(57)【要約】  ファラデードーズ及び均一性監視器は、標的ウェハを囲む磁気抑制されたファラデーカップを含むことができる。狭い開口がファラデーカップの開口部内での放電を減少できる。環状ファラデーカップは連続した断面を備えることができ、とぎれに起因する放電を除去できる。異なる半径における複数の環状ファラデーカップを用いれば、電流密を別々に測定してプラズマ均一性の変化を監視できる。磁気抑制場は、距離の増加と共に場の強さが急激に減少するよう構成してプラズマ及び注入摂動を最小化でき、更に、半径方向及び方位角成分の両方か、主として方位角成分を備えることができる。この場の方位角成分を発生するには、垂直配向され且つ極性を交互配置した複数の磁石又は磁界コイルを用いればよい。更に、ドーズ電子機器が高電圧におけるパルス電流を集積し、集積した電荷をドーズコントローラに光学接続された一連の光パルスに変換できる。
2007531239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマドーピング装置であって、
プラズマドーピング・チャンバと、
前記プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、
前記チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、前記ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、
プラズマシースを前記ワークの近傍に備えたプラズマで、前記イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、前記ワークに注入するため該プラズマシースを横切って前記プラテンに向け加速するプラズマ源と、
前記プラズマシースを横切って加速された前記陽イオンのサンプルを収集するための、前記プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが前記ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの収集表面で磁界を発生するよう位置決めされた磁界発生手段を含む、プラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記磁界発生手段が、前記収集表面下方に位置決めされ、極性が交互配置され且つ垂直に位置合わせされた複数磁石を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記磁界発生手段が、方位角的に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記二次電子を半径方向で前記ファラデーカップの側壁に方向付ける、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記磁界発生手段が、前記収集表面下方に位置決めされた界磁コイル磁石を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記磁界発生手段が、前記収集表面下方に位置決めされると共に水平方向に位置合わせされた複数の磁石を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記水平方向に位置合わせされた磁石が方位角的に交互配置した極性を備え、前記収集表面に概ね平行な方位角成分を含む磁界を発生する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記水平方向に位置合わせした磁石のそれぞれが、水平方向に位置合わせした一対の同一極性の磁石を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記磁界発生手段が、半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生して、前記ファラデーカップ内で前記二次電子を方位角的に方向付ける、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記磁界発生手段が方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記磁界発生手段が、半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生する、複数の水平方向に位置合わせされた磁石を含み、該複数の磁石の少なくとも１つが方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
方位角成分を備えた磁界を発生する前記複数の磁石の前記少なくとも１つが、前記環状ファラデーカップの半径の接線に対して角度をなす、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数磁石の交互のものが、前記接線に対して補角をなす、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも１つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の磁石が、前記ファラデーカップの半径の接線に対して交互に傾斜した、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽であって、前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された磁気遮蔽を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含み、該磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して位置決めされた一対のプレートを含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも１つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記ファラデーカップの側壁間の幅が、該側壁の少なくとも１つをテーパ状とすることで、前記ファラデーカップの深さの増大に伴って増大した、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記磁気遮蔽が前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して位置決めされた一対のプレートを含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源を含んだプラズマドーピング装置であって、その改良部分が、
前記プラズマシースを横切って加速された前記陽イオンのサンプルを収集するための、前記プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが前記ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの収集表面で磁界を発生する磁界発生手段を含む、プラズマドーピング装置。
【請求項２７】
