JP2720651B2 - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JP2720651B2
JP2720651B2 JP3248806A JP24880691A JP2720651B2 JP 2720651 B2 JP2720651 B2 JP 2720651B2 JP 3248806 A JP3248806 A JP 3248806A JP 24880691 A JP24880691 A JP 24880691A JP 2720651 B2 JP2720651 B2 JP 2720651B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ターゲットとドーズモ
ニタとを空間的に異なる配置で有したイオン注入装置に
関するものであり、詳細には、ターゲットおよびドーズ
モニタでの注入量分布を予測し、ドーズモニタでの注入
量をターゲットへの注入量に換算して注入量制御を行う
イオン注入装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ハイブリッドスキャン方式のイ
オン注入装置は、静電ラスタスキャン方式のように、タ
ーゲット部を注入ビーム電流のモニタとして使用するこ
とが困難であるため、注入量の制御に専用のドーズモニ
タを使用する場合が多い。
【0003】即ち、従来のイオン注入装置は、図5に示
すように、走査波形発振器51から相互に位相が反転す
るように走査電圧が印加される一対の走査電極52・5
2と、荷電粒子と中性粒子とを分離する偏向電極53・
53と、ターゲット54をビーム走査方向に対してZ=
T 面で垂直方向に往復移動させるメカニカルスキャン
機構56と、ターゲット54と偏向電極53との間のZ
=ZM 面に配設されたマスクスリット57とを有してい
る。そして、マスクスリット57には、図6にも示すよ
うに、面積S1 のターゲット用開口部57aおよび面積
2 のドーズ用開口部57bが形成されており、ドーズ
用開口部57bには、メカニカルスキャン機構56を制
御するCPU部58の接続されたドーズモニタ59が設
けられている構成である。
【0004】上記の構成を有するイオン注入装置は、走
査電極52により走査されたイオンビーム55がマスク
スリット57のターゲット用開口部57aを介してター
ゲット54に照射されるようになっていると共に、ドー
ズ用開口部57bを介してドーズモニタ59に照射され
るようになっており、ドーズモニタ59から出力された
ビーム電流信号を基にしてターゲット54への注入量制
御を実行するようになっている。
【0005】上記の注入量制御の概念を説明すると、先
ず、イオンビーム55は、X方向に周波数fで走査され
る。この際、走査されたイオンビーム55のビームスポ
ット55aが一往復したときのマスクスリット57を介
してターゲット54へ照射された際に生じるビーム電流
T は、単位面積当たり次のように表される。
【0006】
【数1】
【0007】ここで、IM は、イオンビーム55が一往
復したときにドーズモニタ59で計測されたビーム電流
量である。
【0008】ターゲット54上の任意の点Aにイオンビ
ーム55による不純物イオンが注入されるのは、図6に
示すように、スキャンによってマスクスリット57のタ
ーゲット用開口部57aの後方に移動してきたときだけ
である。従って、点Aがターゲット用開口部57aを通
過する時間に対して走査周期が充分に短い場合には、点
Aを含むビーム走査方向に平行な直線上に一様な注入量
A だけ注入されることになる。
【0009】
【数2】
【0010】ここで、L1 は、マスクスリット57のタ
ーゲット用開口部57aおよびドーズ用開口部57bの
高さであり、vは、メカニカルスキャンの速度である。
【0011】このようにして、メカニカルスキャンの半
周期では、ターゲット54の全面に(2)式で表される
注入量DA で一様に注入されることになり、実際の注入
動作においては、ドーズモニタ59で測定したビーム電
流量IM に対応して、注入量DA が一定になるようにメ
