一种束流竖直方向密度分布的测量装置及方法与流程

本发明涉及离子注入机中束流密度的测量装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体装备制造领域。

背景技术：

随着集成电路制造技术的飞速发展，对半导体工艺设备提出了越来越高的要求，为满足新技术的需要，作为半导体离子掺杂工艺线的关键设备之一的离子注入机在束流指标、束能量纯度、注入深度控制、注入均匀性与生产率等方面需要不断地改进提高。注入的均匀性、束流平行度、注入角度、注入离子精度是离子注入机在注入过程中关键性能参数。这些参数需要通过束流测量来监测。

离子注入机应用了多种束流测量技术。例如，一维移动法拉第杯，用来测量束流的剖面和束流均匀性；移动法拉第阵列，该装置由多个法拉第杯构成，固定在底上可以一起移动，用于测量束流的二维剖面和均匀性。

上述测量技术都有一定的缺点。如一维移动法拉第，只能测量水平方向的束流剖面，无法测量竖直方向束流剖面。而移动法拉第阵列虽然可以测量竖直方向的束流剖面，但是法拉第杯数量太多，机械和信号读出的复杂度都大幅度提高。

因此，在离子注入机中应用新的束流密度测量技术是有一定的需求的。本发明提出了一种束流竖直方向密度分布的测量技术。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于离子注入系统中束流密度测量的系统和方法。控制器控制束流挡板在束流剖面的竖直方向运动，并采集一组测量值，测量值在处理器中将进行迭代算法处理，得到束流在竖直剖面上的束流密度曲线。不同与常规的束流剖面测量技术，本方案测量精度可调，结构更加简单，应用灵活。如应用在普通的一维移动法拉第上将形成二维束流剖面的能力。

本发明的一个方面提供一种用于离子注入系统中束流密度测量的系统。系统由控制器进行协调，控制器有四个作用，其一是控制束流挡板的运动，其二是处理采集的数据，其三是控制束流产生装置，其四是与上位机交互。

本发明的另一个方面提供一种用于离子注入系统中束流密度测量的方法。束流挡板在束流竖直方向运动，控制器根据挡板位置周期性的采集束流值。方法的核心是迭代算法，其一是确定起始点和结束点，其二是起始点之前的值取0，其三是束流密度迭代公式。采集束流值经过迭代算法的处理将得到束流密度分布。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明专利的限定。

图1a是本发明束流挡板和法拉第杯结构示意图。

图1b本发明束流密度测量系统示意图

图2a测量精度是w时采集点相对于束流挡板的位置

图2b测量精度是w时得到的剖面束流密度示意图(高斯分布束流)

图3a测量精度是w/2时采集点相对于束流挡板的位置

图3b测量精度是w/2时得到的剖面束流密度示意图(高斯分布束流)

图4a测量精度是w/4时采集点相对于束流挡板的位置

图4b测量精度是w/4时得到的剖面束流密度示意图(高斯分布束流)

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

法拉第杯(1)具有狭缝(5)，用于测量束流。束流挡板(3)位于狭缝与束流产生装置之间，束流挡板紧挨着狭缝并且与法拉第杯之间绝缘。启动测量前，控制器(12)通过驱动器(11)、传动装置(10)将束流挡板移动到起始点(8)位置。启动测量后控制器控制束流挡板向着结束点(7)的方向运动。通过编码反馈，处理器将得到束流挡板的实时位置。通过测量精度m(m是正整数，如1，2，4…)确定采样间隔相对于束流挡板的位置。每当束流挡板的位置运动w/m的距离，处理器采集一次法拉第杯的值。当束流挡板到达结束点时，结束测量，然后将束流挡板返回。此时控制器将得到一组测量数据，即一维的测量值数组{c0，c1，c2，c3，......，cn-2，cn-1，cn}，该数组与采样时束流挡板的位置数组{s0，s1，s2，s3，......，sn-2，sn-1，sn}中的元素一一对应。处理器将进行迭代算法，根据迭代公式和初始条件：

bn＝0(n＜0)

