JP2004513471A - 真空変動中にイオン注入を制御するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ビームラインに沿った真空変動中に注入を制御するための方法及び装置。真空変動は検出されたビーム電流に基づいて検出され及び／または注入チャンバ内の圧力を測定することなく補償される。イオンビーム電流に対する基準レベルが決定され、該基準レベルと測定イオンビーム電流との間の差がウエハ走査速度のようなイオン注入処理のパラメータを制御するのに使用される。差値はまた検出ビーム電流の減少を生じさせる２つのタイプの電荷交換衝突を考慮するためにスケールされる。第１のタイプの衝突である非照準線衝突は検出ビーム電流の減少及び半導体ウエハへ分配される全ドーズ量の減少を引き起こす。第２のタイプの衝突である照準線衝突は検出ビーム電流の減少を引き起こすがウエハに分配される総ドーズ量には影響を与えない。したがって、差のスケーリングは非照準線衝突を考慮したウエハ走査速度を調節するのに使用される。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、真空変動中にイオン注入を制御することに関する。特に、本発明は測定圧力ではなく、測定ビーム電流に基づき、真空変動を補償するためにイオンビーム注入処理を制御することに関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変化させる不純物を導入するための標準的な技術である。典型的なイオン注入処理は半導体ウエハ内に不純物を導入するために高エネルギーイオンビームを使用する。周知のように、ウエハ内に均一な深さ及び密度で不純物を導入することは、形成されている半導体デバイスが規格内で動作することを保証するために重要である。
【０００３】
ウエハ中の不純物ドーズ量の均一性に影響を及ぼすイオン注入処理でのひとつの要因は、イオン注入処理中の真空変動である。該真空変動は、イオンビームが半導体ウエハに衝突する際にガス抜き、蒸発若しくはスパッタする、半導体ウエハ上に被覆されたフォトレジスト若しくは他の材料によって引き起こされる。ガス抜き、蒸発若しくはスパッタリングはガス分子を放出し、それはビームラインに沿って普通に高い真空状態に圧力を上昇させ、ビーム内のイオンと放出された分子との間に衝突を生じさせる。この衝突はビーム内のイオンに電荷の変化をもたらす。例えば、イオンビーム内の単一電荷の正イオンは注入中にガス抜きするフォトレジストによって生成される残留ガス原子と衝突し、運動エネルギーの大きな変化なしに電荷交換を経験する。単一荷電正イオンは衝突により中性化され、中性電荷状態で半導体ウエハに衝突する。これに対して、ガス抜き、蒸発若しくはスパッタリングが半導体ウエア表面から発生しなければ、真空レベルはビームラインに沿って比較的高くかつ一定のまま維持され、イオン電荷交換衝突はほとんど生じない。
【０００４】
注入中のイオンビーム電流（及びウエハの総ドーズ量）を決定しかつ制御するために使用される検出器は典型的に中性粒子ではなく荷電粒子を検出するため、ビームラインに沿って真空レベルが落ちるときに生じる電荷交換衝突は問題を引き起こす。ウエハ内に注入される中性粒子は、所望の注入種でありかつ注入のための所望のエネルギーを有するため、トータルの注入ドーズ量でカウントされなければならない。ファラディカップのような典型的なイオンビーム電流検出器は中性粒子を検出することができないため、ウエハドーズ量に寄与するためにカウントされなければならない中性粒子は検出されない。結果として、実際のビーム電流より少ないビーム電流が検出され、それによってビーム電流の増加及びウエハのオーバードーズが助長される。
【０００５】
真空変動中に注入均一性を制御する従来の方法は、Ｆａｒｌｅｙによる米国特許第４，５８７，４３３号及びＣｈｅｎによる米国特許第５，７６０，４０９号に開示されるように、イオンビーム電流及び注入チャンバ内の真空レベルの両方を検出すること及びそれに応じてイオンビームを制御することを含む。そのようなシステムは、ビームラインに沿った真空の実際の変化と真空の変化（すなわち、圧力変化）が検出される時との間の遅れによって生じる誤った制御を含む欠点を有する。実際の真空変化と検出との間のこの遅れはイオンビーム制御の遅れを引き起こし、かつ誤ったウエハドーズ量を生じさせる。このタイプの方法は、複数の検出されたガス圧力と、ガス組成、ビームエネルギー、注入種、ドーズ量、フォトレジストタイプ等のようなイオン注入パラメータの複数のセットに対する対応する補正値を有するビーム電流値との経験的な相関関係を要求する短所を有する。
【０００６】
したがって、そのような注入パラメータに依存せず、真空変動に迅速に応答することができる、真空変動中に注入を制御するための方法が要求される。
【０００７】
発明の要旨
本発明はビームラインに沿った真空変動の存在下でイオンビーム注入処理を制御するための方法及び装置を与える。発明のひとつの態様において、真空変動は検出圧力ではなく、検出イオンビーム電流に基づいて検出される。したがって、イオン注入装置及び方法はイオン注入チャンバ内の圧力を検出することなく、ビーム電流に基づいて真空変動を補正する。
【０００８】
ひとつの実施例において、イオン注入処理を制御するための方法は、イオンビームを生成する工程及びイオンビームをビームラインに沿って方向付ける工程を含む。ビーム電流はビームラインに沿って検出され、材料はイオンビーム内のイオンによって注入される。注入中の真空変動は検出圧力ではなく検出ビーム電流に基づいて補償される。
【０００９】
