KR20000005803A - Ion dosage measurement apparatus for an ion beam implanter and method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method is provided to efficiently decide the compensation constant used for controlling the proper amount of injected ion in an ion implanter with no wafer consumption. CONSTITUTION: The method of controlling the amount of injected ion to the target in a productive operation comprise the steps of changing the pressure of test gas of inner space of ion implanter among the pressure values of gases composing the remains of the inner space, measuring the ionizing currents corresponding to each of the pressure values, calculating a compensation constant linking the ionizing current with the pressure value, adapting the acquired compensation constant for the calculation of effective ion beam current, controlling the amount of ion injected into a target using the effective ion beam current.

Description

이온 빔 주입기용 이온 조사량 측정 장치 및 방법{ION DOSAGE MEASUREMENT APPARATUS FOR AN ION BEAM IMPLANTER AND METHOD}ION DOSAGE MEASUREMENT APPARATUS FOR AN ION BEAM IMPLANTER AND METHOD

본 발명은 이온 빔 주입기에 관한 것으로, 특히 이온 빔 주입기의 이온 빔에 노출되는 공작물에 주입되는 이온 조사량을 측정 및 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to ion beam implanters, and more particularly, to apparatus and methods for measuring and controlling the amount of ion radiation injected into a workpiece exposed to an ion beam of an ion beam implanter.

이온 빔 주입기는 반도체 웨이퍼의 도핑의 처리에 광범위하게 사용된다. 이온 빔 주입기는 소정의 종류의 양(+)으로 대전된 이온으로 구성된 이온 빔을 발생한다. 이온 빔은 반도체 웨이퍼 공작물의 노출 표면상에 충돌하여 소정의 이온을 이러한 공작물 표면에 「도핑」 또는 주입한다. 일부 이온 빔 주입기는 직렬 주입을 이용하고, 여기에서 하나의 반도체 웨이퍼 공작물이 주입 챔버내의 지지부상에 위치된다. 지지부는 공작물이 이온 빔 빔 라인내에 있게 하기 위해 그리고 이온 빔이 소정의 조사량의 이온을 주입하도록 공작물상에 반복적으로 주사되게 하기 위해, 방향 설정된다. 주입이 완료될 때, 공작물은 지지부로부터 제거되고, 다른 공작물이 지지부상에 위치된다.Ion beam implanters are widely used in the treatment of doping of semiconductor wafers. An ion beam implanter generates an ion beam composed of positively charged ions of some kind. The ion beam impinges on the exposed surface of the semiconductor wafer workpiece to "dope" or implant certain ions into the workpiece surface. Some ion beam implanters use serial implantation, in which one semiconductor wafer workpiece is positioned on a support in the implantation chamber. The support is oriented to keep the workpiece within the ion beam beamline and to cause the ion beam to be repeatedly scanned on the workpiece to inject a predetermined dose of ions. When the injection is complete, the workpiece is removed from the support and another workpiece is placed on the support.

다른 형태의 이온 빔 주입기는 공작물이 그 위에 장착되는 회전, 병진(竝進)하는 디스크형 지지부를 사용한다. 복수의 반도체 공작물이 디스크형 지지부상에 장착된다. 지지부는 이온 빔 주입기의 단부 또는 주입 위치의 주입 챔버내에 지지된다. 지지부의 회전 및 병진은 생산적 운전중에 복수의 공작물이 각각 이온 빔에 노출되게 한다.Another type of ion beam implanter uses a rotating, translational disk-shaped support on which a workpiece is mounted. A plurality of semiconductor workpieces is mounted on the disc shaped support. The support is supported in the injection chamber at the end of the ion beam implanter or in the implantation position. Rotation and translation of the support causes the plurality of workpieces to be exposed to the ion beam, respectively, during productive operation.

이온 빔의 이온을 트랩(trap)하면서 케이지내로부터 전자의 방출을 차단하고, 빔과 동시에 발생할 수 있는 전자를 배제하는 패러데이 케이지가 이온 빔 전류를 측정하는데 사용되며, 그것에 의해 주입 조사량의 제어를 용이하게 한다. 그러나, 이온 빔내의 중성 원자는 패러데이 케이지에 의해 검출되지 않는다. 이온 빔의 상당한 중화가 발생하는 경우, 패러데이 케이지 이온 빔 전류 판독은 공작물에 의해 수신된 진성 이온 주입의 의사 측정을 제공한다.Faraday cages are used to measure ion beam currents that trap electrons from within the cage while trapping ions in the ion beam and exclude electrons that can occur simultaneously with the beam, thereby facilitating control of the implanted dose. Let's do it. However, neutral atoms in the ion beam are not detected by the Faraday cage. If significant neutralization of the ion beam occurs, the Faraday cage ion beam current reading provides a pseudo measure of true ion implantation received by the workpiece.

주입 공정중에 반도체 웨이퍼 공작물에 주입된 이온의 양의 정확도는 임계적으로 중요하다. 반도체 장치의 제조시에 총 주입 조사량 및 균일성에 대한 허용 가능한 오차는 많은 어플리케이션에서 1% 이하이다. 이러한 낮은 허용 오차 레벨에서, 이온 빔 경로를 따라서 이온의 중화를 고려하는 것이 필요하다. 이온의 중화는 빔 경로 또는 빔 라인을 따라서 이온 빔 주입기의 내부 영역에 존재하는 잔여 원자 및 전자를 갖는 대전된 이온의 충돌에 기인한다. 그러한 중화된 이온은 필수적으로 대전된 이온과 동일한 에너지를 갖고, 주입 조사량이 관련되는 한 필수적으로 그들과 등가이다.The accuracy of the amount of ions implanted into the semiconductor wafer workpiece during the implantation process is critically important. In manufacturing semiconductor devices, the permissible error in total implant dose and uniformity is less than 1% in many applications. At this low tolerance level, it is necessary to consider the neutralization of ions along the ion beam path. Neutralization of ions is due to the collision of charged ions with residual atoms and electrons present in the interior region of the ion beam implanter along the beam path or beam line. Such neutralized ions have essentially the same energy as the charged ions and are essentially equivalent to them as far as the implanted dose is concerned.

이온 빔 주입기 내부 영역내의 잔여 원자 및 특히, 내부 영역내의 잔여 기체 원자는 적어도 3개의 다른 소스로부터 기인한다. 먼저, 기체는 이온 빔 중화기 또는 전자 샤워와 관련하여 내부 영역으로 주입된다. 이온 빔 중화기는 빔 라인을 따라서 배치되어 주입하기 전에 이온 빔의 양으로 대전된 이온을 중화시킨다. 이온의 양전하가 웨이퍼의 주입전에 중화되지 않은 경우, 도핑된 웨이퍼는 순수한 양전하를 나타낸다. 그러한 웨이퍼 공작물상의 순수한 양전하는 불필요한 특성을 갖는다. 중화 기체가 이온 빔 전자 샤워에 주입되어, 이온 빔 이온과 주입된 중화 기체 사이의 충돌이 빔 라인내의 중화된 이온을 생성한다. 임의의 이온 빔 주입기에서, 이온 빔 중화기에 관련된 중화 기체는 이온 빔 주입기 내부 영역의 최대량의잔여 기체를 고려한다. 일반적인 중성 기체들은 크세논(Xe) 및 아르곤(Ar)을 포함한다.Residual atoms in the region inside the ion beam implanter, and in particular residual gas atoms in the interior region, originate from at least three different sources. First, gas is injected into the interior region with respect to the ion beam neutralizer or the electron shower. An ion beam neutralizer is disposed along the beam line to neutralize the charged ions in the amount of the ion beam prior to implantation. If the positive charge of the ions is not neutralized prior to implantation of the wafer, the doped wafer exhibits a pure positive charge. Pure positive charge on such a wafer workpiece has unwanted properties. The neutralizing gas is injected into the ion beam electron shower so that a collision between the ion beam ions and the injected neutralizing gas produces neutralized ions in the beam line. In any ion beam implanter, the neutralizing gas associated with the ion beam neutralizer takes into account the maximum amount of residual gas in the region inside the ion beam implanter. Common neutral gases include xenon (Xe) and argon (Ar).

임의의 이온 빔 주입기의 이온 빔 주입기 내부 영역의 두번째로 큰 양의 잔여 기체를 고려하면 반도체 웨이퍼 공작물상에 코팅된 포토레지스트 물질로부터 기체 제거하고 있다. 임의의 이온 빔 주입기에서, 포토레지스트 물질 기체 제거는 최대량의 잔여 기체를 고려한다. 이온 빔이 공작물 표면에 충돌할 때, 포토레지스트 물질은 휘발 또는 기체 제거된다. 포토레지스트 기체 제거에는 주로 수소 기체(H2), 여러 가지 하이드로카본, 포토레지스트에 의해 트랩되는 적은 양의 대기 질소 기체(N2)로 구성된다.Considering the second largest amount of residual gas in the region inside the ion beam implanter of any ion beam implanter, it is degassing from the photoresist material coated on the semiconductor wafer workpiece. In any ion beam implanter, photoresist material gas removal takes into account the maximum amount of residual gas. When the ion beam impinges on the workpiece surface, the photoresist material is volatilized or degassed. Photoresist degassing consists mainly of hydrogen gas (H 2 ), various hydrocarbons, and a small amount of atmospheric nitrogen gas (N 2 ) trapped by the photoresist.

이온 빔 내부 영역의 잔여 기체의 더 작은 소스는 이온 소스의 플라즈마 챔버로부터 방출하는 소스 기체로부터 기인한다. 소스 기체들은 플라즈마 챔버내에 주입되어 이온화된다. 플라즈마 챔버의 커버내의 통로 또는 아크 슬릿을 통해 플라즈마 챔버에서 방출하는 이온은 이온 빔 빔 라인을 따라서 가속된다. 적은 양의 소스 기체는 아크 슬릿을 통해 방출하고, 이온 빔 주입기 내부 영역의 잔여 기체의 낮은 부분을 고려한다. 소스 기체의 일반적인 예는 아르신(AsH3), 기체화된 안티몬(Sb), 포스핀(H3P), 디보란(B2H6), 보론 트리플루오라이드(BF3), 기체화된 갈륨(Ga), 기체화된 인듐(In), 암모니아(NH3), 수소(H2) 및 질소(N2)를 포함한다.The smaller source of residual gas in the region of the ion beam originates from the source gas emitting from the plasma chamber of the ion source. Source gases are injected into the plasma chamber and ionized. Ions emitted from the plasma chamber through passages or arc slits in the cover of the plasma chamber are accelerated along the ion beam beamline. A small amount of source gas is emitted through the arc slit, taking into account the low portion of the remaining gas in the region inside the ion beam implanter. General examples of source gases include arsine (AsH 3 ), gasified antimony (Sb), phosphine (H 3 P), diborane (B 2 H 6 ), boron trifluoride (BF 3 ), gasified Gallium (Ga), gasified indium (In), ammonia (NH 3 ), hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ).

빔 라인을 따라서 주입기의 내부 영역의 압력이 충분히 낮을 때, 주입기 종류는 반드시 이온 빔 주입기의 분석 자석에 의해 선택된 하나씩 대전된 양이온이다. 분석 자석은 빔 라인을 따라서 배치되어 이온 빔이 주입 챔버를 향해 만곡되게 한다. 분석 자석의 자계의 강도 및 방향은 적절한 원자 무게를 갖는 이온 종류만이 주입 챔버까지 소정의 빔 라인 경로를 따르도록 적절한 곡률 반경에서 반사되게 하기 위해 세트된다. 그러나, 빔 라인을 따라서 이온 빔 주입기의 내부 영역의 압력이 충분히 낮지 않은 경우, 이온 빔의 대전된 이온의 상당한 부분은 에너지의 상당한 변화를 경험함없이 잔여 기체 원자와의 원자 충돌을 통해 그 전하 상태의 변화를 경험한다. 그러한 환경에서, 패러데이 케이지에 충돌하는 이온 빔은 중성 원자의 일부를 포함한다. 이 중성 원자들은 소정의 종류이고 주입을 위한 소정의 에너지를 가지며, 따라서 그러한 중성 원자들은 이온 빔의 총 플럭스에 포함된다. 그러나, 패러데이 케이지는 그러한 중성 원자들을 포함할 수 없다.When the pressure in the inner region of the injector along the beam line is sufficiently low, the injector type is necessarily one charged cation selected by the analyte magnet of the ion beam injector. The analysis magnet is disposed along the beam line to cause the ion beam to bend towards the injection chamber. The strength and direction of the magnetic field of the analyte magnet is set so that only the ion species with the appropriate atomic weight are reflected at the appropriate radius of curvature to follow the desired beam line path to the injection chamber. However, if the pressure in the inner region of the ion beam injector along the beam line is not low enough, a significant portion of the charged ions of the ion beam may be in their charge state through atomic collisions with residual gas atoms without experiencing a significant change in energy. Experience the change. In such an environment, the ion beam impinging the Faraday cage contains some of the neutral atoms. These neutral atoms are of a certain kind and have some energy for implantation, so such neutral atoms are included in the total flux of the ion beam. However, Faraday cages cannot contain such neutral atoms.

1985년 9월 3일에 Farley에게 특허 허여된 미국 특허 제4,539,217호는 주입 처리에서 이온 빔의 중성화를 보상하는 방법 및 장치를 개시한다. Farley 특허는 본 출원의 양수인에게 양도되어 참고로 본 명세서에 완전히 통합되어 있다. Farley 특허는 이온 빔 중성화의 양이 이온 빔 빔 라인을 따라서 이온 빔 주입기의 내부 영역의 기체 압력의 함수라는 사실을 이용한다. 더욱이, Farley 특허에 따르면, 유효 이온 빔 전류(IT)는 2개의 구성 요소, 즉, 이온 빔 이온화 개별 양의 충전 전류(I+) 및 이온 빔 중성 전류(I0)로 구성된다. 유효 이온 빔 전류(IT)는 주입되는 입자의 전하에 무관하게 공작물의 주입시에 효율적인 전류의 측정이다. 따라서, 이온화된 이온 빔 전류(I+) 및 이온 빔 중성 전류(I0)는 모두 특정 공작물이 수용하는 이온 조사량을 결정할 때 고려되어야 한다. Farley 특허는 패러데이 케이지에 의해 측정된 전류(If)가 이온화된 개별 양의 충전 전류(I+)만으로 구성된다.U.S. Patent No. 4,539,217, issued to Farley on September 3, 1985, discloses a method and apparatus for compensating for neutralization of ion beams in implantation processes. Farley patents are assigned to the assignee of the present application and are fully incorporated herein by reference. The Farley patent takes advantage of the fact that the amount of ion beam neutralization is a function of the gas pressure in the interior region of the ion beam implanter along the ion beam beam line. Furthermore, according to the Farley patent, the effective ion beam current I T is composed of two components: the ion beam ionization discrete amount of charge current I + and the ion beam neutral current I 0 . The effective ion beam current I T is a measure of the effective current at the time of implantation of the workpiece, regardless of the charge of the injected particles. Therefore, both the ionized ion beam current I + and the ion beam neutral current I 0 must be taken into account when determining the amount of ion irradiation that a particular workpiece will accept. The Farley patent consists only of the individual amount of charge current (I + ) in which the current (I f ) measured by the Faraday cage is ionized.

