JP2699170B2 - イオンビーム走査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は，一般にイオンビーム走査のための方法およ
び装置に関する。より詳細には，イオンビーム高速平行
走査のための新規な装置および技術に関する。本発明の
一応用例において，比較的コンパクトな機械によって，
比較的大きな半導体ウエハに対し，高いイオン濃度精度
での注入処理が可能になる。 ある従来技術において，一方向に平行な走査ビームを
生成するために,2つの磁気偏向器が使用されている。た
とえば，米国特許第4,276,477号を参照されたい。この
従来技術の欠点は，走査速度が遅い（典型的にはわずか
１ヘルツの程度）ことである。また，この従来技術の装
置は，イオンビーム加速後に走査を行っているため，比
較的大きな偏向場が必要になる。さらに，ビームを一様
に走査する点にも問題がある。たとえば，イオンビーム
注入装置の場合，半導体ウエハまたは他のターゲット対
象物に対し空間的に一様なイオン濃度を与える必要があ
るからである。 従来技術の中には，静電偏向体を用いてイオンビーム
を２次元走査する中電流イオン注入装置が含まれる。し
かしながらそのような装置は，平行走査ビームを生成せ
ず，加速後に走査を行う。またビームの強度が変動して
制御できないという欠点を有する。 さらに，半導体ウエハのイオンビーム注入を利用した
集積回経路の製造において，半導体の正確で高精度のイ
オン濃度が正常なIC性能のために重要であることが知ら
れている。イオン注入の欠陥が，修正可能な時までに発
見されることは不可能である。そのため，ウエハまたは
その一部が，高価な処理の後に無価値になることがあ
る。 従って，本発明の目的は，新規で改良されたイオン注
入装置および方法を提供することである。 本発明の他の目的は，比較的大きな半導体ウエハに対
し，比較的高い処理量で正確かつ高精度のイオン濃度を
与えるイオンビーム注入方法および装置を提供すること
である。 また他の目的は，比較的幅の広いビーム走査をもたら
すのに適した，部品が低消費電力型かつ比較的コンパク
トであるようなインプランティング装置または方法を提
供することである。 さらに他の目的は，イオンビームを走査するための方
法および装置に新規な改良を加えることである。特に，
ビームの加速，走査および偏向，並びにビーム加速装置
の形状およびコンパクト性についての改良を与える。 本発明の他の目的は，以下の記載からより明らかとな
ろう。 〔発明の概要〕 本発明の一つの特徴に従って，最初に定常状態の（す
なわち，時間的不変である）空間的外形を有するイオン
ビームは， （ｉ）全ての振動位相においてイオン軌跡が互いに平行
のままであり， （ii）振動の振幅が容易に制御でき，かつ （iii）振動が波形が容易に制御できる， ような仕方で速い１次元振動運動を行う。 本発明の一つの特徴に従ったイオンビーム走査装置お
よび方法は,2つの扇形のポールピースがともに切頭され
ているところの磁気的なイオンビーム偏向体を有する。
一対の切頭ポールピースは，走査偏向前のビーム走査器
へのビーム進入軸線が，切頭されていなければ各ポール
ピースが１点になるべき空間内の点と,2つのポールピー
ス間のギャップ内の走査ビームとの近接点との間を通過
するような位置に配置されている。 特に，本発明の特色に従って走査イオンビームをもた
らす装置は典型的に，初期選択の軸線に沿って方向づけ
られたイオンビームソースと，実質的に平坦な走査ビー
ムを形成するべくイオンビームを該軸線から偏向させる
ための走査手段と，を有する。平行または他の方向を有
するように走査イオンビームを偏向するための磁気偏向
体は，少なくとも２つのポールピースを有する扇形磁石
を含む。当該ポールピースは互いにぴったりと重なり合
うように位置づけられ，走査ビームが通過するように間
隙をあけて配置される。各ポールピースは，イオンビー
ムソースの方向を向いた入射面，反対側に出射面，遠く
の端部，及びもしポールピースが切頭されていなかった
なら入射面と出射面とが交差する点と該遠くの端部との
間に配置されるところの切頭端部を有する。したがって
各ポールピースは，走査ビームに平行な平面内すなわち
間隙に平行な平面内において，入射面と出射面との幅が
切頭端部で最小であり遠い端部でより大きくなっている
ところの切頭された三角形の扇形断面形状を有する。 また,2つの扇形磁石ポールピースは，その各入射面が
イオンビーム初期軸線方向を向きその間隙が走査ビーム
と同一平面内にあるように配置される。さらに，扇形磁
石ポールピースは，ポールピース両端部の中間の２つの
位置の間の間隙でビームを受けるように配置されてい
る。さらにまた，偏向されないビーム軸線は，入射面と
出射面の延長の仮想交点とポールピースの切頭端に近接
した位置との間を通過する。 典型的に，磁気的ビーム偏向器は，一様な幅の間隙を
有し，間隙の長さに沿って空間的に均一な磁場を形成す
る。 例えば，走査イオンビームの経路または軌跡を比較的
高い正確さ及び精度で互いに平行になるように偏向する
際に，磁気偏向体が有利に使用される。 本発明の他の特徴に従って，走査イオンビームのため
の比較的コンパクトな静電加速器は，そこからビームが
射出しターゲットに向うところの出口電極を有し，該電
極はビームが通過する伸張した細長いスロット形開口を
有する。典型的に，この非常に非円形の加速器通経路の
長さと幅の比，すなわちアスペクト比は３以上であり，
典型的には約10のオーダーである。スロット付き加速器
電極によって，そこを通過する平坦な走査イオンビーム
は，走査エンベロプ内の全てのビーム軌跡に対して実質
的に一様な大きさ及び方向を有する集束したフリンジ磁
場に晒される。 図示した好適な加速器の実施例において，入口電極に
もスロットが開口され，同様にこのスロットによって，
そこを通過する走査イオンビームは，走査エンベロプに
沿ったすべての位置で非常に均一な大きさ及び方向を有
する集束したフリンジ磁場に晒される。さらに，好適に
は中間または付加的な加速電極が，加速器を横切るビー
ムが通過するための伸長したスロット通経路を有するよ
う構成される。 走査ビームの軌跡が平行すなわち平行走査ビームであ
る場合には，加速器の全ての電極は，走査ビームの中央
軸線に沿って互いに重なり合うように一列に並んだ同一
の伸長スロット形開口を有する。 本発明の他の特徴に従って，出射軸線に対して平行ま
たは他の方向のビーム軌跡を有する走査イオンビームを
生成するための方法および装置は，非常にコンパクトか
つ対称的な構成を有する。磁気分析器が，イオンソース
からのビームを選択した方向に選択した角度だけ偏向
し，さらにスキャナが選択された方向と同じ方向に選択
的にビームを偏向する。偏向器が走査ビームの軌跡を反
対方向に屈曲させ，所望の最終軌跡走査を達成する。好
適には，この走査ビーム形成は比較的低いビームエネル
ギーにおいて達成される。その後，走査ビームが所望の
エネルギーレベルに加速される。 本発明の他の特徴に従えば，半導体ウエハのイオン注
入により集積回経路の製造に特に有益な方法および装置
が与えられる。半導体ウエハがビームに晒されるところ
のステーションにおいてイオンビームが検出される。露
出量が制御されて，ターゲット対象物上の各位置におい
て選択したイオン濃度が達成される。その結果ターゲッ
トの全表面にわたって高度に均一なイオン濃度が達成さ
れる。 本発明のこの濃度制御の背景技術として，従来技術に
は３種類のタイプのイオン注入装置があった。第１のタ
イプは，停止した半導体ウエハ（またはイオンビームで
照射すべき他のターゲット）にわたってイオンビームが
