JP2004529466A

JP2004529466A - イオン注入装置におけるビーム走査を制御する為の方法およびシステム

Info

Publication number: JP2004529466A
Application number: JP2002580371A
Authority: JP
Inventors: レイモンド，ポールボワッソー，; ロバート，ジョセフルドー，; ウィリアム，フィリップネット，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2004-09-24
Also published as: US7323700B1; WO2002082496A3; US20080087808A1; WO2002082496A2

Abstract

イオン注入機においてイオン・ビーム走査を制御する為の方法および装置が開示されている。注入処理が開始される前に、均等な分布をマグネット走査軸に沿って作る為に、移動型ファラデー検出器（２４）を用いて、走査波形が決定される。移動型ファラデー（２４）からの電荷データは、小さな、有限数のチャネルに集められ、これが、集められた電荷対ビーム交差時間のヒストグラムを作る為に使用される。これは、順番にターゲット走査速度を訂正し、あらゆる照射量の不均等性をも補償する為に使用される。ターゲット走査速度は、急速なフィードバック・ループに対する第１入力として使用される。イオン注入機において、磁気スキャナのマグネットにおける誘導型ピックアップの出力をデジタル化することにより、第２入力が得られる。各々の入力は別個に積分され、急速フーリエ変換済み誤差係数Ｆerrorは、誘導型ピックアップ信号からのフーリエ係数によるターゲット走査速度からのフーリエ係数を割ることにより得られる。これらの誤差係数は、イオン注入機における磁気スキャナに対する設定波形を制御する為に使用される。

Description

【発明の内容】
【０００１】
発明の分野
本発明は、磁界でイオン・ビーム走査を制御する為の方法とシステムに関し、特に、半導体ウエハにドーパント・イオンを注入する為のイオン注入装置における使用に適する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入機は、半導体ウエハの処理において、長年、使用されてきた。通常、必要な種のイオン・ビームが生成され、イオンがウエハの表面下に注入されるように当該ウエハ又は他の半導体基板に向けられる。注入は、通常、必要なドーパントのイオンをウエハに注入することにより、変更された導電状態の、半導体ウエハ内の領域を生成する為に使用される。
【０００３】
既知のイオン注入機は、（アプライドマテリアルズ社に譲渡された）米国特許第４，７３３，０９１号に一例が示されているバッチ式注入機と、（イートン社に譲渡された）米国特許第５，２２９，６１５号に記載されたような単一ウエハ型注入機とを含む。
【０００４】
典型的なバッチ型注入機において、注入されるウエハは、固定方向イオン・ビームを介して、ほぼ２つの直交方向の、それぞれの方向で繰り返して機械的に走査され、各ウエハの全ウエハ面にわたり一様な注入照射量を確実にしている。典型的な単一ウエハ型注入機において、イオン・ビーム自身は、比較的に高い走査速度で、一つの直交方向で横に走査され、注入される単一ウエハは、実質的に２番目の直交方向で走査ビームを横切り機械的に前後に平行移動される。
【０００５】
単一ウエハ型注入機において、イオン・ビームは静電的または電磁的に走査可能であり、走査ビームを平行化し、ウエハに衝突するビームが、走査中、所望のビーム方向に対し、ほぼ平行になるようにしておくのが通常のやり方である。
【０００６】
正確な注入を確実にするため、多くのパラメータが制御され、注入されるウエハの全面を走査ビームが覆うことを確実にしている。主に、これらは、ビームのセンタリング、ビームの平行度、注入機の中心軸に関する位置合わせである。これを行う為には、イオン・ビームを測定すること、走査コントローラの為のフィードバックとして、これらの測定値を使用することが一般的に必要である。
【０００７】
ビーム走査及び／又はコリメーション制御の問題に取り組む為に、当該技術において幾つかの方法が提示されてきた。たとえば、日立株式会社に譲渡された米国特許第４，４９４，００５号では、イオン・ビームが磁界によって偏向され、ウエハの回転式ディスクを横切って、扇形に走査する、イオン注入機が示されている。４つの等間隔で、固定された光電ビーム検知器が回転ディスクの前に置かれ、これらの検知器によって得られた信号は、走査用磁界を生成するマグネットの通電電流を調整する走査速度コントローラの為のフィードバック制御として使用される。
【０００８】
ＥＰ−Ａ−０，９７５，００４と、ＥＰ−Ａ−０，４５７，３２１（日新電機株式会社）では、２つのファラデーアレイが、それぞれの上流位置および下流位置に使われ、これらの位置における横の走査方向の、イオン・ビームの電流密度分布を測定する。イオン・ビームの電流密度分布は、その後、上流データと下流データの補間により推定され、ウエハ自身での補間誤差が生成される。これは、ビーム走査を制御し、誤差を減らすために使用される。
【０００９】
