JP5552476B2 - イオンビームの均一チューニングのための方法及びシステム - Google Patents

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Description

本開示は、一般的に半導体装置に関し、特に、イオン注入機システムにおける改良した均一チューニングのための技術に関する。
イオン注入は、高エネルギーイオンを直接基板に衝突させることにより、化学種を基板に堆積させるプロセスである。半導体製造において、ターゲット材料のタイプ及び導電率のレベルを変更するドーピングプロセスのために、イオン注入機を主として用いる。集積回路（ＩＣ）での正確なドーピングプロファイル及びその薄膜構造は、適切なＩＣ性能にとって極めて重要であることが多い。所望のドーピングプロファイルを実現するために、１つ以上のイオン種を、異なる線量で、及び、異なるエネルギーレベルで、注入することができる。イオン種、線量及びエネルギーの仕様を、イオン注入レシピとして参照することが多い。
図１は、従来のイオン注入機システム１００を示す。大抵のイオン注入機システムに典型的なように、イオン注入機システム１００を高真空環境に収容する。イオン注入機システム１００は、イオン源１０１及びイオンビーム１０が通過する複雑な一連の構成部品を含むことができる。一連の構成部品は、例えば、引き出し電極１０２、抑制電極１０３、接地電極１０４、フィルター磁石１０６、加速又は減速コラム１０８、アナライザ磁石１１０、回転質量スリット１１２、スキャナー１１４及び補正磁石１１６を含むことができる。光ビームをコントロールする一連の光学レンズによく似て、イオンビーム１０をターゲットウエハ１２０（ウエハ面１２に位置する）に導く前に、イオン注入機の構成部品は、イオンビーム１０をフィルターにかけて、合焦することができる。イオンビームの状態をモニタして制御するために、線量制御ファラデーカップ１１８、走行ファラデーカップ１２４及びセットアップファラデーカップ１２２のような多くの測定装置を用いることができる。
ドーパントイオンを均一に分布するために、ターゲットウエハの表面をイオンビームで典型的にスキャンする。図２は、イオンビームをウエハに連続して注入するための典型的なセットアップを示す。このようなセットアップで、ウエハ２０４は、ウエハチャンバを介して軸線２１２に沿って、ゆっくり動くことができる。同時に、楕円形の断面を有するイオンスポットビーム２０２でウエハ２０４の表面を水平にスキャンすることができる。イオンスポットビーム２０２は、端点２０８及び２１０を有するビーム経路２０を形成することができる。イオンスポットビーム２０２の電流を測定するために、線量制御ファラデーカップ１１８を用いることができる。
製造中、ビーム経路に沿って、均一なイオンビームプロファイルを実現することが望ましい。このような均一なイオンビームプロファイルを実現するための、イオン注入機システムのチューニングプロセスを、「均一チューニング」と呼ぶ。
図３は、均一チューニングのための従来の方法を例示する。図２に示すものと類似のセットアップで、楕円形の断面を有するイオンスポットビーム３０２で、端点３０８と端点３１０との間の経路３０に沿って、一定のスキャン速度でスキャンする。イオンスポットビーム３０２は、ウエハ３０４のサイズに比べて比較的小さく、中及び高エネルギーイオンビームに関して典型的である。これらのタイプのイオンビームに関する既存の均一チューニング方法では、通常、以下の２つを仮定する。（１）イオンスポットビームは、ほぼ同じサイズを維持して、スキャン中、ほぼ同じ電流を送る。（２）イオンスポットビームで、ウエハからはみ出して十分にスキャンする。これらの仮定から、スキャン中、イオンスポットビームは、小さい変化を示すだけであり、ビーム経路に沿ってスキャンするイオンビームの電流密度分布の得られる非均一性も小さい、という結果になる。従って、既存の均一チューニング方法では、イオンビームのプロファイルは、ウエハの中心で、典型的に一回だけ（スキャンせず）測定する。図３で波形３２は、イオンスポットビーム３０２に関して、個々のビーム線量密度プロファイルを例示する。イオンスポットビーム３０２は、経路３０に沿って掃引するので、各点でのイオンビーム３０２の電流密度は、イオンスポットビーム３０２の１つ以上の個々のビーム線量密度プロファイルの蓄積した効果である。波形３４は、端点３０８と端点３１０との間のイオンスポットビーム３０２の電流密度分布を例示する。イオンスポットビーム３０２の個々のビーム線量密度プロファイルが、経路３０に沿ってどこでもほとんど同じため、電流密度とイオンスポットビーム３０２のスキャン速度との間に線形関係がある。すなわち、経路３０の各位置に対し、スキャン速度の少しの増加により、その位置でのイオンスポットビーム３０２の電流密度の比例する減少を引き起こし、スキャン速度の少しの減少により、その位置でのイオンスポットビーム３０２の電流密度の比例する増加を引き起こす。既存の均一チューニング方法は、線形性の仮定に基づく−すなわち、波形３４が十分に均一でない場合、経路３０に沿っての各単位距離に関する典型的なアプローチは、その単位距離内のイオンスポットビーム３０２の蓄積された電流密度に比例的に、イオンスポットビーム３０２のスキャン速度を調整することである。
なお、イオンスポットビーム３０２の電流密度は、端点３０８及び端点３１０の両端の近くで、急速に小さくなる。しかしながら、イオンスポットビーム３０２で、ウエハからはみ出して十分にスキャンするため、電流密度が小さくなっても、イオンビームによるウエハ３０４のカバレージに影響しない。なお、一旦、イオンスポットビーム３０２で、ウエハ３０４を十分に掃引すれば、イオンスポットビーム３０２の電流は、もはや、ウエハの注入に寄与しない。ウエハ３０４に蓄積したイオンビーム電流と、スキャン全体の間に蓄積した全体のイオンビーム電流の比率を「ビーム利用率」と呼ぶ。ビーム利用率は、全体のイオンビーム電流のどれほどの部分が、実際にウエハの注入のために利用されたかを示す。
