CN117747392A - 一种离子束分析仪及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子束分析仪及分析方法，属于半导体工艺技术领域，其中离子束分析仪包括有挡板，挡板上间隔地分布有两个以上的狭缝，在挡板的背侧与狭缝一一对应地设置有检测器；方法包括有如下步骤：进行分析时，离子束分析仪沿离子束截面长度方向移动，各个狭缝处的检测器对接收到的离子束进行检测及数据采集；对得到的检测结果进行拼接处理，得到至少完整包括离子束截面长度方向各个点位的检测结果。本方案采用多个狭缝及检测器进行检测，从而将离子束截面划分为多个区域，每个狭缝只需扫描过对应的一个区域，可显著缩短离子束分析仪的移动距离、提高效率。

Description

一种离子束分析仪及分析方法

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体地涉及一种离子束分析仪及分析方法。

背景技术

例如在离子注入机中，离子束产生模块产生条形带状的离子束，离子束射入真空工艺模块，在真空工艺模块内，晶圆接触离子束并相对于离子束移动，从而进行扫描注入。在进行注入前，需要先使用离子束分析仪(profiler)接收离子束，检测离子束是否符合工艺要求。

现有的离子束分析方案(single channel 1D profiler)如图1、图2所示，现有的离子束分析仪A主要结构为：包括有一个挡板，挡板上开设有一个条状狭缝，挡板背向离子束B的一侧设有石墨的检测器(本领域中一般称为cup)；还包括有检测器连接的电缆、离子束分析仪连接的移动控制结构，等，并非本方案主要改进点，不在此赘述。在进行检测分析时，对于纵向的条形带状的离子束B，离子束分析仪的狭缝的长度方向为横向，离子束分析仪由上至下或者由下至上进行扫描，离子束B穿过狭缝的部分会被后面的检测器接收到，检测器以一定的频率进行数据采集，即可得到纵向各个点位的离子束检测结果，例如图3所示，从而能够分析离子束B在条形截面长度方向的流强均匀性等特征。

现有方案的缺点在于，现有的离子束分析仪A需要移动很长的距离进行数据采集。例如晶圆直径为300mm，离子束B的截面长度要大于300mm，现有的离子束分析仪A上下移动的距离要大于离子束B的截面长度，例如为460mm。因此检测分析所需的时间较长，影响离子注入机的工作效率。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种离子束分析仪及分析方法，解决现有方案分析效率低的问题，实现对离子束的例如均匀性等特征进行快速检测分析，减少等待时间，提高离子注入工艺处理的整体效率。

依据本发明的技术方案，本发明提供了一种离子束分析仪，包括有挡板，挡板上间隔地分布有两个以上的狭缝，在挡板的背侧与狭缝一一对应地设置有检测器。

进一步地，狭缝为条形且条形的长度方向垂直于离子束截面的长度方向。

进一步地，相邻狭缝之间相平行，狭缝沿离子束截面的长度方向并排设置。

进一步地，相邻狭缝之间的间隔小于离子束截面长度与狭缝数量之商。

进一步地，还包括有用于控制离子束分析仪进行移动的移动机构。

进一步地，移动机构能够将离子束分析仪在至少两个方向进行移动，且两个方向不平行。

依据本发明的技术方案，本发明还提供了一种离子束分析方法，采用本发明的离子束分析仪，且狭缝沿离子束截面的长度方向并排设置，在并排的狭缝中位于一端的狭缝为前端狭缝，位于另一端的狭缝为后端狭缝；

所述的离子束分析方法包括有如下步骤：

步骤S1，进行分析前，使离子束分析仪位于检测起始位置；进行分析时，离子束分析仪沿离子束截面长度方向移动设定距离，各个狭缝处的检测器以设定频率对接收到的离子束进行检测及数据采集，得到离子束截面长度方向多个点位的检测结果；

其中，离子束分析仪位于检测起始位置时，离子束位于狭缝长度方向的中部位置，且离子束截面长度方向的一端靠近后端狭缝，并使离子束覆盖到的狭缝为除后端狭缝外的其他所有狭缝；

