(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドと、
前記シールドのビーム進行方向の下流に配置され、長い方の寸法と短い方の寸法とを有し、前記ビームの強度を感知するビームセンサと、
前記ビームセンサに対して前記シールドを並進させるアクチュエータと、
を備え、
前記シールドは、前記ビームセンサに対して並進されるに伴い、前記ビームセンサから前記ビームの少なくとも一部分を遮断し、前記ビームセンサに対する前記シールドの一部分における変化に関連する前記強度の測定値は、前記ビームセンサの前記長い方の寸法により定められる第１の方向における前記ビームのビーム密度分布を表し、
前記ビームはイオンビームを含み、前記ビームセンサはビーム電流センサを含み、前記強度は前記イオンビームのビーム電流を含み、前記ビーム密度分布は前記第１の方向における前記イオンビームのビーム電流密度分布を含み、
前記アクチュエータは前記シールドを並進経路に沿って並進させ、前記シールドの前記長い方の寸法の向きは前記並進経路と直交し、
前記シールドは第１のエッジおよび第２のエッジを有し、前記第１のエッジと前記第２のエッジとの間隔は前記第２のエッジにおける位置に応じて変化し、
前記第１のエッジは前記並進経路に対し直角な直線であり、前記第２のエッジは前記並進経路に対し直角でない直線であるビーム密度測定システム。
【請求項２】
前記並進経路の一の方向における前記イオンビームのビーム電流密度分布を表す信号を受信し、前記第１の方向における前記イオンビームの前記ビーム電流密度分布を表す信号を受信し、かつ、前記並進経路の前記方向、および、前記第１の方向において、前記ビーム電流の二次元マップを生成するコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の方向における前記イオンビームの前記ビーム電流密度分布を表す信号を受信し、前記信号に応じて、前記第１の方向における前記イオンビームの高さを決定するコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の方向における前記イオンビームの前記ビーム電流密度分布を表す信号を受信し、前記ビーム電流密度分布を閾値と比較して、前記ビーム電流密度分布が前記閾値を超える場合は、修正処置をとるコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ビームを生成するビーム発生器と、
ビーム密度測定システムと、を備え、
前記ビーム密度測定システムは、
シールドと、
前記シールドのビーム進行方向の下流に配置され、長い方の寸法と短い方の寸法とを有し、前記ビームの強度を感知するビームセンサと、
前記ビームセンサに対して前記シールドを並進させるアクチュエータと、
を備え、
前記シールドは、前記ビームセンサに対して並進されるに伴い、前記ビームセンサから前記ビームの少なくとも一部分を遮断し、前記ビームセンサに対する前記シールドの一部分における変化に関連する前記強度の測定値は、前記ビームセンサの前記長い方の寸法により定められる第１の方向における前記ビームのビーム密度分布を表し、
前記ビーム発生器はイオンビーム発生器を含み、前記ビームはイオンビームを含み、前記ビームセンサはビーム電流センサを含み、前記強度は前記イオンビームのビーム電流を含み、前記ビーム密度分布は前記第１の方向における前記イオンビームのビーム電流密度分布を含み、
前記アクチュエータは前記シールドを並進経路に沿って並進させ、前記シールドの前記長い方の寸法の向きは前記並進経路と直交し、
前記シールドは第１のエッジおよび第２のエッジを有し、前記第１のエッジと前記第２のエッジとの間隔は前記第２のエッジにおける位置に応じて変化し、
前記第１のエッジは前記並進経路に対し直角な直線であり、前記第２のエッジは前記並進経路に対し直角でない直線である装置。
【請求項６】
前記イオンビームは、スポットビームを含み、前記ビーム電流センサは、前記スポットビームの前記第１の方向における前記ビーム電流密度分布を提供する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記イオンビームは、スポットビームを含み、前記ビーム電流センサは、前記ビーム電流センサに対する前記シールドの複数の位置のそれぞれに対し、前記スポットビームの前記第１の方向における前記ビーム電流密度分布を提供する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
可動プロファイルセンサをさらに備え、
前記アクチュエータは、前記イオンビームの並進経路の一の方向におけるビーム電流密度分布を表す信号を供給するために、前記可動プロファイルセンサを前記並進経路に沿って並進させ、前記シールドは、前記可動プロファイルセンサに結合され、前記可動プロファイルセンサは、前記イオンビームが基板に注入される間、前記基板により定められる基板平面の上流に配置され、前記ビーム電流センサは、前記基板平面の下流に配置されるファラデーセンサを含む、請求項５から７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記シールドは、前記イオンビームが基板に注入される間、前記基板により定められる基板平面の下流に配置され、前記ビーム電流センサは、前記基板平面の下流に配置されるファラデーセンサを含む、請求項５から８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記シールドは、前記イオンビームが基板に注入される間、前記基板により定められる基板平面の上流に配置され、前記ビーム電流センサは、前記基板平面の上流に配置される可動プロファイルセンサであるファラデーセンサを含む、請求項５から８の何れか１項に記載の装置。
【請求項１１】
イオンビームを含むビームの進行方向において、直線状の第１のエッジおよび第２のエッジを有し前記第１のエッジと前記第２のエッジとの間隔が前記第２のエッジにおける位置に応じて変化するシールドの下流に配置され、長い方の寸法と短い方の寸法とを有し、ビーム電流センサを含むビームセンサを提供する段階と、