バリアン・アソシエーツ社に譲渡された米国特許第４，９９２，１０６は、イオン・ビームと同一方向に、ゆっくりと平行移動するファラデー検知器を使い、検知器の位置の関数として積分されたイオン・ビーム照射量（すなわち、ビーム強度）を得る。これは、静電デフレクタに印加された電圧波形を調節する為に使われるが、静電デフレクタは、イオン・ビームを一定方向に導き、積分されたビーム強度が走査長を通じて均一になるようにする。
【００１０】
アプライドマテリアルズ社に譲渡された米国特許出願第０９／６８６，８０３号は、単一ウエハ型注入機の特別注入の一つを記述する。全ての開示内容が参考のために組み込まれる上記文献には、イオン・ビームがウエハに関し磁気的に前後に走査されるイオン注入機が開示されている。移動型ファラデーは、ウエハの下流側に置かれ、イオン・ビームからイオンを集めてタイミング信号を発生させる為に使われる。このタイミング信号は、コリメータ・コントローラと走査に対するフィードバック信号として順番に使用され、これらは、ビーム・センタリング、平行度、注入機の中心軸に関するアライメントを制御する。
【００１１】
イオン注入処理において、注入されるウエハの表面にわたり高い均一性を持ち正確な大きさのドーパント濃度を生成する為に一般的な条件が存在する。イオン光学による歪み、ビーム電流バラツキ器具変動の存在下においてでも、これは行われなければならない。このように、ウエハを横切る各走査の進行中に、ドーパント濃度を制御して、所望の照射量分布を得ることが必要である。走査及び／又はコリメータ・コントローラに印加される走査波形の制御も、全ウエハにわたる注入を管理する為に必要である。本発明は、これらの必要性に取り組むものである。
【００１２】
発明の概要
本発明は、全体的に、ターゲットの波形で収束させる為に、一定波形を制御する為の改善された方法およびシステムを提供することを目的とする。より具体的には、イオン注入機における複数のマグネットやビーム走査用マグネットに適用される周期的に変動する波形の改善された制御により、ビーム走査パラメータを改善することを目的とする。
【００１３】
本発明の第１態様によると、駆動信号に応答して線形伝達関数を有するシステムにより生成される周期的なプロダクト波形を制御し、ターゲット波形に整合させる方法であって：ａ）プロダクト波形の少なくとも一周期を感知し、前記波形を表わす制御用入力デジタルデータを発生するステップと；ｂ）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行し、前記プロダクト波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させるステップと；ｃ）前記ターゲット波形の周期を表わすターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行し、前記ターゲット波形に対応したターゲット・フーリエ係数を発生させるステップと；ｄ）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数とを比較し、一連の誤差係数を発生させるステップと；ｅ）前記システムの為に前記駆動信号を発生させる際に使用する為に制御用出力フーリエ係数を維持するステップと；ｆ）前記誤差係数に従って前記出力フーリエ係数を修正し、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させるステップと；ｇ）前記改善された制御用出力フーリエ係数に逆フーリエ変換を実行し、前記システムの為の前記駆動信号を表わす制御用出力デジタルデータを発生させるステップと；ｈ）前記制御用出力デジタルデータを使用して、上記周期的なプロダクト波形の、後続の周期の為に、前記駆動信号を生成するステップと；を備える。
【００１４】
線形伝達関数とは、入力合計のレスポンスが個々のレスポンスの合計に等しいことを意味する。
【００１５】
本発明の他の態様において、マグネット・ワインディング（巻線）における周期的電流により生成された、周期的に変動する磁界の波形を制御し、意図されたフィールド波形に整合させる方法であって：ａ）磁界の少なくとも一周期を感知し、前記磁界波形の所定関数である制御用入力波形を表わす制御用入力デジタルデータを発生させるステップと；ｂ）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行し、前記制御用入力波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させるステップと；ｃ）前記意図されたフィールド波形の前記所定関数である一周期のターゲット波形を表わすターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行するステップと；ｄ）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数とを比較し、一連の誤差係数を発生させるステップと；ｅ）設定値電流波形を発生させて前記周期的マグネット・ワインディング（巻線）電流を生成する際に使用する為に制御用出力フーリエ係数を維持するステップと；ｆ）前記誤差係数に応じて前記制御用出力フーリエ係数を修正し、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させるステップと；ｇ）前記改善された制御用出力係数に逆フーリエ変換を実行し、制御用出力波形を表わす制御用出力デジタルデータを発生させるステップと；ｈ）前記制御用出力デジタルデータから前記設定値電流波形を周期的に発生させるステップであって、前記制御用出力波形は、前記設定値電流波形の前記所定関数の逆数である、前記ステップと；ｉ）前記周期的設定値電流波形を増幅し、前記周期的マグネット・ワインディング（巻線）電流を生成するステップと；を備える。