２次元方向に掃引されるものである。第２のタイプは，
イオンビームが停止したままであり，ウエハまたは他の
ターゲットが２次元方向（直交座標（x,y）または極座
標（r,θ））に移動するものである。第３のタイプは，
ウエハが１つの座標軸方向に沿って移動し，イオンビー
ムが他の方向に沿って移動するというハイブリッド型で
ある。これらのそれぞれのタイプにおいて，ひとつの走
査速度が残りの走査速度よりも十分に速く，その結果準
平行線の非重複パターン，すなわちターゲット上のビー
ムの各トレースが互いにずれているパターンがウエハ上
に描かれる。 第１のタイプのイオン注入装置は，典型的な中電流装
置で実施されている。直交する２対の掃引プレートまた
は他のビーム偏向体によりイオンビームを静電的に走査
することによって,1度に１枚のウエハが注入される。ｘ
およびｙの走査周波数は通常はランダムであり，もし安
定化されてもイオンビームパターンが定型的に反復しな
いように（たとえばリサジュー図形が形成されないよう
に）アレンジされる。 イオン注入動作中の任意の時刻におけるイオンビーム
の位置は，ほとんどわからない。 第２のタイプのイオン注入装置は，開口付き回転走査
ディスクを用いた大電流装置内で実施されている。Robe
rtsの米国特許3,778,626号には，この装置を使い角速度
の幾何学的変化を補償するべくディスクの半径速度を変
化させることによって，いかにして均一性を実現するか
が記載されており，ここで，角速度は1/Rに比例し,Rは
ディスク軸線とビーム交差点との距離を表す。Rydingの
米国特許第3,234,727号には,Rの測定を回避するため
に，走査ディスク内の径方向に精密走査スロットを配置
することが開示されている。他の従来の機構において，
走査スロットは低速走査方向にあることが要求される。
擬似ウエハとして機能する１またはそれ以上の走査スロ
ットを用いることによって，ディスク後方に取付けられ
たファラディーカップ内で測定されたビームパルスを用
いて，径速度を連続的に調節することができ，その結果
全てのＲ値において同数のイオンがスロットを通じて移
送される。ここでも，任意の時刻におけるビーム位置
は，ほとんど分からない。 第３のタイプのイオン注入装置の例は，一方向に静電
的に走査され，かつ回転ドラムの内側または外側に載置
されたターゲットウエハに衝突するイオンビームを使用
するものである。代わりに，ゆっくり変化する磁場が，
ビームを開口付き回転ディスク径方向に横切って走査す
ることもできる。 これらの従来技術とは対照的に，本発明の他の特徴に
従って，ウエハその他のターゲット上のビームの位置を
連続的に又は少なくともイオン注入中の複数の時刻にお
いてモニターしまたは決定するための，及び注入の間位
置の関数としてビーム強度のインベントリーを本質的に
維持するための装置および方法が与えられる。さらに，
本発明の装置および方法によれば，ウエハその他のター
ゲットに注入すべき濃度を速やかに補正することができ
る。もし正常の注入動作中に濃度の変動を完全に補正で
きない場合には，本発明に従って追加的に注入を行うこ
とにより濃度の欠陥が補償される。さらに本発明に従う
方法および装置は，ウエハを注入装置から取出すことを
可能とし，またウエハ全体若しくはその特定部分の注入
を完了し，調節しまたは補正するために，装置内に続け
て再配置することを可能とする。 本発明の濃度均一制御の特徴は，以下の教示にしたが
って，上記した３つのタイプの注入装置のいずれにも適
用可能である。後述する好適実施例は，特に上記第３の
タイプのハイブリッド型走査装置に属するものである。 本発明の濃度制御の特徴の一つの態様に従って，装置
および方法は，イオンビームソース，単一の半導体ウエ
ハ若しくは複数のウエハまたは他のターゲット対象物を
含むターゲット表面，及び２次元方向に沿ってターゲッ
ト表面を横切るイオンビームの相対移動を生成するエレ
メントを用いる。一方の方向への相対移動は，第１の速
度でなされる。この第１の速度は，他の方向への第２の
速度よりも著しく速い。さらに，本発明の装置は，イオ
ンビーム電流を周期的または特定の間隔で感知するため
のエレメント，電流感知の時刻におけるターゲット表面
に対するイオンビームの位置を感知するためのエレメン
ト，ならびに注入すべきイオンの濃度の所望値からのず
れが全ターゲット表面にわたって減少されるように感知
されたビーム電流および位置に応答して第１の速度及び
／または第２の速度及び／またはターゲット表面に対す
るイオンビームの位置を制御するためのエレメントを含
む。 本発明は濃度制御特色のための好適実施例が，イオン
ビームの高速平行走査が高速１次元静電スキャナを用い
て達成されるところのハイブリッド型イオンビーム走査
装置に関連して説明され，またこの装置は，ターゲット
対象物の機械的な線形走査または移送と関連して動作す
る。しかしながら，本発明の多くの態様が他のタイプの
注入装置やビーム走査装置にも有利に組込まれることは
当業者の知るところである。 本発明の濃度制御特色に従った一つの特定の実施例
は，走査ビームが横切るターゲット経路に沿った少なく
とも多数の位置においてイオンビーム電流を感知するこ
とを含む。各位置で感知されたビーム電流に応答する電
気信号は，ターゲット経路に沿った各位置において選択
されたイオンビーム電流を達成するべく，ビーム走査エ
レメントに印加される。このように，この実施例は，ビ
ーム走査経路に沿った位置の関数としてビーム電流に応
答する電気信号を与え，ビームが走査経路を横切るとき
に時間の関数としてビーム走査移動を制御するべく該信
号を印加し，その結果経路に沿った各点または位置にお
いて選択されたビーム電流が得られる。典型的に，所望
されるのは，高度に均一な電流分布であり，本発明のこ
の実施例は，そのような結果を非常に正確かつ高精度に
達成する。 この好適実施例は，比較的高速にイオンビームを走査
すること，及び多くの走査中に走査経路に沿ってビーム
電流を感知することを含む。このビーム感知は，ターゲ
ット対象物が適所にないときに走査速度に対して遅い速
度で走査経路を横切る感知エレメントを用いて達成され
る。 本発明の濃度制御特色に従った他の実施例は，イオン
ビーム走査経路に対して横方向に半導体ウエハまたは他
のターゲット対象物を移動するための方法および装置を
含み，その結果連続的なビーム走査が，ターゲット対象
物上の隣接する異なる位置において交差する。典型的
に，ターゲット対象物にわたる１走査ごとに１回の割合
で，全ターゲット対象物にわたって横切る間に選択され
た時間間隔で，イオンビームが感知される。各感知時に
おけるビーム走査経路に対するターゲット対象物の位置
が記録される。連続走査がターゲット対象物上のその位
置に対する所望の濃度に正確に一致することを保証する
よう,1回またはそれ以上の走査の連続セットを制御する
べく，このビーム測定値及び位置情報が印加される。 さらに，他の実施例は，ビーム走査経路に対するター
ゲット対象物の横方向移動をモニターし，ターゲット対
象物が選択された割合だけ移動したときにのみ１回また
は複数回のビーム走査のセットを開始するための方法及
び装置を与える。 こうして本発明の濃度制御特色に従って，ビーム走査
に沿って及び連続走査の際には両走査座標に沿ったビー
ム位置のモニターとともに，ターゲット対象物がさらさ
れたイオンビームを感知するための装置及び方法が与え
られる。本発明はこうして，ターゲット対象物上の本質
的に全ての露出点におけるイオンビームのモニター，及
び測定の各点においてターゲット対象物上のビーム位置
のモニターをもたらし，これらの情報はターゲット対象
