JP2003511845A - ラザフォード後方散乱を用いたイオン注入におけるビームアライメント測定 - Google Patents

ラザフォード後方散乱を用いたイオン注入におけるビームアライメント測定

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Abstract

(57)【要約】 後方散乱イオンレシーバは、イオン注入装置のプロセスチャンバ上に取り付けられ、チャンバのウェーハホルダ上に取り付けられるウェーハから後方散乱するビームイオンを受け取る。ビーム方向に関連して動かされる際のホルダ上のウェーハの後方散乱イオン強度の最低値は、正確なビーム方向の的確な校正を得るのに用いられることができる。正確なビームに対して必要な方位にプロセスウェーハが正確に持ってこられるように、ホルダのティルトおよびツイスト機構を作動させる際にビーム方向エラーを補正可能である。プロセスウェファーの結晶アライメントおよび方位の特性が予め与えられた場合、このデータは、プロセスウェファーをプロセスビームに結晶学上合わせるように、ウェーハホルダを制御するのに用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明はイオン注入に関しており、特にイオン注入装置のプロセスチャンバで
イオンビームのアライメントを測定する方法およびアプリケーションに関する。
【０００２】
【発明の背景】
イオン注入技術は周知であり、特に、ウェーハ領域において所望のドーパント
濃度が得られるように例えば半導体ウェーハに不純物等を注入するのに用いられ
る。
【０００３】 注入されるイオンビームの向きと、ウェーハ自体の面、より詳細には標準的に
ウェーハ表面に垂直であるシリコンウェーハ内の結晶性構造の主軸間において厳
密な精度に対する要求が高まっている。ウェーハ表面へのイオンビームの角度に
対する正確な知識および制御は、ウェーハ表面に対する正確な注入角を得るため
に必要である。これは、いわゆるシャドウ注入（すなわちウェーハ表面の深いト
レンチへの注入）にとっても、ウェーハ表面上のフォトレジストマスクの狭い開
口部を介しての非常に浅い注入にとっても、重要なことである。かなりの高精度
を達成するためには、フラクション程度の範囲内でウェーハとイオンビーム間の
角度についての知識を有することが必要である。イオン注入装置のウェーハホル
ダの機械的な校正は、注入プロセスチャンバに対するホルダの制御を高精度で可
能にするのに対して、プロセスチャンバ内のイオンビームの向きは同一の精度で
は予測できない可能性があり、異なるプロセスビームに対しては事実上異なる可
能性がある。
【０００４】 ラザフォード後方散乱は、結晶性の固体の表面組成および深度プロフィルを調
べるのに周知な技術である。この技術はまた、注入中の半導体基板でのドーズ量
蓄積を測定するものとして考えられてきた。従来技術には、１９７８年にアカデ
ミック・プレスから出版された Chu 他による本「Back Scattering Spectrometr
y」が含まれる。1985年7月3日に公開された日本の特許公開公報の明細書 60-124
343（日立）もまた、参考文献となるであろう。
【０００５】 ラザフォード後方散乱（RBS）を用いて、結晶体の主軸の入射イオンビームへ
のアライメントをチェックする技術は、Chu 他による上述の本の第8.2章 Crysta
l Alignment Procedures、225頁から229頁に記載されている。この技術において
、結晶体はイオンビームにさらされる際にゴニオメータ上に装填される。ゴニオ
メータは結晶体を軸のまわりで回転させ、ゴニオメータの軸自体は、入射ビーム
の方向に対して所望のティルト角でビーム方向に垂直にされているティルト軸の
周りで傾いている。後方散乱イオンは、ビームの方向とティルト軸に共通の平面
に位置する検出器で検出される。
【０００６】 この章では、結晶体が入射ビームに対して様々なティルト角で位置あわせされ
回転軸のまわりで回転する際に、選ばれたエネルギーでの後方散乱強度の極小値
の極図式がどのようにプロットされ得るかについて記載されている。本質的に、
ゴニオメータ上の結晶体の原理結晶軸がゴニオメータの回転軸に正確に位置合わ
せされた場合、特定のティルト角に対する後方散乱強度での極小値は、原理結晶
軸に平行な結晶面の結晶体での方位に対応する角度で極性プロットに関して対称
的に分布する。ゴニオメータの回転軸からの原理結晶軸のいかなる偏差も、回転
軸に対する結晶軸の極座標でのオフセットが容易に測定可能になる方法で、極小
値を極図式のまわりにプロットさせる原因となる。
【０００７】 イオン注入器において、ウェーハホルダは、ホルダ上に装填されるシリコンウ
ェーハの表面に標準的に垂直な軸（ツイスト軸）のまわりで回転するように装填
されることが知られている。ウェーハホルダはまた、ウェーハがイオンビームに
提示する角度が変更されるように、ウェーハが標準のビーム方向およびツイスト
軸に、垂直なティルト軸に対する傾きを一般に調整可能である。この種類のウェ
