JP5131576B2 - イオン注入機における圧力補償ファクタを決定するための方法及びシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、一群のイオン注入システムに関し、特に、イオン注入機における圧力補償ファクタを決定するための方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、イオン注入機は、半導体ウエハに不純物を添加するのに使用される。イオンビーム注入機は、不純物をドーピングしてｎ型又はｐ型の半導体材料を製造したり又は集積回路の製造中に不活性層を形成するために、イオンビームでシリコンウエハを処理するのに使用される。半導体に不純物をドーピングするとき、イオンビーム注入機は、選択されたイオン種を注入して所望の半導体材料を製造する。アンチモンや砒素や燐等のイオン源材料から生成される注入イオンは、結果的にｎ型の半導体材料のウエハを生じることになり、一方、ｐ型の半導体材料のウエハが必要とされる場合、ボロンやガリウムやインジウム等のイオン源材料から生成されるイオンが注入される。
【０００３】
一般的なイオンビーム注入機は、イオン化可能材料から正電荷イオンを発生させるためのイオン源を有している。生成されたイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入機は、イオン源と注入ステーションとの間に延びたビーム形成／整形構造体を有している。この構造体は、イオンビームを維持し、ビームが注入ステーションへの途上で通る細長い内部キャビティまたは通路の境界を定めている。イオン注入機を動作させるときには、この通路は、イオンがガス分子と衝突した結果として所定のビーム経路から偏向する確率が低下するように、一般的に排気されている。
【０００４】
イオンの電荷に対する質量（例えば、電荷対質量比）は、静電界や磁界によって軸方向と横断方向の両方にイオンが加速される度合に影響する。従って、望ましくない分子質量を有するイオンはビームから離れた位置に偏向され、所望の材料以外の注入は回避されるので、半導体ウエハの所望の領域や他のターゲットに到達するビームは非常に純度の高いものになる。望ましいまた望ましくない電荷対質量比のイオンを選択的に分離するプロセスは、質量分析として知られている。質量分析器は、一般的に、異なった電荷対質量比のイオンを効果的に分離するアーチ状通路において磁気偏向作用を介してイオンビームの種々のイオンを偏向させるために、双極子磁界をつくり出す質量分析磁石を用いている。
【０００５】
線量測定は、ウエハまたは他のワークピースにおいて注入されるイオンを測定する。注入されたイオンの照射線量を制御する場合、一般的に閉ループフィードバック制御システムが用いられ、注入されたワークピースにおける均一性を達成するためにイオンの注入を動的に調整する。このような制御システムは、低速のスキャン速度を制御するためにリアルタイムの電流モニタリングを用いる。ファラデーディスク又はファラデーカップによって、ビーム電流を周期的に測定し、一定の線量操作を確実にするために低速のスキャン速度に調整される。周波数の測定によって、ビーム電流における変化に対して迅速に応答する線量制御システムが可能である。ファラデーカップは、静止状態で、良くシールドされかつウエハに密接して配置されており、ウエハを実際にドーピングするためのビーム電流に感応する。
【０００６】
ファラデーカップは、電流のみを測定する。イオン注入中に包含されるイオンビームとガスとの間の相互作用は、電流、チャージフラックスの変化によって生じることができ、粒子電流、ドーパントフラックスが一定であるときでも変化する。この影響を補償するために、線量コントローラが、ファラデーカップからビーム電流値を読取り、また同時に圧力ゲージから圧力値を読み取る。圧力補償ファクタ（PCOMP)は、１つのイオン注入法に対して特定されるとき、測定されたビーム電流がソフトウエハにより修正されて、低速スキャンを制御する回路で補償されたビーム電流信号を送る。このような閉ループシステムにおける補償量（例えば、補償されたビーム電流信号において）は、圧力と圧力補償ファクタの両方の相関関係により決まる。
【０００７】
圧力補償は、適切に応用されるとき、注入圧力の広範囲にわたり再現性及び均一性を向上させる。しかし、イオン注入機における真空度は、決して完全ではない。このシステムでは、必ずある程度の残留ガスが存在する。通常、残留ガスは、問題を生じない（実際、少量の残留ガスは、ビームの良好な移送、及び効果的な荷電制御に対して必要である。）。しかし、十分高い圧力では、イオンビームと残留ガスとの電荷の交換により照射線量測定に誤差が生じる。生のウエハへの注入とフォトレジスト膜のある（PR)ウエハへの注入との間における照射線量の変化が、受け入れがたい大きさである場合、または、照射線量の均一性がかなり低下する場合、均一性を保つために、圧力補償を使用することになるであろう。
【０００８】
イオンビームと残留ガスとの間での電荷の交換反応により、イオンに対して電子を付加したりまたは取り除くことができ、その方法に基づいて現在の値からイオンの電荷状態を変化させることができる。電荷の交換反応が中和すると、入射イオンのフラックスの一部は中和される。この結果、電流の低下が生じるが、粒子電流（中性粒子を含む）は変化しない。電荷の交換反応は、電子のストリッピング作用であり、イオンフラックスの一部は電子を失う。その結果、電流が増加するが、粒子電流は変わらない。
【０００９】
電荷の交換によってもたらされる一般的な処方では、イオンビームは、電子のストリッピングよりもイオンの中和化をもたらす。その結果、エンドステーションの圧力が増加するときはいつでも、ファラデーカップによって測定されるビーム電流が減少する。イオンビーム内のイオンは中和されるが、イオンは、残留ガスにより偏向したり停止することはない。単位面積単位時間当たりの照射率では、質量分析磁石を通過後、ドーパント原子は、電荷交換によって荷電されない。注入された中性粒子は、ウエハによって受けた照射線量に寄与するが、ファラデーカップによって測定されない。その結果、ウエハは過剰の照射線量を受けることになる。圧力補償なしで、電荷交換の中和化を行うことは、照射線量の均一性と反復性を制限することになる。
【００１０】
圧力補償は、処理室内でイオンビームと残留ガスとの間の電荷の交換が照射線量に重要な影響を与えるときはいつでも利用することができる。この圧力において、処方及び処理の仕様に基づいて電荷の交換が起こる。ある処方では、フォトレジストのガス放出による圧力は、圧力ゲージで測定して５×１０-6トルであるとき、注入機の仕様に一致する圧力補償が必要とされる。フォトレジストのガス放出による圧力が２×１０-5トルまたはそれ以上の場合、圧力補償を検討する価値がある。このような圧力補償は、フォトレジスト膜がある場合とない場合のそれぞれのモニター用ウエハにイオン注入することによってフォトレジストのガス放出の影響を測定し、さらに処理規定に対する測定された変化を比較することを含んでいる。この圧力に基づいて必要とされる補正量は、線量コントローラによってイオン注入中に圧力ゲージから読み取られる。また、この補正量は、他のファクタの原因である処方選択可能なパラメータPCOMPにも関係する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらのファクタのいくつかは、ハードウエハの構成（ポンプの大きさ及び数量、ポンプの配置、イオンゲージの配置）による。また他のファクタは、処方、即ち、イオン種、電荷状態、及びエネルギーに関わる。エネルギーに対するPCOMPの関係は、２０KeV〜９０KeVの範囲において影響する。しかし、一般的に、PCOMPは、個々の処方及び注入機によって決定すべきである。これらのパラメータは、圧力補償のために必要であり、非標準的な作動条件において、少なくとも４つの一群のテスト用ウエハをイオン注入することによって決定される。しかし、テスト用ウエハは高価である。更に、このようなテスト用ウエハへの注入及び測定では、製造ラインから取り除くことのできる注入システムが必要となり、その結果、生産性を低下させ、さらなる費用がかかることになる。それゆえ、イオン注入機において圧力補償ファクタを決定するための改良された方法及びシステムが必要となっている。
（発明の開示）
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン注入システムに使用するための圧力補償ファクタを決定するための方法およびシステムを指向している。本発明の１つの形態によれば、この方法は、イオン注入システム内に、少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピースを配置する工程と、初期予測値の圧力補償ファクタを与える工程を含んでいる。さらに、この方法は、イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを用いて、テスト用ワークピースの少なくとも１つのバンド領域にイオンビームを注入するとともに、イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する工程を含んでいる。
【００１３】
注入されたテスト用ワークピースに関連したシート抵抗が、次に測定され、そして、初期予測値の圧力補償ファクタ、測定されたシート抵抗、測定されたイオンビーム電流、測定された圧力、および所望のシート抵抗に従って圧力補償ファクタを決定する工程とを含んでいる。この方法は、補償ファクタを与えると共に、測定された圧力情報を用いて、１つのテスト用ワークピース又はウエハのみを用いて行うことができる。
【００１４】
さらに補償ファクタの決定を改善するために、第１、第２のテスト用ワークピースが、このイオン注入システムに用いられ、第１、第２のテスト用ワークピースの各々は、少なくとも１つのバンド領域を有し、いずれか一方のワークピースは、フォトレジストを有し、他方のワークピースは、生の、何も被膜されていないウエハである。更に、本発明の方法は、初期予測値の圧力補償ファクタを仮定する工程と、前記イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを用いて、前記第１、第２のテスト用ワークピースの少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入するとともに、前記イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する工程とを含んでいる。
【００１５】
前記注入された第１、第２のテスト用ワークピースのそれぞれに関連した第１、第２のシート抵抗が、次に測定され、そして、圧力補償ファクタは、前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記第１、第２の測定されたシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定圧力、及び前記所望のシート抵抗に従って決定される。
【００１６】
本発明の他の形態によれば、イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するシステムが設けられており、このシステムは、少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピースと、前記イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを使用しながら、イオンビームによってテスト用ワークピースの少なくとも１つのバンド領域にイオン注入する手段とを備えている。さらに、このシステムは、前記イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する手段と、前記イオン注入されたテスト用ワークピースと関連したシート抵抗を測定するための手段とを含んでいる。最後に、このシステムは、さらに、前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記測定されたシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定された圧力、及び所望のシート抵抗に従って、圧力補償ファクタを決定するための手段を含んでいる。
【００１７】
上述の及びこれに関連する目的を完成するために、本発明は、以下で十分に説明されており、特に、特許請求の範囲に記載された特徴を有している。以下の記載およびこれに付随する図面によって本発明の例示的構成が記載されている。しかし、これらの形態は、例示的なものであり、本発明の原理のために使用する種々の方法のいくつかに過ぎない。そして、本発明は、このような全ての構成および等価物を含むことを意図している。本発明の他の利点及び新規の特徴は、図面との関連で考えると本発明の次の詳細な説明から明らかになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面に関連して以下で説明される。ここで同一の参照符号は、全体を通して同一の部材に対して使用される。本発明は、イオン注入機に用いるための圧力補償ファクタを決定する方法及びシステムを提供する。
【００１９】
図面において、図１Ａおよび図１Ｂは、イオンビーム注入機１０を示し、この注入機において、本発明の種々の形態が実行される。この注入機１０は、Ｌ形状の支持体１３に取り付けられてイオンを供給するイオン源１２を有し、このイオンが、注入部、即ち、エンドステーション１６へのビーム経路を移動するイオンビーム１４を形成する。制御電子機器（図では、概略的に２０で示す）は、イオン線量を監視しかつ制御するために設けられており、注入ステーション１６の注入領域すなわちチャンバ２２内に配置される複数の半導体ウエハのワークピース２１（図１Ｂ）にイオン線量が受け入れられる。制御電子機器２０へのオペレータ入力は、ユーザ用操作盤６７を介して実行される。
【００２０】
イオン源１２のハウジングは、イオンビーム１４を発生し、このイオンビームは、注入室２２内で回転かつ並進するディスク支持体９０上に配置されたウエハのワークピース２１に衝突する。回転しかつ並進する支持体９０は、従来公知のものであるが、本発明は、直列型のイオンビーム注入機に等しく利用できることは理解できるであろう。即ち、１つのイオンビーム注入機では、イオンビームが、固定のワークピースの表面上をスキャンするようになっている。イオンビームは、イオン源１２と注入ステーション１６との間の距離を移動するので、このイオンビーム１４におけるイオンは、発散する傾向にある。イオン源１２は、内部領域を形成するプラズマ室２８を有し、この内部領域内にイオン源材料が噴射される。
【００２１】
イオン源材料は、イオン化可能ガス又は気化したイオン源材料を含んでいる。固体形状のイオン源材料は、プラズマ室２８内に噴射された蒸発器内に堆積される。ｎ型半導体ウエハ材料が所望のものである場合、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）が使用される。ガリウムとインジウムは、固体のイオン源材料である。一方、ボロンは、ガスとして、一般的に三フッ化ボロン（ＢＦ3）またはジボラン（Ｂ2Ｈ6）をプラズマ室２８内に放出される。その理由は、ボロンの蒸気圧は、あまりに低すぎるので単純に固体のボロンを加熱することによって使用可能な圧力にすることができないからである。
【００２２】
