JP2000353671A - イオン注入量制御装置 - Google Patents

イオン注入量制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、半導体ウェハ製造時のイオン量制
御の改良に関する。 【解決手段】 処理中にウェハ１４に入射するビーム内
中性イオンの真の補正ビーム電流量は、処理中ビームが
ウェハを離隔する期間中ビーム電流量の反復測定を行う
ことによって計算される。こうした多重ビーム電流量測
定期間中、残留気体圧は、決定されるポンプダウン定数
に従って低下する。従って、測定ビーム電流量および回
数に関する二次方程式を、補正ビーム電流量の値を示す
係数について解くことができる。補正ビーム電流量は、
装置の用量測定を制御し、ウェハ表面には正確な量が均
一に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ製造
時のイオン量制御の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入装置は、半導体および金属製
品の製造に一般的に用いられ、半導体あるいは金属基板
にイオンを注入し、こうした基板あるいはその所定領域
における材料の導電性を変化させる。イオン注入装置
は、通常イオンビームを発生するイオンビーム発生器
と、イオンビーム内の特定イオン種を選択する質量分析
器と、基板ホルダに支持された対象基板に真空室を介し
てイオンビームを送入する手段とから成る。イオンビー
ムの横断面積は例えばビーム線形状、イオンビームに適
用される焦点度、ビーム線方向のガス圧力、イオンビー
ムのエネルギー、イオンの質量等の要因に左右される。
もっとも一般的には、対象基板でのイオンビームの横断
面積は、１次元あるいは２次元スキャンでビームが横断
するビーム基板の表面積より小さい。イオン注入におい
て普通に用いられる３種の２次元スキャン技術は、
（i）静止基板に対するイオンビームの静電気および／
あるいは磁気偏向、（ii）静止イオンビームに対する対
象基板の２次元の機械的スキャン、（iii）一方向から
のイオンビームの磁気あるいは静電気偏向と略直交する
別方向からの対象基板の機械的スキャン、を含む複合技
術である。
【０００３】半導体ウェハ製造において重要な目標は、
どんな選択化学種のイオンについても、正確なイオン量
でウェハに注入し、その量は注入イオンを受ける対象ウ
ェハの全体あるいは部分で均一であるということであ
る。現在のところ、半導体産業は約１％以上の量的均一
性を求めることが多い。こうした基準を達成し得ない
と、ウェハ自体がかなり高価なので、時間の浪費となる
とともにコスト高となる。
【０００４】用量は、イオン電流量検出器（通常ファラ
ディカップ）を用いて注入工程の間ビーム電流量を測定
することによってモニタされる。ファラディカップは、
ビームおよびウェハが相対移動した時、ビームがファラ
ディカップに入射するようにウェハ面の「背後」に置か
れる。多重ウェハの注入については、ファラディカップ
を１つ以上の空隙／スリットを有する可動（通常回転可
能な）ウェハホルダの背後に置くことによって行ってよ
い。この空隙／スリットを介して、ビームはビームの一
般経路の線上に置かれたファラディカップに入射し得
る。単一ウェハの注入が行われる場合、ファラディカッ
プは普通ウェハの一側部に置かれ、ビームは、ウェハを
横切るビームの横移動つまり掃引の間、ファラディカッ
プを横切って移動される。
【０００５】現在あるビーム電流量検出器は、ウェハへ
の注入以前に中性化されたイオンを検出しないので、ビ
ーム中のイオンと中性イオンの両方を含む所望化学種の
真の送達率より少ない値を示すのが普通である。ビーム
イオンは一般に室中の残留気体分子と衝突して中性化さ
れるが、中性化されるイオンの比率は残留気体圧の増加
とともに増大することが分かっている。また衝突はビー
ムイオンの荷電状態を例えば一重荷電から二重荷電に増
加させたり、あるいは例えば二重荷電から一重荷電に減
少させることもあるが、こうした作用はともにビーム電
流量の測定誤差の一因となることがある。
【０００６】すでに知られているように、真のビーム電
流量すなわち中性イオンあるいは荷電状態の変化のない
イオン電流量を測定し計算する際には、こうした作用を
補償する必要がある。この真のあるいは補正されたビー
ム電流量は注入する化学種の粒子ビームの送達率の適切
な基準となるものである。補正ビーム電流量を正確にモ
ニタすることによって、注入工程でこの補償を行うよう
にすることができる。
【０００７】米国特許第４，２３４，７９７号にはソー
スから射出されるビームによる加工物処理の制御装置が
開示されている。ビームと加工物支持要素間において両
直交方向の相対平行移動が行われ、一（制御）方向の速
度制御は支持部の背後に取り付けられた検出器に応じて
実施され、該検出器は定期的に支持要素の可動スロット
を介してビームをサンプリングする。このスロットは制
御方向の移動範囲に伸長している。イオン注入装置が示
されているが、支持要素は常時回転するディスクであ
り、その軸は制御方向に平行移動されている。別のイオ
ン注入装置が示されているが、支持要素は可動ベルトで
