；所述第二阵列中相邻两法拉第杯之间形成的夹角为0.1°。

10.根据权利要求6所述的离子注入***，其特征在于：所述离子注入角度测量装置还包括一壳体，适于放置和固定所述第一阵列结构中的法拉第杯和所述第二阵列结构中的法拉第杯。

11.根据权利要求6所述的离子注入***，其特征在于：还包括一质谱分析仪，位于所述离子源和所述扫描***之间，适于分开/提取具有限定质量和/或电荷的离子。