物上の注入濃度の選択された空間的分布を達成するべく
各走査座標に沿ってビーム移動を制御するために使用さ
れる。さらに，本発明の実施例は，選択された濃度分布
を達成するべくターゲット対象物を横切って多数回イオ
ンビームを走査する工程と，この目的をさらに正確に達
成するために走査シーケンスの回数を調節する工程を含
む。 本発明の前述の特徴に従った実施例は，著しくコンパ
クトでありかつ与えられた最終ビームエネルギーに対し
て低電力消費型のイオンビーム走査装置を与える。さら
に，走査装置は比較的に競争製造に適している。さら
に，当該走査装置は，走査対象物上に非常に正確かつ高
精度の濃度をもたらす。したがって，半導体製造におけ
る本発明の実施例は，スループットの増大及び製造欠陥
の著しい減少を含む多くの利益をもたらす。 従って，発明はいくつかの工程，該工程と他の工程と
の関連，及び構成，エレメントの組み合わせ及びそのよ
うな工程を実行するために付設された部品の配置の特徴
を実現する装置から成り，それらすべては以下に詳細に
説明され，発明の態様は請求の範囲に示されている。 〔図面の簡単な説明〕 本発明の特徴及び目的を完全に理解するために，以下
の詳細な説明及び添付された図面が参照される。 第１図は，本発明に従ったイオンビーム走査装置を図
的に表したものである。 第1A図は，第１図の装置のビーム偏向のため，本発明
に従った扇形磁石の斜視図である。 第２図は，走査後のイオンビームの加速を容易にす
る，本発明に従ったスロット付き加速電極の斜視図であ
る。 第2Aおよび2B図は，本発明に従ってビームを走査する
ための，加速カラムの構成を示す断面図である。 第３図は，本発明に従ったイオンビーム走査装置を図
的に表したものである。 第3A図は，本発明に従った変形的なイオンビーム走査
装置を図的に表したものである。 第４図は，走査長を通じてビーム強度を一定に維持す
るのに有用な情報をもたらすファラディ検出器がゆっく
りと並進している状態を示す。 第５図は,2次元ターゲット表面の実質的に均一な照射
を達成するために，低速機械走査機構と関連して１次元
高速走査ビームを使用する装置におけるエレメントを図
的に表したものである。 第６図は，本発明の実施例である，走査イオンビーム
注入装置のブロック図である。 第7A〜7F図は，本発明に従って高速走査を実施するた
めに静電偏向プレートに印加する走査波形を示したもの
である。 第8A及び8B図は，本発明に従ったターゲット対象物の
ビーム位置とイオンビーム濃度との関係を図式的に表し
たものである。 第９図は，本発明に従ったイオン注入装置のブロック
図である。 第10図は，本発明に従ったイオンビーム注入を示すフ
ローチャートである。 〔図示された実施例の説明〕 図面，特に第１図を参照すると，本発明に従いイオン
軌跡を静電および磁気偏向するイオンビーム走査装置10
のエレメントが図式的に示されている。ソース（図示せ
ず）からのイオンビーム12は先ず，静電偏向プレート1
4,16の間を通過する。典型的には1000ヘルツの比較的高
い周波数の振動電圧波形18が静電偏向プレートに印加さ
れる。第１図に示されるように，この静電偏向場によっ
て，プレート14,16からのイオン軌跡の出射角度が変化
する。イオンビーム経路12a,12bおよび12cがそれぞれ，
時刻0,T/4及びT/2に対応する。ここでＴは，波形18の周
期である。軌跡12aおよび12bはそれぞれ，時刻Ｔおよび
3T/4にも対応する。その後，静電走査後のイオンビーム
は，くさび形の一様な定磁場磁石20に進入する。磁石20
への入射角に拘りなく，そこから出射するイオンビーム
の軌跡12a′,12b′および12c′の全てが平行になるよう
に，くさび形の外形が調整される。しかしながら，磁石
20から出射するイオンの位置は，偏向プレート14,16に
印加される振動電圧波形18の周波数で急速に変化してい
る。 典型的に扇形ポールピースの周囲に巻いた巻線を有す
る電磁石である偏向磁石20の一方を第１図に示す。この
磁石20は，切頭三角形状であり，狭い切頭端20a,広い外
端20b,静電偏向プレートに面する入射面20cおよびその
反対側の出射面20dを有する。走査偏向が無かったとし
た場合のビーム12の初期軸線22が，磁石20の入射面20c
と出射面20dの延長線の交点24を通るように描かれてい
る。 第1A図は，第１図に図式的に示した磁石20より詳細に
示したものである。この偏向磁石26は同一切頭三角形状
の一対の扇形ポールピース28,30を有しており，これら
は間に一様幅の間隙をもって正確に重なって上下に配置
されている。各磁気ポールピースは，狭い切頭端28a,30
aとそれに平行な広い外端28b,30bとを有する。さらに各
ポールピースは，切頭端と外端との間にイオンソースに
面した入射面28c,30c,およびその反対側の出射面28d,30
dを有する。 非偏向ビーム32の初期軸線34が切頭ポールピース端28
a及び30a付近の間隙を通過するように，磁気偏向体36が
イオンビームソースに対して配置されている様子が第1A
図に示されている。偏向体36によるビーム偏向によっ
て，非偏向ソースビームが走査ビームに変化する。走査
ビームの外方軌跡32aおよび32cは，それぞれ図のように
ポールピース端28a及び30a並びに28b及び30bとの間の第
１の位置38と第２の位置40との間で，磁石26及び30の間
隙内を通過する。 第1A図に示す偏向磁石形状においては，第１図に比べ
て，初期軸線34が走査ビーム端軌跡32aにより近くなっ
ている。これに対し第１図の場合には，初期軸線22が，
ポールピースの外方を通過し切頭端20aを越えて面交点2
4に向っている。第1A図の構造は，物理的にコンパクト
になり，偏向電圧が低くなるなどの利点を有する。たと
えば，初期軸線34から所望の走査軌跡へとビームをシフ
トするための直流バイアス電圧が小さくてすむ。 さらに，図示のような一様間隙幅をもって製作した第
１図および第1A図の磁石構造によって，切頭端28aと30a
との間および端部28bと30bとの間の間隙に沿って極めて
一様な磁場がもたらされる。このことは，ポールピース
が切頭されていない扇形磁石とは対照的である。切頭さ
れずに入射面および出射面が１点またはそれに近い狭い
幅に向って延びているような扇形磁石の場合には，その
狭い部分における場が非一様となる。 第２図を参照すると，本発明に従ったスロット付き加
速電極42及び44が示されている。この電極42,44は，第
１図の偏向磁石20が出射した低エネルギー走査イオンビ
ームに対して偏向後の加速をもたらす。正のスロット付
き電極44と接地した電極42とは，これらの間に軸方向加
速場を確立し，軌跡12a″,12b″および12c″にわたって
走査イオンビーム中のエネルギーを著しく増大させる。
走査場を通過した後のイオン加速には利点がある。何故
ならば，加速後の偏向に比べて，低エネルギーイオンに
及ぼす静電および磁場偏向の強度は著しく小さくてすむ
からである。 さらに第２図を参照すると，各電極42,44にはそれぞ
れスロット42a,44aが開けられており，これらは第１図
のビーム12の走査方向43と垂直方向に一様な幅を有す
る。ビーム走査方向43に沿って測った各スロットの長さ
は，平行走査ビームに用いる電極42,44について同じ長
さである。 各電極が円形開口を有する従来のイオンビーム加速器
とは対照的に，本発明によるスロット状電極開口の場合
には，走査ビームの全長すなわちスロット長に沿って同
一値の静電集束フリンジ磁場が走査イオンビームに印加
される。また，走査方向43に垂直であって各電極の平面