適当なイオン源材料により製造されるｐ型半導体材料の場合は、イオン源ガスとして、アルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3）、および気化アンチモン（Sb）を含んでいる。このイオン源材料にエネルギーが加えられて、プラズマ室２８内に正の電荷イオンが発生する。図１Ｂで見ることができるように、正の電荷イオンは、プラズマ室２８の開放側を覆うカバープレート３０に設けた楕円形状の円弧スリット２９を通ってプラズマ室２８から放出される。
【００２３】
製造工程中、即ち、イオンビーム１４が半導体ウエハのワークピース２１に衝突してイオンが注入されるとき、イオンビーム１４は、イオン源１２から注入室２２への真空通路を通って移動する。この注入室もまた真空状態に排気されている。ビーム通路の排気は、一対の真空ポンプ３１からなる圧力調整システムによって与えられる。本発明に従って構成されるイオン源１２は、「低エネルギーイオン注入機」として利用されるものである。この形式のイオン注入機におけるイオンビーム１４は、ビーム経路にわたって拡散する傾向にあり、それゆえ、この注入機１０は、イオン源１２から注入室２２への経路が比較的短く設計されている。
【００２４】
プラズマ室２８内のイオンは、プラズマ室のカバープレート３０に設けた円弧スリット２９を介して引き出され、そして、ビーム形成及び指向装置５０によってイオン源１２と注入ステーション１６の間の距離を横断するイオンビーム１４に形成される。このビーム形成及び指向装置５０は、質量分析用の分解磁石３４と一群の電極３４を含んでいる。プラズマ室のイオンは、プラズマ室に隣接する一群の電極３４によって、支持体２４に固定された質量分析磁石３２の方向に加速される。一群の電極３４は、プラズマ室の内部からイオンを抽出して、これらのイオンを加速し、質量分析磁石３２によって定められた領域内へ移動する。製造工程中、ビーム形成及び指向装置５０によって形成される内部領域５２（図１Ａ）は、ポンプ３１によって排気されている。
【００２５】
イオンビーム１４を作り上げるイオンは、イオン源１２から質量分析磁石３２によって作られる磁界内を移動する。質量分析磁石３２によって作られる磁界の強さと方向は、磁石コネクタ４０（図１Ａ）に連結され、界磁巻線を通る電流を調節するための制御電子機器２０によって制御される。
【００２６】
質量分析磁石３２によって、電荷率に対する適当な質量を有するイオンのみをイオン注入ステーション１６に到達させる。プラズマ室２８内のイオン源材料のイオン化によって、所望の原子量を有する、正に荷電したイオン種を発生する。しかし、所望のイオン種は、更にイオン化処理により、適当な原子量以外の質量を有するイオンも発生させる。適当な原子量よりも大きいまたは小さい原子量を有するイオンは、イオン注入には適さない。
【００２７】
質量分析磁石３２によって発生した磁界によって、イオンビーム１４内のイオンは、湾曲した軌道内を移動する。制御電子機器２０によって作られた磁界は、所望のイオン種の原子量に等しい原子量のイオンのみが、イオン注入ステーションの注入室２２への湾曲軌道内を通過できるようにさせる。質量分析磁石３２の下流には、分解プレート６０（図１Ａ）が配置されている。この分解プレート６０は、例えば、ガラス質グラファイトから構成され、イオンビーム１４内のイオンが通過できる伸長した開口を形成する。この分解プレート６０では、イオンビームの分散、即ち、イオンビームの包絡線の幅を製造動作時の間、最小にする。
【００２８】
分解プレート６０は、質量分析磁石３２と関連して機能し、所望のイオン種の原子量に対して、原子量が近いが同一でない不必要なイオン種をイオンビーム１４から取り除く。上述したように、質量分析磁石の磁界の強さ及び方向は、制御電子機器２０によって確定され、これにより、所望のイオン種の原子量に等しい原子量を有するイオンだけが、予め決められた、所望のビーム経路を通過して、イオン注入ステーションに達するようになる。好ましくないイオン種は、所望のイオン原子量よりも大きいか小さい原子量を有しており、大きく偏向して、ビームガイド３６に衝突するか、または分解プレート６０によって定められるスリットの境界外に衝突する。
【００２９】
ビーム形成及び指向装置５０は、また、従来技術において一般的に呼ばれている電子シャワーとしてのビーム中和器７４を含む。プラズマ室２８から引き出されるイオンは、正に荷電されている。このイオンに付加された正の電荷が、ウエハの注入の前に中和されない場合、ドープされるウエハは、正に荷電される。このようなウエハのワークピース上にある正の電荷は、好ましくない特性を呈する。
【００３０】
ビーム中和器７４の下流端に隣接して注入室２２があり、この注入室では、半導体ウエハのワークピース２１にイオンが注入される。この注入室内には、ディスク形状をした半導体ウエハ用のワークピース支持体９０が支持されている。ウエハの処理されるべきワークピース２１は、例えば、ウエハ支持体９０の外縁近くに配置され、そして、このウエハ支持体は、モータ９２によって比較的一定の角速度で回転する。モータ９２の出力軸は、ベルト９６によって支持体の駆動軸９４に連結されている。ウエハのワークピースは、ほぼ円形経路内を回転するので、イオンビーム１４は、ウエハのワークピースに衝突する。ステッピングモータ９８は、リードスクリュ９９を駆動して、ウエハ支持体９０を垂直に上下動させる（図１Ｂにおいて、矢印Ａで示す）。これにより、製造工程中、半導体ウエハの多数列をイオン注入することができる。ワークピース２１によって受け入れられるイオン照射線量は、制御電子機器２０の制御の下でウエハ支持体の移動速度によって決定される。イオン注入ステーション１６は、柔軟なベローズ１００によってビーム中和器ハウジング７５に関して旋回可能である。
【００３１】
イオン注入機１０は、新しいイオンビーム照射線量制御アセンブリ６５（図１Ｂ）を有する。この線量制御アセンブリ６５は、２つのモードで機能する。即ち、較正モードと製造作業モードである。較正モードでは、較正回路５６が、特定のテスト用ガスに対するＫ値と呼ばれる較正定数値を得るために用いられる。異なる較正Ｋ値は、製造作業中、予想される残留ガスの組成に従って異なるテスト用ガスに対する較正回路５６によって計算することができる。製造作業中、照射線量の制御回路６６は、１つまたはそれ以上のＫ値を用いて、ワークピース２１によって受け入れられるイオン線量を正確に制御する。本質的に、照射線量制御回路６６は、較正定数、即ち、Ｋ値を利用し、製造作業中、イオン注入プロセス上のイオンビーム内部領域５２内に残留するガスの影響に対する補償を行う。
【００３２】
較正モード中に選択されたテスト用ガスは、製造作業中に現れると予想される１つまたはそれ以上の残留ガスを反復するように設計されている。製造作業中、ポンプ３１は、ビーム形成・指向装置の内部領域５２を排気するが、一方で、残留ガスも残る。各残留ガスは、製造作業中、異なる方法で、イオン注入されるワークピースに衝突する。内部室５２内での残留ガスの容積及び特性により、イオン注入における影響が重要である場合とそうでない場合とがある。残留ガスの予想される容積及び特性が、製造作業中に影響を与えるのに好ましいものである場合、このガスに対応するＫ値が計算され、そして前の較正動作中にメモリ５８に保存される。さらに、この値は、イオン照射線量制御回路６６によって用いられ、製造作業中のイオン注入における照射線量を制御する。
【００３３】
照射線量制御アセンブリ６５は、移動可能な制限プレート７０を有する。この制限プレート７０は、ファラデーフラッグ７２の端部に取り付けられ、レバーアセンブリ７８によってイオンビームライン内に出入り可能である。制限プレート７０は、好ましくはガラス質グラファイトで作られ、また、ファラデーフラッグ７２は、例えば、グラファイトを金属コート処理したもので、イオンビームラインの外側に配置されている。図１Ｂにおいて、制限プレート７０は、イオンビームライン内にある。当業者であれば、制限プレート７０の他の構成は、ファラデーフラッグ７２に以外に取り付けることも可能であることが理解できるであろう。
【００３４】
重要なことは、制限プレートが、ビームライン１４内に選択的に出入りできることである。イオン注入機の較正モード時の作動中、イオンビームライン１４内に制限プレートが移動するとき、イオンビーム１４は、制限プレート７０の開口を通って分解され、更に、制限プレート７０がイオンビームライン内にあるとき、制限プレートは、ビーム形成・指向装置５０の一部分に接触し、イオン注入機の内部領域５２（図１Ａ）内に２つのサブ領域を形成する。
【００３５】
また、照射線量制御アセンブリ６５は、イオンビーム電流測定装置、例えば、ファラデーケージまたはファラデーカップ１１０と、圧力測定装置、例えば、イオン注入室２２に配置されるイオンゲージ１１４（図１Ｂ）を有する。さらに、照射線量制御アセンブリ６５は、一対のガス流量ポンプ１２０，１２２（図１Ａ）を有し、これらのポンプは、また圧力調整システムの一部を構成する。照射線量制御アセンブリ６５は、また、較正回路５６、メモリ５８、圧力補償用の照射線量制御回路６６、及びモータ制御システム６８、を含み、これら全ては、制御回路２０の一部を構成する。
【００３６】
ファラデーカップ１１０は、ワークピース支持体９０の背後に取り付けられ、イオンビーム電流Ｉfを測定するために用いられる。このビーム電流は、ワークピース支持体９０内に形成されるスロット１１２を通過する。スロット１１２は、また、照射線量制御アセンブリ６５の一部である。ファラデーカップ１１０は、半導体ウエハのワークピース２１によって受け取られる有効なイオンビーム電流ＩTの一部分のみを測定する。イオンビーム１４は、主に正のイオンからなり、ＩTで示される入射イオン電流を有する。ファラデーケージ１１０によって測定されるイオンビーム電流は、Ｉfで示される。主に、正のイオンビーム１４と、内部領域５２内の排気されたビームラインに沿って残っている残留ガスの原子との衝突によって、イオン種、イオンの速度及びイオンと共に通過するガスによって生じる確率に基づいて、正のイオンのいくつかに電子が付加されまたは取り除かれる。
【００３７】
この結果、ワークピース２１の注入表面での有効イオンビーム電流ＩTは、異なる電荷を有する成分をもっている。即ち、
ＩT＝Ｉ0＋Ｉ-＋Ｉ+＋Ｉ++＋・・・
ここで、Ｉ0＝中性粒子からなるイオンビーム電流成分
Ｉ-＝単一の負に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
Ｉ+＝単一の正に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
Ｉ++＝二重の正に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
これらのイオンビーム成分の各々は、ワークピース２１のイオン注入のために有効であるが、ファラデーケージ１１０によって等しく測定されるわけではない。このファラデーケージのイオンビーム電流Ｉfは、負のイオンビーム電流成分Ｉ-と同様に、全ての正のイオンビーム電流成分Ｉ+、Ｉ++、Ｉ+++等を含んでいる。ファラデーケージのイオンビーム電流ＩfはＩ0を含まない。
【００３８】
製造作業中でのイオン注入機の内部領域５２内の残留ガスの主たる源は、イオンビーム中和器ハウジング７４内に送り込まれたビーム中和ガスである。一般的に、これは、クセノンガスまたはアルゴンガスである。このビーム中和ガスは、イオンビーム１４の荷電制御のために用いられる。イオン注入のために、ビーム中和ガスとして使用するのに適した他のガスも使用することができる。このようなイオン注入機１０を、低ビームエネルギーで使用すると、より高い密度の半導体集積回路チップの生産が容易となり、ビーム中和用のガスは、イオン注入時でのイオン注入機の内部領域５２内に現れる残留ガスの大部分を占めることになる。
【００３９】
製造作業中のイオン注入機１０において、このような低エネルギー型イオン注入機の内部領域内の残留ガスの第１または第２の最大容積を占めるものは、半導体ウエハのワークピース上に被膜されたフォトレジスト材料の蒸発から発生するガスであると思われる。イオンビームが、ワークピース表面上に衝突するとき、フォトレジスト材料は、蒸発または排気される。
【００４０】
製造作業中、イオンビームの内部領域５２中における残留ガスのそれほど多くない成分は、イオン源のプラズマ室２８から排出されたイオン源ガスである。イオン源ガスは、プラズマ室２８内に放射されかつイオン化される。一群の電極３４は、直接正に荷電されたイオンを、プラズマ室を通ってカバーの円弧スリット２９からイオンビームラインに沿って排出する。イオン源ガスの僅かな部分は、この円弧スリットから排出されて、イオンビーム注入機の内部領域中において、残留ガスの少量部分を占めることになるイオン源ガスの一般的な成分は、アルシン、ホスフィン、気化アンチモン、ジボラン、三フッ化ホウ素、気化ガリウム、および気化インジウムからなる。
【００４１】
以下で説明するように、製造作業中に、予測される残留ガスの成分は、以下に基づいて決定される。即ち、(a)イオンビーム中和プロセスにおいて使用される中和ガスを知ること、(b)ワークピース２１がフォトレジスト材料で被膜されているかどうかを知ること、(c)どのようなイオン源ガスまたはガスが使用されているかを知ること、である。較正は、実際の半導体ウエハにおけるワークピース２１の代わりに、テスト用のワークピースを用いることにより実行され、不適当に注入されたワークピースを廃棄しなければならない費用を避けることができる。
【００４２】
異なるＫ値は、各テスト用ガスに対して決定される。製造作業中に予想される残留ガスの成分が推定され、かつ各残留ガスに対して、そのガス成分の予想容積および特性が、製造作業中に十分であるかまたは補償されるかどうかについての決定が行われなければならない。即ち、各残留ガス成分に関して、そのガス成分がワークピース２１の注入照射線量に影響を与えるかどうかを決定しなければならない。それゆえ、照射線量制御回路６６によって引き受けられるこの補償プロセスにおけるガス成分が好ましいものであるようにしなければならない。
【００４３】
予想される、重要な残留ガス成分に対するＫ値が、較正回路５６によって計算されると、それはメモリ５８に保存され、さらに、有効なイオンビーム電流ＩTを決定するために照射線量制御回路６６によって利用される。この有効なイオンビーム電流ＩTは、イオン注入室２２内の測定された圧力Ｐおよびファラデーケージのイオンビーム電流Ｉfに基づいた照射線量制御回路６６によって計算される。イオンビーム電流Ｉfは、複数の半導体ウエハのワークピース２１によって受け取られるイオンビームの照射線量を正確に制御するために照射線量制御回路６６によって用いられる。予想される、重要な残留ガスに対する適当なＫ値が、較正回路５６によってメモリ５８に前もって保存されるならば、較正作業は、各製造作業に対して必要としないことがわかるであろう。
【００４４】
本発明の形態によれば、圧力補償ファクタ、即ち、予想される重要な残留ガスに対するＫ値は、生のウエハおよびフォトレジスト膜を有してイオン注入されるウエハからのシート抵抗に関連させることによって決定することができる。イオンビームは、ウエハへのイオン注入中、処理室内に存在するガス粒子と相互作用することによって中和される。その結果、この中和による圧力補償は、適当な照射線量を分配することが望ましい。圧力補償に対して必要なパラメータは、種々の処方パラメータを用いて４つのモニタ用ウエハにイオン注入することによってこれまで決定されてきた。本発明は、１つまたは少ない数のイオン注入機を用いて、これらのファクタを正確に決定するための新しい方法を提供する。新しい方法は、イオン注入機及び後処理における系統的な誤差に対して、より寛大であり、迅速にかつ低コストで行える。この処理は、イオン注入機のための圧力補償ファクタの表をつくるためにも使用することができる。顧客側でのＳＰＣ全体に対する改善を提供する。
