(57)【要約】【課題】本発明は、イオン注入の注入量測定装置の改良に関する。【解決手段】この装置は、注入電流を推定するモジュールＣＵＲと、二次電子検出器ＤＳＥと、前記注入電流と前記二次電子検出器からの電流との差をとることによりイオン電流を推定する制御回路ＣＣとを含む。更に、前記高エネルギー二次電子検出器が、ちょうど３つの互いに絶縁された電極、即ち、電子を通すための少なくとも１つのオリフィスを備え、跳ね返される所定の符号の電荷を跳ね返す第１の反発電極Ｇ１，Ａ１，Ｔ１と、電子を通すための少なくとも１つのオリフィスをやはり備え、跳ね返される反対符号の電荷を跳ね返す第２の反発電極Ｇ２，Ａ２，Ｔ２と、電子を通すための少なくとも１つのオリフィスをやはり備えた選択電極Ｇ３，Ａ３，Ｔ３とを支持するコレクタＣＯＬ，Ｐを含む。【選択図】図１
2013534693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入用の注入量測定装置において、注入電流を推定するモジュール（ＣＵＲ）と、二次電子検出器（ＤＳＥ）と、前記注入電流と前記二次電子検出器からの電流との差をとることによりイオン電流を推定する制御回路（ＣＣ）と、を含む注入量測定装置であって、
前記高エネルギー二次電子検出器が、ちょうど３つの互いに絶縁された電極、即ち、
電子を通すための少なくとも１つのオリフィスを備え、跳ね返されるべき所定の符号の電荷を跳ね返す第１の反発電極（Ｇ１，Ａ１，Ｔ１）と、
電子を通すための少なくとも１つのオリフィスを備え、跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返す第２の反発電極（Ｇ２，Ａ２，Ｔ２）と、
電子を通すための少なくとも１つのオリフィスを備えた選択電極（Ｇ３，Ａ３，Ｔ３）と、
を支持するコレクタ（ＣＯＬ，Ｐ）を含むことを特徴とする注入量測定装置。
【請求項２】
前記電極のオリフィスが、前記電子検出器（ＤＳＥ）の開口を構成する導体シリンダ（Ｄ）上で一直線になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コレクタ（ＣＯＬ）が、カップの形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電極（Ｇ１−Ａ１−Ｔ１，Ｇ２−Ａ２−Ｔ２，Ｇ３−Ａ３−Ｔ３）が、アルミニウムで作成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
２つの連続した電極（Ｇ１−Ｇ２，Ｇ２−Ｇ３）の間隔が、６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記電極（Ｇ１−Ａ１−Ｔ１，Ｇ２−Ａ２−Ｔ２，Ｇ３−Ａ３−Ｔ３）の開口が、１５ｍｍ2〜３０ｍｍ2の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記電極が、格子（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）によって構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記格子（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）の透過率が、５０％より大きいことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
２つの連続した格子間の距離がｈと定義され、前記格子のオリフィスの直径がＤと定義されたとき、ｈ／Ｄと定義される比率が１より大きいことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電極が、リング（Ａ１−Ｔ１，Ａ２−Ｔ２，Ａ３−Ｔ３）によって構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
２つの連続したリング間の距離がｈと定義され、前記導体シリンダの直径がＤと定義されたとき、ｈ／Ｄと定義される比率が１より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