진성 또는 유효 이온 빔 전류(IT)의 제2 구성 요소, 즉, 중성 전류(IO)는 패러데이 케이지에 의해 측정되지 않는다. 그러나, 중성 전류(I0)를 포함하는 원자는 이온화된 양의 충전 전류(I+)를 포함하는 이온에서와 같이 반도체 웨이퍼 공작물을 주입할 때 효율적이다. 더욱이, 이온 주입기 내부 영역의 기체 압력이 커질수록, 중성 전류(I0)가 더 커지며, 그 이유는 이온과 기체 원자들 사이의 충돌이 더 많아지고 이온화된 양의 충전 전류(I+)가 더 작아지기 때문이다. Farley 특허는 주입 처리에서 조우되는 압력의 범위내에서, 패러데이 케이지에 의해 측정되는 이온 빔 전류(If)가 이온 주입기 내부 영역의 압력(P)의 선형 함수이라고 가정한다.The second component of the intrinsic or effective ion beam current I T , ie the neutral current I O , is not measured by the Faraday cage. However, atoms containing neutral current (I 0 ) are efficient when implanting semiconductor wafer workpieces, such as in ions containing an ionized amount of charge current (I + ). Moreover, the higher the gas pressure in the region inside the ion implanter, the greater the neutral current (I 0 ), because more collisions between ions and gas atoms and more ionized positive charge current (I + ) Because it becomes small. The Farley patent assumes that within the range of pressures encountered in the implantation process, the ion beam current I f measured by the Faraday cage is a linear function of the pressure P in the region inside the ion implanter.

Farley 특허에 개시되어 있는 방법은 유효 이온 빔 전류(IT)와 이온화된 빔 전류(I+) 사이의 차를 보상한다. 이온 주입기의 내부 영역의 압력(P) 및 이온화된 양의 충전 전류(I+)의 측정치는 주입기 내부 영역 압력 변화에 따라 패러데이 케이지에 의해 검출되는 이온의 변화를 보상하는 보정 신호를 발생하기 위해 이온 조사량 제어 시스템에 사용된다. 특정 생성용 보정 신호는 선택된 보정 계수 또는 「K」값에 의존하여 동작한다.The method disclosed in the Farley patent compensates for the difference between the effective ion beam current I T and the ionized beam current I + . Measurements of the pressure P in the inner region of the ion implanter and the ionized positive charge current (I + ) are used to generate a correction signal that compensates for changes in ions detected by the Faraday cage in response to pressure changes in the inner region of the implanter. Used in dose control systems. The specific generation correction signal operates in dependence on the selected correction coefficient or "K" value.

이온 빔 조사량을 제어하는 Farley 특허의 방법은:Farley's patented method of controlling the ion beam dosage is:

1) 패러데이 케이지를 사용하여 웨이퍼 공작물상에 입사되는 이온화된 빔 전류(I+)를 측정하는 단계와;1) measuring the ionized beam current (I + ) incident on the wafer workpiece using a Faraday cage;

2) 주입 챔버내의 기체 압력(P)을 측정하는 단계와;2) measuring the gas pressure P in the injection chamber;

3) 이온화된 빔 전류(I+) 및 압력 측정치(P)를 진성 또는 유효 빔 전류(IT)로 변환하도록 관계를 사용하는 단계와;3) using the relationship to convert the ionized beam current I + and the pressure measurement P into a true or effective beam current I T ;

4) 주입 조사량을 유효 빔 전류(IT)의 함수로서 변화시키는 단계를 포함한다.4) varying the implanted dose as a function of the effective beam current I T.

진성 또는 유효 이온 빔 전류(IT)는 주입 조사량의 모니터링 및 제어를 위해 공지된 실시예에 따라 사용하는 마이크로프로세서 기초 주입기 조사량 제어 시스템에 입력되었다.Intrinsic or effective ion beam current I T was input to a microprocessor based injector dosage control system used according to known embodiments for monitoring and controlling the implant dosage.

Farley 특허에 따르면, 이온화된 이온 빔 전류(I+)를 유효 이온 빔 전류(IT)로 변환하는데 사용되는 선형 방정식은 아래와 같다.According to the Farley patent, the linear equation used to convert the ionized ion beam current I + to the effective ion beam current I T is as follows.

주입기의 2개의 동작 모드는 farley 특허에서 나타내었다. 제1 또는 고정 모드에서, K 값의 세트는 이온 빔 파라미터 및 웨이퍼 공작물 파라미터의 다른 조합에 대해 추정되었다. K 값의 세트는 마이크로프로세서 메모리에 저장되고, 이온 빔 및 공작물 특성이 마이크로프로세서에 저장될 때 메모리로부터 추출되는 K의 적절한 값이다. 제2 또는 동적 동작 모드에서, 개시하는 K 값이 선택되어, K 값은 공작물 지지부의 완전 회전후에 각각 변경되었다. 공작물 지지부의 각 회전시에, 이온화된 빔 전류(I+) 및 압력(P)이 측정되었고, Kj로 칭해지는 K의 값이 계산되었다(Kj는 지지부의 j번째 회전에 대한 K의 값이다). 3개의 가장 최근의 Kj(Kj, Kj-1, Kj-2)의 이동 평균이 밝혀졌고, Kj A로 칭해지는 이동 평균값은 Ij T로 칭해지는 j번째 지지부 회전에 대한 새로운 유효 빔 전류를 계산하는데 사용되었다.Two modes of operation of the injector are shown in the farley patent. In the first or fixed mode, the set of K values was estimated for different combinations of ion beam parameters and wafer workpiece parameters. The set of K values is stored in the microprocessor memory and is the appropriate value of K extracted from the memory when the ion beam and workpiece properties are stored in the microprocessor. In the second or dynamic mode of operation, the starting K value was selected so that the K value changed after full rotation of the workpiece support, respectively. At each rotation of the workpiece support, the ionized beam current (I + ) and pressure (P) were measured and a value of K called K j was calculated (K j is the value of K for the j th rotation of the support). to be). The moving averages of the three most recent Kj (K j , K j-1 , K j-2 ) have been found, and the moving average called K j A is the new valid for the j th support rotation called I j T. It was used to calculate the beam current.

상기 양(兩)동작 모드에 있어서, K의 초기값이 조사량 제어 시스템에 제공되어야 한다. K 값이 다른 소스 기체/공작물 물질 조합에 대해 경험적으로 추정되었기 때문에, 테스트 주입 매트릭스는 각 소스 기체 및 각 반도체 웨이퍼 물질에 대해 발생되어야 한다. 어떤 특정의 경험적으로 결정된 K 값이 소스 기체/웨이퍼 물질 조합에 최적 또는 거의 최적이라는 보장은 없었다. 더욱이, 실재 반도체 웨이퍼가 테스트시에 K 값을 경험적으로 결정하는데 사용되었다. 그러한 테스트는 여러 가지 웨이퍼의 부적절한 주입을 야기하였다. 그러한 반도체 웨이퍼는 웨이퍼당 상당한 비용을 가지며, 부적절한 웨이퍼 주입이 상당한 스크립 손실을 야기한다. 더욱이, 상이한 이온 빔 파라미터 및 웨이퍼 공작물 파라미터에 대한 허용 가능한 K 값을 발견하려고 테스트를 계속하는 동안 유용한 생성 시간이 손실된다.In both modes of operation, an initial value of K must be provided to the dose control system. Since the K value was estimated empirically for different source gas / workpiece combinations, a test injection matrix should be generated for each source gas and each semiconductor wafer material. There was no guarantee that any particular empirically determined K value would be optimal or nearly optimal for the source gas / wafer material combination. Moreover, real semiconductor wafers have been used to empirically determine the K value during testing. Such tests have resulted in improper implantation of various wafers. Such semiconductor wafers have a significant cost per wafer, and improper wafer implantation results in significant scrap losses. Moreover, useful production time is lost while continuing testing to find acceptable K values for different ion beam parameters and wafer workpiece parameters.

필요한 것은 이온 주입기에 대한 유효 이온 빔 조사량 제어 장치이다. 또한 필요한 것은 공작물에 인가되는 이온 빔 조사량을 제어하는데 사용될 수 있는 최적 또는 최적에 가까운 K 값을 효율적으로 결정하는 방법 및 장치이다. 더욱 필요한 것은 실제 반도체 웨이퍼를 사용하지 않고 최적의 K 값을 결정하는 방법 및 장치이다.What is needed is an effective ion beam dosage control device for the ion implanter. What is also needed is a method and apparatus for efficiently determining an optimal or near optimal K value that can be used to control the amount of ion beam radiation applied to a workpiece. What is more needed is a method and apparatus for determining the optimal K value without using actual semiconductor wafers.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 반도체 웨이퍼 공작물을 향해 이온 빔을 지향시키는 이온 빔 주입기가 개시되어 있다. 이온 주입기는 주입 챔버를 한정하는 주입 위치를 포함한다. 하나 이상의 공작물은 중비 챔버내에 배치된 지지부상에 지지된다. 이온 주입기는 이온 빔을 발생하는 이온 소스와 이온 빔을 이온 소스로부터 주입 위치로 이동시키는 내부 영역을 한정하는 빔 형성 및 지향 장치를 더 포함한다. 압력 조절 시스템이 내부 영역을 압력 유지 및 감압하기 위해 제공된다.In accordance with the present invention, an ion beam implanter is disclosed that directs an ion beam toward one or more semiconductor wafer workpieces. The ion implanter includes an implantation location that defines an implantation chamber. One or more workpieces are supported on a support disposed in the paralysis chamber. The ion implanter further includes a beam forming and directing device defining an ion source for generating the ion beam and an interior region for moving the ion beam from the ion source to the implantation position. A pressure regulating system is provided to maintain and depressurize the inner region.

주입기는 또한 공작물로 주입된 이온의 조사량을 제어하는 신규의 조사량 제어 장치를 포함한다. 조사량 제어 장치는 주입 챔버내의 압력을 측정하는 압력 측정 장치와, 주입 챔버내의 이온 빔의 이온화된 전류를 측정하는 이온 빔 전류 측정 장치를 포함한다. 조사량 제어 장치는 개구를 갖는 제한판을 더 포함한다. 제한판은 생산적 운전 위치 및 보정 운전 위치 사이에서 이동 가능하다. 생산적 운전 위치에서, 제한판은 이온 빔의 빔 라인으로부터 이격하여 있다. 보정 운전 위치에서, 제한판은 이온 빔의 일부가 제한판 개구를 통과하도록 빔 라인내에 위치되고, 주입 챔버내에서 공작물을 향해 지향된다.The injector also includes a novel dosage control device for controlling the dosage of ions implanted into the workpiece. The dose control device includes a pressure measuring device for measuring the pressure in the injection chamber and an ion beam current measuring device for measuring the ionized current of the ion beam in the injection chamber. The dose control device further includes a limiting plate having an opening. The limit plate is movable between the productive and corrected driving positions. In the productive operating position, the limiting plate is spaced apart from the beam line of the ion beam. In the correct operating position, the limiting plate is positioned in the beam line such that a portion of the ion beam passes through the limiting plate opening and is directed towards the workpiece in the injection chamber.

보정 운전 위치에서, 제한판은 빔 형성 및 지향 장치에 대해 내부 영역을 주입 챔버를 포함하는 제1 영역과 이온 소스를 포함하는 제2 영역으로 분리하도록 밀봉한다. 압력 조절 시스템은 제1 영역이 제1 압력으로 압력 유지되고 제2 영역이 제2 압력을 갖도록 작동된다.In the correct operating position, the limiting plate seals for the beam forming and directing device to separate the interior region into a first region comprising an injection chamber and a second region comprising an ion source. The pressure regulation system is operated such that the first region is pressure maintained at the first pressure and the second region has the second pressure.

조사량 제어 장치는 압력 조절 시스템, 압력 측정 장치 및 이온 빔 전류 측정 장치에 결합되는 조사량 제어 회로를 더 포함한다. 조사량 제어 회로는 보정 운전중에 이온화된 빔 전류를 특정 테스트 기체에 대한 유효 이온 빔 전류와 상관시키는 보정값(「K」값)을 계산하도록 동작하고, 생산적 운전중에 예측되는 잔여 기체를 모의 실험한다.The dosage control device further includes a dosage control circuit coupled to the pressure regulation system, the pressure measuring device, and the ion beam current measuring device. The dose control circuit operates to calculate a correction value (“K” value) that correlates the ionized beam current with the effective ion beam current for a particular test gas during the calibration operation, and simulates the residual gas predicted during the productive operation.

이온 주입기 조사량 제어 회로는 선택된 기체(또는 기체 혼합물)을 사용하여 복수의 압력값들 사이에서 제1 압력을 변화시키고, 각 압력값에 대하여 대응하는 이온화된 빔 전류값(즉, 패러데이 케이지 전류)를 결정함으로써 보정값을 계산한다. 곡선 맞춤 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여, 조사량 제어 회로는 측정된 압력의 데이터 포인트 대 패러데이 케이지 이온 빔 전류(If)에 기능을 맞추고, 테스트 기체에 대한 K 계수를 결정한다. 선택된 테스트 기체는 생산적 운전중에 이온 주입기 내부 영역에 존재하는 것으로 예측되는 잔여 기체의 하나 이상의 구성 성분을 복제할 것이다.The ion implanter dosage control circuit uses a selected gas (or gas mixture) to vary the first pressure between the plurality of pressure values and to produce a corresponding ionized beam current value (ie Faraday cage current) for each pressure value. Calculate the correction value by making a decision. Using curve fitting data analysis software, the dose control circuit functions to match the data point to Faraday cage ion beam current I f of the measured pressure and determine the K-factor for the test gas. The selected test gas will replicate one or more components of the residual gas that are expected to be present in the region inside the ion implanter during productive operation.