【００１６】
対応するシステムも、同様に提供される。
【００１７】
本発明の更なる別の態様において、走査されたビーム・イオン注入機の走査システムの周期的走査フィールドを制御する方法において、当該走査にわたり複数の位置でビームの照射率を計測するステップと、計測された照射率から、ターゲット波形を決定するステップであって、前記ターゲット波形は、当該走査にわたり前記照射率の所望分布を生成すべき走査速度波形の関数になっている、前記ステップと、前記ターゲット波形から、前記ターゲット波形の関数に対応した波形を有する走査フィールドに影響を与える為に走査システムの為の走査駆動信号を生成するステップと、当該走査フィールドをモニタし、前記ターゲット波形に対応したような走査フィールド波形の関数になっているフィードバック信号を生成するステップと、１周期の前記フィードバック信号を１周期の前記ターゲット波形と比較し、前記周期の波形における差異を表わす誤差信号を生成するステップと、前記走査駆動信号の後の周期を修正し、前記誤差信号を減少するステップと、を備える。
【００１８】
本発明の態様は、０．１％未満に制御され安定化される熱的ドリフトや電子位相変動によるシステム内の変更を伴い、高度に安定したシステムを提供する。
【００１９】
本発明の好ましい特徴は、従属式請求項に記述されている。
【００２０】
本発明は、多くの方法で実用化されるが、添付図面を参照し、一つの具体的な実施形態を例示で以下に説明する：
好ましい実施形態の詳細な説明
図１を参照すると、注入の為のイオン・ビームは、イオン源１０により生成される。
イオン源１０からのイオンは、アナライザ・マグネット１１を通過し、アナライザ・マグネット１１の出口では、所望量／エネルギー率のイオンだけが質量選択スリット１２を通過する。所望の質量／エネルギーのイオン・ビーム１３は、その後、ビーム・スキャナ１４に入り、そこで、ビーム経路に対して横向きに、図１の用紙の平面上を前後に偏向される。ビームは、比較的高い反復率、典型的には１００から２００Ｈｚの間で、スキャナ１４により走査可能である。
【００２１】
走査ビーム１５は、スキャナ１４から出て、その後、コリメータ１６に入る。コリメータ１６は、ビームの走査位置に従い、異なる量により走査ビーム１５を曲げるように配置され、コリメータ１６から出る走査ビーム１７は、ビームが前後に走査されるとき、実質的に所望のビーム経路に対し平行になったままである。
【００２２】
コリメータ１６から出る平行走査ビーム１７は、処理チャンバ１８に入り、ここで、ビームは、ウエハ・ホルダ２０に取り付けられたウエハ１９に衝突可能である。スキャナ１４とコリメータ１６は、走査ビーム１７が、ホルダ２０上のウエハ１９の幅をちょうど横切って伸び、ビームが前後に走査されるにつれて、ウエハを横切り効率的に縞を描くように設計されている。
【００２３】
ウエハ・ホルダ２０は、それ自身、往復運動する走査アーム２１上に取り付けられ、走査アーム２１はアクチュエータ２２により運ばれ、アクチュエータ２２は、走査ビーム１７の平面を介して、ウエハ・ホルダ２０と、その上のウエハ１９に往復運動を実行させ、ウエハの全部品がビームのイオンで注入される。通常、ウエハ・ホルダ２０の往復走査運動は、比較的に低い反復率であり、典型的には１Ｈｚのオーダーである。
【００２４】
これまで説明したイオン注入機の構成要素は、既知のイオン注入機、特に、１度に一回、単一ウエハを注入し、ウエハが直交方向で機械的に往復動される間、イオン・ビームが横に一方向で走査されるハイブリッド型走査システムを使用する為の注入機で構成されてもよい。たとえば、この種のイオン注入機はＷＯ９９／１３４８８に説明され、その内容は、その全部が参考として組み込まれる。図１に例示された本発明例のイオン源、質量分析、コリメート（平行）配列は、当業者に知られた種類のものでもよい。たとえば、スキャナ１４は、電磁的走査または静電的走査のどちらか一方を使用してもよい。同様に、コリメータ１６も、磁界または静電界を使用してもよい。
【００２５】
前述した従来技術の明細書は、処理チャンバ１８内のウエハ・ホルダ２０に往復運動を提供する為の特定の機械的システムを開示するが、適した機械的配置であれば、何でも代替え的に使用可能である。
【００２６】
もう一度、図１を参照すると、処理チャンバ１８、移動するファラデー検出器２４が、ちょうどウエハ・ホルダ２０の後に備えられ、配置されている。移動型ファラデー検出器は、検出器を越えて走査するイオン・ビームに応答して電流パルスを提供するように設計されている。ファラデー検出器２４は、イオン・ビーム走査を越えて、あらゆる位置で、イオン・ビームにより与えられたイオン照射率の計測値を得る為に使用可能である。この目的のために、移動型ファラデー検出器２４は、イオン・ビーム方向の横に（矢印２５の方向に）、走査ビームの走査範囲を越えて異なる位置に移動可能である。