ーハホルダの実例は、WO 99/13488（Orion Equipment Inc.）に記載されている
。
【０００８】 本発明の実例は、イオン注入装置のプロセスチャンバにおけるプロセスビーム
のアライメントの正確な測定、確認または修正に関する問題の解決を提供する。
【０００９】
【発明の概要】
最も広い態様において、本発明は、イオン注入装置のプロセスチャンバにおい
てプロセスビームのアライメントを測定、確認または修正するために、ラザフォ
ード後方散乱（RBS）の使用を提供する。イオン注入装置の注入チャンバ内のウ
ェーハホルダに対するイオンビームの方向は、以下によって校正可能である： ａ）結晶性材料の結晶格子がホルダに対して既知の標準方位を有するように
、ホルダ上に結晶性材料を取り付け； ｂ）イオンビームをホルダ上の結晶性材料に向け； ｃ）イオンビームの向きとホルダの方位間で相対的運動を生じさせ； ｄ）前記相対的運動中に結晶性材料から後方散乱されたビームイオンの強度
をモニタして、前記モニタされた強度の対応する極小値から、イオンビームに対
する結晶性材料の結晶格子の少なくとも一つの選ばれた方位を識別し； ｅ）前記選ばれた結晶格子の方位が識別された際のイオンビームとホルダの
相対方位と、ホルダに対する結晶格子の既知の標準方位とを用いて、ウェーハホ
ルダに対するイオンビームの向きに校正ポイントを提供する。
【００１０】 この技術はChu他で言及されている現象を用いており、これによって、ビー
ムが結晶体のチャネリング面または軸に合わせられると、後方散乱ビームイオン
の強度はかなり下がる。これは、ビームが結晶体により深く進む傾向があり、よ
って、後方散乱イオンは、検出表面に戻るとき結晶材料の厚さがより大きなとこ
ろを通り抜ける際に吸収される傾向があるという理由からである。
【００１１】 ホルダに対する結晶性材料の標準方位が知られているので、選ばれた結晶体
のチャネリング面または軸に対応する後方散乱強度の最小値でのイオンビームと
ホルダ間の実際の方位を校正ポイントとして用いて、ウェーハホルダに対するイ
オンビームの向きを校正することができる。
【００１２】 一つの測定に対して、校正ポイントの正確さはホルダに対して結晶性材料の
方位が知られている正確さと対応し得る。ホルダに対する結晶性材料の正確な方
位における不確定性を補正するために、ホルダ上で結晶性材料の方位を180°リ
バースし、次いで2つの測定された校正ポイントの平均をとった後に測定を繰り
返してもよい。
【００１３】 イオンビームが標準方向を有し、ウェーハホルダが標準ビーム方向に垂直な
ティルト軸の周りのウェーハを傾けることができて、前記ティルト軸に対して標
準的に垂直なツイスト軸の周りのウェーハを回転させることができる場合、ティ
ルト軸に垂直な平面におけるウェーハホルダに対するイオンビームの方向成分は
、ホルダの傾きを変えた際に、モニタされている後方散乱イオン強度の最小値を
識別することによって校正可能である。 ウェーハホルダが前記ティルト軸に垂
直な軸の周りで傾くことが不可能な場合（標準ビーム方向に依然として垂直であ
る）、イオンビームの方向はティルト軸に平行な平面において調整可能である必
要があり、その結果、 前記平行な平面でのウェーハホルダに対するイオンビー
ムの方向成分は、前記平面でビーム方向を調節する際に、モニタされている後方
散乱イオン強度の最小値を識別することによって校正可能である。
【００１４】 別のアレンジにおいて、ティルト軸の面でのイオンビームのアライメントは
、ホルダ上で前記ツイスト軸に合わせた既知の結晶体の方向を有するホルダ上の
結晶性材料を用いて、前記結晶体の方向がティルト軸に平行なビームの面に平行
になるようにホルダを傾けて、ツイスト軸の周りでホルダを回転させる間に後方
散乱イオン強度をモニタすることによってチェック可能である。イオンビームが
ティルト軸の面に合っておらず、そのためツイスト軸（および既知の結晶方向）
に平行でない場合、後方散乱イオン強度は、既知の結晶方向を下げるビームイオ
ンの完全なチャネリングがない場合高くなり、連続したチャネリング面がビーム
アライメントに平行になるとホルダが回転するのにつれて変化する。
【００１５】 本発明はまた、プロセスチャンバを有する種類のイオン注入装置に適合する
アライメント測定装置を提供し、該プロセスチャンバは、チャンバ壁と、打ち込
み用のイオンのビームを生成するイオンビームジェネレータであって、前記ビー
ムは前記チャンバ内で標準ビーム方向を有する、イオンビームジェネレータと、
ウェーハの面に標準的に垂直な結晶軸を有する平らな結晶性ウェーハへのイオン
注入を行うための前記チャンバ内のウェーハホルダであって、前記ウェーハホル
ダは前記ホルダのウェーハの面に標準的に垂直な垂直方向を有する、ウェーハホ
ルダと、前記垂直方向および前記標準ビーム方向に対して垂直な軸に関する前記
標準ビーム方向に対するホルダの前記垂直方向のティルト角を調節する、ティル
ト機構と、ホルダおよびその上の任意のウェーハを、前記垂直方向に平行な軸の
周りの選ばれた回転位置に回転させる、ツイスト機構と、を有し、アライメント
