JP5084085B2 - ビーム電流センサを使用してイオンビーム装置を位置合わせするための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は半導体ウエハのイオン注入のための装置に関し、特に小さい感知孔を有するファラデービーム電流センサを使ってイオンビーム装置の位置合わせ及びキャリブレーションをするための方法及び装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変化させる不純物を導入するための標準的な技術となってきた。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するために加速され、及び該イオンビームはウエハの面に向けられる。ビーム内の強力なイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
しばしばイオン注入装置は、気体若しくは固体材料をよく画成されたイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。該イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され、所望のエネルギーに加速され、及びターゲット面上へ方向付けられる。ビームはビーム走査、ターゲット移動若しくはビーム走査及びターゲット移動の組合せによってターゲット領域にわたって分配される。
【０００４】
典型的に、イオン注入装置は磁場若しくは静電場を使ってイオンビームを偏向する構成部品を含む。例えば、イオン注入装置はイオンビーム内の異なるイオン種を異なる分量で偏向する質量分析器を含む。さらに、イオン注入装置は注入されているウエハの面にわたってイオンビームを偏向するための静電若しくは磁気スキャナーを含む。さらに、通常イオン注入装置は発散するイオン軌道を有する走査されたイオンビームを平行なイオン軌道を有するイオンビームに変換する角度補正磁石を含む。典型的なイオン注入装置は上記したようなイオンビームを偏向するいくつかの構成部品を含む。ビーム偏向はターゲットウエハの均一かつ十分な注入を保証するために注意深く制御されなければならない。ターゲットへの所望の経路からのイオンビームの逸脱は、ビームライン構成部品のスパッタリング、ターゲット汚染及びターゲットへ分配されるビーム電流の減少をもたらす。
【０００５】
イオンビームを偏向するために使用される磁場及び／または電場の不正確及び変動は所望のビーム経路からのイオンビームの逸脱を生じさせることがわかる。磁場を通過するイオンビームの偏向は、磁場強度、磁場が印加される距離、イオン質量、イオン電荷及びビームエネルギーの関数である。したがって、磁石の幾何形状及び磁場の違いにより、イオンビームは所望のイオンビーム経路から外れてしまう。また、異なる種、異なるエネルギー及び異なる電荷状態のイオンを注入するためにイオン注入装置を利用することは慣習である。イオン種、イオンエネルギー等のイオンビームのパラメータが変更されると、イオンビームが所望のイオンビーム経路に従うことを保証するために磁場及び／または電場を調整する必要がある。イオン注入装置がいくつかのビーム偏向構成部品を有する場合、イオンビームの位置合わせは困難かつ時間の浪費である。さらに、ビームパラメータが変化する度に、再調整が必要となる。上記に鑑みて、イオン注入装置の位置合わせ及びキャリブレーション用の改良された方法及び装置が必要である。
【０００６】
典型的に、ファラデーカップ形式のビーム電流センサ若しくはファラデー電流検出器がイオン注入装置内のイオン電流を測定するために使用される。ファラデーカップは導体エンクロージャ内に設置され、地面から電気的に絶縁された電極を含む。エンクロージャ内に入るイオン電流は電極に結合されたリード線内に電流を生成する。電流はイオン電流の代わりである。
【０００７】
1990年5月1日に発行されたBerrianらによる米国特許第4,922,106号は、ウエハ領域全体にわたってドーズ量の均一性を決定するための平行移動するファラデー電流検出器の使用を開示する。1988年6月14日に発行されたCorey,Jrらによる米国特許第4,751,393号は、ドーズ量の均一性を決定するためのウエハの周辺部に配置された複数のファラデーカップの使用を開示する。
【０００８】
発明の要旨
本発明の第１の見地にしたがって、イオンビームを感知するための方法が与えられる。該方法は、イオンビームを生成しかつビームラインに沿ってイオンビームを方向付ける工程と、ビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサによってイオンビームを感知する工程と、から成る。ビーム電流センサは電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関してのイオンビーム位置を示す。
【０００９】
また方法は、もし感知されたイオンビーム位置が所望のイオンビーム経路と異なればイオンビーム位置を調節する工程を含む。ビーム電流センサが所望のイオンビーム経路上に配置されている場合には、イオンビーム位置は最大感知されたイオンビーム電流に対して調節される。イオンビーム位置は、イオンビームに印加される磁場若しくは電場を調節することによって、若しくはイオンビーム位置に影響を与える電極若しくは他の構成部品の位置を調節することによって調節される。
【００１０】
本発明の他の見地にしたがって、イオンビームはビームライン上若しくは近傍の異なる位置に配置された複数のビーム電流センサによって感知されてもよい。ビーム電流センサの各々はそれぞれの電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。ビーム電流センサの各々によって感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関してのイオンビーム位置を示す。
【００１１】
本発明の他の見地にしたがって、イオンビーム装置内の装置要素をキャリブレーションするための方法が与えられる。装置要素は、装置要素のパラメータY及びイオンビームの特性Xに依存してイオンビーム経路に関するイオンビームの位置を変更する。方法は、イオンビーム経路上若しくは近傍にビーム電流センサを配置する工程と、イオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるために必要なイオンビームの特性Xと装置要素のパラメータYとの間の関係Y＝f(X)をビーム電流センサを使って決定する工程とから成る。ビーム電流センサはビーム電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。
【００１２】
磁気的システム要素に対して、特性Xはイオンビームの磁気剛性率から成り、パラメータYはシステム要素によって生成される磁場から成る。静電的システム要素に対して、特性Xはイオンビームのエネルギー及び電荷状態から成り、パラメータYはシステム要素によって生成される電場から成る。
【００１３】
関係Y＝f(X)は、イオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要な特性X及びパラメータYの値の２つ若しくはそれ以上の組を測定することによって決定される。特性Xのビームに対して、パラメータYは最大感知ビーム電流に対して調節される。その後、関係Y＝f(X)はイオンビーム経路に沿って特性Xのイオンビームを方向付けるようにパラメータYを設定するために利用される。
【００１４】
より特別な場合において、イオンビーム装置内で所望の経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要なイオンビームの磁気剛性率Rと磁場Bとの間の関係を決定するための方法が与えられる。該方法は、所望の経路上若しくは近傍にビーム電流センサを配置する工程と、第１磁気剛性率R1を有する第１イオンビームを所望の経路に沿って方向付けるのに必要な第１磁場B1を決定するためにビーム電流センサを使用する工程と、第２磁気剛性率R2を有する第２イオンビームを所望の経路に沿って方向付けるのに必要な第２磁場B2を決定するためにビーム電流センサを使用する工程とから成る。B1、B2、R1及びR2の値から、方程式B=a1R+a0内のa0及びa1の値が計算され、それによってイオンビーム装置に対するイオンビームの磁気剛性率Rと磁場Bとの間の関係が与えられる。
【００１５】
