JP2012525678A - 不利な条件下であっても均一な量の注入を実施するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

イオン注入システム（１００）、および、これに関連する方法は、鉛筆状イオンビームを走査してリボン状イオンビーム（１１０）を形成するように構成された走査装置と、第１の方向を有する該リボン状イオンビームを受け、このリボン状イオンビームを曲げて第２の方向に進めるように構成されたビーム曲げ部材（１１２）とを備えている。本システムは、第２の方向に進む該リボン状イオンビームを受け、また、加工対象物（１０４）を該リボン状イオンビームを注入するために固定するように構成された、該ビーム曲げ部材の下流に位置するエンドステーション（１０２）をさらに備えている。さらに、本システムは、該ビーム曲げ部材の出射開口部においてリボン状イオンビームのビーム電流を測定するように構成された、該ビーム曲げ部材の出射開口部に配置されたビーム電流測定システム（１２２、１２４、１０６）を備えている。

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願〕
本願は、米国特許仮出願第６１／０４９，７１７号明細書（出願日２００８年５月１日、発明の名称：「SYSTEM AND METHOD OF PERFORMING UNIFORM DOSE IMPLANTATION UNDER ADVERSE CONDITIONS」）に基づいて特典と優先権を主張し、該特許出願は、ここに記載されているかの如く、全て参照によってここに引用されるものとする。

〔技術分野〕
本発明は、一般にイオン注入システムに関し、さらに具体的には、例えば、フォトレジストでコーティングされた加工対象物／ウエハに注入している間に深刻なガス抜けが発生するといった不利な条件下であっても、線量測定の制御を実施するためのシステムおよび方法に関する。

〔背景技術〕
半導体デバイスの製造において、半導体に不純物をドーピングするためにイオン注入法が使用されている。ｎ型またはｐ型の不純物質によるドーピング処理、または、集積回路の製作時におけるパッシベーション層形成のためには、イオンビーム注入装置を用いてシリコンウエハをイオンビームで処理する。半導体をドーピングするために使用される場合、イオンビーム注入装置は選択されたイオン種を注入し、所望の不純物質を生成する。アンチモン、ヒ素、リンなどのイオン源物質から生成されたイオンを注入すれば「ｎ型」の不純物質ウエハが得られる。また、「ｐ型」不純物質ウエハが所望であれば、ボロン、ガリウム、インジウムなどのイオン源物質で生成したイオンを注入すればよい。

イオンビーム注入装置は一般に、イオン化可能なイオン源物質から正に帯電したイオンを生成するイオン源を備えている。この生成イオンはビームを形成し、所定のビーム経路をたどって注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入装置は、上記イオン源と注入ステーションとの間に延びる複数のビーム生成・整形構造物を備えていてもよい。このビーム生成・整形構造物はイオンビームを維持し、また、ビームが注入ステーションに達する途中で通過する長く延びた内部空洞部または通路の外縁を形成する。注入装置の動作時にこの通路は通常排気され、こうすることで、イオンが気体分子と衝突する結果所定のビーム経路から偏向する確率が減少する。

線量測定法とは、ウエハまたは加工対象物に注入されたイオンの測定法である。注入されたイオンの線量を制御する際には、通常、閉ループ式フィードバック制御システムを用い、注入を動的に調節して、注入を受けた加工対象物における均一性を達成する。このような制御システムは、リアルタイムでの電流の監視を利用して、加工対象物の遅い走査速度を制御する。ファラデーディスクまたはファラデーカップがビーム電流を周期的に測定し、遅い走査速度を調節することによって、一定の注入を保証する。頻繁に測定することによって、線量制御システムは、ビーム電流の変化に対して素早く応答することができるようになる。上記ファラデーカップは加工対象物の近傍に配置され、こうすることによって、ファラデーカップは加工対象物に実際に注入しているビーム電流に対する高い感度を有する。

本線量測定システムの目的は、加工対象物に供給されるドーパントの量を知ることである。イオン注入の分野では、この目的は、電流（つまりビーム電流）を測定することによって達成される。すべてのドーパント粒子が同じ電荷値ｑを運んでいるとすれば、１秒間当たりにウエハに運ばれるドーパント粒子の個数「ｎ」は、測定電流（ビーム電流）「Ｉ」（Ａ）によって次式のように単純に与えられる。

ここで、ｅは電子の電荷の値であり、約１．６×１０^−１９Ｃ（クーロン）である。通常、すべてのイオンは同じ電荷値を運び、電荷値ｑは単一の整数である。イオンビームは、異なる帯電状態のイオン（電荷値が０である中性粒子を含める）からなるとすれば、ｑは帯電状態の分布を加味した電荷値の加重平均であり、上述の単純な関係は当てはまらなくなる。イオンビームの帯電状態の分布は（後述する電荷交換反応によって）変化する可能性があって、測定することが非常に困難であり、特にイオンビームの大部分が中性原子（いかなる電気的な方法でもっても測定することは不可能）からなる可能性があるので、イオンビームの電荷値を最初に意図していた単一の値に維持するために相当な手数がかかる。

ただし、プロセスの中には、イオンが初期の電荷値を変化させるように作用するプロセスもあり、このような１つのプロセスが電荷交換反応と呼ばれている。高速イオンが別の分子または原子に接近すると、そのイオンは分子または原子から電子を獲得する（つまり、電子「獲得」反応）、または、分子または原子に対して電子を喪失する（つまり、電荷剥奪反応）ことがある。前者の反応は、イオンの電荷値を１だけ低下させる。例えば、イオンが１価帯電すると中性粒子（つまり、電気的に中性の原子）になる。後者はイオンの電荷値を１だけ増加させる。例えば、イオンが１価帯電すると２価に帯電したイオンになる。