測定装置は、ホルダ上のウェーハから後方散乱したビームイオンが受け取られる
ようチャンバ壁に取り付けられるのに適している散乱イオンレシーバと、前記レ
シーバによって受け取られる前記後方散乱ビームイオンの電流を測定する、散乱
イオン電流検出器と、を備える。
【００１６】 後方散乱イオンレシーバおよび電流検出器は、上述のようにイオン注入装置
に取り付けられると、上述の校正方法を実行するのに使用可能である。
【００１７】 散乱イオンレシーバは、ウェーハからの低エネルギー二次イオンを受けつけ
ず、前記電流検出器に後方散乱ビームイオンのみを実質的に通すフィルタを含む
のが望ましい。散乱イオン電流検出器は、予め決められたカウントピリオド後に
、カウントと対応する前記電流の値を提供するイオンカウンタを含んでもよい。
【００１８】 本発明はまた、記載された方法を実行する、より一般的な他の装置も企図す
る。
【００１９】 本発明の実例を、図面を用いて説明する。
【００２０】
【好適な実施例の詳細な説明】
図1を参照すると、イオン注入装置は質量アナライザ11にイオンのビームを
送るイオンソース10を有する。ビーム内の選択された質量のイオンは、質量選択
スリット12を通り、オプションとして付加ビーム加速装置13を通って、ビーム走
査ユニット14に入る。ビーム走査ユニット14は変化する走査界を含み、該界は、
電界であってもよいが、図に15として示されるように、あちこちにビーム方向の
角走査を生じる、変化する磁界が望ましい。 角走査ビームは次いでコリメータ
ー16に入り、17で図示されるように、角走査ビーム15を平行走査ビームに戻す。
平行走査ビーム17は、ウェーハ20を乗せているウェーハホルダ19を含むプロセス
チャンバ18に入る。ウェーハホルダ19は、ウェーハの中心を通ってウェーハ20の
面に標準的に垂直であるツイスト軸21の周りを回転するよう取り付けられる。ホ
ルダ19は、ライン走査機構23からの走査アーム22によって、プロセスチャンバ18
の壁に取り付けられる。ライン走査機構23は、ウェーハホルダ19が走査ビーム17
の平面に直角に走査されるのを可能にし、それによって、ウェーハにイオン注入
する完全なハイブリッド走査システムを提供する。
【００２１】 ライン走査機構23はまた、走査アーム22がティルト軸24の周りを回転するの
を可能にし、その結果、ウェーハホルダ19上のウェーハ20によってビームに示さ
れる角が調節可能になる。通常、ティルト軸24はウェーハ20の表面にか或いはそ
の近くにあるが、これは図には示されていない。ツイスト軸21の周りでウェーハ
ホルダ19が回転することによって、ウェーハのビームへの向きは変更可能である
。
【００２２】 図示された例において、全般的に25で示される散乱ビームイオンレシーバは
プロセスチャンバ18の壁に取り付けられて、走査ビーム27で照らされ得るホルダ
19上にあるウェーハ20上のスポットにラインオブサイトを提供する。後方散乱ビ
ームイオンレシーバ25は、フランジ27によってプロセスチャンバの壁にチャンバ
内部と連絡して取り付けられるビーム管26を備える。ウェーハ20からの後方散乱
イオンが管26に入るようパス28に沿って進行可能になるように管26は位置調整さ
れる。後方散乱イオンは、管26に沿って磁気セクターアナライザーとして通常形
成されるエネルギーアナライザ29に移動する。アナライザ29は、後方散乱ビーム
イオンと比較して一般に低いエネルギーを有する、ウェーハ20の表面から放出さ
れる二次イオンを、パス28に沿ってレシーバに入るイオンから取り去る。その結
果、後方散乱ビームイオンのみがエネルギーアナライザ29からイオン電流検出器
30に通される。
【００２３】 イオン電流検出器30は、一般的に予め決められたカウントピリオドの間に受
け取られるイオンのカウントを累積するようにアレンジされたイオンカウンタで
あり、その結果、ピリオドの終わりに結果として生じるカウントは後方散乱イオ
ンのカウンタによる受け取り率を表し、よって、後方散乱イオンの電流を表す。
【００２４】 受け取られるイオンカウントを表す信号は、ライン31に沿ってコントロール
ユニット32に送られる。コントロールユニットは、結合ライン33に沿った制御信
号によって、イオンホルダー19の傾きおよびティルトを制御可能である。ティル
トコントロールは、ティルト軸24の周りでイオンホルダーの回転を制御するのに
効果的であり、ツイストコントロールは、ツイスト軸21の周りでイオンホルダー
の回転を制御するのに効果的である。
【００２５】 加えて、コントロールユニット32は、ライン34と35上でそれぞれドライブ信
号を提供し、 ビームスキャナ14とコリメーター16に必要なドライブを提供する
。たとえば、スキャナー14への走査ドライブオンライン34は、スキャナー14に必
要な走査磁界を提供する磁気巻線への励磁電流を含んでよい。同様に、コリメー
タードライブオンライン35は、コリメーター16に必要な平行磁界を提供する磁気
巻線への必要なドライブ電流を含んでよい。
【００２６】 図2を参照すると、図1と共通のエレメントには同じ参照番号が与えられてい
