JP2709594B2 - イオンビームの制御方法及びそのために使用するディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、イオンビーム注入装置に関し、特に、イオ
ンビームの目標物上への位置決めを助けるためのイオン
ビーム制御方法及びそのためのディスプレイ装置に関す
る。 （従来の技術・発明が解決しようとする課題） シリコン・ウエハに不純物を添加する一手法は、ウエ
ハにイオンビームを照射してウエハ内に濃度制御された
ドーピング不純物を生成することである。 中電流および低電流のイオン注入機では、ラスタまた
は類似のパターンでのビームのＸ−Ｙ偏向走査によって
ウエハ表面上にイオンビームを向ける。それには、二対
の直交する電界偏向板を用いて、ビーム偏向を生じさせ
る。三角波形電圧を偏向板へ印加すると、ウエハ上に方
形ラスタ走査パターンを作ることができる。ディクスト
ラ（Dykstra）らに付与された米国特許第4,514,637号で
は、かかる中・低電流イオン注入機が開示されている。
ディクストラらの特許は参考文献としてここに包含され
る。 従来の偏向装置では、一方向へ高周波走査を、また直
交する方向へ低周波走査を用いて、円形半導体ウエハ上
に掃引させる。低・高走査周波数間の関係は、高度飛び
越しリサージュ・パターンを作るように選定されてい
る。目標物において、形成された走査パターンは、方形
または正方形で、円形ウエハ上の走査部分を含む。 従来技術のイオンビーム走査装置では、イオンビーム
の焦点を合わせイオンビーム走査パターンを加工品の回
りに集めるのに役立つ視覚ディスプレイを利用する。こ
れらの従来技術のディスプレイ装置では、ディスプレイ
の水平掃引をイオンビーム偏向電圧に同期化させながら
イオンビーム電流に比例した信号を用いてCRTディスプ
レイでの垂直偏向を行う。 高周波と低周波の走査信号の組み合わせによって生じ
る正方形のパターンでは、ビームの同調及びセンタリン
グのために２つの視覚ディスプレイ画面を必要とする。
第１ディスプレイ画面では、一方の低周波水平掃引が低
周波走査信号と同期化され、第２ディスプレイ画面で
は、他方の高周波水平掃引が高周波走査信号と同期化さ
れる。単一のディスプレイ・モニタの場合、最適走査パ
ターンを作るには、ユーザが２つのディスプレイ画面間
の切換えを行わなければならない。 このような形式のビーム同調の場合、ディスプレイ装
置によりイオンビームの形状及び軌道あるいはそのいず
れかを正確に描くことができないことがわかる。たとえ
ば、イオン注入において一方のディスプレイに影響する
が、他方のディスプレイには影響を及ぼさないような誤
動作が発生した場合、線量の均一性やドーピングした半
導体ウエハの製品産出量を損なうようなビーム処理の不
適切さを見逃がすことがある。 ユーザがビーム焦点化およびセンタリングに際し、視
覚ディスプレイを用いる場合には、ディスプレイ画面上
にビーム走査パターンを正確に描かなければならない。
従来技術のディスプレイ装置では、イオンビーム偏向電
圧でCRTの水平掃引をトリガし、イオンビーム電流に基
づいてCRTの結像光線を垂直に偏向させる。しかし、偏
向板領域から加工品へイオンビームが届くにはある程度
の時間を要することがわかっている。この時間的ずれを
補うために従来技術の装置では、ビーム偏向とビーム電
流との調整に要する一定時間だけCRT掃引のトリガを遅
らせている。 従来の一定時間CRT掃引のトリガを遅らせる場合、こ
の一定時間は、任意の定数であり、イオンビームの飛行
到達時間に基づくものではなかった。それゆえ、イオン
ビームのエネルギー変化が起こると、固定の、即ち、一
定の遅延時間を用いることは不適当となる。その理由
は、より高いエネルギーではより短い遅延が選択され、
より低いエネルギーでは、逆に、遅延はより長くしなけ
ればならないからである。 本発明の目的は、イオンビーム注入作業の監視および
制御を確実に行う改良型イオンビーム制御方法およびそ
のためのディスプレイ装置を提供することである。 （課題を解決するための手段） 本発明の装置は、視野スクリーン及びＸ−Ｙ面におけ
るCRTの偏向用制御入力を備えた従来のCRTビデオディス
プレイ装置を含む。 加工品に当たるイオンビーム電流は計測されて、ビー
ム電流信号へ変換されるが、このビーム電流信号によ
り、CRTビームがｙ方向すなわち垂直方向に偏向され
る。 イオンビーム走査電極により、イオンビームが良い形
の走査パターンで加工品上を偏向するようになってい
る。視覚ディスプレイはこの走査と対応関係にある。本
発明の一実施例では、偏向電圧発生回路が、ディスプレ
