JP2003529217A - 移動可能なステージとファラデーカップとを用いて均一に帯電した粒子を照射する装置および方法 - Google Patents

移動可能なステージとファラデーカップとを用いて均一に帯電した粒子を照射する装置および方法

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JP2003529217A JP2001571446A JP2001571446A JP2003529217A JP 2003529217 A JP2003529217 A JP 2003529217A JP 2001571446 A JP2001571446 A JP 2001571446A JP 2001571446 A JP2001571446 A JP 2001571446A JP 2003529217 A JP2003529217 A JP 2003529217A
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プロテロス， エルエルシー
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Abstract

(57)【要約】 イオンビームをウェハに均一に注入する方法が提供される。ウェハ（２０）は、一般的に、直径と中心とを有するディスク形状の表面領域を有するタイプである。イオンビーム（１４）は、まず、ウェハに入射する細長い形状に形成される。この形状は、直径よりも小さな第１の軸に沿った長さと、第２の軸に沿ったその長さよりも短い幅とを有する。次に、ウェハは、第２の軸と実質的に平行な方向に可変移動速度で移動される。ウェハまたは、回転速度で実質的に中心（２２）のまわりを回転する。ウェハは、好ましくは、選択された速度対位置のプロファイルにおいて、イオンビームが、ウェハの表面領域にわたってウェハの一端からウェハの他端へとウェハに注入するように移動される。ウェハはまた、イオンビームが、ウェハの結晶軸に対して実質的に一定の角度で表面領域に注入するように、回転しながら傾けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願） 本発明は、米国仮特許出願第６０／１９２，２６８号の優先権を主張する。同
出願を本明細書中で参考として援用する。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、一般に、イオン注入に関し、詳細には、処理時におけるウェハに照
射するイオンビームの均一さの改善に関する。
【０００３】 （発明の背景） 本発明をよりよく理解するために、米国特許第５，４８１，１１６号、第４，
９８０，５６２号、および、第４，９２２，１０６号を本明細書中で背景を説明
する参考として援用する。
【０００４】 従来技術による単一ウェハイオン注入器は、固定されたウェハ全体にわたって
ビームを走査させるか、または、扇型の形状をしたイオンビームあるいは単一の
軸に走査されるイオンビームを超えて、一方向にウェハを移動させるかのいずれ
かである。均一なイオンビームの走査または成形プロセスは、一般に、複雑かつ
長いビームラインを必要とする。これは、低エネルギーでは望ましくないとされ
る。従来技術による高電流イオン注入器は、ホイール上に多くのウェハを配置し
、同時に、イオンビームを介してそのホイールを回転させ、半径方向に移動させ
ることによって、短いビームラインを達成している。複数のウェハホイールによ
りイオン注入器が大きくなり望ましくない。加熱による影響を低減することを考
慮しているが、低エネルギーでは不要である。したがって、ウェハ走査システム
および方法を改良する必要がある。
【０００５】 本発明の１つの目的は、イオン注入器における処理時に、ウェハの表面全体に
わたって実質的に均一なドーズ量のイオンビーム注入を提供することである。他
の目的は、以下の説明を読めば明らかとなる。
【０００６】 （発明の要旨） １局面において、本発明は、イオンビームをウェハに均一に注入する方法を提
供する。ウェハは、一般に、直径と中心とを有するディスク形状の表面領域を有
するタイプである。イオンビームは、まず、ウェハに入射する細長い形状に形成
される。この形状は、直径よりも小さな第１の軸に沿った長さと、第２の軸に沿
った上記長さよりも短い幅とを有する。次に、ウェハは、第２の軸と実質的に平
行な方向に、可変速度で移動される。ウェハはまた、実質的に中心のまわりを回
転速度で回転される。これらの移動は、イオンビームが、ウェハの表面領域全体
にわたって実質的に均一なドーズ量をウェハに注入するように行われる。
【０００７】 別の局面において、ウェハは、イオンビームが、選択された速度対位置のプロ
ファイルにおいて、ウェハの表面領域全体にわたってウェハの一端からウェハの