조사량 제어 회로는 유효 이온 빔 전류를 계산하기 위해 생산적 운전중에 하나 이상의 소정의 보정값, 측정된 주입 챔버 압력 및 측정된 이온화 빔 전류를 사용하여 복수의 공작물의 각각에 의해 수용되는 이온 조사량을 제어하도록 동작한다. 하나 이상의 K 값이 유효 이온 빔 전류를 계산하기 위해 사용되는 경우, K 값에 대응하는 각 기체 성분에 의해 차지되는 주입기 내부 영역의 총압력의 비에 관해서 근사가 이루어져야 한다.The dose control circuit is adapted to control the dose of ion received by each of the plurality of workpieces using one or more predetermined correction values, measured injection chamber pressure, and measured ionization beam current during productive operation to calculate the effective ion beam current. It works. If more than one K value is used to calculate the effective ion beam current, an approximation must be made with respect to the ratio of the total pressure of the region inside the injector occupied by each gas component corresponding to the K value.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부하는 도면과 관련하여 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다.These and other objects, features, and advantages of the present invention will be better understood from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention described in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 이온 빔 주입기의 개략적인 평면도.1 is a schematic plan view of an ion beam implanter of the present invention.

도 2는 도 1의 이온 빔 주입기의 선택된 구성 부품의 개략적인 사시도.FIG. 2 is a schematic perspective view of selected components of the ion beam implanter of FIG. 1.

도 3a는 도 1의 3A-3A 선으로 표시된 평면으로부터 보여지는 바와 같이 이온 빔 조사량 측정 및 보정 어셈블리의 단면도.3A is a cross-sectional view of the ion beam dosage measurement and correction assembly as seen from the plane indicated by lines 3A-3A in FIG. 1.

도 3b는 이온 빔 조사량 측정 및 보정 어셈블리의 다른 단면도.3B is another cross-sectional view of the ion beam dosage measurement and correction assembly.

도 4는 도 1의 이온 빔 주입기의 주입 챔버내의 압력을 시간의 함수로서 나타낸 그래프.4 is a graph showing the pressure in the injection chamber of the ion beam implanter of FIG. 1 as a function of time.

도 5는 이온화된 이온 빔 전류 대 유효 빔 전류의 비(I+/IT)를 주입 챔버 압력(P)의 함수로서 나타낸 그래프.5 is a graph showing the ratio of ionized ion beam current to effective beam current (I + / I T ) as a function of injection chamber pressure (P).

도 6은 이온화된 이온 빔 전류(I+)를 크세논 테스트 기체에 대한 주입 위치 압력(P)의 함수로서 나타낸 그래프.FIG. 6 is a graph showing ionized ion beam current (I + ) as a function of injection site pressure (P) for xenon test gas.

이온 빔 주입기(10)의 구조Structure of Ion Beam Injector 10

이온 빔 주입기는 도 1에 10으로 전체적으로 도시되어 있다. 주입기(10)는 「L」형 지지부에 장착되어 빔 경로를 주입 또는 단부 위치(16)까지 관통하는 이온 빔(14)을 형성하는 이온을 제공하는 이온 소스(12)를 포함한다. 제어 전자 장치(20으로 개략적으로 도시)는 주입 위치(16)의 주입 영역 또는 챔버(22)내의 복수의 반도체 웨이퍼 공작물(21)(도 2)에 의해 수용되는 이온 조사량을 모니터링 및 제어하기 위해 제공된다. 제어 전자 장치(20)로의 조작자 입력은 사용자 콘솔(67)을 통해 실행된다.The ion beam implanter is shown generally at 10 in FIG. 1. The injector 10 includes an ion source 12 that is mounted to a "L" shaped support and provides ions to form an ion beam 14 that penetrates the beam path to an implant or end position 16. The control electronics 20, schematically illustrated, provides for monitoring and controlling the amount of ion dose received by the plurality of semiconductor wafer workpieces 21 (FIG. 2) in the implant region or chamber 22 of the implant location 16. do. Operator input to the control electronics 20 is executed via the user console 67.

이온 소스 하우징(12)은 주입 챔버(22)내의 회전 및 병진 디스크형 지지부(90)상에 배치되는 웨이퍼 공작물(21)에 충돌하는 이온 빔(14)을 발생한다. 비록 회전, 병진 지지부(24)가 개시되어 있지만, 본 발명은 「직렬」 이온 빔 주입기에 동일하게 적용 가능하는 것, 즉, 이온 빔이 고정된 공작물의 표면상에 주사하도록 지향되는 것을 또한 이해할 것이다. 이온 빔(14)내의 이온은 이온 소스(12)및 주입 위치(16) 사이의 거리를 통과하는 빔으로서 발산하기 쉽다. 이온 소스(12)는 소스 물질이 주입되는 내부 영역을 한정하는 플라즈마 챔버(28)를 포함한다. 소스 물질은 이온화 가능 기체 또는 기체화된 소스 물질을 포함할 수도 있다. 고체 형태의 소스 물질은 기화기로 침전된 후 플라즈마 챔버(28)에 주입된다. n형 비고유 웨이퍼 물질이 요구되는 경우, 붕소(B), 갈륨(Ga) 또는 인듐(In)이 사용될 것이다. 갈륨 및 인듐은 고체 소스 물질인 반면에, 붕소는 일반적으로 붕소 트리플루오라이드(BF3) 또는 디보란(B2H6)의 기체로서 플라즈마 챔버(28)로 주입되는데, 그 이유는 붕소의 기체 압력이 고체 붕소를 단순히 가열하여 쓸 수 있는 압력을 생성하기에는 너무 낮기 때문이다.The ion source housing 12 generates an ion beam 14 that impinges on the wafer workpiece 21 disposed on the rotating and translational disk-like support 90 in the injection chamber 22. Although a rotating, translational support 24 is disclosed, it will also be understood that the invention is equally applicable to a "serial" ion beam implanter, ie that the ion beam is directed to scan onto the surface of a fixed workpiece. . Ions in ion beam 14 are likely to diverge as a beam passing through the distance between ion source 12 and implantation location 16. Ion source 12 includes a plasma chamber 28 that defines an interior region into which the source material is implanted. The source material may comprise an ionizable gas or a gasified source material. The source material in solid form is deposited into the vaporizer and then injected into the plasma chamber 28. If n-type non-native wafer materials are desired, boron (B), gallium (Ga) or indium (In) will be used. Gallium and indium are solid source materials, while boron is generally injected into the plasma chamber 28 as a gas of boron trifluoride (BF 3 ) or diborane (B 2 H 6 ), because the gas of boron This is because the pressure is too low to produce a pressure that can be simply heated by heating solid boron.

p형 비고유 물질이 생산될 필요가 있는 경우, 적절한 소스 물질은 소스 기체 아르신(AsH3) 및 포스핀(H3P) 및 기체화된 고체 안티몬(Sb)을 포함한다. 플라즈마 챔버(28)내에 양으로 대전된 이온을 발생하기 위해 소스 물질에 에너지가 인가된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 양으로 대전된 이온은 플라즈마 챔버(28)의 개방측 위의 덮개판(30)내의 타원 아크 슬릿(29)을 통해 플라즈마 챔버(28)에서 출사된다.If a p-type non-native material needs to be produced, suitable source materials include source gases arsine (AsH 3 ) and phosphine (H 3 P) and gasified solid antimony (Sb). Energy is applied to the source material to generate positively charged ions in the plasma chamber 28. As can be seen in FIG. 2, positively charged ions exit the plasma chamber 28 through an elliptic arc slit 29 in the cover plate 30 on the open side of the plasma chamber 28.

생산적 운전중에, 즉, 반도체 웨이퍼 공작물(21)에 이온 빔(14)이 충돌되어 이온이 주입될 때, 이온 빔(14)은 진공 경로를 통해 이온 소스(12)로부터 또한 진공으로 되는 주입 챔버(22)로 이동한다. 빔 경로의 진공은 한쌍의 진공 펌프(31)를 포함하는 압력 조절 시스템(55)에 의해 제공된다. 본 발명에 따라서 구성된 이온 소스(12)의 하나의 응용은 「낮은」 에너지 주입기이다. 이러한 형태의 주입기의 이온 빔(14)은 자체의 빔 경로를 통해 분산하기 쉬우므로, 주입기(10)는 소스(12)로부터 주입 챔버(22)까지 비교적 「짧은」 경로를 갖도록 설계된 바 있다.During productive operation, i.e., when the ion beam 14 impinges upon the semiconductor wafer workpiece 21 and ions are implanted, the ion beam 14 is also vacuumed from the ion source 12 via the vacuum path. Go to 22). The vacuum of the beam path is provided by a pressure regulating system 55 comprising a pair of vacuum pumps 31. One application of the ion source 12 constructed in accordance with the present invention is a "low" energy injector. Since the ion beam 14 of this type of injector is easy to disperse through its beam path, the injector 10 has been designed to have a relatively "short" path from the source 12 to the injection chamber 22.

플라즈마 챔버(28)내의 이온은 플라즈마 챔버 덮개판(30)의 아크 슬릿(29)을 통해 추출되고, 빔 형성 및 지향 구조(50)에 의해 이온 소스(12)와 주입 위치(16) 사이의 거리를 가로지르는 이온 빔(14)으로 형성된다. 빔 형성 및 지향 구조(50)는 질량 분석 또는 분해 자석(32) 및 전극(34)의 세트를 포함한다. 플라즈마 챔버 이온은 지지부(24)에 고정되는 질량 분석 자석(32)을 향해 플라즈마 챔버에 인접한 전극(34)의 세트에 의해 가속된다. 전극(34)의 세트는 플라즈마 챔버 내부로부터 이온을 추출하여 질량 분석 자석(32)에 의해 속박되는 영역으로 이온들을 가속시킨다. 자석 영역을 통과하는 이온 빔 경로는 알루미늄 빔 가이드(36)에 의해 속박된다. 생산적 운전중에, 빔 형성 및 지향 구조(50)에 의해 한정되는 내부 영역(52)(도 1)은 상기 펌프(31)에 의해 진공으로 된다.Ions in the plasma chamber 28 are extracted through the arc slit 29 of the plasma chamber cover plate 30 and the distance between the ion source 12 and the implantation position 16 by the beam forming and directing structure 50. It is formed by the ion beam 14 across. Beam forming and directing structure 50 includes a mass spectrometer or resolution magnet 32 and a set of electrodes 34. The plasma chamber ions are accelerated by a set of electrodes 34 adjacent to the plasma chamber towards the mass spectrometer magnet 32, which is fixed to the support 24. The set of electrodes 34 extracts ions from within the plasma chamber to accelerate the ions to the area bound by the mass spectrometry magnet 32. The ion beam path through the magnet region is bound by the aluminum beam guide 36. During productive operation, the interior region 52 (FIG. 1) defined by the beam forming and directing structure 50 is vacuumed by the pump 31.

이온 빔(14)을 구성하는 이온은 이온 소스(12)로부터 질량 분석 자석(32)에 의해 셋업되는 자계로 이동한다. 질량 분석 자석(32)에 의해 생성된 자계의 강도 및 방향은 자석 커넥터(40)(도 1)에 접속되어 자석의 자계 권선을 통과하는 전류를 조정하는 제어 전자 장치(20)에 의해 제어된다.Ions constituting the ion beam 14 move from the ion source 12 to a magnetic field set up by the mass spectrometry magnet 32. The strength and direction of the magnetic field generated by the mass spectrometry magnet 32 is controlled by the control electronics 20 connected to the magnet connector 40 (FIG. 1) to adjust the current passing through the magnetic field winding of the magnet.

질량 분석 자석(32)은 적절한 질량 대 전하비를 갖는 이온만을 이온 주입 위치(16)에 도달하게 한다. 플라즈마 챔버(28)내의 소스 물질의 이온화는 원하는 원자 질량을 갖는 양으로 대전된 이온의 종류를 발생한다. 그러나, 원하는 종류의 이온에 추가하여, 이온화 처리는 적절한 원자 질량과 다른 원자 질량을 갖는 이온의 일부를 또한 발생한다. 적절한 원자 질량 이상 또는 이하의 원자 질량을 갖는 이온은 주입하는데 부적합하다.The mass spectrometry magnet 32 allows only the ions with the appropriate mass to charge ratio to reach the ion implantation position 16. Ionization of the source material in the plasma chamber 28 generates a kind of charged ions in an amount having a desired atomic mass. However, in addition to the desired kind of ions, the ionization treatment also generates some of the ions having an atomic mass different from the appropriate atomic mass. Ions having an atomic mass above or below the appropriate atomic mass are unsuitable for implantation.

질량 분석 자석(32)에 의해 발생되는 자계는 이온 빔(14)내의 이온을 만곡된 궤도내에서 이동되게 한다. 제어 전자 장치(20)에 의해 설정되는 자계는 원하는 이온 종류의 원자 질량과 동일한 원자 질량을 갖는 이온만이 주입 위치 주입 챔버(22)까지 만곡된 빔 경로를 통과하게 하기 위한 것이다.The magnetic field generated by the mass spectrometry magnet 32 causes the ions in the ion beam 14 to move in a curved orbit. The magnetic field established by the control electronics 20 is such that only ions having an atomic mass equal to the atomic mass of the desired ion species pass through the curved beam path to the injection position injection chamber 22.

질량 분석 자석(32)으로부터 하부 위치에 분해판(60)(도 1)이 있다. 분해판(60)은 유리질 흑연으로 구성되어, 이온 빔(14)내의 이온이 통과하는 연장된 개구를 한정한다. 분해판(60)에서, 이온 빔 분산, 즉, 이온 빔 엔벨로프의 폭은 생산적 운전중에 최소로 된다.In the lower position from the mass spectrometer magnet 32 is the disassembly plate 60 (FIG. 1). The decomposition plate 60 is composed of glassy graphite, and defines an extended opening through which ions in the ion beam 14 pass. In the splitter 60, the ion beam dispersion, ie the width of the ion beam envelope, is minimized during productive operation.

