本发明专利技术公开了一种离子注入机束流与剂量测控装置及剂量控制方法，测控装置，包括CPU单元，CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与法拉第杯接入端口连接。本发明专利技术能精确测量离子束流与剂量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及离子束注入领域，特别是。
技术介绍
早在20世纪60年代，离子注入技术就应用在半导体器件的生产上。离子注入技术就是将某种元素的原子进行电离，并使其离子在电场中加速，获得较高的速度后植入固体材料的表面，以改变这种材料表面的物理或者化学性能的一种技术。 从1858年世界上第一块集成电路诞生至今的50多年中，世界集成电路技术与产业的飞速发展，经历小规模(数百个元件)、中规模、大规模、超大规模、到今天已进入特大规模(千万以上个元件)的时代。随着集成度的提高和电路规模的增大，电路中单元器件尺寸不断缩小，图形特征尺寸成为每一代电路技术的特有表征。20世纪末，集成电路制造技术主流为0.13微米的8英寸硅片；但是经过几年的时间，100纳米，65纳米，32纳米，28纳米的工艺也陆续进入生产；同时受到经济利益的驱动，集成电路制造厂商追求更低的生产成本和更高的生产效率。硅片的尺寸也由200mm增大到300mm，从而可以在单块硅片上可以生产更多的器件。 随着关键尺寸的减小和硅片尺寸的增大，对注入剂量的准确性、注入剂量的均匀性提出了更高的要求。离子注入设备的束流和剂量的测量与控制器是保注入剂量的准确性和注入剂量的均匀性关键部件。由于离子束从离子源引出来为一点状束斑，通过束斑和晶片相对二维运动，将离子束均匀地洒落到晶片表面。束斑和晶片相对二维运动，有以下几种实现方法:第一种方法是晶片固定不动，束斑通过水平方向和垂直方向的扫描电场控制其在晶片表面做二维运动；第二种方法是束斑固定不动，晶片放置在一个二维机械运动平台上，二维机械扫描运动也可以将离子束洒满整个晶片表面；第三种方法是在水平方向，通过扫描电场控制束斑往复运动，垂直方向，通过机械扫描运动，控制晶片垂直上下运动。现有的测控技术无法实现粒子束流与剂量的精确测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供，精确有效地测量离子束流与剂量。 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与法拉第杯接入端口连接。 本专利技术还提供了一种利用上述离子注入机束流与剂量测控装置控制离子注入剂量的方法，该方法为:离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流峰值采集功能，通过读取AD转换数据，确定合适的档位并通过档位程控开关选择档位；离子注入工艺前，通过所述通道程控开关，选择合适的法拉第杯，通过所述束流/剂量程控开关，选择束流采集功能，水平方向移动法拉第杯同时采集不同位置的束流值，通过水平方向的束流密度分布产生校准的扫描波形，并通过SPI通信接口将波形数据存入到CPU单元的波形数据寄存区；离子注入工艺时，采用垂直机械扫描运动和水平方向电场扫描运动将离子均匀地植入到晶片表面；所述晶片所在平面与法拉第杯所在平面垂直；垂直机械扫描时，每运动一个等距离AS，向CPU单元发出一个触发脉冲，即位置同步信号；CPU单元检测到该触发信号，输出一个“W”型扫描波形，控制离子束水平方向返复扫描4次，完成一次剂量Q采集，即单次注入机离子密度为D = Q/ (AS * W )，其中W为法拉第杯开口宽度。 Δ S 取值为 1.27mm、0.635mm、0.508mm、0.381mm 中的一种。 所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路，所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻连接；所述可调电阻与+15V电源连接。 所述峰值捕捉电路包括第二运算放大器；所述第二运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述第二运算放大器的两个电源引脚各与一个电容连接，所述电容接地；所述第二运算放大器的输出端与场效应晶体管的漏极和源极连接。 与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为:本专利技术能精确测量离子束流与剂量，并提供了一种准确有效的剂量控制方法，保证离子注入剂量的均匀性、重复性和精度均能达到较高水平，能满足当前先进生产工艺需求。 【附图说明】 图1为本专利技术一实施例测控装置构成示意图；图2为本专利技术一实施例离子注入剂量控制时序示意图。 图3为本专利技术一实施例离子注入扫描示意图；图4为本专利技术一实施例剂量积分电路原理图；图5为本专利技术一实施例峰值捕捉电路原理图。 