JP3960652B2 - イオン打ち込み装置の走査効率改善装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲット基板にイオンを打ち込むためのイオン打ち込み装置に関し、より詳細には、イオン打ち込み中に、イオンビーム及びターゲット基板の少なくとも一方が、その他方に対して相対的に走査されるイオン打ち込み装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン打ち込み装置は、半導体製品又は金属製品の製造に一般的に使用され、半導体基板又は金属基板にイオンを打ち込むことにより、所定の領域におけるかかる材料の導電率が変化するようになる。イオン打ち込み装置は、イオンビームを発生させるイオンビーム発生部と、イオンビーム中の特定のイオン種を選別する質量分析部と、イオンビームをターゲット基板上に向ける手段とを備えているのが一般的である。イオンビームの断面積は、ビームラインの形態、イオンビームに適用される集束角、ビームラインに沿ったガスの圧力、イオンビームのエネルギ及びイオンの質量のような因子に依存する。ターゲット基板におけるイオンビームの断面積は基板の表面積よりも小さく、ビームが基板全体に及ぶよう、１次元又は２次元走査で基板全体にわたってビームが通ることが必要とされることが多い。イオン打ち込みに一般的に使用される３つの２次元走査技術として、(i)静止した基板に対し、イオンビームを静電的及び／又は磁気的に偏向させること、(ii)静止したイオンビームに対してターゲット基板を機械的に走査させること、(iii)一の方向にイオンビームを静電的又は磁気的に偏向させ、一般的には一の方向に直交した他の方向にターゲット基板を機械的に走査させることを含むハイブリッド技術がある。
【０００３】
半導体ウェハの製造における重要な目的は、処理時間を最小にし且つウェハのスループットを最大にすることである。イオン打ち込み処理における一般的な目的は、選別されたイオン種が正確なイオンのドーズ量でもってウェハに打ち込まれること、及び、ウェハ中のドーズ量が一様になることを確実にすることである。現在、半導体産業では、約１％又はそれより優れたドーズ量均一性が要求されているのが一般的である。
【０００４】
走査によって、１つのウェハを処理するのにかかる合計時間のかなりの割合が費やされているのが一般的であり、したがって、走査処理中にイオンビームを効率的に使用することを確実にすることが重要である。このため、走査効率を改善するための多くの技術が提案されている。
【０００５】
ロバートソン(Robertson)等による米国特許４,４２１,９８８号には、互いに直交した２対の電極を用いて静電的にビームを偏向させることにより、静止した単一のウェハの表面中をイオンビームを２次元で走査するための装置が開示されている。垂直方向すなわちｙ方向の走査の任意の位置から、水平方向すなわちｘ方向の走査における走査の長さが、ウェハの寸法に実質的に一致するよう制御されて、イオンビームがウェハの縁部をオーバ走査(overscan)する数量を最小にしている。ｘ方向の走査は、周波数が走査の長さによって決定される三角波形を有する電圧を電極に印加することにより作り出される。ｙ方向の走査は階段状に徐々に進行し、各ｘ方向の走査の終わりには初期化され、ビームがウェハを通って一連のパラレル走査をするようになる。走査パターンは、三角波形の周波数を制御するＲＯＭに記憶されている。ＲＯＭは、種々のウェハの大きさに適した多くの走査パターンをもってプログラムされうるようになっている。
【０００６】
ミロン(Miron)による米国特許４,７３６,１０７号及び米国特許４,７６１,５５９号には、イオンビームがｘ方向及びｙ方向に、同時に同じ速さで静電的に走査され、４５゜に配向した走査線を作り出すイオン打ち込み装置用のイオンビーム走査装置が開示されている。走査パターンは、米国特許４,４２１,９８８号に開示されたものと同様であり、ウェハの大きさに応じた所定の走査パターンが、書き換え可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）に記憶されている。走査電極制御電圧(scanning electrode control voltages)をＣＲＴについての水平方向の掃引に適用し、ウェハに当たるイオンビームの電流を測定するファラデーカップセンサからの信号を垂直方向の掃引に適用することにより、イオンビーム電流はビーム位置の関数としてモニタされる。走査電極からウェハまでイオンビームが飛行する時間を許容するために、遅れが走査電極からの信号に導入される。ＣＲＴディスプレイにより、操作者がイオンビームを集束して調整し、また、走査の長さを調整してオーバ走査の数量を最小にするようにしている。
【０００７】
さらに、バッカー(Bakker)による米国特許４,２６０,８９７号には、単一のウェハの全表面にわたってイオンビームを静電的に偏向させることを含んでいるイオン打ち込み装置用の走査装置が記載されており、この場合、上記参考文献に開示されるように、走査パターンにより、互いに一定の距離だけ離れた一連のパラレル走査線が描かれる。円形状のウェハの縁部を越えてイオンビームが走査する数量を制御するために、ウェハの縁部に近接して電気伝導性の弓状の帯状体が２つ配置されてビーム電流を検知している。イオンビームが弓状の帯状体の１つに衝突したときは、電圧パルスが発生してセットリセットフリップフロップに送られて状態が変化し、ｙ方向の走査の増加又は減少が生じ、また、ｘ方向の走査の向きも反転するようになる。同様に、直径方向に対向したセンサが、ウェハの最上縁部及び最下縁部に近接して配置され、さらに、ビーム電流を検出してｙ方向の走査の向きを制御している。
【０００８】
トキグチ(Tokiguchi)等による米国特許４,６３３,１３８号とベリアン(Berrian)等による米国特許４,７６１,５５９号とには、ハイブリッド型の走査装置が開示されており、この場合、イオンビームが磁気的な偏向によりウェハを水平方向に通って走査され、また、ウェハは機械的に走査されて垂直方向にイオンビームが通っている。前者の参考文献では、機械的な走査装置は、複数のウェハが載置され、直線に沿ってイオンビーム内に連続的に導入される支持体を備えている。イオンビームの位置における円形状のウェハの幅は、ウェハの側部に配置されたＬＥＤやフォトダイオードのアレイを使用して、対応する垂直方向の位置の直上のウェハの幅をモニタすることによりモニタされる。機械的走査における任意の垂直方向の位置では、ビームの掃引の幅が制御されて、上記光検出器によって発生した信号を読み取る信号変換器により、ウェハとほぼ同一の幅になる。機械的な走査装置は、ウェハの検出された幅に反比例して支持体の速度を変える支持体速度コントローラを備えている。
【０００９】
後者の参考文献では、単一のウェハが垂直方向に機械的に走査され、水平方向には磁気的に走査されている走査装置が記載されている。ウェハを支持し支持体の一縁部に近接して、ファラデー検出器が配置されてイオンドーズ量をモニタし、ウェハ中で均一なドーズ量を得るよう、機械的な走査速度を制御するために使用されている。水平方向の高速走査では、ターゲットウェハの縁部に近接したドーズ量の正確さが確保されるために、おおよそビーム直径の半分の距離だけ、イオンビームがターゲットウェハの縁部を越えて走査される。イオンビームは、水平方向の走査回数よりも少ない頻度でもってファラデー検出器までオーバ走査されて、イオン打ち込み中にドーズ量をモニタする際、ビーム利用効率の減少を緩和するようにしている。機械的な走査により方向が反転するときの加速及び減速中の打ち込みにより、機械的な走査において、走査効率は増加してオーバ走査が減じられる。これは、垂直方向の走査におけるウェハの位置に対して、水平方向の走査速度を変えることにより達成される。
【００１０】
ヒロカワ(Hirokawa)等による米国特許６８６,９９５号には、ウェハ基板が機械的に２次元で走査されて静止したイオンビームが通る走査装置が開示されている。走査装置には、複数のターゲットウェハが周縁部に近接して載置される円板が備えられて高速で回転して、ウェハが連続的に且つ繰り返して走査され、弓状の走査経路方向にしたがってイオンビームが通るようになっている。円板は支持アセンブリに取り付けられて垂直方向に動いて、ウェハが径方向にゆっくりと走査されるようになっている。ウェハ間の円板の領域は取り除かれ、円板の下流に設置されたファラデーカップによりイオンビームが検出されるようにしている。ビームのドーズ量は、イオン打ち込み中にファラデー検出器によりモニタされ、垂直方向のスピードはビーム電流に応じて変わって、ウェハを横切るイオンのドーズ量の均一性が確保される。
【００１１】
アームストロング(Armstrong)等による米国特許４,６７２,２１０号には、回転円板を含む機械的な走査装置が開示されており、この場合、断面が長方形のイオンビームが、オーバ走査を減じると同時に縞を付ける(striping)のを回避するため、径方向の走査方向に対して斜めに向いている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、走査効率が改善された走査装置を提供することである。
【００１３】
本発明によれば、イオンを基板に打ち込むためのイオン打ち込み装置が提供され、イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部と、ビームイオンでもって打ち込まれる一以上の基板を支持するための支持手段と、基板の少なくとも１つとイオンビームとを相関的に走査させ、所定の経路にしたがってビームが基板を通るようにする走査手段とを備えている。モニタリング手段が、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさが変化するのを、イオンビームが基板に入射する走査の位置からイオンビームの一部もが基板に入射しない位置まで、イオンビームが基板の縁部を通っているときに、モニタするように配置されている。本発明は、モニタリング手段にしたがい、イオンビームが基板の縁部を横切って通るとき、基板に入射する断面積の大きさがゼロに達する時点を検出するための検出器と、かかる時点を検出する検出手段にしたがい、イオン打ち込み装置の後続の操作を行うための操作手段とを備えている。
【００１４】
好適な実施形態では、モニタリング手段は、ファラデーカップのようなイオンビームをモニタリングする手段を備えている。
【００１５】
操作手段は、走査方向の変化を制御するためのコントローラを備えてもよい。代わりに、又は上記に加えて、操作手段が、ビーム電流又はドーズ量のような測定されたイオンビームのパラメータを、電気的な記憶装置に記憶するための処理装置を備えてもよい。
【００１６】
したがって、本発明の一態様では走査装置が提供され、この場合、イオンビームが基板の縁部を通って、イオンビームがターゲット基板から正に離れる時点に信号が発生し、その結果、走査の反転のようなイオン打ち込み装置のさらなる処理が開始されるようになる。都合のよいことに、この装置は、イオンビームが正に十分にウェハから離れる実際の時点を、従来技術の装置で必要とされるようなビームの幅、ウェハの寸法又はウェハの位置について仮定する必要なく、正確に決定するようにすることができる。したがって、この装置を用いて、基板縁部におけるイオンドーズ量の正確さが確保され、さもなければ、イオンドーズ量は、ウェハの寸法若しくは位置又はビームの幅についての不正確な仮定に由来するようになる。また、イオンビームがウェハから離れる時間を最小にし、ビームの利用効率を実質的に増すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して述べることとする。
【００１８】
図１を参照すると、全体に符号１と付したイオン打ち込み装置が、イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部３、打ち込み用の特定のイオン種を選別するための質量分析部５（例えば、磁石）、及び、不要なイオン種を取り除く空間フィルタとイオンビームを集束させる手段とイオンビームのエネルギを制御する手段とを含むイオンビームコントローラ７を備えている。図１及び図３を参照すると、イオン打ち込み装置１には、ターゲット基板支持アセンブリ９が含まれ、複数のターゲット基板１４、例えば半導体ウェハを支持するようになっている。支持アセンブリ９には回転ホィール１１が備えられ、複数の基板支持体１３が、各アーム部すなわちスポーク部１７によって、中央ハブ部１５から径方向に間隔を置いて配置され且つ中央ハブ部１５に接続されている。スポーク型ホィール(spoked wheel)１１は、回転可能に走査アーム１９の一端部に取り付けられ、重心軸２１の周りで自由に回転することができる。走査アーム１９はほぼ直立し、その他端部が走査駆動アセンブリ２３に回転可能に取り付けられ、走査アームが軸２５の周りで回転するようになっている。
【００１９】
ファラデーカップ(faraday cup)又はファラデー容器(faraday bucket)２７が、回転ホィールの下流側に配置され、スポークホィール１１を越えて通る全てのイオンビームを受容するようになっている。ビーム電流モニタ２９がファラデーカップに接続されて、ビーム電流をモニタし、出力時にビーム電流振幅を指示する信号を発生するようになっている。走査コントローラ３１がビーム電流モニタ２９の信号を受容し、以下より詳細に述べるように、走査駆動部２３を制御している。
【００２０】
イオン打ち込み中は、ホィールを、例えば１２００ｒｐｍのような比較的高速で回転させ、各ウェハを弓状の走査経路３３に沿って連続的に且つ繰り返してイオンビームに導入する。同時に、走査アーム１９を走査駆動部２３によって駆動軸２５の周りで回転させ、中心が軸２５である弧３５に沿ってホィール１１を駆動してターゲット基板１４を走査し、径方向３７にイオンビームが通るようにしている。１回の打ち込み中、ウェハが端から端まで走査されてビームが径方向３７に１０〜２００回又はそれ以上通るようにしている。打ち込みの終わりには、処理されたウェハをホィールから取り除き、新しいウェハをつぎの打ち込み処理のために供給する。
【００２１】
イオン打ち込み中には、打ち込み累積ドーズ量をモニタし、打ち込み処理中に適切な測定をして、イオンが正確な最終ドーズ量まで打ち込まれるのが確保されることが重要である。累積ドーズ量は、各外向き走査の終わりに（すなわち、ホィール１１が動いてビームから外れている）、ホィール１１及び基板１４がビームラインから完全に離れてからファラデーカップによって集められた全ビーム電流を測定することによってモニタすることができる。従来から、走査アームがいったん初期の走査位置に戻るとすぐに全ビーム電流が測定されて、この場合、ビームが考えられる最大の幅になっていても、ホィールがビームラインから十分に離れていることが確信をもって言われている。この方法では、ビーム電流を測定する前に、ホィールがビームから十分に離れてドーズ量が正確に測定されるのが確保され、ビームエネルギ、ビームラインのガス圧力、ビーム中の特定のイオン種及び集束角のような因子に依存するビームの幅を測定する困難性が無視されるようになる。光学的又は他の位置検出器が、初期の走査位置に走査アームが戻って走査駆動を止めるときを検出するために用いられる。このとき、ビーム電流を測定し、同時に、走査アームが初期の走査位置で静止してつぎの内向き走査が始まる前にビーム電流又は累積ドーズ量を記録する。
【００２２】
さらに、図１及び図３に示される機械的な走査装置では、ウェハ基板の全幅にわたって、径方向の走査速度を正確に維持することが重要である。走査の方向を逆にするとき、ホィール及び走査アームの慣性により、有限の時間間隔(a finite interval of time)が必要とされる。したがって、走査の方向を逆にする前にホィールがイオンビームから完全に離れていることが確保されているのが重要である。もし、走査が予定よりとても早く反転した場合、すなわち、イオンビームがウェハの縁部にまだ当たっている場合、アームが減速するにつれて径方向の走査速度が正しい走査速度以下にまでに減じられ、ウェハの後ろ部分が本来より多くの時間をイオンビームに費やし、より多くのドーズ量を受容する。また、ビーム縁部の正確な位置を知るのは困難であるので、あらかじめ、考えられるビームの最大の幅だけ、ホィールがイオンビームから完全に離れているのが確信をもって言われている極限位置まで、ホィールを移動させる。しかしながら、上述したように、ビームの幅は、多くの異なるパラメータに依存し、基本的には１mm〜10cmまで変化することができる。したがって、最大値以外の全てのビーム幅の値について、各走査の終わりにはウェハが必要以上に多くの時間を費やしてビームから外れるようになる。本発明の一態様は、イオンビームの有効に使用するために走査の反転時間を減じていることに関する。
