Wuxi CSMC-HJ Semiconductor Co., Ltd.
无锡华晶上华半导体有限公司
注入机引束培训教材
引束一直是我们大家共同关心的问题，各人对设备的了解程度不一样，熟练程度不一样，也就导致了引束水平的不一致。本文主要结合前人引束的经验以及本人引束的一些体会，以GSD为例，与大家一起分享，共同服务生产，维持设备状态。
要提高引束能力，优化引束质量，必须要了解设备的基本工作原理，明确判断引束质量的指标，了解引束参数设置对工艺可能造成的影响。
下面的内容，我会结合以上几个方面讨论如何较好引NV-GSD束流的问题。
1. 束流产生的过程
简单的讲，束流是工艺气体通入到source的arc腔内，受到arc腔内的电子撞击产生正电离子，离子在Extraction的电场作用下加速，通过AMU选择出注入目标离子，最终形成目标束流，注入到产品里。
2. 工艺气体的控制
在我们日常注入的杂质主要有B+、BF2+、P+、As+ 等，另外转换气体源时会用到Ar 。这些气体源都是通过管道直接通入ARC CHAMBER内的，其气体流量大小由流量计(MFC)进行控制的。
工艺气体流量对束流的控制有很大影响。如果工艺气体太少，这样势必束流引不大，甚至会灭弧；工艺气体太多，导致ARC CHAMBER内的源气体过剩，灯丝产生的电子无法起到良好的放电作用，束流也引不大；同时，如果工艺气体设置过大，会导致设备真空很差，可能影响到注入剂量，造成产品异常。
如何最优化设置工艺气体流量呢？原则上是在引到菜单规范束流的情况下，气体流量越小越好。设置气体流量时，我们需要关注IG!的示数。一般情况下，可以参照下表，优化设置工艺气体流量。
菜单分类 E12&E13 E14 E15&E16 IG1控制标准/T 2E-5左右 4E-5左右 5E-5左右 3. arc chamber的控制 arc chamber是用来产生离子的弧光反应室。其主要结构如下图所示：
在arc chamber内，离子是怎么产生的呢？灯丝电源给灯丝加电后，灯丝会产生大量热电子；同时，arc电源会在灯丝和arc chamber之间加载电压；这样灯丝产生的热电子会在电场作用下，向arc chamber壁运动，撞击工艺气体，使工艺气体分子电离，产生所需要的正电离子。
为了提高工艺气体电离效率，arc chamber上下安装了source magnet。它会在 arc chamber内提供磁场，使灯丝产生的热电子在arc chamber内作弧线运动，增大碰撞工艺气体的几率。提高电离效率。
Source magnet的设置对束流产生有很大影响。如果设置过大，灯丝热电子运动半径会很小，导致其在arc chamber的运动轨迹无明显变化，如下图轨迹B所示；如果设置过小，灯丝热电子运动半径会很大，
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导致其在arc chamber的运动轨迹路程反而减小，如轨迹A所示；合理的source magnet设置能大大提高灯丝热电子的运动轨迹路程，如轨迹C所示，从而增大工艺气体的电离量，提升束流。
B C A
一般情况下，引B以及多电荷的束流时，source magnet、arc voltage、arc current会比其他元素大一些；同时，source magnet和工艺气体(MFC)有很大关联性，两者需要交互设置匹配。
评价arc chamber设置，一般是在引出菜单规范束流的前提下，arc current、arc voltage越小越好。
+
4. Extraction控制
在arc chamber产生的离子本身并不能形成束流，需要加上吸极(extraction)电压后才能够将arc chamber内的离子吸出形成束流。
束流是大量正电荷形成的离子束，由于带电离子同性相斥，所以束流从arc chamber出来后，会慢慢发散；同时，设备也安装了聚焦装置，收拢束流。实际束流可以抽象为下图所示：
从上图可以看出：Extraction的位置（GAP AXIS）对束流会有很大影响。如果GAP AXIS太近或者太远，当离子束通过Extraction的狭缝时，会有部分离子被Extraction挡住，导致束流损失。而且，GAP AXIS太近或者太远时，会造成Extraction current过大，加速恶化设备状态，甚至造成设备打火，引起真空破坏，园片报废等异常。
设置GAP AXIS时，需要同时关注beam current和Extraction current两个参数。合理的GAP AXIS会增大beam current, 同时Extraction current无明显变化，甚至减小。