る。したがって、ウェーハ20からの後方散乱イオンは、パス28に沿ってガイド管
26を通ってエネルギーアナライザ29に続く。ガイド管26は、エネルギーアナライ
ザ29に到達する後方散乱イオンを、ウェーハ20の表面の比較的小さい領域からの
ものに制限するのに効果的であり得る。しかしながら、更に詳細にここで記載さ
れるアプリケーションに対しては、測定された後方散乱イオンの原点をかなりの
正確さに局所化する必要はないであろう。
【００２７】 上述したエネルギーアナライザ29は、ウェーハ20の表面から放出される二次
イオンに対応する低エネルギーイオンを、パス28に沿ったイオンから取り去るこ
とにのみ十分である必要がある。したがって、アナライザ29は、二次イオンのエ
ネルギーより大きい、広範囲にわたるエネルギーの後方散乱イオンが、イオンカ
ウンタ30の高感度エレメントに到達するのを可能にしなければならない。イオン
カウンタ30は、Amptekからのチャネルトロン検出器であってもよい。アナライザ
29のエネルギー分解能は、約10%を超える必要はない。
【００２８】 以前に述べたように、イオン注入装置のプロセスチャンバでのラザフォード
後方散乱イオンの電流測定用のレシーバの供給は、ウェーハホルダに対するプロ
セスイオンビームのアライメントを正確に校正するか、修正するか、或いはチェ
ックするのに使用可能である。
【００２９】 通常、イオン注入装置は、イオンビーム17がプロセスチャンバ18内で基準ま
たは標準イオンビーム方向に正確に平行になるように、構成され設計される。こ
の標準ビーム方向は、ウェーハホルダのティルト軸24に対して正確に垂直になる
ことを意図され、ホルダ上のウェーハ20の面への垂直線もこのティルト軸に正確
に垂直になるように、設計されている。さらに、ウェーハホルダ19のツイスト軸
21は、ウェーハホルダ19の垂直方向に正確に平行でなければならない。全てが正
確であり間違いがない場合、ウェーハホルダは次いで、ウェーハの面に対して正
確に要求された角度でウェーハ20がイオンビーム17に提示されるようにツイスト
させ傾けることができる。また、必要に応じてビームに対して、ツイスト軸21の
周りで回転させることによって、ウェーハを方位可能である。
【００３０】 しかしながら、実際問題として、ウェーハホルダ19およびホルダに乗せられ
たウェーハ20に対するビーム17の正確なアライメントに関する若干の不確定性が
通常存在する。したがって、ビーム17のアライメントは、以下の手順によって、
校正またはチェックでき、また必要に応じて修正することもできる。
【００３１】 第１に、結晶性材料（一般的にシリコン）のテストウェーハの結晶方位およ
びアライメントが、例えばＸ線回折技術を用いて綿密に分析される。ストックシ
リコンウェファーは標準アライメントおよび方位を有しており、そのため、<001
>はウェーハの面に標準的に垂直であり、<110>方向はウェーハの周囲のまわりの
位置でフラットまたはノッチによって画成される。しかしながら、ストックウェ
ファーは、１ディグリー以上の大きなフラクションで、<001>アライメントおよ
び<110>方位の双方で一般的に標準とは異なる。したがって、第１ステップは、
使用されるテストウェーハの結晶アライメントおよび方位における上述のエラー
の特徴を正確に表すことである。これは、当業者に周知のＸ線回折によって実行
可能である。
【００３２】 テストウェーハは次いでプロセスチャンバ18でウェーハホルダ20上に取り付
けられ、以下の打ち込みプロセス（例えば硼素イオン）に必要なイオンのビーム
がウェーハに向けられる。この時に使われるビームは、イオン注入に使われるよ
うな走査ビームであってよく、或いはホルダ19上のウェーハ20の中心線に実質的
に向けられる非走査ビームが生成されるように設定されてもよい。
【００３３】 次いで、標準ビーム方向に選択された結晶軸または面が提示されるように、
ウェーハホルダのツイストおよびティルト角は調節され、その結果、実際のビー
ム方向が確かに正確であった場合には、ビームイオンは選択された軸または面に
チャネルダウンしなければならない。必要とされる軸または平面が提示されるよ
うにツイストおよびティルトを調節する際に、結晶アライメントの測定エラーお
よびテストに使用されるウェーハ20の方位に対応して修正を構築することができ
る。
【００３４】 ウェーハのティルトは、次いで、予め決められたティルトの両側の前後に振
り動かされ、カウンタ30からの後方散乱イオン電流の強度がティルト角に対して
コントロールユニット32に記録される。次いで、記録されたイオンビーム電流の
最小値での正確なティルト角が、既知のカーブフィッティング・アルゴリズムを
一般的に用いて計算される。このティルト角は、チャネリング軸または面を標準
ビーム方向に合わせるように向ける必要がある標準ティルト角と異なってもよい
。こういったいかなる差も、ティルト軸24に垂直な面での標準値に対するビーム
17のミスアライメントを表す。
【００３５】 この実験は、ウェーハの多数の可能な軸または面のうちの任意の一つを用い