得到束流平均密度数组{b0，b1，b2，b3，......，bn-2，bn-1，bn}，该数组与位置数组中的元素一一对应，构成束流平均密度在竖直方向上的分布。

一次束流竖直剖面束流密度的测量中，采集次数由m确定，m的值越大，采集次数越多，采集间隔越小，得到的剖面信息越全面。图2a-4a是m分别取1、2、4时，采集点相对于束流挡板的位置，以高斯分布的束流为例，最终将得到的2b-4b的束流密度分布。若要继续提高测量精度，只需要继续增加m值即可，最终得到的束流密度分布将会更加完善。但是m的值并不是可以无限增大，对于某个特定的测量系统，m值将有上限。

处理器在得到束流密度分布后，将相关调节参数反馈给束流产生装置，以便调节束流，并将信息发送给上位机。

本发明专利的特定实施例已对本发明专利的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明专利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。

技术特征：

1.一种竖直方向束流密度的测量装置，包括：法拉第杯(1)，束流挡板(3)，传动装置(10)，控制器(12)。在传动装置的带动下，束流挡板可以沿着束流竖直方向运动。

2.一种用于在离子注入系统中，竖直方向束流密度的测量方法，该方法包括：通过测量m值确定束流测量间隔，束流挡板从起始点(8)开始运动，控制器根据挡板下边缘位置等间隔测量束流值，当束流挡板到达结束点(7)时，处理器(14)将得到一维的测量值数组，束流挡板下边缘在y轴的位置构成一维的位置数组，将测量数组依次做迭代算法，得到与位置数组一一对应的束流平均密度数组。

3.权利要求2所述的方法，其中通过m值确定束流测量间隔包括：测量间隔由w/m确定，其中，w表示束流挡板在竖直方向的长度，m表示正整数，可以选择，如1、2、4等。m的值越大，测量间隔越小，最终得到的束流剖面信息越详细。

4.权利要求2所述的方法，其中迭代算法包括：一维的位置数组记为

{s0，s1，s2，s3，......，sn-2，sn-1，sn}(位置数组)

一维的测量数组记为

{c0，c1，c2，c3，......，cn-2，cn-1，cn}(测量数组)

待求的束流平均密度数组记为

{b0，b1，b2，b3，......，bn-2，bn-1，bn}(束流平均密度数组)

束流密度迭代公式为

通过将测量数组和平均密度数组相应元素代入上面的迭代公式，得到束流平均密度数组各元素的值，其值与位置数组中的位置一一对应，迭代过程中，当n＜0时，bn＝0。

5.权利要求2所述的方法，其中束流平均密度包括：平均束流密度指的是在y轴的测量间隔w/m内的束流大小平均值。

6.权利要求2所示的方法，其中起始点和结束点包括：当束流挡板底部边缘(4)位置等于法拉第杯缝口顶部边缘(8)时，为起始点，当束流挡板顶部边缘(2)位置低于法拉第杯缝口底部边缘(7)时，为结束点。

技术总结
本发明公开了一种竖直方向束流密度的测量装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体制造领域。该装置包括：法拉第杯(1)，束流挡板(3)，传动装置(10)，控制器(12)。该方法包括：设定测量精度，精度将决定束流挡板每运动多少距离(6)法拉第杯采集一次值；根据束流挡板底部边缘(4)的位置值记录法拉第杯的采集值，得到采集值数组；当束流挡板顶部边缘(2)位置低于法拉第杯缝口底部边缘(7)时，一次测量结束；将采集值数组元素依次代入说明书中的“束流密度迭代公式”得到束流平均密度数组。

技术研发人员：李更兰;田龙;张丛
受保护的技术使用者：北京中科信电子装备有限公司
技术研发日：2019.04.02
技术公布日：2020.10.13