JPH01501508A - イオンビームセントロイド位置付けのための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イオンビームセントロイド位置付けのｔ；めの方法及び装置 〔産業上の利用分野〕 本発明は、材料を処理する荷電粒子ビームに関し、特に、荷電粒子ビームの強度 セントロイド（ｃｅｎｔｒｏｉｄ）を位置付けるＩ；めの方法及び装置に関する 。その方法は、半導体ウェーハのイオン注入に役立つものであるが、それに限定 されるものではない。

〔従来技術〕

イオン注入が、不純物ドーパントを半導体ウェーハ中に導入するｌ；めの標準的 技術となっている。イオンビームが、イオン源で発生して、ターゲットウェーハ に向かって加速度を変化させて方向づけられる。イオン注入装置が、代表的にイ オン源、望ましくないイオン種を除去しかつビームを収束させるためのイオン光 学装置、ターゲット領域に亘ってイオンビームを偏光させるＩ；めの手段、及び ウェーハを取付けたり交換しＩ；りするためのエンドステーションを含む。

大規模集積回路のＩ；めの半導体ウェーへの注入で、注入される注入量は、大き さが注意深く制御されてウェーハの領域に亘ってかなり一様であって一様で予測 可能なデバイス特性を保証する。ウェーハに注入するのに用いられるイオンビー ムは、５インチ（１２，７ｃ＋ｏ）までの断面寸法を有し、その断面領域に亘っ て強度の変化を示す。

かなり大きな面積のビームが利用され、注入されるべき領域素子が半径の関数で あるディスク又はスポーク装置を回転させる場合、ビーム分布パターンの知見が 特に重要である。イオンビームの半径強度セントロイドが公称ビーム軸からはず れているならば、集積ドース分布パターンはその公称位置に関してずれ、シート 抵抗及び注入されたウェーハの一様性は逆影響を受ける。従って、イオンビーム の強度セントロイドの位置を知ることが重要である。

従来、イオン注入装置内のイオンビームの強度セントロイドは、測定されていな い。しかしながら、種々の分析装置が、荷電粒子加速装置で用いられ、ビームの 分布形状を決定する。移動ワイヤが、ワイヤを通じて直接に或いは２次的電子流 測定によってビーム電流を測定するために用いられる。電流が、移動スリット又 は開孔の後方で測定されている。電流を測定するｊ；めの個々の７アラデイカツ プが、ビームの異なる位置で或いは開孔プレートの裏で配置されている。ビーム は、ｌ又は２以上の開孔又はスリットに亘って走査されてきｔ；。マイクロ熱量 計が、移動されるべきマイクロＪｌ！！ｉ量計を用いて或いはマイクロ熱量計に 亘って走査されるべきビームを用いて、ビーム強度を測定するために用いられて いる。さらに、ビームは、表面を打つビームからの光学的省略によって位置づけ られることができる。これらの技術は、幾つかの問題と欠点を持つ。移動ビーム 又は移動ビームモニタの一方を必要とするあらゆる技術が、正確な動作制御装置 を必要とし、ｗ１械的複雑さをもＩ；らす、ｔ！！械的装置は、微粒子汚染を導 入する傾向があるため、イオン注入器の真空チェンバ内では望ましくない。それ ぞれの７７ラデイカツブが、機械的動作を必要としないが、従来、各々のファラ デイカツブからのコンダクタのＩ；めの多数の真空フィードスルー、或いは真空 チェンバ内の活動電子回路の一方を必要としている。かような電子回路は、チェ ンバ内で汚染及びアウトガスの問題を引き起こすであろう。

本発明の全体的目的は、？７ｉｔ粒子ビームセントロイド位置づけのための改良 された方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、移動パーツを必要としない荷電粒子ビームセントワイド位 置づけのための方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、真空チェンバ内の汚染の可能性を最小にする荷電粒子ビー ムセントロイド位置づけのための方法及び装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、真空チェンバとセントロイド位置づけ機能のｌ；め の外部環境との間で２つの電気的フィードへルーのみを必要とする荷電粒子ビー ムセントロイド位置づけのＩ；めの方法及び装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明に従って、これらの及び他の目的及び利点が、荷電粒子ビームのライン部 分のセントロイド（Ｃｅｎｔｒｏｉｄ）を位置づけるための装置で達成される。

