基底处理装置及离子注入器的调整方法与流程

基底处理装置及离子注入器的调整方法
1.本发明主张2021年2月25日申请的美国正式申请案第17/185,085号的优先权及益处，该美国正式申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
2.本公开涉及一种基底处理装置及该基底处理装置的控制方法。尤其涉及一种离子注入器及该离子注入器的控制方法。


背景技术：

3.离子束注入器用于将多个掺杂物注入到硅晶片，以产出n型或p型外质材料(extrinsic materials)。多个n型及p型外质材料使用在半导体集成电路的生产。该离子束注入器将一选定的离子物质(species)注入硅晶片以产出预期的外质材料。由例如锑、砷或磷的来源材料所产出的注入离子则造成n型外质材料晶片。若是需要p型外质材料的话，则将会以例如硼、镓或铟的来源材料注入。
4.上文的“现有技术”说明仅提供背景技术，并未承认上文的“现有技术”说明公开本公开的标的，不构成本公开的现有技术，且上文的“现有技术”的任何说明均不应作为本发明的任一部分。


技术实现要素：

5.本公开的一实施例提供一种基底处理装置。该基底处理装置包括一离子注入器以及一处理器，该处理器与该离子注入器相关联。该离子注入器经配置以将一离子束注入到一基底中。一处理器经配置以监控该离子束的一初始轮廓，且自动调整该离子注入器以依据该初始离子轮廓以及一预期离子轮廓提供具有该预期注入轮廓的该离子束。
6.在一些实施例中，手动产生多个注入参数，多个所述注入参数产生具有该初始离子轮廓的该离子束。
7.在一些实施例中，该处理器还经配置以建立一模型脚本，该模型脚本对应该预期离子轮廓。
8.在一些实施例中，该基底处理装置还包括一数据库，该数据库与该处理器相关联，并储存该模型脚本。
9.在一些实施例中，该处理器经由一硬线连接(hard-wire connection)或一无线耦接而与该离子注入器相关联。
10.在一些实施例中，该处理器还经配置以确定该预期注入轮廓与至少一模型脚本之间是否存在一匹配，并依据该模型脚本匹配该预期注入轮廓而调整该离子注入器。
11.在一些实施例中，该处理器依据由该离子注入器的一离子束检测器(ion beam detector)、一光束分析器(beam profiler)以及一入射角检测器(incident angle detector)所测量的多个特性而得到该初始注入轮廓。
12.在一些实施例中，该离子注入器包括一离子源，由该处理器供电并用于离子化一
气体；一源操纵器(source manipulator)，萃取在该离子源内的多个离子以形成该离子束；一质量分析器(mass analyzer)，提供一磁场以选择用于注入正确的离子；一光束操纵器(beam manipulator)，接受离开该质量分析器的该离子束，并用于通过一磁场而操纵该离子束的一形状；以及一多极单元(multipole unit)与上/下杆，使用电力将预期的多个所述离子导向该基底。该处理器通过调整施加到该离子源、该多极单元与该上/下杆的一电位(potential)以及该质量分析器与该光束操纵器的该磁场至少其中之一，而调整该离子注入器以产生该离子束。
13.在一些实施例中，该质量分析器还包括一解析孔(resolving aperture)，以过滤不需要的物质。
14.在一些实施例中，该初始注入轮廓与该预期注入轮廓包括以下至少其中之一：离开该解析孔的一离子束电流、一注入电流以及该离子束接近支撑一基底的一注入平台的一入射角。
15.在一些实施例中，该离子束电流由该离子束检测器所检测，该注入电流由该光束分析器所追踪，而该离子束的该入射角由该入射角检测器所扫描。
16.本公开的另一实施例提供在一离子注入器中的一离子束的调整方法。该调整方法包括获得由使用一初始脚本所产生的该离子束的一初始注入轮廓；确定该初始注入轮廓是否与一预期注入轮廓匹配；若是该初始注入轮廓并未与一预期注入轮廓匹配的话，则依据该初始注入轮廓与该预期注入轮廓而自动产生一更新脚本；确定使用该更新脚本所产生的该离子束的一调整注入轮廓是否与该预期注入轮廓匹配；以及若是该更新脚本与该预期注入轮廓匹配的话，则执行一离子注入工艺以将离子注入一基底。