イオン注入システムでは、イオンのすべての経路を高レベルの減圧状態（通常１×１０^−６ｔｏｒｒ未満）に維持することによって、これらの電荷交換反応の頻繁な発生を防止する努力がなされる。ただし、半導体の製造に関わる多くのイオン注入分野では、加工対象物（半導体ウエハ）がフォトレジストと呼ばれる薄い有機膜で部分的にカバーされることによって、ある領域がマスクされて、さらに、こうすることによって、ウエハの所望の一部だけが選択的にドーピングされる。高速イオンがウエハ上のフォトレジスト層に衝突すると、この有機膜中の分子結合の一部が破壊されて、放出された原子の一部が気体を形成する（もっとも可能性が高いのは水素ガス）。放出される気体の量はかなり大きな量になる可能性があり、イオンビーム経路内の減圧レベルを低下させるように作用することがある。さらに、極端な場合には、イオンビーム中のイオンのほぼ５０％が電荷交換反応を起こす。

各電荷交換反応ごとに、単位密度の残留原子の存在下で反応が起こる確率を表す反応断面積と呼ばれる値が存在する。反応断面積は（名称が示唆するように）面の次元で（通常、ｃｍ^２で）与えられる。反応断面積の値は、イオンの速度、イオンの電荷値、イオンの質量、および、残留気体原子によって広い範囲で変化する。イオンの電荷をｘからｙに変化させる反応の電荷交換断面積の値をσ_ｘｙと表記すれば、ガス層の通過に伴って電荷値をもとの電荷ｘから最終的な電荷値ｙに変化させたイオンビームの割合は次式で与えられる。

ここで、ｐは減圧した圧力（単位：ｔｏｒｒ）、Ｌは通路の長さ（単位：ｃｍ）である。もとの帯電状態ｘの割合は次式で与えられる。

また、右辺の第２項は電子「獲得」反応を表し、第３項は剥奪反応を表す。

最終的な電荷の割合ｆ_ｙを用いて、ガス層を通路した後の平均電荷値を次式のように算出することができる。

実用上、起こり得る最終的な帯電状態を、０〜３の値に限定してもかまわない。例えば、初期のイオンの電荷が＋１（ｘ＝１）である場合には、次式のようになる。

さらに、イオンビームのエネルギーが十分に低いので、すべての剥奪反応が無視できるほど小さく（σ_１２≒σ_１３≒０）、起こり得る電荷交換反応が電子獲得反応だけである場合、上記式は次式のように非常に単純になる。

この簡素化された例の場合における、ドーパント原子の個数「ｎ」を求める式は、測定されたビーム電流ｉによって次式のように与えられる。

つまり、ドーパント原子の個数が、同じビーム電流に対して１／（１−ｆ_０）だけ増加する。

上記例は、測定した電気ビームの電流からドーパントの実際の個数を得るためには、ｆ_０（電荷交換を起こしたイオンの割合）が分からなければならないことを示しているが、これは非常に困難である。

図１は、圧力補償を用いて線量測定の制御を行う従来技術のイオン注入システムを示している。イオンビーム９はイオン源２を出て、質量分析装置３によって質量分析を受け、次に、エンドステーション５に向かって導かれる。このエンドステーション５は、１つの例では、複数の加工対象物６を載せたバッチシステムである。ファラデーカップ７が、ウエハに達するイオンビームを、エンドステーションのすぐ後側でディスクのスリット８を介して測定する。上記ディスクに届くドーパント粒子の個数を、ファラデー７において測定したビーム電流から、要素ｆ_０を含む上記式を用いて算出しなければならず、さらに、該要素ｆ_０はビーム経路における圧力に依存するので、この方法では、処理室１５内に設置されたイオンゲージ１６で測定する瞬間的な圧力を用いて、測定されたビーム電流に対して経験的な補正が行われる。

この方法では、ウエハ上におけるビーム電流と原子の個数との間の比例定数が、各注入条件に対して、それぞれの注入「レシピ」にしたがって経験的に決定される。このレシピとは、イオンビームのエネルギー、質量、電荷値、ビーム電流、および、注入の総線量レベルを指す。このｐ−ｃｏｍｐ法の１つの短所は、経験的な要素を、実際の注入に先立って、各注入レシピに基づいて決定しなければならず、さらに、この要素が長時間変化しないように手数をかけなければならないことである。この従来技術である解決方法のもう１つの課題は、圧力と線量との間で仮定している機能的な近似が高圧力では有効性を失う傾向があることである。この課題を解決するために、一部のユーザはビーム電流を制限して近似の有効性を維持しているが、こうすると生産性に対して負の影響を及ぼす。

そこで、線量測定の制御を実施するための、より良いシステムおよび方法が望まれている。

〔発明の概要〕
以下の記載では、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を促すために、発明の概要について簡単に説明する。この発明の概要は本発明のあらゆる側面について概略を記述したものではなく、本発明の重要ポイントとなる部材や要素を特定する意図を持つものでもなく、また、本発明の技術的範囲を定義する意図を持つものでもない。この発明の概要の主たる目的は、後述するさらに詳細な説明の前置きとして、本発明のコンセプトについて簡単に記載することである。

イオン注入システムが提供される。本イオン注入システムは、鉛筆状イオンビームを走査してリボン状イオンビームを形成するように構成された走査装置と、第１の方向を有する該リボン状イオンビームを受け、このリボン状イオンビームを曲げて第２の方向に進めるように構成されたビーム曲げ部材とを備えている。本システムは、第２の方向に進む該リボン状イオンビームを受けるように構成され、また、加工対象物を、該リボン状イオンビームを注入するために固定するようにさらに構成された、該ビーム曲げ部材の下流に位置するエンドステーションをさらに備えている。さらに、本システムは、該ビーム曲げ部材の出射開口部においてリボン状イオンビームのビーム電流を測定するように構成された、該ビーム曲げ部材の出射開口部に配置されたビーム電流測定システムを備えている。