内の方向において同一の集束方向を有する。走査ビーム
の各軌跡に対して加速器内で一様なフリンジ磁場を達成
することには，正確で高精度なビーム軌跡を得ることが
できるという利点がある。さらに，加速電極にビーム通
過スロットを設けることによって，円形電極開口を有す
る同等の加速器よりもコンパクトに製作することが可能
となる。 第１図および第２図に示すイオンビーム走査装置の一
実施例においては，イオンビームは，第１図に示すよう
に偏向部で35キロボルト程度のエネルギーを有し，第２
図の加速器によって200キロボルトレベルまで加速され
る。第２図の加速器内でのイオンビームの高さは４分の
１インチ（約6mm）程度であり，走査幅は10インチ（約2
5.4mm）程度である。この実施例の加速電極スロットは,
1.6インチ（約4cm）のスロット幅，および14インチ（約
36cm）のスロット長を有する。こうして，各加速電極内
のスロットは,10程度（本実施例では8.75）の長さと幅
のアスペクト比を有する。より一般的には，本発明は,3
以上のアスペクト比の加速電極スロットとともに実施さ
れる。 さらに，第2Aおよび2B図は，平行走査イオンビームの
ための加速器の他の好適実施例を示す。従来の構造と同
じように，加速器は互いに正確に重なり合い軸方向に整
列して配置された一連の電極46a,46b,46c,46eおよび46f
を有する。これらの電極には，平行ビームを通過させる
ための同一のスロット開口49a,49b,49c,49d,49eおよび4
9fが設けられている。加速器用外部電極48が入射電極46
fと接続し，これを正の高電圧に維持する。抵抗器51が
図示されるように電極間に接続され，連続する電極の電
位は入射電極46fから出射電極46aまでの間で抵抗値に比
例して低下する。一連のカラー状ハウジングの電気絶縁
材料50a,50b,50c,50dおよび50eは，図示されるように電
極間においてサンドイッチ状に軸方向へ連続的に組立て
られて加速カラムを形成し，走査ビームの入射および出
射用に軸方向両端にのみ開口部を有している。従って加
速器は，他のイオン注入機器とともに組立てられたとき
に，外部真空系により排気され，従来技術と同様に所望
の真空を維持することができる。 第３図を参照すれば，多くの利点を伴うイオンビーム
を生成するための本発明に従う複合イオンビーム光学装
置50が，図式的に示されている。質量分解能は80以上で
ある。装置50は,1000ヘルツ以上の速度でビームを一方
向に走査する能力を有している。走査振幅と波形は容易
に制御され得る。物理的レイアウトはコンパクトであ
る。ターゲット上のビーム寸法および形状は，比較的容
易に制御可能である。 分析用磁石54およびイメージスリット56を用いて，適
切なソース52からのイオンの質量選択が達成される。分
析されたビーム58aは，磁気四重極レンズ62および64に
より集束される。レンズ62,64は，ターゲット64上での
走査ビーム58の形状および寸法の制御を可能にする。集
束されたビームは走査のために偏向プレート66に進入
し，第１図および第1A図を参照して上記したように，次
に磁気偏向体72を通過する。その後ビームは，第2,2Aお
よび2Bを参照して上記したように，スロット付き電極を
含む加速カラム68を通過する。高電圧ケージ70が，ソー
ス52,分析用時客54およびイメージスリット56,集束用磁
石62および64,偏向プレート66,ならびに磁気偏向体72を
包囲する。さらに，この種の従来装置と同様に，真空チ
ェンバおよび真空ポンプ装置（図示せず）が，ソース52
からターゲット64までのビーム58の全長を選択した高真
空に維持する。 第3A図は，第３図の装置50に類似する他のイオンビー
ム注入装置50′を示しており，イオンビーム58′のソー
ス52′を有している。ソース52′からのビーム58′は，
分析用磁石54′，分解スリット56′，磁気四重極の二重
集束補助装置62′および64′，ならびに典型的に磁気双
極子構造を採用する磁気偏向体72′を通過する。偏向体
72′は，第１および1A図の構造を採用してよ良く，米国
特許第4,745,281号に開示された構造を採用しても良
い。装置50′の上記のエレメントは，高電圧ケージ70′
内にある。高電圧電源74が，ケージ70′を接地電位より
も典型的には数百キロボルト高い値に維持する。装置は
さらに，真空ポンプ76および真空エンクロージャ78を有
する。真空エンクロージャ78が真空気密チャンバを与
え，その内部でビーム58がソース52′から真空気密端部
ステーション80内部のターゲット64′へと通過する。 第3A図を参照すると，図示の装置50′は，第2,2Aおよ
び2B図で参照したタイプの加速カラム68′を含む。カラ
ム68′からの走査ビーム58′は端部ステーション80へと
達する。そこで半導体ウエハまたは他のターゲット64′
をビームによって照射されるよう配置することができ
る。 図示の分析用磁石54′は，ソース52′から出射したビ
ーム経路に関して90度よりわずかに大きい角度だけ，イ
オンビーム58の経路に変化を与える。さらに，このビー
ム経路の曲りの方向は，走査装置66′がもたらすビーム
偏向と同一の方向である（例えば，第3A図では時計回
り）。走査ビームを平行軌跡にするための偏向体72′に
よる偏向は反対方向（例えば，半時計回り）である。こ
の配置の場合には，走査ビームは第３図のように装置の
側方部に配置されるということはなく，第3A図の右側に
示すように装置の中央に配置される。 第３および3A図において走査ビームが注入装置からタ
ーゲットへと出射する際に，走査ビームの相対的位置の
表示は実際の実行と対応し，第3A図に示される構成が有
利かつ好適であると考えられる。第3A図の配列および幾
何学関係の利点は次のとおりである。ターゲット64を納
めた端部ステーション80が，高電圧エンクロージャ70′
の中央，すなわち第3A図の平面図において頂部と底部と
の中間に位置しうる点である。第3A図の装置50′は，幾
何学的にコンパクトにすることが可能であり，分析用磁
石54′を用いることによって部分的に対称にすることが
できる。分析用磁石54′は，上述のように，イオンビー
ム経路に90度よりわずかに大きい変化をもたらす。好適
実施例においては，第３図の分析用磁石54はビーム経路
にほぼ90度の変化をもたらす。一方，第3A図の磁石54′
は100度の変化をもたらす。走査偏向体66′による付加
的な角度偏向は，分析用磁石54′と同一方向，すなわち
時計回りであり，第3A図に示すように装置50′の物理的
コンパクト性および対称性を達成する要素である。さら
に，この付加的な角度偏向によって，第3A図のプレート
66′の走査電圧に要する直流バイアスは，第３図のプレ
ート66に比べて直接的に削減される。 第４図を参照すると，ビーム強度を制御するために有
用な信号をもたらすための，低速で並進するファラディ
検出器が図式的に表わされている。ファラディまたは他
のイオンビーム測定装置82は，第１図において生成され
走査されて第３図のスロット形加速カラム68によって加
速されたイオンビームを通過させるように，低速で並進
運動する。ファラディ検出器82は，ビーム走査と同一方
向にゆっくりと並進運動する。そして集積されたビーム
電流または濃度が，ファラディ検出器82の位置の関数と
して測定され，位置の関数としてイオンビーム強度を表
現する信号をもたらす。この信号は，第１図の静電偏向
プレート14〜16にかかる振動電圧（第１図）の波形18を
調節するのに利用することができる。それにより，走査
長を通して集積ビーム強度が均一となるようにすること
