CN112670145A - 一种离子注入机均匀性校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入机均匀性控制的装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体制造领域。该装置包括：束流产生装置(1)，束流偏转装置(2)，束流采集装置(3)，扫描电源控制系统(4)，运动控制系统(5)，波形解析模块(6)。该方法包括：产生一种能够有针对性的控制扫描电源电压变化，通过对在注入时束流采集装置采集到的束流的变化规律的统计，选择出束流变化有突变的部分，这部分为对均匀性影响最大的部分，在进行下一次均匀性校正时，对突变部分进行均匀性干预，有针对性的抑制注入的突变部分达到对均匀性高效校正。

Description

一种离子注入机均匀性校正方法

技术领域

离子注入机中电扫描方式的扫描装置和方法，涉及离子注入机，属于半导体装备制造领域。

背景技术

离子注入机将特定成分特定浓度的离子以特定的角度和特定的密度均匀注入到特定的材料中。离子注入到晶圆表面，改变晶圆表面导电等特性，离子在晶圆表面分布越是均匀，晶圆的特性越好，生产出的芯片或其他产品性能也更优异，同时一块晶圆的利用率也会大大提高。注入的均匀性是评价离子注入机优劣的最重要的指标之一，而均匀性的的优劣是通过扫描波形的变化控制的，可以说波形的修正方法是离子注入机的关键技术。因此如果能对波形的修正方法进行创新或者优化则对离子注入机的性能乃至相关的行业都产生重要的响。

发明内容

注入机的注入均匀性达到预设的目标值，主要需要经过以下步骤：束宽检测-＞扫三峰-＞载入理想波形-＞平行度测量-＞载入理想波形-＞均匀性测量-＞载入修正波形-＞均匀性校正-＞判断均匀性是否满足要求，不满足则继续修正波形并进行均匀性校正，其中对均匀性影响最大的就是波形的修正，该波形的斜率与横坐标对应包括离子束扫描的速度与位置信息，因此对波形的修正非常关键，本发明所述的均匀性校正方法是对校正波形的修正算法提出新的思路。

波形的校正方法是：离子束水平扫过靶式，同时移动法拉第在与离子束相同高度处延离子束扫描方向移动，并等间隔对离子束束流值进行采集，采集一定次数，将采集到的各点束流值与晶圆各点应有的束流标准值进行比较，判断每点束流值相对于标准值的偏差，根据偏差来调整波形的斜率，之后将新的波形载入系统中，移动法拉第仍然按照上一次的采集间隔和采集次数进行采集。本发明中，在波形修正方法上进行创新，当完成束流的测量值与标准值的比较后，算法自动判断哪些位置相差较大相差密集，哪些位置差别不大，并将这些位置信息发送给移动法拉第电机控制器，移动法拉第在进行下一次束流值采集时一方面对均匀性相差较密的一段位置束流采集间隔更加密集，间隔为原来的一半，同时不仅仅对原波形进行校正，还要在均匀性较差的一段位置增加波形点数，以使校正更高效同时又兼顾效率。

附图说明

图1：改进前法拉第束流采集示意图

图2：改进后法拉第束流采集示意图

图3：改进前水平扫描的波形

图4：改进后水平扫描的波形

图5：均匀性控制原理图

图6：算法示意图

图7a：原扫描电源俯视图示意图

图7b：新算法校正后描电源俯视图示意图

具体实施方式

1.改进后，移动法拉第采集束流的移动轨迹有所变化如图1，图2所示，图1为改进前移动法拉第的束流采集分布图，图2为改进后的束流采集分布图，两图中，1为移动法拉第束流采集杯，2为移动法拉第运动轨迹。如图所示，改进前移动法拉第采集束流的间隔全部一样，而改进后，移动法拉第在某一段位置内的采集频率有所提高，以便对这段位置的束流进行更加细致的波形校正。使得束流的采集既能有针对性，更加准确又能兼顾效率。

经过所述的方法将算法改进后，离子注入机的校正波形变化如下图3，图4所示，图3为离子束原来进行一次扫描的波形图，图4位改进后的波形图。可以看到图3中各点的间距一样，通过斜率调整均匀性的能力有限。而图4中，在某一段位置上，波形的斜率更密集，调整更细致，整个波形更有针对性，对均匀性的调整更加细致准确，同时也兼顾效率。