【００２７】
ホルダ２０上のウエハにイオン注入中、ファラデー検出器２４は、イオン・ビームの走査範囲の一端付近に（丁度、ウエハ・ホルダ２０の縁をクリアする位置に）配置可能であり、イオン注入中にイオン・ビームの照射量の分配率を表示する信号を提供する。その適用例が記載されてきた範囲において、走査型ファラデー検出器２４は、前述した従来技術の明細書ＷＯ９９／１３４８８と共同で譲渡されたが未公開のＵＳ特許出願第０９／６８６８０３号に記載されたイオン注入機において開示されたファラデー検出器と同一機能を提供する。
【００２８】
前述したように、図１のマグネット／機械式ハイブリッド注入機の場合、高速（２００Ｈｚ）磁気的走査は、イオン・ビームを水平方向に広げ、より低速の機械的走査は、ウエハを垂直方向に移動させる。本発明は、水平式磁気的走査が制御される方式に関する。
【００２９】
磁気的走査の制御は、２つのリンクされたフィードバック・ループを介して達成される。第１のフィードバック・ループは、ターゲット走査速度を決定し、ここで、順番にターゲット走査波形を与え、ターゲット走査波形は、磁気的走査軸に沿って均等な電荷分布を生成する。第２の、速いフィードバック・ループは、ビーム・スキャナに適用される為の駆動信号を生成する為に順番に使用される、設定値または制御用出力波形を発生させる。結果は、できるだけターゲット波形に近く整合するビーム・スキャナの磁石内で検出された波形間の収束である。
【００３０】
依然として図１を参照すると、２つのフィードバック・ループを介してフィードバック制御を達成する為に使用される装置が一般的に示されている。第１の、遅いフィードバック・ループ（以下、Ｑ−走査フィードバック・ループと呼ぶ）は、移動型ファラデー検出器２４と照射率均一性訂正アルゴリズム３０により構成されるが、現在の好適実施形態では、デジタル信号プロセッサ（図示せず）で具体化される。Ｑ−走査フィードバック・ループは、ターゲット走査速度を発生させる為に使用されるが、ターゲット走査速度からターゲット走査波形が生成され、これが、順番に、磁気的走査軸に沿って均等な電荷分布を作り出す。ターゲット走査波形は、注入処理開始前に発生される。
【００３１】
Ｑ−走査フィードバック・ループの出力が（移動型ファラデー検出器２４を介して実際の照射量を再計測することにより）更新される範囲は、ユーザが定義可能である。現在の好ましいデフォルト（初期設定値）は、２５枚のウエハ毎に新たなターゲット走査速度を発生させることである。しかし、各ウエハの後、或いは、例えば、新しい注入「レシピ」が選択される度に、ターゲット走査速度を再計算することは可能である。
【００３２】
移動型ファラデー検出器２４は、ビーム走査パターンを通ってゆっくりと移動される。電荷データは、ビーム走査の全サイクルに対応し、そのビームサイクルと同期した時間間隔で、移動型ファラデー検出器２４から集められる。これにより、走査に沿った多くの地点で積分された電荷の計測が可能である。理想的には、この電荷分布は、どんな地点でも一定値になり、ウエハを横切る照射量の均一性が達成される。このような場合でない場合、ターゲット走査速度は、どんな偏差も補償する為に修正されなければならない。移動型ファラデー検出器２４に到達する電荷の計測は、電位計を用いて実行されるが、電位計は、小電流（１０^−７から１０^−２アンペアのオーダー）を対応した電圧信号に変換する能力を持っているが、電圧信号は０から５Ｖのオーダーであり、後でデジタル化される。電位計は、本発明の一部を形成しないので、それ以上は、詳細に説明しない。
【００３３】
正常な状況では、ウエハを横切る所望の照射量分布は、平坦、すなわち、ファラデー検出器２４により計測されるように、ウエハ領域にわたり連続した一定値が検出されるべきである。平坦な照射量計測であって、システム的に不均一の注入プロファイルを持つことも可能である。このため、ファラデー検出器２４により行われた計測は、書き込み速度を訂正する為に、使用前に歪み配列により分割される。
【００３４】
好みで、Ｑ−走査フィードバック・ループは、ウエハ１９を横切って通過し、ファラデー検出器２４が使用中のビーム走査の一部だけの電荷密度を訂正することを意図する。走査サイズ、ウエハサイズ、オフセット・パラメータは、この間隔を特定する為に使用され、センチメータの単位で特定される。以下に説明するように、走査波形は、時間の単位になっている。これらの量に関連する換算係数は、全走査振幅に対する時間チャネルであり、本実施形態の場合、３２チャネル／走査サイズになっている。
【００３５】
各々の急速走査サイクル（すなわち、ウエハ１９を横切るイオン・ビームの前後の走査）は、ファラデー検出器２４を過ぎた左から右と右から左のビームの横移動に対応した、名目上は等しい値の２つの照射プロファイルを与える。データが得られると、それは、計測されたビーム交差時間により割り出された、３２点配列に蓄えられる。第２の配列は、各々のチャネルで計測の数を記録し、結果が正規化される。第３の配列は、アナログ・リードバックを介して、ファラデーセンサー位置を記録する。
