KR102140846B1 - 이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법 - Google Patents

이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102140846B1
KR102140846B1 KR1020140101057A KR20140101057A KR102140846B1 KR 102140846 B1 KR102140846 B1 KR 102140846B1 KR 1020140101057 A KR1020140101057 A KR 1020140101057A KR 20140101057 A KR20140101057 A KR 20140101057A KR 102140846 B1 KR102140846 B1 KR 102140846B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic field
deflection
calibration
unit
ion implantation
Prior art date
Application number
KR1020140101057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150021884A (ko
Inventor
히로유키 가리야
Original Assignee
스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤 filed Critical 스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
Publication of KR20150021884A publication Critical patent/KR20150021884A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102140846B1 publication Critical patent/KR102140846B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/24—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
    • H01J37/243—Beam current control or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/055—Arrangements for energy or mass analysis magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/05—Arrangements for energy or mass analysis
    • H01J2237/057—Energy or mass filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/15—Means for deflecting or directing discharge
    • H01J2237/152—Magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24507—Intensity, dose or other characteristics of particle beams or electromagnetic radiation
    • H01J2237/24514—Beam diagnostics including control of the parameter or property diagnosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/248—Components associated with the control of the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304—Controlling tubes
    • H01J2237/30433—System calibration
    • H01J2237/3045—Deflection calibration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)

Abstract

자장측정에 관련하여 생산성 향상에 기여하는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공한다.
이온주입장치(100)는, 이온소스와 처리실과의 사이에 배치되어 있는 에너지분석 전자석(24)을 구비한다. 에너지분석 전자석(24)은, 편향자장에 따라 측정출력을 생성하는 홀소자(110)와, NMR출력을 생성하는 NMR소자(112)를 구비한다. 이온주입장치(100)의 제어부(102)는, 편향자장과 측정출력과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 편향자장을 측정하는 자장측정부(114)와, NMR출력으로부터 편향자장을 결정하는 자장결정부(118)와, NMR출력으로부터 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 홀소자(110)의 새로운 측정출력을 사용하여 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 홀소자 교정부(120)를 구비한다.

Description

이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법{ION IMPLANTING DEVICE, MAGNETIC FIELD MEASURING DEVICE AND ION IMPLANTING METHOD}
본 출원은 2013년 8월 21일에 출원된 일본 특허출원 제2013-170905호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법에 관한 것이다.
이온주입장치에 있어서의 에너지분석 전자석의 자장측정에 핵자기공명 흡수소자를 사용하는 것이 알려져 있다. 핵자기공명 흡수소자를 사용하는 자장측정방법은, 원리적으로는 오차가 발생하지 않는다. 에너지분석 전자석의 자장을 정확하게 측정할 수 있으므로, 고정밀도의 에너지분석을 가능하게 하는 이온주입장치를 제공할 수 있다.
일본 특허공개공보 2000-11943호
핵자기공명 흡수소자를 사용하는 자장측정에 있어서는, 어느 주파수 범위에서 고주파 자장을 스위핑함으로써, 핵자기공명 흡수주파수가 동정된다. 이러한 이른바 주파수 트랙킹을 필요로 하므로, 측정에 필요로 하는 시간이 비교적 길다. 자장을 측정하는 것은 예를 들면, 원하는 주입 조건에 따라 전자석의 자장을 설정할 때이다. 이 경우 일반적으로, 원하는 자장으로 설정될 때까지, 자장측정과 그에 근거하는 전자석의 전류조정이 반복된다. 자장설정을 빨리 끝낼 수 있으면 이온주입처리를 빨리 시작할 수 있으므로, 이온주입장치의 생산성 향상으로 이어진다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 자장측정에 관련하여 생산성 향상에 기여하는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온주입장치로서, 이온소스와, 피처리물을 위한 처리실을 구비하고, 상기 이온소스로부터 상기 피처리물을 향하여 이온빔을 수송하도록 구성되어 있는 빔라인부와, 상기 빔라인부를 제어하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하고, 상기 빔라인부는, 상기 이온소스와 상기 처리실과의 사이에 배치되어 있는 편향전자석을 구비하며, 상기 편향전자석은, 상기 이온빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하도록 이온빔 궤도를 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 전자석과, 상기 한 쌍의 전자석의 사이에 배치되어, 상기 편향자장에 따라 측정출력을 생성하는 자기검출소자와, 상기 한 쌍의 전자석의 사이에 배치되어, NMR출력을 생성하는 핵자기공명 흡수소자를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 편향자장과 상기 측정출력과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 편향자장을 측정하는 자장측정부와, 상기 NMR출력으로부터 상기 편향자장을 결정하는 자장결정부와, 상기 NMR출력으로부터 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 상기 자기검출소자의 새로운 측정출력을 사용하여 상기 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 자기검출소자 교정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 편향전자석을 위한 자장측정장치로서, 상기 편향전자석은, 하전입자빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하도록 구성되어 있으며, 상기 자장측정장치는, 상기 편향자장을 측정하도록 상기 편향전자석에 마련되어 있는 자기검출소자와, 상기 편향자장을 결정하도록 상기 편향전자석에 마련되어 있는 핵자기공명 흡수소자를 구비하고, 상기 자기검출소자는, 상기 핵자기공명 흡수소자를 사용하여 교정되는 것을 특징으로 하는 자장측정장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 이온소스로부터 피처리물을 향하여 이온빔을 수송하는 스텝과, 상기 이온소스와 상기 피처리물과의 사이에 배치되어 있는 편향전자석을 사용하여, 상기 이온빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하는 스텝과, 상기 편향전자석에 마련되어 있는 자기검출소자를 사용하여, 상기 편향자장에 따라 측정출력을 생성하는 스텝과, 상기 편향자장과 상기 측정출력과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 편향자장을 측정하는 스텝과, 상기 편향전자석에 마련되어 있는 핵자기공명 흡수소자를 사용하여 상기 편향자장을 결정하는 스텝과, 상기 핵자기공명 흡수소자를 사용하여 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 상기 자기검출소자의 새로운 측정출력을 사용하여 상기 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법이 제공된다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 자장측정에 관련하여 생산성 향상에 기여하는 이온주입장치 및 이온주입방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 에너지분석 전자석의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 제어부의 기능 및 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 캘리브레이션 데이터의 초기치를 예시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 에너지분석 전자석의 자장조정방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 자기검출소자의 교정방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 관하여, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 예시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에서 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 조금도 한정하지 않는다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입장치(100)를 개략적으로 나타내는 상면도이다. 이온주입장치(100)는, 이른바 고에너지 이온주입장치에 적합하다. 고에너지 이온주입장치는, 고주파 선형가속방식의 이온가속기와 고에너지 이온수송용 빔라인을 가지는 이온주입장치이며, 이온소스(10)에서 발생한 이온을 가속하고, 그렇게 하여 얻어진 이온빔(B)을 빔라인을 따라 피처리물(예를 들면 기판 또는 웨이퍼(40))까지 수송하여, 피처리물에 이온을 주입한다.