発明のさらに他の見地にしたがって、イオン注入装置が与えられる。イオン注入装置は、イオンビームを生成し及び該イオンビームをターゲット位置方向へビームラインに沿って方向付けるためのイオンソースと、ビームラインに関してイオンビームを偏向するためのビームラインに沿って配置されたイオンビーム偏向要素と、イオンビーム電流を感知するためのビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサとから成る。ビーム電流センサは電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有し、感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示す。イオン注入装置はさらに、イオンビームが所望のイオンビーム経路に沿って方向付けられるように、感知されたイオンビーム位置に応答してイオンビーム偏向要素を調節するための手段から成る。
【００１６】
詳細な説明
本発明に従うイオン注入装置の実施例の簡単なブロック図が図１に示される。イオンビーム生成器10は、所望の種のイオンビームを生成し、イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速し、エネルギー及び質量汚染物質を除去するべくイオンビームの質量／エネルギー分析を実行し、及び低レベルのエネルギー及び質量汚染物質を有する強力イオンビーム12を供給する。例えば、スキャナ20及び角度補正器24を含む走査システム16は、走査イオンビーム30を生成するべくイオンビーム12を偏向する。エンドステーション32は、所望の種のイオンが半導体ウエハ34内に注入されるように、走査イオンビーム30の経路内で半導体ウエハ34若しくは他の被処理体を支持する。イオン注入装置は当業者に周知の付加的構成部品を含む。例えば、典型的にエンドステーション32は、イオン注入装置内にウエハを導入し及び注入後にウエハを除去するための自動ウエハハンドリング器具、ドーズ量測定システム、電子充満銃等を含む。イオンビームによって通過された全経路はイオン注入中は真空排気されることは理解されるであろう。
【００１７】
イオンビーム生成器10の主要な構成部品は、イオンビームソース40、ソースフィルタ42、加速／減速カラム44及び質量分析器50を含む。好適には、ソースフィルタ42はイオンビームソース40の近傍に配置される。加速／減速カラム44はソースフィルタ42と質量分析器50との間に配置される。
【００１８】
イオンビームソース40は、抽出電極61を有するイオンソース60、抽出抑制電極64及び接地電極62を含む。抑制電極64及び接地電極62はX、Y及びZ方向に移動可能である。イオンビームソース40のひとつの実施において、抽出電極61上の電圧は０から８０kVに調節され、抑制電極64上の電圧は０から−４０kVに調節され、接地電極62はターミナルのポテンシャルである。イオンビームソース40の例において、イオンソース60からのイオンは抽出電極61によって約０〜８０keVのエネルギーに加速される。イオンビームソースの構造及び動作は当業者に周知である。
【００１９】
ソースフィルタ42は双極子磁石70及び分解孔73を有するマスク72を含む。ソースフィルタ42はイオンビームソース40とともにターミナル74内に格納されている。ターミナル74は接地電極62のポテンシャルに維持されている。双極子磁石70は、イオンビームソース40から抽出後にすぐに所望の角度（典型的には２５°）でイオンビームを偏向するコンパクトなイオン光学要素である。
【００２０】
所望の質量及びエネルギーのイオンは分解孔73を通過するように双極子磁石70によって偏向される。異なる質量及びエネルギーを有する不所望なイオンは異なる分量で偏向され、マスク72によって遮られる。したがって、ソースフィルタ42は所望のイオンを通過させかつ不所望ないオンを除去する。ソースフィルタ42は双極子磁石70の磁気コイルに供給される電流を調節することによって所望の種及びエネルギーのイオンを通過させるよう設定され、その結果所望のイオンが分解孔73を通過する。
【００２１】
加速／減速カラム44は抽出から最終エネルギーへイオンビーム内のイオンを加速若しくは減速し及びイオンビーム46を質量分析器50に与える。所望の注入エネルギーが抽出電圧より小さい場合には、加速／減速カラム44はイオンビームを減速させる。
【００２２】
質量分析器50は双極子磁石80及び分解孔84を有するマスク82を含む。双極子磁石80はイオンビーム内の所望のイオンを９０°だけ偏向し、その結果ビーム12は分解孔84を通過する。不所望な粒子は９０°以外の角度だけ偏向されかつマスク82によって遮られる。加速／減速カラム44の後に続く質量分析器50は接地ポテンシャルを有する。機械光学は最終エネルギーのビームを分解孔84で集束するように設計される。好適実施例において、マスク82は、1997年5月13日に発行されたJostらによる米国特許第5,629,528号に開示されるような回転質量スリットから成る。
【００２３】
静電スキャナであるスキャナ20は発散するイオン軌道を有する走査イオンビームを生成するべくイオンビーム12を偏向する。角度補正器24は平行イオン軌道を有する走査イオンビーム30を生成するべく走査イオンビーム内のイオンを偏向するよう設計される。イオンビームスキャナ及び角度補正器の構造及び動作は当業者に周知である。
【００２４】
本発明の特徴にしたがって、イオン注入装置はビーム位置を感知するために構成されたひとつ若しくはそれ以上のファラデービーム電流センサを備える。電流センサはイオン注入装置の位置合わせ及び／またはキャリブレーションを許すようイオン注入装置内の所望のビーム経路上若しくは近傍に配置される。図１の実施例において、電流センサ110は双極子磁石70が消勢されるときイオンビーム66が従う経路112上で双極子磁石70に近接して配置される。電流センサ120は分析磁石80が消勢されるときイオンビーム46が従う経路122上で分析磁石80に近接して配置される。電流センサ130はスキャナ20が消勢されるときイオンビーム30が従うエンドステーション32内の経路29上に配置される。より多くの若しくはより少ない電流センサが利用可能であること及び各センサの配置は所望の測定若しくはキャリブレーションの性質に依存することは理解されるであろう。また、図１のイオン注入装置はほんの一例として与えられている。ここで説明されたビーム電流センサはあらゆるイオン注入装置の位置合わせ及び／またはキャリブレーションに利用され得る。
【００２５】
本発明を実施するのに適当なファラデービーム電流センサ140の実施例の簡単な断面図が図２に示されている。ビーム電流センサ110、120及び130（図１）は図２に示されるビーム電流センサ140の構成を有する。感知孔152を有するマスク150はグラファイトから成る。マスク150はアルミニウムから成るハウジング154上に載置される。グラファイトから成る電流感知要素156は孔152の背後に配置され、マスク150及びハウジング154から電気的に絶縁されている。電気リード線158は感知エレメント156を感知回路（図示せず）に接続する。感知回路は電流センサ近傍に配置されるか若しくはイオン注入装置のメインコントローラ内に配置される。好適には、孔152は感知されているイオンビームの断面寸法と比べ小さい幅Wを有し、それによって電流センサに関するイオンビーム位置が感知できるようになる。
【００２６】
ビーム位置を決定する際の電流センサ140の操作は図３及び４を参照して説明される。図３において、イオンビーム170は双極子磁石172のようなイオンビーム偏向要素によって偏向される。ビーム偏向要素は、曲げるか平行移動かのいずれかによってイオンビームの経路を変化させるあらゆる要素であってよい。イオンビームは電場若しくは磁場によって偏向される。偏向は電場若しくは磁場を変化させることによって変更される。また、イオンビームの経路は、電極62及び／または電極64のような電極若しくはイオンビーム位置に影響を与える他の構成部品の位置を変化させることによって平行移動される。図３の実施例において、電流センサ140に関するイオンビーム170の経路は双極子磁石172によって生成される磁場を変化させることによって図３の面内で変化される。磁場の方向は図３の面に対して垂直である。したがって、ひとつの値の磁場強度は電流センサ140に入射する経路174に沿ってイオンビーム170を偏向し、一方異なる磁場強度は電流センサ140に入射しない経路176及び178に沿ってイオンビーム170を偏向する。