【００４５】
最新のイオン注入機の照射線量システムは、ファラデーカップ（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０）を用いて、複数のウエハに衝突するビームフラックスを推定する。通常の作業中、イオン注入機は、多種類の異なるガスが十分高い圧力下に満たされており、ビームの十分な中和化が達成されている。このビームの中和化により、ファラデーカップによってなされる照射線量の測定を難しくしている。供給されるガス源は、電荷を中和する制御装置から供給されるアルゴン、クセノンを含み、さらに、ビームを安定させるために抜き取られる漂遊ガス、水、およびイオンビームがウエハに衝突するときにフォトレジストからのアウトガスを含んでいる。
【００４６】
上述したように、一群のイオン注入機は、圧力補償技術を用いてこの影響に対する実際の補正を有し、処理室からの圧力読取値がビーム中和化の補償ファクタによって評価し、ファラデーカップによる読取値を補正し、正確な照射線量測定を与える。これにより、イオン注入機は、何時でもイオン注入中のイオンフラックスを追跡でき、製品ウエハ上への照射線量のより均一化を達成できる。
【００４７】
中和化の補償ファクタの正確な決定は、ビーム中和化に対する適切な補償が望ましい。これまで、この決定は、４つのテスト用ウエハを非標準、即ち、非生産形式での作動条件におけるイオン注入が要求されていた。しかし、テスト用ウエハは高価である。さらに、テスト用ウエハのイオン注入及び測定は、イオン注入システムの製造ラインを停止しなければならず、そのため生産を低下させかつ他の費用がかかる。本発明は、１つまたは２つのテスト用ウエハのみのイオン注入を用いて正確な圧力補償ファクタの決定を提供し、更に、イオン注入機において圧力補償ファクタを決定するための改良された方法及びシステムを提供する。
【００４８】
本発明は、製造作業中単一のモニタ用ウエハを用いてビーム中和化のための圧力補償ファクタを推定することができる技術を提供する。本発明の方法は、標準の作業条件の下で２つのモニタ用イオン注入を用いて圧力補償ファクタの正確な測定を与える。一方、従来の技術では、一連の４つのテスト用ウエハを非標準、非製造の圧力補償設定（例えば、ゼロ補償及び最大補償）の下でイオン注入がなされる。
【００４９】
図１Ａ、１Ｂ及び図２において、荷電されたイオンが、ビームガイド（例えば、図１Ａのビームガイド３６）を通過するとき、イオンは、図２に説明するように、漂遊するガス分子と衝突して電荷交換をもたらす。イオンのある部分は、中和されるので、ファラデーカップ１１０によって測定されない。それゆえ、測定されたイオンビーム電流は、ウエハへの実際のドーパントフラックスに正確に反映していない。一般的に、１つの電荷交換反応は、他の全てに影響を与え、そのため、荷電されたイオンの割合が、供給されるガスの増加により指数関数的に減衰する。
【００５０】
次式（1）は、ディスクでの実際のドーパントフラックス電流Ｉdose を、測定された電流（Idisk）、イオンビームラインのある点での測定された圧力（Ｐ）、及び標準化されていない較正ファクタＫの関数として予測する。
【００５１】
Ｉdose ＝ Idiskexp(KP) （1）
ここで、Ｋは、Ｋファクタ、Ｐは、処理室内のイオンゲージに記録された圧力である。パラメータＫは、Ｋファクタと呼ばれる。このＫファクタは、再評価されてＰcomp（圧力補償）ファクタとも呼ばれる。図２は、ボロンイオン１５０が、中性のクセノンガス１５２と電荷交換を行うことを図示するものであり、これにより、クセノンガス１５２からの負に荷電した電子１５４が、正のボロンイオン１５０を中和して中性のボロンイオン１５０aを作り出す。
【００５２】
また、式（1）は、電荷交換反応がビームイオンに電子を付加する。単純化のために、以下の例では、単一ガスの中和作用を含むものとする。しかし、本発明は、多数のガスが存在するイオン注入に関連して補償パラメータの決定を行うものであることは理解できるであろう。例えば、式（1）は、多数のガスの影響を含むものとして修正することができる。
【００５３】
図３Ａにおいて説明するように、圧力およびファラデーカップによる電流の測定（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０を介して実施される）は、イオン注入中、時間と共に変化する。図３Ａの説明によると、室内の圧力は、ファラデーカップによって測定されたビーム電流に関係している。後に図５において、より詳細に図示されかつ説明されるように、ファラデーカップの電流測定と処理室またはエンドステーション（例えばエンドステーション１６）における圧力変化の結果は、圧力補償をしないでイオン注入されたワークピースにおける空間シート抵抗の変化に帰着する。
【００５４】
図３Ｂにおいて、グラフ１７０は、高電流イオン注入機のエンドステーションからの圧力及び電流データの例を示している。グラフ１７０のデータは、式（1）を用いるのに適しており、圧力補償モデルとなることを証明している。図３Ｂに示されたデータは、式（1）に従う指数関数に当てあまる。グラフ１７０における例示的なデータは、関数Ｉ＝6.7exp(-2827P)に適合する。ここで、図示された例では、Ｋファクタは、2827であり、Ｐcomp＝32. 7％である。
【００５５】
図４において、実際の照射線量（Ｉdose）を決定するために、式（1）に使用されるＫファクタは、従来の「ライン交差方法 (crossing of lines method)」を用いて決定されてきた。グラフ１８０において図示されるように、２つのモニタ用イオン注入１８２a,１８２bは、それぞれ、異なるＰcomp設定（例えば、それぞれ、０及び８０）を用いて（例えば、図１Ａ及び図１Ｂのイオンビーム注入機１０）生のダミー用テストウエハのワークピースを用いて実行される（図示略）。２つのモニタ用イオン注入１８４a,１８４bは、フォトレジスト膜（ＰＲ）が被覆されたダミー用ウエハおよび異なるＰcomp設定を用いて実行される。これに関して、補償値の０及び８０は、両端を表し、一般的に、実際の状態を反映していないことに注意すべきである。各対の測定値を結んで直線が引かれ、その交点は、負荷されるガス（例えば、42.7％）に無関係に同一のシート抵抗を与えるＰcomp設定の推定値である。このＰcompから、Ｋファクタを決定することができ、また、式（1）を用いて、Ｉdose を決定することができる。Ｉdose が決定されると、照射線量の変更が実行される。
【００５６】
図４で示された「ライン交差方法」は、４つのテスト用ウエハへのイオン注入と測定を必要とし、各ウエハは、かなり高価である。更にこのようなテスト用ウエハを４個イオン注入するための時間は、イオン注入システムにおいて、製造時間を遅らせこれに関連してコスト上昇を招くことになる。このように、ライン交差方法は、所望の圧力補償ファクタまたは複数のファクタの決定を得ることはできる。しかし、このような決定を達成する際の費用を減少させることが望ましい。さらに、ライン交差方法は、イオン注入中、（例えば、イオンを介する制御電子機器２０における照射線量制御回路６６または圧力ゲージ１１４によって）記録された圧力読取値を利用することを意図していない。本発明の発明者により認められているように、これらの圧力読取値は、本発明に従って僅かなイオン注入を用いてＰcompファクタ（及びＫファクタ）を決定するために有効に利用することができる。
【００５７】
図５は、圧力補償をしないでイオン注入された熱処理後のウエハの一般的に８１点のシート抵抗（Ｒｓ）を示している。図５において見られるように、いかなる補正もいない場合には、シート抵抗の空間均一性は低下する。本発明の方法は、圧力補償システムが付加される場合または圧力補償が変化する場合に起こるであろうウエハのシート抵抗マップに対する変化を予測するために、有効に使用することができる。
【００５８】
本発明の構成によれば、これは、式（1）に記載のモデルとの組み合わせて、図６のグラフ１９２に示したイオン注入機からの記録された圧力読取値を使用することによって達成することができる。このグラフ１９２は、ウエハの中心が４５０ｍｍにある場合の一般的なフォトレジスト（PR)インプラントのための圧力読取値を示している。
【００５９】
本発明の構成によれば、ウエハのマップは、垂直バンドに分割される。各バンドに対する補正したシート抵抗Ｒｓは、次式を用いて予測される。
Ｒs(predicted)＝Ｒs(measured)
×[(ΣＩimplantedexp(-ＫusedＰ）exp(ＫpredictedＰ）/(ΣＩimplanted）]ζ
（2）
ここで、Ｐは、各記録された時間でのイオン注入機の圧力、Ｋusedは、イオン注入するために使用されるＫファクタ、Ｋpredictedは、試行しようとするＫファクタ、Ｉimplantedは、補正されたファラデーカップ電流、ζは、照射線量でのシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒs(predicted)は、イオン注入されたウエハに対する所望のシート抵抗、Ｒs(measured)は、テスト用ウエハの測定されたシート抵抗である。
【００６０】
こうして、初期Ｋファクタ（例えば、Ｋused）は、仮定することができ、１つまたはそれ以上のテスト用ウエハをイオン注入するために用いられる。イオンビーム電流と処理室内の圧力が、テスト用ウエハの注入時に測定される。その後、テスト用ウエハまたはウエハのシート抵抗が測定される。この順次使用されるＫファクタ（たとえば、Ｋpredicted）は、仮定のＫファクタを、その測定値だけでなく所望のシート抵抗にも関連して決定される。例えば、(Ｋpredicted)は、初期仮定のＫファクタ（Ｋused）と所望のシート抵抗(Ｒs(predicted))とともに、測定された圧力（Ｐ）、電流(Ｉimplanted)、及びシート抵抗(Ｒs(measured))を用いて、(Ｋpredicted)のための式（2）を解くことにより得ることができる。この代わりに、所望のシート抵抗(Ｒs(predicted))が得られるまで、種々の試行Ｋファクタ(Ｋtrial)が、式（2）（例えば、Ｋpredicted）に代入することができる。
【００６１】
式（2）は、４つの基本ステップを表すことができる。各バンドのシート抵抗（Ｒｓ）は、イオン注入中に加えられた圧力修正Ｋファクタ（Ｋpredicted）を取り除くために最初に修正される。次に、初期試行Ｋファクタ(Ｋtrial)の影響が加えられる。圧力読取値（Ｐ）は、各読取値(Ｉimplanted)に対する現在のビーム電流によって重み付けされる。最後に、この修正は、照射線量感度ファクタζによって行われ、このファクタは、加えられる照射線量に伴うシート抵抗の非線形応答に対して補償するために用いられる。
【００６２】
最適圧力補償のために使用するための最良のＫファクタは、式（2）を用いることによって決定され、予測されるＲｓマップを推定する。こうして、Ｋtrialは、マップが目標基準（例えば、所望のシート抵抗Ｒs(predicted)に一致するように識別されるまで変化させることができる。例えば、１つの目標基準は、予測されたＲsマップができるだけ均一になるように単純化することができる。この基準を用いると、１つのモニタ用又はテスト用のウエハをイオン注入しかつ処理することが必要になるだけであるので、ラインの交差方法及び他の先行技術に関連する費用及び時間を減少させることができる。
【００６３】
図７Ａ及び図７Ｂは、この技術の使用例を示している。図７Ａにおけるウエハ200は、（例えば、図１Ａおよび図１Ｂのイオン注入システム１０において）圧力補償ファクタにおける大きな誤差がある場合に、３０ＫeＶ電圧でボロンを用い、１２フォトレジスト被膜されたダミーのウエハに対してイオン注入された。式（2）は、最も均一なシート抵抗を与えるために、予測されたＫtrialの値を予測するのに用いられた。図７Ｂは、この予測を用いたシート抵抗マップを示す。その結果、１つのテスト用ウエハ２００を用いて、次に注入されるウエハ２０２におけるシート抵抗の均一性における重要な改良がなされる。こうして、本発明は、４つのテスト用ウエハによって１つまたはそれ以上の圧力補償ファクタを決定するために必要とされた従来の技術を越える十分な利点を備えている。本発明の方法は、さらに得られた圧力補償ファクタを改善するために、１回または多数回繰り返すことができる。
【００６４】
図７Ｂにおける結果は、従来の圧力補償ファクタの決定技術を越える重要な改良であり、単一のイオン注入方法によって、圧力補償、例えば、アニーリング、チャージング、又はチャネリングによって引き起こされない、シート抵抗の不均一性の原因を補うことができる。この方法は、さらに、後で詳細に説明するように、フォトレジスト被膜されたウエハの注入に対してもテスト用ウエハへの注入の補正を介してさらに改善される。
【００６５】
上述したように、圧力補償の目標は、供給されるガスに無関係に同一の照射線量が確実に注入されることである。最良のＫファクタを決定するのに使用できる、より強力なテストは、２つのモニター用、即ちテスト用ウエハをイオン注入することである。一方のウエハは、フォトレジスト膜があり、他方のウエハは、生の状態である。式（2）は、新しいＫファクタを計算するために用いることができ、このＫファクタは、２つのモニタ用ウエハのシート抵抗に最も適合する。
【００６６】
図８において、テーブル表210a,210bは、本方法を用いて、典型的な結果（例えば、生のウエハおよびフォトレジスト被膜を有するウエハへのイオン注入における、それぞれの測定されたシート抵抗Ｒｓ）を示している。ここで、初期Ｋファクタ（例えば、Ｋused）は、それらの予測値（210a)から意図的にかけ離れている。一般的に、本方法では、容易に最良のＫファクタにあわせることができる。これらのイオン注入は、高電流および／または他の形式のイオン注入機において設定されるイオンビームのイオン種及びエネルギーの関数として、較正ファクタのテーブル表を作るのに用いられる。
【００６７】
本発明によれば、第１の較正作業（210b）後のイオン注入の結果は、生のウエハとフォトレジストを有するウエハとの間の照射線量の変化における一般的な減少を示している。ここで、照射線量の変化(shift)は、生のウエハとフォトレジストを有するウエハとの間のシート抵抗の均一性の指標である。こうして、大きな照射線量の変化は、均一性の欠如を示し、小さな照射線量の変化は、良好な、即ち改善された均一性を示す。図８に示す結果から明らかなように、照射線量の変化は、一般的に減少し、その結果、供給されるガスに無関係に各テスト用ウエハに加えられる照射線量が同一または同等であることを示す。付加的な反復を実行することができ、これにより、イオン注入されたウエハのシート抵抗の均一性を改善するために、更に、Ｋファクタ決定の更なる改善が達成される。
【００６８】
