GB/T 15862-2012 离子注入机通用规范

　　ICS 31-550 L 97

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 15862—2012代替 GB/T 15862—1995

　　离子注入机通用规范

　　Generalspecification ofion implantation equipment

　　2012-11-05发布 2013-02-15实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 15862—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准代替 GB/T 15862—1995《离子注入机通用技术条件》。

　　本标准与 GB/T 15862—1995相比主要变化如下 :

　　—GBn 193—1983 由 GB/T 13384—1992代替 ;

　　— 增加术语 “注入角度 ”(见 3. 6) 、“最大晶片传输效率 ”(见 3. 7) ,并在性能指标及测试方法中做相应要求(见 6. 4. 6) ;

　　— 环境温度调整为 23 ℃ ±2 ℃;相对湿度规定范围 30% ~ 50%(见 5. 1. 3) ;

　　— 安全要求中增加 “警示标识 ”的条款(见 6. 3. 1) ;

　　— 去掉表 3、表 4;

　　— 均匀性测量增加了热波探针法测量条件和方法(见 6. 4. 4. 1b)) ;

　　— 重复性测量增加了批间重复性测量方法(见 6. 4. 5. 2) ;

　　— 检验规则去掉例行检验项 。

　　本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出 。

　　本标准由中国电子技术标准化研究所归 口 。

　　本标准起草单位 : 中国电子科技集团公司第四十八研究所 。

　　本标准主要起草人 :郭健辉 、彭立波 、罗宏洋 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为 :

　　—GB/T 15862—1995。

　　Ⅰ

　　GB/T 15862—2012

　　离子注入机通用规范

　　1 范围

　　本标准规定了离子注入机的术语 、产品分类 、技术要求 、试验 、检验规则和标志 、包装 、运输 、贮存 。本标准适用于半导体工艺用电能离子注入机 。其他离子注入机亦可参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 191 包装储运图示标志

　　GB/T 4857. 7—2005 包装 运输包装件基本试验 第 7部分 :正弦定频振动试验方法

　　GB/T 5080. 7—1986 设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案

　　GB/T 6388—1986 运输包装收发货标志

　　GB/T 13384—1992 机电产品包装通用技术条件

　　GB 18209. 1 机械安全 指示 、标志和操作 第 1部分 :关于视觉 、听觉和触觉信号的要求SJ/T 142 电子工业专用设备通用规范

　　SJ/T 1276 金属镀层和化学处理层质量检验技术要求

　　SJ/T 10674 涂料涂覆通用技术条件

　　3 术语

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　束能量 beam energy

　　到达靶上离子所具有的动能 。

　　注 : 单位为电子伏特(eV) 。

　　3. 2

　　着靶束流 beam currenton target

　　单位时间内靶上接收到的离子束电荷量 。

　　注 : 单位为安培(A) 。

　　3. 3

　　均匀性 uniformity

　　表征注入离子剂量不均匀的程度 。用相对标准偏差表示 。

　　3. 4

　　重复性 repeatability

　　表征片间(或批间)在相同条件下注入离子剂量不重复的程度 ,用相对标准偏差表示 。

　　1

　　GB/T 15862—2012

　　3. 5

　　真空度 vacuum

　　不引束条件下 ,离子注入机真空室所能达到的最低压强 。

　　3. 6

　　注入角度 implantangle

　　离子束方向与晶片被注入表面法线方向之间的夹角 。

　　3. 7

　　最大晶片传输效率 mechanicalthroughput

　　在单位时间内 ,设备传输晶片的最大数量(不包含注入过程) 。

　　4 产品分类

　　4. 1 离子注入机按能量高低分为 :

　　a) 低能离子注入机 ;

　　b) 中能离子注入机 ;

　　c) 高能离子注入机 ;

　　d) 兆伏离子注入机 。

　　4. 2 离子注入机按束流大小分为 :

　　a) 小束流离子注入机 ;

　　b) 中束流离子注入机 ;

　　c) 强流离子注入机 ;

　　d) 超强流离子注入机 。

　　5 技术要求

　　5. 1 工作条件

　　5. 1. 1 气压 :86kPa~ 106kPa;

　　5. 1. 2 环境温度 :23 ℃ ±2 ℃ ;

　　5. 1. 3 相对湿度 :30% ~ 50% ;

　　5. 1. 4 净化间 :洁净度由具体产品标准规定 ;

　　5. 1. 5 供电电压 :三相五线制 ,交流电压 380V±10% ;频率 50 Hz±1% ;

