JP2006525644A - ビームの均一性及び分布角度測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットでの実質的に均一な投与分布を得るために、均一なビームを得ること。
【解決手段】本発明はイオンビーム２０８全体（例 リボン状ビームのより広い部分）にわたって、種々の位置で入射角およびビーム電流の均一性を検出することによって、半導体装置の製造を容易にする。多くの要素からなる１以上の均一性検出器が、イオン注入システム内（単一のウエハ及び／あるいは複数のウエハに基づくシステム）で使用される。各要素は、入射するイオンビームの関数として、ビーム電流を測定する一対のセンサ２０２、２０４と、入射するイオンビームからビームレット２１０を選択的に得るマスク２０６の開口２１４とを含む。特定の要素に対する入射角は、センサ対による測定されたビーム電流から少なくとも部分的に決定される。結果としてイオンビームの生成は均一性が改善され、イオン注入は、改善された均一性と、厳しいプロセス制御の下で実行される。

Description

本発明は、概してイオン注入装置に関し、特に、イオンビームの均一性及び分布角度測定装置並びに方法に関するものである。

イオン注入は、化学的プロセスである分散とは全く異なって物理的プロセスであり、半導体装置の製造において、半導体及び／あるいはウエハ材料中に、ドーパントを選択的に注入するのに使用される。注入行為は、半導体材料とドーパント間の化学的相互作用に依存しない。注入に際し、ドーパント原子／分子はイオン化され、分離しており、時々加速され、あるいは減速されてビームに形成され、そしてウエハを横断するように掃引する。ドーパントイオンは、物理的にウエハに衝突し、表面に入り込み、そして表面下に留まるようになる。

イオン注入システムは、高性能のサブシステムの集合であり、各システムは、ドーパントイオンにそれぞれ特殊な動作をさせる。ガスあるいは固体から形成されるドーパント元素は、イオン化チャンバー（室）内に配置され、適当なイオン化プロセスによってイオン化される。例示的なプロセスの例では、上記チャンバ−は低圧（真空）に維持される。フィラメントはチャンバー内にあり、電子が電子源から発生する温度まで加熱される。負の電荷を帯びた電子は、また、チャンバー内で、反対の電荷を有するアノードに引き付けられる。フィラメントからアノードまでの移行中、電子はドーパント源の元素（例 原子あるいは分子）と衝突し、分子内の元素から大量の正の荷電イオンを発生する。

一般的に他の正イオンが、所望のドーパントイオンに加え、生成される。所望のドーパントイオンは、分析、質量分析、選択あるいはイオン分離に関連するプロセスによって、イオンから選択される。選択は、イオン化チャンバーでの走行から磁界中でイオン化して生成する質量分析器を使用することで達成される。そのイオンは、比較的、高スピードでイオン化チャンバーを離れ、磁界によって弧を描くように曲げられる。弧の径は、個々のイオンの質量、速度及び磁界の強さによって決められる。上記分析器の出口は、所望のドーパントイオンの１種のみが、質量分析器から出ることを可能にする。

線型加速器といわれる加速システムは、例えば、所望のドーパントイオンをウエハ表面に所定の運動量（すなわち、ドーパントイオンの質量とその速度の積）で浸透するように、加速あるいは減速するように使用される。加速では、一般的には、上記システムは環状出力電極と、その軸に沿う１対の４極（quadruple）レンズを備える線型デザインからなる。４極レンズには、正あるいは負の電圧が与えられる。ドーパントイオンが入ると、上記環状出力電極によってその中を通過して加速され、４極レンズによって（ビームとして）選択的に焦点を結び、また、焦点をぼかされる。

続いて、ドーパントイオンは、エンドステーションでターゲットのウエハの方に向けられる。ビームとしてのドーパントイオンは、特定のビーム電流で上記ウエハに衝突する。ターゲットでの実質的に均一（一様）な投与分布を得るために、ビームは実質的に均一であることが要求され、また、ビームの入射角は実質的に均一であることが要求される。したがって、ビームの均一性と角度分布を測定するための、適切なシステムと方法が望まれる。

本発明の１以上の特徴について基本的理解を示すために、簡単に要約を記載する。この要約は、本発明の広範囲の概要ではなく、また、本発明の基本的あるいは重要な要素を明らかにしようとするものではなく、また、発明の範囲を詳細に叙述するものでもない。むしろ、発明の主要な目的を、後述される詳細な記述を先導するように、単純な形式で発明のいくつかの概念を記載するものである。

本発明は、イオンビーム（例えば、リボンビームの幅の広い部分）全体にわたって、種種の位置でビーム電流および入射角の均一性をモニターすることによって、半導体装置の製造を容易にする。１以上の検出器は、イオン注入システム（例えば、１枚のウエハをベースとするシステム及び／あるいは複数枚のウエハをベースとするシステム）内で使用される。検出器は、イオン注入前（例えば、較正）、イオン注入中（例えば、その最中）、および／あるいはイオン注入後（例えば、検査）に均一性の複数の測定値を提供するように操作される。均一性の複数の測定値に基づいて、イオンビームの発生で、下記に述べるように均一性を改善するように調整することができる。結果として、イオン注入は、より改善された均一性および、より厳重なプロセス制御のもとで、達成され得る。