2.实施时，如图5均匀性控制原理图。在上位机10第一次载入理想波形数据后，由于该数据不是按照每一点的信息进行载入的，因此需要均匀性控制器11中的波形生成器9按照特定方式读取并整合波形数据，将上位机10传送的波形数据按点进行提取，同时根据整合好的各点数据生成完整的扫描波形，之后将完整波形传到波形数据解析模块8，波形数据解析模块8将每一点的斜率信息与位置信息提取，并将斜率信息转换为扫描电压，再将电压信息与位置信息分别送到扫描电源1与运动控制模块。根据波形数据得到的电压信息，扫描电源1两端为不同点加载不同的电压，实现对离子束12的偏转扫描，具体为：根据扫描电源1电压越大扫描速度越快以及速度越大离子注入的浓度越小的规律，将波形斜率转换为扫描电源电压值即扫描速度，控制离子束从一点到达下一点的速度快慢，同时根据各点的位置信息，运动控制模块6控制移动法拉第电机3沿束流扫描方向进行移动，同时根据移动法拉第电机3的运动位置反馈，均匀性控制器11来等间隔给法拉第杯2发送束流值采集触发命令，并将通过法拉第杯2采集的束流值大小与法拉第电机3的运动位置反馈得到的各个束流值对应的位置信息传递给均匀性控制器11的运动控制模块6与束流值分析模块7。束流值分析模块7根据移动法拉第杯2完成第一次移动测得的各点束流值，束流值分析模块7计算各点与对应标准值的偏差，同时计算有偏差的各点中是否有连续多个以上相邻点之间的束流值之差程递进规律，如果有则使均匀控制器11记录这段位置的起始点直到递减或递增到束流值的平均值附近或者达到束流结束处，在波形生成器9生成新的波形点数与与斜率位置信息，新波形中对这段位置的点数增加一倍，并使移动法拉电机3第在该段位置的采集间隔减小一倍，之后将波形生成器9生成的新波形与移动法拉第电机3的新的采集间隔载入均匀性控制器11，此后扫描电源1与移动法拉第电机3按照新的规则进行运动，这样会减少校正次数同时提高均匀性，还能兼顾效率。

3.具体实施：

在进行扫描前，先得到位置与电压的关系.在进行束流采集时，以前没有实时计算束流值分布规律的算法，本发明的核心就是该算法。该算法为计算在测量束流时实时计算相邻两点之间的束流值大小，判断是否有连续三点及以上的束流值差值为递增或递减，如果有，则记录这些点的起始点，X(n-3)，之后继续判断连续的反向递增或递减出现，直到反向递增递减状态出现改变，记录改变的这一点X(m)，此点可得到该段变化波形的结束点，为X(m-1)，自此得到了一段突变的束流值，以后继续判断。在将整个扫描段扫描完成时，新的波形生成器对之前找到的各段突变加入原来点数*2的点，并将相应的移动法拉第采集束流触发位置间隔缩短，在下一次扫描时，扫描电源与移动法拉第电机按照新的波形执行运动，并完成对束流的校正。

举例说明，依次计算每一点束流值与前一点的差值，判断该值的正负，如果连续四点或以上的束流值均为递增或递减，如图6所示，Y2-Y1＞0，Y3-Y2＞0，Y4-Y3＞0…则在程序中记录下递增递减段的第一个位置点X(4-3)即X1，之后继续判断，当发现有连续的点开始递减，Y5-Y4＜0，Y6-Y5＜0，Y7-Y6＜0直到连续状态终止，Y8-Y7＞0，束流值重新开始波动，记录下递减终止点X(8-1)即X7。之后判断X7与X1之间原有的点数，以图中为例为七个点，则在下一次生成新的波形数据时给这段位置加入14各点，点间距为原来的一半。新加入的点之间的初始斜率与原来的点保持一致，因为本算法增加了扫描波形点的同时也增加了移动法拉第的测束点密度，因此在下一次的束流采集与校正中会将新加入点之间的斜率进行修正。使用新的算法进行扫描波形校正后，得到的扫描状态区别如图7所示，其中a为使用新算法前扫描电源控制线束扫描的示意图，b为使用新算法后的扫描示意图，扫描电源1根据波形数据将线束2依次偏转，扫开成线束3的形状。在一个完整的扫描过程中可能会有如图6所示的不同位置的多个凸起或凹下的波形，使用本算法将对该情况进行针对性的修正。如图所示扫描的变化更加灵活，更有针对性。本算法的发明可以使离子注入机的均匀性调节更准确更细致，能够提升注入的均匀性，同时使得离子注入机的核心功能运行更灵活，借助本发明能够提升离子注入机的能力。

Claims (15)