本発明の別態様によれば、本システムは、上記ビーム電流測定システムからビーム電流の測定結果を受信して、上記エンドステーション上の加工対象物の、上記イオンビームの幅方向に対してほぼ直交する方向における走査を制御するように構成された線量測定制御システムを備えている。

本発明の１つの態様において、上記ビーム電流測定システムは、１つ以上のスリットが入射口に設けられたファラデーカップを有し、該１つ以上のスリットが、上記リボン状イオンビームのイオンの入射を、該ファラデーカップの軸を中心とする所定の角度の範囲に制限するように動作する。

本発明のもう１つの態様において、本システムは、上記ファラデーカップに関連して作動可能で、該ファラデーカップがビーム電流を記録することを選択的に防止するように構成されたゲートをさらに備えている。一実施形態において、このゲートは、上記ファラデーカップがビーム電流を上記走査装置の走査電圧の関数として記録することを選択的に防止するように構成されている。別の一実施形態では、上記ゲートは、上記走査イオンビームが上記ファラデーカップの入射口に設けられた１つ以上のスリットを掃引（ｓｗｅｅｐ）する場合には、上記ファラデーカップがビーム電流を記録できるように構成され、かつ、それ以外の場合にはファラデーカップがビーム電流を記録することを防止する。

本発明のもう１つの態様によれば、上記リボン状イオンビームはその幅方向に沿って複数のエッジ部を有し、上記ビーム電流測定システムは、上記ビーム曲げ部材の出射開口部において、リボン状イオンビームの対応するエッジ部にそれぞれ位置する２つのファラデーカップを有する。線量測定制御システムが、上記２つのファラデーカップからビーム電流の測定結果を受信して平均を求めて、上記エンドステーション上の加工対象物の、上記イオンビームの幅方向に対してほぼ直交する方向における走査を制御するように構成されている。

本発明のさらに別の態様によれば、上記エンドステーションは処理室内に位置し、この処理室は処理室内で減圧状態が達成できるように処理室に関連して作動可能な真空ポンプを有する。さらに、上記ビーム曲げ部材は磁石室内に位置する。本システムは、処理室と磁石室とを互いに連結するように構成され、さらに、エンドステーション上の加工対象物から磁石室へのガス抜け流を抑制するように構成された通気制限装置をさらに備えている。

本発明のもう１つの態様によれば、イオン注入システムにおいて線量測定の制御を実施する方法が、ビーム曲げ部材を用いてリボン状イオンビームを曲げ、該ビーム曲げ部材の出射開口部においてリボン状イオンビームのビーム電流を測定することを含む。本方法は、加工対象物の走査を、上記リボン状イオンビームについて、上記測定されたイオンビーム電流の関数として制御することをさらに含む。

一実施形態において、上記ビーム電流の測定には、ファラデーカップを上記ビーム曲げ部材の出射開口部に配置することを含む。別の一実施形態では、本方法は、上記ファラデーカップが受けるリボン状イオンビームのイオンの入射を、該ファラデーカップの軸を中心とする所定の角度に制限することを含む。さらに別の一実施形態では、上記リボン状イオンビームはその幅方向に沿って複数のエッジ部を有し、上記ビーム電流の測定には、上記ビーム曲げ部材の出射開口部において、リボン状イオンビームの各エッジ部にファラデーカップを配置することを含む。この場合、上記複数のファラデーカップから得られるビーム電流の測定結果の平均を求め、そして、本方法は上記加工対象物の走査を、平均ビーム電流の関数として制御することを含む。

本発明のもう１つの態様によれば、本方法は、上記リボン状イオンビームを曲げる前に、鉛筆状ビームを走査して該リボン状イオンビームを形成し、上記ファラデーカップがビーム電流の測定結果を上記リボン状イオンビームを形成する鉛筆状イオンビームの上記走査の関数として記録することを選択的に防止することを含む。一実施形態において、上記選択的な防止には、走査イオンビームが上記ファラデーカップを掃引する場合には、上記ファラデーカップがビーム電流を記録できるように構成し、かつ、それ以外の場合にはファラデーカップがビーム電流を記録することを防止することを含む。

本発明のもう１つの態様によれば、上記加工対象物が処理室内のエンドステーション上に位置し、上記ビーム曲げ部材が磁石室内に位置する。この場合に、本方法は、上記加工対象物から磁石室へのガス抜け流を抑制するように構成された通気制限装置を用いて、処理室を磁石室に連結することを含む。

前述の目的および関連する目的を達成するために、本発明は、以下の記載において詳細に説明し、特に請求項において規定される特徴を備えている。以下の説明および添付の図面は、本発明の例示的なある態様について詳細に説明する。これらの態様は本発明の多様な実施方法のうちの数例を示すにすぎない。本発明の他の態様、長所、および、新規な特徴は、本発明を詳細に記した以下の記載と添付の図面から明らかになるであろう。

〔図面の簡単な説明〕
図１は、圧力補償に基づく線量測定制御システムを有するイオン注入システムの従来技術のシステムレベルの図である。

図２は、本発明の少なくとも１つの態様に係るイオン注入システムの一部である。

図３は、本発明の各種の態様および効果を図示するビーム図である。

図４〜図６は、本発明の１つ以上の態様に係る、電子ゲーティングについてプロットした結果を示している。

図７は、本発明のさらに別の一実施形態に係る、線量測定の制御を実施する方法を図示するフローチャートである。

〔発明の詳細な説明〕
次に、図面を参照して、本発明について記載する。図面および記載全体を通じて、同じ部材には同じ参照番号を使用する。本発明は、イオン注入装置において使用するための、圧力補償因子を求めるためのシステムおよび方法を提供する。