【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术了一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元，芯片型号为PIC18C452，用于存储扫描波形数据、运行控制程序、接收外部指令及垂直机械扫描同步信号和统一指挥协调其它功能模块工作等。所述(PU单元与SPI通信接口连接，实现与外部数据的交互。所述CPU单元通过16位并行接口与波形发生电路连接，波形发生电路采用的主要芯片型号为AD768AR，在波形输出时，控制程序将波形数据实时地送到波形发生电路，产生预存的扫描波形输出。所述CPU单元通过片选信号与通道程控开关、档位程控开关和束流/剂量程控开关相连，程控开关采用固态继电器组实现，控制法拉第杯通道选择、合适档位选择和采集目标的选择。所述CPU单元向剂量积分电路(图4)和峰值捕捉电路(图 5)输出触发信号控制两个功能模块工作，触发信号低电平有效，有效电平宽度精确可控。所述CPU单元通过ADC触发信号启动型号为AD977的16位ADC模块完成一次AD转换，ADC触发信号可以由命令发出，也可以由剂量/峰值触发信号联动产生，即当剂量/峰值触发信号关闭后延时几个微秒自动发出。本专利技术的装置通过法拉第杯接入端口同时接入5个法拉第杯、5档束流测量量程、通过波形发生器产生两路正负对称的扫描波形，设计了剂量积分电路和束流峰值检测电路，能与垂直机械扫描同步。 本专利技术的离子注入扫描与剂量控制方法，在垂直机械扫描时，每运动一个等距离Δ S，向离子注入机束流和剂量控制器发出一个触发脉冲，即位置同步信号，Δ S有几种不同的取值1.27mm、0.635mm、0.508mm和0.381mm，为了保证同步信号在等时间间隔发出，即不同的扫描速度有不同的AS取值。离子注入机束流和剂量控制器检测到此触发信号，上升沿有效，输出一个“W”型扫描波形。然而，每个“W”型扫描波形控制一个剂量积分信号的产生，积分信号宽度(低电平有效)可在扫描波形数据中进行设定。三个信号时序关系如图2所不。即重直方向机械扫描运动每移动一个△ S,离子束斑在水平方向完成4次往复扫描，完成一次剂量Q采集。即单次注入机离子密度为D = 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；其特征在于，所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与离子注入机的法拉第杯接入端口连接。
【技术特征摘要】
1.一种离子注入机束流与剂量测控装置，包括CPU单元；其特征在于，所述CPU单元与SPI通信接口模块、ADC模块、通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关、剂量积分电路、峰值捕捉电路、波形发生电路连接；所述SPI通信接口模块与所述ADC模块连接；所述ADC模块与所述束流/剂量程控开关连接；所述束流/剂量程控开关与所述峰值捕捉电路、剂量积分电路连接；所述束流/剂量程控开关、峰值捕捉电路、剂量积分电路均与所述档位程控开关连接；所述档位程控开关与所述通道程控开关连接；所述通道程控开关与离子注入机的法拉第杯接入端口连接。2.根据权利要求1所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述CPU单元型号为 PIC18C452。3.根据权利要求1或2所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述波形发生电路型号为AD768AR。4.根据权利要求3所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述通道程控开关、档位程控开关、束流/剂量程控开关均采用固态继电器组。5.根据权利要求4所述的离子注入机束流与剂量测控装置，其特征在于，所述剂量积分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器负输入端和输出端之间并联有两个电容支路，所述两个电容支路并联；所述第一运算放大器正输入端接地；所述第一运算放大器的两个电源引脚分别输入+15V电源和-15V电源；所述两个电源引脚各与一个接地电容连接；所述第一运算放大器的两个偏置调整端通过可调电阻连接；所述可调电阻与+15V电源连接。6.根据权利要求5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟新华，王迪平，易文杰，袁卫华，彭立波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十八研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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