カニカルスキャンの速度vが制御されることになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のイオン注入装置では、ビーム走査方向に注入均一性
が一定でない場合、(1)式が成立しなくなる。
【0013】
【数3】
【0014】また、ZT =ZM でなく、走査されたイオ
ンビーム55が完全に平行でない場合には、マスクスリ
ット57を通過したイオンビーム55のターゲット面Z
T での投影面積は、マスクスリット57のターゲット用
開口部57aの面積S1 と異なることになる。従って、
この投影面積を面積S1'とすると、(1)式は、次のよ
うに変形されることになる。
【0015】
【数4】
【0016】上記の(3)式や(4)式が成立するよう
な場合には、メカニカルスキャンの半周期当たりに注入
される注入量DA ' は、
【0017】
【数5】
【0018】となり、(2)式を用いた制御では目的と
する注入量DA を注入することができないことになる。
尚、上記のαは、補正係数である。
【0019】従って、本発明においては、ビーム走査方
向に注入均一性が一定でない場合でも、高精度な注入量
制御を行うことができるイオン注入装置を提供すること
を目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、上記課題を解決するために、走査されたイオンビー
ムが入射されるターゲットとは、異なる位置に配された
ドーズモニタと、当該ドーズモニタで測定したビーム電
流量に基づいて、上記ターゲットへの注入量を制御する
制御手段とを有しており、下記の特徴を有している。
【0021】即ち、イオン注入装置は、イオンビームの
軸線上における前後2個所に配置された多点モニタを有
している。また、上記ドーズモニタおよびターゲット
は、上記前方の多点モニタと後方の多点モニタとの間に
配されている。さらに、上記制御手段は、上記多点モニ
タから求められたイオンビームの走査速度と、走査方向
におけるビームスポットの電流分布とで、ターゲット上
およびドーズモニタ上の走査方向での注入量分布を予測
し、この注入量分布を積分して求めたターゲット上の予
測注入量とドーズモニタ上の予測注入量との比率で上記
ビーム電流を補正して、上記ターゲットへの注入量を制
することを特徴としている。
【0022】
【作用】上記の構成によれば、制御手段は、走査された
イオンビームの走査速度をイオンビームの軸線上に配置
された前後の多点モニタを用いて求め、この走査速度お
よび走査方向におけるビームスポットの電流分布からタ
ーゲット上およびドーズモニタ上の走査方向での注入量
分布を予測し、これらの注入量分布を積分して求めたタ
ーゲット上の予測注入量およびドーズモニタ上の予測注
入量の比率を求めることになる。そして、制御手段は、
ドーズモニタで測定したビーム電流量を上記の比率で補
正してターゲットへの注入量を制御することになる。
【0023】これにより、イオン注入装置は、ドーズモ
ニタでの注入量をターゲットへの注入量に換算して注入
量制御を行うことができるため、例えばビームスポット
の形状や走査速度等の原因により注入均一性が悪い場合
でも、高精度な注入量制御を行うことが可能になってい
る。
【0024】
【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図4に基づい
て説明すれば、以下の通りである。
【0025】本実施例に係るイオン注入装置は、図1に
示すように、イオンビーム1をX方向に走査するビーム
走査系を有している。このビーム走査系は、制御手段で
あるCPU部2による指示で任意の波形の走査電圧を出
力可能な任意波形発生器3と、この任意波形発生器3か
ら出力された走査電圧を位相反転する位相反転器6と、
位相反転器6に接続された高電圧アンプ4aと、任意波
形発生器3に接続された高電圧アンプ4bと、上記の両
高電圧アンプ4a・4bにより増幅された走査電圧が印
加される一対の走査電極5・5とからなっている。
【0026】上記の走査電極5・5のイオンビーム1の
進行方向側には、所定電圧を印加された一対の偏向電極
7・7が配設されている。これらの偏向電極7・7は、
