JPH0594942U - イオン注入制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 予め登録されているビーム電流に関するパラ
メータに基づいてパラメータの初期値を設定し（Ｓ
１）、初期値をイオン注入装置に入力して（Ｓ２）アー
ク放電を確立し、イオンビームを引き出す。この後、目
的のビーム電流Ｉ_B になるように、アーク電流Ｉ_Arc の
調整（Ｓ３）を行うが、これに追従して現在のアーク電
流Ｉ_Arc に対するビーム電流Ｉ_B が最大になるように、
ソースマグネット電流Ｉ_SMg 等の他のビーム電流に関係
するパラメータを調整する（Ｓ４）。 【効果】 確実に目的のビーム電流値に調整することが
でき、イオン注入装置の自動立上げに失敗することが殆
どない。また、イオン注入装置においてビーム電流が安
定に得られ、注入均一性や、注入再現性の向上を図れ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、与えられた注入条件に従ってイオン注入装置を制御し、装置の立上 げをフルオートで行うイオン注入制御装置に関し、特に、気中放電によりプラズ マを発生させるイオン源を備えたイオン注入装置の自動立上げを行うイオン注入 制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

イオン注入装置は、拡散したい不純物をイオン化し、この不純物イオンを磁界 を用いた質量分析法により選択的に取り出してイオンビームとし、電界により加 速してイオン照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不純物を注入 するものであり、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定する不純物を任 意の量および深さに制御性良く注入できることから、現在の集積回路の製造に重 要な装置になっている。

【０００３】 そして、従来より、マス値、ビーム電流、ビームエネルギーといった注入条件 を入力するだけで、上記イオン注入装置を制御してフルオートでビーム立上げを 行うイオン注入制御装置が用いられている。

【０００４】 上記イオン注入制御装置は、幾つかの注入条件およびそれに対応する各種パラ メータの最適値が予め登録されたデータテーブルをマス値毎に有しており、注入 条件が与えられれば、通常、以下のようにしてイオン注入装置の立上げが実施さ れる。

【０００５】 先ず、イオン注入制御装置は、予め登録されているパラメータに基づいて補間 を行い、与えられた注入条件に対する各種パラメータの初期値を近似的に求める （各種パラメータを設定する）。

【０００６】 次に、イオン注入制御装置は、ガス流量、アーク電流、ソースマグネット電流 等のパラメータが、上記で求めた初期値になるように、ガスボックスやイオン源 電源の制御を行い、イオン源内に所定のイオン源ガスによるアーク放電を確立し てイオンビームの引き出しを可能にし、この後、引き出し電源を投入してイオン ビームを引き出す。

【０００７】 次に、イオン注入制御装置は、加速電圧が初期値になるように加速電源を制御 し、ビームエネルギーを設定する。

【０００８】 次に、イオン注入制御装置は、質量分析部に与えられる分析マグネット電流を 調整し、マスサーチを行う。

【０００９】 そして、イオン注入制御装置は、Ｑレンズに印加される電圧等を調整してビー ム波形調整を行った後、続いてビーム電流調整を行う。このビーム電流調整は、 基本的にはイオン源に対するアーク電流を調整することにより行われる。即ち、 例えばフリーマン型イオン源を備えたイオン注入装置におけるビーム電流に関す るパラメータとしては、「ガス流量」、「フィラメント電流」、「アーク電流」 、「ソースマグネット電流」等があるが、その中で、主に「アーク電流」を調整 することによりビーム電流を設定値になるように調整する。

【００１０】 従来、このビーム電流調整において、アーク電流のみを調整することにより所 望のビーム電流が得られた場合、そこでビーム電流調整を終えていた。尚、アー ク電流のみでは所望のビーム電流が得られない場合は、アーク電流を調整しなが ら、同時にソースマグネット電流を微調整し、所望のビーム電流値にセットアッ プする。