イ画面上の水平掃引を加工品上でのイオンビームの垂直
走査と同期化させる。 イオンビームは、垂直電極を有限速度で通過するた
め、イオンビームが電極付近から加工品へ達するまでに
はわずかだが測定可能な時間を要する。この時間を生み
出すために、遅延手段が設けられ、このための回路によ
って、CRTへの掃引信号の発生をイオンビームの飛行到
達時間を考えて遅らせる。また、視覚ディスプレイをイ
オンビーム電流と同期化させる時に考慮しなければなら
ないもう一つの要素は、CRTビームを偏向させるために
イオンビーム電流を電圧信号に変換するのに要する時間
である。 本発明の構成によれば、ディスプレイ装置を同期化さ
せるための遅延は調整可能である。 したがって、この遅延は、イオンビームのエネルギ
ー、加工品のビーム処理に用いるイオンの個別質量と電
荷、ならびにシステムの電子回路に固有の遅延に応じて
変更できる。出願人の知るかぎりでは、従来技術のイオ
ンビーム・ディスプレイ装置では、これらの変数が考慮
されていない。 したがって、本発明の遅延手段は、イオンビーム走査
手段と加工品間を通過するイオンビームに必要とされる
時間だけ掃引信号を遅らせるもので、この遅延時間が順
次イオンビームのエネルギーに関連づけられており、遅
延手段は、イオンビーム走査手段から加工品までのイオ
ンビームの飛行到達時間分だけ確実に掃引信号を遅延さ
せるようになっている。 本発明に従って用いられる特定の走査手順によれば、
ビーム偏向電圧の水平及び垂直走査周波数は、ほぼ同一
である。この種のイオンビーム走査の利点の詳細につい
ては、マイロン（Myron）へ付与された「イオンビーム
注入機走査制御装置」と題する同時継続出願で本出願と
同時に提出され、かつイートン社へ譲渡された出願を参
照することにより得ることができる。この同時継続出願
の開示内容も本明細書に参考として包含されている。 （作用・発明の効果） 本発明では、加工品に照射するイオンビーム電流に関
連した信号によって、ディスプレイ画面の垂直偏向を制
御し、また、偏向電極への走査信号をCRTビームの水平
掃引に対応させた場合、CRTスクリーン上に生じたディ
スプレイをシステムオペレータが解析することができ、
イオンビーム特性が画面上に表示されることになる。具
体的には、このディスプレイ画面を見ながらビームを焦
点に合わせて加工品上でイオンビームを適切に走査で
き、走査電極によりウエハを横切るイオンビームを走査
する際に、正確なビーム線量分布を確保できる。 また、走査電極へ電圧オフセットを与える制御装置を
用いて、ユーザによって識別でき、しかもそれを修正で
きる特徴のあるディスプレイ表示を、中心からずれたイ
オンビームにより作り出す。このようにオペレータの判
断において、ディスプレイにイオンビームの垂直偏向に
関わる問題が示された場合、ユーザは垂直走査電極へオ
フセット電圧を印加することでこの欠点を補うことがで
きる。 本発明の特別の構成では、イオンビーム電流が継続し
て監視され、一旦イオンビームの走査パターンによる走
査が加工品の表面から外れると、イオンビーム電流はゼ
ロになる。この電流をイオン注入走査中適当な時に基準
値と比較することにより、本装置では、自動的に不整合
な位置にあるイオンビームを求めることができる。本発
明のもう一つの一面によれば、可聴警報が出力され、ユ
ーザによるイオンビーム・ディスプレイ装置の視覚モニ
タリングを補う。 また、本発明では、イオンビームがより正確に加工品
の中心に当たることを可能にしているため、均一な線量
ならびに加工品から製造される半導体素子の高い生産量
を望むことができる。 （実施例） 図中、イオン注入装置10にはイオン源12が図示されて
いるが、これはイオンビーム14をイオン質量分析マグネ
ット16へ向かわせ、該マグネットではビームを直角に曲
げ、伸長走行路に沿ってビーム・シャッター20と加速電
極22を通過させる。電極22を通過後、ビームはその焦点
を合わせる四重レンズ群24を通過する。その後、ビーム
14は二対の第1,第２組の偏向電極26,28を通過する。電
極26へ印加する制御電圧がイオンビーム14を左右に偏向
させる電界を作り、電極28へ印加する制御電圧がイオン
ビームを上下に偏向させる。偏向させたイオンビームは
そこからイオン注入ステーション30へ向けられ、そこ
で、シリコンウエハ（加工品）100はビーム路内に置か
れる。走査電極26,28へ印加する走査電圧を調整するこ
とによってビーム14はウエハ上を走査する。 イオン注入ステーション30は真空状態のチャンバ32内
に置かれる。チャンバ32内に取り付けられた２本のアー
ム34,36がウエハ支持体38へウエハを自動的に装填した