ひとつの実施例において、半導体ウエハ中に注入するために高エネルギー粒子を含むイオンビームが生成される。その後、イオンビーム電流に対する基準値が決定される。ビームラインに沿った真空レベルが所望のレベルにある（例えば、半導体ウエハの注入が始まる前は比較的高くかつ安定である）状態で、イオンビーム電流に対する基準値は実際にイオンビーム電流を測定することによって決定される。イオンビームに対する基準値はメモリから検索される保存値であるか若しくは人間のオペレータによって入力される。イオンビーム電流に対する基準値が決定されると、半導体ウエハの注入が実行される。イオンビーム電流は注入中に測定され、イオンビーム電流に対する基準値と測定されたイオンビーム電流との間の差が決定される。イオンビーム電流、ウエハ走査速度若しくは他の注入処理パラメータが基準値と測定イオンビーム電流との間の差に基づいて調節される。測定されたイオンビーム電流は真空変動に関する情報（例えば、測定されたビーム電流の減少が主に真空変動によって引き起こされると仮定される）を含むので、イオン注入処理は適宜調節される（例えば、ウエハ走査速度は検出されたビーム電流の減少に応答して減少される）。
【００１０】
発明の他の実施例において、基準値と測定されたビーム電流との間の差がスケールされ、スケールされた差の値がイオン注入処理パラメータを制御するのに使用される。例えば、イオン注入システムは、ビームが半導体ウエハ上に入射する前にイオンビームを曲げかつ平行にする角度補正磁石を含む。このタイプの装置において、ビームラインに沿った真空変動が、ビームラインに沿った２つの領域（すなわち、照準線領域及び非照準線領域）で発生するイオン電荷交換衝突の増加を引き起こす。粒子を中性化する非照準線領域内での電荷交換衝突によって、粒子はウエハへの経路に沿って角度補正磁石によって偏向されなくなる。その代わり、中性粒子はウエハに衝突しない経路に従う。したがって、非照準線衝突がウエハにおける検出イオンビームの減少を引き起こしたとしても、衝突はウエハにおけるドーズ量の減少を引き起こす。対照的に、照準線領域内で起こる電荷交換衝突は高エネルギー粒子を中性化するが、粒子は経路に沿ってウエハまで移動するため、中性粒子はウエハ内に注入され総ドーズ量に寄与する。しかし、粒子は中性化されているため、それは総イオンビーム電流の一部として検出されない。したがって、照準線領域内の粒子を中性化する衝突は検出イオンビーム電流の減少を引き起こすがウエハドーズ量の変更を必ずしも生じさせない。イオンビーム電流に対する基準値と測定イオンビーム電流との間の差値のスケーリングは、照準線及び非照準線衝突の両方を補償ために注入プロセスパラメータ（例えば、ウエハ走査速度）を調節するのに使用される。
【００１１】
例えば、検出されたイオンビーム電流の減少は主にビームラインに沿った真空変動のせいであると仮定される。イオンビーム電流の検出された減少の一部は非照準線衝突から生じ、イオンビーム電流の検出された減少の残りの部分は照準線衝突から生じる。照準線衝突はイオンビーム電流の減少に寄与するが、必ずしもウエハの分配される総ドーズ量に影響を与えないため、イオンビーム電流の検出された減少のこの部分は必ずしも補償される必要はない。したがって、イオンビーム電流に対する基準値と検出イオンビーム電流との間の差値は主に非照準線衝突を補償するため及びウエハドーズ量を適正なレベルに調節するためにスケールされる。
【００１２】
本発明のこれら及び他の態様は以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１３】
詳細な説明
本発明はイオン注入システムとの関連で以下に説明される。しかし、本発明は、電子ビーム映像システムのような高エネルギーの荷電粒子ビームを使用する他のシステム若しくは処理とともに使用されることもできる。したがって、本発明は以下に説明する特定の実施例に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明に従うイオン注入システム１００の略示ブロック図である。イオン注入システム１００はビーム２を生成しかつ半導体ウエハ３へ方向付けるビーム生成器１を含む。ビーム生成器１は所望の特性を有するビーム２を生成するためのさまざまな異なるタイプの構成要素及びシステムを含む。ビーム２は半導体ウエハ３へ注入するのに使用される高エネルギーイオンビームのようなあらゆるタイプの荷電粒子ビームである。半導体ウエハ３は通常の円板形のような、さまざまな物理的形状を有することができる。半導体ウエハ３はあらゆるタイプの半導体材料若しくはビーム２を使って注入されるべきあらゆる他の材料を含む。
【００１５】
ビーム電流（すなわち、ビーム２内の粒子によってウエハ３へ運ばれる電荷の量）は検出器４によって測定される。検出器４はビーム２電流のレベルを検出するあらゆるタイプの装置である。例えば、検出器４は周知技術であるファラディカップ若しくは他の装置である。検出器４は適所に固定されるか可動であり、ウエハ３へのビーム経路に沿うか、図１に示されるようにウエハ３に隣接するか、ウエハ３の後方かのようなさまざまな異なる方法で配置される。所望により、検出器４として、熱量測定若しくはビーム誘導磁場測定を使用する装置のようなビーム２電流を測定するための他のタイプの装置が使用され得る。
【００１６】
検出器４は検出されたビーム２電流を表す信号を制御器５へ出力する。制御器５は所望の入力／出力及び他の機能を実行するようプログラムされた汎用コンピュータ若しくは汎用コンピュータのネットワークであるかまたはそれらを含む。制御器５は応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）、他のハード配線若しくはプログラム可能電子機器、離散要素回路、ＦＰＧＡ等のような他の電子回路若しくは構成要素を含むこともできる。制御器５はまた所望の機能を実行するために、ユーザー入力／出力機器（キーボード、タッチスクリーン、ユーザーポインティング機器、ディスプレイ、プリンタ等）、通信機器、データ記憶機器、機械的駆動システム等のような機器を含むこともできる。
【００１７】
