專利名稱：一種離子注入機雙法拉第杯測量比值校正系統(tǒng)及校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子注入機上雙法拉第杯測量校正系統(tǒng)及校正方法，特別地涉及 離子注入機，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子束注入機是半導(dǎo)體器件制造中最關(guān)鍵的摻雜設(shè)備之一。隨著半導(dǎo)體器件制造 的集成度向片上系統(tǒng)規(guī)模發(fā)展，用于器件制造的晶圓片朝著300mm以上尺寸擴(kuò)展，而單元 器件尺寸則朝微納米細(xì)線條減縮，特別是片上晶體管、場效應(yīng)管尺寸的減縮，對離子束注入 摻雜技術(shù)提出了很明顯的挑戰(zhàn)。當(dāng)半導(dǎo)體集成電路器件制造向65nm技術(shù)節(jié)點邁進(jìn)，其單 元場效應(yīng)管需生成超淺結(jié)源漏結(jié)構(gòu)，即源漏結(jié)深變得非常的淺，而源漏極分界要非常的陡 峭。為了保證片上淺結(jié)晶體管和場效應(yīng)管的性能穩(wěn)定和重復(fù)，在離子注入摻雜過程中，要求 對注入劑量、注入能量、注入劑量得的重復(fù)性、注入角度、注入元素純度、以及注入劑量的均 勻性實施精確的閉環(huán)控制和進(jìn)行全自動調(diào)整。在閉環(huán)控制中，探測器是關(guān)鍵的因素之一，它 的探測精度直接影響著調(diào)整的準(zhǔn)確性和控制精度。在離子注入機中，其探測器就是法拉第 杯。為了滿足均勻性靜態(tài)測量校正和動態(tài)實時跟蹤調(diào)整的需要，在技術(shù)先進(jìn)的離子注入機 上采用兩只法拉第杯探測器。為了統(tǒng)一測量標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行矯正。在此之前的國產(chǎn)離子注入機中，只有過采用單法拉第杯作為離子注入均勻性檢測 的控制系統(tǒng)和方法，而采用雙法拉第杯設(shè)計，更便于整機參數(shù)的精確調(diào)整，適應(yīng)于技術(shù)性能 更優(yōu)良的離子注入機，可滿足半導(dǎo)體集成電路器件制造65nm技術(shù)節(jié)點的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對新的離子束注入機上采用雙法拉第杯進(jìn)行離子注入劑量均勻性校 正的問題而提出的一種對法拉第杯測量精度進(jìn)行校正的方法和裝置，該發(fā)明應(yīng)用于離子注 入機，不但可以滿足半導(dǎo)體器件制造工藝向微細(xì)線條發(fā)展的需要，而且能夠校正雙法拉第 杯的測量精確，使雙法拉第杯對離子束流的測量參照同一個測量標(biāo)準(zhǔn)，提高測量精度。本發(fā)明提供一種離子注入機上對雙法拉第杯測量精度進(jìn)行校正的系統(tǒng)，包括移動 法拉第杯、劑量采樣法拉第杯，閉環(huán)控制法拉第杯，劑量檢測器、雙向數(shù)字掃描發(fā)生器、電機 運動控制器、控制計算機。所述的移動法拉第杯輸出與劑量檢測器連接；所述的劑量采樣 法拉第杯輸出與劑量積分檢測器連接；所述的閉環(huán)控制法拉第杯輸出與劑量積分器連接； 所述的數(shù)字掃描發(fā)生器輸出與靜電掃描板連接；所述的電機運動控制器輸出與移動法拉第 杯驅(qū)動電機連接。所述的移動法拉第杯、劑量采樣法拉第杯、閉環(huán)控制法拉第杯、劑量積分 檢測器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機運動控制器與控制計算機連接，由計算機協(xié)調(diào)動作并進(jìn)行控 制。本發(fā)明還提供一種離子注入機上的雙法拉第杯測量精度校正方法，用此方法對雙 法拉第杯測量精度進(jìn)行校正的過程包括以下步驟新的離子注入機均勻性控制技術(shù)采用了雙法拉第杯對離子注入劑量進(jìn)行檢測。均勻性建立過程使用移動法拉第杯采樣的數(shù)據(jù)來進(jìn)行比較和計算，而在注入過程中選用閉環(huán) 控制法拉第杯實時跟蹤離子注入劑量。為了兩個過程中檢測的離子束流標(biāo)準(zhǔn)一致，需要對 移動法拉第杯和閉環(huán)法拉第杯之間的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正。因為均勻性優(yōu)化過程應(yīng)用的是移 動法拉第杯來確定掃過硅晶片的劑量均勻性，所以按照基本原理，移動法拉第杯探測采樣 的束流值就是原始的標(biāo)準(zhǔn)值，閉環(huán)控制法拉第杯所采到的束流采樣數(shù)據(jù)必須與上標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn) 行比對校正，計算出兩者的比例系數(shù)。