上述のように、イオンビームと残留気体との間の電荷交換反応によって、電子をイオンに加えたり、イオンから奪ったりすることができ、こうすることによって、各種イオンの帯電状態をレシピの値から変化させることができる。電荷交換反応が中性化である場合には、入射イオン流の一部が中性化される。その結果、検出される電流が低下するが、実際の粒子電流、つまり粒子流（中性粒子を含む）は変化しないままである。電荷交換反応が電子の剥奪である場合には、上記イオン流の一部は電子を喪失し、その結果、上記電流が増加するが、上記粒子電流は変化しないままである。

電荷交換が課題となる典型的なレシピの場合であれば、ビームは剥奪より中性化を多く受ける。その結果、エンドステーションの圧力が増加すると、ファラデーカップによって測定されるビーム電流は必ず減少する。ビーム中のイオンは中性化されるが、残留気体によって偏向させられることも、停止させられることもない。線量率、つまり、単位面積および単位時間当たりのドーパント原子の個数は、ビームライン中の最後のビーム曲げ部材を通過した後は電荷交換によって変化しない。注入された中性粒子は、加工対象物が受ける線量に寄与するが、ファラデーカップによって測定されず、したがって、線量測定の制御において正しく反映されない。その結果、加工対象物は過度な線量を受ける可能性がある。したがって、本発明の発明者は、線量測定の制御に改善の必要性があることを理解した。

従来技術の線量測定制御システムの大きな問題が、ビーム電流の測定に使用されるファラデーカップが注入を受ける加工対象物の極近傍に位置しているが、イオン注入ビームライン中の最後のビーム曲げ部材からは相当遠くに位置していることにあることを、本発明の発明者は理解した。本発明は、ビーム測定システム（例えばファラデーカップ）をビームライン中の最後のビーム曲げ部材（例えば角度補正磁石または角度エネルギーフィルタ）の出射開口部に移動させることによって、上記従来技術に関連する各種の短所を解消する。その結果、ビーム測定システムにおいて測定されるビーム電流は、加工対象物の表面における実際のイオン粒子流にほぼ対応する。さまざまな有利な特徴については、以下の議論によってさらに詳細に理解できるであろう。

図２は、本発明の１つの態様に係るイオン注入システムビームライン１００の一部を示している。処理室１０２が、加工対象物、つまり半導体ウエハ１０４を収納する。この加工対象物は、線量測定制御システム（例えば、一実施形態では、速度制御サーボモータシステム）１０６によって機械的に上下に（つまり、ｘ方向に沿って紙面の手前から奥にまたは紙面の奥から手前に）移動する。ウエハの移動速度は、ウエハに入射するビームの強度がたとえ何らか理由で変化しても、ドーピング密度が一定に維持されるように制御される。

続けて図２を参照すると、図示された部分１００は、一実施形態では、通常ハイブリッド走査型単一ウエハ注入装置（ｈｙｂｒｉｄ ｓｃａｎ ｓｉｎｇｌｅ ｗａｆｅｒ ｉｍｐｌａｎｔｅｒ）と呼ばれ、一般に使用されているイオン注入装置アーキテクチャの後半部分を備える。このアーキテクチャでは、イオンビームが鉛筆状ビーム１０８として生成されて質量分析され、続いて走査されることによって、リボン状の幅広のビーム１１２が静電的または磁気的に形成される。加工対象物、例えばウエハ１０４は、イオンビームの幅方向に対して直交する方向に移動する。図２では、イオンビーム１１４は、ビーム曲げ部材１１２を出射した後にはｚ方向に運動している。その一方で、線量測定制御システム１０６は加工対象物１０４をｘ方向に移動させる。イオンビームの強度が絶対的に安定な状態のままで時間的に推移するのであれば、ウエハを一定速度で移動させることによって、ウエハの全領域にわたって均一なドーピングが実施される。しかしながら、イオンビームの強度はさまざまな理由（例えば減衰やフォトレジストのガス抜け）によって変動する。このような場合には、ウエハの移動速度を、加工対象物上におけるドーピング密度が経時的に一定のまま推移するように、線量測定制御システム１０６によって変化させなければならない。

安定状態にあるＤＣビーム（幅広のビーム）として、または、高速静電または電磁気偏向システムの補助を受けて、点１０８において広がりながら現れるイオンビーム１１０は、ビーム曲げ部材（例えば磁気レンズ；角度補正磁石と呼ばれることもある）１１２に入射する。また、ビーム曲げ部材１１２は角度エネルギーフィルタ（「ＡＥＦ」；ａｎｇｕｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｆｉｌｔｅｒ）と呼ばれることもある。ビーム曲げ部材１１２は、オブジェクトがレンズの前方焦点距離に配置される光学レンズシステムと同様の方法で、点１０８から扇形に広がるビームを平行な幅広のビームに変換する。平行なイオンビームの幅（ｙ方向に延びる幅）は、加工対象物の機械的な移動方向（ｘ方向）に対して直交する。点１０８において扇形に広がる角度は、ビーム曲げ部材１１２から出射する平行化されたビームが、処理室１０２内の加工対象物の幅または直径全体をカバーできる十分な幅を有するように調節される。一実施形態では、ビーム曲げ部材１１２（例えば角度補正磁石）は、専用の真空ポンプ１１８を有する独立した減圧室１１６に格納され、通気制限装置１１８の幅の狭い管を介して処理室１０２に接続される。この幅の狭い管は、一実施形態では、平行化されたイオンビーム全体がかろうじて通過できる程度の広さを有する。