イオンビーム1の進行中に荷電粒子の進行方向を第1多
点モニタ8および第2多点モニタ15方向へ曲折させる
一方、中性粒子を直進させることで、荷電粒子と中性粒
子とを分離するようになっており、分離された荷電粒子
からなるイオンビーム1の進行方向であるビーム進行方
向のZ=ZF 面には、イオンビーム1の入射によりビー
ム電流信号を出力する複数のチャンネルを有した第1多
点モニタ8が配設されている。
【0027】また、Z=ZF 面からビーム進行方向に位
置したZ=ZM 面には、不要なイオンビーム1を遮断す
るマスクスリット9が配設されている。このマスクスリ
ット9には、面積S1 のターゲット用開口部9a、面積
2 のドーズ用開口部9b、およびプロファイル用開口
部9cが形成されており、プロファイル用開口部9cに
は、上述のCPU部2に接続された第1ビームプロファ
イルモニタ11が設けられている。また、ドーズ用開口
部9bには、図示しないメカニカルスキャン制御システ
ムに接続されたドーズモニタ10が設けられており、こ
のドーズモニタ10は、イオン注入中にビーム電流量を
測定してメカニカルスキャンの速度を制御させるように
なっている。
【0028】また、Z=ZM 面からビーム進行方向に位
置したZ=ZT 面には、CPU部2に接続された第2ビ
ームプロファイルモニタ14が設けられていると共に、
イオン照射対象物であるターゲット13がメカニカルス
キャン機構12により位置されている。そして、上記の
メカニカルスキャン機構12は、ビーム走査方向(X方
向)に対して垂直方向にターゲット13を往復移動させ
るようになっている。
【0029】さらに、Z=ZT 面からビーム進行方向に
位置したZ=ZB 面には、イオンビーム1の入射により
ビーム電流信号を出力する複数のチャンネルを有した第
2多点モニタ15が配設されている。この第2多点モニ
タ15は、上述の第1多点モニタ8と共にデータロガー
16に接続されており、このデータロガー16は、CP
U部2に接続されている。そして、CPU部2は、イオ
ンビーム1のビームスポットが充分に小さな場合、第1
多点モニタ8および第2多点モニタ15の各チャンネル
のビーム電流信号を信号処理して(5)式の補正係数α
を求め、注入均一性を予測してドーズモニタ10での注
入量をターゲット13への注入量に換算して任意波形発
生器3を制御するようになっている。
【0030】また、ビームスポットが大きな場合には、
第1多点モニタ8および/または第2多点モニタ15、
或いは第1および第2ビームプロファイルモニタ11・
14によりビームプロファイルを確認した後、このビー
ムプロファイルと第1および第2多点モニタ8・15の
各チャンネルのビーム電流信号とを信号処理して(5)
式の補正係数αを求め、注入均一性を予測してドーズモ
ニタ10での注入量をターゲット13への注入量に換算
して任意波形発生器3を制御するようになっている。
【0031】次に、上記の補正係数αを求める信号処理
方法について説明する。
【0032】データロガー16でサンプリングした第1
および第2多点モニタ8・15の或るチャンネルのビー
ム電流波形からイオンビーム1が通過した時刻tを知る
ことにより、その時刻に任意波形発生器3が出力した電
圧データ値j(t)を求める。これにより、第1および
第2多点モニタ8・15の全てのチャンネルにおいて、
このような電圧データ値j(t)を求めることにより、
予め判っているモニタ位置X(i)と併せて図2に示す
ような一連のデータ点17が得られることになる。そし
て、この一連のデータ点17に適当な内挿や外挿を加え
ることで、電圧データ値j(t)とイオンビーム1の位
置であるビーム位置との関係曲線18の関数X(j)が
求められることになる。
【0033】このようにして得られる関数X(j)をZ
=ZF 面およびZ=ZB 面でそれぞれ求め、XF (j)お
よびXB(j)とおく。イオンビーム1は、走査電極5・
5を通過するとき以外は直進するので、任意の面Zでの
電圧データ値j(t)とビーム位置との関数X(j)
は、下記のように表される。
【0034】
【数6】
【0035】この関数X(j)からZ面上の任意の点X