比例系數(shù)校正步驟如下1)控制計算機將雙向數(shù)字掃描發(fā)生器設(shè)置為“點模式”，控制離子束不掃描，此時 離子束應(yīng)射入劑量采樣法拉第杯。2)控制計算機將劑量檢測器設(shè)置為“束流檢測”模式，選擇劑量采樣法拉第杯對離 子束流進(jìn)行采樣，確認(rèn)離子束流已達(dá)到設(shè)定的束流值。 3)控制計算機再選擇移動法拉第杯對離子束流進(jìn)行檢測，將移動法拉第杯移到硅 晶片的中心位置，劑量檢測器選定它來監(jiān)視離子束流。4)計算機給數(shù)字掃描發(fā)生器裝載均勻性優(yōu)化過的W掃描波形，且啟動離子束掃 描。5)移動法拉第杯采樣1040次離子束水平掃描，劑量檢測器設(shè)置為“積分束流模 式”，采樣得到存儲積分器的峰值和平均值。要保證所測量到的劑量值小于所選量程滿刻度 的95%，防止超量程引起的測量失真。6)控制計算機命令劑量檢測器停止采樣離子束流，并將移動法拉第杯移到它的起 始位置。7)控制計算機對上述采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運算，以得到硅晶片
1040/
實際接收到的典型的劑量值，計算公式為〒石/C(i、/ 。
ac "/1040 + 18)控制計算機命令劑量檢測器選定閉環(huán)法拉第杯來監(jiān)測離子束流。9)閉環(huán)法拉第杯采樣1040次離子束水平掃描，劑量檢測器仍保持“積分束流模 式”，采樣得到存儲積分器的峰值和平均值，要保證所測量到的劑量值小于所選量程滿刻度 的95%，防止超量程引起的測量失真。10)控制計算機對采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運算，以得到閉環(huán)控制
1040Z
法拉第杯可感知到的典型的劑量值，計算公式為-.1 W
ae ~/1040 + 1 °11)控制計算機計算出“硅片中心劑量”與“硅片邊緣劑量”的比例值，且將該比值
1040Z
Σ論⑴/
存儲。比值計算公式為:ρ “義=丨Z 。
/ / = 012)在實際的離子注入過程中，根據(jù)閉環(huán)控制法拉第杯實時采集的劑量讀值，再應(yīng) 用該比值計算出硅晶片接收到的標(biāo)準(zhǔn)劑量，計算公式為dS = P Xde。本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點1)能以移動法拉第杯為標(biāo)準(zhǔn)，精確校正閉環(huán)控制法拉第杯的測量值，使采用雙法 拉第杯的均勻性控制系統(tǒng)，離子注入劑量的檢測統(tǒng)一到同一標(biāo)準(zhǔn)，保證離子注入劑量檢測的準(zhǔn)確性。檢測精度可達(dá)1/60000。2)能夠全自動進(jìn)行雙法拉第杯測量校正過程。3)本雙法拉第杯測量校正裝置可與離子束其他性能參數(shù)的檢測控制系統(tǒng)共用，一 套裝置，多種用途，結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)化。


圖1為本發(fā)明的一種離子注入機雙法拉第杯測量校正系統(tǒng)裝置實施例的結(jié)構(gòu)框 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹，但不作為對本發(fā)明的限定。參見圖1，一種對雙法拉第杯測量比例進(jìn)行校正的裝置，包括移動法拉第杯1、劑 量采樣法拉第杯2、閉環(huán)控制法拉第杯3、劑量檢測器4、數(shù)控掃描發(fā)生器5、電機運動控制器 6和控制計算機7。移動法拉第杯1是離子束流探測器，它在電機運動控制器6的驅(qū)動下，移 到硅晶片中心所對應(yīng)的位置，檢測硅晶片中心的離子注入劑量；閉環(huán)控制法拉第杯3也是 離子束流探測器，它位于硅晶片的右側(cè)，可探測到掃描離子束的注入劑量；劑量采樣法拉第 杯2位于硅晶片的后面，用于測量粒子束流；劑量檢測器4將移動法拉第杯1、閉環(huán)控制法 拉第杯3和劑量采樣法拉第杯2探測到的離子束流信號進(jìn)行放大、積分處理、再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，得到離子劑量或束流的數(shù)字量后，送給控制計算機7 ；數(shù)控掃描發(fā)生器5在測量離子束 流時設(shè)置為“點模式”，使離子束不掃描；在對雙法拉第杯測量比例進(jìn)行校正時，設(shè)置為“掃 描模式”，并接收控制計算機傳來的、經(jīng)過均勻性優(yōu)化后的W掃描波形，并啟動離子束水平方 向均勻掃描；控制計算機7直接控制著劑量檢測器4、數(shù)控掃描發(fā)生器5、電機運動控制器6 的操作，使移動法拉第杯按程序移動，獲取離子束流采樣值和離子注入劑量采樣值，并將此 數(shù)據(jù)值進(jìn)行存儲，然后對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分揀、計算，最終算出兩個法拉第杯(移動法拉第 杯與閉環(huán)控制法拉第杯)劑量測量的修正比例值。