在离子束分析仪移动设定距离后，至少前端狭缝移出离子束截面范围，且至少使得所有狭缝处的检测的范围之和完整覆盖离子束截面；

步骤S2，对步骤S1得到的检测结果进行拼接处理，得到至少完整包括离子束截面长度方向各个点位的检测结果。

进一步地，在步骤S1中，离子束分析仪移动的设定距离使得相邻狭缝处的检测的范围之间存在重叠；

在步骤S2中，进行拼接处理时，以其中一个狭缝处的检测结果为基准，调整其余狭缝处的检测结果。

进一步地，在步骤S1前，和/或，在根据步骤S2的检测结果判定离子束符合要求后，离子束分析仪位于避让位置；离子束分析仪位于避让位置时，离子束分析仪与离子束之间具有间隔。

进一步地，避让位置位于离子束的一侧。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

本发明的离子束分析仪及分析方法在现有方案基础上开创性地采用多个间隔的狭缝进行检测，从而将离子束截面长度方向划分为多个区域，每个狭缝只需扫描过对应的一个区域即可。与现有技术方案相比，本方案的离子束分析仪的移动距离可缩短70％以上，效率可提升50％以上。

附图说明

图1是位于半导体设备腔体内的一种现有的离子束分析仪的立体结构示意图。

图2是图1所示的现有的离子束分析仪的主要结构及工作原理示意图。

图3是一种离子束分析仪的检测结果曲线图。

图4是本发明一实施例的离子束分析仪的主要结构及工作原理示意图。

图5是图4中离子束分析仪移动后状态的示意图。

图6是本发明一实施例的离子束分析仪在进行调整前的检测结果的曲线图。

附图中的附图标记说明：

A、现有的离子束分析仪；B、离子束；1、挡板；2、狭缝；21、前端狭缝；22、后端狭缝。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明提供一种离子束分析仪及分析方法，解决现有方案分析效率低的问题，实现对离子束的例如均匀性等特征进行快速检测分析，减少等待时间，提高离子注入工艺处理的整体效率。

请参阅图4至图6，本发明一实施例的一种离子束分析仪，包括有挡板1，挡板1上间隔地分布有两个以上的狭缝2，在挡板1的背侧与狭缝2一一对应地设置有检测器。检测器例如为主要材质为石墨的离子束流强检测器，离子束流强检测器接收离子束后会产生电流，电流值与单位时间内入射离子数、离子浓度直接相关，检测器通过线缆连接至控制系统。可以想到的是，根据检测分析的需要，检测器也可采用检测离子成分、含量的仪器等。还包括有用于控制离子束分析仪进行移动的移动机构，从而使离子束分析仪扫描过离子束B截面长度方向全部范围。可以想到的是，在某些设备中，为离子束自身移动进行扫描，则离子束分析仪无需进行移动扫描。具体例如，离子束分析仪包括有盒体，盒体的前侧面(朝向离子束的一面)为挡板1，检测器位于盒体内，移动机构为机械臂，盒体与机械臂相连接，检测器的线缆沿着机械臂内部设置、延伸至控制系统。

更具体的一些实施例中，狭缝2为一维的(宽度很小的)条形且条形的长度方向垂直于离子束B截面的长度方向，使得透过狭缝2的离子束B的面积较小，测得的数据也相对小，因而更能够反映出微小的波动，灵敏度高。相邻狭缝2之间相平行，狭缝2沿离子束B截面的长度方向等间距地并排设置，结构更规则、更便于控制及设计。需要说明的是，在不偏离本发明构思及工作原理的情况下，对狭缝2的角度、排布方式、数量等进行一些调整，形成与图4不同的结构，也能够实现类似的技术效果，均包含在本发明的保护范围内。进一步地，对于图4、图5所示实施例，相邻狭缝2之间的间隔小于离子束B截面长度与狭缝2数量之商，保证所有狭缝2扫描过的区域之和能够完整覆盖离子束B的截面，在移动距离短、效率高的同时，实现无遗漏的检测分析。

优选的实施例中，移动机构能够将离子束分析仪在至少两个方向进行移动，且两个方向不平行。更具体例如，移动机构能够将离子束分析仪在垂直于离子束B截面长度的方向以及平行于离子束B截面长度的方向进行平移。现有的离子束分析仪只能在平行于离子束B截面长度的这一个方向上进行平移。在离子束分析仪分析确认离子束B符合工艺要求后，需要让开离子束B，使离子束B完整地继续前进、对晶圆进行离子注入；因此，现有的离子束分析仪A例如图2所示，初始位置为离子束B的上方、且与离子束B之间具有间隔，工作时要向下移动约460mm进行检测，然后再向上移动复位(向上移动时也进行检测，可以上下移动检测多次，检测直到束流符合工艺要求为止)，移动距离很长、耗费较多时间。本方案如图4、图5所示，分析时为左右扫描，在分析前后只需向上或向下移动约一半离子束分析仪宽度的距离(例如控制分析仪抬起、放下)即可移出离子束B的范围。更优选地，本方案的离子束分析仪为用于特定的一种离子注入机，该离子注入机中所形成的离子束B的截面的长度方向为水平，有别于一般离子注入机中离子束的截面长度方向为竖直；此种离子注入机更适宜本方案的离子束分析仪进行设置及控制；当然地，本方案也可用于其他的离子束情况，例如将图4、图5所示结构及动作过程均旋转一定角度即可。

