JP4416949B2 - 粒子ビーム電流モニタリング技術 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本願発明はシリコンウエハ内へのイオン注入及びイオン注入処理中のイオンドーズ量の測定に関する。
【０００２】
関連技術の説明
従来のイオンインプランタードーズ量制御装置において、主イオンビームはイオン粒子電流（粒子／秒）の測定を与えるべくウエハ注入中に周期的若しくは連続的にサンプル化される。
【０００３】
イオンインプランターによって生成されるイオンビームは、長い時間及び短い時間の強度の変化を受けやすい。概して、ビームはウエハターゲットより非常に小さいため、ウエハ上へ空間的に均一なドーズ量を与えるためには、ビームがウエハを横切って並進されるか、若しくはウエハがビームを通じて並進される必要がある。注入中のビーム電流の変化を補償するためにビーム粒子電流から引き出されたファクタによって並進速度を調整することが通常の慣例である。
【０００４】
並進速度補正が決定される前に、主（若しくは注入）ビーム電流がわからなければならない。この要求を満足させるための多くの方法が存在する。最も普通の２つは、１）注入中の強度のサンプルを与えるべくビームを（空間的若しくは時間的に）多重化すること、２）ウエハを直接たたく電流を集めて測定すること、である。これら両方の技術はウエハの近傍のビーム電流を測定するという欠点に苦しむ。ウエハはビーム電流測定の正確さに逆影響を及ぼし、ドーズエラーを生じさせる局所的な環境摂動を誘起する。例えば、ウエハがビームの衝撃の下でガス抜けすると、生じた真空の損失によりビームの不所望な電荷変換が生じ、それがビーム電流測定のエラーを導く。
【０００５】
発明の要旨
本発明は、イオン注入処理中にシリコンウエハが正しいイオンドーズ量（粒子/cm²）を受け取ることを測定しかつ保証するための新規な手段を与える。従来のイオンインプランタードーズ制御装置において、主イオンビームはイオン粒子電流（粒子／秒）の評価を与えるためウエハ注入中に周期的にサンプル化される。
【０００６】
本発明において、主イオンビームの粒子電流は、ウエハ注入に対して不所望な電荷状態を有する代わりの(alternate)（未使用、質量分析された）イオンビームのイオン電流を測定することによって評価される。代わりの（若しくはモニター）ビームはウエハ注入用に使用されないので、それはイオン電流が最も正確に測定されるところの安定な真空クォリティの領域で連続的にモニターされ得る。モニタービーム内のイオン電流は主ビーム内のイオン電流に比例し、それらの比はウエハ注入バッチの間で測定される。したがって、モニタービームのイオン電流を測定することによって、主ビームのイオン電流は推定され得る。測定はウエハ処理チャンバの貧弱な真空より上流で実行されることから、この方法は特にフォトレジストがコートされたウエハからガス抜きされた水素が存在する際により正確である。
【０００７】
好適実施例の説明
最初に図１を参照すると、発明で使用するのに適したイオンインプランター1の全体の平面図が示されている。発明は概して発明を限定することなくイオンインプランターに適用可能であるが、ひとつの適当なインプランターは例えば、マサチューセッツ州、ニューベリポート、スタンレイ・タッカー・ドライブ４にあるジーナス・インコーポレイテッドのイオンテクノロジー部門によって製造された商標"Tandetron"で呼ばれるモデルG1520のようなMeVイオンインプランター装置であってもよい。典型的にG1520は25KeV〜2.65MeVのエネルギー範囲でボロン、リン若しくはヒ素をシリコンウエハ内に注入するために使用される。粒子電流の典型的な値は1×10¹¹から1×10¹⁶粒子／秒の範囲である。典型的なドーズ量値は5×10¹⁰から1×10¹⁶粒子/cm²である。注入のエネルギーに依存して、ウエハをたたくイオンは一価、二価若しくは三価に荷電される。800keVの一価のリン注入を実行する際に、G1520は所望の電荷状態を選択するために4667ガウスで動作する10°磁石を使用する。
【０００８】
図１に示された装置は、インジェクタ2、タンデム加速領域3、ビームフィルタモジュール4、処理チャンバモジュール5及びウエハハンドリングモジュール6の５つの主なモジュールに分割される。本発明はビームフィルタ領域4内に配置され、それは10°均一場磁石7、ドリフト領域、及び最終電荷状態選択アパーチャを含む。このユニットは加速器モジュール3の中央に形成された電荷状態（1+、2+、3+及び4+）の分離によって所望のイオンビームを選択する。このステージにおいて質量分析は実行されず、同一種の異なる電荷状態の選択によるエネルギー分析のみが実行される。正イオンビーム電流は処理チャンバ5に入る前にセットアップファラディカップ内で最適化される。
【０００９】
ビームフィルタモジュール4は図２により詳しく示されている。加速器モジュール3からのイオンビームは、真空ウエーブガイド入口9において加速されたイオンビーム軸線8に沿ってビームフィルタモジュール４に進入する。10°分析磁石7によって生成された磁場を通過して、イオンビームは主ビーム内に含まれるそれぞれの電荷状態によって別々のビームに分割される。加速されたイオンビームの経路内のフィルタスリット10は、所望の電荷状態が選択されるように磁場強度に関連して配置される。図２の例において、選択された電荷状態は電荷状態1である。他の電荷状態は異なる軌道11、12、13に従うが、中性ビームはビーム軸線8に沿ったままである。本発明にしたがって、ひとつ若しくはそれ以上の非選択電荷状態の電流を読み取るためにファラディカップ14が配置される。図２の例において、読まれる非選択電荷状態は電荷状態2及び3である。