【００２３】
本発明の一態様においては、イオンビームが基板縁部を横切って通るとき、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタするためのモニタと、モニタにしたがい、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさがゼロに達する時点、すなわち、ウェハがビームとの当たりを正にさける時点又はその逆の時点を検出するための検出器とが使用されている。したがって、このような時点を検出器が検出することを用いて、イオン打ち込み装置のその後の操作が開始され、特に都合の良いことには、例えば、走査の反転が開始され、又は、ドーズ量測定やビーム安定性測定のためのビーム電流測定のようなイオンビームのパラメータの記録が開始される。
【００２４】
本発明の他の一態様では、検出器が配置されて基板に入射するビームの断面積の大きさが最大値に達した時点を検出するようになっており、かかる状況では、イオンビームが基板の縁部に入射して基板の縁部にある時点の指示が与えられる。モニタはビーム電流を測定するための手段を備えているのが好適である。モニタは、基板に入射しないビームの電流を測定するように配置され、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタする主とした機能を果たしているだけでなく、ビーム電流を直接測定してドーズ量の計測・計算をするようになっているのが都合がよい。或いは、モニタが基板に入射するビームの電流をモニタするために配置されてもよい。他の実施形態では、モニタがイオンビームの存在に感応する手段、及び、イオンビーム断面積の変化に感応する手段を備えてもよい。
【００２５】
図２には、イオンビームがターゲット基板から十分に且つ正に離れた時点を検出するための装置の実施形態が示されている。この装置には、ビームが基板の縁部を横切って通るとき、ターゲット基板に入射するビームの断面積の大きさが変化するのをモニタするモニタ２９が備えられている。このようなモニタは２９は、例えば、イオンビームを測定するために配置されてもよく、ターゲット基板に入射するイオンビーム又はターゲット基板に入射しないイオンビームを測定するために配置されてもよい。モニタ２９は、検知されたビーム電流の大きさ示す出力信号を発生することができる。検出器３９はモニタ２９の出力部と結合し、ビームが基板の縁部を横切って通るときに、基板に入射するイオンビームの断面積がゼロに達する時点が検出されるようになっている。モニタ２９は、ターゲット基板に入射しないビームの電流をモニタするために配置されている場合、基板に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達する時点が、モニタされたビーム電流が最大値に達することを意味している。したがって、検出器は、モニタされたビーム電流が最大値に達する時点を検出するように配置されている。
【００２６】
或いは、モニタ２９がターゲット基板に入射するビームの電流をモニタするために配置されている場合、基板に入射するビームの電流の大きさがゼロに達するならば、その時点は、モニタされたビーム電流がゼロ又は最小値に達していることを意味している。この場合、検出器３９は、モニタされたビーム電流が上述の値に達した時点を検出するように配置されている。
【００２７】
ターゲット基板に入射するビームの電流がゼロに達する時点を検出すると、検出器３９は、イオン打ち込み装置のその後の処理を制御したり又は開始したりすることができる出力信号を発生させる。図２に示される詳細な実施形態では、コントローラ４１が検出器３９の出力部に接続され、ビーム電流やビーム安定性のような種々のイオンパラメータの記録と走査とを制御している。したがって、走査駆動部４３及びレコーダ４５が動作可能にコントローラ４１に結合している。レコーダ４５は一以上の検出器４７からの測定値を受け取り、イオン打ち込み装置におけるパラメータを測定するようになっている。
【００２８】
図２に示された装置で具体化された原理は、走査を用いるあらゆるイオン打ち込み装置に適用され、それには、静止した又は動いているターゲット基板に対して、イオンビームを偏向することにより走査するイオン打ち込み装置、又は、静止したイオンビームに対して基板を走査するものが含まれている。
【００２９】
再び図２を参照すると、その装置は、モニタ２９からの出力信号をゲートで制御するゲート手段４９を任意に備え、検出器３９がモニタ２９からの信号出力をより小さい連続ベース(continuous basis)で受け取るようにしている。ゲートの周波数は、イオン打ち込み装置の他のパラメータが制御してもよい。
【００３０】
一の実施形態では、ゲート手段４９は、参照位置に対してターゲット基板の位置を検知するための位置検出器５１と、位置検出器５１からの出力信号にしたがって、モニタ２９の出力をサンプリングするサンプリング回路５３とを備え、ターゲット基板が所定の位置にあるか又は所定の位置に達したかが示されるようになっている。都合の良いことに、本実施形態は、ターゲット基板が機械的に走査されてイオンビームが通るイオン打ち込み装置に組み込まれてもよく、詳細には、ターゲット基板が機械的に走査されて、イオンビームが比較的高速で第１の所定の経路に沿って通り、且つ、比較的低速で第２の所定の経路に沿って通るイオン打ち込み装置、例えば、図１に示される、径方向に走査される回転ホィール又は円板の装置に組み込まれてもよい。図２の装置が使用される上述のようなイオン打ち込み装置に使用される方法を、図３〜図１５を参照して、以下述べる。
【００３１】
詳細な実施形態において、走査装置には重心軸２１の周りで比較的高速で回転するホィールが備えられ、比較的低速で弧を通ってホィールを並進運動させる走査アーム１９に取り付けられている。円形状の複数の半導体ウェハ１４がホィール１１の周囲に取り付けられ、ホィールの回転のときにイオンビームに連続的且つ繰り返して導入される。同時に、半導体ウェハ１４は、弧に沿って端から端まで ホィール１１を動かす走査アーム１９によって径方向に走査されてイオンビームが通っている。
【００３２】
打ち込み処理の始まりには、走査アーム１９をホィール１１が十分にイオンビーム４から離れた位置にし、ホィール１１を加速して、例えば、所要の打ち込みドーズ量に応じて選択された正しい回転速度に達するようにする。つぎに、走査アーム１９を加速して、ウェハ１４の外側縁部１６にイオンビームを正に打ち込むときに必要とされる内向き径方向の初期走査速度までにする。ウェハ中で一様な打ち込みドーズ量が得られるよう、イオンビームとホィール１１の回転軸２１との間の距離の逆数(inverse distance)に比例する因子により、径方向の走査速度が増加し、イオンビームが通る任意の径方向の走査のイオンドーズ量が、その径方向の走査におけるホィールの位置に無関係となければならない。
【００３３】
ウェハ１４を完全に通過させてイオンビーム４が他側まで通った後は、走査アーム１９を減速して方向を逆にし、そして、走査アーム１９を加速して、ウェハ１４の内側縁部１８に衝突するイオンビームに適した外向き径方向の初期走査速度までにする。打ち込みドーズ量がウェハ１４中で一様になるように変化する速度で、すなわち減速する速度でウェハ１４を走査して、その内側縁部１４から外側縁部１６まで再び完全にビームを通す。ホィール１１がイオンビーム４から全く離れた後は、径方向の走査においてホィール１１を減速して方向を逆にし、そして、ホィール１１を再び加速して、正しい内向きの径方向初期走査速度にし、ビーム４が通る３回目の通過を行う。所望の打ち込みドーズ量に達するまで、径方向の走査を上述したように端から端まで行う。
【００３４】
図３及び図４を参照すると、ウェハ１４の下流側にファラデー容器２７が配置され、ターゲットウェハ１４によって遮断されない全ビームの電流を集めるようにしている。
【００３５】
図３〜図６には、ホィール１１がイオンビーム４との当たりをさける前に、図２の装置を使用して全ビーム電流を測定して記録する方法の一例が示されている。図３及び図４には、イオンビーム４が隣り合う２つのウェハ基板Ａ，Ｂ間の中間位置の付近にある回転走査中のホィールの位置が示されている。回転走査中でのホィールは、ウェハ基板Ａ，Ｂが回転走査を通じて中間位置の付近にあるように位置している。隣り合う基板Ａ，Ｂは、イオンビーム４が横切って通る最大寸法以下である最小距離だけ離れて配置され、最小寸法と同じ方向に測定され、その結果、このような走査位置では、イオンビームの一部が隣り合う基板Ａ，Ｂの両方に当たり、同時に、図３にハッチングされた領域２０，２２で示されるように、イオンビーム４は上側ウェハＡの下側部分と、下側ウェハのＢの上側部分に当たるようになる。隣り合うウェハＡ，Ｂ間の間隙を通って流れ、ファラデー容器２７の背面部２８（ビームストップ部）に当たるイオンビームの断面積の大きさは、図４のハッチングされた領域３０として示されている。ファラデー容器２７は、ターゲット基板に入射しないビームの電流の大きさを示す電流を出力する。回転走査中にターゲット基板Ａ，Ｂが同じ位置にある場合、イオンビームが流れる隣接基板間の間隙の形状は、ホィールが回転走査中に並進運動するにつれて変化し、したがって、ファラデー容器２７の背面部３０に当たるビームの電流も変化する。ホィール１１が径方向の走査中に移動してイオンビームから外れた場合、例えば、図４の矢印３２で示されるように右側に外れた場合には、回転走査中の位置が同じとき、ホィール１１は、結果として、イオンビーム４が隣り合う２つのウェハＡ，Ｂの縁部２４から正に離れた径方向の走査時の位置に達し、全イオンビーム電流はファラデー容器２７に集められる。
【００３６】
図２を参照すると、検出器３９を配置して、隣り合う２つの基板Ａ，Ｂに同時に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達した時点を検出することができるようになっており、それから、コントローラ４１がレコーダ４５を制御してファラデー容器２７によって集められるビーム電流を記録するようになっている。一の実施形態では、ファラデー容器２７によってモニタされるビーム電流が、ウェハ基板１４が位置検出器５１によってモニタされながら、回転走査中において特定の位置にあるときのみ、サンプリングされてもよい。詳細には、図３〜図６に示されるように、検出器３９に供給されるビーム電流信号は、選択された２つのターゲットが隣接し且つイオンビームの中心からほぼ等距離になっている回転走査の位置と同期している。モニタからのビーム電流信号は、ホィールの回転毎に１回以上、又は、ホィールが数回回転する毎に１回、サンプリングされる。
【００３７】
都合のよいことには、たとえホィールが依然としてイオンビーム内にあるとしても、イオンビームがターゲット基板に入射しない時間又は回数を検出することにより、ホィールがビームから離れる前に、全ビーム電流が記録されてドーズ量が測定されるようになる。さらに、全てのイオンビームがファラデー容器によって「認識されうる」時点とホィールがイオンビームとの当たりを正にさける時点との間に、十分な時間間隔がある場合、全ビーム電流を複数回測定して、イオンビーム安定性の測定をすることができる。例えば、全ビーム電流を回転走査中の他の位置、例えば、ホィールが１回転するときに他の基板間でサンプリングしてもよく、ビーム電流を幾つか又は全ての基板間でサンプリングしてもよい。したがって、イオンドーズ量やイオンビーム安定性のようなビームパラメータを、各走査の終わりまでに測定することができ、その結果、そのような測定を行うのに必要とされる時間を、走査の反転中にホィールがビームから離れる期間から取り除くことができ、走査の反転時間が短縮され、ビームの利用効率が増す。
【００３８】
図３〜図６に示されるように、ビームの断面積及びウェハが円形状になっている特定の幾何学的配置の場合、選択された回転走査の位置は、ホィールが径方向の走査にしたがって動くつれ、全ビーム電流がファラデー容器２７によって最初に検出されるところである。言い換えると、この回転走査では、径方向の走査中に全ビーム電流を測定し記録する最先の機会が与えられる。基本的に、ビーム電流がモニタされる回転走査の位置は、径方向の走査中に全ビーム電流が最先の機会に受け入れられるように選択されるべきであるのが好適であるが、最適な回転位置は、種々のビーム及び基板の幾何学的配置に対して異なる場合がある。
【００３９】
図７及び図８には、図２の装置を用いて、ホィールが外向きの径方向走査の終わりに、ビームとの当たりを正にさける時点を検出することができる方法が示されている。図７及び図８には、径方向の走査中のイオンビームに対し、ホィールの異なる３つの位置が示され、回転走査については２つの異なる位置がある。図７には、図３〜図６に示すように、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがビームの両側部に存在し、ビームの中心線から等間隔離れて配置されている回転走査の位置が示され、また、図８にも、単一のウェハがビームラインの軸線に最も近接している回転走査の位置が示されている。このような例では、ビームの断面はウェハの寸法よりも大きいが、実際には、ビームの断面はウェハの寸法よりも小さいのが基本的である。
【００４０】
図７を参照すると、ホィール１１が矢印３２で示されるように右に移動するとき、ホィール１１は、径方向の走査にしたがって並進運動して、イオンビームが隣り合う２つのウェハに同時に当たる位置５３から、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがイオンビームから正に外れる中間位置５５まで達し、これは、図５及び図６に示される位置に相当し、このとき、全ビーム電流を測定して記録することができる。
【００４１】
図８を参照すると、ホィール１１が径方向の走査中に右に並進運動するとき、ビームの軸線に最も近接したウェハＡが動いて、イオンビーム４が実質的にウェハＡに当たる位置５３から、図７に示される径方向の走査の中間位置５５に相当する中間位置５５（このとき、全ビーム電流がファラデーカップにより検出されうる）を通って、イオンビーム４に最も近接したウェハＡがビームから正に離れる位置５７まで達する。
【００４２】
図２に示される装置を配置して、ホィールがイオンビームとの当たりを正にさける離れる時点を、例えば、ファラデー容器２７に当たるビームの電流をモニタすることにより検出してもよく、また、イオンビーム電流が回転走査によらずに最大値に達する時点を検出してもよい。或いは、ゲート回路４９を用いて、ファラデー容器２７からのビーム電流を、単一のウェハがイオンビームに最も近接する回転走査の位置で、好適には、図８に示されるように、ウェハＡの外側縁部１６上の極大点４０が、ホィールの軸線２１からイオンビームの縁部上の最近接点４４まで延びたホィール１１の径方向４２上にある回転走査の位置でサンプリングし、ビーム電流が最大値に達するとすぐに、ウェハがビームから十分に離れるのを確保するようにしてもよい。このため、ホィールがビームとの当たりを正にさけるのを示す検出器３９からの信号にしたがって、コントローラ４１が走査の反転を開始する。したがって、この装置は、イオンビームの断面の形状又は幅に関わりなく、ホィールがビームから実際に離れた時点を積極的に(actively)検出し、走査の方向が反転した時点を正確に決定することができ、走査の反転時間が最小化される。或いは、図１３及び図１５を参照すると、図７及び図８に示される２つの回転走査位置を用いて、以下述べるように、ホィールがビームを離れる時点を検出することができるようになっている。