プラズマドーピング装置において、プラズマシースを横切って加速された陽イオンのサンプルを収集するための、プラテンに隣接配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが、該プラテンに支持されたワークに注入される陽イオンの数を表し、該ファラデーカップが、該ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの収集表面で磁界を発生するよう位置決めされた磁界発生手段を含む、装置。
【請求項２８】
前記磁界発生手段が、半径方向に且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生する、複数の水平方向に位置合わせされた磁石を含み、該複数の磁石の少なくとも１つが方位角成分を備えた磁界を発生する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記ファラデーカップが環状であり、
方位角成分を備えた磁界を発生する前記複数の磁石の前記少なくとも１つが、前記環状ファラデーカップの半径の接線に対して角度をなす、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記複数の磁石の交互のものが、前記接線に対して補角をなす、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを更に含み、前記ファラデーカップが該シールドリング内に位置決めされ、該シールドリングが、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する少なくとも１つの水平方向突起を備えて、該開口部の有効幅を狭める、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記ファラデーカップの前記収集表面の幅が、前記ファラデーカップの開口部の幅より大きい、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記ファラデーカップが環状であり、
前記複数の磁石が、前記ファラデーカップの半径の接線に対して交互に傾斜した、請求項２８に記載の装置。
【請求項３４】
前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽であって、前記ファラデーカップ内の前記磁界を強くするよう構成された磁気遮蔽を含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３５】
前記磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成された、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記ワークにおいて前記磁界発生手段によって発生される前記磁界を減少するように位置決めされた磁気遮蔽を含み、該磁気遮蔽が、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して配置された一対のプレートを含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３７】
プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源とを含んだプラズマドーピング装置において、該ワークに注入される該陽イオンのドーズを監視する方法であって、
前記プラズマシースを横切って加速した前記陽イオンのサンプルを、前記プラテンに隣接して配置された環状ファラデーカップで収集する段階であって、該サンプルが該ワークに注入される陽イオンの数を表す、収集する段階と、
前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、前記ファラデーカップの収集表面に近接して磁界を発生する段階を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（１）技術分野
開示した方法及びシステムは、一般に、ワークへのイオン注入に用いられるプラズマドーピング・システムに関し、より詳細には、ワークに注入されるドーズとドーズの均一性とを測定するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（２）背景技術
イオン注入は、導電率を変化させる不純物を半導体ウェハに導入するための標準的な技法である。従来のイオン注入システムでは、所望の不純物材料をイオン源においてイオン化し、所定のエネルギーを持ったイオンビームを形成するためそれらイオンを加速し、このイオンビームをウェハの表面に向けて照射する。ビーム内の高エネルギーイオンは半導体材料バルクに進入し、半導体材料の結晶格子内に埋め込まれて、所望の導電率を備えた領域を形成する。
【０００３】
用途によっては、半導体ウェハ内で、不純物材料の分布がウェハの表面付近の領域に限定される浅い接合を形成する必要がある。こうした用途では、従来のイオン注入機の高エネルギー加速及びそれに関連したビーム形成ハードウェアは不要である。従って、半導体ウェハに浅い接合を形成するためのプラズマドーピング・システムの使用が提案されている。プラズマドーピング・システムでは、半導体ウェハはカソードとして機能する導電プラテン上に配置される。所望のドーパント材料を含んだイオン化可能をガスがチャンバに導入し、プラテンとアノードまたはチャンバ壁との間に高電圧パルスを印加して、ウェハの近傍にプラズマシースを備えたプラズマを形成する。印加した電圧により、プラズマ中のイオンが、プラズマシースを横切ってウェハに注入される。注入の深さは、ウェハとアノードとの間に印加される電圧に関連する。プラズマドーピング・システムの一例が、１９９４年１０月１１日付で発行されたShengの米国特許第５，３５４，３８１号に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５３５４３８１号公報
【０００４】
上述のプラズマドーピング・システムでは、高電圧パルスがプラズマを発生し、このプラズマからの陽イオンをウェハに向けて加速する。プラズマ浸積システムと呼ばれる別の種類のシステムでは、典型的には高周波（ＲＦ）電力を印加することで発生される連続プラズマを、プラテンとアノードとの間に維持する。一定間隔で高電圧パルスがプラテンとアノードとの間に印加され、プラズマ中の陽イオンをウェハに向けて加速する。
【０００５】
イオン注入を伴う半導体の製造処理には、ウェハに注入される蓄積ドーズ及びウェハ表面におけるドーズ均一性に関して厳しい要件が科せられる。注入されるドーズが注入領域の電気的活動を決定する一方、半導体ウェハ上の全デバイスが指定限度内の動作特性を備えることを保証するには、ドーズ均一性が必要である。標的すなわちウェハに衝突するイオン電流を正確に測定することが、処理効率を低下させることなく注入処理時間を制御し、反復可能なイオン注入ドーズを得るには必要である。この測定は、イオン注入標的（プラズマからの陽イオン注入を実行するため負のパルス直流が流されている）において或いはその至近距離で行う必要があるので厄介な問題である。その結果、高電位で測定されるイオン電流信号情報は、注入処理時間を制御する制御システムが使用できるように接地電圧に接続する必要がある。理想的には、この均一性測定はイオン電流測定構成に組み込み可能である。  