【００２７】
図４において、イオンビーム170のビーム電流密度がイオンビームを横切る距離Xの関数としてプロットされている。曲線180は位置X1におけるイオンビーム170を表し、及び曲線184は位置X2におけるイオンビーム170を表す。イオンビームはソース40からウエハ34（図１参照）へのイオンビーム経路に沿って変化する幅182を有する。幅Wを有する電流センサ140の孔152が図４に図示されている。図４に示されるように、孔152の幅Wは電流センサにおけるイオンビームの幅182より小さい。これによって、イオンビーム170の位置が電流センサ140に関して決定される。イオンビーム170が曲線180によって図４に示される位置X1にあるとき、ビーム170の最大電流密度は電流センサ140によって遮られ、比較的高い電流値が感知される。イオンビーム170が変位するか若しくは曲線184で示される位置X2へ偏向されると、より小さい値の電流密度が孔152内に落ち及びより小さい電流値が感知される。したがって、感知された電流値は電流センサ140に関するビーム位置を示す。最大感知電流値はイオンビームが電流センサと一直線をなすことを示し、一方より小さい感知電流値はイオンビームが変位しているか若しくは電流センサに関して偏向されていることを示す。
【００２８】
電流センサ140は所望のビーム経路上に配置される。その後ビーム位置は最大感知電流に対して調節される。ビーム位置は例えば、イオンビームを偏向させる磁場若しくは電場を調節することによって若しくはビームを変位させる電極を調節することによって調節される。択一的に、電流センサ140は所望のビーム経路から変位され得る。この場合、ビーム位置は感知電流の所望の値に対して調節される。したがって、例えばビーム位置は図４のビーム位置X2に対応する感知電流を与えるよう調節される。
【００２９】
イオンビーム電流位置の最適な感知のために、感知孔152の幅Wは感知されているイオンビームの幅182の２０％以下でなければならない。ひとつの実施例において、感知孔152の幅Wは１から４インチの範囲の幅を有するイオンビームを測定するために０．１８インチである。感知孔の幅が感知孔におけるイオンビームの断面寸法以下であるところで、感知されたビーム電流はビーム位置を示す。
【００３０】
図２に示され及び上述された電流センサ140はイオンビーム幅を測定するために利用される。例えば、ビーム位置は電流センサ140による最大感知電流に対して調節される。その後、最大感知電流の所望の一部（５０％若しくは１０％のような）が感知されるまで、電流センサはひとつの方向に平行移動される。その後、最大感知電流の同じ一部が感知されるまで、電流センサは反対方向に平行移動される。一部電流値の間で電流センサによって横切られた距離はイオンビームの幅を表す。ビームがその中心に関して対象であると仮定すると、ビーム幅の２分の１が測定されてもよい。択一的に、ビーム幅は、最大感知電流の所望の一部が感知されるまでイオンビームを偏向することによって測定される。この場合、ビーム偏向は既知であるか決定可能でなければならない。
【００３１】
図１に示され及びビーム電流センサ110、120及び130を使って上述されたイオン注入装置のキャリブレーションが図５A及び５Bのフローチャートを参照して説明される。始めに、ソースフィルタ双極子磁石70がその付勢コイルに供給される電流を切ることによって工程200でターンオフされる。双極子磁石70が消勢されると、適切に位置合わせされていればイオンビーム66は直線経路112に従わねばならない。図１の実施例において、ビーム電流センサ110は経路112と一直線上に配置されている。工程202において、電流センサ110によって遮られた電流がモニターされ、必要により工程204においてソース電極62及び64の位置が最大感知電流に対して調節される。図３及び４との関連で上述したように、電流センサによって最大に感知された電流はイオンビーム66が電流センサ110と一直線をなすこと、したがって所望の経路112と一直線をなすことを示す。
【００３２】
工程206において、ソースフィルタ双極子磁石70がターンオンされ、イオンビームが偏向され、その結果それがマスク72内の分解孔73及び加速／減速カラム44を通過する。工程208において、付勢コイルに供給される電流を切ることによって分析磁石80がターンオフされる。分析磁石80が消勢されると、適切に位置合わせされていれば、加速／減速カラム44から出るイオンビーム46は直線経路122に従わねばならない。工程210において、電流センサ120に関するイオンビーム46の位置を決定するべくビーム電流センサ120から電流がモニターされる。工程212において、磁場及びイオンビーム46の合成偏向を変化させるようにソースフィルタ双極子磁石70が必要により調節される。特に、双極子磁石70が電流センサ120からの最大感知電流に対して調節される。これは、イオンビーム46が電流センサ120と一直線をなし、したがって所望の経路122と一直線をなすことを示す。
【００３３】
工程214において、分析磁石80がターンオンされイオンビーム46が偏向させられ、その結果それは分解孔84、スキャナ20及び角度補正器24を通過してエンドステーション32まで達する。工程216において、スキャナ20はスキャナプレート間に印加された電圧を切ることによりターンオフされる。スキャナ20がターンオフされると、適切に位置合わせされていれば、角度補正器24から出るイオンビーム30は図１に示される経路29に従わなければならない。工程218において、エンドステーション32内のビーム電流センサ130からの電流は、電流センサ130に関するイオンビーム30の位置を決定するためにモニターされる。工程220において、磁場及び未走査イオンビーム30の合成偏向を変化させるように角度補正器24が必要により調節される。特に、角度補正器24は電流センサ130からの最大感知電流に対して調節される。これは未走査イオンビーム30が電流センサ130と一直線をなし、したがって経路29と一直線をなすことを示す。
【００３４】
上記された機能に加え、ファラデービーム電流センサは、イオン注入装置を通過する際にイオンビームの位置を変更するシステム要素をキャリブレーションするために利用される。ソースフィルタ双極子磁石70及び分析磁石80のような磁気要素は、磁気要素によって生成された磁場及びイオン質量、電子ボルトのエネルギー及びイオンビームの電荷状態を含むイオンビームの特性の関数であるビーム偏向を生成する。スキャナ20のような静電要素は、静電要素によって生成された電場及び電子ボルトのエネルギー及びイオンビームの電荷状態を含むイオンビームの特性の関数であるビーム偏向を生成する。したがって、イオン注入装置を通じてイオンビームが従う経路はシステム要素によって生成される場及びイオンビーム特性の両方の関数である。ビームはイオン注入装置を通じてウエハに達する所望の経路に従わなければならないため、ビーム位置を変化させる磁場若しくは電場のような各システム要素のパラメータとビーム特性との間の関係を知ることは有用である。これらの関係によりシステム要素は与えられたビーム特性に対して予め設定されることができ、その結果イオンビームはイオン注入装置を通じて所望の経路に従う。
【００３５】
イオンビームの特性Xとイオン注入装置を通じて所望の経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要なシステム要素のパラメータYとの間の関係はY＝f(X)として表される。イオンビームの特性Xとシステム要素のパラメータYとの間の関係が線形であるような単純な場合には、関数関係は所望のイオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要な値(X1,Y1)及び(X2,Y2)の２つの組を測定することによって決定される。関係Y＝f(X)がn次の多項式であるようなより一般的な場合には、関数関係は値(Xn,Yn)のn+1個の組を測定することによって決定される。関係Y＝f(X)は特性Xのイオンビームを所望のビーム経路に沿って方向付けるようにシステムエレメントの要求されたパラメータYを設定するのに利用される。
【００３６】