【００４３】
図９及び図１０には、複数の基板を支持するホィールの他の実施形態が示されており、外向きの径方向の走査の終わりにホィールがビームから正に離れる時点を検出するのに役立つよう、また、内向きの径方向の走査中に、ウェハの内側縁部がビームから離れる時点の検出を許容するよう、本実施形態は修正されている。本実施形態では、隣り合う２つのスポーク６０，６２間に配置されてマスク５９がホィールに含まれ、ホィールが回転軸２１の周りで回転しているとき、ウェハ１４の外側縁部１６上の極大点４０で描かれた軌跡上に存在している外縁部６１が備えられている。同様に、マスクには、ホィールが回転軸２１の周りで回転しているとき、最も内側の点４６によって描かれる軌跡上に存在している内縁部６３が備えられている。
【００４４】
図９には、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがイオンビームの両側部にある回転走査中の位置に対して、径方向の走査のホィールの２つの位置が示されている。ホィール１１が外向きの径方向の走査にしたがって動くとき、ホィールは依然としてビームの内部にあるが、全イオンビームが隣り合う２つのウェハＡ，Ｂ間を通る第１の位置５３に、ホィール１１が達している。この位置５３は、全ビーム電流が最初に測定可能となる図５及び図６に示される位置に相当する。
【００４５】
さらに、図１０には、ホィールの軸線２１に最も近接したイオンビーム４の縁部上の点４４と隣接しているホィールの径方向４２上に、マスク５９が存在している回転走査中の位置以外で、径方向の走査のホィールの２つの位置が示されている。イオンビームに最も近接しすなわちイオンビーム４の縁部と隣接した最も短いホィールの径方向４２上に、マスク５９が存在する回転走査の一以上の位置で、ビーム電流がモニタされることにより、ホィール１１がビームから正に離れる時点を、図２の装置は検出することができる。マスク５９は、ホィールが回転するときにウェハによって描かれる円形状の経路にしたがって、ウェハの最外縁部の長さを効率的に増すのに役立ち、その結果、マスクが動いてビームが通るときにイオンビーム電流がモニタされる回転位置は、あまり重要ではなくなり、ファラデーカップによって集められるイオンビームの電流は、長期間にわたって一定に保たれ、ウェハが回転しているときに、明確に認識される鋭いビーム電流の最小値が与えられる。さらに、図１に示されるように、ウェハの縁部は突出して各支持体の縁部を越えているのが好適であるが、支持体は、把持装置(clamping arrangement)や簡単な緩衝体を、ホィールの径方向の先端部においてウェハの縁部を越えて配置してもよく、それによって、ホィールによって描かれる円状の経路のうちの最外縁部が、ウェハの縁部によってではなく、把持装置又は緩衝装置によって画成されるようになる。かかる場合、マスクがウェハの実際の外側縁部を画成するとき、ウェハがビームとの当たりを正にさける時点は、「ウェハ」の位置よりむしろ、「マスク」の位置におけるビーム電流を正確にモニタすることにより（すなわち、この場合、ウェハよりもマスクがイオンビームに近接している）、一層正確に決定することができる。
【００４６】
一以上の他のマスクが他のスポーク１９間に付け足され、ビーム電流を他の回転位置においてもモニタし、ホィールがイオンビームから完全に離れる時点を検出することができるようになる。図９及び図１０に示される実施形態では、付加的な(one further)マスク６５が、第１のマスク５９と径方向で対向してさらに付け足され、ホィール１１をバランスさせるのにも役立っている。しかしながら、ホィールに対するマスクの領域は最小に維持し、イオンビームがマスク材料を汚染させるのを回避するのが好ましい。したがって、マスクを１つだけ使用して、ウェハに近接したホィールの表面積を増加させることなく、ホィールを修正することにより、ホィールのつり合いをとるようにするのが好適である。
【００４７】
図１１及び図１２には、径方向の走査の種々の位置にあるホィール１１が示され、この場合、ホィール１１の回転軸２１が矢印３４に示されるように左側に移動してイオンビーム４の方に向かうとき、ホィール１１が内向きに移動してイオンビームが通っている。図１１及び図１２に示される装置では、ビームの断面積は十分に小さく、また、隣り合う２つのスポーク間の間隔は大きくなって、全イオンビームの領域が収容されるようになっている。ホィールが径方向の走査中に左に移動するとき、位置６７に達しており、この場合、図１１に示されるように、イオンビームが実質的に２つのウェハＡ，Ｂ間の中間位置にある回転走査時の位置において、イオンビームが２つのウェハＡ，Ｂの縁部から正に離れて、全ビーム電流がファラデー容器２７に当たるようになる、図２の検出装置は、図１１に示される回転走査の位置に対して、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂに同時に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達する時点を検出することができ、その結果、ウェハ１４の内側縁部１８がビームから完全に離れる前に、全ビーム電流を測定し且つ記録することができる。もちろん、イオンビームの断面がとても大きく、スポーク間を通ることができない場合には、全ビーム電流を同時に検出することは不可能となる。
【００４８】
図１２には、マスク５９を使用して、ウェハ１４の内側縁部１８がビームとの当たりを正にさける時点を検出する方法が示されている。ホィール１１が動き続けて、イオンビームが内向き径方向の走査にしたがって通るとき、ホィールは位置６９に達しており、この場合、マスク５９の内縁部６３がイオンビームから正に離れ、全イオンビームが隣り合う２つのスポーク間を通っている。ウェハに入射するイオンビームの断面積の大きさがゼロに達した時点は、ファラデー容器２７で測定されたビーム電流が最大値に達することを意味する。例えば図１２に示されるように、マスク５９がイオンビーム４に最も近接しすなわちビームの縁部上の最外点７０に隣接したホィールの径方向４２上に存在している回転走査の位置において、図２の検出装置は、ファラデー検出器でビーム電流をサンプリングすることができる。
【００４９】
或いは、内向きの径方向の走査時に、ウェハ１４の内側縁部１８がビーム４から離れる位置にホィール１１が達した時点は、イオンビームの外縁部７２がマスク５９の外縁部６１と一致している時点を検出することによって、すなわち、ファラデー容器２７に入射するビームの電流がゼロに達する時点を検出することによって測定することができる。ホィール１１が内向きの径方向の走査にしたがって、ウェハの幅に等しい距離だけ動くのに必要とされる時間が、径方向の走査時のホィールの運動学から計算されるとき、ウェハの内側縁部がビームの縁部から正に離れる時点を予測することができる。しかしながら、この方法の正確さは、径方向の走査にしたがったホィールの速度及び加速度を記述するウェハの直径及び運動パラメータに関し、一定の仮定にしたがっており、このことにより誤差が導入される。したがって、上述した直接検出する方法が好ましい。
【００５０】
たとえ、イオンビームが大きくて一対の隣り合うスポーク間を通ることができない場合であっても、イオンビームがウェハの最内縁部から正に離れる時点が、ビームの寸法にかかわらず測定可能となる。このことは、回転走査時の異なる２つの位置、上述したように、一方がマスクがビームに最も近接した位置にあり、他方が例えば近接したウェハ間の間隙がビームラインに近接しているときのビームのモニタ出力信号を比較することによって達成されうる。
【００５１】
図１３には、図２の検出装置の実施形態が示され、詳細には、上述した機械的走査装置について設計されたものが示されている。装置１０１には、ビーム電流をモニタするためのモニタ１０３が備えられており、モニタ１０３にはファラデー容器１０５が含まれ、ファラデー容器１０５からの電流出力を変換して電圧出力ににするための電流変換器１０７に接続されている。固定された参照点（例えば、イオンビーム断面上の点）に対するホィール１１上の点の位置を検出するための位置検出器１０９には、ホィールエンコーダ（図示せず）が備えられて、ホィール１１の角位置に対応する出力信号を発生するようにしている。ホィールエンコーダは、例えば、光学的な位置検出器又はレゾルバ(resolver)が備えられ、ホィールの角位置を示すアナログ又はディジタル信号を発生させている。一実施形態では、ホィールエンコーダには、光源からの光を検出するための、例えばＬＥＤのような光源のアレイ、対向した光検出器のアレイ及び対向した光検出器のアレイが備えられて、ホィールに対して静止位置で固定されている。光学的に符号化された円板が、ホィールの回転時にホィールと共に回転して光源アレイ間や光検出器のアレイ間を通るように配置されている。ホィール１１が回転するとき、選択された光検出器が、光学的に符号化された円板の位置にしたがう光を受け入れて、ディジタルコード、例えば交番２進コードを発生させる。そのようなコードは２進変換器(binary converter)へ送られ、交番２進コード又は他のコードが例えば１２ビットから１６ビットまでの２進コードに変換され、走査アーム１９に対するホィールの位置が示される。なお、２進変換器１１１は、２進コードをオフセットし、コードが特定のホィールの位置に較正されるようにしてもよい。
【００５２】
ホィール１１が径方向の走査中に走査位置間を端から端まで動くとき、走査アームは、基本的には約２０゜の弧を通って掃引され、イオンビームのような固定された参照点に対するホィールの位置は、走査アームに対するホィールの角位置に依存するだけでなく、走査アームの位置自身にも依存する。したがって、固定された参照点に対するホィール上の点の位置を正確に決定する際には、走査アームの位置を考慮しなければならない。位置検出器が走査アームの位置を測定して、固定された参照点に対するアームの位置を示す信号を発生させる。位置検出器１０９にはＥＰＲＯＭ１１２が備えられ、径方向の走査中の一連の走査アームの位置に対して、ホィールの位置のデータを固定テーブル(lock-up table)の形で記憶している。さらに、走査アームの位置検出器によって生じた信号はＥＰＲＯＭ１１２に送られ、任意の走査アームの位置に対する適当な固定テーブルが選択される。ＥＰＲＯＭ１１２はプログラムされて、固定された点に対する任意のホィールの位置に対する信号を発生させるようになっている。
【００５３】
本実施形態では、ホィールが径方向の走査中に動くときにビーム電流をサンプリングし、イオンビームに対して、回転走査時のウェハの位置が識別されるようになっている。ホィール回転走査装置では、ビーム電流が隣り合う２つのウェハに同時に入射するイオンビームの電流が、径方向の走査時にゼロに達して、全ビーム電流を径方向の走査の終わる前に測定することができる時点を検出するため、図３〜図６に示されるように、隣り合う２つのウェハ間の中間位置にビームの軸線がある回転走査中の位置において、ビーム電流をサンプリングしている。ウェハの最外縁部がビームとの当たりを正にさけて、走査の反転を開始する時点が決定されるよう、図８に示されるように、単一のウェハがイオンビームに最も近接した回転走査時の位置において、すなわち、単一のウェハの最外縁部が、ホィールの回転軸線２１に最も近接したイオンビームの縁部の点を横切るホィールの径方向上にある回転走査時の位置において、最外縁部ビーム電流をモニタしてもよい。或いは、図１０に示されるように、隣り合うスポーク間に設置されたマスクがホィールに含まれて、ウェハの最外縁部及び最内縁部が画成されている実施形態では、マスク５９がイオンビームに最も近接する回転走査時の位置において、すなわち、ビームの縁部に近接した最も短い径方向をマスク５９が横切る回転走査時の位置において、ビーム電流をモニタしてもよい。また、回転走査時のマスクに関する後者の位置を用いて、図１２に示されるように、ウェハの最内縁部がビームから正に離れる時点が決定されるようになる。
【００５４】
図１３に戻ると、ＥＰＲＯＭ１１２はプログラムされて、ビームに最も接近した任意の２つの隣り合うウェハがほぼ等距離だけ離れてビームラインの両側部上にある回転走査時の位置において、出力信号が発生するようになっており、「半同期(half sync)」と呼ばれている。
【００５５】
サンプリング回路１１３には、２つのサンプルホールド装置１１５，１１７が備えられていている。電流変換器１０７の出力部は、ビーム電流信号からの望ましくない高周波成分を弱めたり又は取り除いたりするスルーレート制限器(slew rate limiter)１１９及び低域通過フィルタ１２１を介して、各サンプルホールド装置１１５，１１７の入力部に接続されている。一方のサンプルホールド装置１１５は、ＥＰＲＯＭ１１２の半同期信号の信号出力に接続され、他方のサンプルホールド装置１１７は、ＥＰＲＯＭ１１２の全同期(full sync)信号に接続されている。サンプルホールド装置１１５，１１７は、ＥＰＲＯＭ１１２からの半同期及び全同期の制御信号に応じた電流変換器１０７からのビーム電流信号と、後述する回転走査の位置におけるビーム電流の振幅に相当する各出力信号Ａ，Ｂとをサンプリングする。アナログ又はディジタルのマルチプレクサ１２３が、サンプルホールド装置１１５，１１７からの出力信号Ａ，Ｂを受け取り、さらに、電流変換器１０７から、生の（すなわちフィルタされていない）出力信号を受け取っている。また、サンプルホールド回路１１５，１１７からのビーム電流信号Ａ，Ｂは、差動増幅器１２５の入力部に送られ、差信号（Ａ−Ｂ）が発生する。差信号及びサンプルホールド回路１１７からの全同期位置における瞬時(instantaneous)ビーム電流信号Ｂは、アナログ除算器１２７の入力部に供給され、ここでは、差信号（Ａ−Ｂ）が、全同期信号の位置におけるビーム電流信号Ｂによって正規化され(normalised)、演算信号(resulting signal)が絶対的な(absolute)ビーム電流の振幅と無関係になる。したがって、除算器の出力は、２つのサンプリングされた位置間の差の割合又は比率を表し、ビームレベルに無関係である。アナログ除算器１２７からの出力は、低域通過フィルタ１３１及び例えば８ビットＡ／Ｄ変換器であるＡ／Ｄ変換器１３３を介して、処理装置１２９を備える検出器１２８に供給される。さらに、生のビーム電流と半同期及び全同期の位置における信号Ａ，Ｂとが、Ａ／Ｄ変換器１３０を介して、マルチプレクサから処理装置１２９に送られる。マルチプレクサからの出力は、処理装置１２９によって制御されている。処理装置１２９はプログラムされて、以下詳細に述べるように、全ビーム電流が径方向の走査時に最初に検知される時点が検出され、検知される時点に応じたイオンビームのパラメータの記録が制御され、また、ウェハの外側縁部及び内側縁部が、内向き及び外向きの径方向の走査の反転時において、ビームから正に離れる時点が検出され、そして、それに応じた走査の反転が制御されるようになっている。処理装置は、径方向の走査の終わりを検出するときに走査コントローラ１３７に信号を発生させて送り出し、走査駆動装置１３９が走査を反転するように制御されている。また、処理装置１２９は、径方向の走査の終点で他の装置を制御するための他の信号を発生してもよい。電流変換器１０７からの生のビーム電流信号と、マルチプレクサ１２３を介した、半同期及び全同期の位置における瞬時ビーム電流信号Ａ，Ｂと、アナログ除算器１２７からの正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂとが、陰極線オシロスコープ（ＣＲＯ）のような表示装置１３５に供給され、そのような信号を直接モニタすることができるようになっている。
【００５６】
