CN101436523A - 一种精确测量离子束束斑宽度的检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确测量离子束束斑宽度的装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体集成电路器件制造领域。该装置包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机。由计算机协调各部分动作并进行控制。测量方法包括移动法拉第杯沿水平方向穿过靶室；在移动法拉第杯停顿的每个位置点，对离子束流进行采样；采样信号经剂量检测器进行放大和模数转换后送给控制计算机存储；控制计算机同时记录对应的移动法拉第杯位置编码；在移动法拉第杯水平穿过整个靶室后，控制计算机根据得到的位置和束流数据计算出离子束斑的宽度值，计算公式为：W＝p2－p1，p1－移动法拉第杯第一次采样到半束流的位置值；p2－移动法拉第杯第二次采样到半束流的位置值。本发明能够自动实现离子束斑宽度的精确测量，精度达7μm。

Description

一种精确测量离子束束斑宽度的检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种离子束束斑宽度的检测系统及检测方法，特别地涉及离子注入机，属于半导体器件制造领域。

背景技术

离子束注入机是半导体器件制造中最关键的掺杂设备之一。随着半导体器件制造的集成度向片上系统规模发展，用于器件制造的晶圆片朝着300mm以上尺寸扩展，而单元器件尺寸则朝微纳米细线条减缩，特别是片上晶体管、场效应管尺寸的减缩，对离子束注入掺杂技术提出了很明显的挑战。当半导体集成电路器件制造向65nm技术节点迈进，其单元场效应管需生成超浅结源漏结构，即：源漏结深变得非常的浅，而源漏极分界要非常的陡峭。为了保证片上浅结晶体管和场效应管的性能稳定和重复，在离子注入掺杂过程中，就要求具有高品质的离子束。在离子注入设备中，只有通过各种装置和方法对离子束的特性进行检测和调整，获取离子束的各项信息，才能确认其是否满足了器件制造工艺的要求。

在此之前的国产离子注入机，没有用到过离子束束宽精确测量技术，只适应于100nm制造技术的离子注入机。对于半导体集成电路器件制造65nm技术节点所要求的离子束注入机，必须对离子束宽度进行精确测量，以提高离子束的品质。

发明内容

本发明是针对现有技术中离子束注入机无离子束宽度精确测量技术这一问题而提出的一种离子束宽度精确测量的方法和装置，该发明应用于离子注入机，不但可以满足半导体器件制造工艺向微细线条发展的需要，而且能够精确检测出离子束束斑宽度，为离子束的束特性调整加入了一个新的参数。使离子束的调整更精细化。

本发明提供一种离子束宽度精确测量的检测系统，包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯，剂量积分检测器、双向数字扫描发生器、电机运动控制器、控制计算机。所述的移动法拉第杯输出与剂量积分检测器连接；所述的剂量采样法拉第杯输出与剂量积分检测器连接；所述的剂量积分检测器输出与剂量控制器连接；所述的数字扫描发生器输出与扫描放大器连接；所述的扫描放大器与静电扫描板连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接。所述的移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯，剂量积分检测器、剂量控制器、数控扫描发生器、扫描放大器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行控制。

本发明还提供一种离子束宽度精确测量的方法，用此方法进行离子束斑宽度测量的过程包括以下步骤：

1)将双向数字扫描器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯；

2)控制计算机选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值；

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行采样；

4)控制移动法拉第杯沿水平方向移过靶室，反复扫描多次；

5)在法拉第杯移动时，每移动一步，则用移动法拉第杯对束流进行采样，一般每毫米采样128次。将采样到的离子束流值、移动法拉第杯驱动电机的位置编码值对应着存储到控制计算机。这一步骤后，控制计算机就能知道：双向数字扫描发生器设置为“点模式”时，离子束斑落在了靶盘区的什么位置；

6)移动法拉第杯向前移动，当其前沿接触到离子束斑的边沿时，才开始采样到到离子束流；随着移动穿入离子束斑，移动法拉第杯采样到的离子束流会渐渐地增加，直到移动法拉第杯移动到束斑区的某个位置，采样到的束流值会达到最大，得到离子束的峰值束流；移动法拉第杯再向前移动，它采集到的束流则会渐渐地减少，直到移动法拉第杯的后沿穿出离子束斑的另一边沿，此时它采样到的束流就会为“0”；采样的束流变化如图3所示；

7)图3所示，横坐标为移动法拉第杯的位置值，纵坐标为采样到的束流值，控制计算机根据图示数据求出离子束中心位置和离子束的宽度；

8)离子束斑宽度计算公式为：

W＝p2-p1

p1—移动法拉第杯第一次采样到半束流的位置值；

p2—移动法拉第杯第二次采样到半束流的位置值。

本发明具有如下显著优点：

1)能精确定位的移动法拉第杯，定位精度可达0.007mm；在水平方向移动，可进行离子束剖面束流密度分布的测绘，为离子束引出提供详细的监控；

2)能够自动实现进行离子束束斑的精确测量。

3)本离子束斑宽度测量装置还可用于进行离子束其他性能的检测校正，一套装置，多种用途。

附图说明

图1为本发明的一种精确测量离子束束斑宽度的装置实施例的结构框图；

图2为本发明实施例的移动法拉第杯沿水平X向移动采样离子束流示意图；

图3为本发明实施例的沿水平X向采样到的离子束流分布示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。

参见图1，一种精确测量离子束束斑宽度的装置，包括：移动法拉第杯1、剂量采样法拉第杯2、剂量检测器3、数控扫描发生器4、电机运动控制器5和控制计算机6。移动法拉第杯1是离子束束流探测器，它在电机运动控制装置5的驱动下，能在水平方向作精确定位的移动，剂量检测器3可将移动法拉第杯1和剂量采样法拉第杯2探测到的离子束流信号进行放大、再进行模数转换，得到离子束流的数字量后，送给计算机6；数控扫描发生器4在此测量方法中设置为“点模式”，使离子束不扫描；控制计算机6直接控制着剂量检测器3、数控扫描发生器4、电机运动控制器5的操作，并进行离子束流采样值、移动法拉第杯位置值的获取和存储，对获取的数据进行分拣、识别、计算，最终算出离子束斑宽度的数据。