【００３６】
集められたデータは、ビームの交差時間の関数として、集められた電荷の時間を横切っているビームの機能として、集められた電荷のヒストグラムを作る為に使用される。これにより、走査領域を横切るイオン・ビームの電荷分布が表される。この分布が、図３ａで示されるように、ウエハ１９を横断する走査の領域を横切る平坦でない場合、そのとき、走査波形に対し訂正が行われなければならない。好適な実施形態では、移動型ファラデー２４により集められたデータを、そのデータを獲得中に使用された基準書き込み速度波形で掛け算することにより、これが達成される。その結果は、図３ｂで示されるように、使用中にウエハ１９を横切り平坦な照射量を与える新たな基準書き込み速度波形である。図３ｂの平坦照射量プロファイルは、純粋な三角波（図３ａ）から、非線形だが依然として本質的に三角形ターゲット走査波形（図３ｂ）へと、ターゲット走査波形の修正を介して達成される点に留意されたい。
【００３７】
以下、先に紹介された遅いフィードバック・ループと急速なフィードバック・ループとの両方の、より詳細な機能ダイアグラムを示す図２を参照して、照射率均等訂正アルゴリズム３０によるターゲット走査波形の発生を説明する。第１に、移動型ファラデー検出器２４からのデータ配列は、データ・カウントの配列によって正規化される。代表的な走査速度は、走査領域にわたり「ビン」につき約６４計測値を蓄える。より長い走査時間は、より高い信号−ノイズ比を与える。図３ａ、図３ｂで見られるように、走査が１サイクルを通じて（左から右、右から左へと）進むにつれて、信号は２つの翼を構成する。各々の翼の、ゼロ以外の値は、ウエハ１９のサイズに対応したデータの中心的範囲を越えて、多項式に適合する。多項式の適合は、４番目のオーダー適合に対し、５項まで含めることができる。多項を用いた適合は、高精度な曲線に適合するが、それはまた、ノイズにより影響されやすい。５項の適合は、高周波の不安定を無視するが、良好な歩み寄りを示し、良好な精度で本当の形状歪みに適合する。
【００３８】
移動型ファラデー検出器２４により得られた当初データは、ウエハサイズパラメータに対応した走査区域にわたる適合データにより置き換えられる。この区域外で、終点値は、配列の終わりまで繰り返される。結果として生じる配列は、それから、ポイント毎に、ターゲット書き込み速度に掛け合わせる為に使用される。次に、第２の掛け算は、前述された歪み配列によって実行され、これは、照射量プロファイルに対する平坦性からの所望の偏差を表す。結果として生じるプロファイルから全てのＤＣ要素が除去され、最終的なプロファイルが連続的であることを保証する。このプロファイルは、その後、１．０に正規化され、新しいターゲット書き込み速度波形として使用される。
【００３９】
ターゲット書き込み速度は、図１に示されるように、通常、矩形波であり、ライン４０上でフィールド・フィードバック制御に出力されるが、これが、ビーム・スキャナ１４に適用される駆動信号の急速なフィードバックを実行する。ターゲット書き込み速度が訂正された後、処理を繰り返すことは可能であり、電荷分布が本当に平坦であり、許容範囲内にあることが確かめられる。
【００４０】
一旦、Ｑ−走査フィードバック制御が、前述したような正しいターゲット書き込み速度を決定すると、このプロファイルは、ターゲット走査波形に変換され、これが器具ドリフトに対して維持されることになる。これは、図２の上部に示されたフィードバック制御で実行され、ここでは、フィールド・フィードバック・制御用ループと呼ぶ。
【００４１】
ライン４０上のＱ−走査フィードバック・ループの出力であるターゲット書き込み速度（走査速度）は、フィールド・フィードバック・制御用アルゴリズム５０への第１入力として使用されるが、これは、再び、好ましい実施形態では、デジタル信号プロセッサの一部として構成される。フィールド・フィードバック制御用アルゴリズム５０への他の入力は、極マグネット面に埋め込まれた誘導型ピックアップ・コイル５５からであるが、これが、ビーム・スキャナ１４により発生された磁界内に位置するようにビーム走査を制御する。この誘導型ピックアップ５５は、ライン６０（図１）上にアナログ信号フィードバック制御用アルゴリズム５０を発生させる。ライン６０上の誘導型ピックアップ信号は、制御用入力デジタルデータを発生させる為に、アナログ装置ＡＤ９７７ＡＡ／Ｄコンバータのような１６ビット・アナログデジタル・コンバータを用いてデジタル化される。
【００４２】
誘導型ピックアップからのデジタル化された信号は、ｄＢ／ｄｔの直接計測値であるが、これは、ビームの書き込み速度と比例する。波形は、名目上、二極式矩形波である。
【００４３】
誘導型ピックアップからのデジタル化された信号は、積分器６１で最初に積分される。積分器６１の出力は、その後、三角波になる。同じように、（名目上、二極式矩形波である）Ｑ−走査フィードバック・ループから得られたターゲット走査速度は、積分器６２で積分され、ＤＣ要素が除去されるので、正味の偏向は生じない。結果として生じる名目上の三角波ターゲット走査波形は、走査され、その縮尺されたターゲット走査波形を表すターゲット・デジタルデータを生成する。