ビーム曲げ部材１１２の出射口１２０では、幅広のイオンビーム１１０の両側に幅の狭い２つのファラデーカップ１２２が設置されて、イオンビーム電流の一部を監視し、サンプリングする。一実施形態では、幅の狭い各ファラデーカップ１２２の前に、幅の狭い１つ以上のアパーチャまたはスリット１２４が設けられている。このアパーチャまたはスリット１２４は、イオンビームがカップに入射できる角度を制限するように（詳細については後述する）構成される。

一実施形態では、２つのファラデーカップにおいて観察されたイオンビーム電流が足し合わされて、両電流の和が線量測定制御システム１０６に入力される。一実施形態では、制御システム１０６が複数のビーム電流読み取り値の平均を求め、この平均ビーム電流を使用して機械的な移動を制御、または、ｙ方向に延びるイオンビームの幅方向に対して直交するｘ方向の加工対象物の走査を制御する。

図３は、上記２つのファラデーカップを本発明ではビーム曲げ部材のちょうど出射口に（つまり角度補正装置に）設置することの背後にある、効果を示す簡略図である。明瞭な記載と例示の提供を目的として、イオンビームは、ビームラインを通過する間中、幅の狭いままで進むと仮定する。ビームラインは３つのセクションに分割されている。具体的には、Ａセクションはビーム曲げ部材１１２の手前の部分である。Ｂセクションはビーム曲げ部材の内部の部分である。Ｃセクションは、ビーム曲げ部材と加工対象物との間にある最後の真っ直ぐなセクションである。２つの架空のファラデーを設置する。具体的には、一方２２４はウエハまたは加工対象物の位置に設置し、もう一方２２６は本発明にあるようにビーム曲げ部材の出射開口部に設置する。電荷交換反応の発生が無視できる良好な減圧状態では、（加工対象物の位置を代表する）ファラデー２２４に届く実際の粒子の個数は、ビーム曲げ部材１１２の出射開口部に位置するファラデー２２４および２２６のいずれかによって測定される電気ビームの電流と同じである。すべてのセクション（Ａセクション、Ｂセクション、および、Ｃセクション）において減圧レベルが悪化して、電荷交換反応が発生を開始すると、電流はファラデー２２４に届く実際の粒子の個数からずれ始める。

磁場中を進むイオンは、周知のローレンツ力

によって磁場の方向に垂直な平面上で曲げられる。曲げの程度、つまり曲率半径Ｒは次式によって与えられる。

ここで、質量、エネルギー、および、ｑは、イオンの質量、エネルギー、および、電荷値であり、Ｂは磁場の強度である。図３では、初期の状態の（電荷交換が起こっていない）イオンが曲げられて真っ直ぐに出射し、２２８においてファラデー２２４へ向かうように、磁場が調節される。一部のイオンがＡセクションにおいて電荷交換反応によって帯電状態を変化させる場合、これらのイオンは、２２０ａおよび２２０ｂとして示したように、磁場において異なる曲がり方をし、ファラデー２２４の位置においてウエハに到達しない。２２２ａおよび２２２ｂとして示すように、Ｂセクションにおいて帯電状態を変化させるイオンの場合にも同じ状況が起こり、これらのイオンはファラデー２２４の位置においてウエハに入射しない可能性が非常に高い。簡潔に言えば、セクションＡおよびセクションＢにおいて電荷交換を起こしたイオンは、磁石１１２における曲がり方の程度がすべて異なるので、ファラデー２２４の位置においてウエハに入射しない可能性が高い。

ビーム曲げ部材１１２の出射開口部とファラデー２２４との間のＣセクションにおいて電荷交換を起こしたイオンの場合には、状況が大きく異なる。Ｃセクションにおいて電荷交換を起こしたイオンは、すべてがファラデー２２４に入射する。つまり、ファラデー２２４に届く粒子の個数はＣセクションにおける電荷交換反応によって影響されず、ウエハがファラデー２２４の位置に設置されれば、電荷交換反応を起こしたイオンは注入に寄与することになる。これは、電荷交換反応が、強い磁場が存在しないＣセクションではイオンビームの方向に対して大きく影響しないからである。ただし、ファラデー２２４における電流は、電荷交換を起こしたイオンがＣセクションに存在することによって影響され、また、イオンの個数と電流との間の関係を求めるためには、単一の値ｑではなく、ｑａｖを使用しなければならず、両者の間の単純な関係は崩壊する。

続けて図３を参照して、ビーム曲げ部材１１２の出射開口部のファラデー２２６において記録される電気ビームの電流を見積もる。ファラデー２２６は、一実施形態では、入射を制限して、ファラデーの軸上または該軸の近傍に位置するイオンだけが入射するようにするために、ファラデー２２６に関連する幅の狭い１つ以上のスリットを有する。つまり、ファラデー２２６の軸を中心とする所定の角度の範囲にあるイオンだけが入射する。電荷交換反応が原因となって非所望の電荷値を有するイオンは、すべて２２０ａ、２２０ｂ、２２２ａ、２２２ｂなどの異なる軌道を有しており、ファラデー２２６の軸上には存在しないので、ファラデー２２６に到達するイオンは所望の電荷値（例えば単一の電荷値）を有しているはずである。したがって、ファラデー２２６では、前掲の式に示した、粒子の個数と電気ビームの電流との間の単純な関係が成立する。また、ファラデー２２６において測定されるすべてのイオンが真っ直ぐな軸２２８上にあり、これらのイオンは、ファラデー２２６を引っ込めれば、ファラデー２２４の位置にあるウエハまで真っ直ぐに進むことになる。したがって、ファラデー２２６によって測定されるビーム電流は、たとえ多数の電荷交換反応が発生しても、ウエハに到達する粒子の個数を表す素晴らしい尺度となる。