도 1에는, 이온주입장치(100)의 빔라인부의 구성요소의 레이아웃이 나타나 있다. 이온주입장치(100)의 빔라인부는, 이온소스(10)와, 피처리물을 위한 처리실을 구비하고 있으며, 이온소스(10)로부터 피처리물을 향하여 이온빔(B)을 수송하도록 구성되어 있다. 빔라인부는, 이온소스(10)와 처리실과의 사이에 배치되어 있는 적어도 1개의 편향전자석을 구비한다. 또, 이온주입장치(100)는, 빔라인부를 제어하도록 구성되어 있는 제어부(102)(도 3 참조)를 구비한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 고에너지 이온주입장치(100)는, 이온을 생성하여 질량 분석하는 이온빔생성유닛(12)과, 이온빔을 가속하여 고에너지 이온빔으로 하는 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 고에너지 이온빔의 에너지분석, 중심궤도보정, 에너지 분산의 제어를 행하는 빔편향유닛(16)과, 분석된 고에너지 이온빔을 웨이퍼(40)까지 수송하는 빔수송라인유닛(18)과, 수송된 고에너지 이온빔을 균일하게 반도체 웨이퍼에 주입하는 기판처리공급유닛(20)을 구비한다.
이온빔생성유닛(12)은, 이온소스(10)와, 인출전극(11)과, 질량분석장치(22)를 가진다. 이온빔생성유닛(12)에서는, 이온소스(10)로부터 인출전극(11)을 통하여 빔이 인출됨과 동시에 가속되고, 인출가속된 빔은 질량분석장치(22)에 의하여 질량분석된다. 질량분석장치(22)는, 질량분석자석(22a), 질량분석슬릿(22b)을 가지고 있다. 질량분석슬릿(22b)은, 질량분석자석(22a)의 직후에 배치하는 경우도 있지만, 실시예에서는, 그 다음의 구성인 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 입구부 내에 배치하고 있다.
질량분석장치(22)에 의한 질량분석의 결과, 주입에 필요한 이온종만이 선별되고, 선별된 이온종의 이온빔은, 다음의 고에너지 다단직선가속유닛(14)으로 유도된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 고에너지 이온주입용의 기본적인 복수단의 고주파 공진기를 구비하는 제1 선형가속기(15a)를 구비한다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)은, 초고에너지 이온주입용의 추가의 복수단의 고주파 공진기를 구비하는 제2 선형가속기(15b)를 구비하여도 된다. 고에너지 다단직선가속유닛(14)에 의하여, 더욱 가속된 이온빔은, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향이 변화된다.
빔편향유닛(16)은, 에너지분석 전자석(24)과, 에너지 분산을 억제하는 가로수렴 4중극 렌즈(26)와, 에너지분석슬릿(28)과, 스티어링(궤도 보정)을 제공하는 편향전자석(30)을 가진다. 다만, 에너지분석 전자석(24)은, 에너지 필터 전자석(EFM)으로 불리는 경우도 있다. 에너지분석 전자석(24)에는 그 중심부에 자장측정장치(104)가 마련되어 있다. 고에너지 이온빔은, 빔편향유닛(16)에 의하여 방향 전환되어, 웨이퍼(40)의 방향으로 향한다.
빔수송라인유닛(18)은, 빔편향유닛(16)으로부터 나온 이온빔(B)을 수송하는 것이며, 수렴/발산렌즈군으로 구성되는 빔정형기(32)와, 빔주사기(34)와, 빔평행화기(36)와, 최종 에너지 필터(38)(최종 에너지분리슬릿을 포함)를 가진다. 빔수송라인유닛(18)의 길이는, 이온빔생성유닛(12)과 고에너지 다단직선가속유닛(14)의 길이에 맞추어 설계되어 있고, 빔편향유닛(16)으로 연결되어, 전체적으로 U자 형상의 레이아웃을 형성한다.
빔수송라인유닛(18)의 하류측의 종단에는, 기판처리공급유닛(20)이 마련되어 있고, 주입처리실 내에, 이온빔(B)의 빔전류, 위치, 주입각도, 수렴 발산각, 상하 좌우방향의 이온분포 등을 계측하는 빔모니터, 이온빔(B)에 의한 웨이퍼(40)의 대전을 방지하는 대전방지장치, 웨이퍼(40)를 반입 반출하여 적정한 위치·각도로 설치하는 웨이퍼 반송 기구, 이온주입 중 웨이퍼(40)를 유지하는 ESC(Electro Static Chuck), 주입 중 빔전류의 변동에 따른 속도로 웨이퍼(40)를 빔스캔방향과 직각방향으로 작동시키는 웨이퍼 스캔 기구가 수납되어 있다.
이와 같이 하여, 이온주입장치(100)의 빔라인부는, 대향하는 2개의 길다란 직선부를 가지는 수평의 U자 형상의 굴곡형 빔라인으로 구성되어 있다. 상류의 길다란 직선부는, 이온소스(10)에서 생성한 이온빔(B)을 가속하는 복수의 유닛으로 이루어진다. 하류의 길다란 직선부는, 상류의 길다란 직선부에 대하여 방향 전환된 이온빔(B)을 조정하여 웨이퍼(40)에 주입하는 복수의 유닛으로 이루어진다. 2개의 길다란 직선부는 대략 동일한 길이로 구성되어 있다. 2개의 길다란 직선부의 사이에, 메인터넌스 작업을 위하여 충분한 넓이의 작업스페이스(R1)가 마련되어 있다.
이와 같이 각 유닛을 U자 형상으로 배치한 고에너지 이온주입장치(100)는, 설치 면적을 억제하면서 양호한 작업성이 확보되어 있다. 또, 고에너지 이온주입장치(100)에 있어서는, 각 유닛이나 각 장치를 모듈 구성으로 함으로써, 빔라인 기준위치에 맞추어 착탈, 장착이 가능하게 되어 있다.
또, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과, 빔수송라인유닛(18)이 굴곡하여 배치되기 때문에, 고에너지 이온주입장치(100)의 전체 길이를 억제할 수 있다. 종래 장치에서는 이들이 대략 직선형상으로 배치되어 있다. 또, 빔편향유닛(16)을 구성하는 복수의 편향전자석의 곡률 반경은, 장치폭을 최소로 하도록 최적화되어 있다. 이들에 의하여, 장치의 설치 면적을 최소화함과 함께, 고에너지 다단직선가속유닛(14)과 빔수송라인유닛(18)과의 사이에 끼워진 작업스페이스(R1)에 있어서, 고에너지 다단직선가속유닛(14)이나 빔수송라인유닛(18)의 각 장치에 대한 작업이 가능해진다. 또, 메인터넌스 간격이 비교적 짧은 이온소스(10)와, 기판의 공급/취출이 필요한 기판처리공급유닛(20)이 인접하여 배치되기 때문에, 작업자의 이동이 적어도 된다.
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 에너지분석 전자석(24)의 단면도이다. 편향전자석의 일례인 에너지분석 전자석(24)은, 대향하는 한 쌍의 전자석(24a, 24b)을 구비한다. 전자석(24a, 24b)은, 이온빔 궤도(108)를 사이에 두고 대향한다. 이온빔 궤도(108)는, 이온빔의 중심 궤도를 나타낸다. 에너지분석 전자석(24)은, 전자석(24a, 24b)간에, 이온빔을 편향시키기 위한 편향자장(106)을 형성한다. 편향자장(106)은 전자석(24a, 24b)의 일방으로부터 타방으로 향하는 자속밀도이다.
