JP3934262B2 - 半導体を製造するため使用するイオン注入装置のファラデーカップをモニタする方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体を製造するためのイオン注入装置に関するものであり、より詳しくは、イオン注入装置に配置されたファラデーカップの動作をモニタする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１には従来の半導体を製造するためのイオン注入装置が示される。この装置については、ＵＳＰＡＴ Ｎｏ．４，９８０，５５６に詳しく開示されている。この特許は、本発明の従来の技術として参考することにする。
【０００３】
上述の特許に開示された装置によると、正イオンはホットカソード（ｈｏｔ−ｃａｔｈｏｄｅ）ＰＩＧ（Ｐｅｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｇａｕｇｅ）イオンソース１によって発生される。この正イオンはイオンソースの正の高電圧を印加することによって、ビームとして抜き出される。抜き出された正イオンビームは抜き出し電極システムの直後に設置された電荷交換セル２を通過するときマグネシウム真空（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ）に衝突し、正イオンビームのいくつの正イオンはマグネシウムから２つの電子を取り出し、負イオンビームに変換させる。
【０００４】
電荷交換セル２を通過した後、このビームは９０度分析マグネット３によって電荷の状態及びイオンの質量に従い分析され、必要な負イオンだけがタンデム（ｔａｎｄｅｍ）加速器５に入射される。
【０００５】
タンデム加速器５の低エネルギー加速チューブ６の引き込みアパーチャー部で終えるプリ−Ｑレンズ４によって、質量分析負イオンビームはタンデム加速器端部に提供されたストリッパーカナル（ｓｔｒｉｐｐｅｒ ｃａｎａｌ）７の中心でビームウェストを生成するため集束動作（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ）を受信する。このときにおいて、高正電位で維持されるタンデム端部の方に同時に加速される。
【０００６】
この加速された負イオンビームがストリッパーカナル７を通過するとき、ストリッパーカナル７に導入された窒素ガスに衝突によって軌道電子（ｏｒｂｉｔａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）を失う。
このときにおいて、電荷状態の分布は衝突のエネルギーによって、決定され、多重電荷イオンが高衝突エネルギーで発生する。
【０００７】
従って、獲得された正イオンビームはタンデム加速器端部からの接地電位の方に向け、高エネルギー加速チューブ８を通過するとき再び加速される。
【０００８】
最終エネルギーを有するビームはポスト−Ｑレンズ９によってその他の集束動作を受信して、必要な電荷状態がポスト−分析マグネット（ｐｏｓｔ−ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｍａｒｇｎｅｔ）１０によって選択され、ターゲット（例えば、ウェーハ或いは基板）を備えた工程室（ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｍｂｅｒ）１１に入れ込まれる。
【０００９】
図１に示したイオン注入装置は一般的に２つのファラデーカップ（或いはケイジ（ｃａｇｅ））を有し、その１つはビーム内のビーム電流を光学的にセットアップするため、９０度分析マグネット３とプリ−Ｑレンズ４との間に提供され、その他の１つはビーム電流を収集することによって注入量を測定するため、工程室１１内に提供される。以下、ビーム電流最適化ファラデーカップは“注入ファラデーカップ（ｉｎｊｅｃｔｏｒ Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ）”と称し、注入量測定ファラデーカップは“ディスクファラデーカップ（ｄｉｓｋ Ｆａｒａｄａｙ ｃｕｐ）”と称する。
【００１０】
図２を参照すると、ビーム電流２１はビームがウェーハ２５に入射されないところでラディウス（ｒａｄｉｕｓ）２４でディスク２３に衝突する。ビーム電流２１はスピンディスク２３の後に配置されたディスクファラデーカップ２２によってサンプルされる。ウェーハ２５を貫通するスカンの端部において、イオンビームはイオンビームがそれ以上ウェーハに衝突ラディウス２７であり、スピンディスク２３のアップストリムに配置された注入ファラデーカップ２６によってゲートオフされる。
【００１１】
イオン注入装置の上述した構成において、注入及びディスクファラデーカップが電気的に直列に接続されたため、バイアス電圧がファラデーカップに印加されないと、ファラデーカップは捕獲された電子を抑制できない。というわけで、量のエラーが発生して基板（ウェーハ）故障を誘発する。
【００１２】