분해판(60)은 원하는 종류의 이온의 원자 질량과 동일하지는 않지만 가까운 원자 질량을 갖는 이온 빔(14)으로부터 불필요한 이온 종류를 제거하도록 질량 분석 자석(32)과 관련하여 기능한다. 전술한 바와 같이, 질량 분석 자석의 자계의 강도 및 방향은 제어 전자 장치(20)에 의해 설정되어, 원하는 종류의 원자 무게와 동일한 원자 무게를 갖는 이온만이 주입 위치(16)까지 소정의 원하는 빔 경로를 통과하게 한다. 원하는 이온 원자 질량보다 매우 크거나 매우 작은 원자 질량을 갖는 불필요한 종류의 이온은 급격하게 편향되어, 분해판(60)에 의해 한정되는 빔 가이드(36) 또는 슬릿 경계에 충돌한다.The decomposing plate 60 functions in conjunction with the mass spectrometry magnet 32 to remove unwanted ion species from the ion beam 14 having a near atomic mass that is not equal to the atomic mass of the desired kind of ions. As described above, the strength and direction of the magnetic field of the mass spectrometry magnet is set by the control electronics 20 such that only ions having an atomic weight equal to the atomic weight of the desired kind are desired up to the implantation position 16. Pass the path. Unnecessary kinds of ions having an atomic mass very large or very small than the desired ion atomic mass are sharply deflected and impinge on the beam guide 36 or slit boundary defined by the decomposing plate 60.

빔 형성 및 지향 구조(50)는 또한 당업계에서 전자 샤워로 통칭되는 빔 중화기(74)를 포함한다. 플라즈마 챔버(28)로부터 추출된 이온은 양으로 대전된다. 이온상에 양전하가 웨이퍼의 주입전에 중화되지 않은 경우, 도핑된 웨이퍼는 순수한 양전하를 나타낸다. 그러한 웨이퍼 공작물상의 순수한 양전하는 불필요한 특성을 갖는다.Beam forming and directing structure 50 also includes a beam neutralizer 74, commonly referred to in the art as an electronic shower. The ions extracted from the plasma chamber 28 are positively charged. If the positive charge on the ion is not neutralized prior to the implantation of the wafer, the doped wafer exhibits a pure positive charge. Pure positive charge on such a wafer workpiece has unwanted properties.

빔 중화기(74)의 하단부는 반도체 웨이퍼 공작물(21)에 이온이 주입되는 주입 챔버(22)에 인접하고 있다. 디스크형 반도체 웨이퍼 공작물 지지부(90)가 주입 챔버내에 지지되어 있다. 처리될 웨이퍼 공작물(21)은 웨이퍼 지지부(90)의 외부 에지 근처에 위치되고, 상기 지지부는 모터(92)에 의해 일정한 각속도로 회전된다. 모터(92)의 출력 샤프트는 벨트(96)에 의해 지지부 구동 샤프트(94)에 결합된다. 이온 빔(14)은 원형 경로내에서 회전하면서 웨이퍼 공작물에 충돌한다. 스테퍼(stepper) 모터(98)는 또한 지지부(90)를 수직으로(도 2에 화살표 「A」로 표시) 병진 운동시키도록 리드 스크류(99)를 구동시킨다. 이것은 생산적 운전중에 반도체 웨이퍼의 복수의 행이 주입되게 한다. 상기 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 조사량은 제어 전자 장치(20)의 제어하에 지지부(90)의 병진 속도에 의해 결정된다. 주입 위치(16)는 가요성 벨로우즈(bellows)(100)에 의해 빔 중화기 하우징(75)에 대하여 피벗 가능하다(도 1).The lower end of the beam neutralizer 74 is adjacent to the injection chamber 22 into which ions are implanted into the semiconductor wafer workpiece 21. The disk-shaped semiconductor wafer workpiece support 90 is supported in the injection chamber. The wafer workpiece 21 to be processed is located near the outer edge of the wafer support 90, which is rotated at a constant angular velocity by the motor 92. The output shaft of the motor 92 is coupled to the support drive shaft 94 by a belt 96. The ion beam 14 impinges on the wafer workpiece while rotating in a circular path. The stepper motor 98 also drives the lead screw 99 to translate the support 90 vertically (indicated by arrow "A" in FIG. 2). This allows multiple rows of semiconductor wafers to be implanted during productive operation. The amount of ion irradiation received by the workpiece 21 is determined by the translational speed of the support 90 under the control of the control electronics 20. The injection position 16 is pivotable relative to the beam neutralizer housing 75 by flexible bellows 100 (FIG. 1).

이온 빔 조사량 제어 어셈블리(65)Ion Beam Dose Control Assembly (65)

이온 주입기(10)는 신규의 이온 빔 조사량 제어 어셈블리(65)를 포함한다(도 2). 상기 조사량 제어 어셈블리(65)는 2개의 모드, 즉, 보정 모드 및 생산적 운전모드에서 작용한다. 보정 모드에서, 보정 회로(56)는 특정 테스트 기체에 대해 K 값으로 칭해지는 보정 상수값을 얻는데 이용된다. 다른 보정 K 값은 생산적 운전중에 기대되는 잔여 기체의 혼합에 의존하는 다른 테스트 기체에 대해 보정 회로(56)에 의해 계산될 수 있다. 생산적 운전중에, 조사량 제어 회로(66)는 상기 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 조사량을 정확하게 제어하기 위해 하나 이상의 K 값을 이용한다. 필수적으로, 조사량 제어 회로(66)는 생산적 운전중에 주입 처리에서 이온 빔 주입기 내부 영역(52)내의 잔여 기체의 영향을 보상하기 위해 보정 상수, 즉 K 값을 사용한다.The ion implanter 10 includes a novel ion beam dosage control assembly 65 (FIG. 2). The dose control assembly 65 operates in two modes, a calibration mode and a productive mode of operation. In the correction mode, the correction circuit 56 is used to obtain a correction constant value called a K value for a particular test gas. Other correction K values may be calculated by the correction circuit 56 for other test gases that depend on the mixing of residual gas expected during productive operation. During productive operation, the dose control circuit 66 uses one or more K values to precisely control the amount of ion dose received by the workpiece 21. Essentially, the dose control circuit 66 uses a correction constant, or K value, to compensate for the influence of residual gas in the ion beam implanter internal region 52 in the implantation process during productive operation.

보정 모드중에 선택된 테스트 기체는 생산적 운전중에 존재되는 것으로 기대되는 하나 이상의 잔여 기체를 복제하도록 설계된다. 펌프(31)가 생산적 운전중에 빔 형성 및 지향 구조 내부 영역(52)을 진공으로 만들지만, 잔여 기체들이 남는다. 각 잔여 기체는 생산적 운전중에 다른 방식으로 공작물 이온 주입에 영향을 준다. 내부 영역(52)내의 잔여 기체의 체적 및 특성에 의존하여, 주입에 대한 잔여 기체의 영향은 중요할 수도 중요하지 않을 수도 있다. 잔여 기체의 기대되는 체적 및 특성이 생산적 운전중에 그 영향을 고려하는 것이 바람직한 경우, 그 기체에 대응하는 K 값은 이전의 보정 운전중에 메모리(57)에서 계산되어 저장되며, 그 값은 생산적 운전중에 주입 조사량을 제어하기 위해 조사량 제어 회로(66)에 의해 사용된다.The test gas selected during the calibration mode is designed to replicate one or more residual gases expected to be present during productive operation. The pump 31 vacuums the beam forming and directing structure internal region 52 during productive operation, but residual gases remain. Each residual gas affects workpiece ion implantation in different ways during productive operation. Depending on the volume and properties of the residual gas in the interior region 52, the influence of the residual gas on the injection may or may not be important. If it is desired to take into account the effect of the expected volume and properties of the residual gas on productive operation, the K value corresponding to that gas is calculated and stored in memory 57 during the previous calibration operation, and the value is stored during the productive operation. It is used by the dose control circuit 66 to control the injection dose.

조사량 제어 어셈블리(65)는 이동 가능 제한판(70)을 포함한다. 제한판(70)은 패러데이 플래그(72)의 일단부에 부착되어 레버 어셈블리(76)에 의해 이온 빔빔 라인 내부로 및 외부로 이동 가능하다. 도 3a 및 도 3b에서, 바람직하게 유리질 흑연으로 제조되는 제한판(70) 및 흑연으로 코팅된 금속인 패러데이 플래그(72)는 이온 빔 빔 라인의 외부에 있다. 도 2에서, 제한판(70)은 빔 라인내에 있다. 당업자는 패러데이 플래그(72)에 부착되는 것과 다른 제한판(70)의 다른 구성이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 중요한 것은 제한판(70)이 빔 라인(14)의 내부 및 외부로 선택적으로 이동 가능하다는 것이다. 보정 모드에서 주입기(10)의 동작중에 빔 라인(14)으로 이동될 때, 이온 빔(14)은 제한판(70)의 공동 또는 개구(71)를 통해 지향 또는 분해되며, 또한 제한판(70)이 빔 라인(14)내에 있을 때, 제한판은 주입기 내부 영역(52)내에 2개의 부영역을 형성하는 빔 형성 및 지향 구조(50)의 일부와 인접한다.The dose control assembly 65 includes a movable limit plate 70. The limiting plate 70 is attached to one end of the Faraday flag 72 and is movable by the lever assembly 76 into and out of the ion beam beam line. 3A and 3B, the limiting plate 70, preferably made of glassy graphite, and the Faraday flag 72, which is a metal coated with graphite, are outside of the ion beam beam line. In FIG. 2, the limiting plate 70 is in the beam line. Those skilled in the art will appreciate that other configurations of restriction plates 70 other than those attached to Faraday flag 72 are possible. Importantly, the limiter 70 is selectively movable into and out of the beam line 14. When moved to the beam line 14 during operation of the injector 10 in the calibration mode, the ion beam 14 is directed or disassembled through the cavity or opening 71 of the limiting plate 70, and also the limiting plate 70. Is within the beam line 14, the limiting plate is adjacent to a portion of the beam forming and directing structure 50 that forms two subregions within the injector internal region 52.

조사량 제어 어셈블리(65)는 또한 이온 빔 전류 측정 장치, 바람직하게는 패러데이 케이지(110) 및 압력 측정 장치, 바람직하게는 주입 챔버(22)내에 배치되는 이온 게이지(114)(도 2)를 포함한다. 조사량 제어 어셈블리(65)는 압력 조절 시스템(55)의 일부인 한쌍의 기체 흐름 펌프(120, 122)(도 1)를 더 포함한다. 조사량 제어 어셈블리(65)는 또한 보정 회로(56), 메모리(58), 압력 보상 조사량 제어 회로(66) 및 모터 제어 시스템(68)을 포함하며, 이들 모두는 제어 회로(20)의 일부이다.The dose control assembly 65 also includes an ion beam current measurement device, preferably a Faraday cage 110 and an ion gauge 114 (FIG. 2) disposed within the pressure measurement device, preferably the injection chamber 22. . The dose control assembly 65 further includes a pair of gas flow pumps 120, 122 (FIG. 1) that are part of the pressure regulation system 55. The dose control assembly 65 also includes a correction circuit 56, a memory 58, a pressure compensated dose control circuit 66, and a motor control system 68, all of which are part of the control circuit 20.

패러데이 케이지(110)는 공작물 지지부(90)의 뒤에 장착되고, 지지부(90)내에 형성된 슬릿(112)을 통과하는 이온 빔 전류(If)를 측정하는데 사용된다.슬릿(112)은 또한 조사량 제어 어셈블리(65)의 일부이다. 패러데이 케이지(110)는 반도체 웨이퍼 공작물(21)에 의해 수용되는 유효 이온 빔 전류(IT)의 일부만을 측정한다. 이온 빔(14)은 주로 양이온으로 구성되고, IT로 표시되는 입사 이온 전류를 갖는다. 패러데이 케이지(110)에 의해 측정되는 이온 빔 전류는 If로 표시된다. 주로 양이온 빔(14)과 내부 영역(52)의 진공 빔 라인을 따라 남아 있는 잔여 기체 원자와의 충돌은 전자가 추가되게 하거나, 이온 종류, 이온 속도 및 이온이 통과하는 기체에 의존하는 확률을 갖는 양이온의 일부로부터 제거되게 한다. 공작물(21)의 주입 표면에서의 결과적인 유효 이온 빔 전류(IT)는 다른 전하: IT=I0+I-+I++I+++...을 갖는 성분을 갖는다.The Faraday cage 110 is mounted behind the workpiece support 90 and is used to measure the ion beam current I f passing through the slit 112 formed in the support 90. The slit 112 is also used for dose control. It is part of the assembly 65. Faraday cage 110 measures only a portion of the effective ion beam current I T received by semiconductor wafer workpiece 21. The ion beam 14 is mainly composed of cations and has an incident ion current represented by I T. The ion beam current measured by Faraday cage 110 is represented by I f . The collision between the cation beam 14 and the residual gas atoms remaining along the vacuum beam line of the inner region 52 causes electrons to be added or have a probability that depends on the type of ion, ion velocity and gas through which the ion passes. Allow to be removed from some of the cations. The resulting effective ion beam current I T at the implanted surface of the workpiece 21 has a component with different charges: I T = I 0 + I − + I + + I ++ +...

여기에서, I0은 중성 입자를 포함하는 이온 빔 전류 성분,Wherein I 0 is an ion beam current component comprising neutral particles,

I-는 단독으로 대전된 음이온을 포함하는 이온 빔 전류 성분,I − is an ion beam current component comprising a negatively charged anion,

I+는 단독으로 대전된 양이온을 포함하는 이온 빔 전류 성분,I + is an ion beam current component comprising a positively charged cation,

I++는 이중으로 대전된 양이온을 포함하는 이온 빔 전류 성분이다.I ++ is an ion beam current component that includes a double charged cation.

각각의 이들 이온 빔 성분은 공작물(21)의 주입에 효율적이지만, 모두 패러데이 케이지(110)에 의해 동일하게 측정되는 것은 아니다. 패러데이 케이지 이온 빔 전류(If)는 I+, I++, I+++등을 포함하는 모두 양이온 빔 전류 성분뿐만 아니라 음이온 빔 전류 성분(I-)을 포함한다. 패러데이 케이지 이온 빔 전류(If)는 I0또는 I-를 포함하지 않는다.Each of these ion beam components is efficient for implantation of the workpiece 21, but not all are equally measured by the Faraday cage 110. Faraday cage ion beam current I f includes both anion beam current component I − as well as a cation beam current component including I + , I ++ , I +++ and the like. Faraday cage ion beam current I f does not include I 0 or I − .

