离子植入机与控制其中离子束的系统的制作方法与工艺

离子植入机与控制其中离子束的系统相关申请交叉参考本申请主张于2013年5月3号提申的美国临时专利申请案第61/819,080号的优先权。技术领域本发明是关于一种离子植入装置，更特别的是，关于离子植入装置中的离子束均匀度控制。

背景技术：
现今用于半导体电子、太阳电池与其他技术的工业是仰赖用于掺杂或者调整硅与其他类型的基板的离子植入系统。典型的离子植入系统通过产生离子束且将其导向至基板内使得离子保持在基板下方来进行掺杂。在许多应用中，在基板上方扫描具有经定义的形状与离子束区域(诸如点束或带束)的离子束，以将物种植入大于离子束区域的基板区域内。或者，可相对于固定束来扫描基板，或基板与束两者可彼此相对扫描。在此些情况中的任一中，许多应用需要在基板的大部分的上方均匀的植入。一种可由离子束产生的不均一性的类型称作“微不均一性(micrononuniformity)”，且其表示基板上的不同离子剂量的规则图案的存在。此种图案可显现为(例如)当基板沿着特定方向扫描时，观察到的不同离子剂量的条纹。其他不均一性可能归因于离子束性质中的高频率变化，其亦与离子束中的束电流密度中的急剧改变相关，例如“热点(hotspot)”。一般而言，直到已经处理基板后，可能不会检测到此种不均一性。此外，依据给定应用的需求，小至数千分之一或更小的离子剂量的不均一性可能无法被接受。未被检测到的微不均一性可能因此导致不慎生产中不可用的产品。关于这些与其他考虑因素，需要本发明的改进。

技术实现要素：
实施例是关于用于控制离子束的装置与方法。在一实施例中，一种控制离子植入机中的离子束的系统包括检测器，所述检测器沿着垂直于离子束的传播方向的第一方向进行所述离子束的多个束电流量测。所述系统亦包括分析组件与调整组件。所述分析组件用以基于所述多个束电流量测来判定束电流轮廓，所述束电流轮廓包括沿着所述第一方向的束电流的变化，而当束电流轮廓指示束高度低于阀时，所述调整组件沿着所述第一方向调整所述离子束的高度。在另一实施例中，一种离子植入机包括离子源与检测器，其中所述离子源用于产生离子束，所述检测器用于沿着垂直于离子束的传播方向的第一方向进行所述离子束的多个离子束电流量测。所述离子植入机也包括控制器，所述控制器包括至少一个电脑可读取存储媒体，其包括指令，是在执行时使所述控制器进行：基于所述多个离子束电流量测而判定束电流轮廓，所述束电流轮廓包括沿着所述第一方向的离子束电流的变化；基于所述束电流轮廓，沿着所述第一方向记算束高度；以及当经计算的束高度低于阀时，传送指令以进行参数调整来沿着所述第一方向增加离子束高度。附图说明图1A描绘示例性离子植入机。图1B描绘示例性控制系统。图2描绘显示在第一组离子束条件下处理基板的结果的平面图。图3A描绘在第一组条件下产生的一离子束沿着大致上垂直于离子束行径方向的第一方向的示例性束电流轮廓。图3B描绘图3A的离子束沿着垂直于所述第一方向且大致上垂直于离子束行径方向的第二方向的示例性束电流轮廓。图4A描绘在第二组条件下产生的一离子束在沿着大致上垂直于离子束行进方向的第一方向的示例性束电流轮廓。图4B描绘图4A的离子束沿着垂直于所述第一方向且大致上垂直于离子束行进方向的第二方向的示例性束电流轮廓。图5A描绘离子束与示例性束电流检测器的平面图。图5B描绘图5A的束电流检测器的一种变形的平面图。图6示出第一示例性逻辑流程图。图7示出第二示例性逻辑流程图。附图标记说明：102：离子植入机104：控制系统106：离子源108：磁性分析器110：静电扫描器112：校正磁铁114：基板台116：基板118、202、502：离子束118A：束部分120、500：侦测器124：分析组件126：调整组件203：束电流轮廓204、206、404、512、514、516、518、520、522：区300：位准402、406：离子束轮廓508：像素600、700：流程602、604、606、608、610、612、614、616、702、704、706、708、710、712、714、716、718、720：方块HB、HB2、H3：高度I：电流P1、P2、P3、P4、P5、P6：点WB、WB2、W3：宽度具体实施方式本文中描述的实施例提供用于处理或控制离子植入机中的离子束的装置。