자장측정장치(104)는, 에너지분석 전자석(24)의 자장을 측정한다. 에너지분석 전자석(24)에는 높은 자장 정밀도(예를 들면, 0.01% 미만의 자장의 불균일성)가 요망되므로, 자장측정장치(104)는, 정밀한 자장측정이 가능하도록 구성되어 있다.
자장측정장치(104)는, NMR(핵자기공명)프로브와, 홀프로브를 구비한다. 자세하게는 후술하지만, NMR프로브는 홀프로브의 교정에 사용되고, 홀프로브는 자장 일정한 피드백 제어에 사용된다. 또 홀프로브는, 에너지분석 전자석(24)의 리얼타임의 자장 제어에 사용된다. NMR프로브는 핵자기공명 흡수소자(이하, NMR소자라고 함)(112)를 구비하고, 홀프로브는 홀소자(110)를 구비한다. 따라서 자장측정장치(104)는 홀소자(110) 및 NMR소자(112)를 구비하는 검출부를 가지고, 이 검출부는 한 쌍의 전자석(24a, 24b)의 사이에 배치되어 있다.
에너지분석 전자석(24)의 자극부는 평행 자극으로 되어 있다. 일방의 전자석(24a)은 평탄한 제1 자극면(25a)을 구비하고, 타방의 전자석(24b)은 제1 자극면(25a)에 대향하여 제1 자극면(25a)에 평행인 제2 자극면(25b)을 구비한다. 이들 자극부의 둘레 가장자리를 제외한 중심 영역에 있어서 편향자장(106)은 제1 자극면(25a) 및 제2 자극면(25b)에 수직이다. NMR소자(112) 및 홀소자(110)는 제2 자극면(25b)의 중심 영역에 배치되어 있다. 이로 인하여, NMR소자(112)는, 자장 구배가 작은 영역, 즉 자속밀도의 공간적 변화가 거의 없는 영역에, 홀소자(110)와 근접하여 배치되어 있다. NMR소자(112) 및 홀소자(110)는 제1 자극면(25a)의 중심 영역에 배치되어 있어도 된다.
NMR소자(112)는 바람직하게는, 측정 대상인 이온빔 궤도(108)의 바로 아래(또는 바로 위)에 배치된다. 이와 같이 하면, 이온빔 궤도(108)에 있어서의 자장을 NMR소자(112)의 위치의 자장에 일치시킬 수 있다. 홀소자(110)도 또한, 이온빔 궤도(108)의 바로 아래(또는 바로 위)에 배치되어 있어도 된다. 이렇게 하여, 이온빔 궤도(108)에 있어서의 자장을 직접적으로 측정할 수 있다.
홀소자(110)는 자기검출소자의 일례이다. 자기검출소자는, 편향자장(106)에 따라 측정출력을 생성하도록 구성되어 있다. 여기에서 측정출력은, 편향자장(106)의 작용에 의하여 자기검출소자로부터 출력되는 전기신호이다. 홀소자(110)의 경우, 측정출력으로서, 홀 효과에 의하여 발생되는 전압(이하, 홀출력이라고 함)을 생성한다. 홀출력은 편향자장(106)에 대략 비례한다. 바꿔 말하면, 자장과 홀출력과의 사이에는 일반적으로, 약간의 비선형성이 있다.
자장이 변화될 때 홀출력도 순식간에 변화한다. 이로 인하여, 홀소자(110)에는 자장에 대한 응답성이 매우 높다는 이점이 있다. 그러나 결점도 있다. 홀소자(110)는 시간과 함께 출력이 변화할 수 있으므로, 측정 정밀도를 유지하기 위하여 정기적으로 교정하는 것이 요망된다. 일반적인 교정은, 실제의 자장과 측정출력을 측정 범위에 걸쳐서 다시 관계짓는 것을 필요로 한다. 그 교정 중에는 홀소자(110)는 목적으로 하는 자장측정이 불가능하므로, 교정이 완료될 때까지 이온주입처리도 중단되게 된다. 이온주입장치(100)의 생산성을 향상시키는 데 있어서, 이러한 처리의 중단은 가능한 한 피하는 것이 요망된다.
NMR소자(112)는, NMR출력을 생성하도록 구성되어 있다. NMR출력은, 핵자기공명 흡수주파수를 나타내는 신호이다. NMR소자(112)는, 자장에 의하여 바뀌는 원자핵(예를 들면 수소 원자)의 핵자기 스핀의 공명 흡수주파수를 측정한다. 원자핵의 성질에 유래하는 측정이며, 홀소자(110)에서 보여지는 경시 변화와 같은 오차는 원리적으로 발생하지 않는다. 따라서, NMR소자(112)는, 고정밀도의 측정을 계속적으로 안정되게 실행할 수 있다. 그러나, NMR소자(112)는, 측정에 필요로 하는 시간이 비교적 길다는 결점이 있다. 상술과 같이 NMR소자(112)는, 핵자기공명 흡수주파수를 동정하기 위하여 주파수 트랙킹을 필요로 하기 때문이다.
자기검출소자는, NMR소자(112)가 NMR출력을 생성하는 빈도보다 높은 빈도로 측정출력을 생성하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 자기검출소자를 사용하여, 리얼타임성이 뛰어난 측정을 실현할 수 있다. 특히, 홀소자(110)는 홀전압을 연속적으로 출력할 수 있으므로, 리얼타임의 측정에 적합하다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 제어부(102)의 기능 및 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 여기에 나타내는 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 CPU를 비롯한 소자나 기계장치로 실현할 수 있고, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의하여 실현되지만, 여기에서는, 이들의 연계에 의하여 실현되는 기능 블록을 그리고 있다. 따라서, 이들의 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의하여 다양한 형태로 실현될 수 있는 것은, 본 명세서를 접한 당업자에게는 이해되는 바이다.
제어부(102)는, 자장측정부(114)와, 자장조정부(116)와, 자장결정부(118)와, 자기검출소자 교정부(이하, 홀소자 교정부라고 함)(120)와, 기억부(122)를 구비한다. 제어부(102)에는 입력부(124) 및 출력부(126)가 마련되어 있다. 입력부(124)는 연산에 필요한 정보의 입력을 받아들이는 임의의 수단이며, 출력부(126)는 연산 결과를 출력(예를 들면 표시)하는 임의의 수단이다. 또, 이온주입장치(100)는, 에너지분석 전자석(24)을 위한 전원(23)을 구비한다. 도 3에 있어서 자장측정부(114) 및 자장결정부(118)는 제어부(102)의 일부를 구성하지만, 일 실시형태에 있어서는, 홀소자(110)(또는 홀프로브)에 자장측정부(114)가 마련되고, 및/또는, NMR소자(112)(또는 NMR프로브)에 자장결정부(118)가 마련되어 있어도 된다.
자장측정부(114)는, 편향자장(106)과 측정출력(본 실시형태에서는, 홀출력)과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 편향자장(106)을 측정하도록 구성되어 있다. 이 대응 관계를 이하에서는, 캘리브레이션 데이터라고 부르는 경우가 있다. 자장측정부(114)는, 홀소자(110)로부터 출력된 홀전압을 캘리브레이션 데이터에 따라 편향자장(106)의 측정치로 환산한다. 캘리브레이션 데이터는 홀소자(110)의 교정식을 나타내는 데이터이다.
