一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置及劑量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置及劑量控制方法，測控裝置，包括CPU單元，CPU單元與SPI通信接口模塊、ADC模塊、通道程控開關(guān)、檔位程控開關(guān)、束流/劑量程控開關(guān)、劑量積分電路、峰值捕捉電路、波形發(fā)生電路連接；所述SPI通信接口模塊與所述ADC模塊連接；所述ADC模塊與所述束流/劑量程控開關(guān)連接；所述束流/劑量程控開關(guān)與所述峰值捕捉電路、劑量積分電路連接；所述束流/劑量程控開關(guān)、峰值捕捉電路、劑量積分電路均與所述檔位程控開關(guān)連接；所述檔位程控開關(guān)與所述通道程控開關(guān)連接；所述通道程控開關(guān)與法拉第杯接入端口連接。本發(fā)明能精確測量離子束流與劑量。
【專利說明】一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置及劑量控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子束注入領(lǐng)域，特別是一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置及劑量控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]早在20世紀(jì)60年代，離子注入技術(shù)就應(yīng)用在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)上。離子注入技術(shù)就是將某種元素的原子進(jìn)行電離，并使其離子在電場中加速，獲得較高的速度后植入固體材料的表面，以改變這種材料表面的物理或者化學(xué)性能的一種技術(shù)。
[0003]從1858年世界上第一塊集成電路誕生至今的50多年中，世界集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，經(jīng)歷小規(guī)模(數(shù)百個(gè)元件)、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模、到今天已進(jìn)入特大規(guī)模(千萬以上個(gè)元件)的時(shí)代。隨著集成度的提高和電路規(guī)模的增大，電路中單元器件尺寸不斷縮小，圖形特征尺寸成為每一代電路技術(shù)的特有表征。20世紀(jì)末，集成電路制造技術(shù)主流為0.13微米的8英寸硅片；但是經(jīng)過幾年的時(shí)間，100納米，65納米，32納米，28納米的工藝也陸續(xù)進(jìn)入生產(chǎn)；同時(shí)受到經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，集成電路制造廠商追求更低的生產(chǎn)成本和更高的生產(chǎn)效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，從而可以在單塊硅片上可以生產(chǎn)更多的器件。
[0004]隨著關(guān)鍵尺寸的減小和硅片尺寸的增大，對注入劑量的準(zhǔn)確性、注入劑量的均勻性提出了更高的要求。離子注入設(shè)備的束流和劑量的測量與控制器是保注入劑量的準(zhǔn)確性和注入劑量的均勻性關(guān)鍵部件。由于離子束從離子源引出來為一點(diǎn)狀束斑，通過束斑和晶片相對二維運(yùn)動，將離子束均勻地灑落到晶片表面。束斑和晶片相對二維運(yùn)動，有以下幾種實(shí)現(xiàn)方法:第一種方法是晶片固定不動，束斑通過水平方向和垂直方向的掃描電場控制其在晶片表面做二維運(yùn)動；第二種方法是束斑固定不動，晶片放置在一個(gè)二維機(jī)械運(yùn)動平臺上，二維機(jī)械掃描運(yùn)動也可以將離子束灑滿整個(gè)晶片表面；第三種方法是在水平方向，通過掃描電場控制束斑往復(fù)運(yùn)動，垂直方向，通過機(jī)械掃描運(yùn)動，控制晶片垂直上下運(yùn)動?，F(xiàn)有的測控技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)粒子束流與劑量的精確測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置及劑量控制方法，精確有效地測量離子束流與劑量。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，包括CPU單元；所述CPU單元與SPI通信接口模塊、ADC模塊、通道程控開關(guān)、檔位程控開關(guān)、束流/劑量程控開關(guān)、劑量積分電路、峰值捕捉電路、波形發(fā)生電路連接；所述SPI通信接口模塊與所述ADC模塊連接；所述ADC模塊與所述束流/劑量程控開關(guān)連接；所述束流/劑量程控開關(guān)與所述峰值捕捉電路、劑量積分電路連接；所述束流/劑量程控開關(guān)、峰值捕捉電路、劑量積分電路均與所述檔位程控開關(guān)連接；所述檔位程控開關(guān)與所述通道程控開關(guān)連接；所述通道程控開關(guān)與法拉第杯接入端口連接。
[0007]本發(fā)明還提供了一種利用上述離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置控制離子注入劑量的方法，該方法為:離子注入工藝前，通過所述通道程控開關(guān)，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關(guān)，選擇束流峰值采集功能，通過讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，確定合適的檔位并通過檔位程控開關(guān)選擇檔位；離子注入工藝前，通過所述通道程控開關(guān)，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關(guān)，選擇束流采集功能，水平方向移動法拉第杯同時(shí)采集不同位置的束流值，通過水平方向的束流密度分布產(chǎn)生校準(zhǔn)的掃描波形，并通過SPI通信接口將波形數(shù)據(jù)存入到CPU單元的波形數(shù)據(jù)寄存區(qū)；離子注入工藝時(shí)，采用垂直機(jī)械掃描運(yùn)動和水平方向電場掃描運(yùn)動將離子均勻地植入到晶片表面；所述晶片所在平面與法拉第杯所在平面垂直；垂直機(jī)械掃描時(shí)，每運(yùn)動一個(gè)等距離AS，向CPU單元發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖，即位置同步信號；CPU單元檢測到該觸發(fā)信號，輸出一個(gè)“W”型掃描波形，控制離子束水平方向返復(fù)掃描4次，完成一次劑量Q采集，即單次注入機(jī)離子密度為D = Q/ (AS * W )，其中W為法拉第杯開口寬度。