前記および関連する目的を達成するために、本発明は以下に全て記載され、特に特許請求の範囲に指摘される特徴を含む。以下の記述と付属する図面は、本発明のある例証となる観点と実行を詳細に述べている。しかしながら、これらは本発明の原理が使用されている多くのやり方の中の、いくつかを示すものである。本発明の他の目的、長所、及び新規な特徴は、図面を参照しながら考えれば、本発明の詳細な説明から明りょうになるであろう。

本発明は、添付の図面を用いて説明され、図面には全体を通じて、同じ要素に同じ参照番号が使用される。本発明は、例示的な説明、図面に示された外観、以下の記載事項に制限されず、当業者に公知の技術によって理解されるであろう。

本発明は、イオンビーム（例えば、リボンビームのより広い部分）全体の種々の位置で、ビーム電流および入射角の均一性をモニタリング（検出）することによって半導体装置の製造を容易にするものである。１以上の均一性検出器が、イオン注入システム（単一のウエハに基づくシステムおよび／あるいは複数のウエハに基づくシステム）内に使用される。検出器は、イオン注入前（例えば、較正）、イオン注入中（例えば、その最中）、あるいはイオン注入後（例えば、検査）に、均一性の複数の測定値を提供するように操作される。均一性の複数の測定値に基づき、イオンビームの発生は、示されるように均一性を改善するように調整できる。結果として、イオン注入は均一性が改善され、厳重なプロセス制御の下で行われる。

均一性検出器は、ビーム電流と入射角の複数の測定値を得るために使用され、また、１以上の層から構成され、各層は一連のあるいは多くの測定要素を含んでいる。それぞれの層は、選択された方向で入射角の複数の測定値を得ることができる。それぞれの要素は、入射するイオンビームに対して入射角および／あるいはビーム電流の１以上の測定値を得るように操作される。

先ず図１において、本発明の態様に一致する、単純化され、例示的な単一ウエハイオン注入システム１００のブロック図が描かれている。ブロック図１００は、チャンバー１０２、イオン源を含むイオン注入システム１０４、均一性検出器１０６、および単一のウエハ１０８を保持し、台座あるいはエンドステーションとして参照されるモジュール１１０を含む。図１に描かれたシステム１００は、説明の目的のために与えられたものであり、イオン注入システムの全ての態様、要素、および特徴を含むものではない。代りに、システム１００は、本発明のさらなる理解を容易にするために描かれている。

イオン注入システム１０４は、典型的には、多くの特性（ドーパントのタイプ、ドーズ（線量）、ビーム電流、入射角、エネルギー等）を有するリボンビームである、イオンビーム１１２を発生させる。イオンビーム１１２は、ウエハ１０８の表面に実質的に垂直であるように描かれているけれども、イオンビーム１１２はウエハ１０８の表面と他の入射角をなすことができる（例えば、＞０、ここで０は表面に垂直である）。

上述のように、モジュール１１０はウエハ１０８を保持する。さらに、モジュール１１０はイオンビーム１１０を介して（図に示されるように）、所望の注入結果を達成するために制御された速度で、ウエハを移動させるように操作される。一般的に、イオン注入の実施は、イオンビーム１１２中でのウエハ１０８のシングルパスで達成される。そのようにすることによって、
ウエハ１０８の全ての側あるいは部分が、略同一の速度でイオンビーム中を移動するので、ウエハ１０８を横断する実質的に均一な注入を得ることができる。それに引き換え、他のイオン注入システムは、本発明と合体できるプロセスディスクを使用する。

本実施形態での均一性検出器は、モジュール１１０の下に配置され、イオンビーム１１２と１列に配置される。検出器１０６は、固定位置で示されている。本発明の変形実施態様では、適切な数の検出器、他の位置に配置された検出器、および移動可能な検出器を含むものと理解される。例えば、検出器１０６は、モジュールあるいは台座１１０に一体化されてよく、また、実質的にウエハ１０８と同じ平面でもよい。検出器１０６は、多くの位置でイオンビーム１１２を横断してビームの均一性を測定する。さらに、検出器１０６は、多くの位置でイオンビーム１１２の入射角の測定値を取得する。ビーム電流の均一性および入射角の測定値は、均一性が改善されるように、イオン注入システムによって発生されるイオンビーム１１２を修正するために使用できる。さらに、これらの測定値が実質的較差を表す時、これらの測定値は、ウエハへの損傷を示すために使用できる。