ができる。 電圧波形により発生されるイオンビーム走査速度を走
査方向の位置ｘの関数としてＳ（ｘ）で表わせると仮定
する。位置ｘにおける測定電流をｉ（ｘ）とし，所望電
流をi₀（所望均一濃度d₀に対応する）であるとすると，
所望走査速度は次のようになる。 Ｓ′（ｘ）＝Ｓ（ｘ）×ｉ（ｘ）/i₀ （式１） 走査速度は，電圧波形の勾配dV/dtに直接関係する。
それにより全走査長にわたってdV/dtを各点で補正する
ことにより，すべてのｘについて一様な濃度（D₀）が維
持される。 本発明の有利性は，広範囲のイオン種やエネルギーに
わたって半導体イオン注入の濃度を一定にする必要性か
ら得られる。ある特定の動作パラメータについて必要と
される走査速度Ｓ（ｘ）は，ビーム径変化，または静電
・磁気偏向の非線形性により変化する。その変化の仕方
は，理論的に容易に予想できない。第４図に示すよう
に，これらの変化を迅速に測定し補償する能力は，非常
に有利である。この技術を組込むための具体的な装置は
当業者には周知であるので，ここでは詳細に説明しな
い。 第５図を参照すると，ターゲットの２次元表面を一様
に照射するためにイオンビームの高速走査方向に直交す
る方向にターゲットを機械的に低速走査する機械的並進
装置を付加した様子が図式的に表わされている。ターゲ
ット84は，イオンビーム走査方向に直交する方向に速度
ｖで機械的に並進運動する。走査領域の一端において，
幅ｓの入射スロットを伴う固定ファラディ検出器86によ
って，ビームがサンプリングされる。全ターゲット表面
にわたって一通過あたりの一様濃度d₀が要求される場合
には，機械的走査の速度は次のようになる。 Ｖ（ｙ）＝i_F（ｙ）/2sd₀ （式２） ここに,i_F（ｙ）はファラディ検出器86により１秒あ
たりの粒子数として測定した平均電流である。走査速度
は適切な制御機構によって連続的に更新される。かくし
て，ビーム電流の絶対値の緩やかな変動にもかかわら
ず，均一な濃度が保証される。走査速度を更新するため
の具体的な制御機構は，当業者に周知であるのでここで
は詳細に説明しない。 第６図は，走査ビームとイオン注入装置90を示してい
る。注入装置90は，処理中に要する回数および位置を定
めてターゲット対象物へのイオンビームの露光を制御す
る。空間的および時間的にも露光は連続的であることが
望ましい。これにより，ターゲット表面にわたって均一
な濃度または他の選択した濃度が達成される。図示され
た装置90は，この機能を達成し，ターゲットへのビーム
入射時間を変化させることによってイオンビーム電流の
変動を少なくとも部分的に補償することができる。 図示された装置90においては，イオンソース92がイオ
ンビーム94を偏向素子96へと方向づける。偏向素子96
が，ターゲット表面100にわたる走査経路98に沿ってイ
オンビームを偏向する。好適には静電走査および磁気偏
向を用いた偏向素子が，平行軌跡を有する平坦な走査ビ
ーム102を生成する。図示された走査軌跡は，一端の初
期位置102aから他端の位置102dまで変化する。初期位置
102aは偏向電位V₀に対応し，そのビームは走査経路98の
端部におけるビームストップ104に当たる。他端102dの
軌跡は，走査経路98の他端を形成し，ターゲット表面10
0を越え，ファラディ電流検出器106を通過する。図示さ
れた検出器106はターゲット表面100に近接して配置さ
れ，走査経路98に沿って測定した幅ｓのスリットを有す
る。 このようにして，偏向素子96の偏向プレートにわたっ
て電圧V₀（零ボルトでも良い）を印加したときに，走査
ビーム軌跡102aが生じ，ビームストップ104に衝突す
る。このときには，イオンビームはターゲット表面100
に入射しない。 V₁およびV₃間の偏向電圧に対応して，偏向素子96がビ
ーム102を生成する。その軌跡は，ターゲット経路98に
沿ってターゲット表面100にわたり連続的に走査され，
ターゲット表面を越えてファラディ検出器106の開口を
横断する。 イオンビーム102の各走査に対応して，検出器106が電
流パラメータをもたらす。このパラメータは，走査中の
イオン電流密度に比例する時間積分によって特徴づけら
れる。検出電流のこの時間積分は，偏向素子96の動作を
制御する濃度コントローラ118へと印加するフィードバ
ック信号として利用される。 第６図の装置90はさらに，並進ドライバ108を有し，
これがシャフトを通じてターゲット・トランスポート11
0に接続されている。半導体ウエハなどのターゲット対
象物112がターゲット・トランスポート110に載置されて
いる。並進ドライバ108は，走査経路98を横切る方向，
すなわち矢印114で示す方向にターゲット・トランスポ
ート110を移動させるよう動作可能である。ターゲット
・トランスポート110の移動は，ターゲット表面100が走
査経路98から完全に脱した例えば下がった位置（図示せ
ず）からターゲット表面から他端例えば走査経路98の上
方の位置までである。位置センサ116がターゲット・ト
ランスポート110の位置をモニターする。これにより，
矢印114の並進軸線に沿ったターゲット対象物112の位置
がモニターされる。センサが時間の関数としてのターゲ
ット位置信号をもたらし，れが濃度コントローラ118に
印加されターゲット対象物上のイオン注入濃度をさらに
制御する。図示された濃度コントローラ118は，並進ド
ライバ108にも接続されている。 第7A〜7F図は，時間の関数としての種々の走査電圧波
形を示している。これら電圧波形が第６図の装置90の偏
向素子96内の静電偏向プレートに印加され，入射ビーム
94を偏向して平坦走査ビーム102を形成する。各偏向波
形の周波数は十分に高く，たとえば1000ヘルツである，
ビームを経路98にわたって比較的速い第１の走査速度で
走査する。この第１の走査速度は，並進ドライバ108が
ターゲット・トランスポート110を機械的に並進させる
第２の速度よりも著しく速い。図示された装置90内の第
２の走査移動は，第６図に示されるように走査ビーム10
2の軌跡に垂直であり，イオンビーム走査経路98に直交
する。 第7A図に示す偏向波形によって，走査ビーム102はあ
る時間間隔ｔ内に一方向及びその反対方向へターゲット
表面100にわたって均一に走査する。次に走査ビームは
軌跡102aにおいて時間Ｔまで実質的に停留する。こうし
て，時間ｔとＴとの間の時間間隔の間，偏向電圧がV₀に
止どまり，それにより走査ビーム102はターゲット表面1
00に入射せず，ビームストップ104に衝突する。この一
往復の走査によりターゲット表面100に供給される線形
イオン密度ｈは以下の式で表される。 ｈ＝kit （式３） ただし， i:経路98に沿った１往復走査の途中でファラディ電流検
出器106によって測定したイオンビーム電流 k:装置の幾何形状に依存した定数 走査あたりの所望濃度がh₀であり，かつ濃度コントロ
ーラ118が電流検出器106から受信する電流応答信号によ
って大きいかまたは小さい濃度ｈが導入されるときに，
もし所望の濃度からのずれが完全に補償されないならば
濃度コントローラがそのずれを減少させるように応答す
る。 特に，コントローラが，偏向素子96によって走査偏向
速度を変化（すなわち，減少または増加）させる。それ
により，次のビーム走査の走査時間が次の式で表わされ
るｔ′となる。 ｔ′＝th₀/h （式４） このようにして装置90は，各走査ビーム，または１つ
若しくはそれ以上の走査を含む各走査セットの高速走査
時間を変更し，それによりターゲット表面にわたるビー
ムの低速走査の途中，すなわち矢印114の方向のターゲ
ット並進運動の途中においてイオンビーム電流の変化を
