專利名稱:一種離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置的制作方法
本發(fā)明屬于離子注入技術(shù)中的設(shè)備。
隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，全世界每年需要數(shù)以億計的集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的芯片。芯片制造過程中的“摻雜”工藝，通常是用離子注入機(jī)來進(jìn)行的。注入時對所摻雜質(zhì)的純度、精密度及重復(fù)精度要求極高。為了達(dá)到這種要求，目前一般的做法是通過簡易儀表來觀察質(zhì)譜峰的形狀，從而定性地判斷所摻雜質(zhì)的離子質(zhì)量數(shù)是否符合要求。這種判斷方法的準(zhǔn)確程度往往取決于操作人員的經(jīng)驗(yàn)，但無論經(jīng)驗(yàn)多么豐富，也還做不到定量判斷。而且，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)不符合要求時，只能通過手工操作來進(jìn)行調(diào)節(jié)，又慢又不準(zhǔn)確，致使集成電路芯片的成品率很低。外國人士曾作過一種保守的估計，幾年中，至少有一百萬以上的硅片因不適當(dāng)?shù)淖⑷攵鴪髲U。1982年中國科學(xué)院上海冶金研究所研制出了“質(zhì)量計算器”，它能夠?qū)λ⑷腚s質(zhì)的離子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行定量的計算并顯示。然而，一旦發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量數(shù)不合格時，也還不能對質(zhì)量數(shù)進(jìn)行自動控制和鎖定。同時，它的計算精度也只達(dá)到a·m·u的整數(shù)位。該“質(zhì)量計算器”也沒有用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和校正，它所使用的還是分立元件和中小規(guī)模的模擬集成電路，維修、使用、調(diào)試都比較復(fù)雜，至今尚未實(shí)際應(yīng)用。1983年，北京師范大學(xué)的周鳳生與英國薩瑞大學(xué)的約·馬諾特共同研制出了“離子質(zhì)量數(shù)顯示儀”，但它仍只能對質(zhì)量數(shù)進(jìn)行顯示，仍未解決對離子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行自動控制和鎖定的問題。
為了從根本上解決離子注入時摻雜的純度，精密度及重復(fù)精度的問題，就不但要能對離子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示，而且還要能夠?qū)﹄x子質(zhì)量數(shù)加以自動控制和鎖定。為此，本發(fā)明提出了，在離子注入機(jī)打片過程中，對所注入雜質(zhì)的質(zhì)量數(shù)檢測顯示，并自動控制，鎖定質(zhì)量數(shù)到給定值，研制出了能夠?qū)崿F(xiàn)這些任務(wù)的本“離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置”。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于該裝置由吸極電壓采集單元、磁場信號采集及處理單元，磁場激磁電流調(diào)節(jié)及控制單元和微型計算機(jī)組成。它們互相聯(lián)接，實(shí)際上構(gòu)成了一個閉環(huán)的自動調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)。吸極電壓采集單元把采集到的3萬／2萬伏高壓，分壓經(jīng)光耦合隔離器送入微型計算機(jī)，磁場信號采集及處理單元把所采集到的磁場信號也送入微型計算機(jī)。