り外したりする。ドーピングされていないウエハはカセ
ット40からシャトル42によって回収されるが、このシャ
トルはドーピングされてないウエハをオリエンター46へ
移動させるアーム44の付近へ単一ウエハを運ぶ。 オリエンター46は、ドーピングされていないウエハを
特定の結晶方向へ回転させる。アーム44は適切に方向づ
けられているウエハを回収し、真空チャンバ32の隣りの
装填ステーション48内へ移動させる。装填ステーション
48は、閉鎖されてエアを排気して真空状態にしてからチ
ャンバ28内で開かれる。アーム34がウエハをつかみチャ
ンバ内へ運び、支持体38の装填／取り外し位置へ置く。
この支持体には、まず、ウエハを固定してから次にウエ
ハ表面がイオンビーム14に向き合う状態にして全般的に
垂直方向へウエハを旋回させる機構が含まれる。大体ど
のシステムにおいてもチャネリング効果を避けるため、
わずかな傾斜角が意図的に設定されている。 チャンバ32の取り外し側では、第２アーム36が支持体
38からドーピングされたウエハをつかみ、チャンバ32か
ら取り除く。 アーム62によりウエハがシャトル64へ移動され、それ
によりウエハが自動的に第２カセット66内へ置かれる。 適切な起動電圧を偏向電極26,28へ印加すると、ビー
ムが初期軌道から外れて垂直に向けられたウエハ上を走
査する。 第２図及び第３図を見ると、走査制御装置105が走査
増幅器110を通じて水平及び垂直偏向電極26,28へ接続さ
れているのがわかる。走査増幅器110には定電圧波形を
高電圧のこぎり波信号へ変換させる変成器へ結合した高
電圧増幅器が含まれ、ビーム14を上下左右へ偏向させ
る。 イオンビーム14の代表的走査パターンは、第３図に描
かれている。走査は第３図のＡと指定された点から始ま
り、規則的に間隔を置いて水平軸に対し約45゜の角度で
加工品上を通過する斜め区分毎に続く。ウエハ100上を
１回完全に通過した後は、ビーム区分間の通常の間隔に
比較してわずかだけイオンビーム14が偏向され、ウエハ
を横切る経路が反転する。第３図からわかるように、イ
オンビーム14の大半は、ウエハの注入に費やされ、比較
的わずかな時間だけが斜めウエハ注入区分間でのステッ
プ移動に費やされる。 「イオンビーム注入機の走査制御装置」と題する、同
時継続かつ編入された特許出願に開示されているよう
に、第３図の走査パターンを実現するには、ほぼ同一の
周波数を有し、複数の走査制御回路120〜125で正しく時
間調整された垂直及び水平偏向電極26,28へ２つののこ
ぎり波形を加える。標準的垂直電極の軌道波形の区分
は、第７図と第９図に図示されている。これらの波形が
垂直電極28を起動させると、同等の波形が水平電極26へ
加えられ、第３図の走査パターンを作る。 ビーム電流増幅器130は、ファラデーカップ感知器
（イオンビーム計測手段）132へ接続され、ウエハ100に
当たるイオンビーム電流に対応して出力信号130aを多機
能回路121に出力する。イオンビーム14が加工品上に当
たらなくなった時、そ４の出力が低下したり、最小値に
落ちたりし、イオンビーム14が加工品上を走査する時に
比較的安定した最大値をとる。イオンビーム14がウエハ
とその支持体間の周辺領域を横断する時に、イオンビー
ム電流はウエハ表面に侵入するか離れるかに応じて急速
に増加または減少する。 ビデオディスプレイ手段としてのCRT140は、垂直偏向
及び水平偏向の制御入力（第1,第２のディスプレイ入
力）を有し、ビーム表示モニタ用の診断補助として用い
られる。このモニタ140を観察すれば、ユーザは正確な
走行路に沿ってイオンビーム14の中心を一致させ、ビー
ムのオーバー走査量を調節し、さらに、加工品の均一な
イオン注入を生じるような正確な形にビームを集束させ
ることができる。 また、イオンビーム走査手段は、走査増幅器110、水
平走査発生器123及び垂直走査発生器124により構成され
ている。 CRT140の水平偏向制御は、走査増幅器110に接続され
る垂直走査発生回路124からの出力と同期化され、偏向
電極によって走査されるイオンビームに関係した信号を
CRT140の第２ディスプレイ入力に供給する。一方、CRT1
40の垂直偏向制御は、ウエハ100に照射するイオンビー
ムのイオンビーム電流に関連した信号130aがビーム電流
増幅器130から出力されることにより、その信号が多機
能回路121を介してCRTの第１ディスプレイ入力に供給さ
れるため、ウエハに当たるイオンビーム電流に比例した
垂直偏向がディスプレイ画面上に生じる。これらの偏向
制御により、CRT140は、第6A図から第6D図に示されたデ
ィスプレイ出力を作り出す。 第6A図には、イオン注入中各時点で互いに直交する方
