JPH10226880A - イオン注入装置及びこれを用いたイオン注入量の計算方法、及び制御方法 - Google Patents

イオン注入装置及びこれを用いたイオン注入量の計算方法、及び制御方法

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JPH10226880A
JPH10226880A JP10007358A JP735898A JPH10226880A JP H10226880 A JPH10226880 A JP H10226880A JP 10007358 A JP10007358 A JP 10007358A JP 735898 A JP735898 A JP 735898A JP H10226880 A JPH10226880 A JP H10226880A
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ion beam
ions
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beam current
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ガン チェン ヘン
Michiro Sugitani
道朗 杉谷
Frank Sinclair
シンクレアー フランク
Victor M Benveniste
マウリス ベンベニステ ビクター
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Eaton Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】改良されたイオン注入量の制御装置及びその制
御方法を提供すること。 【解決手段】高電流イオン注入装置11によって処理され
るビームのイオン流入量は電荷中性化に影響される。ビ
ームエネルギーを１Mev にまで高めるために、電荷はぎ
取り及び電荷中性化と、これらの影響を補正する数学的
に有効なモデルを必要とする。電荷はぎ取りは、高い荷
電状態のイオンを発生し、ファラデーカップから測定さ
れた電流によって真のガス分子電流が過大に評価され
る。本発明は、イオンビーム19の効果的な荷電状態と、
電荷はぎ取り及びイオン中性化の両方を包含する、より
一般的な解法に基づく分析を満足する。イオン注入量の
制御は、２つの調整可能なパラメータを必要とする技術
を用いる。即ち、イオンビームとこのビーム通路内のガ
ス分子の間の相互作用が生じるビーム断面積、及び初期
荷電状態に対する最終荷電状態の比である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にイオン注
入に関し、特に半導体ウエハ中に注入されるイオン注入
量(dose)あるいはイオン濃度を制御する方法及びその装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンビ−ムが半導体ウエハに照射され
るイオン注入は、現在、種々の工業上の分野、特に，電
気的な能動型デバイスを製造するための半導体のイオン
注入に広く用いられている。
【０００３】ファーレイ(Farley)の米国特許第４，５８
７，４３３号及びライディング(Ryding)の米国特許第
４，２３４，７９７号には、ワークピースへ注入される
イオン注入量を制御することの重要性が記載されてい
る。ファーレイの上記特許及びライディングの上記特許
の開示内容は、本明細書において参考として包含され
る。半導体装置の製造上、イオン注入における全注入量
及び均一性についての許容公差は、現在多くの場合、１
パーセントのレベル内にある。
【０００４】上記２つの特許に開示されたイオン注入装
置の型式において、この精度レベルを達成するために、
イオン注入装置内部に残留する原子と電子との衝突によ
る、ビーム通路に沿うイオンの中性化を考慮することが
必要である。
【０００５】ファラデーケージ(Faraday cages) は、イ
オンビームとともに移動する電子をブロックしながらイ
オンビーム電流を捕捉して測定する。このようなファラ
デーケージは、イオンビーム内の中性原子を測定しな
い。中性化した原子は、イオンと同じエネルギーを有
し、かつイオン注入量に関する限りそれぞれイオンに等
しいので、もしビームの重要な中性化が起こると、ファ