図９において、イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するための典型的な方法３００が示されている。この方法３００は、初期予測された圧力補償ファクタが仮定される（例えば、式（2）におけるＫused）ステップ３０２によって開始される。初期値Ｋusedは、一般的に、特定のイオン注入されるイオン種及び使用されるエネルギーのための一般的なＫファクタに基づいて選択することができる。その後のステップ３０４では、テスト用ワークピースが、イオン注入システム（例えば、図１Ａ及び図１Ｂのシステム１０）においてイオン注入される。ステップ３０６において、イオン注入中、イオン注入室におけるイオンビーム電流と圧力（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０及びイオン圧力ゲージ１１４を介して）が測定される。
【００６９】
ステップ３０８において、テスト用ワークピースがイオン注入された後、ワークピースに関連したシート抵抗が測定される。ステップ３１０では、圧力補償ファクタ（例えば、式（2）のＫpre dicted)が、所望のシート抵抗値（例えば、Ｒs(predicted))と同様に、イオン注入（例えば、Ｋused）で使用される、予め仮定された圧力補償ファクタ、測定されたテスト用ワークピースのシート抵抗Ｒｓ、イオンビーム電流（例えば、ファラデーカップ１１０を介して測定される）、及び圧力（例えば、ゲージ１１４を用いて測定される）に従って決定される。例えば、圧力補償ファクタは、上記に図で説明されかつ記載されたように、式（2）にしたがって決定される。
【００７０】
本発明の別の形態によれば、２つのテスト用ワークピースの測定されたシート抵抗は、圧力補償ファクタを決定する場合に考慮される。図１０において、圧力補償ファクタを決定するための別の例示的な方法４００が示されている。ステップ４０２から始めて、初期予測される圧力補償ファクタが仮定される。その後、ステップ４０４において、第１、第２のテスト用ワークピースが、予測された圧力補償ファクタを用いて、イオン注入システム（例えば、図１Ａ及び図１Ｂ）においてイオン注入される。第１、第２のワークピースの一方は、生のウエハであり、ワークピースの他方は、フォトレジスト被膜を有している。
【００７１】
イオン注入中、イオン注入室におけるイオンビーム電流および圧力が、ステップ４０６において測定される。第１、第２のテスト用ワークピースがイオン注入された後、第１、第２のテスト用ワークピースにそれぞれ関連する各シート抵抗は、ステップ４０８で測定される。ステップ４１０では、圧力補償ファクタが、予測された圧力補償ファクタ、測定された第１、第２のテスト用ワークピースのシート抵抗、イオンビーム電流、圧力、及び所望のシート抵抗値に従って決定される。例えば、圧力補償ファクタは、上述したように、式（2）に従って決定することができる。
【００７２】
本発明の方法は、種々のイオン注入機で用いるＫファクタを測定するのに使用することができる。この方法は、前の「ライン交差方法」および他の従来技術のものよりもより少ないウエハのイオン注入によってＫファクタを正確に得ることができる。
【００７３】
この方法を選択することにより、このような注入機のためのファクトリー較正テーブル表を生成することができる。この方法は、さらに、製造設備において見出されるいくつかのツールから多量のデータサンプル収集しかつ処理に関連する分野において使用することもできる。さらに、本発明は、上述した方法を実行するためのソフトウエア製品を含んでいる。
【００７４】
本発明を或る用途及び実施に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
【００７５】
更に、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示され得てきたようであるが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の『構成されている』と同様に包含されるものであると理解すべきである。
【００７６】
（産業上の利用可能性）
本発明のシステム及び方法は、イオン注入機における照射線量の制御用としての圧力補償ファクタを与えるために、イオンビーム処理の分野で使用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明のイオンビーム注入機の概略上面図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、図１Ａのイオンビーム注入機の選択された部品における概略斜視図である。
【図２】 図２は、中性クセノンガスを用いてボロンイオンの電荷変換を示す模式図である。
【図３Ａ】 図３Ａは、時間に対する注入圧力とファラデー電流の関係を示す図である。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、ビーム電流対圧力を示すグラフ図である。
【図４】 図４は、圧力補償ファクタを決定するためのライン交差法を示す説明図である。
【図５】 図５は、圧力補償を用いない注入における、ウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図６】 図６は、圧力対スキャン位置を示す説明図である。
【図７Ａ】 図７Ａは、システム較正前のウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図７Ｂ】 図７Ｂは、システム較正後のウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図８】 図８は、生のモニタ用ウエハおよびフォトレジスト被膜されたモニタ用ウエハへのイオン注入による各シート抵抗をマッチングさせる２つのイオン注入の較正から得られる試験結果を示す図表である。
【図９】 図９は、本発明に従う典型的な方法を示すフローチャート図である。
【図１０】 図1０は、本発明に従う別の典型的な方法を示すフローチャート図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、一群のイオン注入システムに関し、特に、イオン注入機における圧力補償ファクタを決定するための方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、イオン注入機は、半導体ウエハに不純物を添加するのに使用される。イオンビーム注入機は、不純物をドーピングしてｎ型又はｐ型の半導体材料を製造したり又は集積回路の製造中に不活性層を形成するために、イオンビームでシリコンウエハを処理するのに使用される。半導体に不純物をドーピングするとき、イオンビーム注入機は、選択されたイオン種を注入して所望の半導体材料を製造する。アンチモンや砒素や燐等のイオン源材料から生成される注入イオンは、結果的にｎ型の半導体材料のウエハを生じることになり、一方、ｐ型の半導体材料のウエハが必要とされる場合、ボロンやガリウムやインジウム等のイオン源材料から生成されるイオンが注入される。
【０００３】
一般的なイオンビーム注入機は、イオン化可能材料から正電荷イオンを発生させるためのイオン源を有している。生成されたイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入機は、イオン源と注入ステーションとの間に延びたビーム形成／整形構造体を有している。この構造体は、イオンビームを維持し、ビームが注入ステーションへの途上で通る細長い内部キャビティまたは通路の境界を定めている。イオン注入機を動作させるときには、この通路は、イオンがガス分子と衝突した結果として所定のビーム経路から偏向する確率が低下するように、一般的に排気されている。
【０００４】
イオンの電荷に対する質量（例えば、電荷対質量比）は、静電界や磁界によって軸方向と横断方向の両方にイオンが加速される度合に影響する。従って、望ましくない分子質量を有するイオンはビームから離れた位置に偏向され、所望の材料以外の注入は回避されるので、半導体ウエハの所望の領域や他のターゲットに到達するビームは非常に純度の高いものになる。望ましいまた望ましくない電荷対質量比のイオンを選択的に分離するプロセスは、質量分析として知られている。質量分析器は、一般的に、異なった電荷対質量比のイオンを効果的に分離するアーチ状通路において磁気偏向作用を介してイオンビームの種々のイオンを偏向させるために、双極子磁界をつくり出す質量分析磁石を用いている。
【０００５】
線量測定は、ウエハまたは他のワークピースにおいて注入されるイオンを測定する。注入されたイオンの照射線量を制御する場合、一般的に閉ループフィードバック制御システムが用いられ、注入されたワークピースにおける均一性を達成するためにイオンの注入を動的に調整する。このような制御システムは、低速のスキャン速度を制御するためにリアルタイムの電流モニタリングを用いる。ファラデーディスク又はファラデーカップによって、ビーム電流を周期的に測定し、一定の線量操作を確実にするために低速のスキャン速度に調整される。周波数の測定によって、ビーム電流における変化に対して迅速に応答する線量制御システムが可能である。ファラデーカップは、静止状態で、良くシールドされかつウエハに密接して配置されており、ウエハを実際にドーピングするためのビーム電流に感応する。
【０００６】
ファラデーカップは、電流のみを測定する。イオン注入中に包含されるイオンビームとガスとの間の相互作用は、電流、チャージフラックスの変化によって生じることができ、粒子電流、ドーパントフラックスが一定であるときでも変化する。この影響を補償するために、線量コントローラが、ファラデーカップからビーム電流値を読取り、また同時に圧力ゲージから圧力値を読み取る。圧力補償ファクタ（PCOMP)は、１つのイオン注入法に対して特定されるとき、測定されたビーム電流がソフトウエハにより修正されて、低速スキャンを制御する回路で補償されたビーム電流信号を送る。このような閉ループシステムにおける補償量（例えば、補償されたビーム電流信号において）は、圧力と圧力補償ファクタの両方の相関関係により決まる。
【０００７】
圧力補償は、適切に応用されるとき、注入圧力の広範囲にわたり再現性及び均一性を向上させる。しかし、イオン注入機における真空度は、決して完全ではない。このシステムでは、必ずある程度の残留ガスが存在する。通常、残留ガスは、問題を生じない（実際、少量の残留ガスは、ビームの良好な移送、及び効果的な荷電制御に対して必要である。）。しかし、十分高い圧力では、イオンビームと残留ガスとの電荷の交換により照射線量測定に誤差が生じる。生のウエハへの注入とフォトレジスト膜のある（PR)ウエハへの注入との間における照射線量の変化が、受け入れがたい大きさである場合、または、照射線量の均一性がかなり低下する場合、均一性を保つために、圧力補償を使用することになるであろう。
【０００８】
イオンビームと残留ガスとの間での電荷の交換反応により、イオンに対して電子を付加したりまたは取り除くことができ、その方法に基づいて現在の値からイオンの電荷状態を変化させることができる。電荷の交換反応が中和すると、入射イオンのフラックスの一部は中和される。この結果、電流の低下が生じるが、粒子電流（中性粒子を含む）は変化しない。電荷の交換反応は、電子のストリッピング作用であり、イオンフラックスの一部は電子を失う。その結果、電流が増加するが、粒子電流は変わらない。
【０００９】
電荷の交換によってもたらされる一般的な処方では、イオンビームは、電子のストリッピングよりもイオンの中和化をもたらす。その結果、エンドステーションの圧力が増加するときはいつでも、ファラデーカップによって測定されるビーム電流が減少する。イオンビーム内のイオンは中和されるが、イオンは、残留ガスにより偏向したり停止することはない。単位面積単位時間当たりの照射率では、質量分析磁石を通過後、ドーパント原子は、電荷交換によって荷電されない。注入された中性粒子は、ウエハによって受けた照射線量に寄与するが、ファラデーカップによって測定されない。その結果、ウエハは過剰の照射線量を受けることになる。圧力補償なしで、電荷交換の中和化を行うことは、照射線量の均一性と反復性を制限することになる。
【００１０】
圧力補償は、処理室内でイオンビームと残留ガスとの間の電荷の交換が照射線量に重要な影響を与えるときはいつでも利用することができる。この圧力において、処方及び処理の仕様に基づいて電荷の交換が起こる。ある処方では、フォトレジストのガス放出による圧力は、圧力ゲージで測定して５×１０-6トルであるとき、注入機の仕様に一致する圧力補償が必要とされる。フォトレジストのガス放出による圧力が２×１０-5トルまたはそれ以上の場合、圧力補償を検討する価値がある。このような圧力補償は、フォトレジスト膜がある場合とない場合のそれぞれのモニター用ウエハにイオン注入することによってフォトレジストのガス放出の影響を測定し、さらに処理規定に対する測定された変化を比較することを含んでいる。この圧力に基づいて必要とされる補正量は、線量コントローラによってイオン注入中に圧力ゲージから読み取られる。また、この補正量は、他のファクタの原因である処方選択可能なパラメータPCOMPにも関係する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
これらのファクタのいくつかは、ハードウエハの構成（ポンプの大きさ及び数量、ポンプの配置、イオンゲージの配置）による。また他のファクタは、処方、即ち、イオン種、電荷状態、及びエネルギーに関わる。エネルギーに対するPCOMPの関係は、２０KeV〜９０KeVの範囲において影響する。しかし、一般的に、PCOMPは、個々の処方及び注入機によって決定すべきである。これらのパラメータは、圧力補償のために必要であり、非標準的な作動条件において、少なくとも４つの一群のテスト用ウエハをイオン注入することによって決定される。しかし、テスト用ウエハは高価である。更に、このようなテスト用ウエハへの注入及び測定では、製造ラインから取り除くことのできる注入システムが必要となり、その結果、生産性を低下させ、さらなる費用がかかることになる。それゆえ、イオン注入機において圧力補償ファクタを決定するための改良された方法及びシステムが必要となっている。
（発明の開示）
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イオン注入システムに使用するための圧力補償ファクタを決定するための方法およびシステムを指向している。本発明の１つの形態によれば、この方法は、イオン注入システム内に、少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピースを配置する工程と、初期予測値の圧力補償ファクタを与える工程を含んでいる。さらに、この方法は、イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを用いて、テスト用ワークピースの少なくとも１つのバンド領域にイオンビームを注入するとともに、イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する工程を含んでいる。
【００１３】
注入されたテスト用ワークピースに関連したシート抵抗が、次に測定され、そして、初期予測値の圧力補償ファクタ、測定されたシート抵抗、測定されたイオンビーム電流、測定された圧力、および所望のシート抵抗に従って圧力補償ファクタを決定する工程とを含んでいる。この方法は、補償ファクタを与えると共に、測定された圧力情報を用いて、１つのテスト用ワークピース又はウエハのみを用いて行うことができる。
【００１４】