検出器１０６は、それぞれ開口および一対のビーム電流センサを含む一連の要素を含んでいる。上記開口は、イオンビーム１１２の部分（ビームレット（beamlet）と呼ばれる）のみが、一対のビーム電流センサを通過することを可能にする。各センサによって測定されるビーム電流は、ビームレットの入射角、それ故、イオンビームの部分を示すために使用される。したがって、各要素は入射角の測定値を得るために使用することができ、それから、イオンビーム１１２にわたって、入射角の均一性を決定するために使用することができる。さらに、本発明に従う適切な検出器の例と詳細は、後述される。

図２を参照すると、本発明の観点に従う均一性検出器の部分の図が描かれている。検出器２００は、マスク２０６および一連の検出器対２１２（Ｓ１およびＳ２）からなり、これらは多くの要素を構成し、第1方向の入射角の測定値およびビームの均一性測定値を得るために操作される。均一性検出器２００は、ビーム電流および入射角に関して、イオンビームの均一性を示すために、イオンビームの種々の部分でのそれらの均一性の測定値を得ることができる。

個々の要素は、開口２１４、第1ビーム電流センサ２０２、及び第2ビーム電流センサ２０４からなる。開口２１４は、マスク２０６によって決められ、開口２１４の幅ｗにしたがってイオンビーム２０８からビームレット２１０を得る。第1のビーム電流センサ２０２および第2のビーム電流センサ２０４は、開口２１４の下、距離ｇで対称的に配置され、互いに間隙２１５だけ離れている。上記センサ（２０２および２０４）は、ビームレット２１０からビーム電流測定値（第1及び第2の測定値）を得る。それらの位置のため、第1センサ２０２および第2センサ２０４は、ビームレット２１０およびイオンビーム２０８の入射角に基づくビーム電流の異なる量を測定する。例として、図２に描かれたビームレット２１０は、第1センサ２０２と比較される第2センサ２０４による、より大きな測定されたビーム電流を生じるであろう。これは、もし、入射角Ａがゼロであれば（例えば、実質的に検出器へ垂直なビーム）、上記センサ（２０２および２０４）の測定されるビーム電流は、略等しい、ということを意味している。

ビームレット２１０の入射角２１０は、第1測定値と第2測定値の関数である。入射角Ａを決定するために本発明に従う使用される適切な式は、以下のとおりである。
Ａ＝（（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２））^＊ｗ／２ｇ （式１）
ここで、Ａは入射角、Ｓ１は第1の測定されたビーム電流、Ｓ２は第2の測定されたビーム電流、ｗは開口の幅、ｇは、マスク２０６すなわち開口２１４の下に配置されているセンサからの距離である。他の適切な式は、入射角および／あるいは入射角の指標（indication）を得るために使用することができ、やはり本発明に従うであろう。さらに、第1測定されるビーム電流および第2の測定されるビーム電流は、その要素のビーム電流の指標を示すために加える（Ｓ１＋Ｓ２）ことができる。

多くの要素からの入射角の測定値は、ビーム全体にわたってイオンビームの入射角の均一性を決定するために解析される。さらに多くの要素からのビーム電流測定値は、イオンビーム全体にわたるビーム電流の均一性を決定するために解析できる。これらの測定値に基づいて、行動の調整がイオンビーム２０８の均一性を改善するために行われる。

図３は、本発明の観点に従う均一性検出器３００の部分を描く図である。上記検出器３００は、第1の方向でのビーム電流と入射角の測定値を得る第1層３５０、および第1の方向に直交する第2でのビーム電流と入射角の測定値を得る第２層３５２からなる。第1層３５０はマスク３０６と一連のセンサ対３１８からなり、これらは多くの要素を定め、入射角の測定値およびビームの均一性の測定値を得るように操作可能である。第2層３５２は、また、マスク３０８と一連のセンサ対３１０とからなり、第1層３５０に直交し、かつ下に配置されている。
上記均一性検出器３００は、ビーム電流と入射角に関してイオンビームの均一性を示すように、種々の部分およびイオンビームの両方向（例えば、“Ｘ”と“Ｙ”）で、これらの均一性の測定値を得ることができる。

第1層の各要素は、開口３１６、第1ビーム電流センサ３０２、および第2ビーム電流センサ３０４からなる。開口３１６は、マスク３０６によって決定され、幅ｗ_１に従ってイオンビーム３１２からビームレット３１４を得る。第1ビーム電流センサ３０２および第2ビーム電流センサ３０４は、開口３１４の下で距離ｇ_１離れて対称的に配置される。上記センサ（３０２および３０４）は、ビームレット３１４からビーム電流測定値（第1及び第2の測定値）を得る。上述のように、第1センサ３０２と第2センサ３０４は、それらの配置のため、第1方向でのビームレット３１４およびイオンビーム３１２の入射角に基づくビーム電流の異なる量を測定する。これらの測定値から、入射角Ａ_１は第1方向に決定される（例えば、リボンビームの長さに沿って延びる第1の方向）。