前記ビームセンサに対して前記シールドを並進させることにより、前記シールドは、前記ビームセンサから前記ビームの少なくとも一部を遮断する段階と、
前記ビームセンサに対する前記シールドの異なる位置について、前記ビームセンサにより前記イオンビームのビーム電流を含む前記ビームの強度を測定する段階と、
を備え、
前記ビームセンサに対する前記シールドの位置の変化に関連する前記強度の測定値は、前記ビームセンサの前記長い方の寸法により定められる前記ビームの第１の方向における前記イオンビームのビーム電流密度分布を含むビーム密度分布を表し、
前記並進させる段階は、前記シールドの前記長い方の寸法の向きと直交する並進経路に沿い、前記第１のエッジが前記並進経路に対し直角かつ前記第２のエッジが前記並進経路に対し直角ではないように、前記シールドを並進させる段階を含む方法。
【請求項１２】
前記イオンビームは、スポットビームを含み、前記ビーム電流センサは、前記並進経路に沿った前記シールドの複数の位置のそれぞれに、前記スポットビームの前記第１の方向における前記ビーム電流密度分布を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記イオンビームの前記ビーム電流密度分布と、閾値とを比較する段階と、
前記ビーム電流密度分布の一部分が前記閾値を上回る場合に修正処置をとる段階と、
をさらに備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ビーム密度の二次元測定方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、特性を変化させる不純物をさまざまな基板に導入するための標準的な技術である。所望の不純物材料がイオン源でイオン化され、当該イオンは加速されて定められたエネルギーを有するイオンビームを形成し、当該イオンビームは、基板の前面に向けられる。一般的な例は、ホウ素、ヒ素などの不純物を注入することにより、半導体材料の導電性を変えることである。ビーム中のエネルギーを有するイオンが半導体材料の大部分に浸透し、半導体材料の結晶格子内に入り込むことにより、所望の導電性を有する領域を形成する。
【０００３】
イオン注入装置は、通常、安定したイオンビーム引出電極を使用することにより、特定のイオンビームが抽出されるイオン化プラズマへと、ガスまたは固体成分を変換するイオン源を有する。イオンビームは、質量分析されることにより、望ましくないイオン種が取り除かれ、所望のエネルギーへと加速されてターゲット平面に導かれうる。イオンビームは、ビーム走査、ターゲットの移動、または、ビーム走査とターゲットの移動とを組み合わせることによって、ターゲット領域に分布されうる。イオンビームは、スポットビーム、または、縦横の寸法に差のあるリボンビームであってよい。長い方の寸法は、少なくとも基板の幅と同じでもよい。
【０００４】
所望の濃度の不純物を基板に導入することは、形成される半導体デバイスを確実に仕様の範囲内で動作させるために重要なことである。基板への注入量に影響を及ぼしうる要因の１つは、イオンビーム内におけるイオンビーム電流の分布である。したがって、従来のイオンビーム電流密度測定システムが開発された。従来のイオンビーム電流密度測定システムの１つは、周知のファラデーセンサなどのプロファイルセンサを、イオンビームを介して所定の方向に並進させる。測定されたビーム電流は、可動プロファイルセンサの既知の位置に関連するので、イオンビームの一方向におけるイオンビーム電流分布が得られる。この従来のアプローチの欠点は、イオンビーム電流密度の測定が、可動プロファイルセンサの進行方向など、一方向に限られることである。
【０００５】
従来の他のイオンビーム電流密度測定システムは、ビームセンサに複数の画素を追加することにより、イオンビーム電流密度分布の二次元測定が可能である。複数の画素のそれぞれは、ビーム電流センサとして機能し、一実施形態では、可動プロファイルセンサにおいて一列につき約６画素からなる画素のオフセット列が存在しうる。可動プロファイルセンサは、固定の画素のセットの空間分解能が同数の画素の空間分解能としては非常に低いものの、少ない使用画素で大きい領域のビーム密度を得ることができるという利点がある。しかしながら、このアプローチの欠点は、コスト、および、追加の画素とそれに付随する各画素の配線の複雑さである。さらに、画素および付随する配線は、イオン注入装置の領域内に、余分の空間を必要とする。例えば、測定値が取られた後に、処理チャンバの外部で可動プロファイルセンサを並進させることは有益であろう。処理チャンバにおける付随する開口は、多数の画素および付随する配線を可動プロファイルセンサに結合させることができるほど大きくないかもしれない。
【０００６】
したがって、ビーム密度を二次元測定する新規で高性能なビーム密度測定システムの技術が必要とされる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、ビーム密度測定システムが提供される。ビーム密度測定システムは、シールド、および、ビームセンサを備える。ビームセンサは、シールドのビーム進行方向の下流に配置される。ビームセンサは、長い方の寸法と短い方の寸法とを有し、ビーム強度を感知する。ビーム密度測定システムは、シールドをビームセンサに対し並進させるアクチュエータをさらに備える。シールドは、ビームセンサに対して並進されるに伴い、ビームセンサからのビームの少なくとも一部を遮断する。ビームセンサに対するシールドの位置の変化と関連する強度の測定値は、ビームセンサの長い方の寸法により定められる第１の方向におけるビームのビーム密度分布を表す。
【０００８】
本発明の他の側面によれば、装置が提供される。装置は、ビームを生成するビーム発生器と、ビーム密度測定システムとを備える。ビーム密度測定システムは、シールド、および、ビームセンサを備える。ビームセンサは、シールドのビーム進行方向の下流に配置される。ビームセンサは、長い方の寸法と短い方の寸法とを有し、ビーム強度を感知する。ビーム密度測定システムは、シールドをビームセンサに対し並進させるアクチュエータをさらに備える。シールドは、ビームセンサに対して並進されるに伴い、ビームセンサからのビームの少なくとも一部を遮断する。ビームセンサに対するシールドの位置の変化と関連する強度の測定値は、ビームセンサの長い方の寸法により定められる第１の方向におけるビームのビーム密度分布を表す。