さらに補償ファクタの決定を改善するために、第１、第２のテスト用ワークピースが、このイオン注入システムに用いられ、第１、第２のテスト用ワークピースの各々は、少なくとも１つのバンド領域を有し、いずれか一方のワークピースは、フォトレジストを有し、他方のワークピースは、生の、何も被膜されていないウエハである。更に、本発明の方法は、初期予測値の圧力補償ファクタを仮定する工程と、前記イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを用いて、前記第１、第２のテスト用ワークピースの少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入するとともに、前記イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する工程とを含んでいる。
【００１５】
前記注入された第１、第２のテスト用ワークピースのそれぞれに関連した第１、第２のシート抵抗が、次に測定され、そして、圧力補償ファクタは、前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記第１、第２の測定されたシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定圧力、及び前記所望のシート抵抗に従って決定される。
【００１６】
本発明の他の形態によれば、イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するシステムが設けられており、このシステムは、少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピースと、前記イオン注入システムと前記初期予測値の圧力補償ファクタを使用しながら、イオンビームによってテスト用ワークピースの少なくとも１つのバンド領域にイオン注入する手段とを備えている。さらに、このシステムは、前記イオン注入システム内のイオンビーム電流と圧力を測定する手段と、前記イオン注入されたテスト用ワークピースと関連したシート抵抗を測定するための手段とを含んでいる。最後に、このシステムは、さらに、前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記測定されたシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定された圧力、及び所望のシート抵抗に従って、圧力補償ファクタを決定するための手段を含んでいる。
【００１７】
上述の及びこれに関連する目的を完成するために、本発明は、以下で十分に説明されており、特に、特許請求の範囲に記載された特徴を有している。以下の記載およびこれに付随する図面によって本発明の例示的構成が記載されている。しかし、これらの形態は、例示的なものであり、本発明の原理のために使用する種々の方法のいくつかに過ぎない。そして、本発明は、このような全ての構成および等価物を含むことを意図している。本発明の他の利点及び新規の特徴は、図面との関連で考えると本発明の次の詳細な説明から明らかになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面に関連して以下で説明される。ここで同一の参照符号は、全体を通して同一の部材に対して使用される。本発明は、イオン注入機に用いるための圧力補償ファクタを決定する方法及びシステムを提供する。
【００１９】
図面において、図１Ａおよび図１Ｂは、イオンビーム注入機１０を示し、この注入機において、本発明の種々の形態が実行される。この注入機１０は、Ｌ形状の支持体１３に取り付けられてイオンを供給するイオン源１２を有し、このイオンが、注入部、即ち、エンドステーション１６へのビーム経路を移動するイオンビーム１４を形成する。制御電子機器（図では、概略的に２０で示す）は、イオン線量を監視しかつ制御するために設けられており、注入ステーション１６の注入領域すなわちチャンバ２２内に配置される複数の半導体ウエハのワークピース２１（図１Ｂ）にイオン線量が受け入れられる。制御電子機器２０へのオペレータ入力は、ユーザ用操作盤６７を介して実行される。
【００２０】
イオン源１２のハウジングは、イオンビーム１４を発生し、このイオンビームは、注入室２２内で回転かつ並進するディスク支持体９０上に配置されたウエハのワークピース２１に衝突する。回転しかつ並進する支持体９０は、従来公知のものであるが、本発明は、直列型のイオンビーム注入機に等しく利用できることは理解できるであろう。即ち、１つのイオンビーム注入機では、イオンビームが、固定のワークピースの表面上をスキャンするようになっている。イオンビームは、イオン源１２と注入ステーション１６との間の距離を移動するので、このイオンビーム１４におけるイオンは、発散する傾向にある。イオン源１２は、内部領域を形成するプラズマ室２８を有し、この内部領域内にイオン源材料が噴射される。
【００２１】
イオン源材料は、イオン化可能ガス又は気化したイオン源材料を含んでいる。固体形状のイオン源材料は、プラズマ室２８内に噴射された蒸発器内に堆積される。ｎ型半導体ウエハ材料が所望のものである場合、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）が使用される。ガリウムとインジウムは、固体のイオン源材料である。一方、ボロンは、ガスとして、一般的に三フッ化ボロン（ＢＦ3）またはジボラン（Ｂ2Ｈ6）をプラズマ室２８内に放出される。その理由は、ボロンの蒸気圧は、あまりに低すぎるので単純に固体のボロンを加熱することによって使用可能な圧力にすることができないからである。
【００２２】
適当なイオン源材料により製造されるｐ型半導体材料の場合は、イオン源ガスとして、アルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3）、および気化アンチモン（Sb）を含んでいる。このイオン源材料にエネルギーが加えられて、プラズマ室２８内に正の電荷イオンが発生する。図１Ｂで見ることができるように、正の電荷イオンは、プラズマ室２８の開放側を覆うカバープレート３０に設けた楕円形状の円弧スリット２９を通ってプラズマ室２８から放出される。
【００２３】
製造工程中、即ち、イオンビーム１４が半導体ウエハのワークピース２１に衝突してイオンが注入されるとき、イオンビーム１４は、イオン源１２から注入室２２への真空通路を通って移動する。この注入室もまた真空状態に排気されている。ビーム通路の排気は、一対の真空ポンプ３１からなる圧力調整システムによって与えられる。本発明に従って構成されるイオン源１２は、「低エネルギーイオン注入機」として利用されるものである。この形式のイオン注入機におけるイオンビーム１４は、ビーム経路にわたって拡散する傾向にあり、それゆえ、この注入機１０は、イオン源１２から注入室２２への経路が比較的短く設計されている。
【００２４】
プラズマ室２８内のイオンは、プラズマ室のカバープレート３０に設けた円弧スリット２９を介して引き出され、そして、ビーム形成及び指向装置５０によってイオン源１２と注入ステーション１６の間の距離を横断するイオンビーム１４に形成される。このビーム形成及び指向装置５０は、質量分析用の分解磁石３４と一群の電極３４を含んでいる。プラズマ室のイオンは、プラズマ室に隣接する一群の電極３４によって、支持体２４に固定された質量分析磁石３２の方向に加速される。一群の電極３４は、プラズマ室の内部からイオンを抽出して、これらのイオンを加速し、質量分析磁石３２によって定められた領域内へ移動する。製造工程中、ビーム形成及び指向装置５０によって形成される内部領域５２（図１Ａ）は、ポンプ３１によって排気されている。
【００２５】
イオンビーム１４を作り上げるイオンは、イオン源１２から質量分析磁石３２によって作られる磁界内を移動する。質量分析磁石３２によって作られる磁界の強さと方向は、磁石コネクタ４０（図１Ａ）に連結され、界磁巻線を通る電流を調節するための制御電子機器２０によって制御される。
【００２６】
質量分析磁石３２によって、電荷率に対する適当な質量を有するイオンのみをイオン注入ステーション１６に到達させる。プラズマ室２８内のイオン源材料のイオン化によって、所望の原子量を有する、正に荷電したイオン種を発生する。しかし、所望のイオン種は、更にイオン化処理により、適当な原子量以外の質量を有するイオンも発生させる。適当な原子量よりも大きいまたは小さい原子量を有するイオンは、イオン注入には適さない。
【００２７】
質量分析磁石３２によって発生した磁界によって、イオンビーム１４内のイオンは、湾曲した軌道内を移動する。制御電子機器２０によって作られた磁界は、所望のイオン種の原子量に等しい原子量のイオンのみが、イオン注入ステーションの注入室２２への湾曲軌道内を通過できるようにさせる。質量分析磁石３２の下流には、分解プレート６０（図１Ａ）が配置されている。この分解プレート６０は、例えば、ガラス質グラファイトから構成され、イオンビーム１４内のイオンが通過できる伸長した開口を形成する。この分解プレート６０では、イオンビームの分散、即ち、イオンビームの包絡線の幅を製造動作時の間、最小にする。
【００２８】
分解プレート６０は、質量分析磁石３２と関連して機能し、所望のイオン種の原子量に対して、原子量が近いが同一でない不必要なイオン種をイオンビーム１４から取り除く。上述したように、質量分析磁石の磁界の強さ及び方向は、制御電子機器２０によって確定され、これにより、所望のイオン種の原子量に等しい原子量を有するイオンだけが、予め決められた、所望のビーム経路を通過して、イオン注入ステーションに達するようになる。好ましくないイオン種は、所望のイオン原子量よりも大きいか小さい原子量を有しており、大きく偏向して、ビームガイド３６に衝突するか、または分解プレート６０によって定められるスリットの境界外に衝突する。
【００２９】
ビーム形成及び指向装置５０は、また、従来技術において一般的に呼ばれている電子シャワーとしてのビーム中和器７４を含む。プラズマ室２８から引き出されるイオンは、正に荷電されている。このイオンに付加された正の電荷が、ウエハの注入の前に中和されない場合、ドープされるウエハは、正に荷電される。このようなウエハのワークピース上にある正の電荷は、好ましくない特性を呈する。
【００３０】
ビーム中和器７４の下流端に隣接して注入室２２があり、この注入室では、半導体ウエハのワークピース２１にイオンが注入される。この注入室内には、ディスク形状をした半導体ウエハ用のワークピース支持体９０が支持されている。ウエハの処理されるべきワークピース２１は、例えば、ウエハ支持体９０の外縁近くに配置され、そして、このウエハ支持体は、モータ９２によって比較的一定の角速度で回転する。モータ９２の出力軸は、ベルト９６によって支持体の駆動軸９４に連結されている。ウエハのワークピースは、ほぼ円形経路内を回転するので、イオンビーム１４は、ウエハのワークピースに衝突する。ステッピングモータ９８は、リードスクリュ９９を駆動して、ウエハ支持体９０を垂直に上下動させる（図１Ｂにおいて、矢印Ａで示す）。これにより、製造工程中、半導体ウエハの多数列をイオン注入することができる。ワークピース２１によって受け入れられるイオン照射線量は、制御電子機器２０の制御の下でウエハ支持体の移動速度によって決定される。イオン注入ステーション１６は、柔軟なベローズ１００によってビーム中和器ハウジング７５に関して旋回可能である。
【００３１】
イオン注入機１０は、新しいイオンビーム照射線量制御アセンブリ６５（図１Ｂ）を有する。この線量制御アセンブリ６５は、２つのモードで機能する。即ち、較正モードと製造作業モードである。較正モードでは、較正回路５６が、特定のテスト用ガスに対するＫ値と呼ばれる較正定数値を得るために用いられる。異なる較正Ｋ値は、製造作業中、予想される残留ガスの組成に従って異なるテスト用ガスに対する較正回路５６によって計算することができる。製造作業中、照射線量の制御回路６６は、１つまたはそれ以上のＫ値を用いて、ワークピース２１によって受け入れられるイオン線量を正確に制御する。本質的に、照射線量制御回路６６は、較正定数、即ち、Ｋ値を利用し、製造作業中、イオン注入プロセス上のイオンビーム内部領域５２内に残留するガスの影響に対する補償を行う。
【００３２】
較正モード中に選択されたテスト用ガスは、製造作業中に現れると予想される１つまたはそれ以上の残留ガスを反復するように設計されている。製造作業中、ポンプ３１は、ビーム形成・指向装置の内部領域５２を排気するが、一方で、残留ガスも残る。各残留ガスは、製造作業中、異なる方法で、イオン注入されるワークピースに衝突する。内部室５２内での残留ガスの容積及び特性により、イオン注入における影響が重要である場合とそうでない場合とがある。残留ガスの予想される容積及び特性が、製造作業中に影響を与えるのに好ましいものである場合、このガスに対応するＫ値が計算され、そして前の較正動作中にメモリ５８に保存される。さらに、この値は、イオン照射線量制御回路６６によって用いられ、製造作業中のイオン注入における照射線量を制御する。
【００３３】
照射線量制御アセンブリ６５は、移動可能な制限プレート７０を有する。この制限プレート７０は、ファラデーフラッグ７２の端部に取り付けられ、レバーアセンブリ７８によってイオンビームライン内に出入り可能である。制限プレート７０は、好ましくはガラス質グラファイトで作られ、また、ファラデーフラッグ７２は、例えば、グラファイトを金属コート処理したもので、イオンビームラインの外側に配置されている。図１Ｂにおいて、制限プレート７０は、イオンビームライン内にある。当業者であれば、制限プレート７０の他の構成は、ファラデーフラッグ７２に以外に取り付けることも可能であることが理解できるであろう。
【００３４】
重要なことは、制限プレートが、ビームライン１４内に選択的に出入りできることである。イオン注入機の較正モード時の作動中、イオンビームライン１４内に制限プレートが移動するとき、イオンビーム１４は、制限プレート７０の開口を通って分解され、更に、制限プレート７０がイオンビームライン内にあるとき、制限プレートは、ビーム形成・指向装置５０の一部分に接触し、イオン注入機の内部領域５２（図１Ａ）内に２つのサブ領域を形成する。
【００３５】
また、照射線量制御アセンブリ６５は、イオンビーム電流測定装置、例えば、ファラデーケージまたはファラデーカップ１１０と、圧力測定装置、例えば、イオン注入室２２に配置されるイオンゲージ１１４（図１Ｂ）を有する。さらに、照射線量制御アセンブリ６５は、一対のガス流量ポンプ１２０，１２２（図１Ａ）を有し、これらのポンプは、また圧力調整システムの一部を構成する。照射線量制御アセンブリ６５は、また、較正回路５６、メモリ５８、圧力補償用の照射線量制御回路６６、及びモータ制御システム６８、を含み、これら全ては、制御回路２０の一部を構成する。
【００３６】
ファラデーカップ１１０は、ワークピース支持体９０の背後に取り付けられ、イオンビーム電流Ｉfを測定するために用いられる。このビーム電流は、ワークピース支持体９０内に形成されるスロット１１２を通過する。スロット１１２は、また、照射線量制御アセンブリ６５の一部である。ファラデーカップ１１０は、半導体ウエハのワークピース２１によって受け取られる有効なイオンビーム電流ＩTの一部分のみを測定する。イオンビーム１４は、主に正のイオンからなり、ＩTで示される入射イオン電流を有する。ファラデーケージ１１０によって測定されるイオンビーム電流は、Ｉfで示される。主に、正のイオンビーム１４と、内部領域５２内の排気されたビームラインに沿って残っている残留ガスの原子との衝突によって、イオン種、イオンの速度及びイオンと共に通過するガスによって生じる確率に基づいて、正のイオンのいくつかに電子が付加されまたは取り除かれる。
【００３７】
この結果、ワークピース２１の注入表面での有効イオンビーム電流ＩTは、異なる電荷を有する成分をもっている。即ち、
ＩT＝Ｉ0＋Ｉ-＋Ｉ+＋Ｉ++＋・・・