17.在一些实施例中，该调整方法还包括建立一模型脚本，该模型脚本对应该预期注入轮廓。
18.在一些实施例中，产生具有该初始注入轮廓的该离子束的该初始脚本为手动所产生。
19.在一些实施例中，产生具有该初始注入轮廓的该离子束的多个所述注入参数为手动输入。
20.在一些实施例中，具有该预期注入轮廓的该离子束通过执行该初始脚本所提供。
21.由于上述的该离子注入器的架构，可依据该初始注入轮廓以及多个模型脚本(model scripts)而自动调整该离子束，并可自动建立额外的脚本，以便提升注入的准确性(accuracy)。
22.上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，以使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离随附的权利要求所界定的本公开的精神和范围。
附图说明
23.参阅实施方式与权利要求合并考虑附图时，可得以更全面了解本发明的公开内容，附图中相同的元件符号指相同的元件。
24.图1是平面示意图，例示本公开一些实施例的基底处理装置。
25.图2是电路方块图，例示本公开一些实施例的基底处理装置。
26.图3是平面示意图，例示本公开一些实施例的离子注入器。
27.图4是电路方块图，例示本公开一些实施例的离子注入器。
28.图5a到图5d是电路方块图，例示本公开一些实施例的离子注入装置。
29.图6是流程示意图，例示本公开一些实施例离子注入器的操作方法。
30.附图标记如下：
31.10:基底处理装置
32.100:半导体基底
33.110:处理舱
34.112:注入平台
35.120:传输舱
36.122:机械手臂
37.1222:移动臂
38.1224:基底保持器
39.130:输入/输出舱
40.140a:闸阀
41.140b:闸阀
42.150:控制器
43.160:真空装置
44.20:离子注入器
45.200:离子束
46.210:处理器
47.220:离子源
48.222:电弧电源供应器
49.230:源操纵器
50.232:萃取电极
51.240:质量分析器
52.242:磁铁
53.244:解析孔
54.250:离子束检测器
55.260:光束操纵器
56.262:校正磁铁
57.270:多极单元
58.272:多极电源供应器
59.280:上/下杆
60.282:多杆电源供应器
61.290:压制组件
62.30:数据库
63.32:网络
64.310:入射角检测器
65.320:光束分析器
66.400:操作方法
67.s402:步骤
68.s404:步骤
69.s406:步骤
70.s408:步骤
71.s410:步骤
72.s412:步骤
73.s414:步骤
具体实施方式
74.现在使用特定语言描述附图中所示的本公开的实施例或例子。应当理解，本公开的范围无意由此受到限制。所描述的实施例的任何修改或改良，以及本文件中描述的原理的任何进一步应用，所属技术领域中技术人员都认为是通常会发生的。元件编号可以在整个实施例中重复，但这并不一定意味着一个实施例的特征适用于另一实施例，即使它们共享相同的元件编号。
75.应当理解，虽然用语“第一(first)”、“第二(second)”、“第三(third)”等可用于本文中以描述不同的元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、层及/或部分不应受这些用语所限制。这些用语仅用于从另一元件、部件、区域、层或部分中区分一个元件、部件、区域、层或部分。因此，以下所讨论的“第一元件(first element)”、“部件(component)”、“区域(region)”、“层(layer)”或“部分(section)”可以被称为第二装置、部件、区域、层或部分，而不背离本文所教示。
