CN111769027A - 一种束流竖直方向角度的测量装置及方法 - Google Patents

一种束流竖直方向角度的测量装置及方法 Download PDF

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李更兰
田龙
张丛
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Abstract

本发明公开了一种竖直方向束流角度的连续测量装置和方法，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(5)，束流挡板(4)，前置角度挡板(3)，束流挡板传动装置(35)，前置挡板传动装置(42)，控制器(37)。该方法包括：束流挡板停在起始点(36)，前置挡板向下运动到结束点(50)，控制器(37)采集束流值大小，判断是否满足测量条件。前置挡板向下运动，每到达一个角度测量点(51)便停止运动，此时束流挡板开始向下运动，并开始不断采集束流值。当前置挡板到达结束点时结束测量，分析每组束流采集值得出束流挡板的临界位置(49)。经过数据处理，得到与测量点一一对应的束流角度大小(18)。

Description

一种束流竖直方向角度的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及离子注入机中束流角度的测量装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体装备制造领域。
背景技术
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技术测量束流的角度。移动法拉第杯与主剂量杯配合使用，可以测量束流水平方向的角度以及平行度。VPS用于测量束流竖直方向的平均角度。
上述测量技术都有一定的缺点。如测量束流水平方向角度的技术，必须由移动法拉第配合，缺乏灵活性，而且只可测量固定点的角度。再如，VPS只能测量竖直方向的平均角度，无法测量任意点的角度。
随着离子注入机技术不断向前发展，势必需要新的技术来测量束流剖面上任意点的角度。本发明提供了一种测量束流垂直方向上任意点角度的装置和方法。
发明内容
本发明涉及一种用于离子注入系统中束流垂直方向的角度测量系统和方法。控制器控制前置挡板和束流挡板在束流剖面的竖直方向配合着运动，前置挡板每到达一个角度测量点，控制器便采集一组束流值。测量值在处理器中将进行分析寻找临界点，再通过临界点计算出角度。不同于以前的束流角度测量技术，本方案可测量竖直方向上任意点的角度，应用灵活。
本发明的一个方面提供一种用于离子注入系统中束流垂直方向角度的测量系统。系统由控制器、前置挡板、束流挡板和法拉第杯构成。控制器主要由处理器(39)、2个运动控制器(38、41)、A/D转换构成。系统由控制器进行协调，控制器有五个作用，其一是控制束流挡板的运动，其二是控制前置挡板运动，其三是处理采集的数据，其四是控制束流产生装置，其五是与上位机交互。
本发明的另一个方面提供一种用于离子注入系统中束流密度测量的方法。前置挡板和束流挡板在束流竖直方向进行配合运动，控制器根据前置挡板和束流挡板位置周期性的采集束流值，每当前置挡板到达一个角度测量点，控制器都会采集一组束流值。控制器分析每组的束流值，确定出临界位置，再根据临界位置计算出角度。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍，但不作为对本发明专利的限定。
图1本发明前置挡板、束流挡板和法拉第杯位置侧视图
图2束流水平方向角度为0时的俯视图
图3束流水平方向角度不为0时的俯视图
图4各角度测量点测量的束流值数据
图5本系统各功能模块示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。
法拉第杯(5)具有狭缝(27)，用于测量束流。束流挡板(4)位于狭缝与束流产生装置之间，束流挡板紧挨着狭缝并且与法拉第杯之间绝缘。前置挡板(3) 位于束流挡板和束流产生装置之间，前置挡板的长度(20)至少等于束流高度(1)。如图2所示，束流产生装置、前置挡板、束流挡板和法拉第杯中心在同一直线上。前置挡板和束流挡板都只能在竖直方向上运动，本文中所说的前置挡板位置和束流挡板位置指的是它们的下边缘在竖直方向的位置。前置挡板的宽度(45)需要谨慎确定，与束流水平方向允许的最大角度(34) 有关。当束流水平方向角度为0时，束流(24)完全被前置挡板挡住。而当束流水平方向角度较大时，必须适当增大(45)保证束流(32)在法拉第杯外，否则无法进行垂直方向角度测量。
首先，前置挡板运动到结束点(50)，束流挡板运动到起始点(36)。此时控制器(37)采集束流值，判断束流是否被完全挡住。若没有被完全挡住，则需要调整束流水平方向的角度。
在前置挡板的运动路径上规定有包括起始点和结束点在内的多个角度测量点(51)，前置挡板向下运动(43)时，每到达一个测量点，就会停止运动。此时控制器控制束流挡板向下运动(44)，并不断测量束流值。当束流挡板运动距离等于Δy后停止运动，Δy的取值由实际情况确定，大概为1.5-2.5 倍Δm(14)。此时前置挡板向下运动到下一个角度测量点。依次循环以上操作，当前置挡板运动到结束点时，停止测量，将前置挡板和束流挡板返回到起始点。控制器得到多组束流测量值，如图4所示。每组测量值都是由一小段保持不变的直线(46)和一小段减小的曲线(48)构成，前者是由于前置挡板对束流的阻挡，后者是由于束流挡板对束流的阻挡。
控制器分析每个测量点的测量数据变化。由于测量时间非常短，可以假设该时间内束流没有波动，即测量值的变化都是由束流挡板的阻挡导致的。首先分析出束流减小的临界点(47)，然后对应找到束流挡板的临界位置(49)。前置挡板和束流挡板在Z轴上的距离Δx(11)是固定的，由x1(9)和x2(10) 决定。以测量点y1(12)为例说明角度的求解过程。束流(6)是刚好穿过前置挡板下边缘的束流，束流(6)刚好被束流挡板阻挡时，束流挡板的位置为临界位置y2(13)。角度θ(18)可以由Δx和Δm求出。通过以上方法，将各测量点的数据都处理为对应的角度，便得到了束流竖直方向角度的分布。
处理器在得到束流角度分布后，将相关调节参数反馈给束流产生装置(22)，以便调节束流，并将信息发送给上位机(40)。
本发明专利的特定实施例已对本发明专利的内容做了详尽说明。对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明专利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 (5)

