一种束流性质测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种束流性质的测量装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体制造领域。该装置包括：法拉第杯阵列(9)，束流挡板(8)，束流挡板传动装置(51)，前置挡板阵列(19)，前置挡板阵列传动装置(32)，控制器(54)，该方法包括：测量前对各法拉第杯进行等束流校准。法拉第杯阵列从起始位置开始水平移动到结束点，控制器记录法拉第杯阵列在X轴位置的采集值，得出束流剖面信息及均匀性。将前置挡板放下，测量束流在各前置挡板处的水平方向角度以及平行度等。通过束流挡板周期性运动测量束流在垂直方向上的密度分布。通过前置挡板阵列和束流挡板配合运动，测量束流垂直方向的角度以及平行度分布。

【技术实现步骤摘要】
一种束流性质测量装置及方法
本专利技术涉及离子注入机中束流性质的测量装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体装备制造领域。
技术介绍
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，其中移动法拉第杯作为结构最复杂的束流测量装置至关重要。例如，通过移动法拉第杯在水平方向上的移动测量，可以得到束流的剖面信息和均匀性。通过移动法拉第杯对束流的阻挡，测量束流水平角度。目前的移动法拉第测量技术存在一些缺点。随着晶圆尺寸越来越大，移动法拉第的运动路径越来越长，这会大大增加测量时间，在结构上占据更大的空间。为了改造目前的束流测量技术，本专利技术提出了新的技术方案，用于测量束流剖面、均匀性、水平方向角度、垂直方向角度等束流特性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于离子注入系统中束流性质的测量装置和方法。控制器控制前置挡板阵列和束流挡板在y轴方向上运动，法拉第阵列在x轴方向上运动。通过法拉第阵列的移动，测量束流剖面信息。通过两种挡板对束流阻挡完成水平方向角度和垂直方向角度的测量。本专利技术的一个方面提供一种用于离子注入系统中束流性质测量的系统。系统由控制器进行协调，控制器可以通过传动装置控制束流挡板和前置挡板阵列上下运动，也能够控制法拉第阵列在水平方向运动。控制器可以与束流产生装置和上位机通信，在处理完测量数据后，可以将相关信息反馈给它们。本专利技术的另一个方面提供一种用于离子注入系统中束流性质的测量方法。法拉第杯阵列在水平方向移动，测量斑点束或带状束的水平方向的剖面信息，以及斑点束的水平方向的均匀性；通过束流挡板对束流的阻挡，测量x-y平面内，x等于x1、x2、x3…x12各线上束流的密度分布，配合法拉第杯阵列的运动，测量束流密度的二维分布；通过前置挡板阵列对束流的阻挡，测量各前置挡板位置束流水平方向的角度以及平行度；通过前置挡板和束流挡板的配合运动，测量各前置挡板位置束流垂直方向角度分布，计算垂直方向平行度。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步介绍，但不作为对本专利技术专利的限定。图1是本专利技术束流挡板、前置挡板阵列和法拉第杯阵列结构示意图。图2本专利技术束流挡板和法拉第杯阵列在x-y平面示意图。图3前置挡板阵列示意图。图4法拉第杯在起始点时位置示意图。图5测量束流水平角度示意图。图6水平角度得到的测量值分布。图7测量竖直角度示意图。图8竖直角度测量数据示意图。图9本专利技术各功能模块示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的介绍，但不作为对本专利技术的限定。法拉第杯阵列是束流的探测装置，由若干法拉第杯在x轴方向等间距的排列，在y、z轴上法拉第杯的位置完全相同。法拉第杯的数量由具体情况确定，本专利技术以12个为例说明，但不限定法拉第杯的数量。法拉第杯阵列只能在x轴方向上运动，起始点是F1位于x1的位置，F2、F3…F12分别位于x2、x3…x12。