CN102347193A - 一种大角度离子注入机快速调束的优化算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大角度离子注入机快速调束的优化算法，束流优化算法使用部分：黄金搜索算法和扫描检测算法。本发明最大特点是大角度离子注入机在运行自动调束功能时，在极短的时间内能够调节出束流并能进行优化调束，工艺数据能实时处理，最终获取高品质束流。

Description

一种大角度离子注入机快速调束的优化算法

技术领域

本发明涉及一种大角度离子注入机，特别涉及大角度离子注入机快速调束的优化算法，属于半导体器件制造领域。 

背景技术

离子注入技术是一项标准的、被商业接受的技术，通过对半导体晶片掺杂改变它们的传导性。注入制造过程中的精度、注入深度、剂量均匀性、还有表面污染损害都是有限制的。在半导体晶片上形成所需物质，需要注入不同的深度，不同深度所需的粒子束能量也不同。对不同的工艺配方，需要用不同的种类的离子、不同的能量和不同的剂量分几步注入。离子束的参数也是随各个时间段而改变的。例如，当离子束的能量改变时，就要调节离子注入机达到最优化的传输路径。通常的离子注入束流调节是一个时间消耗的过程。最开始是在程序中设定预定的参数，得到注入的近似值。一但调节不同离子注入机部件参数时，就需要熟练的操作者来优化完成调节过程。这个过程将花去一个有经验的调试者5到30分钟的时间，相应的时间是不可避免的，例如，在大磁铁的调节上，需要一个长时间的稳定过程，还会产生磁滞现象。自动调节技术也被应用，可惜并不比手动调节快。束流调节技术已经成为提高离子注入机生产率的障碍。 

针对以往在注入机中自动控制功能的薄弱环节，我们花费了大量的时间对离子注入机功能的一些自动控制思路和设计原理进行改进，并且在原有的自动调束功能基础上进行一定的算法创新，通过使用这些快速调束算法使得现在的大角度离子注入机在运行自动调束功能时，在极短的时间内能够调节出束流并能进行优化调束，工艺数据能实时处理，最终获取高品质束流。 

本发明针对上述技术背景，根据大角度离子注入机的特殊要求而提出的一种快速调束的优化算法。 

发明内容

本发明通过以下技术方案实现： 

一种大角度离子注入机包括：一长寿命气固两用离子源、一源磁场磁铁、一 三维(X/Y/Z)自动调整系统、一引出抑制电极、一预分析磁场磁铁、一聚焦电极、一分析磁场磁铁、一可变旋转分析缝、一对称双电极扫描板、一平行透镜磁铁、一离子束、一靶室晶片处理系统。 

一种大角度离子注入机快速调束的优化算法包括：黄金搜索算法和扫描检测算法。 

黄金搜索算法主要用来调节三维(X/Y/Z)自动调整系统中的引出电极X轴，引出电极Y轴，源磁场磁铁的磁场电流，聚焦电极的聚焦电压，三维(X/Y/Z)自动调整系统中的引出电极Z轴，引出抑制电极的引出抑制电压。 

扫描检测算法主要用来调节预分析磁场磁铁的磁场强度，分析磁场磁铁的磁场强度和平行透镜磁铁的磁场强度(高斯值)。 

本发明具有如下显著优点： 

能够快速寻找到调束变量参数的最佳值，在短时间内实现束流的快速优化，获得稳定的高品质束流； 

能够快速地稳定各光路单元中的磁场参数，有效地避免了磁滞现象带来的时间耗费，很大程度地提升了生产率。 

附图说明

图1为本发明的大角度离子注入机的主视图。 

图2为调束中几个关键可调参数的列表 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步介绍。 

参见图1，大角度离子注入机包括：一长寿命气固两用离子源1、一源磁场磁铁2、一三维(X/Y/Z)自动调整系统3、一引出抑制电极4、一预分析磁场磁铁5、一聚焦电极6、一加速管7、一分析磁场磁铁8、一可变旋转分析缝9、一对称双电极扫描板10、一固定法拉第杯11、一平行透镜磁铁12、一离子束13、一靶室晶片处理系统14。 