ある。両実施形態に使用し得る簡単な制御回路は、ビー
ム強度の変化にかかわらず、高い生産率で半導体基板の
イオン量を均一にする。検出器は加工物の電荷を中性化
する、支持物への電子シャワーの影響は受けない。
【０００８】米国特許第４，５３９，２１７号、第４，
５８７，４３３号、第５，７６０，４０９号では、イオ
ン注入装置の用量制御装置のイオンビーム内の中性イオ
ンを測定し補償する方法および装置が開示されている。
注入容量中の気体圧が測定され、また圧力信号は気体圧
と見かけのあるいは測定されたビーム電流量と普通圧力
補償率Kと呼ばれる期間との間の所定の関係に応じて、
実際のあるいは補正されたビーム電流量値を計算するの
に用いられる。次にこの実際のビーム電流量値は用量制
御装置に供給される。
【０００９】米国特許第４,５３９,２１７号、第４,５
８７,４３３号には動的操作方法が記載されており、Kの
値はイオン注入工程において、測定イオン電流量と圧力
の同時測定値をイオン注入工程中に予め選択された同時
測定値と比較することで決定される。これらの特許で
は、Kは次の関係によって定義されるよう選択される。
【００１０】
【式５】
【００１１】ここで、I0は補正ビーム電流量、Imは測定
ビーム電流量、Pは残留圧である。
【００１２】この補正ビーム電流量と残留気体圧間の想
定上の線形的関係によれば、特にビームエネルギーが高
い時、精度の制限がある。
【００１３】米国特許第５，７６０，４０９号では、K
は次の関係によって定義される。
【００１４】
【式６】
【００１５】これはγ＝０の場合、
【００１６】
【式７】
【００１７】と変形される。
【００１８】補助パラメータは、最終安定荷電状態と初
期投入荷電状態との比と見なすことができる。Kおよび
γはともに生産注入運転の実施に先立ち実験的に決定さ
れ、その値は最適なものとなるよう各工程手順毎に記憶
される。
【００１９】繰返しテスト注入を行って各注入手順毎に
Kおよびγの値を集積しなければならないのは時間の浪
費であり、面倒である。また注入工程中の予期しないパ
ラメータ変化は、実験的に決定されたKおよびγの値を
用いて補正ビーム電流量を計算する演算を不正確にし、
用量測定の誤差の原因となることがある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、従来技
術のようにK等の実験的に決定された定数の値のデータ
ベースを蓄積する必要なしに確実かつ正確に真のビーム
電流量I0を推定・測定し、これによって、イオン量のバ
ラツキを補償したウェハへのイオン注入の一層効果的な
解決法を提供することである。
【００２１】本発明は、イオン注入装置であって、真空
室と、対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、対
象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生するイ
オンビーム発生器と、対象基板にイオンビームの相対的
スキャン動作を実施するスキャン装置と、注入中作動し
て真空室から残留気体を吸引する真空ポンプと、真空室
内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する残留気
体圧検出器と、注入中、ビームが対象基板に入射しない
複数の期間によって分離される対象基板への反復ビーム
スキャンを行うよう配設されるスキャン装置であって、
これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板から
の除ガスによって前記各スキャン時上昇し、前記真空ポ
ンプによる吸引によって前記分離期間中下降するスキャ
ン装置と、前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビ
ーム内のイオン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流
量検出器と、前記多重測定値および残留気体圧の変化を
示す前記圧力信号のデータを入力し、注入する化学種の
粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の補正値を
計算する演算装置と、を備えたイオン注入装置を提供す
る。
【００２２】演算装置は、前記分離期間中の測定イオン
電流量の変化を推定することによって前記補正値を計算
し、不定時間での前記イオン電流量の値を計算するよう
構成されているのが好ましい。上記分離時間中、残留気
体圧は、数式
【００２３】
【式８】
【００２４】（ここで、P0はｔ=０での圧力、τはポン
プダウン時間定数）によって時間ｔの関数となると考え
てよい。
【００２５】演算装置は前記圧力信号からτの値を決定
し、前記τの値を用いて前記イオン電流量の多重隔時測
定に適した曲線の形状を推定するよう構成されてよい。
特に、本発明は、残留気体圧がポンプダウン時間定数に
よって決定される予測可能な状態で変化する時、注入工
程の所謂分離期間において多重時間関連イオン電流量測
定を行うものである。ポンプダウン時間定数の値を決定
することによって、多重時間関連イオン電流量値をｔ→
∞の時、ビーム電流量の値を正確に予測するのに用いら
