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研究生:陳誼謄
論文名稱:半導體離子佈植機離子束穩定之研究
論文名稱(外文):Study on Stabilizing Ion Beam of Semiconductor Ion Implanter
指導教授:林昭志林昭志引用關係蕭瑛星
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:離子電漿離子佈植離子源
外文關鍵詞:IonPlasmaIon ImplantionIon Source
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離子佈植方法是利用高電壓加速的方式產生離子束,將欲摻雜的離子強力植入晶圓表面的製程。積體電路製造的設備控制已完全抑賴電腦系統,電腦替代了很多人力的付出,但還是無法完全取代人類的思維判斷處理,只能循著人類設定的程式執行,無法依現實的狀況做最佳判斷調整。
本研究的商用離子佈植設備由真空腔體、離子源、萃取器、質譜儀、加速器、法拉第杯等組合而成。離子源為離子束產生的來源,由電弧電源供應、氣體(BF3、PH3、AsH3、Ar)、離子源磁場電源供應、萃取電源供應、燈絲電源供應等五項匹配輸出產生,顯現的參數有電弧電壓、氣體流量、離子源磁場電流、萃取電流及燈絲電流。目前燈絲電流設計成系統可自動匹配調整。
本研究將上述五項參數排除燈絲電流後的四項參數,進行個別的變動實驗,並針對實測的數據資料分析探討相關參數之影響。電弧電流、偏壓電流、萃取抑制電流、前段離子束量測的電流、後段離子束量測的電流、離子束的均勻度、離子束的干擾度等7項參數會有明顯的變化。實際運用上述7項參數的變化,作為人為介入調整離子束依據方向,每月可增加每台機台2小時的產能。人為調整離子束後,機台的負載若是偏高或離子束損耗連續多筆數據大於85%時,需安排例行性維修保養。
Ion implantation method is a process that implants ion beam into wafer surface by accelerating high-voltage. Since the production of semiconductor is mostly controlled by computer system, many labor forces are therefore replaced. However, human judgment that operates the program to make the optimized decision cannot be entirely systemized.
In this study, the proposed ion implantation machine is composed of vacuum chambers, ion source, extractor, mass spectrometry, accelerator and Faraday cup. The ion source is produced from the ion beam and supplied by the combination of arc supply, gas (BF3、PH3、AsH3、Ar), power supply of ion source magnet and extraction power supply, etc., which appears as five parameters of arc voltage, gas flow, magnet current for ion source and extraction current. So far, the circuit design of filament can be automatically adjusted into the system .
The above five parameters are respectively experimented in the study to investigate the parameter effect according to experimental data. The result shows seven parameters with obvious changes, which are arc current, suppression current, extraction current, forward part of ion beam current, backward part of ion beam current, ion beam consistency and ion beam interference rate. Base on the changes of above seven variables to operate the implanter by human judgment, it can increase 2 hours/month of production for every machine. Moreover, a routine maintenance is required if the loading is getting high or the consumption of ion beam is continuously more than 85% after manual operation.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
