JP2001101990A - イオン注入装置 - Google Patents
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Abstract
も、イオン源から引き出すイオンビームの電流値を所定
値に制御するようにしたイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 このイオン注入装置は、イオン源2から
引き出されたイオンビーム12を受けてそのビーム電流
を計測するものであって基板ホルダ13の走査領域外に
配置されていて走査中の基板ホルダ13によって遮蔽さ
れない非遮蔽ビーム電流計測器24を更に備えている。
しかも制御装置22は、基板ホルダ13の走査開始前に
電流値制御ルーチンおよび均一性制御ルーチンを所定回
繰り返す走査開始前制御と、基板ホルダ13の走査開始
直前の非遮蔽ビーム電流計測器24による計測値を目標
値として記憶し、基板ホルダ13の走査中に、非遮蔽ビ
ーム電流計測器24による計測値が目標値に近づくよう
に各フィラメント6に流すフィラメント電流を互いにほ
ぼ同じ量だけ増減させる走査時制御とを、基板ホルダ1
3の1往復走査毎に行うものである。
Description
ントを有するイオン源から引き出したイオンビームを基
板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置に関し、
より具体的には、イオン源から引き出すイオンビームの
ビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制
御する手段の改良に関する。
流計測器で計測したビーム電流に基づいて各フィラメン
トに流すフィラメント電流を制御するものであって、電
流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも
1回ずつ行う制御装置とを備えていて、フィラメントの
経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビーム
のビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに
制御することのできるイオン注入装置が同一出願人によ
って先に提案されている(特願平11−123973
号)。その一例を図4〜図9を参照して説明する。
ピング装置(または非質量分離型イオン注入装置)とも
呼ばれるものであり、イオン源2から引き出した幅広の
イオンビーム12を、質量分離器を通すことなくそのま
ま基板14に照射して、当該基板14にイオン注入を行
うよう構成されている。
ルダ13上に保持され、両者はホルダ走査機構15によ
って、イオン源2から引き出されたイオンビーム12の
照射領域内で矢印D方向に往復走査される。
図5に示すような方形(正方形または矩形)をしてい
る。イオンビーム12の平面形状は、例えば図5に示す
ような細長い矩形をしている。
は多極磁場型イオン源)とも呼ばれるものであり、プラ
ズマ生成容器4内に複数(例えば三つ)のフィラメント
6を設けており、この各フィラメント6とプラズマ生成
容器4との間でアーク放電を生じさせてイオン源ガスを
電離させてプラズマ8を生成し、このプラズマ8から、
引出し電極系10によって、上記イオンビーム12を引
き出す構成をしている。多極磁場形成用の磁石の図示は
省略している。
ィラメント電源16がそれぞれ接続されており、この各
フィラメント電源16から各フィラメント6に対して、
各フィラメント6を加熱するフィラメント電流IFを互
いに独立して流すことができる。
のビーム電流を所定の値に制御するために、このイオン
注入装置は、更に、イオンビーム12を受けてそのビー
ム電流を基板ホルダ13の走査領域の下流側における複
数位置において計測するものであってフィラメント6の
数よりも多い複数(例えば24個)のビーム電流計測器
18と、このビーム電流計測器18で計測したビーム電
流IBに基づいて、各フィラメント電源16から各フィ
ラメント6に流すフィラメント電流IFを制御する制御
装置20とを備えている。
うに、イオンビーム12の照射領域内であって基板ホル
ダ13の走査領域の下流側に、例えば一列に配置されて
いる。
値制御ルーチン(ステップ30)と均一性制御ルーチン
