JP3153784B2 - 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】 【０００１】 【発明の属する技術分野】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。 【０００２】 【従来の技術】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。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】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。 【０００４】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。 【０００５】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。 【０００６】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。 【０００７】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。 【０００８】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。 【０００９】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。 【００１０】 【課題を解決するための手段】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)振動の波
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。 【００１１】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。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】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，ひとつの走査速度は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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。Roberts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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】本発明の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。 【００２９】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。 【００３０】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。 【００３１】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。 【００３２】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。 【００３３】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。 【００３４】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。 【００３５】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。 【００３６】 【発明の実施の形態】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14，16の間を通過する。典型的には10
00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および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1
2b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。 【００３７】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20
c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。 【００３８】第１Ａ図は，第１図に図式的に示した磁石
20を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，30a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，30dを有する。 【００３９】非偏向ビーム32の初期軸線34が切頭ポール
ピース端28a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。 【００４０】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24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。 【００４１】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。 【００４２】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4
2，44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。 【００４３】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。 【００４４】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。 【００４５】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25.4mm）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。 【００４６】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，46
b，46c，46d，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49fが設けられている。
加速器用外部電源48が入射電極46f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，50
c，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。 【００４７】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。 【００４８】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，分析用磁石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。 【００４９】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も良
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。 【００５０】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。 【００５１】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（たとえば，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（たとえば，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。 【００５２】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３
Ａ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。 【００５３】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。 【００５４】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。 【００５５】 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。 【００５６】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。 【００５７】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。 【００５８】 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。 【００５９】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。 【００６０】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100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。 【００６１】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10
4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。 【００６２】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。 【００６３】イオンビーム102の各走査に対応して，検
出器106が電流パルスをもたらす。このパルスは，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。 【００６４】第６図の装置90はさらに，並進ドライバ10