생산적 운전중에 주입기 내부 영역(52)내의 잔여 기체의 주소스는 빔 중화기 하우징(75)으로 펌핑되는 빔 중화 기체이다. 일반적으로, 이것은 크세논 또는 아르곤 기체이다. 빔 중화 기체는 이온 빔(14)의 대전 제어용으로 사용된다. wn입에 의존하여, 다른 기체들은 빔 중화 기체가 포함하는 것으로 사용하는데 적합하다. 주입기(10)와 같은 주입기가 고밀도 반도체 집적 회로 칩의 생산을 용이하게 하기 위해 더 낮은 빔 에너지에서 이용될 때, 빔 중화 기체는 주입 중에 주입기 내부 영역(52)에 존재하는 잔여 기체의 대부분을 차지한다.The address of residual gas in the injector interior region 52 during productive operation is the beam neutralizing gas pumped into the beam neutralizer housing 75. In general, this is a xenon or argon gas. The beam neutralizing gas is used for charge control of the ion beam 14. Depending on the entrance, other gases are suitable for use as the beam neutralizing gas contains. When an injector such as injector 10 is used at lower beam energy to facilitate the production of a high density semiconductor integrated circuit chip, the beam neutralizing gas occupies most of the remaining gas present in the injector internal region 52 during the injection. do.

양자를 고려하면, 생산적 운전중에 주입기(10)와 같은 그러한 낮은 에너지 이온 주입기의 내부 영역의 잔여 기체의 두번째로 큰 체적은 반도체 웨이퍼 공작물에 코팅된 포토레지스트 물질의 휘발로부터 발생된 기체이다. 이온 빔이 공작물 표면에 충돌할 때, 포토레지스트 물질은 휘발 또는 기체 제거된다.Considering both, the second largest volume of residual gas in the interior region of such a low energy ion implanter, such as implanter 10, during productive operation is the gas generated from the volatilization of the photoresist material coated on the semiconductor wafer workpiece. When the ion beam impinges on the workpiece surface, the photoresist material is volatilized or degassed.

생산적 운전중에 이온 빔 내부 영역(52)내의 잔여 기체의 매우 작은 소스는 이온 소스 플라즈마 챔버(28)로부터 방출하는 소스 기체에 기인한다. 소스 기체들은 플라즈마 챔버(28)로 주입되어 이온화된다. 전극(34)의 세트는 플라즈마 챔버 커버 아크 슬릿(29)을 통해 방출하는 양으로 대전된 이온을 이온 빔 빔 라인을 따라 지향시킨다. 소량의 소스 기체는 아크 슬릿을 통해 방출하고, 이온 빔 주입기 내부 영역내의 잔여 기체의 작은 부분을 차지한다. 소스 기체의 일반적인 예는 아르신, 포스핀, 기체화된 안티몬, 디보란, 붕소 트리플루오라이드, 기체화된 갈륨 및 기체화된 인듐을 포함한다.The very small source of residual gas in the ion beam internal region 52 during productive operation is due to the source gas emitting from the ion source plasma chamber 28. Source gases are injected into the plasma chamber 28 and ionized. The set of electrodes 34 directs the positively charged ions along the ion beam beamline through the plasma chamber cover arc slit 29. A small amount of source gas is emitted through the arc slit and occupies a small portion of the remaining gas in the region inside the ion beam implanter. General examples of source gases include arsine, phosphine, gasified antimony, diborane, boron trifluoride, gasified gallium, and gasified indium.

후술되는 바와 같이, 생산적 운전중에 기대되는 잔여 기체의 혼합물은 a) 이온 빔 중화 처리에 사용되는 중화 기체를 알고, b) 공작물(21)이 포토레지스트 물질로 코팅되었는지를 알며, c) 어떤 소스 기체 또는 기체들이 사용되는지를 아는 것에 기초하여 결정될 수 있다. 보정은 스크랩되어야 하는 부적절하게 주입된 공작물과 관련된 비용을 방지하기 위해 실제 반도체 웨이퍼 공작물(21) 대신에 테스트 공작물을 사용하여 달성된다.As discussed below, the mixture of residual gases expected during productive operation a) knows the neutralizing gas used for the ion beam neutralization treatment, b) knows whether the workpiece 21 is coated with photoresist material, c) what source gas Or based on knowing whether gases are used. Calibration is accomplished using test workpieces instead of actual semiconductor wafer workpieces 21 to avoid costs associated with improperly implanted workpieces that must be scrapped.

다른 K 값은 각 테스트 기체에 대해 결정된다. 생산적 운전중에 기대되는 잔여 기체들의 혼합물이 추정되고, 각 잔여 기체에 대하여, 그 기체 성분의 기대되는 체적 및 특성이 생산적 운전중에 보상 또는 고려되기에 충분히 중요하게 되는지의 여부에 관하여 각 잔여 기체 성분에 관하여 결정이 이루어져야 한다. 즉, 각 잔여 기체 성분에 관하여, 그 기체 성분이 공작물(21)의 주입 조사량에 상당한 영향을 주는지가 결정되어야 하며, 그에 따라 조사량 제어 회로(66)에 의해 시작되는 보상 처리시에 상기 기체 성분을 포함하는 것이 바람직하게 된다. 기대되는 상당한 잔여 기체 성분에 대한 K 값이 보정 회로(56)에 의해 계산되면, 그 값은 메모리(58)에 저장되어 유효 이온 빔 전류(IT)를 결정하기 위해 조사량 제어 회로(66)에 의해 이용된다. 유효 이온 빔 전류(IT)는 주입 챔버(22)내의 측정된 압력(P) 및 패러데이 케이지 이온 전류(If)에 기초하여 조사량 제어 회로(66)에 의해계산되고, 복수의 반도체 웨이퍼 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 빔 조사량을 정확하게 제어하기 위해 조사량 제어 회로(66)에 의해 사용된다. 보정 운전은 예측되는 상당한 잔여 기체들에 대한 적절한 K 값이 보정 회로(56)에 의해 메모리(58)에 미리 저장되는 것으로 제공되는 각 생산적 운전에 필요하지 않다는 것이 이해될 것이다. 주입 위치(22)의 압력(P)은 주입 챔버(22)내에 위치되는 이온화 게이지(114)에 의해 측정된다. 제1 기체 흐름 제어기(120)(도 1)는 주입 챔버(22) 및 빔 중화기 하우징(80)에 의해 한정되는 내부 영역과 유체가 통하고 있다. 보정 회로(56)의 제어하에 동작할 때, 제1 기체 제어기(120)는 후술되는 바와 같이 보정 모드의 동작중에 주입 챔버(22)내의 테스트 기체의 압력을 도입 및 변화시킨다. 제2 기체 흐름 제어기(122)는 조사량 보정 어셈블리 하우징(80)을 통해 이온 소스(12)로부터 연장하는 빔 형성 구조(50)에 의해 한정되는 내부 영역과 유체가 통하고 있다. 보정 회로(56)의 제어하에 동작할 때, 제2 기체 제어기(122)는 보정 목적으로 이동 가능 제한판(70)으로부터 위쪽으로 빔 라인을 따라서 일정 압력 테스트 기체를 도입한다.Different K values are determined for each test gas. A mixture of residual gases expected during productive operation is estimated, and for each residual gas, each residual gas component is regarded as to whether the expected volume and properties of that gas component become sufficiently important to be compensated or considered during productive operation. Decisions must be made concerning them. That is, with respect to each residual gas component, it should be determined whether the gas component has a significant influence on the injection dose of the workpiece 21, so that the gas component is compensated for in the compensation process initiated by the dose control circuit 66. It is preferable to include. Once the K value for the expected significant residual gas component is calculated by the correction circuit 56, the value is stored in the memory 58 to the dosage control circuit 66 to determine the effective ion beam current I T. Used by. The effective ion beam current I T is calculated by the dosage control circuit 66 based on the measured pressure P in the injection chamber 22 and the Faraday cage ion current I f , and the plurality of semiconductor wafer workpieces ( 21 is used by the dose control circuit 66 to precisely control the ion beam dose received by 21). It will be appreciated that a calibration operation is not necessary for each productive operation provided that an appropriate K value for the expected significant residual gases is provided in advance in memory 58 by the correction circuit 56. The pressure P of the injection position 22 is measured by an ionization gauge 114 located in the injection chamber 22. The first gas flow controller 120 (FIG. 1) is in fluid communication with an interior region defined by the injection chamber 22 and the beam neutralizer housing 80. When operating under the control of the calibration circuit 56, the first gas controller 120 introduces and changes the pressure of the test gas in the injection chamber 22 during operation in the calibration mode as described below. The second gas flow controller 122 is in fluid communication with an interior region defined by the beam forming structure 50 extending from the ion source 12 through the dose correction assembly housing 80. When operating under the control of the correction circuit 56, the second gas controller 122 introduces a constant pressure test gas along the beam line upwards from the movable limit plate 70 for correction purposes.

제한판(70)이 부착된 패러데이 플래그(72)가 레버 어셈블리(76)에 또한 고정되어 있다(도 3a 및 도 3b). 레버 어셈블리(76)의 레버(78)는 분해 하우징(80)의 외부로 연장한다. 레버(78)는 분해 하우징(80)에 대하여 3개의 위치 사이에 피벗 가능하다. 레버(76)의 제1 위치에서, 제한판(70) 및 패러데이 케이지(72)는 이온 빔(14)의 빔 라인의 외부에 있다. 이것은 생산적 운전중의 레버(78)의 위치이며, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다.The Faraday flag 72 with the restriction plate 70 attached thereto is also fixed to the lever assembly 76 (FIGS. 3A and 3B). The lever 78 of the lever assembly 76 extends out of the disassembly housing 80. The lever 78 is pivotable between three positions with respect to the disassembly housing 80. In the first position of the lever 76, the limiting plate 70 and Faraday cage 72 are outside of the beam line of the ion beam 14. This is the position of the lever 78 during productive operation and is shown in FIGS. 3A and 3B.

레버(78)의 제2 또는 중간 위치에서, 이동 가능 제한판(70)은 이온 빔(14)의 빔 라인과 교차하도록 배치된다. 이것은 도 2에 도시되어 있다. 이온 빔(14)의 이온의 일부만이 제한판(70)의 작은 직사각형 개구(71)를 통과하도록 허용된다. 바람직한 실시예에서, 상기 개구(71)의 크기는 4.0cm×1.0mm이다. 직사각형 이외의 다른 형태의 개구(71)가 유리할 수 있음이 이해될 것이다. 제한판(70)을 통과하는 복수의 작은 홀을 포함하는 개구 영역은 어떤 조건하에서 유리함을 입증할 수 있다.In the second or intermediate position of the lever 78, the movable limiting plate 70 is arranged to intersect the beam line of the ion beam 14. This is shown in FIG. Only a portion of the ions of the ion beam 14 are allowed to pass through the small rectangular opening 71 of the limiting plate 70. In a preferred embodiment, the size of the opening 71 is 4.0 cm x 1.0 mm. It will be appreciated that other forms of openings 71 other than rectangular may be advantageous. An opening area comprising a plurality of small holes through the limiting plate 70 may prove advantageous under certain conditions.

중요하게도, 제한판(70)은 분해 하우징(80) 및 빔 중화기 하우징(75)을 브리지하는 원통형 부재(69)에 대해 밀봉한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제한판(70)은 원통형 부재(69)의 공동(69a)을 차단한다. 제한판 개구(71)의 작은 크기로 인해, 제한판(70)은 보정 모드중에 원통형 부재(69)에 대해 밀봉되고, 빔 형성 및 지향 구조(50)에 의해 한정되는 내부 영역(52)은 2개의 영역으로 분리되며, 내부 영역(52)의 상부 영역 대 내부 영역(52)의 하부 영역에서 압력차가 유지된다. 즉, 보정중에, 주입 챔버(22)(제한판(70)의 하부)는 복수의 압력 사이에서 변화 또는 스텝핑되는 반면에, 상부 영역(제한판(70)의 상부)는 일정한 압력으로 유지된다. 레버(78)의 제2 위치는 생산적 운전 이전의 주입기 동작의 보정 모드동안 선택된다.Importantly, the limiting plate 70 seals against a cylindrical member 69 that bridges the disassembly housing 80 and the beam neutralizer housing 75. As can be seen in FIG. 3, the limiting plate 70 blocks the cavity 69a of the cylindrical member 69. Due to the small size of the restrictor opening 71, the restrictor 70 is sealed against the cylindrical member 69 during the calibration mode, and the inner region 52 defined by the beam forming and directing structure 50 has 2 The pressure difference is maintained in the upper region of the inner region 52 to the lower region of the inner region 52. That is, during calibration, the injection chamber 22 (lower of the limiter 70) is changed or stepped between a plurality of pressures, while the upper region (top of the limiter 70) is maintained at a constant pressure. The second position of the lever 78 is selected during the calibration mode of injector operation prior to productive operation.

레버(78)의 제3 위치에서, 패러데이 플래그(72)는 생산적 운전 이전의 보정중에 임의의 이온 빔 특성의 측정을 허용하는 이온 빔(14)과 교차하도록 위치되고, 측정치가 만족스러울 때, 패러데이 플래그(72)는 레버(78)를 제1 위치에 피벗하여빔 라인의 외부로 이동 또는 스윙되어 이동 가능 제한판(70)과 패러데이 플래그(72)가 생산적 운전중에 빔 라인내에 있지 않게 한다.In the third position of the lever 78, the Faraday flag 72 is positioned to intersect the ion beam 14 allowing measurement of any ion beam characteristic during calibration prior to productive operation, and when the measurement is satisfactory, Faraday The flag 72 pivots the lever 78 in the first position to move or swing out of the beam line such that the movable limit plate 70 and the Faraday flag 72 are not in the beam line during productive operation.

이온 빔 조사량의 보정Correction of Ion Beam Dose

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 주입 위치 압력은 양의 포토레지스트로 덮여진 일군의 반도체 웨이퍼 공작물(21)의 펌프 다운 및 주입(예와 같이 비소를 사용함)중에 시간의 함수로서 변화한다. 주입 위치 압력은 반도체 웨이퍼 공작물(21)을 유지하는 지지부(90)의 방사형 주사에 대응하여 진동한다. 약 10의 인수의 큰 압력 변화가 공작물(21)을 가로질러 이온 빔(14)의 제1 통과중에 관측된다.As shown in FIG. 4, the injection location pressure changes as a function of time during pumping down and injection (using arsenic for example) of a group of semiconductor wafer workpieces 21 covered with positive photoresist. The injection position pressure vibrates in response to the radial scan of the support 90 holding the semiconductor wafer workpiece 21. A large pressure change of about 10 factors is observed during the first pass of the ion beam 14 across the workpiece 21.