ラデーケージの読みは、イオン注入電流の誤った測定を
与えることになろう。
【０００６】従来のイオン注入装置は、感光性樹脂（フ
ォトレジスト）が被覆された半導体表面を扱うのに特に
有用であり、それは気体を除き、感光性樹脂を揮発さ
せ、あるいはスパッタする。イオン注入装置の真空度が
十分に低ければ、注入されたイオン種は、イオン注入装
置の分析磁石によって選択された同じ荷電状態と本質的
に全く同じである。
【０００７】しかしながら、分析磁石とワークピースと
の間の通路における圧力が、十分に低くない場合、イオ
ンビームは、エネルギーに重要な変化を引き起こすこと
なく、ビーム通路に沿う残留原子との原子衝突によって
その荷電状態を変化させることができる。この場合、フ
ァラデーケージに衝突するビームは、中性原子を含んで
いる。
【０００８】これら中性化した粒子は望ましいイオン種
であり、注入のための望ましいエネルギーを有する。中
性化したイオンは、イオン注入を生じる適当な注入量を
決定するとき、イオンビーム束内でカウントされるべき
である。ファラデーケージはこのビーム電流を計測する
ことができないが、検知されたイオン電流はその実際値
よりも少ない。
【０００９】低いエネルギーのビームにおいて、ビーム
の粒子の相互作用の第１の影響は、イオンの中性化であ
る。ファーレイの上記特許は、イオンビームの中性化に
基づくビーム強度を調整する技術を使用している。上記
特許の各公式は、比較的低エネルギーのイオン注入装置
のために有用であるが、ビーム内のイオンから電子を高
エネルギーによるはぎ取り(stripping) により電荷が中
性化される。
【００１０】例えば、電子ビーム電流がイオン注入量を
制御するのに用いるシステムにおいて、はぎ取られる付
加的な電子を有していた単独の正の荷電イオンは、イオ
ン注入量の半分が、その電荷に基づくイオンに寄与する
ように見える。
【００１１】ここで、検出されたイオン電流は、実際の
電流よりも大きい。一方、ファーレイの上記特許は、は
ぎ取られる電荷が発生し得ることを認識しているが、こ
の明細書第２欄第５４行にあるように、この特許におい
て展開された公式は、イオン中性化に基づく計算に限定
されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イオ
ンのはぎ取りが、イオン中性化よりも顕著な傾向となる
高エネルギービームにおいて改良されたイオン注入量の
制御装置及びその制御方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明
の１実施形態によれば、イオン注入装置は、ターゲット
室、イオン源、およびイオン源に存在するイオンからイ
オンビームを形成し、かつイオンビームを前記ターゲッ
ト室内の１つ以上のワークピースに照射させるための構
造体とを含んでいる。
【００１４】好ましいイオン注入装置は、ワークピース
へ注入されるイオン注入量を制御するために、ファラデ
ーケージのようなセンサを含み、ターゲット室でのイオ
ンビームの検知されたビーム強度を決定する。注入コン
トローラ（補償手段）は、イオンビーム内のイオンの電
荷はぎ取りとイオンの中性化の双方を考慮することによ
って検知されたビーム強度からビーム電流を決定してお
り、このイオンブームは、イオンビームを作り上げるイ
オンと、ターゲットへのビーム通路を移動するビームに
衝突する残留ガス分子との間の相互作用によって生じ
る。
【００１５】補償されるイオンビーム電流を決定するた
めに、注入コントローラは、第１の入力を受け取り、イ
オンがワークピースに衝突する前に、イオンビーム通路
内のガス分子との相互作用による最初の荷電状態とこれ
と異なる最後の荷電状態を有するイオンの相対濃度指示
値を与える表により、注入されるための処方で特定した
パラメータに基づいて、限定された増分あるいは時間間
隔における種々の圧力での補償量を与える。
【００１６】この指示は、電荷はぎ取りあるいはイオン
中性化が、主に、イオン／分子相互作用であるかどうか
によって変化する。注入コントローラへの第２の入力
は、イオンビーム通路に沿って、ワークピースから上流
の位置でのガス分子圧力の指示である。注入制御器は、
これら２つの入力を使用し、電荷はぎ取りと電荷中性化
の双方を考慮して修正されたイオンビーム電流に基づく
イオン注入量を調整する。
【００１７】本発明の好ましい実施の形態によれば、そ