8を有し，これがシャフトを通じてターゲット移送手段1
10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がターゲット移送手段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移送手段110を移動させ
るよう動作可能である。ターゲット移送手段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が
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がターゲット移送手段110に接続され，ターゲッ
ト移送手段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，こ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。 【００６５】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がターゲット移送手段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102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。 【００６６】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100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。 【００６７】 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。 【００６８】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。 【００６９】 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。 【００７０】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
たターゲット移送手段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。 【００７１】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。 【００７２】 t'＝td₀v／d v₀ （式６） ただし v ：矢印114の方向に測ったターゲット移送手段110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，ターゲット移送手段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）で定まる反復時間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。 【００７３】 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７
Ａ図で説明したような補償動作の実効の前に，積分され
る。 【００７４】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。 【００７５】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，ターゲット対象物上の全イ
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。 【００７６】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。この蓄積濃度情報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，v₀Ｔ₀に等しい。 【００７７】次に並進ドライバ108がターゲット表面100
を同じ位置y_i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y_i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y_iにき
た時に，補償を続行する。注入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。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。 【００７８】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9
2，96として示している。 【００７９】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。 【００８０】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。 【００８１】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。 【００８２】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1
26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。 【００８３】ターゲット移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
ット移送手段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
ット移送手段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，ターゲット移送手段が，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。 【００８４】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12
4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。 【００８５】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9
2，96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。 【００８６】 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106，124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。 【００８７】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。 【００８８】半導体ウエハの所望の全プロセス濃度，走
査経路にわたってのウエハの並進回数，トリガー時刻Ｔ
0の公称値および走査時間tの公称値t0，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。 【００８９】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。ターゲット移送手段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12
6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
ゲット移送手段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。 【００９０】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。 【００９１】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13
4，136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。 【００９２】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。 【００９３】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152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。 【００９４】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)。 【００９５】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。 【００９６】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。 【００９７】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。 【００９８】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。 【００９９】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。 【０１００】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。 【０１０１】集積回経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，20
0mm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
例におけるイオンビーム幅は，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。 【０１０２】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。

【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。 【図１】第１図は，本発明に従ったイオンビーム走査装
置を図示したものである。第１Ａ図は，本発明に従う第