第2層の各要素は、また、マスク３０８内に定められる開口（未図示）、第1ビームセンサおよび一連のセンサ対３１０内に定められる第2のビームセンサ（未図示）からなる。同様に、第1ビーム電流センサおよび第2ビーム電流センサは、上記開口の下で距離ｇ_２離れて対称的に配置される。上記センサは、開口の幅ｗ_２（未図示）によって決められるビームレット３１４の部分から、ビーム電流測定値（第1および第2の測定値）を得る。上記第1センサおよび第2センサは、第2の方向でイオンビーム３１２の入射角を互いに関して変える第1および第2のビーム電流を測定する。これら第2層の測定値から、入射角Ａ_２は第2方向を決定できる（例えば、リボンビームの幅に沿う第2の方向）。

集合的に、第1層の要素は、第1方向でのイオンビーム３１２全体にわたっての角度の均一性を示し、第2層の要素は、第2方向でのイオンビーム３１２全体にわたっての角度の均一性を示す。さらに、両層の要素は、イオンビーム全体にわたってビーム電流の均一性あるいはその不足を示すように、ビーム電流測定値（例えば、センサ対によって測定されたビーム電流の和）を提供するように操作可能である。均一性あるいはその不足の検出に基づいて、イオンビーム３１２は、均一性を改善するように調整および／あるいは補正することができる。

図４は、本発明の観点に従う均一性検出器４００の他の部分を説明する図である。この図は、図３に描かれた図に直交している図である。検出器４００は、第1方向でビーム電流および入射角の測定値を得る第1層４５０と、第1方向に直交する第2方向でビーム電流および入射角の測定値を得る第2層４５２とからなる。第1層４５０は、マスク４０６および一連のセンサ対４０３を含み、これらは多くの要素を定め、入射角の測定値およびビームの均一性の測定値を得るように操作可能である。第2層４５２は、また、マスク４０８と一連のセンサ対４１６とからなり、第1層４５０に直交し、かつその下に配置されている。上記均一性検出器４００は、ビーム電流と入射角に関してイオンビームの均一性を示すように、種々の部分およびイオンビーム４１２の両方向で、これらの均一性の測定値を得ることができる。

第1層４５０の各要素は、開口（未図示）、第1ビーム電流センサ（未図示）、および第2ビーム電流センサ（未図示）からなる。開口は、マスク４０６によって決定され、幅ｗ_１に従ってイオンビーム４１２からビームレットを得る。第1ビーム電流センサおよび第2ビーム電流センサは、開口の下で距離ｇ_１離れて対称的に配置される。上記センサは、ビームレットからビーム電流測定値（第1及び第2の測定値）を得る。第1センサと第2センサは、それらの配置のため、第1方向でのビームレットおよびイオンビーム４１２の入射角に基づくビーム電流の異なる量を測定する。これらの測定値から、入射角Ａ_１は第1方向に決定される。

第2層４５２の各要素は、また、マスク４０８内に定められる開口４２０、第1ビームセンサ４０９および一連のセンサ対４１０内に定められる第2のビームセンサ４１０からなる。同様に、第1ビーム電流センサおよび第2ビーム電流センサは、上記開口の下で距離ｇ_２離れて対称的に配置される。上記センサは、開口の幅ｗ_２によって決められるビームレット４１４の部分から、ビーム電流測定値（第1および第2の測定値）を得る。上記第1センサ４０９および第2センサ４１０は、第2の方向でイオンビーム４１２の入射角を互いに関して変える第1および第2のビーム電流を測定する。これら第2層４５２の測定値から、入射角Ａ_２は第2方向を決定できる。

図３の均一性検出器３００のように、第1層４５０の要素は、第1の方向でイオンビーム全体にわたって角度の均一性を示し、また、第2層４５２の要素は、第2の方向で、イオンビーム全体にわたって角度の均一性を示す。さらに、両層の要素は、イオンビーム４１２全体にわたるビーム電流の均一性あるいはその不足を示すように、ビーム電流の測定値（例えば、センサ対により測定されたビーム電流の和）を提供するように操作可能である。均一性あるいはその不足の検出に基づいて、イオンビーム４１２は、均一性を改善するように調整および／あるいは補正することができる。

図５を参照すると、本発明の観点に従う均一性検出器の配置５００を説明する平面図が、示されている。配置５００は、図２について記載されたような単一層の均一性検出器に適している。

位置５００は、マスク５０２と一連の要素に対する一連の開口５０４を描いている。開口５０４は、選択的にイオンビームからビームレットを得る、決められた幅ｗ_１を有する。各開口の下の、対のセンサは、“ｙ”方向に沿って入射角の測定値を得るために使用される。

続く図６において、本発明の観点に従う均一性検出器の配置６００を説明する他の平面図が描かれている。配置６００は図３及び図4について説明したような、2層の均一性検出器に適している。