制御器５はまたビーム２に関してウエハ３を移動することができるウエハドライブ６と通じており、該ウエハドライブ６はウエハ３に注入するためにビーム２を横切ってウエハ３を走査する。ウエハドライブ６は所望の方向へウエハ３を物理的に移動するためのさまざまな異なる機器若しくはシステムを含む。例えば、ウエハドライブ６は周知のようにウエハ３を移動するためにサーボ駆動モーター、ソレノイド、スクリュードライブ機構、ひとつ若しくはそれ以上のエアベアリング、位置符号化装置、機械的リンケージ、ロボットアームまたはあらゆる他の構成要素を含む。
【００１８】
ビーム２は、真空システム７によってハウジング８内に作られた比較的高い真空環境内でビーム生成器１からウエハ３へ運ばれる。高真空によって、低圧がハウジング８内に存在することを意味する。逆に、低真空はハウジング８内が比較的高圧であることをさしている。ハウジング８内の真空は、真空ポンプ、真空分離バルブ、圧力センサー等のような周知のシステムを使って維持される。真空システム７はハウジング８のひとつ若しくはそれ以上の部分のカレントの真空レベルに関する情報を制御器５へ与えるべく制御器５と連絡する。
【００１９】
ビーム２はビーム生成器１からウエハ３へ直線経路に従うよう図１に示されている。しかし、ビーム２は、生成器１内部及び／またはビーム生成器１とウエハとの間でひとつ若しくはそれ以上の偏向を有する曲線経路に従ってもよい。ビーム２は、例えばひとつ若しくはそれ以上の磁石、レンズ若しくは他のイオン光学機器によって偏向される。
【００２０】
注入の前に、ウエハドライブ６は、ビーム２がウエハ３上に入射しないようにビーム２から離してウエハ３を移動する。その後ハウジング８内の真空レベルが所望のレベルにあるか及び／または安定している状態で、ビーム生成器１はビーム２を生成しまた検出器４はビーム電流に対する基準レベルを検出する。ひとつの例として、ビーム電流に対する基準レベルが決定されるところの真空レベルはハウジング８内に真空システム７によって生成される最高真空レベルである。もちろん、ビーム電流に対する基準レベルはハウジング８内の他の真空レベルに対して決定されてもよい。
【００２１】
検出器４はビーム電流に対する基準レベルとして制御器５によって使用される信号を制御器５へ出力するか、若しくは制御器５はビーム電流に対する基準レベルを生成するために信号を処理する。例えば、検出器４は多くの検出イオンを表すアナログ信号を出力し、制御器５は該アナログ信号をデジタル数に変換し、それが制御器５内に保存される。保存されたデジタル数はビーム電流に対する基準レベルとして使用される。
【００２２】
注入中、ビーム２はウエハ３の少なくとも一部に入射される。ビーム２はウエハ３を横切って走査され及び／またはウエハ３はウエハドライブ６によってビーム２を横切って走査される。例えば、ビーム２はビーム生成器１によって図１の紙面と平行な面内で走査され、一方ウエハ３はウエハドライブ６によって紙面と垂直な方向に移動される。
【００２３】
ウエハ３表面上のフォトレジストのようなウエハ３上の材料は、ビーム２内の粒子によって衝突されるときガス抜きするか若しくは材料を生み出す。これが、ハウジング８内部に真空変動を引き起こし、該真空変動によってウエハ３付近のビームラインに沿って真空レベルが減少する。真空レベルのこの減少はウエハ３へ移動するビーム２内の粒子で発生する電荷交換衝突の数を増加させる。上記したように、電荷交換衝突（すなわち、ビーム２内の高エネルギー粒子とウエハ３でのガス抜き若しくは蒸発によって放出される材料との間の衝突）によって、ビーム２内の個々の粒子の電荷が変化させられる。例えば、ビーム２内で単一の正に荷電したイオンはビームラインに沿った衝突によって中性化されるか若しくは２つに正荷電される。イオンの電荷は変更されるが、粒子のエネルギーは実質的に変化しない。したがって、いくつかの粒子の電荷が変更された結果検出器４はその粒子の存在を検出しないが、当該粒子はウエハ３と衝突し、ウエハ３の全体の不純物ドーズ量に寄与する。したがって、たとえウエハ３の総ドーズ量が影響を受けなくとも、検出器４は注入中にイオンビーム電流の減少を指示する信号を出力する。
【００２４】
制御器５は、ビーム電流の検出された減少若しくはビーム電流の検出された減少の一部が注入中の真空変動によって引き起こされたが、ウエハ３に注入された総ドーズ量は影響を受けないことを認識する（すなわち、その仮定に基づいて動作する）。したがって、制御器５はビーム電流の検出された減少に基づいて真空変動を検出することができる。ビーム電流はイオンソースの変化のような他の要因により注入中に変化し、制御器５は検出されたビーム電流減少のいくつかの部分が真空変動によって引き起こされ、減少の他の部分が他の要因（例えば、イオンソースの変化）によって引き起こされたことを決定するという点が理解されるべきである。ここでは説明しないが従来技術にあるように、制御器５は真空変動のせいではないビーム電流の変化を補正するためにある注入パラメータを調節する。さらに、ガス抜きは時間とともに変化し、制御器５は他の要因と比べた場合の検出されたビーム電流減少への真空変動の寄与が注入中の時間にわたって変化することを決定する。そのような場合、制御器５は、注入を制御するために他の要因の寄与ではなく真空変動の寄与のみを反映する調節された測定ビーム電流を使用する。
【００２５】
制御器５はビーム電流の減少を感知するが、ビーム２走査速度、ウエハ３走査速度等のような特定の注入パラメータを必ずしも調節するわけではない。その代わり、制御器５は、真空圧力の上昇が検出されたこと及びハウジング８内の真空レベルが適宜調節されなければならないことを指示する信号を真空システム７へ出力する。真空システム７へのこの信号は真空システム７へ圧力センサーによって与えられた測定真空レベル信号に付加して与えられる。したがって、制御器５からの信号に基づいて、真空システム７は、真空システム７に関連する圧力センサーによって真空レベルの減少が検出される前に、ハウジング８内の真空レベルを調節することを開始する。
【００２６】