１図の装置のビーム変更用の扇形磁石の斜視図である。 【図２】第２図は，走査後のイオンビームを容易に加速
するための本発明に従うスロット付き加速電極の斜視図
である。第２Ａ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。 【図３】第３図は，本発明に従うイオンビーム走査装置
を図示したものである。第３Ａ図は，本発明に従う変形
的なイオンビーム走査装置を図示したものである。 【図４】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。 【図５】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
ントを図示したものである。 【図６】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。 【図７】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。 【図８】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
示したものである。 【図９】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。 【図１０】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。

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 コーポレイテッド内 (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 コーポレイテッド内 (56)参考文献 特開 昭57−123639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−116772（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−124936（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 37/147 H01J 37/244 H01L 21/265 603

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．走査イオンビームを生成するための装置であって， 第１の軸線に沿って質量の選択されたイオンビームを生
   成するイオン源(92)と， ターゲット位置においてターゲット経路(98)に沿って走
   査される走査イオンビームを形成するべく，前記イオン
   ビームを偏向するための偏向素子手段(96)と， 前記ターゲット経路に沿った複数の位置で，前記イオン
   ビームの電流を検出するべく前記ターゲット経路に沿っ
   て並進運動する電流検出手段(82)と， 前記偏向素子手段(96)及び前記電流検出手段(82)に接続
   された制御手段(118)であって，前記各位置で，前記タ
   ーゲット経路に沿って，選択されたイオンビーム電流を
   得るべく，前記ターゲット経路にわたって前記イオンビ
   ームの偏向を調節するための制御手段(118)と， から成る装置。 ２．走査イオンビームを生成するための装置であって， 第１の軸線に沿って質量の選択されたイオンビームを生
   成するイオン源(92)と， ターゲット位置においてターゲット経路(98)に沿って走
   査される走査イオンビームを形成するべく，前記イオン
   ビームを偏向するための偏向素子手段(96)と， 前記ターゲット経路に沿った複数の位置で，前記イオン
   ビームの電流を検出するべく前記ターゲット経路に沿っ
   て並進運動する電流検出手段(82)と， 前記偏向素子手段(96)及び前記電流検出手段(82)に接続
   された制御手段(118)であって，前記各位置で，前記タ
   ーゲット経路に沿って，選択されたイオンビーム電流を
   得るべく，前記ターゲット経路にわたって前記イオンビ
   ームの偏向を調節するための制御手段(118)と， 前記ターゲット位置において，前記ターゲット経路(98)
   に対してそれを横切るようにターゲットを移動するため
   の並進ドライバ手段(108)と， から成り， 前記電流検出手段(82)が，前記ターゲット経路(98)の選
   択した端部における，前記イオンビームの電流を検出し
   て，ターゲット経路(98)の端部のイオンビーム電流信号
   を生成し， 前記制御手段(118)が，前記並進ドライバ手段(108)に接
   続され，前記ターゲット経路(98)の端部のイオンビーム
   電流信号に応答する手段であって，前記ターゲットの選
   択されたターゲット経路の各位置に，選択されたイオン
   濃度を与えるべく前記ターゲットの移動を調節するため
   の調節手段を含む， ところの装置。 ３．特許請求の範囲第２項に記載された装置であって， 前記調節手段は，選択されたイオン濃度を得るために，
   イオンビームの走査時間中のターゲットの移動量若しく
   は移動速度または前記ターゲット経路を横切るターゲッ
   トの移動回数のうち少なくとも一つを調節することを特
   徴とする， ところの装置。 ４．走査イオンビームを生成するための装置であって， 第１の軸線に沿って質量の選択されたイオンビームを生
   成するイオン源(92)と， ターゲット位置においてターゲット経路(98)に沿って走
   査し，走査イオンビームを形成するべく，前記イオンビ
   ームを偏向するための偏向素子手段(96)と， 前記ターゲット経路に沿った複数の位置で，前記イオン
   ビームの電流を検出するべく前記ターゲット経路に沿っ
   て並進運動する電流検出手段(82)と， 前記偏向素子手段(96)及び前記電流検出手段(82)に接続
   された制御手段(118)であって，前記位置で，前記ター
   ゲット経路に沿って、選択されたイオンビーム電流を前
   記ターゲット経路にわたって前記イオンビームの偏向を
   調節するための制御手段(118)と， 前記ターゲット位置において，前記ターゲット経路(98)
   に対してそれを横切るようにターゲットを移動するため
   の並進ドライバ手段(108)と， から成り， 前記電流検出手段(82)が，前記ターゲット位置における
   イオンビームの入射電流を検出し，イオンビーム応答信
   号を生成し， 前記制御手段(118)が，前記イオンビーム応答信号及び
   前記ターゲットの相対位置に応答し，前記ターゲットの
   選択したターゲット経路の各位置において，選択された
   イオン濃度を前記ターゲット上に与えるべく，前記ター
   ゲット経路(98)に沿ったイオンビームの走査時間間隔を
   調節するための手段を含む， ところの装置。 ５．イオン注入装置であって， イオンビーム源(92)と， 前記イオンビーム源(92)からのイオンが入射されるター
   ゲット(100)と， 前記ターゲットの表面を横切る偏向経路(98)に沿って，
   比較的速い第１速度でイオンビームを偏向させるための
   走査波形によりイオンビームを走査する走査手段(96)
   と， 前記偏向経路(98)に対して交軸方向へ前記第１速度より
   小さい第２速度で前記ターゲット(100)を移動するため
   の並進ドライブ手段(108)と， 前記偏向経路(98)に沿って前記イオンビームを検出し
   て，そのイオンビーム強度を表わす電流信号を形成する
   べく前記偏向経路に沿って並進運動する電流検出手段(8
   2)と， 前記偏向経路(98)に対する前記ターゲット(100)の位置
   を検出して位置信号を形成する位置感知手段(116)と， 前記電流信号及び前記位置信号に応答して，前記ターゲ
   ットの表面上の位置の関数として，選択されたイオン密
   度を与えるべく，前記イオンビームを制御する制御手段
   (120)と， から成り， 前記制御手段(120)は前記イオンビームを偏向させるべ
   く走査波形を制御する，ところの装置。 ６．特許請求の範囲第５項に記載されたイオン注入装置
   であって， 前記位置信号及び前記制御手段(120)により与えられる
   前記偏向経路(98)に沿った前記イオンビームの，選択し
   た走査回数の各セットにおけるイオン密度を表すイオン
   密度信号がメモリ手段(122)により保存され， 前記ターゲット(100)の表面上の位置の関数として，イ
   オン密度の視覚的な表現が，前記メモリ手段(122)に応
   答するディスプレイ手段(128)により与えられる， ところのイオン注入装置。 ７．イオン注入装置であって， イオンビーム源(92)と， 前記イオンビーム源(92)からのイオンが入射されるター
   ゲット(100)と， 前記ターゲットの表面を横切る偏向経路(98)に沿って，
   比較的速い第１速度でイオンビームを偏向させるための
   走査波形によりイオンビームを走査する走査手段(96)
   と， 前記偏向経路(98)に対して交軸方向へ前記第１速度より
   小さい第２速度で前記ターゲット(100)を移動するため
   の並進ドライブ手段(108)と， 前記偏向経路(98)に沿って前記イオンビームを検出し
   て，そのイオンビーム強度を表わす電流信号を形成する
   べく前記偏向経路に沿って並進運動する電流検出手段(8
   2)と， 前記偏向経路(98)に対する前記ターゲット(100)の位置
   を検出して位置信号を形成する位置感知手段(116)と， 前記電流信号及び前記位置信号に応答して，前記ターゲ
   ットの表面上の位置の関数として，選択されたイオン密
   度を与えるべく，前記イオンビームを制御する制御手段
   (120)と， 走査中に前記ターゲット(100)の表面上の前記偏向経路
   (98)に前記イオンビームが入射し続ける走査時間間隔を
   表す信号を形成する手段(96a)と， から成り， 前記制御手段(120)は，前記電流信号に応答し前記ター
   ゲットの表面に注入された前記イオンビームのイオン密
   度と，予測した所望のイオン密度との間のずれを減少さ
   せるべく前記イオンビームを制御するための手段であっ
   て，前記電流信号及び前記走査の継続時間の信号に応答
   し前記偏向経路(98)に沿った次の走査の時間間隔を変更
   するべく前記走査手段(96)に継続時間制御信号を与え
   る， ところの装置。