【００４４】
次に、フィールド・フィードバック制御用アルゴリズム５０において、積分器６１，６２からの波形出力の各々は、それぞれのＦＦＴ６３，６４を介しフーリエ変換の対象になる。これらは、一連のフーリエ係数Ｆ_pick-upとＦ_targetを生成する。ターゲット・デジタルデータ上でフーリエ変換を実行することから得られる各々のフーリエ係数は、制御用入力デジタルデータ上のフーリエ変換を実行することから得られる対応したフーリエ係数により分割される。これは、図２のボックス６５で表されている。
【００４５】
フィールド・フィードバック・制御用アルゴリズム５０は、制御用出力波形を発生させ、ここから、ビーム・スキャナ用の最終的な駆動信号が得られる。この制御用出力波形のフーリエ変換は、名目上は三角波であるが、デジタル信号プロセッサにより保存され、デジタル信号プロセッサは、フィールド・フィードバック制御用アルゴリズム５０を含む。この制御用出力波形の閉ループ制御を得るために、制御用ループの、以前のサイクルの誤差訂正から得られた現在の制御用出力波形は、制御用ループの現在のサイクルで得られたそれぞれの誤差フーリエ係数で掛け算される。これにより、フーリエ係数の更新された設定が発生可能になる。数学的に、これは以下のように記述できる。
【００４６】
Ｆⁿ _{control output} ＝Ｆⁿ ^−１ _{control output} ＸＦ_error
ここで、
Ｆ^０ _{control output} ＝Ｆ_{target waveform}
言い換えると、初期の制御用出力波形は、Ｑ−走査フィードバック・ループのターゲット走査速度出力の積分により得られて供給されたターゲット波形に対応する。
【００４７】
フィールド・フィードバック制御用アルゴリズムにより実行された最後のステップは、逆フーリエ変換であり、これは、図２のブロック６７で概略的に示されている。逆フーリエ変換の出力は、リニアテクノロジーズ社のＬＴＣ１５９６−１ＤＡＣのような１６ビット二極式デジタル・アナログコンバータに供給され、その後、増幅器７０（図１）により増幅される。増幅器７０の出力は、アナログ駆動信号であり、これが、ライン８０上でビーム・スキャナ１４に供給される。アナログ駆動信号は、開ループＱ−走査フィードバックコントローラにより、イオン注入前に確定され、イオン注入中に検出された磁界に基づき、閉ループフィールドフィードバックループを介してイオン注入中に更に修正される。
【００４８】
図４ａ、図４ｂは、書き込み速度空間において、マグネットに対する駆動信号の訂正前のターゲット書き込み速度と初期計測ピックアップ信号（ｄＢ／ｄｔ）（図４ａ）、訂正された駆動信号のターゲット書き込み速度と更新済みのピックアップ信号（図４ｂ）を示す。
【００４９】
図１と図２のアレンジメントの特に好ましい一つの特徴は、アナログ増幅器７０の応答の実用的な末端の概して近くで、高周波カットオフの提供することである。これは、デジタル信号処理プロセッサの適したプログラムを介して選択可能である。ユーザに高周波カットオフを選択させることにより、フィールド・フィードバック制御用ループは、ノイズにフィードバックを試みない。増幅器の設定値において、大きな、高い周波数の過渡状態も、その場合には避けられる。
【００５０】
本発明の一つの特定実施形態を説明したが、添付請求項により規定されたような本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。たとえば、特に、図２のフィードバック・ループの好ましい実施例は、アナログ装置ＡＤＰＳ−２１０６２ＫＳ−１６０のようなデジタル信号プロセッサであり、これは、３２ビット浮動小数点デジタル信号プロセッサであり、約１ミリ秒で５１２点波形という急速なフーリエ変換（ＦＦＴ）を発生させる能力がある。しかし、他のハードウエアやソフトウェアの実施例は、予見される。
【００５１】
同様に、フィールド・フィードバック・制御用ループの中核は、波形空間で実行されるが、書き込み速度（すなわち、ターゲット走査速度空間）は等しく使用可能であろう。後者の場合、再び、当業者に理解されるように、ライン４０上のＱ−走査フィードバック・ループは、ターゲット走査速度を表す通常は矩形波であるが、これは、積分されないであろう。その代わり、フーリエ変換は、矩形波で得られる。同様に、名目上は矩形波であるが、誘導型ピックアップからの出力は、フーリエ変換の前には積分されないであろう。その場合、ビーム・スキャナ１４における単一または複数のマグネットに対する名目上の三角駆動信号を発生させる為に、逆フーリエ変換の出力（図２のブロック６７）は、アナログ増幅器７０による増幅の後、より好ましくは増幅前のいずれか一方にて積分される必要があるであろう。
【００５２】
さらに、フィールド・フィードバック制御用ループにおける連続したフィードバック（例えば、制御用出力波形の繰り返された更新）は好ましいが、「一度訂正」制御も同様に、予測可能であり、これにより、ビーム・スキャナ・マグネット駆動信号が発生される制御用出力波形の単一更新だけが実行される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、注入装置の概略図を示し、ビーム・スキャナと、そのコントローラを含み、本発明の態様を具体化する。