磁場中で、イオンは、イオン質量、電子ボルトのエネルギー及び電荷状態の関数である磁気剛性率によって決定される経路に従う。上記したように、イオン注入装置は異なるイオン質量、異なるエネルギー及び異なる電荷状態を有する種を注入するために利用される。異なるパラメータを有するイオンビームは異なる磁気剛性率を有し、イオンビームの種、エネルギー若しくは電荷が変わればイオン注入装置の再調整が必要である。特に、磁気システム要素によって生成される磁場は、所与の磁気剛性率を有するイオンビームがイオン注入装置を通じて所望の経路に従うように再調整されなければならない。特定のイオンビームに対する既知の量であるイオンビームの磁気剛性率とイオンビームをイオン注入装置を通じて所望の経路に沿うように方向付けるのに必要な磁場との間のキャリブレーションを与えることが所望される。磁気剛性率Rの関数である必要な磁場Bは一般に以下のように表される。
【００３７】
【数１】
ここでanは注入装置の幾何形状に依存する定数である。anの値は特定のイオン注入装置に対して固定されている。単純な場合において、磁場Bは磁気剛性率Rの線形関数として表される。
【００３８】
B=a1R+a0 (2)
したがって、方程式(1)はn次の多項式から方程式(2)の線形関数に低減されている。ビーム電流センサ120は異なるイオンビームに対して双極子磁石70をキャリブレーションするために使用され、特に方程式(2)内の値a0及びa1を決定するのに使用される。a0及びa1の値を決定するためのプロセスは図６のフローチャートに示されている。工程300において、第１磁気剛性率R1を有する第１イオンビームがイオンソース40によって生成される。上記したように、磁気剛性率R1はイオンビームのエネルギー、イオン質量及び電荷の関数である。工程302において、第１イオンビームによって生成されるイオンビーム電流はビーム電流センサ120によってモニターされる。工程304において、双極子磁石70のポール間のギャップ内の磁場Bは必要により電流センサ120による最大感知電流に対して調節される。工程306において、電流センサ120による最大感知電流に対応する磁場B1が記録される。磁場B1は磁気剛性率R1のイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるのに必要な場である。磁場B1は双極子磁石70のキャリブレーションからわかる。したがって、磁場B1は既知の双極子磁石電流に対応する。
【００３９】
工程310において、磁気剛性率R1と異なる第２の磁気剛性率R2を有する第２イオンビームが生成される。工程312において、第２イオンビームはビーム電流センサ120によってモニターされ、工程314において、双極子磁石70によって生成された磁場は電流センサ120による最大感知電流に対して必要により調節される。ビーム電流センサ120による最大感知電流を生成する磁場は磁気剛性率R2のイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるのに必要な磁場B2である。工程316において、磁場B2は記録される。工程300〜316において決定された値から以下の方程式が書かれる。
【００４０】
B1=a1R1+a0 (3)
B2=a1R2+a0 (4)
R1、B1、R2及びB2の値は既知なので、工程320において方程式(3)及び(4)からa0及びa1が計算される。その後、方程式(2)は磁気剛性率Rのイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるように、双極子磁石70によって生成される必要な磁場Bを素早くかつ効果的に設定するのに利用される。それによって、ビーム電流センサ120は双極子磁石をキャリブレーションするのに利用される。
【００４１】
上記プロセスは方程式(2)の線形関係に対して定数a0及びa1を決定する。より一般的な方程式(1)の場合において、異なる磁気剛性率を有するn+1個のイオンビームの組に対して上記工程を繰り返すことによってn個の定数の組が決定される。
【００４２】
図６に示されかつ上述されたプロセスは同じ方法で角度補正器磁石24をキャリブレーションするのに利用され得る。この場合、ビーム電流センサ130はビーム位置を決定するために利用され及び角度補正器24により生成された磁場は２つ若しくはそれ以上の異なるイオンビームを使って最大感知電流に対して調節される。
【００４３】
上述されたプロセスは静電スキャナのような静電要素のキャリブレーション用にも利用される。イオンビームの所望の偏向を生成するのに要求される電場はイオンビームの電荷状態及びエネルギーの多項式関数として表現される。ビーム特性と磁気要素に関連して上記されたような電場との間の関係内の定数を決定するために、２つ若しくはそれ以上の異なるイオンビームがイオン注入装置内を通過する。その後、得られた関係は、与えられた電荷状態及びエネルギーのイオンビームを所望のビーム経路に沿って方向付けるように、静電要素によって生成される必要な電場を素早くかつ効果的に設定するのに利用される。
【００４４】
本発明の現在考え得る好適実施例について示されかつ説明されてきたが、特許請求の範囲に定義された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
本発明をより理解するために、添付図面が参照される。
【図１】 図１は、本発明に従うイオン注入装置の実施例のブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の実施に適したファラデービーム電流センサの部分断面図である。
【図３】 図３は、ビーム電流センサに関してイオンビームの偏向を図示する単純化した略示図である。
【図４】 図４は、ビーム方向を横切る距離Xの関数としてビーム電流密度を示すグラフであり、図２に示されたビーム電流センサの感知孔を示す。
【図５】 図５A及び５Bは本発明に従うビーム位置合わせの手順の例のフロー図である。
【図６】 図６は、本発明にしたがう磁気要素のキャリブレーションの手順の例のフロー図である。
【符号の説明】
10 イオンビーム生成器
12 イオンビーム
16 走査システム
20 スキャナ
24 角度補正器
30 走査イオンビーム
32 エンドステーション
34 半導体ウエハ
40 イオンビームソース
42 ソースフィルタ
44 加速／減速カラム
50 質量分析器
60 イオンソース
62 接地電極
64 抑制電極
70 双極子磁石
73 分解孔
74 ターミナル
80 分析磁石
82 マスク
84 分解孔
110 ビーム電流センサ
120 ビーム電流センサ
130 ビーム電流センサ
発明の分野
本発明は半導体ウエハのイオン注入のための装置に関し、特に小さい感知孔を有するファラデービーム電流センサを使ってイオンビーム装置の位置合わせ及びキャリブレーションをするための方法及び装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変化させる不純物を導入するための標準的な技術となってきた。所望の不純物材料はイオンソース内でイオン化され、該イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するために加速され、及び該イオンビームはウエハの面に向けられる。ビーム内の強力なイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、所望の導電率領域を形成するべく半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
しばしばイオン注入装置は、気体若しくは固体材料をよく画成されたイオンビームに変換するためのイオンソースを含む。該イオンビームは不所望のイオン種を除去するために質量分析され、所望のエネルギーに加速され、及びターゲット面上へ方向付けられる。ビームはビーム走査、ターゲット移動若しくはビーム走査及びターゲット移動の組合せによってターゲット領域にわたって分配される。
【０００４】
典型的に、イオン注入装置は磁場若しくは静電場を使ってイオンビームを偏向する構成部品を含む。例えば、イオン注入装置はイオンビーム内の異なるイオン種を異なる分量で偏向する質量分析器を含む。さらに、イオン注入装置は注入されているウエハの面にわたってイオンビームを偏向するための静電若しくは磁気スキャナーを含む。さらに、通常イオン注入装置は発散するイオン軌道を有する走査されたイオンビームを平行なイオン軌道を有するイオンビームに変換する角度補正磁石を含む。典型的なイオン注入装置は上記したようなイオンビームを偏向するいくつかの構成部品を含む。ビーム偏向はターゲットウエハの均一かつ十分な注入を保証するために注意深く制御されなければならない。ターゲットへの所望の経路からのイオンビームの逸脱は、ビームライン構成部品のスパッタリング、ターゲット汚染及びターゲットへ分配されるビーム電流の減少をもたらす。