向に、半導体ウエハ100上を走査する２つのイオンビー
ム走査区分150,152が示されている。これらの区分は、
第３図のパターンと異なるいわゆる直交走査パターンに
典型的な走査区分である。 ２つのCRT掃引区分150a,152aの視覚的なディスプレイ
は、モニタ140上で見ることができ、この場合、この２
区分150,152がCRTスクリーン上のほぼ中間位置で変化す
る。第6A図のビーム構成は、中心合わせが適切でなく、
垂直偏向電極28を通過する際に受ける偏向が大き過ぎ
る。この状況は、走査増幅器電源から印加される垂直オ
フセット電圧を変更して補正することができる。 第6B図には、モニタ140上にCRT掃引区分160a,162aを
設けるような方法でウエハ中心からオフセットされる２
つの走査区分160,162が描かれる。この構成において、
両走査区分160,162がウエハ100上に走査区分を生み出す
ために、イオン電流が、両CRT掃引区分160a,162aに対し
て最大で流れ始め、ほぼ同時にウエハ100から取り出さ
れる。 第３の状況は、第6C図に描かれている。この例では、
２つの走査セグメント170,172の各々がウエハ100の走査
を開始し、走査区分を終了させるが、他方、ウエハ上に
第6C図のモニタ表示パターン170a,172aを作り出す。 最後に、２つの区分180,182を備え、中心を正しく一
致させた走査パターンが第6D図に示されている。各区分
は、イオン電流が最小であるウエハを外れた位置から走
査を開始し、ウエハ上を均一に走査し、ウエハ表面によ
りイオンビーム電流が最小値まで下がるようにしてい
る。CRT掃引180a,182aにより中心が適切に一致していて
適当な振幅偏向を備えた平面表示図形が形成される。 イオンビームのパターンを描いた第6D図の波形が１秒
間に何回も繰り返され、システムオペレータが多数の異
なる走査区分（第３図）からの波形を同時に見ることが
できるようにさせている。 たとえば、本発明の一実施例では、走査装置105によ
り65ミリ秒間に約4,000点（これらエンドポイントの最
初のいくつかは第３図でＡ−Ｚと指定されている。）で
定められる全走査順序が完了する。このいわゆる細密フ
レームの多数の区分は、同時にモニタ140に描かれるよ
うに見え、その結果、観察者またはシステムオペレータ
が観察する像は、第10A図−第10J図の描写に類似してい
る。 上記のように、モニタ140の水平掃引は垂直偏向電極2
8へ接続された垂直走査波形（第７図）と同期化され
る。垂直走査発生器回路124から、垂直走査波形の始点
または終了点と同期化したパルス190,192が発生する
（第７図）。これら２つのパルス190,192は第７図のタ
イミング図に示されている。 １つのビーム表示手順としては、CRTへの掃引信号の
開始を開始信号190の発生と同期化させてディスプレイ
に表示させることが考えられる。停止信号192を受け取
るとディスプレイは消される。その後、CRT140のｙ偏向
制御がイオンビーム構成を示すディスプレイがモニタ14
0上に出力される。 しかし、係る装置では、イオンが垂直偏向電極28から
移動し、注入ステーション30でのウエハ100に衝突する
時までのイオン飛行到達時間は考慮されていない。この
飛行到達時間は、走査板から目標物までの距離、ビーム
エネルギー、電荷、イオンビーム内のイオン質量に応じ
て変わる。また、ビーム電流を計測し、遅延を増加させ
る電圧コントロールへ変換しなければならない。この合
計時間は以下ディスプレイの表示遅延として言及する。 第4A図−第4D図では、ウエハ100を横切る２走査区分2
00,202が第4B図と第4C図の表示パターンを作るディスプ
レイ・トリガとして利用されている。これらの区分は第
３図の走査順序を行うのに必要な走査区分の種別に合致
する。第4C図には何の表示遅延も設けられていない。走
査区分200の場合、ディスプレイは点Ａから始まり点Ｂ
で終わる。点Ａでのビーム掃引は偏向電圧からトリガさ
れるために、イオンビーム電流がモニタ140の水平制御
に追いつく機会はなかった。第4C図のディスプレイ開始
時にイオンビームが加工品上で以前の掃引を終了させた
時点において、その以前の掃引区分に帰属するイオンビ
ーム電流が描かれる。 この一連の事象も第5A図−第5C図に説明されている。
第5A図は、点Ａ−Ｏにおける偏向電圧の時間対電圧図で
ある。ディスプレイの表示遅延なしの場合、偏向電圧は
イオンビーム電流を第5B図の点Ａでウエハ100を横断す
るイオンビームに対応させている。モニタ140では、こ
れは第4C図に図示されているディスプレイに対応する
が、同図にはCRTの水平掃引開始時のゼロでないイオン