從離子源引出的離子束，經(jīng)束線傳輸系統(tǒng)到達(dá)靶室。用移動法拉第杯1做為離子 束探測器，對束線系統(tǒng)各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)出理想的離子束性能。再用移動法拉第杯作為離 子注入劑量探測器，執(zhí)行離子注入劑量建立和優(yōu)化程序，得到注入劑量均勻的離子束掃描W 波形，然后進(jìn)行雙法拉第杯測量比例校正過程，具體步驟如下1)控制計算機將雙向數(shù)字掃描發(fā)生器設(shè)置為“點模式”，控制離子束不掃描，此時 離子束應(yīng)射入劑量采樣法拉第杯。2)控制計算機將劑量檢測器設(shè)置為“束流檢測”模式，選擇劑量采樣法拉第杯對離 子束流進(jìn)行采樣，確認(rèn)離子束流已達(dá)到設(shè)定的束流值。3)控制計算機再選擇移動法拉第杯對離子束流進(jìn)行檢測，將移動法拉第杯移到硅 晶片的中心位置，劑量檢測器選定它來監(jiān)視離子束流。4)計算機給數(shù)字掃描發(fā)生器裝載均勻性優(yōu)化過的W掃描波形，且啟動離子束掃 描。5)移動法拉第杯采樣1040次離子束水平掃描，劑量檢測器設(shè)置為“積分束流模式”，采樣得到存儲積分器的峰值和平均值。要保證所測量到的劑量值小于所選量程滿刻度 的95%，防止超量程引起的測量失真。6)控制計算機命令劑量檢測器停止采樣離子束流，并將移動法拉第杯移到它的起 始位置。7)控制計算機對上述采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運算，以得到硅晶片
權(quán)利要求
1.一種對雙法拉第杯測量比值進(jìn)行校正的裝置，包括移動法拉第杯、劑量采樣法拉第 杯、閉環(huán)控制法拉第杯、劑量檢測器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機運動控制器和控制計算機，其特 征在于所述的移動法拉第杯輸出劑量檢測器連接；所述的劑量采樣法拉第杯輸出與劑量檢測 器連接；所述的閉環(huán)控制法拉第杯輸出與劑量檢測器連接；所述的數(shù)控掃描發(fā)生器輸出與 掃描偏轉(zhuǎn)器連接；所述的電機運動控制器輸出與移動法拉第杯驅(qū)動電機連接；所述的移動 法拉第杯、劑量采樣法拉第杯、閉環(huán)控制法拉第杯、劑量檢測器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機運動 控制器與控制計算機連接，由計算機協(xié)調(diào)動作并進(jìn)行工作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種對雙法拉第杯測量比值進(jìn)行校正的裝置，其特征在于所 述的移動法拉第杯與數(shù)控裝置連接，可以受控移動；所述的閉環(huán)控制法拉第杯位置固定，對 離子束劑量進(jìn)行實時監(jiān)測。
3.一種實施如權(quán)利要求1所述的一種對雙法拉第杯測量比值進(jìn)行校正的系統(tǒng)裝置 的雙法拉第杯之間劑量測量比值校準(zhǔn)的方法，包括移動法拉第杯移動到硅晶片的中心位 置，啟動數(shù)控掃描發(fā)生器均勻掃描，對掃描離子束進(jìn)行劑量積分采樣，算出平均劑量值再用閉環(huán)控制法拉第杯對掃描離子束進(jìn)行劑量采樣，算出第二個平均劑
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子束注入機上對雙法拉第杯測量比例值進(jìn)行校正的系統(tǒng)和方法。該校正系統(tǒng)包括移動法拉第杯、劑量采樣法拉第杯，閉環(huán)控制法拉第杯、劑量檢測器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機運動控制器、控制計算機，各個組件之間的連接關(guān)系如摘要附圖所示。校正步驟包括1、啟動離子束沿水平方向均勻地掃描，將移動法拉第杯移到硅晶片的中心位置，對掃描離子束進(jìn)行劑量采樣，求算出中心位置處的注入劑量值，公式為2、再用閉環(huán)控制法拉第杯采樣掃描離子束的注入劑量，計算出該處的注入劑量值，公式為3、計算出兩法拉第杯劑量探測的比例值，公式為本發(fā)明將兩個法拉第杯對注入劑量的探測統(tǒng)一到同一標(biāo)準(zhǔn)，保證離子注入劑量檢測的準(zhǔn)確性。
文檔編號C23C14/48GK102005362SQ20091009066
公開日2011年4月6日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者伍三忠, 李濤, 鄧穎輝, 邱小莎, 龍會躍 申請人:北京中科信電子裝備有限公司