イオンの所定の種の前記比率を推定する分光計（ＳＰＣ）も含み、前記制御回路（ＣＣ）が、前記比率を前記イオン電流に適用する手段を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの追加の二次電子検出器を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ浸漬モードにおけるイオン注入の注入量測定装置に関する。
【０００２】
本発明の分野は、プラズマ浸漬モードで動作するイオン注入装置の分野である。したがって、基板へのイオンの注入は、基板をプラズマ中に浸漬し、基板を数十ボルト〜数万ボルト（一般に１００ｋＶ未満）の負電圧でバイアスして、イオンが基板に注入されるようにプラズマのイオンを基板に向けて加速できる電界を作り出すことである。そのように注入された原子は、「ドーパント」と呼ばれる。
【背景技術】
【０００３】
イオンの侵入深さは、イオンの加速エネルギーによって決まる。侵入深さは、まず基板に印加された電圧に依存し、次にイオンと基板のそれぞれの性質に依存する。注入原子の濃度は、１平方センチメートル当たりのイオン数（イオン／ｃｍ2）として表される注入量（dose）と、注入深さとに依存する。
【０００４】
注入の際に重要なパラメータの１つは、注入されたドーパントの注入量である。この注入量を正確に知る必要がある。これは、基板に到達する陽電荷を積分することにより得られる。
【０００５】
したがって、特許文献１は、プラズマ浸漬における注入量を推定するための電荷コレクタについて述べている。基板の下に配置されたコレクタは、プラズマのわずかなイオンを収集するファラデーケージである。注入電流はそのイオンから推定される。陽イオンだけが考慮される。
【０００６】
特許文献２と特許文献３は、同様にイオン注入における注入量測定に関する。この場合も、わずかな陽イオンを回収するためにファラデーケージ型コレクタが使用される。このコレクタは、基板に隣接している。
【０００７】
特許文献４は、基板の中心から異なる半径上に複数のコレクタを配置することにより推定の偏りを限定するものである。基板全体の測定が行われるので推定が改善される。しかしながら、この文献は、プラズマの半径方向の不均一性を考慮しておらず、この不均一性はかなり大きい。
【０００８】
しかしながら、陽電荷が、基板に到達する陽イオンによるものだけでなく、基板の表面から放出された二次電子の生成によるものでもあることに注意されたい。
【０００９】
イオンビーム注入装置では、二次電子にはほとんどエネルギーがなく、その結果、基板を取り囲むファラデーケージによって二次電子を基板の方に導くことができ、ケージは、負電位障壁によって光学的に閉じられている。
【００１０】
プラズマ浸漬モードで動作する注入装置では、二次電子は、プラズマの陽イオンのエネルギーと実質的に同じエネルギーで加速され、これにより、二次電子を基板の方に戻すことが困難になる。
【００１１】
したがって、特許文献５は、注入電流を推定するモジュールを含み、また二次電子検出器を含み、更に注入電流と二次電子検出器からの電流との差をとることによりイオン電流を推定する制御回路を含む注入量測定装置を教示している。
【００１２】
二次電子検出器は、必然的に低い電源電圧によって決定される最大エネルギーを有する低速の電子だけを測定するのに適している。そうでない場合は、プラズマは、妨げられることになる。
【００１３】
特許文献６も、また、注入電流を推定するモジュールを含み、また二次電子検出器を含み、更に、注入電流と二次電子検出器からの電流との差をとることによりイオン電流を推定する制御回路を含む注入量測定装置を開示している。
【００１４】
二次電子検出器に関する上記の見解が同様に適用される。
【００１５】
上の２つの文献では、検出器は、プラズマから来る低速の電子又はイオンを除去するにはあまり有効でない。検出器の電源電圧を、プラズマからの電子を阻止するように調整された場合、幾つかのイオンを取り入れてしまいがちであり、またその逆の場合も同様である。二次電子検出器は、高速の電子だけを計数するのに適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第６  ０５０  ２１８号
【特許文献２】国際公開第０１／４１１８３号
【特許文献３】国際公開第００／０８６７０号
【特許文献４】国際公開第２００５／１０４１７５号
