阅读说明：本技术 一种利用多磁极磁棒间距控制的自动调节剂量均一性的方法 (Method for automatically adjusting dose uniformity by utilizing multi-magnetic pole magnetic bar spacing control ) 是由 杜琴 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用多磁极磁棒间距控制的自动调节剂量均一性的方法。该方法通过调节2n个磁极磁棒之间的距离来改变磁场分布,本方法包括：测量磁极位置未改变时离子束流初始值J-0(1),上下各n个磁极分别设置相同磁棒间距,利用移动法拉第双向测量模式采集每一磁极(可同时采集两个互相不干扰的磁极)对应的离子束流值(2),计算磁极响应与磁棒间距的幅度关系,并利用该关系式迭代计算(3),利用初始束流平均值解超定方程计算出每个磁极的最佳磁棒间距值(4),机台线上验证调试效果(5)。设计多种调节模式,根据当前束流状态选择最佳的调节模式进行剂量均一性调节。本发明涉及离子注入装置及最小二乘算法,隶属于半导体制造领域。(The invention discloses a method for automatically adjusting dose uniformity by utilizing multi-magnetic pole magnetic bar spacing control. The method changes the magnetic field distribution by adjusting the distance between 2n magnetic pole magnetic bars, and comprises the following steps: measuring initial value J of ion beam current when magnetic pole position is not changed 0 (1) The upper and lower n magnetic poles are respectively provided with the same magnetic bar spacing, and the ion beam flow value corresponding to each magnetic pole (two magnetic poles which do not interfere with each other can be simultaneously acquired) is acquired by utilizing a mobile Faraday bidirectional measurement mode (2) Calculating the amplitude relation between the magnetic pole response and the magnetic bar spacing, and using the relation to iterate calculation (3), and using the initial beam average value And (5) solving an overdetermined equation to calculate an optimal magnetic rod spacing value (4) of each magnetic pole, and verifying and debugging effects on a machine line (5). And designing a plurality of adjusting modes, and selecting the optimal adjusting mode to carry out dose uniformity adjustment according to the current beam flow state. The invention relates to an ion implantation device and a least square algorithm, belonging to the field of semiconductor manufacturing.)

一种利用多磁极磁棒间距控制的自动调节剂量均一性的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体装备制造领域，特别是涉及一种离子注入机利用多磁极磁棒间距控制的自动调节离子束流剂量均一性的技术。

背景技术

在全球化趋势下，半导体产业已成为关乎国家战略安全的关键性领域。随着半导体集成电路制造工艺的发展，对半导体制造设备的性能提出更高的要求。在半导体制造设备中，离子注入机是半导体器件制造中核心的搀杂设备，主要用于改变目标材料的传导率的类型及电压的掺杂处理，当晶圆片尺寸进入300mm时代，先进的器件制造工艺不断地迈进7nm、5nm，为了确保整个晶圆片上器件性能的一致性，必须对离子注入搀杂工艺中的均匀性指标提出更高的要求。因此，实现离子束流的剂量均一性自动调节变得尤为重要。本发明基于上述需求，提出一种利用多磁极磁棒间距控制的自动调节剂量均一性的方法，实现了对离子束流的剂量均一性自动调节。

发明内容

本发明是针对现有的离子注入机技术中，提出了一种新的多磁极磁棒间距控制的自动调节剂量均一性的方法，为终端离子的注入提供可靠有效的支持。

本发明通过以下方案实现：

测量多磁极位置均未改变时的离子束流初始值J₀(1)；2n个磁极分别增加或减少相同的磁棒之间的距离(简称磁棒间距)，并采集每一磁极对应的离子束流值也可一次采集两个互相不干扰磁极的响应束流值，减少移动法拉第运动次数。为了进一步提高数据采集的效率，改变移动法拉第传统运动模式，由原来的单向测量模式改为双向测量模式，在原有基础上，节省约一半的时间。采集数据过程中，可能发生束流突然中断或无束流等异常情况，该算法已过滤上述异常数据，确保数据的稳定性与程序的持续性(2)；根据采集数据计算磁极的响应与磁棒间距的幅度关系，假设磁棒间距设置增量等于Δd，其数学模型表达式为：

其中和分别表示第j个磁极设置增量为Δd时的响应电流密度差和电流密度。a_i、x_i、w_i均为第i个磁极的响应数学模型系数，可利用拟合算法求出。分析数学模型公式，不同的初始电流密度J₀对应不同的响应曲线，可在迭代过程中替换新的J₀，进行迭代计算，进一步提高了算法的计算速度(3)；利用最小二乘法，根据每一次初始束流的平均值求解超定方程，计算出每个磁极的最佳磁棒间距值(4)；机台读取计算结果，输出束流值，验证调试效果(5)。