자장측정부(114)는, 예를 들면 이하의 교정식을 사용하여, 홀소자(110)의 출력전압을 자장으로 변환한다.
B=f(V)
여기에서, B는 편향자장(106), V는 홀출력, f(V)는 자장(B)과 전압(V)과의 상관관계를 나타낸다. f(V)는 상관관계를 나타내는 임의의 식이어도 된다.
캘리브레이션 데이터는, 복수의 교정 측정점을 나타내는 측정 데이터와, 교정 측정점간을 보간하기 위한 보간 데이터를 포함한다. 교정 측정점은, 측정된 홀출력(V)과 이것에 대응하는 실제의 편향자장(106)으로 이루어진다. 본 실시형태에 있어서는, NMR소자(112)에 의하여 결정되는 자장이 실제의 편향자장(106)으로서 사용된다. 보간 데이터는 예를 들면, 인접하는 2개의 교정 측정점간의 직선 보간을 나타낸다.
캘리브레이션 데이터의 초기치는, 예를 들면 이온주입장치(100)의 제조업자에 의하여 미리 설정된다. 제조된 이온주입장치(100)의 사용이 개시되기 전에, n개의 교정 측정점(Vi, Bi)(i=1, 2, ···, n)이 소정의 측정 공정에 의하여 취득된다. 측정 공정은 예를 들면, 에너지분석 전자석(24)에 부여하는 전류를 규정의 범위에 걸쳐서 변화시키고(예를 들면 계단형상으로 증가시키고), 그 사이에 홀출력(Vi)을 홀소자(110)로 측정함과 함께 대응하는 자장(Bi)을 NMR소자(112)로 측정하는 것을 포함한다. 그리고, 이들 교정 측정점간의 직선 보간을 위한 관계식이 결정된다. 이렇게 하여 취득된 캘리브레이션 데이터는 기억부(122)에 등록된다. 캘리브레이션 데이터는, 필요에 따라서 자장측정부(114)에 의하여 독출된다.
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 캘리브레이션 데이터의 초기치를 예시하는 그래프이다. 자장측정부(114)는, 구간(Vi~Vi ＋1)에 있어서의 자장(B)을, 홀출력(V)으로부터 차식에 의하여 계산한다. 이렇게 하여 얻어진 자장(B)을, 자장측정부(114)는, 편향자장(106)의 측정치(Bm)로서 자장조정부(116)에 출력한다.
[수 1]
Figure 112014074422255-pat00001
자장조정부(116)는, 편향자장(106)의 측정치(Bm)에 근거하여 편향자장(106)을 목표자장(Bo)으로 조정하도록 구성되어 있다. 목표자장은, 에너지분석 전자석(24)에 있어서 이온빔을 편향시켜 에너지분석슬릿(28)(도 1 참조)에 원하는 에너지(E(eV))의 이온을 선택적으로 통과시키도록 설정된다. 자장조정부(116)는, 이 목표자장(Bo(T))을 차식에 의하여 계산한다.
[수 2]
Figure 112014074422255-pat00002
여기에서, M은 이온의 질량(amu), n은 이온의 전가수, ρ는 에너지분석 전자석(24) 내의 빔의 곡률 반경(m)을 나타낸다. 원하는 에너지(E), 이온의 질량(M), 및 이온의 전가수(n)는 이온주입 조건에 따라 정해지는 값이며, 입력부(124)로부터 제어부(102)에 입력된다. 곡률 반경(ρ)은 사양으로서 주어지는 상수이며, 마찬가지로 입력부(124)로부터 제어부(102)에 입력되어도 된다.
자장조정부(116)는, 편향자장(106)의 측정치(Bm)가 목표자장(Bo)과 동일해지도록, 에너지분석 전자석(24)의 전원(23)을 제어한다. 이렇게 하여, 에너지분석 전자석(24)의 코일에 대한 여자 전류가 조정되어, 에너지분석 전자석(24)에 있어서 이온빔 궤도(108)에 목표자장(Bo)이 발생한다.
그 결과, 어느 에너지 분포를 가지는 이온빔이 에너지분석 전자석(24)에 입사하면, 원하는 에너지폭에 있는 이온만이 이온빔 궤도(108)를 따라 편향되어, 에너지분석슬릿(28)을 통과한다. 그 이외의 에너지의 이온은, 편향 반경이 커지거나, 혹은 작아짐으로써 에너지분석슬릿(28)에 충돌하여 분리되므로, 웨이퍼(40)에는 주입되지 않는다.
이와 같이, 이온주입장치(100)는, 에너지 설정치(E)에 상당하는 자장(Bo)이 되도록 에너지분석 전자석(24)을 제어하는 피드백계를 구비한다. 이것을 이하에서는, 자장설정루프(128)라고 부르는 경우가 있다. 자장설정루프(128)는, 홀소자(110)의 출력을 연속적으로 독취하여 그것을 자장으로 변환하고, 그 자장에 근거하여 에너지분석 전자석(24)의 전류를 제어함으로써, 리얼타임으로 편향자장(106)을 목표자장(Bo)으로 조정한다. 이온주입장치(100)는, 리얼타임의 자장설정루프(128)를 구비한다. 자장설정루프(128)는, 홀소자(110), 자장측정부(114), 자장조정부(116), 전원(23), 및 에너지분석 전자석(24)을 구비한다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 이온주입장치(100)는, 또 하나의 제어 루프를 자장설정루프(128)와는 별도로 구비한다. 이것을 이하에서는, 자기검출소자 교정루프 또는 홀소자 교정루프(130)라고 부르는 경우가 있다. 홀소자 교정루프(130)는, NMR소자(112)를 사용하여 홀소자(110)를 교정하기 위하여 마련되어 있다. 홀소자 교정루프(130)는, NMR소자(112), 자장결정부(118), 및 홀소자 교정부(120)를 구비한다.
따라서, 제어부(102)는, NMR출력에 근거하는 캘리브레이션 데이터의 갱신을, 캘리브레이션 데이터에 근거하는 편향자장(106)의 측정 및/또는 조정과는 독립적으로 실행하도록 구성되어 있다. 홀소자 교정루프(130)에 의하여, 캘리브레이션 데이터의 갱신을, 자장설정루프(128)의 동작과 병행하여 행할 수 있다.
자장결정부(118)는, NMR출력으로부터 편향자장(106)을 결정한다. NMR소자(112)로부터 자장결정부(118)에 부여되는 NMR출력은 상술과 같이 핵자기공명 흡수주파수를 나타낸다. 자장결정부(118)는, NMR출력을 편향자장(106)으로 환산한다. NMR소자(112)가 수소 원자를 이용하는 경우, 핵자기공명 흡수주파수(f(Hz))와 자장(B(T))은 차식에 의하여 관계지어진다.
f=4.2576×107×B
이렇게 하여 얻어진 자장(B)을, 자장결정부(118)는, 편향자장(106)의 실제의 값으로서 홀소자 교정부(120)에 출력한다. 바꾸어 말하면, 자장결정부(118)는, NMR출력으로부터 결정된 편향자장(106)을, 편향자장(106)의 실제의 값으로 간주한다.
