束流注入均匀性的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种束流注入均匀性的控制方法和系统，方法包括：测量二维束流的密度分布，并且将二维束流的密度分布沿x轴积分得到一维束流的密度分布；根据一维束流的平均密度和需要的注入剂量，确定靶载体匀速执行机械扫描的第一速度和扫描次数；根据一维束流的密度分布确定靶载体的机械扫描范围和扫描平面中x方向上每个扫描位置与第二速度的关系；计算靶载体在扫描范围内x方向上的不同位置的实际扫描速度；以实际扫描速度扫描以使得束流注入至靶中直至完成机械扫描范围内的扫描。采用可变的速度来进行扫描以减小因密度分布造成的剂量不均匀。量不均匀。量不均匀。

Control method and system of beam injection uniformity

【技术实现步骤摘要】
束流注入均匀性的控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种控制方法和控制系统，特别涉及一种提高束流均匀性的控制方法和控制系统。

技术介绍

[0002]在半导体的掺杂工艺中，随着衬底(硅片)的尺寸越来越大，用于实施离子注入的束流也从原先的束斑形态发展到了如今的带状束流(ribbon beam)，即在一个方向上(束流长边)有着例如150mm
‑
500mm的长度，在另一垂直方向(束流短边)上有着例如5mm
‑
10mm左右的宽度。
[0003]与束斑形态的离子束流不同的是，对于使用带状束流的离子注入设备来说，靶载体(例如带有静电吸盘的机械手)可以不用执行二维扫描，而是仅在束流的短边方向上一维扫描使得衬底穿过束流即可完成衬底全部范围的注入，这无疑简化了靶载体的机械扫描操作，也降低了对靶载体的机械设计的复杂度。
[0004]然而，对于使用较大尺寸(例如500mm甚至以上)的带状束流来说，无疑对束流本身的均匀性提出了较高的要求，即如果束流在长边方向上分布不均匀，有的位置束流密度大，而其他位置束流密度较小，而束流长边方向又覆盖了衬底的尺寸(例如圆形硅片的直径)，那么沿着短边方向的一维扫描的结果会造成衬底注入的不均匀，这种不均匀与束流在长边方向上的分布不均呈一致的分布。
[0005]为了解决这种不均匀性，业内提出了多次注入的方式，在完成一次注入之后，旋转靶载体以旋转衬底，通过多次旋转衬底来弥补这种不均匀。例如对于中间密度高、两端密度低的束流来说，第一注入完成之后，衬底的中部具有较高的剂量，而衬底的两端剂量较低，那么通过多次旋转衬底，来缩小两端的剂量和中部的剂量的差异，从而提高整体的均匀性。
[0006]但是，对于大尺寸(长边方向上长度覆盖衬底直径)的束流来说，目前的扫描方式是每次执行的都是沿着短边方向的匀速扫描，一旦束流在长边方向上有密度分布的差异，这种差异通过匀速扫描是不会消失的，即使经历了多次旋转，衬底注入的不均匀性依然严重。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中大尺寸带状束流的束流密度分布不均会造成衬底的注入剂量不均匀的缺陷，提供一种束流注入均匀性的控制方法。
[0008]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0009]一种束流注入均匀性的控制方法，其特点在于，包括以下步骤：
[0010]S1：测量二维束流的密度分布f(x,y)，并且将二维束流的密度分布f(x,y)沿x轴积分得到一维束流的密度分布f(y)，其中，x轴为二维束流的短边方向，y轴为二维束流的长边方向；
[0011]S2：根据一维束流的平均密度和需要的注入剂量，确定靶载体匀速执行机械扫描
的第一速度和扫描次数；
[0012]S3：根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的机械扫描范围，以及根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的扫描平面中x方向上每个扫描位置与第二速度的关系，所述第二速度是可变的，例如第二速度的改变相应于一维束流的密度分布f(y)；
[0013]S4：结合步骤S2和步骤S3所确定的第一速度和第二速度计算靶载体在扫描范围内x方向上的不同位置的实际扫描速度；
[0014]S5：靶载体驱动靶以步骤S4确定的实际扫描速度扫描以使得束流注入至靶中直至完成机械扫描范围内的扫描；
[0015]S6：判断是否执行了步骤S2中确定的扫描次数，若是，结束扫描；若否，使靶载体围绕其中心旋转预设角度，返回步骤S5。
[0016]在该技术方案中，采用多次且变速扫描的方式，对于每一次的扫描，采用与束流密度分布相应的速度分布以在束流短边方向上移动靶，且每执行了一次注入之后，旋转靶载体以改变靶(例如硅片)的方向，通过构建束流密度分布和扫描速度分布之间的关系，来弥补束流的不均匀对靶注入剂量的影响，最终获得均匀性大大提高的注入结果。
[0017]优选地，步骤S2中通过以下方式确定第一速度：V1＝N
×
i/(D
×
1.6e19),其中N为扫描次数，D为剂量，i为束流的一维分布的平均密度。
[0018]优选地，其中根据靶载体的运动能力、一维束流的密度分布f(y)、和剂量来确定扫描次数。扫描次数N的选取会受到一些限制，如靶载体的运动机构的限制，运动机构的速度是有上下限的，N的选取要使得第一速度V1在运动机构的工作范围内。还有工艺的要求，有些工艺要求对硅片进行旋转若干次，N要能够满足该需求。通常旋转次数增加，均匀性会越好，但会趋向饱和，N在一定次数后，再增加几乎没有影响，这也与束流密度的分布形态有关。
[0019]优选地，步骤S3中通过以下方式确定第二速度：V2＝V1
×
f(R(x)),R是以硅片中心为圆心逆时针旋转90
°
的操作以将x轴映射到y轴。
[0020]优选地，步骤S1中通过缝状法拉第杯或者多孔结构的法拉第杯来测量二维束流的密度分布f(x,y)。
[0021]优选地，机械扫描范围为束流的长边方向尺寸加上靶的特征长度。