【０００６】
プラズマドーピング・システムにおけるドーズ測定の従来技術による１つのアプローチが、米国特許第５，３５４，３８１号に記載されており、これには高電圧パルスによりプラズマに届けられる電流の測定が含まれる。しかし、このアプローチでは結果が正確とは限らない。測定される電流には、イオン注入時に発生する電子が含まれ、又、ワークに注入される中性分子はドーズ全体に貢献するにもかかわらず、除外されてしまう。更に、測定電流は注入実行中のウェハを通過するので、ウェハの特性に左右されてしまい、これが測定電流に誤差を生じさせることがある。これらの特性には、放射率、局所帯電、ウェハ上のフォトレジストからのガス放出などが含まれる。従って、異なるウェハは、同一のイオンドーズに関して異なる測定電流を与えることになる。更に、測定電流のパルスは、測定に誤差を導入しかねない大きな容量性または変位電流成分を含む。
【０００７】
プラズマドーピング線量測定の一技法が、米国電気電子学会のプラズマ科学紀要、第２５巻、Ｎｏ．１、１９９７年２月、４２乃至５２ページ（IEEE
Transactions on Plasma Science, Vol. 25, No. 1, February 1997, pp. 42-52.）にE. Jones等により記載されている。イオン注入機の電流及び注入電圧の測定値を用いて、単一の注入パルスの注入プロファイルが求められる。このアプローチでは、単一のパルスの注入プロファイルを用いて、最終的な注入プロファイル及び総注入ドーズを予測する。このアプローチは、再現性を保証するため、部分的には電力供給及びガス制御の安定性に依存するので、その測定が不正確となることがある。更に、この経験的アプローチは時間を要し、コスト高でもある。
【非特許文献１】IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 25,No. 1, February 1997, pp. 42-52.
【０００８】
高エネルギービームをウェハに印加する段階を含む従来のイオン注入システムでは、蓄積イオンドーズは、典型的には、標的ウェハの前に配置されたファラデーカップまたはファラデーケージにより測定される。ファラデーケージは典型的には導電性の閉鎖容器で、しばしばウェハがこの容器の下流端に配置されると共にファラデーシステムの一部をなすものである。イオンビームはファラデーケージを通ってウェハに到達し、ファラデーにおいて電流を発生させる。このファラデー電流は電子ドーズプロセッサに供給され、このドーズプロセッサが、この電流を時間に関して積分して総イオンドーズを求める。ドーズプロセッサは、イオン注入機の制御に用いられるフィードバックループの一部としてもよい。
【０００９】
イオン注入機に用いる様々なファラデーケージの構成が従来技術で開示されている。半導体ウェハの前に配置するファラデーケージは、１９７９年１月１６日付でForneris等に発行された米国特許第４，１３５，０９７号、１９８４年２月２１日付でTurnerに発行された米国特許第４，４３３，２４７号、１９８３年１２月２０日付でRobertson等に発行された米国特許第４，４２１，９８８号、１９８４年７月３１日付でRobertson等に発行された米国特許第４，４６３，２５５号、１９８２年１１月３０日付でDouglasに発行された米国特許第４，３６１，７６２号、１９８８年１１月２２日付でKolondra等に発行された米国特許第４，７８６，８１４号、及び１９８６年６月１７日付でWu等に発行された米国特許第４，５９５，８３７号に開示されている。半導体ウェハの後に配置するファラデーケージは、１９８０年１０月１４日付でRydingに発行された米国特許第４，２２８，３５８号、１９８０年１１月１８日付でRydingに発行された米国特許第４，２３４，７９７号、及び１９８６年５月６日付でFarleyに発行された米国特許第４，５８７，４３３号に開示されている。
【特許文献２】米国特許第４，１３５，０９７号公報
【特許文献３】米国特許第４，４３３，２４７号公報
【特許文献４】米国特許第４，４２１，９８８号公報
【特許文献５】米国特許第４，４６３，２５５号公報
【特許文献６】米国特許第４，３６１，７６２号公報
【特許文献７】米国特許第４，７８６，８１４号公報
【特許文献８】米国特許第４，５９５，８３７号公報
【特許文献９】米国特許第４，２２８，３５８号公報
【特許文献１０】米国特許第４，２３４，７９７号公報
【特許文献１１】米国特許第４，５８７，４３３号公報
【００１０】
１９８８年１月１４日付でCorey, Jr.等に発行された米国特許第４，７５１，３９３号に開示されているように、ドーズ及びドーズ均一性を、コーナーカップ構成を用いた従来の高エネルギーイオン注入システムで測定することも行われている。この構成では、中央開口部を備えたマスクをイオンビームの経路に配置する。ビームはマスクの領域を走査し、中央開口部を通過するビーム部分がウェハに衝突する。小型のファラデーカップがマスクの四隅に置かれていて、これらの位置でビーム電流を感知する。 
【特許文献１２】米国特許第４，７５１，３９３号公報
【００１１】
これ以外のファラデーカップ構成は、２０００年４月１８日付でChen等に発行された米国特許第６，０５０，２１８号、２０００年８月１５日付でDenholm等に発行された米国特許第６，１０１，９７１号、及び２０００年２月１日付でLiebert等に発行された米国特許第６，０２０，５９２号にも開示されている。Chen等及びDenholm等は、静電抑制をファラデーカップに使用することを記載しており、これは「ミクロアーキング」を介して微粒子混入を引き起こしうる。Liebert等は、マスクとファラデーカップの入口との間に磁界を発生させて二次電子を磁気抑制することを記載している。しかし、磁界摂動が測定誤差の原因となりうる。
【特許文献１３】米国特許第６，０５０，２１８号公報
【特許文献１４】米国特許第６，１０１，９７１号公報
【特許文献１５】米国特許第６，０２０，５９２号公報
【００１２】
発明の概要
本明細書で開示したシステム及び方法は、プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、半導体ウェハなどのワークを支持するための概ね円形のプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源と、該プラテンから離間したアノードと、該プラテンと該アノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルス源とを備えたプラズマドーピング・システムを含むことができる。前記高電圧パルスは、前記ワークの近傍にプラズマシースを備えたプラズマを発生する。前記高電圧パルスは、陽イオンを、前記ワークに注入するために前記プラズマシースを横切って前記プラテンに向け加速する。前記プラズマドーピング装置は、前記プラテンに隣接して配置されると共に前記プラテンを囲む少なくとも１つの環状ファラデーカップを含み、該カップが、プラズマシースを横切って加速した前記陽イオンのサンプルを収集する。前記サンプルは、前記ワークに注入される陽イオンのドーズを表す。
【００１３】