図１４には、半同期の回転走査の位置において測定された瞬時ビーム電流信号Ａについて、オシロスコープの記録(trace)Ｈが示されている。さらに、図１４には、同時にモニタされる電流変換器１０７からの生のビーム電流信号の出力の記録Ｖが示されている。記録Ｈ，Ｖの左側は、イオンビームがウェハの内側縁部に近接した径方向走査時の位置に相当し、記録Ｈ，Ｖの左側は、イオンビームがウェハの外側縁部に近接した径方向走査時の位置に相当する。半同期の位置のビーム電流の記録Ｈを参照すると、ホィールが径方向の走査にわたって動くにつれて、イオンビームが通る隣り合う任意の２つウェハ間の間隙の面積が、最小値に達するとき、ファラデー容器２７に当たるイオンビームの電流は、最小値まで確実に減少する。そして、イオンビームが通るウェハ間の間隙の面積が、ホィールがビームから離れるにつれて大きくなるとき、半同期のビーム電流信号が増加し、ビーム電流信号が時刻Ｔ1においては最大値に達しており、この時刻Ｔ1は、ホィールがイオンビームから出てくるときに、隣り合うウェハ間の間隙を通って、全ビーム電流を最初に認識することができる時点に相当し、例えば、図５や図６に示される位置、及び、図７に示されるような中間位置５５に相当し、このとき、隣り合う２つのウェハの縁部がイオンビームに最も接近した状態で、ビームの縁部から正に離れる。
【００５７】
記録Ｖには、、ウェハ基板が回転及び径方向走査中に移動するとき、ファラデー容器によって測定されたイオンビーム電流信号が、ウェハ基板によって変調されたまま変化しているのが表されている。ウェハが回転走査中に動くことによって高周波の変調が生じており、最大振幅は、径方向走査時、すなわちビームラインが２つのウェハ間の中間位置にあるときの定められた位置に対する最大ビーム電流に相当する。したがって、これらの最大振幅は、半同期の位置の記録上の点に相当する。他方、高周波の最小値は、径方向走査時の定められた位置に対して、ウェハに当たるビームの断面積の大きさが最小値になる回転走査時の位置に相当しており、この位置は、任意の基板がイオンビームに最も接近する、すなわち、任意の基板がイオンビームと整列する位置にほぼ相当する。ホィールが径方向の走査にわたって外向きに移動するとき、変調したビーム電流信号が最小値を通って、つぎに、時刻Ｔ2において達する固定された最大値まで増加する。これは、例えば、図７、図８、図９及び図１０の位置５７で示されるように、ホィールがイオンビームの縁部から正に離れる時点に相当する。
【００５８】
図１４に示される特定の例においては、隣り合う２つのウェハ間で、全ビーム電流が最初に測定される時点Ｔ1は、ホィールが完全にイオンビームから離れる時点Ｔ2よりも０．４３秒前に生じる。ビーム電流が最大値に達する時点Ｔ1は、全ビーム電流が時点的にファラデー容器に当たっていることを示し、図１３に示される処理装置１２９によって検出され、ドーズ量の測定のためのビーム電流の記録が開始されるようになる。Ｔ1とＴ2との間の期間中は、ホィールの回転毎に１回以上、又は、ホィールが数回回転する毎に１回、複数のビーム電流が測定され、ビーム安定性を決定するのに用いられる。Ｔ1とＴ2との間の期間には、種々のビームパラメータ及びイオンドーズ量の記録が行われ、ホィールがビームから離れる前に測定値が記録されるようになり、また、これらの測定値を記録するのに必要とされる時間は、走査の反転に必要とされる時間の一部を形成しない。
【００５９】
図１５には、ホィールが径方向の走査によって外向きに動いて、ビームがウェハの内側縁部に近接した位置からホィールがビームから離れる位置まで達するときにおいて、アナログ除算器１２７からの正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂの記録が示されている。また、電流変換器１０７の出力部での生のビーム電流信号が、比較として示されている。ホィールが径方向の走査によって動いて、ビームがウェハの外側縁部を横切るとき、正規化された差信号は、ホィールが正にビームから離れているのを示している時刻Ｔ2において達せられるゼロまで確実に減少する。さらに、ホィールがビームから正に離れる時点を、連続的にサンプリングされたビーム電流の記録Ｖから、及び、そのとき信号が固定された最大値に達する電流変換器１０７から認識することができる。正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂは処理装置１２９に送られ、差信号が1/2%のような所定の値と比較されるようになる。差信号が、（ホィールが正にビームから離れていることを示す）所定の値に達したり又はこの所定の値まで減少するとすぐに、処理装置が制御信号を発生して走査駆動装置に送り出し、走査の反転を開始する。走査駆動装置は応答して、走査アームを直ちに減速し、反転し、そして所要の初期速度まで加速し、走査の反転時間(turn-around time)が最小化される。
【００６０】
さらに、走査の他の終点において、ウェハの内側縁部がイオンビームから正に離れる時点を、正規化された差信号を用いて測定することができる。この場合、ビーム電流信号Ａは、例えば図１１に示される半同期の位置でサンプリングされており、また、ビーム電流信号Ｂは、例えば図１２に示されるように、マスク３９がイオンビームと最も接近した状態で、又は、マスク３９がイオンビームと整列した状態でホィールが配置されたビーム電流をサンプリングすることによって、取り出される。例えば図１１に示される半同期の位置でサンプリングされたビーム電流信号Ａは、ビーム電流信号Ｂが例えば図１２に示される全同期の位置でサンプリングされる前に、最大値に達する傾向にある。しかしながら、マスク５９の内縁部がイオンビームを通って内向きに移動して右側に達したとき、２つの信号Ａ，Ｂ間の差は減少し、そして、マスクの内縁部はウェハの内側縁部から正に離れるようになり、このとき、２つの同期したビーム電流信号Ａ，Ｂは、等しくなって、その差はゼロになる。一方、ホィールが径方向の走査にしたがって、内向きに動くときに差信号がゼロに達する時点を、処理装置１２９が検出し、適当な信号を発生して走査駆動装置に送り出し、走査を反転させている。
【００６１】
図１１及び図１２に示されるように、イオンビームの断面積及び隣り合うスポーク間の間隙は、全イオンビーム電流をホィールを通ってファラデー容器に流れるようにするのに十分であるけれども、差信号を用いて、ビームの寸法にかかわらず内向き走査の終点で、ウェハの内側縁部がビームから正に離れる時点を検出することもできる。例えば、ビームの断面積が十分に大きくなって、内向き走査時に、全ビーム電流がホィールを流れるところがない場合は、ビーム電流の一部が一以上のスポークにいつも当たっている。しかしながら、イオンビームが通過するスポーク間の間隙の領域が、マスクの内縁部がイオンビームから正に離れる径方向の走査時の位置に対して、異なる２対のスポーク間と同じであれば、差信号はゼロにまで減少し、このときかかる条件に達する。
【００６２】
上述したように、イオンビームの断面積が十分に小さくなって、スポーク間ウェハの内側縁部が、内向きの径方向の走査時にイオンビームから十分に離れる場合には、外向き走査中にビームパラメータを測定することに関して、上述したような図１３に示される装置によって、内向き走査の終点前にビームパラメータを測定して記録することができる。
【００６３】
他の実施形態では、ビーム電流の最大又は最小をモニタし、最大及び最小の値を所定の値と比較したり、或いは、連続した最大及び／又は最小の振幅を比較して、例えば、振幅が変化しなかったり、所定の限界を越えて変化しなかったりすることにより、ビームがターゲット基板から正に離れる時点を測定してもよい。
【００６４】
他の実施形態では、イオンビームに対してウェハを走査するための別の手段が備えられてもよく、例えば、ウェハが直線状の経路にしたがってイオンビームに導入され、また、イオンビームは静電的又は磁気的な手段によって、直線状の経路を横断して偏向されてもよい。或いは、２次元のウェハ中至る所でイオンビームを、静電的又は磁気的な偏向手段が再び走査する場合、個別的にウェハを処理してもよい。
【００６５】
基板に入射するイオンビームの断面積の変化を直接測定するとき、あらゆる形状又は寸法のターゲット基板に対して、例えば円形状、正方形及び長方形等の形状のターゲット基板に対して、また、あらゆる断面積又は形状、例えば円形状、楕円状、正方形、長方形等の形状寸法の荷電粒子ビームを用いて、走査検出装置を使用することができる。
【００６６】
本明細書で述べた本実施形態に対するそれ以上の修正は、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にしたがったイオン打ち込み装置の概略平面図である。
【図２】走査検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３】走査装置の正面図である。
【図４】図３に示された走査装置の概略斜視図である。
【図５】図３に示された装置の正面図であって、イオンビームが隣り合う２つのターゲット基板の縁部に接している。
【図６】図５に示された走査位置の概略斜視図である。
【図７】スポークホィール型の走査装置がビームラインに対して異なる３つの水平方向の走査位置を示す正面図である。
【図８】図７に示されたスポークホィール型の走査装置の異なる位置を示した正面図である。
【図９】スポークホィール型の走査装置の他の実施形態の正面図である。
【図１０】異なる走査の位置に置かれている図９のスポークホィール型の走査装置の正面図である。
【図１１】図９に示されるスポークホィール型がビームラインに対して異なる２つの位置にある走査装置の正面図である。
【図１２】図９のスポークホィール型の走査装置がビームラインに対して別の位置で回転しているのを示した正面図である。
【図１３】モニタ回路の実施形態のブロック回路図である。
【図１４】隣り合う２つのターゲット基板間のビーム電流をサンプリングしたとき、図１３のモニタ回路の出力の変化を示すグラフ図である。
【図１５】走査で２つの異なる位置でサンプリングされたビーム電流に関し、図１３の回路の異なる出力を示したグラフ図である。
【符号の説明】
１…イオン打ち込み装置、３…イオンビーム発生部、５…質量分析部、７…イオンビームコントローラ、９…ターゲット基板支持アセンブリ、１１…スポーク型ホィール、１４…ターゲット基板、１９…走査アーム、２３…走査駆動アセンブリ、２７…ファラデー容器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターゲット基板にイオンを打ち込むためのイオン打ち込み装置に関し、より詳細には、イオン打ち込み中に、イオンビーム及びターゲット基板の少なくとも一方が、その他方に対して相対的に走査されるイオン打ち込み装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン打ち込み装置は、半導体製品又は金属製品の製造に一般的に使用され、半導体基板又は金属基板にイオンを打ち込むことにより、所定の領域におけるかかる材料の導電率が変化するようになる。イオン打ち込み装置は、イオンビームを発生させるイオンビーム発生部と、イオンビーム中の特定のイオン種を選別する質量分析部と、イオンビームをターゲット基板上に向ける手段とを備えているのが一般的である。イオンビームの断面積は、ビームラインの形態、イオンビームに適用される集束角、ビームラインに沿ったガスの圧力、イオンビームのエネルギ及びイオンの質量のような因子に依存する。ターゲット基板におけるイオンビームの断面積は基板の表面積よりも小さく、ビームが基板全体に及ぶよう、１次元又は２次元走査で基板全体にわたってビームが通ることが必要とされることが多い。イオン打ち込みに一般的に使用される３つの２次元走査技術として、(i)静止した基板に対し、イオンビームを静電的及び／又は磁気的に偏向させること、(ii)静止したイオンビームに対してターゲット基板を機械的に走査させること、(iii)一の方向にイオンビームを静電的又は磁気的に偏向させ、一般的には一の方向に直交した他の方向にターゲット基板を機械的に走査させることを含むハイブリッド技術がある。
【０００３】
半導体ウェハの製造における重要な目的は、処理時間を最小にし且つウェハのスループットを最大にすることである。イオン打ち込み処理における一般的な目的は、選別されたイオン種が正確なイオンのドーズ量でもってウェハに打ち込まれること、及び、ウェハ中のドーズ量が一様になることを確実にすることである。現在、半導体産業では、約１％又はそれより優れたドーズ量均一性が要求されているのが一般的である。
【０００４】
走査によって、１つのウェハを処理するのにかかる合計時間のかなりの割合が費やされているのが一般的であり、したがって、走査処理中にイオンビームを効率的に使用することを確実にすることが重要である。このため、走査効率を改善するための多くの技術が提案されている。
【０００５】
ロバートソン(Robertson)等による米国特許４,４２１,９８８号には、互いに直交した２対の電極を用いて静電的にビームを偏向させることにより、静止した単一のウェハの表面中をイオンビームを２次元で走査するための装置が開示されている。垂直方向すなわちｙ方向の走査の任意の位置から、水平方向すなわちｘ方向の走査における走査の長さが、ウェハの寸法に実質的に一致するよう制御されて、イオンビームがウェハの縁部をオーバ走査(overscan)する数量を最小にしている。ｘ方向の走査は、周波数が走査の長さによって決定される三角波形を有する電圧を電極に印加することにより作り出される。ｙ方向の走査は階段状に徐々に進行し、各ｘ方向の走査の終わりには初期化され、ビームがウェハを通って一連のパラレル走査をするようになる。走査パターンは、三角波形の周波数を制御するＲＯＭに記憶されている。ＲＯＭは、種々のウェハの大きさに適した多くの走査パターンをもってプログラムされうるようになっている。
【０００６】
ミロン(Miron)による米国特許４,７３６,１０７号及び米国特許４,７６１,５５９号には、イオンビームがｘ方向及びｙ方向に、同時に同じ速さで静電的に走査され、４５゜に配向した走査線を作り出すイオン打ち込み装置用のイオンビーム走査装置が開示されている。走査パターンは、米国特許４,４２１,９８８号に開示されたものと同様であり、ウェハの大きさに応じた所定の走査パターンが、書き換え可能な読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）に記憶されている。走査電極制御電圧(scanning electrode control voltages)をＣＲＴについての水平方向の掃引に適用し、ウェハに当たるイオンビームの電流を測定するファラデーカップセンサからの信号を垂直方向の掃引に適用することにより、イオンビーム電流はビーム位置の関数としてモニタされる。走査電極からウェハまでイオンビームが飛行する時間を許容するために、遅れが走査電極からの信号に導入される。ＣＲＴディスプレイにより、操作者がイオンビームを集束して調整し、また、走査の長さを調整してオーバ走査の数量を最小にするようにしている。
【０００７】
さらに、バッカー(Bakker)による米国特許４,２６０,８９７号には、単一のウェハの全表面にわたってイオンビームを静電的に偏向させることを含んでいるイオン打ち込み装置用の走査装置が記載されており、この場合、上記参考文献に開示されるように、走査パターンにより、互いに一定の距離だけ離れた一連のパラレル走査線が描かれる。円形状のウェハの縁部を越えてイオンビームが走査する数量を制御するために、ウェハの縁部に近接して電気伝導性の弓状の帯状体が２つ配置されてビーム電流を検知している。イオンビームが弓状の帯状体の１つに衝突したときは、電圧パルスが発生してセットリセットフリップフロップに送られて状態が変化し、ｙ方向の走査の増加又は減少が生じ、また、ｘ方向の走査の向きも反転するようになる。同様に、直径方向に対向したセンサが、ウェハの最上縁部及び最下縁部に近接して配置され、さらに、ビーム電流を検出してｙ方向の走査の向きを制御している。
【０００８】
トキグチ(Tokiguchi)等による米国特許４,６３３,１３８号とベリアン(Berrian)等による米国特許４,７６１,５５９号とには、ハイブリッド型の走査装置が開示されており、この場合、イオンビームが磁気的な偏向によりウェハを水平方向に通って走査され、また、ウェハは機械的に走査されて垂直方向にイオンビームが通っている。前者の参考文献では、機械的な走査装置は、複数のウェハが載置され、直線に沿ってイオンビーム内に連続的に導入される支持体を備えている。イオンビームの位置における円形状のウェハの幅は、ウェハの側部に配置されたＬＥＤやフォトダイオードのアレイを使用して、対応する垂直方向の位置の直上のウェハの幅をモニタすることによりモニタされる。機械的走査における任意の垂直方向の位置では、ビームの掃引の幅が制御されて、上記光検出器によって発生した信号を読み取る信号変換器により、ウェハとほぼ同一の幅になる。機械的な走査装置は、ウェハの検出された幅に反比例して支持体の速度を変える支持体速度コントローラを備えている。