长寿命气固两用离子源1利用进入腔体的物质产生所需大量的等离子。大量等离子体以一定能量引出，并进入三维(X/Y/Z)自动调整系统3，经过该系统在三方向的自动位置调整和匹配以及和引出抑制电极4的过滤二次电子后，输出的斑点束以最佳聚焦位置和形状通过预分析系统5，预分析系统5将输出束流中的重离子与轻离子分开，初步分选出工艺所需注入离子，其他离子则被阻挡。所 需离子束流进入圆形加速管7和聚焦电极6，通过加速管7获得一定能量，获得能量的离子束进入磁分析器系统8，90°的磁分析器8将同位素不同质量的离子分开，并选择所需质量数的离子束通过可变旋转分析缝9，分选出唯一所需质量数的离子束。这里采用先加速后分析模式，降低了能量污染，因此在固定法拉第杯11就可获得较高纯度离子束。高纯束流继续通过低能透镜系统，低能透镜系统对束斑进行一定的聚焦。高密度束斑进入对称双电极扫描板10，双电极扫描板10的电压由静电扫描系统控制，在扫描板系统离子束沿水平方向作覆盖晶片的高速扫描，形成对称的水平扫描束，扫描束通过45°平行透镜磁铁12，形成输出角度一致、不同位置均匀分布的束流，平行透镜磁铁12同时完成过滤功能，将中性粒子等滤掉，保证离子束再次提纯，从而获得注入工艺及靶室晶片处理系统14所需的离子束13。 

在得到离子束13后，由于要对束流品质进行优化，为了满足生产率的要求，发明使用了一种大角度离子注入机快速调束的优化算法，它包括黄金搜索算法和扫描检测算法。 

黄金搜索算法优化程序是设计好的一个空间的最大值化程序用来调节每个变量使进入固定法拉第杯11的束流最大，当执行调束优化的程序时，在指定的允许时间间隔内执行对图2内每个变量的调节。算法通过比较在初始时间间隔之内两个不同位置的电流值，基于这个结果，缩小搜索的时间间隔。当在峰值位置周围，时间间隔又足够小时收敛的标准就达到要求。 

a-c|＜0.05*(b+B) 

这里a和c是时间间隔的两个限定值，b是测量电流的旧位置，B是新位置。 

如果优化算法再次运行，新的初始位置就是先前运行时找到的最后位置，搜索的时间间隔自动设为先前的一半，它居中于发现的最好位置。然而，新的最后的时间间隔总是处于定义在菜单里的初始时间间隔里面。为了提高算法的速度，不损失束流调节的精确性，调束算法使用另一个收敛标准。如果在两个后来的位置测量的电流变化没有超过2％，一个标记设置为1，在第三点处测量电流。如果电流变化仍然在2％之内，那么算法完成，即使旧的收敛标准还不满意。 

黄金搜索算法主要用来调节三维(X/Y/Z)自动调整系统3中的引出电极X 轴，引出电极Y轴，源磁场磁铁2的磁场电流，聚焦电极6的聚焦电压，三维(X/Y/Z)自动调整系统3中的引出电极Z轴，引出抑制电极4的引出抑制电压，它类似于使用在调节分析磁场高斯值的扫描程序。具体调节参数如图2所示。 

扫描检测算法主要用来调节预分析磁场磁铁5的磁场强度，分析磁场磁铁8的磁场强度和平行透镜磁铁12的磁场强度(高斯值)。在优化调束程序中，主要 

是对分析磁场磁铁8的磁场高斯值进行优化。 

优化分析器磁场的高斯值——分析器磁场高斯值的控制是在分析器数值周围对＜8.5kG区域内以每步2高斯，＞8.5kG区域内5高斯的步幅进行优化的一个算法。它将从编程预定值开始，保存固定法拉第杯11所接收的电流。然后它从编程预定值上和下(2或5高斯)步进并记录相应的电流。基于在三个磁场设定处的电流比较，它决定是否接受编程预定值或开始增加(或减少)磁场设定值。 

该快速调束算法已经成功地应用在目前研制出来的大角度离子注入机上，通过大量的引束试验，大量地建立新菜单，并应用束流调节程序成功地调节出需要的束流，调束成功的菜单通过学习保存后，在下次的调用就变得简单快速，为生产率的提升和以后的产业化打下了坚实的基础。 

本发明的特定实施方式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 (1)

1.一种大角度离子注入机包括：一长寿命气固两用离子源、一源磁场磁铁、一三维(X/Y/Z)自动调整系统、一引出抑制电极、一预分析磁场磁铁、一聚焦电极、一加速管、一分析磁场磁铁、一可变旋转分析缝、一对称双电极扫描板、一固定法拉第杯、一平行透镜磁铁、一离子束、一靶室晶片处理系统，其特征在于：

在快速调束程序中设计到对它们各个参数的快速优化，快速调束的优化算法包括：黄金搜索算法和扫描检测算法。

黄金搜索算法主要用来调节三维(X/Y/Z)自动调整系统中的引出电极X轴，引出电极Y轴，源磁场磁铁的磁场电流，聚焦电极的聚焦电压，三维(X/Y/Z)自动调整系统中的引出电极Z轴，引出抑制电极的引出抑制电压。

扫描检测算法主要用来调节预分析磁场磁铁的磁场强度，分析磁场磁铁的磁场强度和平行透镜磁铁的磁场强度(高斯值)。

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