【特許文献５】米国特許第５  ３１９  ２１２号
【特許文献６】国際公開第２０１０／０７５２８３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明はその状況に対して改良を提供するものである。
【００１８】
本発明によれば、イオン注入の注入量測定装置は、注入電流を推定するモジュールと、二次電子検出器と、前記注入電流と前記二次電子検出器からの電流との差をとることによりイオン電流を推定する制御回路とを含み、
更に、高エネルギー二次電子検出器は、ちょうど３つの互いに絶縁された電極、即ち、
・電子を通すための少なくとも１つのオリフィスを備え、跳ね返されるべき所定の符号の電荷を跳ね返す第１の反発電極と、
・電子を通すための少なくとも１つのオリフィスをやはり備え、跳ね返されるべき反対符号の電荷を跳ね返す第２の反発電極と、
・電子を通すための少なくとも１つのオリフィスをやはり備えた選択電極と、
を支持するコレクタを含む。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、前記電極内のオリフィスは、前記電子検出器の開口を構成する導体シリンダ上で一直線になっている。
【００２０】
更に、前記コレクタは、カップの形である。
【００２１】
本発明の更なる特徴によれば、前記電極は、アルミニウムで作成される。
【００２２】
２つの連続した電極の間隔は、６ミリメートル（ｍｍ）〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２３】
理想的には、前記電極の開口は、１５平方ミリメートル（ｍｍ2）〜３０ｍｍ2の範囲の面積である。
【００２４】
二次電子検出器の第１の実施形態では、前記電極は、格子によって構成される。
【００２５】
前記格子の透過率は、５０％より大きいと有利である。
【００２６】
また、２つの連続した格子間の距離がｈと定義され、前記格子内のオリフィスの直径がＤと定義されるとき、ｈ／Ｄと定義された比率は１より大きいことが望ましい。
【００２７】
二次電子検出器の第２の実施形態では、電極はリングによって構成される。
【００２８】
同様に、２つの連続したリング間の距離がｈと定義され、前記導体シリンダの直径がＤと定義されるとき、ｈ／Ｄと定義された比率は１より大きい。
【００２９】
測定は、更に、装置が、イオンの所定の種の比率を推定する分光計も含む場合に改善され、前記制御回路は、前記比率を前記イオン電流に適用する手段を含む。
【００３０】
少なくとも１つの追加の二次電子検出器を提供することが望ましいことがある。
【００３１】
本発明は、例示として示された実施形態の以下の説明の上で、及び添付図面の参照をもって、以下に詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】注入装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明の検出器の第１の実施形態の概略断面図である。
【図３】図３は、検出器の第２の実施形態の概略断面図であり、より詳細には、図３の（ａ）は、第２の実施形態の第１の変形を示す図であり、図３の（ｂ）は、第２の実施形態の第２の変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
複数の図に示された要素は、それぞれ同じ参照符号が与えられる。
【００３４】
図１に示されたように、イオン注入装置は、真空筐体ＥＮＶの内側と外側に配置された複数の要素を含む。マイクロエレクトロニクス用途では、鉄、クロミウム、ニッケル、コバルトなどの金属元素による汚染を制限する、必要があれば、アルミニウム合金で作成された筐体を使用することを推奨する。ケイ素又は炭化ケイ素の被覆を使用することもできる。
【００３５】
基板支持体プラテンＰＰＳは、縦軸ＡＸＴのまわりに回転可能な水平面内の円盤の形であり、イオン注入にさらされる基板ＳＵＢを収容する。基板支持体プラテンＰＰＳは、グランドにも接続された高電圧電源ＨＴに接続される。
【００３６】