【０００９】
後者の参考文献では、単一のウェハが垂直方向に機械的に走査され、水平方向には磁気的に走査されている走査装置が記載されている。ウェハを支持し支持体の一縁部に近接して、ファラデー検出器が配置されてイオンドーズ量をモニタし、ウェハ中で均一なドーズ量を得るよう、機械的な走査速度を制御するために使用されている。水平方向の高速走査では、ターゲットウェハの縁部に近接したドーズ量の正確さが確保されるために、おおよそビーム直径の半分の距離だけ、イオンビームがターゲットウェハの縁部を越えて走査される。イオンビームは、水平方向の走査回数よりも少ない頻度でもってファラデー検出器までオーバ走査されて、イオン打ち込み中にドーズ量をモニタする際、ビーム利用効率の減少を緩和するようにしている。機械的な走査により方向が反転するときの加速及び減速中の打ち込みにより、機械的な走査において、走査効率は増加してオーバ走査が減じられる。これは、垂直方向の走査におけるウェハの位置に対して、水平方向の走査速度を変えることにより達成される。
【００１０】
ヒロカワ(Hirokawa)等による米国特許６８６,９９５号には、ウェハ基板が機械的に２次元で走査されて静止したイオンビームが通る走査装置が開示されている。走査装置には、複数のターゲットウェハが周縁部に近接して載置される円板が備えられて高速で回転して、ウェハが連続的に且つ繰り返して走査され、弓状の走査経路方向にしたがってイオンビームが通るようになっている。円板は支持アセンブリに取り付けられて垂直方向に動いて、ウェハが径方向にゆっくりと走査されるようになっている。ウェハ間の円板の領域は取り除かれ、円板の下流に設置されたファラデーカップによりイオンビームが検出されるようにしている。ビームのドーズ量は、イオン打ち込み中にファラデー検出器によりモニタされ、垂直方向のスピードはビーム電流に応じて変わって、ウェハを横切るイオンのドーズ量の均一性が確保される。
【００１１】
アームストロング(Armstrong)等による米国特許４,６７２,２１０号には、回転円板を含む機械的な走査装置が開示されており、この場合、断面が長方形のイオンビームが、オーバ走査を減じると同時に縞を付ける(striping)のを回避するため、径方向の走査方向に対して斜めに向いている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、走査効率が改善された走査装置を提供することである。
【００１３】
本発明によれば、イオンを基板に打ち込むためのイオン打ち込み装置が提供され、イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部と、ビームイオンでもって打ち込まれる一以上の基板を支持するための支持手段と、基板の少なくとも１つとイオンビームとを相関的に走査させ、所定の経路にしたがってビームが基板を通るようにする走査手段とを備えている。モニタリング手段が、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさが変化するのを、イオンビームが基板に入射する走査の位置からイオンビームの一部もが基板に入射しない位置まで、イオンビームが基板の縁部を通っているときに、モニタするように配置されている。本発明は、モニタリング手段にしたがい、イオンビームが基板の縁部を横切って通るとき、基板に入射する断面積の大きさがゼロに達する時点を検出するための検出器と、かかる時点を検出する検出手段にしたがい、イオン打ち込み装置の後続の操作を行うための操作手段とを備えている。
【００１４】
好適な実施形態では、モニタリング手段は、ファラデーカップのようなイオンビームをモニタリングする手段を備えている。
【００１５】
操作手段は、走査方向の変化を制御するためのコントローラを備えてもよい。代わりに、又は上記に加えて、操作手段が、ビーム電流又はドーズ量のような測定されたイオンビームのパラメータを、電気的な記憶装置に記憶するための処理装置を備えてもよい。
【００１６】
したがって、本発明の一態様では走査装置が提供され、この場合、イオンビームが基板の縁部を通って、イオンビームがターゲット基板から正に離れる時点に信号が発生し、その結果、走査の反転のようなイオン打ち込み装置のさらなる処理が開始されるようになる。都合のよいことに、この装置は、イオンビームが正に十分にウェハから離れる実際の時点を、従来技術の装置で必要とされるようなビームの幅、ウェハの寸法又はウェハの位置について仮定する必要なく、正確に決定するようにすることができる。したがって、この装置を用いて、基板縁部におけるイオンドーズ量の正確さが確保され、さもなければ、イオンドーズ量は、ウェハの寸法若しくは位置又はビームの幅についての不正確な仮定に由来するようになる。また、イオンビームがウェハから離れる時間を最小にし、ビームの利用効率を実質的に増すことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して述べることとする。
【００１８】
図１を参照すると、全体に符号１と付したイオン打ち込み装置が、イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部３、打ち込み用の特定のイオン種を選別するための質量分析部５（例えば、磁石）、及び、不要なイオン種を取り除く空間フィルタとイオンビームを集束させる手段とイオンビームのエネルギを制御する手段とを含むイオンビームコントローラ７を備えている。図１及び図３を参照すると、イオン打ち込み装置１には、ターゲット基板支持アセンブリ９が含まれ、複数のターゲット基板１４、例えば半導体ウェハを支持するようになっている。支持アセンブリ９には回転ホィール１１が備えられ、複数の基板支持体１３が、各アーム部すなわちスポーク部１７によって、中央ハブ部１５から径方向に間隔を置いて配置され且つ中央ハブ部１５に接続されている。スポーク型ホィール(spoked wheel)１１は、回転可能に走査アーム１９の一端部に取り付けられ、重心軸２１の周りで自由に回転することができる。走査アーム１９はほぼ直立し、その他端部が走査駆動アセンブリ２３に回転可能に取り付けられ、走査アームが軸２５の周りで回転するようになっている。
【００１９】
ファラデーカップ(faraday cup)又はファラデー容器(faraday bucket)２７が、回転ホィールの下流側に配置され、スポークホィール１１を越えて通る全てのイオンビームを受容するようになっている。ビーム電流モニタ２９がファラデーカップに接続されて、ビーム電流をモニタし、出力時にビーム電流振幅を指示する信号を発生するようになっている。走査コントローラ３１がビーム電流モニタ２９の信号を受容し、以下より詳細に述べるように、走査駆動部２３を制御している。
【００２０】
イオン打ち込み中は、ホィールを、例えば１２００ｒｐｍのような比較的高速で回転させ、各ウェハを弓状の走査経路３３に沿って連続的に且つ繰り返してイオンビームに導入する。同時に、走査アーム１９を走査駆動部２３によって駆動軸２５の周りで回転させ、中心が軸２５である弧３５に沿ってホィール１１を駆動してターゲット基板１４を走査し、径方向３７にイオンビームが通るようにしている。１回の打ち込み中、ウェハが端から端まで走査されてビームが径方向３７に１０〜２００回又はそれ以上通るようにしている。打ち込みの終わりには、処理されたウェハをホィールから取り除き、新しいウェハをつぎの打ち込み処理のために供給する。
【００２１】
イオン打ち込み中には、打ち込み累積ドーズ量をモニタし、打ち込み処理中に適切な測定をして、イオンが正確な最終ドーズ量まで打ち込まれるのが確保されることが重要である。累積ドーズ量は、各外向き走査の終わりに（すなわち、ホィール１１が動いてビームから外れている）、ホィール１１及び基板１４がビームラインから完全に離れてからファラデーカップによって集められた全ビーム電流を測定することによってモニタすることができる。従来から、走査アームがいったん初期の走査位置に戻るとすぐに全ビーム電流が測定されて、この場合、ビームが考えられる最大の幅になっていても、ホィールがビームラインから十分に離れていることが確信をもって言われている。この方法では、ビーム電流を測定する前に、ホィールがビームから十分に離れてドーズ量が正確に測定されるのが確保され、ビームエネルギ、ビームラインのガス圧力、ビーム中の特定のイオン種及び集束角のような因子に依存するビームの幅を測定する困難性が無視されるようになる。光学的又は他の位置検出器が、初期の走査位置に走査アームが戻って走査駆動を止めるときを検出するために用いられる。このとき、ビーム電流を測定し、同時に、走査アームが初期の走査位置で静止してつぎの内向き走査が始まる前にビーム電流又は累積ドーズ量を記録する。
【００２２】
さらに、図１及び図３に示される機械的な走査装置では、ウェハ基板の全幅にわたって、径方向の走査速度を正確に維持することが重要である。走査の方向を逆にするとき、ホィール及び走査アームの慣性により、有限の時間間隔(a finite interval of time)が必要とされる。したがって、走査の方向を逆にする前にホィールがイオンビームから完全に離れていることが確保されているのが重要である。もし、走査が予定よりとても早く反転した場合、すなわち、イオンビームがウェハの縁部にまだ当たっている場合、アームが減速するにつれて径方向の走査速度が正しい走査速度以下にまでに減じられ、ウェハの後ろ部分が本来より多くの時間をイオンビームに費やし、より多くのドーズ量を受容する。また、ビーム縁部の正確な位置を知るのは困難であるので、あらかじめ、考えられるビームの最大の幅だけ、ホィールがイオンビームから完全に離れているのが確信をもって言われている極限位置まで、ホィールを移動させる。しかしながら、上述したように、ビームの幅は、多くの異なるパラメータに依存し、基本的には１mm〜10cmまで変化することができる。したがって、最大値以外の全てのビーム幅の値について、各走査の終わりにはウェハが必要以上に多くの時間を費やしてビームから外れるようになる。本発明の一態様は、イオンビームの有効に使用するために走査の反転時間を減じていることに関する。
【００２３】
本発明の一態様においては、イオンビームが基板縁部を横切って通るとき、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタするためのモニタと、モニタにしたがい、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさがゼロに達する時点、すなわち、ウェハがビームとの当たりを正にさける時点又はその逆の時点を検出するための検出器とが使用されている。したがって、このような時点を検出器が検出することを用いて、イオン打ち込み装置のその後の操作が開始され、特に都合の良いことには、例えば、走査の反転が開始され、又は、ドーズ量測定やビーム安定性測定のためのビーム電流測定のようなイオンビームのパラメータの記録が開始される。
【００２４】
本発明の他の一態様では、検出器が配置されて基板に入射するビームの断面積の大きさが最大値に達した時点を検出するようになっており、かかる状況では、イオンビームが基板の縁部に入射して基板の縁部にある時点の指示が与えられる。モニタはビーム電流を測定するための手段を備えているのが好適である。モニタは、基板に入射しないビームの電流を測定するように配置され、基板に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタする主とした機能を果たしているだけでなく、ビーム電流を直接測定してドーズ量の計測・計算をするようになっているのが都合がよい。或いは、モニタが基板に入射するビームの電流をモニタするために配置されてもよい。他の実施形態では、モニタがイオンビームの存在に感応する手段、及び、イオンビーム断面積の変化に感応する手段を備えてもよい。
【００２５】
図２には、イオンビームがターゲット基板から十分に且つ正に離れた時点を検出するための装置の実施形態が示されている。この装置には、ビームが基板の縁部を横切って通るとき、ターゲット基板に入射するビームの断面積の大きさが変化するのをモニタするモニタ２９が備えられている。このようなモニタは２９は、例えば、イオンビームを測定するために配置されてもよく、ターゲット基板に入射するイオンビーム又はターゲット基板に入射しないイオンビームを測定するために配置されてもよい。モニタ２９は、検知されたビーム電流の大きさ示す出力信号を発生することができる。検出器３９はモニタ２９の出力部と結合し、ビームが基板の縁部を横切って通るときに、基板に入射するイオンビームの断面積がゼロに達する時点が検出されるようになっている。モニタ２９は、ターゲット基板に入射しないビームの電流をモニタするために配置されている場合、基板に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達する時点が、モニタされたビーム電流が最大値に達することを意味している。したがって、検出器は、モニタされたビーム電流が最大値に達する時点を検出するように配置されている。
【００２６】
或いは、モニタ２９がターゲット基板に入射するビームの電流をモニタするために配置されている場合、基板に入射するビームの電流の大きさがゼロに達するならば、その時点は、モニタされたビーム電流がゼロ又は最小値に達していることを意味している。この場合、検出器３９は、モニタされたビーム電流が上述の値に達した時点を検出するように配置されている。
【００２７】
ターゲット基板に入射するビームの電流がゼロに達する時点を検出すると、検出器３９は、イオン打ち込み装置のその後の処理を制御したり又は開始したりすることができる出力信号を発生させる。図２に示される詳細な実施形態では、コントローラ４１が検出器３９の出力部に接続され、ビーム電流やビーム安定性のような種々のイオンパラメータの記録と走査とを制御している。したがって、走査駆動部４３及びレコーダ４５が動作可能にコントローラ４１に結合している。レコーダ４５は一以上の検出器４７からの測定値を受け取り、イオン打ち込み装置におけるパラメータを測定するようになっている。
【００２８】
図２に示された装置で具体化された原理は、走査を用いるあらゆるイオン打ち込み装置に適用され、それには、静止した又は動いているターゲット基板に対して、イオンビームを偏向することにより走査するイオン打ち込み装置、又は、静止したイオンビームに対して基板を走査するものが含まれている。
【００２９】
再び図２を参照すると、その装置は、モニタ２９からの出力信号をゲートで制御するゲート手段４９を任意に備え、検出器３９がモニタ２９からの信号出力をより小さい連続ベース(continuous basis)で受け取るようにしている。ゲートの周波数は、イオン打ち込み装置の他のパラメータが制御してもよい。
【００３０】
一の実施形態では、ゲート手段４９は、参照位置に対してターゲット基板の位置を検知するための位置検出器５１と、位置検出器５１からの出力信号にしたがって、モニタ２９の出力をサンプリングするサンプリング回路５３とを備え、ターゲット基板が所定の位置にあるか又は所定の位置に達したかが示されるようになっている。都合の良いことに、本実施形態は、ターゲット基板が機械的に走査されてイオンビームが通るイオン打ち込み装置に組み込まれてもよく、詳細には、ターゲット基板が機械的に走査されて、イオンビームが比較的高速で第１の所定の経路に沿って通り、且つ、比較的低速で第２の所定の経路に沿って通るイオン打ち込み装置、例えば、図１に示される、径方向に走査される回転ホィール又は円板の装置に組み込まれてもよい。図２の装置が使用される上述のようなイオン打ち込み装置に使用される方法を、図３〜図１５を参照して、以下述べる。
【００３１】