また、既存のイオン注入機システムでは、均一チューニングは、典型的にビームラインチューニングに続く。例えば、図１に示すイオン注入機システム１００では、イオン源１０１及び１つ以上のビームライン要素（例えば、引き出し電極１０２、抑制電極１０３、フィルター磁石１０６、加速もしくは減速コラム１０８、アナライザ磁石１１０、スキャナー１１４又は補正磁石１１６）は、イオン注入製造用に高効率を実現するために、通常、できるだけ高いイオンビーム電流レベルを達成するように、最初に調整する。イオンビーム電流が最大になった後にのみ、均一チューニングを開始する。
しかしながら、多くの欠陥により、イオン注入機システムをチューニングするための既存の方法は、効率的な方法で矛盾のないイオンビーム出力を実現できないことがよくある。例えば、イオン注入機システムをチューニングするための既存のアルゴリズムは、イオンビームの電流密度プロファイルを多数回測定するため、単一チャンネルを用いる。そのような既存のアルゴリズムは、同じイオンビームの電流密度プロファイルを並行して多数回測定して、これらの測定を分析する。従って、イオン注入機システムを適切にチューニングするために、多くの測定の繰り返しを必要とする。従って、既存のアルゴリズムは、チューニング時間を増加することにより、イオン注入機システムの効率を悪くして、生産性を減少する。
既存のチューニングアルゴリズムは、イオンビームを最適化するための唯一の基準として、イオンビーム電流を用いる傾向もある。しかしながら、同一のイオンビーム電流は、必ずしも同一のイオンビーム状態を保証しない。例えば、ビームライン要素の設定のいくつかの異なる組み合わせで、同一のイオンビーム電流を作ることができる。これらの異なる組み合わせにより、イオンビームの異なる大きさ、位置及び角度を引き起こすことがよくある。結果的に、イオンビーム電流のみに依存する単一パラメータアプローチにより、矛盾したイオンビームのジオメトリを導くことになり得る。さらに、異なるイオンビームのジオメトリにより、各ウエハのバッチに関し、イオンビームの測定、並列性のセットアップ、均一性のセットアップ及び注入線量制御について、余計な時間をかけなければならない。
既存のチューニング方法は、さらに、前もって成功したセットアップで登録されたビームライン要素の設定の単一セットに依存する傾向にある。けれども、たとえ、ビームライン要素の設定を一定に維持したとしても、イオン注入機システムの多くの要因がイオンビームの状態を変えることができる。例えば、イオン源は、通常、その間にイオンの発生が徐々に劣化する寿命を有する。それ故、同一のビームライン要素の設定であっても、イオン源が使われた時間の経過に依存して、イオンビーム電流は全く異なり得る。前もって登録されたビームライン要素の設定の単一セットは、所望のイオンビームの状態を再生することができないことがよくあるため、ウエハのバッチ毎にイオン注入機システムを再びチューニングしなければならず、これは、以下に説明する理由で、非常に時間がかかる。
前記を考慮して、従来のイオン注入機のチューニング技術に関して、顕著な問題と欠点があることが分る。
イオン注入機システムにおける改良した均一チューニングのための技術を開示する。特定の例示的な実施態様で、その技術は、イオン注入機システムにおける改良した均一チューニングのための方法として実現することができる。本方法は、イオン注入機システムでイオンビームを生成するステップを有する。本方法は、イオンビーム経路に沿って第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップも有する。本方法は、さらに、前記イオンビーム経路に沿って第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップを有する。また、本方法は、少なくとも一部、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルに基づいて、前記イオンビーム経路に沿って第３のイオンビーム電流密度プロファイルを決定するステップを有する。
この特定の実施態様の他の側面により、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、１つ以上の固定式測定装置を用いて、１つ以上の所定の配置で、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップを、さらに、有してもよい。
この特定の例示的な実施態様のさらなる側面により、前記１つ以上の固定式測定装置の前記１つ以上の所定の配置は、前記イオンビーム経路の１つ以上の側に沿って配置してもよい。
この特定の例示的な実施態様の追加の側面により、前記１つ以上の固定式測定装置は、少なくとも１つの閉ループファラデーカップを備えてもよい。
別の特定の例示的な実施態様で、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを時間の関数として測定してもよい。
さらに別の特定の例示的な実施態様で、前記イオンビーム経路に沿って前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、可動式測定装置を介して、イオンビームの断面をスキャンするステップを、さらに、有してもよい。
なお別の特定の例示的な実施態様で、前記可動式測定装置をウエハ平面に実質的に平行に位置付けてもよい。
さらに特定の例示的な実施態様で、前記可動式測定装置は、プロファイリングファラデーカップであってもよい。
この特定の例示的な実施態様の他の側面により、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを時間及び空間位置の関数として測定してもよい。
この特定の例示的な実施態様の追加の側面により、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルは、空間位置の関数であってもよい。
この特定の例示的な実施態様のさらに別の側面により、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性に関連する信頼水準を決定するステップを、さらに、有してもよい。
この特定の例示的な実施態様の他の側面により、少なくとも一部、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記信頼水準に基づいて、信頼区間を計算するステップを、さらに、有してもよい。