　　5. 1. 6 接地电阻 :<4Ω。

　　5. 2 一般要求

　　离子注入机的控制方式 、主要装置 、任选件 、备件 ,应在具体产品标准和说明书中明确规定和说明 。

　　5. 3 外观要求

　　5. 3. 1 设备的外观布置应整齐 、美观 、平整 , 表面不应有明显的凸起 、凹陷 、粗糙不平 、划伤 、锈蚀等缺陷 ,符合 SJ/T 142的要求 。

　　5. 3. 2 标牌安装牢固 、字迹清晰 。

　　5. 3. 3 油漆涂覆的零部件 ,其漆层应平整清洁 、牢固光滑 、色泽一致 ,不得有流挂 、起泡 、划痕等缺陷 ,符合 SJ/T 10674的要求 。

　　5. 3. 4 电镀及化学涂覆的零件 ,其表面应光滑细致 、无斑点 、锈蚀 、起泡 、烧痕等缺陷 ,符合 SJ/T 1276

　　2

　　GB/T 15862—2012

　　的规定 。

　　5. 3. 5 紧固件连接牢固 、无松动现象 。

　　5. 4 安全要求

　　5. 4. 1 设备上应对“高压 、毒害 、运动部件 ”等做警示标识 ,符合 GB 18209. 1 的要求 。

　　5. 4. 2 设备应有良好的射线防护设施 ,在距机器外表面 50 mm 处检测射线剂量应小于 0. 06 mR/h。

　　5. 4. 3 在离子源送气管路 ,气源瓶柜 ,真空排气部分等机柜上方要设有标准尺寸的排风 口 , 以便与用户厂房内的排气设施相连接 。离子源送气管路活动连接采用耐腐蚀不锈钢材料的金属密封 ,气体管路和控制元件能适应低压气瓶(SDS气体)使用 。设备如果采用有毒有害工艺气体 ,用户应在气柜和气体管路区间设置对应的气体泄漏检测报警装置 。

