TWI405237B - 離子植入裝置之控制方法，控制系統，控制程式，及離子植入裝置 - Google Patents

離子植入裝置之控制方法，控制系統，控制程式，及離子植入裝置 Download PDF

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TWI405237B
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Description

離子植入裝置之控制方法，控制系統，控制程式，及離子植入裝置
本發明係關於離子植入裝置之控制方法、該控制系統、該控制程式及離子植入裝置。
本申請案係對2005年02月24日所提出之日本國專利申請第2005－048584號主張優先權，於此援用其內容。
於半導體製程中，對於半導體基板之離子植入工程係不可或缺。此工程係將從離子源所引出的離子束，藉由加速管予以加減速至特定的能量，藉由四重極透鏡等使其收斂來照射基板者。另外，為了對基板均勻地植入離子，係一面掃描離子束一面進行照射。
第8A圖及第8B圖係離子束之空間分布及掃描距離之說明圖。照射於半導體基板(基板)W之離子束2，係具有電流密度的空間分布D。於對基板W之全區域進行均勻的離子植入上，離子束之空間分布D需要落到基板的外側為止而進行掃描。如第8A圖所示般，於離子束的空間分布D1小的情形，離子束的掃描距離L1變短，如第8B圖所示般，於離子束的空間分布D2大之營型，離子束的掃描距離L2變長。掃描距離如短的話，離子植入時間變短，可以提升產出，所以，離子束的空間分物以小者為佳。
另一方面，離子束的電流密度愈大，則可使植入時間變短。但是，電流密度愈大，基於空間電荷效果，離子束會發散，所以，空間分布變大。因此，需要藉由離子源的動作條件之設定，一面確保離子束的電流密度，一面藉由光學元件的動作條件之設定，來縮小空間分布。以往，係一面監控基板附近中之空間分布，一面藉由手段來變更加速管或四重極透鏡等之動作條件，來進行空間分布之縮小作業。
〔專利文獻1〕日本專利特開昭63－91949號公報〔專利文獻2〕日本專利特開平5－135729號公報
於前述之空間分布的縮小作業中，通常需要5~10分鐘程度之時間。此空間分布之縮小作業，需要於每次離子植入裝置之建立或處理程序變更時進行。為了縮短半導體製程之工程時間，期望空間分布之縮小作業時間能縮短。具體而言，期望離子植入裝置之建立或處理程序變更之整體，可在1分鐘之程度完成。
為了縮短此調整時間，於專利文獻1中提出：記憶過去使用之處理程序中之最佳的動作條件，從所記憶的動作條件來推測被指定之處理程序中之最佳的動作條件的方法。但是，由於燈絲消耗等之經時變化大，多數之情形為，離子源的實際的動作無法從所推測之離子源的動作條件來再現。因此，如專利文獻2所記載般，所記憶的最佳動作條件，係僅止於一面利用離子束輪廓監視器一面調整動作條件時的起始值使用，於求得動作條件的最佳值上，現況還是需要數分鐘以上之時間。
本發明係為了解決前述問題而完成者，目的在於提供：不需要巨大的成本，可於短時間內求得動作條件的最佳值之離子植入裝置之控制方法、該控制系統、該控制程式及離子植入裝置。
為了達成前述目的，本發明之離子植入裝置之控制方法，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制方法，其特徵為具有：測定前述被處理構件附近之離子束的空間分布之工程、及藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度的工程、及使用所推算之前述發射度及前述軌道計算手法，來算出前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件之工程、及使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置之工程。
如依據此構成，係使用離子束之軌道計算手法，可以於短時間內求得離子植入裝置的動作條件之最佳值。並且，作成利用離子植入裝置通常具備之離子束的空間分布之測定手段來推算發射度，來求得光學元件的動作條件之最佳值的構成，所以，不需要於離子植入裝置新設發射度之測定手段等。因此，不需要巨大的成本，可以求得動作條件的最佳值。
並且，作成使用此動作條件的最佳值，來運轉離子植入裝置，所以，可於短時間內開始藉由最佳動作條件之離子植入裝置之運轉，能夠縮短半導體製程之工程時間。
另外，前述所期望之空間分布，以前述被處理構件附近中之離子束的擴展幾乎成為最小之空間分布為佳。
如依據此構成，可使離子束的掃描距離變短，能夠縮短離子植入時間而使產出提升。
另外，前述軌道計算手法，以使用將前述發射度假定為4維空間之橢圓面之Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法為佳。
如依據此構成，可以於極短時間內求得動作條件的最佳值。
另外，前述軌道計算手法，以使用以複數的4維空間之橢圓面的重疊來近似前述發射度之多重橢圓Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法為佳。
如依據此構成，可以高精度、短時間內求得動作條件之最佳值。
另一方面，本發明之離子植入裝置之控制系統，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制系統，其特徵為具有：測定前述被處理構件附近之離子束的空間分布之測定手段、及藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度的發射度推算部、及使用所推算之前述發射度及前述軌道計算手法，來算出前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件之動作條件算出部、及使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置之動作控制部。
如依據此構成，不需要巨大的成本，可於短時間內求得動作條件的最佳值。
並且，作成使用此動作條件的最佳值，來運轉離子植入裝置，所以，可以短時間來開始藉由最佳動作條件之離子植入裝置之運轉，可以縮短半導體製程的工程時間。
另外，前述所期望之空間分布，以前述被處理構件附近中之離子束的擴展幾乎成為最小之空間分布為佳。
如依據此構成，可使離子束之掃描距離變短，縮短離子植入時間而使產出提升。
另外，前述軌道計算手法，以使用將前述發射度假定為4維空間之橢圓面之Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法為佳。
如依據此構成，可以極短時間內求得動作條件之最佳值。
另外，前述軌道計算手法，以使用以複數的4維空間之橢圓面的重疊來近似前述發射度之多重橢圓Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法為佳。
如依據此構成，可以高精度、短時間求得動作條件之最佳值。
另一方面，本發明之離子植入裝置之控制程式，其特徵為：使用前述之離子植入裝置之控制系統，能使電腦發揮功能。
如依據此構成，不需要巨大的成本，可短時間內求得動作條件之最佳值。
另一方面，本發明之離子植入裝置，其特徵為具備：前述之離子植入裝置之控制系統。
如依據此構成，可以提供在短時間求得動作條件的最佳值來使其運轉之離子植入裝置。
如依據本發明，係使用離子束之軌道計算手法，可以短時間內求得離子植入裝置之動作條件的最佳值。並且，作成利用離子植入裝置通常具備之離子束的空間分布之測定手段，來求得動作條件的最佳值之構成，不需要巨大的成本。
以下，參照圖面來說明本發明之實施形態。另外，於以下說明所使用的各圖面中，為了將各構件作成可以辨識之大小，將各構件的比例尺做適當變更。
(離子植入裝置)
第1圖係離子植入裝置之概略構成圖。本實施形態之離子植入裝置1係具備：於收容有離子源12之高電壓終端10、及將作為被處理構件之半導體基板(基板)W予以定位保持之尾端載台30之間，依序將質量分離器14、離子束收斂器20及偏向器32依序予以連接之構成的離子束輸送管。此離子束輸送管係具有將從離子源12所引出的離子予以質量分離，使離子束收斂偏向來照射於基板W之功能。
於高電壓終端10設置有離子源12。作為離子源12可以使用Bernas型或Feeeman型等之熱陰極型離子源、ECR(電子迴旋諧振器)型離子源等。由離子源12所被引出之離子被導入質量分離器14。
於質量分離器14配備有將從離子源12所被引出的離子予以質量分離用之電磁鐵，只將目的質量之離子予以抽出來導入後段的離子束收斂器20。
於離子束收斂器20依序設置有：口徑可變孔隙22或加速管24、四重極透鏡26、掃描器28等。口徑可變孔隙22係將離子束縮小為特定的直徑而予以質量分離者。加速管24係將離子束加減速至特定的能量者。四重極透鏡26係使離子束收斂，來調整基板W上之形狀者。掃描器28係由平行於光軸之二對的電極所形成，對於基板W以1kHz程度的速度來掃描離子束。
於離子束收斂器20的後段連接有偏向器32。偏向器32係作用為使離子束平行化，且將其導出尾端載台30側之平行光管，並且，去除與離子束路徑中之殘留氣體衝突，電荷已改變之離子或中性粒子者。
於尾端載台30中，設置有保持基板W之載台(未圖示出)。此載台係作成藉由驅動機構，可於1方向移動。
另外，於基板W的附近設置有離子束輪廓監視器(空間分布之測定手段)34。此離子束輪廓監視器34係測定基板W附近中之離子束的電流密度之空間分布者，係將複數的法拉第罩予以排列配置所構成。另外，也可代替法拉第罩而將複數的電流計或檢流計予以排列配置來構成離子束輪廓監視器34。
於運轉如前述般構成之離子植入裝置上，需要指定應植入離子之種類或植入能量、植入量等處理程序。應植入離子之種類一被指定，質量分離器14或口徑可變孔隙22等之動作條件即被設定。另外，植入能量一被指定，加速管24等之動作條件即被設定。進而，植入量一被指定，則離子源等之動作條件即被設定。
設定動作條件來運轉離子植入裝置的話，由離子源12被以30keV程度的能量所引出之離子束，係藉由質量分離器14而被分離為特定種類的離子，藉由口徑可變孔隙22而被縮小為特定的離子束直徑。接著，離子束藉由加速管24而被加減速至10~500keV程度的特定能量。
進而，離子束係藉由四重極透鏡26而被調整為收斂於基板W上，藉由掃描器28而掃描基板W的全體。之後，離子束藉由偏向器32而被平行化，照射於尾端載台30內的基板W。通常，以1kHz程度，於水平方向掃描離子束，以1Hz程度，於垂直方向掃描基板W本身，藉此，對基板整體照射離子束。
第8A圖及第8B圖係離子束之空間分布及掃描距離的說明圖。照射於基板W之離子束2，係具有電流密度的空間分布D。於對於基板W之全區域進行均勻的離子植入上，需要離子束的空間分布落至基板的外側來進行掃描。如第8A圖所示般，離子束的空間分布D1小之情形，離子束的掃描距離L1變短，如第8B圖所示般，離子束的空間分布D2為大之情形，離子束的掃描距離L2變長。掃描距離如短的話，離子植入時間變短，可使產出提升，所以，離子束的空間分布小者為佳。
另一方面，離子束的電流密度愈大，可以縮短植入時間。但是，電流密度愈大，基於空間電荷效果，離子束會發散，空間分布變大。因此，需要依據離子源的動作條件之設定，一面確保離子束之電流密度，一面藉由光學元件(加速管或四重極透鏡等)之動作條件的設定來縮小離子束之空間分布。另外，與藉由凸透鏡而被聚光之光線會連接焦點者相同，藉由光學元件所被收斂的離子束之空間分布，也具有最小值(極小值)。
於本實施形態中，藉由以下說明之離子植入裝置之控制系統極控制方法，自動地進行空間分布之縮小作業。關於本實施形態之離子植入裝置的控制方法，係從離子束之空間分布的測定值，藉由軌道計算手法來推算離子束之發射度，進而利用所推算之發射度，藉由軌道計算手法來推算光學元件之動作條件的最佳值者。
(離子植入裝置之控制系統)
如第1圖所示般，關於本實施形態之離子植入裝置之控制系統40，係具備：離子束之發射度推算部50、及光學元件之動作條件計算部60、及光學元件之動作控制部42。另外，所謂離子束之發射度，係指離子源附近中之離子束的電流密度之空間及角度的分布。
第2圖係關於本實施形態之離子植入裝置之控制系統的區塊圖。發射度推算部50係主要具備：發射度作成部52、及離子束之軌道計算部54、及收斂判斷部56、及記憶體58。
發射度作成部52係製作供離子束之軌道計算的發射度之推算值者。軌道計算部54係依據所作成的發射度推算值與現在的光學元件的動作條件，進行離子束之軌道計算，來算出基板W附近中之離子束的空間分布者。收斂判斷部56係將離子束的空間分布之計算值與實測值比較，判斷兩者之一致性者。記憶體58係記錄軌道計算部54及收斂判斷部56所使用之發射度推算值或光學元件之動作條件、離子束之空間分布的計算值、其之實測值等之資訊者。
另外，動作條件計算部60係主要具備：光學元件之動作條件作成部62、及離子束之軌道計算部64、及收斂判斷部66、及記憶體68。
光學元件之動作條件作成部62係作成供離子束之軌道計算的光學元件之動作條件者。軌道計算部64係依據所作成之光學元件的動作條件與發射度推算值，進行離子束之軌道計算，來算出基板W附近中之離子束的空間分布者。收斂判斷部66係判斷離子束之空間分布的計算值之最小性(極小性)者。記憶體68係記錄：動作條件作成部62、軌道計算部64及收斂判斷部66所使用之光學元件的動作條件或發射度推算值、離子束之空間分布的計算值等者。
另外，動作控制部42係主要具備：光學元件之動作條件輸出部44、及記憶體48。光學元件之動作條件輸出部44係將所算出的動作條件輸出至光學元件者。記憶體48係記錄現在的動作條件者。
(離子植入裝置之控制程式)
前述之離子植入裝置之控制系統，可以使用該控制程式來實現。即將記錄有離子植入裝置之控制程式的電腦可讀取之記錄媒體，安裝於電腦的讀取裝置，於電腦上實行控制程式。藉此，可使電腦作用為離子植入裝置的控制系統。
(離子植入裝置之控制方法)
接著，依據前述之離子植入裝置之控制系統，說明離子植入裝置之控制方法。第3圖係關於本實施形態之離子植入裝置之控制方法的流程圖。
首先，以離子束輪廓監視器來測定離子束之空間分布(步驟1)。
具體而言，係對第1圖所示之離子植入裝置l的離子源12或質量分離器14、加速管24等輸入指定的處理程序，另外，對各光學元件輸入常識性動作條件之起始值，使離子植入裝置1運轉。接著，藉由對尾端載台30的離子束輪廓監視器34直接射入離子束，來求得離子束之空間分布的實測值。
接著，推算可以實現於步驟1所測定的空間分布之離子束之發射度(步驟2)。
此作業係於發射度推算部50中進行。具體而言，首先，將於步驟1所獲得之離子束之空間分布的實測值輸入第2圖所示之發射度推算部50的發射度作成部52。發射度作成部52將所輸入的空間分布之實測值記錄於記憶體58。進而，發射度作成部52從記憶體58讀出事先記錄於記憶體58之常識性發射度的起始值。另外，也可以事先於記憶體58記錄有複數的起始值，為了實現空間分布之實測值，從記憶體58將最適當的起始值予以選出。在此情形，可以縮短發射度推算時間。然後，發射度作成部52將所讀出的發射度之起始值輸出至軌道計算部54。
軌道計算部54首先從動作控制部42取得已測定離子束的空間分布時之各光學元件的動作條件。具體為，動作控制部42的動作條件輸出部44從記憶體48讀出現在的動作條件，予以輸出至發射度推算部50的軌道計算部54。軌道計算部54將所取得的動作條件記錄於記憶體58。
然後，於軌道計算部54中，依據所輸入的發射度之起始值及光學元件的動作條件，進行離子束之軌道計算，算出基板附近中之離子束的空間分布。
作為離子束之軌道計算手法，以採用Kapchinskij and Vladimirskij方程式(以下，稱為「KV方程式」)為佳。KV方程式係將離子源等之帶電粒子的出發點之發射度(離子束之擴展)假定為4維空間之橢圓面，來描述考慮了空間電荷效果之3維的帶電粒子之軌道的包絡線之近軸近似的常微分方程式。
如第4圖所示般，將帶電粒子束之光軸設為Z軸，將與其正交之二個軸設為X軸及Y軸。然後，將帶電粒子束之發射度假定為4維空間之橢圓面的話，將X平面及Y平面之發射度設為εx 與εy ，帶電粒子束之包絡線之X及Y係藉由以下之KV方程式所描述。
此處，Fx及Fy係表示X面及Y面之透鏡作用，係對應四重極透鏡的動作條件者。靜電四重極透鏡之情形，如以圓筒座標系來描述其附近的電位Φ的話，則成為如下述。
[數學式2]Φ(r,θ,z)＝r 2 cos(2θ)g(r,z)
然後，如將離子束之靜電電位設為Φ IB的話，則數學式1的Fx極Fy可近似地如以下般予以描述。
另外，數學式1中之K係描述空間電荷效果所致之發散的強度之稱為Purviance的物理量，將離子束電流設為I、靜電電位設為Φ、帶電力子的質量設為m、帶電粒子的電荷設為e、真空的介電常數設為ε0 ，則可以下式來定義。
另外，如加速管般，靜電電位Φ改變之光學元件的內部中之KV方程式，係與前述稍有不同，成為下述般。此靜電電位Φ係對應加速管之動作條件者。
另一方面，作為離子束之軌道計算手法，如代替前述之KV方程式而採用本發明人所開發的多重橢圓KV方程式的話，則可以高精度地描述帶電粒子之軌道的包絡線。於前述之KV方程式中，雖將帶電粒子之發射度假定為4維空間的橢圓面，但是，在多重橢圓KV方程式中，係將帶電粒子之發射度以複數之4維空間的橢圓面之重疊來予以近似。在此情形，帶電粒子束之包絡線的X及Y，於將各個橢圓的包絡線中之X方向及Y方向的電場設為Ex(X)及Ey(Y)，藉由置換數學式1之右邊第1項，則如下述般所描述。
此Ex(X)及Ey(Y)的求取方法，於X方向及Y方向的計算方法相同，所以，只針對Ex(X)之求取方法做說明。
如第5A圖所示般，分布成相同橢圓之帶電粒子的外部之X點中之電場Ex(X)，於將帶電粒子之密度設為n、橢圓之X方向的寬度設為a、橢圓之Y方向的高度設為b時，則如以下般所描述。
另一方面，如第5B圖所示般，分布成相同橢圓之帶電粒子的外部之X點中之電場Ex(X)，則如以下般所描述。
然後，如第6圖所示般，於將帶電粒子之發射度以複數的4維空間之橢圓面的重疊予以近似之情形，以數學式7來計算X點成為外部之橢圓P、Q的電場Ex(X)，以數學式8來計算X點成為內部之橢圓S及X點成為包絡線之橢圓R的電場Ex(X)，藉由將彼等相加，可以求得X點中之電場Ex(X)。另外，包含於數學式7中之積分，函數形式比較平穩，所以，數值積分比較容易。如此，如將發射度以4維空間之橢圓面的重疊來近似，個別之橢圓的包絡線可以容易計算，即使帶電粒子的分布不一樣之情形，也可以迅速計算沿著光軸之帶電粒子的分布。
回到第2圖，發射度推算部50的軌道計算部54係利用前述之軌道計算手法來進行離子束之軌道計算，以算出基板附近中之空間分布。並且，將算出的空間分布記錄於記憶體58之同時，予以輸出至收斂判斷部56。
接著，收斂判斷部56判斷離子束之空間分布的計算值與實測值之一致性。具體而言，首先，將記錄於記憶體58之空間分布的實測值予以讀出，與所輸入的計算值比較。然後，於兩者的差超過預定值的情形，判斷兩者不一致，將兩者的差輸出至發射度作成部52。
於發射度作成部52中，參照所輸入的資訊，為了使空間分布的計算值與實測值一致，作成供下一軌道計算之新的發射度推算值。作為軌道計算手法，在採用KV方程式之情形，新的發射度係已變更橢圓之形狀者，於採用多重橢圓KV方程式之情形，新的發射度係以變更複數的橢圓之權重者。於此推算值之作成上，只要使用無限制非線性最佳化之手法即可。作為無限制非線性最佳化之手法，例如，可以使用：最急下降法或Newton法、共軛方向法、準Newton法等。然後，將新作成的發射度推算值記錄於記憶體58之同時，予以輸出至軌道計算部54。如此，將發射度當成參數使其改變，進行重複計算直到離子束的空間分布之計算值與實測值成為一致。
另一方面，於收斂判斷部56中，於空間分布的計算值與實測值之差低於預定值之情形，則判斷成兩者一致。在此情形，可以推測使用於最後之軌道計算的發射度，與現實之發射度一致。因此，收斂判斷部56從記憶體58將最後的軌道計算所使用的發射度推算值及光學元件的動作條件、以及藉由最後的軌道計算所獲得之空間分布的計算值予以讀出，並輸出至動作條件計算部60。
接著，使用於步驟2所推算之離子源的發射度，求得使離子束的空間分布成為最小之光學元件的動作條件(步驟3)。
被輸出至動作條件計算部60之發射度推算值及光學元件之動作條件，則被輸入動作條件作成部62。動作條件作成部62將所輸入的發射度推算值及光學元件之動作條件以及空間分布的計算值記錄於記憶體68。進而，動作條件作成部62參照所輸入的資訊，為了使離子束之空間分布成為最小，作成供下一軌道計算之新的動作條件。然後，動作條件作成部62將作成的動作條件輸出至軌道計算部64。
接著，軌道計算部64從記憶體68將發射度推算值予以讀出。並且，依據該發射度推算值及所被輸入的光學元件之動作條件，進行離子束之軌道計算，算出基板附近中之離子束的空間分布。作為離子束之軌道計算手法，可以使用前述之KV方程式或多重橢圓KV方程式等。進而，軌道計算部64將算出的空間分布記錄於記憶體68之同時，予以輸出至收斂判斷部66。
接著，收斂判斷部66判斷所算出的空間分布之最小性(極小性)。具體而言，首先，從記憶體68將於前次之軌道計算所算出的空間分布予以讀出，與此次之軌道計算所算出的空間分布比較。並且，於兩者之差超過預定值的情形，判斷此次算出的空間分布並非最小。另外，只要所算出的空間分布持續減少，也可以判斷維不是最小。然後，收斂判斷部66將前次與此次之空間分布的差輸出至動作條件作成部62。
於動作條件作成部62中，參照所輸入的資訊，為了使離子束之空間分布的計算值成為最小，作成供下一軌道計算之新的光學元件之動作條件。另外，於實際之四重極透鏡等有施加電壓等之限制，所以，於動作條件之作成上，只要使用附限制非線性最佳化之手法即可。作為附限制非線性最佳化之手法，例如可以使用：梯度射影法或一般化簡略梯度法、罰則函數法、乘數法等。然後，將新作成的動作條件記錄於記憶體68之同時，予以輸出至軌道計算部64。如此，將動作條件當成參數使其改變，進行重複計算直到離子束之空間分布成為最小。
另一方面，於收斂判斷部66中，於前次與此次之空間分布的差低於預定值之情形，則判斷成此次所算出之空間分布係最小。在這些情形，於軌道計算中，使空間分布成為最小之光學元件的動作條件，可以推測於現實之離子植入裝置中，也是使空間分布成為最小之動作條件。因此，收斂判斷部66將空間分布成為最小之光學元件的動作條件輸出至動作控制部42。
接著，利用於步驟3所求得之光學元件的動作條件之最佳值，使實際的離子植入裝置動作(步驟4)。
被輸出至動作控制部42之光學元件的動作條件，係被輸入至第2圖所示之動作條件輸出部44。動作條件輸出部44將所輸入的動作條件記錄於記憶體48之同時，予以輸出至第1圖所示之加速管24或四重極透鏡26等。藉此，離子植入裝置1可一面實現所被指定的處理程序，一面以離子束之空間分布成為最小之最佳條件來被運轉。
第7圖係關於本實施形態之控制方法的實施前後中之離子束之空間分布的曲線圖。橫軸係基板的半徑方向之位置，縱軸維離子束電流密度。第7圖之曲線b係前述之控制方法的實施前之離子束的空間分布之實測值。
第7圖之曲線A係師前述之控制方法而被最佳化之離子束的空間分布之計算值。另外，作為軌道計算手法，係採用多重橢圓KV方程式，係將複數的橢圓予以疊加，來算出離子束電流密度，所以，曲線A係成為棒狀曲線狀。
相對於曲線B，於曲線A中，離子束的空間分布之寬度窄，電流密度變大。此與入射光藉由凸透鏡被聚光來連結焦點者同樣的現象。此結果可確認，藉由實施前述之控制方法，來算出光學元件的動作條件，可使離子束之空間分布最佳化。
於以往之離子植入裝置中，在裝置的建立或處理程序變更時，為了求得離子源或四重極透鏡等之光學元件的最佳值，需要5~10分鐘程度之時間。
另外，即使使用記憶過去之最佳值而予以活用之控制系統，伴隨離子源之動作狀態的經時變化，也需要數分鐘之調整時間。進而，於這些調整時，實際上需要操作四重極透鏡之高電壓，存在有會發生放電、離子束照射於腔體內壁之問題。
相對於此，於關於前述之本實施形態的離子植入裝置之控制方法中，係作成藉由軌道計算手法，從離子束之空間分布的測定值來推算離子束之發射度，進而，利用所推算之發射度及軌道計算手法，來推算光學元件的動作條件之最佳值之構成。
如依據此構成，由於使用離子束之軌道計算手法，所以，可以短時間內求得離子植入裝置之動作條件的最佳值。如舉其一例，於離子植入裝置之建立或處理程序變更時，不管離子源之經時變化，可於1~3分鐘之短時間求得四重極透鏡等之光學元件的最佳值。另外，於求得動作條件之最佳值的過程中，不用說可以避免離子束對腔體內壁的照射或放電等。並且，作成利用離子植入裝置通常具備之離子束輪廓監視器來推算發射度，來求得光學元件的動作條件之最佳值的構成，所以，不需要於離子植入裝置新設置發射度監視器等。因此，不需要巨大的成本，可以求得動作條件的最佳值。
另外，作為離子束之軌道計算手法，藉由採用將發射度假定為以4維空間之橢圓面的KV方程式，可以極短時間內求得離子植入裝置之動作條件的最佳值。另外，作為離子束之軌道計算手法，藉由採用將發射度以4維空間之橢圓面的重疊來近似之多重橢圓KV方程式，可以高精度、短時間內求得離子植入裝置之動作條件的最佳值。
並且，藉由使用所算出的動作條件之最佳值來使離子植入裝置運轉，可使離子束的空間分布成為最小。藉此，可使離子束的掃描距離變短，能縮短離子植入時間而使產出提升。另外，藉由使用所算出的動作條件之最佳值來使離子植入裝置運轉，可使離子束的電流密度變大。藉此，可進一步縮短離子植入時間，能大幅提升產出。
另外，本發明之技術範圍並不限定於前述之實施形態，在不脫離本發明之旨意的範圍內，包含於前述之實施形態加上種種之變更者。即實施形態所舉出之具體的材料或構成、製造條件等不過為其一例而已，可以予以適當地變更。
〔產業上之利用可能性〕
本發明可以適當地利用於半導體製程中不可或缺之對半導體基板之離子植入工程。
W‧‧‧半導體基板(被處理構件)
1‧‧‧離子植入裝置
12‧‧‧離子源
24‧‧‧加速管(光學元件)
26‧‧‧四重極透鏡(光學元件)
34‧‧‧離子束輪廓監視器(空間分布之測定手段)
40‧‧‧離子植入裝置之控制系統
42‧‧‧動作控制部
50‧‧‧發射度推算部
60‧‧‧動作條件計算部
第1圖係離子植入裝置之概略構成圖。
第2圖係本發明之一實施形態之離子植入裝置之控制系統的區塊圖。
第3圖係本發明之一實施形態之離子植入裝置之控制方法的流程圖。
第4圖係帶電粒子束之包絡線及座標系的說明圖。
第5A圖係X點中之電場的計算方法之說明圖。
第5B圖係X點中之電場之計算方法之說明圖。
第6圖係多重橢圓KV方程式中之電場的計算方法之說明圖。
第7圖係控制方法之實施前後中之離子束的空間分布之曲線圖。
第8A圖係離子束之空間分布及掃描距離之說明圖。
第8B圖係離子束之空間分布及掃描距離之說明圖。
1．．．離子植入裝置
10．．．高電壓終端
12．．．離子源
14．．．質量分離器
20．．．離子束收斂器
22．．．口徑可變孔隙
24．．．加速管
26．．．四重極透鏡
28．．．掃描器
30．．．尾端載台
32．．．偏向器
34．．．離子束輪廓監視器
40．．．離子植入裝置之控制系統
42．．．動作控制部
50．．．發射度推算部
60．．．動作條件計算部
W．．．基板

Claims (5)

  1. 一種離子植入裝置之控制方法，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制方法，其特徵為具有：測定前述被處理構件附近之離子束的空間分布之工程，及藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度的工程，及使用所推算之前述發射度及前述軌道計算手法，來算出前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件之工程，及使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置之工程，前述所期望之空間分布，係於前述被處理構件附近之離子束的擴展成為最小之空間分布，前述軌道計算手法，係使用將前述發射度假定為4維空間之橢圓面之Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法。
  2. 一種離子植入裝置之控制方法，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制方法，其特徵為具有： 測定前述被處理構件附近之離子束的空間分布之工程，及藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度的工程，及使用所推算之前述發射度及前述軌道計算手法，來算出前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件之工程，及使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置之工程，前述所期望之空間分布，係於前述被處理構件附近之離子束的擴展成為最小之空間分布，前述軌道計算手法，係使用以複數的4維空間之橢圓面的重疊來近似前述發射度之多重橢圓Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法。
  3. 一種離子植入裝置之控制系統，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制系統，其特徵為具有：測定手段，測定於前述被處理構件附近之離子束的空間分布，及發射度推算部，藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度，及動作條件算出部，使用所推算之前述發射度及前述軌 道計算手法，來算出於前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件，及動作控制部，使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置，前述所期望之空間分布，係於前述被處理構件附近之離子束的擴展成為最小之空間分布，前述軌道計算手法，係使用將前述發射度假定為4維空間之橢圓面之Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法。
  4. 一種離子植入裝置之控制系統，係將從離子源所引出之離子束透過光學元件而照射於被處理構件之離子植入裝置之控制系統，其特徵為具有：測定手段，測定於前述被處理構件附近之離子束的空間分布，及發射度推算部，藉由離子束之軌道計算手法，從所測定之前述空間分布，來推算前述離子源中之離子束的空間及角度分布之發射度，及動作條件算出部，使用所推算之前述發射度及前述軌道計算手法，來算出於前述被處理構件附近之離子束成為所期望的空間分布之前述光學元件的動作條件，及動作控制部，使用所算出之前述光學元件的動作條件，來運轉前述離子植入裝置，前述所期望之空間分布，係於前述被處理構件附近之離子束的擴展成為最小之空間分布， 前述軌道計算手法，係使用以複數的4維空間之橢圓面的重疊來近似前述發射度之多重橢圓Kapchinskij and Vladimirskij方程式之計算手法。
  5. 一種離子植入裝置，其特徵為具備：申請專利範圍第3或4項所記載之離子植入裝置之控制系統。
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