配置６００は、マスク６０２と、第1の一連の要素に対する一連の開口を描いている。開口６０４は、イオンビームからビームレットを選択的に得る、決められた幅ｗ_１を有する。各開口の下の、対のセンサ（未図示）は、“ｙ”方向の入射角の測定値を得るために使用される。
さらに、マスク６０２の下にある第2マスク（未図示）は、第2の一連の要素に対する第2の一連の開口６０６を含んでいる。開口６０６は、イオンビームから第2のビームレットを選択的に得る、決められた幅ｗ_２を有する。開口６０６の下にある第2の複数のセンサ対（未図示）は、“ｘ”方向の入射角の測定値を得るために使用され、この配置は、“ｙ”方向に直交する、あるいは垂直であるように示されている。均一性検出器６００によって測定可能な、例となるリボンイオンビームは、方形の領域６０８によって示されている。したがって、この配置６００は、“ｘ”、“ｙ”の両方向で、イオンビームの種々の位置での、入射角の測定値を得ることを可能にする。

この図は、さらに本発明を説明するために提供されるが、必ずしも規模を示すものでないことは理解される。さらに、開口の数やサイズは、本発明の実施上、多いに変わり得る。図６に従う実施例は、以下のようである。リボン状イオンビームは、“ｙ”方向に伸びており、約３０ｃｍ×５ｃｍである。また、“ｙ”方向に伸びている、例となる均一性検出器は、約３５ｃｍ×１０ｃｍである。“ｘ”方向あるいは軸において、開口は短く、“ｙ”方向あるいは軸に向けられる。この例で、個々に長さ１０ｃｍ、間隙０．６２ｃｍの４８の開口あるいはスロットが、それらの後部に４８対のセンサを備えて、“ｙ”方向に一列に並んでいる。直交方向“ｘ”において、個々に長さ３０ｃｍ、間隙０．５５ｃｍの１８の開口あるいはスロットが、それらの後部に１８対のセンサを備えて配置される。

図７は、本発明の観点に従う均一性検出器の配置７００を説明する平面図である。この配置７００において、第1マスク７０２は、第1の方向に開口を備えるものが示され、第2マスク７０４は、第2の方向（例 ｘ方向）に開口を備えるものが示されている。配置７００は、“ｘ”、“ｙ”の両方向において、入射角の測定値を容易に得る図6の配置に似ている。しかしながら、第2のマスク７０４は、第1の一連の要素と第1のマスク７０２の下で、必ずしも配置されない。

第1マスク７０２の開口は、イオンビームから第1のビームレットを選択的に得る、決められた幅ｗ_１を有する。各開口の下の、対のセンサ（未図示）は、“ｙ”方向の入射角の測定値を得るために使用される。第２マスク７０４の開口は、第1のビームレットの代りに、イオンビームから第２のビームレットを選択的に得る、決められた幅ｗ_２を有する。第2マスク７０４の開口の下にある一連の複数のセンサ対（未図示）は、“ｘ”方向の入射角の測定値を得るために使用され、この配置は、“ｙ”方向に直交する、あるいは垂直であるように示されている。したがって、この配置７００は、“ｘ”、“ｙ”の両方向で、イオンビームの種々の位置での、入射角の測定値を得ることを可能にする。

図８は、本発明の観点に従う例示的なセンサ８００を描くブロックダイアグラムである。センサ８００は、上述のように、入射するイオンビームに対するビーム電流と入射角を測定するために使用することができる。他の適切なビームセンサが、本発明の観点に従って使用することができることが理解される。

第1の導電層８０４が、回路基板８０２あるいは他の適切な基板上に形成される。第1の導電層は、銅あるいはアルミニュウムのような導電材料からなる。導電層８０４は、回路基板８０２上に電荷を形成するイオンビームあるいはビームレットから入射するイオンを受けるように操作可能である。電荷の形成は、イオンビームのビーム電流あるいはイオンの量に比例し、ビーム電流の測定値あるいは指示を提供する。１以上のギャップ（間隙）が、個々のセンサ要素を分離し、下にある層にイオンビームが通過できるように、センサ８００内にある。

前述したあるいは後述する先の構造的および機能的特徴からみて、本発明の種々の観点に従う手順は、図９から図１０に関してよりよく理解されるであろう。説明の単純化のために、図９から図１０の手順が描かれ、連続的に実行するものとして記載される一方、本発明が説明の順序に制限されず、いくつかの観点のように、本発明に従えば、異なる順序で起こり、および／あるいは、描かれたあるいは記述された、他の観点と同時に起こることが理解され、認識されるはずである。さらに、全ての説明された特徴が、本発明の観点にしたがって手順を実行することが要求されるものではない。

図９において、本発明の観点に従うイオン注入を実行する方法９００を説明するフローチャートが描かれている。方法９００は、イオン注入中に均一性を改善しおよび／あるいは検証するために、イオン注入前後にイオンビームの均一性を検出し、調整する。

方法９００は、所望のビーム電流、所望のビーム電流の均一性、入射角、および角度の均一性を含む、しかし、制限されない、多くの特性を備えて、イオンビームが発生されるブロック９０２で始まる。上記ビームの他の特性は、線量、ドーパントタイプ等である。ブロック９０４でイオンビームは、目標のウエハに隣接して配置される均一性検出器に向けられる。均一性検出器は、１以上の方向のビーム電流および入射角を測定できる一連の要素を含む。均一性検出器の適切な配置が上述されている。