홀소자 교정부(120)는, NMR출력으로부터 결정된 편향자장(106)과, 당해 편향자장에 대응지어지는 홀소자(110)의 새로운 측정출력을 사용하여 캘리브레이션 데이터를 갱신하도록 구성되어 있다. 이 처리는 자세하게 후술한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이온주입방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 이 이온주입방법은, 입력 스텝(S10)과, 조정 스텝(S12)과, 이온주입 스텝(S14)을 구비한다. 이 방법은, 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하는 방법과 마찬가지로, 제어부(102)에 의하여 실행된다.
입력 스텝(S10)에 있어서는, 원하는 이온주입 조건이 제어부(102)에 입력된다. 이로써, 제어부(102)에 유지되고 있는 전회의 주입 조건이, 다음으로 행해져야 하는 주입처리의 주입 조건으로 변경된다. 주입 조건은, 웨이퍼(40)에 주입되어야 하는 이온빔의 에너지를 포함한다. 이 주입 에너지에 관련하여 에너지분석 전자석(24)에 있어서의 원하는 에너지(E)가 설정된다.
입력된 주입 조건에 따라 이온주입장치(100)가 이온빔을 발생하도록, 제어부(102)는, 에너지분석 전자석(24)을 포함하는 이온주입장치(100)의 각 구성요소를 조정한다(S12). 에너지분석 전자석(24)이 원하는 에너지(E)에 대응하는 목표자장(Bo)을 이온빔 궤도(108)에 인가하도록 제어된다. 또, 필요에 따라서 이온빔의 그 외의 조정 작업도 병행하여 행해진다. 이렇게 하여 이온주입을 위한 준비작업이 종료된다.
제어부(102)는 이온주입처리를 실행한다(S14). 웨이퍼(40)가 처리실에 반입되어, 이온빔이 웨이퍼(40)에 조사된다. 주입 조건에 따라 웨이퍼(40)에 이온이 주입된다. 웨이퍼(40)가 처리실로부터 반출된다. 웨이퍼(40)의 반입부터 반출까지의 일련의 공정이 원하는 매수가 처리될 때까지 반복되어도 된다. 이렇게 하여 본 방법은 종료된다.
에너지분석 전자석(24)에 있어서의 자장 조정이 행해지는 것은, 상술과 같이 주입 조건이 변경되었을 때로는 한정되지 않는다. 이온주입장치(100)의 운전 중 또는 주입처리 중에 편향자장(106)이 상시 감시되고, 필요에 따라서 적시에 자장이 조정되어도 된다.
도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 에너지분석 전자석(24)의 자장조정방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 방법은, 편향자장(106)을 측정하는 스텝과(S20), 편향자장(106)의 측정치(Bm) 및 목표자장(Bo)에 근거하여 자장 조정을 할지 하지 않을지를 판정하는 스텝과(S22), 편향자장(106)을 조정하는 스텝(S24)을 구비한다. 이 방법은, 편향자장(106)을 목표자장(Bo)에 유지하기 위하여 주기적으로 실행된다.
편향자장(106)의 측정(S20)에 있어서는, 홀소자(110)가 사용된다. 자장측정부(114)는, 홀출력을 취득하고, 캘리브레이션 데이터를 사용하여 홀출력으로부터 편향자장의 측정치(Bm)를 구한다.
자장조정부(116)는, 편향자장의 측정치(Bm)가 목표자장(Bo)에 일치하는지 아닌지를 판정한다(S22). 예를 들면, 편향자장의 측정치(Bm)와 목표자장(Bo)과의 차가 소정의 임계값보다 작을 때, 자장조정부(116)는, 편향자장의 측정치(Bm)가 목표자장(Bo)에 일치한다고 판정한다(S22의 N). 임계값은 측정치와 목표치가 일치한다고 간주할 수 있을 정도로 작은 값으로 미리 설정되어 있다. 측정치(Bm)가 목표자장(Bo)에 일치하는 경우, 자장의 조정은 불필요하므로, 본 방법은 종료된다.
편향자장(106)의 측정치(Bm)가 목표자장(Bo)으로부터 벗어나 있다고 판정되는 경우에는(S22의 Y), 자장조정부(116)는, 편향자장(106)을 조정하기 위하여 에너지분석 전자석(24)의 전원(23)을 제어한다(S24). 전류의 조정량은 예를 들면, 측정치(Bm)의 목표자장(Bo)에 대한 편차에 근거하여 결정된다. 이렇게 하여 편향자장(106)은 조정되고, 본 처리는 종료된다. 조정 후의 편향자장(106)이 목표자장(Bo)에 일치하는지 아닌지는, 다음 회의 처리에서 확인된다.
도 7은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 자기검출소자의 교정방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 방법은, 교정을 개시할지 하지 않을지를 판정하는 스텝과(S30), NMR소자(112)에 의하여 편향자장(106)을 결정하는 스텝과(S32), 결정된 편향자장(106)에 대응지어지는 홀출력을 취득하는 스텝과(S34), 결정된 편향자장(106)과 대응하는 홀출력에 근거하여 캘리브레이션 데이터를 갱신하는 스텝(S36)을 구비한다. 이 방법은, 상술의 자장조정방법보다 낮은 빈도로 주기적으로 실행된다.
홀소자 교정부(120)는, 교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정한다(S30). 교정 개시 조건은 예를 들면, 주입 조건의 변경에 의하여 조정 스텝(도 5의 S12)의 실행중일 것, 및/또는, 자장 조정(도 6의 S24)이 완료되어 자장이 안정된 상태에 있을 것(예를 들면, 현시점까지의 소정 시간동안 계속해서 자장 조정 불필요(S22의 N)로 판정되고 있는 것)을 포함한다. 교정 개시 조건이 성립하고 있지 않다고 판정된 경우에는(S30의 N), 본 방법은 종료된다. 이 경우, 캘리브레이션 데이터는 갱신되지 않고, 원래의 데이터는 기억부(122)에 유지된다.
교정 개시 조건이 성립했다고 판정된 경우에는(S30의 Y), 홀소자 교정부(120)는, NMR소자(112)를 동작시켜, 편향자장(106)을 측정한다(S32). NMR소자(112)는 주파수 트랙킹을 실행하고, 핵자기공명 흡수주파수를 동정한다. 자장결정부(118)에 의하여 핵자기공명 흡수주파수가 편향자장(106)으로 환산된다.
동시에, 홀소자 교정부(120)는, 홀소자(110)의 출력전압을 취득한다(S34). 홀소자 교정부(120)는, NMR소자(112)의 주파수 트랙킹에 의하여 핵자기공명 흡수주파수가 결정된 시점에 있어서의 홀출력(Vnew)을, NMR소자(112)에 의하여 측정된 자장(Bnew)에 대응짓는다. 이렇게 하여, 홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)을 생성한다.
홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)을 사용하여, 캘리브레이션 데이터를 갱신한다(S36). 홀소자 교정부(120)는, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 기억부(122)에 등록한다. 이렇게 하여 본 방법은 종료된다.