法拉第杯之间的间隔相等，法拉第杯之间的间隔Δx(3)为法拉第杯阵列的运动周期，一般测量功能只需要运动一个运动周期即可(即F1运动到x2)。法拉第杯具有狭缝(15)，束流通过狭缝进入法拉第杯里。狭缝的高度(16)至少要大于束流的高度(62)。束流挡板(8)紧挨着狭缝的前面，可以用于挡住束流进入狭缝，且与法拉第杯之间有良好的绝缘。束流挡板呈条形，其长度(70)至少等于法拉第阵列的长度。束流挡板只能在y轴方向上下运动，束流挡板位于起始点(11)时不阻挡束流，当束流挡板上边缘刚好到达法拉第杯下边缘时为结束点(13)。前置挡板阵列(19)位于束流挡板和束流产生装置之间，前置挡板阵列由一系列前置挡板构成，本专利技术以10个前置挡板(D1、D2…D10)为例说明，但不限定前置挡板的数量。D1、D2…D10在x轴方向的位置对应于x2、x3…x11。前置挡板的长度(40)至少等于束流高度。前置挡板顶端由横杆连接，整个前置挡板阵列只能在y轴方向上下运动。前置挡板的运动起始点为前置挡板下边缘(18)刚好接触束流上边缘时，运动结束点为前置挡板下边缘刚好接触到束流下边缘时。法拉第杯阵列中各法拉第杯在探测束流的特性上有细微的差别，在测量前，需要利用相等的束流对各法拉第杯进行校准。法拉第杯阵列运动Δx+p，由于测量时间很短，可以默认束流保持稳定不变。那么[F1，F2，F3…F12]中各法拉第杯的测量区间将会有重叠部分p，即F1，F2都测量了区间{x2，x2+p}中的束流值，F2，F3都测量了区间{x3，x3+p}中的束流值，依次类推。在[F1，F2，F3…F12]中选择法拉第杯F1为基准杯，F1和F2在区间{x2，x2+p}共同测量的点为[p1，p2，p3，…pm]，F1和F2在[p1，p2，p3，…pm]中各点测量值的比为[kp1，kp2，kp3，…kpm]，[kp1，kp2，kp3，…kpm]的平均值为K1/2，称为K值。对所有区间的重叠部分做与以上相同的分析，得到K值数组[K1/2，K2/3，K3/4…K11/12]。由K值和相邻法拉第杯之间的校准公式Fn＝Kn/n-1*Fn+1得到：F2：F1＝K1/2*F2；F3：F2＝K2/3*F3；F4：F3＝K3/4*F4；…F12：F11＝K11/12*F12；经过迭代得到各法拉第杯与基准杯之间的校准公式：F2：F1＝K1/2*F2；F3：F1＝K1/2*K2/3*F3；F4：F1＝K1/2*K2/3*K3/4*F4；F5：F1＝K1/2*K2/3*K3/4*K4/5*F5…F12：F1＝K1/2*K2/3*K3/4*K4/5*K5/6*K6/7*K7/8*K8/9*K9/10*K10/11*K11/12*F12测量束流水平方向剖面信息不需要前置挡板和束流挡板的参与，前置挡板和束流挡板都位于起始点。法拉第杯阵列从x轴上的起始点开始运动，运动距离是一个运动周期，即Δx。该过程中控制器不断记录所有法拉第杯的束流值，法拉第杯F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12分别记录了x轴上的区间[x1，x2]、[x2，x3]、[x3，x4]、[x4，x5]、[x5，x6]、[x6，x7]、[x7，x8]、[x8，x9]、[x9，x10]、[x10，x11]、[x11，x12]、[x12，x13]里的束流值。把所有区间连起来就得到了束流的剖面信息，即区间[x1，x13]里的束流值。当测量的束流为带状束时，区间[x1，x13]的束流值就可以反应束流的均匀性。当测量的束流为斑点束时，要测量束流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种束流测量装置，该装置包括法拉第杯阵列，束流挡板，前置挡板阵列，束流挡板传动装置，前置挡板传动装置，控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种束流测量装置，该装置包括法拉第杯阵列，束流挡板，前置挡板阵列，束流挡板传动装置，前置挡板传动装置，控制器。