この特定の例示的な実施態様のさらなる側面により、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれるかどうかを確認するステップを、さらに、有してもよい。
この特定の例示的な実施態様の他の側面により、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれる場合には、イオンビームの均一チューニングを止める。
この特定の例示的な実施態様のさらなる側面により、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれない場合には、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性を調整するために、１つ以上のビームライン要素をチューニングする。
この特定の例示的な実施態様のさらに別の側面により、少なくとも１つのプロセッサが、均一チューニング方法を行うためのコンピュータプロセスを実行することを命令し、前記少なくとも１つのプロセッサにより可読なように構成された、命令のコンピュータプログラムを格納する、少なくとも１つのプロセッサ可読媒体である。
この特定の例示的な実施態様の別の側面により、イオン注入機システムでの改良した均一チューニングのためのシステムとしての技術を実現することができる。該システムは、イオン注入機システムでイオンビームを生成するイオン源を備える。該システムは、イオンビーム経路に沿って第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定する１つ以上の第１の装置も備える。前記イオンビーム経路に沿って第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定する第２の装置をさらに備える。加えて、少なくとも一部、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルに基づいて、前記イオンビーム経路に沿って第３のイオンビーム電流密度プロファイルを決定するプロセッサを備える。
この特定の例示的な実施態様の他の側面により、前記１つ以上の第１の装置は、前記イオンビーム経路の１つ以上の側に沿って配置された少なくとも１つの閉ループファラデーカップを備えてもよい。
この特定の例示的な実施態様の追加的な側面により、前記１つ以上の第１の装置は、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを時間の関数として測定してもよい。
この特定の例示的な実施態様のさらに別の側面により、前記第２の装置は、可動式測定装置を介して、前記イオンビームの断面をスキャンするプロファイリングファラデーカップを備えてもよい。
この特定の例示的な実施態様のなお別の側面により、前記第２の装置は、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを時間及び空間位置の関数として測定してもよい。
添付図面に示すように、例示的な実施形態を参照して、本開示をもっと詳細に説明する。本開示を例示的な実施形態を参照して以下に説明するが、本開示はそれに限定されないと解釈すべきである。本明細書の教示にアクセスする当業者は、本明細書で説明する本開示の範囲内にあり、それについて本開示が顕著な有用性がある、追加の実施、変更、実施形態のほかに他の使用分野を認識するであろう。
本開示をより良く理解するために、類似の要素を類似の数字で参照する添付図面を参照する。これらの図面は、本開示を限定するとして解釈すべきではなく、例示的のみであることを意図している。
従来のイオン注入機システムを例示する図である。 イオンビームで一連のウエハをスキャンするための典型的なセットアップを例示する図である。 均一チューニングのための従来の方法を例示する図である。 本開示の実施形態により、ウエハをスキャンするイオンスポットビームを例示する図である。 本開示の実施形態により、イオン注入機システムでの均一チューニングのための例示的な方法を例示するフローチャートである。 本開示の実施形態により、イオン注入機システムでの均一チューニングのための例示的なセットアップを例示する図である。 本開示の実施形態により、イオン注入機システムでの均一チューニングのための例示的なシステムを例示する図である。
本開示の実施形態は、イオン注入機システムにおける改良した均一チューニングのための技術を提供する。改良した方法により、ビーム経路に沿ってのイオンビームプロファイルは、イオンビームを複数の所定の位置で測定することにより、正確に決定することができる。イオンビームを複数の所定の位置で１つ以上の変数の関数として、測定することができる。また、固定式測定装置かそれとも可動式測定装置により、測定することができる。イオンビームプロファイルは、スキャン中のイオンビームの大小の全ての変化を正確に捕捉することができる。このイオンビームプロファイルに基づいて、もっと均一なイオンビームプロファイルを実現するために、イオンビームのスキャンを綿密に制御して、所望のスキャン速度プロファイルを生成することができる。この改良した方法は、イオン注入機システムの均一チューニングに必要な繰り返し数を減少することができて、イオン注入機システムの均一チューニングに信頼水準を導入することができる。
図４は、ウエハ４０４をイオンビーム経路４０に沿ってスキャンするイオンスポットビーム４０２を例示する。例えば、イオンスポットビーム４０２は、掃引イオンビーム及び／又はリボンビームにすることができる。図示のように、イオンスポットビーム４０２の大きさは、ウエハ４０４の大きさに匹敵する。従って、ウエハ４０４は、イオンビーム経路４０の一部に沿って、完全なイオンスポットビーム４０２を見ることができる。さらに、イオンスポットビーム４０２の個々のビーム線量密度プロファイル４２は、イオンビーム経路４０に沿って変化して、得られるスキャンするイオンビーム電流密度プロファイルは、波形４４により示すことができる。図４に例示するように、イオンスポットビーム４０２でイオンビーム経路４０に沿って掃引するので、各点でスキャンするイオンビームのイオンビーム電流密度は、イオンスポットビーム４０２の１つ以上の個々のビーム線量密度プロファイルの蓄積効果である。各個々のビーム線量密度プロファイル４２は、イオンスポットビーム４０２に関して「個々のビーム線量密度分布」を例示する。