ここで、Ｉ0＝中性粒子からなるイオンビーム電流成分
Ｉ-＝単一の負に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
Ｉ+＝単一の正に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
Ｉ++＝二重の正に荷電されたイオンからなるイオンビーム電流成分
これらのイオンビーム成分の各々は、ワークピース２１のイオン注入のために有効であるが、ファラデーケージ１１０によって等しく測定されるわけではない。このファラデーケージのイオンビーム電流Ｉfは、負のイオンビーム電流成分Ｉ-と同様に、全ての正のイオンビーム電流成分Ｉ+、Ｉ++、Ｉ+++等を含んでいる。ファラデーケージのイオンビーム電流ＩfはＩ0を含まない。
【００３８】
製造作業中でのイオン注入機の内部領域５２内の残留ガスの主たる源は、イオンビーム中和器ハウジング７４内に送り込まれたビーム中和ガスである。一般的に、これは、クセノンガスまたはアルゴンガスである。このビーム中和ガスは、イオンビーム１４の荷電制御のために用いられる。イオン注入のために、ビーム中和ガスとして使用するのに適した他のガスも使用することができる。このようなイオン注入機１０を、低ビームエネルギーで使用すると、より高い密度の半導体集積回路チップの生産が容易となり、ビーム中和用のガスは、イオン注入時でのイオン注入機の内部領域５２内に現れる残留ガスの大部分を占めることになる。
【００３９】
製造作業中のイオン注入機１０において、このような低エネルギー型イオン注入機の内部領域内の残留ガスの第１または第２の最大容積を占めるものは、半導体ウエハのワークピース上に被膜されたフォトレジスト材料の蒸発から発生するガスであると思われる。イオンビームが、ワークピース表面上に衝突するとき、フォトレジスト材料は、蒸発または排気される。
【００４０】
製造作業中、イオンビームの内部領域５２中における残留ガスのそれほど多くない成分は、イオン源のプラズマ室２８から排出されたイオン源ガスである。イオン源ガスは、プラズマ室２８内に放射されかつイオン化される。一群の電極３４は、直接正に荷電されたイオンを、プラズマ室を通ってカバーの円弧スリット２９からイオンビームラインに沿って排出する。イオン源ガスの僅かな部分は、この円弧スリットから排出されて、イオンビーム注入機の内部領域中において、残留ガスの少量部分を占めることになるイオン源ガスの一般的な成分は、アルシン、ホスフィン、気化アンチモン、ジボラン、三フッ化ホウ素、気化ガリウム、および気化インジウムからなる。
【００４１】
以下で説明するように、製造作業中に、予測される残留ガスの成分は、以下に基づいて決定される。即ち、(a)イオンビーム中和プロセスにおいて使用される中和ガスを知ること、(b)ワークピース２１がフォトレジスト材料で被膜されているかどうかを知ること、(c)どのようなイオン源ガスまたはガスが使用されているかを知ること、である。較正は、実際の半導体ウエハにおけるワークピース２１の代わりに、テスト用のワークピースを用いることにより実行され、不適当に注入されたワークピースを廃棄しなければならない費用を避けることができる。
【００４２】
異なるＫ値は、各テスト用ガスに対して決定される。製造作業中に予想される残留ガスの成分が推定され、かつ各残留ガスに対して、そのガス成分の予想容積および特性が、製造作業中に十分であるかまたは補償されるかどうかについての決定が行われなければならない。即ち、各残留ガス成分に関して、そのガス成分がワークピース２１の注入照射線量に影響を与えるかどうかを決定しなければならない。それゆえ、照射線量制御回路６６によって引き受けられるこの補償プロセスにおけるガス成分が好ましいものであるようにしなければならない。
【００４３】
予想される、重要な残留ガス成分に対するＫ値が、較正回路５６によって計算されると、それはメモリ５８に保存され、さらに、有効なイオンビーム電流ＩTを決定するために照射線量制御回路６６によって利用される。この有効なイオンビーム電流ＩTは、イオン注入室２２内の測定された圧力Ｐおよびファラデーケージのイオンビーム電流Ｉfに基づいた照射線量制御回路６６によって計算される。イオンビーム電流Ｉfは、複数の半導体ウエハのワークピース２１によって受け取られるイオンビームの照射線量を正確に制御するために照射線量制御回路６６によって用いられる。予想される、重要な残留ガスに対する適当なＫ値が、較正回路５６によってメモリ５８に前もって保存されるならば、較正作業は、各製造作業に対して必要としないことがわかるであろう。
【００４４】
本発明の形態によれば、圧力補償ファクタ、即ち、予想される重要な残留ガスに対するＫ値は、生のウエハおよびフォトレジスト膜を有してイオン注入されるウエハからのシート抵抗に関連させることによって決定することができる。イオンビームは、ウエハへのイオン注入中、処理室内に存在するガス粒子と相互作用することによって中和される。その結果、この中和による圧力補償は、適当な照射線量を分配することが望ましい。圧力補償に対して必要なパラメータは、種々の処方パラメータを用いて４つのモニタ用ウエハにイオン注入することによってこれまで決定されてきた。本発明は、１つまたは少ない数のイオン注入機を用いて、これらのファクタを正確に決定するための新しい方法を提供する。新しい方法は、イオン注入機及び後処理における系統的な誤差に対して、より寛大であり、迅速にかつ低コストで行える。この処理は、イオン注入機のための圧力補償ファクタの表をつくるためにも使用することができる。顧客側でのＳＰＣ全体に対する改善を提供する。
【００４５】
最新のイオン注入機の照射線量システムは、ファラデーカップ（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０）を用いて、複数のウエハに衝突するビームフラックスを推定する。通常の作業中、イオン注入機は、多種類の異なるガスが十分高い圧力下に満たされており、ビームの十分な中和化が達成されている。このビームの中和化により、ファラデーカップによってなされる照射線量の測定を難しくしている。供給されるガス源は、電荷を中和する制御装置から供給されるアルゴン、クセノンを含み、さらに、ビームを安定させるために抜き取られる漂遊ガス、水、およびイオンビームがウエハに衝突するときにフォトレジストからのアウトガスを含んでいる。
【００４６】
上述したように、一群のイオン注入機は、圧力補償技術を用いてこの影響に対する実際の補正を有し、処理室からの圧力読取値がビーム中和化の補償ファクタによって評価し、ファラデーカップによる読取値を補正し、正確な照射線量測定を与える。これにより、イオン注入機は、何時でもイオン注入中のイオンフラックスを追跡でき、製品ウエハ上への照射線量のより均一化を達成できる。
【００４７】
中和化の補償ファクタの正確な決定は、ビーム中和化に対する適切な補償が望ましい。これまで、この決定は、４つのテスト用ウエハを非標準、即ち、非生産形式での作動条件におけるイオン注入が要求されていた。しかし、テスト用ウエハは高価である。さらに、テスト用ウエハのイオン注入及び測定は、イオン注入システムの製造ラインを停止しなければならず、そのため生産を低下させかつ他の費用がかかる。本発明は、１つまたは２つのテスト用ウエハのみのイオン注入を用いて正確な圧力補償ファクタの決定を提供し、更に、イオン注入機において圧力補償ファクタを決定するための改良された方法及びシステムを提供する。
【００４８】
本発明は、製造作業中単一のモニタ用ウエハを用いてビーム中和化のための圧力補償ファクタを推定することができる技術を提供する。本発明の方法は、標準の作業条件の下で２つのモニタ用イオン注入を用いて圧力補償ファクタの正確な測定を与える。一方、従来の技術では、一連の４つのテスト用ウエハを非標準、非製造の圧力補償設定（例えば、ゼロ補償及び最大補償）の下でイオン注入がなされる。
【００４９】
図１Ａ、１Ｂ及び図２において、荷電されたイオンが、ビームガイド（例えば、図１Ａのビームガイド３６）を通過するとき、イオンは、図２に説明するように、漂遊するガス分子と衝突して電荷交換をもたらす。イオンのある部分は、中和されるので、ファラデーカップ１１０によって測定されない。それゆえ、測定されたイオンビーム電流は、ウエハへの実際のドーパントフラックスに正確に反映していない。一般的に、１つの電荷交換反応は、他の全てに影響を与え、そのため、荷電されたイオンの割合が、供給されるガスの増加により指数関数的に減衰する。
【００５０】
次式（1）は、ディスクでの実際のドーパントフラックス電流Ｉdose を、測定された電流（Idisk）、イオンビームラインのある点での測定された圧力（Ｐ）、及び標準化されていない較正ファクタＫの関数として予測する。
【００５１】
Ｉdose ＝ Idiskexp(KP) （1）
ここで、Ｋは、Ｋファクタ、Ｐは、処理室内のイオンゲージに記録された圧力である。パラメータＫは、Ｋファクタと呼ばれる。このＫファクタは、再評価されてＰcomp（圧力補償）ファクタとも呼ばれる。図２は、ボロンイオン１５０が、中性のクセノンガス１５２と電荷交換を行うことを図示するものであり、これにより、クセノンガス１５２からの負に荷電した電子１５４が、正のボロンイオン１５０を中和して中性のボロンイオン１５０aを作り出す。
【００５２】
また、式（1）は、電荷交換反応がビームイオンに電子を付加する。単純化のために、以下の例では、単一ガスの中和作用を含むものとする。しかし、本発明は、多数のガスが存在するイオン注入に関連して補償パラメータの決定を行うものであることは理解できるであろう。例えば、式（1）は、多数のガスの影響を含むものとして修正することができる。
【００５３】
図３Ａにおいて説明するように、圧力およびファラデーカップによる電流の測定（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０を介して実施される）は、イオン注入中、時間と共に変化する。図３Ａの説明によると、室内の圧力は、ファラデーカップによって測定されたビーム電流に関係している。後に図５において、より詳細に図示されかつ説明されるように、ファラデーカップの電流測定と処理室またはエンドステーション（例えばエンドステーション１６）における圧力変化の結果は、圧力補償をしないでイオン注入されたワークピースにおける空間シート抵抗の変化に帰着する。
【００５４】
図３Ｂにおいて、グラフ１７０は、高電流イオン注入機のエンドステーションからの圧力及び電流データの例を示している。グラフ１７０のデータは、式（1）を用いるのに適しており、圧力補償モデルとなることを証明している。図３Ｂに示されたデータは、式（1）に従う指数関数に当てあまる。グラフ１７０における例示的なデータは、関数Ｉ＝6.7exp(-2827P)に適合する。ここで、図示された例では、Ｋファクタは、2827であり、Ｐcomp＝32. 7％である。
【００５５】
図４において、実際の照射線量（Ｉdose）を決定するために、式（1）に使用されるＫファクタは、従来の「ライン交差方法 (crossing of lines method)」を用いて決定されてきた。グラフ１８０において図示されるように、２つのモニタ用イオン注入１８２a,１８２bは、それぞれ、異なるＰcomp設定（例えば、それぞれ、０及び８０）を用いて（例えば、図１Ａ及び図１Ｂのイオンビーム注入機１０）生のダミー用テストウエハのワークピースを用いて実行される（図示略）。２つのモニタ用イオン注入１８４a,１８４bは、フォトレジスト膜（ＰＲ）が被覆されたダミー用ウエハおよび異なるＰcomp設定を用いて実行される。これに関して、補償値の０及び８０は、両端を表し、一般的に、実際の状態を反映していないことに注意すべきである。各対の測定値を結んで直線が引かれ、その交点は、負荷されるガス（例えば、42.7％）に無関係に同一のシート抵抗を与えるＰcomp設定の推定値である。このＰcompから、Ｋファクタを決定することができ、また、式（1）を用いて、Ｉdose を決定することができる。Ｉdose が決定されると、照射線量の変更が実行される。
【００５６】
図４で示された「ライン交差方法」は、４つのテスト用ウエハへのイオン注入と測定を必要とし、各ウエハは、かなり高価である。更にこのようなテスト用ウエハを４個イオン注入するための時間は、イオン注入システムにおいて、製造時間を遅らせこれに関連してコスト上昇を招くことになる。このように、ライン交差方法は、所望の圧力補償ファクタまたは複数のファクタの決定を得ることはできる。しかし、このような決定を達成する際の費用を減少させることが望ましい。さらに、ライン交差方法は、イオン注入中、（例えば、イオンを介する制御電子機器２０における照射線量制御回路６６または圧力ゲージ１１４によって）記録された圧力読取値を利用することを意図していない。本発明の発明者により認められているように、これらの圧力読取値は、本発明に従って僅かなイオン注入を用いてＰcompファクタ（及びＫファクタ）を決定するために有効に利用することができる。
【００５７】
図５は、圧力補償をしないでイオン注入された熱処理後のウエハの一般的に８１点のシート抵抗（Ｒｓ）を示している。図５において見られるように、いかなる補正もいない場合には、シート抵抗の空間均一性は低下する。本発明の方法は、圧力補償システムが付加される場合または圧力補償が変化する場合に起こるであろうウエハのシート抵抗マップに対する変化を予測するために、有効に使用することができる。
【００５８】
本発明の構成によれば、これは、式（1）に記載のモデルとの組み合わせて、図６のグラフ１９２に示したイオン注入機からの記録された圧力読取値を使用することによって達成することができる。このグラフ１９２は、ウエハの中心が４５０ｍｍにある場合の一般的なフォトレジスト（PR)インプラントのための圧力読取値を示している。
【００５９】
本発明の構成によれば、ウエハのマップは、垂直バンドに分割される。各バンドに対する補正したシート抵抗Ｒｓは、次式を用いて予測される。
Ｒs(predicted)＝Ｒs(measured)
×[(ΣＩimplantedexp(-ＫusedＰ）exp(ＫpredictedＰ）/(ΣＩimplanted）]ζ
（2）
ここで、Ｐは、各記録された時間でのイオン注入機の圧力、Ｋusedは、イオン注入するために使用されるＫファクタ、Ｋpredictedは、試行しようとするＫファクタ、Ｉimplantedは、補正されたファラデーカップ電流、ζは、照射線量でのシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒs(predicted)は、イオン注入されたウエハに対する所望のシート抵抗、Ｒs(measured)は、テスト用ウエハの測定されたシート抵抗である。
【００６０】
こうして、初期Ｋファクタ（例えば、Ｋused）は、仮定することができ、１つまたはそれ以上のテスト用ウエハをイオン注入するために用いられる。イオンビーム電流と処理室内の圧力が、テスト用ウエハの注入時に測定される。その後、テスト用ウエハまたはウエハのシート抵抗が測定される。この順次使用されるＫファクタ（たとえば、Ｋpredicted）は、仮定のＫファクタを、その測定値だけでなく所望のシート抵抗にも関連して決定される。例えば、(Ｋpredicted)は、初期仮定のＫファクタ（Ｋused）と所望のシート抵抗(Ｒs(predicted))とともに、測定された圧力（Ｐ）、電流(Ｉimplanted)、及びシート抵抗(Ｒs(measured))を用いて、(Ｋpredicted)のための式（2）を解くことにより得ることができる。この代わりに、所望のシート抵抗(Ｒs(predicted))が得られるまで、種々の試行Ｋファクタ(Ｋtrial)が、式（2）（例えば、Ｋpredicted）に代入することができる。