본 발명의 조사량 제어 회로(66)는 주입 표면에서 유효 입사 이온 빔 전류(IT)를 많은 다른 대전 성분으로 분류하게 하는 전하 변화 상호 작용의 압력 의존성을 고려한다. 단독으로 이온화된 양의 전류(I+)는 패러데이 케이지(110)에 의해 측정된다. 상기에서 논급된 '217호 Farley 특허에 개시되어 있는 조사량 제어 방법이 중성 빔 전류(I0) 및 단독으로 대전된 양의 빔 전류(I+)만을 고려하는 반면에, 본 발명의 조사량 제어 방법은 유효 이온 빔 전류(IT)에 대한 압력 영향으로부터 보상할 때 분류 전류 모두를 고려한다.The dosage control circuit 66 of the present invention takes into account the pressure dependence of the charge change interaction that causes the effective incident ion beam current I T to be classified into many different charging components at the implant surface. The positively ionized amount of current (I + ) is measured by Faraday cage 110. While the dose control method disclosed in the above-mentioned '217 Farley patent only considers the neutral beam current (I 0 ) and the positively charged amount of beam current (I + ), the dose control method of the present invention All of the fractional currents are taken into account when compensating from the pressure effect on the effective ion beam current I T.

도 5는 패러데이 케이지(112)에 의해 측정되는 것으로서 단독으로 대전된 양의 전류(I+) 대 총 주입 전류(IT)의 비의 변화를 이온화 게이지(114)에 의해 측정된압력의 함수로서 나타낸다. 이 비(IT/I+)는 10-4torr의 압력에서 패러데이 케이지 전류 판독, 즉 단독으로 이온화된 양의 전류(I+)가 진성 전류의 약 80%가 되도록 10-6내지 10-4torr의 범위까지 증가하는 압력을 갖고 지수적으로 감소한다. torr는 1/760 대기압과 동일한 기압의 단위이다.5 shows the change in the ratio of positively charged positive current (I + ) to total injection current (I T ) as measured by Faraday cage 112 as a function of pressure measured by ionization gauge 114. Indicates. The ratio (I T / I +) is 10 to be in the 10-4 torr pressure about 80% of the Faraday cage current reading, that is solely the amount of current (I +) is intrinsic to the ionization current -6 to 10 -4 It decreases exponentially with increasing pressure up to the range of torr. torr is the unit of air pressure equal to 1/760 atmospheres.

당업계에 잘 공지되어 있는 바와 같이, 기체 압력이 증가할 때, 중성 전류(I0)는 증가하는 반면에 이온화된 양의 대전 전류(I+)는 평형값에 도달할 때까지 감소한다. 평형값은 이온 종류 및 속도에 주로 의존한다.As is well known in the art, when the gas pressure increases, the neutral current (I 0 ) increases while the ionized amount of charge current (I + ) decreases until the equilibrium value is reached. Equilibrium values depend mainly on ion type and rate.

보정값의 결정Determination of the correction value

이온 빔 조사량을 보정하기 위해, 즉, 하나 이상의 보정값(K 값)을 계산하기 위해, 테스트 주입기가 실제의 반도체 웨이퍼 공작물 대신 웨이퍼 지지부(90)상에 위치된다. 이것은 보정 처리중에 고비용의 반도체 웨이퍼를 못쓰게 만드는 비용을 절감한다. 레버(70)는 제2 위치로 이동되고, 그것에 의해 제한판(70)이 분해 하우징(80)과 빔 중화기 하우징(75) 사이에서 연장하는 원통형 부재(69)의 공동(69a)의 위에 놓이도록 한다.In order to correct the ion beam dosage, ie to calculate one or more correction values (K values), a test injector is placed on the wafer support 90 instead of the actual semiconductor wafer workpiece. This reduces the cost of rubbing expensive semiconductor wafers during the calibration process. The lever 70 is moved to the second position, whereby the limiting plate 70 lies on the cavity 69a of the cylindrical member 69 extending between the disassembly housing 80 and the beam neutralizer housing 75. do.

제1 기체 제어기(120)는 비교적 높은 압력의 크세논 테스트 기체를 주입 챔버(22)에 주입한다. 보정값(K)을 결정하기 위해, 주입 챔버(22)의 테스트 기체 압력(P)은 패러데이 케이지 이온 빔 전류(If)가 주입 챔버 압력(P)의 함수로서 측정되는 일련의 측정값을 허용하도록 램프 업(ramped up)된다.The first gas controller 120 injects a relatively high pressure xenon test gas into the injection chamber 22. To determine the correction value K, the test gas pressure P of the injection chamber 22 allows a series of measurements in which the Faraday cage ion beam current I f is measured as a function of the injection chamber pressure P. Ramped up.

제2 기체 흐름 제어기(122)는 제한판(70)의 내부 영역 상부에 일정한 기체 압력의 크세논 테스트 기체를 주입한다. 제한판(70)의 상부 테스트 기체는 제한판 개구(71)를 통해 주입 챔버(22)로부터의 고압 기체의 작은 누설을 없애는 기능을 한다. 임의의 경우에, 제한판(70)의 상부 저압 테스트 기체의 주입은 빔라인 영역내에 상당한 기체 제거 또는 누설이 있는 경우, 필요하지 않을 수 있다. 누설은 빔 가이드에 충돌하는 이온 빔으로 인해, 플라즈마 챔버 등으로부터 방출하는 소스 기체를 발생한다. 이온 빔 플럭스는 단위 체적당 입자의 수의 생성 및 그 평균 속도로서 정의된다. 제한판(70)의 상부 기체 압력은 보정 처리중에 일정하게 유지하기 때문에, 제한판 개구(71)를 통과하는 이온 빔 플럭스는 일정하고, 주입 챔버(22)내에서 테스트 기체 압력(P)과 함께 변화하지 않는다.The second gas flow controller 122 injects a xenon test gas of constant gas pressure over the interior region of the limiter 70. The upper test gas of the limiting plate 70 functions to eliminate small leakage of high pressure gas from the injection chamber 22 through the limiting plate opening 71. In any case, injection of the upper low pressure test gas of the restrictor 70 may not be necessary if there is significant gas removal or leakage in the beamline region. Leakage causes source gas to be emitted from the plasma chamber or the like due to the ion beam impinging on the beam guide. Ion beam flux is defined as the production of the number of particles per unit volume and their average velocity. Since the upper gas pressure of the limiting plate 70 is kept constant during the correction process, the ion beam flux passing through the limiting plate opening 71 is constant, and with the test gas pressure P in the injection chamber 22. Does not change.

주입 챔버(22)내의 테스트 기체 압력이 보정 회로(56)의 제어하에 동작하는 제1 기체 흐름 제어기(120)에 의해 스텝핑 업될 때, 조사량 제어 회로(66)는 측정된 주입 챔버 압력(P)과 일련의 압력 레벨에서의 패러데이 이온화 빔 전류(If)를 모두 저장한다. 바람직하게는, 약 20개의 데이터 포인트가 취해져서 데이터 분석 소프트웨어(57)에 의해 분석된다.When the test gas pressure in the injection chamber 22 is stepped up by the first gas flow controller 120 operating under the control of the correction circuit 56, the dosage control circuit 66 is coupled with the measured injection chamber pressure P. Stores all Faraday ionizing beam currents I f at a series of pressure levels. Preferably, about 20 data points are taken and analyzed by data analysis software 57.

도 6은 생산적 운전이 빔으로서 붕소를 갖는 10 KeV 빔 라인을 사용하여 설계된 크세논 기체의 보정 상수 또는 K 값을 나타낸다(붕소 트리플루오라이드(BF3)가 플라즈마 챔버(28)로 도입되는 소스 기체이고, 붕소 트리플루오라이드는 빔 라인(14)에 입력되는 원소 붕소로 분리된다). 특정 테스트 기체에 대하여, 패러데이 케이지(110)에 의해 측정되는 바와 같이, 이온화 빔 전류(If)는 주입 위치 압력(P)의 함수로서 표시된다. 생산적 운전중에 통상적으로 경험되는 압력 조건의 범위하에서, 아래의 수학식 2의 형태의 지수식이 데이터 포인트에 가장 적합한 연속 라인을 제공하는 것으로 밝혀진 바 있다.FIG. 6 shows the calibration constants or K values of xenon gas designed for productive operation using a 10 KeV beam line with boron as the beam (boron trifluoride (BF 3 ) is the source gas introduced into the plasma chamber 28. Boron trifluoride is separated into elemental boron which is input to beam line 14). For a particular test gas, as measured by Faraday cage 110, the ionizing beam current I f is expressed as a function of the injection position pressure P. Within the range of pressure conditions typically experienced during productive operation, it has been found that the exponential equation in the form of Equation 2 below provides the most suitable continuous line for the data point.

여기에서, K 및 A는 데이터 분석 소프트웨어(57)에 의해 결정되는 상수이다.Here, K and A are constants determined by the data analysis software 57.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 0.0 Torr의 이론적인 압력에서, 외삽된 패러데이 케이지 이온 빔 전류(If)는 유효 이온 빔 전류(IT)와 동일하다. 이러한 관계는 P=0.0 Torr에서 이온 빔(14)과 충돌하는 내부 영역내의 잔여 기체가 없기 때문에 참이어야 하며, 그에 따라 패러데이 케이지 전류는 유효 이온 빔 전류와 동일해야 한다, 즉 IT=If이다.As can be seen in FIG. 6, at a theoretical pressure of 0.0 Torr, the extrapolated Faraday cage ion beam current I f is equal to the effective ion beam current I T. This relationship must be true because there is no residual gas in the interior region colliding with the ion beam 14 at P = 0.0 Torr, whereby the Faraday cage current must be equal to the effective ion beam current, ie I T = I f . .

보정 회로(56)의 곡선 맞춤 데이터 분석 소프트웨어(57)는 패러데이 이온화 빔 전류(If)와 주입 챔버 압력(P) 사이의 K 값 상관을 추출하고, 선량 측정 보정 계수, 즉 크세논 테스트 기체에 대한 K 값을 발생한다. 크세논 테스트 기체에 대하여, 데이터 분석 소프트웨어(57)에 의해 결정되는 가장 적합한 지수식은 아래 수학식 3과 같다.The curve fitting data analysis software 57 of the calibration circuit 56 extracts the K value correlation between the Faraday ionization beam current I f and the injection chamber pressure P, and calculates the dosimetry correction factor, i.e., for the xenon test gas. Generates a K value. For the xenon test gas, the most suitable exponent determined by the data analysis software 57 is

여기에서, If는 이온화 전류(패러데이 케이지(110)에 의해 측정된 것과 같음)이고,Where I f is the ionization current (as measured by Faraday cage 110),

P는 주입 위치 압력이며,P is the injection position pressure,

크세논 기체에 대한 보정값인 K는 1658이다.The correction value K for xenon gas is 1658.

임의의 압력 범위내에서, 이온화 전류(If)와 주입 위치 압력(P) 사이의 관계의 선형 근사는 허용 가능한 근사이지만, 지수식이 가장 적합한 결과를 야기하는 것으로, 즉, 지수식에 의해 예측되는 값들로부터 값들인 실제의 이온화 전류(If)의 제곱 편차의 합을 최소화시키는 것으로 밝혀진 바 있다.Within any pressure range, the linear approximation of the relationship between the ionization current I f and the injection site pressure P is an acceptable approximation, but the exponential gives the most suitable result, i.e. From the values it has been found to minimize the sum of squared deviations of the actual ionization current I f that are values.

임의의 반도체 웨이퍼 공작물(21)은 포토레지스트 코팅을 포함할 수 있다. 그것이 사실인 경우, 다른 보정 운전이 반도체 웨이퍼 공작물(21)상의 포토레지스트 코팅으로부터 기체 제거하여 생성된 기체의 혼합물에 대응하는 K 값을 찾기 위해 다른 테스트 기체에서 실행된다. 이러한 K 값들은 모두 유효 이온 빔 전류(IT)를 계산하기 위해 조사량 제어 회로(66)에 의해 후속 생산적 운전에 사용될 것이다. 당업자라면 그러한 K 값의 계산 및 이용이 생산적 운전중에 주입기 내부 영역(52)에 존재하도록 예측되는 모든 잔여 기체 성분으로 확대될 수 있음을 이해할 것이다. 물론, 잔여 기체 성분이 조사량 제어 회로(66)에 의해 유효 이온 빔 전류(IT)의 계산에 포함되게 하기에 충분히 중요한지의 판단이 이루어져야 함을 이해할 것이다. 일부 잔여 기체 성분은 기대되는 잔여 기체의 작은 부분을 차지하고, 본 명세서에 설명된 바와 같이 보상 처리에 포함되기에 충분히 중요하지 않은 것으로 간주되도록 주입 조사량에 최소한의 영향을 갖는다. 또한, 후술되는 바와 같이, 조사량 제어 회로(66)에 의한 유효 이온 빔 전류(IT)의 계산이 하나 이상의 보정 또는 K 값을 수반하는 경우, 각각의 잔여 기체 성분에 의해 차지되는 생산적 운전중의 주입기 내부 영역(52)내의 총 압력(P) 대 그 존재가 보정되어야 하는 다른 잔여 기체 성분의 비에 관하여 근사가 이루어져야 한다.Any semiconductor wafer workpiece 21 may include a photoresist coating. If that is the case, another calibration operation is performed on the other test gas to find the K value corresponding to the mixture of gases produced by degassing from the photoresist coating on the semiconductor wafer workpiece 21. These K values will all be used for subsequent productive operation by the dose control circuit 66 to calculate the effective ion beam current I T. Those skilled in the art will appreciate that the calculation and use of such K values can be extended to all residual gas components that are expected to be present in the injector internal region 52 during productive operation. Of course, it will be appreciated that a determination should be made whether the residual gas component is important enough to be included in the calculation of the effective ion beam current I T by the dosage control circuit 66. Some residual gaseous components occupy a small fraction of the expected residual gas and have minimal impact on the injection dosage to be considered not critical enough to be included in the compensation process as described herein. Further, as described below, when the calculation of the effective ion beam current I T by the dose control circuit 66 involves one or more corrections or K values, the productive operation occupied by each residual gas component An approximation must be made with respect to the ratio of the total pressure P in the injector interior region 52 to other residual gaseous components whose presence is to be corrected.