の関係は、 Ｉm ＝（Ｉｏ ）［１＋（γー１）（１ーｅ-KP ）］ の式を用いており、ここで、γは、ワークピースの方へ
のイオンビーム内で移動する粒子の荷電状態の比であ
り、Ｐは、イオン源とターゲット室間の構造によって分
けられる領域内でのガス圧であり、さらに、Ｋは、粒子
とガスとの相互作用によるビームの断面積である。
【００１８】ガンマ（γ）の値は、収集されたデータか
ら決定される。最適近似値は、注入中１５０ミリセコン
ド毎に記録されるデータに基づいて、ガンマを決定する
ために使用される。
【００１９】イオン種によって、ガンマ値、初期荷電状
態及びエネルギーは、ユーザによってコントローラの制
御盤で無視され得るデフォルト値として、イオン注入コ
ントローラ内に記憶される索引表に用意される。
【００２０】しかしながら、通常、ユーザは、機械のセ
ットアップ中、第２のパラメータＫのみを決定すること
を必要とし、もしユーザによって無視されないのであれ
ば、欠陥ガンマ値が選択され、制御盤にその値を入力す
る。
【００２１】本発明の実行では、イオンビーム電流をプ
ロセス室の圧力の関数としてより正確に記載することが
できる付加的なパラメータを用意する。これは、ファー
レイやライディングの特許に記述されている従来技術の
Ｅａｔｏｎ社のイオン注入量の制御手順を改善する方法
であり、順番にリアルタイムでアップデイトされる注入
量制御を可能にする。
【００２２】これらの、また他の目的、利点及び本発明
の特徴は、添付図面に関連して記述されている発明の詳
細な説明を参照すれば、より理解されるであろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、イオンビームを発生するための
構成要素を含んでいるイオン注入装置１１を示してい
る。この注入装置は、イオン源１２と、分析磁石１３
と、ワークピース１６がイオン注入のために取り付けら
れるディスク１５を有する回転ディスクアセンブリ１４
と、ディスク１５に形成されたスロット１８を通過する
イオンビーム電流を測定するのに使用されるファラデー
ケージ１７を含んでいる。
【００２４】イオン注入技術において良く知られている
ように、あるイオン種が分析磁石１３によって選択さ
れ、イオンビーム１９内に存在する選択されたイオン種
は、ワークピース１６へ指向される。
【００２５】ここに参考として包含される前述したライ
ディング(Ryding)の米国特許第４，２３４，７９７号明
細書によれば、支持体１５がディスクアセンブリ１４に
取付られたモータ２０によって一定の角速度で回転す
る。支持体上のワークピースのビーム処理中、ディスク
アセンブリは、ファラデーケージ１７によって測定され
た注入量により決められる比率で、ステップモータ２２
とリードスクリュ２３によって矢印Ａの方向に移動し、
ワークピース１６への均一なイオン注入を保証する。
【００２６】従来技術で良く知られているように、イオ
ン注入は、高い真空度下で実行され、ディスクアセンブ
リ１４と、図１の破線で示したエンドステーションすな
わち、ターゲット室２５を形成するファラデーケージ１
７が用いられる。
【００２７】本発明では、イオン注入量を制御すると
き、ビームを作り上げるイオンの荷電状態を与える手段
を備えている。このイオン注入量の決定は、イオン化電
流の測定と、イオン注入装置のエンドステーションでの
ガス圧力に基づいている。
【００２８】エンドステーションの圧力は、イオン化ゲ
ージ２６によって測定される。分析磁石から下流のビー
ムラインに沿ってガス電子に付随する電流Ｉo'を有する
最初の正のイオンビーム１９の衝突によって電子がビー
ム内の正に荷電したイオンの一部が中性化または電荷は
ぎ取り(stripping) を生じる。これが起こる程度は、イ
オン種、イオン速度及びビームが通過するところのガス
濃度または密度によることが米国特許第４，５８７，４
３３号に記載されている。
【００２９】注入コントローラ２７は、補償したイオン
ビーム電流を決定するために、ビームを作り上げるイオ
ンと残留ガス分子との間の相互作用によって生じるイオ
ンビーム内で電荷はぎ取り及び電荷中性化を考慮に入れ
ることによって感知したビーム強度からビーム電流を計
算する。
【００３０】この注入コントローラ（補償手段）２７
は、イオンがワークピースに衝突する前に、イオンビー
ム通路内のガス分子との相互作用による、最初の荷電状
態とこれと異なる最後の荷電状態を有するイオンにおけ