ビーム電流が描かれる。偏向電圧（第5A図）をイオン電
流（第5C図）によってたどられるビーム位置と同期化さ
せるには、STARTVパルス190とCRT水平ビーム掃引の発生
間に表示遅延が挿入される。この表示遅延により、CRT
モニタでは中心が適切に一致し、振幅の正確な２つの走
査区分に対応した「平面表示図形」（第4B図）を表示す
る。 水平モニタ掃引の遅延を起こすための回路構成200
（第８図参照）は多機能型回路121内にある。回路構成2
00は偏向電極26,28とウエハ間のイオンビーム飛行到達
時間、ならびにイオンビーム電流に対応して出力電圧を
発生するのに必要な時間を考慮する。２つの入力210,21
2は垂直走査電圧と、同期化させた開始パルス及び停止
パルス190,192を受け取る。これらの入力は、遅延カウ
ンタ216へ接続した出力214aを備えたORゲート214へつな
がれる。遅延カウンタ216は、プログラミングが可能
で、システム・データパス218へ接続され、システム回
路122（第２図）が遅延カウンタ216へ遅延カウント値を
送れるようにしている。このカウント値は必要とされる
全表示遅延に対応している。 正確なカウントは、イオンの種類、ビームのエネルギ
ーさらにビーム電流エレクトロニクスに応じて変動す
る。コンピュータ219はビームエネルギーを自動的に下
方負荷し、オペレータにイオンの種類と電荷エネルギー
を入力させて、コンピュータプログラムを実行する固有
のマイクロプロセッサを搭載したシステム回路で適切な
表示遅延カウントが計算されるようになっている。 第８図の回路の機能は、ウエハ100上のビームの形式
と位置を正確に描くモニタ・ディスプレイを出力する２
出力200a,200bでの信号発生を整合することである。１
つの出力200bは、ビデオモニタ140を消し、遅延カウン
タ216からの出力に応答するフリップフロップ220の出力
へ接続される。 このフリップフロップが遅延カウンタ216からの出力
によってトリガされるまで、モニタ・スクリーンは第７
図のように消えたままである。遅延カウンタの時間が切
れると、フリップフロップ220への出力がCRTスクリーン
に映し出され、ANDゲート222をオンさせてクロック回路
（タイミング手段）125から発生しているクロック入力2
24からのクロック信号（タイミング信号）を出力する。
ゲート222がオンされると、第２カウンタ230が入力224
のクロック速度でカウントを初めデジタル出力230aを発
生するが、これはデジタル・アナログ変換器240によっ
て出力200aにおける水平掃引電圧へ変換される。 この着実に増加する出力200aは第７図に描かれてお
り、STOPVパルス192を垂直走査発生器124から受け取る
まで（VERCLK入力224によって制御された）一定の速度
でCRTビームを掃引させる。このSTOPVパルス192はカウ
ンタ216を再度トリガして、表示遅延の時間切れ後に、
フリップフロップ220の状態が切り換わり、ANDゲート22
2がクロック信号を出力しなくなり、さらに、次に続くS
TARTV信号を受け取るまでCRTスクリーンが出力200bにお
いて消されるようにする。 このように、遅延カウンタ216とANDゲート222は、掃
引発生器手段230,240,250とクロック回路125との間に設
けられ、偏向電極からウエハまでのイオンビームの飛行
到達時間分だけ掃引信号を遅延させる遅延手段を構成す
る。 また、クロック信号に応答してCRTの第２ディスプレ
イ入力に接続された掃引信号を発生する掃引発生器手段
は、第２カウンタ230、デジタル・アナログ変換器240、
及び専用メモリ250で構成されている。 そして、デジタル・アナログ変換器240は、第２ディ
スプレイ入力へ連結された出力200aを有し、また第２カ
ウンタ230は、遅延手段216,222によって使用可能とさ
れ、クロックパルスによって一定の割合で時間がカウン
トされ掃引信号を発生するようになっている。 従って、このクロックパルスは、掃引信号を発生する
ためのカウント信号であり、カウンタ230は、このクロ
ックパルスによって一定の割合で時間がカウントされ
る。 一方、タイミング手段125は、そのクロック入力224か
ら遅延手段の一部を構成するANDゲート222を介してカウ
ンタ230に供給されるクロック信号（タイミング信号）
を出力し、カウンタ230の作動時期を決める。 それゆえ、タイミング手段からのクロック信号は、カ
ウンタの作動時期を決めるための始動信号となり、さら
に、そのカウンタが作動してからの時間をカウントする
クロックパルスとして働く。 あらゆるイオンビーム走査区分（第３図）が同一の長
