离子注入设备的打火侦测及离子束快速关断装置及方法与流程

本专利申请涉及半导体制造技术，尤其是一种离子注入设备的打火侦测及离子束快速关断装置及方法。

背景技术：

1、在半导体制造技术中，可以采用离子注入技术将期望的物质掺杂到晶片中。图1显示一种包含于离子注入机内的离子源装置100。离子源装置100被安装在弧光腔室111中。在弧光腔室111中包括加热式阴极反应室112和反射极117。加热室阴极反应室112内的灯丝113可作为阳极，而该反应室的腔体114可作为阴极，二者通电后激发出自由电子。自由电子在电磁场的作用下获得足够的能量，撞击源气体，从而将源气体电离为等离子体。通过以上方式产生的等离子体可以由引出电极装置，借助电压差而从反应室中吸取出来，从而进一步由聚焦系统处理为工艺所需的离子束。引出电极装置可包括设于离子源装置110的弧光腔室111上的离子源引出电极115，并可进一步包括抑制电极116以避免离子束的扩散。

2、为了给离子源引出电极115提供提取等离子体所需的电压，可将直流高压的引出电源120的输出(例如正向输出)连接到离子源装置100的离子源引出电极111上。

3、在基于图1的离子源装置而开展的离子注入工艺中，可能在离子束引出电极、抑制电极、束流纯化电极组件等位置发生打火现象。这些打火现象可能会造成离子束的不稳定(行业内称之为发生束流glitch)。针对这一问题，一些商用的引出电源，例如图1所示的引出电源120在输出端提供一个实时的电压监控信号，通过硬件电路接入束流扫描机器人的可编程多轴运动控制器(pmac)130的数字输入端口。当有打火发生时，引出电源120的电压监控会随之发生相应变化，pmac 130可以及时接收到信息，快速关断离子源100的起弧电源(即弧光腔室111的电源)，从而实现关断离子束的功能，并且准确记录pmac130控制下的晶片扫描运动的即时位置信息。

4、然而，上述这种利用采用引出电极的高压电源输出作为打火监控信号的方法，比针对比较单一的诱发离子束glitch的情况，不能完全覆盖发生离子束glitch的情况。并且，pmac模块是通过切断离子源起弧电源的方式间接关断离子束，这种情况下离子束容易造成能量污染，影响注入的浓度分布。

技术实现思路

1、针对上述问题，本专利申请提出一种离子注入设备的打火侦测及离子束快速关断装置及方法。这种方案旨在利用离子束电流大小的检测装置作为打火判定的依据，因此可侦测到离子注入装置中所有的打火发生点，降低晶片注入过程中报废的风险。此外，此方案采用高压开关来切断离子束引出电极的高压，可以实现快速切断离子束而且不会造成能量污染。可以降低晶片注入过程中能量污染的风险。

2、根据本申请的一个方面，提出一种离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，所述离子注入设备包括离子源引出电极和引出电源，所述打火侦测和束流关断装置包括：常闭的高压开关，用于串联在所述离子源引出电极和所述引出电源之间；高压开关控制装置，所述高压开关控制装置从离子束电流采集装置获得束流大小的信息，并基于束流大小信息判断是否发生打火。

3、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，当判定发生打火时，所述高压开关控制装置输出开关断开信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

4、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，当判定发生打火时，所述高压开关控制装置输出低电平信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

5、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述离子束电流采集装置是法拉第杯装置。

6、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述高压开关控制装置包括法拉第监控板，用于从所述法拉第杯装置获得束流大小的信息。

7、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述高压开关控制装置包括pmac控制器，所述pmac控制器在模拟输入端口接收来自离子束电流采集装置的束流大小信息，并在数字端口输出用于控制高压开关的信号。

8、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述pmac控制器用于控制运载晶片移动的扫描机构。并在判断发生打火时记录晶片上的注入位置信息。

9、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述高压开关控制装置包括高压开关控制器，用于根据来自所述pmac控制器的数字信号产生低电平信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