れる曲線にぴったり合わせることができる。このｔ→∞
は残留気体圧がゼロに向かい、かつ測定ビーム電流量が
ビーム中の所望化学種の実際送達率に等しくなければな
らない場合である。
【００２６】本発明によれば、圧力測定は単に室ポンプ
ダウン定数τを得るのに用いられるだけであり、絶対圧
を得るのに用いられるわけではないので、圧力測定の精
度は重要でなく、圧力補償率Kの値を計算し記憶する必
要はない。
【００２７】本発明は高エネルギーイオンをウェハ、特
にフォトレジスト被覆ウェハに注入する際の注入量を測
定・制御する問題に対する独自の解決法を提供する。本
願明細書に開示された注入装置および方法は、環境気体
が該気体中を移動する高エネルギーイオンの荷電状態を
変化させる場合、ファラディカップおよび電位計等の測
定手段を用いる高精度ビーム電流量測定技術の状況を改
善する。この技術はバッチ（多重ウェハ）注入および単
一ウェハ注入に適用可能である。両タイプの注入装置と
も測定・制御方法は、ウェハがイオンビームによってス
キャンされ、ウェハがビーム経路から逸脱した際ビーム
電流量の測定を行うという方法を用いる。この時、ウェ
ハのレジスト被覆からの除ガスは中断されるので、環境
気体源は基本的になくなり、注入室の真空度は比較的予
測可能な状態で回復する。真の補正ビーム電流量の正確
な予測を行うために圧力を大きく回復する必要はない。
【００２８】従来技術の米国特許第５,７６０,４０９号
に記載されているように、測定ビーム電流量は次の数式
によって表される。
【００２９】
【式９】
【００３０】ここで、I0は真の補正ビーム電流量（残留
圧ゼロとする）、Kは圧力補償率、P tは圧力（時間の関
数である場合がある）である。
【００３１】数式（１）は次のように書き換えることが
できる。
【００３２】
【式１０】
【００３３】ポンプダウン定数τの値測定は、注入装置
動作の初回ポンプダウン時に注入装置の真空室内の圧力
測定から行うことができる。こうした測定を２回程度行
うだけで数式（１ａ）によって表される線の傾きが設定
されるが、正確を期すには２０回以上の測定を行うのが
好ましい。
【００３４】さて、数式（１）のPtを数式（２）に代入
すると、真空度回復期間（あるいは所謂分離期間）中に
測定されるビーム電流量に関し以下の数式が得られる。
【００３５】
【式１１】
【００３６】数式（３）は対数で表すと次のようにな
る。
【００３７】
【式１２】
【００３８】ビーム電流量測定値Iiが時間tiで得られた
場合、ビーム電流量測定値Iiは次の形の一般式で示され
る。
【００３９】
【式１３】
【００４０】ここで、ｂ0＝ｌｎ（Ｉ0）、ｂ1＝-KP0で
ある。
【００４１】τの値が公知あるいは測定済みである場
合、Ii、ｔiの測定によって得られた少なくとも２組の
値を用いて、この数式を直接ｂ0、ｂ1について解くこと
ができる。
【００４２】従って、真のビーム電流量I0はKの値を設
定しなくとも設定可能である。
【００４３】本例では、真のビーム電流量はI、ｔのサ
ンプルおよびτの情報から推定される。圧力の絶対測定
は不要である。
【００４４】上記数式（５）はｌｎIiとexp（−ｔi/
τ）間の線形的関係を示すが、実際には、こうした値を
プロットすると直線から逸脱する。これは、一重荷電イ
オンの中性化をもたらす電荷交換の発生ばかりでなく、
ビーム中の一重荷電イオンを二重荷電にする電荷剥奪の
発生も考慮に入れるなら、予測できる場合がある。
【００４５】従って、次の二次方程式がIi、ｔiの測定
値により適した式となる。
【００４６】
【式１４】
【００４７】b0の値は、時間ｔiでIiの測定を充分（少
なくとも3回の）行って、数式（６）をｂ0について解く
ことによって得られる。
【００４８】また絶対圧の使用は上記補正計算には不必
要である。必要となる測定値はIi、ｔiおよびτの情報
だけである。ポンプダウン定数は注入開始時に測定可能
であるが、所謂分離期間中の注入時にτを繰返し測定す
る方がよい。
【００４９】
【発明の実施の形態】図１の注入装置は、１回に１枚の
シリコンウェハを処理する単一ウェハ装置である。本発
明はこのような単一ウェハ注入装置について容易に示す
ことができるが、本発明は回転ホイールに取り付けられ
たバッチウェハを同時処理する型のバッチ注入装置にお
いて実施してもよい。
【００５０】図1の単一ウェハ装置において、所望化学
種のイオンビームはイオンソース１０から導出され、質
量選択磁石１１を介してビームスキャン装置１２に供給
される。質量選択磁石１１によって、質量選択器を出た
ビーム１３中には所望化学種のイオンだけがあるように
なる。ビームスキャン装置１２によってイオンビーム
は、ビーム方向に垂直な方向、すなわち、図１の例では
紙面を往復して急速スキャンされる。このように、イオ
ンビームはキャリアあるいはチャック１５に取り付けら
れたウェハ１４を横切って繰返しスキャンされる。チャ
ック１５はビーム方向を横断する面にウェハを保持す
る。
【００５１】当業者に理解されるように、通常ウェハ１
４に入射するイオンビームの直径はウェハ全体の面積よ
りはるかに小さい。例えば、イオンビームの直径は２〜
５ｃｍであるが、ウェハの直径は２０ｃｍあるいはそれ