前記ファラデーカップの開口の幅と厚さ及び前記ファラデーカップの深さは、浅く且つ狭いファラデーを形成するよう設定される。これにより該開口部内での放電を減少させることができる。前記ファラデーカップのイオン収集電極は連続した方位角的な断面を備えることができ、これにより方位角対称性のとぎれによる放電を除去できる。プラズマ及び注入摂動を最小限に押さえるには、距離の増大に伴って場の強度が非常に急激に減少する磁気抑制場を用いればよく、これを達成するにはＮ極及びＳ極を互いに近接して配置すればよい。
【００１４】
前記の場は、一般に前記収集電極を横切って半径方向に配向できるが、この抑制磁石は交互の方位角的磁界成分を持ちうるので、該半径方向の配向を隣接磁石に関して反対方向に回転可能であり、これが２次電子の平均自由行程を減少させうる。前記磁気抑制場は、半径方向及び方位角成分の両方か、主として方位角成分を備えた場を含むことができる。この場の方位角成分を発生するには、垂直配向され且つ極性を交互配置した複数の磁石、またはソレノイドの帰路磁場などの磁界コイルを用いればよい。前記方位角成分も半径方向成分も、交互に傾斜した極を備え且つ水平配向した複数磁石により発生でき、その結果、概ね半径方向の極配向が電子に主として方位角的な力を与え、上述の傾斜が半径方向成分を与える。本明細書では、半径方向及び方位角的な方向という語句は、前記プラテン又はウェハに対する概ね水平方向を意味する。
【００１５】
前記ファラデー開口は、異なる半径において個別に調整した複数開口部を含むことができる。異なる半径における電流密度の差を用いて、プラズマ均一性の変化を監視できる。更に、ドーズ電子機器が高電圧におけるパルス電流を集積し、前記の集積した電荷をドーズコントローラに光学接続された一連の光パルスに変換できる。
【００１６】
一実施形態では、プラズマドーピング装置は、プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源であって、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源と、該プラズマシースを横切って加速された該陽イオンのサンプルを収集するための、該プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが該ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、該ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの収集表面で磁界を発生するよう位置決めされた磁界発生手段とを含むことができる。
【００１７】
一様態では、前記装置は、前記収集表面下方に位置決めされ、極性が交互配置され且つ垂直に位置合わせされた複数の磁石を含むことができる。前記磁界を、方位角的に且つ前記収集表面に概ね平行に配向して、前記二次電子を半径方向で前記ファラデーカップの側壁に方向付けることができる。前記磁界は、界磁コイル磁石、又は前記収集表面下方に配置されると共に水平方向に位置合わせされた複数の磁石により発生できる。前記水平方向に位置合わせした磁石は方位角的に交互配置した極性を備えており、前記収集表面に概ね平行な方位角成分を含む磁界を発生可能である。前記水平方向に位置合わせした磁石は、水平方向に位置合わせした複数対の同一極性の磁石から形成できる。前記磁界を、半径方向且つ前記収集表面に平行に配向して、前記二次電子を前記ファラデーカップ内部で方位角的に方向付けできる。前記磁界は方位角成分を含むことができる。
【００１８】
一様態では、水平方向に位置合わせした複数の磁石が、半径方向且つ前記収集表面に概ね平行に配向された磁界を発生でき、該磁石の１つ又は複数が方位角成分を備えた磁界を発生できる。方位角成分を備えた磁界を発生する前記磁石は、前記環状ファラデーカップの半径の接線に対して角度を形成でき、更に、該磁石における交互の磁石が前記接線に対して補角を形成できる。
【００１９】
前記装置は、前記プラテンの周囲に配置されたシールドリングを含むことができ、前記ファラデーカップは該シールドリング内に位置決めできる。前記シールドリングは、前記ファラデーカップの開口部上に延伸する１つ又は複数の水平方向突起を含むことができ、該開口部の有効幅を狭める。前記ファラデーカップの前記収集表面の幅は、前記ファラデーカップの前記開口部の幅より大きくできる。前記ファラデーカップの側壁間の幅は、該側壁の少なくとも１つをテーパ状とすることで、前記ファラデーカップの深さの増大に伴って増大させてよい。
【００２０】
前記装置は、前記ワークで発生される磁界を減少するように位置決めされると共に、前記ファラデーカップ内の磁界を強くするよう構成された磁気遮蔽を含むことができる。前記磁気遮蔽は、前記ファラデーカップの側壁に概ね平行に延伸するウェブと、前記ファラデーカップの開口部への方向に延伸するフランジとを備えた一対のチャンネル形状に構成できる。一様態では、前記磁気遮蔽は、前記ファラデーカップの側壁に平行に且つ前記ファラデーカップの開口の周りに対向して位置決めされた一対のプレートを含むことができる。
【００２１】
プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源であって、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマで、該イオン化可能ガスの陽イオンを含むプラズマを発生するためのプラズマ源であって、該陽イオンを、該ワークに注入するため該プラズマシースを横切って該プラテンに向け加速するプラズマ源とを含んだプラズマドーピング装置の一実施形態において、該装置の改良部分が、該プラズマシースを横切って加速された該陽イオンのサンプルを収集するための、該プラテンの周囲に配置された環状ファラデーカップであって、該サンプルが該ワークに注入される陽イオンの数を表す、環状ファラデーカップと、該ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの収集表面で磁界を発生する磁界発生手段とを含むことができる。
【００２２】
一実施形態では、プラズマドーピング装置において、プラズマシースを横切って加速された陽イオンのサンプルを収集するための、プラテンに隣接配置された環状ファラデーカップは、前記ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの収集表面で磁界を発生するよう位置決めされた磁界発生手段を含むことができる。
【００２３】
一実施形態では、プラズマドーピング・チャンバと、該プラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられ、ワークを支持するためのプラテンと、該ワークに注入するための所望のドーパントを含んだイオン化可能ガスの供給源であって、該チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源と、プラズマシースを該ワークの近傍に備えたプラズマを発生するためのプラズマ源を備えたプラズマドーピング装置において、該ワークに注入される陽イオンのドーズを監視する方法は、該プラズマシースを横切って加速された該陽イオンのサンプルを、該プラテンに隣接位置決めされた環状ファラデーカップで収集する段階であって、該サンプルが該ワークに注入される陽イオンの数を表す、収集する段階と、該ファラデーカップからの二次電子の放出を抑制するために、該ファラデーカップの収集表面に近接して磁界を発生する段階とを含む。