における走査速度と走査速度の時間変化VT (t)とを下
記のように求める。
【0036】
【数7】
【0037】波形データの逆関数をT(x)とおくと、
Z面上の任意の点Xにおける走査速度V(x)は、下記
のように表される。
【0038】
【数8】
【0039】このようにしてビーム走査の往復それぞれ
について走査速度V(x)を求め、走査速度Vup(x)
および走査速度Vdn(x)とおく。点Xは、イオンビー
ム1を1回走査する間に往復2回イオンビーム1が通過
する。従って、ビームスポットが注入量分布の大きく変
動する(例えば1%程度)距離に対して充分に小さな場
合には、ビーム走査方向の注入量の分布関数D(x)が
下記のように表される。
【0040】
【数9】
【0041】図3に上記の(9)式から算出したビーム
走査の往復および平均の予測注入量分布をシート抵抗値
から求めた注入量分布と比較した例を示す。
【0042】次に、ビームスポットが大きな場合につい
て説明すると、ビームスポットが充分に小さな場合に
は、(9)式により精度良く注入量分布を求めることが
できるが、大きなビームスポットの場合には、正確な分
布関数D(x)を使用する必要がある。
【0043】
【数10】
【0044】上記の(10)式を使用する場合には、X
方向(走査方向)のビームプロファイルを知る必要があ
る。このビームプロファイルは、第1および第2ビーム
プロファイルモニタ11・14を用いて知ることができ
ると共に、第1多点モニタ8および/または第2多点モ
ニタ15の1チャンネルをビームプロファイルモニタと
して用いて知ることができる。
【0045】即ち、第1および第2ビームプロファイル
モニタ11・14や第1および第2多点モニタ8・15
のビームプロファイルモニタから得られるビーム電流波
形は、図4に示すようになり、このビームプロファイル
をPm(t)とおくと、(10)式におけるビームプロ
ファイル関数P(x)は、下記のように表される。
【0046】
【数11】
【0047】尚、ビームプロファイルデータの収集の際
には、ビーム走査の往復で違いがないはずなのでビーム
プロファイル関数P(x)を往復の平均として求める。
【0048】この際、ビームスポットが非常に大きな場
合には、イオンビーム1の発散角も大きなものであると
予測される。従って、第1および第2多点モニタ8・1
5をビームプロファイルモニタとして使用する場合に
は、ターゲット13上でのビームスポットとモニタした
ビームプロファイルとが一致しない可能性があり、この
場合には、次のようにビームプロファイル関数P(x)
を求めることができる。
【0049】即ち、Z=ZF 面およびZ=ZB 面でのビ
ームプロファイル関数をそれぞれPF (x)およびP
B (x)とし、半値幅XF1/2およびXB1/2を求める。Z=
F 面とZ=ZB 面との間でイオンビーム1が一様に発
散していると仮定すると、ビームプロファイル関数P
(x)は、下記のように求められる。
【0050】
【数12】
【0051】または、
【0052】
【数13】
【0053】(12)式または(13)式のようにして
求めたビームプロファイル関数P(x)を用いること
で、(10)式による注入量分布の予測を行うことがで
きる。
【0054】尚、実際の数値計算においては、(10)
式の積分範囲は、ビームプロファイルの1/10程度
(正規分布を仮定するとビーム電流の約98%が納ま
る)として求める。
【0055】
【数14】
【0056】そして、上述の(9)式、(10)式、ま
たは上記の(10)’式からZ=ZT 面およびZ=ZM
面での注入量分布D(x)を求め、それぞれDT (x)お
よびDM (x)とし、注入量分布DT (x)のターゲット1
3上での平均DT と注入量分布DM (x)のドーズモニタ
10上での平均DM とを求める。
【0057】
【数15】
【0058】
【数16】
【0059】これにより、(5)式の補正係数αは、下
記のように求められることになる。
【0060】
【数17】
【0061】上記の構成において、イオン注入装置の動
作について説明する。
【0062】先ず、図1に示すように、イオンビーム1