[0022]优选地，机械扫描次数为4n，n为正整数。
[0023]优选地，预设角度为360
°
/扫描次数。
[0024]优选地，在机械扫描范围内实际扫描速度与扫描位置的关系正比于一维束流的密度分布，扫描速度分布的平均值回归到一。归一化计算是指实际扫描速度除以实际扫描速度的平均值。
[0025]优选地，不同位置的实际扫描速度为步骤S2所计算的第一速度乘以归一化的扫描速度所得。
[0026]优选地，不同位置的实际扫描速度与第一速度的差值正比于该位置对应的一维束流分布与一维束流均值的差值，再乘以束流沿扫描方向分布所确定的一个修正值。
[0027]优选地，对于与扫描方向垂直的束流分布近似于周期函数、沿扫描方向的分布是高斯分布的束流，修正值为扫描方向x分布的半宽度除以y方向分布一个周期的宽度。
[0028]本专利技术还提供一种束流注入均匀性的控制系统，其特点在于，包括：
[0029]束流分布测量单元，用于测量二维束流的密度分布f(x,y)，并且将二维束流的密度分布f(x,y)沿x轴积分得到一维束流的密度分布f(y)，其中，x轴为二维束流的短边方向，y轴为二维束流的长边方向；
[0030]第一计算单元，用于根据一维束流的平均密度和需要的注入剂量，确定靶载体匀速执行机械扫描的第一速度和扫描次数；
[0031]第二计算单元，用于根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的机械扫描范围，以及根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的扫描平面中x方向上每个扫描位置与一可变的第二速度的关系；
[0032]扫描速度确定单元，用于根据第一计算单元和第二计算单元所确定的第一速度和第二速度计算靶载体在扫描范围内x方向上的不同位置的实际扫描速度；
[0033]靶载体驱动单元，用于驱动靶以扫描速度确定单元确定的实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种束流注入均匀性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：测量二维束流的密度分布f(x,y)，并且将二维束流的密度分布f(x,y)沿x轴积分得到一维束流的密度分布f(y)，其中，x轴为二维束流的短边方向，y轴为二维束流的长边方向；S2：根据一维束流的平均密度和需要的注入剂量，确定靶载体匀速执行机械扫描的第一速度和扫描次数；S3：根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的机械扫描范围，以及根据一维束流的密度分布f(y)确定靶载体的扫描平面中x方向上每个扫描位置与一可变的第二速度的关系；S4：结合步骤S2和步骤S3所确定的第一速度和第二速度计算靶载体在扫描范围内x方向上的不同位置的实际扫描速度；S5：靶载体驱动靶以步骤S4确定的实际扫描速度扫描以使得束流注入至靶中直至完成机械扫描范围内的扫描；S6：判断是否执行了步骤S2中确定的扫描次数，若是，结束扫描；若否，使靶载体围绕其中心旋转预设角度，返回步骤S5。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中通过以下方式确定第一速度：V1＝N
×
i/(D
×
1.6e19),其中N为扫描次数，D为剂量，i为束流的一维分布的平均密度。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，其中根据靶载体的运动能力、一维束流的密度分布f(y)、和剂量来确定扫描次数。4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S3中通过以下方式确定第二速度：V2＝V1
×
f(R(x)),R是以硅片中心为圆心逆时针旋转90
°
的操作以将x轴映射到y轴。5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S1中通过缝状法拉第杯或者多孔结构的法拉第杯来测量二维束流的密度分布f(x,y)。6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，机械扫描范围为束流的长边方向尺寸加上靶的特征长度。7.如权利要求1
‑
6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，机械扫描次数为4n，n为正整数。8.如权利要求1
‑
6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，预设角度为360
°
/扫描次数。9.如权利要求1
‑
6中任意一项所述的控制方法，其特征在于，在机械扫描范围内实际扫描速度与扫描位置的关系正比于一维束流的密度分布，扫描速度分布的平均值回归到一。10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，其中，不同位置的实际扫描速度为步骤S2所计算的第一速度乘以归一化的扫描速度所得。11.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，不同位置的实际扫描速度与第一速度的差值正比于该位置对应的一维束流分布与一维束流均值的差值，再乘以束流沿扫描方向分布所确定的一个修正值。12.如权利要求11所述的均匀性控制方法，其特征在于，对于与扫描方向垂直的束流分布近似于周期函数、沿扫描方向的分布是高斯分布的束流，修正值为扫描方向x分布的半宽度除以y方向分布一个周期的宽度。
13.一种束流注入均匀性的控制系统，其特征在于，包括：束流分布测量单元，用于测量二维束流的密度分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炯，张劲，张长勇，杰夫，
申请(专利权)人：上海凯世通半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：