均一性検出器は、ブロック９０６でイオンビームの入射角の均一性およびビーム電流の均一性を測定し、もし必要であれば、イオンビームの補正が実行することができる。得られる測定値は、もしそれらが適切なあるいは相応するならば決定するために、ビーム電流および入射角の値を設定値と比較できる。さらに、上記測定値は、均一性と分布のために解析される。イオンビームの補正は、１以上のパラメータおよび／あるいはイオンビーム発生器の要素（例 線型加速器、質量分析器、イオン源、エキストラクション等）を調整することによって達成することができる。

続いてブロック９０８で、イオン注入が目標ウエハに実行される。概して目標のウエハは、ウエハへのイオン注入前の開始より前に、均一性検出器上を移動し、あるいは配置される。さらに、目標のウエハは、所望の注入特性（例 ドーパント濃度、注入深さ等）を達成するために、イオンビーム中を制御可能に移動する。イオン注入後、均一性検出器は、再び、入射角の均一性およびビーム電流の均一性を測定し、イオン注入中、イオンビームが均一であったかどうかを検証する。

図１０は、本発明の観点に従うイオンビームの均一性を検出する方法１０００を示す図である。方法１０００は、イオンビームの長さ全体にわたって、ビーム電流および角度の均一性を測定し、解析するように操作可能である。

方法１０００は、多くの測定要素を有する均一性検出器が準備されるブロック１００２から開始される。検出器の各要素は、得られるビームレットの幅を決定する開口と一対のセンサから構成される。個々のビーム電流の測定値は、ブロック１００４で各センサ対に対し得られる。合成されたビーム電流測定値は、各要素に対するブロック１００６での測定されたビーム電流から発生する。概して、合成ビーム電流の測定値は、要素内の各センサの測定するビーム電流の和であるが、他の適切な機構が合成ビーム電流の測定値を得るために使用できる。

続いて、入射角の測定値は、各要素に対してブロック１００８で測定されたビーム電流から得られる。入射角の測定値は、また、個々の測定ビーム電流の関数である。入射角の測定値を得るための適切な例の式は、前述の式１である。

続いて、合成されたビーム電流の測定値（各要素に対して１つ）は、ブロック１０１０で均一性を解析する。典型的には、適切なスレッシュホールド量あるいは偏差値のレベルが、可能である。スレッシュホールド量を越える電流の偏差値あるいは変化は、不適当と考えられ、また、補正行為が要求される。同様に、入射角（各要素に対して１つ）は、ブロック１０１２で均一性および／あるいは角速度が解析される。さらに、偏差値の適切なスレッシュホールド量が、角速度分布に対して可能である。不適切な偏差値は、補正行為が要求される。

図１１乃至１５は、本発明に従う適切な均一性検出器の例を説明するために提供されるものである。入射角を得るために操作される他の適切な均一性検出器ばかりでなく、この検出器の偏差値は、本発明に従って使用できることが理解される。

図１１には、本発明の観点に従う均一性検出器１１００を説明する斜視図が提供されている。均一性検出器１１００は、種々の位置で第1および第2の方向での、入射角の測定値を得ることができる2つの層を含む。入射角測定値に加えて、均一性検出器１１００は、また、種々の位置でビーム電流測定値を得るように操作可能である。

ハウジング１１０２は、検出器１１００の概略の支持と構造を表している。第1マスク１１０４は、検出器１１００の頂部に位置している。多くの矩形状の開口１１０６が、第1マスク内に形成されているのが見られる。開口１１０６は、入射するイオンビームを受け、上述のように所定の幅と矩形状によって選択的に多くのビームレットを通過させるように操作可能である。抑制層１１０８はマスク１１０４の下に配置され、センサからの、あるいはセンサへの電子を禁止する働きをする。抑制層１１０８は、測定値の精度を良くすることができる。第1の回路基板１１０９は、抑制層１１０８の下で選択された距離で配置される。回路基板１１０９は、上述のようにビーム電流測定値を得ることができ、センサによって測定されるビーム電流を制御し、解析するための回路を収容することができる、多くのセンサを含む。この回路は、センサの測定値から、入射角とビーム電流を決定できる。概して、一対のセンサが、マスク１１０４の各開口に相応して備えられる。センサ対の操作は上述のとおりであり、しかし、ここでは略されている。センサ対は、第1方向において入射角の測定値を得ることを容易にする。

第2マスク１１１０は、回路基板１１０９の下に配置され、第1マスク１１０４の開口に直交する多くの開口（未図示）を含んでいる。これらの開口は、特有の幅を備える矩形状であり、第1回路基板１１０９内の間隙を通過するイオンビームの部分から、選択的に第2のビームレットを得る。抑制層は第2層には使用されないが、しかし、本発明の観点で他の偏差値に使用することができる。第2の回路基板１１１２は、第2マスクの下で所定の距離で配置され、また、第2の方向で入射角の測定値を得ることを容易にするビーム電流センサの対を含む。さらに、第2回路基板１１１２は、センサによって測定されるビーム電流を制御し、解析する回路を操作可能に含んでいる。