る相対的濃度の指示値を入力するための第１入力３０
と、イオンビーム通路に沿ってワークピースから上流に
位置するガス分子の圧力Ｐの指示値を入力するための第
２入力３２とを含んでいる。
【００３１】注入量制御器２８がステップモータ２２に
連結され、コントローラ２７によって決定されたイオン
ビーム電流に基づいたイオン注入量を調整する。また、
この制御器２８は、注入コントローラ２７から制御器２
８に伝送される補正した電流信号に応答する。
【００３２】本発明の理論 ２つの荷電状態、すなわち初期荷電状態と、最終荷電状
態を考慮に入れる。イオンビームは、これらの荷電状態
を有するイオンを作り上げると仮定する。まず、イオン
が分析磁石を通過するとき、注入室に向けて進む初期電
荷ｑを有するイオンがＮ1 個ある。このイオンが、圧力
Ｐで固定の通路長さを進んだ後で、電荷の交換あるいは
電子のはぎ取り相互作用により、Ｎ2 個のイオンが定常
の荷電状態に変えられ、Ｎ1 個のイオンは、初期荷電状
態ｑ1 のまま残る。ファラデーカップに到達する全電荷
は、（ｑ1 Ｎ1 ＋ｑ2 Ｎ2 ）となる。
【００３３】これは、数学的には、次の様に記載され
る。
【００３４】Ｎ1 −K → Ｎ2 ここでＫは、圧力に関係した比例ファクターである。
【００３５】 ｄＮ1 ＝−ＫＮ1 ｄＰ−−→Ｎ1・（Ｐ）＝Ｎ1 ｅ-KP Ｎ2 （Ｐ）＝Ｎ1 −Ｎ1・（Ｐ）＝Ｎ1 （１−ｅ-KP ） Ｑtotal ＝ｑ1 Ｎ1 ＋ｑ2 Ｎ2 ＝ｑ1 （Ｎ1 ）［１ ＋｛（ｑ2 ／ｑ1 ）−１｝（１−ｅ-KP ）］ ＝ｑ1 （Ｎ1 ）［１ ＋（γ−１）（１−ｅ-KP ）］ ここで、 γ＝（ｑ2 ／ｑ1 ）また、測定された電子ビ
ーム電流ｉm 、圧力 Ｉm ＝Ｉo ［１＋（γ−１）（１−ｅ-KP ）］ (1) リサイクルが可能なより精巧なモデルでは、 Ｎ1 ←K21K12 → Ｎ2 次の微分方程式の組を導く。
【００３６】ｄＮ1 ＝（−Ｋ12Ｎ1 ＋Ｋ21Ｎ2 ）ｄＰ ｄＮ2 ＝（−Ｋ21Ｎ2 ＋Ｋ12Ｎ1 ）ｄＰ 従って、 Ｉm ＝Ｉo ［１＋｛Ｋ12／（Ｋ12＋Ｋ21）｝（γ−１）
（１−ｅ-KP ）］ リサイクルなしで３つの異なる荷電状態（ｊ−１，ｊ，
ｊ＋１）に対して、次式を得る。
【００３７】 −ｄＮj （Ｐ）＝（σj-1 ＋σj+1 ）Ｎj ｄＰ ｄＮj+1 （Ｐ）＝σj+1 Ｎj ｄＰ ｄＮj-1 （Ｐ）＝σj-1 Ｎj ｄＰ そして、解は、ｊが初期荷電状態の電荷数であるとき Ｉm ＝Ｉo ［１＋Ｋ2 ／ｊ（１−ｅ-KP ）］ Ｋ1 ＝σj+1 ＋σj-1 Ｋ2 ＝（σj+1 −σj-1 ）÷（σj+1 ＋σj-1 ） ここで、Ｉm は、（正味電荷に基づく）測定されたビー
ム電流であり、Ｉo は、原子ビーム電流である。仮定 これらの異なる関数から、イオン注入計画は、低いエネ
ルギーの場合と同様に１ＭｅＶ程度のエネルギーを有す
るイオンビームにおいて、イオンの電荷交換／電子はぎ
取り行動を模式化するための関係式 Ｉm ＝Ｉo ［１＋
（γ−１）（１−ｅ-KP ）］を用いてイオン注入が実行
された。
【００３８】このファーレイ及びライディングの各特許
におけるこの関数関係式は、ガンマγがゼロに等しい時
における現在の技術の特殊な場合として記載されてい
る。このガンマがゼロに等しいとき、関係式Ｉm は、中
性化のみが生じ、かつ残留ガスを介してドーパントによ
り電荷が運ばれないという約束のもとで、イオンビーム
電流は、Ｉm ＝Ｉo ｅ-KP に減少する。
【００３９】この２つのパラメータの式では、γ値は、
初期の注入された荷電状態に対する最終の定常時の荷電
状態の比であると単純に解釈され、またＫは、ガス圧力
に関する相互作用における断面積である。
【００４０】関係式 Ｉm ＝Ｉo ［１＋（γ−１）（１
−ｅ-KP ）］は、２つのパラメータγとＫを用いて、測
定されたビーム電流とガス圧力間の関係を記載するモデ
ルを改善し、応用可能なエネルギー範囲が、数百ＫｅＶ
から数ＭｅＶまで広げられる。
【００４１】γとＫを適切に選択すると、注入装置によ
って与えられる圧力範囲内の所定圧力で、測定されたビ
ーム電流から実際の原子ビーム電流への偏差は、統計的
限界内に正しく計算することができる。
【００４２】上記の式(1) の関数形式は、Ｔｅ+1のため
のハイネメイアー(Heinemeier)とＮＩＭ１４８（１９７
８）６５から取られたデータを満足していた。このデー
タは、平衡荷電状態が負である場合には、あまり用いら