在微型計算機(jī)中進(jìn)行精密、高速的運(yùn)算，和予先設(shè)定的質(zhì)量數(shù)相比較后，微型計算機(jī)送出調(diào)節(jié)信號，經(jīng)光耦合隔離器后去磁場激磁電流調(diào)節(jié)及控制單元，對磁場激磁電流進(jìn)行自動調(diào)節(jié)和控制，保證了離子質(zhì)量數(shù)的準(zhǔn)確。本裝置中使用的微型計算機(jī)，可采用目前市場上最普通而價格又很便宜的TP－801單板微型計算機(jī)。在計算機(jī)的內(nèi)存中配有自編的專用軟件程序。這樣，就用微型計算機(jī)來控制整個裝置的工作過程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化處理并及時校正，發(fā)揮了微型計算機(jī)運(yùn)算速度快，運(yùn)算精確，自動化程度高的優(yōu)勢，從而提高了離子注入機(jī)工作的自動化程度。微型計算機(jī)帶有多模入模出通道接口，用來輸入和輸出信息，是微型計算機(jī)和其他組成部分之間的橋梁。裝置中可設(shè)光耦合隔離器，以便將高壓(例如3萬伏)進(jìn)行隔離，保證微型計算機(jī)不受干擾和破壞。裝置中可設(shè)轉(zhuǎn)換形狀，以便控制裝置或自動工作，或手動工作(調(diào)節(jié))。本裝置可安裝在離子注入機(jī)頭部的高壓箱內(nèi)，以避開對主高壓隔離，可直接地、較精確地檢測現(xiàn)場的模擬量。本裝置可通過光導(dǎo)纖維和地面的控制臺相聯(lián)系，有利于對主高壓(例如高于17萬伏)的隔離。微型計算機(jī)的數(shù)字結(jié)果、地面控制臺的開關(guān)量，通過光導(dǎo)纖維隔離傳送，進(jìn)行遙測遙控，光導(dǎo)纖維用光接收頭和光發(fā)射頭和微型計算機(jī)、控制臺相接。本裝置的微型計算機(jī)、多模入模出通道接口和磁場信號采集處理單元的外面加有金屬屏蔽罩，因?yàn)楦邏合鋬?nèi)的電壓(如17萬伏)和吸極電壓(如3萬伏)很高，會有經(jīng)常性的放電打火，加金屬屏蔽罩后，可以保證正常工作，免受干擾破壞。例如微型計算機(jī)可采用單層屏蔽，屏蔽罩可用鐵或鋁制成。而多模入模出通道接口和磁場信號采集處理單元可采用雙層浮地屏蔽，例如內(nèi)層可用銅制成，外層可用鐵或鋁制成。
本發(fā)明由于采用了微型計算機(jī)閉環(huán)調(diào)節(jié)來控制激磁電流，并采取了一系列措施，從而從根本上解決了離子注入時摻雜的純度、精密度及重復(fù)精度等問題。在離子注入時，它不但能夠?qū)﹄x子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示，而且能夠?qū)﹄x子質(zhì)量數(shù)加以自動控制和鎖定在需要的值上。本裝置對磁場B及吸極高壓均實(shí)地采集，精度B在10－4數(shù)量級，高壓在10－3數(shù)量級。對離子質(zhì)量數(shù)的鎖定精度，在1－75a·m·u時為±0.2a·m·u；在75－122a·m·u時為±0.3a·m·u。故此能作到雙電荷、三電荷離子注入鎖定。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。離子注入機(jī)上配裝上它之后，自動化程度大大提高，有利于大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，可以顯著提高芯片的成品率。本裝置還可以用于需要對離子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行監(jiān)控及鎖定的其他領(lǐng)域，例如冶金、金屬加工以及超導(dǎo)研究等方面。