示されていないけれども、均一性検出器は、また、測定された情報を編成し、記録するための回路を含み、それは、さらに得られる測定値を解析し、得られた測定値を記憶し、期待される測定値と得られた測定値を比較する等が可能である制御システム（例 プロセッサに基づく制御システム）に記録することができる。

続いて図12において、本発明の観点に従う均一性検出器１１００の平面図が描かれている。この平面図は、検出器１１１０の一般形状を説明しており、第1層マスク１１０４の配置を説明している。Ａ−Ａ線およびＢ―Ｂ線は、それぞれ図１３、図１４を示している。

図13は、図12のＡ−Ａ線に沿う本発明の観点に従う均一性検出器１１００を説明する断面図である。第1層マスク１１０４は、検出器の頂部に配置され、開口１１０６を含む。この断面から、個々の開口を見ることができる。抑制層１１０８は、第1層マスク１１０４の下に配置される。続いて、第1回路基板１１０９（複数のセンサ対を含む）は、第1層マスクの下に選択された距離（例 ｇ_１）で配置される。第2層マスク１１１０は、回路基板１１０９の下に配置される。第2回路基板１１１２は、また、第２層マスク１１１０の下に選択された距離（例 ｇ_２）で配置される。詳細領域１５００は、図13に示されており、さらに図１５に記載されている。

図１４は、図12のＢ−Ｂ線に沿う本発明の観点に従う均一性検出器１１００を説明する断面図である。図１４は、図１３のものと類似しており、図13のものに直交する図である。結果として、第2層マスク１１１０内の個々の開口が見えており、第1層マスク１１０４内では見えない。

図15は、本発明の観点に従う均一性検出器１１００を説明する拡大図１５００である。図１５は、図１３に示した領域を拡大するものである。第1層マスク１１０４には、より詳細に開口１１０６が示されている。開口１１０６は、台形形状１５２２で描かれている。本発明は、台形形状の開口のみに制限されず、他の大きさ／形状の開口を含むことができることが理解される。抑制層１１０８は、ビームレットが通過できる開口１５２４をより詳細に示すように描かれている。開口１５２４は、ビームレットのイオンの通過を制限若しくは選択するものではないし、ビームレットを妨げないようにする十分な幅である。第1回路基板１１０９は、抑制層の下に配置されている。回路基板１１０９の間隙１５２６は、第一回路基板１１０９内のセンサを分離し、かつ、第2マスク１１１０（図１５には示されていない）を多少のイオンビームあるいはイオンビームの部分が通過することを可能とするのに役立つ。

本発明が説明され、１以上の実施形態に関して記述されているけれども、等価の変更および変形は、本明細書の解釈および理解並びに添付の図面に基づき、他の技術分野で生じるであろう。特に、上述した要素（アッセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、たとえ本発明の例示的実施形態を説明する機能を実行する開示された構造に等価でないとしても、そのような要素を記述するために使用された用語（“手段”に関連するものを含む）は、もし、ほかに示されても、記載された要素の特定の機能（例 機能的に等価である）を実行する他の要素に相応するものを意味する。さらに、本発明の特徴は、いくつかの実施形態の１つのみに関して開示されたものであり、そのような特徴は、いくつかの与えられたあるいは特別の適用に対して、望まれ、利点のある他の実施形態の、１以上の他の特徴と一緒にされてもよい。さらに、“含んでいる”、“含む”、“有している”、“有する”、“備えた”、あるいはそれらの変形は、詳細な説明および請求の範囲のどちらかで使用される範囲で、そのような用語は、いわば、“含んでいること”に類似しているものとされる。

図１は、本発明の態様と一致する、単一のウエハのイオン注入システムを説明するブロック図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の部分を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の部分を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の部分を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の配置を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の配置を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の配置を説明する図である。 本発明の態様と一致する例示的な検出器の配置を説明する図である。 本発明の態様と一致する実質的に均一なイオン注入を行う方法を説明する図である。 本発明の態様と一致する実質的に均一なイオン注入を検出する方法を説明する図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器を説明する斜視図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器を説明する平面図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器を説明する断面図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器を説明する他の断面図である。 本発明の態様と一致する均一性検出器の部分を説明する詳細図である。

符号の説明

１００ イオン注入システム
１０２ チャンバー
１０４ イオン源を含むイオン注入システム
１０６、２００、３００、４００、６００、１１００ 均一性検出器
１０８ ウエハ
１１０ モジュール
２０２、３０２、４０９ 第1ビーム電流センサ
２０４、３０４、４１０ 第2ビーム電流センサ
２０６、３０６、３０８、４０６、５０２、６０２ マスク
２０８、３１２、４１２ イオンビーム
２１２ 検出器対
２１４、３１６、４２０、５０４、６０４、６０６、１１０６ 開口
２１０、３１４、４１４ ビームレット
２１５ 間隙
３１０、３１８、４０３、４１０、４１６ 一連のセンサ対
３５０、４５０ 第1層
３５２、４５２ 第２層
７０２、１１０４ 第1マスク
７０４、１１１０ 第2マスク
８０２、１１０９ 回路基板
８０４ 第1の導電層
１１０８ 抑制層