れない。図２に示すように提案された公式は、γ＝−
０．６２５において、良くあてはまる。
【００４３】設備及び形状 この開示されたモデルは、ライディングの特許に開示さ
れたイートン社の従来のイオン注入量の制御アルゴリズ
ムを修正することによって試験された。この圧力補正の
アルゴリズムは、このモデルにおいて述べられた関係に
基づいた瞬時の圧力の読みで、リアルタイムにおける測
定されたビーム電流の誤差を補償する。
【００４４】ここに与えられたデータは、イートン社の
イオン注入装置ＮＶ ＧＳＤ／ＶＨＥ＃２９による実験
によって得られた。
【００４５】1. 全てのモニターウエハは、２００ｍｍ
であった。
【００４６】2. 全てのイオン注入角度は、（５．２２
°，１６．７２°）のΘ／φに等しい（５°，１．５
°）のα／βであった。
【００４７】3. テストに用いたイオンゲージは、グラ
ンビル−フィリップスによって作られたスタビル−イオ
ン(STABIL-ION)ゲージであった。
【００４８】4. イートンの標準１０インチ及び８イン
チのクライオ(cryo)−ポンプ及びＣＴＩ−ＣＲＹＯＧＥ
ＮＩＣＳにより製作された２５０Ｆのバックサイド ク
ライオ(backside cryo) −ポンプを使用した。
【００４９】5.テストに用いた全てのフォトレジストウ
エハは、４ｍｍ厚さで、未熱処理でありかつパターン化
されていないフォトレジストマスクを用いた。
【００５０】6.熱波用測定器としての熱波用の温度プロ
ーブ４００ｘｐ 7.熱処理のためのＨＴＥＣ急速サーマルプロセッサ 8.シート抵抗測定のためのプロメトリックス(Prometri
x) ＲＳ−５５／ｔｃ 広域の動圧力範囲の下で提案されたモデルをテストする
ために、各テストの処方は、各注入に対して、全体で１
３のウエハからフォトレジストが被覆された０，４，
８，１２のウエハを用いて４回繰り返した。
【００５１】このモデルに基づいて圧力補正するために
使用したγとＫのパラメータの設定は、このテスト中に
得られたデータに基づいて評価された。これらのテスト
結果は、このフォトレジストのガス抜き効果を制御する
場合における提案されたモデルの電位を示している。
【００５２】Ｋファクターの決定 テストデータは、本明細書に参考として包含された「圧
力補正ための方法及び実例」と命名された技術ノートに
記載された従来技術に従って、Ｋファクターを計算する
ために用いた。このＫファクターは、（テストの前に決
定された同一のガンマファクターの下で）４つの注入最
短経路を得るグラフィック技術を用いて決定される。
【００５３】このＫファクターは、イオン注入装置のモ
デル、イオン種、残留ガス種、エネルギー、及びビーム
電流を変える。このうちで最も重要な２つの効能は、注
入するイオン種とエネルギーである。
【００５４】イオン注入装置のＫファクターを決定する
ために、テスト中においてクリーンである必要があり、
イオン注入装置は、前記イオン種およびエネルギーを設
定すべく最適化される。
【００５５】技術ノートにおいて示されるように、適切
なＫファクターは、４つ以上の注入実行からのグラフィ
ック分析および（シート抵抗）対（Ｋファクター）をプ
ロットすることによって決定される。
【００５６】第１の実行は、生のウエハとＫファクター
をゼロにして実行される。第２の実行は、生のウエハと
より高い一般的なＫファクターを用いて実行される。第
３および第４の実行は、多くのフォトレジストを被覆し
たウエハと第１，第２の実行で選択された同一のＫファ
クターを用いて実行される。注入されたウエハの抵抗率
とＫとをプロットしたグラフによって、データ（被覆さ
れた場合と被覆されていない場合）の２組の交差点が、
最適Ｋファクターから求められる。
【００５７】ガンマファクターは、Ｋの決定より前に、
デフォルト値（すなわち顧客を限定した）または最良の
方法により得られた値のいずれかによって決まる。この
場合、最適Ｋファクターを決めるために、最低４つの注
入実行が与えられるように配置され、第１の注入からは
フォトレジストが被覆されたウエハとＫ＝０の手順でガ
ンマの値を決定するために必要なデータが得られる。初
期のガンマが決定されると、残りの３つのイオン注入
は、この決定されたガンマ値を用いて実行される。
【００５８】第１の注入では、Ｋ＝０が用いられるの
で、注入装置に補正が付加されていない。その結果、残
りのイオン注入実行に対してどんなガンマの値にしよう