変形的に、制御器５は、注入中に検出器４によって与えられた検出ビーム電流レベルをビーム電流に対する保存された基準レベルと比較し、ビーム２若しくはウエハドライブ６のいずれかを制御するのに２つの値の差を使用してもよい。例えば、制御器５は注入中に検出器４によって検出されたビーム電流の減少は主にビームラインに沿った真空変動のせいであることを保存された情報に基づいて決定する。また、制御器５は電荷交換衝突によるビーム電流の検出された減少の一部はウエハ３に分配される総ドーズ量には影響を与えず、一方ビーム電流の検出された減少の他の部分はウエハ３に分配される総ドーズ量の減少に寄与することを決定する。例えば、いくつかの電荷交換衝突は粒子の運動エネルギーに影響を与えることなくビーム粒子を中性化する。中性化された粒子は検出器４によって検出されないが、ウエハ３内に注入される総ドーズ量には寄与する。真空変動によって引き起こされる他の衝突は粒子の電荷及び運動エネルギーに変化をもたらし、または粒子がウエハ３に注入されないような軌道に従うことを強制する。これらの衝突は検出ビーム電流の減少及びウエハ３内へ注入される総ドーズ量の減少をもたらす。制御器５は検出ビーム電流とビーム電流に対する基準値との間の差値をスケールすることができ、その結果ウエハ３へ分配される総ドーズ量は所望のレベルに調節される。差値はまた基準値で差値を割ることによって規格化される。例えば、制御器５は、スケールされかつ規格化された基準値に基づいてビーム２経路を横切ってよりゆっくりとウエハ３を移動するようウエハドライブ６を制御する。制御器５によって使用される倍率（ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）は経験的に決定され、制御器５内に保存される。したがって、制御器によって特定の差値が決定されると、対応する倍率が検索されかつビーム２若しくはウエハ３の移動を適正に制御するよう差値を調節するのに使用される。
【００２７】
制御器５はまた真空変動によって引き起こされる２次元の注入の非均一性を制御する。例えば、真空変動はウエハ３において２次元の注入非均一性（例えば、図１の紙面に平行なビーム走査方向に沿った非均一性及び図１の紙面に垂直なウエハ走査方向に沿った非均一性）を引き起こす。したがって、制御器５は両方向の非均一性を制御するためにビーム走査速度及びウエハ走査速度を制御する。ビーム走査速度及びウエハ走査速度をそれぞれ制御するために異なる倍率が使用されてもよい。
【００２８】
図２は本発明に従うイオン注入システム１００のより詳細なブロック図を示す。イオンソース１１はイオンを生成しかつイオンビーム２を供給する。周知のように、イオンソース１１はイオンチャンバ及びイオン化されるべきガスを含むガスボックスを含む。ガスはそれがイオン化されるところのイオンチャンバへ供給される。形成されたイオンはイオンビーム２を形成するべくイオンチャンバから抽出される。イオンビーム２は好適に水平方向に長いリボン形状の伸長した断面を有するか、若しくは円形の断面を有する。抽出電源及び抽出電極１２はイオンソース１１からのイオンを加速する。抽出電源は、例えば約０．２から８０ｋｅＶまで調節可能である。したがって、イオンソース１１からのイオンは抽出電極１２によって約０．２から８０ｋｅＶのエネルギーに加速される。イオンソースの構造及び動作は当業者に周知である。
【００２９】
イオンビーム２は抑制電極及び接地電極（図示せず）を通じて質量分析器１３へ達する。所望のイオン種のイオンが分解アパーチャ１４を通過しかつ不所望のイオン種が分解アパーチャ１４を通過しないように、質量分析器１３はイオンビーム２内のイオンを偏向する分解磁石を含む。好適実施例において、質量分析器１３分解磁石は所望のイオン種を９０°だけ偏向する。
【００３０】
所望のイオン種のイオンは質量分析器１３の下流に配置されたスキャナー１５（リボンビームを使用するシステムでは要求されない）へ分解アパーチャ１４を通過して達する。スキャナー１５はビーム２を制御するための他の電極（図示せず）とともに走査電極を含む。イオンビーム２内のイオンは走査され、その後角度補正磁石１６を通過する。角度補正磁石１６は所望のイオン種のイオンを偏向しかつイオンビーム２を発散するイオンビームから実質的に平行なイオン軌道を有するほぼ平行にされたイオンビーム２へ変換する。好適実施例において、角度補正磁石１６は所望のイオン種のイオンを７０°だけ偏向する。
【００３１】
エンドステーション１７は、所望の種のイオンが半導体ウエハ（図示せず）内に注入されるように、イオンビーム２の経路内でひとつ若しくはそれ以上の半導体ウエハを支持する。エンドステーション１７は冷却された静電プラテン及びウエハ表面全体にイオンを分配するために長軸のイオンビーム２断面に垂直にウエハを移動するためのウエハドライブ６を含む。
【００３２】
イオン注入システム１００は当業者に周知の付加的な構成要素を含む。例えば、典型的にエンドステーション１７はイオン注入システム１００内にウエハ３を導入しかつ注入後にウエハを除去するための自動ウエハハンドリング機器を含む。エンドステーション１７はまたドーズ量測定システム、電子流銃及び他の周知の構成要素を含む。イオンビーム２によって横切られる全経路はイオン注入の間排気されることが理解されよう。イオン注入システム１００の付加的な詳細は、従来周知であり本発明で必ずしも重要ではないので、ここでは説明しない。
【００３３】
イオン注入システム１００の構成要素は制御器５によって制御される。したがって、制御器５はイオン注入処理をモニターし、イオンがイオンソース１１から製造される速度、イオンビーム２の走査速度、エンドステーション１７におけるイオンビーム２に対するウエハの走査速度等のような処理のさまざまな態様を調節するように進む。
【００３４】