1.一种电扫描扫描装置与方法，装置包括：束流产生装置，束流偏转装置，束流采集装置，扫描电源控制系统，运动控制系统，扫描波形解析模块。

2.权利要求1中，束流产生装置包括：产生离子的离子源，离子源引出装置，离子源引出装置将离子引出并形成剖面为点状的束流，本发明主要针对点状束。

3.权利要求1中，其中束流偏转装置包括：控制束流偏转的扫描电极。束流通过扫描电极间的电压变化进行偏转，达到对晶圆的全方位注入的目的。

4.权利要求3中，其中束流偏转装置包括：两个束流电极板，电极板的间施加电压，电极板的长度与间距没有特别限定，只需满足特定的注入机扫描，电极板一般在束流入口处为平行放置的两个长条形，在束流出口处程发散放置的两个长条形，发散夹角没有特殊限定，满足特定注入机的扫描范围即可。电极板的形状要保证电场均匀，能准确控制束流偏转。

5.权利要求1中，束流的采集装置包括：移动法拉第杯或闭环法拉第杯与移动法拉第控制系统。其中移动法拉第在束流偏转剖面上往复移动对束流进行采样，通过移动法拉第得到束流在扫描过程中各个位置上的注入剂量大小。并将这个数据与每个位置上的标准值进行比较，得到各位置剂量均匀性的偏差。

6.权利要求5中，移动法拉第只沿束流扫描方向移动，且移动法拉第杯口的有效测束位置与晶圆位置一致，同时法拉第在移动测束时，并非持续采样，而是每间隔Δx的距离进行一次采样，最终将各点的至于标准值进行比较。其中Δx的大小没有特殊限定，需要注意Δx不能过大，否则无法准确表现剂量的均匀性，也不可过小，否则会增加计算量，延长系统运行时间。

7.权利要求5中，束流采集装置还可以包括闭环法拉第。在离子注入机进行注入时，只有闭环法拉第在采集束流，此时得到的注入剂量是实际注入剂量，由于注入时所采用的参数都是有移动法拉第测到，因此需要在实际注入之前得到闭环法拉第与移动法拉第的转换关系。

8.权利要求1中，扫描电源控制系统中扫描电源是将扫描电压输出至扫描电极的装置，扫描电极间需要施加扫描电压才能使束流偏转。扫描电压的大小以及变化速率，通过扫描电压控制器进行控制。

9.权利要求1中，波形解析模块包括：将扫描波形所包含的位置信息以及电压斜率信息进行分解，将不同类型的信息交给不同的控制模块。如将位置信息分解传递给运动控制模块，将电压斜率信息传递给扫描电源控制系统。权利要求8中所述的扫描电压控制器就是根据扫描波形进行控制的。

10.权利要求1中，运动控制系统包括：移动法拉第运动控制系统，直线电机运动控制系统，在本发明中主要使用移动法拉第运动控制系统。移动法拉第运动控制系统主要对移动法拉第的束流采集过程进行控制。本发明所指运动控制系统包括：移动法拉第电机，电机控制器以及电机驱动器。根据移动法拉第的束流采集路径，控制移动法拉第的前进方向以及速度。

11.本发明的均匀性校正方法为：扫描电极通过扫描波形进行控制束流偏转，在初次扫描时载入默认斜率的扫描波形，移动法拉第测量各点的束流值，与标准值比较后进行均匀性校正。

12.权利要求11中：所述默认斜率的波形为所有点间的电压斜率均相等的波形。在进行均匀性设置时，在这一默认波形的基础上进行修正。

13.权利要求11中：当扫描电压使用该波形进行扫描时，移动法拉第进行束流采集，此时运动控制系统将知道法拉第位置编码以及相应位置的束流值，同时将采集到的每点束流值与该点的标准值进行比较，当完成扫描时，将采集的所有点束流值取均值与标准值比较求标准偏差。之后通过束流值的误差来校正扫描电压的斜率，此时本发明所述方法能分析出各点均匀性是否有较大的波动，这些波动是在均匀性曲线中的表现是有凹下或凸起的波纹，针对这些波纹的位置，控制系统控制移动法拉第进行跟加密集的采集，同时生成更加密集的扫描电压，生成新的扫描波形，有针对性的将突变抑制，消除注入的不均匀性。

14.权利要求11中，判断均匀性的突变方法举例说明：依次计算每一点束流值与前一点的差值，判断该值的正负，如果连续四点或以上的束流值均为递增或递减如，Y2-Y1＞0，Y3-Y2＞0，Y4-Y3＞0…则在程序中记录下递增递减段的第一个位置点X(4-3)即X1，之后继续判断，当发现有连续的点开始递减，Y5-Y4＜0，Y6-Y5＜0，Y7-Y6＜0直到连续状态终止，Y8-Y7＞0，束流值重新开始波动，记录下递减终止点X(8-1)即X7。之后判断X7与X1之间原有的点数，以图中为例为七个点，则在下一次生成新的波形数据时给这段位置加入14各点，点间距为原来的一半。通过这一方法进行针对性的均匀性校正。

15.本发明所使用的系统及部件均为示范性的，没有特定，在实际应用时不限于本发明所描述的各项部分。

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