とも差異は生じないし、また、同じガンマ値を用いてい
るＫファクターの決定のための実行に従う。このよう
に、ガンマファクターを付加する道具が必要となる特別
の注入はない。
【００５９】５５０μＡで８５０ＫｅＶでの（単独に荷
電された燐）Ｐ+1に対する測定されたビーム電流と圧力
の関係が、一般的な例として、図３に示されている。こ
の測定されたビーム電流と圧力は、フォトレジストウエ
ハへのイオン注入中に、リアルタイムで１５０ｍｓ毎に
記録された。
【００６０】各バッチにおける４，８，１２のフォトレ
ジストウエハへの３つのイオン注入からのデータが、こ
の図において、式(1) の適合した関数を用いて重ね合わ
される。ここでのキーポイントは、Ｉ対Ｐであり、この
関係は、図において示されるように、圧力範囲に関係し
ないで保持されなければならない。
【００６１】圧力補正のない上記テストに応答するシー
ト抵抗は、図４に示されている。この補正なしで、平均
シート抵抗は、１．４％の均一性で１５％程度だけ変位
する。適当な圧力補正がなされた後、０．５％よりも良
い注入量の繰り返し精度と均一性が達成された。
【００６２】図５において、パラメータの設定を変える
ことによって、４５０μＡで１．２ＭｅＶでの燐Ｐ+1に
対する同様なテストを３回繰り返した結果が示されてい
る。上記２つの場合における０，４，８，１２のフォト
レジストウエハを用いてイオン注入量の繰り返し精度
は、適切な設定において、それぞれ０．４０％及び０．
４５％である。
【００６３】イオンエネルギーと初期イオン荷電状態の
関数として、電子のはぎ取り及び電荷の中性化の傾向
が、図６及び図７に示されている。Ｙ軸上の実際のビー
ム電流に対する電気的に測定されたビーム電流の比が、
各処方に対する種々の圧力値でのデータ点の全てに対し
て最適化した後、１０-4トル(Torr)の圧力での予測ビー
ム電流に基づいていた。
【００６４】この比は、優性効果が電子のはぎ取りであ
るとき、１よりも大きい。一般に、高エネルギーでの単
独に荷電されたイオンは、かなり大きな圧力を示す２つ
あるいは３つの荷電状態でのイオンと比較してかなり大
きな圧力の関連した注入量シフトを示す。
【００６５】１つの明らかな理由は、注入量誤差が、付
随するイオンの初期荷電状態によって分割された測定さ
れた電荷誤差に比例していることである。他の理由は、
電子のはぎ取りの断面積が、電荷中性化と平行して起こ
る初期荷電状態の増加に対してより小さくなることであ
る。
【００６６】本発明は、イートン社のイオン注入量の圧
力補正アルゴリズムに用いることによってテストされ
る。このアルゴリズムを用いることにより、注入量シフ
トをもたらすフォトレジストのガス抜きを省略し、良い
注入量の均一化を生じさせ、かつ最も極端な条件下にお
いても正確な注入量を生じる。
【００６７】この２つのパラメータモデルは、フォトレ
ジストのガス抜きの下での荷電状態の変動に良い特性を
与えるばかりでなく、繰り返して用いる場合にも実用的
である。
【００６８】このイオン注入装置の注入コントローラ２
７は、補正されたビーム電流を計算するための第１入力
として、イオン注入が始まる前に発生される補正用索引
表を有している。この補正表は、注入されるべき処方に
おいて特定されたガンマとＫファクターの与えられた組
（与えられた組を取り除くこと）に基づいて計算される
有限の増分または時間間隔における種々の圧力での補正
パーセント値の表を有している。
【００６９】この表の検索技術により、（すなわち、補
間によって従属する変数の所定値での対応する値を見つ
けることにより）注入コントローラ２７は、全式に基づ
くリアルタイムで得られる計算よりもより早くリアルタ
イムの圧力値及び第２入力を用いて補正されたビーム電
流を計算する。
【００７０】訂正されたビーム電流は、出力信号として
アップダウンスキャン（ｙスキャン）を駆動し、適切な
注入量の制御を達成する。
【００７１】本発明の好ましい実施の形態をある程度限
定して説明してきた。しかし、本発明は、添付された特
許請求の範囲またはその技術的思想に含まれる全ての変
更や修正を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に適用できる測定及び制御要素
が組み入れられた代表的なイオン注入システムの概略図
である。
【図２】図２は、Ｍｇ蒸気中での３０ｋｅＶのＴｅ+1イ
オンの走行長さの関数として、各荷電状態でのイオンの
割合を示すグラフである。
【図３】図３は、フォトレジストウエハの異なる量で
の、Ｐ+ の８５０ｋｅＶに対する、ビーム電流対圧力の
グラフである。
【図４】図４は、５５０μＡでのＰ+1の８５０ｋｅＶに
対する圧力補償なしでの、シート抵抗レスポンスのグラ
フである。
【図５】図５は、異なる圧力補償パラメータをきめて荷
電されたリン単独で、４５０μＡ、１．２ｍｅＶの結果
を示すグラフである。
【図６】図６は、１０-4トルでのボロンに対する電子は
ぎ取りと電荷中性化の傾向を示すグラフである。
【図７】図７は、１０-4トルでのリンに対する電子はぎ
取りと電荷中性化の傾向を示すグラフである。図１は、
本発明の好ましい実施の形態に従って構成されたイオン
注入装置の概略図である。
【符号の説明】
１１ イオン注入装置 １２ イオン源 １３ 分析磁石 １４ 支持体 １６ ワークピース １７ ファラデーゲージ（センサ手段） １９ イオンビーム ２５ ターゲット室 ２７ 注入コントローラ ２８ 注入量制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 フランク シンクレアー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02170 クインシー ロイヤル ストリー ト 14 (72)発明者 ビクター マウリス ベンベニステ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01930−4064 グローセスター ハーバー ハイツ ８

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ターゲット室(25)、イオン源(12)、および
    イオン源から出るイオンのビームを形成しかつこのイオ
    ンビームを前記ターゲット室内にある１つ以上のワーク
    ピースに衝突させるための構造体を含むイオン注入装置
    において、 前記ワークピース中に注入されるイオンの注入量を制御
    するための注入制御器が、 (a) ターゲット室でのイオンビームの感知されたビーム
    強度を決定するセンサ手段(17)と、 (b) 前記イオンビーム内のイオンの電荷はぎ取り及び電
    荷中性化を考慮して、イオンビームを作り上げるイオン
    と残留ガス分子との間の相互作用によって補償されたイ
    オンビーム電流が決定されるように、感知されたビーム
    強度からビーム電流を決定するための補償手段であっ
    て、イオンがワークピースに衝突する前に、ガス圧力の
    読取値の関数としてイオンビーム通路内のガス分子との
    相互作用による最初の荷電状態とこれと異なる最後の荷
    電状態を有するイオンの相対濃度指示値を入力するため
    の第１入力と、イオンビーム通路に沿ってワークピース
    から上流に位置するガス分子の圧力指示値を入力するた
    めの第２入力とを含んでいるものと、 (c) 前記補償手段によって決定されるイオンビーム電流
    に基づくイオン注入量を調整するための注入量制御器(2
    8)とを有することを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項２】ターゲット室内に取付られるワークピース
    支持体(14)をさらに含み、このワークピース支持体が、
    前記ターゲット室内に置かれてワークピースを所定位置
    に移動し、イオンビームを照射するために取付られ、注
    入量制御器(28)は、ワークピースへのイオン注入が起こ
    るとき、ワークピース支持体の動きを制御することを特
    徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
  3. 【請求項３】補償手段は、瞬時のビーム電流をリアルタ
    イムで測定するプロセッサを含んでいることを特徴とし
    ている請求項１記載のイオン注入装置。
  4. 【請求項４】プロセッサは、関係式 Ｉm ＝Ｉo ［１＋（γー１）（１ーｅ-KP ）］ （ここで、γは、ワークピースの方にイオンビームとと
    もに移動する分子の実験的に決められた荷電状態の比、
    Ｐは、イオン源とターゲット室間の構造によって分けら
    れる領域内でのガス圧、さらに、Ｋは、与えられたイオ
    ン種とイオンビームエネルギーのための実験的に決めら
