專利名稱：一種離子注入機(jī)雙法拉第杯測(cè)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(jī)上雙法拉第杯測(cè)量校正系統(tǒng)及校正方法，特別地涉及 離子注入機(jī)，屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
離子束注入機(jī)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(chǎng)效應(yīng)管尺寸的減縮，對(duì)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(diǎn)邁進(jìn)，其單 元場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(shí)施精確的閉環(huán)控制和進(jìn)行全自動(dòng)調(diào)整。在閉環(huán)控制中，探測(cè)器是關(guān)鍵的因素之一，它 的探測(cè)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(jī)中，其探測(cè)器就是法拉第 杯。為了滿足均勻性靜態(tài)測(cè)量校正和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整的需要，在技術(shù)先進(jìn)的離子注入機(jī) 上采用兩只法拉第杯探測(cè)器。為了統(tǒng)一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行矯正。在此之前的國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)中，只有過采用單法拉第杯作為離子注入均勻性檢測(cè) 的控制系統(tǒng)和方法，而采用雙法拉第杯設(shè)計(jì)，更便于整機(jī)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(jī)，可滿足半導(dǎo)體集成電路器件制造65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)新的離子束注入機(jī)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(duì)法拉第杯測(cè)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(jī)，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(cè)量精確，使雙法拉第杯對(duì)離子束流的測(cè)量參照同一個(gè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，提高測(cè)量精度。本發(fā)明提供一種離子注入機(jī)上對(duì)雙法拉第杯測(cè)量精度進(jìn)行校正的系統(tǒng)，包括移動(dòng) 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(cè)器、雙向數(shù)字掃描發(fā)生器、電機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制器、控制計(jì)算機(jī)。所述的移動(dòng)法拉第杯輸出與劑量檢測(cè)器連接；所述的劑量采樣 法拉第杯輸出與劑量積分檢測(cè)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(jī)運(yùn)動(dòng)控制器輸出與移動(dòng)法拉第 杯驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接。所述的移動(dòng)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(cè)器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器與控制計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作并進(jìn)行控 制。本發(fā)明還提供一種離子注入機(jī)上的雙法拉第杯測(cè)量精度校正方法，用此方法對(duì)雙 法拉第杯測(cè)量精度進(jìn)行校正的過程包括以下步驟新的離子注入機(jī)均勻性控制技術(shù)采用了雙法拉第杯對(duì)離子注入劑量進(jìn)行檢測(cè)。均勻性建立過程使用移動(dòng)法拉第杯采樣的數(shù)據(jù)來進(jìn)行比較和計(jì)算，而在注入過程中選用閉環(huán) 控制法拉第杯實(shí)時(shí)跟蹤離子注入劑量。為了兩個(gè)過程中檢測(cè)的離子束流標(biāo)準(zhǔn)一致，需要對(duì) 移動(dòng)法拉第杯和閉環(huán)法拉第杯之間的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正。因?yàn)榫鶆蛐詢?yōu)化過程應(yīng)用的是移 動(dòng)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(dòng)法拉第杯探測(cè)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(duì)校正，計(jì)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(jì)算機(jī)將雙向數(shù)字掃描發(fā)生器設(shè)置為“點(diǎn)模式”，控制離子束不掃描，此時(shí) 離子束應(yīng)射入劑量采樣法拉第杯。2)控制計(jì)算機(jī)將劑量檢測(cè)器設(shè)置為“束流檢測(cè)”模式，選擇劑量采樣法拉第杯對(duì)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(jì)算機(jī)再選擇移動(dòng)法拉第杯對(duì)離子束流進(jìn)行檢測(cè)，將移動(dòng)法拉第杯移到硅 晶片的中心位置，劑量檢測(cè)器選定它來監(jiān)視離子束流。4)計(jì)算機(jī)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(dòng)離子束掃 描。5)移動(dòng)法拉第杯采樣1040次離子束水平掃描，劑量檢測(cè)器設(shè)置為“積分束流模 式”，采樣得到存儲(chǔ)積分器的峰值和平均值。要保證所測(cè)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(cè)量失真。6)控制計(jì)算機(jī)命令劑量檢測(cè)器停止采樣離子束流，并將移動(dòng)法拉第杯移到它的起 始位置。7)控制計(jì)算機(jī)對(duì)上述采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運(yùn)算，以得到硅晶片
1040/
實(shí)際接收到的典型的劑量值，計(jì)算公式為〒石/C(i、/ 。
ac "/1040 + 18)控制計(jì)算機(jī)命令劑量檢測(cè)器選定閉環(huán)法拉第杯來監(jiān)測(cè)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(cè)器仍保持“積分束流模 式”，采樣得到存儲(chǔ)積分器的峰值和平均值，要保證所測(cè)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(cè)量失真。10)控制計(jì)算機(jī)對(duì)采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運(yùn)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(jì)算公式為-.1 W
ae ~/1040 + 1 °11)控制計(jì)算機(jī)計(jì)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(chǔ)。比值計(jì)算公式為:ρ “義=丨Z 。
/ / = 012)在實(shí)際的離子注入過程中，根據(jù)閉環(huán)控制法拉第杯實(shí)時(shí)采集的劑量讀值，再應(yīng) 用該比值計(jì)算出硅晶片接收到的標(biāo)準(zhǔn)劑量，計(jì)算公式為dS = P Xde。本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1)能以移動(dòng)法拉第杯為標(biāo)準(zhǔn)，精確校正閉環(huán)控制法拉第杯的測(cè)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(cè)統(tǒng)一到同一標(biāo)準(zhǔn)，保證離子注入劑量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。檢測(cè)精度可達(dá)1/60000。2)能夠全自動(dòng)進(jìn)行雙法拉第杯測(cè)量校正過程。3)本雙法拉第杯測(cè)量校正裝置可與離子束其他性能參數(shù)的檢測(cè)控制系統(tǒng)共用，一 套裝置，多種用途，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)化。