図３は分解アパーチャ１４からエンドステーション１７までの図２のイオン注入システム１００の一部を略示したものであり、分解アパーチャ１４からエンドステーション１７内の半導体ウエハ３までのビーム２経路を示す。概念的に、イオンビーム２経路は３つの領域に分割され、その場合領域Ｉは角度補正磁石の上流であり、領域ＩＩは角度補正磁石１６の内部であり、領域ＩＩＩは角度補正磁石１６の下流である。領域Ｉにおいて、ビーム２は発散ビームである。領域ＩＩにおいて、角度補正磁石１６はビーム２内の荷電粒子を約７０°だけ偏向させかつビームを平行にする。したがって、領域ＩＩＩ内のビーム２は、イオンビーム内のすべてのイオンが実質的に同じ角度でウエハ３表面上に入射するように、実質的に平行にされたビームである。
【００３５】
ウエハ３の注入が開始される前に、制御器５はビーム２の経路を外れてウエハ３を移動させるようウエハドライブ６を制御する。その後イオンビーム２のイオン電流がひとつ若しくはそれ以上の検出器４１、４２及び４３によって測定される。検出器４１は、ビーム２がウエハ３上に入射するところの面付近でビーム２を横切って移動するプロファイラー若しくは移動ファラディカップである。このタイプの移動ファラディカップ１４の使用は周知であり、検出器によって作られる信号はビーム２の均一性を決定するのに使用される。ビーム電流はまた注入中にウエハ３に近接配置されたファラディ検出器４２によって測定される。検出器４２はウエハ３付近に配置されるため、検出器４２はウエハ３が注入のために配置される前若しくはウエハ３の注入中のいずれかにビーム電流を検出することができる。第３の検出器４３もまたビーム電流を検出するのに使用される。検出器４３は注入中ウエハ３の下流に配置されるので、典型的にファラディタイプの検出器である検出器４３はウエハ３内に注入が期待される総ドーズ量を測定するために注入前に典型的に使用される。この例において検出器４１〜４３はファラディタイプの検出器であるが、熱量測定を使用するようなもの若しくはビーム誘導磁場測定のようなビーム電流を感知するための他のタイプの検出器が検出器４１〜４３とともにまたはそれに代わって使用されてもよいことは理解されるべきである。さらに、これら３つのすべての検出器４１〜４３を使用する必要はない。例えば、検出器４１及び４３は真空変動に関して注入処理を制御するようビーム電流を検出するのに除去されるか若しくは使用されない。したがって、検出器４２のみがビーム電流を検出するのに使用されてもよい。
【００３６】
以下の例において、イオンビーム電流を検出しかつ真空変動中の注入処理を制御するのに検出器４２のみが使用される。エンドステーション１７内部及びビームラインに沿った真空レベルが所望の基準レベルであるとき、例えばウエハ３がビーム２経路からはずれて配置されビームラインに沿った真空が比較的高くかつ均一なレベルであるとき、検出器４２はイオンビーム２のビーム電流を検出する。真空レベルが基準レベルであるときに測定されたこの検出電流はイオンビーム電流に対する基準値として制御器５によって使用される。イオンビーム電流に対する基準値は、ウエハ３がビーム２経路からはずれた時に必ずしも決定されない。すなわち、イオンビーム電流に対する基準値は、ウエハ３が注入されるべき位置にありかつビームラインに沿った真空が例えばウエハ３の注入の始めに所望のレベルにあるときに検出されたビーム電流である。変形的に、制御器５は制御器５のメモリ内に保存されている経験的に決定されたビーム電流に対する基準値を使用してもよい。
【００３７】
ウエハ３の注入が開始された後、フォトレジストのようなウエハ３上の物質はガス抜き若しくは粒子を放出し始める。この粒子放出はウエハ３付近及び分解アパーチャ１４まで戻るビーム経路に沿った真空レベルに変動を引き起こす。上記したように、ビームラインに沿った真空レベルの減少は、ビーム２内のイオンとウエハ３から放出されたような他の粒子との間の電荷交換衝突の数を増加させる。この電荷交換衝突はビーム２中のイオンを中性化する。中性粒子は角度補正磁石１６によって作用を受けないため、粒子が中性化されたところのポイントから直線のライン経路に従う。電荷交換衝突はビームラインに沿ったあらゆる場所で生じ、典型的に電荷交換衝突の位置が中性化された粒子がウエハ３に衝突しウエハ３内に注入される全ドーズ量に寄与するか否かを決定する。この例において、ビーム２中のイオンを中性化するライン９の上流で生じる電荷交換衝突により、中性化された粒子はウエハ３に衝突しないか若しくはビーム電流に寄与するように測定される。しかし、ビーム２中のイオンを中性化するライン９の下流で生じる電荷交換衝突はウエハ３に衝突する中性化された粒子を生じさせる。図３において中性化された粒子の経路は点線軌道によって示されている。検出器４２は中性化された粒子を検出することができないため、たとえライン９の下流で電荷交換衝突を経験するいくつかの中性粒子がウエハ３の全ドーズ量に寄与するとしても、検出器４２はビーム電流の減少を検出する。中性化された粒子はウエハに対して照準線を有し、ウエハ３のドーズ量に寄与するため、ライン９の上流で発生する電荷交換衝突は非照準線衝突と呼ばれ、一方ライン９の下流で発生する衝突は照準線衝突と呼ばれる。
【００３８】
真空レベルがビームラインに沿って低下するときビーム２内の粒子の中性化により、検出器４２はビーム電流の減少を検出するようになる。ビーム電流Ｉ_ｒｅｆに対する基準値と測定ビーム電流Ｉ_ｍとの間の差ΔＩは、ビーム２中の粒子を中性化する非照準線衝突及び照準線衝突の両方によって寄与を受ける。したがって、ビーム電流差ΔＩは照準線衝突及び非照準線衝突の両方の関数である。
【００３９】
照準線衝突はウエハ３の全ドーズ量に寄与するため、制御器５は、ウエハ３内に注入されるが検出ビーム電流には寄与しない中性化粒子を考慮せずに、測定電流Ｉ_ｍが基準値Ｉ_ｒｅｆに等しくなるようにビーム２のビーム電流を単純に増加させるか若しくはビーム電流差ΔＩを補償するべくウエハ３の走査速度を調節することはできない。したがって、差値ΔＩは適正な倍率を使ってスケールされ、スケール値はウエハ３の所望のドーズ量を達成するためにウエハ走査速度、ビーム電流若しくは他の注入パラメータを制御するのに使用される。好適には、ウエハ３の走査速度は調節される。概して倍率は非照準線衝突によって引き起こされる測定ビーム電流Ｉ_ｍの検出された減少の百分率の見積もりを表す。倍率は経験的に決定される。例えば、適正な倍率は実際の注入処理中の測定ビーム電流Ｉ_ｍ及びウエハ３に注入される実際のドーズ量に基づいて決定される。