補償する。 さらに第６図および第7A図を参照すると，各ビーム走
査を開始するための時間Ｔは好適には変化しない。それ
により，対象物が定速で並進するときの連続的走査中の
ターゲット対象物上のイオンビームの重ね露光の特定増
分が維持される。機械的並進方向に沿ったターゲット・
トランスポート110の機械的移動速度が一定でありV₀に
等しい場合には，式４に関して説明した高速ビーム走査
時間補正が起こり，一定反復時間T₀は方向114に沿った
ターゲット対象物112の一定反復距離 v₀T₀ （式５） に対応する。 装置90は，以下の（式６）で示す走査時間間隔を確立
することによって，機械的走査速度内の変化を補償する
こともできる。 ｔ′＝td₀v/dv₀ （式６） ただし v:矢印114の方向に測ったターゲット・トランスポート1
10の並進速度 v₀:所望の一定並進速度 変形的には，濃度コントローラ118が反復時間Ｔを変
化させて，並進速度ｖの変動を補償することができる。
このことは，ターゲット・トランスポート110が一定距
離v₀T₀の並進移動増分を完了するたびに，イオンビーム
の各走査を開始（すなわち，トリガー）することによっ
て達成することができる。並進速度が異なる値ｖに変化
する場合には，濃度コントローラ118が次のビーム走査
を以下の（式７）に定まる反復時間Ｔと同時に起こるよ
うに自動的にトリガーすることができる。 vT＝v₀T₀ （式７） 第7B〜7F図が，偏向素子96によるイオンビーム走査の
ための変形的波形を示している。第7B図は,3回の往復走
査を示している。３回の全走査の後であって第7A図で説
明したような補償動作の実効の前に，積分される。 第7C図は，走査経路98にわたって一方向にのみ線形走
査が行なわれ，その後開始電圧V₀へと急速に瞬時に戻る
様子を示している。各一方向走査の後に積分が生じる。
第7D図は，第7C図のものと本質的に同じであるが，ステ
ップ状電圧が付加されていて，軌跡102aのターゲット外
の位置からターゲット表面100の開始端へとビームを急
速に進めている様子を示している。第7E図は，本質的に
第7A図に示される波形を反転したものであり，電圧V₀が
偏向素子96に印加される最大の走査電圧になるようにビ
ームストップ104がターゲット表面100の片側にあるとこ
ろの様子を示している。第7F図は，偏向素子96内の静電
偏向プレートの電圧／偏向角度特性などのイオン光学系
内の非線形性を補償するために都合良く用いられるとこ
ろの非線形走査波形を示している。 第8Aおよび8B図はともに，本発明のさらに利益ある実
施例を図示的に示したものである。第６図の装置90のビ
ーム走査を横切ってターゲット対象物をＮ回並進させる
ことにより，ターゲット対象物状の全イオン濃度を補償
する。本発明のこの実施例においては，インプランテー
ション動作の間に並進位置を時間の関数として測定し，
ターゲット対象物の連続的並進位置における蓄積イオン
濃度Ｄを記憶するためのメモリ素子を使用する。 上述の装置90が走査間隔ｔを調整して，イオンビーム
電流内の微少変化を補償することができる。しかしなが
ら，ビーム電流ｉが減少して，それにより（式４）の所
望の時間間隔ｔ′が報告時間Ｔよりも大きく,Tがそれに
対応して増大しない場合には，ビーム電流減少の補償は
不完全となることがある。しかし，第６図に示す本発明
に従った濃度制御装置は，適切な補償をもたらすことが
できる。第8A図に示すターゲット表面100は，ビーム経
路98に横切る方向，すなわち第６図の並進軸114の方向
の位置ｙの関数として第8B図にグラフ表現で示すイオン
濃度の上方に整列している。ターゲット表面が位置ｙ＝
yiにあるたびに，すなわちターゲット対象物のＮ回目の
並進走査のたびに生じた濃度をビーム検出器106で測定
し，同じターゲット対象物112が同一並進位置にあると
きの従前までの全ての蓄積濃度に付加する。この蓄積濃
度上方を濃度コントローラ118（第６図参照）のコンピ
ュータメモリ内に記憶する。濃度情報は,yの異なる値に
対応する異なるメモリ位置に記憶することができる。連
続する測定位置間のステップサイズまたはｙの増分は,v
₀T₀に等しい。 次に並進ドライバ108がターゲット表面100を同じ位置
yiにもってきたときに，高速静電走査時間ｔが調節され
る。それによって位置yiに供給される濃度が第8B図に示
すような現在の並進の終了時に要求される濃度とそのｙ
位置における蓄積された測定濃度Ｄとの差に等しい。も
しこの差が大きすぎて,1回のビーム走査の可能反復時間
Ｔ内では補償不可能である場合には，濃度コントロール
素子118が，次のターゲット並進時に，すなわち次にタ
ーゲット対象物112が位置yiにきた時に，補償を続行す
る。インプラント動作のために初期的に定められたN₀回
の並進の最後において，あるターゲット位置（すなわ
ち，イオン濃度が要求される場合）ではｔ＝０として並
進走査を実行することができ，また全蓄積濃度が所定の
最終濃度D_oよりも少ないところでは露光を行うようにす
ることができる。このプロセスによって，濃度の一様性
が改良され，この達成された一様性が記録され表示され
る。 第９図は，第６図の装置90と本発明に従った濃度コン
トローラ118の素子とを結合させたブロック図を示して
いる。図示の濃度コントローラ118は，一様性コントロ
ールコンピュータ120を使用し，それとともにコンピュ
ータメモリ122およびディスプレイターミナルまたは同
様な出力素子125を有する。第９図では，第６図の偏向
素子96とイオンソース92とを，別個の偏向電圧波形発生
器96aに接続した単一のイオンビームソース92,96として
示している。 位置センサ116は，ウエハ表面のｙ位置，すなわち矢
印114に沿った並進位置を表わす電気信号を生み出す。
この信号は一様性コントロールコンピュータに印加さ
れ，そして直接にあるいはコンピュータ120を介してコ
ンピュータメモリ122へと導かれる。本装置にとって選
択的である図示のディスプレイターミナル125が，コン
ピュータ120およびコンピュータメモリ122に接続され
て，並進位置（ｙ）の関数としての累積されたイオン注
入濃度を表示する。 第９図をさらに参照すると，典型的には電流積分器を
含むイオンビーム検出器106が，集積ビーム電流に応答
した信号を生み出し，それをコントロールコンピュータ
120に印加する。図示の例においては，コンピュータ120
は，偏向発生器96Aからも走査時間間隔ｔを表わす信号
を受ける。コントロールコンピュータ120は，累積濃度
信号（すなわち,D＝kitに対応した信号）を生み出す。
コンピュータメモリ122は各並進位置についてのこの信
号を記憶することができ，上述のごとくディスプレイユ
ニット125がこの信号を並進位置の関数として表示する
ことができる。 一様性コントロールコンピュータ120が（式６）に従
って調整した間隔信号ｔ′を生み出し，それを偏向発生
器96Aに印加する。それにより，第7A図を参照して前述
したように，走査速度を変化させて，その注入動作時に
おける所望濃度と実際の濃度との差を減少させる。この
ようにして第９図の装置が濃度コントロール動作を実行
し，第7A,8Aおよび8B図に関して述べたプロセスを果
す。 第９図をさらに参照すると，図示の濃度コントローラ
118は，第４図の検出器82に関して前述したようなトラ
ベリングビーム検出器124をも含んでいる。検出器124
は，ドライブおよび位置センシングユニット126に接続
されている。センサ126は，イオンビームの走査に比し
て遅い速度でトラベリング検出器124をビーム経路98に
沿って移動させる。 ターゲット輸送手段がターゲット対象物を走査経路98