【００６１】
式（2）は、４つの基本ステップを表すことができる。各バンドのシート抵抗（Ｒｓ）は、イオン注入中に加えられた圧力修正Ｋファクタ（Ｋpredicted）を取り除くために最初に修正される。次に、初期試行Ｋファクタ(Ｋtrial)の影響が加えられる。圧力読取値（Ｐ）は、各読取値(Ｉimplanted)に対する現在のビーム電流によって重み付けされる。最後に、この修正は、照射線量感度ファクタζによって行われ、このファクタは、加えられる照射線量に伴うシート抵抗の非線形応答に対して補償するために用いられる。
【００６２】
最適圧力補償のために使用するための最良のＫファクタは、式（2）を用いることによって決定され、予測されるＲｓマップを推定する。こうして、Ｋtrialは、マップが目標基準（例えば、所望のシート抵抗Ｒs(predicted)に一致するように識別されるまで変化させることができる。例えば、１つの目標基準は、予測されたＲsマップができるだけ均一になるように単純化することができる。この基準を用いると、１つのモニタ用又はテスト用のウエハをイオン注入しかつ処理することが必要になるだけであるので、ラインの交差方法及び他の先行技術に関連する費用及び時間を減少させることができる。
【００６３】
図７Ａ及び図７Ｂは、この技術の使用例を示している。図７Ａにおけるウエハ200は、（例えば、図１Ａおよび図１Ｂのイオン注入システム１０において）圧力補償ファクタにおける大きな誤差がある場合に、３０ＫeＶ電圧でボロンを用い、１２フォトレジスト被膜されたダミーのウエハに対してイオン注入された。式（2）は、最も均一なシート抵抗を与えるために、予測されたＫtrialの値を予測するのに用いられた。図７Ｂは、この予測を用いたシート抵抗マップを示す。その結果、１つのテスト用ウエハ２００を用いて、次に注入されるウエハ２０２におけるシート抵抗の均一性における重要な改良がなされる。こうして、本発明は、４つのテスト用ウエハによって１つまたはそれ以上の圧力補償ファクタを決定するために必要とされた従来の技術を越える十分な利点を備えている。本発明の方法は、さらに得られた圧力補償ファクタを改善するために、１回または多数回繰り返すことができる。
【００６４】
図７Ｂにおける結果は、従来の圧力補償ファクタの決定技術を越える重要な改良であり、単一のイオン注入方法によって、圧力補償、例えば、アニーリング、チャージング、又はチャネリングによって引き起こされない、シート抵抗の不均一性の原因を補うことができる。この方法は、さらに、後で詳細に説明するように、フォトレジスト被膜されたウエハの注入に対してもテスト用ウエハへの注入の補正を介してさらに改善される。
【００６５】
上述したように、圧力補償の目標は、供給されるガスに無関係に同一の照射線量が確実に注入されることである。最良のＫファクタを決定するのに使用できる、より強力なテストは、２つのモニター用、即ちテスト用ウエハをイオン注入することである。一方のウエハは、フォトレジスト膜があり、他方のウエハは、生の状態である。式（2）は、新しいＫファクタを計算するために用いることができ、このＫファクタは、２つのモニタ用ウエハのシート抵抗に最も適合する。
【００６６】
図８において、テーブル表210a,210bは、本方法を用いて、典型的な結果（例えば、生のウエハおよびフォトレジスト被膜を有するウエハへのイオン注入における、それぞれの測定されたシート抵抗Ｒｓ）を示している。ここで、初期Ｋファクタ（例えば、Ｋused）は、それらの予測値（210a)から意図的にかけ離れている。一般的に、本方法では、容易に最良のＫファクタにあわせることができる。これらのイオン注入は、高電流および／または他の形式のイオン注入機において設定されるイオンビームのイオン種及びエネルギーの関数として、較正ファクタのテーブル表を作るのに用いられる。
【００６７】
本発明によれば、第１の較正作業（210b）後のイオン注入の結果は、生のウエハとフォトレジストを有するウエハとの間の照射線量の変化における一般的な減少を示している。ここで、照射線量の変化(shift)は、生のウエハとフォトレジストを有するウエハとの間のシート抵抗の均一性の指標である。こうして、大きな照射線量の変化は、均一性の欠如を示し、小さな照射線量の変化は、良好な、即ち改善された均一性を示す。図８に示す結果から明らかなように、照射線量の変化は、一般的に減少し、その結果、供給されるガスに無関係に各テスト用ウエハに加えられる照射線量が同一または同等であることを示す。付加的な反復を実行することができ、これにより、イオン注入されたウエハのシート抵抗の均一性を改善するために、更に、Ｋファクタ決定の更なる改善が達成される。
【００６８】
図９において、イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するための典型的な方法３００が示されている。この方法３００は、初期予測された圧力補償ファクタが仮定される（例えば、式（2）におけるＫused）ステップ３０２によって開始される。初期値Ｋusedは、一般的に、特定のイオン注入されるイオン種及び使用されるエネルギーのための一般的なＫファクタに基づいて選択することができる。その後のステップ３０４では、テスト用ワークピースが、イオン注入システム（例えば、図１Ａ及び図１Ｂのシステム１０）においてイオン注入される。ステップ３０６において、イオン注入中、イオン注入室におけるイオンビーム電流と圧力（例えば、図１Ｂのファラデーカップ１１０及びイオン圧力ゲージ１１４を介して）が測定される。
【００６９】
ステップ３０８において、テスト用ワークピースがイオン注入された後、ワークピースに関連したシート抵抗が測定される。ステップ３１０では、圧力補償ファクタ（例えば、式（2）のＫpre dicted)が、所望のシート抵抗値（例えば、Ｒs(predicted))と同様に、イオン注入（例えば、Ｋused）で使用される、予め仮定された圧力補償ファクタ、測定されたテスト用ワークピースのシート抵抗Ｒｓ、イオンビーム電流（例えば、ファラデーカップ１１０を介して測定される）、及び圧力（例えば、ゲージ１１４を用いて測定される）に従って決定される。例えば、圧力補償ファクタは、上記に図で説明されかつ記載されたように、式（2）にしたがって決定される。
【００７０】
本発明の別の形態によれば、２つのテスト用ワークピースの測定されたシート抵抗は、圧力補償ファクタを決定する場合に考慮される。図１０において、圧力補償ファクタを決定するための別の例示的な方法４００が示されている。ステップ４０２から始めて、初期予測される圧力補償ファクタが仮定される。その後、ステップ４０４において、第１、第２のテスト用ワークピースが、予測された圧力補償ファクタを用いて、イオン注入システム（例えば、図１Ａ及び図１Ｂ）においてイオン注入される。第１、第２のワークピースの一方は、生のウエハであり、ワークピースの他方は、フォトレジスト被膜を有している。
【００７１】
イオン注入中、イオン注入室におけるイオンビーム電流および圧力が、ステップ４０６において測定される。第１、第２のテスト用ワークピースがイオン注入された後、第１、第２のテスト用ワークピースにそれぞれ関連する各シート抵抗は、ステップ４０８で測定される。ステップ４１０では、圧力補償ファクタが、予測された圧力補償ファクタ、測定された第１、第２のテスト用ワークピースのシート抵抗、イオンビーム電流、圧力、及び所望のシート抵抗値に従って決定される。例えば、圧力補償ファクタは、上述したように、式（2）に従って決定することができる。
【００７２】
本発明の方法は、種々のイオン注入機で用いるＫファクタを測定するのに使用することができる。この方法は、前の「ライン交差方法」および他の従来技術のものよりもより少ないウエハのイオン注入によってＫファクタを正確に得ることができる。
【００７３】
この方法を選択することにより、このような注入機のためのファクトリー較正テーブル表を生成することができる。この方法は、さらに、製造設備において見出されるいくつかのツールから多量のデータサンプル収集しかつ処理に関連する分野において使用することもできる。さらに、本発明は、上述した方法を実行するためのソフトウエア製品を含んでいる。
【００７４】
本発明を或る用途及び実施に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
【００７５】
更に、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示され得てきたようであるが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の『構成されている』と同様に包含されるものであると理解すべきである。
【００７６】
（産業上の利用可能性）
本発明のシステム及び方法は、イオン注入機における照射線量の制御用としての圧力補償ファクタを与えるために、イオンビーム処理の分野で使用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明のイオンビーム注入機の概略上面図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、図１Ａのイオンビーム注入機の選択された部品における概略斜視図である。
【図２】 図２は、中性クセノンガスを用いてボロンイオンの電荷変換を示す模式図である。
【図３Ａ】 図３Ａは、時間に対する注入圧力とファラデー電流の関係を示す図である。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、ビーム電流対圧力を示すグラフ図である。
【図４】 図４は、圧力補償ファクタを決定するためのライン交差法を示す説明図である。
【図５】 図５は、圧力補償を用いない注入における、ウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図６】 図６は、圧力対スキャン位置を示す説明図である。
【図７Ａ】 図７Ａは、システム較正前のウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図７Ｂ】 図７Ｂは、システム較正後のウエハのシート抵抗マップを示す上面図である。
【図８】 図８は、生のモニタ用ウエハおよびフォトレジスト被膜されたモニタ用ウエハへのイオン注入による各シート抵抗をマッチングさせる２つのイオン注入の較正から得られる試験結果を示す図表である。
【図９】 図９は、本発明に従う典型的な方法を示すフローチャート図である。
【図１０】 図1０は、本発明に従う別の典型的な方法を示すフローチャート図である。
Claims (27)
- イオン注入システムに使用するための圧力補償ファクタの決定方法であって、
前記イオン注入システム（10）内に、少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピース（21）を配置する工程と、
初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を与える工程（302）と、
前記イオン注入システム（10）と前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、前記テスト用ワークピース（21）の少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入するとともに、前記イオン注入システム（10）内のイオンビーム電流（Ｉimplanted）と圧力（Ｐ）を測定する工程（304,306）と、
前記注入されたテスト用ワークピース（21）に関連したシート抵抗（Ｒｓ（measured））を測定する工程（308）と、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉimplanted）、前記測定された圧力（Ｐ）、および所望のシート抵抗に従って、予測される新たな圧力補償ファクタ（Ｋpredicted）を決定する工程（310）とを含むことを特徴とする方法。 - 前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を与える工程（302）は、テスト用ワークピース（21）をイオン注入するために用いられるイオン種に基づく前記圧力補償ファクタを推定することを含んでいる請求項１記載の方法。
- 前記イオン注入システム（10）と前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、テスト用ワークピース（21）の少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入する工程（304）は、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉ implanted ）及び圧力（Ｐ）を用いて前記テスト用ワークピース（21）に予測される実際のドーパントフラックスを計算し、
この計算された予測値の実際のドーパントフラックス（Ｉdose）に基づいて前記テスト用ワークピース（21）におけるイオン照射線量を変える、各ステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - イオン照射線量を変えるステップは、イオン注入システム（10）の低スキャン速度を変えるステップからなり、これにより、テスト用ワークピース（21）がイオンビーム（14）を横切ってスキャンされる速度を変えることを特徴とする請求項３記載の方法。
- 前記テスト用ワークピース（21）における、予測される実際のドーパントフラックスを計算するステップは、次の式：
Ｉdose ＝Ｉdiskｅｘｐ（ＫＰ）
ここで、Ｉdoseは、予測される実際ドーパントフラックス、Ｉdiskは、測定されたイオンビーム電流、Ｐは測定圧力、Ｋは初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、を用いるステップを含んでいることを特徴とする請求項３記載の方法。 - 圧力補償ファクタを決定する工程（310）は、
（ａ） 試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）、初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、測定されたイオンビーム電流（Ｉ（implanted））、及び測定圧力（Ｐ）を照射線量アルゴリズムに入力して得られるシート抵抗を求め、
（ｂ） この得られたシート抵抗を所望のシート抵抗と比較し、
（ｃ） 前記得られたシート抵抗（Ｒｓ（measured））が所望のシート抵抗から所定量異なる場合、この比較に基づく試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を修正し、
（ｄ） 前記得られたシート抵抗（Ｒｓ（measured））が前記所望のシート抵抗の所定量以内となるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、
（ｅ） 前記ステップ（ｄ）の修正した試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を、イオン注入システムに用いるための圧力補償ファクタとして用いる、各ステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記照射線量アルゴリズムは、次式
