CN102005362A - 一种离子注入机双法拉第杯测量比值校正***及校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子束注入机上对双法拉第杯测量比例值进行校正的***和方法。该校正***包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯，闭环控制法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机，各个组件之间的连接关系如摘要附图所示。校正步骤包括：1、启动离子束沿水平方向均匀地扫描，将移动法拉第杯移到硅晶片的中心位置，对扫描离子束进行剂量采样，求算出中心位置处的注入剂量值，公式为：

2、再用闭环控制法拉第杯采样扫描离子束的注入剂量，计算出该处的注入剂量值，公式为：

3、计算出两法拉第杯剂量探测的比例值，公式为：

本发明将两个法拉第杯对注入剂量的探测统一到同一标准，保证离子注入剂量检测的准确性。

Description

一种离子注入机双法拉第杯测量比值校正***及校正方法

技术领域

本发明涉及一种离子注入机上双法拉第杯测量校正***及校正方法，特别地涉及离子注入机，属于半导体器件制造领域。

背景技术

离子束注入机是半导体器件制造中最关键的掺杂设备之一。随着半导体器件制造的集成度向片上***规模发展，用于器件制造的晶圆片朝着300mm以上尺寸扩展，而单元器件尺寸则朝微纳米细线条减缩，特别是片上晶体管、场效应管尺寸的减缩，对离子束注入掺杂技术提出了很明显的挑战。当半导体集成电路器件制造向65nm技术节点迈进，其单元场效应管需生成超浅结源漏结构，即：源漏结深变得非常的浅，而源漏极分界要非常的陡峭。为了保证片上浅结晶体管和场效应管的性能稳定和重复，在离子注入掺杂过程中，要求对注入剂量、注入能量、注入剂量得的重复性、注入角度、注入元素纯度、以及注入剂量的均匀性实施精确的闭环控制和进行全自动调整。在闭环控制中，探测器是关键的因素之一，它的探测精度直接影响着调整的准确性和控制精度。在离子注入机中，其探测器就是法拉第杯。为了满足均匀性静态测量校正和动态实时跟踪调整的需要，在技术先进的离子注入机上采用两只法拉第杯探测器。为了统一测量标准，必须进行矫正。

在此之前的国产离子注入机中，只有过采用单法拉第杯作为离子注入均匀性检测的控制***和方法，而采用双法拉第杯设计，更便于整机参数的精确调整，适应于技术性能更优良的离子注入机，可满足半导体集成电路器件制造65nm技术节点的需要。

发明内容

本发明是针对新的离子束注入机上采用双法拉第杯进行离子注入剂量均匀性校正的问题而提出的一种对法拉第杯测量精度进行校正的方法和装置，该发明应用于离子注入机，不但可以满足半导体器件制造工艺向微细线条发展的需要，而且能够校正双法拉第杯的测量精确，使双法拉第杯对离子束流的测量参照同一个测量标准，提高测量精度。

本发明提供一种离子注入机上对双法拉第杯测量精度进行校正的***，包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯，闭环控制法拉第杯，剂量检测器、双向数字扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机。所述的移动法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的剂量采样法拉第杯输出与剂量积分检测器连接；所述的闭环控制法拉第杯输出与剂量积分器连接；所述的数字扫描发生器输出与静电扫描板连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接。所述的移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、闭环控制法拉第杯、剂量积分检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行控制。

本发明还提供一种离子注入机上的双法拉第杯测量精度校正方法，用此方法对双法拉第杯测量精度进行校正的过程包括以下步骤：

新的离子注入机均匀性控制技术采用了双法拉第杯对离子注入剂量进行检测。均匀性建立过程使用移动法拉第杯采样的数据来进行比较和计算，而在注入过程中选用闭环控制法拉第杯实时跟踪离子注入剂量。为了两个过程中检测的离子束流标准一致，需要对移动法拉第杯和闭环法拉第杯之间的检测标准进行校正。因为均匀性优化过程应用的是移动法拉第杯来确定扫过硅晶片的剂量均匀性，所以按照基本原理，移动法拉第杯探测采样的束流值就是原始的标准值，闭环控制法拉第杯所采到的束流采样数据必须与上标准值进行比对校正，计算出两者的比例系数。