が走査電極5・5によりX方向に走査された後、イオン
ビーム1の荷電粒子の進行方向が偏向電極7により曲折
され、荷電粒子と中性粒子とが分離されることになる。
そして、分離された荷電粒子からなるイオンビーム1
が、第1多点モニタ8に入射されると共に第2多点モニ
タ15に入射されることになる。
【0063】上記の第1多点モニタ8および第2多点モ
ニタ15は、イオンビーム1の入射により各チャンネル
からビーム電流信号を出力することになり、これらのビ
ーム電流信号は、データロガー16によりサンプリング
されることになる。そして、データロガー16でサンプ
リングされた第1および第2多点モニタ8・15の或る
チャンネルのビーム電流波形からイオンビーム1が通過
した時刻tが検知されることになり、この時刻に任意波
形発生器3が出力した電圧データ値j(t)が求められ
ることになる。
【0064】第1および第2多点モニタ8・15の全て
のチャンネルにおいて、上記の電圧データ値j(t)が
求められることにより、予め判っているモニタ位置X
(i)と併せて図2に示すような一連のデータ点17が
得られることになる。そして、この一連のデータ点17
に適当な内挿や外挿が加えられ、電圧データ値j(t)
とイオンビーム1の位置であるビーム位置との関係曲線
18の関数X(j)が求められることになる。この後、
上記の関数X(j)は、Z=ZF面およびZ=ZB 面で
それぞれ求められることになり、この関数X(j)から
Z面上の任意の点Xにおける走査速度V(x)が求めら
れることになる。
【0065】次いで、ビームスポットが注入量分布の大
きく変動する距離に対して充分に小さな場合には、
(9)式の分布関数D(x)が選択されることになる。
一方、ビームスポットが大きな場合には、(10)式の
分布関数D(x)が選択されることになり、さらに、第
1および第2多点モニタ8・15をビームプロファイル
モニタとして使用する場合には、(10)’式の分布関
数D(x)が選択されることになる。
【0066】次いで、(9)式、(10)式、または
(10)’式の分布関数D(x)からZ=ZT 面および
Z=ZM 面におけるターゲット13上での平均DT とド
ーズモニタ10上での平均DM とが求められた後、(1
6)式から補正係数αが算出されることになる。そし
て、CPU部2は、算出された補正係数αを(5)式に
代入し、ドーズモニタ10で測定したビーム電流量IM
からターゲット13上での注入量を制御することにな
る。
【0067】このように、本実施例のイオン注入装置
は、走査されたイオンビーム1の軌道をイオンビーム1
の軸線上の前後2個所に配置された第1および第2多点
モニタ8・15を用いて求め、ターゲット13上のビー
ム位置および走査速度を求めると共に、第1または第2
多点モニタ8・15の1チャンネル、第1および第2ビ
ームプロファイルモニタ11・14、第1および第2多
点モニタ8・15のそれぞれ1チャンネルを走査方向に
おけるビームスポットの電流分布の測定に用い、(9)
式や(10)式、(10)’式の計算式からターゲット
13上およびドーズモニタ10上の走査方向での注入量
分布を予測し、これらの予測注入量分布を積分して求め
たターゲット13上の予測注入量およびドーズモニタ1
0上の予測注入量の比率を求め、この比率と注入中にド
ーズモニタ10で測定したビーム電流量IM とを基にし
てターゲット13への注入量を制御するようになってい
る。
【0068】従って、このイオン注入装置は、例えばビ
ームスポットの形状や走査速度等の原因により注入均一
性が悪い場合でも、注入量を予測できるため正確な注入
量制御を行うことが可能になっており、ひいては、ドー
ズモニタ10の配設位置の制約を解消することを可能に
している。また、この予測注入量を用いた注入量制御
は、注入量補正専用のモニタを使用した場合よりも、モ
ニタ個別の感度に影響を受けることが少なく、さらに、
第1および第2多点モニタ8・15や第1および第2ビ
ームプロファイルモニタ11・14は、ビーム形状を求
めるために使用するだけであるため、上記の注入量補正
専用のモニタのように高精度である必要もない。