さであるわけではない。第4A図の区分202のような短い
走査区分は、各区分ごとに初期カウントをカウンタ230
へ送ることによってCRTモニタ（第4B図を参照）上で中
心を合わせる。このようにデジタル・アナログ変換器か
らの出力はどの走査区分に対しても同一速度で上向きに
傾斜するが、開始電圧と終了電圧は走査区分の長さに応
じて変動する。 各走査区分の開始カウントは、システムデータパス21
8によってシステム回路122へつながれた電子的にプログ
ラムの可能な読み出し専用メモリ250内に蓄積される。
それにより、メモリ250は走査構成に基づき必要に応じ
て再プログラミングができるが、代わってこの走査構成
は垂直及び水平走査発生器回路123,124上のメモリ（図
示略）の内容を変更することによって再プログラミング
する場合には、走査長さを最大長さの区分から引いて２
で割る。これがオフセットで、ディスプレイ掃引はここ
から走査セグメントを開始する。スクリーンが消え、次
の開始値が次のディスプレイ掃引に対し、カウンタ230
へ送られるまで、デジタル・アナログ変換器からの出力
が一定の速度でその開始点から傾斜して上がる。 第10A図から第10J図には、同期的に見える多数のディ
スプレイ掃引からなる多数のディスプレイ像が示されて
いる。これらの像は相互対称的で本発明の診断能力の評
価に役立つ。第３図の走査のように適切に焦点を合わ
せ、中心を一致させたビームは、第10A図に示された像
に類似する像を作る。ビームの輪郭はディスプレイで中
心が一致され（いずれかの側がチョップされることはな
い）、短い走査区分でもたらされるループは、像の輪郭
について対称的で滑らかである。 第10B図は、ウエハ面に中心を一致させてないビーム
に対応したディスプレイである。ビーム・ディスプレイ
の左側の一部が切り離され、第6B図に描かれた状況に類
似した様相を呈している。この状態を修正するには、ユ
ーザがモニタ140の片側に置いたジョイスティック制御
装置262を操作して水平走査平面へ水平オフセット電圧
を調節して目標物へビームの中心を合わせる。この調節
装置262を上下移動させれば、総水平イオンビーム走査
振幅が大きくなったり小さくなったりする。 第10C図のディスプレイは垂直に中心を一致させたも
のではない。ビームの輪郭は単一の像へ併合させたわけ
ではなく、第6A図に描かれている状況に類似していると
考えられる。垂直用ジョイスティック制御装置260（第
２図）を横移動させればこの問題を解決できる。ビーム
の輪郭を併合させれば、修正係数との使用に必要となる
極めて性格で繰り返し可能な垂直ビームの中心合わせが
行える。 下向き走査は、第10D図に示されている。これを指示
したのは、イオンビーム電流が均一な最小値に達しない
ためである。制御装置260,262のいずれを調節すべきか
については何の指示もないが、両ジョイスティックを移
動させいずれの動きがディスプレイのハンプ（hump）を
消失させるかに注意することで、正確な走査振幅が得ら
れる。 第10E図ないし第10H図は、ビームを集束させる時に観
察できる様々なディスプレイを示している。２つのダイ
ヤル制御装置264,266を回転させ、四重レンズ群24への
ビーム集束電圧を調節する。第10E図ないし第10H図は、
ビームを集束する際にシステムオペレータが作る一連の
ディスプレイ構成を表している。 第10I図のディスプレイでは、走査振幅の均衡がうま
く取れていないことを除いてはディスプレイ図は全体的
に正常である。この状況の視覚表示は、同一垂直軸上に
重ならないビーム輪郭内での２組のループの出現であ
る。この状況は、振幅制御装置260,262を反対方向に作
動させ、すなわち、一方の制御装置を減少させつつ、他
方を増加させることで修正できる。その目的は、ループ
を中心軸について心合せできると思われる位置でビーム
の出現を達成することである。同一振幅をもつ２つの振
幅（水平と垂直）に対応して修正したディスプレイを第
10J図に描く。 イオン注入装置10を使用したことがあり、しかも第10
図に示した様々なビーム像を熟知しているオペレータな
ら、イオンビームの振幅を極めて正確に集束し、中心を
一致させ、さらに調整して最低量のビーム上向き走査を
行える。走査パターンの中心をウエハ上で一致させるこ
との重要性については、後述のマイロンへ付与した同時
継続特許出願に述べられている。 簡単に言うと、線量の修正補償は、ウエハの中心に正
確に合わせた走査パターンに応じた方法で行うが、この
線量補償はイオンビーム走査の中心を合わせた場合のみ
正確に行える。 第９図では、第10図の視覚ディスプレイ手法を補う走