他端へとウェハに注入するように、移動される。
【０００８】 さらに別の局面において、可変速度で移動させるステップは、イオンビームが
ウェハの中心を注入する際には高速度で、イオンビームがウェハの端部を注入す
る際には低速度でウェハを移動させるステップを包含する。
【０００９】 別の局面において、移動させるステップは、イオンビームがウェハの一端から
中心へと注入するようにウェハを移動させるステップを包含する。好ましくは、
イオンビームがウェハの中心に達した場合、イオンビームを消す。さらに、ウェ
ハは、好ましくは、走査方向とは逆の方向に減速される。
【００１０】 別の局面において、本発明の方法はまた、イオンビームが、ウェハの結晶軸に
対して実質的に一定角度で表面領域に注入するように、ウェハを回転しながら傾
ける工程を包含する。好ましくは、この局面のウェハは、イオンビームが、実質
的に一定のスポットサイズで表面領域に注入するように、イオンビームに実質的
に平行な方向に移動される。別の局面において、ウェハは、中心を通るビームに
垂直な面に対して、ウェハ上へのビームの衝突位置に比例する大きさだけ、上記
方向に移動される。
【００１１】 さらに別の局面において、本発明の方法は、イオンビームのビーム電流密度を
決定するステップを包含する。この決定を用いて、上記方法はまた、好ましくは
、電流密度を変数として、可変速度を調整するステップを包含する。別の局面に
おいて、上記方法は、電流密度を変数として、回転速度を調整するステップを包
含する。
【００１２】 電流密度は、好ましくは、２つの寸法で測定され、より好ましくは、複数の穴
（好ましくは、ディスクの各象限角に１つの穴がある）を有するディスクを用い
る。本発明によれば、２つの寸法の電流密度が決定される一方で、ウェハを移動
および回転するのと同様にしてディスクを移動する。１局面において、ディスク
は、ディスクの中心のまわりに形成された４つの等間隔に配置された穴を有する
が、所望ならば、４より多くの穴を用いてもよい。
【００１３】 別の局面において、イオンビームの電流密度を決定する方法は、ファラデーカ
ップを用いて電流密度を測定するステップを包含する。１局面において、ディス
クを取り除いて、カップへとビームの直接較正を行う。
【００１４】 本発明のこれらおよび他の局面および利点は、以下の説明および添付の図面で
明らかとなる。
【００１５】 （発明の詳細な説明） 図１は、本発明の機能的なイオンビーム走査技術を示すイオンビーム走査シス
テム１０である。従来技術によるＢｅｒｎａｉｓソース等のイオンソース１２は
、分析磁石１６を介して走査するように調整されたビーム１４を生成する。分解
スリット１８は、位置Ａにおいてウェハ２０に注入するためにビーム発散を調整
するように機能する。低電流密度を維持するために、イオンソースのスリットの
長軸３１（図２を参照されたい）は、分析磁石の磁場に対して平行であり、ビー
ム１４がビーム１４の経路全体にわたって広がることを確実にしている。位置Ｂ
は、注入前の荷重位置Ａにおけるウェハ２０Ａを例示的に示す。ビーム１４によ
る注入時には、ウェハ２０は、動作線２２に示されるように回転される、および
／または、動作線２４で示されるように移動される。ファラデーカップ２６は、
本明細書中で説明されるようにイオンビーム密度を測定するように機能する。
【００１６】 システム１０には、クラスタツールウェハ取扱機構３０が接続されている。こ
の機構３０は、ウェハをシステム１０に提供したり、ウェハをシステム１０から
取り外したりする。機構３０は当業者に公知であり、典型的には、１つ以上の荷
重ロックドア３２と、コマンドにしたがってウェハを移動させるロボット輸送３
４とを含む。図２は、システム１０と機構３０とをさらに詳細に示す平面図であ
る。図２において、ウェハ２０は、ウェハ２０Ａに対して傾いた状態で示されて
いる。これにより、イオンビーム１４の照射スポット４０が、スリット１８を通
ってウェハ２０の所望の表面領域に注入される。システム１０の大きさは、ウェ
ハ２０の大きさに比べて小さいために、システム１０は、標準である３００ｍｍ
のクラスタツール機構３０における１つの部位で一致するに十分な小ささにされ
得る。
【００１７】 図１はまた、ファラデーカップ２６の出力に接続されたコンピュータ３３を例
示的に示す。コンピュータ３３は、本明細書中で説明されるように、カップ２６
からの電流データをコンパイルかつ照合し、電流密度を決定するようにプログラ
ムされている。
【００１８】 図３は、ウェハ２０が、本発明の所望の均一ドーズ量を達成するために、イオ
ンビーム１４によってどのように注入されるかを示す。詳細には、ウェハ２０は
、イオンビーム１４による注入時には、（それぞれ動作線２２、２４で示される
ように）回転され移動される。イオンビーム１４は、例示的に、ウェハ２０上に