Claims (22)

1. イオンビームからビームレットを選択的に得る開口と、
   ビームレットから第１ビーム電流測定値を得る開口の下に配置される第１ビーム電流センサと、
   上記開口の下に配置され、ビームレットから第2ビーム電流測定値を得る第１ビーム電流センサに隣接する第2ビーム電流センサと、第１ビーム電流測定値と第2ビーム電流測定値は、イオンビームの入射角に関する情報を生じること、を含むビーム均一性測定システム。
2. 第１ビーム電流センサおよび第2ビーム電流センサは、開口の下で、ある距離離れている請求項１記載のビーム均一性測定システム。
3. 開口は、ビームレットの幅を決定する選択された幅である請求項２記載のビーム均一性測定システム。
4. 入射角は、第1ビーム電流測定値、第2ビーム電流測定値、開口の下の距離および開口の幅の関数である請求項３記載のビーム均一性測定システム。
5. 入射角は、以下の式
   Ａ＝（（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２））^＊ｗ／２ｇ
   （ここで、Ａは入射角、Ｓ１は第1ビーム電流測定値、Ｓ２は第2ビーム電流測定値、ｗは開口の幅、ｇは開口の下の距離である）
   によって得られる請求項4記載のビーム均一性測定システム。
6. 開口は、マスク内のスリットによって決定される請求項１記載のビーム均一性測定システム。
7. マスクは、グラファイトからなる請求項６記載のビーム均一性測定システム。
8. 第1センサ及び第2センサは、ビームレットのイオンによって衝突され、適切な基板上に電荷を形成するように操作可能である頂面上の導電層から構成される請求項１記載のビーム均一性測定システム。
9. 第1の方向に沿って第1の一連の要素が配置され、上記第1の一連の要素は第1の方向に沿ってイオンビームの入射角の測定値を得ること、
   第２の方向に沿って第２の一連の要素が配置され、上記第２の一連の要素は第２の方向に沿ってイオンビームの入射角の測定値を得ることを含むビーム均一性測定システム。
10. イオンビームが、リボンビームである請求項９記載のビーム均一性測定システム。
11. イオンビームの幅の部分は、第1の方向に沿っている請求項１０記載のビーム均一性測定システム。
12. 第2方向は、第1方向に直交している請求項９記載のビーム均一性測定システム。
13. 第1の一連の要素と第2の一連の要素は、さらに、ビーム電流測定値を得るために操作可能である請求項９記載のビーム均一性測定システム。
14. 第2の一連の要素は、第1の一連の要素の下に配置される請求項９記載のビーム均一性測定システム。
15. 第1の一連の要素の各要素は、
    イオンビームからビームレットを選択的に得る開口と、
    ビームレットから第１ビーム電流測定値を得る開口の下に配置される第１ビーム電流センサと、
    上記開口の下に配置され、ビームレットから第2ビーム電流測定値を得る第１ビーム電流センサに隣接する第2ビーム電流センサと、第１ビーム電流測定値と第2ビーム電流測定値は、イオンビームの入射角に関する情報を生じること、を含む請求項９記載のビーム均一性測定システム。
16. 第1の一連の要素は、イオンビームから第1の幅を有するビームレットを得、第２の一連の要素は、イオンビームから第２の幅を有するビームレットを得る請求項９記載のビーム均一性測定システム。
17. 所定の入射角と、所定の入射角の均一性にしたがってイオンビームを発生し、
    上記イオンビームを均一性検出器の方へ案内し、
    均一性検出器によって、イオンビーム全体にわたって多くの入射角測定値を得、
    多くの入射角測定値の均一性を解析し、
    非均一性に関して、測定された非均一性にしたがって、イオンビームの発生を修正する
    各段階を含むイオンビームの均一性を検出する方法。
18. さらに、イオンビームの発生は、所定のビーム電流および所定の均一なビーム電流にしたがって、イオンビームを発生することを含む請求項１７のイオンビームの均一性を検出する方法。
19. さらに、均一性検出器によって、イオンビーム全体にわたって多くのビーム電流測定値を得る請求項１８のイオンビームの均一性を検出する方法。
20. 均一性検出器が目標のウエハに隣接して配置されている請求項１７のイオンビームの均一性を検出する方法。
21. さらに、イオン注入を達成するために、選択された速度でイオンビーム中を目標のウエハを移動させることを含む請求項２０のイオンビームの均一性を検出する方法。
22. 均一性検出器は、第1方向での多くの入射角を得る多くの要素を含む請求項１７のイオンビームの均一性を検出する方法。

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