筐体ＥＮＶの上部は、円筒状でありかつ縦軸ＡＸＰ上にある発生源ＣＳを収容する。この発生源は、石英で作成される。発生源は、最初に閉じ込めコイルＢＯＣｉ及びＢＯＣｊによって取り囲まれ、次に外部無線周波数アンテナＡＮＴによって外部的に取り囲まれる。プラズマ生成ガスの入口ＩＮＧは、発生源ＣＳの縦軸ＡＸＰと同軸である。この縦軸ＡＸＰは、注入用の基板ＳＵＢが載せられた基板支持体プラテンＰＰＳの表面にぶつかる。
【００３７】
放電、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ヘリコン、マイクロ波、アークなどの任意の種類のパルス・プラズマ源を使用することができる。これらのプラズマ源は、高電圧のプラテンＰＰＳとグランド電位の筐体ＥＮＶとの間で生じる電界が、発生源のパルス動作を妨げる放電プラズマを発生させないようにする十分に低い圧力レベルで動作しなければならない。
【００３８】
より正確には、注入量測定装置は、基板支持体ＰＰＳとグランドとの間に接続された電流計として働く、注入電流を推定するモジュールＣＵＲを含む。注入電流は、基板ＳＵＢにバイアスをかける高電圧電源ＨＴによって直接供給されてもよい。
【００３９】
装置は、また、二次電子検出器ＤＳＥを含み、また注入電流の単位面積当たりの密度と二次電子検出器からの電流の単位面積当たりの密度との差をとることによりイオン電流の単位面積当たりの密度を推定する制御回路ＣＣを含む。
【００４０】
二次電子検出器ＤＳＥは、基板ＳＵＢに向かって配列される。
【００４１】
所定の種類のイオンの注入量の測定は、筐体ＥＮＶ内の分光計ＳＰＣ（例えば、質量分析計、光学分光計）を使用することによって大幅に改善することができる。分光計は、プラズマ中の化学種の比率を識別し、その比率を、その比率を検討する制御回路ＣＣに提供する。例えば、注入量は、イオン電流にその比率を掛けることによって推定される。
【００４２】
装置は、更に、複数の二次電子検出器が提供され、基板上に配列された場合に改善される。これにより、注入の均一性を監視することができる。
【００４３】
図２を参照すると、第１の実施形態では、検出器ＤＳＥは、カップ又はベルの形のコレクタＣＯＬを含む。コレクタＣＯＬは、二次電子電流を測定する電流計ＡＭＰを介してグランドに接続される。
【００４４】
コレクタＣＯＬには、第１の絶縁体Ｄ１が載せられ、第１の絶縁体Ｄ１自体には、第１の導電性格子Ｇ１が載せられる。
【００４５】
第１の格子Ｇ１には、第２の絶縁体Ｄ２が載せられ、第２の絶縁体Ｄ２自体には、第２の導電性格子Ｇ２が載せられる。
【００４６】
第２の格子Ｇ２には、第３の絶縁体Ｄ３が載せられ、第３の絶縁体Ｄ３自体には、第３の導電性格子Ｇ３が載せられる。
【００４７】
格子Ｇ１−Ｇ２及びＧ２−Ｇ３の間隔は、６ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。典型的には、この間隔は８ｍｍである。
【００４８】
透過率は、格子の全面積に対する格子の開口の面積の比率として定義されることを想起されたい。この例では、格子の透過率は、極めて高くなければならず、５０％より大きいことが好ましい。
【００４９】
これらの開口は、また、コレクタに達してしまう電荷化学種を取得しないように、比較的大きい面積でなければならない。この面積は、１５ｍｍ2〜３０ｍｍ2の範囲だと有利である。例えば、円形開口は、約５ｍｍの直径でよい。
【００５０】
検出器は、
・コレクタＣＯＬ上の高エネルギー二次電子を回収する機能と、
・高エネルギー電子の衝突により生じるときのコレクタ上の低エネルギー二次電子を回収する機能と、
・低エネルギー電子とプラズマのイオンを跳ね返す機能とを果たす必要がある。
【００５１】
また、格子Ｇ１、Ｇ２及びＧ３にバイアス電圧が印加される結果、検出器内にプラズマやアークが発生しないようにすることが適切である。この目的のため、パッシェンの法則が参照されることがある。検出器は、プラズマを汚染する化学種を加えてはならない。マイクロエレクトロニクス分野での用途では、導体にアルミニウム、絶縁体にアルミナを選択すると有利である。
【００５２】
また、イオン注入装置内で生成されたプラズマを妨げないようにしなければならない。
【００５３】
第１の格子Ｇ１は、第１のケーブルＬ１によって、コレクタＣＯＬに対して１２０ボルト未満、典型的には１００ボルトの負電圧にバイアスされる。
【００５４】
第２の格子Ｇ２は、第２のケーブルＬ２によって、コレクタＣＯＬに対して１２０ボルト未満、典型的には１００ボルトの正電圧にバイアスされる。