设计多磁极上调节模式、多磁极下调节模式、多磁极全调节模式等三种调节模式，根据当前束流状态选择最佳的调节模式进行剂量均一性调节。

本发明具有如下显著优点：

1)利用移动法拉第双向测量模式采集数据，与单向模式相比，节省约一半的时间；

2)通过同时采集2个磁极响应数据，以及迭代计算，在确保计算精度的基础上，极大提高了调节的效率；

3)本发明根据当前的束流状态，自动选择调节方法，适用范围广，调节力度大，且通过C语言程序嵌入到机台中，可快速完成目标调节；

附图说明

为了有助于更全面的了解本发明内容，现参考附图。

图1展示说明本发明所涉及到移动法拉第双向测量的运动模式流程图。

图2展示说明本发明所涉及到实施例的3号与9号下磁极真实响应曲线的示意图。

图3展示说明本发明所涉及到利用多磁极调节剂量均一性的算法程序流程图。

图4展示说明本发明所涉及到的调节步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图的具体实施例对本发明作进一步介绍。

参见图1，本发明所涉及到移动法拉第双向测量模式流程图，通过改变移动法拉第的运动方式来提高算法中采集数据的速度，在移动法拉第的运动控制系统中设计一组移动法拉第双向测量模式的程序。首先进入移动法拉第双向测量模式(1)，下发双向测量模式开始指令，然后通过n次下发移动法拉第运动的命令，移动法拉第可依次完成正向数据采集，反向数据采集，并循环进行步骤(2)，当结束n次数据采集或算法自动调节算法结束时，需下达退出移动法拉第双向测量模式(3)，以确保移动法拉第回到安全位置。与移动法拉第单向测量模式相比，双向测量模式在数据采集的时间上节省约一半的时间。

参见图2，本发明所涉及到的3号与9号下磁极真实响应曲线的示意图，通过实施例对3号下磁极(2)与9号下磁极(1)同时增加相同的磁棒间距(例如Δd＝2mm)，得到的离子束流真实响应曲线，区域(1)表示9号下磁极的响应波形，用该响应波形曲线做高斯型模型公式拟合，发现在相同的初始离子束流J₀中，该响应波形曲线与调节增量成线性关系，算法的调节以该线性关系作为基础条件，区域(2)表示3号下磁极的响应波形曲线，该响应波形曲线也满足上述基础条件。剩余的磁极同理可得，根据上述磁极对离子束流的响应波形曲线，建立调节离子束流均一性的初始系数矩阵。

参见图3，本发明所涉及到的算法程序流程图，测量磁极位置未改变时的离子束流值J₀(1)，并判断J₀是否是正常值，确保算法的稳定性。依次采集每两个互不干扰的磁极增加相同磁棒间距的离子束流值同时每组数据均要求判断是否为正常值，出现异常情况时，重新采集，仅从当前出现异常的磁极位置处重新采集。计算磁极响应与磁棒间距的幅度关系(3)，第一次计算通过求解，真实数据计算效果要优于经过拟合等处理手段处理过的数据。后续的迭代计算无需再一次完成数据采集，根据数学模型迭代中的数据即系数矩阵仅与离子束流的初始值J₀有关，通过该关系式计算出新的系数矩阵，省去迭代过程中数据采集的时间，迭代的次数设置小于L次，可根据实际需求设置。根据离子束流的初始值(1)的平均值求解超定方程计算得出每个磁极的最佳磁棒间距值(4)，最后机台可读取计算的结果，移动法拉第运动输出束流值验证算法调节多磁极后对束流的调节效果。

参见图4，本发明所涉及到的调节步骤流程图，根据算法与机台线上大量实验结果总结，得出的剂量均一性自动调节流程图。首先读取当前离子束流的非均一性数值Tmpsigma(当前离子束流可调节范围内的离子束流标准差)，判断是否进入多磁极精细调节范围内，若未达到，则启动多磁极全调节模式，调节力度大，能快速调节到要求值以下。当初始值小于该范围时，需先判断当前能量模式，对于高能模式，为了更快更有效的调节，第一步调节多磁极上调节模式，依次进行多磁极下调节模式，多磁极全调节模式，任意一次调节，如果已达到目标值以下，则调节成功，退出自动调节程序，若按照上述调节流程，仍无法达到目标值可自由选择调节模式进行调节，或退出自动调节，进行人工干预。因为高能模式束流状态较为稳定，大部分情况只启动多磁极上调节模式或下调节模式就能达到目标值，比起全调节省约一半的时间。处于低能模式时，束流状态较为发散，需多次启动全调模式才能完成调节，迭代三次仍未达到目标值(上述涉及的迭代次数均可根据实际情况设置)，最终可自由选择调节模式，或退出自动调节，进行人工干预。任意一种调节模式，在完成一次调节后，会判断调节效果，如果调节后比调节前的非均一性值更大，则这次调节无效，应该返回上一组调节结果；若调节有效，则继续进行后续调节，具体流程详见图4。

以上所述，已对本发明的内容做了详细说明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明精神的前提下，利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质来对以上实施例所做出的任何简单修改，等同变化与修饰，都构成对本发明专利的侵犯，将承担相应的法律责任。