    れた定数、）に従って、センサ手段から測定されたブー
    ム電流（Ｉm ）に基づく補正されたイオンビーム電流
    （Ｉo ）を計算するための記憶プログラムを含んでいる
    ことを特徴とする請求項３記載のイオン注入装置。
  5. 【請求項５】イオン源(12)と、質量比に対する限定した
    電荷を有するイオンビームを作り出すための分析磁石(1
    3)を備えているイオン注入装置(11)に用いられるイオン
    注入量を計算する方法であって、 (a) ビームによって処理される１つ以上のワークピース
    (16)を含んでいるターゲット室(25)に中性化状態を含む
    多数の可能な荷電状態を有するイオンビームを指向さ
    せ、 (b) 前記１つ以上のワークピース(16)のビーム処理が起
    こるとき、前記ターゲット室(25)内にイオンビームをセ
    ンサ手段(17)に向けることにより感知されたイオンビー
    ム電流を周期的に測定し、 (c) 分析磁石を通過するイオンの荷電状態よりもより高
    いかより低い荷電状態にあるイオンビーム内のイオンの
    割合に基づいて、計算されたイオンビーム電流を決定す
    る、各工程を有することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】前記ビーム電流を決定する工程は、補正し
    たイオンビーム電流（Ｉo ）を計算する副工程を含み、
    この副工程は、関係式 Ｉm ＝Ｉo ［１＋（γー１）（１ーｅ-KP ）］ （ここで、γは、ワークピースの方にイオンビームとと
    もに移動する分子の荷電状態の比、Ｐは、イオン源とタ
    ーゲット室間の構造によって分けられる領域内でのガス
    圧、さらに、Ｋは、分子とガスの相互作用を伴うビーム
    断面積、）に従って、測定されたビーム電流（Ｉm ）に
    基づく補正されたイオンビーム電流（Ｉo ）を計算する
    ことを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】ターゲット室(25)、イオン源(12)、および
    イオン源を出るイオンからのイオンビームを形成しかつ
    このイオンビームを前記ターゲット室内にある１つ以上
    のワークピースに衝突させるための構造体とを含むイオ
    ン注入装置において、前記ワークピースの中に注入され
    るイオンの注入量を制御するため方法であって、 (a) ターゲット室(25)でイオンビームのビーム強度を感
    知する工程、 (b) 前記イオンビーム内のイオンの電荷はぎ取り及び電
    荷中性化を考慮して、感知されたビーム強度からビーム
    電流を決定する工程であって、イオンビームを作り上げ
    るイオンと残留ガス分子の間の相互作用によって前記イ
    オンビームを生じさせて、補償されたイオンビーム電流
    を決定しており、この調整段階は、低いガス圧と高いガ
    ス圧の間の境界状態で、イオンがイオンビーム通路内の
    ガス分子との相互作用による最初の荷電状態とこれと異
    なる最後の荷電状態を有する、イオンの相対濃度指示値
    を決定する第１工程と、イオン注入中に、イオンビーム
    通路に沿ってワークピースから上流に位置するガス分子
    の圧力値を決定し、そして前記第１工程で決定された比
    率から前記感知されたガス分子の圧力に対するビーム電
    流を決定する第２工程とを含んでおり、 (c) 前記ビーム電流を決定する工程中に、決定されたイ
    オンビーム電流に基づいてイオン注入量を制御する工
    程、とを含んでいることをイオン注入量の制御方法。
  8. 【請求項８】第２工程は、関係式 Ｉm ＝Ｉo ［１＋（γー１）（１ーｅ-KP ）］ （ここで、γは、ワークピースに向けてイオンビームと
    ともに移動する分子の荷電状態の比、Ｐは、イオン源と
    ターゲット室間の構造によって分けられる領域内でのガ
    ス圧、さらに、Ｋは、ガス分子と相互作用を行うビーム
    の断面積、）に従って、測定されたビーム電流（Ｉm ）
    に基づく補正されたイオンビーム電流（Ｉo ）を計算す
    ることを含んでいる請求項７記載の方法。
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