【００２４】
他の目的及び利点は、明細書及び図面を考慮すれば明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
全体的な理解を可能とするため、幾つかの例示的な実施形態を次に説明するが、通常の技能を備えた当業者であれば、本明細書に記載されたシステム及び方法を変更及び修正して、他の適切な応用例となるシステム及び方法を提供できることや、それ以外の追加及び修正が、本明細書に記載されたシステム及び方法の範囲から逸脱することなく可能であることは理解するはずである。
【００２６】
特記しない限り、ある実施形態の詳細を変える典型的な特徴の実現としてこれらの例示的な実施形態を理解できるはずである。従って、特記しない限り、実例の特徴、構成要素、モジュール、及び／又は様態を、開示したシステム又は方法から逸脱することなく、他の方法で、組み合わせたり、分離したり、交換したり、且つ／或いは再編成したりすることができる。加えて、構成要素の形状及びサイズはまた、代表的で、特記しない限り、開示したシステム又は方法に影響を与えることなく変更できる。
【００２７】
本開示は、基体すなわち標的ウェハを囲む磁気抑制されたファラデーカップを含む。前記ファラデーカップの開口の幅と厚さ及び前記ファラデーカップの深さは、浅く且つ狭いファラデーを形成するよう設定される。これにより該開口部内での放電を減少させることができる。ファラデーカップのイオン収集電極は方位角的に連続した断面を備えることができ、これにより方位角対称のとぎれによる放電を除去できる。ファラデー開口は、異なる半径において個別に調整した複数開口部を含むことができる。異なる半径における電流密度の差を用いて、プラズマ均一性の変化を監視できる。更に、ドーズ電子機器が高電圧におけるパルス電流を集積し、集積した電荷をドーズコントローラに光学接続された一連の光パルスに変換できる。  
【００２８】
磁気誘導されたプラズマ及び注入摂動を最小限に押さえるには、距離の増大に伴って場の強度が非常に急激に減少する磁気抑制場を用いればよい。この抑制場を形成する磁石は、Ｎ極とＳ極とが互いに近接していればよい。この場は、一般に半径方向に収集電極を横切って配向できるが、抑制磁石は交互配置された極性を持ちうるので、この半径方向の配向を隣接磁石に関して反対方向に回転可能であり、これが２次電子の平均自由行程を減少させうる。この磁気抑制場は、半径方向及び方位角成分の両方か、主として方位角成分を備えた場を含むことができる。この場の方位角成分を発生するには、垂直配向し且つ極性を交互配置した複数の磁石、またはソレノイドの帰路磁場などの磁界コイルを用いればよい。これら方位角成分も半径方向成分も、交互に傾斜した極を備え且つ水平配向した複数磁石により発生でき、その結果、概ね半径方向の極配向が電子に主として方位角的な力を与え、上述の傾斜が半径方向成分を与える。
【００２９】
図１は、上述の記載に従った例示的なプラズマドーピング・システムを概略的に示す。プラズマドーピング・チャンバ１０は密閉容積１２を画定する。チャンバ１０内に位置決めされたプラテン１４は、半導体ウェハ２０のようなワークを保持する表面を形成する。ウェハ２０は、例えば、その周辺部でプラテン１４の平坦面に締め付け固定できる。プラテン１４はウェハ２０を支持し、ウェハ２０に電気接続する。一実施形態では、プラテンは、ウェハ２０を支持するための導電性表面を備える。別の実施形態では、プラテンは、ウェハ２０に電気接続する導電ピンを含む。
【００３０】
アノード２４が、チャンバ１０内でプラテン１４から離間して位置決めされている。アノード２４は、矢印２６で示したように、プラテン１４に直交する一方向に移動可能としてもよい。アノード２４は、典型的にはチャンバ１０の導電壁に接続され、これら両方を接地に接続できる。中空のカソード２８はチャンバ１０内に位置決めされ、アノード２４と、プラテン１４と、ウェハ２０とを囲み且つそれらから離間している。
【００３１】
ウェハ２０及びアノード２４は、第１の高電圧パルス発生器３０に接続されているので、ウェハ２０がカソードの役割を果たす。典型的に、パルス発生器３０は、約２０乃至２０，０００ボルト範囲のパルスを、約５乃至１００ミリ秒の持続時間で、約５００Ｈｚ乃至２０ｋＨｚのパルス繰り返し数で発生する。これらパルスパラメータ値は例示目的で述べたもので、本発明の範囲から逸脱することなく他の値や範囲を考慮できる。更に、中空カソード２８及びアノードを、極めて低いエネルギー注入用のプラズマを発生する代替手段となりうる第２の高電圧パルス発生器３１に接続してもよい。
【００３２】
チャンバ１０の密封容積１２は、可制御バルブ３２を介して真空ポンプ３４に結合されている。ガス供給源３６は、質量流量コントローラ３８を介してチャンバ１０に結合されている。チャンバ１０内に位置した圧力センサ４４が、チャンバ圧力を表す信号をコントローラ４６に送る。コントローラ４６は、感知したチャンバ圧力を所望の圧力入力と比較し、制御信号をバルブ３２に送る。制御信号は、チャンバ圧力と所望圧力との差が最小限となるようにバルブ３２を制御する。真空ポンプ３４、バルブ３２、圧力センサ４４、及びコントローラ４６が、閉ループ圧力制御システムを形成している。圧力は約１ミリトル乃至約５００ミリトルの範囲に制御されるが、この範囲に限定されるものではない。ガス供給源３６は、ワークへ注入するための所望のドーパントを含むイオン化可能ガスを供給する。イオン化可能ガスの例としては、ＢＦ３、Ｎ２、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ａｒ、ＰＦ５、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＡｓＦ５、ＡｓＦ３及び、Ｂ２Ｈ６などが含まれる。質量流量コントローラ３８は、ガスがチャンバ１０に供給される単位時間当たりの量を調整する。図１に示した構成は、プロセスガスの連続流を、一定のガス流量且つ一定の圧力で供給する。これら圧力及びガス流量は、結果が再現可能となるように調整するのが好ましい。
【００３３】
動作時には、ウェハ２０がプラテン１４上に配置される。次に、圧力制御システム、質量流量コントローラ３８、及びガス供給源３６が、チャンバ１０内で所望の圧力及びガス流量を発生する。例として、チャンバ１０は、１０ミリトルの圧力のＢＦ３ガスで動作できる。パルス発生器３０は一連の高電圧パルスをウェハ２０に印加して、ウェハ２０とアノード２４との間にプラズマ４０を形成する。本発明の分野では公知だが、プラズマ４０は、ガス供給源３６からのイオン化可能ガスの陽イオンを含む。更に、プラズマ４０は、プラテン１４の近傍にプラズマシース４２を含む。高電圧パルスの発生時に、アノード２４とプラテン１４との間に存在する電界は、プラズマ４０からの陽イオンを、プラズマシース４２を横切りプラテン１４に向かって加速する。加速されたイオンはウェハ２０に注入され、不純物物質の領域を形成する。パルス電圧の選択においては、陽イオンがウェハ２０の所望の深さに注入されるようにする。パルス数及びパルス維持時間の選択においては、ウェハ２０に所望ドーズの不純物物質が注入されるようにする。パルス当たりの電流は、パルス電圧、ガスの圧力及び化学種、並びに電圧の可変位置の関数である。例えば、カソードからアノードの間隔を、異なる電圧に合わせて調節してもよい。