【００１１】 以上の処理により、装置立上げモードが完了し、次の注入処理モードに移行す る。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の構成では、アーク電流の調整だけでは所望のビーム 電流が得られない場合にはソースマグネット電流の微調整を実施するが、基本的 にはアーク電流の調整でビーム電流を調整するようになっているので、アーク電 流以外のビーム電流に関するパラメータ（即ち、フィラメント電流、ソースマグ ネット電流等）の設定値が最適値から大きく離れている場合、所望のビーム電流 値にセットアップすることができず、装置の立上げに失敗することもある。

【００１３】 ところで、イオン源のアーク点灯は、上述したビーム電流に関係するパラメー タに依存するが、特にソースマグネット電流の設定値が最適値からずれている場 合にはアークハンチングが生じ、ビーム電流が高周波数でふらついている不安定 なビーム状態になってしまう。しかしながら、上記従来の構成では、ビーム電流 に関係するパラメータの最適性については考慮されていないため、ビーム電流を 常に安定に得ることはできず、イオン注入時の注入均一性や、注入再現性に影響 がでる可能性があるという問題を有している。

【００１４】 本考案は上記に鑑みなされたものであり、その目的は、確実に所望のビーム電 流値に調整することができると共に、ビーム電流の安定化を図り、注入均一性や 、注入再現性を向上させることができるイオン注入制御装置を提供することにあ る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案のイオン注入制御装置は、上記の課題を解決するために、予め登録され ている放電電流（例えばアーク電流）を含むビーム電流に関するパラメータに基 づいてパラメータの初期値を設定し、上記初期値を変化させながら、設定された ビーム電流が得られるように、気中放電によりプラズマを発生させるイオン源、 例えばフリーマン型等のＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）型イオン源を備え たイオン注入装置の動作を制御するイオン注入制御装置であって、以下の手段を 講じている。

【００１６】 即ち、現在調整中の放電電流に対するビーム電流が最大になるように、放電電 流の調整に追従して、放電電流以外のビーム電流に関係するパラメータを相互に 調整する。

【００１７】

【作用】

上記の構成によれば、放電電流の調整に追従して他のビーム電流に関係するパ ラメータも調整され、現在の放電電流に対するビーム電流が最大になるように制 御される。即ち、従来のアーク電流調整を主体としたビーム電流調整制御ではな く、ビーム電流に関するパラメータを相互にコントロールするようになっている 。このため、確実に目的のビーム電流値に調整することができ、従来のように装 置の立上げに失敗することが殆どない。

【００１８】 ところで、放電電流とビーム電流との関係（相関曲線）は、放電電流以外のビ ーム電流に関係するパラメータの設定値に応じて変化し、放電電流に対するビー ム電流の最大値（極大点）も変化する。そして、ビーム電流が最大になる条件の とき、イオン源において放電を点灯させることができ、ビーム電流が安定に得ら れる。この点、上記の構成によれば、現在の放電電流に対するビーム電流が最大 になるようにパラメータが調整されるので、設定されたビーム電流が得られたと きにおいても、ビーム電流が最大になる条件であり、イオン注入装置においてビ ーム電流が安定に得られる。

【００１９】

【実施例】

本考案の一実施例について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通り である。

【００２０】 本実施例に係るイオン注入制御装置は、フリーマン型イオン源を備えた静電ス キャン型のイオン注入装置の動作を制御してフルオートでイオン注入装置の立上 げを行うものである。勿論、本実施例のイオン注入制御装置は、これに限定され ることなく、気中放電によりプラズマを発生させるイオン源を備えた他のイオン 注入装置の自動立上げを行うこともできる。

【００２１】 上記イオン注入装置５は、図２に示すように、注入元素をイオン化し、イオン ビーム２８として引き出すイオン源部２１、所定の注入イオンのみを選別して分 析スリット３６を通過させる質量分析部２２、静電加速管２３によりイオンビー ム２８を加速した後、Ｑレンズ２４によって収束・整形し、さらに走査電極２５ により例えば水平方向および垂直方向にビームを走査するビームライン部２６、 およびウエハ２０をセットし注入処理を行うエンドステーション部２７を備えて いる。