注入スポット４０を形成する。ウェハ２０の走査移動速度および位置は、ビーム
サイズを変数として図４に模式的に示される。図４の「ｘ」軸３６は位置を示し
ており、一方、「ｙ」軸３８は移動速度を示す。大きいイオンビームは、線４４
で示される点ビームに比べて、動的位置／移動線４２は小さくなる。線４４は、
「０」位置において発散しており、ウェハ２０の中心４６におけるスポットサイ
ズと移動速度との関係が反比例の関係にあることを示す。
【００１９】 図３において、好ましいイオンビーム形状によって、扇型の注入スポット４０
が生成されることが示されている。この形状は、一方の寸法５０は狭く、かつ、
ウェハ２０の直径４０ほど広くはないが、断面の寸法５２は広い。したがって、
イオンビーム１４（図１）は、ウェハ２０が寸法５０に沿って移動され、ウェハ
中心４６からウェハ端部５６まで一定のドーズ量を保持するに必要な移動速度を
最小にするように、好ましくは方向付けされている。代替例として、ウェハ２０
は、図３の線にあるように、直径５４にわたって端部５６から端部５６へと走査
されてもよいし、端部５６から中心４６へと走査されてもよい。しかしながら、
いずれの場合も、速度は、ウェハ中心４６で最大となる。これにより、停止した
り方向転換したりするのが最も困難とされる位置となる。したがって、好ましく
は、ウェハ２０は、図３に示されるように、端部５６から端部５６へ中心４６を
介して走査される。代替例として、イオンビーム１４が中心４６に到達した際に
、図５に示されるように、イオンビーム１４を消し、その後、逆方向に減速する
。図５の走査は、好ましくは、線６６で示されるように、ウェハ端部５６から中
心４６へと開始し、その後、線６８で示されるように、イオンビーム１４をオフ
にした状態で動作を逆にする。好ましくは、イオンビーム１４が中心４６に到達
した際に、イオンビーム１４を消す。図５の線のように走査することによって、
ウェハの直径５４全体を移動させる必要がなくなり、それにより、移動距離はほ
ぼ半分に減る。図５において、ここでもやはり、位置を「ｘ」軸６０として示し
、「ｙ」軸６２は移動速度を表す。
【００２０】 チャネリング量を減らすために、イオンビーム１４は、従来、図６に示される
ように、垂直方向から約７°の角度θでウェハ２０に当るように設定されている
。角θは、ビーム１４をウェハ２０の結晶へと方向付ける。しかしながら、この
方向付けによって問題が生じる。なぜなら、動作２２で示される（ビームに対し
て垂直ではない）中心４６のまわりをウェハ２０が回転することによって、角θ
は、ウェハ２０の移動位置の異なりに応じて結晶軸に対して変化するためである
。このことを避けるために、回転軸７０はビーム１４に対して平行に維持され、
ウェハは回転中は傾けられる。図６は、第１の位置Ａおよび第２の位置Ｂにおけ
るウェハ２０を例示的に示す。この図は、１８０°回転した後の、意図的に傾く
ように調整されたウェハ２０の相対的な方向を表す。図７は、ウェハ２０の平面
図を示しており、詳細には、ビーム１４を結晶に方向付けるのを確実にする際に
有効な意図的なチルト軸７２を示す。チルト軸７２は、ウェハ２０の回転２２と
ともに回転する。
【００２１】 しかしながら、図６の傾きを達成する場合、さらなる問題が生じる。その問題
とは、ビームのウェハ２０までの移動距離が変化する（詳細には、ビームがソー
ス１２から同じ距離にあるウェハ２０に当る場合を除いて、ビーム発散に起因し
て、スポットサイズ４０が異なる）ので、注入スポット４０の形状が、ウェハ２
０の一端から他端まで変化することである。このスポットサイズの違いは、有意
となるほど大きくないかもしれないが、そうである場合には、ウェハ２０はまた
、好ましくは、図８の垂直方向の移動線７６で示されるように垂直方向に移動さ
れる。回転中にウェハ２０を上下に移動するために、線７６に沿った移動が行わ
れて、ウェハ２０上のビーム１４の衝突点を同じ距離に維持する。移動７６の大
きさ７８は、ビーム衝突点８０から中心４６までの距離に比例する。
【００２２】 均一なドーズ量を提供するに必要な移動速度を決定するために、好ましくは、
ビーム電流密度の正確な測定結果が用いられる。したがって、本発明はまた、図
９および図１０に示されるように、密度を正確に測定する機構を提供する。この
目的のためにウェハ２０の形状のディスク１００を用いる。ディスク１００は、
小さな穴１０２を有している。この穴１０２は、イオン電流９８を測定するため
に、イオンビームエネルギーをファラデーカップ２６へと通す。あたかも実際の
ウェハ２０が注入時に測定が行われるように、穴１０２を介してビーム強度の正
確な測定が行われる。したがって、ディスク１００は、回転線１０５に示される
ように、中心１０４のまわりを回転し、上述したように方向１０６へと移動する
。このようにして、ビーム電流対走査回転１０５および移動１０７のマップが作