を横切って移動させる際に，トラベリング検出器124
は，経路98から離れた位置であってかつターゲット輸送
手段110の移動経路からはずれた位置においてドライブ
及びセンスユニット126によって保持される。図示のド
ライブおよび位置ユニット126が走査経路に沿ってトラ
ベリング検出器124を移動させるのは，ターゲット輸送
手段110が走査経路から完全に離れているときだけであ
る。たとえば，ターゲット輸送手段が処理済み被加工物
の取出しまたは未処理の被加工物の装填のために装填ま
たは輸送ステーションへと移動するときだけである。 第９図の装置は，トラベリング検出器124および走査
端検出器106の両方のために単一のイオンビーム検出器
を利用することができる。しかしながら，簡単のため
に，第９図は２個のビーム検出器を示している。典型的
にはファラディ型検出器であるトラベリング検出器は，
走査ビーム102がターゲット経路98にわたってゆっくり
と移動し検出器124を掃引するときに生み出される，多
数の電流パルスの時間積分に応答する信号ｉを検出す
る。ドライブおよび位置ユニット126は，トラベリング
検出器124の移動制御に加えて，信号ｘをもたらす。信
号ｘは，時間の関数としての，走査経路98に沿った検出
器124の位置を特定する。この位置信号は，走査経路に
沿ってゆっくりと移動するトラベリング検出器124の各
瞬間における位置を特定する。そしてこの信号は，ある
特定の時刻に経路に沿って検出器がビーム電流を測定す
る場所を特定する。 偏向電圧波形発生器96aは，検出器124から電流信号ｉ
を受け，ドライブおよび位置センシングユニット126か
ら位置信号ｘを受ける。これらの信号に応答して，典型
的には一様性コントロールコンピュータ120に連係して
波形発生器96aが，走査イオンビームソース92,96がイオ
ンビームを走査することに応じて，偏向電圧波形を生み
出す。偏向発生器が波形を計算して，ビーム走査をもた
らす。これにより，ターゲット表面上の各点についての
イオン電流の一様性レベルが達成される。あるいは，経
路に沿ったイオンビームの各高速走査上で，走査経路98
に沿っての電流の選択した空間分布が達成される。この
計算された偏向波形は，以下の式で表わすことができ
る。 dV/dt＝dv/dt₀×I_x/I₀ （式８） ただし， I₀:所望の理想ビーム電流 I_x:偏向波形の勾配がdV/dt₀であるときの，トラベリン
グ検出器124で測定した点ｘにおけるビーム電流 dV/dt:I_xとI₀との差を補償するために要する波形のため
の勾配の計算値 要するに，第９図に示したような本発明の濃度一様性
制御装置は，偏向波形を調節かつ修正することができ，
イオンビーム走査を制御して，高速走査に沿った各点に
おけるターゲット経路上の一様性または他の選択的ビー
ム電流分布が達成される。装置はさらに，各高速走査の
間隔およびそれに応じた速度を調節することができる。
時間間隔ｔを調節することによって，各走査ごとにター
ゲット対象物に対して選択したイオン濃度を導入するこ
とができる。さらに，ターゲット対象物上のビーム走査
の位置，すなわちビーム走査方向に横切る座標方向に沿
ったビーム走査の位置に従って，濃度を選択することも
できる。本装置はさらに，横方向走査（すなわち，走査
経路に対してのターゲット対象物の並進）に一致して各
ビーム走査が開始するときの相対時間Ｔを調節すること
ができる。本装置はまた，横方向走査速度（すなわち，
並進速度）をも制御することができ，ターゲット対象物
が横方向に走査される（すなわち，走査経路98を通過し
て並進される）回数を選択することもできる。このよう
にして，本装置は，ターゲット対象物上の各々の選択し
た横方向（すなわち，並進方向）位置において選択した
累積イオン濃度をもたらす。これらの結果をもたらすた
めに，第６図の濃度コントローラ118が，プログラマブ
ルディジタルコンピュータ，コンピュータメモリおよび
ディスプレイターミナルを含む。本装置はさらに，図示
のファラディ検出器106124によりもたらされるようなイ
オンビーム電流を検出する装置を含む。さらに，ドライ
ブおよび位置センサ126ならびに位置センサ116により示
したようなドライブおよび位置センシング素子を含む。
さらに，走査イオンビームソースに連係して動作する偏
向波形発生器96aを含む。 第10図のフローチャートは，本発明に従った集積回経
路製造中の半導体ウエハのイオンビームインプランテー
ション（たとえば，第９図の装置90）のための動作順序
を示している。図示の順序（当業者は実際の実行に合わ
せて容易に変化可能である）は，初期化動作130で始ま
っている。代表的にはこの動作中に設定されるパラメー
タは，以下のものを含む。 半導体ウエハの所望の全プロセス濃度， 走査警邏にわたってのウエハの並進回数， トリガー時刻T0の公称値および走査時間ｔの公称値t
0,ならびに ビーム走査の方向を横切る軸に沿ってのウエハの各位
置における，走査あたりの所望濃度。 順序は次に，更新および偏向波形に移る。すなわち，
動作132において，発生器96aが波形を走査イオンビーム
ソース92,96へと印加する。この更新動作は代表的に
は，ターゲット経路98を横切るイオンビームの多重高速
走査を含む。ターゲット輸送手段110が道から外れて，
トラベリングイオン検出器124がビーム経路98に沿って
ゆっくりと移動して，少なくともビーム経路に沿って選
択した位置において（好適には連続して）イオンビーム
電流を測定する。ドライブおよび位置センサ126によっ
てトラベリング検出器位置が検出される。図示の動作順
序は次に動作133に進み，そこでウエハがターゲット輸
送手段110にロードされる。動作134において，ビーム走
査を横切る方向にウエハを並進ドライブ108で並進させ
る。走査ビーム経路を横切るウエハ並進の間，図示の順
序は以下の段階を含む。動作138によってイオンビーム
を経路98を横切って走査する段階，およびそれと同時に
動作136によって位置センサ116で並進位置を検出する段
階が含まれる。 図示の順序は動作138によって，少なくとも照射すべ
きウエハの第１領域がビーム経路98を通過して並進を開
始する時までに，ビーム走査を始める。各走査の間に，
あるいは選択した数回のビーム走査の組ごとに，動作 140において，第９図のファラディ検出器106によりビ
ーム電流が測定される。動作142に示すように，ビーム
電流および並進位置の測定結果に応じて，ビームトリガ
ー時刻Ｔおよびビーム走査時間間隔ｔが調節されうる。
決定動作144では，各走査の端部においてビーム経路98
を横切るウエハの並進が完了したか否かが決定される。
消極的な決定の場合には，順序は他のビーム走査を実行
する段階に移る。すなわち，動作138,140および142が反
復され，同時にウエハ並進および動作134,136の位置検
出が続行される。図示の順序はゆえに，イオンビームを
ターゲット対象物を横切って反復的に走査する。１回ま
たは複数回の連続的ビーム走査の各組について，走査時
間間隔および走査開始時間の調節がなされる。 動作146において，さらに濃度コントロール動作が実
行される。動作136において，並進位置の検出に応答し
て少なくとも部分的に並進速度が調節される。図示の順
序は動作148を含み，そこでは第8Aおよび8B図を参照し
て前述したように各走査についての並進位置情報が記憶
され，累積濃度が表示される。 動作144からの肯定的な決定（すなわち，全ウエハ表
面が照射されたという決定）に応答して，図示の順序は
次の決定動作150を実行する。そこでは，ウエハ表面上
の全ての点において累積濃度が所望のレベルにあるか否
かを決定する。すなわち，追加的な走査並進が必要か否
かを決定する。肯定的な決定の場合には，順序が動作15
2に移り，並進走査の回数Ｎを調節し，さらにウエハの
並進を始める（動作134）。動作150の否定的な決定の場
合には，順序が動作154へと進み，その点においてイオ
ン注入プロセスが完了し，ウエハが輸送手段からアンロ
ードされる。 本発明の他の実施例も，上述のような一般的なタイプ
のイオンインプランターの各々に適用することができ
る。高速走査ではなく低速走査がコントロールおよび操
作のために有用であるような変形例の場合には，応答時
間が同様にゆっくりであり，適用される技術も応答が早
くない（効果的であるが）。 第１のタイプの静電走査ビームの場合には，線形ファ
ラディカップまたは複数のファラディカップの線形配列
がウエハに沿って取付られうる。一好適実施例では,1個
または複数個のファラディカップが高速走査方向に垂直
に整列される。さらにウエハとイオンビームとの空間的
関係を常に知るために，好適には低速走査がウエハにわ
たってステップ状にラスターされる。この配列において
は，第６〜９図を参照して上述したものに実質的に等し
い技術が用いられて，濃度一様性をモニターし，コント
ロールする。 第２のタイプの機械的走査されるインプランターの場
合には，線形位置エンコーダまたは回転位置エンコーダ
が高速走査および低速走査のいずれにも組入れられて，
どのようなウエハでもインプラント中常時，イオンビー
ムの位置を表わす信号をもたらす。上述したように，電
流測定に応答して，低速走査速度および／またはビーム
電流強度が連続的に調節されうる。スピニングディスク
の場合には，ディスク内の単一スロットにより，ウエハ
間の複数スロットにより，あるいはディスクのスポーク
上に複数のウエハを間隔をあけて取付けることにより，
電流を測定しうる。高速ビームゲート（好ましくは静電
タイプ）またはビーム電流パルサーを用いることによっ
て，注目はされるが注入実行中には完全に補正され得な
い濃度変形が，その後に補正される。このことは，本発
明に従い１回または複数回の追加的走査を行なうことに
より達成される。すなわち，各ウエハ上のビームの位置
および高速ビームゲートの使用に関する知識が組合わさ
れて，特定ウエハ上の所望領域のみがインプラントされ
る。 ドラムまたはベルトを用いる第３のタイプのハイブリ
ッドタイプインプランタの場合には，固定ファラディカ
ップがドラムまたはベルトの一方側に取付けられ，機械
的に移動する回転または線形位置エンコーディング装置
と協働して静電または磁気ビーム走査の制御を可能にす
る。 ディスク上で静電的または磁気的に走査されるビーム
の場合にはディスク内の１または複数のスロットを利用
して，静電または磁気走査波形を制御することができ
る。その間にディスク上の回転エンコーディング装置お
よび高速ビームゲートを，前述のような異常接続のため
に用いることができる。 上記のように，本発明は，イオンビーム偏向のための
扇形磁石の改良をもたらし，ある特定の方向を向き互い
に平行である走査ビーム軌跡を達成する。本発明がさら
にもたらすイオンビーム加速器は，イオンビームを通過
させるためのスロット開口を有する電極を利用し，走査
用イオンビーム装置のための新規なイオン光学幾何形状
をもたらす。この新規な幾何形状は，分析装置中のビー
ム偏向を走査のための他のビーム偏向と同一方向にした
り反対方向にしたりして，走査ビーム軌跡を平行または
他の選択的方向にすることができる。 本発明の他の特徴によれば，ハイレベルの濃度一様性
のためのイオンビーム濃度コントロールがもたらされ
る。濃度一様性または他の選択的外形が，ターゲット対
象物にわたってのビームの各単一走査に沿って得られ
る。また,1図または複数回の走査の連続組の場合に，タ
ーゲット表面上の座標に沿った各点においてある特定の
濃度外形が得られる。濃度コントロールの特徴として，
ターゲット対象物表面上の各点におけるイオンビームレ
ベルのマッピングがある。ゆえにイオン注入動作を通し
て，ターゲット位置が測定および記憶される。 集積回路製造における半導体ウエハのイオンビーム注
入に対する本発明の一応用例において,200mmの程度の径
の半導体ウエハが，たとえば200キロボルトのエネルギ
および２ミリアンペアの程度の大きさのビーム電流を有
するイオンビームに露光する。この実例では，偏差１パ
ーセント以下の濃度一様性を達成し，ウエハの全表面に
わたって1/2パーセント偏差以下に収まる。装置は，ビ
ームをビーム経路にわたって1,000ヘルツの速度で走査
し，ターゲットを矢印114の横方向に約１ヘルツの速度
で移動し，そして第９図の検出器124などのイオン検出
器をビーム経路にわたり５秒間程度に１回移動する。さ
らに，図示の実施例では，矢印114の横方向に沿ったイ
オンビーム幅は約1/4インチであり,1回のビーム走査の
時間の間のこの方向のターゲット対象物並進は１インチ
の1/100である。こうして，この実施例におけるインチ
ビーム幅は，連続するビーム軌跡間でターゲット対象物
が並進する距離の25倍である。 かくして，本発明によれば，上述のような対象物が効
率的に得られる。請求の範囲によって限定された本発明
の真の範囲を外れることなく，多くの変形がなされう
る。

フロントページの続き (72)発明者 ケイム、ロバート・イー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ビバ リー、ブリンバル・アベニュー123 イ クリプス・イオン・テクノロジー・イン コーポレイテッド (72)発明者 バンダーポット、ジョン・ダブリュー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ビバ リー、ブリンバル・アベニュー123 イ クリプス・イオン・テクノロジー・イン コーポレイテッド (56)参考文献 特開 昭59−230242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−133545（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．選択的に方向付けられたイオンビームを走査して走
   査イオンビームを生成するためのイオンビーム走査装置
   （50）であって， 初期軸線に沿ったイオンビームを生成するためのイオン
   ビーム源（52′）と， 前記イオンビームを前記初期軸線に沿って受け取り，そ
   のイオンビームを90゜より実質的に大きな角度で第１偏
   向方向へ偏向させる分析用磁石手段（54′）と， 実質的に平坦な走査イオンビームを生成すべく，前記分
   析用磁石手段から前記イオンビームを受け取り，前記第
   １偏向方向と同じ方向へ前記イオンビームを偏向走査す
   るための偏向プレート手段（66′）と，前記走査イオン
   ビームを受け取り，かつ各イオンビーム軌道に対し第１
   偏向方向とは逆方向の偏向を与えるための手段であっ
   て，所望の選択された方向の走査イオンビーム軌道をも
   たらす磁気偏向体手段（72′）と， から成る， ところの装置。 ２．特許請求の範囲第１項に記載された装置であって，
   さらに 前記分析用磁石手段（54′），前記偏向プレート手段
   （66′）及び前記磁気偏向体手段（72′）により生成さ
   れた偏向により，実質的にお互いに平行であってかつ前
   記初期軸線に対し実質的に90度だけ前記第１偏向方向へ
   方向付けられた軌道を有する最終走査ビームが生成され
   る， ところの装置。