図２に戻ると、上記イオンビームは、ビーム曲げ部材１１２の出射開口部では広いビーム幅を有する（つまりリボン状ビームである）。図３のファラデー２２６の替わりに、幅の狭い入射角度を有する２つのファラデー１２２が、イオンビームの一部をその両エッジ部においてサンプリングする。リボン状の幅広のビームの両側に１つずつ、合計２つのファラデーを有していることは、疑いようのない長所である。減圧レベルが悪化すると、セクションＡとセクションＢとの間のビーム経路の長さの差が原因となって、ウエハの外側よりの部分に到達する実際の粒子の個数とウエハの内側よりの部分に到達する実際の粒子の個数との間に、ずれが生じ始める。したがって、外側よりの軌道の経路の方が長いので、加工対象物の外側よりの１つのエッジ部が受ける粒子は少なくなる。上記補正装置の出射口においてビームの外側よりのエッジ部に位置するファラデーは、同じ理由で、ビームの内側よりのエッジ部に位置するファラデーに比べて、受けるビームが少ない。外側のファラデーだけでビームを代表させたとすれば、ウエハの内側よりのほかの部分に到達する実際の粒子の個数を過少に見積もってしまうことになる。内側よりのエッジ部に位置するファラデーだけを使用したとすれば、状況は逆転する。２つのファラデー信号の平均を使用することによって、ウエハの中央に到達する実際の粒子の個数を代表させることができ、さらに、ウエハ領域全体の誤差を半減することができる。

図２の処理室１０２内に格納されたウエハ上の有機膜（例えばフォトレジスト）に高速イオンビームが入射すると、大量のガス抜けが発生する。上述のように、Ｃセクション、つまり、ビーム曲げ部材１１２の出射開口部と加工対象物１０４との間の最後の真っ直ぐなセクションにおける電荷交換反応は、ウエハ１０４に到達する粒子の個数に一切影響しない。また、線量測定システムが正常に動作している限り、Ｃセクションにおいて圧力がいくらか増加しても（つまり、減圧状態が悪化しても）問題はない。しかしながら、フォトレジストのガス抜けによる非所望の作用によって、セクションＡおよびセクションＢにおいて圧力が上昇する。なぜならば、ガス抜けによって、加工対象物、つまりウエハに到達する粒子の個数が実際に変化するからである。したがって、本発明の一実施形態では、セクションＡおよびセクションＢにおける減圧状態の悪化を抑制する。本実施形態では、幅が狭く長い通気制限装置１１８が磁石室１１６と処理室１０２とを接続することによって、ＡセクションおよびＢセクションへのガス抜け流が抑制され、また、独立した少なくとも１つの高真空ポンプ１１８を磁石室１１６上にまたは磁石室１１６内に設置することによって、注入中にフォトレジストのガス抜けが発生したときでも最良の減圧状態が維持される。

続けて図２を参照すると、両ファラデー１２２の前に、１つ以上のスリットからなる１組のスリット１２４が設けられている。このスリット１２４は、たとえその後に帯電状態を変化させてもウエハに到達すると考えられるイオンだけをファラデー１２２が測定できるように、入射角度を制限するために設計されている。上記両ファラデーは、最適には、ファラデーの軸に対して大きな角度を有していて、ウエハに入射しないと考えられるイオン（例えば図３に示すビーム２２２ｂ）を記録すべきではない。ファラデーに向かう角度の平行化は、一実施形態によれば、幅の狭いビームを点１０８において走査することによってリボン状の幅広のビームが生成されるシステムの場合には、電子的にも改善することができる。図４に示すような三角波形によって、ビームが点１０８において左右に偏向すると仮定すれば、この波形を、時間に対する偏向角、つまり、ウエハ１０４上における経時的なビームの位置とみなしてよい。図５は、内側のファラデー１２２における対応するビーム電流信号を示している。このファラデー１２２は、ビームがファラデーの幅の狭いスリットを掃引し、パルスのタイミングがビームの瞬間的な位置およびファラデーカップの位置に関連している時にだけ記録する。

イオンビームは図４の波形４０２で往復運動する。典型的なものを誇張して示せば、図５に示す、ファラデーカップ（例えば図２のファラデーカップ１２２）からの信号５００で往復運動する。この走査波形に関してファラデーにて観察されるビームパルス５０２の位置（つまり位相）は、「上向きの」掃引からのものと「下向きの」掃引からのものである。ファラデーカップ１２２は磁石のエッジ部の近くに配置されているが、走査幅のわずかに内側にあるので、両パルス５０２は波形のピークの近くに現れ、両パルスは互いから非常に近い位置に現れる。線量測定を実施するためには、該ビームパルスに含まれているビーム電流（つまり電荷）だけが用いられる。両パルス間の信号は、すべてが、線量測定の実施の際にはノイズとして処理され、小電流を測定する際には大きな負の影響を及ぼす恐れがある。

（ビーム走査に同期していない）ノイズに、ファラデーカップからの漏洩電流、Ｉ／Ｖにおいて生成される漏洩およびランダムなノイズ、および、商用周波数からの一部の誘導ノイズ（ハム）またはモータもしくはＰＷＭ電源からの周期的なスパイクが含まれることがある。また、（ビーム走査に同期した）ノイズは、散乱された実際のビームから、または、別の軌道（例えば図３に示す迷走ビーム（ｓｔｒａｙ ｂｅａｍ）２２２ｂ）からの電荷交換反応の結果として発生することもある。