【図２】図２は、図１のビーム走査に適用される波形を制御する為に使用される制御用ループの概略図を示す。
【図３ａ】図３ａは、計測されたイオン・ビーム照射量と、シリコン・ウエハを横切る均一な照射量を得る為の、対応したマグネット波形設定値を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、計測されたイオン・ビーム照射量と、シリコン・ウエハを横切る均一な照射量を得る為の、対応したマグネット波形設定値を示す。
【図４ａ】図４ａは、誤差訂正前後の、ターゲット書き込み速度と実際の書き込み速度設定値を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、誤差訂正前後の、ターゲット書き込み速度と実際の書き込み速度設定値を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１０…イオン源、１１…アナライザ用マグネット、１２…質量選択用スリット、１３…ビーム、１４…ビーム・スキャナ、１５…走査ビーム、１６…コリメータ、１７…走査ビーム、１８…処理チャンバ、１９…ウエハ、２０…ウエハ・ホルダ、２１…往復動走査アーム、２２…アクチュエータ、２４…ファラデー検出器、２５…矢印、３０…照射率均等性訂正、４０、６０、８０…ライン、５０…フィールド・フィードバック制御、７０…増幅器。

Claims

線形伝達関数を有するシステムにより生成される周期的なプロダクト波形を、ターゲット波形と整合するように、駆動信号に応答して制御する方法であって：
ａ）少なくとも１周期の前記プロダクト波形を感知し、前記波形を表す制御用入力デジタルデータを発生させるステップと；
ｂ）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記プロダクト波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させるステップと；
ｃ）１周期の前記ターゲット波形を表すターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記ターゲット波形に対応したターゲット・フーリエ係数を発生させるステップと；
ｄ）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数とを比較して、一連の誤差係数を発生させるステップと；
ｅ）前記システムの為の前記駆動信号を発生させる際に使用される制御用出力フーリエ係数を維持するステップと；
ｆ）前記誤差係数に応じて前記制御用出力フーリエ係数を修正して、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させるステップと；
ｇ）前記改善された制御用出力フーリエ係数に逆フーリエ変換を実行して、前記システムの為の前記駆動信号を表す制御用出力デジタルデータを発生させるステップと；
ｈ）周期的なプロダクト波形の、後の周期の為に、前記駆動信号を生成する為に前記制御用出力デジタルデータを使用するステップと；
を備える前記方法。
線形伝達関数を有するシステムに対し周期的駆動信号から所望の周期的波形を生成するアナログシステムにおいて、当該システムは：
ａ）前記プロダクト波形に対し所定関係を有する制御用入力信号を生成するセンサと；
ｂ）１周期の前記プロダクト信号を表す制御用入力デジタルデータを発生させるＡ／Ｄコンバータと；
ｃ）前記所望の波形に対し前記所定関係を有する１周期のターゲット波形を表すターゲット・デジタルデータ源と；
ｄ）前記制御用入力デジタルデータ及び前記ターゲット・デジタルデータを受信し、当該システムに対し、１周期の前記駆動信号を表す制御用出力デジタルデータを発生させるデジタル信号プロセッサと；
ｅ）前記制御用出力デジタルデータから前記駆動信号を発生させるＤ／Ａコンバータと；を備え、
ｆ）前記デジタル信号プロセッサは、
（１）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記制御用入力波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させ、
（２）前記ターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記ターゲット波形に対応したターゲット・フーリエ係数を発生させ、
（３）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数を比較し、
（４）前記制御用出力デジタルデータを発生させる際に使用される制御用出力フーリエ係数を維持し、
（５）前記誤差係数に応じて前記制御用出力フーリエ係数を修正して、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させ、
（６）前記改善された制御用出力フーリエ係数に逆フーリエ変換を実行して、前記制御用出力デジタルデータを発生させるように取り決められている、
前記アナログシステム。
意図されたフィールド波形に整合させるために、マグネット・ワインディングにおいて周期的電流により生成された周期的に変化する磁界の波形を制御する方法であって：