동작의 생산적 운전 모드Productive mode of operation

생산적 운전중에, 제한판(70)은 빔 라인(14)의 외부로 이동된다. 따라서, 주입기 챔버(22)에 의해 측정되는 압력(P)은 이온 빔 주입기 내부 영역(52)의 전체에 걸쳐 존재한다. 조사량 제어 회로(66)는 생산적 운전중에 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 주입 조사량을 모니터 및 제어한다. 특히, 조사량 제어 회로(66)는 이온화 전류(If) 및 주입 위치 압력(P)을 모니터하고, 유효 이온 빔 전류(IT)를 결정하기 위해 하나 이상의 계산된 보정값(K 값)을 이용한다. IT의 계산은 빔 조사량의 정확한 제어를 보장하기 위해 생산적 운전중에 지지부(90)의 회전당 1회 갱신된다.During productive operation, the limiting plate 70 is moved out of the beam line 14. Thus, the pressure P measured by the injector chamber 22 is present throughout the ion beam injector interior region 52. The dose control circuit 66 monitors and controls the dose of ion implantation dose received by the workpiece 21 during productive operation. In particular, the dose control circuit 66 monitors the ionization current I f and the injection position pressure P and uses one or more calculated correction values (K values) to determine the effective ion beam current I T. . The calculation of I T is updated once per revolution of the support 90 during productive operation to ensure accurate control of the beam dosage.

유효 이온 빔 전류(IT)를 결정할 때, 조사량 제어 회로(66)는 모터 제어 시스템(68)에 적절한 제어 신호를 송출한다. 모터 제어 시스템(68)은 공작물(21)의균일한 주입을 유지하기 위해 모터(92)를 통해 공작물 지지부(90)의 회전의 각속도와 스테퍼 모터(98)를 통해 지지부(90)의 수직 속도를 적절하게 제어한다. 조사량 제어 회로(66)는 또한 주입 생산적 운전의 경과 시간을 모니터하고, 주입 조사량을 모니터 및 제어하기 위한 공지된 실예에 따라서 각 공작물에 대한 바람직한 또는 목표 이온 조사량이 정확하게 달성되도록 보장하기 위해 적절한 시간에 공작물(21)의 주입을 정지시킨다.When determining the effective ion beam current I T , the dosage control circuit 66 sends out an appropriate control signal to the motor control system 68. The motor control system 68 adjusts the angular speed of rotation of the workpiece support 90 through the motor 92 and the vertical speed of the support 90 through the stepper motor 98 to maintain a uniform injection of the workpiece 21. Control accordingly. The dosage control circuit 66 also monitors the elapsed time of the implant productive operation and at the appropriate time to ensure that the desired or target ion dosage for each workpiece is accurately achieved in accordance with known practice for monitoring and controlling the implant dosage. The injection of the workpiece 21 is stopped.

유효 이온 빔 전류(IT)를 계산하는 일반식은 아래 수학식 4와 같다.A general equation for calculating the effective ion beam current I T is given by Equation 4 below.

여기에서, IT는 공작물의 주입을 위한 유효 이온 빔 전류이고,Where I T is the effective ion beam current for implantation of the workpiece,

If는 이온화 전류(패러데이 케이지(110)에 의해 측정되는 것과 같음)이며,I f is the ionization current (as measured by Faraday cage 110),

K1은 생산적 운전중에 주입 위치에 존재하도록 기대되는 제1 잔여 기체에 대응하는 테스트 기체의 보정값이고,K1 is the calibration value of the test gas corresponding to the first residual gas expected to be at the injection position during productive operation,

P1은 제1 잔여 기체에 기인하는 주입 위치 압력이며,P1 is the injection position pressure attributable to the first residual gas,

K2는 생산적 운전중에 주입 위치에 존재하도록 기대되는 제2 잔여 기체에 대응하는 테스트 기체의 보정값이고,K2 is the calibration value of the test gas corresponding to the second residual gas expected to be at the injection position during productive operation,

P2는 제2 잔여 기체에 기인하는 주입 위치 압력이며,P2 is the injection position pressure due to the second residual gas,

Kn은 생산적 운전중에 주입 위치에 존재하도록 기대되는 제n 잔여 기체에 대응하는 테스트 기체의 보정값이고,Kn is the calibration value of the test gas corresponding to the nth residual gas expected to be at the injection position during productive operation,

Pn은 제n 잔여 기체에 기인하는 주입 위치 압력이다.Pn is the injection site pressure attributable to the nth residual gas.

물론, 생산적 운전중의 임의의 소정 시간(t)에 주입 챔버(22)내의 총 압력(P)은 그 시간(t)에 존재하는 분류된 잔여 기체 성분 압력의 합, 즉 P=P1+P2+…+Pn임을 이해할 것이다. 각각의 잔여 기체 성분 압력값들, 즉, P1, P2, …, Pn은 생산적 동작중의 시간(t)에서 내부 영역(52)내에 존재하는 각각의 잔여 기체 성분에 의해 야기되는 총 압력의 비례하는 분할을 추정하여 근사되어야 한다. 하나의 단순화는 총 주입 챔버 압력(P)의 각 잔여 기체 성분의 비례 분할이 생산적 운전중에 일정하게 유지하는 것으로 가정하는 것이다. 즉, P1이 주입 위치(22)에 존재하는 총 압력(P)의 40%를 차지하는 것으로 추정된 경우, 40%는 생산적 운전중의 임의의 시간(t)에서 일정하게 되도록 가정될 것이다.Of course, the total pressure P in the injection chamber 22 at any given time t during productive operation is the sum of the fractionated residual gas component pressures present at that time t, ie P = P1 + P2 +... It will be understood that + Pn. The respective residual gas component pressure values, i.e., P1, P2,... , Pn should be approximated by estimating the proportional division of the total pressure caused by each residual gas component present in the interior region 52 at time t during productive operation. One simplification is to assume that the proportional division of each residual gas component of the total injection chamber pressure P remains constant during productive operation. That is, if P1 is estimated to occupy 40% of the total pressure P present at the injection position 22, 40% will be assumed to be constant at any time t during productive operation.

물론, 소스 기체 또는 기체들의 특성 및 공작물 특성에 의존하여, 상기 전류 보정식에 사용되도록 선택된 K 값의 수는 생산적 운전중에 변화한다. 예를 들어, 소정의 생산적 운전중에, 크세논 기체 보정 K 값만을 사용하면 잔여 기체 영향을 적절히 보상하기에 충분하게 될 수 있다. 그러한 상황에서, 유효 이온 빔 전류(IT)에 대한 식은 아래 수학식으로 간략화 할 수 있다.Of course, depending on the nature of the source gas or gases and the workpiece properties, the number of K values selected for use in the current correction equations varies during productive operation. For example, during certain productive operations, using only xenon gas correction K values may be sufficient to adequately compensate for residual gas effects. In such a situation, the equation for the effective ion beam current I T can be simplified to the equation below.

여기에서, IT는 공작물의 주입을 위한 유효 이온 빔 전류이고,Where I T is the effective ion beam current for implantation of the workpiece,

If는 이온화 전류(패러데이 케이지(110)에 의해 측정되는 것과 같음)이며,I f is the ionization current (as measured by Faraday cage 110),

P는 총 주입 위치 압력이고,P is the total injection position pressure,

K는 크세논 기체의 보정값, 즉 -1658이다.K is a correction value of xenon gas, that is, -1658.

다른 생산적 운전중에, 크세논 기체 및 포토레지스트 기체 제거 보정 K 값만을 사용하면 내부 영역(52)에서 잔여 기체 영향을 적절히 보상하기에 충분하게 될 수 있는 것으로 결정될 수 있다. 그러한 상황에서, 유효 이온 빔 전류에 대한 식은 아래 수학식으로 간략화 할 수 있다.During other productive operations, it may be determined that using only xenon gas and photoresist degassing correction K values may be sufficient to adequately compensate for residual gas effects in the interior region 52. In such a situation, the equation for the effective ion beam current can be simplified to the equation below.

여기에서, IT는 공작물의 주입을 위한 유효 이온 빔 전류이고,Where I T is the effective ion beam current for implantation of the workpiece,

If는 이온화 전류(패러데이 케이지(110)에 의해 측정되는 것과 같음)이며,I f is the ionization current (as measured by Faraday cage 110),

P(크세논)는 크세논 기체를 포함하는 잔여 기체에 기인하는 주입 위치 압력이고,P (xenon) is the injection site pressure due to residual gas comprising xenon gas,

K(크세논)는 크세논 기체에 대한 보정값, 즉 1658이며,K (xenon) is the correction for xenon gas, i.e. 1658,

P(포토레지스트)는 포토레지스트 기체 제거를 포함하는 잔여 기체에 기인하는 주입 위치 압력이고,P (photoresist) is the injection site pressure due to residual gas including photoresist degassing,

K(포토레지스트)는 포토레지스트 기체 제거에 대한 보정값이다.K (photoresist) is a correction value for photoresist gas removal.

물론, 생산적 운전중의 어떤 임의의 시간(t)에서 주입기 내부 영역(52)의 총 순간 압력(P)이 내부 영역(52)내에 존재하는 모든 잔여 기체 성분으로 구성되며, 크세논 및 포토레지스트 기체 성분에 기인하는 압력만은 아님을 이해하게 될 것이다. 상기에서 나타낸 바와 같이, P=P1+P2+…+Pn이다. 상기 분석을 간략화 하기 위해, 비례 분할의 추정, 크세논 대 포토레지스트 잔여 기체들의 PS(크세논) 및 PS(포토레지스트)는 이들이 생산중에 존재하는 2개의 잔여 기체들만 있는 것으로 가정하여 이루어질 수 있다. 비례 분할은 임의의 측정된 주입기 챔버 압력(P)으로 주어지는 P(크세논) 및 P(포토레지스트)에 대한 압력값을 계산하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, PS(크세논)=70% 및 PS(포토레지스트)=30%로 추정되는 경우, 이들이 내부 영역(52)내에 존재하는 2개의 잔여 기체들인 경우, 유효 빔 전류(IT)를 계산하기 위한 목적으로, 잔여 크세논 기체 압력(P(크세논))은 아래와 같이 총 압력(P)으로부터 계산되고,Of course, at any given time t during productive operation, the total instantaneous pressure P of the injector interior region 52 consists of all residual gas components present in the interior region 52, and the xenon and photoresist gas components You will understand that pressure is not the only cause. As indicated above, P = P1 + P2 +... + Pn. To simplify the analysis, the estimation of proportional splitting, PS (xenon) and PS (photoresist) of xenon versus photoresist residual gases, can be made assuming that there are only two residual gases present in production. Proportional splitting can be used to calculate pressure values for P (xenon) and P (photoresist) given any measured injector chamber pressure (P). For example, if PS (xenon) = 70% and PS (photoresist) = 30% are estimated, if they are two residual gases present in the interior region 52, the effective beam current I T is calculated. For the purpose of doing so, the residual xenon gas pressure (P (xenon)) is calculated from the total pressure P as follows,

P(크세논)=0.70×PP (xenon) = 0.70 × P

잔여 포토레지스트 기체 압력(P(포토레지스트))는 아래와 같이 총 압력(P)으로부터 계산된다.The residual photoresist gas pressure P (photoresist) is calculated from the total pressure P as follows.

P(포토레지스트)=0.30×PP (photoresist) = 0.30 × P

본 발명은 바람직한 실시예 또는 실시예들에 대해 설명하고 있지만, 당업자는 본 발명으로부터 벗어남없이 다른 변형이 이루어질 수 있음을 인식할 것이고, 모든 변형 및 변경을 본 발명의 범위내에서 청구하도록 의도하는 것을 인식할 것이다.While the present invention has been described in terms of preferred embodiments or embodiments, those skilled in the art will recognize that other modifications may be made without departing from the invention and that all modifications and changes are intended to be claimed within the scope of the invention. Will recognize.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 이온 빔 주입기의 이온 빔에 노출되는 공작물에 주입되는 이온 조사량을 측정 및 제어하는 장치 및 방법을 얻을 수 있다.As mentioned above, according to this invention, the apparatus and method which measure and control the amount of ion irradiation which are injected to the workpiece | work exposed to the ion beam of an ion beam implanter can be obtained.