電荷交換を起こしたビーム（例えば図３のビーム２２２ｂ）は異なる走査位相由来であるので、該ビームが主なピークの位置とは異なる位置でたまたまファラデーに入射すると、該ビームが現れる、または、測定されるビーム電流の一部となると考えられる。したがって、このような迷走ビームは、図５に図式的に示すノイズを構成する。ビーム２２ｂのような電荷交換を起こしたイオンの除去は、本発明によれば、主に機械的スリットシステム１２４を用いて行われる。ただし、電荷交換を起こしたイオンからの信号が異なる走査位相において現れるという事実を用いれば、電子ゲートを信号に適用して、図６に示すように、主なピークの近傍の幅の狭い領域に対する信号以外、ファラデー１２２の信号をすべて遮断することによって、これらのイオンをさらに除去することができる。これは、電子ゲーティングをビーム走査のタイミングに同期させることによって実施可能である。

例えば、未処理の信号（Ｉ／Ｖの出力であってもよい）を、ビーム走査に同期して短期間開く電子ゲートに通せば、図６の波形図の一番下の線に示すように、上記において列挙した２つのタイプのノイズの大部分を削除することができる。カップ信号が走査波形に同期したパルスからなる場合であれば、この電子ゲーティングは、さらに別の、また、より広い応用事例にも必ず拡張することができる。また、ビーム電流の範囲の低い方の端で測定をするとよく出会うランダムノイズまたはＤＣノイズにビームパルスが埋もれる傾向がある場合であれば、該電子ゲーティングを、単純にノイズの抑制法として使用することも必ずできる。さらに、該電子ゲーティングを、電子ビームのコリメータとして使用して、ビーム走査の異なる位相が関与する、隣接する軌道由来の「角度が外れた」ビームを除去することもできる。

次に図７を参照するが、ここでは典型的な一例としての方法７００について、一連のイベントまたは現象として図示および記載するが、一部のステップは、本発明の範囲内で、ここに図示および記載する順序とは別の順序で起きても、および／または、他のステップと同時に起きてもかまわないのであるから、本発明が、図示したイベントや現象の順序によって限定されないことにも留意すべきである。さらに、本発明に係る方法を実行するために、図示したステップのすべてが必要とされるわけではない。また、上記方法が、ここに図示および記載したシステム３００との関連において実行されても、図示していない他のシステムとの関連において実行されてもよいことが理解できるであろう。

本方法７００は、イオン源がイオンビームを生成し、ビームを質量分析装置まで導く７０２において開始する。質量分析装置を行うための磁場強度は、電荷対質量比に合わせて選択可能である。質量分析装置は、使用するのであれば、イオン源の下流に配置すればよい。

質量分析装置の下流で、かつ、加工対象物に入射する前に、上記イオンビームを走査して、鉛筆状ビームからリボン状イオンビームを形成してもよい。また、上記イオンビームを別のビーム曲げ部材（例えば角度補正磁石や角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ））に通してもよい。７０４において、イオンビーム電流が、ビーム曲げ部材の出射開口部に配置された１つ以上のファラデーカップにおいて測定される（例えば、図２を参照）。一実施形態では、上記電流がファラデーカップの読み取り値の平均であってもよく、または、単一のビーム電流測定装置から得られる単一の読み取り値であってもよいことは理解されるべきである。

７０６では、イオンビームに対する加工対象物の遅い走査速度が、加工対象物における線量の均一性を最大化するように、イオンビーム電流の読み取り値に基づいて制御される。

さらに、方法７００におけるファラデーカップが、１つ以上のスリットを用いて、迷走イオンビーム（ｓｔｒａｙ ｉｏｎ ｂｅａｍ）の入射を制限し、イオンビーム測定結果をさらに改善してもよい。また、別の一実施形態では、ビーム電流の読み取り値を上流の走査装置の走査電圧に基づいて選択的に遮断できるように、電子ゲートがファラデーカップ（またはその他の少なくとも１つのビーム電流測定装置）と協働して使用される。このようにして、ファラデーカップは、走査ビームがカップを通るときだけビーム電流を記録し、こうすることによって、ノイズを抑制し、イオンビーム電流の精度をさらに改善する。

ここまでの記載において、本発明についてある応用例および実施態様を用いて図示および説明したが、等価の変更や修正が可能であるということは、本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、当業者には理解できるであろう。特に上述の各種部品（アッセンブリー、デバイス、回路、システムなど）によって実施される各種機能との関連において、このような部品について記載するために使用した用語（「手段」という表現を含む）は、特に明記しないかぎり、開示した構造と構造的には等価でないにもかかわらず記載した部品の規定した機能を実施し（つまり、機能的に等価な）、ここで図示した一例としての本発明の実施態様において上記機能を実施する、どの部品に対応するものでもない。

さらに、本発明の特定の特徴をいくつかの実施態様の１つに関連して開示したが、このような特徴は、任意のまたは特定の応用例にとって望ましいまたは好適であるように、それ以外の実施態様の他の１つ以上の特徴と組み合わせてもかまわない。さらに、「を含む」、「を有する」などの用語、および、その変形である用語が詳細な説明または請求項のいずれかにおいて使用される限りにおいて、これらの用語は、「を備える」という用語と同様の様態でオープンな用語である。

圧力補償に基づく線量測定制御システムを有するイオン注入システムの従来技術のシステムレベルの図である。 本発明の少なくとも１つの態様に係るイオン注入システムの一部を示す図である。 本発明の各種の態様および効果を図示するビーム図である。 本発明の態様に係る、電子ゲーティングについてプロットした結果を示す図である。 本発明の態様に係る、電子ゲーティングについてプロットした結果を示す図である。 本発明の態様に係る、電子ゲーティングについてプロットした結果を示す図である。 本発明のさらに別の一実施形態に係る、線量測定の制御を実施する方法を図示するフローチャートである。

