瓦利安-离子注入机工作原理01

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1、第三部分原理瓦利安半导体设备有限公司VIIStaHCS目录章节章节编号原理介绍…………………………………………………………………E82291210控制原理………………………………………………---………………E82291220离子注入操作原理………………………………………………………E82291230第1页介绍版本版本情况日期认可发布A最初发布11/09p.s42923第1页VIIStaHCS型高束流离子注入机是高自动化的生产工具。此离子注入机可以将单一离子类别掺杂剂的离子束注入到硅片中。首先利用Varian控制系统（VCS）产生工艺配方，在配方的基础上制定产生离子束的确切标准。

2、工艺配方的设计目的包括：控制掺杂剂种类的选择，控制剂量、控制离子束的能量、注入角度等以及工艺步骤等等。在阅读本章之前，请阅读第二章安全方面内容。一、系统单元组成VIIStaHCS可以分为三个有用的重要的单元：离子源单元、离子束线单元、工作站单元。1、离子源单元离子源子单元包括产生，吸出、偏转、控制，和聚焦，离子是有间接加热的阴极产生再由吸极取出（由D1电源与吸级装置构成），在取出工艺过程中，为了得到离子束更好的传输和低的离子束密度，离子束将被垂直聚焦。被取出的离子束通过一个四极的透镜，在进入90度离子束磁分析器之前离子束被聚焦，在磁分析器中，绝大多数不需要的离子将被分离出去。离子

3、源模块的主要结构，包括离子源围栏内部分和安全系统，支持分布各处的主要动力组件。还有离子源控制模块，源初始泵抽，涡轮分子泵抽，工艺气体柜，离子源和（套）管路。离子源围栏与安全系统要互锁，这是为了防止在正常注入操作过程中有人员接近。如果任何一扇门打开，或者任何维护、伺服面板被移动，高压电源和有害气体流就会通过互锁系统关闭。VIIStsHCS系统使用的不是高压工艺气体，就是需要安全输送系统的工艺气体。VSEA提供的标准工艺气体有三氟硼烷、砷烷和磷烷。2、离子束线控制单元离子束线控制子系统包括从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域，在这些区域，离子束将会被减速、聚焦、分析、测量以及被修正为

4、平行、均匀的离子束。从90度磁偏转区域到70度磁偏转区域中，离子束先被增速，再被减速。离子源与控制离子束线的四极透镜，协同D1、D1抑制极，D2、D2抑制极动力一起，提供水平与垂直聚焦控制。90度磁偏转协同判决光圈一起实现对离子的筛选分析。预设法拉第杯测量离子束强度。最终，离子束在70度偏转磁场中，协同多组磁极和顶部和底部的磁棒，被调整为方向平行，分布均匀的离子束。离子束离开离子源模块之后进入离子束线模块。离子束首先通过离子源四极透镜（源四极透镜，Q1）调整离子束使其竖直方向第1页聚焦水平方向扩散。90度磁分析器是离子束线控制模块的下一个组件。这个电磁铁提供强大的磁场，促使离子束

5、偏转90度，在偏转过程中，只允许具有适当能量（速度）的我们希望利用的离子（质量）通过。不需要的离子不是偏转的角度大或者偏转的角度小于90度，不能够通过磁偏转分析机构。接下来，经过90磁分析仪的离子束进入离子束线四极磁透镜Q2，Q2可以工作于正直模式（plus）或负值模式(minus)，Q2通常工作于负值模式，此时水平方向聚焦。线束四极磁透镜Q3：提供竖直方向聚焦以抵消离子束进入随后设备时竖直方向发散，利于离子束传输到尾端工作站。从判决光圈出来的离子束是最后筛选出来的离子束。通过离子源的调整，通过吸极操作，以及90度磁偏转的调整，最终使预设法拉第测量的离子束流量与配方设定值一致。到

6、此，预设法拉第杯缩进原来位置（让开离子束通道）。离子束经过离子束操作部分进入70度磁偏转区域。3、尾端工作站模块尾端工作站控制子系统由两个部件组成：硅片传输部件和工艺控制部件。硅片传输部件把硅片盒从大气环境传送到高真空环境。而每一个硅片一特定的方位被安置在压盘上等待离子注入。工艺控制部件用来显示离子束分布曲线和离子束流的检测，还用来控制离子注入。第1页二、原子理论原子理论讨论电荷的物理机理，涉及到带电粒子的控制，离子的产生，以及离子从离子源到硅片是如何运动的。1、同位素同位素是指具有相同的原子序数但是具有不同的原子质量的一些原子。一种元素的所有同位素，包含同样数目的质子但是包含不

7、同数目的中子。同位素具有同样的化学性质，但是他们原子核的特性不同。这些核的特性包括可能的放射性、重量、以及磁性。硼是离子注入经常用到的元素，有两种天然同位素：Bten和Beleven。Bten有5个质子5个中子。Beleven在离子注入工艺中更常用，因为它的丰度是Bten的4倍。但是，在有些注入工艺中用Bten，因为，它比较轻，可以在较低电压下注入更深。2、粒子流的控制一个电中性原子是相当难以控制的。一个原子失去一个电子后带一个正电荷，它就可以被一个负的静电荷吸引或加速。同样的正