【００１０】
ファラディカップ14は冷却水をカップへ導入するよう働くインシュレータ15によって支持されている。該カップはフロント16及びリア17バイアス電極によって挟まれ、それらは負のポテンシャルで維持される。バイアス電極は外部で生成された電子がカップに到達しないこと、及びカップ内で生成されたあらゆる電子が逃げずにカップに戻ることを保証する。組立体の受け容れ領域は水冷され接地されたアパーチャ18によって画成される。
【００１１】
図２の磁場の作用は図３を参照して理解される。それを参照すると、イオンビーム21が磁場22を通過する際、さまざまな成分イオンはそれらの質量、速度及び電荷によって決定される角度偏向を経験する。この技術は複数成分のビームから特定の質量/速度/電荷の組み合わせのイオンを濾過するのに通常使用される。異なる角度偏向は空間的に分離されているビームのさまざまな成分を生じさせる。分析スリット24は所望の主ビーム23のみを通過させるよう配置され、代わりの不所望な成分25は異なる角度偏向を経験し、分析スリット24を通過せず、ウエハの注入に寄与しない。
【００１２】
注入の時間中、ひとつ若しくはそれ以上のこれらの代わりの不所望な成分25の強度は所望の主ビーム23の強度に比例する。例えば、もしタンデム加速器への入力が単一の質量、速度及び電荷状態のイオンから成るならば、出力ビームは単一質量であるがさまざまな速度及び電荷のイオンを含む。加速器処理の物理によって、出力ビームのさまざまな成分の相対比率は出力ビーム強度の広い範囲にわたって一定であることができる。
【００１３】
したがって、主ビーム23は10°磁石の下流のあらゆる便利な位置でひとつ若しくはそれ以上の代わりの不所望の成分ビーム25の強度を測定することによってモニターされる。この領域でのビーム成分の存在前の空間的分離を利用して、分析スリットの近くで不所望の成分の強度を測定することが便利であると認められるが、本発明の思想及び態様から離れることなく他の実行も可能である。不所望な成分の強度は好適にはウエハ上へのビーム衝突の地点から非常に離れた位置26で測定され、ビーム／ウエハ相互作用によって引き起こさせる環境摂動はビーム強度測定に最小の影響を与える。
【００１４】
主ビーム電流の完全な測定を可能にするために、主ビーム電流対モニタービーム電流の比が決定される。この決定は主ビームが衝突を実行していない都合のよい時に両方の電流を測定することによって為される。
【００１５】
他の実施例
これらは特定の状況下で実行される本発明の多くの他の実施例である。図４は単一の固定されたファラディカップがより小さい移動可能なカップ30に交換されたところの装置を示す。より小さいカップは単一の非選択電荷状態（若しくは、可能なら一度に一回以上）をモニターするように配置され、したがって他の非選択ビームを拒絶する。これはもしひとつの非選択ビームの強度が選択ビームの強度に比例しなければ所望される。これらの状況のもとで、ビーム電流の信頼できる測定を得るために非選択ビームを拒絶することが必要である。
【００１６】
他の実施例が図５に示され、そこでは単一の固定されたファラディカップは複数の固定されたカップ31、32、33と交換され、それらは特定の非選択電荷状態によって生成されるビームを遮るように配置される。もし電荷状態１ビームが選択されれば（すなわち、分析スリット10を通過している）、ファラディカップ31は中性（電荷状態0）ビームを遮り、ファラディカップ32は電荷状態２ビームを遮り、及びファラディカップ33は電荷状態３ビームを遮る。もし磁石7によって生成された磁場が減少したら、より高い電荷状態ビームが選択され、その場合ファラディカップ31は選択ビームの電荷状態より低い電荷状態を有するビームを集める。例えば、もし電荷状態３が分析スリット10を通過していれば、電荷状態１及び２はファラディカップ31によって集められる。
【００１７】
他の実施例が図６に示される。コレクタ34は中性（電荷状態０）ビームを遮るように配置され、それは常に磁場によってそらされずに通過する。ビームの衝突はコレクタからの二次電子の放出を刺激する。これらの電子のいくつかはコレクタに接続された電流計に電流を流しながら逃げ、電流の大きさは中性ビームの強度の評価を与える。接地シールド35はコレクタを包囲し、存在するかもしれない他の荷電粒子からそれを守る。この実施例において、非選択電荷状態ビーム11〜13は接地されたアパーチャ18に衝突する。
【００１８】
いくつかの図示された実施例とともに発明の原理が説明されてきた。特定の用語が使用されてきたが、それらは限定する目的ではなく一般的かつ記述的な意味で使用され、発明の態様は特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
本発明は付随する図面を参照しながら発明の詳細な説明から最もよく理解される。
【図１】 図１は、イオンインプランターの平面図である。
【図２】 図２は、本発明を実施する図１のイオンインプランターの一部の部分的に断面の平面図である。
【図３】 図３は、磁場を通過する複数成分のイオンビームの経路の線図である。
