一種大角度離子注入機快速調束的優化算法的製作方法
2023-06-07 20:29:06 2
專利名稱：一種大角度離子注入機快速調束的優化算法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大角度離子注入機，特別涉及大角度離子注入機快速調束的優化算法，屬於半導體器件製造領域。
背景技術：
離子注入技術是一項標準的、被商業接受的技術，通過對半導體晶片摻雜改變它們的傳導性。注入製造過程中的精度、注入深度、劑量均勻性、還有表面汙染損害都是有限制的。在半導體晶片上形成所需物質，需要注入不同的深度，不同深度所需的粒子束能量也不同。對不同的工藝配方，需要用不同的種類的離子、不同的能量和不同的劑量分幾步注入。離子束的參數也是隨各個時間段而改變的。例如，當離子束的能量改變時，就要調節離子注入機達到最優化的傳輸路徑。通常的離子注入束流調節是一個時間消耗的過程。最開始是在程序中設定預定的參數，得到注入的近似值。一但調節不同離子注入機部件參數時， 就需要熟練的操作者來優化完成調節過程。這個過程將花去一個有經驗的調試者5到30 分鐘的時間，相應的時間是不可避免的，例如，在大磁鐵的調節上，需要一個長時間的穩定過程，還會產生磁滯現象。自動調節技術也被應用，可惜並不比手動調節快。束流調節技術已經成為提高離子注入機生產率的障礙。針對以往在注入機中自動控制功能的薄弱環節，我們花費了大量的時間對離子注入機功能的一些自動控制思路和設計原理進行改進，並且在原有的自動調束功能基礎上進行一定的算法創新，通過使用這些快速調束算法使得現在的大角度離子注入機在運行自動調束功能時，在極短的時間內能夠調節出束流並能進行優化調束，工藝數據能實時處理，最終獲取高品質束流。本發明針對上述技術背景，根據大角度離子注入機的特殊要求而提出的一種快速調束的優化算法。
發明內容
本發明通過以下技術方案實現一種大角度離子注入機包括一長壽命氣固兩用離子源、一源磁場磁鐵、一三維 (X/Y/Z)自動調整系統、一引出抑制電極、一預分析磁場磁鐵、一聚焦電極、一分析磁場磁鐵、一可變旋轉分析縫、一對稱雙電極掃描板、一平行透鏡磁鐵、一離子束、一靶室晶片處理系統。—種大角度離子注入機快速調束的優化算法包括黃金搜索算法和掃描檢測算法。黃金搜索算法主要用來調節三維(X/Y/Z)自動調整系統中的引出電極X軸，引出電極Y軸，源磁場磁鐵的磁場電流，聚焦電極的聚焦電壓，三維(X/Y/Z)自動調整系統中的引出電極Z軸，引出抑制電極的引出抑制電壓。掃描檢測算法主要用來調節預分析磁場磁鐵的磁場強度，分析磁場磁鐵的磁場強度和平行透鏡磁鐵的磁場強度(高斯值)。本發明具有如下顯著優點能夠快速尋找到調束變量參數的最佳值，在短時間內實現束流的快速優化，獲得穩定的高品質束流；能夠快速地穩定各光路單元中的磁場參數，有效地避免了磁滯現象帶來的時間耗費，很大程度地提升了生產率。
圖1為本發明的大角度離子注入機的主視圖。 圖2為調束中幾個關鍵可調參數的列表
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步介紹。參見圖1，大角度離子注入機包括一長壽命氣固兩用離子源1、一源磁場磁鐵2、 一三維(X/Y/Z)自動調整系統3、一引出抑制電極4、一預分析磁場磁鐵5、一聚焦電極6、一加速管7、一分析磁場磁鐵8、一可變旋轉分析縫9、一對稱雙電極掃描板10、一固定法拉第杯11、一平行透鏡磁鐵12、一離子束13、一靶室晶片處理系統14。長壽命氣固兩用離子源1利用進入腔體的物質產生所需大量的等離子。大量等離子體以一定能量引出，並進入三維(X/Y/Z)自動調整系統3，經過該系統在三方向的自動位置調整和匹配以及和引出抑制電極4的過濾二次電子後，輸出的斑點束以最佳聚焦位置和形狀通過預分析系統5，預分析系統5將輸出束流中的重離子與輕離子分開，初步分選出工藝所需注入離子，其他離子則被阻擋。所需離子束流進入圓形加速管7和聚焦電極6，通過加速管7獲得一定能量，獲得能量的離子束進入磁分析器系統8，90°的磁分析器8將同位素不同質量的離子分開，並選擇所需質量數的離子束通過可變旋轉分析縫9，分選出唯一所需質量數的離子束。這裡採用先加速後分析模式，降低了能量汙染，因此在固定法拉第杯 11就可獲得較高純度離子束。高純束流繼續通過低能透鏡系統，低能透鏡系統對束斑進行一定的聚焦。