【０００５】
イオンビームを偏向するために使用される磁場及び／または電場の不正確及び変動は所望のビーム経路からのイオンビームの逸脱を生じさせることがわかる。磁場を通過するイオンビームの偏向は、磁場強度、磁場が印加される距離、イオン質量、イオン電荷及びビームエネルギーの関数である。したがって、磁石の幾何形状及び磁場の違いにより、イオンビームは所望のイオンビーム経路から外れてしまう。また、異なる種、異なるエネルギー及び異なる電荷状態のイオンを注入するためにイオン注入装置を利用することは慣習である。イオン種、イオンエネルギー等のイオンビームのパラメータが変更されると、イオンビームが所望のイオンビーム経路に従うことを保証するために磁場及び／または電場を調整する必要がある。イオン注入装置がいくつかのビーム偏向構成部品を有する場合、イオンビームの位置合わせは困難かつ時間の浪費である。さらに、ビームパラメータが変化する度に、再調整が必要となる。上記に鑑みて、イオン注入装置の位置合わせ及びキャリブレーション用の改良された方法及び装置が必要である。
【０００６】
典型的に、ファラデーカップ形式のビーム電流センサ若しくはファラデー電流検出器がイオン注入装置内のイオン電流を測定するために使用される。ファラデーカップは導体エンクロージャ内に設置され、地面から電気的に絶縁された電極を含む。エンクロージャ内に入るイオン電流は電極に結合されたリード線内に電流を生成する。電流はイオン電流の代わりである。
【０００７】
1990年5月1日に発行されたBerrianらによる米国特許第4,922,106号は、ウエハ領域全体にわたってドーズ量の均一性を決定するための平行移動するファラデー電流検出器の使用を開示する。1988年6月14日に発行されたCorey,Jrらによる米国特許第4,751,393号は、ドーズ量の均一性を決定するためのウエハの周辺部に配置された複数のファラデーカップの使用を開示する。
【０００８】
発明の要旨
本発明の第１の見地にしたがって、イオンビームを感知するための方法が与えられる。該方法は、イオンビームを生成しかつビームラインに沿ってイオンビームを方向付ける工程と、ビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサによってイオンビームを感知する工程と、から成る。ビーム電流センサは電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関してのイオンビーム位置を示す。
【０００９】
また方法は、もし感知されたイオンビーム位置が所望のイオンビーム経路と異なればイオンビーム位置を調節する工程を含む。ビーム電流センサが所望のイオンビーム経路上に配置されている場合には、イオンビーム位置は最大感知されたイオンビーム電流に対して調節される。イオンビーム位置は、イオンビームに印加される磁場若しくは電場を調節することによって、若しくはイオンビーム位置に影響を与える電極若しくは他の構成部品の位置を調節することによって調節される。
【００１０】
本発明の他の見地にしたがって、イオンビームはビームライン上若しくは近傍の異なる位置に配置された複数のビーム電流センサによって感知されてもよい。ビーム電流センサの各々はそれぞれの電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。ビーム電流センサの各々によって感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関してのイオンビーム位置を示す。
【００１１】
本発明の他の見地にしたがって、イオンビーム装置内の装置要素をキャリブレーションするための方法が与えられる。装置要素は、装置要素のパラメータY及びイオンビームの特性Xに依存してイオンビーム経路に関するイオンビームの位置を変更する。方法は、イオンビーム経路上若しくは近傍にビーム電流センサを配置する工程と、イオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるために必要なイオンビームの特性Xと装置要素のパラメータYとの間の関係Y＝f(X)をビーム電流センサを使って決定する工程とから成る。ビーム電流センサはビーム電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有する。
【００１２】
磁気的システム要素に対して、特性Xはイオンビームの磁気剛性率から成り、パラメータYはシステム要素によって生成される磁場から成る。静電的システム要素に対して、特性Xはイオンビームのエネルギー及び電荷状態から成り、パラメータYはシステム要素によって生成される電場から成る。
【００１３】
関係Y＝f(X)は、イオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要な特性X及びパラメータYの値の２つ若しくはそれ以上の組を測定することによって決定される。特性Xのビームに対して、パラメータYは最大感知ビーム電流に対して調節される。その後、関係Y＝f(X)はイオンビーム経路に沿って特性Xのイオンビームを方向付けるようにパラメータYを設定するために利用される。
【００１４】
より特別な場合において、イオンビーム装置内で所望の経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要なイオンビームの磁気剛性率Rと磁場Bとの間の関係を決定するための方法が与えられる。該方法は、所望の経路上若しくは近傍にビーム電流センサを配置する工程と、第１磁気剛性率R1を有する第１イオンビームを所望の経路に沿って方向付けるのに必要な第１磁場B1を決定するためにビーム電流センサを使用する工程と、第２磁気剛性率R2を有する第２イオンビームを所望の経路に沿って方向付けるのに必要な第２磁場B2を決定するためにビーム電流センサを使用する工程とから成る。B1、B2、R1及びR2の値から、方程式B=a1R+a0内のa0及びa1の値が計算され、それによってイオンビーム装置に対するイオンビームの磁気剛性率Rと磁場Bとの間の関係が与えられる。
【００１５】
発明のさらに他の見地にしたがって、イオン注入装置が与えられる。イオン注入装置は、イオンビームを生成し及び該イオンビームをターゲット位置方向へビームラインに沿って方向付けるためのイオンソースと、ビームラインに関してイオンビームを偏向するためのビームラインに沿って配置されたイオンビーム偏向要素と、イオンビーム電流を感知するためのビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサとから成る。ビーム電流センサは電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい感知孔を有し、感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示す。イオン注入装置はさらに、イオンビームが所望のイオンビーム経路に沿って方向付けられるように、感知されたイオンビーム位置に応答してイオンビーム偏向要素を調節するための手段から成る。
【００１６】
詳細な説明
本発明に従うイオン注入装置の実施例の簡単なブロック図が図１に示される。イオンビーム生成器10は、所望の種のイオンビームを生成し、イオンビーム内のイオンを所望のエネルギーに加速し、エネルギー及び質量汚染物質を除去するべくイオンビームの質量／エネルギー分析を実行し、及び低レベルのエネルギー及び質量汚染物質を有する強力イオンビーム12を供給する。例えば、スキャナ20及び角度補正器24を含む走査システム16は、走査イオンビーム30を生成するべくイオンビーム12を偏向する。エンドステーション32は、所望の種のイオンが半導体ウエハ34内に注入されるように、走査イオンビーム30の経路内で半導体ウエハ34若しくは他の被処理体を支持する。イオン注入装置は当業者に周知の付加的構成部品を含む。例えば、典型的にエンドステーション32は、イオン注入装置内にウエハを導入し及び注入後にウエハを除去するための自動ウエハハンドリング器具、ドーズ量測定システム、電子充満銃等を含む。イオンビームによって通過された全経路はイオン注入中は真空排気されることは理解されるであろう。
【００１７】