Ｒｓ（predicted）＝Ｒｓ（measured）
×［（ΣＩimplantedｅｘｐ（−ＫusedＰ）ｅｘｐ（ＫpredictedＰ）／ΣＩimplanted］ζ
ここで、Ｐは、イオン注入システムにおける測定された圧力、Ｋusedは、初期試行の圧力補償ファクタ、Ｋpredictedは、修正した試行圧力補償ファクタ、Ｉimplantedは、測定されたビーム電流、ζは、照射線量に対するシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒｓ（measured）は、テスト用ワークピースの測定されたシート抵抗、Ｒｓ（predicted）は、所望のシート抵抗、からなることを特徴とする請求項６記載の方法。 - 圧力補償ファクタを決定する工程（310）は、
試行用圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を照射線量アルゴリズムに入力し、
前記圧力補償ファクタのために前記照射線量アルゴリズムを、所望のシート抵抗Ｒｓ（predicted）について解く、各ステップを有することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記照射線量アルゴリズムは、次式
Ｒｓ（predicted）＝Ｒｓ（measured）
×［（ΣＩimplantedｅｘｐ（−ＫusedＰ）ｅｘｐ（ＫpredictedＰ）／ΣＩimplanted］ζ
ここで、Ｐは、イオン注入システムにおける測定された圧力、Ｋusedは、初期試行の圧力補償ファクタ、Ｋpredictedは、修正した試行圧力補償ファクタ、Ｉimplantedは、測定されたビーム電流、ζは、照射線量に対するシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒｓ（measured）は、テスト用ワークピースの測定されたシート抵抗、Ｒｓ（predicted）は、所望のシート抵抗、からなることを特徴とする請求項８記載の方法。 - イオン注入システム（10）におけるイオンビーム電流（Ｉimplanted）、及び圧力（Ｐ）を測定しながら、イオン注入システム（10）と初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、テスト用ワークピース（21）のマルチバンド領域にイオン注入する工程（304）と、
前記バンド領域の各々に対して注入されたテスト用ワークピース（21）に関連するシート抵抗（Ｒｓ（measured））を測定する工程（308）と、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉimplanted）、前記測定された圧力（Ｐ）、及び前記所望のシート抵抗を用いて、所定の目標基準に基づく全ての前記バンド領域に対する集合的な圧力補償ファクタ（Ｋpredicted）を決定する工程（310）とを更に含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記所定の目標基準は、前記バンド領域間で均一なシート抵抗の最大値からなることを特徴とする請求項１０記載の方法。
- イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタの決定方法であって、
前記イオン注入システム（10）内に、各々が少なくとも１つのバンド領域を有し、かつ一方がワークピース全体にフォトレジスト膜を有し、他方がフォトレジスト膜を含まないようにした、第１、第２のテスト用ワークピース（21）を配置する工程と、
初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を与える工程（402）と、
前記イオン注入システム（10）と前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入するとともに、前記イオン注入システム（10）内のイオンビーム電流（Ｉimplanted）と圧力（Ｐ）を測定する工程（404,406）と、
前記注入された第１、第２のテスト用ワークピース（21）のそれぞれに関連した第１、第２のシート抵抗（Ｒｓ（measured））を測定する工程（408）と、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記第１、第２の測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉimplanted）、前記測定圧力（Ｐ）、及び前記所望のシート抵抗に従って、新たな圧力補償ファクタ（Ｋpredicted）を決定する工程（410）とを含むことを特徴とする方法。 - フォトレジスト膜を含まない前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の他方は、生のテスト用ワークピースであることを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を与える工程（402）は、第１、第２のテスト用ワークピース（21）をイオン注入するために用いられる注入イオン種に基づく前記圧力補償ファクタを評価するステップを含んでいることを特徴とする請求項１２記載の方法。
- 前記イオン注入システム（10）と前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の少なくとも１つの前記バンド領域にイオンビームを注入する工程（404）は、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉimplanted）、及び前記圧力（Ｐ）を用いて、前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）での予測される実際のドーパントフラックスを計算し、
この計算された予測値の実際のドーパントフラックスに基づいて前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）におけるイオン照射線量を変える、各ステップを有することを特徴とする請求項１２記載の方法。 - イオン照射線量を変えるステップは、イオン注入システム（10）の低速のスキャン速度を変えることからなり、これにより、前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）がイオンビーム（14）を横切ってスキャンする場合の速度を変化させることを特徴とする請求項１５記載の方法。
- 前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）予測される実際のドーパントフラックスを計算するステップは、次の式：
Ｉdose ＝ Ｉdiskｅｘｐ（ＫＰ）
ここで、Ｉdoseは、予測される実際ドーパントフラックス電流、Ｉdiskは、測定されたイオンビーム電流、Ｐは、測定された圧力、Ｋは、初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、を用いるステップを含んでいることを特徴とする請求項１５記載の方法。 - 前記圧力補償ファクタを決定する工程（410）は、
（ａ） 試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）、初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、測定されたイオンビーム電流（Ｉ（implanted））、及び測定された圧力（Ｐ）を照射線量アルゴリズムに入力し、そして、前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の両方に対して得られるシート抵抗を求め、
（ｂ） 前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の間の照射線量のシフトを決定し、
（ｃ） 前記照射線量のシフトが所定量を越える場合、予め決められた照射線量のシフトに基づいた試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を修正し、
（ｄ） 前記予め決められた照射線量のシフトが前記所定量以内となるまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返し、
（ｅ） 前記ステップ（ｄ）の修正した試行用の圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を、イオン注入システム（１０）に用いるための圧力補償ファクタとして用いる、各ステップを有することを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 前記照射線量アルゴリズムは、次式
Ｒｓ（predicted）＝Ｒｓ（measured）
×［（ΣＩimplantedｅｘｐ（−ＫusedＰ）ｅｘｐ（ＫpredictedＰ）／ΣＩimplanted］ ζ
ここで、Ｐは、イオン注入システムにおける測定された圧力、Ｋusedは、初期の試行圧力補償ファクタ、Ｋpredictedは、修正した試行圧力補償ファクタ、Ｉimplantedは、測定されたビーム電流、ζは、照射線量に対するシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒｓ（measured）は、テスト用ワークピースの測定されたシート抵抗、Ｒｓ（predicted）は、所望のシート抵抗、からなることを特徴とする請求項１８記載の方法。 - 前記圧力補償ファクタを決定する工程（410）は、
試行用圧力補償ファクタ（Ｋtrial）を照射線量アルゴリズムに入力し、
前記圧力補償ファクタのために前記照射線量アルゴリズムを、所望のシート抵抗（Ｒｓ（predicted））について解く、各ステップを有することを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 前記照射線量アルゴリズムは、次式
Ｒｓ（predicted）＝Ｒｓ（measured）
×［（ΣＩimplantedｅｘｐ（−ＫusedＰ）ｅｘｐ（ＫpredictedＰ）／ΣＩimplanted］ζ
ここで、Ｐは、イオン注入システムにおける測定された圧力、Ｋusedは、初期の試行圧力補償ファクタ、Ｋpredictedは、修正した試行圧力補償ファクタ、Ｉimplantedは、測定されたビーム電流、ζは、照射線量に対するシート抵抗の非直線性に関係する照射線量感度ファクタ、Ｒｓ（measured）は、テスト用ワークピースの測定されたシート抵抗、Ｒｓ（predicted）は、所望のシート抵抗、からなることを特徴とする請求項２０記載の方法。 - イオン注入システム（10）におけるイオンビーム電流（Ｉ（implanted））、及び圧力（Ｐ）を測定しながら、イオン注入システム（10）と初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）を用いて、第１、第２のテスト用ワークピース（21）のマルチバンド領域にイオン注入する工程（404）と、
前記バンド領域の各々に対して注入された第１、第２のテスト用ワークピース（21）に関連するシート抵抗を測定する工程（408）と、
前記第１、第２のテスト用ワークピース（21）の各々に対する、前記初期予測値の圧力補償ファクタ（Ｋused）、前記測定されたシート抵抗（Ｒｓ（measured））、前記測定されたイオンビーム電流（Ｉ（implanted））、前記測定された圧力（Ｐ）、及び前記所望のシート抵抗を用いて、所定の目標基準に基づく全ての前記バンド領域に対する集合的な圧力補償ファクタ（Ｋpredicted）を決定する工程（410）とを更に含んでいることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 前記所定の目標基準は、前記バンド領域間で均一なシート抵抗の最大値からなることを特徴とする請求項２２記載の方法。
- イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するシステムであって、
少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピース（21）と、
圧力補償ファクタを用いるイオンビームによってワークピース（21）にイオン注入するように操作可能なイオン注入サブシステム（10）と、
前記ワークピース（21）に関連するイオンビーム電流を測定するイオンビーム電流検出器（110）と、
イオン注入中に、前記ワークピース（21）に関連する圧力を測定するように操作可能な圧力検出器（114）と、
前記圧力補償ファクタに基づいたイオンビーム（14）を横切る前記ワークピース（21）のスキャン速度を制御するために操作可能なモータ制御システム（68）と、
前記ワークピースに関連した１つまたはそれ以上のシート抵抗特性を測定するために操作可能な抵抗測定システムとを含み、
前記圧力補償ファクタは、測定された圧力と測定されたイオンビーム電流の相関関係によって決まり、かつ１つまたはそれ以上のシート抵抗特性の関数であることを特徴とするシステム。 - 圧力補償ファクタは、また、所望のシート抵抗特性の関数であることを特徴とする請求項２４記載のシステム。
- イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するシステムであって、
少なくとも１つのバンド領域を有するテスト用ワークピース（21）と、
前記イオン注入システム（10）と初期予測値の圧力補償ファクタを使用しながら、イオンビーム（14）によってテスト用ワークピース（21）の少なくとも１つのバンド領域にイオン注入する手段（12）と、
前記イオン注入システム内のイオンビーム電流（110）と圧力（114）を測定する手段と、
前記イオン注入されたテスト用ワークピース（21）と関連したシート抵抗を測定するための手段と、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記測定されたシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定された圧力、及び所望のシート抵抗に従って、圧力補償ファクタを決定するための手段（56,57）とを含むことを特徴とするシステム。 - イオン注入システムにおいて使用する圧力補償ファクタを決定するシステムであって、
各々が少なくとも１つのバンド領域を有し、かつ一方がフォトレジスト膜を有し、他方が生のワークピースである、第１、第２のテスト用ワークピース（21）と、
前記イオン注入システム（10）と初期予測値の圧力補償ファクタを使用しながら、イオンビーム（14）によって第１、第２のテスト用ワークピース（21）の少なくとも１つのバンド領域にイオン注入する手段（12）と、
前記イオン注入システム内のイオンビーム電流（110）と圧力（114）を測定する手段と、
前記イオン注入された第１、第２のテスト用ワークピース（21）と関連した第１、第２のシート抵抗を測定するための手段と、
前記初期予測値の圧力補償ファクタ、前記測定された第１、第２のシート抵抗、前記測定されたイオンビーム電流、前記測定された圧力、及び所望のシート抵抗に従って、圧力補償ファクタを決定するための手段（56,57）とを含むことを特徴とするシステム。
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