波形４４は、イオンビーム経路４０に沿ってスキャンするイオンビームの「電流密度分布」を例示し、これも「スキャンするビームプロファイル」と呼ぶことができる。波形４４は、イオンスポットビーム４０２によりイオンビーム経路４０に沿って送られるビーム電流密度である。イオンスポットビーム４０２の効果は、無数のスキャンしないイオンスポットビームが、イオンビーム経路４０に沿って一連の連続位置に配置されて、各スキャンしないイオンスポットビームが、微小時間、ビーム電流を送ることに等しいと考慮することができる。しかしながら、数値シミュレーションでは、イオンスポットビーム４０２の電流密度分布（又はスキャンするビームプロファイル）は、以下で詳細に説明するように、有限時間、各々ビーム電流を送る有限数のスキャンしないイオンスポットビームにより近似することができる。スポットビーム電流密度の空間分布を「スポットビームプロファイル」と呼ぶ。個々のビーム線量密度分布４２は、従って、対応するスポットビームプロファイルと有限時間との積である。
図５を参照するに、本開示の実施形態により、イオン注入機システムでの均一チューニングのための例示的な方法を例示するフローチャートが示される。ステップ５０２では、イオン注入機システムの第１の電子チャンネルを介して可動式測定装置を用いてイオンビームでスキャンすることができる。イオンビームのスキャンは、所定のスキャン速度プロファイルに従うことができる。スキャン速度プロファイルv(x)は、xはスキャンの基点（例えば、ウエハの中心）からのスキャン距離であるが、例えば、電圧波形V(t)を用いてスキャン機構を制御することにより、実現することができる。本開示の一実施形態によれば、ステップ５０２では、ゆっくりかつ一定の速度の（例えば、１ヘルツの１０分の１、又は、所望のスキャン距離をカバーする１０秒の進行時間）イオンビームでスキャンすることができる。可動式測定装置は、経時的な電流密度分布Ipf(t)及び／又は経時的な可動式測定装置の位置Xpf(t)を測定することができる。測定した電流密度分布Ipf(t)は、可動式測定装置の位置Xpf(t)に関連して、時間及び位置に対するスポットビームプロファイルIpf(x,t)に変えることができる。例えば、イオン注入機システムを、均一なイオンビーム電流を実現するように、チューニングすれば、電流測定ファラデーカップ（例えば、プロファイリングファラデーカップ）を可動式測定装置として用いることができる。しかし、当然のことながら、本開示の代替の実施形態により、他の測定装置も用いることができる。
可動式測定装置は、電流密度分布を所望のスキャン経路に沿って連続して測定することができる。また、可動式測定装置は、電流密度分布を所望のスキャン経路に沿って断続的に（例えば、１ミリメートル毎に）測定することができる。例示の目的のため、所望のスキャン経路に沿って測定したスポットビーム電流密度分布を、スポットビーム電流密度分布測定値Ipf(１)、Ipf(２)、…及びIpf(Ｎ)と呼ぶことができる。各スポットビーム電流密度分布の測定位置は、スキャンの基点からの距離によりマークを付けることができる。従って、スポットビーム電流密度分布測定値Ipf(１)、Ipf(２)、…及びIpf(Ｎ)は、Xpf(１)、Xpf(２)、…及びXpf(Ｎ)の位置をそれぞれ有することができる。いくつかの実施形態では、プロファイリングファラデーカップをイオンビームのスキャン経路に沿ってセットアップすることができ、ウエハ平面又はウエハ平面にほぼ平行な平面に配置することができる。
ステップ５０４では、イオン注入機システムの第２の電子チャンネルを介して１つ以上の固定式測定装置を用いてイオンビームで測定することができる。例えば、ステップ５０４を、ステップ５０２の前に、ステップ５０２と同時に、又は、ステップ５０２に引き続いて後に、行うことができる。１つ以上の固定式測定装置は、イオンビーム経路に沿って、１つ以上の所定の位置で、経時的な電流密度Iclf(t) を測定することができる。また、１つ以上の所定の位置に配置された１つ以上の固定式測定装置を、異なる位値に調整することができる。例えば、電流測定ファラデーカップ（例えば、閉ループファラデーカップ）を１つ以上の可動式測定装置として用いることができる。しかし、当然のことながら、本開示の代替の実施形態により、他の測定装置も用いることができる。
１つ以上の固定式測定装置は、スキャンの間中、連続して、電流密度分布を測定することができる。また、１つ以上の固定式測定装置は、スキャンの間中、断続的に（例えば、１ナノ秒毎に、１ミリ秒毎に、１秒毎に等）、電流密度分布を測定することができる。例示の目的のため、イオンビームの経路に沿って４つの固定式測定装置を配置することができる。例えば、４つの固定式測定装置の各々をイオンビームの経路の前側、後側、左側及び右側に置くことができる。１つ以上の固定式測定装置の各々は、スキャンの間中、電流密度分布を測定することができる。これらの測定値は、スポットビーム電流密度分布測定値Iclf1(１)、Iclf1(２)、…及びIclf1(Ｎ)、Iclf2(１)、Iclf2(２)、…及びIclf2(Ｎ) 、Iclf3(１)、Iclf3(２)、…及びIclf3(Ｎ)、ならびに、Iclf4(１)、Iclf4(２)、…及びIclf4(Ｎ)と呼ぶことができる。いくつかの実施形態では、イオンビームのスキャン経路に沿ってセットアップされ、ウエハ平面側及びウエハ平面からオフセット側に配置された１つ以上の閉ループファラデーカップにより測定をすることができる。
図６は、本開示の実施形態により、例示的なセットアップを例示する。図６では、イオンビームの経路６０に沿いウエハ６０４にわたって、イオンスポットビーム６０２でスキャンする。可動式測定装置６０８は、スポットビーム電流密度分布を、イオンビームの経路６０に沿って、ウエハ平面又はウエハ平面にほぼ平行な平面で、スキャンすることができる。図示のように、可動式測定装置６０８は、矢印により示すように、イオンビームの経路６０に沿って、前後に動かすことができる。しかしながら、他の配置も、測定目的のために、効果的になり得る。また、１つ以上の固定式測定装置６１０を、外側に及び／又はウエハ平面からオフセット側に配置することができる。例示のように、４つの固定式測定装置６１０をイオンビームの経路６０の４つの側に配置することができる。１つ以上の固定式測定装置６１０も、電流密度分布を測定するために、様々な配置に位置付けることができる。