(ステップ31)とを、1回以上の所定回繰り返して行
うものである。
す。また、制御の前後におけるビームプロファイルの概
略例を図9に示し、以下の説明においてはこの図9も参
照するものとする。なお、図9中の横軸の1〜24は、
24個のビーム電流計測器18の端からの番号を示して
いる。
オンビーム12のビーム電流をそれぞれ計測する(ステ
ップ50)。これによって、例えば、図9中のビームプ
ロファイルAが得られる。次に、計測した全てのビーム
電流IBの平均値AVEを演算する(ステップ51)。
対する停止範囲STP内にあるか否かを判断する(ステ
ップ52)。停止範囲STPは、例えば、設定値SET
の±3%の範囲である。停止範囲STP内にあれば、既
に平均値制御の目的は達成されているので、以下に示す
均一性制御ルーチンに進む。
きは、ステップ53に進んで、当該平均値AVEが上記
設定値SETより大か否かを判断し、大きければステッ
プ54に進んで全てのフィラメント6に流すフィラメン
ト電流IFを所定量だけ減少させ、小さければステップ
55に進んで全てのフィラメント6に流すフィラメント
電流IFを所定量だけ増加させる。この増加または減少
の量は、この例では、全てのフィラメント6に対して互
いにほぼ同じ(同じを含む)量としている。このフィラ
メント電流IFの増減によって、各フィラメント6から
の放出電子量が増減し、それによって各フィラメント6
付近でのプラズマ8の密度が増減し、各フィラメント6
に対応する領域から引き出されるイオンビーム12のビ
ーム電流が増減する。
源2から引き出すイオンビーム12のビーム電流の平均
値AVEが設定値SETに近づく方向に制御される。こ
れによって、例えば、図9中のビームプロファイルBが
得られる。この状態では、未だ均一性制御ルーチンを実
行していないので、ビームプロファイルBは、元のビー
ムプロファイルAと似た形状をしており、当該ビームプ
ロファイルAをほぼ平行移動させたようなものである。
その一例を図8に示す。
18(計測点)を上記フィラメント6の数すなわち三つ
にグループ分けする(ステップ60)。具体的には、図
9中に示すように、1番目から8番目までのビーム電流
計測器18をグループ1とし、9番目から16番目まで
のビーム電流計測器18をグループ2とし、17番目か
ら24番目までのビーム電流計測器18をグループ3と
する。
る全ての計測値の中から最大値MAXおよび最小値MI
Nを探し(ステップ61)、その最大値MAXおよび最
小値MINが属するグループをそれぞれ決定する(ステ
ップ62)。図9の例では、グループ1に最大値MAX
が属しており、グループ3に最小値MINが属してい
る。
に対応するフィラメント6に流すフィラメント電流IF
を所定量だけ減少させ(ステップ63)、最小値MIN
が属するグループ3に対応するフィラメント6に流すフ
ィラメント電流IFを所定量だけ増加させる(ステップ
64)。これによって、グループ1のビーム電流が減
り、グループ3のビーム電流が増える。
ームプロファイルBの最大値MAXが属するグループ1
のビーム電流が減少させられ、最小値MINが属するグ
ループ3のビーム電流が増加させられるので、ビーム電
流の均一性が良くなる方向に制御される。これによっ
て、例えば図9中に示すビームプロファイルCが得られ
る。
計測点中のビーム電流の最大値MAXと最小値MINと
を用いて、(MAX−MIN)/(MAX+MIN)で
定義することができる。
0によって、上記のような電流値制御ルーチンと均一性
制御ルーチンとを少なくとも1回ずつ行うので、フィラ
メント6の経時変化等による均一性の悪化を防いで、イ
オンビーム12のビーム電流を所定の値に(即ち設定値
SETに)、しかも均一性の良いものに制御することが
できる。
と均一性制御ルーチンとの2段階制御によれば、特開平
3−134937号公報に記載されている従来技術の場
合と違って、制御がハンチングを起こして収束しなくな
る問題も起こらず、安定した制御を行うことができる。
のイオン注入装置においては、図5に示すように、基板
ホルダ13を走査して基板14にイオンビーム12を照
射して基板14にイオン注入を行っている間には、イオ
ンビーム12が基板ホルダ13によって遮られてビーム
電流計測器18に入射しなくなり、ビーム電流計測器1
8からビーム電流IBの計測値が出力されなくなるの
で、基板14へのイオン注入中には、イオンビーム12