도 8은, 본 발명의 일 실시형태에 관하여, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 예시하는 그래프이다. 도시되는 바와 같이, 홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)을 원래의 캘리브레이션 데이터에 추가한다. 또, 홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)과 인접하는 원래의 교정 측정점과의 직선 보간의 관계식을 산출하고, 이것을 원래의 직선 보간식과 치환한다.
혹은, 홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)과 원래의 캘리브레이션 데이터 중 어느 교정 측정점(예를 들면, 새로운 교정 측정점에 가장 가까운 교정 측정점)을 바꿔 넣어도 된다. 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)이 어느 원래의 교정 측정점에 비교적 가까운 경우에는 이와 같이 바꿔 넣어도 되고, 반대로 비교적 먼 경우에는 상술과 같이 새로운 교정 측정점을 추가해도 된다.
홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점과 기존의 교정 측정점과의 위치 관계에 근거하여, 새로운 교정 측정점을 어떻게 사용하여 캘리브레이션 데이터를 갱신할지를 결정해도 된다. 예를 들면, 홀소자 교정부(120)는, 새로운 교정 측정점과 그 새로운 교정 측정점에 가장 가까운 교정 측정점과의 거리에 근거하여, 새로운 교정 측정점을 캘리브레이션 데이터에 추가할지, 또는, 새로운 교정 측정점을 가장 가까운 기존의 측정점과 바꿔 넣을지를 결정해도 된다.
갱신된 캘리브레이션 데이터는, 바로 또는 이후의 적절한 타이밍에 자장측정부(114)로 독출된다. 예를 들면, 이온주입처리가 행해지고 있지 않을 때에, 자장측정부(114)는, 원래의 캘리브레이션 데이터를 갱신된 캘리브레이션 데이터로 치환한다. 이렇게 하여, 다음 회 이후의 주입처리에 있어서는 자장측정부(114)는 최신 캘리브레이션 데이터를 사용하여 편향자장(106)을 측정할 수 있다.
캘리브레이션 데이터의 치환은, 즉 홀출력의 교정식의 변경이다. 따라서, 데이터 치환에 있어서, 자장측정부(114)가 연산하는 편향자장(106)의 측정치(Bm)가 외관상 변화한다. 이것은, 실제적인 자장 변화가 아닌, 원래의 캘리브레이션 데이터에 근거한 상대적으로 부정확한 측정치로부터 새로운 캘리브레이션 데이터에 근거한 정확한 측정치로의 변화이다. 상술의 자장조정방법에 의하면, 이러한 외관상의 자장 변화에 대해서도 실제적인 자장 변화가 발생하였을 때와 마찬가지로 편향자장(106)이 조정된다. 이와 같이 하여, 캘리브레이션 데이터의 갱신에 따라, 편향자장(106)을 자동적으로 정확하게 조정할 수 있다.
주입 조건이 변경되었을 때, 상술의 자장 조정 및 캘리브레이션 데이터 갱신은 다음과 같이 병렬로 행해진다. 먼저 자장이 조정된다. 즉, 홀소자(110)의 출력전압이 모니터되어, 목표자장(Bo)이 되도록 에너지분석 전자석(24)의 전류가 조정된다. 조정이 끝나면, NMR소자(112)의 자장측정이 개시되어, 캘리브레이션 데이터가 갱신된다. 대부분의 경우, 캘리브레이션 데이터의 갱신이 완료되었을 때에는 이온빔의 그 외의 조정이 미완료이며, 주입처리는 개시되고 있지 않다. 따라서, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 사용하여, 편향자장(106)의 재조정을 할 수 있다. 그렇게 하여, 정확한 에너지분석 하에서 이온주입을 할 수 있다.
그런데, 홀소자 교정부(120)는, 갱신된 캘리브레이션 데이터가, 원래의 캘리브레이션 데이터에 관련하여 설정되는 허용 범위에 있는지 아닌지를 판정해도 된다. 갱신된 캘리브레이션 데이터가 허용 범위로부터 벗어나 있다고 판정된 경우에, 제어부(102)는, 이온주입처리의 개시를 금지하고, 또는 실행 중의 이온주입처리를 중지해도 된다. 혹은, 제어부(102)는, 자장측정장치(104)에 이상이 있다는 경고를 출력해도 된다.
이 허용 범위는, 갱신된 캘리브레이션 데이터가 원래의 캘리브레이션 데이터로부터 크게 벗어나 있는지 아닌지를 판정하기 위하여 설정되는 범위이다. 예를 들면, 이 허용 범위는, 홀소자 계측계의 정밀도 보증 사양치에 근거하여 정해져 있어도 된다. 홀소자 교정부(120)는, 예를 들면, 새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)이 원래의 캘리브레이션 데이터로부터 어느 임계값을 넘어 벗어나 있는 경우에, 갱신된 캘리브레이션 데이터가 허용 범위로부터 벗어나 있다고 판정해도 된다.
새로운 교정 측정점(Vnew, Bnew)이 원래의 데이터로부터 크게 벗어난 경우에는, 자장측정장치(104)에 이상이 발생하고 있을 가능성도 있다. 따라서, 상술과 같이 주입처리를 하지 않도록 함으로써, 잘못된 주입 에너지로 주입처리가 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치(200)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(200)는 이른바 고에너지 이온주입장치에 적합하다. 이온주입장치(200)는, 이온소스(201), 질량분석 전자석(202), 선형 가속기(203), 에너지분석 전자석(204), 분해 슬릿(205), 및 주입처리실(206)을 구비한다. 도 1을 참조하여 설명한 이온주입장치(100)와 마찬가지로, 자장측정장치(104)가 에너지분석 전자석(204)에 마련되어 있다.
이온주입장치(200)에 있어서, 이온소스(201)로부터 인출된 이온빔은 질량분석 전자석(202)을 경유하여, 필요한 이온종만이 선형 가속기(203)에 유도된다. 이 시점에서의 이온빔의 에너지는, 이온소스(201)의 인출 전압과 이온의 가수만으로 결정되기 때문에, 균일(단색)하다. 선형 가속기(203)는, 고주파(RF) 전장으로 이온을 가속 혹은 감속할 수 있다. 선형 가속기(203) 통과 후의 이온빔은 고주파 전계의 영향으로 에너지 분포에 확산이 발생해 버린다. 따라서, 원하는 에너지의 이온만을 통과할 수 있도록 에너지분석 전자석(204)의 자장을 설정하여, 분해 슬릿(205)에 따라 에너지의 선별을 행한다. 통과할 수 있는 에너지폭은 분해 슬릿(205)의 개구폭에 의하여 미리 설정할 수 있다. 분해 슬릿(205)을 통과한 이온만이 주입처리실(206)에 유도되어, 웨이퍼(207)에 주입된다. 208은, 이온빔의 중심 궤도를 나타내고 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치(300)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(300)는, 이온소스(301)와, 질량분석 전자석(302)과, 분해 슬릿(303)과, 주입처리실(304)을 구비한다. 자장측정장치(104)는, 질량분석 전자석(302)에 마련되어 있어도 된다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시형태에 관한 이온주입장치(400)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(400)는, 이온소스(401)와, 질량분석 전자석(402)과, 분해 슬릿(403)과, 스캐너(404)와, 평행화 전자석(405)과, 주입처리실(406)을 구비한다. 자장측정장치(104)는, 평행화 전자석(405)에 마련되어 있어도 된다.