成される。図１１は、注入スポット４０’を通る４つの穴の種々の経路１１０を
示す。次に、これらの経路１１０を用いて、２つの寸法のスポット密度をサンプ
リングすることによってマップが作成される。少なくとも４つの等間隔に配置さ
れた穴１０２（うち２つはチルト軸７２に沿っており、うち２つはチルト軸７２
に直交している）が用いられる。ただし、所望ならば４より多くの穴を用いても
よい。なぜなら、これらの穴の間のビーム電流の差は、ウェハを傾けることによ
って生じる高さの範囲にわたる垂直方向の位置に応じたビーム電流密度の変化を
決定するためである。不適切な場所にディスク１００を移動させ、全体のドーズ
量を較正するために、ビーム１４の全ビーム電流を測定することによって、較正
も行われる。コンピュータ（例えば、図１のコンピュータ３３）は、カップ２６
からの電流データをコンパイルして、電流密度を決定する。スポット４０’の電
流密度が分かると、線形移動（例えば、図３）に必要な速度は、一定速度で開始
し、その後、速度プロファイル用の半径方向に分布したドーズ量を決定する双方
向（ｉｎｔｅｒａｔｉｖｅ）計算を行うことによって決定される。相対速度がわ
かれば、絶対速度を計算して、所望のドーズ量が得られる。
【００２３】 当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく特定の改変例を為し得る
ことを理解されたい。例えば、図１のシステム１０のようなタイプ以外のイオン
注入器を本発明とともに用いて、均一なドーズ量の補正を行ってもよい。
【００２４】 したがって、本発明は、前述の説明から明らかなように、上述の目的を達成す
る。本発明の範囲から逸脱することなく、上述の方法およびシステムに特定の変
更を為し得ることができるので、上述の記載に含まれる事項、または、添付の図
面に示される事項はいずれも、例示目的であって、制限するものではないことを
意図している。また、上掲の特許請求の範囲は、本明細書中で説明した本発明の
包括的な特徴および特定の特徴のすべて、および、文言上の問題ではあるが、こ
れらに当てはまるように述べられ得る本発明の範囲のすべての記載事項を網羅す
ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明にしたがって構築されたイオンビーム走査システムと、クラス
タツールウェハ取扱機構とを示す。
【図２】 図２は、図１のシステムと機構との上面図を示す。
【図３】 図３は、本発明の方法にしたがってイオンビームをウェハに注入する図を示す
。
【図４】 図４は、イオンビームのスポットサイズを変数とした注入時における、ウェハ
の移動速度対走査位置を模式的に示す。
【図５】 図５は、ウェハの端部からウェハの中心まで注入する際の、ウェハの移動速度
対走査位置を模式的に示す。
【図６】 図６は、本発明の教示内容にしたがうウェハの回転とチルトとを示す。
【図７】 図７は、図６のようなウェハの上面図を示す。
【図８】 図８は、本発明の教示内容にしたがうウェハの移動と回転とを示す。
【図９】 図９は、本発明のイオンビーム較正ディスクを示す。
【図１０】 図１０は、本発明によるファラデーカップとともに用いる図９のディスクを示
す。
【図１１】 図１１は、図９および図１０のディスクの典型的なサンプリングパターンと、
ファラデーカップとを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェハにイオンビームを均一に注入する方法であって、該ウ
    ェハは、直径と中心とを有するディスク形状の表面領域を有するタイプであり、 該イオンビームを該ウェハに入射する細長い形状に形成するステップであって
    、該形状は、該直径よりも小さな第１の軸に沿った長さと、第２の軸に沿った該
    長さよりも短い幅とを有する、ステップと、 該第２の軸に実質的に平行な方向に可変速度で該ウェハを移動させるステップ
    と、 実質的に該中心のまわりで該ウェハを回転速度で回転させるステップと を包含し、該イオンビームは、該ウェハの該表面全体にわたって実質的に均一
    なドーズ量で該ウェハに注入する、方法。
  2. 【請求項２】 前記移動させるステップは、前記イオンビームが、前記ディ
    スクの前記表面領域にわたって前記ディスクの一端から前記ディスクの他端へ注
    入するように前記ウェハを移動させるステップを包含する、請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記可変速度で移動させるステップは、前記イオンビームが
    前記ウェハの前記中心に注入する際には高速度で、該イオンビームが該ウェハの
    端に注入する際には低速度で該ウェハを移動させるステップを包含する、請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記移動させるステップは、前記イオンビームが前記ウェハ
