Руководство пользователя (NV8200P)

1. Установка ионной имплантации серии NV-8200/8250

Общее описание системы управления (продолжение)

Как это работает (продолжение)

После проверки возможности безопасного исполнения команды при текущем статусе машины ПО логического контроллера направляет команду на интерфейс соответствующего устройства. Интерфейсы устройств, называемые DI, приводят в действие соответствующие системы (модуль ионного источника или приемной станции), подавая команды на реле, двигатели, соленоиды и другие приводы и собирая данные с концевых выключателей, датчиков и множества других сенсоров.

Продолжение на следующей странице

4640-0137-0001 Ред. A

1-19

Руководство пользователя системы серии Eaton NV-8200/8250

Общее описание системы управления (продолжение)

Пример отклика системы контроля

Допустим, вы кликнули по кнопке Close V8 (Закрыть V8) в экране «Vacuum Control» (Управление откачкой). Как показано на Рисунке 1-9, изменяется опрделенное значение регистра контроллера и ПО логического контроллера получает соответствующую команду. Соответстующий модуль контроллера передает ее на модуль DI (цифрового ввода – Digital Input) выскоковольного терминала, который замыкает соответствующий переключатель. Контроллер «видит», что переключатель для V8 замкнут, и возвращает значение соответствующему элементу регистра V8-Closed = True (V8-Закмнут = Истина), в результате чего интерфейс оператора показывает X в клетке V8 на экране «Управление откачкой».

Рисунок 1-9 Пример отклика систему контроля

	Вы кликаете по	Проверка обнов-	Контроллер подает
		ления региста:	команду на DI со-
	кнопке Close V8
		V8-Closed = True	ответствующего
			модуля закрыть V8	Модуль подает
				напряжение для акти-
				вации V8. DI «видит»
	Интерфейс опе-	Логический контроллер	Интерфейс	замкнутый контроль-
	ратора (ИО)		устройства	ный выключатель и
				«изменяет состояние»
				модуля
	ОИ показы-	Контроллер «видит»,	Изменение реги-
			стра:
	вает в окош-	что переключатель
			V8-Closed = True
	ке V8	для V8 замкнут

1-20	4640-0137-0001 Ред. A

1. Установка ионной имплантации серии NV-8200/8250

Общее описание систем установки ионной имплантации

Введение

Ионная имплантация происходит, когда установка имплантации создает ионной пучок и направляет этот пучок на полупроводниковые пластины в технологической камере. В этом процессе задействованы четыре основные системы: вакуумная система, система генерации и управления ионным пучоком, загрузка и транспортировка полупроводниковых пластин (или приемная станция) и система управления.

Вданном подразделе обсуждаются система генерации и управления ионным пучком и вакуумная система (к системе генерации и управления пучком отнесен также дисплей осцилографа). Система управления рассматривается в подразделе «Общее описание системы управления» на странице 1-18. Система загрузки и транспортировки полупроводниковых пластин обсуждается в Разделе 5, «Загрузка и транспортировка полупроводниковых пластин».

Вданном подразделе

Данный подраздел включает следующие темы:

Тема	См. страницу
Система генерации у упрвления ионным пучком	1-30
Дисплей осцилографа	1-37
Система загрузки и транспортировки полупроводниковых	1-39
пластин
Вакуумная система	1-40

4640-0137-0001 Ред. A

1-29

Руководство пользователя системы серии Eaton NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком

Введение

Система генерации и управления ионным пучком использует газ или пар, извлекаемый из твердотельного источника, для получения ионов и придает ионам их первоначальное ускорение. Затем она отфильтровывает частицы, отличающиеся от ионов избранного типа, и формирует ионный пучок. Она фокусирует ионный пучок, ускоряет его до конечной скорости (энергии) и перемещает его (выполняет сканирование) по полупроводниковой пластине. Большая часть компонентов системы генерации и управления ионным пучком располагается в корпусе высоковольтного терминала.