イオンビーム生成器10の主要な構成部品は、イオンビームソース40、ソースフィルタ42、加速／減速カラム44及び質量分析器50を含む。好適には、ソースフィルタ42はイオンビームソース40の近傍に配置される。加速／減速カラム44はソースフィルタ42と質量分析器50との間に配置される。
【００１８】
イオンビームソース40は、抽出電極61を有するイオンソース60、抽出抑制電極64及び接地電極62を含む。抑制電極64及び接地電極62はX、Y及びZ方向に移動可能である。イオンビームソース40のひとつの実施において、抽出電極61上の電圧は０から８０kVに調節され、抑制電極64上の電圧は０から−４０kVに調節され、接地電極62はターミナルのポテンシャルである。イオンビームソース40の例において、イオンソース60からのイオンは抽出電極61によって約０〜８０keVのエネルギーに加速される。イオンビームソースの構造及び動作は当業者に周知である。
【００１９】
ソースフィルタ42は双極子磁石70及び分解孔73を有するマスク72を含む。ソースフィルタ42はイオンビームソース40とともにターミナル74内に格納されている。ターミナル74は接地電極62のポテンシャルに維持されている。双極子磁石70は、イオンビームソース40から抽出後にすぐに所望の角度（典型的には２５°）でイオンビームを偏向するコンパクトなイオン光学要素である。
【００２０】
所望の質量及びエネルギーのイオンは分解孔73を通過するように双極子磁石70によって偏向される。異なる質量及びエネルギーを有する不所望なイオンは異なる分量で偏向され、マスク72によって遮られる。したがって、ソースフィルタ42は所望のイオンを通過させかつ不所望ないオンを除去する。ソースフィルタ42は双極子磁石70の磁気コイルに供給される電流を調節することによって所望の種及びエネルギーのイオンを通過させるよう設定され、その結果所望のイオンが分解孔73を通過する。
【００２１】
加速／減速カラム44は抽出から最終エネルギーへイオンビーム内のイオンを加速若しくは減速し及びイオンビーム46を質量分析器50に与える。所望の注入エネルギーが抽出電圧より小さい場合には、加速／減速カラム44はイオンビームを減速させる。
【００２２】
質量分析器50は双極子磁石80及び分解孔84を有するマスク82を含む。双極子磁石80はイオンビーム内の所望のイオンを９０°だけ偏向し、その結果ビーム12は分解孔84を通過する。不所望な粒子は９０°以外の角度だけ偏向されかつマスク82によって遮られる。加速／減速カラム44の後に続く質量分析器50は接地ポテンシャルを有する。機械光学は最終エネルギーのビームを分解孔84で集束するように設計される。好適実施例において、マスク82は、1997年5月13日に発行されたJostらによる米国特許第5,629,528号に開示されるような回転質量スリットから成る。
【００２３】
静電スキャナであるスキャナ20は発散するイオン軌道を有する走査イオンビームを生成するべくイオンビーム12を偏向する。角度補正器24は平行イオン軌道を有する走査イオンビーム30を生成するべく走査イオンビーム内のイオンを偏向するよう設計される。イオンビームスキャナ及び角度補正器の構造及び動作は当業者に周知である。
【００２４】
本発明の特徴にしたがって、イオン注入装置はビーム位置を感知するために構成されたひとつ若しくはそれ以上のファラデービーム電流センサを備える。電流センサはイオン注入装置の位置合わせ及び／またはキャリブレーションを許すようイオン注入装置内の所望のビーム経路上若しくは近傍に配置される。図１の実施例において、電流センサ110は双極子磁石70が消勢されるときイオンビーム66が従う経路112上で双極子磁石70に近接して配置される。電流センサ120は分析磁石80が消勢されるときイオンビーム46が従う経路122上で分析磁石80に近接して配置される。電流センサ130はスキャナ20が消勢されるときイオンビーム30が従うエンドステーション32内の経路29上に配置される。より多くの若しくはより少ない電流センサが利用可能であること及び各センサの配置は所望の測定若しくはキャリブレーションの性質に依存することは理解されるであろう。また、図１のイオン注入装置はほんの一例として与えられている。ここで説明されたビーム電流センサはあらゆるイオン注入装置の位置合わせ及び／またはキャリブレーションに利用され得る。
【００２５】
本発明を実施するのに適当なファラデービーム電流センサ140の実施例の簡単な断面図が図２に示されている。ビーム電流センサ110、120及び130（図１）は図２に示されるビーム電流センサ140の構成を有する。感知孔152を有するマスク150はグラファイトから成る。マスク150はアルミニウムから成るハウジング154上に載置される。グラファイトから成る電流感知要素156は孔152の背後に配置され、マスク150及びハウジング154から電気的に絶縁されている。電気リード線158は感知エレメント156を感知回路（図示せず）に接続する。感知回路は電流センサ近傍に配置されるか若しくはイオン注入装置のメインコントローラ内に配置される。好適には、孔152は感知されているイオンビームの断面寸法と比べ小さい幅Wを有し、それによって電流センサに関するイオンビーム位置が感知できるようになる。
【００２６】
ビーム位置を決定する際の電流センサ140の操作は図３及び４を参照して説明される。図３において、イオンビーム170は双極子磁石172のようなイオンビーム偏向要素によって偏向される。ビーム偏向要素は、曲げるか平行移動かのいずれかによってイオンビームの経路を変化させるあらゆる要素であってよい。イオンビームは電場若しくは磁場によって偏向される。偏向は電場若しくは磁場を変化させることによって変更される。また、イオンビームの経路は、電極62及び／または電極64のような電極若しくはイオンビーム位置に影響を与える他の構成部品の位置を変化させることによって平行移動される。図３の実施例において、電流センサ140に関するイオンビーム170の経路は双極子磁石172によって生成される磁場を変化させることによって図３の面内で変化される。磁場の方向は図３の面に対して垂直である。したがって、ひとつの値の磁場強度は電流センサ140に入射する経路174に沿ってイオンビーム170を偏向し、一方異なる磁場強度は電流センサ140に入射しない経路176及び178に沿ってイオンビーム170を偏向する。
【００２７】
図４において、イオンビーム170のビーム電流密度がイオンビームを横切る距離Xの関数としてプロットされている。曲線180は位置X1におけるイオンビーム170を表し、及び曲線184は位置X2におけるイオンビーム170を表す。イオンビームはソース40からウエハ34（図１参照）へのイオンビーム経路に沿って変化する幅182を有する。幅Wを有する電流センサ140の孔152が図４に図示されている。図４に示されるように、孔152の幅Wは電流センサにおけるイオンビームの幅182より小さい。これによって、イオンビーム170の位置が電流センサ140に関して決定される。イオンビーム170が曲線180によって図４に示される位置X1にあるとき、ビーム170の最大電流密度は電流センサ140によって遮られ、比較的高い電流値が感知される。イオンビーム170が変位するか若しくは曲線184で示される位置X2へ偏向されると、より小さい値の電流密度が孔152内に落ち及びより小さい電流値が感知される。したがって、感知された電流値は電流センサ140に関するビーム位置を示す。最大感知電流値はイオンビームが電流センサと一直線をなすことを示し、一方より小さい感知電流値はイオンビームが変位しているか若しくは電流センサに関して偏向されていることを示す。
【００２８】
電流センサ140は所望のビーム経路上に配置される。その後ビーム位置は最大感知電流に対して調節される。ビーム位置は例えば、イオンビームを偏向させる磁場若しくは電場を調節することによって若しくはビームを変位させる電極を調節することによって調節される。択一的に、電流センサ140は所望のビーム経路から変位され得る。この場合、ビーム位置は感知電流の所望の値に対して調節される。したがって、例えばビーム位置は図４のビーム位置X2に対応する感知電流を与えるよう調節される。
【００２９】
イオンビーム電流位置の最適な感知のために、感知孔152の幅Wは感知されているイオンビームの幅182の２０％以下でなければならない。ひとつの実施例において、感知孔152の幅Wは１から４インチの範囲の幅を有するイオンビームを測定するために０．１８インチである。感知孔の幅が感知孔におけるイオンビームの断面寸法以下であるところで、感知されたビーム電流はビーム位置を示す。
【００３０】