図５に戻るに、ステップ５０６では、複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイル）Ppf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)を、第１の電子チャンネル（例えば、オシロスコープのチャンネル）の各々の測定位置Xpf(１)、Xpf(２)、…及びXpf(Ｎ)で決定することができる。所望のスキャン経路を通ってイオンビームでスキャンするので、可動式測定装置は、測定位置に関するスポットビーム電流密度を測定することができて、測定位置に関して測定したスポットビーム電流密度を、スポットビームプロファイルに変えることができる。
また、複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイル）Pclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)を、１つ以上の固定式測定装置の各々に関して、様々な測定時間で決定することができる。所望のスキャン経路を通ってイオンビームでスキャンするので、１つ以上の固定式測定装置は、測定時間に関するスポットビーム電流密度を測定することができて、測定時間に関して測定したスポットビーム電流密度を、スポットビームプロファイルに変えることができる。一実施形態によれば、複数のスポットビーム電流密度分布Pclf1(１)、Pclf1(２)、…及びPclf1(Ｎ)、Pclf2(１)、Pclf2(２)、…及びPclf2(Ｎ)、Pclf3(１)、Pclf3(２)、…及びPclf3(Ｎ)、ならびに、Pclf4(１)、Pclf4(２)、…及びPclf4(Ｎ)を、４つの固定式測定装置の各々に関して決定することができる。
ステップ５０８で、可動式測定装置で測定した複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPpf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の相対標準偏差（SIGMA）を、決定することができる。また、１つ以上の固定式測定装置の相対標準偏差（SIGMA）と複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の標準誤差との和を、決定することができる。その後、可動式測定装置の相対標準偏差（SIGMA）が、１つ以上の固定式測定装置の相対標準偏差（SIGMA）と標準誤差との和以下であるかどうかを確認することができる。一実施形態によれば、可動式測定装置及び／又は１つ以上の固定式測定装置に関連する複数の電流密度分布は、およそ標準的な分布サンプルであると仮定することができる。従って、相対標準偏差は、測定したスポットビーム電流密度分布の標準偏差を測定したスポットビーム電流密度分布の平均値で割った百分率により、定義することができる。
可動式測定装置で測定した複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPpf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の相対標準偏差は、複数のスポットビーム電流密度分布（Ppf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の標準偏差を複数のスポットビーム電流密度分布（Ppf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の平均値で割った百分率を計算することにより、決定することができる。また、１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の相対標準偏差は、複数のスポットビーム電流密度分布（Pclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の標準偏差を複数のスポットビーム電流密度分布（Pclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の平均値で割った百分率を計算することにより、決定することができる。１つ以上の固定式測定装置の各々に関し、相対標準偏差を決定することができる。１つ以上の固定式測定装置の各々に関する相対標準偏差の平均値は、イオン注入機システムのイオンビームの均一性を決定するために、計算することができる。
１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の標準誤差は、１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（Pclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の各々の平均値の標準偏差として定義することができる。本開示の一実施形態により、スポットビーム電流密度分布の４つのアレイPclf1(１)、Pclf1(２)、…及びPclf1(Ｎ)、Pclf2(１)、Pclf2(２)、…及びPclf2(Ｎ)、Pclf3(１)、Pclf3(２)、…及びPclf3(Ｎ)、ならびに、Pclf4(１)、Pclf4(２)、…及びPclf4(Ｎ)を、イオンビームの経路に沿って様々な位置に配置された、４つの固定式測定装置に関連させることができる。スポットビーム電流密度分布の各アレイの平均値は、イオンビームの経路に沿って異なる配置のため、異なり得る。スポットビーム電流密度分布の４つのアレイの平均値の標準偏差は、スポットビーム電流密度分布の４つのアレイの標準誤差を決定するために、計算することができる。
