一种离子注入机的均匀性校正控制系统.pdf

本发明公开了一种离子注入机的均匀性校正控制系统，该系统包括(1)剂量控制器(2)离子束扫描系统(3)电机控制器(4)移动靶台(5)均匀性控制器(6)移动法拉第(7)闭环法拉第(8)角度法拉第。说明书对一种离子注入机均匀性矫正控制方法做出了详细说明，并给出具体实施方案。本发明涉及离子注入装置，隶属于半导体制造领域。

权利要求书1.  一种离子注入机的均匀性校正控制系统，该系统包括(1)剂量控制器 (2)离子束扫描系统(3)电机控制器(4)移动靶台(5)均匀性控制器(6) 移动法拉第(7)闭环法拉第(8)角度法拉第。其中，(1)剂量控制器通过SPI 与均匀性控制器进行通讯。(5)均匀性控制器中的运动控制器控制(3)电机控 制器对移动靶台运动进行调整。(1)剂量控制器通过采集(6)移动法拉第(7) 闭环法拉第(8)角度法拉第以及(2)离子束扫描系统中束口主剂量杯传送回 的束流信号经过分析后，对(2)离子束扫描系统(3)电机控制器发出控制信 号，来控制离子注入剂量，注入位置，扫描速度等控制参数。 2.  如权利要求1所述一种离子注入机的均匀性矫正控制系统，其特征在于 使用(1)剂量控制器，通过通讯实现对整体均匀性矫正的控制。整个系统在(1) 剂量控制器和(5)均匀性控制器的控制下实时完成注入控制。通过采集(6) 移动法拉第(7)闭环法拉第(8)角度法拉第以及(2)离子束扫描系统中束口 主剂量杯传送回的束流信号进行分析运算后，发出控制信号于电机控制器，修 正电机运行轨迹，调整平行束校正磁铁的磁场来修正离子束的角度，达到均匀 平行注入的要求。