比例系数校正步骤如下：

1)控制计算机将双向数字扫描发生器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯。

2)控制计算机将剂量检测器设置为“束流检测”模式，选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值。

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行检测，将移动法拉第杯移到硅晶片的中心位置，剂量检测器选定它来监视离子束流。

4)计算机给数字扫描发生器装载均匀性优化过的W扫描波形，且启动离子束扫描。

5)移动法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器设置为“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值。要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真。

6)控制计算机命令剂量检测器停止采样离子束流，并将移动法拉第杯移到它的起始位置。

7)控制计算机对上述采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到硅晶片实际接收到的典型的剂量值，计算公式为：

8)控制计算机命令剂量检测器选定闭环法拉第杯来监测离子束流。

9)闭环法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器仍保持“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值，要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真。

10)控制计算机对采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到闭环控制法拉第杯可感知到的典型的剂量值，计算公式为： $\stackrel{\‾}{\mathrm{de}}=\underset{i=0}{\overset{1040}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{de}\left(i\right)/1040+1.$

11)控制计算机计算出“硅片中心剂量”与“硅片边缘剂量”的比例值，且将该比值存储。比值计算公式为：

12)在实际的离子注入过程中，根据闭环控制法拉第杯实时采集的剂量读值，再应用该比值计算出硅晶片接收到的标准剂量，计算公式为：ds＝p ×de。

本发明具有如下显著优点：

1)能以移动法拉第杯为标准，精确校正闭环控制法拉第杯的测量值，使采用双法拉第杯的均匀性控制***，离子注入剂量的检测统一到同一标准，保证离子注入剂量检测的准确性。检测精度可达1/60000。

2)能够全自动进行双法拉第杯测量校正过程。

3)本双法拉第杯测量校正装置可与离子束其他性能参数的检测控制***共用，一套装置，多种用途，结构简单优化。

附图说明

图1为本发明的一种离子注入机双法拉第杯测量校正***装置实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

参见图1，一种对双法拉第杯测量比例进行校正的装置，包括：移动法拉第杯1、剂量采样法拉第杯2、闭环控制法拉第杯3、剂量检测器4、数控扫描发生器5、电机运动控制器6和控制计算机7。移动法拉第杯1是离子束流探测器，它在电机运动控制器6的驱动下，移到硅晶片中心所对应的位置，检测硅晶片中心的离子注入剂量；闭环控制法拉第杯3也是离子束流探测器，它位于硅晶片的右侧，可探测到扫描离子束的注入剂量；剂量采样法拉第杯2位于硅晶片的后面，用于测量粒子束流；剂量检测器4将移动法拉第杯1、闭环控制法拉第杯3和剂量采样法拉第杯2探测到的离子束流信号进行放大、积分处理、再进行模数转换，得到离子剂量或束流的数字量后，送给控制计算机7；数控扫描发生器5在测量离子束流时设置为“点模式”，使离子束不扫描；在对双法拉第杯测量比例进行校正时，设置为“扫描模式”，并接收控制计算机传来的、经过均匀性优化后的W扫描波形，并启动离子束水平方向均匀扫描；控制计算机7直接控制着剂量检测器4、数控扫描发生器5、电机运动控制器6的操作，使移动法拉第杯按程序移动，获取离子束流采样值和离子注入剂量采样值，并将此数据值进行存储，然后对获取的数据进行分拣、计算，最终算出两个法拉第杯(移动法拉第杯与闭环控制法拉第杯)剂量测量的修正比例值。

从离子源引出的离子束，经束线传输***到达靶室。用移动法拉第杯1做为离子束探测器，对束线***各参数进行调整，调出理想的离子束性能。再用移动法拉第杯作为离子注入剂量探测器，执行离子注入剂量建立和优化程序，得到注入剂量均匀的离子束扫描W波形，然后进行双法拉第杯测量比例校正过程，具体步骤如下：

1)控制计算机将双向数字扫描发生器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯。

2)控制计算机将剂量检测器设置为“束流检测”模式，选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值。

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行检测，将移动法拉第杯移到硅晶片的中心位置，剂量检测器选定它来监视离子束流。

4)计算机给数字扫描发生器装载均匀性优化过的W扫描波形，且启动离子束扫描。

5)移动法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器设置为“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值。要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真。

