(57)【要約】【課題】高速イオンビーム制御を用いた固定ビームによるイオン注入処理におけるグリッチからの回復方法及び装置を提供する。【解決手段】イオン注入装置には、固定平面イオンビームのソースと、第１操作パラメータ値により決定される通常ビーム軌道に沿ってイオンビームを操縦するビームラインコンポーネントの組と、通常ビーム軌道をウェハに横切らせてウェハを機械的に走査するエンドステーションと、注入通行の過程におけるグリッチに反応して、（１）ビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての走査パラメータを直ちに第２値へと変更してイオンビームを通常ビーム軌道から逸らせ、それによりウェハの注入遷移位置において注入を停止し、（２）次に、ウェハ上の注入遷移位置がイオンビームの通常軌道に直接的に乗る注入再開位置へとウェハを移動させ、（３）操作パラメータをその第１値へと戻して、イオンビームを通常ビーム軌道に沿って配向させ、ウェハの注入遷移位置においてイオン注入を再開する制御回路が含まれる。操作パラメータは、引き出し電源の出力電圧、又はその他のイオンビームの軌道に影響を与えるビームラインコンポーネントの電圧、及び／又は、電流であってよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの固定ビーム型イオン注入装置を操作して１つの半導体ウェハに１つのイオン注入を行う方法であって、
複数のビームラインコンポーネントについての複数の操作パラメータそれぞれの第１値のそれぞれにより決定される、１つの固定平面イオンビームが通る、１つの通常ビーム軌道を前記ウェハに横切り通行させることにより前記ウェハを機械的に走査することにより１つの注入通行を実行する工程と、
前記注入通行の過程において前記イオンビームに１つのグリッチが検出されたことに反応して、実質的に直ちに、前記複数のビームラインコンポーネントのうちの少なくとも１つについての少なくとも１つの操作パラメータを、前記イオンビームを前記通常ビーム軌道から逸らせるのに効果的なそれぞれの１つの第２値へと変更して、前記ウェハ上の１つの注入遷移位置において前記ウェハへの注入を停止させる工程と、
前記イオンビームが前記通常ビーム軌道から逸らされている間に、前記ウェハ上の前記注入遷移位置が前記イオンビームの前記通常軌道の上に直接的に乗る１つの注入再開位置へと前記ウェハを移動させる工程と、
前記ウェハが前記注入再開位置へと到達したときに、実質的に直ちに、前記少なくとも１つのビームラインコンポーネントについての前記少なくとも１つの操作パラメータをそれぞれの第１値へと戻して、前記イオンビームを前記通常ビーム軌道に沿って配向させ、前記ウェハ上の前記注入遷移位置においてイオン注入を再開する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの電源の１つの出力電圧として設定される１つの操作電圧電位を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電源は、１つの引き出し電源である、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、ゼロと前記電源の前記出力電圧の前記第１値との間の１つの中間値である、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、前記電源の前記出力電圧の前記第１値の約９５％である、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電源は、１つの引き出し電源である、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、前記電源の前記出力電圧の前記第１値よりも大きい１つのより高い値である、
請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記電源は、１つの減速電源である、
請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記電源は、１つの加速電源である、
請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの分割減速レンズの複数の要素それぞれに供給される電圧のそれぞれを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、複数の集束カッド（ｆｏｃｕｓ  ｑｕａｄｓ）のそれぞれに供給される電圧のそれぞれを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの解析磁石における電流である、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
１つの固定ビーム型イオン注入装置を操作して、１つの半導体ウェハにおいて、当該ウェハの第１と第２の複数の注入遷移位置の間の１つの過少線量照射領域を補充する方法であって、
１つのイオンビームの電流を、１つの通常イオンビーム電流に１つの所定割引きを行って得られる値と等しい１つの低減イオンビーム電流へと低減させる工程と、
１つの通常走査速度又はそれより速い１つの速度において、電流が低減された前記イオンビームを前記ウェハの１つの第１通常線量照射領域に横切らせることにより当該第１通常線量照射領域を、前記第１注入遷移位置に到達するまで、機械的に走査する工程と、
前記第１注入遷移位置に到達したとき、前記ウェハに対する機械的走査速度を、前記通常走査速度に前記所定割引きを行って得られる値に実質的に等しい１つの減速走査速度へと減速させる工程と、
前記減速走査速度において、電流が低減された前記イオンビームを前記ウェハに横切らせることにより前記ウェハを前記第１注入遷移位置から前記第２注入遷移位置まで走査する工程と、
前記第２注入遷移位置に到達したとき、前記ウェハに対する前記機械的走査速度を前記通常走査速度以上まで増速させて、当該通常走査速度またはそれより速い当該速度において、前記第２注入位置から離れて前記ウェハの１つの第２通常線量照射領域において、前記ウェハに、電流が低減された前記イオンビームを横切らせることにより前記ウェハを機械的に走査する工程と
を含む方法。
【請求項１４】
前記イオンビームは１つの平面イオンビームであり、前記ウェハの機械的走査は、前記イオンビームの平面に直交する１つの方向において実行される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記イオンビームは１つのスポットビームであり、前記ウェハの機械的走査は、前記ウェハを前記イオン注入装置内において機械的に走査できる２つの互いに直交する方向の１つにおいて実行される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記イオンビームの前記電流を低減させる前記工程は、前記イオンビームの１つのソースへと１つの種類の希釈ガスを導入する工程を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオンビームの前記電流を低減させる前記工程は、前記イオンビームが通過する１つの機械的開口の大きさ減少させる工程を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記機械的開口は、前記イオン注入装置の１つの質量分解スリットに隣接して設けられる、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記イオンビームの前記電流を低減させる前記工程は、前記イオンビームが通過する複数の集束カッド（ｆｏｃｕｓ  ｑｕａｄｓ）に供給される複数の制御電圧を変更することにより前記イオンビームを脱集束させる工程を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記イオンビームの前記電流を低減させる前記工程は、前記ビームが通る１つの通常イオンビーム軌道から前記ビームを僅かに逸らせて、前記ビームの一方の側部を僅かにクリッピングする工程を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