Extraction current是一个非常重要的优化引束参数，在能引到菜单规范束流的前提下，Extraction current越小越好。
对于M2和G7两台注入机，它们用的硬件为三轴的，需要匹配tile、side、gap的设置调整Extraction的合理位置。
5. Suppression控制
Suppression也会聚焦束流，同时能矫正束流方向。当suppression current 1和suppression current 2都过大时，可以调整GAP AXIS，减小suppression current；如果suppression current 1和suppression current 2其中仅一个过大时，这是可能束流偏，可以通过调节suppression的avg与diff的设置，矫正束流方向，降低suppression current。
6. AMU控制
AMU是用来选择注入目标离子的装置。
调整AMU可以通过点AMU TUNE来自动调整或手动微调，调节AMU时一定要使束流达到峰值。
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如果束流到峰值时,AMU超过菜单规范，这是需要找工艺人员处理。
注入引束主要就是通过以上各参数的调节来进行的，各参数与束流的关系都是抛物线关系并非线性关系，而且其最高点位置会不断变化，也就是说引束是不断调整以上参数来寻找束流的最高点。对于一些小束流注入，不应该通过改变SOURCE MAGNET、GAP AXIS等来减少束流，而应通过降低ARC 电流、灯丝电流，这样可以降低设备的负载。
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附录：注入区域注意事项：
1. 日常QC安排：
1) 注入区域日常QC按照控制计划安排，当天的QC要尽可能快速得出测试结果； 2) 退火单作业信息填写完整、详细。 2. NV-6200a/av波形调节：
1) 两个波形顶部要重合，不能交叉（引束要特别注意这种情况，右边波形一定不能作业）
2) 两个波形左右要重合，不能分开（作片时如果设备自动变成右边的波形，请立即stop停止工艺，
产品开异常单，call工艺或者设备人员处理）
3) 压宽波形时，不能压得过宽至有线条从底部隆起
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4) 整体移动波形时，波峰一定要调整到屏幕上显示的竖线处 5) 两个波形内部要重合，不能交叉
3. NV-6200a/av灯丝电流调节：
当束流不在菜单规范内，调节灯丝电流后，需要待灯丝电流的实际值与设定值一致并且稳定后才能开始工艺产品片；严禁在作片过程中调整灯丝电流，也不要在灯丝电流还没有稳定就开始作片。 4. NV6200a/av AMU调节：
1) 引束过程中，灯丝电流、arc电压、工艺气体流量、能量等参数都设置好后，需要调整AMU直到
束流为最大值； 2) 如果束流最大时，AMU实际值在理论值±0.2范围内，则可以工艺产品片；如果束流最大时AMU
实际值超出该范围，请找工艺人员处理；
3) 在每次更换菜单，重新引束时均需要调节AMU. 5. GSD固体Sb引束：
1) 转Sb前，如果工艺As时灯丝电流小于100A，请不要安排转Sb工艺（可能在转源过程中灯丝就
断）；如果有紧急Lot必须转Sb，需要联系工艺或设备人员；
2) 转Sb前，请作好当天QC预测，是否需要提前安排AsQC，不要出现因为需要安排日常QC而先
转As，然后马上转回Sb的情况；
批注：以上注意点请作业长或班长务必把握好，生产紧急时，可能提前或延后2小时转Sb或者提前安排AsQC均会对生产调配和设备产出有比较大的影响
3) 转Sb过程中，坩埚升温前，引好Ar束流500uA以上，然后设定坩埚温度300℃左右待其稳定，
然后依次设置坩埚温度350℃、400℃、450℃，分别等待至坩埚实际温度稳定，在此坩埚升温过
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程中设备务必引着Ar束流500uA以上；
4) 引着Ar束流，设定坩埚温度480℃左右，稳定10分钟左右，重新设置AMU至121，确认是否能
引出Sb束流；如果能引出，试图减小Ar流量，Sb束流没有明显减小则可以关闭Ar；如果引不出，则升高坩埚温度10℃左右，稳定几分钟，再确认，次类推； 5) 坩埚温度设置完毕后，引Sb和引气体源过程相当；
6) 引Sb时，如果坩埚升到550℃左右还引不到规范，请找设备或者工艺人员处理。 6. GSD引BF2束流：
在GSD引BF2时，如果arc current设置大于3.0A, 则禁止作业，找工艺人员处理；