76.本文中使用的术语仅是为了实现描述特定实施例的目的，而非意欲限制本发明。如本文中所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”，及“该(the)”意欲亦包括复数形式，除非上下文中另作明确指示。将进一步理解，当术语“包括(comprises)”及/或“包括(comprising)”用于本说明书中时，多个术语规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，及/或组件的存在，但不排除存在或增添一或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件，及/或上述各者的群组。
77.图1是平面示意图，例示本公开一些实施例的基底处理装置10。请参考图1，处理如硅晶片的多个半导体基底100的基底处理装置10包括至少一处理舱110，多个基底100在其中进行处理；一传输舱120，在处理舱110中处理之前以及之后，多个基底100经过其移动；以及一或多个传输界面舱130，在基底100经过传输舱120移动之前以及之后以储存多个基底100。
78.传输舱120包括至少一机械手臂(handler)122，适于在处理舱110与传输界面舱130之间拾取、传输以及传送多个基底100。该机械手臂122可具有相互连接的多个移动臂1222，以允许一基底保持器1224径向移动以拾取及放置多个基底100，同时保持多个基底100的一预期角度取向(desired angular orientation)。
79.基底处理装置10还包括多个闸阀140a、140b，多个闸阀140a、140b经配置以将传输界面舱130绝缘于传输舱120以及处理舱110。多个闸阀140a、140b可开启或关闭。当多个闸阀140a、140b在关闭位置时，多个闸阀140a、140b密封传输界面舱130，以使传输界面舱130密封地绝缘于传输舱120。当多个闸阀140a、140b在开启位置时，多个闸阀140a、140b允许机械手臂122装载及卸下置放在处理舱110与传输界面舱130中的多个基底100。每一个闸阀140a、140b仅当在一基底100经过闸阀140a、140b时打，并且在所有其他时间关闭。
80.储存在其中一个传输界面舱130中的被处理的多个基底100(多个未处理(untreated)基底可通过机械手臂122而传输到处理舱110，其与闸阀140a的开启和关闭的操作协同动作。在经过一或多次处理后，多个处理后的基底100可通过机械手臂122而从处理舱110传输到其他传输界面舱130，其与闸阀140b的开启和关闭的操作协同动作。
81.如图2所示，传送多个基底100的完整操作可通过一控制器150进行控制，控制器150电性连接到机械手臂120以及闸阀140a、140b。请参考图2，控制器150可控制基底处理装置10的一些或全部操作。在一些实施例中，控制器150可依据机械手臂122的一传送路径以确定每一个闸阀140a、140b是否开启或关闭。此外，在处理舱110处的各式不同的处理可通过改变控制器150的程序以进行控制。意即，在处理舱110处可依据一改变的处理序列而影响该处理。举例来说，控制器150可执行多个机器可读取控制指令以控制腔室压力以及在处理舱110中执行一特定工艺的其他参数。处理舱110通过电性耦接到主要控制器150的至少一真空装置160而被抽真空到至少一预定压力。
82.图3是平面示意图，例示本公开一些实施例的离子注入器20。图4是电路方块图，例示本公开一些实施例的离子注入器20。请参考图3及图4，离子注入器20经配置以将多个离子注入位在用于离子注入的处理舱100中的基底100中。使用一离子束200将多个离子注入到基底100中的离子注入器20包括一处理器210、一离子源220、一源操纵器230、一质量分析器240、一离子束检测器250、一光束操纵器260、一多极单元270、一或多个上/下杆280以及一压制组件290。