【００４０】
倍率はまた注入処理を数学的にモデル化することによって決定される。例えば、倍率は注入システムモデルから得られる計算された距離と密度の積に基づく。ガス抜き生産物及び他のソースからの中性粒子密度は真空システムのモデルに基づいて計算され、ビーム経路長×中性粒子密度は照準線及び非照準線経路に対して決定される。この距離と密度との積の相対値に基づいて、注入システムに対する倍率が引き出される。倍率を決定するのに、経験的アプローチはモデル化アプローチよりも正確であるが、経験的アプローチを使うと時間の浪費が多い。
【００４１】
いかに倍率が使用されるかのひとつの例として、もしビーム電流の５０％減少が検出され（例えば、差値ΔＩがΔＩを基準値Ｉ_ｒｅｆで割ることによって規格化されΔＩ／Ｉ_ｒｅｆ＝０．５が与えられる）、ビーム電流の検出された減少の半分は非照準線衝突によって引き起こされ、ビーム電流の検出された減少のあと半分は照準線衝突によって引き起こされれば、ウエハ３に対する所望のドーズ率を達成するためにウエハ走査速度はオリジナル値の１／４（倍率０．２５で調節される）だけ減少される。すなわち、検出されたビーム電流Ｉ_ｍはビーム電流に対する基準値Ｉ_ｒｅｆの半分であるが、ビーム電流の検出された減少の１／２がウエハ３の全ドーズ量に寄与する中性化された粒子によって引き起こされるため、検出されたビーム電流の減少の１／２のみが補償される必要がある。したがって、ウエハ３のドーズ量全体の減少を生じさせる非照準線衝突を補償するために、検出されたビーム電流Ｉ_ｍの２５％増加若しくはウエハ走査速度の２５％減少が使用される。
【００４２】
上記例は発明のひとつの態様を説明するために使用された全体的に単純化された例である。検出されたビーム電流とビーム電流に対する基準値との間の他の差が決定され、またウエハ３の全ドーズ量に寄与し及び寄与しない電荷交換衝突の他の比率が遭遇し得ることは理解されるべきである。さらに、２次元での非均一性効果は制御器５によって補償される。例えば、経験的に得られた倍率は、ビーム走査及びウエハ走査の両方向で真空変動により引き起こされる非均一なドーズを調節するためにビーム走査速度及びウエハ走査速度の両方を調節するのに使用される。もちろん、倍率は、ビーム走査方向及びウエハ走査方向の非均一性及び走査速度を２つの方向の非均一性を調節するべく評価するようビーム経路及び補正磁石１６内の中性粒子密度をモデル化することによって数学的に得られる。
【００４３】
制御器５は、注入中に真空変動を補償するべくイオン注入システム１００内の真空システムを制御するような他の目的に対して決定されたビーム電流差ΔＩを使用することができる。制御器５はまた、スキャナー１５内の走査プレートに印加される走査波形を調節することによってビーム２の走査を制御するような、注入処理の他のパラメータを制御するのにビーム電流差情報を使用してもよい。ビーム２の走査の制御は、水平方向の非均一性（すわなち、ウエハ走査方向に垂直な方向でのウエハ３内の注入非均一性）を調節するのに使用される。
【００４４】
制御器５はまたビームラインに沿った真空変動のビーム非均一性効果を調節するために決定されたビーム電流差情報を使用することもできる。図３から分かるように、分解アパーチャ１４からライン９に達するまでに、ビーム包絡線の外側のイオンはビーム包絡線の内側を進行するイオンより長い距離を進行する。したがって、ビーム包絡線の外側を進行するイオンはライン９に達する前に電荷交換衝突を経験するより高い確率を有する。これはウエハの他方の側に比べ一方の側（例えば、図３のウエハ３の右側）のドーズ不足を生じさせる。しかし、ビーム包絡線の内側に沿って進行するイオンは領域ＩＩＩに達する前にライン９からある距離だけ進行する。もしイオンがライン９と領域ＩＩＩとの間で電荷交換衝突を経験すれば、中性化された粒子はもはや角度補正磁石１６によって導かれず、最初にイオンが衝突した地点よりさらに右のウエハ３の一部に向かう直線ライン経路に従う。これはウエハ３の右側のドーズ量の超過を引き起こし、ビーム２の外側の経路に沿ってより頻繁に発生する電荷交換衝突をほぼ消してしまう。発明者は図３に示される装置のビーム均一性に対する真空変動の効果は典型的に注入均一性に対し比較的小さい効果を有することを発見した。しかし、他の構成において、真空変動は注入均一性に対しより大きい効果を有し得る。そのような場合、制御器５は真空変動の効果を消すためにビームパラメータを調節する。
【００４５】
図４は、イオンビーム電流基準値及び測定ビーム電流に基づいてイオン注入パラメータを調節するための方法の工程のフローチャートを示す。工程Ｓ１０において、イオンビームが生成される。イオンビームはいくつかの従来周知の方法のひとつで生成され、あらゆる所望のエネルギーのあらゆるタイプのイオン種を含むことができる。典型的に、イオンビームは実質的にひとつのイオン種を含むが、ビームは所望により異なるイオン種を含む。
【００４６】
工程Ｓ２０において、イオンビーム電流に対する基準値が決定される。イオンビーム電流は、単位面積あたり若しくはビームの全断面積に対して一定時間の間にビーム内の粒子によって運ばれる電荷の量の測定値である。イオン注入システム内の真空レベルが所望のレベルであるとき、基準値は測定ビーム電流である。例えば、イオン注入システム内のイオンビーム経路に沿った真空レベルが比較的高くかつ安定であるとき、イオンビーム電流はウエハの注入が開始される前に測定される。
【００４７】