2.权利要求1中，其中法拉第杯阵列包括：法拉第杯的数量根据具体情况确定，此处以12个举例说明，但不对数量作限定，12个几何尺寸和材料等性质完全一样的法拉第杯在x轴上等间隔排列，在y、z轴上的位置完全一致。


3.权利要求1中，其中前置挡板阵列包括：前置挡板阵列中挡板数量与法拉第杯阵列中法拉第杯数量相等，前置挡板在x轴上等间隔排列，间隔大小与法拉第杯之间的间隔相等，所有前置挡板的上端与横杆固定，在前置挡板传动装置的带动下，整个前置挡板阵列一起在竖直方向上移动。


4.权利要求1中，其中束流挡板包括：束流挡板整个呈条形，其x方向长度至少等于法拉第阵列在x方向的长度，其宽度由实际装置确定取合适值。束流挡板紧挨着法拉第阵列，但是与它有良好的绝缘，在束流挡板传动装置的带动下，束流挡板可以在竖直方向上下运动。


5.一种用于在离子注入系统中，束流的测量方法，该方法包括：法拉第杯阵列在水平方向移动，测量斑点束或带状束的水平方向的剖面信息，以及斑点束的水平方向的均匀性；通过束流挡板对束流的阻挡，测量x-y平面内，x等于x1、x2、x3…x12各线上束流的密度分布，配合法拉第杯阵列的运动，测量束流密度的二维分布；通过前置挡板阵列对束流的阻挡，测量各前置挡板位置束流水平方向的角度；通过前置挡板和束流挡板的配合运动，测量各前置挡板位置束流垂直方向角度分布，计算垂直方向平行度。


6.法拉第阵列运动的起始点和运动周期：法拉第杯阵列只能在x方向运动，以法拉第杯F1的位置确定法拉第杯阵列的位置，法拉第杯F1位于x1时为法拉第杯阵列的起始点。法拉第杯之间的间隔都相等，为Δx，即法拉第杯阵列的运动周期为Δx。


7.权利要求5中，其中测量斑点束或带状束的水平方向的剖面信息包括：法拉第杯阵列从起始点开始运动一个运动周期，该过程中控制器不断记录所有法拉第杯的束流值，法拉第杯F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12分别记录了x轴上的区间[x1，x2]、[x2，x3]、[x3，x4]、[x4，x5]、[x5，x6]、[x6，x7]、[x7，x8]、[x8，x9]、[x9，x10]、[x10，x11]、[x11，x12]、[x12，x13]里的束流值，把所有区间连起来就得到了束流的剖面信息，即区间[x1，x13]里的值。


8.权利要求5中，测量斑点束的水平方向的均匀性包括：将斑点在水平方向扫开，在区间[x1，x2]内预先设定了一系列测量点，当F1位于区间[x1，x2]内的某个测量点时，F2、F3等也相应位于对应区间内的相应测量点，法拉第杯阵列从起始点开始运动，F1每到达一个测量点暂停运动，控制器测量每个法拉第杯束流积分大小，积分时间为一个扫描周期，完成后开始向下一个测量点运动。


9.在测量前对法拉第阵列中所有法拉第杯进行校准，法拉第杯阵列运动Δx+p，选择法拉第杯F1为基准杯，F1和F2在区间{x2，x2+p}共同测量的点为[p1，p2，p3，…pm]，F1和F2在[p1，p2，p3，…pm]中各点测量值的比为[kp1，kp2，kp3，…kpm]，[kp1，kp2，kp3，…kpm]的平均值为K1/2，称为K值，对所有区间的重叠部分做与以上相同的分析，得到K值数组[K1/2，K2/3，K3/4…K11/12]，由K值和相邻法拉第杯之间的校准公式Fn＝Kn/n-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李更兰，田龙，张丛，
申请(专利权)人：北京中科信电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11