　　5. 4. 4 高压区应隔离 ,进入高压区的门上应有安全联锁装置和自动放电装置 。

　　5. 4. 5 设备应有保障人身安全和设备安全的高压放电 、过载 、短路 、停电 、停水 、停气等故障的防护装置和报警联锁装置 ,在操作区设置必要的紧急开关 。

　　5. 4. 6 设备的三相电源入线口与机壳之间应耐 1500V 的交流电压 、1 min不被击穿和不产生放电 ,其漏电流不大于 1. 0 mA。

　　5. 4. 7 设备应有全面的地线布置 ,并有一点接地 ,而且应有明显的接地标志 。

　　5. 5 主要性能要求

　　5. 5. 1 束能量

　　束能量范围应按表 1规定的范围在具体产品标准中给出 ,能量按单电荷计算 。

　　表 1

　　类 别

　　能量范围/keV

　　低能离子注入机

　　<100

　　中能离子注入机

　　100~ 300

　　高能离子注入机

　　>300~ 1 000

　　兆伏离子注入机

　　>1 000

　　5. 5. 2 着靶束流

　　着靶束流大小按表 2规定的范围在具体产品标准中给出 。束流稳定性应不大于 10%/h。

　　表 2

　　类 别

　　束流范围

　　小束流离子注入机

　　100 nA~ 100 μA

　　中束流离子注入机

　　100 μA~ 2 000 μA

　　强流离子注入机

　　2 mA~ 30 mA

　　超强流离子注入机

　　>30 mA

　　5. 5. 3 注入元素

　　注入元素的种类和质量应在具体产品标准中给出 。

　　3

　　GB/T 15862—2012

　　5. 5. 4 均匀性

　　在具体产品标准中应给出均匀性指标 。

　　5. 5. 5 重复性

　　在具体产品标准中应规定重复性指标 。

　　5. 5. 6 最大晶片传输效率

　　在具体产品标准中应规定最大晶片传输效率指标 。

　　5. 5. 7 真空度

　　真空室真空度应优于 8× 10-4 Pa。

　　5. 5. 8 注入角度

　　对具有可控注入角度的产品,应规定注入角度的范围和角度控制的精度 。

　　5. 5. 9 可靠性

　　设备平均失效间工作时间 MTBF≥100h,平均维修时间 MTTR≤4h。

　　5. 6 包装运输要求

　　离子注入机部件的包装箱 ,在运输过程中不能损坏和变形 ,应能保证设备完好 。

　　6 试验方法

　　6. 1 一般要求检查

　　按具体产品标准规定的要求检查 。

　　6. 2 外观要求检查

　　用目视法检查离子注入机外观和外表面 。

　　6. 3 安全要求试验

　　6. 3. 1 检查设备的警示标识

　　6. 3. 2 射线剂量

　　测试仪器 :X射线剂量仪 ,经专业计量机构检定 ,并在检定合格有效期内 。

　　测试条件 :在离子注入机工作范围内最大能量和最大束流下进行 。

　　测试方法 :用 X射线剂量仪探头在距离子注入机的外表面 50 mm 处 ,测量 X射线剂量 。

　　6. 3. 3 排气设施

　　目视检查排气设施 。

　　6. 3. 4 安全联锁

　　检查高压区门的安全联锁装置 。进行相应的联锁试验 。

　　4

　　GB/T 15862—2012

　　6. 3. 5 防护和报警装置

　　高压放电 、过载 、停电 、停水 、停气等试验 、检查防护装置和报警装置 。

　　6. 3. 6 耐压装置

　　用自动击穿装置测试耐压性能 ,三相电源的入线口与机壳之间在 1 500 V 的交流电压下 , 1 min 内是否被击穿与存在放电现象 ,并从自动击穿装置上读出漏电流大小 。

　　6. 3. 7 接地测试

　　目视检查接地标志是否明显 。

　　6. 4 主要性能测试

　　6. 4. 1 束能量

　　低能 、中能离子注入机采用 0. 5 级静电高压表 ,其量程应适用于离子注入机的加速电压 。把静电高压表的一端接离子源 ,另一端接大地 。把注入机上的束能量(即电压)指示数值与静电高压表指示值比较 ,其误差应小于 1% ,然后用注入机上的束能量(即电压)指示器测试束能量 。

　　高能和兆伏离子注入机能量采用核反应方法测试 。

　　6. 4. 2 着靶束流

　　离子注入机上的束流指示表头 ,采用 0. 5 级精密电流表校准 ,其精度优于 1 级 。离子注入机的靶上接收束流 ,用束流指示表头测量其数值 ;对于用积分累积方式计算着靶束流的机型 ,检查机器的积分累积算法 ,采用 0. 5 级精密电流表对机器束流测量装置进行校准 ,最终测试以机器自测的束流指标为准 。不同机型都规定要求测出 1 h靶束流的稳定性 。

　　在测束流过程中 ,应排除二次电子的影响 。 即从小到大调节二次电子抑制电压 ,束流读数应由大变小 , 当抑制电压调到某一值后 ,束流不再跟随变化 ,此时测得的束流即是不计二次电子影响的真正离子束流 。

　　6. 4. 3 注入元素

　　按图 1 接好线路 , 由小到大调节磁分析器电流 ,在 X-Y 函数记录仪上画出质谱图 。并读出质谱图上各峰所对应的磁分析器电流 。 由磁场强度与磁分析器电流的关系曲线 ,查出质谱图上各峰所对应的磁场强度 。按式(1)计算出质谱图上各峰所对应的质量数 , 由质量数确定注入元素 。

　　图 1

　　m …………………………( 1 )

　　式中 :

　　m — 离子的质量数 ;

　　5

　　GB/T 15862—2012

　　Q — 离子的电荷量 ,单位为库(C) ;

　　H— 磁场强度 ,单位为安每米(A/m) ;

　　R — 磁分析器的偏转半径 ,单位为厘米(cm) ; V — 离子的加速电压 ,单位为伏(V) 。

　　假定某元素单电荷的峰值位置是 I1,则该元素多电荷的位置由表 3 确定 。

　　表 3

　　电荷个数

　　1

　　2

　　3

　　4

　　多电荷位置

　　I1

　　0. 707I1

　　0. 577I1

　　0. 500I1

　　6. 4. 4 均匀性

　　6. 4. 4. 1 测量条件

　　a) 薄层方块电阻法测量条件 :

　　硅片 : (100)晶向 ;

　　硅片电阻率 : P-型(1~ 100)Ω · cm;

　　硅片尺寸 : 机器指标规定的最大晶片尺寸 ;

　　离子种类 : P+ 31 ;

　　能量 : 机器能量指标的 3/4值 ;

　　剂量 : 2×1014 cm- 2 ;

　　注入角 : 7°;

　　退火条件 : 高温退火 950 ℃ ,充氮保护 ,30 min;