一种离子植入机的实例包括束线离子植入机。由本实施例涵盖的离子植入机包括产生具有横截面为圆形或椭圆形的一般形状的“点离子束”的离子植入机、以及产生具有狭长的横截面的“带离子束”或“带束”的离子植入机。本领域具有通常知识者将易于理解到，点束的横截面形状亦可为不规则形状。在本实施例中，提供一种系统以动态地控制离子植入系统(离子植入机)中的离子束均匀度。所述系统包括检测器(或检测系统)、分析组件与调整组件。所述检测器用以测量或取样在离子束中的离子束电流。所述分析组件基于经取样的离子束电流来判定离子束中的不均一性。所述调整组件基于经判定的不均一性来调整离子植入机的参数。离子植入机的调整是以动态方式进行，亦即，当离子束被引导通过离子植入机且被测量时，动态地调整控制离子束性质的参数。可以于封闭循环(closedloop)中尝试以反复的方式、透过调整离子植入装置的参数来调整离子束性质，以进行此制程直到代表不均一性之经取样的离子束电流已降至低于阀值(thresholdvalue)。本实施例因此提供微不均一性的潜在原因的即时检测(real-timedetection)，所述微不均一性可能产生在基板(诸如半导体晶圆)上。这个提供优于目前方法的优势，目前的方法为，仅在完成基板处理后(可能于一批或多批基板上制作完整的装置(completedevices)后)或在完成植入制程后的大量离线测量(extensiveoff-linemeasurement)后检测微不均一性。针对离子植入机中会导致在基板中产生微不均一性图案的条件的即时检测，会促进用于调整或“微调”离子束的自动封闭循环控制。此产生较佳的设定处理及/或以离子植入机的不同硬件组件而易于检测问题(包括预防性维护操作后的不当重建)的能力。图1A描绘束线离子植入机102以及控制系统104的结构。与本实施例一致，所述控制系统104用于动态地调整所述束线离子植入机的硬件或组件。所述束线离子植入机102可包括不同的常用组件，包括离子源106、磁分析器108、校正磁铁112与基板台114。在不同实施例中，所述束线离子植入机102产生如点类型离子束或带束的离子束118。所述束线离子植入机102可包括不同的额外束处理组件，当离子束118自所述离子源106传播至基板116时，其可塑形、聚焦、加速、减速、且弯曲所述离子束118。举例来说，可提供静电扫描器110以相对所述基板116扫描所述离子束118。所述离子植入机102也包括一或多个束电流检测器120，在一些实施例中其可为法拉第检测器。所述检测器120可置于所述束线离子植入机102中的不同位置，且在不同实施例中可为静止的或可移动的。也可量测提供电至某些植入机光学元件之关键电源的电流输出，亦即，电源也可做为“检测器”。如图1B中进一步示出，所述检测器120可形成所述控制系统104的一部分，其动态地调整所述离子植入机102的一或多个参数，以减少所述离子束118的变化。经调整的参数与所述离子植入机102的一或多个组件相关，其包括除了描绘于图1A中的此些组件之外诸如聚焦元件、离子束透镜、可移动孔隙、束引导组件的任意离子束处理元件。所述实施例不限于本文中。现转至图1B，其示出有与各实施例一致的所述控制系统104的细节。如以下详述，所述控制系统一般包括检测器，其经设置以分别在一或多个实例进行离子束的一或多个束电流量测。所述控制系统也包括分析组件，其用于由基于所述一或多个束电流量测，来判定离子束的性质。