[0008]Δ S 取值為 1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm 中的一種。
[0009]所述劑量積分電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)有兩個(gè)電容支路，所述兩個(gè)電容支路并聯(lián)；所述第一運(yùn)算放大器正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)接地電容連接；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)偏置調(diào)整端通過可調(diào)電阻連接；所述可調(diào)電阻與+15V電源連接。
[0010]所述峰值捕捉電路包括第二運(yùn)算放大器；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)電容連接，所述電容接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與場效應(yīng)晶體管的漏極和源極連接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明能精確測量離子束流與劑量，并提供了一種準(zhǔn)確有效的劑量控制方法，保證離子注入劑量的均勻性、重復(fù)性和精度均能達(dá)到較高水平，能滿足當(dāng)前先進(jìn)生產(chǎn)工藝需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例測控裝置構(gòu)成示意圖；
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例離子注入劑量控制時(shí)序示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例離子注入掃描示意圖；
圖4為本發(fā)明一實(shí)施例劑量積分電路原理圖；
圖5為本發(fā)明一實(shí)施例峰值捕捉電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明了一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，包括CPU單元，芯片型號為PIC18C452，用于存儲掃描波形數(shù)據(jù)、運(yùn)行控制程序、接收外部指令及垂直機(jī)械掃描同步信號和統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)其它功能模塊工作等。所述(PU單元與SPI通信接口連接，實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)的交互。所述CPU單元通過16位并行接口與波形發(fā)生電路連接，波形發(fā)生電路采用的主要芯片型號為AD768AR，在波形輸出時(shí)，控制程序?qū)⒉ㄐ螖?shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送到波形發(fā)生電路，產(chǎn)生預(yù)存的掃描波形輸出。所述CPU單元通過片選信號與通道程控開關(guān)、檔位程控開關(guān)和束流/劑量程控開關(guān)相連，程控開關(guān)采用固態(tài)繼電器組實(shí)現(xiàn)，控制法拉第杯通道選擇、合適檔位選擇和采集目標(biāo)的選擇。所述CPU單元向劑量積分電路(圖4)和峰值捕捉電路(圖
5)輸出觸發(fā)信號控制兩個(gè)功能模塊工作，觸發(fā)信號低電平有效，有效電平寬度精確可控。所述CPU單元通過ADC觸發(fā)信號啟動型號為AD977的16位ADC模塊完成一次AD轉(zhuǎn)換，ADC觸發(fā)信號可以由命令發(fā)出，也可以由劑量/峰值觸發(fā)信號聯(lián)動產(chǎn)生，即當(dāng)劑量/峰值觸發(fā)信號關(guān)閉后延時(shí)幾個(gè)微秒自動發(fā)出。本發(fā)明的裝置通過法拉第杯接入端口同時(shí)接入5個(gè)法拉第杯、5檔束流測量量程、通過波形發(fā)生器產(chǎn)生兩路正負(fù)對稱的掃描波形，設(shè)計(jì)了劑量積分電路和束流峰值檢測電路，能與垂直機(jī)械掃描同步。
[0015]本發(fā)明的離子注入掃描與劑量控制方法，在垂直機(jī)械掃描時(shí)，每運(yùn)動一個(gè)等距離Δ S，向離子注入機(jī)束流和劑量控制器發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖，即位置同步信號，Δ S有幾種不同的取值1.27mm、0.635mm、0.508mm和0.381mm，為了保證同步信號在等時(shí)間間隔發(fā)出，即不同的掃描速度有不同的AS取值。離子注入機(jī)束流和劑量控制器檢測到此觸發(fā)信號，上升沿有效，輸出一個(gè)“W”型掃描波形。然而，每個(gè)“W”型掃描波形控制一個(gè)劑量積分信號的產(chǎn)生，積分信號寬度(低電平有效)可在掃描波形數(shù)據(jù)中進(jìn)行設(shè)定。三個(gè)信號時(shí)序關(guān)系如圖2所不。即重直方向機(jī)械掃描運(yùn)動每移動一個(gè)△ S,離子束斑在水平方向完成4次往復(fù)掃描，完成一次劑量Q采集。即單次注入機(jī)離子密度為D = Q/ (AS * W )，其中W為法拉第杯開口寬度，其取值為3.18mm。