В данном подразделе перечислены основные компоненты системы генерации и управления пучком, с последующим кратким описанием каждого компонента.

Компоненты в высоковольтном терминале

Компоненты системы генераций и управления пучком в высоковольтном терминале:

•Система подачи газа в источник ионов

•Ионный источник

•Испаритель (испарители)

•Электрод

•Разрядная камера

•Экстрактор

•Магнит анализатора

•Прерыватель пучка

•Отражающий энергетический фильтр (отсутствует в установках имплантации NV-8250-002 или установках имплантации, оснащенных модифицированной версией Dose 2)

•Квадрупольная линза

•Сканирующий узел

•Электростатическая линза

•Ускорительная колонна

Компоненты приемной станции

Компоненты системы генерации и управления пучком в приемной станции:

•Угловой энергетический фильтр

•Система измерения профиля пучка

•Энергетические диафрагмы

•Узел нейтрализации заряда

•Подвижный цилиндр Фарадея

Продолжение на следующей странице

1-30	4640-0137-0001 Ред. A

1. Установка ионной имплантации серии NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Система подачи газа в источник ионов

Во встроенном газораспределительном шкафу размещается система подачи газа. Эта система включает газовые баллоны с технологическими газами. Во вспомогательном газораспределительном шкафу размещается дополнительный газовый баллон с газом-источником и газовый баллон с газом для охлаждения полупроводниковых пластин. Газ-источник в отсеке вспомогательного газа должен быть нетоксичным.

Система подачи газа подает выбранный газ в узел ионного источника с задаваемой величиной потока. Скорость потока газа является фактором, определяющим скорость получения ионов.

Ионный источник

Ионный источник генерирует ионизованные атомы легирующего материала для имплантации в полупроводниковые пластины. Исходный материал (твердый или газообразный) вводится в ионный источник с горячим катодом. В разрядной камере образуется ионизованный газ, состоящий из электронов, ионов и неионизированных частиц, называемый плазмой.

Узел ионного источника включает испарители, нить накаливания, разрядную камеру, магнит источника и компоненты системы охлаждения.

Продолжение на следующей странице

4640-0137-0001 Ред. A

1-31

Руководство пользователя системы серии Eaton NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Испарители

В установке имплантации серии NV-8200/8250 имеются двойные испарители, нагревающие твердый материал источника до устанавливаемой температуры и поддерживающие эту температуру с точностью до одного градуса Цельсия. При этом происходит испарение материала источника с контролируемой скоростью. Скорость испарения определяет давление пара, поступающего в разрядную камеру. Операторы с более высоким уровнем подготовки могут задавать или изменять скорость испарения.

Температура испарителя не должна задаваться выше необходимой температуры. В случае превышения температурой испарителя необходимой температуры материал источника создает избыточный пар. Это может вызвать преждевременный выход источника из строя и необходимость в неплановом техническом обслуживании.

Термокатод

Термокатод испускает электроны при прохождении по ней электрического тока (тока нити накаливания). Скорость испускания электронов с термокатода зависит от температуры нити накаливания. Для любой конкретной нити накаливания в любой конкретный момент увеличение тока нити накаливания приведет к увеличению эмиссии электронов посредством увеличения температуры нити накаливания. При использовании термокатода, частицы материала нити накаливания уносятся, поэтому нить накаливания постепенно теряет массу. Для нити накаливания, бывшей в использовании и потерявшей часть своей массы, требуется меньший ток для поддержания на заданном уровне эмиссии электронов.

Разрядная камера

В разрядной камере располагается нить накаливания (термокатод). При поступлении в разрядную камеру частиц газообразного или парообразного источника часть их сталкивается с электронами, испускаемыми нитью накаливания (термокатодом), и ионизируется.

При работе ионного источника дуговая камера содержит ионизованный газ, состоящий из электронов, ионов и неионизированных частиц. Этот ионизованный газ называется плазмой.