83.处理器210可存在于一个人电脑(pc)中，该个人电脑具有一存储器，该存储器用于储存执行处理器210的多个指令或是操作在处理器210上的数据。在多个指令执行期间，处理器210可执行离子注入器20的额外的操作、功能以及控制。在其他实施例中，pc还可包括一中央处理单元(cpu)，以控制及协同pc的多个操作。
84.由离子源220与源操纵器230所产生的离子束200则导向质量分析器240，而质量分析器240使用于选择注入的多个预期物质的离子，离子束检测器250则经配置以测量离子束200的特性，其中离子束检测器250为操作地耦接到处理器210，而处理器210可操作于确定离子束200的一或多个特征是否满足离子注入。
85.在一些实施例中，离子源220用于离子化一可离子化掺杂气体，例如bf3、ph3、ash3，其包含被离子化的多个离子物质，例如硼(b)、磷(p)或砷(as)。由一电弧电源供应器222所产生的能量被赋予该可离子化掺杂气体以在离子源220内产生该离子。在一些实施例中，主要是通过电弧放电碰撞所产生的电子轰击原子或分子而将气体离子化。
86.在离子源220内所产生的多个离子则被源操纵器230所萃取以形成离子束200，其中离子束200是可离子化掺杂气体的分子与原子的不同部分的一混合物。源操纵器230可包括一或多个萃取电极232，可操作于加速与萃取出自于离子源230的多个正离子。在一些实
施例中，电性耦接到处理器210的多个萃取电极232为接地，以萃取出自离子源220的多个正离子。
87.当需要高纯度时，离子束200则导向经过电性耦接到处理器210的质量分析器240，以确定被注入的物质。此外，质量分析器240可集中且配置在离子束200在两个维度(dimensions)中偏转它，以使离子束200俐落地穿经一解析孔244。在一些实施例中，质量分析器240可包括多个磁铁242，例如电磁铁，其提供一磁场跨经离子束200，由此依据多个离子的电荷-质量比而改变多个轨迹从离子束200偏转多个离子。多个磁铁242执行在离子束200上的质量分析以及角度校正/调整。解析孔244用于去除在离子束200中不需要的元件。在一些实施例中，接近质量分析器240的离子束200在其动量方面具有一特定能量，而由于每一离子物质具有一不同质量，所以包含在具有未预期光束的离子束200内的所有离子则具有特定的动量值。通过调整位在沿着光束路径处的多个磁铁242的磁场强度，仅有那些具有一特定动量的多个预期离子才能通过质量分析器240并经过解析孔244离开。质量分析器240操作地耦接到处理器210，处理器210可操作以控制质量分析器240的磁场的强度(及定向)。
88.离子束检测器250经配置以测量具有多个预期离子的离子束200的多个物理参数。一可移动测量类型的离子束检测器250可在一光束扫描位置与一后退位置之间做动。在一些实施例中，在从该后退位置沿垂直方向移动到与离子束200正交并紧接在解析孔244后面的同时，离子束检测器250在该光束扫描位置处测量多个物理参数。在测量之后，离子束检测器250从该光束扫描位置后退。离子束检测器250还经配置以依据多个测量的物理参数而产生一注入轮廓，多个测量的物理参数包括以下其中一或多个：离子束200的一电流(意即离子束电流)以及离子束200聚焦时的尺寸(spot size)。
89.光束操纵器260接受离开解析孔244的离子束200，且用于操纵离子束200的一形状。光束操纵器260可使用一电场操纵离子束200的形状以定制产生均匀注入剂量的精确的一维离子束电流分布，该电场由多个校正磁铁262所产生，多个校正磁铁262延伸跨经该光束路径。在一些实施例中，多个校正磁铁262可为电磁铁，其电性耦接到处理器210。多极单元270与上/下杆280接受离开光束操纵器260的发散离子束200，且偏转并使其在两个维度上平行。在一些实施例中，多极单元270与上/下杆280可通过一多极电源供应器272以及一多杆电源供应器282所提供的电力而偏转离子束200。通过调整使用处理器210而供应到多极单元270与上/下杆280的电力，离子束200可被导向处理舱110。压制组件290集中离子束200以减少角度发散与空间尺寸。