　　测量方法 : 薄层方块电阻法 ;

　　测量手段 : 四探针 ,相对标准偏差 ±0. 2% ;

　　每片测试点数 : 不少于 49个点 ,距周边 5 mm~ 10 mm ,均布 。

　　b) 热波探针法测量条件 :

　　硅片 : (100)晶向 ;

　　硅片电阻率 : P-型(1~ 100)Ω · cm;

　　硅片尺寸 : 机器指标规定的最大晶片尺寸 ;

　　离子种类 : P+ 31 ;

　　能量 : 机器能量指标的 3/4值 ;

　　剂量 : 2×1012 cm- 2 ;

　　测试时间 : 注入后 30 min内 ;

　　测量方法 : 热波探针法 ;

　　测量手段 : 热波探针 ,相对标准偏差 ±0. 1% ;

　　每片测试点数 : 不少于 49个点 ,距周边 5 mm~ 10 mm ,均布 。

　　6. 4. 4. 2 测量方法

　　用标准的 P 型硅片 ,在标定的剂量 、能量 、注入角下注入P+ 31然后在选定测试条件下完成注入和测试 。对具有自动计算均匀性指标的测试仪器 ,可直接采用仪器的计算结果 ,对于手动测试 ,则按式(2)计算出 σ值 。

　　6

　　GB/T 15862—2012

　　式中 :

　　σ — 相对标准偏差 ;

　　(Rs)i— 第i个点测得的薄层电阻率 ,单位为欧厘米(Ω · cm) ;

　　Rs — NW 个点测得薄层电阻率的平均值 ,单位为欧厘米i; NW — 剔除奇异点后所保留的测量点数 。不剔除奇异点的计算 ,可计为 3σ值 。

　　采用热波探针测试方法 ,则用热波探针值(TW)代替相应的 Rs 计算 。

　　6. 4. 5 重复性测量

　　6. 4. 5. 1 片间重复性测量 :测量条件同 6. 4. 4。

　　测量方法 :用参数一致的硅片 10片 ,在同一时间段和同一次引束调试条件下 ,完成 10片硅片的注入 ,然后再遵循相同测试条件完成对每片硅片的测试 ,然后按式(3)算出 σ值 。 当采用热波探针法时 ,用热波探针值代替 Rs 值计算 。

　　式中 :

　　(Rs)i — 第i片(或批)的薄层电阻率测量平均值 ,单位为欧厘米(Ω · cm) ;

　　Rs — N 片(批) 测得薄层电阻率的平均值 ,单位为欧厘米i; N — 片数 。

　　6. 4. 5. 2 批间重复性测量 :测量条件同 6. 4. 4。

　　测量方法 :用参数一致的硅片 10片 ,在不同时间段和非同次引束调试条件下 ,每次注入一片硅片 ,再遵循相同测试条件完成对硅片的测试 。依次完成 10片硅片的注入和测试 , 然后按式(3) 算出 σ值 。当采用热波探针法时 ,用热波探针值代替 Rs 值计算 。

　　6. 4. 6 最大晶片传输效率

　　按具体产品标准规定的参数 ,测定 1 h 内 ,设备传输的晶片数量 。

　　6. 4. 7 真空度

　　用设备本身配置的高真空计现场测试 。

　　6. 4. 8 注入角度

　　用设备本身配置的角度检测装置直接读数 ;无此配置时 ,注入角度测量可以转换为测量注入平面的角度 ,然后换算为注入角度值 ,需提供实测角度和注入角度的换算算法 。使用角度测量仪器多次测量求平均值 。

　　6. 4. 9 可靠性验证

　　采用 GB/T 5080. 7—1986中 4. 2条规定的截尾序贯试验方案 4 ∶ 7 概率比进行验证 ,其结果应符合5. 5. 9 的要求 。

　　7

　　GB/T 15862—2012

　　6. 5 包装运输试验

　　按 GB/T 4857. 7—2005 中 3. 3 的规定 ,将离子注入机固定于振动试验台上 ,振动频率 4 Hz,振幅0. 35 mm ,持续时间 60 min,试验结束后 ,检验包装箱应完好无损 ,开机测试产品是否符合技术要求 。