さらに、Pclf(ｔ)の平均値の標準偏差の数に基づいて、信頼水準（例えば、測定したスポットビーム電流密度分布を含むために、信頼区間はどのくらいあり得るか）を選ぶことができる。例えば、平均値の標準偏差の１つ分は、約６８％の信頼水準を有し、平均値の標準偏差の２つ分は、約９５％の信頼水準を有し、平均値の標準偏差の３つ分は、約９９％の信頼水準を有する。また、信頼水準を均一チューニングプロセスの所定の仕様にすることができる。例えば、約９５％の信頼水準又は０．５％以内のイオンビームの均一性を、イオンビームの均一チューニングプロセスに関し選ぶことができ、従って、電流密度及び時間変数の値を限定することができる。１つ以上の固定式測定装置に関するスポットビーム電流密度Iclf(ｔ)が９５％の信頼水準を有するという場合には、可動式測定装置のスポットビーム電流密度Ipf(x, t)は、９５％より高い信頼水準を有することはできないと推測することができる。すなわち、１つ以上の固定式測定装置のスポットビーム電流密度Iclf(ｔ)は、時間の関数であり、可動式測定装置のスポットビーム電流密度Ipf(x, t)は、時間及び位置の関数である。従って、可動式測定装置のスポットビーム電流密度Ipf(x, t)は、９５％より高い信頼水準を有することはできない。
可動式測定装置で測定した複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPpf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の相対標準偏差が、１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の相対標準偏差と１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の標準誤差との和以下である場合、そのスキャン速度プロファイルV(ｘ)又はそのスキャン電圧波形V(ｔ)をステップ５１４でウエハの製造に用いることができる。しかしながら、可動式測定装置で測定した複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPpf(１)、Ppf(２)、…及びPpf(Ｎ)）の相対標準偏差が、１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の相対標準偏差と１つ以上の固定式測定装置の複数のスポットビーム電流密度分布（又はスポットビームプロファイルPclf(１)、Pclf(２)、…及びPclf(Ｎ)）の標準誤差との和以下でない場合、イオンビーム電流プロファイルは十分に均一ではない。その場合、イオン源及び／又は１つ以上のビームライン要素をチューニングすることができ、プロセスをステップ５０２及び／又はステップ５０４にループ・バックすることができ、スキャン速度プロファイルを調整し又は再計算することができる。所望の調整又は修正を計算することができ、最初の及び／又は以前のスキャン速度プロファイルに適用することができる。実際には、調整を計算することができ、イオンビームのスキャンを制御する電圧波形V(ｔ) に適用することができる。
ステップ５１０で、数学モデルipf(x)をイオンビームプロファイルに関して作ることができる。一実施形態によれば、スポットビームプロファイルPpf(Ｋ)に、スポットビームが電流を位置Xpf(Ｋ)に送る間の時間tkを掛けることにより、測定位置Xpf(Ｋ)に関する個々のビーム線量密度分布を近似することができる。全ての個々のスポットビーム線量密度分布Ppf(1) t１、Ppf(２) t2、…及びPpf(Ｍ) tMを合計して、スキャンするビームプロファイルモデルipf(x)＝Ppf(1) t１＋Ppf(２) t2…＋Ppf(Ｍ) tMを生成することができ、ここで、t１＋t2…＋tM＝Ｔであり、Ｔはイオンビームが一端点から他の端点へスキャンする全スキャン時間である。
また、ステップ５１０で、数学モデルiclf(x)を、１つ以上の固定式測定装置で測定したビームプロファイルに関して作ることができる。一実施形態によれば、スポットビームプロファイルPclf(Ｋ)に、スポットビームが電流を所定の測定位置に送る間の時間tkを掛けることにより、１つ以上の所定の測定位置に関する個々のビーム線量密度分布を近似することができる。全ての個々のスポットビーム線量密度分布Pclf(1) t１、Pclf(２) t2、…及びPclf(Ｍ) tMを合計して、スキャンするビームプロファイルモデルiclf(x)＝Pclf(1)t１＋Pclf(２)t2…＋Pclf(Ｍ)tMを生成することができ、ここで、t１＋t2…＋tM＝Ｔであり、Ｔはイオンビームが一端点から他の端点へスキャンする全スキャン時間である。
ステップ５１２で、所望のスキャン速度プロファイルを、測定したビームプロファイルモデルipf(x)及び／又はiclf(x)に基づいて、決定することができる。例えば、均一なビームプロファイルを実現するために、少なくとも部分的にビームプロファイルモジュールiclf(x)に基づいて、イオンビーム経路にわたって標準偏差を最小にするために、モデルipf(x)＝Ppf(1) t１＋Ppf(２) t2…＋Ppf(Ｍ) tMを調整することができる。すなわち、均一なイオンビームプロファイルi0(x)を生成するために、スキャン速度プロファイルを、調整し及び／又は最適化することができる。例えば、イオンビーム電流が所望の値より低い位置に関して、ローカルスキャン速度を減少することができる（すなわち、より長いスキャン時間）。逆に、イオンビーム電流が所望の値より高い位置に関して、ローカルスキャン速度を増加することができる（すなわち、より短いスキャン時間）。最初のスキャン電圧波形V0(t)を予測するために、モデル予測プロファイルi0(x)を用いることができる。あるいは、時間t１、t2、…及びtMに基づいて、最初のスキャン速度プロファイルV0(x)を決定することができる。スキャンするイオンビームプロファイルs(x)をシミュレート又は予測するために、モデルi0(x)を用いることができる。スキャンするイオンビームプロファイルs(x)は、スキャン距離xの関数としての、スキャンするイオンビームの実際のビーム電流密度値とすることができる。
ステップ５１４で、均一なイオンビームプロファイルi0(x)は、均一性の仕様の範囲内であり、現スキャン速度プロファイル又は現スキャン電圧波形V(t)を製造に用いることができる。上記のように、均一チューニングの改良方法は、信頼水準を均一チューニングに導入しながら、従来の均一チューニングの方法よりも繰り返しが少なくて済む。すなわち、改良方法は、電流密度が経時的に一定のままであるという仮定に、もはや依存しない。従って、本開示の実施形態を、イオン注入機システムにうまく適用することができる。