査警報装置300に、イオンビームの中心を適切に一致さ
せていない場合あるいはビーム上向き走査が十分でない
場合に自動的に可聴警報を発生する回路構成が含まれて
いる。この回路は、垂直走査波形転移領域で作られるパ
ルスの各々がウエハを離れて発生するべきであるという
事実を利用している。言い換えれば、第３図の走査パタ
ーンに置いて直角に曲がる各部分は、イオンビーム電流
が最小の時に発生すべきである。 第９図の回路は、STOPV及びSTARTVパルス190,192が発
生し、これらパルスへ表示遅延が加えられてイオンビー
ム電流がサンプリングされる時のビーム電流を監視す
る。そして、イオンビーム電流が限界値を上回る回数が
カウントされる。ビーム電流入力130aは、コンパレータ
増幅器320の非反転入力へ連結される出力を備える緩衝
増幅器310へつながれる。コンパレータ320への基準入力
325は、走査警報装置の望ましい感度に応じて調節でき
る。イオンビーム電流により緩衝増幅器310からの出力
電圧が基準入力325を越えると、コンパレータ320はフリ
ップフロップ330へのＤ入力において高出力信号を発生
する。 パルス190,192,194などによりフリップフロップ330の
時間が計られ、Ｄ入力における入力がフリップフロップ
出力Ｑへつながれる。コンパレータ出力が高いと、この
出力によりシステムデータパス218を介してプログラミ
ングされるプログラマブル・カウンタ340の時間が計ら
れる。カウンタへ送られる入力でのパルス数が予め決め
られている監視期間においてプログラム限界値を越える
場合、走査警報インターフェース350が起動され、可聴
警報によりビーム走査の調整が必要であるとオペレータ
に警告が出される。限界入力325ならびにカウンタ340に
蓄積された限界カウントを調整することにより、ビーム
調心感度を制御できる。このことが重要性をもつのは低
線量の注入においてであるが、その場合にはビーム電流
増幅器の利得が高くなるように調整され、システムの騒
音が限界電圧325に近づくのである。 本発明のビーム・ディスプレイ装置は、この水平電極
起動用ならび垂直電極起動用の２つののこぎり波形によ
って与えられるウエハ上の対角走査を利用した円形ウエ
ハイオン注入装置との関連で開示されており、表示遅延
及び警報システムは別のシステムで応用することができ
る。 しかし、本装置の重要な利点の一つは、ほぼ同一の周
波数をもつ水平及び垂直ののこぎり波形によって作られ
た対角走査を用いることから得られる。水平偏向電圧と
垂直偏向電圧のいずれも、単一視野モニタを観察して診
断できる。この利点は、大幅に異なる値の周波数をもつ
２つの走査波形を用いた時には利用できない。 以上述べたように、本発明は、イオンビーム走査手段
から加工品までのイオンビームに飛行到達時間分だけ掃
引信号を遅延させる遅延手段を備えており、これによ
り、CRTスクリーン上の走査パターンと、実際のウエハ
上における走査パターンとの間に偏向電圧に関して時間
的な遅れによるずれを発生しないようにできるので、デ
ィスプレイ画面を見ながら、ビームを焦点に合わせて、
ウエハ上でイオンビームを適切に走査でき、走査電極に
よりウエハを横切るイオンビームを走査させる際に正確
なビーム線量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、相対的に円形の加工品を処理するためのイオ
ンビーム走査注入装置の概略図である。 第２図は、イオンビームを初期軌道から制御偏向させて
円形の加工品上を走査させるための走査装置概略図であ
る。 第３図は、円形加工品の表面上のイオンビーム走査パタ
ーン図である。 第4A図ないし第4D図は、イオンビーム・ディスプレイの
各タイミング条件を示す各説明図である。 第5A図ないし第5C図は、非行時間が注入ディスプレイに
及ぼす影響を示す各説明図である。 第6A図ないし第6D図は、中心の外れた３つのイオンビー
ム走査並びに中心を適切に一致させた１つのイオンビー
ム走査（6D）の表示サインを示す各説明図である。 第７図は、システムディスプレイをイオンビームの偏向
と同期化させる際に利用される走査用電極電圧及びディ
スプレイ制御信号のタイミング図である。 第８図は、CRTディスプレイ用にｘ及びｙ偏向電圧を作
る回路構成図である。 第９図は、本発明に係る構造を有する走査警報装置を示
す概略図である。 第10A図ないし第10J図は、各種イオンビームの状況を表
わす代表的なディスプレイを示す各画像図である。 10……イオンビーム走査装置 14……ビーム 26,28……電極 100……ウエハ 110……走査増幅器 123……水平走査発生器 124……垂直走査発生器 140……ビデオモニタ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．加工品（100）を処理するイオンビームの制御方法