说明书一种离子注入机的均匀性校正控制系统
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制造控制系统，尤其涉及一种离子注入均匀性 矫正控制的系统。
背景技术
离子注入机是半导体器件制造中最关键的掺杂设备之一，是一种通过引导 杂质注入半导体晶片，从而改变晶片传导率的设备，其中掺杂离子注入的深度 和密度的均匀性都直接决定了注入晶片的品质。随着半导体工艺的发展，线宽 越来越细，对离子注入机的自动化程度的要求也越来越高，主要是减少注片时 的人工介入，降低污染，提高设备的生产效率和整机的可靠性。离子注入机均 匀性控制技术是离子注入机的关键技术之一，其工作原理是基于各种控制与测 量方法和装置将离子按设定的剂量均匀地、精确地注入到整个晶片表面。为了 保证片上浅结晶体管和场效应管的性能稳定和重复，在离子注入掺杂过程中， 要求对注入剂量、注入能量、注入的重复性、注入的角度、注入元素纯度以及 注入剂量的均匀性实时精确的闭环控制和进行全自动调整。本发明提供一种离 子注入机均匀性矫正控制系统，此方法结构传输速率快，实时性好，控制精度 高。
发明内容
本发明公开了离子注入机系统中的均匀性矫正控制系统的组成结构。该发 明用于离子注入机，能够达到实时控制，实现对离子注入的较高精度控制，控 制效果稳定。
本发明通过以下技术方案实现：离子注入机均匀性控制器控制单元分布图 见图1，主要控制对象：剂量控制器、离子束扫描系统、电机控制器、移动靶台、 均匀性控制器、移动法拉第、闭环法拉第、角度法拉第等部分。
剂量控制器：采集各个法拉第系统得到的束流值，并与均匀性控制器实时 通讯，接收相应控制信号，并控制离子束剂量和电机运动轨迹；
离子束扫描系统：控制扫描板的电压，实现水平方向的均匀注入；
电机控制器：控制移动靶台运动，实现均匀注入。
移动靶台：放置晶圆处，由电机控制器控制运动。
均匀性控制器：均匀性控制器是整个均匀性控制系统的指挥和协调中心， 主要任务是根据设定注入剂量计算出扫描次数和竖直扫描速度；根据剂量采集 器送来的每次实时的剂量值，执行相应控制算法，输出控制每次水平扫描波形 周期；实时采集扫描过程的相关数据；当在扫描过程中出现某种异常不得不中 止扫描时，记录此断点相关信息，以便后续能在此断点从新恢复扫描工作等任 务。
移动法拉第：注入前，测量束流的参数，进行束流的均匀性校准；
角度法拉第：测量束流的平行度；
闭环法拉第：注入时，实时测量束流并调节注入剂量；
均匀性离子注入控制系统的实现方法为：
均匀性控制器作为均匀性控制系统的控制中心，控制上应该具备很高的稳 定性和精准性。采用NI实时测量与控制系统成熟构架进行软硬件设计。NI运动 控制器实现对伺服驱动器的控制，同时给控制系统提供触发信号；控制系统改 变PWM三角波斜率控制扫描发生器扫描波形，同时接收扫描系统传入的状态信 号；剂量积分器得到NI实时测量与控制系统的触发信号后进行束流采集，并根 据采集情况传送与NI实时测量与控制系统。
离子束扫描系统中的水平扫描波形发生器根据束流大小在X轴向(水平向) 的分布，通过算法获得相应的各点的扫描电压斜率值，并把这些值事先存储到 扫描发生器的RAM中，在执行扫描的过程中，扫描发生从RAM中实时地读出这 些数值来产生电压波形。这样实现了X向扫描速度随着X向各位置点对应的速 度大小成比例调节，从而保证了每次扫描注入离子在X轴向分布的均匀性。垂 直扫描为机械运动扫描，运动控制系统控制一直线电机作均速上下往返运动。
在运动过程中实时地向水平方向扫描系统提供同步信号，只有在水平方向 扫描与垂直方向扫描同步的前提下才能保证注入的离子在晶片水方向分布和竖 直方向分布同时达到均匀。剂量采集器实时采集束流，并通过积分运算获得每 一次扫描的剂量值，然后将此剂量值实时地送给均匀性控制器。
本发明具有如下显著优点：
1.离子注入的动态过程控制采用NI控制系统，实时精确的测量出束的不平 行度和扫描的不均匀性然后进行校正，实现了较好的效果；
2.离子束的平行度好，多批次注入重复性好；
3.通过LabVIEW软件编写，不仅可实现均匀性控制，而且可对相应参数进 行可视化监控；
4.系统平台成熟，可靠性高。
附图说明
图1是本发明的系统原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述：
图1中，均匀性控制器是由美国国家仪器(NI)的实时测量与控制系统作 为均匀性控制器的硬件平台。它由测量与控制器、FPGA数据采集卡、运动控制 器等部分组成。与剂量控制器，靶台，电机控制器，离子束扫描系统，以及法 拉第杯等共同组成均匀性控制系统。
剂量控制器系统通过控制NI运动控制器实现对扫描电机的控制，控制系统 通过PWM来控制扫描发生器运动。运动控制器提供触发信号送入控制系统；同 时控制沿着扫描方向移动活动法拉第杯测量束扫描时各点的均匀性，剂量控制 器得到扫描系统的触发信号后通过法拉第杯进行束流采集，经过信号处理后， 得到采集信号，用于改变注入剂量。若相等，则均匀，否则不均匀，将信号实 时反馈到平行束扫描子系统，控制系统实时调整扫描PWM三角波波形的斜率， 延长或减少扫描时间，以控制注入剂量均匀扫描波形，同时把状态信号传送给 控制系统。
控制系统软件采用NI LabVIEW嵌入式技术其中包括基于LabVIEW FPGA模 块的SPI/IRQ接口程序(SPI/IRQ Program)、基于LabVIEW RT的均匀性控制程 序(UCC Program)和基于Ni Motion Assistant直线电机和移动法拉第运动控 制程序(Motion Program)。实时模块可直接连接至可重新配置的I/O(RIO)硬件 进行确定的浮点分析和I/O集成。通过编写NI LabVIEW图形化代码下载至NI RIO 设备上的FPGA，创建自定义硬件，从而实现自定义的定时、触发、同步和控制。
本发明的特定实施例已对本发明的工作原理、应用范围作了详细的说明。 对本领域一般技术人员而言，在不背离本发明的工作原理和应用前提下对它所 做的任何显而易见的改动，都不会超出本申请说明书描述和所附权利要求规范 的保护范围。