　　7 检验规则

　　7. 1 检验分类

　　离子注入机的检验分定型检验 、交收检验 。

　　7. 2 定型检验

　　7. 2. 1 定型检验由生产单位质量检验部门负责实施 。

　　7. 2. 2 有下列情况之一进行定型检验 :

　　a) 新品研制 ;

　　b) 改进设计或主要工艺 ,或更换主要元器件及材料时 ;

　　c) 交收检验结果与前次定型检验有较大差别时 。

　　7. 2. 3 定型检验项目见表 4。

　　7. 2. 4 检验中任一项出现故障时 ,应停止检验 ,查出故障原因 ,排除故障后 ,重新进行定型检验 。重新检验中若再次出现故障 ,则该机判为不合格 ,但允许进行一次返修后 ,再次交验 。

　　表 4

　　序号

　　试验项 目

　　技术要求章条号

　　测试方法章条号

　　定型检验

　　交收检验

　　1

　　一般要求

　　5. 2

　　6. 1

　　ο

　　ο

　　2

　　外观要求

　　5. 3

　　6. 2

　　ο

　　ο

　　3

　　安全要求

　　5. 4

　　6. 3

　　ο

　　ο

　　4

　　束能量

　　5. 5. 1

　　6. 4. 1

　　ο

　　ο

　　5

　　着靶束流

　　5. 5. 2

　　6. 4. 2

　　ο

　　ο

　　6

　　注入元素

　　5. 5. 3

　　6. 4. 3

　　ο

　　ο

　　7

　　均匀性

　　5. 5. 4

　　6. 4. 4

　　ο

　　ο

　　8

　　重复性

　　5. 5. 5

　　6. 4. 5

　　ο

　　ο

　　9

　　最大晶片传输效率

　　5. 5. 6

　　6. 4. 6

　　ο

　　ο

　　10

　　真空度

　　5. 5. 7

　　6. 4. 7

　　ο

　　ο

　　11

　　注入角度

　　5. 5. 8

　　6. 4. 8

　　ο

　　ο

　　12

　　可靠性

　　5. 5. 9

　　6. 4. 9

　　ο

　　13

　　包装运输

　　5. 6

　　6. 5

　　ο

　　注 : “ο”表示在该类检验中应进行的检验项 目 。

　　7. 3 交收检验

　　7. 3. 1 交收检验在用户现场安装调试完成后由供方代表与需方的质量部门共同组织实施 。

　　8

　　GB/T 15862—2012

　　7. 3. 2 交收检验项目见表 4。

　　7. 3. 3 交收检验合格后 ,供需双方签署合格证书 。

　　8 标志、包装、运输、贮存

　　8. 1 标志

　　8. 1. 1 离子注入机应有字迹清晰的标牌 ,标牌应固定在明显的部位 。

　　8. 1. 2 标牌应有下列内容 :

　　a) 名称 ;

　　b) 型号 ;

　　c) 制造单位 ;

　　d) 出厂编号 ;

　　e) 电源要求及额定功率 ;

　　f) 制造日期 。

　　8. 1. 3 运输包装收发货应按 GB/T 6388—1986中第 2 章的规定 ,至少有下列标志 :

　　a) 商品分类图示标志 ;

　　b) 品名规格 ;

　　c) 数量 ;

　　d) 重量 ;

　　e) 体积 :长 ×宽 ×高(mm) ;

　　f) 收货地点和单位 ;

　　g) 发货单位 。

　　8. 1. 4 包装运输作业标志

　　按 GB/T 191的规定 ,在包装箱的明显部位上注明 “易碎物品 ”、“怕雨 ”、“向上 ”、“重心 ”、“由此 吊起 ”等标志 。

　　8. 2 包装

　　8. 2. 1 离子注入机一般部件采用净化防尘包装 ,关键部件采用净化防尘及真空包装 。木制包装箱应有防雨措施 。包装应符合 GB/T 13384—1992 中 5. 1“箱 装 ”, 5. 5. 2“防 潮 包 装 ”及 5. 5. 5“防 震 包 装 ”等标志 。

　　8. 2. 2 包装箱内应有随机文件 :产品合格证书 、使用说明书 、装箱清单和备件等 。

　　8. 2. 3 包装必须牢固可靠 ,包装箱牢固封闭 ,边角用扎带坚固 , 防止开裂 。

　　8. 3 运输

　　包装好的产品能适应各类工具装车运输 。装车和运输过程中应有防止跌落的紧固措施 。

　　8. 4 贮存

　　离子注入机设备的所有包装箱应集中存放在防晒 、防淋 、防潮 、环境温度 - 5 ℃ ~ 40 ℃ ,相对湿度不大于 75%的清洁 、通风良好的库房内 。

　　9