[0016]如圖4所示，所述劑量積分電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)有兩個(gè)電容支路(C3、C9)，所述兩個(gè)電容支路并聯(lián)；所述第一運(yùn)算放大器正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)接地電容C2、C4連接；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)偏置調(diào)整端通過可調(diào)電阻Rl連接；所述可調(diào)電阻與+15V電源連接。
[0017]如圖5所示，所述峰值捕捉電路包括第二運(yùn)算放大器；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)電容C8、C7連接，電容C8、C7接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與場效應(yīng)晶體管2N5432的漏極和源極連接；場效應(yīng)晶體管2N5432的柵極與電容Cl連接，電容Cl接地；第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與場效應(yīng)晶體管2N5432的柵極連接，輸出峰值；第二運(yùn)算放大器的正輸入端輸入束流。
【權(quán)利要求】
1.一種離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，包括CPU單元；其特征在于，所述CPU單元與SPI通信接口模塊、ADC模塊、通道程控開關(guān)、檔位程控開關(guān)、束流/劑量程控開關(guān)、劑量積分電路、峰值捕捉電路、波形發(fā)生電路連接；所述SPI通信接口模塊與所述ADC模塊連接；所述ADC模塊與所述束流/劑量程控開關(guān)連接；所述束流/劑量程控開關(guān)與所述峰值捕捉電路、劑量積分電路連接；所述束流/劑量程控開關(guān)、峰值捕捉電路、劑量積分電路均與所述檔位程控開關(guān)連接；所述檔位程控開關(guān)與所述通道程控開關(guān)連接；所述通道程控開關(guān)與離子注入機(jī)的法拉第杯接入端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，其特征在于，所述CPU單元型號為 PIC18C452。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，其特征在于，所述波形發(fā)生電路型號為AD768AR。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，其特征在于，所述通道程控開關(guān)、檔位程控開關(guān)、束流/劑量程控開關(guān)均采用固態(tài)繼電器組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，其特征在于，所述劑量積分電路包括第一運(yùn)算放大器，所述第一運(yùn)算放大器負(fù)輸入端和輸出端之間并聯(lián)有兩個(gè)電容支路，所述兩個(gè)電容支路并聯(lián)；所述第一運(yùn)算放大器正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)接地電容連接；所述第一運(yùn)算放大器的兩個(gè)偏置調(diào)整端通過可調(diào)電阻連接；所述可調(diào)電阻與+15V電源連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置，其特征在于，所述峰值捕捉電路包括第二運(yùn)算放大器；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳分別輸入+15V電源和-15V電源；所述第二運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源引腳各與一個(gè)電容連接，所述電容接地；所述第二運(yùn)算放大器的輸出端與場效應(yīng)晶體管的漏極和源極連接。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的離子注入機(jī)束流與劑量測控裝置控制離子注入劑量的方法，其特征在于，該方法為: 離子注入前，通過所述通道程控開關(guān)，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關(guān)，選擇束流峰值采集功能，通過讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，確定合適的檔位并通過檔位程控開關(guān)選擇檔位；通過所述通道程控開關(guān)，選擇合適的法拉第杯，通過所述束流/劑量程控開關(guān)，選擇束流采集功能，水平方向移動法拉第杯同時(shí)采集不同位置的束流值，通過水平方向的束流密度分布產(chǎn)生校準(zhǔn)的掃描波形，并將掃描波形數(shù)據(jù)存入到CPU單元的波形數(shù)據(jù)寄存區(qū)； 離子注入時(shí)，采用垂直機(jī)械掃描運(yùn)動和水平方向電場掃描運(yùn)動將離子均勻地植入到晶片表面；所述晶片所在平面與法拉第杯所在平面垂直；垂直機(jī)械掃描時(shí)，每運(yùn)動一個(gè)等距離Λ S，向CPU單元發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖，即位置同步信號;CPU單元檢測到該觸發(fā)信號，輸出一個(gè)“W”型掃描波形，控制離子束水平方向返復(fù)掃描4次，完成一次劑量Q采集，即單次注入機(jī)離子密度為D = Q/ (AS * W )，其中W為法拉第杯開口寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，ΛS取值為1.27mm、0.635mm、0.508mm、.0.381mm中的一種。
【文檔編號】H01J37/317GK104332377SQ201410457041
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】鐘新華, 王迪平, 易文杰, 袁衛(wèi)華, 彭立波 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所