附圖1是離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置的總框圖。圖中1是轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打向A位置時為自動工作，打向B位置是手動調(diào)節(jié)；2為吸極電壓采集裝置，3為光耦合隔離器，4為磁場信號采集及處理單元，5為多模入模出通道接口，6為光耦合隔離器，7為磁場激磁電流調(diào)節(jié)及控制單元，8為微型計算機(jī)，9為光發(fā)射頭與光接收頭，10為另一對光發(fā)射頭與光接收頭，11為設(shè)在地面的控制臺，12為光導(dǎo)纖維，13為離子注入機(jī)頭部的高壓箱(示意)，14為加在微型計算機(jī)外面的屏蔽罩，15為加在多模入模出通道接口外面的屏蔽罩，16為加在磁場信號采集及處理單元外面的屏蔽罩。
附圖2是離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置安裝在離子注入機(jī)頭部高壓箱內(nèi)的位置狀況。圖中20為電源，21為離子源，22為初聚系統(tǒng)，23為吸極，24為真空泵，25為磁分析器，13即為離子注入機(jī)頭部的高壓箱，它是用鋁板制成的一個屏蔽室，對地之間的電壓約17萬伏，即主高壓，27為HALL探頭，28為磁分析器線包的激磁電流源，29為吸極高壓源，42為光欄，43為加速系統(tǒng)，44為四極透鏡，45為掃描系統(tǒng)，46為靶室，47為真空泵，圖2中的上述部分是離子注入機(jī)的構(gòu)成部分，之所以寫出來是為了有助于了解本裝置和離子注入機(jī)之間的關(guān)系。圖2中，41即為安裝在離子注入機(jī)頭部高壓箱內(nèi)的離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置。11為設(shè)在地面上的控制臺。離子質(zhì)量數(shù)監(jiān)控及鎖定裝置和控制臺之間用光導(dǎo)纖維相聯(lián)系，這在圖1中已經(jīng)表示，此處略。
附圖3是磁場信號采集及處理單元4的電路圖。圖中31為霍爾片供電恒流源，32為霍爾探頭恒溫槽，33為恒溫槽的恒溫控制單元，R3R4、R5、R6為電阻，它們與電容C1C2組成對稱無源濾波器，以抑制高頻干擾，R1、R2為電阻，用以調(diào)節(jié)、消除霍爾探頭的不平衡電勢。Rt1、Rt2為熱敏電阻。A1、A2、A3為運(yùn)算放大器，和電阻R7、R8、R9、R10、R11、R12一起組成動態(tài)橋數(shù)據(jù)放大器。W1為數(shù)據(jù)放大器的增益調(diào)節(jié)電位器。
附圖3是霍爾片供電恒流源的電路圖。圖中K1為電源開關(guān)。D1～D4為整流二極管，一起組成電橋。C1·C2為濾波電容。T1為調(diào)整管，WZ為穩(wěn)壓管，R1為電阻，T1、WZ、R1共同組成第一級穩(wěn)定，R2、R3、R6為電阻，D7、D8、D9為二極管，T4為三極管，R2、R3、R6、D7、D8、D9、T4一起組成過流保護(hù)電路，T2、T3為復(fù)合調(diào)整管，R12為高精度電流采樣電阻，R9、R11為假負(fù)載電阻，電阻R7、R8、二極管D10組成基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié)。A1為比較放大器。電阻R4、電容C3一起組成校正環(huán)節(jié)。
圖5為恒溫控制線路圖。圖中電阻R1、R2，電位器W1一起組成溫度給定分壓環(huán)節(jié)。熱敏電阻Rt1、Rt2和電阻R3一起組成溫度檢測橋臂。A1為電壓放大器。R4為反饋電阻。電阻R6和三極管T1組成過流保護(hù)環(huán)節(jié)。電阻R5、二極管D1、D2、三極管T2、T3一起組成功率放大環(huán)節(jié)。R7為加熱電阻，由錳銅電阻絲構(gòu)成。
圖6為光耦合隔離器的電路圖。圖中R1為偏置電阻。運(yùn)算放大器A1和電阻R2、R3、R4共同起比例放大的作用。運(yùn)算放大器A2是倒相環(huán)節(jié)，D1為保護(hù)二極管。電阻R8和電容C1構(gòu)成校正環(huán)節(jié)。電阻R5、R6、R7構(gòu)成反饋分壓比。三極管T1和電阻R10、R11構(gòu)成電流放大環(huán)節(jié)。GT1為光耦合器，完成信號的傳送。GT2為光耦合器，完成反饋信號的傳送。運(yùn)算放大器A3、電阻R14、R15、R16組成倒相環(huán)節(jié)。運(yùn)算放大器A4與電阻R17、R18、R19，保護(hù)二極管D2、D3，電位器W1、W2共同完成比例放大，其中電位器W1完成零點(diǎn)調(diào)節(jié)，W2完成增益調(diào)節(jié)。