이온주입장치(400)는, 이온소스(401)로부터 이온빔을 인출하고, 주입에 필요한 질량의 이온종만을 선별용의 분석 전자석(402)에 의하여 선별한다. 이온주입장치(400)는, 선별된 이온을 전장 혹은 자장을 이용한 스캐너(404)로 유도하여 스캔하고, 자장을 이용한 평행화 전자석(405)에 의하여 평행화한다. 이온주입장치(400)는, 평행화된 이온빔을 웨이퍼(407)에 주입한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 이온주입장치(100, 200, 300, 400)는, 홀소자(110)를 사용하여 에너지분석 전자석(24)의 편향자장(106)을 감시함과 함께, 병행하여 NMR소자(112)에 의하여 홀소자(110)를 교정한다. 홀소자(110)의 교정을 위하여 이온주입장치(100, 200, 300, 400)의 운전을 정지하지 않아도 되기 때문에, 장치의 생산성에 대한 영향이 없다. 이온주입장치(100, 200, 300, 400)의 운전을 계속하면서 홀소자(110)의 경시 변화를 적시에 보상하고, 에너지분석 전자석(24)에 의하여 분석되는 빔 에너지의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 실시형태에 근거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.
상술한 실시형태에 있어서 자기검출소자는 홀소자(110)이지만, 이것에 한정되지 않는다. 일 실시형태에 있어서는, 자기검출소자는, 홀소자(110) 이외의 반도체 자기 센서(예를 들면 자기저항소자)여도 되고, 혹은, 편향자장(106)에 따라 측정출력을 생성하는 어떠한 소자여도 된다.
B 이온빔
10 이온소스
24 에너지분석 전자석
25a 제1 자극면
25b 제2 자극면
30 편향전자석
86a 측정장치
100 이온주입장치
102 제어부
104 자장측정장치
106 편향자장
108 이온빔 궤도
110 홀소자
114 자장측정부
116 자장조정부
118 자장결정부

Claims (12)

  1. 이온주입장치로서,
    이온소스와, 피처리물을 위한 처리실을 구비하고, 상기 이온소스로부터 상기 피처리물을 향하여 이온빔을 수송하도록 구성되어 있는 빔라인부와,
    상기 빔라인부를 제어하도록 구성되어 있는 제어부를 구비하고,
    상기 빔라인부는, 상기 이온소스와 상기 처리실과의 사이에 배치되어 있는 편향전자석을 구비하며,
    상기 편향전자석은,
    상기 이온빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하도록 이온빔 궤도를 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 전자석과,
    상기 한 쌍의 전자석의 사이에 배치되어, 상기 편향자장에 따라 측정출력을 생성하는 자기검출소자와,
    상기 한 쌍의 전자석의 사이에 배치되어, NMR출력을 생성하는 핵자기공명 흡수소자를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 편향자장과 상기 측정출력과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 편향자장을 측정하는 자장측정부와,
    상기 NMR출력으로부터 상기 편향자장을 결정하는 자장결정부와,
    교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정하고, 상기 NMR출력으로부터 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 상기 자기검출소자의 새로운 측정출력을 사용하여 상기 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 자기검출소자 교정부와,
    캘리브레이션 데이터를 등록하는 기억부를 구비하고,
    상기 자기검출소자 교정부는, 상기 교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정하여, 교정 개시 조건이 성립하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 캘리브레이션 데이터를 갱신하지 않고, 원래의 데이터는 기억부에 유지되고, 상기 교정 개시 조건이 성립했다고 판정된 경우에는, 캘리브레이션 데이터를 갱신하고, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 상기 기억부에 등록하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기검출소자 교정부는, 갱신된 대응 관계가, 상기 이미 알고 있는 대응 관계에 관련하여 설정되는 허용 범위에 있는지 아닌지를 판정하고,
    상기 제어부는, 상기 갱신된 대응 관계가 상기 허용 범위로부터 벗어나 있다고 판정된 경우에, 이온주입처리를 금지하거나 또는 중지하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 자장측정부는, 상기 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 측정출력을 상기 편향자장의 측정치로 환산하고,
    상기 제어부는, 상기 편향자장의 측정치에 근거하여 상기 편향자장을 목표자장으로 조정하는 자장조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 NMR출력에 근거하는 상기 대응 관계의 갱신을, 상기 대응 관계에 근거하는 상기 편향자장의 측정, 조정, 또는 둘다와는 독립적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 전자석의 일방은 평탄한 제1 자극면을 구비하고, 상기 한 쌍의 전자석의 타방은 상기 제1 자극면에 대향하여 상기 제1 자극면에 평행인 제2 자극면을 구비하며,
    상기 핵자기공명 흡수소자는, 상기 제1 자극면 또는 상기 제2 자극면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 핵자기공명 흡수소자는, 상기 이온빔 궤도의 바로 위 또는 바로 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 자기검출소자는, 상기 핵자기공명 흡수소자가 상기 NMR출력을 생성하는 빈도보다 높은 빈도로 상기 측정출력을 생성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 자기검출소자는, 홀소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 편향전자석은, 에너지분석 전자석인 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 편향전자석을 위한 자장측정장치로서, 상기 편향전자석은, 하전입자빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하도록 구성되어 있으며, 상기 자장측정장치는,
    상기 편향자장에 따라 측정출력을 생성하도록 상기 편향전자석에 마련되어 있는 자기검출소자와,
    상기 편향자장을 결정하도록 상기 편향전자석에 마련되어지고 있고, NMR출력을 생성하는 핵자기공명 흡수소자와,
    제어부를 구비하고,
    당해 제어부는, 상기 편향자장과 상기 측정출력의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 편향자장을 측정하는 자장측정부와,
    상기 NMR출력으로부터 상기 편향자장을 결정하는 자장결정부와,
    교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정하고, 상기 NMR출력으로부터 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 상기 자기검출소자의 새로운 측정출력을 사용해서 상기 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 자기검출소자교정부와,
    캘리브레이션 데이터를 등록하는 기억부를 구비하고,
    상기 자기검출소자교정부는, 상기 교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정하여, 교정 개시 조건이 성립하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 캘리브레이션 데이터를 갱신하지 않고, 원래의 데이터는 기억부에 유지되고, 상기 교정 개시 조건이 성립했다고 판정된 경우에는, 캘리브레이션 데이터를 갱신하고, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 상기 기억부에 등록하는 것을 특징으로 하는 자장측정장치.