【００５５】
第３の格子Ｇ３は、第３のケーブルＬ３によって、コレクタＣＯＬに対して６０ボルト未満、典型的には５０ボルトの負電圧にバイアスされる。
【００５６】
この第１の実施形態では、検出器は、複数の開口を有し、これらの開口はそれぞれ、格子を介して一直線になった３つのオリフィスに対応する。
【００５７】
これにより、これらの開口はそれぞれ、直径Ｄの導体シリンダ上で一直線になっている。
【００５８】
これらの開口の直径をＤと記述し、２つの格子間の距離をｈと記述すると、ｈ／Ｄと記述された比率は、約１．５の大きさを有し、いかなる場合も１より大きいことが好ましい。
【００５９】
第２の実施形態では、検出器は、複数の開口がなく、単一の開口を有する管状構造を呈する。
【００６０】
図３の（ａ）を参照すると、第１の変形では、コレクタＰが、板の形である。コレクタには、第１の絶縁リングＩ１が載せられ、第１の絶縁リングＩ１自体には、第１の導電性リングＡ１が載せられている。これらの２つのリングの内径はＤである。第１の絶縁リングＩ１の厚さは、第１の導電性リングＡ１の厚さより実質的に大きく、これらの２つの厚さの和はｈである。
【００６１】
第１の導電性リングＡ１には、第２の絶縁リングＩ２が載せられ、第２の絶縁リングＩ２自体には、第２の導電性リングＡ２が載せられる。
【００６２】
これらの第２のリングＩ２及びＡ２は、第１のリングＩ１及びＡ１と同じ形状を有する。
【００６３】
第２の導電性リングＡ２には、第３の絶縁リングＩ３が載せられ、第３の絶縁リングＩ３自体には、第３の導電性リングＡ３が載せられる。これらの第３のリングＩ３及びＡ３は、同様に、第１のリングＩ１及びＡ１と同じ形状である。
【００６４】
コレクタＰは、同様に、電流計ＡＭＰを介してグランドに接続される。
【００６５】
形状は、第１の実施形態での開口の形状と同じである。したがって、比率ｈ／Ｄは、１より大きいことが好ましい。
【００６６】
第１、第２及び第３の導電性リングＡ１、Ａ２及びＡ３はそれぞれ、第１の実施形態での第１、第２及び第３の格子Ｇ１、Ｇ２及びＧ３と同じようにバイアスがかけられる。
【００６７】
図３の（ｂ）を参照すると、第２の変形では、コレクタＰは、同様に、板の形である。コレクタには、第１の絶縁リングＳ１が載せられ、第１の絶縁リングＳ１自体には、第１の導電性リングＴ１が載せられている。これらの２つのリングの内径もまたＤである。これと対照的に、第１の絶縁リングＳ１の厚さは、第１の導電性リングＴ１の厚さよりかなり小さく、これらの２つの厚さの和はやはりｈである。
【００６８】
第１の導電性リングＴ１には、第２の絶縁リングＳ２が載せられ、第２の絶縁リングＳ２自体には第２の導電性リングＴ２が載せられている。
【００６９】
これらの第２のリングＳ２，Ｔ２は、第１のリングＳ１，Ｔ１と同じ形状を有する。
【００７０】
同様に、第２の導電性リングＴ２には、第３の絶縁リングＳ３が載せられ、第３の絶縁リングＳ３自体には、第３の導電性リングＴ３が載せられている。これらの第３のリングＳ３，Ｔ３は、同様に、第１のリングＳ１，Ｔ１と同じ形状である。
【００７１】
この場合も、形状は、第１の実施形態の開口を複製する。したがって、比率ｈ／Ｄは、１より大きいことが好ましい。
【００７２】
この第２の変形では、リングは、第１のリングと類似しているが、絶縁要素と導体要素の厚さが置き換えられている。
【００７３】
本発明の前述の実施形態は、その具体的な性質のために選択されたものである。しかしながら、本発明が対象とする全ての実施形態を網羅的に列挙することはできない。詳細には、述べた手段はいずれも、本発明の範囲を越えない範囲で等価手段によって置き換えることができる。
【図１】
2013534693.tif 000003
【図２】
2013534693.tif 000004
【図３】
2013534693.tif 000005
【国際調査報告】
2013534693.tif 000006
2013534693.tif 000007
2013534693.tif 000008
2013534693.tif 000009
2013534693.tif 000010
2013534693.tif 000011
2013534693.tif 000012
2013534693.tif 000013