その装置は、基準点から既定の距離にあるビーム経路のラインに沿って位置づけ られた複数の荷電粒子ビーム電流センサかも成る。ビーム電流センサの各々は、 ビーム電流の成分を傍受する。その装置は、さらにビーム電流成分の各々を合計 して第１和をもたらすための第１手段、基準点からのその距離に従って重みを付 けたビーム電流成分の各々を合計するための第２手段、並びに第２和を第１和に よって割るための手段を含む、その商は、基準点とビーム電流センサによって画 成されるラインに沿ってサンプリングされた荷電粒子ビームのセントロイドとの 間の距離に比例する。

好適実施例で、合計するための第１手段は、複数の第１抵抗器から成る。その第 １抵抗器は、ビーム電流センサの一方に電気的に接続した一端を各々存し、さら に接続されているビーム電流センサと基準点との間の距離に比例する値を各々有 し、さらに第一共通点に電気的に接続しｔ；他端を各々有する。合計するための 第２手段は、複数の第２抵抗器から成る。その第２抵抗器は、互いに等しい値を 有し、複数の第１抵抗器のうちの最大値よりかなり大きい値を有し、さらに第２ 共通点に電気的に接続した他端を存する。複数の第２抵抗器を通って第２共通点 に供給される電流は、複数の第１抵抗器を通って第１共通点に供給される電流に よって割られる。その商は、基準点とビーム電流センサによって画成されたライ ンに沿ってサンプリングされた荷電粒子ビームのセントロイドとの間の距離に比 例する。

複数の第１抵抗器と複数の第２抵抗器とは荷電粒子ビーム発生装置を用いて真空 チェンバ内に代表的に位置づけられ、第１共通点と第２共通点とは真空チェンバ の壁内のフィードスルーを通じて電気的に接続される。結果として、２つの真空 フィードスルーのみがイオンビームセントロイド位置づけの！こめに必要であり 、移動パーツは必要とされない、さらに、ダイオード、トランジスタ又は集積回 路のような活動電子成分は、真空チェンバ内で必要とされない。

本発明の他の観点に従って、荷電粒子ビームのライン部分のセントロイドを位置 づけるｌ；めの方法が提供される。その方法は、基準点から既定の距離にある複 数の位置で荷電粒子ビーム電流成分を感知する段階、ビーム電流成分の各々を合 計して第１和をもＩ；らず段階、基準点からの距離に従って重みを付けた後にビ ーム電流成分の各々を合計して第２和・をもｔ；らず段階、並びに第２和を第１ 和によって割り、その商は基準点と荷電粒子ビームのセントロイドとの間の距離 に比例している段階から成る。

〔図面の簡単な説明〕

本発明を他の目的及び利点、その可能性とともによく理解するため、以下の図面 が参照される。

第１図は、本発明に従うイオンビームセントロイド位置づけを示す概略的ブロッ ク図である。

第２図は、セントロイドが見つけられるイオンビームのライン部分を示す概略図 である。

〔好適実施例の説明〕

本発明に従う荷電粒子ビーム装置のブロック図が第１図で示される。その装置は 、半導体ウェーハの不純物ドーピングのためのイオン注入装置であり、第１図で 一定の率で縮尺せずにかなり簡単な形態で図示される。本発明はあらゆる荷電粒 子ビームのセントロイドを位置づけるために適用できることが理解されるであろ う。イオン源ｌＯが、イオン光学装置１４を通過する良好に画成されたイオンビ ーム１２を供給し、それは代表的にビーム加速器、望ましくないイオン種を除去 するだめの分解スリット及び質量分析器、並びにターゲットウェーハが注入のた めに位置づけられるターゲツト面１６にビームを収束させるための収束素子を含 む。装置はさらに、ウェー７１に対してビーム１２を走査させるための手段（図 示せず）を含む。

走査手段は、機械的、静電的、磁気的又はその組合せであってよい。装置はまｌ ；、ウェーハを取付けｌ二り交換したりするＩ；めの手段（図示せず）を含む。

これらの素゛子は、本発明の一部を形成しないため、説明はしない。イオン源１ ０とターゲツト面１６との間の領域全体が真空チェンバ２０内に収容され、真空 チェンバ２０は真空ポンプ装置２２に接続される。チェンバ２０内の真空レベル は、代表的に１Ｏ−ｓトルの圧力レベル又はそれ以下で動作中維持される。

イオンビーム１２は、代表的に１インチ（２−５４ｃｍ）〜５インチ（１２，７ ｃｍ）のオー４−でターゲツト面１６で断面寸法を有し、その断面積に亘って強 度の変化をもつ。ｙ軸に沿っＩ；距離の関数としての強度Ｉのグラフが、第１図 で重ね合せられ、ターゲツト面でのビーム強度の変化を示す。第１図は、Ｘ方向 に沿って代表的位置ｘ０でビーム１２をサンプリングすることによってＸ方向に 沿ってセントロイドを見つけるために用いられる本発明を示す。