Claims (20)

1. 第１の方向を有するリボン状イオンビームを受け、このリボン状イオンビームを曲げて第２の方向に進めるように構成されたビーム曲げ部材と、
   第２の方向に進む該リボン状イオンビームを受けるように構成され、また、加工対象物を、該リボン状イオンビームを注入するために固定するようにさらに構成された、該ビーム曲げ部材の下流に位置するエンドステーションと、
   該ビーム曲げ部材の出射開口部においてリボン状イオンビームのビーム電流を測定するように構成された、該ビーム曲げ部材の出射開口部に配置されたビーム電流測定システムとを備えた、イオン注入システム。
2. 上記リボン状イオンビームが第３の方向に延びる幅を有し、
   上記イオン注入システムが、上記ビーム電流測定システムからビーム電流の測定結果を受信して、上記エンドステーション上の加工対象物の、上記第３の方向に対してほぼ直交する第４の方向における走査を制御するように構成された線量測定制御システムをさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
3. 上記ビーム電流測定システムが、１つ以上のスリットが入射口に設けられたファラデーカップを有し、
   該１つ以上のスリットが、上記リボン状イオンビームのイオンの入射を、該ファラデーカップの軸を中心とする所定の角度の範囲に制限するように動作する、請求項１に記載のシステム。
4. 上記ファラデーカップに関連して作動可能で、該ファラデーカップがビーム電流を記録することを選択的に防止するように構成されたゲートをさらに備えた、請求項３に記載のシステム。
5. 上記ゲートが、上記ファラデーカップがビーム電流を上記ビーム曲げ部材の上流に位置する走査装置の走査電圧の関数として記録することを選択的に防止するように構成された、請求項４に記載のシステム。
6. 上記ゲートが、走査イオンビームが上記ファラデーカップの入射口に設けられた１つ以上のスリットを掃引する場合には、上記ファラデーカップがビーム電流を記録できるように構成され、かつ、それ以外の場合にはファラデーカップがビーム電流を記録することを防止する、請求項４に記載のシステム。
7. 上記リボン状イオンビームがその幅方向に沿って複数のエッジ部を有し、
   上記ビーム電流測定システムが、上記ビーム曲げ部材の出射開口部において、リボン状イオンビームの対応するエッジ部にそれぞれ位置する２つのファラデーカップを有する、請求項１に記載のシステム。
8. 上記リボン状イオンビームが第３の方向に延びる幅を有し、
   上記イオン注入システムが、上記２つのファラデーカップからビーム電流の測定結果を受信して平均を求めて、上記エンドステーション上の加工対象物の、上記第１の方向に対してほぼ直交する第４の方向における走査を制御するように構成された線量測定制御システムをさらに備えた、請求項７に記載のシステム。
9. 上記２つのファラデーカップは、それぞれが入射口に１つ以上のスリットを有し、
   該１つ以上のスリットが、リボン状イオンビームのイオンの入射を、対応するファラデーカップの軸を中心とする所定の角度の範囲に制限するように動作する、請求項７に記載のシステム。
10. 上記エンドステーションが処理室内に位置し、この処理室は処理室内で減圧状態が達成できるように処理室に関連して作動可能な真空ポンプを有し、
    上記ビーム曲げ部材が磁石室内に位置し、
    上記イオン注入システムが、
    処理室と磁石室とを互いに連結するように構成され、さらに、エンドステーション上の加工対象物から磁石室へのガス抜け流を抑制するように構成された通気制限装置をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
11. 上記磁石室に関連して作動可能で、磁石室において所望の減圧状態を維持するように構成された真空ポンプをさらに備えた、請求項１０に記載のシステム。
12. 上記ビーム曲げ部材が、角度エネルギーフィルタを備えた、請求項１に記載のシステム。
13. ビーム曲げ部材を用いてリボン状イオンビームを曲げ、
    該ビーム曲げ部材の出射開口部においてリボン状イオンビームのビーム電流を測定し、
    加工対象物の走査を、上記リボン状イオンビームについて測定されたイオンビーム電流の関数として制御することを含む、イオン注入システムにおいて線量測定の制御を実施する方法。
14. 上記ビーム電流の測定には、ファラデーカップを上記ビーム曲げ部材の出射開口部に配置することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 上記ファラデーカップが受けるリボン状イオンビームのイオンの入射を、該ファラデーカップの軸を中心とする所定の角度に制限することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 上記リボン状イオンビームがその幅方向に沿って複数のエッジ部を有し、
    上記ビーム電流の測定には、上記ビーム曲げ部材の出射開口部において、リボン状イオンビームの各エッジ部にファラデーカップを配置することを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 上記複数のファラデーカップから得られるビーム電流の測定結果の平均を求め、
    上記加工対象物の走査を、平均ビーム電流の関数として制御することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 上記リボン状イオンビームを曲げる前に、鉛筆状ビームを走査して該リボン状イオンビームを形成し、
    上記ファラデーカップがビーム電流の測定結果を、上記リボン状イオンビームを形成する鉛筆状イオンビームの上記走査の関数として記録することを、選択的に防止することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 上記選択的に防止することは、
    走査イオンビームが上記ファラデーカップを掃引する場合には、上記ファラデーカップがビーム電流を記録できるように構成し、かつ、それ以外の場合には、ファラデーカップがビーム電流を記録することを防止することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 上記加工対象物が処理室内のエンドステーション上に位置し、
    上記ビーム曲げ部材が磁石室内に位置し、
    上記加工対象物から磁石室へのガス抜け流を抑制するように構成された通気制限装置を用いて、処理室を磁石室に連結することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

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