謝誌 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2 論文架構 3
第二章 文獻探討 4
2.1積體電路製造流程圖 4
2.2 離子佈植的原理 6
2.3 離子佈植的應用 8
第三章 離子佈植機的架構 11
3.1真空腔體 13
3.2 離子束的形成 18
3.3 加速器與法拉第杯 26
第四章 實驗方式與結果 28
4.1實驗方法與討論 28
4.2 實驗方式 35
4.3 實驗結果 54
第五章 結論與未來研究方向 58
5.1 結論 58
5.2 未來研究方向 59
參考文獻 60

圖目錄
圖2-1 積體電路製造流程圖 5
圖2-2 摻雜離子圖撞擊材料表面產生的交互作用圖 6
圖2-3 積體電路製做剖面圖 7
圖2-4 積體電路300mm晶圓65奈米製程 9
圖2-5 積體電路300mm晶圓46奈米製程 9
圖3-1 商用離子佈植設備個結構組合相對位置 12
圖3-2 商用離子佈植設備外觀 12
圖3-3 商用離子佈植設備內部離子源位置 13
圖3-4 大氣下的分子 14
圖3-5 真空下的分子 15
圖3-6 渦輪式真空幫浦與真空腔體銜接示意圖 17
圖3-7 冷凍式真空幫浦與真空腔體銜接示意圖 18
圖3-8 離子源示意圖 20
圖3-9 商用離子佈植設備離子源外觀 20
圖3-10 電弧反應室外圍加上電磁鐵 21
圖3-11 萃取器示意圖 22
圖3-12 商用離子佈植設備萃取器外觀 22
圖3-13 電弧反應室與接地電極板之間的電位差V 23
圖3-14 氣體BF3經熱電子撞擊產生的離子型態 24
圖3-15 佛萊明左手定則 25
圖3-16 質量分析器 26
圖3-17 累積加速原理 26
圖3-18 法拉第杯 27
圖4-1 離子束的形成 28
圖4-2 商用離子佈植設備機台前段調機操作畫面 31
圖4-3 商用離子佈植設備機台後段調機操作畫面 31
圖4-4 商用離子佈植設備機台參數數值顯示畫面 32
圖4-5 商用離子佈植設備機台離子束輪廓檢查畫面 33
圖4-6 商用離子佈植設備機台自動調機失敗畫面 33
圖4-7 實驗的步驟流程圖 34
圖4-6 電弧電壓變動時電弧電流表現的趨勢 36
圖4-7 電弧電壓變動時偏壓電流表現的趨勢 36
圖4-8 電弧電壓變動時萃取抑制電流表現的趨勢 37
圖4-9 電弧電壓變動時前段離子束量測的電流表現的趨勢 37
圖4-10 電弧電壓變動時後段離子束量測的電流表現的趨勢 38
圖4-11 電弧電壓變動時離子束均勻度表現的趨勢 38
圖4-12 電弧電壓變動時離子束干擾度表現的趨勢 39
圖4-13 萃取電流變動時電弧電流表現的趨勢 40
圖4-14 萃取電流變動時偏壓電流表現的趨勢 41
圖4-15 萃取電流變動時萃取抑制電流表現的趨勢 41
圖4-16 萃取電流變動時前段離子束量測的電流表現的趨勢 42
圖4-17 萃取電流變動時後段離子束量測的電流表現的趨勢 43
圖4-18 萃取電流變動時離子束均勻度表現的趨勢 43
圖4-19 萃取電流變動時離子束干擾度表現的趨勢 44
圖4-20 氣體流量變動時電弧電流表現的趨勢 45
圖4-21 氣體流量變動時偏壓電流表現的趨勢 46
圖4-22 氣體流量變動時萃取抑制電流表現的趨勢 46
圖4-23 氣體流量變動時前段離子束量測的電流表現的趨勢 47
圖4-24 氣體流量變動時後段離子束量測的電流表現的趨勢 48
圖4-25 氣體流量變動時離子束均勻度表現的趨勢 48
圖4-26 氣體流量變動時離子束干擾度表現的趨勢 49
圖4-27 離子源磁場電流變動時電弧電流表現的趨勢 50
圖4-28 離子源磁場電流變動時偏壓電流表現的趨勢 51
圖4-29 離子源磁場電流變動時萃取抑制電流表現的趨勢 51
圖4-30 離子源磁場電流變動時前段離子束量測的電流表現的趨勢 52
圖4-31 離子源磁場電流變動時後段離子束量測的電流表現的趨勢 52
圖4-32 離子源磁場電流變動時離子束均勻度表現的趨勢) 53
圖4-33 離子源磁場電流變動時離子束干擾度表現的趨勢 53
圖4-34 某A公司機台狀況報表 57

表目錄
表3-1 真空壓力換算表 14
表3-2 各種真空度代表的壓力範圍 16
表4-1 機台使用電源供應器的電壓及電流規格 29
表4-2 程式限制條件 30
表4-3 以電弧電壓為變動參數實驗結果記錄表 35
表4-4 以萃取電流為變動參數實驗結果記錄表 40
表4-5 以氣體流量為變動參數實驗結果記錄表 45
表4-6 以離子源磁場電流為變動參數實驗結果記錄表 50
表4-7 不同變動參數為基準之結果比較表 55
表4-8 離子束從前段到後段的損耗度表 56
參考文獻
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[12]Varian VIISta High Energy 3000HP/XP Operation and Maintenance
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[18]Varian VIISta 3000HP Equipment Reference Manual, ME82282770/1/2/3_RevB, 2005.
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