【００３４】
図１のプラズマドーピング・システムの部分平面概略図を示す図２を参照すると、環状ファラデーカップ８０がウェハ２０及びプラテン１４の周りに配置されている。環状ファラデーカップ８０には、イオン電流の局所変動がウェハ２０の周辺部で平均化されるという利点がある。ファラデーカップ８０は環状シールドリング８２の中に配置できる。ファラデーカップ８０は、ウェハ２０及びプラテン１４にできるだけ近く配置して、プラズマ４０からプラテン１４に向けて加速される陽イオンのサンプルを捕捉するのが好ましい。しかし、ファラデーカップ８０は、ウェハ２０に注入されるイオン電流値の測定を可能とする、ウェハ２０に対する別の場所に位置決めしてもよい。ファラデーカップ８０は、プラズマ４０の方を向いた入口６０を備えた導電閉鎖容器を含む。
【００３５】
ファラデーカップ８０は、ドーズプロセッサ７０或いは他のドーズ監視回路に電気接続されている。入口６０を介してファラデーカップ８０に入る陽イオンは、ファラデーカップ８０に接続された電気回路に電流を発生する。この電流は、単位時間で受け取られた陽イオンの数すなわちイオン電流密度を示す。ファラデーカップ８０が受け止めるイオン電流密度は、単位時間でウェハ２０に注入されるイオンの数と固定的な関係にあると考えられる。プラズマ４０の均一性とプラテン１４に向かうイオン加速の均一性とに依存するが、ファラデーカップ８０が受け止める単位面積当たりのイオン電流は、ウェハ２０に注入される単位面積当たりのイオン電流に概ね等しいか、或いはその固定した一部である。ファラデーカップ８０の電流出力はウェハ２０に注入されるイオン電流を表すので、ファラデーカップ８０はウェハ２０に注入されるイオンドーズの程度を表す。
【００３６】
上述のように、イオン電流を表す電気信号を、ファラデーカップ８０からドーズプロセッサ７０に供給できる。一実施形態では、ファラデーカップ８０からの電流を、チャンバの外部に位置したドーズプロセッサ７０に直接供給できる。他の実施形態では、前処理回路（図示しない）をプラテン１４に近接して配置し、プラテン１４の電圧で動作させてもよい。この回路はファラデーカップ８０の出力を前処理し、その結果をドーズプロセッサ７０に与えることができる。
【００３７】
ウェハ２０に送出される総イオンドーズは、瞬間イオン電流を注入時間で積分したものである。ドーズプロセッサ７０は、典型的にはファラデーカップ８０の出力を積分する回路を含むことができる。この積分器は、従来の積分器回路、電荷敏感増幅器、又はこうした積分機能を実行する任意適切な他の回路を使用すればよい。ドーズプロセッサの構成は従来のイオン注入機との関連で公知である。
【００３８】
シールドリング８２はプラテン１４を囲み且つバイアスを掛けられており、ウェハ２０の縁部近くで確実に注入イオンを比較的均一に分布させることができる。上述のように、ファラデーカップ８０は、ウェハ２０及びプラテン１４の周辺部の近傍で、シールドリング８２内に位置決めできる。シールドリング８２の側壁８４は水平突出部８６含むことができ、この突出部８６はファラデーカップ８０の入口６０上に延伸して、ファラデーカップ８０の開口部を狭める効果がある。これまでに、ファラデーカップ８０の側壁８８にイオンが衝突することで二次電子が発生し、これがファラデーカップ８０内における放電の原因となりうることが知られている。開口部を狭くするとファラデーカップ８０内の電位降下を減少させることができ、これによりファラデーカップ８０内における電子の閉じ込めが向上する。
【００３９】
一例として、ファラデーカップ８０の開口部６０は、約０．０３乃至０．２５インチ範囲の厚さと、約０．１２５乃至１．０インチ範囲のカップ深さとを備えることができる。この代表的なファラデーカップでは、シールドリング８２の水平突出部８６間の開口が１６分の１インチとなるように水平突出部８６を開口部６０上に延伸させると、放電を減少させることが分かっている。ファラデーカップ８０、突出部８６、及び突出部８６間の開口部の寸法は、イオン注入装置の動作特性にも依存しうる。ファラデーカップの開口部６０への電界透過を制限するようにこの開口のサイズを決定できるので、電位の変動を電離衝突の閾値未満（例えば、１０ｅＶ未満）に十分抑えることができる。
【００４０】
図３を参照すると、ファラデーカップ８０及びシールドリング８２の部分概略断面図が示されている。磁石９０がファラデーカップ８０の下に配置されており、二次電子を磁気抑制する。磁石９０の磁極を互いに近接して配置し、距離の増大に伴って場の強度が非常に急激に減少する磁気抑制場を形成できるので、現在の磁気抑制構成と比較すると、ウェハ２０における残留磁界を大きく減少させうる。例えば、典型的な残留磁界は、本明細書に記載した構成では５ガウス未満となりうる。
【００４１】
約１００乃至２，０００ガウス範囲の磁界Ｂを発生可能な、サマリウムコバルト（Ｓ−Ｃ）磁石又はセラミック磁石を含む磁石９０であれば、上述の結果をもたらすことができる。個々の磁石は、寸法範囲が０．０３乃至０．２５インチで、厚さ範囲が０．１乃至１．０インチの棒状または円筒状とすることができる。それぞれの磁石９０間の間隔は、０．０１乃至０．５インチの範囲とすることができる。これ以外の範囲、形状、及び材質の選択も考慮すれば、電子閉じ込め及びウェハ２０における残留磁界を増大且つ／或いは減少させることも可能である。図３に示したファラデーカップ８０の断面は、図２に示したように環状ファラデーカップ８０全周に亘ってとぎれがなく連続的とすることができる。現在では、磁気抑制作用を備えた環状ファラデーカップは、そのカップ内部における磁電管的な放電を防ぐために複数の切れ目を含むことができる。後述するように、この設計は、方位角的な対称性を損なうことなく放電を最小化する。
【００４２】
図４ａ及び４ｂは、ファラデーカップ８０の収集表面８０ａ下方における磁石の配置と、得られる磁界Ｂとを概略的に示す。図４ａの実施形態では、磁界Ｂは、それぞれが垂直方向に位置合わせされた磁極を備えた複数のドット磁石５１により発生でき、Ｎ極とＳ極を交互に配列してファラデーカップ８０の中心線に沿って配置できる。図４ｂの実施形態では、磁界Ｂは、それぞれが水平方向に位置合わせされた磁極を備えた複数の磁石６１より発生でき、極性を交互配置しつつファラデーカップ８０の中心線に沿って配置できる。図４ｂは、同一の極性を備えた複数対の磁石６１ａ、６１ｂからなる磁石６１を示すが、他の配列の磁石及び／又は単一磁石も考慮できる。磁石５１及び６１の極を交互配置することで、磁石５１及び６１は、収集表面８０ａに平行な有意な方位角成分を備えた磁界Ｂを発生できる。更に、図４ａ及び４ｂに示した構成は、二次電子の運動をこのコレクタの側壁８８に方向転換して、ファラデーカップ８０内の電子閉じ込めを向上させる。
【００４３】
図５に示した別の構成では、磁界Ｂは磁界コイル９２により発生できる。この構成では、磁界Ｂは半径方向に配向され、Ｂにおける電子の運動は方位角的である。図４に示した構成ほどの電子閉じ込め作用はないが、界磁コイル９２を使用すれば二次電子を有効に抑制できる。磁気コイル９２を使用すると、コイル９２を流れる電流を変化させることで磁界の強さを変化させることができる。更に、コイル９２は、有限対の磁石を備えた構成に比べ、均一性が高い磁界を発生できる。
【００４４】