又は、従来のイオン注入装置において、バイアス電圧が装置に印加されるとき少なくとも１つのファラデーカップが非正常的動作することをモニタすることが不可能である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はイオン注入装置に配置されたファラデーカップの動作をモニタする方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述のような目的を達成するための本発明の１特徴によるとイオン注入装置は半導体を製造するため提供される。この装置は
装置のすべての機能を制御して、光源制御信号を発生する制御器と、
ビーム電流を光学的にセットアップするため、バイアス電圧を受信するため使用された第１バイアスリングを有し、バイアス電圧にしたがって第１ファラデ−カップに入射されたビームを抑制する第１ファラデ−と、ビーム電流を収集することによって注入量を測定するため、バイアス電圧によって第２ファラデーカップに入射されたビームを抑制するように第１バイアスリングと直列に電気的に連結された第２バイアスリングを有する第２ファラデーカップと、光源制御信号を電力制御信号に変換するインターフェイスと第１ファラデーカップに供給される前記電力制御信号に応じてバイアス電圧を発生するファラデーバイアスと、電流が第２バイアスリングを通じて流れ、インターフェイスを通じて、制御器に供給されるインターロック信号を発生するか否かを検出するため、第２バイアスリングに連結されたループバックデバイスと、インターロック信号に応じて警報デバイスを駆動する駆動回路とを含み、装置の注入動作がインターロック信号の発生の時停止される。
【００１５】
上述のような目的を達成するための本発明の１特徴によると、ビーム電流を収集することによって注入量を測定するファラデーカップと、バイアス電圧によってファラデーカップに入射されたビームを抑制するためのバイアスリングと、装置のすべての機能を制御して、光源制御信号を発生する制御器と、光源制御信号を電力制御信号に変換するインターフェイスと、ファラデーカップに供給される電力制御信号に応じて前記バイアス電圧を発生するファラデーバイアスと、バイアスリングに連結されたループバックデバイスとを含む半導体を製造するためのイオン注入装置に位置されたファラデーカップをモニタする方法が提供される。この方法はバイアス電圧をバイアスリングに提供する段階と、電流がバイアスリングを通じて流れるか否かを検出する段階と、電流がバイアスリングを通じて流れないと、インターフェイスを通じて制御器に供給されるインターロック信号を発生する段階と、制御器によってインターロック信号に応じて装置の注入動作を停止することと共に警報デバイスを駆動する段階とを含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図３は、イオン注入装置の構成を図示した図面である。
【００１７】
図３を参照すると、ディスク及び注入ファラデーカップ２２Ａ及び２６Ａは、互いに直列に電気的に接続される。ファラデーカップ２２Ａ及び２６Ａは、各々これの前に配置されたバイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂを有する。バイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂは、ファラデーバイアス５０から供給された負バイアスによってファラデーカップ２２Ａ及び２６Ａ内に導入された電子を抑制するため各々提供される。特に、ディスクファラデーカップ２２Ａ前に配置されたバイアスリング２２Ｂは、例えば数百ボルトの負バイアスを受信して、スピニングディスクを打つイオンビームから発生された２次電子放出を抑制して、電子を収集することによって、ビーム電流を測定することによって提供される。このような電子がディスクファラデーカップ２２Ａから放出されることによって、工程室の壁で損失される場合、注入量のエラーが発生する。
【００１８】
ファラデーバイアス５０は、バイアスリング２６Ｂ及び２２Ｂに数百ボルトの負バイアスを供給するため電源供給器（未図示）を含む。電源供給器は相互動作して制御器３０からインターフェイス４０を経由して電源制御信号に応じて動作されることができる。この制御器３０は、イオン注入装置の全般的な制御を行うことによって提供される。イオン注入装置において、バイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂが直列に電気的に接続されるため、バイアス電圧がバイアスリングに印加されない場合、ファラデーカップ２２Ａ及び２６Ａは、捕獲された電子が抑制できる。これは注入量のエラー、例えば基板、又はウェーハーに過注入、又は注入不足を発生させる。
【００１９】
１例として、制御器３０からの電源制御信号がファラデーバイアス５０にインターフェイス４０を通して供給されても、ファラデーバイアスの電源供給器がターンオフされる場合、バイアス電圧はバイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂに印加されない。又バイアスリングの間の電気的接続が開放回路である場合、又はファラデーバイアス５０とバイアスリング２６Ｂのと間の電気的接続が閉鎖回路である場合、上述の注入量エラーが発生する。又注入量エラーは、基板（又はウェーハ）故障を誘発する。