10、前述的有关打火侦测和束流关断装置的方案中，作为进一步的可选实现，所述高压开关控制装置包括光纤转换板，用于接受来自所述pmac控制器的数字信号，并输出相应的光信号给高压开关控制器。

11、根据本申请的一个方面，提出一种离子注入设备，包括：离子源引出电极；引出电源；以及如前文中任一段落所述的打火侦测和束流关断装置，其耦联在离子源引出电极和引出电源之间。

12、根据本申请的一个方面，提出一种离子注入设备的打火侦测和束流关断方法，所述离子注入设备包括离子源引出电极、引出电源、串联在所述离子源引出电极和引出电源之间的常闭的高压开关，以及离子束电流采集装置，所述方法包括，由逻辑部件周期性地执行如下过程：读取来自所述离子束电流采集装置的离子束流采样结果；基于离子束流大小信息，判定离子注入设备是否发生打火；以及当判定离子注入设备发生打火时，输出所述高压开关的开关信号。

13、前述的有关离子注入设备的打火侦测和束流关断方法的方案中，作为进一步的可选实现，所述逻辑部件被实现在pmac控制器中，所述pmac控制器用于控制运载晶片移动的扫描机构。

14、前述的有关离子注入设备的打火侦测和束流关断方法的方案中，作为进一步的可选实现，所述pmac控制器周期性执行的过程还包括：判定离子注入设备发生打火时，记录即时的离子注入位置信息。

技术特征：

1.一种离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，所述离子注入设备包括离子源引出电极和引出电源，所述打火侦测和束流关断装置包括：

2.如权利要求1所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，当判定发生打火时，所述高压开关控制装置输出开关断开信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

3.如权利要求2所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，当判定发生打火时，所述高压开关控制装置输出低电平信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

4.如权利要求1所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述离子束电流采集装置是法拉第杯装置。

5.如权利要求4所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述高压开关控制装置包括法拉第监控板(2401)，用于从所述法拉第杯装置获得束流大小的信息。

6.如权利要求1所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述高压开关控制装置包括pmac控制器(250)，所述pmac控制器在模拟输入端口接收来自离子束电流采集装置的束流大小信息，并在数字端口输出用于控制高压开关的信号。

7.如权利要求6所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述pmac控制器用于控制运载晶片移动的扫描机构。并在判断发生打火时记录晶片上的注入位置信息。

8.如权利要求6所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述高压开关控制装置包括高压开关控制器(230)，用于根据来自所述pmac控制器的数字信号产生低电平信号给所述常闭的高压开关，以切断离子束流。

9.如权利要求6所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，其特征在于，所述高压开关控制装置包括光纤转换板(2601)，用于接受来自所述pmac控制器的数字信号，并输出相应的光信号给高压开关控制器(230)。

10.一种离子注入设备，包括：

11.一种离子注入设备的打火侦测和束流关断方法，所述离子注入设备包括离子源引出电极、引出电源、串联在所述离子源引出电极和引出电源之间的常闭的高压开关，以及离子束电流采集装置，

12.如权利要求11所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断方法，其特征在于，所述逻辑部件被实现在pmac控制器中，所述pmac控制器用于控制运载晶片移动的扫描机构。

13.如权利要求12所述的离子注入设备的打火侦测和束流关断方法，其特征在于，所述pmac控制器周期性执行的过程还包括：

技术总结本专利申请公开了离子注入设备的打火侦测及离子束快速关断装置及方法。根据本申请的一种离子注入设备的打火侦测和束流关断装置，所述离子注入设备包括离子源引出电极和引出电源，所述打火侦测和束流关断装置包括：常闭的高压开关(220)，用于串联在所述离子源引出电极和所述引出电源之间；高压开关控制装置(210)，所述高压开关控制装置从离子束电流采集装置获得束流大小的信息，并基于束流大小信息判断是否发生打火。技术研发人员：杨立军,孟庆栋,崔世佩,王鑫磊,王宇琳,杨光亮,夏世伟,孙喆,赵伟受保护的技术使用者：上海凯世通半导体股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29