図６に示した別の構成では、複数の磁石９４をファラデーカップ８０の中心線に沿って配置でき、交互配置したＮ極及びＳ極が水平方向に位置合わせされている。図示したように、磁界Ｂは半径方向に配向でき、電子の運動はコレクタ表面８０ａに向けられている。図５及び６に示したように、主として半径方向の磁界に関しては、周期的又は連続的な方位角的に位置合わせされた磁界を付加することで、環状ファラデーカップ８０内の方位角的な電子運動に起因する磁電管的放電を抑制する作用が得られる。
【００４５】
図７は、輪郭で示したファラデーカップ８０の収集表面８０ａの下に設けた磁石９６の配置を部分平面図として概略的に示す。磁石９６は、図６の磁石９４と同様に水平に配向できる。図７に示したように、磁石９６は半径方向に分極し、ファラデーカップ８０内の電子に作用する概ね方位角的な力を与える（力線ＥｘＢで示した）。１つ又は複数の磁石９６をファラデーカップ８０に対して傾斜させて、力線ＥｘＢで示した力に半径方向成分を与えることが可能である。上述のように、この半径方向成分は、環状ファラデーカップ８０内の方位角的な電子運動に起因する磁電管的な放電を抑止する。
【００４６】
図７に例示的に示したように、磁石９６は交互に傾斜できるが、電子に作用する力に対して半径方向成分を与える構成は図７のものに制限されない。本明細書で使用する「傾斜した」という用語は、ファラデーカップ８０の半径の接線に対して角度をなす磁石の力線を指す。図７の例示的な図では、複数対の磁石を傾斜させて、接線に関する補角をなすようにできる。ファラデーカップ８０に沿った１つ又は複数地点で力に半径方向成分を与える磁石９６の配列としては上記以外も考慮でき、それらには、補角以外の磁石を傾斜させること、磁石の一部のみを傾斜させること、１つ又は複数磁石の極性を交互配置すること、半径方向の磁界Ｂを発生する磁石の間に方位角磁界Ｂを発生する磁石を点在させること、及び／または当業者が考慮する他の配置が含まれる。
【００４７】
更なる様態によれば、半径が異なる２つ以上の環状ファラデーカップ８０を用いて、ドーズ均一性を測定できる。本明細書では、ドーズ均一性とは、ウェハ２０の表面領域全体にわたって注入されるイオンの均一性を指す。図８は、図２に示した図と類似した部分平面概略図を示す。この例示的な構成では、プラズマドーピング・システム１０は、ファラデーカップ８０に加えて環状ファラデーカップ８０’及び８０”を含むことができる。分かり易くするため、図８では各ファラデーカップ８０、８０’、及び８０”並びにそれぞれのシールド８２、８２’、及び８２”の輪郭のみを示したが、ファラデーカップ８０’及び８０”並びにシールド８２’及び８２”の構成は、ファラデーカップ８０及びシールド８２に関して本明細書で説明したものと同様とすることができる。異なる半径における電流密度の差を用いて、プラズマ均一性の変化を監視できる。ドーズが均一でない場合、ファラデーカップ８０、８０’、及び８０”が異なるイオン電流密度を受け取ることになる。従って、これらファラデーカップの電流出力を互いと比較したり、基準値と比較したりして均一性を測定できる。従って、例えば、１つ又は複数のファラデーカップから得られたイオン電流密度が他のファラデーカップの値と異なる場合、通常の半径方向の密度勾配を考慮して、イオン注入が不均一であることが示される。このように不均一な注入が検出されると、それを用いて例えばイオン注入を停止又は変更するなどして現在の処理を制御できる。
【００４８】
図９に示した実施形態では、ファラデーカップ８８の側壁８８の構成を変更して収集表面８０ａの幅を増加する一方、開口部６０の幅はそのままに維持できる。側壁８８の内部にはテーパ状側壁部分９８を含めて、側壁間の距離を、ファラデーカップ８０の深さと共に増加させることができる。例示目的だが、テーパ状側壁部分９８は、深くなるに従って距離が対称的且つ直線的に増大するよう図示されている。しかし、非対称テーパ、非直線的テーパ、一方の側壁のみのテーパ、及び／又は一方或いは両方の側壁の一部のみのテーパなど、他の構成のテーパ状側壁部分を考慮することもできる。収集表面８０ａが増大することで、ファラデーカップ８０はより多くの電子を受け取ることができ、一方で側壁８８への衝撃を減少可能である。
【００４９】
図１０に示した実施形態では、磁気遮蔽１００を設けてウェハにおける磁界を減少できる。遮蔽１００は、鉄、鋼材、又は所望の磁気遮蔽を実現可能な他の材質で作製すればよい。遮蔽１００の構成によっては、ファラデーカップ８０内の磁界を強くできる。例えば、遮蔽１００は、ファラデーカップ８０の下方にある磁石９０の両側から水平に対向して延伸する下部フランジ１００ａと、ファラデーカップ８０の両側に垂直に延伸するウェブ１００ｂと、ファラデーカップ８０の開口部６０に向かってウェブ１００ｂから水平に延伸する上部フランジ１００ｃとを備えた２つのチャンネル形状として構成できる。１つ又は複数のフランジ１００ａ、１００ｃ、及び／又はウェブ１００ｂ、並びに他の位置に配置したフランジ１００ａ、１００ｃ、及び／又はウェブ１００ｂ（ウェブ１００ｂをファラデーカップ８０の側壁８８内に配置する或いは上部フランジ１００ｃをファラデーカップ８０の上方に配置する）などを含む他の構成も考慮できる。
【００５０】
ここまで、プラズマドーピング・チャンバと、このプラズマドーピング・チャンバ内に取り付けられた半導体ウェハなどのワークを支持するためのプラテンと、チャンバに接続されたイオン化可能ガスの供給源と、プラテンから離間したアノードと、プラテンとアノードとの間に高電圧パルスを印加するためのパルス源とを備えたプラズマドーピング・システムを説明してきた。これら高電圧パルスは、ワークの近傍にプラズマシースを備えたプラズマを発生できる。こうした高電圧パルスは、ワークに注入するための陽イオンを、プラズマシースを横切ってプラテンに向け加速する。このプラズマドーピング装置は、プラテンに隣接して位置決めされると共にプラテンを囲む少なくとも１つの環状ファラデーカップを含むことができ、プラズマシースを横切って加速した陽イオンのサンプルを収集する。このサンプルは、ワークに注入される陽イオンドーズを表すことができる。
【００５１】
ファラデーカップの開口の幅と厚さ及びファラデーカップの深さは、浅く且つ狭いファラデーを形成するよう設定できる。これにより開口部内での放電を減少できる。ファラデーカップのイオン収集電極は連続した断面を備えることができ、これにより方位角的なとぎれによる放電を除去できる。プラズマ及び注入摂動を最小限に押さえるには、距離の増大に伴って場の強度が非常に急激に減少する磁気抑制場を用いればよく、これを達成するにはＮ極及びＳ極を互いに近接して配置すればよい。
【００５２】
この場は、一般に半径方向に収集電極を横切って配向できるが、抑制磁石をオフセットしてこの半径方向の配向を隣接磁石に関して反対方向に回転可能であり、これが２次電子の平均自由行程を減少させうる。磁気抑制場は、半径方向及び方位角成分の両方か、主として方位角成分を備えた場を含むことができる。この場の方位角成分を発生するには、垂直配向され且つ極性を交互配置した複数の磁石、またはソレノイドの帰路磁場などの磁界コイルを用いればよい。
【００５３】
ファラデー開口は、異なる半径において個別に調整した複数開口部を含むことができる。異なる半径における電流密度の差を用いて、プラズマ均一性の変化を監視できる。ファラデーカップの側壁をテーパ状として、電子の受け止めを増加させる一方、側壁への電子衝突を減少できる。磁気遮蔽をファラデーカップの周囲に設けて、ウェハにおける磁界を減少させ且つ／又はファラデーカップ内の磁界を強くできる。