て実行可能である。ティルト軸に平行な面でビーム17にアライメントエラーがな
い場合、チャネリング軸を使ってプロシージャを実行し、必要ティルト角最小値
を検出することができる。しかしながら、ミスアライメントもまたティルト軸24
の面で予想可能な場合、このミスアライメントはチャネリング軸に対応する後方
散乱イオンの強度最小値の深さを減らす可能性がある。この場合、チャネリング
面をプロシージャ中にティルト軸24に正確に平行になるようにアレンジして、チ
ャネリング面を代わりに用いてティルト角の最小値を検出することが望ましいか
もしれない。
【００３６】 必要強度最小値に対応しているティルト角を測定した後、ウェーハホルダ19
を180°ツイストさせてプロシージャを繰り返すことができる。必要強度最小値
に対応する測定ティルト角間の任意の差分は、ホルダ19上のウェーハ20の正確な
標準値とツイスト軸21間のミスアライメントを表す。2つの値の平均をとること
によって、ツイスト軸24に垂直な面でのビームのミスアライメントの修正値が得
られる。
【００３７】 実際上、上述のイオン注入装置は、こういったツイスト軸24に垂直なミスア
ライメントを修正する手段を有してはいない。したがって、この面でのミスアラ
イメント値は、打ち込みをされるウェーハの必要ティルトがコントロールユニッ
ト32の制御下でティルトドライブ23によって設定されている場合に、修正として
使われる。
【００３８】 ティルト軸24に平行な面でのビーム方向の任意のミスアライメントについて
調べるために、ウェーハホルダは、第１に、ティルトおよびツイストドライブを
調節し、ウェーハ20のチャネリング軸または面を、ティルト軸24に平行な面での
標準ビーム方向への正確なアライメントに持っていくことによって、方位が正し
く合わせられる。ビームの方向は、次いで、スキャナーまたはコリメーター14、
16のドライブの適切な調整によって、それ自体変化する。通常、約プラスマイナ
ス１又は２程度のビーム方向でのバリエーションを、走査およびコリメータドラ
イブの適当な調整によってティルト軸24の面で得ることが可能である。ビーム方
向調整の間、後方散乱イオン電流の強度は、強度が最小値であるビーム方向設定
を識別するために、コントロールユニット32によってモニタされる。これは、ウ
ェーハの選択されたチャネリング軸または面に正確に合わせられるビーム方向に
対応しなければならない。
【００３９】 このように、ビーム方向を標準ビーム方向に正確にアライメントさせるため
には、ウェーハ20が、標準ビーム方向に正確に合わせられたチャネリング軸また
は面を提示可能であることを確実にすることがもちろん必要である。この目的の
ために、ウェーハの面に対する結晶アライメントでの、並びにノッチまたはフラ
ットを示す方位でのエラーが非常に小さくなるように測定されたテストウェーハ
20を使用することが必要であろう。
【００４０】 あるいは、ウェーハのアライメントエラーがわかっていて、ウェーハの選択
されたチャネリング軸または面に合わせるようにビームがなお設定可能である場
合、ティルト軸24の面でのビームのミスアライメントとなるであろうが、このミ
スアライメントは 使用されるテストウェーハの結晶アライメントエラーに対応
して正確にわかるであろう。しかしながら、通常、ティルト軸24の面でのビーム
のミスアライメントエラーを最小にすることを確実にすることが望ましい。
【００４１】 上記のプロセスによってビームアライメントを校正し、ティルト軸24の面で
のいかなるミスアライメントも修正し、ティルト軸に垂直な面でのいかなるミス
アライメントも測定することで、プロセスウェファーを挿入して、ビーム方位に
非常に正確にウェーハを提示するためにウェーハホルダ19を制御する処理が現在
可能である。
【００４２】 プロセスビームにプロセスウェーハの結晶構造体を正確に合わせることが必
要な場合、プロセスウェファーの結晶アライメントおよび方位は、例えば既知の
Ｘ線回折技術を用いて予め測定されることが不可欠である。各々のプロセスウェ
ーハの結晶アライメントエラーデータを用いて、またイオン注入装置のあらゆる
ビームアライメントエラーを正確に知ることによって、プロセスウェーハの結晶
アライメントは、プロセスビームに必要とされるように正確に合わせることがで
きる。
【００４３】 別のアプリケーションで、後方散乱イオン強度測定は、ウェーハホルダ19の
ツイスト軸21とホルダ19上のウェーハ20の正確な垂直線である正確な垂直方向と
の間のあらゆるミスアライメントを識別し修正するのに使用可能である。このプ
ロシージャでは、明確にわかるような、正確に修正し且つ測定されたビームのア
ライメントが必要である。ツイスト軸21がウェーハホルダ19の適切なティルト角
でビーム方向に合わせられるように、ビーム方向が正確にアライメントされるこ
ともまた重要である。
【００４４】 次いで、テストウェーハは、ウェーハ垂直線をビーム方向に標準的に合わせ
るティルト位置に対して 20°といった予め決められたティルト角で傾けられた
ウェーハホルダ19に取り付けられる。後方散乱イオンの強度最小値は、ウェーハ