【００２０】
その上に、従来のイオン注入装置において、ファラデーカップ２２Ａ及び２６Ａのうち、少なくとも１つがバイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂに対するバイアス電圧が印加されないことによって非正常的に動作することをモニタすることは不可能である。
【００２１】
図４は、本発明によるイオン注入装置の構成を図示した図面として、図２の構成と類似である。
【００２２】
図４を参照すると、バイアスリングを通して流れる電流を検出する場合に使用されるが、電流が流れなったり、過電流が流れる時インターロック信号を発生するため、ファラデーバイアス５０からバイアス電圧が印加されるイオン注入装置内に配置されたファラデーカップをモニタする方法が開示されている。装置のイオン注入動作の中、インターロック信号が発生されると、イオン注入動作は停止され、同時に警報デバイス、例えばブザー、又はランプが作動される。
【００２３】
図４には、図面を簡略にするため、図２の構成と同一の必須構成を図示し、図２と同一或いは類似な参考番号を付ける。ファラデーバイアス５０は、数百ボルトの負バイアスを電源制御信号に応じて注入及びディスクバイアスリング２２Ｂ及び２６Ｂに供給する。この信号は制御器３０からの光源制御信号を電力電源制御信号に変換されるインターフェイス４０から供給される。ファラデーバイアス５０はインターフェイス４０に電力電源制御信号に応じて相互動作されることができる電源供給器を有する。制御器３０は、イオン注入装置の全般的な制御を行うため提供される。ファラデーバイアス５０からのバイアス５０は、バイアスリング２２Ｂにバイアスリング２６Ｂを通して印加される。
【００２４】
バイアスリングを通して流れる電流信号は、ループバックデバイス６０に供給される。このループバックデバイス６０はバイアス電圧がバイアスリング２６Ｂに印加されない時、インターロック信号を発生してバイアスリング２６Ｂに印加されるが、バイアスリング２２Ｂには印加されない。インターロック信号は、制御器３０にインターフェイス４０を通して供給される。その次、装置のイオン注入動作は、インターロック信号の発生時、制御器３０によって停止される。制御器３０が装置の機能を全般的に制御するため、装置の注入動作を停止させる電気的な接続だけではなくその説明も省略する。インターロック信号は、警報デバイス８０がターンオンされるように駆動器回路７０にも供給される。上述のように、注入ファラデーカップ２６Ａは、ビーム電流を最適化し、ディスクファラデーカップ２２Ａは捕獲されたビーム電流を測定する。
【００２５】
この実施形態において、ループバックデバイス６０は、抵抗電流メータ及び制御プログラムが内蔵されたマイクロコンピュータを含む。この制御プログラムは電流量を計算し、電流量が特定範囲以外であるか否かを判定し、範囲以外である場合、インターロック信号を発生する。
【００２６】
ループバックデバイス６０がバイアスリング２２Ｂと駆動器回路７０との間に接続された一定の抵抗を有する抵抗器、又はインターフェイス４０で構成される場合において、バイアス電圧がバイアスリング２６Ｂに印加されない時、バイアスリング２６Ｂに印加されるがバイアスリング２２Ｂに印加されない時、電流はループバックデバイス６０の抵抗器を通して流れない。この時、低レベルのインターロック信号はインターフェイス４０を通して制御器３０に供給されることと同時に駆動器回路７０に供給される。
【００２７】
又、ループバックデバイス６０が電流メータ及びマイクロコンピュータで構成された場合に、電流メータはバイアスリング２２Ｂを通して流れる電流量を検出し、マイクロコンピュータは電流量を表示する電気信号を受信して検出された電流が正常範囲以外である場合、マイクロコンピュータは低レベルのインターロック信号を発生する。検出された電流が正常範囲の最小値以下、又は最大値以上の場合、マイクロコンピュータは注入量エラー、即ちウェーハの過注入、又は注入不足を防止するためインターロック信号を発生させる。
【００２８】
一方、駆動器回路７０において、低レベルのインターロック信号がＮＰＮトランジスターＱ１のベースに抵抗器Ｒ１を通して印加される時、トランジスターＱ１はターンオフされる。この次、トランジスターＱ１のエミタに接続されたスイッチリレー７２は、スイッチされることによって、電源電圧Ｖｃｃが警報デバイス８０に印加される。結果的に、警報器８０はターンオンされる。
【００２９】
この実施形態において、電流信号がバイアスリングバイアスを通して流れるか否かを検出することによって、注入量をモニタし、ファラデーカップの非正常動作を表示／警報できることによって、ウェーハの注入量エラーがイオン注入装置の注入動作の停止によって防止されることができる。
【００３０】