詳細な実施形態において、走査装置には重心軸２１の周りで比較的高速で回転するホィールが備えられ、比較的低速で弧を通ってホィールを並進運動させる走査アーム１９に取り付けられている。円形状の複数の半導体ウェハ１４がホィール１１の周囲に取り付けられ、ホィールの回転のときにイオンビームに連続的且つ繰り返して導入される。同時に、半導体ウェハ１４は、弧に沿って端から端まで ホィール１１を動かす走査アーム１９によって径方向に走査されてイオンビームが通っている。
【００３２】
打ち込み処理の始まりには、走査アーム１９をホィール１１が十分にイオンビーム４から離れた位置にし、ホィール１１を加速して、例えば、所要の打ち込みドーズ量に応じて選択された正しい回転速度に達するようにする。つぎに、走査アーム１９を加速して、ウェハ１４の外側縁部１６にイオンビームを正に打ち込むときに必要とされる内向き径方向の初期走査速度までにする。ウェハ中で一様な打ち込みドーズ量が得られるよう、イオンビームとホィール１１の回転軸２１との間の距離の逆数(inverse distance)に比例する因子により、径方向の走査速度が増加し、イオンビームが通る任意の径方向の走査のイオンドーズ量が、その径方向の走査におけるホィールの位置に無関係となければならない。
【００３３】
ウェハ１４を完全に通過させてイオンビーム４が他側まで通った後は、走査アーム１９を減速して方向を逆にし、そして、走査アーム１９を加速して、ウェハ１４の内側縁部１８に衝突するイオンビームに適した外向き径方向の初期走査速度までにする。打ち込みドーズ量がウェハ１４中で一様になるように変化する速度で、すなわち減速する速度でウェハ１４を走査して、その内側縁部１４から外側縁部１６まで再び完全にビームを通す。ホィール１１がイオンビーム４から全く離れた後は、径方向の走査においてホィール１１を減速して方向を逆にし、そして、ホィール１１を再び加速して、正しい内向きの径方向初期走査速度にし、ビーム４が通る３回目の通過を行う。所望の打ち込みドーズ量に達するまで、径方向の走査を上述したように端から端まで行う。
【００３４】
図３及び図４を参照すると、ウェハ１４の下流側にファラデー容器２７が配置され、ターゲットウェハ１４によって遮断されない全ビームの電流を集めるようにしている。
【００３５】
図３〜図６には、ホィール１１がイオンビーム４との当たりをさける前に、図２の装置を使用して全ビーム電流を測定して記録する方法の一例が示されている。図３及び図４には、イオンビーム４が隣り合う２つのウェハ基板Ａ，Ｂ間の中間位置の付近にある回転走査中のホィールの位置が示されている。回転走査中でのホィールは、ウェハ基板Ａ，Ｂが回転走査を通じて中間位置の付近にあるように位置している。隣り合う基板Ａ，Ｂは、イオンビーム４が横切って通る最大寸法以下である最小距離だけ離れて配置され、最小寸法と同じ方向に測定され、その結果、このような走査位置では、イオンビームの一部が隣り合う基板Ａ，Ｂの両方に当たり、同時に、図３にハッチングされた領域２０，２２で示されるように、イオンビーム４は上側ウェハＡの下側部分と、下側ウェハのＢの上側部分に当たるようになる。隣り合うウェハＡ，Ｂ間の間隙を通って流れ、ファラデー容器２７の背面部２８（ビームストップ部）に当たるイオンビームの断面積の大きさは、図４のハッチングされた領域３０として示されている。ファラデー容器２７は、ターゲット基板に入射しないビームの電流の大きさを示す電流を出力する。回転走査中にターゲット基板Ａ，Ｂが同じ位置にある場合、イオンビームが流れる隣接基板間の間隙の形状は、ホィールが回転走査中に並進運動するにつれて変化し、したがって、ファラデー容器２７の背面部３０に当たるビームの電流も変化する。ホィール１１が径方向の走査中に移動してイオンビームから外れた場合、例えば、図４の矢印３２で示されるように右側に外れた場合には、回転走査中の位置が同じとき、ホィール１１は、結果として、イオンビーム４が隣り合う２つのウェハＡ，Ｂの縁部２４から正に離れた径方向の走査時の位置に達し、全イオンビーム電流はファラデー容器２７に集められる。
【００３６】
図２を参照すると、検出器３９を配置して、隣り合う２つの基板Ａ，Ｂに同時に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達した時点を検出することができるようになっており、それから、コントローラ４１がレコーダ４５を制御してファラデー容器２７によって集められるビーム電流を記録するようになっている。一の実施形態では、ファラデー容器２７によってモニタされるビーム電流が、ウェハ基板１４が位置検出器５１によってモニタされながら、回転走査中において特定の位置にあるときのみ、サンプリングされてもよい。詳細には、図３〜図６に示されるように、検出器３９に供給されるビーム電流信号は、選択された２つのターゲットが隣接し且つイオンビームの中心からほぼ等距離になっている回転走査の位置と同期している。モニタからのビーム電流信号は、ホィールの回転毎に１回以上、又は、ホィールが数回回転する毎に１回、サンプリングされる。
【００３７】
都合のよいことには、たとえホィールが依然としてイオンビーム内にあるとしても、イオンビームがターゲット基板に入射しない時間又は回数を検出することにより、ホィールがビームから離れる前に、全ビーム電流が記録されてドーズ量が測定されるようになる。さらに、全てのイオンビームがファラデー容器によって「認識されうる」時点とホィールがイオンビームとの当たりを正にさける時点との間に、十分な時間間隔がある場合、全ビーム電流を複数回測定して、イオンビーム安定性の測定をすることができる。例えば、全ビーム電流を回転走査中の他の位置、例えば、ホィールが１回転するときに他の基板間でサンプリングしてもよく、ビーム電流を幾つか又は全ての基板間でサンプリングしてもよい。したがって、イオンドーズ量やイオンビーム安定性のようなビームパラメータを、各走査の終わりまでに測定することができ、その結果、そのような測定を行うのに必要とされる時間を、走査の反転中にホィールがビームから離れる期間から取り除くことができ、走査の反転時間が短縮され、ビームの利用効率が増す。
【００３８】
図３〜図６に示されるように、ビームの断面積及びウェハが円形状になっている特定の幾何学的配置の場合、選択された回転走査の位置は、ホィールが径方向の走査にしたがって動くつれ、全ビーム電流がファラデー容器２７によって最初に検出されるところである。言い換えると、この回転走査では、径方向の走査中に全ビーム電流を測定し記録する最先の機会が与えられる。基本的に、ビーム電流がモニタされる回転走査の位置は、径方向の走査中に全ビーム電流が最先の機会に受け入れられるように選択されるべきであるのが好適であるが、最適な回転位置は、種々のビーム及び基板の幾何学的配置に対して異なる場合がある。
【００３９】
図７及び図８には、図２の装置を用いて、ホィールが外向きの径方向走査の終わりに、ビームとの当たりを正にさける時点を検出することができる方法が示されている。図７及び図８には、径方向の走査中のイオンビームに対し、ホィールの異なる３つの位置が示され、回転走査については２つの異なる位置がある。図７には、図３〜図６に示すように、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがビームの両側部に存在し、ビームの中心線から等間隔離れて配置されている回転走査の位置が示され、また、図８にも、単一のウェハがビームラインの軸線に最も近接している回転走査の位置が示されている。このような例では、ビームの断面はウェハの寸法よりも大きいが、実際には、ビームの断面はウェハの寸法よりも小さいのが基本的である。
【００４０】
図７を参照すると、ホィール１１が矢印３２で示されるように右に移動するとき、ホィール１１は、径方向の走査にしたがって並進運動して、イオンビームが隣り合う２つのウェハに同時に当たる位置５３から、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがイオンビームから正に外れる中間位置５５まで達し、これは、図５及び図６に示される位置に相当し、このとき、全ビーム電流を測定して記録することができる。
【００４１】
図８を参照すると、ホィール１１が径方向の走査中に右に並進運動するとき、ビームの軸線に最も近接したウェハＡが動いて、イオンビーム４が実質的にウェハＡに当たる位置５３から、図７に示される径方向の走査の中間位置５５に相当する中間位置５５（このとき、全ビーム電流がファラデーカップにより検出されうる）を通って、イオンビーム４に最も近接したウェハＡがビームから正に離れる位置５７まで達する。
【００４２】
図２に示される装置を配置して、ホィールがイオンビームとの当たりを正にさける離れる時点を、例えば、ファラデー容器２７に当たるビームの電流をモニタすることにより検出してもよく、また、イオンビーム電流が回転走査によらずに最大値に達する時点を検出してもよい。或いは、ゲート回路４９を用いて、ファラデー容器２７からのビーム電流を、単一のウェハがイオンビームに最も近接する回転走査の位置で、好適には、図８に示されるように、ウェハＡの外側縁部１６上の極大点４０が、ホィールの軸線２１からイオンビームの縁部上の最近接点４４まで延びたホィール１１の径方向４２上にある回転走査の位置でサンプリングし、ビーム電流が最大値に達するとすぐに、ウェハがビームから十分に離れるのを確保するようにしてもよい。このため、ホィールがビームとの当たりを正にさけるのを示す検出器３９からの信号にしたがって、コントローラ４１が走査の反転を開始する。したがって、この装置は、イオンビームの断面の形状又は幅に関わりなく、ホィールがビームから実際に離れた時点を積極的に(actively)検出し、走査の方向が反転した時点を正確に決定することができ、走査の反転時間が最小化される。或いは、図１３及び図１５を参照すると、図７及び図８に示される２つの回転走査位置を用いて、以下述べるように、ホィールがビームを離れる時点を検出することができるようになっている。
【００４３】
図９及び図１０には、複数の基板を支持するホィールの他の実施形態が示されており、外向きの径方向の走査の終わりにホィールがビームから正に離れる時点を検出するのに役立つよう、また、内向きの径方向の走査中に、ウェハの内側縁部がビームから離れる時点の検出を許容するよう、本実施形態は修正されている。本実施形態では、隣り合う２つのスポーク６０，６２間に配置されてマスク５９がホィールに含まれ、ホィールが回転軸２１の周りで回転しているとき、ウェハ１４の外側縁部１６上の極大点４０で描かれた軌跡上に存在している外縁部６１が備えられている。同様に、マスクには、ホィールが回転軸２１の周りで回転しているとき、最も内側の点４６によって描かれる軌跡上に存在している内縁部６３が備えられている。
【００４４】
図９には、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂがイオンビームの両側部にある回転走査中の位置に対して、径方向の走査のホィールの２つの位置が示されている。ホィール１１が外向きの径方向の走査にしたがって動くとき、ホィールは依然としてビームの内部にあるが、全イオンビームが隣り合う２つのウェハＡ，Ｂ間を通る第１の位置５３に、ホィール１１が達している。この位置５３は、全ビーム電流が最初に測定可能となる図５及び図６に示される位置に相当する。
【００４５】
さらに、図１０には、ホィールの軸線２１に最も近接したイオンビーム４の縁部上の点４４と隣接しているホィールの径方向４２上に、マスク５９が存在している回転走査中の位置以外で、径方向の走査のホィールの２つの位置が示されている。イオンビームに最も近接しすなわちイオンビーム４の縁部と隣接した最も短いホィールの径方向４２上に、マスク５９が存在する回転走査の一以上の位置で、ビーム電流がモニタされることにより、ホィール１１がビームから正に離れる時点を、図２の装置は検出することができる。マスク５９は、ホィールが回転するときにウェハによって描かれる円形状の経路にしたがって、ウェハの最外縁部の長さを効率的に増すのに役立ち、その結果、マスクが動いてビームが通るときにイオンビーム電流がモニタされる回転位置は、あまり重要ではなくなり、ファラデーカップによって集められるイオンビームの電流は、長期間にわたって一定に保たれ、ウェハが回転しているときに、明確に認識される鋭いビーム電流の最小値が与えられる。さらに、図１に示されるように、ウェハの縁部は突出して各支持体の縁部を越えているのが好適であるが、支持体は、把持装置(clamping arrangement)や簡単な緩衝体を、ホィールの径方向の先端部においてウェハの縁部を越えて配置してもよく、それによって、ホィールによって描かれる円状の経路のうちの最外縁部が、ウェハの縁部によってではなく、把持装置又は緩衝装置によって画成されるようになる。かかる場合、マスクがウェハの実際の外側縁部を画成するとき、ウェハがビームとの当たりを正にさける時点は、「ウェハ」の位置よりむしろ、「マスク」の位置におけるビーム電流を正確にモニタすることにより（すなわち、この場合、ウェハよりもマスクがイオンビームに近接している）、一層正確に決定することができる。
【００４６】
一以上の他のマスクが他のスポーク１９間に付け足され、ビーム電流を他の回転位置においてもモニタし、ホィールがイオンビームから完全に離れる時点を検出することができるようになる。図９及び図１０に示される実施形態では、付加的な(one further)マスク６５が、第１のマスク５９と径方向で対向してさらに付け足され、ホィール１１をバランスさせるのにも役立っている。しかしながら、ホィールに対するマスクの領域は最小に維持し、イオンビームがマスク材料を汚染させるのを回避するのが好ましい。したがって、マスクを１つだけ使用して、ウェハに近接したホィールの表面積を増加させることなく、ホィールを修正することにより、ホィールのつり合いをとるようにするのが好適である。
【００４７】
図１１及び図１２には、径方向の走査の種々の位置にあるホィール１１が示され、この場合、ホィール１１の回転軸２１が矢印３４に示されるように左側に移動してイオンビーム４の方に向かうとき、ホィール１１が内向きに移動してイオンビームが通っている。図１１及び図１２に示される装置では、ビームの断面積は十分に小さく、また、隣り合う２つのスポーク間の間隔は大きくなって、全イオンビームの領域が収容されるようになっている。ホィールが径方向の走査中に左に移動するとき、位置６７に達しており、この場合、図１１に示されるように、イオンビームが実質的に２つのウェハＡ，Ｂ間の中間位置にある回転走査時の位置において、イオンビームが２つのウェハＡ，Ｂの縁部から正に離れて、全ビーム電流がファラデー容器２７に当たるようになる、図２の検出装置は、図１１に示される回転走査の位置に対して、隣り合う２つのウェハＡ，Ｂに同時に入射するビームの断面積の大きさがゼロに達する時点を検出することができ、その結果、ウェハ１４の内側縁部１８がビームから完全に離れる前に、全ビーム電流を測定し且つ記録することができる。もちろん、イオンビームの断面がとても大きく、スポーク間を通ることができない場合には、全ビーム電流を同時に検出することは不可能となる。
【００４８】
図１２には、マスク５９を使用して、ウェハ１４の内側縁部１８がビームとの当たりを正にさける時点を検出する方法が示されている。ホィール１１が動き続けて、イオンビームが内向き径方向の走査にしたがって通るとき、ホィールは位置６９に達しており、この場合、マスク５９の内縁部６３がイオンビームから正に離れ、全イオンビームが隣り合う２つのスポーク間を通っている。ウェハに入射するイオンビームの断面積の大きさがゼロに達した時点は、ファラデー容器２７で測定されたビーム電流が最大値に達することを意味する。例えば図１２に示されるように、マスク５９がイオンビーム４に最も近接しすなわちビームの縁部上の最外点７０に隣接したホィールの径方向４２上に存在している回転走査の位置において、図２の検出装置は、ファラデー検出器でビーム電流をサンプリングすることができる。
【００４９】
