一種離子注入機(jī)的均勻性校正控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制造控制系統(tǒng)，尤其涉及一種離子注入均勻性矯正控制的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]離子注入機(jī)是半導(dǎo)體器件制造中最關(guān)鍵的摻雜設(shè)備之一，是一種通過(guò)引導(dǎo)雜質(zhì)注入半導(dǎo)體晶片，從而改變晶片傳導(dǎo)率的設(shè)備，其中摻雜離子注入的深度和密度的均勻性都直接決定了注入晶片的品質(zhì)。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，線寬越來(lái)越細(xì)，對(duì)離子注入機(jī)的自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，主要是減少注片時(shí)的人工介入，降低污染，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和整機(jī)的可靠性。離子注入機(jī)均勻性控制技術(shù)是離子注入機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其工作原理是基于各種控制與測(cè)量方法和裝置將離子按設(shè)定的劑量均勻地、精確地注入到整個(gè)晶片表面。為了保證片上淺結(jié)晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的性能穩(wěn)定和重復(fù)，在離子注入摻雜過(guò)程中，要求對(duì)注入劑量、注入能量、注入的重復(fù)性、注入的角度、注入元素純度以及注入劑量的均勻性實(shí)時(shí)精確的閉環(huán)控制和進(jìn)行全自動(dòng)調(diào)整。本發(fā)明提供一種離子注入機(jī)均勻性矯正控制系統(tǒng)，此方法結(jié)構(gòu)傳輸速率快，實(shí)時(shí)性好，控制精度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明公開了離子注入機(jī)系統(tǒng)中的均勻性矯正控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。該發(fā)明用于離子注入機(jī)，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)離子注入的較高精度控制，控制效果穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):離子注入機(jī)均勻性控制器控制單元分布圖見圖1，主要控制對(duì)象:劑量控制器、離子束掃描系統(tǒng)、電機(jī)控制器、移動(dòng)靶臺(tái)、均勻性控制器、移動(dòng)法拉第、閉環(huán)法拉第、角度法拉第等部分。
[0005]劑量控制器:采集各個(gè)法拉第系統(tǒng)得到的束流值，并與均勻性控制器實(shí)時(shí)通訊，接收相應(yīng)控制信號(hào)，并控制離子束劑量和電機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0006]離子束掃描系統(tǒng):控制掃描板的電壓，實(shí)現(xiàn)水平方向的均勻注入；
[0007]電機(jī)控制器:控制移動(dòng)靶臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)均勻注入。
[0008]移動(dòng)靶臺(tái):放置晶圓處，由電機(jī)控制器控制運(yùn)動(dòng)。
[0009]均勻性控制器:均勻性控制器是整個(gè)均勻性控制系統(tǒng)的指揮和協(xié)調(diào)中心，主要任務(wù)是根據(jù)設(shè)定注入劑量計(jì)算出掃描次數(shù)和豎直掃描速度；根據(jù)劑量采集器送來(lái)的每次實(shí)時(shí)的劑量值，執(zhí)行相應(yīng)控制算法，輸出控制每次水平掃描波形周期；實(shí)時(shí)采集掃描過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)；當(dāng)在掃描過(guò)程中出現(xiàn)某種異常不得不中止掃描時(shí)，記錄此斷點(diǎn)相關(guān)信息，以便后續(xù)能在此斷點(diǎn)從新恢復(fù)掃描工作等任務(wù)。
[0010]移動(dòng)法拉第:注入前，測(cè)量束流的參數(shù)，進(jìn)行束流的均勻性校準(zhǔn)；
[0011]角度法拉第:測(cè)量束流的平行度；
[0012]閉環(huán)法拉第:注入時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量束流并調(diào)節(jié)注入劑量；
[0013]均勻性離子注入控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法為:
[0014]均勻性控制器作為均勻性控制系統(tǒng)的控制中心，控制上應(yīng)該具備很高的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。采用NI實(shí)時(shí)測(cè)量與控制系統(tǒng)成熟構(gòu)架進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。NI運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制，同時(shí)給控制系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)；控制系統(tǒng)改變PWM三角波斜率控制掃描發(fā)生器掃描波形，同時(shí)接收掃描系統(tǒng)傳入的狀態(tài)信號(hào)；劑量積分器得到NI實(shí)時(shí)測(cè)量與控制系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)后進(jìn)行束流采集，并根據(jù)采集情況傳送與NI實(shí)時(shí)測(cè)量與控制系統(tǒng)。
[0015]離子束掃描系統(tǒng)中的水平掃描波形發(fā)生器根據(jù)束流大小在X軸向(水平向)的分布，通過(guò)算法獲得相應(yīng)的各點(diǎn)的掃描電壓斜率值，并把這些值事先存儲(chǔ)到掃描發(fā)生器的RAM中，在執(zhí)行掃描的過(guò)程中，掃描發(fā)生從RAM中實(shí)時(shí)地讀出這些數(shù)值來(lái)產(chǎn)生電壓波形。這樣實(shí)現(xiàn)了 X向掃描速度隨著X向各位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度大小成比例調(diào)節(jié)，從而保證了每次掃描注入離子在X軸向分布的均勻性。垂直掃描為機(jī)械運(yùn)動(dòng)掃描，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制一直線電機(jī)作均速上下往返運(yùn)動(dòng)。
[0016]在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)地向水平方向掃描系統(tǒng)提供同步信號(hào)，只有在水平方向掃描與垂直方向掃描同步的前提下才能保證注入的離子在晶片水方向分布和豎直方向分布同時(shí)達(dá)到均勻。劑量采集器實(shí)時(shí)采集束流，并通過(guò)積分運(yùn)算獲得每一次掃描的劑量值，然后將此劑量值實(shí)時(shí)地送給均勻性控制器。