所述控制系统也包括用以调整离子植入机的参数的调整组件，以减少可能由离子束的性质变化所产生的不均一性。在不同实施中，所述控制系统可调整参数以基于所述分析组件的结果来增加(例如)离子束的束尺寸。这对于避免通常无法被检测到的离子束的高频率变化的效应特别有用。此种高频率变化可能在10kHz或更高的频率发生，且特别是在离子束尺寸小于阀及/或离子束电流的梯度大于另一阀的情况下，此种高频率变化可能诱发横跨基板植入剂量的不均一性。当离子植入装置中产生离子束时，所述控制系统104、(且特别是)所述分析组件与束调整组件经设置，以动态地减少离子束变化。特别的是，可进行沿着第一方向的束高度及/或离子束电流的梯度的动态调整，以减少当基板沿着第一方向(亦即沿着束高度的方向)扫描时，可能造成的离子剂量的不均一性。在图示的实施例中，所述控制系统104经设置以接收所述离子束118的束部分118A，以测量与判定离子束电流以及离子束电流中的变化，并基于离子束电流的被判定变化来适当地调整所述离子植入机102的参数。所述控制系统104包括检测器120、分析组件124与束调整组件126。在不同实施例中，由所述检测器120接收的所述束部分118A可为完整的所述离子束118或仅为少于完整的所述离子束118的部分。所述控制系统104还包括基板扫描器(未示出)，以沿着所述第一方向扫描暴露于离子束的基板，其中所述分析组件124经设置以基于基板扫描器的扫描速率与步阶大小来判定所述阀。所述控制系统104与其中的组件可包括不同的硬件元件、软件元件或其组合。硬件元件的实例可包括设备、组件、处理器、微处理器、微控制器、电路、电路元件(如电晶体、电阻器、电容器、电感器等)、积体电路、特殊应用积体电路(applicationspecificintegratedcircuit，ASIC)、可程序逻辑装置(programmablelogicdevice，PLD)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，FPGA)、存储器单元、逻辑门(logicgate)、暂存器(register)、半导体设备、晶片、微晶片、晶片组(chipset)等。软件元件的实例可包括软件组件、程序、应用、电脑程序、应用程序、系统程序、机器程序、操作系统软件、中间软件(middleware)、韧体、软件模块、常用程序(routine)、子常用程序(subroutine)、函数、方法、程序、软件介面、应用程序介面(applicationprograminterfaces，API)、指令集(instructionset)、计算代码(computingcode)、计算机代码(computercode)、码段(codesegment)、计算机代码段(computercodesegment)、字(word)、值(value)、符号或其任意组合。是否使用硬件元件及/或软件元件来执行实施例的决定可根据对于给定实施所需要的任意数目的因素而变化，所述因素诸如想要的计算速度、功率位元准、热容忍度、处理周期预算、输入数据速度、输出数据速度、存储器资源、数据汇流排速度与其他设计或效能限制。在以下讨论中，揭露用于沿着特定方向检测离子束“高度”的不同实施例，以及揭露以沿着所述方向的位置为函数的束电流的改变(称作“束电流轮廓”)。此些特征的量测可接着用于判定何时要进行离子植入参数的调整。在一些实例中，可连续地测量离子束中的束电流，且以连续、间歇性或周期性的方式分析来自所述离子束的束电流数据。如以下进一步描述，所述控制系统104有能力去即时减少离子束变化，可避免或迅速消除归因于基板处理期间来自离子束变化的潜在问题(诸如基板上的离子剂量的微不均一性)。特别的是，在不同实施例中，所述控制系统104用以识别与减少或消除所述离子束中的束电流变化，其可能与束尺寸、束形状以及束性质的变化相关(包括高于数千Hz的频率的高频率变化)。