図２に示され及び上述された電流センサ140はイオンビーム幅を測定するために利用される。例えば、ビーム位置は電流センサ140による最大感知電流に対して調節される。その後、最大感知電流の所望の一部（５０％若しくは１０％のような）が感知されるまで、電流センサはひとつの方向に平行移動される。その後、最大感知電流の同じ一部が感知されるまで、電流センサは反対方向に平行移動される。一部電流値の間で電流センサによって横切られた距離はイオンビームの幅を表す。ビームがその中心に関して対象であると仮定すると、ビーム幅の２分の１が測定されてもよい。択一的に、ビーム幅は、最大感知電流の所望の一部が感知されるまでイオンビームを偏向することによって測定される。この場合、ビーム偏向は既知であるか決定可能でなければならない。
【００３１】
図１に示され及びビーム電流センサ110、120及び130を使って上述されたイオン注入装置のキャリブレーションが図５A及び５Bのフローチャートを参照して説明される。始めに、ソースフィルタ双極子磁石70がその付勢コイルに供給される電流を切ることによって工程200でターンオフされる。双極子磁石70が消勢されると、適切に位置合わせされていればイオンビーム66は直線経路112に従わねばならない。図１の実施例において、ビーム電流センサ110は経路112と一直線上に配置されている。工程202において、電流センサ110によって遮られた電流がモニターされ、必要により工程204においてソース電極62及び64の位置が最大感知電流に対して調節される。図３及び４との関連で上述したように、電流センサによって最大に感知された電流はイオンビーム66が電流センサ110と一直線をなすこと、したがって所望の経路112と一直線をなすことを示す。
【００３２】
工程206において、ソースフィルタ双極子磁石70がターンオンされ、イオンビームが偏向され、その結果それがマスク72内の分解孔73及び加速／減速カラム44を通過する。工程208において、付勢コイルに供給される電流を切ることによって分析磁石80がターンオフされる。分析磁石80が消勢されると、適切に位置合わせされていれば、加速／減速カラム44から出るイオンビーム46は直線経路122に従わねばならない。工程210において、電流センサ120に関するイオンビーム46の位置を決定するべくビーム電流センサ120から電流がモニターされる。工程212において、磁場及びイオンビーム46の合成偏向を変化させるようにソースフィルタ双極子磁石70が必要により調節される。特に、双極子磁石70が電流センサ120からの最大感知電流に対して調節される。これは、イオンビーム46が電流センサ120と一直線をなし、したがって所望の経路122と一直線をなすことを示す。
【００３３】
工程214において、分析磁石80がターンオンされイオンビーム46が偏向させられ、その結果それは分解孔84、スキャナ20及び角度補正器24を通過してエンドステーション32まで達する。工程216において、スキャナ20はスキャナプレート間に印加された電圧を切ることによりターンオフされる。スキャナ20がターンオフされると、適切に位置合わせされていれば、角度補正器24から出るイオンビーム30は図１に示される経路29に従わなければならない。工程218において、エンドステーション32内のビーム電流センサ130からの電流は、電流センサ130に関するイオンビーム30の位置を決定するためにモニターされる。工程220において、磁場及び未走査イオンビーム30の合成偏向を変化させるように角度補正器24が必要により調節される。特に、角度補正器24は電流センサ130からの最大感知電流に対して調節される。これは未走査イオンビーム30が電流センサ130と一直線をなし、したがって経路29と一直線をなすことを示す。
【００３４】
上記された機能に加え、ファラデービーム電流センサは、イオン注入装置を通過する際にイオンビームの位置を変更するシステム要素をキャリブレーションするために利用される。ソースフィルタ双極子磁石70及び分析磁石80のような磁気要素は、磁気要素によって生成された磁場及びイオン質量、電子ボルトのエネルギー及びイオンビームの電荷状態を含むイオンビームの特性の関数であるビーム偏向を生成する。スキャナ20のような静電要素は、静電要素によって生成された電場及び電子ボルトのエネルギー及びイオンビームの電荷状態を含むイオンビームの特性の関数であるビーム偏向を生成する。したがって、イオン注入装置を通じてイオンビームが従う経路はシステム要素によって生成される場及びイオンビーム特性の両方の関数である。ビームはイオン注入装置を通じてウエハに達する所望の経路に従わなければならないため、ビーム位置を変化させる磁場若しくは電場のような各システム要素のパラメータとビーム特性との間の関係を知ることは有用である。これらの関係によりシステム要素は与えられたビーム特性に対して予め設定されることができ、その結果イオンビームはイオン注入装置を通じて所望の経路に従う。
【００３５】
イオンビームの特性Xとイオン注入装置を通じて所望の経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要なシステム要素のパラメータYとの間の関係はY＝f(X)として表される。イオンビームの特性Xとシステム要素のパラメータYとの間の関係が線形であるような単純な場合には、関数関係は所望のイオンビーム経路に沿ってイオンビームを方向付けるのに必要な値(X1,Y1)及び(X2,Y2)の２つの組を測定することによって決定される。関係Y＝f(X)がn次の多項式であるようなより一般的な場合には、関数関係は値(Xn,Yn)のn+1個の組を測定することによって決定される。関係Y＝f(X)は特性Xのイオンビームを所望のビーム経路に沿って方向付けるようにシステムエレメントの要求されたパラメータYを設定するのに利用される。
【００３６】
磁場中で、イオンは、イオン質量、電子ボルトのエネルギー及び電荷状態の関数である磁気剛性率によって決定される経路に従う。上記したように、イオン注入装置は異なるイオン質量、異なるエネルギー及び異なる電荷状態を有する種を注入するために利用される。異なるパラメータを有するイオンビームは異なる磁気剛性率を有し、イオンビームの種、エネルギー若しくは電荷が変わればイオン注入装置の再調整が必要である。特に、磁気システム要素によって生成される磁場は、所与の磁気剛性率を有するイオンビームがイオン注入装置を通じて所望の経路に従うように再調整されなければならない。特定のイオンビームに対する既知の量であるイオンビームの磁気剛性率とイオンビームをイオン注入装置を通じて所望の経路に沿うように方向付けるのに必要な磁場との間のキャリブレーションを与えることが所望される。磁気剛性率Rの関数である必要な磁場Bは一般に以下のように表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
B=a1R+a0 (2)
したがって、方程式(1)はn次の多項式から方程式(2)の線形関数に低減されている。ビーム電流センサ120は異なるイオンビームに対して双極子磁石70をキャリブレーションするために使用され、特に方程式(2)内の値a0及びa1を決定するのに使用される。a0及びa1の値を決定するためのプロセスは図６のフローチャートに示されている。工程300において、第１磁気剛性率R1を有する第１イオンビームがイオンソース40によって生成される。上記したように、磁気剛性率R1はイオンビームのエネルギー、イオン質量及び電荷の関数である。工程302において、第１イオンビームによって生成されるイオンビーム電流はビーム電流センサ120によってモニターされる。工程304において、双極子磁石70のポール間のギャップ内の磁場Bは必要により電流センサ120による最大感知電流に対して調節される。工程306において、電流センサ120による最大感知電流に対応する磁場B1が記録される。磁場B1は磁気剛性率R1のイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるのに必要な場である。磁場B1は双極子磁石70のキャリブレーションからわかる。したがって、磁場B1は既知の双極子磁石電流に対応する。
【００３９】