【００５４】
本明細書に記載した方法及びシステムは、特定のハードウェア又はソフトウェア構成に限定されるものでなく、連続波及びパルスプラズマ源を含む、プラズマに基づいた多くのイオン注入環境で応用可能である。例えば、上述のファラデーカップを多くのウェハ処理方法で利用できる。これらの方法には、ホローカソード・パルス発生プラズマ、ウェハバイアス・パルス発生プラズマ、及び／又は連続又はパルス高周波、マイクロ波、又は他の形式で発生されるプラズマが含まれるが、それらに限定されない。ファラデーカップの監視を向上するための、本明細書に記載した磁気抑制及び／又は他の技法は、図示した例示的な環状ファラデーカップ以外でも使用するように適合可能であり、それらには、例えば、連続した方位角対称性を持たない環状ファラデーカップ及び／又はプラテン１４の周りに配置された不連続的なファラデーカップなどが含まれる。更に、パルス電流及びドーズコントローラの制御は、ハードウェア又はソフトウェア、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せによっても実現可能である。
【００５５】
ソフトウェアとして実装する場合、これら方法及びシステムは１つ又は複数のコンピュータ・プログラムで実装できるが、コンピュータ・プログラムは１つ又は複数のプロセッサ実行可能命令を含むものと理解できる。こうしたコンピュータ・プログラムは、１つ又は複数のプログラム可能プロセッサで実行可能であり、且つ、そのプロセッサが読み出し可能な１つ又は複数の記憶媒体（揮発性及び不揮発性記憶装置、並びに／或いは記憶素子）上に格納でき、１つ又は複数の入力装置、及び／又は１つ又は複数の出力装置を含むことができる。従って、このプロセッサは、入力データを得るために１つ又は複数の入力装置にアクセスでき、且つ出力データを通信するために１つ又は複数の出力装置にアクセスできる。こうした入力及び／又は出力装置は、次の１つ又は複数を含むことができる。すなわち、ランダムアクセスムモリ（ＲＡＭ）、ディスクアレイ（ＲＡＩＤ）、フロッピー（登録商標）ドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、内部ハードドライブ、外部ハードドライブ、メモリスティック、又は、本明細書で記載したようにプロセッサがアクセス可能な他の記憶装置であるが、上述の例は、全てを網羅しているわけではなく、例示的であって限定的ではない。
【００５６】
これらプログラムは、コンピュータシステムと通信する１つ又は複数の高レベル手続き形言語又はオブジェクト指向プログラミング言語で実現することが好ましい。しかし、こうしたプログラムは、所望なら、アセンブリ言語又は機械言語で実装できる。この言語はコンパイルしても、解釈してもよい。
【００５７】
上述のように、これら１つ又は複数のプロセッサ及び／またはは、独立して或いはネットワーク環境で協同して動作可能な１つ又は複数の装置に埋め込まれていてもよく、このネットワークには、例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含むことができ、更にイントラネット及び／又はインターネット及び／又は別のネットワークが含まれうる。こうした１つ又は複数のネットワークは、ケーブル接続若しくはワイヤレス接続されたもの又はそれらの組合せでもよく、更に、こうした異なるプロセッサ間の通信を促進する１つ又は複数の通信プロトコルを使用可能である。これらプロセッサは分散型処理用に構成することもでき、実施形態によっては、必要に応じてクライアント・サーバモデルを使用できる。従って、これら方法及びシステムは、複数のプロセッサ及び／又はプロセッサ装置を使用可能であり、これらプロセッサ命令は、こうした単一又は複数のプロセッサ／装置間で分割できる。
【００５８】
こうした１つ又は複数プロセッサを統合したこうした１つ又は複数の装置又はコンピュータシステムは、例えば、１つ又は複数のパーソナルコンピュータ、ワークステーション（例えば、Sun、ＨＰ）、個人情報機器（ＰＤＡ）、携帯電話、ラップトップ装置、手持ち型装置などの手持ち式装置、又は上述したように動作可能なプロセッサと統合可能な他の装置を含むことができる。従って、本明細書に記載の装置は全てを網羅したものでなく、限定目的でなく例示目的で記載されている。
【００５９】
「プロセッサ」又は「そのプロセッサ」の説明は、スタンドアロン及び／又は分散型環境において通信可能で、従って他のプロセッサと有線又は無線で通信するように構成可能な、１つ又は複数のプロセッサを含むと理解でき、こうした１つ又は複数のプロセッサは、互いに類似か異なる１つ又は複数のプロセッサ制御装置上で動作するように構成できる。更に、特に指定されていない限り、メモリの説明は、上記のプロセッサ制御装置の内部又は外部にあるプロセッサ可読且つアクセス可能な記憶素子及び／又は構成要素を含むことができ、様々な通信プロトコルを用いて有線又は無線ネットワークを介してアクセスでき、更に、特に指定がなければ、内部及び外部メモリ素子を含むように構成でき、こうしたメモリは使用例次第で隣接的且つ／或いは区分編成されていてもよい。従って、データベースという用語は、１つ又は複数のメモリ結合を含むと理解でき、こうした用語には、市販のデータベース製品（ＳＱＬ、インフォミックス、オラクル）及び所有権を主張できるデータベースを含むことができ、更に、メモリを、リンク、待ち行列、グラフ、ツリーなどに関連付ける他の構造も含むことができるが、こうした構造は限定目的でなく例示目的で述べたものである。
【００６０】
当業者であれば、本明細書で説明し図示した部材の詳細、材料、及び配列に多くの付加的変更を行うことができる。従って、次の特許請求の範囲は、本明細書に開示された実施形態に限定されるものではなく、具体的に記載されたものとは異なる様態で実行可能であって、法律によって許された最大の範囲で解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】代表的なプラズマドーピング・システムの概略図を示す。
【図２】図１のプラズマドーピング・システムの部分平面概略図を示す。
【図３】ファラデーカップ及びシールドリングの部分概略断面図を示す。
【図４】（Ａ）  ファラデーカップの収集表面下方にある磁石の配置を概略的に示す。  （Ｂ）  ファラデーカップの収集表面下方にある磁石の別の配置を概略的に示す。
【図５】ファラデーカップ、シールドリング、及び界磁コイル磁石の部分概略断面図を示す。
【図６】ファラデーカップ、シールドリング、及び半径方向の磁界を発生する磁石の部分概略断面図を示す。
【図７】ファラデーカップの収集表面下方にある磁石の配置を概略的に示す。
【図８】複数の環状ファラデーカップを備えたプラズマドーピング・システムの部分平面概略図を示す。
【図９】テーパ状側壁を備えたファラデーカップの部分概略断面図を示す。
【図１０】磁気遮蔽を備えたファラデーカップの部分概略断面図を示す。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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