の電流値および均一性の前述したような制御を行うこと
ができない。
は例えば3〜20秒程度と比較的短く、このような短い
時間内であれば、イオン源2の各フィラメント6の経時
変化の違いによるイオンビーム12の均一性低下は無視
することができるけれども、イオンビーム12の電流値
はイオン源2内のプラズマ8の状態によって時々刻々に
変化し得るものであるので、基板14へのイオン注入中
にも、具体的には基板ホルダ13がビーム電流計測器1
8を遮蔽中にも、イオンビーム12の電流値の制御を行
うことができるようにするのが好ましい。そのようにす
れば、基板14に対するイオン注入量(ドーズ量)制御
をより精度良く行うことが可能になる。
入装置を更に改善して、基板ホルダがビーム電流計測器
を遮蔽中にも、イオン源から引き出すイオンビームの電
流値を所定値に制御するようにしたイオン注入装置を提
供することを主たる目的とする。
入装置は、前記イオン源から引き出されたイオンビーム
を受けてそのビーム電流を計測するものであって前記基
板ホルダの走査領域外に配置されていて走査中の前記基
板ホルダによって遮蔽されない非遮蔽ビーム電流計測器
を更に備えている。
成する制御装置は、前記基板ホルダの走査開始前に前記
電流値制御ルーチンおよび前記均一性制御ルーチンを前
記所定回繰り返す走査開始前制御と、前記基板ホルダの
走査開始直前の前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測
値を目標値として記憶し、前記基板ホルダの走査中に、
前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が前記目標値
に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント
電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる走査時制御と
を、前記基板ホルダの1往復走査毎に行うものである。
前には、前述した先行例の場合と同様、複数のビーム電
流計測器で計測したビーム電流に基づいて、前述したよ
うな電流値制御ルーチンおよび均一性制御ルーチンが所
定回繰り返して行われる(走査開始前制御)。それによ
って、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流
を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御すること
ができる。
ム電流計測器による計測値が、基板ホルダの走査開始直
前に記憶した目標値に近づくように、イオン源の各フィ
ラメントに流すフィラメント電流が制御される(走査時
制御)。従って、基板ホルダがビーム電流計測器を遮蔽
中にも、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電
流値を所定値に制御することができる。
査時制御とが、基板ホルダの1往復走査毎に行われるの
で、正確なビーム電流値で、しかも均一性の良いイオン
ビームで、基板に対してイオン注入を行うことができ
る。
入装置の一例を示す図である。図2は、図1の装置の基
板ホルダ周りの平面図である。先に説明した先行例と同
一または相当する部分には同一符号を付し、以下におい
ては当該先行例との相違点を主に説明する。
ら引き出されたイオンビーム12を受けてそのビーム電
流IBを計測するものであって、前記基板ホルダ13の
走査領域の側方外に配置されていて走査中の基板ホルダ
13によって遮蔽されない一つの非遮蔽ビーム電流計測
器24を更に備えている。この非遮蔽ビーム電流計測器
24も、前記各ビーム電流計測器18と同様、例えばフ
ァラデーカップから成る。
る制御装置20に代わるものとして、次のような制御装
置22を備えている。
ム電流計測器18および前記非遮蔽ビーム電流計測器2
4で計測したビーム電流IBに基づいて、かつ前記ホル
ダ走査機構15による基板ホルダ13の走査情報に基づ
いて、図3に示すステップ30〜32の走査開始前制御
と、ステップ33〜39の走査時制御とを、基板ホルダ
13の1往復走査毎に行うものである。
の走査開始前に、図6の場合と同様、電流値制御ルーチ
ン(ステップ30)と均一性制御ルーチン(ステップ3
1)とを、1回以上の所定回繰り返して行う(ステップ