工程310において、磁気剛性率R1と異なる第２の磁気剛性率R2を有する第２イオンビームが生成される。工程312において、第２イオンビームはビーム電流センサ120によってモニターされ、工程314において、双極子磁石70によって生成された磁場は電流センサ120による最大感知電流に対して必要により調節される。ビーム電流センサ120による最大感知電流を生成する磁場は磁気剛性率R2のイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるのに必要な磁場B2である。工程316において、磁場B2は記録される。工程300〜316において決定された値から以下の方程式が書かれる。
【００４０】
B1=a1R1+a0 (3)
B2=a1R2+a0 (4)
R1、B1、R2及びB2の値は既知なので、工程320において方程式(3)及び(4)からa0及びa1が計算される。その後、方程式(2)は磁気剛性率Rのイオンビームを所望の経路122に沿って方向付けるように、双極子磁石70によって生成される必要な磁場Bを素早くかつ効果的に設定するのに利用される。それによって、ビーム電流センサ120は双極子磁石をキャリブレーションするのに利用される。
【００４１】
上記プロセスは方程式(2)の線形関係に対して定数a0及びa1を決定する。より一般的な方程式(1)の場合において、異なる磁気剛性率を有するn+1個のイオンビームの組に対して上記工程を繰り返すことによってn個の定数の組が決定される。
【００４２】
図６に示されかつ上述されたプロセスは同じ方法で角度補正器磁石24をキャリブレーションするのに利用され得る。この場合、ビーム電流センサ130はビーム位置を決定するために利用され及び角度補正器24により生成された磁場は２つ若しくはそれ以上の異なるイオンビームを使って最大感知電流に対して調節される。
【００４３】
上述されたプロセスは静電スキャナのような静電要素のキャリブレーション用にも利用される。イオンビームの所望の偏向を生成するのに要求される電場はイオンビームの電荷状態及びエネルギーの多項式関数として表現される。ビーム特性と磁気要素に関連して上記されたような電場との間の関係内の定数を決定するために、２つ若しくはそれ以上の異なるイオンビームがイオン注入装置内を通過する。その後、得られた関係は、与えられた電荷状態及びエネルギーのイオンビームを所望のビーム経路に沿って方向付けるように、静電要素によって生成される必要な電場を素早くかつ効果的に設定するのに利用される。
【００４４】
本発明の現在考え得る好適実施例について示されかつ説明されてきたが、特許請求の範囲に定義された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
本発明をより理解するために、添付図面が参照される。
【図１】 図１は、本発明に従うイオン注入装置の実施例のブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の実施に適したファラデービーム電流センサの部分断面図である。
【図３】 図３は、ビーム電流センサに関してイオンビームの偏向を図示する単純化した略示図である。
【図４】 図４は、ビーム方向を横切る距離Xの関数としてビーム電流密度を示すグラフであり、図２に示されたビーム電流センサの感知孔を示す。
【図５】 図５A及び５Bは本発明に従うビーム位置合わせの手順の例のフロー図である。
【図６】 図６は、本発明にしたがう磁気要素のキャリブレーションの手順の例のフロー図である。
【符号の説明】
10 イオンビーム生成器
12 イオンビーム
16 走査システム
20 スキャナ
24 角度補正器
30 走査イオンビーム
32 エンドステーション
34 半導体ウエハ
40 イオンビームソース
42 ソースフィルタ
44 加速／減速カラム
50 質量分析器
60 イオンソース
62 接地電極
64 抑制電極
70 双極子磁石
73 分解孔
74 ターミナル
80 分析磁石
82 マスク
84 分解孔
110 ビーム電流センサ
120 ビーム電流センサ
130 ビーム電流センサ
Claims (8)
- イオンビーム装置において、イオンビームを調節する方法であって、
イオンビームを生成し及び該イオンビームをビームラインに沿って方向付ける工程と、
ビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサによってイオンビームを感知する工程であって、前記ビーム電流センサはビーム電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい一つの感知孔を有し、感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示すところの工程と、
もし感知されたイオンビーム位置が所望のイオンビーム経路と異なれば、イオンビーム位置を調節する工程と、
から成り、
前記イオンビームを感知する工程は、ビームライン上若しくは近傍の異なる位置に配置された複数のイオンビーム電流センサによってイオンビームを感知する工程から成り、
前記イオンビーム電流センサの各々は、それぞれの電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい一つの感知孔を有し、
前記ビーム電流センサの各々によって感知されるイオンビーム電流は、所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示し、
前記イオンビーム電流センサのひとつが、ビーム位置の感知することが必要なビームラインにそった各位置で使用される、
ことを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法であって、さらに、イオンビームに対して磁場を印加する工程を含んで成り、前記イオンビーム位置を調節する工程はイオンビームに印加される磁場を調節する工程から成るところの方法。
- 請求項２に記載の方法であって、さらに、イオンビームを所望のイオンビーム経路に沿って方向付けるのに必要な磁場を決定する工程を含んで成る方法。
- 請求項１に記載の方法であって、さらにイオンビームに電場を印加する工程を含んで成り、前記イオンビーム位置を調節する工程はイオンビームに印加される電場を調節する工程から成るところの方法。
- 請求項１に記載の方法であって、前記イオンビームは可動電極を有するイオンソース内で生成され、前記イオンビーム位置を調節する工程は前記可動電極の位置を調節する工程から成るところの方法。
- イオン注入装置であって、
イオンビームを生成しかつターゲット位置方向へビームラインに沿ってイオンビームを方向付けるためのイオンソースと、
前記ビームラインに関して前記イオンビームを偏向するための前記ビームラインに沿って配置された複数のイオンビーム偏向要素と、
イオンビーム電流を感知するための前記ビームライン上若しくは近傍に配置されたビーム電流センサであって、前記ビーム電流センサは前記電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい一つの感知孔を有し、感知されたイオンビーム電流は所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示すところのビーム電流センサと、
前記イオンビームが所望のイオンビーム経路に沿って方向付けられるように、感知されたイオンビーム位置に応答して前記複数のイオンビーム偏向要素を調節するための手段と、
から成り、
前記ビーム電流センサは、ビームライン上若しくは近傍の異なる位置に配置された複数のイオンビーム電流センサから成り、
前記イオンビーム電流センサの各々は、それぞれの電流センサにおけるイオンビームの断面寸法より小さい一つの感知孔を有し、
前記ビーム電流センサの各々によって感知されるイオンビーム電流は、所望のイオンビーム経路に関するイオンビーム位置を示し、
前記イオンビーム電流センサの各々が、ビーム位置の感知することが必要なビームラインにそった各位置で使用される、
ことを特徴とするイオン注入装置。 - 請求項６に記載のイオン注入装置であって、前記イオンビーム偏向要素はイオンビームに磁場を印加するための磁気偏向要素から成り、前記イオンビーム偏向要素を調節するための前記手段は前記磁気偏向要素によってイオンビームに印加された磁場を調節するための手段から成るところのイオン注入装置。
- 請求項６に記載のイオン注入装置であって、前記イオンビーム偏向要素はイオンビームに電場を印加するための静電偏向要素から成り、前記イオンビーム偏向要素を調節するための前記手段は、前記静電偏向要素によってイオンビームに印加される電場を調節する手段から成るところのイオン注入装置。
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