ホルダ19がツイストされた際の回転位置に対してプロットできる。これは、ビー
ムに結晶軸を合わせる上記のChuの本に記載されている技術をまねている。 ミス
アライメントが主結晶軸<001>とツイスト軸21の間にあった場合、最小値は、Chu
によって記載されているように、ティルト角とツイスト角を識別するのに用いる
ことができるわずかに異なる角ツイスト位置にプロットされ、結晶軸をイオンビ
ームとの正確なアライメントに戻すことが必要とされるであろう。上述のプロシ
ージャにおいて、プロシージャによって測定される任意のエラーは2つの異なる
ソースを有してよい。一方、エラーはウェーハの垂直線に対するテストウェーハ
20の結晶アライメントでのエラーであるかもしれず、他方、それはウェーハ垂直
線とツイスト軸21間でのエラーによるものかもしれない。しかしながら、ホルダ
からテストウェーハを取り除き、180°回転させてホルダ上にそれを再び載せた
後にプロシージャが繰り返される場合、２セットの測定は、ウェーハ垂直線とツ
イスト軸21間でのアライメントエラーを見つけるのに用いることができる。
【００４５】 プロセスウェーハへの注入の際、このエラーは、プロセスウェーハの結晶軸
をイオンビームに正確に合わせるのに必要とされるツイストおよびティルトの修
正を行うのに用いることができる。
【００４６】 ビームイオンが散乱結晶の原子より軽い場合にのみ、後方散乱イオン強度は
測定される可能性があることはいうまでもない。したがって、上述のプロシージ
ャは、硼素ビームおよびシリコン結晶テストウェーハで使用可能である。しかし
ながら、燐に関しては、例えばゲルマニウムといった異なる結晶体物質をテスト
ウェーハに使う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実例に用いられる後方散乱イオン検出装置を取り入れたイオン注入装
置の平面概略図である。
【図２】 イオン注入装置のプロセスチャンバの平面概略図であり、後方散乱イオン検出
装置を更に詳細に図示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／６８６，０９２ (32)優先日 平成12年10月12日(2000．10．12) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，Ｌ Ｒ，ＳＧ (72)発明者 スミック， テオドール， エイチ． アメリカ合衆国， マサチューセッツ州， エセックス， ラフキン ポイント ロ ード 31 (72)発明者 ラッフェル， ジョン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェール， ホワイト パイン テ ラス 1153 (72)発明者 ファーリー， マーヴィン アメリカ合衆国， マサチューセッツ州， イプスイッチ， ミル ロード 16 (72)発明者 ローズ， ピーター アメリカ合衆国， マサチューセッツ州， ロックポート， フィリップス アヴェ ニュー 89 Ｆターム(参考） 5C033 NN05 NP04 5C034 CC07 CC10 CC19 CD08

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イオン注入装置に適合するアライメント測定装置であって、
    前記イオン注入装置は、 チャンバ壁を有するプロセスチャンバと、 注入用のイオンのビームを生成するイオンビームジェネレータであって、前
    記ビームは前記チャンバで標準ビーム方向を有する、イオンビームジェネレータ
    と、 前記チャンバ内でイオン注入がなされるようにウェーハの面に標準的に垂直
    な結晶軸を有する平らな結晶性ウェーハを携える、前記チャンバ内のウェーハホ
    ルダであって、前記ウェーハホルダが前記ホルダ上のウェーハの面に標準的に垂
    直な垂直方向を有する、ウェーハホルダと、 前記垂直方向および前記標準ビーム方向に垂直な軸の周りで、前記標準ビー
    ム方向に対するホルダの前記垂直方向のティルト角を調節するティルト機構と、 ホルダおよびその上の任意のウェーハを、前記垂直方向に標準的に平行な軸
    の周りの選択された回転位置に回転させるツイスト機構と、 を有する種類であり、 前記アライメント測定装置は、 ホルダ上のウェーハから後方散乱されるビームイオンを受け取るよう前記チ
    ャンバ壁に取り付けられるのに適合した、散乱イオンレシーバと、 前記レシーバで受け取られた前記後方散乱ビームイオンの電流を測定する散
    乱イオン電流検出器と、 イオンビームの方向とホルダの方位との相対的運動を生じさせるのに有効で
    あり、前記ウェーハホルダ上に取り付けられたウェーハの結晶性材料から後方散
    乱するビームイオンの強度を前記相対的運動の間モニタし、前記モニタされた強
    度の対応する最小値からイオンビームに関連する結晶性材料の結晶格子の少なく
    とも1つの選択された方位を識別し、前記選択された結晶格子方位が識別された