30〜32)。この電流値制御ルーチンの一例は図7に
示したとおりであり、均一性制御ルーチンの一例は図8
に示したとおりであるので、ここでは重複説明を省略す
る。
合と同様、イオン源2から引き出すイオンビーム12の
ビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制
御することができる。
遮蔽ビーム電流計測器24による計測値(ビーム電流I
B)を目標値として記憶し(ステップ33)、基板ホル
ダ13の走査を開始する(ステップ34)。
電流計測器24による計測値が上記目標値より大きいか
否かを判断し(ステップ35)、大きければステップ3
6に進んで全てのフィラメント6に流すフィラメント電
流IFを所定量だけ減少させる。大きくなければステッ
プ37に進んで、同計測値が同目標値より小さいか否か
を判断し、小さければステップ38に進んで全てのフィ
ラメント6に流すフィラメント電流IFを所定量だけ増
加させる。この増加または減少の量は、この例では、全
てのフィラメント6に対して互いにほぼ同じ(同じを含
む)量としている。このフィラメント電流IFの増減に
よって、各フィラメント6からの放出電子量が増減し、
それによって各フィラメント6付近でのプラズマ8の密
度が増減し、各フィラメント6に対応する領域から引き
出されるイオンビーム12のビーム電流が増減する。
ルダ13の1往復走査が終了するまで行う(ステップ3
9)。
の走査中は、即ち基板14に対するイオン注入中は、非
遮蔽ビーム電流計測器24による計測値が、基板ホルダ
13の走査開始直前に記憶した目標値に近づくように制
御される。即ち、基板ホルダ13がビーム電流計測器1
8を遮蔽中にも、イオン源2から引き出すイオンビーム
12の電流値を所定値に制御することができる。従っ
て、基板14に対するドーズ量制御を、先行例の場合よ
りも精度良く行うことができる。
基板ホルダ13の1往復走査毎に行われる。即ち、ステ
ップ40において基板ホルダ13を所定回だけ往復走査
したか否かを判断し、所定回の往復走査が完了すれば制
御は終了し、未完了であればステップ30の電流値制御
ルーチンに戻って上記制御が繰り返される。
イオンビーム12の均一性制御は行われないけれども、
前述したように、そのような短い時間内でのイオンビー
ム12の均一性低下は無視することができるので、特に
支障はない。しかも、基板ホルダ13の往復走査の間毎
にステップ31の均一性制御ルーチンが行われるので、
イオンビーム12の均一性を良好なものに保つことがで
きる。
のような走査開始前制御と走査時制御とが、基板ホルダ
13の1往復走査毎に行われるので、正確なビーム電流
値で、しかも均一性の良いイオンビーム12で、基板1
4に対してイオン注入を行うことができる。
制御ルーチンは、図10に示すようなものとしても良
い。これを、図8との相違点を主体に説明すると、この
図10の均一性制御ルーチンでは、図8のステップ60
と同様に複数のビーム電流計測器18(計測点)をフィ
ラメント6の数に(ここでは三つに)グループ分けし
(ステップ70)、各グループ1〜3内における計測ビ
ーム電流の平均値をそれぞれ演算し(ステップ71)、
最大平均値を有するグループ(図9の例ではグループ
1)および最小平均値を有するグループ(図9の例では
グループ3)をそれぞれ決定し(ステップ72)、最大
平均値を有するグループ1に対応するフィラメント6に
流すフィラメント電流IFを減少させ(ステップ7
3)、最小平均値を有するグループ3に対応するフィラ
メント6に流すフィラメント電流IFを増加させる(ス
テップ74)。
ことにより、仮に複数のビーム電流計測器18による複
数のビーム電流計測値の中に少数の特異値やノイズが含
まれていても、グループごとの平均値に基づいて制御す
るので、上記特異値やノイズによる影響を小さく抑えて
ビーム電流を制御することができる。換言すれば、単発
的な特異点やノイズがあったとしても、それに全体の制
御が引きずられることを防止して、イオンビーム全体の
ビーム電流をより正しく制御することができる。
は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一
つにまとめて、各フィラメント6に互いに独立してフィ
ラメント電流IFを流すことのできる一つのフィラメン
ト電源としても良い。