この装置をモニタリングする方法はバイアス電圧をバイアスリングに提供して電流が注入器及びディスクバイアスリングを通して流れるか否かを検出し、流れない場合、制御器にインターフェイスを通して供給されるインターロック信号を発生させ、制御器によってインターロック信号に応じて装置の注入動作を停止させることと共に警報デバイスを駆動する。
【００３１】
イオン注入装置において、２つのファラデーカップを有することで図示しても、本方法は信号ファラデーカップ、例えば注入量測定ファラデーカップを有する装置に応用することができる。
【００３２】
付随的に、ループバックデバイス６０は表示デバイス、例えば電流がバイアスリングを通して流れない時、ターンオンされる発光ダイオードＬＥＤを付加的に含む。インターロック信号が発生される時、装置の注入動作は停止され、ＬＥＤデバイスがターンオンされる。同時に駆動器回路７０はブザー、又はランプのような警報デバイスをインターロック信号に応じて駆動する。
【００３３】
【発明の効果】
上述のように、本発明によると、ループバックデバイスは、バイアス電圧がビーム電流最適化デバイスに対するバイアスリングに印加されない場合、又はビーム電流最適化ファラデーカップに対するバイアスリングに印加されるが、注入量測定ファラデーカップに対するバイアスリングに印加されない場合を検出して警報デバイス駆動するためインターロック信号を発生することと共に装置の注入動作を停止する。本発明において、注入量がモニタできるため注入量エラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のイオン注入装置の構成を概略的に図示した図面である。
【図２】図１に図示したスピニングディスク及びファラデーカップの組合わせを概略的に図示した図面である。
【図３】従来の技術による実際の信号処理方法を図示した回路図である。
【図４】本発明による実際の信号処理方法を図示した回路図である。
【符号の説明】
１：ＰＩＧイオンソース
２：電荷交換セル
３：９０度分析マグネット
４：プリ−Ｑレンズ
５：タンデム加速器
６、８：低エネルギー加速チューブ
７：ストリッパーカナル
９：ポスト−Ｑレンズ
１０：ポスト−分析マグネット
１１：工程室
２２：ディスクファラデーカップ
２６：注入ファラデーカップ
３０：制御器
４０：インターフェイス
５０：ファラデーバイアス
６０：ループバックデバイス
８０：警報デバイス

Claims (4)

1. 基板にイオンを注入するためのイオン注入装置において、
   制御信号を発生して、前記装置のすべての機能を制御する制御器と、
   第１バイアスリングを有する第１ファラデーカップと、
   前記第１バイアスリングと直列に電気的に連結された第２バイアスリングを有する第２ファラデーカップと、
   前記制御信号に応じて第１バイアスリングにバイアス電圧を発生するファラデーバイアスと、
   前記第２バイアスリングに連結されたループバックデバイスと、を有し、
   前記ループバックデバイスは、第２バイアスリングからの電圧が適正な範囲であるか否かを検出して、必要な場合に、インターロック信号を前記制御器に発生させ、
   前記制御器は、前記インターロック信号に応じて、装置の注入動作を停止することを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記ループバックデバイスが前記第２バイアスリングと前記駆動回路との間に連結された抵抗器であることを特徴とする請求項１に記載イオン注入装置。
3. 前記ループバックデバイスが前記第２バイアスリングを通じて流れる電流を検出するための電流メータと、前記検出された電流のレベルを判定して前記検出された電流のレベルによって前記インターロック信号を発生するマイクロコンピュータとを含むことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
4. 制御信号を発生して、前記装置のすべての機能を制御する制御器と、
   前記第１バイアスリングを有する第１ファラデーカップと、
   前記第１バイアスリングと直列に電気的に連結された第２バイアスリングを有する第２ファラデーカップと、
   制御信号に応じて第１バイアスリングにバイアス電圧を発生するファラデーバイアスと、
   前記第２バイアスリングに連結されたループバックデバイスと、を有する、基板にイオンを注入するためのイオン注入装置に配置されたファラデーカップをモニタする方法において、
   前記バイアス電圧を前記第１バイアスリングに提供する段階と、
   電流が前記第１バイアスリングを通じて流れるか否かを検出する段階と、
   電流が前記第１バイアスリングを通じて流れないとき、前記ループバックデバイスは、前記制御器に供給されるインターロック信号を発生する段階と、
   前記制御器によって前記インターロック信号に応じて装置の注入動作を停止することと共に警報デバイスを駆動する段階とを含むことを特徴とするモニタ方法。

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