どころか３０ｃｍもある場合がある。イオン注入装置で
は、イオンビームとウェハ間の相対的スキャン動作を行
って、ウェハ表面に注入イオンを均一分散させるという
のが標準的なやり方である。図１に示した装置では、ウ
ェハの一直交方向のスキャンはビームスキャン装置１２
によって発生されるビーム自体のスキャンによってなさ
れる。ウェハに対する他方の直交方向（図１の例では紙
面の内外）にビームスキャンを行うため、チャック１５
がアーム１６に取り付けられおり、このチャック１５は
イオンビームのスキャン面に垂直な方向にアーム１６の
位置を平行移動可能なアクチュエータ１７に接続されて
いる。
【００５２】スキャン装置は、図２を参照すると理解し
やすい。イオンビームは２０で図示されており、ビーム
は矢印２１方向を往復して繰り返しスキャンされるのが
分かる。チャック１５上のウェハ１４は同時に矢印２２
の方向に逆直交方向にもスキャンされる。ビーム２０の
スキャン速度はチャック１５の機械的スキャン速度より
はるかに速い場合があるので、方向２１のビームスキャ
ンと方向２２の機械的ウェハスキャンを組み合わせるこ
とでウェハ表面全体をビームスキャンしたような十分な
ラスタが生ずる。１回の注入工程でウェハは矢印２２方
向に往復して数回機械的にスキャンされてよい。
【００５３】注入装置にビームスキャンとウェハスキャ
ンの組み合わせを用いた所謂複合スキャン装置の例は、
米国特許第５,２２９,６１５号およびＷＯ第９９／１３
４８８号に見られる。
【００５４】スリットファラディ装置２５は、スキャン
されるイオンビーム２０内に、ウェハチャック１５の機
械的スキャン位置の一側に置かれる。スリットファラデ
ィ２５は検出のためビームイオンをファラディカップに
導入する入口スリット２６を有する。各ビームスキャン
時にイオンビームはスリット２６をスキャンするので、
ビームがスリットをスキャンする時ファラディカップに
よって捕捉される電荷全体はその時のビーム内の合計イ
オン電流量を示す値となる。ファラディカップビーム電
流量検出装置はビーム中の荷電粒子にのみ反応し、ファ
ラディカップに到達する前に中性化された所望化学種の
粒子には反応しない。
【００５５】よく知られているように、イオンソース１
０でのイオン発生、質量選択器１１やスキャン装置１２
を介するイオンビームの搬送、その注入はすべて略真空
中で行う必要があり、必要とされる真空室を図１中に点
線３０で図示してある。ウェハ１４とチャック・スキャ
ンアーム１６を収容する少なくとも１つの処理室３３が
真空ポンプ３１によって直接排気される。他の装置部分
は図示しない別の真空ポンプによって直接排気されても
よい。いずれにせよ本発明は、処理室内に残留気体発生
源がない場合、真空ポンプ３１の連続運転によって処理
室内の残留気体圧が設定可能なポンプダウン時間定数を
有する予測可能な曲線に従って低下する、という認識に
準拠するものである。
【００５６】ウェハ１４を収容する処理室３３の圧力
は、圧力ゲージ３２によってモニタされる。圧力ゲージ
３２はイオンゲージあるいはその他真空装置内の極めて
低い圧力測定に公知の圧力ゲージであってよい。本発明
の作用として重要なのは、圧力ゲージ３２については、
いつでも正確な圧力を正確に表示することが重要なので
はなく、特にポンプダウン時間係数を決定し得るように
圧力変化をモニタする方法を可能にすることだけ求めら
れる点である。
【００５７】スリットファラディ２５および圧力ゲージ
３２は、用量コントローラ３５に接続される。
【００５８】用量コントローラ３５は、スリットファラ
ディ２５からのビーム電流量の値と圧力ゲージ３２から
出力された残留気体圧の変化に関するデータを用いて、
ファラディおよびウェハ１４の位置に到達する以前にビ
ーム中でなされたビームイオンのあらゆる中性化を考慮
に入れつつビーム電流量の補正値を推定する。
【００５９】スリットファラディ２５によって測定され
たビーム電流量の誤差は、ウェハに到達する以前に中性
化されたイオンビームの数に左右される。公知のよう
に、これはまた、ビームが移動する室内の残留気体圧に
左右される。注入中、注入するウェハ１４はレジストに
よって部分的に被覆されるのが普通で、イオンが注入さ
れるウェハ表面の面積を画定する。レジスト被覆表面に
入射するイオンは半導体ウェハには注入されないが、レ
ジストからの除ガスを行う作用があり、処理室内の残留
気体圧に寄与する。ウェハがイオンビームの通過によっ
て機械的にスキャンされ、イオンビームがウェハのレジ
スト被覆表面に入射している間、レジスト被覆からの除
ガスは残留気体圧を上昇させる傾向がある。スキャン装
置１２によるビームのスキャン速度は１００Ｈｚ以上で
あってよく、ビームが瞬間的にウェハを離隔した時、矢
印２１方向の各ビームスキャンの最後のビームのドエル
タイムは、わずか数ミリ秒である。
【００６０】比較するに、チャック１５上のウェハ１４
が矢印２２方向の機械的スキャンによってスキャンビー
ムから完全に離隔して移動した場合、ウェハは略コンマ
１秒の間ビームから離隔することがある。従って考えら
れるのは、ウェハの処理を反復スキャンによって実施す
ることであり、このスキャンは、ウェハにビームが入射
しない期間によって分離されるスキャンビーム面を貫通
して矢印２２の一方向にウェハが平行移動された場合
の、すなわちウェハ・スキャンアーム１６がビーム面の
上あるいは下の機械的スキャンの最後に方向転換する場
合の低速機械的スキャンに相当する。こうした分離期間
中イオンビーム電流量は、スリットファラディ２５によ
って、ビームがビームスキャン速度１００Ｈｚ以上でス
リットファラディをスキャンする毎に測定可能である。
従って実際には、ウェハがスキャンビームを完全に離隔
する分離期間中に、２０回以上の隔時ビーム電流量測定
を行なうことができる。
【００６１】用量コントローラ３５は、各々のあるいは
少なくとも複数の上記分離期間中、スリットファラディ
２５から多重ビーム電流量値を入力するよう設けられて
いる。通常用量コントローラ３５は注入制御装置の一部
であり、この注入制御措置も、制御回線４０を介してス
キャンアーム１６のアクチュエータ１７を制御する。従
って、ウェハが各機械的掃引の最後にビームから離隔す
る時のデータを用量コントローラ３５は利用可能である
ので、分離期間が決定可能となる。
【００６２】また、用量コントローラは、真空ポンプ３
１の作動下での室のポンプダウン時間定数の値を得るよ
う設けられている。これは、除ガスが行われないので室
内の圧力を急激に減ずる必要がある期間、圧力ゲージ３
２からの気体圧の反復測定値を用いて求められる。
【００６３】ポンプダウン時間係数は、室の初回ポンプ
ダウン時であっても、ウェハ処理の開始以前に決定可能
であるが、上記各分離期間中にポンプダウン時間係数を
測定するのが好ましく、その時一連のビーム電流量の読
取りも行われる。従って、ポンプダウン時間係数は常に
ビーム電流量測定に適したものとなる。ポンプダウン時
間係数は、例えば排気すべき残留気体内の化学種の変化
あるいは例えば真空ポンプ３１の性能の変化、温度変化
等のその他の要因によって処理運転中に変化することが
ある。重要なのは、圧力ゲージ３２からの圧力測定値に
ついては、スリットファラディ２５からのビーム電流量
測定値と同時に得ることが必須ではない点である。しか
し、用量コントローラを作動して新たなビーム電流量の
読取り値が得られる毎に圧力をサンプリングするほうが
よい。
【００６４】従って、用量コントローラを作動して、ス
キャンイオンビーム面を貫通するウェハの低速機械的ス
キャンの最後の各分離期間中、所定のサンプリング時間
で２０程度のビーム電流量値を得ることができる。同時
に用量コントローラは圧力ゲージ３２から多重圧力値を
得、これからポンプダウン時間定数τを決定する。従っ
て、ビーム電流量読取りの値および時間をτの計算値と
組み合わせて用いることができ、上記数式（６）の係数
b0の値が得られる。この係数b0から、ファラディによっ
てはカウントされない中性イオンあるいはスリットファ
ラディでは二重カウントと思われる、電荷が付加された
可能性のあるイオンを考慮に入れつつ、機械的ウェハス
キャンの各ターンアラウンドタイムで補正ビーム電流量
の値が得られるのである。
【００６５】当業界において十分確認されていることだ
が、注入工程中に真の注入流の値あるいは所望化学種が
ウェハに供給される真の率を求め、工程を変更して所望
量の化学種を工程の最後に送達し、またこの量をウェハ
表面に均一に送達するのは重要である。従って、上記の
ように用量コントローラ２５によって得られたビーム電
流量の補正値は、回線４０を介してアクチュエータ１７
に制御信号を供給することによって、機械的スキャン速
度を変化させるのに用いられてよい。例えば、用量コン
トローラが真のイオン電流量が増加した場合、スキャビ
ーム面を通るウェハの機械的スキャン速度を増加させて
もよく、これにより次の機械的スキャンの用量送達を略
同一に保つとともにウェハ表面の均一性を適正に保つ。
【００６６】ただ単にビームを通るウェハの機械的スキ
ャン速度を制御する代わりに、用量コントローラが得ら
れたビーム電流量の真の値に応じて注入装置の他のパラ
メータを調節し、用量および均一性の所望目標を達成す
るようにしてもよいことを理解されたい。例えば、スキ
ャン装置をビームのスキャン速度を増加あるいは減少す
るよう調節してよい。またイオンソース１０あるいは
（図１に図示しない）なんらかの介在ビームフィルタ装
置のいずれかを調節することによって、ビーム中のイオ
ン電流量を直接調節することもできる。
【００６７】上記実施形態においては、注入装置は単一
ウェハを１回で注入するようになっている。このため、
ウェハ操作装置が注入中ウェハを収容する処理室内に隣
接して具備され、処理後チャック１５からウェハを除去
し、処理のためチャックに新たなウェハを供給する。個
々のウェハは負荷ロック機構を介して処理室の内外に移
動される。こうした操作装置は本発明の一部ではないの
でこれ以上の説明を省略する。
【００６８】本発明の各実施形態はバッチ型注入装置、
特に同時処理のため多数のウェハを搬送する回転ホイー
ルを用いる装置において用いてもよい。こうした装置に
おいては、イオンビームは普通固定され、ウェハは外周
部にウェハを搬送するホイールの回転によって一方向
に、またビーム方向を横に往復するスキャンホイールの
軸の平行移動によって第２方向へビームを横切ってスキ
ャンされる。本発明はこのような装置にも有益である。
この場合、（スキャンホイールの回転軸の平行移動によ
る）ウェハの低速スキャンによってウェハがイオンビー
ムから完全に離隔する毎に、反復ビーム電流量の測定が
行われる。こうした分離期間中、ウェハ表面からのレジ
ストの除ガスは中断され、処理室内の残留気体圧はポン
プダウン時間定数に従って低下する。この期間中に得ら
れた反復イオンビーム電流量は、本文中に示された対数
に従って、真のあるいは補正イオンビーム電流量の値を
計算するのに用いられる。別のビームおよびウェハの相
対的スキャンの形態も考えられる。しかし、その場合本
発明は、ウェハスキャン中に、多重ビーム電流量測定値
を得るのに十分長い時間ビームが完全にウェハを離隔す
る期間を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化する注入装置の概略図である。
【図２】スキャン装置を示す図１の注入装置の部分拡大
図である。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イオン注入装置であって、 真空室と、 前記対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、 対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生する
    イオンビーム発生器と、 前記対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実
    施するスキャン装置と、注入中作動して真空室から残留
    気体を吸引する真空ポンプと、 真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する
    残留気体圧検出器と、 注入中、ビームが前記対象基板に入射しない複数の期間
    によって分離される対象基板への反復ビームスキャンを
    行うよう配設されるスキャン装置であって、これによ
    り、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガス
    によって前記各スキャン時に上昇し、前記真空ポンプに
    よる吸引によって前記分離期間中下降するスキャン装置
    と、 前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイ
    オン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器
    と、 前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力
    信号のデータを入力し、注入する化学種の粒子ビームの
    送達率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算する演算
    装置とを備えたイオン注入装置。
  2. 【請求項２】 演算装置は、前記分離期間中の測定イオ
    ン電流量の変化を推定することによって前記補正値を計
    算し、不定時間での前記イオン電流量の値を計算するよ
    うに構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項３】 前記分離期間中の残留気体圧は、数式 【式１】 （ここで、P0はt=０での圧力、τはポンプダウン時間定
    数）によって時間ｔの関数となり、 演算装置が前記圧力信号からτの値を決定し、前記τの
    値を用いて前記イオン電流量の多重隔時測定に適した曲
    線の形状を推定するよう構成された請求項１に記載のイ
    オン注入装置。
  4. 【請求項４】 前記分離期間中の残留気体圧Ptは、数式 【式２】 （ここで、P0はｔ=０での圧力、τはポンプダウン時間
    定数）によって時間ｔの関数となり、 演算装置が前記圧力信号からτの値を決定し、多重値Ｉ
    iを用いて定数b1、b2を消去する数式 【式３】 （Iiは分離期間中の時間ｔiにおける測定イオンビーム
    電流量、b0＝ｌｎ（I0））から真のビーム電流量
    （Ｉ0）を計算することによって前記補正値を計算する
    よう構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
  5. 【請求項５】 前記分離期間中の残留気体圧Ｐｔは、数
    式 【式４】 （ここで、P0はｔ=０での圧力、τはポンプダウン時間
    定数）によって時間ｔの関数となり、 演算装置が前記圧力信号から前記各分離期間中のτの値
    を決定するよう構成された請求項１に記載のイオン注入
    装置。
  6. 【請求項６】 注入中、各分離期間に計算される前記合
    計ビーム電流量の補正値に応答して、次回スキャン時の
    対象基板の各単位面積への所要化学種の粒子送達率を調
    節し、単位注入面積毎の前記粒子の所望合計量を出力す
    る用量制御装置を含む請求項１に記載のイオン注入装
    置。
  7. 【請求項７】 前記スキャン装置は、用量制御装置に応
    答してイオンビームに対する対象基板のスキャン速度を
    調節し、前記送達率を調節するよう構成された請求項６
    に記載のイオン注入装置。
  8. 【請求項８】 スキャン装置は、ホイール軸を中心とし
    た回転スキャンを行うためバッチウェハを搬送するスキ
    ャンホイールと、往復運動状態でホイール軸を移動させ
    るスキャンアームとから成り、これにより、回転スキャ
    ンホイールで搬送されるバッチウェハがビームを通過し
    ない位置にホイール軸がきた時、前記分離期間が生ずる
    よう構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
  9. 【請求項９】 スキャン装置は、単一ウェハを保持する
    ウェハホルダと、イオンビームを一方向からウェハにス
    キャンするビームスキャナと、ウェハホルダを搬送しス
    キャンされるビーム面を貫通して往復運動させるスキャ
    ンアームとを含み、これにより、前記スキャンアームが
    スキャンされるビームから離隔したウェハホルダ上のウ
    ェハを保持する位置にきた時、前記分割期間が生ずるよ
    う構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
  10. 【請求項１０】 イオンの選択された化学種を対象基板
    に注入する方法であって、 対象基板を真空室内のホルダに保持し、 真空室内を真空にし、 注入する選択化学種のイオンのビームを発生し、 基板へのイオン注入中真空室から残留気体を吸引し、 対象基板にイオンビームの相対的反復スキャン動作を実
    施し、対象基板へのビームの相対的反復スキャン動作
    は、ビームが対象基板に入射しない複数の期間によって
    分離され、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対
    象基板からの除ガスによって前記各スキャン時に上昇
    し、前記吸引によって前記分離期間中下降し、 真空室内の残留圧の変化を示す圧力信号を発生し、 前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイ
    オン電流量の多重隔時測定を実施し、 前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力
    信号のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達
    率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算することを含
    む選択化学種イオンの対象基板注入方法。
  11. 【請求項１１】 イオンの選択された化学種を対象基板
    に注入する装置であって、 対象基板を真空室内のホルダに保持する手段と、 真空室内を真空にする手段と、 注入する選択化学種のイオンのビームを発生する手段
    と、 基板へのイオン注入中真空室から残留気体を吸引する手
    段と、 対象基板にイオンビームの相対的反復スキャン動作を実
    施する手段であって、 対象基板へのビームの相対的反復スキャン動作はビーム
    が対象基板に入射しない複数の期間によって分離され、
    これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板から
    の除ガスによって前記各スキャン時上昇し、前記吸引に
    よって前記分離期間中下降する、相対的反復スキャン動
    作を実施する手段と、 真空室内の残留圧の変化を示す圧力信号を発生する手段
    と、 前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイ
    オン電流量の多重隔時測定を実施する手段と、 前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力
    信号のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達
    率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算する手段とを
    備えた選択化学種イオンの対象基板注入装置。
  12. 【請求項１２】 イオン注入装置用の用量モニタ装置で
    あって、 真空室と、 対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、 対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生する
    イオンビーム発生器と、 対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施す
    るスキャン装置と、 注入中作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポン
    プと、 真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する
    残留気体圧検出器と、を備え、 前記スキャン装置は、注入中、ビームが対象基板に入射
    しない複数の期間によって分離される対象基板への反復
    ビームスキャンを行うよう配設され、これにより、前記
    真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって
    前記各スキャン時上昇し、前記真空ポンプによる吸引に
    よって前記分離期間中下降し、 前記用量モニタ装置は、 前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム中のイ
    オン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器
    と、 前記圧力信号およびイオン電流量指示値を入力し、前記
    指示値からイオン電流量測定値を判定し、判定測定値お
    よび前記各分離期間中の各測定タイミングを記憶すると
    ともに、前記各分離期間中の記憶値および前記圧力信号
    のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達率を
    表す合計ビーム電流量の各補正値を計算するよう構成さ
    れた演算装置とを備えたイオン注入装置用の用量モニタ
    装置。
  13. 【請求項１３】 演算装置は、入力圧力信号から前記複
    数の分離期間中のポンプダウン時間定数τの値を計算
    し、ポンプダウン時間定数τを用いて前記各補正ビーム
    電流量値を計算するように構成された請求項１２に記載
    の用量モニタ装置。
  14. 【請求項１４】 演算装置は、前記分離期間中の圧力信
    号から多重隔時相対圧力値を記憶し、これから前記ポン
    プダウン時間定数τの値を計算するよう構成された請求
    項１３に記載の用量モニタ装置。
  15. 【請求項１５】 真空室と、 対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、 対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生する
    イオンビーム発生器と、 対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施す
    るスキャン装置と、 注入時に作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポ
    ンプと、 真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する
    残留気体圧検出器と、を備え、 前記スキャン装置は、注入中、ビームが対象基板に入射
    しない複数の期間によって分離される対象基板への反復
    ビームスキャンを行うよう配設され、これにより、前記
    真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって
    前記各スキャン時に上昇し、前記真空ポンプによる吸引
    によって前記分離期間中下降し、 前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイ
    オン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器
    と、を備えた型のイオン注入装置用の用量モニタ装置に
    おける制御指令を記憶するコンピュータ可読記憶媒体で
    あって、 イオン注入装置用の用量モニタ装置は、記憶媒体の指令
    を読み取る読取装置を有するコンピュータ演算装置を含
    み、前記指令はイオン注入装置用の用量モニタ装置のコ
    ンピュータ演算装置を制御して前記圧力信号およびイオ
    ン電流量指示値を入力し、前記指示値からイオン電流量
    測定値を判定し、判定測定値および前記各分離期間中の
    各測定のタイミングを記憶するとともに、 前記各分離期間中の記憶値および前記圧力信号のデータ
    から、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計
    ビーム電流量の各補正値を計算し得るよう構成されたコ
    ンピュータ可読記憶媒体。
  16. 【請求項１６】 前記指令はさらに、前記コンピュータ
    演算装置を制御して入力圧力信号から前記複数の分離期
    間中のポンプダウン時間定数τの値を計算し、ポンプダ
    ウン定数τを用いて前記各補正ビーム電流量値を計算し
    得るよう構成された請求項１５に記載のコンピュータ可
    読記憶媒体。
  17. 【請求項１７】 前記指令はさらに、前記コンピュータ
    演算装置を制御して前記一分離期間中の圧力信号から多
    重隔時相対圧力値を記憶し、これから前記ポンプダウン
    定数τの値を計算するよう構成された請求項１７に記載
    のコンピュータ可読記憶媒体。
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