【0069】尚、本実施例のイオン注入装置には、非パ
ラレルスキャン型が用いられているが、これに限定され
ることはなく、パラレルスキャン型が用いられていても
良い。
【0070】
【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、以上のよう
に、走査されたイオンビームが入射されるターゲット
は、異なる位置に配されたドーズモニタと、当該ドーズ
モニタで測定したビーム電流量に基づいて、上記ターゲ
ットへの注入量を制御する制御手段とを有するものであ
り、上記イオンビームの軸線上における前後2個所に配
置された多点モニタを備え、上記ドーズモニタおよびタ
ーゲットは、上記前方の多点モニタと後方の多点モニタ
との間に配されていると共に、上記制御手段は、上記多
点モニタから求められたイオンビームの走査速度と、走
査方向におけるビームスポットの電流分布とで、ターゲ
ット上およびドーズモニタ上の走査方向での注入量分布
を予測し、この注入量分布を積分して求めたターゲット
上の予測注入量とドーズモニタ上の予測注入量との比率
と、ドーズモニタで測定したビーム電流量とを基にして
ターゲットへの注入量を制御する構成である。
【0071】これにより、ターゲット上の予測注入量お
よびドーズモニタ上の予測注入量の比率を基に、ドーズ
モニタでの注入量をターゲットへの注入量に換算して注
入量制御を行うため、例えばビームスポットの形状や走
査速度等の原因により注入均一性が悪い場合でも、高精
度な注入量制御を行うことが可能であるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン注入装置の概略構成を示す説明
図である。
【図2】電圧データ値とビーム位置との関係を示す説明
図である。
【図3】注入量分布の予測と実測値との関係を示す説明
図である。
【図4】ビーム電流波形の説明図である。
【図5】従来例を示すものであり、イオン注入装置の概
略構成を示す説明図である。
【図6】ターゲット上の任意の点Aにイオンビームが照
射される状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 イオンビーム 2 CPU部(制御手段) 3 任意波形発生器 4a・4b 高電圧アンプ 5 走査電極 6 位相反転器 7 偏向電極 8 第1多点モニタ 9 マスクスリット 9a ターゲット用開口部 9b ドーズ用開口部 9c プロファイル用開口部 10 ドーズモニタ 11 第1ビームプロファイルモニタ 12 メカニカルスキャン機構 13 ターゲット 14 第2ビームプロファイルモニタ 15 第2多点モニタ 16 データロガー 17 データ点 18 関係曲線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】走査されたイオンビームが入射されるター
    ゲットとは、異なる位置に配されたドーズモニタと、当
    該ドーズモニタで測定したビーム電流量に基づいて、上
    記ターゲットへの注入量を制御する制御手段とを有する
    イオン注入装置において、 上記イオンビームの軸線上における前後2箇所に配置さ
    れた多点モニタを備え、 上記ドーズモニタおよびターゲットは、上記前方の多点
    モニタと後方の多点モニタとの間に配されていると共
    に、 上記制御手段は、 上記多点モニタから求められたイオン
    ビームの走査速度と、走査方向におけるビームスポット
    の電流分布とで、ターゲット上およびドーズモニタ上の
    走査方向での注入量分布を予測し、この注入量分布を積
    分して求めたターゲット上の予測注入量とドーズモニタ
    上の予測注入量との比率で上記ビーム電流を補正して、
    上記ターゲットへの注入量を制御することを特徴とする
    イオン注入装置。
JP3248806A 1991-09-27 1991-09-27 イオン注入装置 Expired - Fee Related JP2720651B2 (ja)

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