90.请参考图1及图4，离子注入器20还可包括一入射角检测器310以及一光束分析器320，其设置在处理舱110中并电性耦接到处理器210。入射角检测器310可位在一注入平台112后面，注入平台112支撑基底100以测量离子束200的入射角。光束分析器320位在接近一注入平台112处，并经配置以测量离子束200在注入平台112附近的一注入电流。
91.处理器210可通过离子源220的电弧电源供应器222控制一电力供应，进而控制离子化该馈入气体的功率。处理器210连接到源操纵器230的多个萃取电极232以及质量分析器240，以控制施加到多个离子的磁场，由此选择包含在离子束200中的多个离子。处理器210电性连接到校正磁铁262、多极电源供应器270以及多杆电源供应器282，以控制离子束200在注入平台112处的发散与入射角。
92.一般而言，具有设定离子注入器20的多个注入参数的一初始脚本是由现场技术人员所创建。多个注入参数可从处理器210的操作界面通信链结而手动输入到注入器20中。使用由现场技术人员手动提供的该初始脚本所产生的离子束200，可具有一初始注入轮廓，其中该初始注入轮廓可从离子束检测器250、光束分析器320及/或入射角检测器310所提供的测量结果所获得。
93.处理器210经配置以执行各自的数据分析，以确定该初始注入轮廓是否与一预期注入轮廓匹配。若是该初始注入轮廓与该预期注入轮廓匹配的话，则可执行一注入工艺以将多个离子注入到基底100中。此外，一旦该初始注入轮廓与该预期注入轮廓匹配，则处理器210可设定该初始脚本为注入的一模型脚本。在一些实施例中，处理器210可学习该模型脚本。
94.另一方面，若是该初始注入轮廓并未与该预期注入轮廓匹配的话，处理器210可操作于调整多个注入参数以确保注入的预期剂量以及均匀度。在一些实施例中，处理器210可依据该初始注入轮廓以及该预期注入轮廓而自动地且智能地调整多个注入参数，以产生一更新脚本。接下来，处理器210经配置以确定该更新脚本的多个注入参数是否合格。在一些实施例中，处理器210可控制注入器20以产生使用该更新脚本的离子束200，并确定使用该更新脚本所产生的离子束的一调整注入轮廓是否与该预期注入轮廓匹配。若是该调整注入轮廓并未与该预期注入轮廓匹配的话，处理器210需要现场技术人员创建其他初始脚本。
95.另一方面，若是该调整注入轮廓与该预期注入轮廓匹配的话，该更新脚本的多个注入参数可为合格，并可执行一注入工艺以将多个离子注入到基底100中。在一些实施例中，如图5a到图5d所示，处理器210可将合格的更新脚本储存在一数据库30中。
96.请参考图5a，处理器210专门用于执行多个操作以控制多个注入参数。在一些实施例中，处理器210经由一硬线(hard-wire)连接而通信地连接到数据库30。换言之，处理器210可实现物理控制动作以控制离子注入器20的多个操作，由此调整由离子注入器20所提供的离子束200。应当理解，数据库30可为任何预期类型的数据收集器，该数据收集器具有一预期类型的存储器以及任何储存数据的预期软体、硬体或韧体。虽然图中示出为一单独装置，但数据库30亦可为处理器210的一部分。
97.请参考图5b，在一些实施例中，一无线通信建立在处理器210与数据库30之间，处理器210经配置以控制注入的多个处理参数，数据库30则使用任何预期无线通信设备，包括硬体、软体或其任意组合。如图5a及图5b所示的处理器210经配置以执行各自的数据分析及/或储存在数据库30中的该模型与更新脚本上的学习。该分析及/或该学习可响应于由现场技术人员所产生的一命令或指令来执行。此外或替代地，该分析及/或该学习的执行可以自动地及/或以自主的方式执行，而无需使用来自现场技术人员的任何输入来启动学习分析。意即，如图5a及图5b所示的处理器210支配离子注入器20中的离子束200的调整。
98.请参考图5c，在一些实施例中，数据库30为一虚拟数据库，且控制器150与处理器210经由一网络32而连接到数据库30。因此，信息可以经由网络32在主要控制器150与处理器210之间进行传递和交换。