6)控制计算机命令剂量检测器停止采样离子束流，并将移动法拉第杯移到它的起始位置。

7)控制计算机对上述采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到硅晶片实际接收到的典型的剂量值，计算公式为：

8)控制计算机命令剂量检测器选定闭环法拉第杯来监测离子束流。

9)闭环法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器仍保持“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值，要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真。

10)控制计算机对采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到闭环控制法拉第杯可感知到的典型的剂量值，计算公式为： $\stackrel{\‾}{\mathrm{de}}=\underset{i=0}{\overset{1040}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{de}\left(i\right)/1040+1.$

11)控制计算机计算出“硅片中心剂量”与“硅片边缘剂量”的比例值，且将该比值存储。比值计算公式为：

12)在实际的离子注入过程中，根据闭环控制法拉第杯实时采集的剂量读值，再应用该比值计算出硅晶片接收到的标准剂量，计算公式为：ds＝p×de。

实施例：

根据上述方法记录一组双法拉第杯测量比例值校正数据，如下表1所示。在实施例中，离子注入机注入B⁺离子，注入能量设定为50kev，离子束流在1mA～5mA之间设置，先自动调节好离子源***、束线***，设定需要的离子束流，然后启动均匀性优化程序，使扫描离子束沿水平方向均匀性达要求；在设置的离子束流下(注入剂量也会变)，用移动法拉第杯测量硅晶片中心处的注入剂量，用闭环控制法拉第杯测量硅晶片边沿处的注入剂量，求出比值，列于表中。

表1列出了不同离子注入剂量下的比例值。

本发明的特定实施例已对本发明的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (3)

1.一种对双法拉第杯测量比值进行校正的装置，包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、闭环控制法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器和控制计算机，其特征在于：

所述的移动法拉第杯输出剂量检测器连接；所述的剂量采样法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的闭环控制法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的数控扫描发生器输出与扫描偏转器连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接；所述的移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、闭环控制法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行工作。

2.如权利要求1所述的一种对双法拉第杯测量比值进行校正的装置，其特征在于：所述的移动法拉第杯与数控装置连接，可以受控移动；所述的闭环控制法拉第杯位置固定，对离子束剂量进行实时监测。

3.一种实施如权利要求1所述的一种对双法拉第杯测量比值进行校正的***装置的双法拉第杯之间剂量测量比值校准的方法，包括移动法拉第杯移动到硅晶片的中心位置，启动数控扫描发生器均匀扫描，对扫描离子束进行剂量积分采样，算出平均剂量值

再用闭环控制法拉第杯对扫描离子束进行剂量采样，算出第二个平均剂量值

然后计算出剂量比值

等过程，其特征在于：

所述的比例系数校正步骤如下：

1)控制计算机将双向数字扫描发生器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯；

2)控制计算机将剂量检测器设置为“束流检测”模式，选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值；

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行检测，将移动法拉第杯移到硅晶片的中心位置，剂量检测器选定它来监视离子束流；

4)计算机给数字扫描发生器装载均匀性优化过的W扫描波形，且启动离子束扫描；

5)移动法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器设置为“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值。要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真；

6)控制计算机命令剂量检测器停止采样离子束流，并将移动法拉第杯移到它的起始位置；

7)控制计算机对上述采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到硅晶片实际接收到的典型的剂量值，计算公式为：

8)控制计算机命令剂量检测器选定闭环法拉第杯来监测离子束流；

9)闭环法拉第杯采样1040次离子束水平扫描，剂量检测器仍保持“积分束流模式”，采样得到存储积分器的峰值和平均值，要保证所测量到的剂量值小于所选量程满刻度的95％，防止超量程引起的测量失真；

10)控制计算机对采样得到的离子剂量数据进行求平均值运算，以得到闭环控制法拉第杯可感知到的典型的剂量值，计算公式为： $\stackrel{\‾}{\mathrm{de}}=\underset{i=0}{\overset{1040}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{de}\left(i\right)/1040+1;$

11)控制计算机计算出“硅片中心剂量”与“硅片边缘剂量”的比例值，且将该比值存储。比值计算公式为：

12)在实际的离子注入过程中，根据闭环控制法拉第杯实时采集的剂量读值，再应用该比值计算出硅晶片接收到的标准剂量，计算公式为：ds＝p×de。

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