【００２２】 上記イオン注入装置５のイオン源部２１には、ガスボックス２９からイオン源 ガスが、また、イオン源電源３０から各種電力が、さらに、引き出し電源３１か ら引き出し電圧が各々供給される。即ち、上記イオン源部２１には、図３に示す ように、ソースマグネットコイル２１ａや図示しないフィラメント等が備えられ ており、フィラメント電源３０ａからフィラメント加熱用電圧、アーク電源３０ ｂからアーク放電用電圧、およびソースマグネット電源３０ｃからソースマグネ ット励磁用電流が各々供給される。

【００２３】 また、図２に示すように、質量分析部２２には分析マグネット電源３２から励 磁用電力が、静電加速管２３には加速電源３３から加速電圧が、Ｑレンズ２４に はＱレンズ電源３４から駆動電圧が、走査電極２５には走査電源３５から走査電 圧が各々供給される。

【００２４】 また、エンドステーション部２７には、ファラデーケージ型のビームコレクタ （図示せず）が設けられており、ビームコレクタに照射されたイオンビーム２８ の電流が、ビーム電流測定装置８により測定されるようになっている。そして、 このビーム電流Ｉ_B の測定値は、イオン注入制御装置１に取り込まれ、各種パラ メータの調整に用いられる。

【００２５】 また、上記イオン注入制御装置１は、「ガス流量」、「フィラメント電流」、 「アーク電流」、「ソースマグネット電流」、「加速電圧」、「オフセットポテ ンションメータ値」、「スキャン幅ポテンションメータ値」、「Ｑレンズトリム ポテンションメータ値」、「Ｑレンズバランスポテンションメータ値」等の各種 パラメータを設定して、上記イオン注入装置５の各構成部の動作を制御する。

【００２６】 ここで、イオン注入制御装置１によるイオン源部２１の制御例を、図３に基づ いて次に説明する。イオン注入制御装置１は、フィラメント電流Ｉ_Fil を監視し ながら、フィラメント電源３０ａに対してフィラメントコントロール信号Ｓ_Fil を出力し、フィラメント加熱用電圧を制御する。また、イオン注入制御装置１は 、放電電流としてのアーク電流Ｉ_Arc を監視しながら、アーク電源３０ｂに対し てアーク電流コントロール信号Ｓ_Arc を出力し、アーク放電用電圧を制御する。 さらに、イオン注入制御装置１は、ソースマグネット電流Ｉ_SMg を監視しながら 、ソースマグネット電源３０ｃに対してソースマグネットコントロール信号Ｓ_{SM g} を出力し、ソースマグネット励磁用電流を制御する。

【００２７】 上記イオン注入制御装置１には、幾つかの注入条件についての各種パラメータ の最適値データが登録されている。これらの登録データは、予めオペレータがマ ニュアルでイオン注入装置５を最適状態に立上げることにより採取したデータで ある。

【００２８】 上記の構成において、イオン注入制御装置１によるイオン注入装置５の自動立 上げ動作を以下に説明する。

【００２９】 先ず、注入条件（マス値、ビーム電流、ビームエネルギー）が与えられれば、 イオン注入制御装置１は、予め登録されているパラメータに基づいて補間を行い 、与えられた注入条件に対する各種パラメータの初期値を近似的に求めるように なっている。この補間は、例えば以下のようにして行われる。

【００３０】 即ち、イオン注入制御装置１は、登録されている複数の注入条件の中から、与 えられたビーム電流に最も近い上下２つの注入条件を選び出し、これら２つの注 入条件のパラメータから、線形一次補間補正によって近似的にビーム電流に関す るパラメータの初期値を割り出す。ここで、ビーム電流に関するパラメータとは 、ビーム電流を制御するのに大きく依存する「ガス流量」、「フィラメント電流 、「アーク電流」、「ソースマグネット電流」等である。

【００３１】 同様に、イオン注入制御装置１は、補助記憶装置３に登録されている複数の注 入条件の中から、与えられたビームエネルギーに最も近い上下２つの注入条件を 選び出し、これら２つの注入条件のパラメータから、線形一次補間補正によって 近似的にビームエネルギーに関するパラメータの初期値を割り出す。上記ビーム えネルギー用のパラメータとは、ビームエネルギーを制御するのに大きく依存す る「加速電圧」、「オフセットポテンションメータ値」、「スキャン幅ポテンシ ョンメータ値」、「Ｑレンズトリムポテンションメータ値」、「Ｑレンズバラン スポテンションメータ値」等である。