  11. 이온소스로부터 피처리물을 향하여 이온빔을 수송하는 스텝과,
    상기 이온소스와 상기 피처리물과의 사이에 배치되어 있는 편향전자석을 사용하여, 상기 이온빔을 편향시키기 위한 편향자장을 형성하는 스텝과,
    상기 편향전자석에 마련되어 있는 자기검출소자를 사용하여, 상기 편향자장에 따라 측정출력을 생성하는 스텝과,
    상기 편향자장과 상기 측정출력과의 이미 알고 있는 대응 관계에 따라 상기 편향자장을 측정하는 스텝과,
    상기 편향전자석에 마련되어 있는 핵자기공명 흡수소자를 사용하여 상기 편향자장을 결정하는 스텝과,
    교정 개시 조건이 성립하고 있는지 아닌지를 판정하는 스텝과,
    이미 알고 있는 캘리브레이션 데이터를 기억부에 등록하는 스텝과,
    상기 핵자기공명 흡수소자를 사용하여 결정된 편향자장과, 당해 편향자장에 대응지어지는 상기 자기검출소자의 새로운 측정출력을 사용하여 상기 이미 알고 있는 대응 관계를 갱신하는 스텝을 구비하고,
    상기 교정 개시 조건이 성립하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 캘리브레이션 데이터를 갱신하지 않고, 원래의 데이터는 기억부에 유지되고, 상기 교정 개시 조건이 성립했다고 판정된 경우에는, 상기 캘리브레이션 데이터를 갱신하고, 갱신된 캘리브레이션 데이터를 상기 기억부에 등록하는 것을 특징으로 하는 이온주입방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    캘리브레이션 데이터는 복수의 교정 측정점을 포함하고, 각 구성 측정점은, 자기검출소자로부터 생성된 측정출력과, 당해 측정출력에 대응하는 NMR출력으로부터 결정된 편향자장을 나타내고,
    상기 자기검출소자 교정부는, 새로운 교정 측정점을 원래의 캘리브레이션 데이터에 추가하거나, 새로운 교정 측정점과 원래의 캘리브레이션 데이터 중 어느 하나의 교정 측정점의 교체에 의해 캘리브레이션 데이터를 갱신하는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
KR1020140101057A 2013-08-21 2014-08-06 이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법 KR102140846B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013170905A JP5989613B2 (ja) 2013-08-21 2013-08-21 イオン注入装置、磁場測定装置、及びイオン注入方法
JPJP-P-2013-170905 2013-08-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150021884A KR20150021884A (ko) 2015-03-03
KR102140846B1 true KR102140846B1 (ko) 2020-08-03

Family

ID=52480612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140101057A KR102140846B1 (ko) 2013-08-21 2014-08-06 이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9984851B2 (ko)
JP (1) JP5989613B2 (ko)
KR (1) KR102140846B1 (ko)
CN (1) CN104425200B (ko)
TW (1) TWI625756B (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107240474A (zh) * 2017-07-28 2017-10-10 胡明建 一种用超导体对超导体线圈磁力线进行聚焦的设计方法
CN107702649B (zh) * 2017-11-24 2024-03-15 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种霍尔探头高精度位置获取装置
JP2020051945A (ja) 2018-09-27 2020-04-02 株式会社トプコン 非破壊検査システム、中性子照射源及び中性子照射方法
CN109300756A (zh) * 2018-09-28 2019-02-01 德淮半导体有限公司 磁分析器单元
US10908231B2 (en) * 2019-05-08 2021-02-02 Uchicago Argonne, Llc Small bore magnetic measurement system, method for measuring small bore magnets

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000011943A (ja) * 1998-06-18 2000-01-14 Sumitomo Eaton Noba Kk イオン注入装置
KR100333111B1 (ko) 1992-02-28 2002-11-07 니신 일렉트릭 컴패니 리미티드 원자및분자이온으로표면을조사하는데유용한진동자장을동작간극에서생성하기위한시스템및방법
JP2006196351A (ja) 2005-01-14 2006-07-27 Seiko Epson Corp イオン注入装置及び半導体装置の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56150337A (en) * 1980-04-24 1981-11-20 Sumitomo Heavy Ind Ltd Electric power source device for electromagnet
JPH03119642A (ja) * 1989-10-02 1991-05-22 Nissin Electric Co Ltd イオン質量分析方法およびその装置
JPH07130324A (ja) 1993-11-05 1995-05-19 Nissin Electric Co Ltd イオンの質量数演算表示方法
DE19718649A1 (de) * 1997-05-02 1998-11-05 Peter Heiland Vorrichtung und Verfahren zur aktiven Kompensation magnetischer und elektromagnetischer Störfelder
US7323700B1 (en) * 2001-04-02 2008-01-29 Applied Materials, Inc. Method and system for controlling beam scanning in an ion implantation device
JP4071494B2 (ja) * 2001-12-28 2008-04-02 松下電器産業株式会社 イオン照射装置
CN200959327Y (zh) * 2006-04-07 2007-10-10 北京中科信电子装备有限公司 离子注入机磁分析系统
GB0621036D0 (en) * 2006-10-23 2006-11-29 Univ Southampton Hall-effect angle sensor for solid-state NMR
AU2007317787B2 (en) * 2006-11-08 2012-07-12 T2 Biosystems, Inc. NMR systems for in vivo detection of analytes
US7521691B2 (en) * 2006-12-08 2009-04-21 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Magnetic monitoring of a Faraday cup for an ion implanter
US8035080B2 (en) * 2009-10-30 2011-10-11 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for increasing beam current above a maximum energy for a charge state
JP4560142B1 (ja) * 2010-03-31 2010-10-13 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
US8698110B2 (en) * 2011-05-05 2014-04-15 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Ion implanting system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100333111B1 (ko) 1992-02-28 2002-11-07 니신 일렉트릭 컴패니 리미티드 원자및분자이온으로표면을조사하는데유용한진동자장을동작간극에서생성하기위한시스템및방법
JP2000011943A (ja) * 1998-06-18 2000-01-14 Sumitomo Eaton Noba Kk イオン注入装置
JP2006196351A (ja) 2005-01-14 2006-07-27 Seiko Epson Corp イオン注入装置及び半導体装置の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Schott et al High accuracy magnetic field measurements with a Hall probe*

Also Published As

Publication number Publication date
TW201508808A (zh) 2015-03-01
US9984851B2 (en) 2018-05-29
TWI625756B (zh) 2018-06-01
JP5989613B2 (ja) 2016-09-07
KR20150021884A (ko) 2015-03-03
US20150056366A1 (en) 2015-02-26
JP2015041440A (ja) 2015-03-02
CN104425200B (zh) 2017-09-19
CN104425200A (zh) 2015-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102140846B1 (ko) 이온주입장치, 자장측정장치, 및 이온주입방법
KR102272806B1 (ko) 이온주입장치, 빔에너지 측정장치, 및 빔에너지 측정방법
TWI654646B (zh) High energy ion implantation device, beam current adjustment device and beam current adjustment method
JP6242314B2 (ja) イオン注入装置及びイオンビームの調整方法
KR102307017B1 (ko) 이온주입방법 및 이온주입장치
TWI654648B (zh) Ion implantation device and control method of ion implantation device
KR102481651B1 (ko) 이온주입장치, 이온빔 피조사체 및 이온주입방법
US10361066B2 (en) Ion implantation apparatus
KR102436193B1 (ko) 이온주입방법 및 이온주입장치
JP6415090B2 (ja) イオン注入装置及びイオン注入方法
JP2019139909A (ja) イオン注入装置およびイオン注入方法
JP6933962B2 (ja) イオン注入装置およびイオン注入装置の制御方法
JP6985951B2 (ja) イオン注入装置および測定装置
JP5604185B2 (ja) シンクロトロン
JP2022122112A (ja) イオン注入装置およびイオン注入方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant