KR20130111465A - 이온주입장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정한다. 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정 및 세로방향의 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈 조정의 적어도 일방을 동시에 실행한다.

Description

이온주입장치 및 그 제어방법{Ion implantation apparatus and control method thereof}
본 출원은 2012년 3월 29일에 출원된 일본 특허출원 제2012-077101호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온원(源)으로부터 인출된 이온빔을 웨이퍼에 주입할 수 있는 이온주입장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이온주입장치는, 이온원, 인출전극, 질량분석자석장치, 질량분석슬릿, 빔스캐너, 빔평행화장치, 가속/감속장치, 각도에너지필터(AEF: Angular Energy Filter)장치, 웨이퍼처리실, 빔계측장치 등을 빔라인을 따라 배치한 구성을 구비하고 있고, 이온원으로부터 인출된 이온빔에 의하여, 반도체 기판인 웨이퍼에 이온주입하기 위하여 사용되고 있다.
통상, 빔스캐너에 의하여 웨이퍼를 이온빔으로 왕복스캔한 후에 평행화되는 스캔이온빔의 빔전류량 및 빔의 세로방향(Y방향), 가로방향(X방향)의 프로파일을 계측하기 위해서 여러가지 빔계측장치/방법이 제안되고 있다. X방향, Y방향은 각각, X축방향, Y축방향과 동일한 의미이다.
빔스캐너에 의하여 이온빔을 일(一)축방향, 예컨대 수평방향에 관하여 왕복주사(패스트(fast)스캔 혹은 빔스캔 또는 X스캔으로 불리는 경우가 있음)시키는 한편, 메커니컬 Y스캔장치에 의하여 웨이퍼를 상기 일축방향에 직각인 방향, 예컨대 연직방향으로 왕복이동(슬로우(slow)스캔 혹은 메커니컬 Y스캔으로 불리는 경우가 있음)시키는 하이브리드식 이온주입장치가 알려져 있다. 이러한 이온주입장치에 있어서, 빔계측 및 빔전류제어방법의 일례로서는, 이동식의 패러데이컵에 의한 계측과 빔편향장치에 의한 빔스캔제어를 이용하는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 1). 이 빔계측 및 빔스캔제어에 의한 빔전류제어방법에서는, 패러데이컵을 이온빔의 스캔경로를 따라 이동시키면서 패러데이컵에 입사하는 스캔이온빔의 빔전류를 계측하고, 그 후, 조정된 이온빔을, 이온주입이 행해지는 웨이퍼 지지위치인 이온주입위치의 편측(片側)에서 계측한다. 여기서, 이온주입위치의 편측이라는 것은, 웨이퍼의 이온주입영역에 대하여 Y방향에 평행한 웨이퍼의 직경으로 2분할되는 2개의 분할이온주입영역의 일방의 측을 의미한다.
이 빔계측 및 스캔제어에 의한 빔전류제어방법에서는, 이온주입 개시 전에, 빔라인 상의 임의의 위치에서 이동식의 패러데이컵을 이온빔의 스캔경로를 따라 이동시키면서 패러데이컵에 입사하는 스캔이온빔의 빔전류를 계측하고, 그 후, 조정된 스캔이온빔의 빔전류량을 이온주입위치의 편측에 배치한 편측빔전류측정기에 의하여 계측하고 있다. 빔전류량은, 편측빔전류측정기에서만 계측하고 있다. 이동식의 패러데이컵은 또한, 스캔이온빔의 가로방향(X방향)의 프로파일(및 스캔이온빔의 세로방향(Y방향)의 프로파일)의 계측은 하고 있지 않다.
또한, 상술한 빔전류제어방법에서는, 스캔이온빔을 이동식의 패러데이컵과, 이온주입위치의 편측에 고정배치한 편측빔전류측정기로 계측하고 있는 것이 된다. 그러나, 상술한 빔전류제어방법에서는, 편측빔전류측정기가 고정배치이기 때문에, 이온주입위치의 편측과는 반대측의 위치에 있어서의 빔계측, 및 이온주입위치에 있어서의 스캔범위에서의 빔계측을 할 수 없어, 빔계측 및 스캔제어에 의한 빔전류제어에 제한이 생겨, 고정밀도 계측의 요구에 대한 방해의 한 요인이 되고 있다.
따라서, 빔계측과 빔전류제어의 정밀도를 좋게 하기 위한 빔계측방법의 예로서, 이온주입위치인 웨이퍼 지지플래튼보다 전방(상류측)의 스캔 양측 사이드 위치와, 웨이퍼 지지플래튼보다 후방의 빔라인의 최후방 위치의 빔스캔범위에 있어서, 고정배치한 패러데이컵에 의하여 그 곳에 입사하는 빔을 계측하는 방법이 제안되고 있다(특허문헌 2).
일본 특허공보 제 3153784호 일본 특허공보 제 3257205호
특허문헌 1의 빔계측방법에서는, 스캔이온빔을 이동식의 패러데이컵과 이온주입위치의 편측에 고정배치한 편측빔전류측정기에 의하여 계측하도록 구성하고 있다. 그러나, 이 빔계측방법에서는, 이온주입위치의 편측과, 반대측의 위치에 있어서의 빔계측, 및, 이온주입위치에 있어서의 스캔범위의 빔계측을 할 수 없어, 빔계측에 제한이 생겨, 빔계측 및 스캔제어에 의한 빔전류제어의 고정밀화에의 요구의 방해의 한 요인이 되고 있다.
한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 것은, 이온주입위치인 웨이퍼 지지플래튼보다 전방의 스캔 양측 사이드 위치와, 웨이퍼 지지플래튼보다 후방의 빔라인의 최후방 위치의 빔스캔범위에 있어서, 빔계측을 행하는 방법으로서, 빔라인 상의 이온주입위치와 그 직전, 직후에 있어서 패러데이컵에 의하여 패러데이컵에 입사하는 빔의 계측을 행하는 것에 대해서는 고려하고 있지 않다. 이로 인하여, 특허문헌 1에 특허문헌 2를 적용할 수는 없다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 방법에서는, 가로방향 이온빔 밀도의 균일도 계측, 빔전류 총량 계측, 빔의 가로방향(X방향)의 프로파일(및 빔의 세로방향(Y방향)의 프로파일) 계측이 합리적으로 이루어지고, 이온빔의 조정이 실시되어, 종합적으로 최적화 빔제어가 되도록 실행될 필요가 있었다.
하이브리드식 이온주입장치에 있어서 패스트스캔방향(가로방향)의 스캔이온빔의 가로방향 이온빔 밀도의 분포를 균일화하는 방법은, 예컨대, 특허문헌 1에 제안되고 있다. 이들 방법에서는, 어느 정도의 빔의 가로방향 스폿 사이즈의 변화를 상정하고 있지만, 빔스캔의 양단에 있어서도 빔이 타겟 상에 머무는 빔사이즈의 확대까지는 상정하고 있지 않다.
도 10에 빔사이즈가 작은 경우의 이온빔 밀도분포를 나타내고, 도 11에는 빔사이즈가 큰 것에 의하여 빔의 잔류현상이 발생하고 있는 경우의 이온빔 밀도분포를 나타낸다.
한편, 스캔이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일화에 앞서 실행되는 빔튜닝에 있어서, 빔전류치를 증가시키기만 하는 단순한 튜닝을 행하면, 빔전류를 증가시킬 수는 있어도, 이온주입위치에서의 빔의 가로방향(X방향)의 이온빔 밀도분포가 변화하여, 빔사이즈가 확대되어 버리는 경우가 있다.
스캔이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일화는 정전(靜電)식 빔스캐너인 경우, 인가하는 교류전장(삼각파)의 인가전압의 기울기(dV/dt)를 보정(증감)함으로써 실시하고 있는데, 상기와 같은 빔의 잔류현상이 발생하면 이 보정이 잘 동작하지 않아, 스캔이온빔의 가로방향 이온빔 밀도의 분포를 균일화할 수 없다. 이는, 스캔범위의 단부에 있어서의 빔전류치가 원래의 빔전류 강도 이외의 요인으로 정해지고 있기 때문에, 그 장소에서의 교류전장의 인가전압의 기울기(dV/dt)를 보정하는 것 자체에 모순이 생겨 버리기 때문이다.
이를 해결하기 위해서는, 스캔이온빔의 균일화에 앞서 실행되는 빔튜닝에 있어서, 빔전류치 이외에 정지빔의 가로방향 분포(가로방향 정지 프로파일)를 모니터하고, 빔전류치와 정지빔의 가로방향의 이온빔 밀도의 분포의 양방을 동시에 튜닝할 필요가 있다.
정지빔의 가로방향(X방향) 정지 프로파일을 측정하기 위해서는, Y방향으로 세로로 긴 가는 슬릿을 가지는 패러데이컵을 이용하여, 이를 X방향으로 기계적으로 이동시킴으로써 측정할 필요가 있다. 빔의 X방향이 빔스캐너에 의한 정전스캔, Y방향이 메커니컬 Y스캔인 하이브리드식의 이온주입장치인 경우, 빔가로방향 정지프로파일을 측정하기 위해서는 빔의 정전스캔을 멈춘 다음, 상기의 패러데이컵을 X방향으로 이동시켜 X방향 각 점에서의 정지빔강도분포를 측정하여, 빔가로방향 정지프로파일을 구할 필요가 있다.
그러나, 이 방법에서는 1점의 측정시간이 패러데이컵의 기계적인 이동시간의 제한을 받기 때문에, 측정의 고속화에 한계가 있어, 고속화가 요구되는 이온주입장치의 튜닝에 사용하는 모니터로서는 현실적이지 않다.
또한, 파라미터 튜닝에 있어서 최적화해야 할 응답이 1변량인 경우에는, 그것이 원하는 값이 되도록 파라미터를 변화시키면 되지만, 응답이 다변량인 경우에는, 그들을 합성하여 하나의 변수로 변환해야 한다.
빔스캐너에 의하여 이온빔에 의한 왕복주사를 일축방향, 예컨대 수평방향에 관하여, 어떤 패스트스캔 주파수(빔스캔(패스트스캔) 속도)로 행하는 한편, 메커니컬 Y스캔장치에 의하여 웨이퍼를 상기 일축방향에 직각인 방향, 예컨대 연직방향으로 어떤 슬로우스캔 주파수(웨이퍼 스캔속도 혹은 세로 스캔속도)로 왕복이동시키는 하이브리드식 이온주입장치에 대하여 생각한다. 이러한 하이브리드식 이온주입장치에 있어서는, 빔의 왕복주사 주파수를 가변으로 하여 왕복주사의 빔스캔속도를 변경하는 경우, 특히 저주파수측의 느린 빔스캔속도를 사용하는 경우에는, 도 12a, 도 12b에 나타내는 바와 같이, 패스트스캔 주파수(빔스캔속도)가 슬로우스캔 주파수(웨이퍼 스캔속도)에 가까워지고, 또한 Y방향의 빔사이즈가 작아지면, 각 주기의 빔스캔끼리에 의한 세로방향 빔중첩폭(중첩량)이 변화하여, 웨이퍼(타겟기판)에 대한 세로방향의 주입분포 편차의 발생에 의하여 세로방향의 이온주입분포의 균일성이 악화되어 버린다.
이를 해결하기 위해서는, 스캔이온빔의 균일화에 앞서 실행되는 빔튜닝에 있어서, 빔전류치 이외에 X방향(가로방향) 및 Y방향(세로방향) 스캔 주파수에 따라 정지빔의 세로방향의 이온빔 정지밀도(세로방향 프로파일)를 모니터하고, 세로방향의 이온주입분포가 균일하게 되도록, Y방향(세로방향) 빔사이즈를 크게 해야 한다.
이상과 같은 점을 감안하여, 본 발명의 구체적인 과제는, 튜닝이 용이한 이온주입장치 및 그 제어방법을 실현하는 것에 있다.
본 발명은, 이온원으로부터 인출전극에 의하여 인출한 이온빔을 웨이퍼에 이르는 빔라인 상을 통과하도록 구성하고, 그 빔라인을 따라, 질량분석자석장치, 질량분석슬릿, 빔스캐너, 빔평행화장치, 웨이퍼처리실, 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(메커니컬 Y스캔장치)를 배치하며, 빔라인의 웨이퍼 앞 및 근방 구간에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기(고정식 빔측정기) 및 이동식 또는 고정식의 주입위치 빔전류측정장치(이동식 또는 고정식의 빔측정장치)를 설치한 이온빔스캔 처리장치에 적용된다.
본 발명은, 이하의 구성을 취할 수 있다.
(구성 1)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 가로방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 메커니컬하게 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
(구성 2)
상기 제어장치에 의한, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 빔사이즈의 동시 조정은, 상기 설정된 빔전류량에의 조정을 우선한 동시 조정인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 이온주입장치.
(구성 3)
상기 제어장치에 의한, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 빔사이즈의 동시 조정은, 상기 가로방향 빔사이즈의 조정을 우선한 동시 조정인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 이온주입장치.
(구성 4)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
(구성 5)
상기 제어장치는, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 4에 기재된 이온주입장치.
(구성 6)
상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 빔스캐너의 스캔 주파수에 따른, 상기 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 이온주입장치.
(구성 7)
상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 메커니컬 스캔속도에 따른, 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 이온주입장치.
(구성 8)
상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 빔스캐너의 스캔 주파수와 상기 메커니컬 스캔속도에 따른, 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 이온주입장치.
(구성 9)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정, 및, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장치.
(구성 10)
상기 제어장치는, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 9에 기재된 이온주입장치.
(구성 11)
상기 제어장치는, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 가로방향 빔사이즈의 조정과, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 9에 기재된 이온주입장치.
(구성 12)
상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기는, 빔라인 상의 이온주입위치의 전후에서 빔라인의 측방에 설치되는 사이드컵 전류측정기인 것을 특징으로 하는 구성 1~11 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 13)
상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치는, 이온주입위치에 설치되는 주입위치 빔측정장치인 것을 특징으로 하는 구성 1~12 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 14)
상기 제어장치는, 개별 만족도치(値)와 합성 만족도치를 도입하여 빔전류/빔프로파일 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 구성 1~13 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 15)
빔라인의 최하류에는, 전체빔전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 최종 셋업빔을 계측하는 튜닝 패러데이컵이 배치되고,
상기 제어장치는, 상기 고정식 빔측정기로부터의 빔파형/빔전류신호, 상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치로부터의 빔파형/빔전류신호, 상기 튜닝 패러데이컵에 의하여 얻어지는 빔전류신호를 레퍼런스로서 모니터하고, 이들을 합성 만족도치의 함수를 이용하여 하나의 변량으로 변환하여, 파라미터의 튜닝을 행하는 것을 특징으로 하는 구성 1~14 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 16)
상기 제어장치는, 상기 합성 만족도치가 설정치가 되면, 모든 변량이 규격을 만족하도록 계산식을 구성하는 것을 특징으로 하는 구성 14에 기재된 이온주입장치.
(구성 17)
상기 제어장치는, 튜닝하는 파라미터의 특성에 맞추어, 상기 합성 만족도치를 복수 준비하는 것을 특징으로 하는 구성 15에 기재된 이온주입장치.
(구성 18)
상기 제어장치는, 상기 고정식 빔측정기로부터의 빔파형, 상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치로부터의 빔파형을, AD변환식 변량계측기를 통하여 받아들이도록 구성되어 있고,
상기 AD변환식 변량계측기는, 어느 시각 ti에 있어서의 빔강도 Ii(i는 0 및 양의 정수)의 형태의 파형 데이터열(t0, I0), (t1, I1)…(tn, In)을, 튜닝 제어에 이용하는 수치데이터로 변환하여 상기 제어장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 구성 15~17 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 19)
상기 AD변환식 변량계측기는, 상기 파형 데이터의 수치데이터화를, 빔강도 전체적분치의 m%(m은 미리 정해진 값)가 되는 빔폭, 빔의 피크강도, 빔강도의 전체적분치, 및 빔강도분포의 표준편차에 대하여 행하는 것을 특징으로 하는 구성 18에 기재된 이온주입장치.
(구성 20)
상기 제어장치는, 상기 개별 만족도치를, 가로축에 적정화하기 위한 응답의 하나를 취했을 때에, 그것을 충족해야 할 상하한 규격치를 설정하고, 응답이 이 상하한 규격치 사이에 들어 갔을 때에 설정치가 되는 사다리꼴형상의 함수형(trapezoidal function form)으로 하는 것을 특징으로 하는 구성 14~19 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 21)
상기 제어장치는, 합성 만족도치(D)로서 이하의 식을 이용하고
Figure pat00001
단, βn은 상기 상하한 규격치에 대한 엄격성을 표현하는 계수, αn은 각 개별 만족도치의 가중치이고, 가중치 α는 이하의 수학식 1을 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 구성 20에 기재된 이온주입장치.
Figure pat00002
(구성 22)
상기 제어장치는, 상기 합성 만족도치(D)의 값이 설정치가 되었을 때에, 모든 응답이 상기 상하한 규격치 내에 들어가 있는 것으로 하여 튜닝을 완료하는 것을 특징으로 하는 구성 21에 기재된 이온주입장치.
(구성 23)
상기 제어장치는, 상기 AD변환식 변량계측기를 통하여 받아들인 빔파형 데이터를, 복수의 입력제어를 동시에 행하는 트래킹태스크에 의하여 처리하는 것을 특징으로 하는 구성 18 또는 19에 기재된 이온주입장치.
(구성 24)
상기 제어장치는, 상기 트래킹태스크 내에서는 미리 정해진 계산식에 의하여 합성 만족도치의 계산을 행하고, 계산 결과를 당해 제어장치 내에서 공통으로 참조 가능한 테이블에 세트하는 것을 특징으로 하는 구성 23에 기재된 이온주입장치.
(구성 25)
상기 제어장치는, 설정한 하나의 변량치가 최대가 되도록 각종 장치 파라미터의 각 요소의 값을 튜닝함으로써, 설정 목표치에 대하여 원하는 적정화된 빔을 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 구성 14~24 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 26)
상기 각종 장치 파라미터의 요소의 값은, 상기 이온원에 있어서는, 플라즈마 및 열(熱)전자의 조정요소인 가스유량, 아크전류, 필라멘트전류, 아크전압, 캐소드전압, 캐소드전류의 값인 것을 특징으로 하는 구성 25에 기재된 이온주입장치.
(구성 27)
상기 각종 장치 파라미터의 요소의 값은, 상기 이온원 이후의 빔라인의 각 요소에 있어서는, 상기 이온원으로부터 이온빔을 인출하기 위한 인출전극의 위치, 상기 질량분석자석장치, X스티어러, 빔정형렌즈, 상기 빔스캐너, 빔평행화렌즈, 가속/감속장치, 각도에너지필터, 그 외 전극의 각 전류 또는 전압의 값인 것을 특징으로 하는 구성 25에 기재된 이온주입장치.
(구성 28)
상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기는, 전류적분치량을 계측하는 사이드컵 전류측정기인 것을 특징으로 하는 구성 12에 기재된 이온주입장치.
(구성 29)
상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치인 상기 주입위치 빔측정장치에 의하여, 이온빔의 세로방향 프로파일 및 가로방향 프로파일을 계측하는 것을 특징으로 하는 구성 13에 기재된 이온주입장치.
(구성 30)
상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기를, 전체빔전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 스캔이온빔을 계측하는 튜닝 패러데이컵에 의하여 구성하고, 전류적분치량을 계측하는 것을 특징으로 하는 구성 1~11 중 어느 한 항에 기재된 이온주입장치.
(구성 31)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
(구성 32)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
(구성 33)
상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것을 특징으로 하는 구성 32에 기재된 이온주입장치의 제어방법.
(구성 34)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도의 균일성을 확보하기 위한 가로방향 빔사이즈의 조정과, 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하기 위한 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
본 발명에 있어서는, 이동식 또는 고정식의 빔측정장치를 이온주입위치의 임의의 위치에 배치하여, 빔스캔된 빔파형을, 예컨대 오실로스코프와 같은 AD변환식 변량계측기를 통하여 얻음으로써, 고속으로 측정할 수 있다. 이 측정된 빔파형과 빔전류의 쌍방을 레퍼런스로 하여, 빔튜닝을 행함으로써, 빔의 잔류현상이 발생하지 않는다. 빔전류량 뿐만 아니라, 빔의 확대도 동시에 튜닝할 수 있어, 양자를 재현성 좋게 튜닝할 수 있다.
본 발명에 의하면, 빔전류량 뿐만 아니라, 빔의 확대도 동시에 튜닝하기 때문에, 빔의 가로방향 이온빔 밀도의 분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정, 및 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 단시간에 실행하는 것이 가능해진다. 또한, 양자를 재현성 좋게 튜닝할 수 있어, 튜닝이 용이한 이온주입장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1(도 1a, 도 1b)은, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치의 일례의 개략 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1a는 평면도, 도 1b는 측면도이다.
도 2(도 2a~도 2c)는, 본 발명에 의한 이온빔스캔 처리를 실현하기 위한 제어계의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 빔프로파일러를 이온주입위치의 임의의 위치에 고정배치한 상태로 스캔이온빔을 맞추었을 경우에 얻어지는 가로방향(X방향) 빔프로파일의 예를 나타낸 도면이다.
도 4a는, 본 발명에 의한 이온빔스캔 처리를 실현하기 위한 제어계 중, 제어장치와 주입위치 빔전류측정장치(빔프로파일러) 및 사이드컵 전류측정기의 접속 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4b는, 이동식 또는 고정식의 주입위치 빔전류측정장치(빔프로파일러)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4c는, 고정식의 주입위치 빔전류측정장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4d는, 이동식 또는 고정식의 주입위치 빔전류측정장치와 이온주입위치의 후방에서의 튜닝 패러데이컵에 의한 계측의 일 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(도 5a~도 5d)는, 주입위치 빔전류측정장치(빔프로파일러) 및 사이드컵 전류측정기로부터의 파형신호를, 이온빔의 튜닝 제어에 이용하기 위하여 수치화하는 경우의 4개의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은, 파라미터 튜닝에 있어서 응답(가로축)과 그 설정 상하한치 및 개별 만족도치(세로축)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 개별 만족도치를 나타내기 위한 식에 이용되고 있는, 상하한 규격치에 대한 엄격성을 표현하는 계수 βn에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 제어장치에 있어서의 처리의 하나인, 트래킹태스크에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 도 1에 나타난 사이드컵 전류측정기, 주입위치 빔전류측정장치, 및 튜닝 패러데이 내에 장비되어 있는 패러데이컵으로부터의 파형의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은, 이온빔의 가로방향 빔사이즈가 작을 때의 가로방향 이온빔 밀도분포의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은, 이온빔의 가로방향 빔사이즈가 큰 것에 의하여 빔의 잔류현상이 발생하고, 스캔범위의 단부에 있어서 가로방향 이온빔 밀도가 저하한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a는, 슬로우스캔(메커니컬 Y스캔) 주파수에 비해, 패스트스캔(X스캔) 주파수가 동일한 정도로 작고, 또한 Y방향의 세로 빔사이즈가 작은 경우에 Y방향의 이온주입 밀도의 균일성이 악화된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12b는, 도 12a와 마찬가지로, 슬로우스캔 주파수에 비하여, 패스트스캔 주파수가 동일한 정도로 작고, 또한 Y방향의 세로 빔사이즈가 작은 경우에 Y방향의 빔 밀도 균일성이 악화된 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 도 12b에서 Y방향의 세로 빔사이즈가 커지고, Y방향의 이온주입 밀도의 균일성이 양호해진 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여, 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치의 개략 구성에 대하여 설명한다. 본 발명이 적용될 수 있는 이온주입장치는, 이온원(10)으로부터 인출전극(12)에 의하여 인출한 이온빔을 웨이퍼(58)에 이르는 빔라인 상을 통과하도록 구성하고, 그 빔라인을 따라, 질량분석자석장치(22), 질량분석슬릿(28), 빔스캐너(36), 웨이퍼처리실(이온주입실)(70)을 배치하고 있다. 웨이퍼처리실(70) 내에는, 웨이퍼(58)를 지지하는 웨이퍼 지지플래튼을 구비한 웨이퍼 메커니컬 스캔장치(메커니컬 Y스캔장치)가 배치된다. 이온원(10)으로부터 인출된 이온빔은, 빔라인을 따라 웨이퍼처리실(70)의 이온주입위치에 배치된 웨이퍼 지지플래튼 상의 웨이퍼(58)에 유도된다. 빔라인의 웨이퍼 앞구간 및 웨이퍼 근방 구간(웨이퍼 전후의 가까운 위치 혹은 웨이퍼 위치, 즉 이온주입위치)에는, 이온빔을 측정하는 사이드컵 전류측정기(고정식 빔측정기)(76) 및 주입위치 빔전류측정장치(이동식 또는 고정식의 빔측정장치)(78)를 설치한다. 특히, 사이드컵 전류측정기(76)는 이온주입위치의 양측 사이드에 설치한다. 후술하는 바와 같이, 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 이온주입위치의 측정존과 퇴피위치 사이를 고정/이동/퇴피하도록 구성되어 있고, 측정존 내의 고정측정위치에 있어서의 고정식 빔측정, 또는, 측정존 내를 이동하면서 측정하는 이동식의 빔측정 중 어느 것이어도 된다.
질량분석자석장치(22)와 질량분석슬릿(28) 사이에는, 필요에 따라서, 제1 4중극 렌즈장치(자장(磁場)식 또는 정전장(靜電場)식)(제1 빔정형장치)(24)나 파크전극(빔퇴피편향장치)(26)이 배치된다. 질량분석슬릿(28)과 빔스캐너(36) 사이에는, 제2 사중극 렌즈장치(제2 빔정형장치)(30)가 필요에 따라서 배치된다. 빔스캐너(36)와 웨이퍼처리실(70) 사이에는, 빔평행화장치(40), 가속/감속장치(42), AEF(각도에너지필터)(60)가 필요에 따라서 배치된다.
도 1은, 이온빔스캔 처리장치 중, 특히 웨이퍼를 1매씩 이온주입 처리하는 매엽식(枚葉式) 이온주입장치로서, 정전장식(혹은 자장식(도시하지 않음))의 빔편향주사장치(이하, 빔스캐너(36)라고 부른다) 및 정전장식의 빔평행화장치(40)(빔평행화렌즈 혹은 패럴렐렌즈, 이하에서는 패럴렐렌즈라 부름)를 구비한 이온주입장치의 모식도이다. 특히, 도 1a는 평면도, 도 1b는 측면도이다. 이온주입장치의 구성에 대하여, 이온원(10)을 기점으로 하는 빔라인의 최상류에서부터 간단하게 예시, 설명한다.
이온원(10)의 출구측에는, 이온챔버 내에서 생성된 플라즈마로부터 이온을 이온빔으로서 가속하여 인출하는 인출전극(12)이 설치되어 있다. 이온원(10)으로부터 인출된 이온빔은, 빔라인을 따라 웨이퍼처리실(70)의 이온주입위치에 배치된 웨이퍼(58)에 유도된다. 이온원(10)의 하류에는, 인출된 이온빔으로부터 소정의 이온을 분리하고, 분리한 이온으로 이루어지는 이온빔을 인출하기 위한 질량분석자석장치(22)가 배치되어 있다. 질량분석자석장치(22)의 하류측에는, 이온빔의 단면형상을 상하(세로)방향 또는 수평(가로)방향으로 정형하는 제1 사중극 렌즈장치(24), 이온빔을 빔라인으로부터 벗어나는 방향으로 일순간에 편향하여 일시 퇴피시키는 파크전극(26)이 배치되어 있다. 질량분석자석장치(22)의 하류측에는 또한, 이온빔 중 소정의 질량의 이온으로 이루어지는 이온빔이 통과하는 질량분석슬릿(28), 이온빔의 단면형상을 정형하는 제2 사중극 렌즈장치(30)가 배치되어 있다. 파크전극(26)과 질량분석슬릿(28)은, 파크하우징(27)에 수용되어 있다. 제2 사중극 렌즈장치(30)의 하류측에는, 빔라인에 넣고 빼냄으로써 필요에 따라서 이온빔을 전체차단함과 함께 전체빔전류를 계측하는 인젝터 플래그 패러데이컵(32)이 배치되어 있다. 인젝터 플래그 패러데이컵(32)의 하류에는, 타원형 또는 원형의 단면형상을 가지는 이온빔을, 이온빔의 진행방향과 직교하는 가로방향(수평방향 혹은 X방향)으로 주기적으로 왕복 편향시키는 정전식(혹은 자기식)의 빔스캐너(36)가 배치되어 있다. 또한, 인젝터 플래그 패러데이컵(32)은, 삽입식 빔차단장치로서도 작용한다.
빔스캐너(36)의 하류측에는 정전식의 패럴렐렌즈(40)가 배치되어 있다. 패럴렐렌즈(40)는, 빔스캐너(36)에 의하여, 편향 전의 이온빔 진행방향인 빔라인방향과 직교하는 수평방향으로 편향하는 각도를 가지도록 연속적으로 편향된 이온빔을, 상기 빔라인방향에 평행이 되도록 재편향한다. 즉, 패럴렐렌즈(40)를 구성하는 복수의 각 전극간의 전계에 의하여, 빔스캐너(36)에서 수평방향으로 편향된 이온빔이, 편향 전의 이온빔 진행방향(빔라인방향)에 평행한 이온빔이 된다. 패럴렐렌즈(40)는, 자기식의 것이어도 된다.
패럴렐렌즈(40)에서 재편향된 이온빔은, 가속/감속장치(42)에 의하여 필요 빔에너지(빔의 정전 가속 에너지)로 조정된 후, AEF(60)로 보내진다. 가속/감속장치(42)는, 복수의 직선형상의 전극으로 구성되어 있고, 각 전극의 전압을 조정하여 이온빔을 가속/감속한다. 가속/감속장치(42)의 하류측에는, 하이브리드형의 AEF(60)가 배치되어 있다. AEF(60)에서는, 이온빔의 에너지에 관한 분석이 행해지고, 필요한 에너지의 이온종(種)만이 선택된다. 즉, AEF(60)는, 목적의 가속 에너지가 얻어져 있는 이온빔을 선별하는 에너지필터이다.
AEF(60)는, 자계 편향용의 자기편향전자석과 정전계 편향용의 정전편향전극을 구비하고 있다. 자기편향전자석은, 도시를 생략하고 있지만, AEF 챔버(도시하지 않음)의 상하좌우를 둘러싸도록 배치되어 있고, AEF 챔버의 상하좌우를 둘러싸는 요크부재와 그 요크부재에 권회된 상하좌우의 코일군으로 구성되어 있다. 한편, 정전편향전극은, 한 쌍의 AEF 전극(62)으로 구성되고, 한 쌍의 AEF 전극(62)은 이온빔을 상하방향으로부터 사이에 끼우도록 배치되어 있다. 자계에 의한 편향시에는, 자기편향전자석으로부터의 자계에 의하여 이온빔을 하방으로 약 10~30도 편향시켜, 목적에너지의 이온빔만을 선택할 수 있다. 한편, 정전계에 의한 편향시에는, 한 쌍의 AEF 전극(62)간에 발생하는 정전계의 작용에 의하여, 이온빔을 자계에 의한 편향과 마찬가지로 하방으로 편향시켜, 목적에너지의 이온빔만을 선택할 수 있다.
빔라인의 마지막에, 웨이퍼처리실(이온주입실 혹은 이온주입 프로세스 챔버)(70)이 있다. 웨이퍼처리실(70)은, 상술한 AEF 챔버와 연통(連通)하고 있다. 웨이퍼처리실(70) 내에는, 에너지분해 가변슬릿(SES: Selectable Energy Slit), 플라즈마샤워(모두 도시하지 않음)가 배치되어 있다. 에너지분해 가변슬릿은 복수의 슬릿면을 가지고, 슬릿면을 이온종에 따라 순차 전환함으로써, 크로스 컨태미네이션을 저감시키고 있다. 플라즈마샤워는, 저에너지 전자를 이온빔과 함께 웨이퍼(58)의 전면(前面)에 공급하여, 웨이퍼(58)에의 이온주입으로 발생하는 정전하의 차지업을 중화함과 함께 억제하고 있다. 플라즈마샤워의 좌우단의 근방으로서, 웨이퍼처리실(70) 내의 웨이퍼의 앞측에는, 웨이퍼(58)의 수평방향의 양측 사이드에 대응하는 개소에 각각, 사이드컵(도즈컵) 전류측정기(76)가 배치되어, 이온주입 중까지도 포함하여 빔전류(도즈량)를 측정한다. 구체적으로는, 사이드컵 전류측정기(76)는 전류측정회로에 접속되어 있는 사이드컵을 가지고, 사이드컵으로 들어오는 이온빔이, 전류측정회로를 흘러오는 전자에 의하여 중성화되므로, 이 전자의 흐름을 측정하는 것에 의하여 이온빔의 측정을 행한다.
이온주입위치인 웨이퍼 근방 구간에는, 주입위치 빔전류측정장치(78)가 설치되어 있다. 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 이온주입위치에서의 빔전류의 강약 측정 및 스캔방향의 빔형상의 측정을 행하기 위한 빔프로파일러로서 작용하는 패러데이컵을 구비하고 있다. 패러데이컵은, 통상, 타원형 혹은 직사각형의 빔 입사 개구를 가진다. 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 단일열(列) 빔프로파일러컵을 설치한 이동 측정식 또는 고정 측정식의 것(도 2a, 도 2b), 혹은 복수열 빔프로파일러컵군을 설치한 고정식(이동/고정 장치를 구비하고 있음)의 주입위치 빔전류측정장치(78a)(도 2c) 중 어느 것을 이용해도 된다.
이동 측정식 또는 고정 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 통상은 빔스캔 위치로부터 퇴피하고 있다. 도 4b에 나타내는 바와 같이, 이동 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 슬릿측정부(78-1)와 멀티홀측정부(78-2)를 가진다. 이동 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 이온주입 전 등에, 퇴피위치로부터, 빔스캔 영역 상을 스캔하고 있는 이온빔(스캔이온빔)과 직교하여 수평방향으로 이동하면서, 이온주입위치의 수평방향 상의 각 위치(수십에서부터 수천 포인트 위치 이상)에 있어서의 이온빔 밀도(빔전류밀도)를, 슬릿측정부(78-1)에 의하여 측정한다. 이동 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78)는 또한, 이온주입 전 등에, 퇴피위치로부터 빔스캔 영역 상의 중간부로 이동해 고정하여 놓여지고, 스캔이온빔의 빔스캔방향(가로방향)의 프로파일 및 전류적분치량을, 슬릿측정부(78-1)에 의하여 측정함과 함께, 스캔이온빔의 상하방향(세로방향)의 빔세로프로파일을, 멀티홀측정부(78-2)에 의하여 측정한다.
고정 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78a)(도 2c)의 경우도, 통상은 빔스캔 위치로부터 퇴피하고 있다. 도 4c에 나타내는 바와 같이, 주입위치 빔전류측정장치(78a)는, 가로방향으로 나열되는 복수열의 슬릿측정부(복수열 빔프로파일러컵군) (78a-1)와, 중앙의 2개의 슬릿측정부(78a-1) 사이에 설치된 멀티홀측정부(78a-2)를 가진다. 주입위치 빔전류측정장치(78a)는, 이온주입 전 등에 퇴피위치로부터 빔스캔 위치로 위치 변경된다. 주입위치 빔전류측정장치(78a)는, 빔스캔 영역 상을 스캔하고 있는 빔(스캔이온빔)을, 이온주입위치의 수평방향 상의 복수열 빔프로파일러컵군의 각 컵위치(수십에서부터 수천 포인트 위치 이상)에 있어서의 이온빔 밀도(빔전류밀도) 및 이온빔의 수평방향의 프로파일을 슬릿측정부(78a-1)에 의하여 측정한다. 주입위치 빔전류측정장치(78a)는 또한, 스캔이온빔의 상하방향(세로방향)의 빔세로프로파일을, 멀티홀측정부(78a-2)에 의하여 측정한다.
따라서, 이동 측정식, 고정 측정식의 어느 경우도, 빔전류측정의 결과, 빔스캔방향의 이온빔 밀도의 균일성이 프로세스의 요구에 미치지 않는 경우에는, 후술하는 제어장치가, 빔스캐너(36)의 인가전압을, 프로세스 조건을 충족하도록 자동적으로 조정(빔튜닝)하고, 필요에 따라서, 주입위치 빔전류측정장치(78)(78a)에 의하여, 재차, 주입위치 빔전류측정을 실시한다.
도 1로 되돌아가, 빔라인의 최하류에는, 패러데이컵과 동일한 전체빔전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 최종 셋업빔을 계측하는 튜닝 패러데이컵(80)이 배치되어 있다.
튜닝 패러데이컵(80)은, 사이드컵 전류측정기(76)와는 다른, 복수의 고정식 빔측정기의 하나로서 볼 수 있다. 예컨대, 도 4d에 나타내는 바와 같이, 이온빔이 입사하는 개구(80a)를 가지는 튜닝 패러데이컵(80)에 의하여, 복수의 고정식 빔측정기 중 하나의 고정식 빔측정기를 구성한다. 그리고, 이온주입위치에 설치되는 주입위치 빔전류측정장치(78)에 의하여 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일의 측정과 동시에 측정을 행하는 경우, 주입위치 빔전류측정장치(78)에 의하여 측정할 수 없는 범위에 대해서는, 튜닝 패러데이컵(80)의 측정에 의한 전류적분치량의 값을, 상기 측정할 수 없는 범위의 전후의 값으로부터 보완 연산하여 얻을 수 있다.
도 2(도 2a~도 2c)는, 빔스캐너(36)에 의한 빔스캔과 웨이퍼 메커니컬 스캔장치에 의한 메커니컬 Y스캔을 병용하여 웨이퍼(58)에 이온주입을 행할 때의 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 있어서, 웨이퍼 메커니컬 스캔장치는 승강장치(11)를 구비한다. 승강장치(11)는, 웨이퍼(58)를 지지하는 웨이퍼 지지플래튼(59)을 구비하고, 웨이퍼 지지플래튼(59)을 상하방향으로 승강시킴으로써 웨이퍼(58)를 승강(메커니컬 Y스캔)시킨다. 도 2a에 있어서 웨이퍼(58)는 승강장치(11)와 함께 도면의 상하방향으로 왕복이동하는 것을 나타내고, 도 2b에 있어서 웨이퍼(58)는 승강장치(11)의 웨이퍼 지지플래튼(59)과 함께 도면의 면에 직각인 방향으로 왕복이동(메커니컬 Y스캔)하는 것을 나타내고 있다. 즉, 이온빔에 의한 왕복스캔을, 예컨대 일축방향으로 행하는 것으로 하면, 웨이퍼(58)는, 승강장치(11)에 의하여 상기 일축방향에 직각인 타방향으로 왕복이동하도록 구동된다.
또한, 웨이퍼 메커니컬 스캔장치는, 승강장치(11) 외에, 제어장치로서 기능하는 CPU(Central Processing Unit)(100)와, 웨이퍼(58)의 상하방향의 위치를 기억하는 RAM(Random Access Memory)(110)을 구비한다. CPU(100)는, 웨이퍼(58)의 상하방향의 위치를 검출하는 위치센서(도시하지 않음)로부터의 위치검출신호를 받아, 필요에 따라서 웨이퍼(58)의 위치를 RAM(110)에 기억한다. 한 쌍의 사이드컵 전류측정기(76)는, 이온빔이 조사되는 영역 내의 고정위치, 여기에서는 승강장치(11)의 좌우 위치에 배치되어 있고, 빔전류량(도즈량)을 측정하여, 측정치를 CPU(100)에 출력한다.
빔변동/도즈량변동에의 추종제어를 행하기 위하여, 도 2a에 나타나는CPU(100)는, 한 쌍의 사이드컵 전류측정기(76)의 양방 혹은 일방에서 측정된 측정치에 근거하여, 웨이퍼의 세로방향 이온주입분포가 일정해지도록 승강장치(11)의 메커니컬 Y스캔속도를 제어한다.
도 2에 파선의 화살표(X를 붙인 방향의 화살표)로 나타내는 바와 같이, 빔스캐너(36)에 의하여, 최대 빔스캔폭의 경우에는, 주기적으로 한 쌍의 사이드컵 전류측정기(76)를 횡단하도록 수평방향(가로방향 혹은 X방향)으로, 이온빔에 의한 왕복스캔(빔스캔 혹은 X스캔)을 한다. 수평방향으로 왕복주사하고 있는 이온빔에 대하여, 실선의 화살표(Y를 붙인 방향의 화살표)로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(58)가 상하방향(세로방향 혹은 Y방향)으로 이동하면, 이온빔은 웨이퍼(58)의 전체면을 왕복주사하게 되고, 그 결과로서 이온빔의 이온이 웨이퍼(58)의 전체면에 주입된다. 구체적으로는, 웨이퍼(58)가 최하위치에서 최상위치, 또는 최상위치부터 최하위치까지 이동하는 동안에, 이온이 웨이퍼(58) 전체면에 주입된다.
그러나, 이동 측정식의 주입위치 빔전류측정장치(78)를 빔프로파일러로서 이온주입위치의 임의의 위치에 고정하고, 스캔이온빔의 빔파형을, 주입위치 빔전류측정장치(78)에 접속한 AD변환식 변량계측기(예컨대 디지털 오실로스코프)에 의하여, 고속으로 측정할 수 있다. 이 측정된 빔파형과 사이드컵 전류측정기(76)에서 측정된 빔전류의 쌍방을 레퍼런스로 하여, CPU(100)에 의하여 빔튜닝을 행함으로써, 빔의 잔류현상이 발생하지 않는다. 본 실시형태의 경우, CPU(100)는, 빔전류량 뿐만 아니라, 빔의 확대(빔사이즈)도 동시에 튜닝할 수 있어, 양자를 재현성 좋게 튜닝할 수 있다.
본 발명에서는, 스캔이온빔에 대하여 정지빔의 경우와 동등한 X방향 프로파일 측정을 가능하게 하기 위해서, 빔스캐너(36)에 있어서의 정전스캔의 특징을 살려, 도 3에 나타내는 바와 같이, 스캔이온빔을 이온주입위치의 임의의 위치에 정지시킨 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))로 측정함으로써, X방향(가로방향)의 정지빔프로파일과 대략 등가인 X방향의 스캔이온빔프로파일 및 전류적분치량을 측정할 수 있도록 하고 있다. 이는 빔프로파일러로 계측되는 빔강도를 AD변환식 변량계측기(예컨대 디지털 오실로스코프)와 같은 고속 AD변환이 가능한 계측기로 측정함으로써, 빔강도의 시간 분해능을 올릴 수 있고, 어느 시각에서 빔강도를 플롯하면, 빔의 X방향 프로파일과 등가인 것이 얻어진다
이 측정의 이점은, 빔스캐너(36)의 정전스캔(주파수 = 수100Hz~수kHz) 1스캔으로 1데이터의 취득이 가능하고, 데이터의 전송을 고려해도 수100msec에 1샘플의 데이터 취득이 가능해지는 것이다. 빔튜닝에 필요한 X방향 프로파일의 취득에 필요한 시간을 종래와 비교하여, 압도적으로 단축하는 것이 가능해진다.
본 발명에 있어서는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 사이드컵 전류측정기(76) 및 이동 측정식의 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))에, AD변환식 변량계측기(150)를 통하여 제어장치(CPU)(100)를 접속하고 있다. 이로써, 임의의 위치에 정지시킨 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))에 더하여, 이온주입위치의 양측 사이드에 놓여진 사이드컵 전류측정기(76, 76)를 통과하여 얻어지는 전류 파형도 마찬가지로 제어장치(CPU)(100)에 받아들이는 구성으로 하고 있다.
도 4b는, 주입위치 빔전류측정장치(78)의 일례를 나타낸다. 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 상하방향으로 뻗는 슬릿측정부(78-1)와, 상하방향으로 배열된 2열의 멀티홀측정부(78-2)를 가진다. 슬릿측정부(78-1)는 빔전류와 가로방향의 빔가로프로파일 및 전류적분치량의 측정에 이용된다. 한편, 멀티홀측정부(78-2)는, 빔의 상하방향의 프로파일(빔세로프로파일)을 검출하기 위한 것이고, 1열째의 멀티홀 사이에 인접한 개소에 2열째의 멀티홀이 위치하는 배치 형태로 함으로써 외관상 연속한 검출 데이터를 얻을 수 있다. 주입위치 빔전류측정장치(78)는, 도시하지 않은 구동기구에 의하여, 도면 중 화살표로 나타내는 방향으로 진퇴 가능하게 되어, 임의의 위치에 고정 가능한 이동 측정식으로 구성되어 있다.
상기와 같은 구성을 채용하고 있는 목적은, 이온빔에 의한 스캔범위의 중앙과 스캔범위의 양단의 이온빔 밀도를 가능한 한 균일하게 하기 위해서이다. 이는, 다음에 계속되는 스캔이온빔의 균일화에 있어서 처음부터 빔강도의 X방향 분포가 균일하면, 균일화의 튜닝이 단시간에 종료되기 때문이다. 또한, 정지시킨 빔프로파일러 위치에서의 X방향 프로파일(빔가로방향프로파일) 및 전류적분치량을 설정 상하한치 내로 튜닝하였다고 해도, X방향 양단(스캔범위의 양단)에서의 프로파일 및 전류적분치량이 반드시 설정 상하한치 내에 있다고는 한정할 수 없기 때문에, 스캔범위의 중앙과 스캔범위의 양단의 합계 3점의 프로파일데이터 및 전류데이터를 받아들여, 튜닝할 필요가 있기 때문이다.
다음으로, 상기와 같은 이온주입장치에 본 발명을 적용하는 경우의 동작원리에 대하여 설명한다.
도 9를 참조하여, 제어장치(CPU)(100)는, 이온빔의 튜닝을 위해서, 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))의 슬릿측정부(78-1)로부터의 빔파형 출력 신호(위에서부터 2번째: 프로파일 컵 파형), 사이드컵 전류측정기(76)로부터의 2개의 빔파형신호(위에서부터 1번째와 3번째: 우측 혹은 좌측 사이드컵 계측 파형)를 이용한다. 제어장치(100)는 또한, 종래, 파라미터 튜닝에 사용되고 있는 빔 덤프(튜닝 패러데이컵(80)) 내에 장비되어 있는 패러데이컵으로부터의 파형(아래에서부터 1번째: 튜닝 패러데이컵 파형)에 의하여 얻어지는 빔강도를 이용한다. 빔파형 출력 신호는 AD변환식 변량계측기 등으로 계측되고, 빔폭 등으로 수치화된 후, 파라미터 튜닝의 레퍼런스로서 사용된다.
레퍼런스로서 모니터되는 신호가 복수(다변량)이므로, 제어장치(100)는, 이들을, 합성 만족도치(値)의 함수를 이용하여 하나의 변량으로 변환하고, 이 값이 최대(예컨대 최대치가 “1”인 설정치)가 되도록 장치 파라미터를 튜닝함으로써, 원하는 빔상태를 얻는다. 합성 만족도치가 설정치(예컨대 “1”)가 되면, 모든 변량이 규격을 만족하도록 계산식이 고안되어 있다. 또한, 파라미터의 특성에 맞추어 합성 만족도치가 복수 준비되어 있다.
빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))나 사이드컵 전류측정기(76) 등으로부터의 빔파형을 AD변환식 변량계측기(150)에 받아들인다. 이 시점에서는 데이터는 어느 시각에 있어서의 빔강도의 형태의 데이터열(t0, I0), (t1, I1), …, (tn, In)로 되어 있다. 이들을 튜닝 제어에 이용하기 위해서는 수치화할 필요가 있다.
본 발명에 있어서는, 파형 데이터의 수치화를 예컨대, 이하의 4가지 (1)~(4)로 행하도록 했다.
도 5를 참조하여,
(1) 빔강도 전체적분치의 n%(n은 원하는 값으로, 예컨대 70)가 되는 빔폭(도 5a),
(2) 빔의 피크강도(도 5b),
(3) 빔강도의 전체적분치(도 5c),
(4) 빔강도분포의 표준편차(도 5d).
파라미터 튜닝에 있어서 적정화하기 위한 응답이 1변량인 경우에는, 그것이 원하는 값이 되도록 파라미터를 변화시키면 되지만, 본 발명의 경우와 같이 응답이 다변량인 경우에는, 그들을 합성하여 하나의 변수로 변환해야 한다. 따라서, 본 발명에서는 개별 만족도치와 합성 만족도치를 도입하여 제어에 이용했다.
개별 만족도치(dn)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가로축에 적정화하기 위한 응답(yn) 중 하나, 예컨대 빔폭을 취했을 때에, 그것을 충족해야 할 상한치(UL)와 하한치(LL)의 규격치를 설정하고, 빔폭이 이들 상하한치(상하한 규격치) 사이에 들어갔을 때에 개별 만족도치가 1이 되는 사다리꼴형상의 함수형으로 한다.
합성 만족도치(D)로는 이하의 식을 이용했다.
Figure pat00003
αn은 각 개별 만족도치의 가중치이고, 이 가중치를 크게 하면 파라미터 튜닝시에, 당해 응답이 우선적으로 적정화되도록 동작시키는 기능을 가진다. 또한, 가중치 α는 이하의 수학식 2를 만족하도록 설정한다.
Figure pat00004
이렇게 해 두면, 합성 만족도치(D)의 값이 설정치(예컨대 1)가 되었을 때에, 모든 응답이 상하한 규격치 내에 들어가게 되어, 튜닝이 완료된 것이 된다.
βn은 상하한 규격치에 대한 엄격성을 표현하는 계수이고, 도 7에 나타내는 바와 같이, βn＞1로 하면, 응답이 상하한 규격치에 가까워지지 않는 한 개별 만족도치는 오르지 않는다. 한편, βn＜1로 하면, 응답이 상하한 규격치로부터 멀어지고 있어도 개별 만족도치가 올라간다.
AD변환식 변량계측기(150)로부터 제어장치(100)에 받아들여진 빔파형 데이터는, 상시 실행되고 있는 트래킹태스크에 의하여 처리된다. 하나의 변량치가 최대가 되도록 각종 장치 파라미터인 각 요소의 값을 튜닝함으로써, 원하는 적정화된 빔상태를 얻을 수 있다. 각종 장치 파라미터의 요소의 값은, 이온원에 있어서는, 플라즈마 및 열전자의 조정요소인 가스유량, 아크전류, 필라멘트전류, 아크전압, 캐소드전압, 캐소드전류의 값이다. 이온원 이후의 빔라인의 각 요소에 있어서는, 인출전극(12)의 위치, 질량분석자석장치(22), X스티어러, 제1, 제2 빔정형렌즈(제1, 제2 사중극 렌즈장치(24, 30)), 정전 스캐너(빔스캐너(36)), 정전 평행화렌즈(패럴렐렌즈(40)), 가속/감속장치, 정전/자장 AEF(AEF(60)), 그 외 전극의 각 전류 또는 전압의 값이다.
도 8을 참조하여, 트래킹태스크의 일례를 설명한다.
(1) 제어장치(100)는, 상시, 빔파형을 받아들이고, 받아들인 파형 데이터를 처리하여 수치화하고, 미리 정의된 만족도치의 함수에 의하여 합성 만족도치를 계산한다.
(2) 계산된 합성 만족도치는 제어장치(100)에서 공통으로 참조 가능한 메모리, 예컨대 RAM(110)의 참조 테이블에 세트된다.
(3) 제어장치(100)는, 튜닝하는 파라미터의 특성에 맞추어, 합성 만족도치를 복수 종류 계산한다. 이는, 각 개별 만족도치에 대한 가중치 αn과 상하한 규격치에 대한 엄격성 βn의 부여 방법으로 바꿀 수 있다.
도 8에서는, 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))로부터의 빔파형이 프로파일러 데이터로서 제어장치(100)에 받아들여지고, 사이드컵 전류측정기(76)로부터의 2개의 빔파형이 좌측 컵데이터, 우측 컵데이터로서 제어장치(100)에 받아들여지는 것을 나타내고 있다. 이들 파형 데이터는, 도 5에서 설명한 바와 같이, 전체빔강도 적분치의 n%가 되는 빔폭, 피크강도, 전체빔강도 적분치, 빔강도분포의 표준편차로 수치화된다. 이어서, 트래킹태스크 내에서는 미리 정해진 계산식에 의하여 합성 만족도치 계산이 행해지고, 제어장치(100)에서 공통으로 참조 가능한 메모리, 예컨대 RAM(110) 속의 참조 테이블에 세트된다. 합성 만족도치는 튜닝하는 파라미터의 특성에 의하여, 복수 준비되어 있다.
다음으로, 스캔전압보정함수에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 이온주입장치에 있어서는, 웨이퍼에 있어서의 이온주입량(도즈량)의 면내 균일성을 유지하는 것이 중요하다. 패스트스캔으로서 빔스캔(X스캔), 슬로우스캔으로서 상하방향(세로 혹은 Y방향) 메커니컬 Y스캔(Y스캔)을 채용하고 있는 이온주입장치에 있어서는, 가로방향(X방향)의 이온빔 밀도분포의 균일성을 유지할 목적으로, 빔스캐너의 스캔전압의 제어함수, 즉 기준 빔스캔제어함수에 의한 각 빔스캔전압치에, 주입위치 빔전류측정장치(78)의 빔측정에 근거하는 보정을 가하고 있다.
그 보정을 행하기 위해서 필요한 함수를, 스캔전압보정함수라고 부르고 있다. 이 스캔전압보정함수에 의하여, 실제로 빔스캐너(36)에 주어지는, 보정된 스캔전압치는, 빔스캔전압 보정 제어함수가 된다. 빔스캔전압 보정 제어함수는, 가로방향(X방향)의 이온빔 밀도분포의 균일성을 유지할 뿐만 아니라, 빔스캔폭을 설정할 수도 있다.
세로방향(Y방향)의 이온주입분포의 균일성에 관해서는, 빔의 미소 움직임/미소 변동에 의한 도즈량 수정에 대응할 수 있도록, 설정한 빔전류량에 따라 양방 혹은 일방의 사이드컵 전류측정기(76)의 빔전류측정치에 근거하여 메커니컬 Y스캔속도를 추종 변화시킨다.
다만, 이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 설정된 빔전류량에의 조정과 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하도록 제어장치를 구성해도 된다. 이 경우, 고정 측정식의 빔측정기 및 이동 측정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정을 행하고, 메커니컬 Y스캔속도에 따라, 메커니컬 Y스캔속도와 세로방향 빔사이즈의 세로방향 빔스캔 중첩관계(설정한 중첩폭을 유지할 수 있는 관계)에 근거하여, 세로방향 빔사이즈의 조정을 행한다.
이상의 설명으로 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 실시형태에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1) 종래, 빔의 프로파일 측정은, 빔스캔을 멈추고, 정지한 이온빔에 대하여 빔프로파일러를 이동시켜 행하고 있었다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 빔스캐너에 의한 스캔이온빔의 특징을 살려, 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))를 이온주입위치의 임의의 위치에 고정한 다음, 빔스캔을 행함으로써 고속으로 빔프로파일(스캔방향(가로 혹은 X방향) 및 상하방향(세로 혹은 Y방향) 프로파일)을 측정할 수 있다. 특히, AD변환식 변량계측기(예컨대 디지털 오실로스코프) 등의 고속의 AD변환이 가능한 계측기를 조합함으로써, 고속의 빔프로파일의 측정이 가능하다.
(2) 빔가로프로파일 파형과 주입위치 빔전류측정치의 쌍방을 레퍼런스로 하여, 빔튜닝을 행함으로써, 빔의 잔류현상이 발생하지 않는다. 빔전류량 뿐만 아니라, 빔의 확대도 동시에 튜닝할 수 있어, 양자를 재현성 좋게 튜닝할 수 있다.
(3) 빔전류량 뿐만 아니라, 빔의 확대도 동시에 튜닝하는 것이 가능해지기 때문에, 양자를 재현성 좋게 튜닝할 수 있어 튜닝이 용이해진다.
(4) 설정된 빔전류량에의 조정과, 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정에 의하여, 빔계측 및 스캔컨트롤에 의한 빔전류제어의 고정밀화가 가능해진다.
(5) 빔스캐너에 의한 스캔이온빔을, 정지한 빔프로파일러(주입위치 빔전류측정장치(78))로 측정함으로써, 가로방향(X방향)의 정지빔가로프로파일과 거의 등가인 가로방향(X방향)의 스캔이온빔가로프로파일을 얻을 수 있다.
(6) 이온빔의 튜닝에 필요한 가로방향(X방향) 프로파일의 취득에 필요한 시간을 종래와 비교하여, 압도적으로 단축하는 것이 가능해진다.
(7) 통상은 복잡한 시퀀스를 조합시키는 것이 요구되는 다변량의 적정화를, 합성 만족도치를 도입함으로써, 1변량으로 변환하여, 파라미터의 튜닝이 가능하게 된다.
상기에 의하여, 튜닝이 용이한 이온주입장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
다만, 제어장치에 의한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 가로방향 빔사이즈의 동시 조정은, 설정된 빔전류량에의 조정을 우선한 동시 조정이어도 되고, 가로방향 빔사이즈의 조정을 우선한 동시 조정이어도 된다.
본 발명은 이하의 태양을 취할 수 있다.
(태양 1)
이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 빔계측의 피드백에 의하여 제어하는 웨이퍼 메커니컬 스캔장치에 의하여 웨이퍼를 세로방향으로 이동시킴과 함께, 평행화된 이온빔을, 이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 이차원형상, 이온빔의 전류 밀도 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
최단 시간에 설정된 균일성으로의 설정 주입량의 이온주입을 실시할 수 있도록, 빔스캐너 및 웨이퍼 메커니컬 스캔장치를 제어함과 함께, 이온빔에 관계하는 각 부분의 설정 파라미터((이온원에 있어서의 플라즈마 및 열전자의 조정요소인 가스유량, 아크전류, 필라멘트전류, 아크전압, 캐소드전압, 캐소드전류), 인출전극의 위치, 질량분석자석장치, 제1, 제2 빔정형장치, 빔스캐너, 패럴렐렌즈(빔평행화장치), 가속/감속장치, AEF, 그 외의 전극 등)를 튜닝함으로써 원하는 적정화된 빔상태를 얻도록 조정하여, 설정치를 만족하는 이온주입 제어를 행하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장치의 이온주입방법.
(태양 2)
이온주입장치의 웨이퍼처리실 내의 빔라인 종단부에 있어서, 이온주입위치에 이동식 또는 고정식의 주입위치 메인계측컵(주입위치 빔전류측정장치)을 배치하고, 이온주입위치의 직전 에어리어의 좌우 양측에 주입직전위치 좌우 사이드계측컵(사이드컵 전류측정기)을 배치하며, 이온주입위치의 후방 에어리어에 주입후방위치 계측컵(패러데이컵)을 배치한다. 이들 주입직전위치, 주입위치, 주입후방위치의 각 계측컵에 의하여 스캔이온빔의 빔전류치를 측정한다.
(태양 3)
이온빔의 스캔범위에 있어서의 주입위치 메인계측컵의 슬릿측정부의 이동 측정에 의한 빔전류치 측정 및 스캔방향의 빔프로파일 측정을 행한다.
(태양 4)
이동 가능한 주입위치 메인계측컵(슬릿측정부)을 스캔범위의 중간 위치에 고정배치하여 스캔이온빔의 빔전류치 측정 및 스캔방향(가로방향 또는 X방향)의 빔프로파일 측정을 행한다.
(태양 5)
좌우 사이드계측컵(슬릿측정부) 및 스캔범위의 중간 위치에 고정배치한 주입위치 메인계측컵의 양자의 동시 측정에 의하여, 빔 무게중심의 조정 튜닝을 행한다.
(태양 6)
주입직전위치 좌우 사이드계측컵 및 주입위치 메인계측컵(슬릿측정부)에 의한 스캔이온빔의 빔전류치 측정, 및, 주입위치 빔전류측정장치의 슬릿측정부에 의한 스캔방향의 빔프로파일 측정에 의하여, 빔전류치 및 X방향 빔폭/X방향 프로파일을 동시에 주입 파라미터 튜닝에 의하여 조정한다.
(태양 7)
중앙과 양측 사이드의 합계 3점의 프로파일데이터에 의하여 이온빔 균일화의 튜닝을 행한다.
(태양 8)
스캔범위에 있어서의 주입위치 메인계측컵의 슬릿측정부의 이동 측정에 의하여 빔 균일성 측정을 행한다.
(태양 9)
이동 가능한 주입위치 메인계측컵의 슬릿측정부에 의하여, 스캔범위를 좌우방향으로 이동하면서 스캔이온빔을 계측하고, 빔스캔컨트롤(스캔속도 설정 조정)에 의한 빔제어에 의하여, 스캔이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 조정한다.
(태양 10)
이온빔의 스캔범위에 있어서의 주입위치 메인계측컵의 멀티홀측정부에 의하여, 빔전류치 측정, 및, 스캔이온빔의 스캔방향과 직교하는 상하방향의 빔세로프로파일 측정을 행한다.
(태양 11)
X방향의 빔폭을, 설정한 가로방향 빔폭으로 빔튜닝한다.
(태양 12)
주입후방위치 계측컵에 의하여 정지빔전류치를 측정하고, 그 빔전류치를 빔전류 튜닝의 초기 빔전류 참조치로 한다.
(태양 13)
주입후방위치 계측컵(튜닝 패러데이컵)에 의한 스캔이온빔의 빔전류측정에 의하여, 스캔이온빔의 주입 파라미터 튜닝을 행함으로써 목표 빔전류치가 얻어지도록 스캔이온빔을 조정한다.
(태양 14)
주입후방위치 계측컵(슬릿측정부)에 의한 스캔이온빔의 빔전류측정에 의하여, 스캔이온빔의 주입 파라미터 튜닝을 행함으로써 목표 빔전류치가 얻어지도록 스캔이온빔의 빔전류치를 조정한다.
(태양 15)
이온주입위치에 있어서 목표 빔전류치가 되도록, 주입직전위치 좌우 사이드계측컵 및 주입위치 메인계측컵(슬릿측정부)에 의하여 스캔이온빔의 스캔방향의 빔전류치 측정을 행하여 스캔이온빔의 빔전류치를 조정한다.
(태양 16)
스캔범위에 있어서의 주입위치 메인계측컵(슬릿측정부)의 이동 측정에 의한 빔 균일성 측정을 행하여 스캔이온빔의 스캔을 제어하여 스캔이온빔의 균일성을 조정한다.
(태양 17)
주입직전위치 좌우사이드계측컵 및 주입위치 메인계측컵(슬릿측정부)에 의한 스캔이온빔의 빔전류치 측정, 및, 주입위치 빔전류측정장치의 멀티홀측정부에 의한 빔의 상하방향의 빔세로프로파일 측정에 의하여, 빔전류치 및 세로방향 빔폭/세로방향 프로파일을 동시에 주입 파라미터 튜닝에 의하여 조정한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태에 대하여 설명했는데, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다.

Claims (34)

  1. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 가로방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 메커니컬하게 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어장치에 의한, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 빔사이즈의 동시 조정은, 상기 설정된 빔전류량에의 조정을 우선한 동시 조정인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어장치에 의한, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 빔사이즈의 동시 조정은, 상기 가로방향 빔사이즈의 조정을 우선한 동시 조정인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  4. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 빔스캐너의 스캔 주파수에 따른, 상기 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 메커니컬 스캔속도에 따른, 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어장치는, 이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거한, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 빔스캐너의 스캔 주파수와 상기 메커니컬 스캔속도에 따른, 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  9. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정, 및, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 제어장치를 구비한 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것
    을 특징으로 이온주입장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 설정된 빔전류량에의 조정과, 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 상기 가로방향 빔사이즈의 조정과, 상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기는, 빔라인 상의 이온주입위치의 전후에서 빔라인의 측방에 설치되는 사이드컵 전류측정기인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치는, 이온주입위치에 설치되는 주입위치 빔측정장치인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어장치는, 개별 만족도치와 합성 만족도치를 도입하여 빔전류/빔프로파일 제어를 행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    빔라인의 최하류에는, 전체빔전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 최종 셋업빔을 계측하는 튜닝 패러데이컵이 배치되고,
    상기 제어장치는, 상기 고정식 빔측정기로부터의 빔파형/빔전류신호, 상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치로부터의 빔파형/빔전류신호, 상기 튜닝 패러데이컵에 의하여 얻어지는 빔전류신호를 레퍼런스로서 모니터하고, 이들을 합성 만족도치의 함수를 이용하여 하나의 변량으로 변환하여, 파라미터의 튜닝을 행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 합성 만족도치가 설정치가 되면, 모든 변량이 규격을 만족하도록 계산식을 구성하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어장치는, 튜닝하는 파라미터의 특성에 맞추어, 상기 합성 만족도치를 복수 준비하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 고정식 빔측정기로부터의 빔파형, 상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치로부터의 빔파형을, AD변환식 변량계측기를 통하여 받아들이도록 구성되어 있고,
    상기 AD변환식 변량계측기는, 어느 시각 ti에 있어서의 빔강도 Ii(i는 0 및 양의 정수)의 형태의 파형 데이터열(t0, I0), (t1, I1)…(tn, In)을, 튜닝 제어에 이용하는 수치데이터로 변환하여 상기 제어장치에 출력하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 AD변환식 변량계측기는, 상기 파형 데이터의 수치데이터화를, 빔강도 전체적분치의 m%(m은 미리 정해진 값)가 되는 빔폭, 빔의 피크강도, 빔강도의 전체적분치, 및 빔강도분포의 표준편차에 대하여 행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 개별 만족도치를, 가로축에 적정화하기 위한 응답의 하나를 취했을 때에, 그것을 충족해야 하는 상하한 규격치를 설정하고, 응답이 이 상하한 규격치 사이에 들어 갔을 때에 설정치가 되는 사다리꼴형상의 함수형으로 하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제어장치는, 합성 만족도치(D)로서 이하의 식을 이용하고
    Figure pat00005

    단, βn은 상기 상하한 규격치에 대한 엄격성을 표현하는 계수, αn은 각 개별 만족도치의 가중치이고, 가중치 α는 이하의 수학식 3을 만족하도록 설정되는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
    [수학식 3]
    Figure pat00006
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 합성 만족도치(D)의 값이 설정치가 되었을 때에, 모든 응답이 상기 상하한 규격치 내에 들어가 있는 것으로 하여 튜닝을 완료하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  23. 청구항 18에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 AD변환식 변량계측기를 통하여 받아들인 빔파형 데이터를, 복수의 입력제어를 동시에 행하는 트래킹태스크에 의하여 처리하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 트래킹태스크 내에서는 미리 정해진 계산식에 의하여 합성 만족도치의 계산을 행하고, 계산 결과를 당해 제어장치 내에서 공통으로 참조 가능한 테이블에 세트하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  25. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어장치는, 설정한 하나의 변량치가 최대가 되도록 각종 장치 파라미터의 각 요소의 값을 튜닝함으로써, 설정 목표치에 대하여 원하는 적정화된 빔을 얻도록 구성한 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 각종 장치 파라미터의 요소의 값은, 상기 이온원에 있어서는, 플라즈마 및 열전자의 조정요소인 가스유량, 아크전류, 필라멘트전류, 아크전압, 캐소드전압, 캐소드전류의 값인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  27. 청구항 25에 있어서,
    상기 각종 장치 파라미터의 요소의 값은, 상기 이온원 이후의 빔라인의 각 요소에 있어서는, 상기 이온원으로부터 이온빔을 인출하기 위한 인출전극의 위치, 상기 질량분석자석장치, X스티어러, 빔정형렌즈, 상기 빔스캐너, 빔평행화렌즈, 가속/감속장치, 각도에너지필터, 그 외 전극의 각 전류 또는 전압의 값인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  28. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기는, 전류적분치량을 계측하는 사이드컵 전류측정기인 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  29. 청구항 13에 있어서,
    상기 이동식 또는 고정식의 빔측정장치인 상기 주입위치 빔측정장치에 의하여, 이온빔의 세로방향 프로파일 및 가로방향 프로파일을 계측하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  30. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 고정식 빔측정기 중 적어도 하나의 상기 고정식 빔측정기를, 전체빔전류계측기능을 가지고 이온주입위치의 후방에서 스캔이온빔을 계측하는 튜닝 패러데이컵에 의하여 구성하고, 전류적분치량을 계측하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치.
  31. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정의 단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 가로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
  32. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 세로방향 빔프로파일의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 세로방향 빔프로파일의 조정으로서, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성 확보를 위하여 필요한 세로방향 빔사이즈의 조정을 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
  34. 이온원으로부터 인출된 이온빔을 이용하여 빔스캐너에 의하여 가로방향으로 왕복스캔을 행함과 함께 스캔된 이온빔을 평행화하도록 구성하고, 평행화된 이온빔의 가로방향 이온빔 밀도분포의 균일성을 상기 빔스캐너의 스캔속도 조정에 의하여 제어함으로써 확보함과 함께, 웨이퍼를 빔스캔방향과 직각을 이루는 세로방향으로 메커니컬 스캔속도로 이동시키고, 상기 메커니컬 스캔속도를 리얼타임의 빔계측의 피드백에 의하여 제어하여, 웨이퍼에 있어서의 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하는 구성을 가지는 하이브리드식 이온주입장치의 제어방법에 있어서,
    이온빔의 세로방향 프로파일, 가로방향 프로파일, 및 전류적분치량을 복수의 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치에 의하여 측정하도록 구성하고,
    이온주입 전의 빔전류 조정단계에서, 상기 고정식 빔측정기 및 이동식 또는 고정식의 빔측정장치의 계측치에 근거하여, 설정된 빔전류량에의 조정과, 상기 가로방향 이온빔 밀도의 균일성을 확보하기 위한 가로방향 빔사이즈의 조정과, 세로방향 이온주입분포의 균일성을 확보하기 위한 세로방향 빔사이즈의 조정을 동시에 실행하는 것
    을 특징으로 하는 이온주입장치의 제어방법.
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