或いは、内向きの径方向の走査時に、ウェハ１４の内側縁部１８がビーム４から離れる位置にホィール１１が達した時点は、イオンビームの外縁部７２がマスク５９の外縁部６１と一致している時点を検出することによって、すなわち、ファラデー容器２７に入射するビームの電流がゼロに達する時点を検出することによって測定することができる。ホィール１１が内向きの径方向の走査にしたがって、ウェハの幅に等しい距離だけ動くのに必要とされる時間が、径方向の走査時のホィールの運動学から計算されるとき、ウェハの内側縁部がビームの縁部から正に離れる時点を予測することができる。しかしながら、この方法の正確さは、径方向の走査にしたがったホィールの速度及び加速度を記述するウェハの直径及び運動パラメータに関し、一定の仮定にしたがっており、このことにより誤差が導入される。したがって、上述した直接検出する方法が好ましい。
【００５０】
たとえ、イオンビームが大きくて一対の隣り合うスポーク間を通ることができない場合であっても、イオンビームがウェハの最内縁部から正に離れる時点が、ビームの寸法にかかわらず測定可能となる。このことは、回転走査時の異なる２つの位置、上述したように、一方がマスクがビームに最も近接した位置にあり、他方が例えば近接したウェハ間の間隙がビームラインに近接しているときのビームのモニタ出力信号を比較することによって達成されうる。
【００５１】
図１３には、図２の検出装置の実施形態が示され、詳細には、上述した機械的走査装置について設計されたものが示されている。装置１０１には、ビーム電流をモニタするためのモニタ１０３が備えられており、モニタ１０３にはファラデー容器１０５が含まれ、ファラデー容器１０５からの電流出力を変換して電圧出力ににするための電流変換器１０７に接続されている。固定された参照点（例えば、イオンビーム断面上の点）に対するホィール１１上の点の位置を検出するための位置検出器１０９には、ホィールエンコーダ（図示せず）が備えられて、ホィール１１の角位置に対応する出力信号を発生するようにしている。ホィールエンコーダは、例えば、光学的な位置検出器又はレゾルバ(resolver)が備えられ、ホィールの角位置を示すアナログ又はディジタル信号を発生させている。一実施形態では、ホィールエンコーダには、光源からの光を検出するための、例えばＬＥＤのような光源のアレイ、対向した光検出器のアレイ及び対向した光検出器のアレイが備えられて、ホィールに対して静止位置で固定されている。光学的に符号化された円板が、ホィールの回転時にホィールと共に回転して光源アレイ間や光検出器のアレイ間を通るように配置されている。ホィール１１が回転するとき、選択された光検出器が、光学的に符号化された円板の位置にしたがう光を受け入れて、ディジタルコード、例えば交番２進コードを発生させる。そのようなコードは２進変換器(binary converter)へ送られ、交番２進コード又は他のコードが例えば１２ビットから１６ビットまでの２進コードに変換され、走査アーム１９に対するホィールの位置が示される。なお、２進変換器１１１は、２進コードをオフセットし、コードが特定のホィールの位置に較正されるようにしてもよい。
【００５２】
ホィール１１が径方向の走査中に走査位置間を端から端まで動くとき、走査アームは、基本的には約２０゜の弧を通って掃引され、イオンビームのような固定された参照点に対するホィールの位置は、走査アームに対するホィールの角位置に依存するだけでなく、走査アームの位置自身にも依存する。したがって、固定された参照点に対するホィール上の点の位置を正確に決定する際には、走査アームの位置を考慮しなければならない。位置検出器が走査アームの位置を測定して、固定された参照点に対するアームの位置を示す信号を発生させる。位置検出器１０９にはＥＰＲＯＭ１１２が備えられ、径方向の走査中の一連の走査アームの位置に対して、ホィールの位置のデータを固定テーブル(lock-up table)の形で記憶している。さらに、走査アームの位置検出器によって生じた信号はＥＰＲＯＭ１１２に送られ、任意の走査アームの位置に対する適当な固定テーブルが選択される。ＥＰＲＯＭ１１２はプログラムされて、固定された点に対する任意のホィールの位置に対する信号を発生させるようになっている。
【００５３】
本実施形態では、ホィールが径方向の走査中に動くときにビーム電流をサンプリングし、イオンビームに対して、回転走査時のウェハの位置が識別されるようになっている。ホィール回転走査装置では、ビーム電流が隣り合う２つのウェハに同時に入射するイオンビームの電流が、径方向の走査時にゼロに達して、全ビーム電流を径方向の走査の終わる前に測定することができる時点を検出するため、図３〜図６に示されるように、隣り合う２つのウェハ間の中間位置にビームの軸線がある回転走査中の位置において、ビーム電流をサンプリングしている。ウェハの最外縁部がビームとの当たりを正にさけて、走査の反転を開始する時点が決定されるよう、図８に示されるように、単一のウェハがイオンビームに最も近接した回転走査時の位置において、すなわち、単一のウェハの最外縁部が、ホィールの回転軸線２１に最も近接したイオンビームの縁部の点を横切るホィールの径方向上にある回転走査時の位置において、最外縁部ビーム電流をモニタしてもよい。或いは、図１０に示されるように、隣り合うスポーク間に設置されたマスクがホィールに含まれて、ウェハの最外縁部及び最内縁部が画成されている実施形態では、マスク５９がイオンビームに最も近接する回転走査時の位置において、すなわち、ビームの縁部に近接した最も短い径方向をマスク５９が横切る回転走査時の位置において、ビーム電流をモニタしてもよい。また、回転走査時のマスクに関する後者の位置を用いて、図１２に示されるように、ウェハの最内縁部がビームから正に離れる時点が決定されるようになる。
【００５４】
図１３に戻ると、ＥＰＲＯＭ１１２はプログラムされて、ビームに最も接近した任意の２つの隣り合うウェハがほぼ等距離だけ離れてビームラインの両側部上にある回転走査時の位置において、出力信号が発生するようになっており、「半同期(half sync)」と呼ばれている。
【００５５】
サンプリング回路１１３には、２つのサンプルホールド装置１１５，１１７が備えられていている。電流変換器１０７の出力部は、ビーム電流信号からの望ましくない高周波成分を弱めたり又は取り除いたりするスルーレート制限器(slew rate limiter)１１９及び低域通過フィルタ１２１を介して、各サンプルホールド装置１１５，１１７の入力部に接続されている。一方のサンプルホールド装置１１５は、ＥＰＲＯＭ１１２の半同期信号の信号出力に接続され、他方のサンプルホールド装置１１７は、ＥＰＲＯＭ１１２の全同期(full sync)信号に接続されている。サンプルホールド装置１１５，１１７は、ＥＰＲＯＭ１１２からの半同期及び全同期の制御信号に応じた電流変換器１０７からのビーム電流信号と、後述する回転走査の位置におけるビーム電流の振幅に相当する各出力信号Ａ，Ｂとをサンプリングする。アナログ又はディジタルのマルチプレクサ１２３が、サンプルホールド装置１１５，１１７からの出力信号Ａ，Ｂを受け取り、さらに、電流変換器１０７から、生の（すなわちフィルタされていない）出力信号を受け取っている。また、サンプルホールド回路１１５，１１７からのビーム電流信号Ａ，Ｂは、差動増幅器１２５の入力部に送られ、差信号（Ａ−Ｂ）が発生する。差信号及びサンプルホールド回路１１７からの全同期位置における瞬時(instantaneous)ビーム電流信号Ｂは、アナログ除算器１２７の入力部に供給され、ここでは、差信号（Ａ−Ｂ）が、全同期信号の位置におけるビーム電流信号Ｂによって正規化され(normalised)、演算信号(resulting signal)が絶対的な(absolute)ビーム電流の振幅と無関係になる。したがって、除算器の出力は、２つのサンプリングされた位置間の差の割合又は比率を表し、ビームレベルに無関係である。アナログ除算器１２７からの出力は、低域通過フィルタ１３１及び例えば８ビットＡ／Ｄ変換器であるＡ／Ｄ変換器１３３を介して、処理装置１２９を備える検出器１２８に供給される。さらに、生のビーム電流と半同期及び全同期の位置における信号Ａ，Ｂとが、Ａ／Ｄ変換器１３０を介して、マルチプレクサから処理装置１２９に送られる。マルチプレクサからの出力は、処理装置１２９によって制御されている。処理装置１２９はプログラムされて、以下詳細に述べるように、全ビーム電流が径方向の走査時に最初に検知される時点が検出され、検知される時点に応じたイオンビームのパラメータの記録が制御され、また、ウェハの外側縁部及び内側縁部が、内向き及び外向きの径方向の走査の反転時において、ビームから正に離れる時点が検出され、そして、それに応じた走査の反転が制御されるようになっている。処理装置は、径方向の走査の終わりを検出するときに走査コントローラ１３７に信号を発生させて送り出し、走査駆動装置１３９が走査を反転するように制御されている。また、処理装置１２９は、径方向の走査の終点で他の装置を制御するための他の信号を発生してもよい。電流変換器１０７からの生のビーム電流信号と、マルチプレクサ１２３を介した、半同期及び全同期の位置における瞬時ビーム電流信号Ａ，Ｂと、アナログ除算器１２７からの正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂとが、陰極線オシロスコープ（ＣＲＯ）のような表示装置１３５に供給され、そのような信号を直接モニタすることができるようになっている。
【００５６】
図１４には、半同期の回転走査の位置において測定された瞬時ビーム電流信号Ａについて、オシロスコープの記録(trace)Ｈが示されている。さらに、図１４には、同時にモニタされる電流変換器１０７からの生のビーム電流信号の出力の記録Ｖが示されている。記録Ｈ，Ｖの左側は、イオンビームがウェハの内側縁部に近接した径方向走査時の位置に相当し、記録Ｈ，Ｖの左側は、イオンビームがウェハの外側縁部に近接した径方向走査時の位置に相当する。半同期の位置のビーム電流の記録Ｈを参照すると、ホィールが径方向の走査にわたって動くにつれて、イオンビームが通る隣り合う任意の２つウェハ間の間隙の面積が、最小値に達するとき、ファラデー容器２７に当たるイオンビームの電流は、最小値まで確実に減少する。そして、イオンビームが通るウェハ間の間隙の面積が、ホィールがビームから離れるにつれて大きくなるとき、半同期のビーム電流信号が増加し、ビーム電流信号が時刻Ｔ1においては最大値に達しており、この時刻Ｔ1は、ホィールがイオンビームから出てくるときに、隣り合うウェハ間の間隙を通って、全ビーム電流を最初に認識することができる時点に相当し、例えば、図５や図６に示される位置、及び、図７に示されるような中間位置５５に相当し、このとき、隣り合う２つのウェハの縁部がイオンビームに最も接近した状態で、ビームの縁部から正に離れる。
【００５７】
記録Ｖには、、ウェハ基板が回転及び径方向走査中に移動するとき、ファラデー容器によって測定されたイオンビーム電流信号が、ウェハ基板によって変調されたまま変化しているのが表されている。ウェハが回転走査中に動くことによって高周波の変調が生じており、最大振幅は、径方向走査時、すなわちビームラインが２つのウェハ間の中間位置にあるときの定められた位置に対する最大ビーム電流に相当する。したがって、これらの最大振幅は、半同期の位置の記録上の点に相当する。他方、高周波の最小値は、径方向走査時の定められた位置に対して、ウェハに当たるビームの断面積の大きさが最小値になる回転走査時の位置に相当しており、この位置は、任意の基板がイオンビームに最も接近する、すなわち、任意の基板がイオンビームと整列する位置にほぼ相当する。ホィールが径方向の走査にわたって外向きに移動するとき、変調したビーム電流信号が最小値を通って、つぎに、時刻Ｔ2において達する固定された最大値まで増加する。これは、例えば、図７、図８、図９及び図１０の位置５７で示されるように、ホィールがイオンビームの縁部から正に離れる時点に相当する。
【００５８】
図１４に示される特定の例においては、隣り合う２つのウェハ間で、全ビーム電流が最初に測定される時点Ｔ1は、ホィールが完全にイオンビームから離れる時点Ｔ2よりも０．４３秒前に生じる。ビーム電流が最大値に達する時点Ｔ1は、全ビーム電流が時点的にファラデー容器に当たっていることを示し、図１３に示される処理装置１２９によって検出され、ドーズ量の測定のためのビーム電流の記録が開始されるようになる。Ｔ1とＴ2との間の期間中は、ホィールの回転毎に１回以上、又は、ホィールが数回回転する毎に１回、複数のビーム電流が測定され、ビーム安定性を決定するのに用いられる。Ｔ1とＴ2との間の期間には、種々のビームパラメータ及びイオンドーズ量の記録が行われ、ホィールがビームから離れる前に測定値が記録されるようになり、また、これらの測定値を記録するのに必要とされる時間は、走査の反転に必要とされる時間の一部を形成しない。
【００５９】
図１５には、ホィールが径方向の走査によって外向きに動いて、ビームがウェハの内側縁部に近接した位置からホィールがビームから離れる位置まで達するときにおいて、アナログ除算器１２７からの正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂの記録が示されている。また、電流変換器１０７の出力部での生のビーム電流信号が、比較として示されている。ホィールが径方向の走査によって動いて、ビームがウェハの外側縁部を横切るとき、正規化された差信号は、ホィールが正にビームから離れているのを示している時刻Ｔ2において達せられるゼロまで確実に減少する。さらに、ホィールがビームから正に離れる時点を、連続的にサンプリングされたビーム電流の記録Ｖから、及び、そのとき信号が固定された最大値に達する電流変換器１０７から認識することができる。正規化された差信号（Ａ−Ｂ）／Ｂは処理装置１２９に送られ、差信号が1/2%のような所定の値と比較されるようになる。差信号が、（ホィールが正にビームから離れていることを示す）所定の値に達したり又はこの所定の値まで減少するとすぐに、処理装置が制御信号を発生して走査駆動装置に送り出し、走査の反転を開始する。走査駆動装置は応答して、走査アームを直ちに減速し、反転し、そして所要の初期速度まで加速し、走査の反転時間(turn-around time)が最小化される。
【００６０】
さらに、走査の他の終点において、ウェハの内側縁部がイオンビームから正に離れる時点を、正規化された差信号を用いて測定することができる。この場合、ビーム電流信号Ａは、例えば図１１に示される半同期の位置でサンプリングされており、また、ビーム電流信号Ｂは、例えば図１２に示されるように、マスク３９がイオンビームと最も接近した状態で、又は、マスク３９がイオンビームと整列した状態でホィールが配置されたビーム電流をサンプリングすることによって、取り出される。例えば図１１に示される半同期の位置でサンプリングされたビーム電流信号Ａは、ビーム電流信号Ｂが例えば図１２に示される全同期の位置でサンプリングされる前に、最大値に達する傾向にある。しかしながら、マスク５９の内縁部がイオンビームを通って内向きに移動して右側に達したとき、２つの信号Ａ，Ｂ間の差は減少し、そして、マスクの内縁部はウェハの内側縁部から正に離れるようになり、このとき、２つの同期したビーム電流信号Ａ，Ｂは、等しくなって、その差はゼロになる。一方、ホィールが径方向の走査にしたがって、内向きに動くときに差信号がゼロに達する時点を、処理装置１２９が検出し、適当な信号を発生して走査駆動装置に送り出し、走査を反転させている。
【００６１】
図１１及び図１２に示されるように、イオンビームの断面積及び隣り合うスポーク間の間隙は、全イオンビーム電流をホィールを通ってファラデー容器に流れるようにするのに十分であるけれども、差信号を用いて、ビームの寸法にかかわらず内向き走査の終点で、ウェハの内側縁部がビームから正に離れる時点を検出することもできる。例えば、ビームの断面積が十分に大きくなって、内向き走査時に、全ビーム電流がホィールを流れるところがない場合は、ビーム電流の一部が一以上のスポークにいつも当たっている。しかしながら、イオンビームが通過するスポーク間の間隙の領域が、マスクの内縁部がイオンビームから正に離れる径方向の走査時の位置に対して、異なる２対のスポーク間と同じであれば、差信号はゼロにまで減少し、このときかかる条件に達する。
【００６２】