高密度束斑進入對稱雙電極掃描板10，雙電極掃描板10的電壓由靜電掃描系統控制，在掃描板系統離子束沿水平方向作覆蓋晶片的高速掃描，形成對稱的水平掃描束， 掃描束通過45°平行透鏡磁鐵12，形成輸出角度一致、不同位置均勻分布的束流，平行透鏡磁鐵12同時完成過濾功能，將中性粒子等濾掉，保證離子束再次提純，從而獲得注入工藝及靶室晶片處理系統14所需的離子束13。在得到離子束13後，由於要對束流品質進行優化，為了滿足生產率的要求，發明使用了一種大角度離子注入機快速調束的優化算法，它包括黃金搜索算法和掃描檢測算法。黃金搜索算法優化程序是設計好的一個空間的最大值化程序用來調節每個變量使進入固定法拉第杯11的束流最大，當執行調束優化的程序時，在指定的允許時間間隔內執行對圖2內每個變量的調節。算法通過比較在初始時間間隔之內兩個不同位置的電流值，基於這個結果，縮小搜索的時間間隔。當在峰值位置周圍，時間間隔又足夠小時收斂的標準就達到要求。
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a-c I < 0. 05* (b+B)這裡a和c是時間間隔的兩個限定值，b是測量電流的舊位置，B是新位置。如果優化算法再次運行，新的初始位置就是先前運行時找到的最後位置，搜索的時間間隔自動設為先前的一半，它居中於發現的最好位置。然而，新的最後的時間間隔總是處於定義在菜單裡的初始時間間隔裡面。為了提高算法的速度，不損失束流調節的精確性， 調束算法使用另一個收斂標準。如果在兩個後來的位置測量的電流變化沒有超過2%，一個標記設置為1，在第三點處測量電流。如果電流變化仍然在2%之內，那麼算法完成，即使舊的收斂標準還不滿意。黃金搜索算法主要用來調節三維(X/Y/Z)自動調整系統3中的引出電極X軸，引出電極Y軸，源磁場磁鐵2的磁場電流，聚焦電極6的聚焦電壓，三維(X/Y/Z)自動調整系統3中的引出電極Z軸，引出抑制電極4的引出抑制電壓，它類似於使用在調節分析磁場高斯值的掃描程序。具體調節參數如圖2所示。掃描檢測算法主要用來調節預分析磁場磁鐵5的磁場強度，分析磁場磁鐵8的磁場強度和平行透鏡磁鐵12的磁場強度(高斯值)。在優化調束程序中，主要是對分析磁場磁鐵8的磁場高斯值進行優化。優化分析器磁場的高斯值——分析器磁場高斯值的控制是在分析器數值周圍對 8. 5kG區域內5高斯的步幅進行優化的一個算法。它將從編程預定值開始，保存固定法拉第杯11所接收的電流。然後它從編程預定值上和下O 或5高斯)步進並記錄相應的電流。基於在三個磁場設定處的電流比較，它決定是否接受編程預定值或開始增加(或減少)磁場設定值。該快速調束算法已經成功地應用在目前研製出來的大角度離子注入機上，通過大量的引束試驗，大量地建立新菜單，並應用束流調節程序成功地調節出需要的束流，調束成功的菜單通過學習保存後，在下次的調用就變得簡單快速，為生產率的提升和以後的產業化打下了堅實的基礎。本發明的特定實施方式已對本發明的內容做了詳盡說明。對本領域一般技術人員而言，在不背離本發明精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都構成對本發明專利的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1. 一種大角度離子注入機包括一長壽命氣固兩用離子源、一源磁場磁鐵、一三維(X/ Y/Z)自動調整系統、一引出抑制電極、一預分析磁場磁鐵、一聚焦電極、一加速管、一分析磁場磁鐵、一可變旋轉分析縫、一對稱雙電極掃描板、一固定法拉第杯、一平行透鏡磁鐵、一離子束、一靶室晶片處理系統，其特徵在於在快速調束程序中設計到對它們各個參數的快速優化，快速調束的優化算法包括黃金搜索算法和掃描檢測算法。黃金搜索算法主要用來調節三維(X/Y/Z)自動調整系統中的引出電極X軸，引出電極Y 軸，源磁場磁鐵的磁場電流，聚焦電極的聚焦電壓，三維(X/Y/Z)自動調整系統中的引出電極Z軸，引出抑制電極的引出抑制電壓。掃描檢測算法主要用來調節預分析磁場磁鐵的磁場強度，分析磁場磁鐵的磁場強度和平行透鏡磁鐵的磁場強度(高斯值)。
全文摘要
本發明公開了一種大角度離子注入機快速調束的優化算法，束流優化算法使用部分黃金搜索算法和掃描檢測算法。本發明最大特點是大角度離子注入機在運行自動調束功能時，在極短的時間內能夠調節出束流並能進行優化調束，工藝數據能實時處理，最終獲取高品質束流。
文檔編號H01J37/317GK102347193SQ20101024306
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者伍三忠, 唐景庭, 孫勇, 王迪平 申請人:北京中科信電子裝備有限公司