【０００９】
本発明のさらなる側面によれば、方法が提供される。方法は、シールドのビーム進行方向の下流に配置され、長い方の寸法と短い方の寸法とを有するビームセンサを提供する段階と、ビームセンサに対してシールドを並進させ、ビームセンサからのビームの少なくとも一部をシールドによって遮断させる段階と、ビームセンサに対するシールドの異なる位置について、ビーム電流センサによりビーム強度を測定する段階と、を備える。ビームセンサに対するシールドの位置の変化に関連する強度の測定値は、ビームセンサの長い方の寸法により定められた第１の方向におけるビームのビーム密度分布を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の理解をより深めるべく、添付の図面への参照がなされる。
【００１１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態における、ビーム発生器とビーム密度測定システムとを備える装置の簡略化された概略図である。
【００１２】
【図１Ｂ】図１Ａに合致した概略図であり、装置はイオン注入装置である。
【００１３】
【図２】本発明の一実施形態に従うイオンビーム電流密度測定システムを備えるイオン注入装置の一実施形態を示す概略図である。
【００１４】
【図３】図１Ｂのイオンビーム電流密度測定システムに用いられるシールドの正面図である。
【００１５】
【図４】ビーム電流センサに対し第1の位置にある図３のシールドを示す正面図である。
【００１６】
【図５】ビーム電流センサに対し第２の位置にある図３のシールドを示す正面図である。
【００１７】
【図６】ビーム電流センサに対し第３の位置にある図３のシールドを示す正面図である。
【００１８】
【図７】図３のシールドの水平シールド位置の関数としてのビーム電流のプロットである。
【００１９】
【図８】図３のシールドと合致するシールドのシールド位置の関数としてのビーム電流のより詳細なプロットである。
【００２０】
【図９】垂直ビーム電流密度プロフィールを決定する動作のフローチャートである。
【００２１】
【図１０】複数のビーム電流センサに入射するリボンビームの断面を示す概略図である。
【００２２】
【図１１】図１０のリボンビームについてのビーム電流と水平位置との関係を示すプロットである。
【００２３】
【図１２】図１０および１１のリボンビーム分布の水平および垂直方向におけるビーム電流密度分布を示すプロットである。
【００２４】
【図１３】ビーム電流センサに入射するスポットビームの概略断面図である。
【００２５】
【図１４】図１４のスポットビーム全体でのビーム電流と垂直位置との関係を示すプロットである。
【００２６】
【図１５】図１４のスポットビームについてのビーム電流と水平位置との関係を示すプロットである。
【００２７】
【図１６】図１４および１５のスポットビーム分布の水平および垂直方向におけるビーム電流密度分布を示すプロットである。
【００２８】
【図１７】スポットビームのビーム電流密度の典型的な二次元マップを示すグラフである。
【００２９】
【図１８】シールドの関連する垂直位置での異なる水平ビーム電流密度分布を示す複数のプロットである。
【００３０】
【図１９】第１のシールドおよびビーム電流センサ位置を有するイオンビーム電流密度測定システムの第１の実施形態を示す。
【００３１】
【図２０】第２のシールドおよびビーム電流センサ位置を有するイオンビーム電流密度測定システムの第２の実施形態を示す。
【００３２】
【図２１】第３のシールドおよびビーム電流センサ位置を有するイオンビーム電流密度測定システムの第３の実施形態を示す。
【００３３】
【図２２−２５】本発明に従うシールドの追加の実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１Ａは、本発明の一実施形態に従う、ビーム発生器１０２と、ビーム密度測定システム１４０とを備える装置１００を示すブロック図である。ビーム発生器１０２は、ビーム１０４を生成するさまざまなタイプの構成要素およびシステムを含みうる。ビームは、これらに限定されないが、イオンビーム、光ビーム、電子ビーム、および、中性粒子ビームを含みうる。
【００３５】
ビーム密度測定システム１４０は、シールド１５０、アクチュエータ１５６、ビームセンサ１４２、および、コントローラ１２０を備えうる。シールド１５０は、ビーム１０４を選択的に遮断するためのさまざまな材料で作製されうる。アクチュエータ１５６は、モータ、駆動機構、機械的リンク機構、および、周知の他のいかなる構成要素の１つ以上を含みうる。アクチュエータ１５６は、シールド１５０、ビームセンサ１４２、または、両方を並進させることにより、ビームセンサ１４２に対してシールド１５０を並進させうる。一実施形態では、アクチュエータ１５６は、並進経路１７２に沿ってシールドを並進させてよく、また、アクチュエータ１５６は、図１に示されるように、コネクティングロッド１５２を介しシールド１５０と結合されてよい。
【００３６】
ビームセンサ１４２は、シールド１５０のビーム１０４進行方向の下流に配置される。ビームセンサ１４２は、そこに入射する特定のビーム１０４の強度を感知する。したがって、ビームセンサ１４２は、ビーム１０４のタイプによって異なってよい。例えば、ビーム１０４がイオンビームである場合、ビームセンサ１４２は、ファラデーセンサなどのビーム電流センサでありうる。ビーム１０４が光ビームの場合、ビームセンサ１４２は、光検出器などの光センサであってよく、ビーム１０４が中性粒子ビームの場合は、中性粒子検出器であってよい。
【００３７】