図７は、本開示の実施形態により、イオン注入機システム７００での均一チューニングのための例示的なシステムを例示する。システム７００は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、パソコン（ＰＣ）又は任意の他の処理装置とすることができるプロセッサユニット７０２を含む。システム７００は、プロセッサユニット７０２から受信する命令に従って、イオン注入機システム７０でスキャンするイオンビームを制御するビームスキャンコントローラ７０４も含む。システム７００は、さらに、ビーム電流測定インターフェース７０６を含み、プロセッサユニット７０２は、ビーム電流測定インターフェース７０６を介してイオン注入機システム７０からイオンビーム電流データを受信する。ビーム電流測定インターフェース７０６は、イオンビーム経路内又は近くに位置付けられたファラデーカップのアレイを含み又は結合することができる。
作動中、プロセッサユニット７０２は、遅い及び／又は一定のスキャン速度プロファイルと共に、スキャン命令を、ビームスキャンコントローラ７０４へ送信することができる。ビームスキャンコントローラ７０４は、イオン注入機システム７０でイオンビームに、スキャン速度プロファイルにより、イオンビーム経路に沿って、ファラデーカップのアレイにわたってスキャンさせることができる。同時に、ファラデーカップのアレイにより測定された複数のスポットビームプロファイルのデータを、ビーム電流測定インターフェース７０６を介してプロセッサユニット７０２へ送信することができる。プロセッサユニット７０２は、複数のスポットビームプロファイルのデータに基づいて、一連のスポットビームプロファイルを用いることにより、イオンビーム経路に沿って、スキャンしたイオンビーム電流密度分布を均一チューニングするモデルを数学的に作り出すことができる。プロセッサユニット７０２は、スキャンするビームプロファイルのモデルを最適化又は調整することにより、最初のスキャン速度プロファイルを計算することができて、最小にした標準偏差を有するスキャンするビームプロファイルの均一性を予測する。次に、プロセッサユニット７０２は、最初の及び／又はチューニングしたスキャン速度プロファイルと共に、スキャン命令を、ビームスキャンコントローラ７０４へ送信することができる。ビームスキャンコントローラ７０４は、イオン注入機システム７０でイオンビームに、最初の及び／又はチューニングしたスキャン速度プロファイルにより、イオンビーム経路に沿って、スキャンさせることができる。同時に、可動式及び／又は１つ以上の固定式ファラデーカップにより測定されたスキャンしたイオンビーム電流密度分布データを、ビーム電流測定インターフェース７０６を介してプロセッサユニット７０２へ送信することができる。プロセッサユニット７０２は、スキャンするビームプロファイルの均一性を決定することができる。スキャンするビームプロファイルが十分に均一でない場合、プロセッサユニット７０２は、所望のスキャン速度プロファイルを実現するために、イオン源及び／又は１つ以上のビームライン要素を調整することができる。所望のスキャン速度プロファイルをビームスキャンコントローラ７０４へ送信し、ビームスキャンコントローラ７０４は、所望のスキャン速度プロファイルにより、イオンビームに再びスキャンさせる。スキャンしたイオンビーム電流密度分布をさらに測定して、そのデータをプロセッサユニット７０２へ送信する。スキャンするイオンビームプロファイルの均一性が実現されたとプロセッサユニット７０２が確認するまで、プロセスを繰り返すことができる。
本開示の実施形態によれば、均一なイオンビームプロファイルのため、スキャン速度プロファイルをチューニングする前に、スキャン中のイオンスポットビームのサイズ又は形状の変化を最小にするために、イオン源及び／又はビームライン要素をチューニングすることが望ましい。第１に、イオンビーム電流の許容範囲を同定し、確立することができる。例えば、ユーザは、ターゲットイオンビーム電流を選ぶことができ、許容範囲として＋−５％の範囲を指定することができる。第２に、イオンビーム電流を許容範囲内に維持する間に、イオンスポットビームの形状又はサイズの変化を最小にするために、イオン源及び１つ以上の他のビームライン要素をチューニングすることができる。すなわち、イオン源及びビームライン要素を最大のイオンビーム電流に関しチューニングする代わりに、イオンビーム電流を許容範囲内に保つことのみが必要である。イオンビームの焦点を改善することにより、及び／又は、ビームラインをすべてのアパーチュア又は成分にセンタリングすることにより、イオンスポットビームの変化を最小にすることができる。イオンビームの断面を、様々なビームライン要素により、切り取られにくくなるように、変えることができる。
この時点で、なお、上記のように、本開示に従い、イオン注入機システムにおける均一チューニングのための技術は、典型的に、入力データの処理及び出力データの生成をある程度含む。この入力データ処理及び出力データ生成をハードウェア又はソフトウェアで行うことができる。例えば、上記のように、本開示に従い、イオン注入機システムにおいて、又は、イオンビームの均一チューニングに関連する機能を実施するための類似の又は関連する回路において、特殊な電子部品を用いることができる。その代わりに、格納した命令に従って動作する１つ以上のプロセッサは、上記のように、本開示に従い、イオンビームの均一チューニングに関連する機能を実施することができる。その場合は、そのような命令を１つ以上のプロセッサ可読媒体（例えば、磁気ディスク又は他の記憶媒体）に格納することができ、又は、１つ以上の搬送波で具体化される１つ以上の信号を介して１つ以上のプロセッサに送信することができることは、本開示の範囲内である。
本開示は、本明細書で説明した特定の実施形態により、その範囲を限定すべきではない。実際、本明細書で説明した実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態及び本開示に対する変更は、前述の説明及び添付図面から、当業者には明らかである。従って、そのような他の実施形態及び変更は、本開示の範囲内に収まることを意図している。さらに、本開示は、特定の目的のため、特定の環境で、特定の実施のコンテキストで本明細書で説明したけれども、その有用性はそれに限定されず、本開示は任意の数の目的のため、任意の数の環境で、有益に実施することができることを、当業者は、認識するであろう。従って、以下に説明する特許請求の範囲は、本明細書で説明されるように、本開示の全容及び精神に鑑みて解釈しなければならない。