Ｘ方向は、イオン注入ディスクに沿つｌ；半径方向で対応しうる。曲線２６は、 ターゲツト面１６での代表的強度変化を示す。その強度は、イオンビーム１２の 軸のまわりで必然的に対称ではなく、イオン源内及びイオン光学装置内の多様な 因子に依存している。

イオンビーム１２のセントロイドを位置づけるための装置は、ビー’１２の運行 方向に垂直のラインに沿って位置づ１すられに７アラデイカツグ３０１．３０＊ 、３０３・・・３０ｎのような複数のイオンビーム電流センサを含む。ビーム１ ２と７７ラデイカツプ３０□、３０２．３０．・・・３０ｎとの関係を示すビー ム１２の運行方向に沿っｔ；図を第２図で示す。Ｘ及びＸ方向でのビーム１２の 強度の投影が示されている。ビーム１２のセントロイドは、Ｘ方向に沿った代表 的位置でＸ方向に沿って決定される。かくして、ビーム１２のライン部分のセン トロイドが見つけられる。７７ラデイカツプは、好適にはターゲツト面１６に接 近して位置づけられ、ターゲットウェーハ上のビーム衝突を測定する。ファラデ イカツブ３０□、３０＝、３０３・・・３０ｎの各々への入口はイオンビーム１ ２の断面積と比較して小さいため、各７７ラデイカツプはイオンビーム１２全体 の一部又は−成分のみを傍受する。ファラデイカツブ３０１．３０．、３０１・ ・・３０ｎの各々の前には、アースに接続されＩ；開孔マスク３２がある。マス ク３２゛・と７アラデイカツプとの間には、電子抑制のｔ；めの負バイアス電極 ３３がある。各７７ラデイカツプが、イオンビーム１２に面する開孔を有する導 電性エンクロージャである。７アラデイカツグに入るイオンが、７アラデイカツ プが接続される電気回路で電流を流れさせる。荷電粒子ビーム電流を感知する場 合の７７ラデイカツプの動作は、当業者に周知である。

７アラデイカツプ３０１．３０８．３０．・・・３Ｏｎは、それぞれ複数の第１ 抵に器Ｒ，，Ｒ，、Ｒ３・・・Ｒｎに結合される。抵抗器Ｒ，、Ｒ，、Ｒ，・・ ・Ｒｎの各々の他端は、真空チェンバ２０内に位置づけられＩ；第１共通点３４ に結合される。抵抗器Ｒ３、Ｒ３、Ｒ１・・・Ｒｎの各位は、かなり小さく、接 続されている７アラデイカフグと任意の基準点３６との間の距離に比例するべく 選択される。その例で、基準点は、曲線２６がプロットされるグラフの原点とし て選択される。しかしながら、基準点３６は、ファラデイカツブ３０．、３０． 。

３０３・・・３０ｎのラインの中心線をはずれたあらゆる便利な位置にあってよ い。

ファラデイカツブ３０□、　３０．．３０．・・・３Ｏｎの各々もまた、それぞ れ複数の第２抵抗器Ｒの一端に接続される。抵抗器Ｒの他端もまＩ；、真空チェ ンバ２０内の第２共通点４０に接続される。抵抗器Ｒは、抵抗器Ｒ４、Ｒ１、Ｒ ，・・・Ｒｎの最大値よりかなり大きい値を有し、互いに値が等しい。

抵抗器Ｒｉの抵抗器Ｒに対する比は、測定で必要とされるわずかの精度より小さ くあるべきである。例えば、Ｒｉ／　Ｒ＝　１　／　１０００は、０．１％の精 度をもたらす。他の精度決定因子は、ファラデイカ７プの数及び大きさである。

第１共通点３４は、真空フィードスルー４２を通じて真空チェンバ２０の外部の デバイダ４６の一つの入力に接続される。第２共通点４０は、真空フィードスル ー４４を通じてデバイダ４６の第２人力に接続される。デバイダ４６は、複数の 第１抵抗器Ｒ，％Ｒ１、Ｒ３・・・Ｒｎを通じて第１共通点３４に供給され′る 電流！１．によって、複数の第２抵抗器Ｒを通じて第２共通点４０に供給される 電流Ｉ、。を割る。デバイダ４６の出力の結果は、イオンビーム１２のセントロ イドを基準点３６との間の距離に比例する。