上述したように、イオンビームの断面積が十分に小さくなって、スポーク間ウェハの内側縁部が、内向きの径方向の走査時にイオンビームから十分に離れる場合には、外向き走査中にビームパラメータを測定することに関して、上述したような図１３に示される装置によって、内向き走査の終点前にビームパラメータを測定して記録することができる。
【００６３】
他の実施形態では、ビーム電流の最大又は最小をモニタし、最大及び最小の値を所定の値と比較したり、或いは、連続した最大及び／又は最小の振幅を比較して、例えば、振幅が変化しなかったり、所定の限界を越えて変化しなかったりすることにより、ビームがターゲット基板から正に離れる時点を測定してもよい。
【００６４】
他の実施形態では、イオンビームに対してウェハを走査するための別の手段が備えられてもよく、例えば、ウェハが直線状の経路にしたがってイオンビームに導入され、また、イオンビームは静電的又は磁気的な手段によって、直線状の経路を横断して偏向されてもよい。或いは、２次元のウェハ中至る所でイオンビームを、静電的又は磁気的な偏向手段が再び走査する場合、個別的にウェハを処理してもよい。
【００６５】
基板に入射するイオンビームの断面積の変化を直接測定するとき、あらゆる形状又は寸法のターゲット基板に対して、例えば円形状、正方形及び長方形等の形状のターゲット基板に対して、また、あらゆる断面積又は形状、例えば円形状、楕円状、正方形、長方形等の形状寸法の荷電粒子ビームを用いて、走査検出装置を使用することができる。
【００６６】
本明細書で述べた本実施形態に対するそれ以上の修正は、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にしたがったイオン打ち込み装置の概略平面図である。
【図２】走査検出装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３】走査装置の正面図である。
【図４】図３に示された走査装置の概略斜視図である。
【図５】図３に示された装置の正面図であって、イオンビームが隣り合う２つのターゲット基板の縁部に接している。
【図６】図５に示された走査位置の概略斜視図である。
【図７】スポークホィール型の走査装置がビームラインに対して異なる３つの水平方向の走査位置を示す正面図である。
【図８】図７に示されたスポークホィール型の走査装置の異なる位置を示した正面図である。
【図９】スポークホィール型の走査装置の他の実施形態の正面図である。
【図１０】異なる走査の位置に置かれている図９のスポークホィール型の走査装置の正面図である。
【図１１】図９に示されるスポークホィール型がビームラインに対して異なる２つの位置にある走査装置の正面図である。
【図１２】図９のスポークホィール型の走査装置がビームラインに対して別の位置で回転しているのを示した正面図である。
【図１３】モニタ回路の実施形態のブロック回路図である。
【図１４】隣り合う２つのターゲット基板間のビーム電流をサンプリングしたとき、図１３のモニタ回路の出力の変化を示すグラフ図である。
【図１５】走査で２つの異なる位置でサンプリングされたビーム電流に関し、図１３の回路の異なる出力を示したグラフ図である。
【符号の説明】
１…イオン打ち込み装置、３…イオンビーム発生部、５…質量分析部、７…イオンビームコントローラ、９…ターゲット基板支持アセンブリ、１１…スポーク型ホィール、１４…ターゲット基板、１９…走査アーム、２３…走査駆動アセンブリ、２７…ファラデー容器。
Claims (31)
- イオンを基板に打ち込むためのイオン打ち込み装置であって、
イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部、
ビームイオンでもって打ち込まれる基板を支持するための支持手段、
前記基板と前記イオンビームとの少なくとも一方をその他方に対して相対的に走査させ、前記ビームが所定の経路にしたがって前記基板を通るようにする走査手段、
前記基板に入射するイオンビームの断面積の大きさが変化するのを、前記大きさが有限である走査の位置から前記大きさがゼロである走査の位置まで、イオンビームが前記基板の縁部を通るときに、モニタするように配置されるモニタリング手段、
前記モニタリング手段にしたがい、前記イオンビーム及び／又は基板が前記所定の経路にしたがって動くとき、前記大きさが有限の値からゼロに達する時点を検出するための検出手段、及び、
前記時点を検出する前記検出手段にしたがい、当該イオン打ち込み装置の操作を行うための操作手段と、
を備え、
前記モニタリング手段が、全てのイオンビームの断面を前記時点と同時にサンプリングするように配置されていることを特徴とするイオン打ち込み装置。 - 前記イオンビームのパラメータの値を測定するための測定手段を備え、且つ、
前記操作手段が、前記時点を検出する前記検出手段にしたがって前記パラメータの前記値を記録するように配置されている記録手段を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記操作手段が、前記時点を検出する前記検出手段にしたがって、前記走査の方向の変化を制御するように配置される制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記イオンビーム及び／又は基板が所定の前記経路にしたがって動くとき、前記大きさが最大値に達する時点を検出するための別の検出手段を備え、且つ、
前記操作手段が、前記大きさが最大値に達する時点を検出する前記別の検出手段にしたがって、当該イオン打ち込み装置の以降の操作を行なうようにすることを特徴とする請求項１に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記所定の経路に沿う位置であって前記大きさがゼロに達する該位置に前記イオンビームが達する時点を、前記大きさが最大値に達する位置に前記イオンビームが達する時点を検出し、前記イオンビームが前記所定の経路に沿って前記基板の幅に等しい距離を動くのに要する、計算された時間を用いることによって、予測するための予測手段を、更に備える、請求項４に記載のイオン打ち込み装置。
- イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部、
複数の基板を支持するようになっている支持手段、
前記複数の基板と前記イオンビームとの少なくとも一方を、第１の所定の経路にしたがって、その他方に対して相対的に走査する走査手段、
前記イオンビームを通って動いている隣り合う２つの基板に同時に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタするようになっているモニタリング手段、及び、
前記ビームが隣り合う２つの基板に同時に入射する前記走査の位置から、前記イオンビームが基板を通るときに、前記大きさがゼロに達する時点を検出するようになっている検出手段、
を備え、
前記支持手段により支持された複数の基板のうち隣り合っているもの同士が、前記イオンビームの断面を通る最大距離以下の最小距離だけ離れており、該最大距離は該最小距離と同一方向に測定されるものであり、且つ、
前記支持手段が、前記第１の所定の経路とは異なる第２の所定の経路にしたがって、連続的に前記基板を前記イオンビームに導入するようになっている、
ことを特徴とするイオン打ち込み装置。 - 前記モニタリング手段が、イオンビーム電流をモニタリングするための手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記モニタリング手段が、前記基板に入射しない前記イオンビームの断面の少なくとも一部をサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項７に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記モニタリング手段が、ほぼ全てのイオンビームの断面を前記時点とほぼ同時にサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項８に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記時点を検出するための前記検出手段にしたがい、当該イオン打ち込み装置の以降の操作を行うための前記操作手段を備えることを特徴とする請求項６に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記イオンビームのパラメータの値を測定するための測定手段を備え、且つ、
前記操作手段が、前記時点を検出する前記検出手段にしたがって前記パラメータの前記値を記録するように配置されている記録手段を備えている、
ことを特徴とする請求項１０に記載のイオン打ち込み装置。 - イオンビームが一の基板から隣り合う基板までを通って、前記各基板が前記第２の所定の経路にしたがって動くとき、前記測定手段が、前記大きさのゼロとなる期間の少なくとも１回、ビームの全断面をサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のイオン打ち込み装置。
- イオンビーム及び／又は前記基板が、前記第１の所定の経路にしたがって走査されるとき、前記時点の後であって、前記大きさの値がゼロに達して前記第２の所定の経路上の基板の位置に無関係となる前に、前記記録手段が、前記パラメータの値を記録するように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記記録手段が電気的な記憶装置を備えていることを特徴とする請求項１１に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記第２の所定の経路上の前記基板の前記位置を検知するための位置検知手段を備え、
前記第２の所定の経路上の所定の位置に基板が達することを検知する前記位置検知手段にしたがって、前記モニタリング手段が前記大きさをサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項６に記載のイオン打ち込み装置。 - 隣り合う２つの基板が前記イオンビームの対向する側部上に置かれて、前記大きさが、前記第１の所定の経路上の任意の位置に対してほぼ最小値を有するようになるとき、前記モニタリング手段が、前記大きさをサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のイオン打ち込み装置。
- イオンビームを発生させるためのイオンビーム発生部、
複数の基板を支持するようになっており、第１の所定の経路とは異なる第２の所定の経路にしたがって、連続的に前記基板を前記イオンビームに導入するようになっている支持手段、
前記複数の基板と前記イオンビームとの少なくとも一方を、前記第１の所定の経路にしたがって、その他方に対して相対的に走査する走査手段、
前記第２の所定の経路にしたがって動く基板によって描かれる経路上に入射するイオンビームの断面積の大きさの変化をモニタするようになっているモニタリング手段、及び、
前記ビームが前記経路に入射する走査の位置から前記経路を横切るときに、前記大きさがゼロになる時点を検出するようになっている検出手段、
を備えることを特徴とするイオン打ち込み装置。 - 前記モニタリング手段が、イオンビーム電流をモニタリングするための手段を備えていることを特徴とする請求項１７に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記モニタリング手段が、前記経路に入射しない前記イオンビームの断面の少なくとも一部をサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記モニタリング手段が、ほぼ全てのイオンビームの断面を前記時点とほぼ同時にサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記時点を検出する前記検出手段にしたがい、当該イオン打ち込み装置の以降の操作を行う操作手段を備えることを特徴とする請求項１７に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記操作手段が、前記時点を検出する前記検出手段にしたがって、前記走査の方向の変化を制御するように配置される制御手段を備えることを特徴とする請求項２１に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記イオンビーム発生部と前記モニタリング手段との間に配設され、前記イオンビームを遮蔽して、前記第２の所定の経路にしたがって前記基板が動くことにより描かれる前記経路の２つの縁部のうち少なくとも１つを画成しているマスク手段を備えていることを特徴とする請求項１７に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記マスク手段が隣り合う２つの基板間に置かれて、前記基板と一致して前記第２の所定の経路にしたがって動くようになることを特徴とする請求項２３に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記支持手段が、中央ハブ部及び径方向に延在している複数の不連続で離散的な基板支持体を有する回転ホィールを備え、且つ、
前記マスク手段が、隣り合う２つの基板支持体間の間隙に配設されている、
ことを特徴とする請求項２４に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記第２の所定の経路上の基板の位置を検出するための位置検出手段を備え、且つ、
前記第２の所定の経路上の所定の位置に基板が達したことを検出する前記位置検出手段にしたがって、前記モニタリング手段が前記大きさをサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記モニタリング手段が、前記イオンビームに単一の基板がほぼ最接近する位置において、前記大きさをサンプリングするように配置されていることを特徴とする請求項２６に記載のイオン打ち込み装置。
- 前記第２の所定の経路上における前記マスク手段の位置を検知するための位置検知手段を備え、且つ、
前記マスク手段が、前記第２の所定の経路上の位置において前記イオンビームにほぼ最も接近することを検出する前記位置検出手段にしたがって、前記大きさをサンプリングするように、前記モニタリング手段が配置されていることを特徴とする請求項２３に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記基板に入射しないビームの断面積の大きさを示す信号を発生させて、前記第２の所定の経路上の単一の基板が前記イオンビームにほぼ最接近する第１の位置において、及び、隣り合う２つの基板が前記イオンビームの対向した側部上に置かれる前記第２の所定の経路上の第２の位置において、前記大きさをサンプリングするように、前記モニタリング手段が配置されており、且つ、
前記第１の位置及び前記第２の位置において、前記大きさをモニタリングする前記モニタリング手段によって発生する前記信号が、ほぼ等しくなる時点を検出するように、前記検出手段が配置されている、
ことを特徴とする請求項１７に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記基板又は前記マスク手段に入射しないビームの断面積の大きさを示す信号を発生させて、前記マスク手段が前記イオンビームにほぼ最接近する第１の位置において、及び、隣り合う２つの基板が前記イオンビームの対向した側部上に置かれる前記第２の所定の経路上の第２の位置において、前記大きさをサンプリングするように、前記モニタリング手段が配置されており、且つ、
前記第１の位置及び前記第２の位置において、前記大きさをモニタリングする前記モニタリング手段によって発生した前記信号がほぼ等しくなる時点を検出するように、前記検出手段が配置されている、
ことを特徴とする請求項２３に記載のイオン打ち込み装置。 - 前記第２の所定の経路上の２つの位置で発生した２つの信号を、前記信号のいずれか一つで割り算するための除算手段を備えることを特徴とする請求項２９又は３０に記載のイオン打ち込み装置。
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