コントローラ１２０は、所望の入出力機能を実行するようプログラムされうる汎用コンピュータ、または、汎用コンピュータのネットワークを含みうる。コントローラ１２０は、プロセッサ１３０と、機械可読媒体１３２とを含みうる。プロセッサ１３０は、インテル社から購入できるような周知の１つ以上のプロセッサを含みうる。機械可読媒体１３２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、磁気ディスク（フロッピーディスクおよびハードドライブなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭなど）、および／または、実行命令を格納しうる他のいかなるデバイスを含みうる。コントローラ１２０は、特定用途向け集積回路、他のハードワイヤードまたはプログラム可能な電子デバイス、個別素子による回路などの他の電子回路または構成要素も含みうる。コントローラ１２０は、通信デバイスを含みうる。コントローラ１２０は、装置１００のあらゆるさまざまなシステムおよび構成要素から入力データおよび命令を受信し、出力信号を供給することにより、装置１００の構成要素を制御する。
【００３８】
装置１００は、ユーザインターフェースシステム１２４も備えうる。ユーザインターフェースシステム１２４は、ユーザがコントローラ１２０を介してコマンドおよび／またはデータを入力し、および／または、装置１００を監視できるようにするデバイスを含んでよく、そのようなデバイスは、タッチスクリーン、キーボード、ユーザポインティングデバイス、ディスプレイ、プリンタなどであるがこれらに限定されない。
【００３９】
図１Ｂは、図１Ａに合致した概略図であり、装置１００はイオン注入装置１７０である。本願明細書において、本発明は、イオンビーム電流密度測定システム２４０を有するイオン注入装置に関連してさらに説明される。しかしながら、本発明は、いかなるタイプのビームのビーム密度分布を感知するために用いられてよい。したがって、本発明は、本願明細書中に記載される特定の構成要素に限定されない。図１Ａの構成要素と同様の図１Ｂの構成要素には同様の参照符号が付され、明確にすべく繰り返しの説明は省略する。
【００４０】
ビーム発生器１０２は、イオンビーム２０４を生成するイオンビーム発生器２０２であってよい。イオンビーム電流密度測定システム２４０は、イオンビーム２０４のビーム電流を測定するビーム電流センサ２４２を含みうる。ワークピースに輸送されるイオンビーム２０４は、イオン注入装置１７０の特定のビームライン構造に基づくスポットビームまたはリボンビームであってよい。スポットビームは、スキャナなしの固定または静止スポットビームであってよい。あるいは、いくつかの例では、スポットビームは、走査リボンビームと呼ばれることもある走査スポットビームを供給するイオンビーム発生器２０２のスキャナにより走査されうる。イオンビーム２０４の長い方の寸法は、イオンが注入されるワークピースと少なくとも同じ幅のリボンビームであってもよい。イオンビーム２０４は、エネルギーを有するイオンビームなどのいかなるタイプの荷電粒子ビームであってもよい。
【００４１】
シールド１５０は、イオンビーム２０４を選択的に遮断するさまざまな材料により作製されてよく、そのような材料は、グラファイト、シリコン、シリコン被覆金属を含むがこれに限定されない。ビーム電流センサ２４２は、イオンビーム２０４のビーム電流を感知し、一実施形態では、周知のファラデーセンサであってよい。
【００４２】
動作中、アクチュエータ１５６は、ビーム電流センサ２４２に対してシールド１５０を並進させる機械力を提供しうる。一実施形態では、アクチュエータ１５６は、並進経路１７２に沿ってシールド１５０を並進させる。ビーム電流センサ２４２は、シールド１５０のイオンビーム２０４の進行方向の下流に位置してよい。本願明細書中に使用される「下流」および「上流」とは、イオンビーム輸送の方向を指す。一実施形態では、並進経路１７２は、基板平面１５８内にあってよく、その場合、基板（図示せず）は、イオンビーム２０４が当該基板に注入される間は支持されている。基板平面１５８は、座標系を定めるために用いられてよく、座標系の起点は、基板平面１５８におけるイオン注入のために位置を定められた基板の中心にあり、Ｘ軸は、基板平面１５８において水平であり、Ｙ軸は、基板平面１５８において垂直であり、Ｚ軸は、イオンビーム２０４の進行方向において基板平面１５８と直交する。
【００４３】
シールド１５０は、並進経路１７２に沿って並進されるに伴い、ビーム電流センサ２４２からのイオンビーム２０４の少なくとも一部を遮断する。ビーム電流センサ２４２は、合計のビーム電流を任意の位置（ＸまたはＹ）で測定するよう設計されうる。シールド１５０は、並進経路１７２に沿って並進されるに伴い、シールドの一部分によって、ビーム電流センサ２４２の異なる部分がイオンビーム２０４から遮断されるように移動されてよい。並進経路１７２に沿ったシールド１５０の位置の変化に関連するビーム電流の測定値は、並進経路１７２に沿ったシールド１５０の動きにより遮断されるかまたは遮断されないビーム電流センサ領域内のイオンビーム２０４のビーム電流密度分布を表す。
【００４４】
ビーム電流センサ２４２は、長い方の寸法と短い方の寸法とを有する。長い方および短い方の寸法は、センサ自身により定められる。あるいは、長い方および短い方の寸法は、シールドと同様の寸法を有する大型のビーム電流センサの上流に位置するシールド内のスロット（図示せず）によって定められうる。一実施形態では、ビーム電流センサ２４２の長い方の寸法は、Ｙ方向に位置合わせされてよく、並進経路１７２は、イオンビーム電流密度測定システム２４０がイオンビームのビーム電流密度分布をＹ方向に提供するようなＸ方向にあってよい。他の実施形態では、ビーム電流センサ２４２の長い方の寸法は、Ｘ方向に位置合わせされてよく、並進経路１７２は、イオンビーム電流密度測定システム２４０がイオンビームのビーム電流密度分布をＸ方向に提供するようなＹ方向にあってよい。図１のビームセンサ１４２は、長い方の寸法と短い方の寸法とを同様に有する。
【００４５】
図２は、本発明の一実施形態に従うイオンビーム電流密度測定システム２４０を備えるイオン注入装置２００を示すブロック図である。他の多くのイオン注入装置が当業者にはよく知られており、図２の実施形態は、単なる例であって限定を意図しない。図１Ｂの構成要素と同様の図２の構成要素には同様の参照符号が付され、明確にすべく繰り返しの説明は省略する。イオン注入装置２００は、イオン源２２０、引出電極セット２２２、質量分析器２２４、分離アパーチャ２２６、スキャナ２２８、および、角度補正マグネット２３０を有しうる。