从离子源引出的离子束，经束线传输系统到达靶室，在数控扫描发生器的“点模式”控制下，成点束射入剂量采样法拉第杯。控制计算机从剂量法拉第杯采样到离子束流后，知道离子束已射到靶室，就控制上述测量装置执行离子束斑宽度测量过程。具体步骤如下：

1)将双向数字扫描器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯；

2)控制计算机选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值；

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行采样；

4)控制移动法拉第杯沿水平方向移过靶室，反复扫描多次；

5)在法拉第杯移动时，每移动一步，则用移动法拉第杯对束流进行采样，一般每毫米采样128次。将采样到的离子束流值、移动法拉第杯驱动电机的位置编码值对应着存储到控制计算机。这一步骤后，控制计算机就能知道：双向数字扫描发生器设置为“点模式”时，离子束斑落在了靶盘区的什么位置；

6)移动法拉第杯向前移动，当其前沿接触到离子束斑的边沿时，才开始采样到到离子束流；随着移动穿入离子束斑，移动法拉第杯采样到的离子束流会渐渐地增加，直到移动法拉第杯移动到束斑区的某个位置，采样到的束流值会达到最大，得到离子束的峰值束流；移动法拉第杯再向前移动，它采集到的束流则会渐渐地减少，直到移动法拉第杯的后沿穿出离子束斑的另一边沿，此时它采样到的束流就会为“0”；采样的束流变化如图3所示；

7)图3所示，横坐标为移动法拉第杯的位置值，纵坐标为采样到的束流值，控制计算机根据图示数据求出离子束中心位置和离子束的宽度；

8)离子束斑宽度计算公式为：

W＝p2-p1

p1—移动法拉第杯第一次采样到半束流的位置值；

p2—移动法拉第杯第二次采样到半束流的位置值。

实施例：

根据上述方法记录一组离子束斑宽度测量数据，如下表1所示。在实施例中，离子注入机注入B+离子，注入能量设定为50kev，离子束流在1mA～5mA之间调节，先自动调节好离子源系统、束线系统，设定需要的离子束流，然后利用本发明所述的一种精确测量离子束束斑宽度的检测系统及检测方法对离子束斑进行测量，得到离子束斑宽度的数据值，每项束流测量3次。

表1列出了不同离子束流值下的离子束斑宽度值。

本发明的特定实施例已对本发明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。

Claims (3)

1、一种精确测量离子束斑宽度的装置，包括移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器和控制计算机，其特征在于：

所述的移动法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的剂量采样法拉第杯输出与剂量检测器连接；所述的数字扫描发生器输出与扫描偏转器连接；所述的电机运动控制器输出与移动法拉第杯驱动电机连接。所述的移动法拉第杯、剂量采样法拉第杯、剂量检测器、数控扫描发生器、电机运动控制器与控制计算机连接，由计算机协调动作并进行工作。

2、如权利要求1所述的一种精确测量离子束斑宽度的装置，其特征在于：所述的移动法拉第杯与数控装置连接。

3、一种实施如权利要求1所述的一种精确测量离子束斑宽度的系统装置的离子束斑宽度测量方法，包括法拉第杯移动、法拉第杯位置的记录存储、离子束流的采集和存储、数据处理和计算过程，其特征在于：

所述的离子束束斑宽度的精确测量过程包括如下步骤：

1)将双向数字扫描器设置为“点模式”，控制离子束不扫描，此时离子束应射入剂量采样法拉第杯；

2)控制计算机选择剂量采样法拉第杯对离子束流进行采样，确认离子束流已达到设定的束流值。

3)控制计算机再选择移动法拉第杯对离子束流进行采样；

4)控制移动法拉第杯沿水平方向移过靶室，反复扫描多次；

5)在法拉第杯移动时，每移动一步，则用移动法拉第杯对束流进行采样，一般每毫米采样128次。将采样到的离子束流值、移动法拉第杯驱动电机的位置编码值对应着存储到控制计算机。这一步骤后，控制计算机就能知道：双向数字扫描发生器设置为“点模式”时，离子束斑落在了靶盘区的什么位置。

6)移动法拉第杯向前移动，当其前沿接触到离子束斑的边沿时，才开始采样到到离子束流；随着移动穿入离子束斑，移动法拉第杯采样到的离子束流会渐渐地增加，直到移动法拉第杯移动到束斑区的某个位置，采样到的束流值会达到最大，得到离子束的峰值束流；移动法拉第杯再向前移动，它采集到的束流则会渐渐地减少，直到移动法拉第杯的后沿穿出离子束斑的另一边沿，此时它采样到的束流就会为“0”；采样的束流变化如图3所示。

7)图3所示，横坐标为移动法拉第杯的位置值，纵坐标为采样到的束流值，控制计算机根据图示数据求出离子束中心位置和离子束的宽度。

8)离子束斑宽度计算公式为：

W＝p2-p1

p1—移动法拉第杯第一次采样到半束流的位置值；

p2—移动法拉第杯第二次采样到半束流的位置值。

Images