【００３２】 この後、イオン注入制御装置１は、ガス流量、フィラメント電流Ｉ_Fil 、ア ーク電流Ｉ_Arc 、ソースマグネット電流Ｉ_SMg 等のパラメータが、上記で求めた 初期値になるように、ガスボックス２９やイオン源電源３０の制御を行い、イオ ン源部２１のアークチャンバ内に所定のイオン源ガスによるアーク放電を確立し 、イオンビーム２８の引き出しを可能にする。

【００３３】 この後、イオン注入制御装置１は、引出し電源３１を投入し、イオンビーム２ ８を引き出す。

【００３４】 次に、イオン注入制御装置１は、加速電圧、Ｑレンズトリムポテンションメー タ値、Ｑレンズバランスポテンションメータ値、オフセットポテンションメータ 値、スキャン幅ポテンションメータ値等のビームエネルギーに関係するパラメー タが、上記で求めた初期値になるように、加速電源３３、Ｑレンズ電源３４、走 査電源３５の制御を行う。そして、上記各パラメータを初期値から変化させなが ら所望のビームエネルギーになるようにビームエネルギーを調整する。

【００３５】 次に、イオン注入制御装置１は、分析マグネット電源３２の制御を行い、マス サーチを実施する。

【００３６】 この後、イオン注入制御装置１は、イオン源電源３０（即ち、フィラメント電 源３０ａ、アーク電源３０ｂ、ソースマグネット電源３０ｃ）を制御してビーム 電流調整を行う。

【００３７】 ここで、イオン注入制御装置１のビーム電流調整制御動作を示す図１のフロー チャートに基づいて、本実施例のビーム電流調整制御を以下に説明する。

【００３８】 予め登録されているパラメータに基づく補間によってビーム電流に関係するパ ラメータ、即ち、フィラメント電流Ｉ_Fil 、アーク電流Ｉ_Arc 、ソースマグネッ ト電流Ｉ_SMg 等の初期値を設定し（Ｓ１）、これらのパラメータの初期値をイオ ン注入装置５に入力して（Ｓ２）アーク放電を確立し、イオンビーム２８を引き 出すまでは上述した通りである。

【００３９】 この後、イオン注入制御装置１は、目的のビーム電流Ｉ_B が得られるように、 アーク電源３０ｂにアーク電流コントロール信号Ｓ_Arc を出力して、アーク電流 Ｉ_Arc の初期値を変化させる（Ｓ３）。

【００４０】 ところで、アーク電流Ｉ_Arc とビーム電流Ｉ_B との関係は、アーク電流Ｉ_Arc 以外のビーム電流に関係するパラメータの設定値に応じて変化する。例えば、ソ ースマグネット電流Ｉ_SMg の設定値をＩ_SMg １〜Ｉ_SMg ３に変化させた場合、ア ーク電流Ｉ_Arc とビーム電流Ｉ_B との関係は図４に示すように変化する。同図か ら、ソースマグネット電流Ｉ_SMg の設定値によって、得られるビーム電流Ｉ_B の ピーク値も変化することがわかる。このビーム電流Ｉ_B が最大になる条件のとき 、イオン源においてアークハンチングがおさまり（アーク点灯）、ビーム電流Ｉ_B が安定に得られる。即ち、ビーム電流Ｉ_B が最大のときに目的のビーム電流Ｉ_B が得られるように各パラメータの値を調整すれば、パラメータの最適値が求め られる。

【００４１】 そこで本実施例では、上記アーク電流Ｉ_Arc の調整（Ｓ３）でアーク電流Ｉ_{Ar c} を変えたとき、それに追従して、現在のアーク電流Ｉ_Arc に対するビーム電流 Ｉ_B が最大になるように、他のビーム電流に関係するパラメータ、特にソースマ グネット電流Ｉ_SMg を調整する（Ｓ４）ようになっている。