【００４６】
イオン源２２０は、イオンを生成することができ、イオンチャンバと、イオン化されるガスを収容するガスボックスとを備えうる。ガスは、イオンチャンバに供給されてそこでイオン化される。生成されたイオンは、イオン源２２０から抽出される。引出電極セット２２２および引出電源は、イオン源からのイオンを加速させうる。引出電源は、コントローラ１２０により制御されるように調整可能である。イオン源の構造および動作は、当業者には周知である。
【００４７】
質量分析器２２４は、イオンを偏向させることにより、望ましい種のイオンが分離アパーチャ２２６を通過するようにし、望ましくない種のイオンは分離アパーチャ２２６を通過させないようにする分離マグネットを有しうる。一実施形態では、質量分析器２２４は、望ましい種のイオンを９０度偏向させうる。スキャナ２２８は、分離アパーチャ２２６の下流に位置してイオンビームを少なくとも一方向に走査しうる。スキャナ２２８は、周知の静電スキャナ、または、磁気スキャナであってよい。
【００４８】
角度補正マグネット２３０は、望ましい種のイオンを偏向させ、スキャナ２２８からそれたイオンビームを、実質的に平行なビーム軌道を有するほぼ平行なイオンビームにする。このようなイオンビーム２０４は、走査スポットビーム、または、走査リボンビームとも呼ばれる。一実施形態では、角度補正マグネット２３０は、望ましい種のイオンを４５度偏向させうる。
【００４９】
イオンビーム電流密度測定システム２４０のアクチュエータ１５６、シールド１５０、および、ビーム電流センサ２４２は、イオン注入装置２００のエンドステーションに配置されてよい。エンドステーションは、ウェハを支持するプラテン、プラテンおよびそれに伴いウェハを所望のやり方で駆動するプラテン駆動システムなどの周知の他の構成要素を有してよい。
【００５０】
図３は、イオンビーム電流密度測定システム２４０で利用されうるシールド１５０の正面図である。他のシールドの実施形態が取り入れられてもよく、シールド１５０は単なる例であって限定の意図はない。正のＺ方向、すなわち、イオンビーム２０４の下流方向から見たシールド１５０を示している。シールド１５０は、イオンビーム２０４を遮断するいかなる部材であってよく、これらに限定されないが、グラファイト、シリコン、および、シリコン被覆金属を含むさまざまな材料で作製されてよい。
【００５１】
シールド１５０は、第１の特徴および第２の特徴を有しうる。第２の特徴は、当該第２の特徴の位置の関数としての、第１の特徴からの可変間隔を有する。図３の実施形態では、第１の特徴は、並進経路１７２に対し直角である直線の外側エッジ３０４であってよく、第２の特徴は、並進経路１７２に対し直角でない直線の外側エッジ３０２であってよい。エッジ３０２の位置の関数としてのエッジ３０４と３０２との間の可変間隔により、外側エッジ３０４および３０２は、エッジ３０２における位置３０２ａに間隔Ｓ１を、エッジ３０２における位置３０２ｂに間隔Ｓ２を、エッジ３０２における位置３０２ｃに間隔Ｓ３を有する。他のシールドの実施形態では、外側エッジ３０２および３０４は、直線でなくてもよい。さらに、外側エッジ３０２および３０４は、互いに対し鋭角θを有してもよい。一実施形態では、エッジ３０２と３０４との間の角度θは、約２０度乃至４５度であってよい。
【００５２】
複数のビーム電流センサ３２０、２４２、および、３２２は、シールド１５０の正のＺ方向の下流に位置してよい。ビーム電流センサ２４２は、長い方の寸法Ｌと、短い方の寸法Ｗとを有しうる。長い方の寸法Ｌは、Ｙ方向に位置合わせされてよい。一実施形態では、複数のビーム電流センサ３２０、２４２、および、３２２は、ビームストップ３２８内に位置するドーズファラデーサンプリングカップなどのファラデーセンサであってよい。
【００５３】
図４は、ビーム電流センサ２４２に対し第１の位置にある図３のシールド１５０を示す正面図である。シールド１５０は、並進経路１７２と直交するシールド１５０の外側エッジ３０４が前縁であり、もう一方の外側エッジ３０２が後縁であるよう、負のＸ方向に並進される。並進経路１７２に沿ったシールド１５０の並進は、連続しても、あるいは、不連続な段階を有していてもよい。前縁である外側エッジ３０４が位置Ｘ０にある場合、シールド１５０は、ビーム電流センサ２４２からのイオンビーム２０４を完全に遮断しうる。
【００５４】
図５は、ビーム電流センサ２４２に対し第２の位置にある図３のシールドの正面図を示す。図４の第１の位置と比べ、シールド１５０は、距離ΔＸを並進しているので、前縁である外側エッジ３０４は、位置−Ｘ１にある。距離ΔＸは既知であり、シールド１５０の配置も既知なので、ビーム電流センサ２４２の覆われていない領域のＹ位置またはΔＹにおける対応する変化は、方程式（１）により決定される。（１）ΔＹ＝（ΔＸ）（ｔａｎθ）
【００５５】
方程式（１）では、ΔＸは、Ｘ方向に沿ったシールド１５０の位置の変化であり、θは、エッジ３０４と３０２との間の角度である。
【００５６】
図６は、ビーム電流センサ２４２に対し第３の位置にある図３のシールドのさらなる他の正面図を示す。図５の第２の位置と比べ、シールドは、同様の距離ΔＸを並進しているので、前縁である外側エッジ３０４は、位置−Ｘ２にある。したがって、シールド１５０の後縁である外側エッジ３０２は、ビーム電流センサ２４２のさらなる垂直距離ΔＹを覆わない。したがって、前の位置に比べて、イオンビームの位置および高さに依存する（垂直方向における）イオンビームのより大きい部分がビーム電流センサ２４２により感知されうる。シールド１５０は、後縁である外側エッジ３０２がビーム電流センサ２４２からのイオンビームのいかなる部分も遮断しなくなるまで、並進し続ける。
【００５７】
したがって、シールド１５０が負のＸ方向に並進される際、ビーム電流センサ２４２の覆われた領域は変化する。ビーム電流センサ２４２の長い方の寸法Ｌは、Ｙ方向に位置合わせされているので、エッジ３０２によるビーム電流センサの覆われた領域における変化は、結果として、Ｙ方向における垂直ビーム電流密度分布を決定するために用いられうるビーム電流センサ２４２により測定されたビーム電流に対する変化となる。
【００５８】