セントロイド位置を決定する場合、ビーム１２は、７アラデイカツプ３０＋−３ ０ｚ、３０３・・・３０ｎの配列に対して安定して保たれる。ファラデイカツブ によって傍受される電流成分は、複数の第１抵抗器Ｒ，％Ｒ７、Ｒ３・−・Ｒｎ を通過して第１接続点３４で合計され、電流！１．を形成する。複数の第２抵抗 器Ｒを通過する電流は、第２接続点４０で合計されて電流！４゜を形成する。電 流■、。は、デバイダ４６で電流１３４によって割られて以下に説明するように イオンビームセントロイドの位置を得る。

前述のように、抵抗器Ｒ３、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒｎの値は、接続されている７ア ラデイカツプ３０．．３ｏｚ、　３０ｉ・・・３０ｎと基準点３６との間の距離 に比例するように選択される。かくして、 Ｒｉ＝　Ｋ　ａ　ｉ　（１） 但し、Ｋ一定数 σｉｍ７アラデイカツプｉかも基準点３６までの距離。

Ｒの値は、互いに等しく、Ｒｉの最大の値よりかなり大きく、大部分の電流が抵 抗器Ｒ，，Ｒ，、Ｒ３・・・Ｒｎを通って流れることを保証する。

実際的選択が、 Ｒ／　（Ｒｉ　）ｗａｘ＞　１０００　（２）かくして、 Ｖｉ＝ＩｉＲｉ−ＫＩｉａｉ 但し、ｖｉ−抵抗器Ｒｉを横切る電圧 Ｉｔ−ファラデイカツブ３０ｉによって受信されたビーム電流。

接続点４０に流れる電流は、等式（３）から、接続点３４に流れる電流は、 イオンビーム１２のセントロイドは、定義により、但し、；は、基準点３６とイ オンビームＩ２のセントロイドとの間の距離である。

等式（４）及び（５）を等式（６）に置き換えると、本発明に従って、セントロ イド；は、接続点４０に供給される電流Ｉ４゜を接続点３４に供給される電流Ｉ ３４によって割ることに゛よって計算される。結果として、２つの真空フィード スル４２．４４のみが、イオンビームセントロイド位置を決定するために必要と される。

デバイダ４６は、アナログデバイダ回路のようなあらゆる適切なデバイダであっ てよい。変形的に、デバイダ４６は電流センサを使用することができ、電流セン サはマイクロプロセッサ又は他のＣＰＵによって実行されるべき除去を用いて電 流レベルをデジタル型に変換する。ファラデイカツブ３０＋−３０ｚ、３０ｓ・ ・・３０ｎはイオンビーム１２を感知するための多様な型及び位置で位置づけら れることができることが理解されるであろう。好適には、必須ではないが、ファ ラデイカツブは、走立軸に平行なうインに沿って位置づけられる。

本発明の好適実施例と現在考えられるものを示して記載してきＩ；が、請求の範 囲によって画成される本発明の範囲を逸脱することなく種々の変化及び変形が行 なわれうろことは当業者に明らかであろう。