Claims (21)

  1. イオンビームの均一チューニングのための方法であって、
    該方法は、
    イオン注入機システムでイオンビームを生成するステップと、
    イオンビーム経路に沿って第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップと、
    前記イオンビーム経路に沿って第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップと、
    前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルの内の少なくとも一部に基づいて、前記イオンビーム経路に沿って第３のイオンビーム電流密度プロファイルを決定するステップと、を有する、イオンビームの均一チューニングのための方法。
  2. 前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、１つ以上の固定式測定装置を用いて、１つ以上の所定の配置で、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップを、さらに、有する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記１つ以上の固定式測定装置の前記１つ以上の所定の配置は、前記イオンビーム経路の１つ以上の側に沿って配置する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記１つ以上の固定式測定装置は、少なくとも１つのファラデーカップを備える、請求項２に記載の方法。
  5. 前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを時間の関数として測定する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記イオンビーム経路に沿って前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、可動式測定装置を介して、イオンビームの断面をスキャンするステップを、さらに、有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記可動式測定装置をウエハ平面に実質的に平行に位置付ける、請求項６に記載の方法。
  8. 前記可動式測定装置は、ファラデーカップである、請求項６に記載の方法。
  9. 前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定するステップは、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを時間及び空間位置の関数として測定する、請求項６に記載の方法。
  10. 前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルは、空間位置の関数である、請求項１に記載の方法。
  11. 前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性に関連する信頼水準を決定するステップを、さらに、有する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記信頼水準の内の少なくとも一部に基づいて、信頼区間を計算するステップを、さらに、有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれるかどうかを確認するステップを、さらに、有する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれる場合には、イオンビームの均一チューニングを止める、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性が、前記信頼区間内に含まれない場合には、前記第３のイオンビーム電流密度プロファイルの均一性を調整するために、１つ以上のビームライン要素をチューニングする請求項１３に記載の方法。
  16. 少なくとも１つのプロセッサが、請求項１に記載の方法を行うためのコンピュータプロセスを実行することを命令し、前記少なくとも１つのプロセッサにより可読なように構成された、命令のコンピュータプログラムを格納する、少なくとも１つのプロセッサ可読媒体。
  17. イオン注入機システムでの均一チューニングのためのシステムであって、
    該システムは、
    イオン注入機システムでイオンビームを生成するイオン源と、
    イオンビーム経路に沿って第１のイオンビーム電流密度プロファイルを測定する１つ以上の第１の装置と、
    前記イオンビーム経路に沿って第２のイオンビーム電流密度プロファイルを測定する第２の装置と、
    前記第１のイオンビーム電流密度プロファイル及び前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルの内の少なくとも一部に基づいて、前記イオンビーム経路に沿って第３のイオンビーム電流密度プロファイルを決定するプロセッサと、を有する、均一チューニングのためのシステム。
  18. 前記１つ以上の第１の装置は、前記イオンビーム経路の１つ以上の側に沿って配置された少なくとも１つのファラデーカップを備える、請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記１つ以上の第１の装置は、前記第１のイオンビーム電流密度プロファイルを時間の関数として測定する、請求項１７に記載のシステム。
  20. 前記第２の装置は、可動式測定装置を介して、前記イオンビームの断面をスキャンするファラデーカップを備える、請求項１７に記載のシステム。
  21. 前記第２の装置は、前記第２のイオンビーム電流密度プロファイルを時間及び空間位置の関数として測定する、請求項２０に記載のシステム。
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