作為本裝置的最佳實(shí)施例，其中的微型計算機(jī)選用了TP－801微型計算機(jī)，它的外面加了單層鋁屏蔽罩。多模入模出通道接口和磁場信號采集處理單元采用了雙層浮地屏蔽，內(nèi)層用銅，外層用鋁。本裝置安裝在離子注入機(jī)頭部的高壓箱內(nèi)，其聯(lián)接方案見附圖。裝置中有關(guān)部分的實(shí)施方案亦見附圖。
權(quán)利要求
1.一種用在離子注入機(jī)上，以便對所注入元素的質(zhì)量數(shù)加以監(jiān)視、控制及鎖定的裝置，其特征在于它由吸極電壓采集單元(2)、磁場信號采集及處理單元(4)、磁場激磁電流調(diào)節(jié)及控制單元(7)、微型計算機(jī)(8)、光耦合隔離器(3)和(6)組成。
2.一種按照權(quán)利要求
1所說的裝置，其特征在于所說的微型計算機(jī)(8)帶有多模入模出通道接口(5)。
3.一種按照權(quán)利要求
1、2所說的裝置，其特征在于光耦合隔離器(6)和磁場激勵電流調(diào)節(jié)及控制單元(7)之間的聯(lián)接通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)(1)，該轉(zhuǎn)換開關(guān)(1)可以轉(zhuǎn)接自動A和手動B兩檔。
4.一種按照權(quán)利要求
1、2所說的裝置，其特征在于它是安裝在離子注入機(jī)頭部的高壓箱(13)里面。
5.一種按照權(quán)利要求
3所說的裝置，其特征在于它是安裝在離子注入機(jī)頭部的高壓箱(13)里面。
6.一種按照權(quán)利要求
1、2、5所說的裝置，其特征在于它是通過光導(dǎo)纖維(12)和地面的控制臺(11)相聯(lián)系的，光導(dǎo)纖維(12)通過光發(fā)射頭與光接收頭(9)和(10)分別與微型計算機(jī)(8)和地面的控制臺(11)相聯(lián)接。
7.一種按照權(quán)利要求
3所說的裝置，其特征在于它是通過光導(dǎo)纖維(12)和地面的控制臺(11)相聯(lián)系的，光導(dǎo)纖維(12)通過光發(fā)射頭與光接收頭(9)和(10)分別與微型計算機(jī)(8)和地面的控制臺(11)相聯(lián)接。
8.一種按照權(quán)利要求
4所說的裝置，其特征在于它是通過光導(dǎo)纖維(12)和地面的控制臺(11)相聯(lián)系的，光導(dǎo)纖維(12)通過光發(fā)射頭與光接收頭(9)和(10)分別與微型計算機(jī)(8)和地面的控制臺(11)相聯(lián)接。
9.一種按照權(quán)利要求
1、2所說的裝置，其特征在于所說的微型計算機(jī)(8)、多模入模出通道口(5)、磁場信號采集及處理單元(4)的外面分別加有金屬屏蔽罩(14)、(15)、(16)。
專利摘要
一種能夠?qū)﹄x子的質(zhì)量數(shù)加以顯示、控制和準(zhǔn)確鎖定的裝置。其鎖定精度在1-75a·m·u范圍內(nèi)為±0.2a·m·u在75-122a·m·u范圍內(nèi)為±0.3a·m·u，從而能作到雙電荷、三電荷離子的注入鎖定。將它安裝在離子注入機(jī)上，能夠保證離子注入時摻雜的純度、精密度和重復(fù)精度，有效地提高了集成電路芯片的成品率。該裝置還可用于需要對離子質(zhì)量數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和鎖定的冶金、金屬加工以及超導(dǎo)研究等方面。
文檔編號G05B15/02GK85201295SQ85201295
公開日1986年4月9日 申請日期1985年4月16日
發(fā)明者胡瑞雯, 符家平, 王東宇, 萬洪祥 申請人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan