專利名稱：半導體晶片加工系統中的高壓室的參數監視儀的制作方法
本申請要求于2000年12月4日提交的韓國專利申請2000-73012的優先權，并將其中的內容整體引入本申請。
近來，在半導體晶片加工系統中，離子注入器被廣泛使用，它利用高能量給離子化的摻雜劑加速，并把加速后的摻雜劑注入晶片的被掩模掩蔽的表面。這是因為離子注入器的優點在于容易正確控制摻雜劑的數量與分布。在1998年11月公開的White等人的標題為HighCurrent Ribbon Beam Ion Implanter的美國專利5,834,786、1999年11月公開的Tien等的標題為Source Inner Shield For Eaton NV-10 HighCurrent Implanter的美國專利5,883,393和2000年1月公開的Lin等的標題為Ion Implanter的美國專利6,084,240中公開了離子注入器的多個實例。


圖1顯示了一個普通離子注入器10，它包括高壓室11、加工室16與裝載氣密室(load lock chamber)18。其中高壓室11包括離子源室與離子束線室，其中離子源室用來產生離子束，離子束線室用來控制離子束的強度并使離子加速。離子源室與離子束線室互相絕緣，兩者間有很大的電勢差，譬如40kV；離子束線室與地絕緣，并也有很大的對地電勢差，譬如200kV。
一般來說，在使用離子注入技術的半導體晶片加工系統中，重要的一點是同時改善離子注入的效率和精度，并在不增加加工費用的情況下均勻地保持晶片各處的加工質量。為了改善離子注入的效率和精度需要測量各種參數INPUT，包括晶片的每分鐘轉數(RPM)；高壓室內的電壓、電流、壓力和溫度；源氣的量、離子的質量和數量；并需要實時的測量上述各參數值。這是因為隨著高壓室內各參數值的變化，離子注入的深度與精度也會不同，從而極大地影響到在晶片上制造出的半導體器件的特性。
然而，到目前為止，在晶片制造過程中還無法實時地監視高壓室內的參數值。為了均勻地保持高壓室內的參數，通常采取如下的參數監視步驟首先得停止離子注入的操作；然后打開高壓室11，將多個測量儀器——譬如參數測量儀30——連接到高壓室11內部的參數測量傳感器上，這時，參數測量儀30要安放在距高壓室11的一段安全距離以外；然后，再部份地開動離子注入器，以通過參數測量儀30來測量參數。結果，操作人員能夠確認高壓室11內的參數。然而，由于高壓室11的電勢很高(從40kV到200kV)，當高壓室內產生的信號傳輸到參數測量儀30時，高壓室11與參數測量儀30之間的電勢差可能產生電弧，致使參數測量儀30遭到嚴重損壞。
另外，本發明還旨在提供一種改進型的參數監視儀，用于監視半導體晶片加工系統的高壓室內的參數，它能防止在參數測量時，由于高壓室與測量儀之間的電勢差而導致的參數測量儀器受損。
本發明的這個和其它目的可以通過一種參數監視儀來實現，它被用于監視半導體晶片加工系統中的高壓室內的參數，包括電-光轉換器，用于將高壓室內產生的電信號轉換成光信號；光-電轉換器，用于將來自電-光轉換器的光信號轉換為電信號；至少一個測量設備，測量通過光-電轉換器轉換的電信號。
在本發明的優選實施例中，電-光轉換器包括輸入電路，用于接收從高壓室內產生的信號；放大電路，用于放大來自輸入電路的信號的電流和電壓；調制信號發生電路，用于產生調制被放大的信號的調制信號；調制電路，用調制信號來調制已被放大的信號；輸出電路，將調制后的信號轉換成光信號并輸出。
在本發明的優選實施例中，光-電轉換器包括輸入電路，用于接收來自電-光轉換器的光信號，并將其轉換為電信號；解調電路，用于解調來自輸入電路的信號，以從中檢出原始信號的波形；偏置調整電路，用于調整解調信號的偏置電壓；輸出電路，用于輸出具有被調整后的偏置電壓的解調信號。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明進行更加詳盡的說明，文中介紹了一個優選實施例。但是，本發明可以以多種不同方式實施，不應限于這里列出的實施例。此說明書提供的優選實施例只是為了詳細、完整地公開本發明，并向本領域的技術人員完全公開本發明。在附圖中，所有相同的標號代表相同的組件。
按照本發明，半導體晶片加工系統中的高壓室的參數監視儀能對高壓室內的參數進行監視，它借助于一個電-光轉換器，把從高壓室產生的電信號轉換為光信號，然后借助于一個光-電轉換器，把來自電-光轉換器的光信號再轉換為電信號。于是，由于高壓室內的參數不受由高電壓帶來的電勢差的影響，所以可以實時地監視這些參數而不必擔心損壞測量設備，從而提高了半導體晶片的成品率。
圖2是按照本發明的優選實施例而設計的用于監視半導體晶片加工系統中的高壓室內的參數的參數監視儀的結構圖，其為離子注入器所使用。
如圖2所示，半導體晶片加工系統中使用的離子注入器100包括高壓室110，它在離子注入時產生高能量激勵離子并將其注入晶片；電-光轉換器150，用于接收參數INPUT，諸如晶片的每分鐘轉數(RPM)、高壓室110內的電壓、電流、壓力和溫度、源氣的量、離子的質量或數量等等，并將這些參數轉換為光信號；與高壓室110相連的高壓電源170，提供高壓室110在離子注入時所需的高電壓，例如，從5kV到650kV。
當來自高壓室110的參數INPUT以模擬信號的形式輸入到電-光轉換器150時，電-光轉換器150對輸入的參數INPUT進行脈寬調制，然后把調制后的信號轉換成光信號而輸出。電-光轉換器150的內部有一個電-光器件，例如安放在其輸出末端進行電-光轉換的光耦合器。因此，即使高壓電源170提供的電壓高達5kV到650kV，由此高壓帶來的電勢差也不致影響到高壓室110內的參數INPUT，即通過電-光轉換器150傳輸的信號。
在離子注入器100外面有一個光-電轉換器250，它用光纖線路200與電-光轉換器150相連。電-光轉換器150對高壓室110內的參數INPUT進行調制，然后以光信號的形式輸出；光-電轉換器250以電信號的形式接收光信號，再將其解調成原始信號。光-電轉換器250也有一個光-電器件，例如安放在其輸入末端進行光-電轉換的光耦合器。
于是，本發明中的轉換器150、250能夠對高壓室110內的參數進行調制與解調，而不受高壓室110內部所產生的高電壓V的影響。因此，本發明中的參數監視儀能實時地監視各種由高壓室110產生的參數，而不會損壞參數測量設備300。這使得操作人員能控制高壓室110，以確保離子注入器100處于正常的工作狀態。
下面參考圖3和圖4詳細說明轉換器150、250是如何對產生于高壓室110的參數進行調制與解調的。
圖3是圖2中所示的電-光轉換器150的電路圖。如圖3所示，電-光轉換器150包括輸入電路151，用于接收模擬信號形式的參數INPUT，諸如晶片的每分鐘轉數(RPM)、高壓室110內的電壓、電流、壓力和溫度、源氣的量、由高壓室110產生的離子的質量或數量等等；放大電路152，用于放大接收到的信號的電壓和電流；調制信號發生電路155，用于產生調制已被放大的信號的調制信號；調制/負信號去除電路158，用調制信號發生電路155所產生的調制信號來調制已被放大的信號，并去除調制后的信號的負半周；輸出電路159，用于把只剩正半周的調制后的信號轉換成光信號并輸出。
放大電路152由電流放大電路153和電壓放大電路154組成，用來放大通過輸入電路151輸入的信號的電流和電壓。電流放大電路153包括一個雙極型晶體管，用于放大輸入電流并輸出，按照電路設計的需要，亦可用單極型晶體管(如MOS管)代替雙極型晶體管。并且，在電壓放大電路154中的運算放大器OP-QMP可以使用類似于NE5532的標準運算放大器。
調制信號發生電路155包括脈沖發生電路156，用于產生矩形脈沖信號；三角脈沖或鉅齒波發生電路157，用于把脈沖發生電路156所產生的脈沖轉換成為三角脈沖。調制信號發生電路155可由一個555計時器構成，其制造型號可以是LM555、NE555、LM556或NE556。關于555計時器的詳細說明，可參考由飛利浦半導體公司于1994年8月31日出版的“555定時器數據資料(555 Timer Data Sheet)”pp.1-7；至于用來把脈沖發生電路156所產生的脈沖轉換成三角脈沖的三角脈沖發生電路157，它可以由標準運算放大器形成，而此種三角脈沖發生電路157的電路結構已為本領域的技術人員所熟知，故此處不再贅言。
當高壓室110內的參數INPUT在經放大電路152放大后，被輸入到調制/負電壓去除電路158時，由調制/負電壓去除電路158利用調制信號發生電路155產生的三角波脈沖形式的調制信號進行脈寬調制。調制信號此時的頻率約為10kHz，當被放大電路152放大的的信號被調制時，調制信號的斜率決定了被調脈寬波的脈寬。完成脈寬調制后，用一個二極管D11把調制后的信號中的正半周取出并輸出到輸出電路159。調制/負電壓去除電路158里的調制部份可用雙差分比較器(譬如仙童半導體公司制造的KA393)構成，其詳細說明可參考由仙童公司于2000年7月13日出版的“KA393/KA393A數據資料(KA393/KA393A Data Sheet)”pp.1-10；輸出電路159由一個光發射器件構成，譬如光耦合器電路里的發光二極管或激光二極管。
圖4是圖2中所示的光-電轉換器250的電路圖。如圖4所示，光-電轉換器包括輸入電路251，用于接收自電-光轉換器150傳輸來的光信號，并將其轉換為電信號；解調電路252，用于解調來自輸入電路251的信號，從中檢出原始信號的波形；偏置調整電路253，用于調整解調信號的偏置電壓；輸出電路254，用于輸出具有被調整后的偏置電壓的解調信號。
輸入電路251由一個光接收器件構成，譬如光耦合器電路里的光敏晶體管。輸入電路251接收從離子注入器100內電-光轉換器150輸入的光信號，并將其轉換為電信號。從電-光轉換器150輸入的光信號是經過光纖線路200傳輸和接收的，如圖2所示。做為替代，光信號也可通過某種無線的光傳輸、光接收裝置被傳輸和接收。
光信號被輸入電路251轉換成電信號后，由解調電路252對其進行解調。如上所述，因傳輸所需，電-光轉換器對信號是進行脈寬調制，所以必須進行解調，才能去掉調制時使用的載波、檢出原始信號；又因為構成原始信號的高壓室110內的參數INPUT是低頻信號，而載波卻是頻率高達10kHz左右的高頻信號，所以讓調制后的信號通過低通濾波器即可獲得原始信號INPUT，相應地，解調電路252于是也可以由常規的低通濾波器組成。
從解調電路252獲得了與原始INPUT信號相同的波形后，由偏置調整電路253來調整所得信號的偏置電壓。此時的偏置電壓可設在-5伏到+5伏之間；調整偏置電壓后的INPUT信號按給定的增益倍數放大并由輸出電路254輸出。從輸出電路254輸出的OUTPUT信號進入測量儀300，由后者實時的顯示測量結果。若此時高壓室內的測量參數偏出了正常范圍，則測量儀300發出警報信號，或者控制離子注入器100，令其停止裝載晶片。于是就可以控制高壓室110內的操作狀態了，諸如晶片的每分鐘轉數(RPM)、高壓室內的電壓、電流、壓力和溫度、源氣的量、離子的質量或數量等等。
于是，當借助本發明中的電-光/光-電轉換器150、250來測量高壓室110內的參數時，這些參數就不受由高電壓V帶來的電勢差的影響了。因此，就可以實時地監視高壓室110內的參數而不必擔心損壞測量設備了，從而提高了半導體晶片的成品率。
由上可知，本發明中的參數監視儀能夠實時地監視半導體晶片加工系統的高壓室內的參數，這是很受歡迎的。
而且，本發明中的參數監視儀還能防止測量儀因其與高壓室之間的電勢差而被損壞。
在附圖和說明書中公開了本發明的一個典型的優選實施例。雖然其中使用了特定的術語，但僅用于對權利要求所定義的范圍做一般性的描述，而決無限制之意。
權利要求
1.一種參數監視儀，用于監視半導體晶片加工系統中的高壓室內的參數，包括電-光轉換器，用于將上述高壓室內產生的電信號轉換成光信號；光-電轉換器，用于將來自上述電-光轉換器的光信號轉換為電信號；和至少一個測量設備，測量由上述光-電轉換器轉換的上述電信號。
2.按照權利要求1所述的參數監視儀，其中上述高壓室內產生的電信號指的是下列信號之一硅晶片的每分鐘轉數；上述高壓室內的電壓、電流、壓力和溫度；源氣的量；離子的質量；和離子的數量。
3.按照權利要求1所述的參數監視儀，其中，上述電-光轉換器和光-電轉換器分別發送和接收在光傳輸線上傳輸的有線數據。
4.按照權利要求1所述的參數監視儀，其中，上述電-光轉換器和光-電轉換器分別發送和接收在無線光傳輸裝置上傳輸的無線數據。
5.按照權利要求1所述的參數監視儀，其中，上述電-光轉換器包括輸入電路，用于接收上述高壓室內產生的信號；放大電路，用于放大來自上述輸入電路的上述信號的電流和電壓；調制信號發生電路，用于產生調制上述已被放大的信號的調制信號；調制電路，用上述調制信號來調制上述已被放大的信號；和輸出電路，將上述調制后的信號轉換成光信號并輸出。
6.按照權利要求5所述的電-光轉換器，其中，輸出電路包括一個電-光轉換裝置，用來將上述調制后的信號轉換成上述光信號。
7.按照權利要求6所述的裝置，其中，電-光轉換裝置由諸如發光二極管或激光二極管之類的光發射器件組成。
8.按照權利要求5所述的電-光轉換器，其中，調制電路進行脈寬調制。
9.按照權利要求5所述的電-光轉換器，其中，調制電路進一步包括用于把上述調制后的信號的負半周去除的裝置。
10.按照權利要求9所述的裝置，其中，負半周去除裝置由一個二極管組成。
11.按照權利要求1所述的儀器，其中，光-電轉換器包括輸入電路，用于接收來自上述電-光轉換器的上述光信號，并將其轉換為電信號；解調電路，用于解調來自上述輸入電路的信號，以從中檢出原始信號的波形；偏置調整電路，用于調整上述解調信號的偏置電壓；和輸出電路，用于輸出具有上述被調整后的偏置電壓的上述解調信號。
12.按照權利要求11所述的光-電轉換器，其中，輸入電路包括把上述光信號轉換上述電信號的裝置。
13.按照權利要求12所述的裝置，其中，把上述光信號轉換上述電信號的裝置由諸如光敏晶體管之類的光接收器件組成。
14.按照權利要求11所述的光-電轉換器，其中，解調電路是一個低通濾波器，用來濾除上述輸入信號中的載波。
全文摘要
用于監視半導體晶片加工系統中的高壓室內的參數的參數監視儀能對高壓室內的參數進行監視,它借助于一個電－光轉換器,把從高壓室產生的電信號轉換為光信號,然后借助于一個光－電轉換器,把來自電－光轉換器的光信號再轉換為電信號。于是,由于高壓室內的參數不受由高電壓帶來的電勢差的影響,所以可以實時地監視這些參數而不必擔心損壞測量設備。
文檔編號G01R15/24GK1357914SQ0113965
公開日2002年7月10日 申請日期2001年11月30日 優先權日2000年12月4日
發明者全相文, 琴京洙, 洪瀅植 申請人:三星電子株式會社