【００４２】 そして、目的のビーム電流Ｉ_B になるまで上記Ｓ３およびＳ４の動作が繰り返 され、目的のビーム電流Ｉ_B になれば（Ｓ５）、ビーム電流調整制御が停止され る。

【００４３】 上記のビーム電流調整制御により、例えば目的のビーム電流Ｉ_B をＩ_B1とした 場合、図５に示すように、アーク電流Ｉ_Arc とビーム電流Ｉ_B との相関曲線Ａの 極大点Ａ₀ （Ｉ_Arc1，Ｉ_B1）で目的のビーム電流と一致する。

【００４４】 尚、イオン注入制御装置１は、上記ビーム電流調整制御を行いながら、同時に マス追従制御（分析マグネット電流の微調制御）を実施する。具体的には、イオ ン注入制御装置１は、アーク電流Ｉ_Arc がある値だけずれる毎に、分析マグネッ ト電源３２を制御して、分析マグネット電流を微調制御し、所望のイオンが常に 分析スリット３６を通過するようにする。

【００４５】 以上の処理によりイオンビーム２８のイオン種（マス値）、ビーム電流、ビー ムエネルギーが、与えられた条件と一致し、イオン注入制御装置１による装置立 上げ動作は完了する。この後、イオン注入制御装置１は、イオン注入装置５を制 御してイオン注入動作を開始させる。

【００４６】 以上の説明のように、本実施例のイオン注入制御装置１は、アーク電流Ｉ_Arc 調整に追従して他のビーム電流に関係するパラメータも調整し、常に現在のアー ク電流Ｉ_Arc に対するビーム電流Ｉ_B が最大になるような制御を行うように構成 されている。即ち、イオン注入制御装置１は、従来のアーク電流調整を主体とし たビーム電流調整制御ではなく、ビーム電流に関するパラメータを相互にコント ロールして最適値に調整するようになっている。

【００４７】 このため、確実に目的のビーム電流値に調整することができ、従来のように装 置の立上げに失敗することが殆どない。また、ビーム電流に関するパラメータが 最適値に調整されているので、ビーム電流を安定に得ることができ、この結果、 イオン注入装置５の注入均一性や、注入再現性が向上する。

【００４８】

【考案の効果】

本考案のイオン注入制御装置は、以上のように、現在調整中の放電電流に対す るビーム電流が最大になるように、放電電流の調整に追従して、放電電流以外の ビーム電流に関係するパラメータを相互に調整する構成となっている。

【００４９】 それゆえ、確実に目的のビーム電流値に調整することができ、従来のように装 置の立上げに失敗することが殆どなく、また、イオン注入装置においてビーム電 流が安定に得られ、注入均一性や、注入再現性の向上を図れるという効果を奏す る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、イオン注
入制御装置のビーム電流調整制御動作を示すフローチャ
ートである。

【図２】上記イオン注入制御装置により自動立上げが行
われるイオン注入装置の概略構成図である。

【図３】上記イオン注入制御装置によるイオン源部の動
作制御を説明するための要部構成図である。

【図４】ソースマグネット電流に応じてアーク電流とビ
ーム電流との相関曲線が変化することを示すグラフであ
る。

【図５】上記イオン注入制御装置によるイオン注入装置
の制御により、目的のビーム電流が得られたときのアー
ク電流とビーム電流との相関曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１ イオン注入制御装置 ５ イオン注入装置 ８ ビーム電流測定装置 ２１ イオン源部 ２１ａ ソースマグネットコイル ２８ イオンビーム ３０ａ フィラメント電源 ３０ｂ アーク電源 ３０ｃ ソースマグネット電源

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予め登録されている放電電流を含むビーム
   電流に関するパラメータに基づいてパラメータの初期値
   を設定し、上記初期値を変化させながら、設定されたビ
   ーム電流が得られるように、気中放電によりプラズマを
   発生させるイオン源を備えたイオン注入装置の動作を制
   御するイオン注入制御装置であって、 現在調整中の放電電流に対するビーム電流が最大になる
   ように、放電電流の調整に追従して、放電電流以外のビ
   ーム電流に関係するパラメータを相互に調整することを
   特徴とするイオン注入制御装置。