工程Ｓ３０において、半導体ウエハのような材料が工程Ｓ１０で生成されたイオンビームを使って注入される。材料への注入は、ビーム中の高エネルギー粒子が材料内に注入されるように、イオンビームを半導体ウエハの方向へ所望の角度で方向付けることによって実行される。
【００４８】
工程Ｓ４０において、イオンビーム電流は注入中に測定される。ビーム電流は、ファラディカップ、熱量測定若しくはビーム誘導磁場測定を使った検出器、若しくは他の検出器のようなあらゆる所望のビーム電流測定装置を使って測定される。イオンビーム電流は注入されている材料の隣りの位置若しくは注入されている材料へのビーム経路に沿って測定される。
【００４９】
工程Ｓ５０において、イオン注入パラメータは、イオンビーム電流に対する基準値及び注入中の測定ビーム電流に基づいて調節される。例えば、基準値と測定電流との間の差が決定され、イオン注入パラメータがその差値に基づいて調節される。さまざまな異なるイオン注入パラメータが差値に基づいて調節される。例えば、注入中にビーム経路に沿った真空変動から生じるドーズレベルの減少に適応するためにウエハ走査速度が調節（例えば、減少）される。ビーム電流、ビーム走査速度若しくは周波数、ビーム均一性、ビームラインに沿って真空レベルを制御するのに使用される真空システムの排気速度等のような他のイオン注入パラメータが調節される。ビーム電流に対する基準値と注入中の測定ビーム電流との間の差値は、検出されたビーム電流の減少及びウエハドーズ量の減少に寄与する非照準線衝突及び検出されたビーム電流の減少には寄与するがウエハドーズ量には影響を及ぼさない照準線衝突を考慮するためにスケールされる。したがって、差値はスケールされ、所望のドーズ量が半導体材料へ分配されるように注入パラメータが調節される。
【００５０】
発明は特定の実施例との関連で説明されてきたが、当業者にとって多くの修正及び変形が可能であることは明白である。したがって、ここに記載された発明の好適実施例は説明のためのものであり限定するものではない。発明から離れることなくさまざまな変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明に従う第１のイオン注入システムのブロック図である。
【図２】
図２は、本発明に従う第２のイオン注入システムのブロック図である。
【図３】
図３は、図２のイオン注入システムの一部のブロック図である。
【図４】
図４は、本発明に従うイオン注入パラメータを調節するための方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　ビーム生成器
２　　　ビーム
３　　　半導体ウエハ
４　　　検出器
５　　　制御器
６　　　ウエハドライブ
７　　　真空排気システム
８　　　ハウジング
１１　　　イオンソース
１２　　　抽出電極
１３　　　質量分析器
１４　　　分解アパーチャ
１５　　　スキャナー
１６　　　角度補正磁石
１７　　　エンドステーション

Claims (34)

1. イオン注入処理を制御するための方法であって、
   イオンビームを生成する工程と、
   イオンビーム電流基準レベルを決定する工程と、
   半導体ウエハの注入中にイオンビーム電流を測定する工程と、
   検出された圧力に基づくのではなく、基準レベル及び測定されたイオンビーム電流に基づいて注入中の真空変動を補償するべくイオン注入パラメータを調節する工程と、
   から成る方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流基準レベルを決定する工程は、半導体ウエハの注入が開始される前にイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流基準レベルを決定する工程は、イオンビーム経路に沿った真空レベルが安定している間にイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流基準レベルを決定する工程は、保存された基準レベルをメモリから検索する工程から成る、ところの方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流基準レベルを決定する工程は、ファラディ検出器を使ってイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流基準レベルを決定する工程は、ウエハ注入位置の隣りに配置されたサンプリングファラディ検出器を使ってイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流を測定する工程は、半導体ウエハに隣接配置されたファラディ検出器を使ってイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、イオンビーム電流を測定する工程は、ビームラインに沿った真空レベルが基準真空レベルから変化する間にイオンビーム電流を測定する工程から成る、ところの方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、イオン注入パラメータを調節する工程は、イオンビーム電流基準レベルと測定されたイオンビーム電流との差に基づいて、ウエハがイオンビームを横切る速度を決定するウエハ走査速度を調節する工程から成る、ところの方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、イオン注入パラメータを調節する工程は、
    イオンビーム電流基準レベルと測定されたビーム電流との間の差を決定する工程と、
    ビーム中のイオンの非照準線電荷交換衝突を考慮するべく差値をスケールする工程と、
    スケールされた差値に基づいてウエハ走査速度を調節する工程と、
    から成るところの方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、イオン注入パラメータを調節する工程は、２次元でウエハドーズ量非均一性を補正するべくイオン注入パラメータを調節する工程から成る、ところの方法。