ＦＩＧ、２ 国際調査報告 １１１１０貫ｗ＋−・＋＋ａｌＡ＊ｓｌ：ｃａむａ＾Ｎ・！１７”！ｌｌＩＣ１ １？Ｉｎ’１ＭＩ’ｌ（

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．荷電粒子ビームのライン部分のセントロイドを位置づけるための装置であっ て： 基準点から既定の距離で前記ビームの経路のラインに沿って位置づけられた複数 の荷電粒子ビーム電流センサであって、前記のビーム電流センサの各々が前記ビ ームの一成分を傍受してビーム電流成分をもたらすもの； 前記ビーム電流成分の各々を合計して第１程をもたらすための第１手段； 前記基準点からの距離に従って重みを付けた前記ビーム電流成分の各々を合計し て第２程をもたらすための第２手段；並びに 前記第１程によって前記第２程を割るための除算手段であって、その商は前記ビ ーム電流センサによって画成されたラインに沿ってサンプリングされた前記荷電 粒子ビームのセントロイドと前記基準点との間の距離に比例しているもの； から成る装置。
2. ２．前記第１手段は複数の第１抵抗器から成り、その各々が前記ビーム電流セン サのうちの一つに電気的に接続された一端を有し、接続されている前記ビーム電 流センサと前記基準点との間の距離に比例する値を有し、さらにその他端が第１ 共通点に電気的に接続されている、請求項１記載の装置。
3. ３．前記第２手段は互いに等しい値を有する複数の第２抵抗器から成り、その各 々が前記ビーム電流センサのうちの一つに電気的に接続された一端を有し、複数 の前記第１抵抗器の最大値よりかなり大きな値を有し、さらにその他端が第２共 通点に電気的に接続されている、請求項２記載の装置。
4. ４．前記除算手段は複数の前記第１抵抗器を通じて前記第１共通点に供給される 電流によって複数の前記第２抵抗器を通じて前記第２共通点に供給される電流を 割るための手段を含む、請求項３記載の装置。
5. ５．前記ビーム電流センサは各々ファラデイカップビームセンサから成る、請求 項１記載の装置。
6. ６．前記ビーム電流センサは前記ビームの走査軸に平行なラインに沿って位置づ けられる請求項５記載の装置。
7. ７．複数の前記第２抵抗器の値は複数の前記第１抵抗器の最大値の少なくとも１ ，０００倍である請求項３記載の装置。
8. ８．荷電粒子ビームのライン部分のセントロイドを位置づけるための方法であっ て： 基準点から既定の距離でラインに沿って複数の位置で前記荷電粒子ビームの電流 成分を感知する段階；前記ビーム電流成分の各々を合計して第１程をもたらす段 階； 前記基準点からの距離に従って重みを付けた後に前記ビーム電流成分の各々を合 計して第２程をもたらす段階；並びに 前記第１程によって前記第２程を割る段階であって、その商は前記ビーム電流成 分が感知されるラインに沿ってサンプリングされた前記荷電粒子ビームのセント ロイドと前記基準点との間の距離に比例している段階；から成る方法。
9. ９．前記第２程をもたらす段階が関連の抵抗器を通して前記ビーム電流成分の各 々を通過させる段階を含み、前記抵抗器は各々前記ビーム電流成分が感知される 位置と前記基準点との間の距離に比例する値を有し、各抵抗器を横切る電圧は重 みの付いたビーム電流成分を示す、請求項８記載の方法。
10. １０．イオンビームのライン部分のセントロイドを位置づけるための装置であっ て： 基準点から既定の距離にあるビームの経路のラインに沿って位置づけられた複数 のイオンビーム電流センサであって、前記ビーム電流センサの各々が前記ビーム の成分を傍受するもの； 複数の第１抵抗器であって、その各々が前記ビーム電流センサのうちの一つに電 気的に接続された一端を有し、接続される前記ビーム電流センサと前記基準点と の間の距離に比例する値を有し、さらにその他端は第１共通点に電気的に接続さ れているもの：互いに等じい値を有する複数の第２抵抗器であって、その各々が 前記ビーム電流センサのうちの一つに電気的に接続された一端を有し、複数の前 記第１抵抗器の最大値よりかなり大きい値を有し、さらにその他端は第２共通点 に電気的に接続されているもの；並びに複数の前記第１抵抗器を通じて前記第１ 共通点に供給された電流によって複数の前記第２抵抗器を通じて前記第２共通点 に供給された電流を割り、前記ビーム電流センサによって画成されたラインに沿 ってサンプリングされた前記イオンビームのセントロイドと前記基準点との間の 距離をもたらすための除算手段；から成る装置。
11. １１．真空チェンバ及び前記真空チェンバを排気するため手段； 前記真空チェンバ内に位置づけられたイオンビームを発生させるための手段； 基準点から既定の距離にあるビームの経路でのラインに沿って位置づけられた複 数のイオンビーム電流センサであって、前記ビーム電流センサの各々が前記ビー ムの成分を傍受してビーム電流成分をもたらすもの；複数の第１抵抗器であって 、その各々が前記ビーム電流センサのうちの一つに電気的に接続された一端を有 し、接続されている前記ビーム電流センサと前記基準点との間の距離に比例する 値を有し、さらに第１共通点に電気的に接続された他端を有するもの；互いに等 しい値を有する複数の第２抵抗器であって、その各々が前記ビーム電流センサの うちの一つに電気的に接続された一端を有し、複数の前記第１抵抗器の最大値よ りかなり大きな値を有し、さらに第２共通点に電気的に接続された他端を有し、 複数の前記第１抵抗器、前記第１共通点、複数の前記第２抵抗器及び前記第２共 通点のすべてが前記真空チェンバ内に設置されているもの； 複数の前記第１抵抗器を通じて前記第１共通点に供給された電流によって複数の 前記第２抵抗器を通じて前記第２共通点に供給された電流を割り、前記ビーム電 流センサによって画成された前記イオンビームのライン部分に沿ったセントロイ ドと前記基準点との間の距離をもたらすための前記真空チェンバの外側に位置づ けられた手段；並びに それぞれ前記真空チェンバを通じて前記除算手段に前記第１及び第２共通成分を 結合させる第１及び第２真空フイードスルー； から成る装置。