【図４】 図４は、より小さいく移動可能なファラディカップを使用する本発明の他の実施例である。
【図５】 図５は、複数のより小さい固定されたファラディカップを使用する本発明の他の実施例である。
【図６】 図６は、中性ビームの強度をモニターするために単一のカップを使用する本発明の他の実施例である。
【符号の説明】
7 10°磁石
8 イオンビーム軸線
9 真空ウエーブガイド入口
10 フィルタスリット
11 軌道
12 軌道
13 軌道
14 ファラディカップ
15 インシュレータ
16 フロントバイアス電極
17 リアバイアス電極
18 アパーチャ

Claims (16)

1. ターゲットに向けられたイオンビームの電流をイオン注入処理中に決定する方法であって 、
   イオンビームを生成する工程と、
   注入イオンビームを構成する所望の電荷状態を有するイオンのサブビーム及び不所望の電荷状態を有するイオンのサブビームを与えるよう、同じイオン種の異なる電荷状態を選択するべく、エネルギー解析によりイオンビームを分離する工程と、
   イオン注入処理を実行するために、前記ターゲットに前記注入イオンビームを向ける工程と、
   遮られたサブビームを与えるよう不所望な電荷状態を有するイオンのサブビームを遮る工程と、
   測定された電流を与えるよう前記遮られたサブビームの電流を測定する工程と、
   測定された電流、及び前記測定された電流と注入イオンビームの電流との間の既知の関係に基づいて、注入イオンビームの電流値を決定する工程と、
   から成る方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、イオンの種は、ボロン、リン及びヒ素から成る種の集合から選択される、ところの方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、複数のサブビームが存在し、前記サブビームの少なくとも一つを遮ることは、すべての前記サブビームを遮ることを含む、ところの方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、遮られたサブビームの電荷状態はゼロである、ところの方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、遮られたイオンの電流を測定することは遮る工程の結果として放出された二次電子の電流を測定することを含む、ところの方法。
6. イオン注入処理中にターゲットへ向けられたイオンビームの電流を決定する装置であって、
   イオンビームを与えるイオンビーム生成器と、
   注入イオンビームを構成する所望の電荷状態を有するイオンのサブビーム及び不所望の電荷状態を有するイオンのサブビームを与えるよう、同じイオン種の異なる電荷状態を選択するべく、エネルギー解析によりイオンビームを分離する分離器と、
   測定された電流を与えるための、不所望な電荷状態を有するイオンのサブビームの電流を測定する測定器と、
   前記測定された電流、及び前記測定された電流と注入イオンビームの電流との間の既知の関係に基づいて、注入イオンビームの電流値を決定する、前記測定器に接続された機器と、
   から成る装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、前記測定器は少なくとも一つのファラディカップを含む、ところの装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記測定器は単一のファラディカップを含む、ところの装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記単一のファラディカップは固定されている、ところの装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記単一のファラディカップは不所望の電荷状態を有するイオンのサブビームを遮り、遮られたビームを与える、ところの装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、前記遮られたビームの電荷状態はゼロである、ところの装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、前記測定器はイオンのサブビームを遮る結果として放出された二次電子の電流を測定するための手段を含む、ところの装置。
13. 請求項７に記載の装置であって、前記測定器は複数のファラディカップを含み、各前記ファラディカップは、不所望の電荷状態を有するイオンの単一のサブビームを遮る、ところの装置。
14. 請求項７に記載の装置であって、さらに外部で生成された電子が前記ファラディカップに到達するのを防ぐために及び前記ファラディカップ内で生成された電子を前記ファラディカップ内で維持するために、負のポテンシャルに維持されかつ前記ファラディカップ付近に配置される少なくともひとつのバイアス電極を含む、装置。
15. 請求項７に記載の装置であって、さらに各前記ファラディカップを通じて冷却液を循環させるための手段を含む、装置。
16. 請求項８に記載の装置であって、前記単一のファラディカップは異なるサブビームを遮るよう移動可能である、ところの装置。

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