基于本发明的离子束分析仪，本发明进一步提供一种离子束分析方法，所采用的离子束分析仪至少具有如下结构：包括有挡板1，挡板1上间隔地分布有两个以上的狭缝2，在挡板1的背侧与狭缝2一一对应地设置有检测器；且狭缝2沿离子束B截面的长度方向并排设置。为更清楚地进行描述，在此定义：在并排的狭缝2中位于一端(离子束分析仪进行分析检测时移动方向的前端)的狭缝为前端狭缝21，位于另一端的狭缝为后端狭缝22。例如总共只有两个狭缝2的情况，则分别为前端狭缝21和后端狭缝22；若具有三个或更多个狭缝2的情况，则在两端的前端狭缝21和后端狭缝22之间还有一个或多个的中间狭缝。

本发明一实施例的离子束分析方法包括有如下步骤。

步骤S1，进行分析前，使离子束分析仪位于检测起始位置；进行分析时，离子束分析仪沿离子束B截面长度方向移动设定距离，各个狭缝2处的检测器以设定频率对接收到的离子束进行检测及数据采集，得到离子束B截面长度方向多个点位的检测结果。

其中，所述的检测起始位置满足：离子束分析仪位于检测起始位置时(例如图4所示状态)，离子束B位于狭缝2长度方向的中部位置，保证离子束B的宽度方向的范围均位于狭缝2的范围内；且离子束B截面长度方向的一端靠近后端狭缝22，并使离子束B覆盖到的狭缝2为除后端狭缝22外的其他所有狭缝2。

以及，所述的设定距离满足：在离子束分析仪移动设定距离后(例如图5所示状态)，至少前端狭缝21移出离子束B截面范围，且至少使得所有狭缝2处的检测的范围之和完整覆盖离子束B截面。

此外，所述的设定频率满足：与离子束分析仪的移动速度相适配，使检测及数据采集的点位足够多。可以想到的是，设定频率越高则检测精度越高，可根据实际需要进行选择，例如在离子束B截面长度方向上每隔2mm形成一个检测点位。可选为在一次移动过程(图4至图5)中采集到全部的所需结果，在复位移动过程(图5至图4)不进行数据采集。

步骤S2，对步骤S1得到的检测结果进行拼接处理，得到至少完整包括离子束B截面长度方向各个点位的检测结果，最终得到例如图3所示的流强在长度方向分布的曲线图，更具体地，图中横轴为长度，纵轴为流强归一化后的值，图中中部的略大于300mm的区域为离子注入的所用到的区域，需要保证其长度方向各处的流强基本均匀，例如波动范围不超过理想值的±2％(此为示例数值，具体根据工艺要求确定)。图右上角为软件中的参数，参考range、min、max相关参数对束流进行调节。

进一步地，请参阅图6，在步骤S1中，离子束分析仪移动的设定距离使得相邻狭缝2处的检测的范围之间存在重叠，重叠区域的长度例如为10mm；进而，在步骤S2中，进行拼接处理时，以其中一个狭缝2处的检测结果为基准，调整其余狭缝2处的检测结果。以三个狭缝2的情况为例，每个狭缝2处的检测器的检测范围(移动距离)如图6下方虚线箭头所示，从而使对应于离子束B截面的实际检测范围存在重叠，若直接将测得的结果形成一幅图线，其可能如图6所示，在重叠区域存在高低差，这是因为，基于加工精度的限制，不同的检测器难免存在差异，每个狭缝2的宽度也难免有微小的不同，所以每个狭缝2处的检测结果会略有区别，但离子束B相同区域的流强是基本相同的，因此例如以中间的狭缝2处的检测结果为基准，上/下移动校准两侧的结果，即可得到离子束B截面长度方向流强整体起伏分布情况，起伏在规定范围内即可满足工艺要求。