Продолжение на следующей странице

1-32	4640-0137-0001 Ред. A

1. Установка ионной имплантации серии NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Разрядная камера (продолжение)

Электроны, оставляющие нить накаливания, имеют недостаточную энергию для эффективной ионизации частиц легирующего газа/пара. Система управления поддерживает в разрядной камере потенциал (напряжение разряда) несколько выше потенциала нити накаливания (термокатода). Эта разница в потенциалах притягивает электроны к стенкам разрядной камеры, ускоряя их и повышая эффективность ионизации. Направленное движение электронов от нити накаливания (термокатода) к стенке дуговой камеры представляет собой ток разряда. Установка ионной имплантации серии NV8200/8250 варьирует напряжение нити накаливания (термоктода) для поддержания тока разряда на должном уровне.

Магнит источника

Магнит источника (установленный снаружи разрядной камеры) создает поле, действующее в сочетании с электрическим полем, создаваемым нитью накаливания, для отклонения электронов, испускаемых нитью накаливания, на спиральные траектории. Это увеличивает расстояние, которое проходит каждый электрон от нити накаливания до стенки разрядной камеры. Поскольку электроны проходят больший путь, у них выше шанс столкнуться с частицами легирующего газа/пара.

Узел экстрагирования

Узел экстрагирования вытягивает ионы из разрядной камеры и ускоряет их, направляя в узел магнитного масс-сепаратора, предотвращая при этом обратный поток свободных электронов в разрядную камеру.

Заряженная частица, проходя в электрическом поле, накапливает энергию, если поле ускоряет ее, или теряет энергию, если поле тормозит ее. Эта энергия, выражаемая в электрон-вольтах (эВ), пропорциональная силе электрического поля и величине заряда частицы. Ион с двойным зарядом (++) накапливает вдвое больше энергии, чем однозарядный ион (+), при прохождении через узел экстрагирования.

Магнитый масс-сепаратор

Пучок, попадающий в магнитный масс-сепаратор, состоит из положительных ионов нужных видов и ионов других видов, нейтральных частиц и свободных электронов. Нейтральные атомы и электроны являются продуктами столкновений между частицами в пучке.

Продолжение на следующей странице

4640-0137-0001 Ред. A

1-33

Руководство пользователя системы серии Eaton NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Магнитый масс-сепаратор (продолжение)

Заряженные частицы при движении реагируют на магнитное поле, изменяя направление. Магнит анализатора отклоняет положительно заряженные ионы в пучке к ускорительной колонне, при этом отклоняя электроны в противоположном направлении. На нейтральные атомы магнитные поля не действуют, поэтому они не меняют направления; они продолжают двигаться до достижения облицовки камеры масс-сепаратора.

Каждый ион имеет характерную массу, выраженную в атомных единицах массы (а.е.м.). Установка имплантации настраивает магнит анализатора таким образом, чтобы отклонять ионы с нужной атомной массой через разрешающую апертуру к колонке ускорителя. Более тяжелые ионы изменяют направление недостаточно, чтобы пройти через разрешающую апертуру магнита, а ионы меньшей массы изменяют направление слишком сильно, чтобы сделать это. Этот процесс сортировки ионов по атомной массе называется масс-сепарацией; отсюда термин магнитый масс-сепаратор. Операторы с более высоким уровнем подготовки могут выбирать правильную установку а.е.м. для нужного типа ионов.

Программное обеспечение установки ионной имплантации серии NV-8200/8250 позволяет выводить на дисплей график, показывающий состав плазмы. Для сбора этой информации установка имплантации варьирует массу, на которую настраивается магнит масс-сепаратора, и измеряет ток пучка для каждой установки а.е.м. Программное обеспечение определяет, где в спектре значений масс возникает самый высокий ток пучка. Оно использует значение тока пучка в этой точке в качестве эталонного значения (100%) и указывает все остальные измерения тока пучка в виде процента от этого значения.