1.一种竖直方向束流角度的连续测量装置，该装置包括：法拉第杯(5)，束流挡板(4)，前置挡板(3)，束流挡板传动装置(35)，前置挡板传动装置(42)，控制器(37)。
2.一种用于在离子注入系统中，竖直方向束流角度的连续测量方法，该方法包括：将前置挡板运动到结束点，以判断当前束流是否满足测量条件，开始测量时，控制器在前置挡板运动路径上预设了多个角度测量点，前置挡板每到达一个角度测量点便暂停运动，此时束流挡板向下运动，控制器每隔一小段间隔便采集一次束流值，得到一组束流值，然后前置挡板向下一个角度测量点运动，当前置挡板到达结束点时，结束测量，此时控制器将得到多组束流测量值，分析每组的束流采集值以得到对应的束流挡板临界位置，得到与测量点一一对应的角度值。
3.权利要求2中所述的方法，其中判断当前束流是否满足测量条件包括：前置挡板向下运动到结束点，束流挡板停在起始点。控制器采集束流值，并将前置挡板和束流挡板返回起始位置。控制器分析束流采集值是否满足竖直角度测量条件，若不满足，则需要调整束流水平方向的角度(34)。
4.权利要求2中所述的方法，其中分析每组的束流采集值以得到束流挡板临界位置包括：每个角度测量点得到的束流值数组应该如图4所示，在测量的开始阶段，由于前置挡板的阻挡，束流挡板无法阻挡束流，因此束流测量值不变(46)，当束流挡板向下运动一段距离后，束流将打到束流挡板，此时测量值将开始变小(48)，图2中的(47)点就是束流临界点，(49)就是束流挡板的临界位置。
5.权利要求2中所述的方法，其中数据处理包括：前置挡板和束流挡板在水平方向上的间隔(11)是不变的，这由前置挡板的水平位置(9)和束流挡板的水平位置(10)确定，以y1角度测量点(12)为例说明数据处理过程，束流(6)刚好从前置挡板下边缘穿过，束流(2)被前置挡板阻挡而无法穿过，束流挡板的临界位置在y2(13)，即束流(6)刚好被数量挡板阻挡的位置，Δm(14)等于y2-y1，通过Δx和Δm求得y1点束流垂直方向角度(18)。
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