   に使用するディスプレイ装置であって、 視野スクリーンと、このスクリーン上に画像を創るため
   の制御装置（260,262,264,266）とを備えており、該制
   御装置が、 前記スクリーン上の結像光線を制御可能に偏向するため
   の第１及び第２ディスプレイ入力を有するビデオディス
   プレイ手段（140）と、 イオンビーム電流を計測し、このビーム電流信号を前記
   第１ディスプレイ入力に供給するイオンビーム計測手段
   （132）と、 イオンビームの偏向を制御してビームの初期軌道から加
   工品表面全体を走査するためのイオンビーム走査手段
   （110,123,124）と、 イオンビーム走査手段（123,124）と協動して、イオン
   ビームの偏向を調整するタイミング信号を発生するタイ
   ミング手段（125）と、 前記タイミング信号に応答して前記第２ディスプレイ入
   力に接続された掃引信号を発生する掃引発生器手段（23
   0,240,250）と、 掃引発生器手段とタイミング手段との間に設けられ、前
   記イオンビーム走査手段から加工品までのイオンビーム
   の飛行到達時間分だけ掃引信号を遅延させる遅延手段
   （216,222）とを含んでなることを特徴とするディスプ
   レイ装置。 ２．イオンビーム計測手段（132）は、加工品に当たる
   イオンビーム電流を計測することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のディスプレイ装置。 ３．掃引発生器手段は、カウンタ（230）、デジタル・
   アナログ変換器（240）及び専用メモリ（250）を含み、
   該デジタル・アナログ変換器が第２ディスプレイ入力へ
   連結された出力（200a）を備え、また前記カウンタ（23
   0）が遅延手段（216,222）によって使用可能とされ、ク
   ロックパルスによって一定の割合で時間がカウントされ
   掃引信号を発生する特許請求の範囲第１項記載のディス
   プレイ装置。 ４．イオンビーム走査手段は、イオンビームを互いに直
   交する方向に偏向するための第１対及び第２対の走査電
   極（26,28）と個別の走査電圧を発生して前記走査電極
   へ加えるための手段とを含んでなる特許請求の範囲第１
   項記載のディスプレイ装置。 ５．遅延手段が、タイミング手段（125）で起動される
   遅延カウンタ（216）からなり、該遅延カウンタはイオ
   ンの種類とイオンエネルギーに応じて異なる遅延を起こ
   すようにプログラム可能であることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載のディスプレイ装置。 ６．加工品（100）へのイオン注入用イオンビームを制
   御する方法において、 第１方向にイオンビームを偏向する第１組の電極（26）
   と、第１方向と直交する第２方向にイオンビームを偏向
   する第２組の電極（28）とを有する複数組の走査電極を
   通過するようにイオンビーム（14）を導き、 このイオンビームを加工品上に掃引させるために、各組
   の走査電極を第1,第２の偏向電圧で同時に起動し、 前記偏向電極の周波数と振幅を調整して、イオンビーム
   を前記加工品全体に渡って掃引させ、 該加工品に当たるイオンビームの電流値に関する信号
   （130a）を発生し、 前記第1,第２の偏向電圧の選択された一方の偏向電圧に
   関して結像光線の掃引開始を、イオンビーム走査手段か
   ら加工品までのイオンビームの飛行到達時間分だけ遅延
   した後、スクリーンを横切って掃引する結像光線をトリ
   ガし、そして、この結像光線が掃引しながらイオンビー
   ム電流曲線を描いてスクリーン上にイオンビーム特性像
   を形成し、 イオンビームの軌道を調整して前記イオンビーム特性像
   を所望の形に合わせる、各ステップを含んでいることを
   特徴とするイオンビームの制御方法。 ７．第１および第２偏向電圧がほぼ同一周波数ののこぎ
   り波状波形を形成する特許請求の範囲第６項記載の制御
   方法。 ８．イオンビームが加工品を適切に走査しない場合に警
   報を発生する追加ステステップを備える特許請求の範囲
   第６項記載の制御方法。 ９．前記加工品のイオンビーム処理中の各時点でのイオ
   ンビーム電流と期待イオンビーム電流を比較することで
   警報を発生する特許請求の範囲第８項記載の制御方法。