図７は、シールド１５０の異なる水平Ｘ位置に関するシールド位置の関数としての、ビーム電流センサ２４２により測定されたビーム電流のプロット７００を示す。Ｘ座標は、シールド１５０の前縁である外側エッジ３０４の位置に対応する。前縁は、負のＸ方向に並進されるに伴い、Ｘ１位置に達する頃にイオンビームセンサ２４２からのイオンビームを遮断する。それゆえ、ビーム電流センサ２４２により検知されるイオンビーム電流は、位置Ｘ１でほぼ０に達するまでに急速に降下する。後縁である外側エッジ３０２がイオンビームの一部分が導かれるビーム電流センサ２４２の領域を露出させ始めるまでは、ビーム電流センサにより測定されるビーム電流は、ほぼ０のままである。このことは、位置Ｘ０と−Ｘ１とのほぼ中間で見られる。後縁である外側エッジ３０２は、ビーム電流センサ２４２をさらに露出させ、前縁がほぼ位置−Ｘ３に達するまでには比較的大量の合計ビーム電流が測定される。その場合、イオンビームの全高がビーム電流センサ２４２により測定される。
【００５９】
図８は、負のＸ方向に並進されるに伴い、ビーム電流センサ２４２を露出させていくエッジ３０２に関連して測定されたビーム電流の一部を示すシールドＸ位置の関数としてのビーム電流のプロット８００である。図８の例では、等距離のＸ位置における合計ビーム電流がプロットされている。それゆえ、測定されたビーム電流の変化率は、プロット８００の傾きに直接影響する。一般的に、プロット８００の傾きが大きいほど、イオンビーム電流センサの特定のＹ領域に起因するビーム電流は高くなる。例えば、Ｘ位置−Ｘ５と−Ｘ４との間の傾きｍ３などの、閾値と比較して過剰な傾きは、シールドのＸ位置に関連する特定のＹ位置という点でイオンビームの「ホットスポット」を示しうる。Ｙ方向における測定されたビーム電流密度の一部分が閾値を超える場合、イオンビーム電流密度測定システムのコントローラは、修正処置をとりうる。修正処置は、基板にイオンを注入させないことを含みうる。測定されたビーム電流密度の一部が閾値を超える場合、結果としての線量率は、許容範囲内の線量率より高くてよい。
【００６０】
図９は、シールドがＸ方向に並進される際のＹ方向における垂直ビーム電流密度を決定する一実施形態に従う動作のフローチャート９００を示す。この場合、ビーム電流センサの長い方の寸法は、Ｙ方向に向いている（例として図３のビーム電流センサ２４２を参照されたい）。動作９０２の開始時に、シールドは初期Ｘ位置９０４までＸ方向に並進される。並進経路に沿ったシールドの並進は、連続しても、あるいは、不連続な段階を有していてもよい。
【００６１】
その後、この初期シールド位置におけるＹ方向のイオンビーム電流は、ビーム電流センサにより測定されうる９０６。シールドが初期位置においてビーム電流センサからのイオンビームを完全に遮断した場合、初期イオンビーム電流は、いくつかの実施形態ではほぼゼロになってよい。
【００６２】
シールドは、次のＸ位置（Ｘ＋ΔＸ）９０８に向かってＸ方向に並進しうる。Ｙ方向におけるビーム電流は、この新たなＸ位置で測定されてよい。Ｙ方向におけるビーム電流は、初期ビーム電流測定値Ｉ（Ｙ）に、シールドの特徴により覆われるか覆われない領域の変化ΔＹに関連する任意の追加の電流測定値を加えた値に等しい。例えば、シールド１５０の角度のついた外側の直線エッジ３０２がビーム電流センサ２４２により並進される際、エッジ３０２に覆われないイオンビームの追加の部分が、ビーム電流センサ２４２により感知される。
【００６３】
その後、ビーム電流密度は、位置またはＩ（Ｙ＋ΔＹ）−Ｉ（Ｙ）間で測定されたイオンビーム電流における変化に応じて計算されうる。特に、ビーム電流密度は、方程式（２）により導かれうる。
（２）Ｊ（Ｙ）＝Ｋ＊Ｉ（Ｙ＋ΔＹ）−Ｉ（Ｙ）ただし、Ｋは、特定のシールドの実施形態、および、ビーム電流センサの配置に関連する定数である。
【００６４】
方程式（２）では、Ｊ（Ｙ）は、Ｙ値の特定の範囲のビーム電流密度である。Ｋは、シールドおよびビーム電流センサの特定の配置に関連する定数であり、Ｉ（Ｙ＋ΔＹ）−Ｉ（Ｙ）は、シールドの特定の特徴、例えば、シールド１５０のエッジ３０２がビーム電流センサにより並進される際に測定されたイオンビーム電流における変化である。図３のシールド１５０が有するシステム配置、および、幅Ｗを有するビーム電流センサ２４２については、方程式（２）は、方程式（３）のように表される。（３）Ｊ（Ｙ）＝２Ｗ（ΔＩ（Ｙ）／（（ΔＸ）（ΔＹ））
【００６５】
方程式（３）では、Ｗは、図５に示されるようなビーム電流センサ２４２の幅であり、ΔＩ（Ｙ）は、例えば、エッジ３０２などシールドの特徴の前のＹ位置における前の測定値からのビーム電流における変化であり、ΔＸは、シールドが最近の測定値からＸ方向に並進された距離であり、ΔＹは、方程式（１）で詳細に説明され、かつ、図５に示されるような（ΔＸ）（ｔａｎθ）である。
【００６６】
シールドの特徴によって覆われないまたは覆われるビーム電流センサの領域の電流Ｙの長さがビーム電流センサの高さより小さい場合、シールドは、ビーム電流センサ９１４の幅にわたり並進され続ける。電流Ｙの長さがビーム電流センサの高さより大きくなった場合、動作は９１６で終了する。Ｙ方向における垂直ビーム電流密度を決定する図９の動作９００は、異なるイオンビームに利用されうる。図９の動作は、Ｘ方向における水平ビーム電流密度を決定することによりＸおよびＹ両方向におけるビーム電流密度の二次元ビーム電流プロフィールマップを生成する他の動作と組み合わせてもよい。
【００６７】
図１０は、本発明に従うイオンビーム電流密度測定システムのリボンビーム１００６と、複数のビーム電流センサとを示す正面断面図である。図１０の実施形態では、７つのビーム電流センサ１０２０、１０２２、１０２４、１０２６、１０２８、１０３０、および、１０３２が示されているが、１つ以上のビーム電流センサが利用されてよい。説明を明確にすべく、図１０ではシールド１５０を省略している。ビーム電流センサ１０２０、１０２２、１０２４、１０２６、１０２８、１０３０、および、１０３２のそれぞれは、特定のＸ位置に固定される。シールド１５０が並進経路１７２に沿って並進されてそれぞれのビーム電流センサを通り過ぎる際、図９において詳述された動作に従う方法により、ビーム電流センサ１０２０、１０２２、１０２４、１０２６、１０２８、１０３０、および、１０３２のそれぞれにＹ方向における垂直ビーム電流密度分布が生じる。例えば、Ｙ方向における垂直ビーム電流密度プロフィール１００８［Ｉ（ｙ）＠ｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｘ３］は、センサ１０２０だけでなく、他のセンサ１０２２、１０２４、１０２６、１０２８、１０３０、および、１０３２のそれぞれのＸ位置で生じうる。