99.请参考图5d，在一些实施例中，控制器150使用硬线通信系统(scheme)通信地连接到处理器210和数据库30。处理器210可经由控制器150存取数据库30。如图5c及图5d所示的控制器150可经配置以执行各自的数据分析及/或储存在数据库30中的该模型与更新脚本
上的学习，且处理器210可执行多个命令以控制响应于经由一硬线连接或一无线连耦接机送来自控制器150的多个处理参数。意即，如图5c及图5d所示的控制器150支配离子注入器20中的离子束200的调谐。
100.在一些实施例中，储存在数据库30中的该模型脚本为由现场技术人员手动创建并上传到数据库30。在一些实施例中，该更新脚本可自动由使用该存在的模型脚本的处理器210所产生。换言之，经由神经网络的学习、训练以及评估，处理器210可自动地且智能地产生该更新脚本。在该产生完成之后，对应的脚本自动地建立在数据库30中。在一些实施例中，该模型与更新脚本可包括控制注入器20的多个参数，以产生离子束200，而离子束200具有一注入的一特定离子束电流、一特定光斑尺寸及/或一特定离子的剂量。
101.图6是流程示意图，例示本公开一些实施例离子注入器的操作方法400。操作方法400可视为该离子注入器的一离子束调整方法，并包括一步骤s402：获得由使用一初始脚本所产生的该离子束的一初始注入轮廓；一步骤s404：确定该初始注入轮廓是否与一预期注入轮廓匹配；一步骤s406：若是该初始注入轮廓并未与该预期注入轮廓匹配的话，则依据该初始注入轮廓与该预期注入轮廓而调整一或多个注入参数；一步骤s408：确定使用该更新脚本所产生的该离子束的一调整初始注入轮廓是否与一预期注入轮廓匹配；一步骤s410：若是该更新脚本与该预期注入轮廓匹配的话，则执行一学习程序；一步骤s412：执行一学习程序；以及一步骤s414：执行一注入工艺。
102.在一些实施例中，具有多个注入参数的该初始脚本为现场技术人员所产生并输入到注入器20。在一些实施例中，在确定步骤s404之后，若是该初始注入轮廓与该预期注入轮廓匹配的话，则注入器20执行该注入工艺以将多个离子注入到一基底中。可用于确定的参数包括表示该离子束的一离子束电流、一入射角及/或光斑尺寸的参数。
103.总而言之，由于该基底处理装置的架构，由该注入器所产生的该离子束可依据该初始注入轮廓以及多个模型脚本而自动地调整，并可自动创建额外的脚本，以便提称注入的准确度。
104.本公开的一实施例提供一种基底处理装置。该基底处理装置包括一离子注入器以及一处理器，该处理器与该离子注入器相关联。该离子注入器经配置以将一离子束注入到一基底中。一处理器经配置以监控该离子束的一初始轮廓，且自动调整该离子注入器以依据该初始离子轮廓以及一预期离子轮廓提供具有该预期注入轮廓的该离子束。
105.本公开的另一实施例提供在一离子注入器中的一离子束的调整方法。该调整方法包括获得由使用一初始脚本所产生的该离子束的一初始注入轮廓；确定该初始注入轮廓是否与一预期注入轮廓匹配；若是该初始注入轮廓并未与一预期注入轮廓匹配的话，则依据该初始注入轮廓与该预期注入轮廓而自动产生一更新脚本；确定使用该更新脚本所产生的该离子束的一调整注入轮廓是否与该预期注入轮廓匹配；以及若是该更新脚本与该预期注入轮廓匹配的话，则执行一离子注入工艺以将离子注入一基底。
106.虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多工艺，并且以其他工艺或其组合替代上述的许多工艺。
107.再者，本发明的范围并不受限于说明书中所述的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。本领域技术人员可自本公开的公开内容理解可根据本公开
而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质上相同结果的现存或是未来发展的工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，此等工艺、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤包含于本发明的权利要求内。