    際のイオンビームとホルダとの相対的方位と、予め決められたホルダに対する結
    晶格子の方位とを用いて、ウェーハホルダに対するイオンビームの方向に校正ポ
    イントを提供する、コントロールユニットと、 を備える、アライメント測定装置。
  2. 【請求項２】 イオン注入装置に適合するアライメント測定装置であって、
    前記イオン注入装置は、 チャンバ壁を有するプロセスチャンバと、 注入用のイオンのビームを生成するイオンビームジェネレータであって、前
    記ビームは前記チャンバにおいて標準ビーム方向を有する、イオンビームジェネ
    レータと、 前記チャンバ内でイオン注入がなされるようにウェーハの面に標準的に垂直
    な結晶軸を有する平らな結晶性ウェーハを携える、前記チャンバ内のウェーハホ
    ルダであって、前記ウェーハホルダが前記ホルダ上のウェーハの面に標準的に垂
    直な垂直方向を有する、ウェーハホルダと、 前記垂直方向および前記標準ビーム方向に垂直な軸の周りで、前記標準ビー
    ム方向に対するホルダの前記垂直方向のティルト角を調節するティルト機構と、 ホルダおよびその上の任意のウェーハを、前記垂直方向に標準的に平行な軸
    の周りの選択された回転位置に回転させるツイスト機構と、 を有する種類であり、 前記アライメント測定装置は、 ホルダ上のウェーハから後方散乱されるビームイオンを受け取るよう前記チ
    ャンバ壁に取り付けられるのに適合した、散乱イオンレシーバと、 前記レシーバで受け取られた前記後方散乱ビームイオンの電流を測定する散
    乱イオン電流検出器と、 ホルダを予め決められたティルト角に傾けて、少なくとも選択された範囲の
    ツイスト角の間のツイスト軸の周りでホルダを回転させるのに有効であり、前記
    ウェファーホルダ上に取り付けられたウェーハの結晶性材料から後方散乱するビ
    ームイオンの強度をホルダが回転しているときにモニタし、前記予め決められた
    ティルト角と共に前記識別されたツイスト角の値を用いて、ツイスト軸と前記垂
    直方向間の任意の偏差を補正して前記垂直方向を前記ビーム方向に平行に向ける
    のに必要とされるティルト角およびツイスト角の値が計算されるように、前記モ
    ニタされた強度の最小値に対応するツイスト角を識別する、コントロールユニッ
    トと、 を備える、アライメント測定装置。
  3. 【請求項３】 前記散乱イオンレシーバは、ウェーハからの低エネルギー二
    次イオンを受けつけないで前記電流検出器に実質的に後方散乱ビームイオンのみ
    を通すフィルタを含む、請求項１または２に記載の測定装置。
  4. 【請求項４】 前記散乱イオン電流検出器は、予め決められたカウントピリ
    オド後、カウントに対応する前記電流の値を提供するイオンカウンタを備える、
    請求項１または２に記載の測定装置。
  5. 【請求項５】 請求項１または２に記載のアライメント測定装置に適合する
    イオン注入装置。
  6. 【請求項６】 前記散乱イオンレシーバは、ウェーハからの低エネルギー二
    次イオンを受けつけないで前記電流検出器に実質的に後方散乱ビームイオンのみ
    を通すフィルタを含む、請求項５に記載のイオン注入装置。
  7. 【請求項７】 前記フィルタは、磁気セクター運動量アナライザである、請
    求項６に記載のイオン注入装置。
  8. 【請求項８】 前記フィルタは、十分な分散を提供して、前記低エネルギー
    二次イオンを前記電流検出器に到達することからそらせ、エネルギーレンジを有
    する後方散乱ビームイオンを前記検出器に通す、分散デバイスである、請求項６
    に記載のイオン注入装置。
  9. 【請求項９】 前記フィルタ分散は、ウェーハからの最もエネルギーのある
    二次イオンに対応するエネルギー以上の後方散乱ビームイオンが電流検出器に通
    されるように、選択される、請求項８に記載のイオン注入装置。
  10. 【請求項１０】 前記散乱イオン電流検出器は、予め決められたカウンタピ
    リオド後にカウントに対応している前記電流の値を提供するイオンカウンタを備
    える、請求項５に記載のイオン注入装置。
  11. 【請求項１１】 前記ビームジェネレーターは、前記チャンバ内の前記ビー
    ムに前記標準ビーム方向に対して選択された角偏向を適用するのに制御可能なビ
    ームディフレクタを含み、前記偏向は前記ツイスト軸に平行な面に存在する、請
    求項５に記載のイオン注入装置。
  12. 【請求項１２】 前記ビームディフレクタは、 ａ）イオンビームを角走査し、前記チャンバ内の前記ビームが前記ツイスト
    軸に平行な前記面で走査されるようにする、ビームスキャナと、 ｂ）前記チャンバ内の前記ビームが平行走査されるように走査ビームを平行
    にする、ビームコリメータ のうちの少なくとも一つを備える、請求項１１に記載のイオン注入装置。
  13. 【請求項１３】 イオン注入装置の注入チャンバ内のウェーハホルダに対し