Claims (19)

이온 빔(14)을 공작물(21)을 향하여 지향시키는 이온 빔 주입기(10)에 있어서:In the ion beam implanter 10, which directs the ion beam 14 towards the workpiece 21: a) 상기 공작물이 지지되는 주입 챔버(22)를 한정하는 주입 위치(16)와;a) an injection position (16) defining an injection chamber (22) on which the workpiece is supported; b) 상기 이온 빔(14)을 발생하는 이온 소스(12)와;b) an ion source 12 generating said ion beam 14; c) 상기 이온 빔(14)이 이온 소스(12)로부터 주입 위치(16)로 이동하는 이온 빔 주입기 내부 영역(52)을 한정하는 빔 형성 및 지향 장치(50)와;c) a beam forming and directing device (50) defining an ion beam implanter interior region (52) in which said ion beam (14) moves from an ion source (12) to an implantation position (16); d) 상기 이온 빔 주입기 내부 영역(52)을 기압을 일정하게 유지하고 감압하는 압력 조절 시스템(55)과;d) a pressure regulation system (55) for maintaining a constant air pressure and reducing the pressure inside said ion beam injector (52); e) 상기 공작물(21)로 주입되는 이온의 조사량을 제어하는 조사량 제어 어셈블리(65)를 포함하며, 상기 조사량 제어 어셈블리[장치](65)는:e) a dose control assembly 65 for controlling the dose of ions injected into the workpiece 21, wherein the dose control assembly [apparatus] 65 is: 1) 상기 주입 챔버(22)내의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(114)와;1) a pressure measuring device (114) for measuring the pressure in the injection chamber (22); 2) 상기 이온 빔(14)의 이온화 전류를 측정하는 이온 빔 전류 측정 장치(110)와;2) an ion beam current measuring device (110) for measuring the ionization current of the ion beam (14); 3) 개구(71)를 갖고 생산적 운전 위치 및 보정 위치 사이에서 이동 가능한 제한판(70)을 포함하며, 생산적 운전 위치에서, 상기 제한판(70)은 이온 빔(14)의 빔 라인의 외부에 있고, 보정 위치에서, 상기 제한판(70)은 이온 빔(14)의 일부가 제한판 개구(71)를 통과하여 주입 챔버(22)로 지향되도록 이온 빔 빔 라인내에 있으며, 보정 위치에서의 제한판(70)은 주입 챔버(22)를 포함하는 제1 영역 및 제2영역으로 상기 이온 빔 주입기 내부 영역(52)을 분리하도록 상기 빔 형성 및 지향 장치(50)에 대해 밀봉하고;3) a limiting plate 70 having an opening 71 and movable between the productive driving position and the correcting position, wherein the limiting plate 70 is outside the beam line of the ion beam 14. In the calibration position, the limiting plate 70 is in the ion beam beam line such that a portion of the ion beam 14 is directed through the limiter opening 71 to the injection chamber 22 and is restricted at the calibration position. The plate 70 seals against the beam forming and directing device 50 to separate the ion beam implanter inner region 52 into a first region and a second region comprising an injection chamber 22; 4) 상기 압력 조절 시스템(55), 압력 측정 장치(114) 및 이온 빔 전류 측정 장치(110)에 결합되어, 보정 운전중에 복수의 압력값들 사이에서 상기 제1 영역내의 테스트 기체의 압력(P)을 변화시키도록 동작하고, 복수의 압력값들의 각각에 대응하는 이온화 전류값(If)을 측정하며, 이온화 전류값을 복수의 압력값과 상관시킨 보정값(K)을 계산하는 제어 회로(20)를 포함하며;4) coupled to the pressure regulation system 55, pressure measurement device 114 and ion beam current measurement device 110, the pressure P of the test gas in the first region between a plurality of pressure values during a calibration operation; Control circuit for measuring the ionization current value I f corresponding to each of the plurality of pressure values, and calculating the correction value K correlating the ionization current value with the plurality of pressure values. 20); 5) 상기 제어 회로(20)는 생산적 운전중에 유효 이온 빔 전류(IT)를 계산하기 위해 상기 보정값(K)을 사용하여 상기 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 조사량을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.5) The control circuit 20 operates to control the amount of ion dose received by the workpiece 21 using the correction value K to calculate the effective ion beam current I T during productive operation. An ion beam implanter. 제1항에 있어서, 상기 이온 빔 전류 측정 장치(110)는 패러데이 케이지인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The ion beam injector of claim 1, wherein the ion beam current measuring device is a Faraday cage. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역내의 테스트 기체는 생산적 운전중에 상기 이온 빔 주입기 내부 영역(52)내에 존재하는 적어도 하나의 잔여 기체와 동일한 혼합물을 갖는 기체로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The ion beam injector of claim 1, wherein the test gas in the first region consists of a gas having the same mixture as at least one residual gas present in the ion beam injector interior region 52 during productive operation. . 제1항에 있어서, 상기 제어 회로(20)는 이온화 전류 크기(If) 대 주입챔버(22)내의 테스트 기체 압력 크기(P)에 관한 식을 생성하여 상기 보정값(K)을 계산하기 위한 보정 회로(56)를 포함하며, 상기 식은 상기 복수의 압력값 및 대응하는 이온화 전류값에 연속적인 곡선을 맞춤하는 것에 기초하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The control circuit (20) according to claim 1, wherein the control circuit (20) generates an equation for the ionization current magnitude (I f ) versus the test gas pressure magnitude (P) in the injection chamber (22) for calculating the correction value (K). And a correction circuit (56), wherein said equation is based on fitting a continuous curve to said plurality of pressure values and corresponding ionization current values. 제4항에 있어서, 상기 연속적인 곡선은 If=A e-(KP)의 형태의 지수 곡선이고, 여기에서, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정 상수이며, A는 상수인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The method of claim 4, wherein the continuous curve is an exponential curve in the form I f = A e- (KP) , where I f is the ionization current magnitude, P is the test gas pressure magnitude in the injection chamber, and K Is a correction constant, and A is a constant. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로(20)는 유효 이온 빔 전류 크기(IT) 대 이온화 전류 크기(If), 테스트 기체 압력 크기(P) 및 보정값(K)에 관한 식을 이용하는 조사량 제어 회로(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The dose of radiation according to claim 1, wherein the control circuit 20 uses an equation relating an effective ion beam current magnitude I T to an ionization current magnitude I f , a test gas pressure magnitude P, and a correction value K. And an control circuit (66). 제6항에 있어서, 상기 식은 IT= Ife-(KP)의 형태이고, 여기에서 IT는 유효 이온 빔 전류 크기이고, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정값인 것을 특징으로 하는 이온 빔 주입기.The method of claim 6, wherein the formula is in the form of I T = I f e- (KP) , where I T is the effective ion beam current magnitude, I f is the ionization current magnitude, and P is the test gas pressure in the injection chamber. And wherein K is a correction value. 이온 빔 주입기(10)용 이온 빔 조사량 제어 어셈블리(65)에 있어서:In the ion beam dosage control assembly 65 for the ion beam implanter 10: a) 상기 주입기(10)의 공작물 이온 주입 챔버(22)내의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(114)와;a) a pressure measuring device (114) for measuring the pressure in the workpiece ion implantation chamber (22) of the injector (10); b) 상기 주입기(10)에 의해 발생되는 이온 빔(14)의 이온화 전류(If)를 측정하는 이온 빔 전류 측정 장치(110)와;b) an ion beam current measuring device (110) for measuring the ionization current (I f ) of the ion beam (14) generated by the injector (10); c) 개구(71)를 갖고 생산적 운전 위치 및 보정 위치 사이에서 이동 가능한 제한판(70)을 포함하며, 생산적 운전 위치에서, 상기 제한판(70)은 이온 빔(14)의 빔 라인의 외부에 있고, 보정 위치에서, 상기 제한판(70)은 이온 빔(14)의 일부가 제한판 개구(71)를 통과하여 주입 챔버(22)로 지향되도록 이온 빔 빔 라인내에 있으며, 보정 위치에서의 제한판(70)은 주입 챔버(22)를 포함하는 제1 영역 및 제2 영역으로 상기 주입기(10)의 내부 영역(52)을 분리하도록 상기 주입기(10)의 빔 형성 및 지향 장치(50)에 대해 밀봉하고;c) a limiting plate 70 having an opening 71 and movable between the productive operating position and the correcting position, wherein in the productive operating position, the limiting plate 70 is external to the beam line of the ion beam 14. In the calibration position, the limiting plate 70 is in the ion beam beam line such that a portion of the ion beam 14 is directed through the limiter opening 71 to the injection chamber 22 and is restricted at the calibration position. The plate 70 is provided to the beam forming and directing device 50 of the injector 10 to separate the inner region 52 of the injector 10 into a first region and a second region comprising the injection chamber 22. Seal against; d) 상기 압력 측정 장치(114), 이온 빔 전류 측정 장치(110) 및 주입기(10)의 압력 조절 시스템(55)에 효과적으로 결합되어, 보정 운전중에 복수의 압력값들 사이에서 상기 제1 영역내의 테스트 기체의 압력(P)을 변화시키도록 동작하고, 복수의 압력값들의 각각에 대응하는 이온화 전류값(If)을 측정하며, 이온화 전류값을 복수의 압력값과 상관시킨 보정값(K)을 계산하는 제어 회로(20)를 포함하며;d) effectively coupled to the pressure measuring device 114, the ion beam current measuring device 110, and the pressure regulating system 55 of the injector 10, in the first region between a plurality of pressure values during calibration operation. A correction value K which operates to change the pressure P of the test gas, measures an ionization current value I f corresponding to each of the plurality of pressure values, and correlates the ionization current value with the plurality of pressure values. A control circuit 20 for calculating e) 상기 제어 회로(20)는 생산적 운전중에 유효 이온 빔 전류(IT)를 계산하기 위해 상기 보정값(K)을 사용하여 상기 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 조사량을 제어하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.e) the control circuit 20 operates to control the amount of ion dose received by the workpiece 21 using the correction value K to calculate an effective ion beam current I T during productive operation. An ion beam dosage control assembly. 제8항에 있어서, 상기 이온 빔 전류 측정 장치(110)는 패러데이 케이지인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.9. The ion beam dosage control assembly of claim 8 wherein the ion beam current measuring device is a Faraday cage. 제8항에 있어서, 상기 제1 영역내의 테스트 기체는 생산적 운전중에 상기 이온 빔 주입기 내부 영역(52)내에 존재하는 적어도 하나의 잔여 기체와 동일한 혼합물을 갖는 기체로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.9. The ion beam dosage of claim 8, wherein the test gas in the first region consists of a gas having the same mixture as at least one residual gas present in the ion beam injector interior region 52 during productive operation. Control assembly. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로(20)는 이온화 전류 크기(If) 대 주입 챔버(22)내의 테스트 기체 압력 크기(P)에 관한 식을 생성하여 상기 보정값(K)을 계산하기 위한 보정 회로(56)를 포함하며, 상기 식은 상기 복수의 압력값 및 대응하는 이온화 전류값에 연속적인 곡선을 맞춤하는 것에 기초하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.The control circuit (20) according to claim 8, wherein the control circuit (20) generates an equation for the ionization current magnitude (I f ) versus the test gas pressure magnitude (P) in the injection chamber (22) for calculating the correction value (K). And a correction circuit (56), wherein said equation is based on fitting a continuous curve to said plurality of pressure values and corresponding ionization current values. 제11항에 있어서, 상기 연속적인 곡선은 If=A e-(KP)의 형태의 지수 곡선이고, 여기에서, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정 상수이며, A는 상수인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.The method of claim 11, wherein the continuous curve is an exponential curve in the form I f = A e- (KP) , where I f is the ionization current magnitude, P is the test gas pressure magnitude in the injection chamber, and K Is a correction constant, and A is a constant. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로(20)는 유효 이온 빔 전류 크기(IT) 대 이온화 전류 크기(If), 테스트 기체 압력 크기(P) 및 보정값(K)에 관한 식을 이용하는 조사량 제어 회로(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.9. The dose of control according to claim 8, wherein the control circuit 20 uses an equation relating an effective ion beam current magnitude (I T ) to an ionization current magnitude (I f ), a test gas pressure magnitude (P), and a correction value (K). An ion beam dosage control assembly comprising a control circuit (66). 제13항에 있어서, 상기 식은 IT= Ife-(KP)의 형태이고, 여기에서 IT는 유효 이온 빔 전류 크기이고, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정값인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 어셈블리.The method of claim 13, wherein the formula is in the form of I T = I f e- (KP) , where I T is the effective ion beam current magnitude, I f is the ionization current magnitude, and P is the test gas pressure in the injection chamber. Size, and K is a correction value. 생산적 운전중에 이온 빔 주입기(10)내의 주입 위치(16)에 배치된 공작물(21)에 의해 수용되는 이온 빔 조사량을 제어하는 방법에 있어서:In a method of controlling the amount of ion beam irradiation received by a workpiece 21 disposed at an implantation position 16 in an ion beam implanter 10 during productive operation: a) 복수의 압력값들 사이에서 상기 주입 위치(16)내의 테스트 기체의 압력(P)을 변화시키는 단계를 포함하고, 상기 테스트 기체는 생산적 운전중에 상기 이온 빔 주입기 내부 영역(52)내에 존재하는 적어도 하나의 잔여 기체와 동일한 혼합물을 갖는 기체로 구성되며;a) varying the pressure P of the test gas in the injection position 16 between a plurality of pressure values, the test gas being present in the ion beam injector interior region 52 during productive operation. Consists of a gas having the same mixture as the at least one residual gas; b) 상기 복수의 압력값의 각각에 대응하는 이온화 전류값(If)을 측정하는 단계와;b) measuring an ionization current value I f corresponding to each of said plurality of pressure values; c) 상기 이온화 전류값을 상기 복수의 압력값과 상관시킨 보정값(K)을 계산하는 단계와;c) calculating a correction value (K) that correlates the ionization current value with the plurality of pressure values; d) 유효 이온 빔 전류를 계산하기 위해 상기 보정값(K)을 사용하는 단계와;d) using said correction value (K) to calculate an effective ion beam current; e) 공작물 이온 빔 조사량을 제어하기 위해 상기 유효 이온 빔 전류(IT)를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 방법.e) using said effective ion beam current (I T ) to control a workpiece ion beam dosage. 제15항에 있어서, 상기 보정값(K)을 계산하는 단계는 이온화 전류 크기(If) 대 주입 챔버(22)내의 테스트 기체 압력 크기(P)에 관한 식을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 식은 상기 복수의 압력값 및 대응하는 이온화 전류값에 연속적인 곡선을 맞춤하는 것에 기초하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 방법.16. The method of claim 15, wherein calculating the correction value K comprises generating an equation for ionization current magnitude I f versus test gas pressure magnitude P in injection chamber 22, wherein The formula is based on fitting a continuous curve to the plurality of pressure values and corresponding ionization current values. 제16항에 있어서, 상기 연속적인 곡선은 If=A e-(KP)의 형태의 지수 곡선이고, 여기에서, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정 상수이며, A는 상수인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 방법.The method of claim 16, wherein the continuous curve is an exponential curve in the form I f = A e- (KP) , where I f is the ionization current magnitude, P is the test gas pressure magnitude in the injection chamber, and K Is a correction constant, and A is a constant. 제15항에 있어서, 상기 유효 이온 빔 전류(IT)를 계산하기 위해 상기보정값(K)을 사용하는 단계는 유효 이온 빔 전류 크기(IT) 대 이온화 전류 크기(If), 테스트 기체 압력 크기(P) 및 보정값(K)에 관한 식의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 방법.16. The method of claim 15, wherein using the correction value K to calculate the effective ion beam current I T includes the effective ion beam current magnitude I T versus the ionization current magnitude I f , a test gas. An ion beam dosage control method comprising the use of equations relating to pressure magnitude (P) and correction value (K). 제18항에 있어서, 상기 식은 IT= Ife-(KP)의 형태이고, 여기에서 IT는 유효 이온 빔 전류 크기이고, If는 이온화 전류 크기이며, P는 주입 챔버내의 테스트 기체 압력 크기이고, K는 보정값인 것을 특징으로 하는 이온 빔 조사량 제어 방법.The method of claim 18, wherein the formula is in the form of I T = I f e- (KP) , where I T is the effective ion beam current magnitude, I f is the ionization current magnitude, and P is the test gas pressure in the injection chamber. A magnitude, and K is a correction value.
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