ａ）少なくとも１周期の磁界を感知し、前記磁界波形の所定関数である制御用入力波形を表す制御用入力デジタルデータを発生させるステップと；
ｂ）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記制御用入力波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させるステップと；
ｃ）前記意図されたフィールド波形の前記所定関数である１周期のターゲット波形を表すターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記ターゲット波形に対応したターゲット・フーリエ係数を発生させるステップと；
ｄ）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数とを比較して、一連の誤差係数を発生させるステップと；
ｅ）前記周期的なマグネット・ワインディング電流を生成する為に設定電流波形を発生させる際に使用される制御用出力フーリエ係数を維持するステップと；
ｆ）前記誤差係数に応じて前記制御用出力フーリエ係数を修正して、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させるステップと；
ｇ）前記改善された制御用出力係数に逆フーリエ変換を実行して、制御用出力波形を表す制御用出力デジタルデータを発生させるステップと；
ｈ）前記制御用出力デジタルデータから前記設定電流波形を周期的に発生させるステップであって、前記制御用出力波形は、前記設定電流波形の前記所定関数である、前記ステップと；
ｉ）前記周期的設定電流波形を増幅して、前記周期的マグネット・ワインディング電流を生成するステップと；
を含む、前記方法。
前記制御用入力波形は、前記磁界波形の導関数であり、前記設定電流波形を発生させる際に前記制御用出力波形が積分される、請求項３記載の波形を制御する方法。
電荷粒子ビームを走査する為に前記周期的に変化する磁界が使用され、固定されたターゲットにわたり粒子ビームの意図された書き込み速度を前記ターゲット波形が表す、請求項４記載の波形制御方法。
マグネット電流増幅器からマグネット・ワインディングにおける周期的電流により生成された周期的に変化する磁界を使う電荷粒子ビームの為の走査コントローラであって：
ａ）前記周期的に変化する磁界に対し所定関係を有する制御用入力信号波形を生成するセンサと；
ｂ）１周期の前記制御用入力信号波形を表す制御用入力デジタルデータを発生させるＡ／Ｄコンバータと；
ｃ）所望のビーム走査位置波形の前記所定関数である１周期のターゲット波形を表す妄評デジタルデータ源と；
ｄ）前記制御用入力デジタルデータと前記ターゲット・デジタルデータを受信し、制御用出力波形を表す制御用出力デジタルデータを発生させるデジタル信号プロセッサと；
ｅ）マグネット電流増幅器に対する出力の為に周期的需要信号を発生させるＤ／Ａコンバータであって、前記需要信号は、前記制御用出力信号の前記所定関数の逆数である、前記ＤＡコンバータと；
を含み、
ｆ）前記デジタル信号プロセッサは、
（１）前記制御用入力デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記制御用入力信号波形に対応した制御用入力フーリエ係数を発生させ、
（２）前記ターゲット・デジタルデータにフーリエ変換を実行して、前記ターゲット波形に対応したターゲット・フーリエ係数を発生させ、
（３）前記制御用入力フーリエ係数と前記ターゲット・フーリエ係数を比較して、一連の誤差係数を発生させ、
（４）前記制御用出力デジタルデータを発生させる際に使用される制御用出力フーリエ係数を維持し、
（５）前記誤差係数に応じて前記制御用出力フーリエ係数を修正して、改善された制御用出力フーリエ係数を発生させ、
（６）前記改善された制御用出力フーリエ係数に逆フーリエ変換を実行して、前記制御用出力デジタルデータを発生させるように取り決められている、
前記走査コントローラ。
前記センサは、前記磁界の導関数である電圧信号を生成する感知コイルである、請求項６記載の走査コントローラ。
前記ターゲット波形は、固定されたターゲットにわたり粒子ビームの意図された書き込み速度を表す、請求項７記載の走査コントローラ。
走査ビーム・イオン注入機の周期的走査システムを制御する方法であって：
走査にわたり複数の位置でビームの照射率を計測するステップと、
計測された照射率から、走査にわたり前記照射率の所望の分布を生成すべき走査速度波形の関数であるターゲット波形を決定するステップと、
前記ターゲット波形から、前記ターゲット波形の関数に対応した波形を有する走査フィールドに影響を与える走査システムの為の走査駆動信号を生成するステップと、
該走査フィールドをモニタして、前記ターゲット波形に対応するような走査フィールド波形の関数であるフィードバック信号を生成するステップと、
１周期の前記フィードバック信号を１周期の前記ターゲット波形と比較して、前記周期の波形の違いを表す誤差信号を生成するステップと、
前記走査駆動信号の後の周期を修正して、前記誤差信号を減じるステップと、
を含む、前記方法。