    てイオンビームの方向を校正する方法であって、前記方法は、 結晶性材料の結晶格子がホルダに対して既知の標準方位を有するように、結
    晶性材料をホルダ上に取り付けるステップと、 ホルダ上の結晶性材料にイオンビームを向けるステップと、 イオンビームの方向とホルダの方位との間に相対的運動を生じさせるステッ
    プと、 前記相対的運動中に結晶性材料から後方散乱するビームイオンの強度をモニ
    タして、前記モニタされた強度の対応する最小値から、イオンビームに対して選
    択された結晶性材料の結晶格子の少なくとも一つの方位を識別するステップと、 前記選択された結晶格子方位が識別された際のイオンビームとホルダの相対
    方位と、ホルダへの結晶格子の既知の標準方位とを用いて、校正ポイントをウェ
    ーハホルダに対するイオンビームの方向に提供するステップと、 を備える方法。
  14. 【請求項１４】 前記イオンビームは標準方向を有し、ウェーハホルダは標
    準ビーム方向に垂直なティルト軸の周りでウェーハを傾けることができ、前記テ
    ィルト軸に対して標準的に垂直なツイスト軸の周りでウェーハを回転させること
    ができて、ティルト軸に垂直な面におけるウェーハホルダに対するイオンビーム
    の方向の成分は、ホルダのティルトが変更された際に、モニタされた後方散乱イ
    オン強度の最小値を識別することによって校正される、請求項１３に記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 前記イオンビーム方向は、ティルト軸に平行な面で調節可
    能であり、前記平行面におけるウェーハホルダに対するイオンビームの方向成分
    は、前記面でビーム方向を調節する際に、モニタされた後方散乱イオン強度の最
    小値を識別することによって校正される、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ティルト軸の面におけるイオンビームのアライメントは、
    前記ツイスト軸に合わせられる既知の結晶方向を有するホルダ上の結晶性材料を
    用いて、前記結晶方向がティルト軸に平行なビームの面に平行になるようにホル
    ダを傾けて、ツイスト軸の周りでホルダを回転させる間に後方散乱イオン強度を
    モニタすることによって、チェックされる、請求項１４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 イオン注入装置のプロセスチャンバ内のウェーハホルダを
    校正する方法であって、前記イオン注入装置は、 プロセスチャンバと、 注入用のイオンのビームを生成するイオンビームジェネレータであって、前
    記ビームは前記チャンバ内で予め決められた方向を有する、イオンビームジェネ
    レータと、 ホルダ上のウェーハの面に垂直な垂直方向を有する前記チャンバ内のウェー
    ハホルダと、 前記ビーム方向および前記垂直方向に垂直なティルト軸の周りで、前記ビー
    ム方向に対する前記垂直方向のティルト角を調節するティルト機構と、 ホルダおよびその上の任意のウェーハを、前記ティルト軸に垂直で前記垂直
    方向に標準的に平行なツイスト軸の周りで回転させるツイスト機構と、 を有するタイプであり、 前記方法は、 前記垂直方向に標準的に合わせられる予め決められた結晶軸を有するように
    、ホルダ上に結晶性材料を取り付けるステップと、 予め決められたティルト角にホルダを傾けるステップと、 少なくともツイスト角の選択されたレンジ間のツイスト軸の周りでホルダを
    回転させるステップと、 ホルダが回転して、モニタされた強度の最小値に対応するツイスト角を識別
    するように、結晶性材料から後方散乱されたビームイオンの強度をモニタするス
    テップと、 前記識別されたツイスト角と前記予め決められたティルト角の値を用いて、
    ツイスト軸と前記垂直方向間の任意の偏差を補正して前記垂直方向を前記ビーム
    方向に平行に向けるのに必要とされるティルト角およびツイスト角の値を計算す
    るステップと、 を含む方法。
  18. 【請求項１８】 結晶性材料は前記結晶軸と前記垂直方向の間にミスアライ
    メントを有し、最小値に対応している前記ツイスト角は、前記結晶軸の周りで前
    記ホルダに対する前記材料の第１の方位と、前記結晶軸の周りで結晶性材料の構
    造の回転対称性に対応する量だけ前記第１の方位から角変位された第２の方位の
    双方で、ホルダ上に取り付けられた結晶性材料と識別され、前記第１および第２
    の方位の双方での前記識別されたツイスト角の値を用いて、前記必要とされるテ
    ィルトおよびツイスト角の値が計算される、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記第２の方位は、前記第１の方位から180°変位する、
    請求項１８に記載の方法。
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