在步骤S1前，和/或，在根据步骤S2的检测结果判定离子束B符合要求后，离子束分析仪位于避让位置。

其中，所述的避让位置满足：离子束分析仪位于避让位置时，离子束分析仪与离子束B之间具有间隔，离子束分析仪(及其移动机构等)的任何部分均不阻挡、不接触离子束B，使离子束B完整地、不受影响地通过，进而用于进行离子注入等工艺。优选地，避让位置位于离子束B截面长度方向的旁边一侧，使离子束分析仪在避让位置与检测起始位置(和/或检测结束位置)之间的移动距离较短。

综上所述，本发明的离子束分析仪及分析方法在现有方案基础上开创性地采用多个间隔的狭缝进行检测，从而将离子束截面长度方向划分为多个区域，每个狭缝只需扫描过对应的一个区域即可。例如图3、图6中下方的虚线箭头所示，现有方案仅有一个狭缝及检测器，需要移动约460mm进行检测分析，本方案优选实施例具有三个狭缝及检测器来检测同一个离子束，因此理论上离子束分析仪只需离子束截面长度的三分之一，实际移动距离例如设计为120mm，三个检测器的检测范围有两个重复测量的区域，通过这两个区域来校正左右两个检测器与中间的检测器的差异，从而得到较为准确的离子束整体特征分布曲线。因此，与现有技术方案相比，本方案的离子束分析仪的移动距离可缩短70％以上，效率可提升50％以上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种离子束分析仪，其特征在于，包括有挡板(1)，挡板(1)上间隔地分布有两个以上的狭缝(2)，在挡板(1)的背侧与狭缝(2)一一对应地设置有检测器。

2.根据权利要求1所述的离子束分析仪，其特征在于，狭缝(2)为条形且条形的长度方向垂直于离子束(B)截面的长度方向。

3.根据权利要求1或2所述的离子束分析仪，其特征在于，相邻狭缝(2)之间相平行，狭缝(2)沿离子束(B)截面的长度方向并排设置。

4.根据权利要求3所述的离子束分析仪，其特征在于，相邻狭缝(2)之间的间隔小于离子束(B)截面长度与狭缝(2)数量之商。

5.根据权利要求1所述的离子束分析仪，其特征在于，还包括有用于控制离子束分析仪进行移动的移动机构。

6.根据权利要求5所述的离子束分析仪，其特征在于，移动机构能够将离子束分析仪在至少两个方向进行移动，且两个方向不平行。

7.一种离子束分析方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的离子束分析仪，且狭缝(2)沿离子束(B)截面的长度方向并排设置，在并排的狭缝(2)中位于一端的狭缝为前端狭缝(21)，位于另一端的狭缝为后端狭缝(22)；

所述的离子束分析方法包括有如下步骤：

步骤S1，进行分析前，使离子束分析仪位于检测起始位置；进行分析时，离子束分析仪沿离子束(B)截面长度方向移动设定距离，各个狭缝(2)处的检测器以设定频率对接收到的离子束进行检测及数据采集，得到离子束(B)截面长度方向多个点位的检测结果；

其中，离子束分析仪位于检测起始位置时，离子束(B)位于狭缝(2)长度方向的中部位置，且离子束(B)截面长度方向的一端靠近后端狭缝(22)，并使离子束(B)覆盖到的狭缝为除后端狭缝(22)外的其他所有狭缝(2)；

在离子束分析仪移动设定距离后，至少前端狭缝(21)移出离子束(B)截面范围，且至少使得所有狭缝(2)处的检测的范围之和完整覆盖离子束(B)截面；

步骤S2，对步骤S1得到的检测结果进行拼接处理，得到至少完整包括离子束(B)截面长度方向各个点位的检测结果。

8.根据权利要求7所述的离子束分析方法，其特征在于，在步骤S1中，离子束分析仪移动的设定距离使得相邻狭缝(2)处的检测的范围之间存在重叠；

在步骤S2中，进行拼接处理时，以其中一个狭缝(2)处的检测结果为基准，调整其余狭缝(2)处的检测结果。

9.根据权利要求7或8所述的离子束分析方法，其特征在于，在步骤S1前，和/或，在根据步骤S2的检测结果判定离子束(B)符合要求后，离子束分析仪位于避让位置；离子束分析仪位于避让位置时，离子束分析仪与离子束(B)之间具有间隔。

10.根据权利要求9所述的离子束分析方法，其特征在于，避让位置位于离子束(B)的一侧。