图2绘示在离子束202的行进方向上，朝下望的基板116的离子植入的上视平面图。在此视角，所述离子束202具有如其(在任意给定实例)撞击所述基板116的横截面所示的点束形状。所述离子束202可大致上从所述基板的左至右来回扫描(如图2所见)。在一些情况下，可以平行于直角座标的X轴(也称作“X方向”)的方向进行扫描。然而，其他扫描模式是可能的。同时，所述基板116可被所述基板台114沿着平行于Y轴的方向驱动。离子束的扫描(大致上从右至左或反之)可沿着Y方向与基板台的移动结合，以如所要的使所述离子束202植入整个基板116或尽可能植入所述基板116的大部分。Z方向表示所述离子束202在所述基板116处的传播方向。如图2进一步示出，所述离子束202的特征是沿着平行于Y轴的方向的束高度HB与沿着平行于X轴的方向的束宽度WB。所述束高度HB如一般表示在平行于基板移动方向的方向上之所述离子束202的尺寸。当所述基板116沿着平行于Y轴的方向趋动而所述离子束202沿着平行于X轴的方向扫描时，所述离子束202可产生一系列植入区(诸如区204、区206)，其可根据经设计的图案而重叠，以产生均匀的离子植入所述基板116。图3A与图3B绘示离子束电流的变化，亦即，所述离子束202的束电流轮廓203。图3A与图3B示出束电流(I)为X方向与Y方向位置的函数，以进一步提供所述离子束202的特性的细节。如绘示，以位置为函数的离子束电流在这两个互相垂直的方向上可大致上具有高斯形状。参数(束宽度WB束高度HB)可基于超过给定电流位准300的所述离子束202的尺寸而定义。为了产生均匀离子植入的图案，所述离子束202的形状与尺寸的控制(包括束宽度WB束高度HB的控制)可能是重要的。举例来说，以位置为函数的电流I值的改变理想上是渐进式的。由于离子束202在向所述基板116传播时，其可能经受多个不同束线组件，因此当离子植入机的组件开始启动时，所述离子束202可能经历导致束特性改变或偏移所需特性的各种干扰。特别的是，束尺寸与束电流轮廓可能会变化且可能偏离想要的尺寸与束电流轮廓。图4A与图4B示出另一离子束的另一束电流轮廓，其示出离子束电流(I)为X方向与Y方向位置的函数，所述另一离子束具有不同于所述离子束202的特性。如绘示，离子束电流轮廓402、离子束电流轮廓406在X方向与Y方向上各自具有非高斯形状，且展现不同于离子束202的对应者WB与HB的束宽度WB2束高度HB2的值。在示出于图4B中的特定实例中，HB2小于HB且可能比要达到均匀离子植入的值还小。此外，由以沿着Y方向的位置为函数的I的改变表示的束电流密度轮廓可能展现大于所需的斜率。例如，在离子束的中心区，明显有尖锐的峰电流，在约中心区所述电流沿着Y方向位置变化而急剧降低。在图4A中的X方向上明显有相似的特性。此种束电流密度轮廓的尖锐梯度类型，对于所述基板116在沿着Y方向移动的同时且离子束沿着X方向来回扫描时，要维持均匀离子植入来说可能格外棘手。特别的是，视乎在图4A与图4B中的离子束轮廓的图形的特征是如区404的“热点”，在区404中束电流以位置为函数快速地变化，且其中每单位面积的束电流密度为过量或大于所需值。当于基板上方扫描此种束时，对于在欲植入的基板的完整面积上方提供均匀离子剂量可能是不可能的或困难的。这种在一般无法被即时检测到的离子束特性的高频率变化的情况特别棘手。根据本实施例，提供一种检测系统与技术来对离子束进行封闭循环调整，以减少或消除当束高度及/或热点问题存在时可能发生的植入剂量不均一性。图5A描绘示例性检测器500与由所述检测器测量的离子束502的平面图。在此情况下，所述离子束502绘示为朝下游向着基板(未示出)的横截面。在不同实施中，所述检测器500经排列以拦截所有所述离子束502或小于整个离子束的部分所述离子束502。如图5A所绘示，所述离子束502一般可为上述的点束。所述离子束502可(例如)沿着平行于X轴的方向来回扫描(raster)。基板台可沿着平行于Y轴的方向相对于所述离子束502来移动基板。为确保基板内均匀植入剂量，所述检测器500经设置以测量所述离子束502的参数，包括束高度(由图5A的H3表示)与束电流密度梯度。束宽度是由W3表示。在不同实施例中，所述检测器500经设置以同时进行多个离子束电流量测。举例来说，所述检测器500可经设置为多像素分析器(multi-pixelprofiler)，其中在沿着离子束的多个不同点处进行个别电流量测。在一实例中，为说明起见，在一系列的点P1至点P6分别检测电流，所述点P1至点P6分布在沿着平行于Y轴方向上(或者在此实例中的“束高度”方向)的不同位置处。因此，根据不同位置的P1至P6，可在给定实例或在给定间隔之下测量一系列的六个不同离子束电流量测。此种量测类型可产生显示沿着Y轴的不同位置的离子电流的束电流轮廓。此种量测可接着用于取得束高度(H3)资讯以及离子束电流密度梯度资讯，以判定是否对离子植入机参数进行调整，来调整离子束的特性。当然，在其他实施中，可沿着给定方向取得更多的个别束电流量测，来改善束高度判定的精确度。图5B描绘所述检测器500的一种变形，其中检测器像素508的二维阵列各自经排列，以拦截小部分所述离子束502。在一实施中，可在绘示的分隔区512522取样个别束电流，各个所述分隔区512-522可自多个像素记录束电流。各区512-522可相对于Y轴而对应于不同的座标，诸如上述的点P1至点P6。以此方式，可进行沿着Y轴的束电流分析，以在所述离子束502的整个横截面上取样。在进一步的实施例中，可用其他已知的检测器来沿着所需方向测量束高度及/或束电流轮廓。与本实施例一致，一旦收集束高度及/或束电流轮廓资讯，就可以在封闭循环调整处理中调整离子束特性。举例来说，所述检测器500可位于图1A的所述检测器120的一个或多个位置。依据所述检测器500的位置，所述分析组件124可判定所述调整组件126待改变的离子植入机的适当参数。举例来说，在所述调整组件126包含于控制器的实施例中，所述控制器可耦接于多个束线组件(包括用于不同组件、可移动的孔隙等的功率源)。所述控制器可被以能在不同组件中调整的所选参数来预设置，以试图增加必要的离子束高度以及减少热点的存在。在一实例中，所述调整组件126可包括控制软件，其经设计以传送控制信号来重新调整离子植入机的所选参数，以将束高度增加至离子束高度的阀以上。在一些实施例中，所述调整组件及/或分析组件可因此经设置，以根据所述检测器500的位置来进行合适的硬件/待调整的参数的判定。同样地，所述控制软件可经设计以传送控制信号，来重新调整离子植入机的所选参数，以减少热点，其可包括减少沿着Y方向的束电流梯度(亦即，沿着Y方向的束电流的改变率)。举例来说，当确定有热点时，若所述检测器500位于聚焦元件的下游，则可通过所述调整组件传送控制信号，以指示所述聚焦元件来调整其参数而将离子束散焦。在一些实施例中，可传送多个控制信号来调整多个不同离子植入机组件的各自的参数。在不同的实施中，可以反复或平行方式(parallelfashion)传送此多个控制信号至不同离子植入机组件。本发明的离子植入机还包括基板扫描器(未示出)，用以扫描暴露在离子束118的基板116，且至少一电脑可读取存储媒体包括指令，是在执行时使所述控制器基于所述基板扫描器的扫描速率与步阶大小来判定所述阀。可以系列的封闭束调整循环来进行离子束电流检测、离子束特性分析以及离子植入机参数的调整，直到离子束特性落至可接受范围内。在一实例中，各束调整循环可包括判定经检测的离子束的束高度低于阀，以及基于经检测的束高度来传送信号以调整离子植入机的一个或多个参数。在另一实例中，各束调整循环可包括确定以沿着给定方向(束电流梯度)的位置为函数的经检测的束电流的改变过大，接着基于经检测的束电流梯度传送信号，来调整离子植入机的一个或多个参数。举例来说，可调整施加至聚焦电极的电压、可改变磁四极透镜(magneticquadrupolelens)的强度、或调整束线中的源操纵器(sourcemanipulator)的Z间隔(Zgap)，以调整束电流轮廓。在不同实施例中，在检测到热点或在束高度低于阀后，可进行数个束调整循环来调整离子束特性。在一些实施例中，若例如离子束高度太小或者热点仍持续，则所述控制系统(诸如控制系统104)可经设置，以在进行给定数目的束调整循环之后终止离子束制程。这可能传讯给操作器，即离子植入装置无法自动校正组件，来将离子束电流变化转至可容忍的范围内，且人工介入是必须的。在一特定实施中，在预定数目的束调整循环之后，若后续进行的离子束量测表示重新调整的所选参数并未在离子束特性中产生想得到的改善，则所述控制系统104可经设置以避免离子束进入晶圆阶段。举例来说，所述控制系统104可传送控制信号至可停止晶圆制程的连锁装置(interlock)，直到经检测的束问题的原因被确认且以其他方式矫正。本文中包括的一组流程图为用于进行已揭露的结构的新颖态样的代表性示例性方法。虽然(为说明简洁起见)本文中所示的一个或多个方法被绘示及描述为一系列的作动(例如以流程图或流程图表的形式)，然而应了解且注意到，所述方法并不会被作动的顺序所限制，如同一些作动可能(根据这种方式)以不同顺序及/或与本文所述及所示出的其他作动并行而发生。举例来说，本领域具有通常知识者将会了解且注意到方法可另外诸如在状态图中被表示为一系列相关的状态或现象。此外，新颖的实施中可能不需要在方法中说明的所有作动。图6描绘用于控制束电流均匀度的第一示例性流程600。在方块602处开始流程。在方块604处进行束高度量测。在方块606处，针对经检测的离子束来进行电流密度梯度计算。可根据沿着与用于判定束高度的相同方向的经检测的束电流计算所述电流密度梯度。在方块608处，判定是否检测到任何热点。热点可对应于高于阀的过量的密度梯度。若未检测到热点，则持续流程至方块614，于此使用电流离子植入机参数来进行离子植入。若在方块608检测到热点，则进行流程至方块610。在方块610处，决定是否尝试调整束的次数超过限制。若超过，则进行流程至方块616，于此停止离子植入制程。若未超过限制，则进行流程至方块612，于此进行离子植入装置的一个或多个选择的参数的调整。接着流程回到方块604。图7描绘用于控制束电流均匀度的第二示例性流程700。在方块702处，设定起始参数，以在离子植入装置中产生离子束。在方块704处，基板台接收扫描速率与台阶高度参数(stepheightparameter)，以扫描待离子束植入的基板。在方块706处，基于接收的扫描速率与台阶高度参数来为基板判定束高度阀。在方块708，在沿着第一方向的多个点处进行多个离子束电流量测。在方块710处，基于所述多个量测来计算实验束高度。在方块710之后，流程进行至方块712，于此判定是否实验束高度低于束高度阀。若否，则持续流程至方块718，于此使用电流参数来进行离子植入。若是，则进行流程至方块714，于此判定是否尝试调整束的次数超过限制。若超过限制，则进行流程至方块720，于此停止离子植入制程。若未超过限制，则进行流程至方块716，于此对离子植入装置选择的参数进行调整，以增加束高度。接着流程回到方块708。本申请并非由本文所述的特定实施例的范畴所限制。确实，本申请的其他各种实施例以及修改加上本文所述的此些部分将从以上描述与随附图式而对本领域具有通常知识者而言为显而易见。因此，此种其他实施例及修改意图为落入本申请的范畴中。此外，虽然本申请已为特定目的在特定环境中的特定实施的上下文中描述于本文中，但是本领域具有通常知识者将辨识到，其用途并非限制于此，且本申请可为任意数量的目的以任意数目的环境有益地实施。因此，权利要求范围应以本文所述的本申请的全广度及精神来诠释。