一种离子束角度分析仪及其使用方法与流程

本发明属于离子束分析仪，具体地涉及一种离子束角度分析仪及其使用方法。

背景技术：

1、现有的离子束角度分析测量方案例如授权公告号为cn108931808b的中国发明专利，其通过一个检测光栏阵列和一个整体的法拉第杯进行检测，因此仅能够分析离子束整体的平均角度情况，无法对条形带状离子束截面长度方向各处的细节情况进行分析。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种离子束角度分析仪及其使用方法，解决现有方案检测分析精细度不高的问题，实现分析过程更简便，且对离子束截面的分析结果更为全面。

2、依据本发明的技术方案，本发明提供了一种离子束角度分析仪，包括有分析仪外壳，在分析仪外壳内设置有一排分析单元，分析仪外壳上设有一排分析孔，分析单元与分析孔一一对应，分析单元至少包括有角度检测单元，角度检测单元至少包括有水平角度检测单元和垂直角度检测单元中的一种；每一个水平角度检测单元均包括有三个横向排列设置的检测器；每一个垂直角度检测单元均包括有三个纵向排列设置的检测器。

3、进一步地，水平角度检测单元和垂直角度检测单元的结构均包括有依次排列设置的第一检测器、第二检测器和第三检测器，第一检测器和第三检测器之间夹设有绝缘套，第二检测器的背侧具有插接部并相匹配地插入在绝缘套内。

4、进一步地，第一检测器和第三检测器均具有呈l形的连接结构，第一检测器和第三检测器的两个l形的连接结构相对设置、围成框形，并在框形的内部夹设绝缘套，两个l形的连接结构之间具有间隙。

5、进一步地，水平角度检测单元和垂直角度检测单元间隔交替地分布设置。

6、进一步地，分析单元还包括有截面检测单元。

7、进一步地，分析仪外壳包括有盖板和盒体，在盖板和盒体底部之间依次设置有绝缘层、分析单元安装层和数据采集板；分析孔位于盖板和绝缘层，分析单元位于分析单元安装层，分析单元的背侧与数据采集板相连接。

8、进一步地，所述的离子束角度分析仪设置在离子注入设备中，离子注入设备的工艺腔中设有扫描机器人，扫描机器人包括有依次相连接的底座、伸缩臂和翻转部，底座与离子注入设备的工艺腔相连接，翻转部的一侧设置有用于承载晶圆的静电卡盘，翻转部的另一侧设置所述的离子束角度分析仪。

9、依据本发明的技术方案，本发明还提供了一种离子束角度分析仪的使用方法，其采用本发明所述的离子束角度分析仪，所分析的离子束的截面呈条形，一排分析孔的排列方向与离子束条形截面的长度方向相平行；

10、所述的离子束角度分析仪的使用方法包括有束流角度计算过程，其包括有如下步骤：

11、步骤s11，沿离子束截面宽度方向移动离子束角度分析仪，在此过程中，离子束角度分析仪接收离子束，并在移动过程的不同位置进行多次数据采集，在每一个检测位置得到如下数据：

12、所有水平角度检测单元的并排的三个检测器的测量值ic11、ic12、ic13，ic21、ic22、ic23，……icn1、icn2、icn3，其中，n为水平角度检测单元的总个数，每一个水平角度检测单元均有三个检测器的测量值；

13、所有垂直角度检测单元的并排的三个检测器的测量值iv11、iv12、iv13，iv21、iv22、iv23，……ivm1、ivm2、ivm3，其中，m为垂直角度检测单元的总个数，每一个水平角度检测单元均有三个检测器的测量值；

14、所有的检测位置均具有一组上述数据，从而形成水平角度检测数据矩阵和垂直角度检测数据矩阵；

15、步骤s12，通过如下公式计算离子束在水平方向的偏转角αc：

16、

17、式中，ici1总为第i水平角度检测单元的第一检测器的所有测量位置的测量值的总和，i＝1，2，…，n；

18、ici3总为第i水平角度检测单元的第三检测器的所有测量位置的测量值的总和，i＝1，2，…，n；

19、通过如下公式计算离子束在垂直方向的偏转角αv：

20、

21、式中，ivj1总为第j垂直角度检测单元的第一检测器的所有测量位置的测量值的总和，j＝1，2，…，m；

22、ivj3总为第j垂直角度检测单元的第三检测器的所有测量位置的测量值的总和，j＝1，2，…，m；

23、通过如下公式计算离子束在水平方向的发散角βc：

24、

25、kci上边缘＝(ici1上边缘-ici3上边缘)/(ici1上边缘+ici2上边缘+ici3上边缘)；

26、kci下边缘＝(ici1下边缘-ici3下边缘)/(ici1下边缘+ici2下边缘+ici3下边缘)；

27、式中，kci上边缘为在离子束上边缘位置处的水平发散中间系数，

28、icis上边缘为在离子束上边缘位置处第i水平角度检测单元的第s检测器的检测值，i＝1，2，…，n，s＝1，2，3；

29、kci下边缘为在离子束下边缘位置处的水平发散中间系数，

30、icis下边缘为在离子束下边缘位置处第i水平角度检测单元的第s检测器的检测值，i＝1，2，…，n，s＝1，2，3；

31、通过如下公式计算离子束在垂直方向的发散角βv：

32、

33、kvj上边缘＝(ivj1上边缘-ivj3上边缘)/(ivj1上边缘+ivj2上边缘+ivj3上边缘)；

34、kvj下边缘＝(ivj1下边缘-ivj3下边缘)/(ivj1下边缘+ivj2下边缘+ivj3下边缘)；

35、式中，kvj上边缘为在离子束上边缘位置处的垂直发散中间系数，

36、ivjs上边缘为在离子束上边缘位置处第j垂直角度检测单元的第s检测器的检测值，j＝1，2，…，m，s＝1，2，3；

37、kvj下边缘为在离子束下边缘位置处的垂直发散中间系数，

38、ivjs下边缘为在离子束下边缘位置处第j垂直角度检测单元的第s检测器的检测值，j＝1,2,…,m，s＝1,2,3；

39、其中，离子束的上边缘位置和下边缘位置的确定方式为：计算每一检测位置的流强检测值的总和it，以及所有检测位置的所有流强检测值的总和i总，判断从上至下哪一检测位置开始it大于i总的d％，则对应位置为离子束上边缘位置，判断从下至上哪一检测位置开始it大于i总的d％，则对应位置为离子束下边缘位置；d％的取值范围为10％-20％。

40、进一步地，所述的离子束角度分析仪的使用方法还包括有束流中心位置对正调节过程，在步骤s11、步骤s12之前进行，束流中心位置对正调节过程包括有如下步骤：

41、步骤s21，对离子束的位置进行粗调；

42、步骤s22，沿离子束截面宽度方向移动离子束角度分析仪，并在不同位置进行多次数据采集；

43、步骤s23，计算每一检测位置的检测值的总和，据此判断离子束的上边缘位置和下边缘位置，进而据此精调，使离子束角度分析仪以工艺要求的角度正对离子束。

44、进一步地，所述的离子束角度分析仪的使用方法还包括有束流厚度计算过程，束流厚度计算过程包括有如下步骤：

45、步骤s31，沿离子束截面宽度方向移动离子束角度分析仪，并在不同位置进行多次数据采集；

46、步骤s32，计算每一检测位置的检测值的总和，亦即检测数据矩阵每一行的总和，据此判断离子束的上边缘位置和下边缘位置，进而根据离子束的上边缘位置和下边缘位置计算出离子束的厚度。

47、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

48、1、本方案采用一排分析单元，且具有不同的检测功能，因此能够快速地对离子束截面上各个点位进行检测，掌握离子束各处的整体情况；其中，角度检测单元采用三个排列设置的检测器，离子束穿过分析孔后照射在检测器上，根据角度不同，各个检测器的信号也有不同，具有较高的信噪比，能够较为精确地进行束流角度及角度发散度的分析。

49、2、本方案的分析单元优选还包括截面检测单元，从而可以采集并计算束流的上下宽度、束流中心位置，有助于束流调节过程，并可以看出束流的形状。

50、3、本方案优选将离子束角度分析仪固定安装在扫描机器人上，现有方案离子束角度分析仪为独立于扫描机器人设置，存在累积误差风险，本方案的检测分析和扫描采用同一机械臂，无累计误差，更为稳定可靠。