    の一端から前記中心へと注入するように該ウェハを移動させるステップを包含す
    る、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記イオンビームが前記中心に達した際には、該イオンビー
    ムを消すステップをさらに包含する、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記消すステップの後に、前記ウェハを注入とは逆方向に減
    速するステップをさらに包含する、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記イオンビームが、前記ウェハの結晶軸に対して実質的に
    一定角度で前記表面領域に注入するように、該ウェハを回転させながら該ウェハ
    を傾けるステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記イオンビームが実質的に一定のスポットサイズで前記表
    面領域に注入するように、該イオンビームに実質的に平行な方向に前記ウェハを
    移動させるステップをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記中心を通って前記イオンビームに垂直な面に対して、前
    記ウェハ上への該イオンビームの衝突位置に比例する大きさだけ前記方向に該ウ
    ェハを移動させるステップをさらに包含する、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記イオンビームのビーム電流密度を決定するステップを
    さらに包含する、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記電流密度を変数として、前記可変速度を調整するステ
    ップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記電流密度を変数として、前記回転速度を調整するステ
    ップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 複数の穴を有するディスクを用いて２つの寸法における前
    記電流密度をプロファイリングし、ウェハを移動および回転させるのと同様に、
    該ディスク移動させるステップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記ビーム電流密度をサンプリングするために、前記ディ
    スクの前記中心のまわりに等間隔で配置された４つの穴を用いるステップをさら
    に包含する、請求項１０に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記電流密度を測定するために、ファラデーカップを用い
    るステップをさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記ディスクを取り除いて、前記ファラデーカップへ直接
    測定することによって前記イオンビームを較正するステップをさらに包含する、
    請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 イオン注入器においてイオンビームの電流密度を決定する
    装置であって、 該イオン注入器によって処理される実質的に典型的なウェハの形状をしたディ
    スクであって、該ウェハの代わりに該イオン注入器内に設置され、該イオンビー
    ムのサンプルを該ディスクを通って透過させる複数の穴が形成された、ディスク
    と、 該サンプルを受け取り、かつ、該サンプルを電流に変換するように配置された
    ファラデーカップと を備え、該ディスクの回転によって、該電流密度を規定するサンプルデータア
    レイが提供される、装置。
  18. 【請求項１８】 前記ファラデーカップの出力に電気的に接続されたコンピ
    ュータをさらに備え、前記サンプルデータアレイを照合し、前記電流密度を決定
    する、請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記ディスクは、該ディスクの象限角に配置された４つの
    穴を形成する、請求項１７に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記穴の各々は、前記ディスクの中心に対して異なる半径
    方向の距離を有する、請求項１９に記載の装置。
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