12. 請求項１１に記載の方法であって、調節する工程は、ウエハ走査速度及びビーム走査速度を調節する工程から成る、ところの方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、調節する工程は、２つの倍率に基づいてウエハ走査速度及びビーム走査速度を調節する工程から成る、ところの方法。
14. 請求項１に記載の方法であって、イオン注入パラメータを調節する工程は、イオン注入システムをモデル化することによって数学的に引き出された倍率を使用する工程から成る、ところの方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、倍率を使用する工程は、イオンビーム経路及び真空システムのモデルから少なくとも部分的に得られた計算されたビーム経路長×中性粒子密度の積に基づいて決定された倍率を使用する工程から成る、ところの方法。
16. イオン注入装置であって、
    イオンビーム電流を生成するための手段と、
    イオンビーム電流基準レベルを決定するための手段と、
    注入中にイオンビーム電流を測定するための手段と、
    検出された圧力に基づくのではなく、基準レベル及び測定されたイオンビーム電流に基づいて注入中の真空変動を補償するためにイオン注入パラメータを調節するための手段と、
    から成る装置。
17. イオン注入装置であって、
    高エネルギーイオンビームを生成しかつ該イオンビームを半導体ウエハへ方向付けるビーム生成器と、
    イオンビーム電流を検出する検出器と、
    イオンビーム経路を横切る方向へ半導体ウエハを移動するウエハドライブと、
    検出されたイオンビーム電流を表す信号を検出器から受信し、検出されたイオンビーム電流に基づいて真空変動を検出し、注入中の真空変動を補償するためにウエハ走査速度を調節するようウエハドライブを制御する制御器と、
    から成る装置。
18. 請求項１７に記載の装置であって、制御器は、イオンビーム経路に沿ったビーム中のイオンが経験する非照準線及び照準線電荷交換衝突を考慮するべく差値をスケールする、ところの装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、差値は非照準線衝突に対する照準線衝突の比率に基づいてスケールされる、ところの装置。
20. 請求項１７に記載の装置であって、さらに真空システムから成り、制御器は決定された差値に基づいて真空排気を始めるよう該真空システムを制御する、ところの装置。
21. 請求項１７に記載の装置であって、検出器は半導体ウエハに隣接配置されたファラディカップである、ところの装置。
22. 請求項１７に記載の装置であって、ビーム生成器は角度補正磁石を含む、ところの装置。
23. 請求項１７に記載の装置であって、イオンビーム電流基準値は、イオンビーム経路に沿った真空レベルが安定な間に測定されたイオンビーム電流に基づいて決定される、ところの装置。
24. 請求項１７に記載の装置であって、イオンビーム電流基準値は制御器によってメモリから検索される、ところの装置。
25. 請求項１７に記載の装置であって、制御器は、イオンビーム経路に沿って真空変動が存在しないときのイオンビーム電流に対応するイオンビーム電流基準値とイオンビーム経路に沿って真空変動が存在するときに測定されたイオンビーム電流との間の差値に基づいて真空変動を検出する、ところの装置。
26. 請求項１７に記載の装置であって、制御器は２次元のウエハドーズ量非均一性を調整するべくウエハ走査速度に加えイオン注入パラメータを調節する、ところの装置。
27. 請求項１７に記載の装置であって、制御器はウエハ走査速度及びビーム走査速度を調節する、ところの装置。
28. 請求項２７に記載の装置であって、制御器は２つの倍率に基づいてウエハ走査速度及びビーム走査速度を調節する、ところの装置。
29. 請求項１７に記載の装置であって、制御器は注入システムをモデル化することによって数学的に引き出された倍率を使ってウエハ走査速度を調節する、ところの装置。
30. 請求項２９に記載の装置であって、制御器は、注入装置内のイオンビーム経路及び真空システムのモデルから少なくとも部分的に得られた計算されたビーム経路長×中性粒子密度の積に基づいて決定された倍率を使用する、ところの装置。
31. イオン注入処理を制御するための方法であって、
    イオンビームを生成する工程と、
    イオンビームをビームラインに沿って方向付ける工程と、
    該ビームラインに沿ってビーム電流を検出する工程と、
    検出されたビーム電流に基づいてビームラインに沿って真空変動を検出する工程と、
    注入中の真空変動を補償するべくイオン注入パラメータを調節する工程と、
    から成る方法。
32. 請求項３１に記載の方法であって、真空変動を検出する工程は、イオンビーム経路に沿って真空変動が存在しないときのイオンビーム電流に対応するイオンビーム電流基準値とイオンビーム経路に沿って真空変動が存在するときに測定されたイオンビーム電流との間の差値を決定する工程から成る、ところの方法。
33. 請求項３２に記載の方法であって、真空変動を検出する工程は、非照準線衝突に対する照準線衝突の比率に基づいて差値をスケールする工程から成る、ところの方法。
34. イオン注入処理を制御するための方法であって、
    イオンビームを生成する工程と、
    ビームラインに沿ってイオンビームを方向付ける工程と、
    ビームラインに沿ってビーム電流を検出する工程と、
    イオンビーム中のイオンを材料に注入する工程と、
    検出された圧力でなく検出されたビーム電流に基づいて注入中の真空変動を補償する工程と、
    から成る方法。

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