圖1為本發(fā)明的一種離子注入機(jī)雙法拉第杯測(cè)量校正系統(tǒng)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框 圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。參見圖1，一種對(duì)雙法拉第杯測(cè)量比例進(jìn)行校正的裝置，包括移動(dòng)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(cè)器4、數(shù)控掃描發(fā)生器5、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器 6和控制計(jì)算機(jī)7。移動(dòng)法拉第杯1是離子束流探測(cè)器，它在電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器6的驅(qū)動(dòng)下，移 到硅晶片中心所對(duì)應(yīng)的位置，檢測(cè)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(cè)器，它位于硅晶片的右側(cè)，可探測(cè)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(cè)量粒子束流；劑量檢測(cè)器4將移動(dòng)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(cè)到的離子束流信號(hào)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(jì)算機(jī)7 ；數(shù)控掃描發(fā)生器5在測(cè)量離子束 流時(shí)設(shè)置為“點(diǎn)模式”，使離子束不掃描；在對(duì)雙法拉第杯測(cè)量比例進(jìn)行校正時(shí)，設(shè)置為“掃 描模式”，并接收控制計(jì)算機(jī)傳來的、經(jīng)過均勻性優(yōu)化后的W掃描波形，并啟動(dòng)離子束水平方 向均勻掃描；控制計(jì)算機(jī)7直接控制著劑量檢測(cè)器4、數(shù)控掃描發(fā)生器5、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器6 的操作，使移動(dòng)法拉第杯按程序移動(dòng)，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(chǔ)，然后對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分揀、計(jì)算，最終算出兩個(gè)法拉第杯(移動(dòng)法拉第 杯與閉環(huán)控制法拉第杯)劑量測(cè)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(dòng)法拉第杯1做為離子 束探測(cè)器，對(duì)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(dòng)法拉第杯作為離 子注入劑量探測(cè)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(cè)量比例校正過程，具體步驟如下1)控制計(jì)算機(jī)將雙向數(shù)字掃描發(fā)生器設(shè)置為“點(diǎn)模式”，控制離子束不掃描，此時(shí) 離子束應(yīng)射入劑量采樣法拉第杯。2)控制計(jì)算機(jī)將劑量檢測(cè)器設(shè)置為“束流檢測(cè)”模式，選擇劑量采樣法拉第杯對(duì)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(jì)算機(jī)再選擇移動(dòng)法拉第杯對(duì)離子束流進(jìn)行檢測(cè)，將移動(dòng)法拉第杯移到硅 晶片的中心位置，劑量檢測(cè)器選定它來監(jiān)視離子束流。4)計(jì)算機(jī)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(dòng)離子束掃 描。5)移動(dòng)法拉第杯采樣1040次離子束水平掃描，劑量檢測(cè)器設(shè)置為“積分束流模式”，采樣得到存儲(chǔ)積分器的峰值和平均值。要保證所測(cè)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(cè)量失真。6)控制計(jì)算機(jī)命令劑量檢測(cè)器停止采樣離子束流，并將移動(dòng)法拉第杯移到它的起 始位置。7)控制計(jì)算機(jī)對(duì)上述采樣得到的離子劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值運(yùn)算，以得到硅晶片
權(quán)利要求
1.一種對(duì)雙法拉第杯測(cè)量比值進(jìn)行校正的裝置，包括移動(dòng)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(cè)器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器和控制計(jì)算機(jī)，其特 征在于所述的移動(dòng)法拉第杯輸出劑量檢測(cè)器連接；所述的劑量采樣法拉第杯輸出與劑量檢測(cè) 器連接；所述的閉環(huán)控制法拉第杯輸出與劑量檢測(cè)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(jī)運(yùn)動(dòng)控制器輸出與移動(dòng)法拉第杯驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；所述的移動(dòng) 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(cè)器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機(jī)運(yùn)動(dòng) 控制器與控制計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)動(dòng)作并進(jìn)行工作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)雙法拉第杯測(cè)量比值進(jìn)行校正的裝置，其特征在于所 述的移動(dòng)法拉第杯與數(shù)控裝置連接，可以受控移動(dòng)；所述的閉環(huán)控制法拉第杯位置固定，對(duì) 離子束劑量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
3.一種實(shí)施如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)雙法拉第杯測(cè)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(cè)量比值校準(zhǔn)的方法，包括移動(dòng)法拉第杯移動(dòng)到硅晶片的中心位 置，啟動(dòng)數(shù)控掃描發(fā)生器均勻掃描，對(duì)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(duì)掃描離子束進(jìn)行劑量采樣，算出第二個(gè)平均劑
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離子束注入機(jī)上對(duì)雙法拉第杯測(cè)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(dòng)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(cè)器、數(shù)控掃描發(fā)生器、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、控制計(jì)算機(jī)，各個(gè)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(dòng)離子束沿水平方向均勻地掃描，將移動(dòng)法拉第杯移到硅晶片的中心位置，對(duì)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(jì)算出該處的注入劑量值，公式為3、計(jì)算出兩法拉第杯劑量探測(cè)的比例值，公式為本發(fā)明將兩個(gè)法拉第杯對(duì)注入劑量的探測(cè)統(tǒng)一到同一標(biāo)準(zhǔn)，保證離子注入劑量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)C23C14/48GK102005362SQ20091009066
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)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(huì)躍 申請(qǐng)人:北京中科信電子裝備有限公司