【００６８】
各ビーム電流センサの垂直ビーム電流密度プロフィールに加え、Ｘ位置に対するリボンビーム１００６のビーム電流のプロット１１００は、図１１に示されるように展開する。プロット１１００は、例えば、周知の可動プロファイルファラデーセンサのような可動プロファイルセンサをリボンビーム１００６の長い方の寸法に沿ってＸ方向に並進させることにより展開されうる。ビーム電流密度分布プロット１１００がＸ方向に生成された場合、シールド１５０は、イオンビームのいかなる部分も遮断しないよう、ビーム電流センサから離れて位置してよい。
【００６９】
水平ビーム電流密度分布プロット１１００と垂直のビーム電流密度プロファイルとを総合することにより、ＸおよびＹ軸方向におけるビーム電流密度の二次元マップが例えばコントローラ１２０により生成される。図１２は、このようなマップを生成する１つの方法を示す。各Ｘ位置におけるビーム電流の合計は、図１１のプロット１１００から確認しうる。合計ビーム電流は、特定のＸ位置における合計ビーム電流を特定の垂直ビーム電流密度プロファイルで割ることにより、それぞれの垂直ビーム電流プロファイルに従いＹ軸の周りに分布されうる。例えば、第１のビーム電流センサ１０２０に対する−Ｘ３位置における合計ビーム電流は、プロット１１００におけるポイント１１０２で示されるＩ１でありうる。そして、この合計ビーム電流Ｉ１は、垂直ビーム電流密度プロフィール１００８で割られることにより、プロット１２０２が得られる。同様に、プロット１２０４は、ビーム電流センサ１０２２だけでなく、関連するビーム電流センサを有する各Ｘ位置におけるビーム電流センサの関連する垂直ビーム電流密度プロフィールで、−Ｘ２位置の合計ビーム電流を割ることにより展開されうる。追加のプロットは、線形補間により計算されてよく、例えば、プロット１２０６は、線形補間を用いてプロット１２０２および１２０４から計算されてよい。
【００７０】
図１３は、本発明に従うイオンビーム電流密度測定システムのスポットビーム１３０６およびビーム電流センサ１３０２の正面断面図である。説明を明確にすべく、図１３ではシールド１５０は省略されている。シールド１５０が並進経路１７２に沿って並進されてビーム電流センサ１３０２を通り過ぎる際、Ｙ方向における垂直ビーム電流密度分布は、図９で詳述された動作に従う方法により生成される。例えば、Ｙ方向における垂直ビーム電流密度分布は、図１４のプロット１４００により詳述されるように展開されうる。プロット１４００は、シールドが並進されてビーム電流センサを通り過ぎる際、ビーム電流センサ１３０２上でスポットビーム全体を走査することにより展開されるので、その結果生じたプロット１４００は、スポットビーム全体の平均Ｙ分布となる。スポットビームの走査速度は、シールドの並進速度よりかなり速い。スポットビームの高さＨ１は、コントローラ１２０により、２つのポイントＹ１とＹ２との間の距離として、プロット１４００から確定されうる。ポイントＹ１およびＹ２は、Ｙ方向に沿ったスポットビームの縦の位置付けを表す。
【００７１】
図１５は、Ｘ方向に沿った水平ビームプロフィールのプロット１５００を示す。プロット１５００は、スポットビーム１３０６のいかなる部分も遮断しないよう、シールド１５０をビーム電流センサ１３０２から放して置いた状態で、スポットビーム１３０６を貫通するよう可動プロファイルセンサをＸ方向に並進させることにより生成されうる。
【００７２】
図１６は、ＸおよびＹの両方向にプロットされたビーム電流のプロット１６０２、１６０４、および、１６０６を示す。一例では、プロット１６０２は、図１５のプロット１５００からＸ１位置における全体のビーム電流を確定し、当該合計ビーム電流を図１４のプロット１４００により詳述されるようなスポットビーム１３０６の垂直ビーム電流プロファイルで割ることにより得られる。同様に、プロット１６０４および１６０６は、Ｘ２およびＸ３位置における合計ビーム電流を上記プロット１４００で割ることにより得られる。このような方法で、スポットビーム１３０６のＸおよびＹ方向におけるビーム電流密度の二次元マップが得られる。
【００７３】
ビーム電流密度の二次元マップを得る他の方法は、２つのマトリックスを乗じることである。第１のマトリックスは、Ｎ行に、一列のビーム電流が各Ｙ位置に関連しているＮ行の異なるＹ位置を有する１列のマトリックス［Ｎ×１］を乗じたものであってよい。例えば、図１４は、各Ｙ位置に関連するビーム電流がある異なるＹ位置のプロット１４００を示す。第２のマトリックスは、１行に、関連するＸ位置に１行の異なるビーム電流を有するＭ列のマトリックス［１×Ｍ］を乗じたものであってよい。これら２つのマトリックスの乗算は、Ｎ行に、スポットビーム１４０６のＸおよびＹ方向におけるビーム電流密度の二次元マップを表すＭ列［Ｎ×Ｍ］を乗じることにより得られる。一実施形態では、コントローラ１２０は、このような計算を実行することにより、ＸおよびＹ方向におけるビーム電流密度の二次元マップを得ることができる。
【００７４】
図１７は、図１４および１５のプロファイル１４００および１５００同様に決定された垂直および水平プロファイルから計算されうるスポットビームのビーム電流密度の典型的な二次元マップ１７００を示す。領域１７０２は、第１のビーム電流範囲を表し、領域１７０４は、第２のビーム電流範囲を表し、領域１７０６は、第３のビーム電流範囲を表し、最終領域１７０８は、第４のビーム電流範囲を表す。第１のビーム電流範囲１７０２は、第２の範囲１７０４より大きくてよく、第２の範囲１７０４は、第３の範囲１７０６より大きくてよく、第３の範囲１７０６は、第４の範囲１７０８より大きくてよい。説明を明確にすべく４つのビーム範囲が示されているが、ビーム電流密度の二次元マップは、選択された範囲および測定されたビーム電流に基づき、任意の複数の範囲を有しうる。