例えばフィラメント6の数の2以上の整数倍であるが、
必ずしも整数倍でなくても良い。また、各グループ内に
属させるビーム電流計測器18の数は、必ずしも同数ず
つにする必要はない。よりきめ細かく制御したいグルー
プ内のビーム電流計測器18の数を他より増やしても良
い。
は、制御方法として着目すれば、イオン注入装置の制御
方法、イオン源の制御方法またはイオンビーム電流の自
動制御方法と言うこともできる。
ルダの走査開始前には、複数のビーム電流計測器で計測
したビーム電流に基づいて、電流値制御ルーチンおよび
均一性制御ルーチンが所定回繰り返して行われるので、
イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定
の値に、しかも均一性の良いものに制御することができ
る。
ム電流計測器による計測値が、基板ホルダの走査開始直
前に記憶した目標値に近づくように、イオン源の各フィ
ラメントに流すフィラメント電流が制御されるので、基
板ホルダがビーム電流計測器を遮蔽中にも、イオン源か
ら引き出すイオンビームのビーム電流値を所定値に制御
することができる。
査時制御とが、基板ホルダの1往復走査毎に行われるの
で、正確なビーム電流値で、しかも均一性の良いイオン
ビームで、基板に対してイオン注入を行うことができ
る。
である。
フローチャートである。
フローチャートである。
御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
例を示す図である。
制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。
Claims (1)
- 【請求項1】 複数のフィラメントを有するイオン源
と、このイオン源の各フィラメントに互いに独立してフ
ィラメント電流を流す1以上のフィラメント電源と、イ
オン注入すべき基板を保持する基板ホルダと、この基板
ホルダを前記イオン源から引き出されたイオンビームの
照射領域内で往復走査するホルダ走査機構と、前記イオ
ン源から引き出されたイオンビームのビーム電流を前記
基板ホルダの走査領域の下流側における複数位置におい
て計測するものであって前記フィラメントの数よりも多
い複数のビーム電流計測器と、このビーム電流計測器で
計測したビーム電流に基づいて前記フィラメント電源か
ら前記各フィラメントに流すフィラメント電流を制御す
る装置であって、前記複数のビーム電流計測器で計測し
た全ビーム電流の平均値を演算して当該平均値が設定値
に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント
電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる電流値制御ルー
チン、および前記複数のビーム電流計測器を前記フィラ
メントの数にグループ分けし、各グループに対応するフ
ィラメントに流すフィラメント電流を増減させることに
よってビーム電流の均一性を制御する均一性制御ルーチ
ンを1回以上の所定回繰り返して行う制御装置とを備え
るイオン注入装置において、 前記イオン源から引き出されたイオンビームを受けてそ
のビーム電流を計測するものであって前記基板ホルダの
走査領域外に配置されていて走査中の前記基板ホルダに
よって遮蔽されない非遮蔽ビーム電流計測器を更に備え
ており、 かつ前記制御装置は、前記基板ホルダの走査開始前に前
記電流値制御ルーチンおよび前記均一性制御ルーチンを
前記所定回繰り返す走査開始前制御と、前記基板ホルダ
の走査開始直前の前記非遮蔽ビーム電流計測器による計
測値を目標値として記憶し、前記基板ホルダの走査中
に、前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が前記目
標値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメ
ント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる走査時制御
とを、前記基板ホルダの1往復走査毎に行うものであ
る、ことを特徴とするイオン注入装置。
Priority Applications (4)
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