[0017]本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.離子注入的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制采用NI控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)精確的測(cè)量出束的不平行度和掃描的不均勻性然后進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)了較好的效果；
[0019]2.離子束的平行度好，多批次注入重復(fù)性好；
[0020]3.通過(guò)LabVIEW軟件編寫，不僅可實(shí)現(xiàn)均勻性控制，而且可對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行可視化監(jiān)控；
[0021]4.系統(tǒng)平臺(tái)成熟，可靠性高。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0024]圖1中，均勻性控制器是由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)的實(shí)時(shí)測(cè)量與控制系統(tǒng)作為均勻性控制器的硬件平臺(tái)。它由測(cè)量與控制器、FPGA數(shù)據(jù)采集卡、運(yùn)動(dòng)控制器等部分組成。與劑量控制器，靶臺(tái)，電機(jī)控制器，離子束掃描系統(tǒng)，以及法拉第杯等共同組成均勻性控制系統(tǒng)。
[0025]劑量控制器系統(tǒng)通過(guò)控制NI運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)掃描電機(jī)的控制，控制系統(tǒng)通過(guò)PWM來(lái)控制掃描發(fā)生器運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制器提供觸發(fā)信號(hào)送入控制系統(tǒng)；同時(shí)控制沿著掃描方向移動(dòng)活動(dòng)法拉第杯測(cè)量束掃描時(shí)各點(diǎn)的均勻性，劑量控制器得到掃描系統(tǒng)的觸發(fā)信號(hào)后通過(guò)法拉第杯進(jìn)行束流采集，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，得到采集信號(hào)，用于改變注入劑量。若相等，則均勻，否則不均勻，將信號(hào)實(shí)時(shí)反饋到平行束掃描子系統(tǒng)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整掃描PWM三角波波形的斜率，延長(zhǎng)或減少掃描時(shí)間，以控制注入劑量均勻掃描波形，同時(shí)把狀態(tài)信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)。
[0026]控制系統(tǒng)軟件采用NI LabVIEW嵌入式技術(shù)其中包括基于LabVIEW FPGA模塊的SPI/IRQ接口程序(SPI/IRQ Program)、基于LabVIEW RT 的均勻性控制程序(UCC Program)和基于Ni Mot1n Assistant直線電機(jī)和移動(dòng)法拉第運(yùn)動(dòng)控制程序(Mot1n Program)。實(shí)時(shí)模塊可直接連接至可重新配置的I/0(R10)硬件進(jìn)行確定的浮點(diǎn)分析和I/O集成。通過(guò)編寫NI LabVIEW圖形化代碼下載至NI R1設(shè)備上的FPGA，創(chuàng)建自定義硬件，從而實(shí)現(xiàn)自定義的定時(shí)、觸發(fā)、同步和控制。
[0027]本發(fā)明的特定實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明的工作原理、應(yīng)用范圍作了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明的工作原理和應(yīng)用前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都不會(huì)超出本申請(qǐng)說(shuō)明書描述和所附權(quán)利要求規(guī)范的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種離子注入機(jī)的均勻性校正控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(I)劑量控制器(2)離子束掃描系統(tǒng)⑶電機(jī)控制器⑷移動(dòng)靶臺(tái)(5)均勻性控制器(6)移動(dòng)法拉第(7)閉環(huán)法拉第(8)角度法拉第。其中，(I)劑量控制器通過(guò)SPI與均勻性控制器進(jìn)行通訊。(5)均勻性控制器中的運(yùn)動(dòng)控制器控制(3)電機(jī)控制器對(duì)移動(dòng)靶臺(tái)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。(I)劑量控制器通過(guò)采集(6)移動(dòng)法拉第(7)閉環(huán)法拉第(8)角度法拉第以及(2)離子束掃描系統(tǒng)中束口主劑量杯傳送回的束流信號(hào)經(jīng)過(guò)分析后，對(duì)(2)離子束掃描系統(tǒng)(3)電機(jī)控制器發(fā)出控制信號(hào)，來(lái)控制離子注入劑量，注入位置，掃描速度等控制參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述一種離子注入機(jī)的均勻性矯正控制系統(tǒng)，其特征在于使用(I)齊U量控制器，通過(guò)通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)整體均勻性矯正的控制。整個(gè)系統(tǒng)在(I)劑量控制器和(5)均勻性控制器的控制下實(shí)時(shí)完成注入控制。通過(guò)采集(6)移動(dòng)法拉第(7)閉環(huán)法拉第(8)角度法拉第以及(2)離子束掃描系統(tǒng)中束口主劑量杯傳送回的束流信號(hào)進(jìn)行分析運(yùn)算后，發(fā)出控制信號(hào)于電機(jī)控制器，修正電機(jī)運(yùn)行軌跡，調(diào)整平行束校正磁鐵的磁場(chǎng)來(lái)修正離子束的角度，達(dá)到均勻平行注入的要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種離子注入機(jī)的均勻性校正控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(1)劑量控制器(2)離子束掃描系統(tǒng)(3)電機(jī)控制器(4)移動(dòng)靶臺(tái)(5)均勻性控制器(6)移動(dòng)法拉第(7)閉環(huán)法拉第(8)角度法拉第。說(shuō)明書對(duì)一種離子注入機(jī)均勻性矯正控制方法做出了詳細(xì)說(shuō)明，并給出具體實(shí)施方案。本發(fā)明涉及離子注入裝置，隸屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域。
【IPC分類】H01J37-317
【公開號(hào)】CN104576275
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310507612
【發(fā)明人】姜翼展
【申請(qǐng)人】北京中科信電子裝備有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月24日