【００７５】
スポットビーム全体がビーム電流センサを通過する際にビーム電流センサ内の合計電流を測定することにより、図１４のプロット１４００のような１つの垂直分布プロット、および、図１５のプロット１５００のような１つの水平分布プロットを得て、ビーム電流密度の二次元マップを計算することに代わり、図１８で詳述されるようなＸ方向における複数のビーム電流分布を生成してもよい。
【００７６】
図１８は、シールド１５０のさまざまなＹ位置に対する異なる水平Ｘビーム電流プロファイルの複数のプロット１８０２、１８０４、１８０６、１８０８、１８１０を示す。シールドは、まず、センサからのスポットビームを完全に遮断する位置にあってよい。シールドは、ビーム電流センサにわたり並進される際、例えばエッジ３０２などのシールドの特徴が並進してビーム電流センサを通り過ぎるときにイオンビームのより大きい部分がビーム電流センサにより感知されることを可能にする。シールドの特徴のＹ０位置では、スポットビーム全体がビーム電流センサを横切るように走査されて、プロット１８１０が生成される。シールドの特徴の他のＹ１位置では、スポットビームはそれほどシールドに遮断されなくてもよく、プロット１８０８は、スポットビーム全体がビーム電流センサを横切るように走査される際に測定されてよい。このプロセスは、シールドがスポットビームのいかなる部分も遮断しなくなるまで、追加のＹ位置に対して続けられてよい。このような方法で、スポットビームについての特定の測定二次元ビーム電流密度分布が生成される。あるいは、シールドの異なるＹ位置についてのＸ方向におけるビーム電流分布を測定すべく、シールドの異なるＸ位置についてのＹ方向における複数のビーム電流分布が生成されてもよい。
【００７７】
図１９は、特定のシールドおよびビーム電流センサ位置を示す、図１Ｂのイオンビーム電流密度測定システム２４０に従うイオンビーム電流密度測定システム２４０ａの第１の実施形態を示す。シールド１５０は、例えば、周知の可動ファラデーセンサなどの可動プロファイルセンサ１９０２に結合されうる。本実施形態における可動プロファイルセンサ１９０２およびシールド１５０は、イオンビームが基板に注入される間に、基板により定められる基板平面１５８内を進行しうる。ビーム電流センサ２４２は、シールドのＺ方向の下流に配置されてよい。ビーム電流センサ２４２は、基板平面１５８の下流のエンドステーションに位置するサンプルファラデーカップなどのサンプルファラデーセンサであってよい。
【００７８】
図２０は、イオンビーム電流密度測定システム２４０ｂの第２の実施形態を示し、シールド１５０は、基板平面１５８のイオンビーム２０４の進行方向の下流に配置されている。ビーム電流センサ２４２は、基板平面１５８の下流のエンドステーションに位置するサンプルファラデーカップなどのサンプルファラデーセンサであってよい。
【００７９】
図２１は、イオンビーム電流密度測定システム２４０ｃの第３の実施形態を示し、ビーム電流センサは、基板平面１５８の上流に位置する可動プロファイルセンサ１９０２であってよい。シールド１５０は、可動プロファイルセンサ１９０２の上流、すなわち、基板平面１５８の上流に位置してよい。
【００８０】
他の適切なシールドの実施形態が図２２乃至２５に示されている。図２２に示すように、シールド２２００は、垂直の外側エッジ２２０２の形状をとる第１の特徴と、傾斜スロット２２０４の形状をとる第２の特徴とを有する。図２３に示すように、他のシールド２３００は、垂直の外側エッジ２３０２の形状をとる第１の特徴と、傾斜スロット２３０４の形状をとる第２の特徴とを有する。図２４は、外側エッジ２４０２の形状をとる第１の特徴と、矩形の開口アレイの形状をとる第２の特徴２４０４とを有する他のシールド２４００を示す。図２５は、外側エッジ２５０２の形状をとる第１の特徴と、水平方向および垂直方向において互いにオフセットになった２組の矩形の開口２５０６および２５０８を有する他の矩形の開口アレイの形状をとる第２の特徴２５０４とを有するさらなる他のシールド２５００を示す。
【００８１】
図２２乃至２５のシールドの実施形態がビームセンサに対し並進される際、それぞれのシールドの垂直縁部は、まず、ビームセンサからのビームを遮断してよい。シールドがビーム（センサ）に対しさらに並進されると、シールド内の付随する開口により、ビームはビームセンサを通り抜けることができる。したがって、図３のシールド１５０の実施形態について上述したような累積的な電流における変化を測定することとは異なり、図２２乃至２５のシールドは、関連するビームセンサの長い方の寸法により定められる方向でビーム密度を直接測定できる。例えば、図２２乃至２５のシールドは、例えば、ビーム電流センサ２４２などの、長い方の寸法がＹ方向に位置合わせされた関連するビーム電流センサによりＹ方向における垂直ビーム電流密度を直接測定できる。
【００８２】
好都合なことに、ビームセンサの長い方の寸法により定められた方向におけるビーム密度が容易に決定できる。モータ駆動システムなどの関連する機械駆動システムを単純化する二次元プロファイルを決定するためには、一方向のみの運動が要求される。さらに、イオンビーム電流密度測定システムは、既存のイオン注入装置に容易に組み込まれることができる。また、さらに、本発明に従うシールドの使用は簡単であり、価格も安く、それに関連するハードウェアを備えた従来のマルチピクセルヘッドに比べかさばらない。垂直ビーム電流密度分布は、イオンビームの垂直方向におけるビームの高さを決定するためにも用いられうる。
【００８３】
本願明細書中で用いられた用語および方程式は、説明のための用語として用いられるのであって、それらに限定されない。例示された特徴（またはその部分）のいかなる均等物も除外しない。また、請求項の範囲内でのさまざまな修正が可能であると認識される。他の修正、変更、または、変形例も可能である。したがって、上記説明は、例に過ぎず、限定を意図しない。
【図１Ａ】
0005397623.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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