Прерыватель пучка

После выхода пучка ионов из магнита он достигает прерывателя пучка. Прерыватель пучка контролирует процент пучка, достигающего область мишени. При закрытом прерывателе пучка он полностью блокирует пучок. При его открытии пучок пропускается.

Отражающий энергетический фильтр

Из-за взаимодействий между ионами в пучке и другими частицами, с которыми они могут сталкиваться, часть ионов, достигающих апертуры шлюза после прохождения магнита анализатора, может иметь энергию ниже желаемой. Отражающий энергетический фильтр отфильтровывает ионы с энергией ниже желаемой. Ионы с правильным уровнем энергии пропускаются через отражающий фильтр.

Отражающий энергетический фильтр отсутствует в установках имплантации NV-8250-002 или установках имплантации, оснащенных обновленной версией Dose 2.

Продолжение на следующей странице

1-34	4640-0137-0001 Ред. A

1. Установка ионной имплантации серии NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Квадрупольная линза

Узел квадрупольной линзы фокусирует пучок ионов. Он состоит из двух групп по четыре электрода в каждой, установленных с интервалами в 90 градусов вокруг канала пучка. Электроды сжимают пучок к центру канала.

Сканирующий узел

Ионный пучок перемещается горизонтально по полупроводниковой пластине, с использованием пары электродов. Варьируя напряжение, присутствующее на электродах, сканирующий контур отклоняет пучок назад и вперед, обеспечивая полное и равномерное покрытие полупроводниковой пластины по горизонтальной оси.

Электростатическая линза

Электростатическая линза модифицирует распараллеленный электростатический сканирующий пучок в параллельный сканирующий пучок. Линза выполнена из двух криволинейных электродов и преобразует форму пучка электростатически.

Рисунок 1-14 Электростатическая линза

линза

распараллеленный пучок

параллельный пучок

Продолжение на следующей странице

4640-0137-0001 Ред. A

1-35

Руководство пользователя системы серии Eaton NV-8200/8250

Система генерации и управления ионным пучком (продолжение)

Ускорительная колонна

Ионы ускоряются или тормозятся до требующемой энергии разницей потенциалов в ускорительной колонне.

Конечная энергия пучка является суммой энергии, полученной ионами при ускорении в узле экстрагирования, энергии, полученной при прохождении электростатическйо линзы и энергии приобретаемой ионами в ускорительной колонне.

Угловой энергетический фильтр

Угловой энергетический фильтр состоит из пары электродов, отклоняющих пучок ионов перед прохождением через энергетические диафрагмы. Поскольку частицы с разными уровнями энергии отклоняются на разную величину, только частицы с нужным уровнем энергии отклоняются на величину, требующуюся для прохождения через диафрагмы.

Система измерения профиля пучка

Система измерения профиля пучка представляет собой узел, измеряющий плотность пучка. Он движется на механизированной каретке и перемещается перпендикулярно оси пучка. Он измеряет плотность пучка одним из следующих способов, в зависимости от избранного режима:

•в режиме XY создает карту плотности пучка в статческом режиме (сканирование отключено)

•в режиме однородности по горизонтали измеряет плотность сканирующего пучка по полупроводниковой пластине (сканирование включено)

Результаты системы измерения профиля пучка вводятся в экране «Управление пучком» («Beam control»).

Энергетические диафрагмы

Энергетические диафрагмы представляют собой пару щелей, образованных зазором, созданным между двумя графитовыми пластинами. При прохождении пучка через диафрагмы частицы с несоответствующим уровнем энергии удаляются.

Узел нейтрализации заряда

Узел нейтрализации заряда представляет собой опциональный узел, который создает поток свободных электронов на полупроводниковую пластину во время имплантации. Это предотвращает повреждение устройства посредством нейтрализации заряда на полупроводниковой пластине, не влияя на точность и набор дозы при имплантации.

Подвижный цилиндр Фарадея

Подвижный цилиндр Фарадея измеряет ток пучка перед имплантацией полупроводниковой пластины.

1-36	4640-0137-0001 Ред. A