１つの半導体ウェハに１つのイオン注入を行うよう動作する固定ビーム型イオン注入装置であって、
１つの固定平面イオンビームの１つのソースと、
複数のビームラインコンポーネントであって、当該複数のビームラインコンポーネントについての複数の操作パラメータそれぞれの第１値のそれぞれにより決定される１つの通常ビーム軌道に沿って前記イオンビームを操縦するよう動作する複数のビームラインコンポーネントと、
前記通常ビーム軌道を前記ウェハに横切らせることにより前記ウェハを機械的に走査するよう動作する１つのエンドステーションと、
前記注入のための通行の過程において前記イオンビームに１つのグリッチが検出されたことに反応して、
実質的に直ちに、前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての少なくとも１つの操作パラメータを、前記イオンビームを前記通常ビーム軌道から逸らせるのに効果的なそれぞれの１つの第２値へと変更して、それにより前記ウェハへの注入を前期ウェハ上の１つの注入遷移位置において停止させ、
前記イオンビームが前記通常ビーム軌道から逸らされている間に、前記ウェハ上の前記注入遷移位置が前記イオンビームの前記通常軌道の上に直接的に乗る１つの注入再開位置へと前記ウェハを移動させ、
前記ウェハが前記注入再開位置へと到達したときに、実質的に直ちに前記少なくとも１つのビームラインコンポーネントについての前記少なくとも１つの操作パラメータをそれぞれの第１値へと戻し、それにより前記イオンビームを前記通常ビーム軌道に沿って配向させ、前記ウェハの前記注入遷移位置においてイオン注入を再開する
よう動作する制御回路と
を含むイオン注入装置。
【請求項２２】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの電源の１つの出力電圧として設定される１つの操作電圧電位を含む、
請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項２３】
前記電源は、１つの引き出し電源である、
請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項２４】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、ゼロと前記電源の前記出力電圧の前記第１値との間の１つの中間値である、
請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項２５】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、前記電源の前記出力電圧の前記第１値の約９５％である、
請求項２４に記載のイオン注入装置。
【請求項２６】
前記電源は、１つの引き出し電源である、
請求項２５に記載のイオン注入装置。
【請求項２７】
前記電源の前記出力電圧の前記第２値は、前記電源の前記出力電圧の前記第１値より大きい１つのより高い値である、
請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項２８】
前記電源は、１つの減速電源である、
請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項２９】
前記電源は、１つの加速電源である、
請求項２２に記載のイオン注入装置。
【請求項３０】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの分割減速レンズの複数の要素のそれぞれに供給される電圧のそれぞれを含む、
請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項３１】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、複数の集束カッド（ｆｏｃｕｓ  ｑｕａｄｓ）のそれぞれに供給される電圧のそれぞれを含む、
請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項３２】
前記複数のビームラインコンポーネントの少なくとも１つについての前記少なくとも１つの操作パラメータは、１つの解析磁石における電流である、
請求項２１に記載のイオン注入装置。
【請求項３３】
１つの半導体ウェハの１つの過少線量照射領域を補充するよう動作する固定ビーム型イオン注入装置であって、
１つのイオンビームの１つのソースと、
前記イオンビームの１つの軌道を前記ウェハに横切らせることにより前記ウェハを機械的に走査するよう動作する１つのエンドステーションと、
１つのイオンビームの電流を、１つの通常イオンビーム電流に１つの所定割引きを行って得られる値に実質的に等しい１つの低減イオンビーム電流へと低減させ、
１つの通常走査速度又はそれより速い１つの速度において、電流が低減された前記イオンビームを前記ウェハの１つの第１通常線量照射領域に横切らせることにより当該第１通常線量照射領域を、前記第１注入遷移位置に到達するまで、機械的に走査し、
前記第１注入遷移位置に到達したとき、前記ウェハに対する機械的走査速度を、前記通常走査速度に前記所定割引きを行って得られる値に実質的に等しい１つの減速走査速度へと減速させ、
前記減速走査速度において、電流が低減された前記イオンビームを前記ウェハに横切らせることにより前記第１注入遷移位置から前記第２注入遷移位置まで走査し、
前記第２注入遷移位置に到達したとき、前記ウェハに対する前記機械的走査速度を前記通常走査速度以上まで増速させて、当該通常走査速度またはそれより速い当該速度において、前記第２注入位置から離れて前記ウェハの１つの第２通常線量照射領域において、前記ウェハに、電流が低減された前記イオンビームを横切らせることにより前記ウェハを機械的に走査する
よう動作する制御回路と
を含む固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３４】
前記イオンビームは１つの平面イオンビームであり、前記ウェハの機械的走査は、前記イオンビームの平面に直交する１つの方向において実行される、
請求項３３に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３５】
前記イオンビームは１つのスポットビームであり、前記ウェハの機械的走査は、前記イオン注入装置内において前記ウェハを機械的に走査できる２つの互いに直交する方向のうちの１つにおいて実行される、
請求項３３に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３６】
前記イオンビームの前記電流を低減させることは、前記イオンビームの１つのソースへと１つの種類の希釈ガスを導入することを含む、
請求項３３に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３７】
前記イオンビームの前記電流を低減させることは、前記イオンビームが通過する１つの機械的開口の大きさを減少させることを含む、
請求項３３に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３８】
前記機械的開口は、前記イオン注入装置の１つの質量分解スリットに隣接して設けられる、
請求項３７に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項３９】
前記イオンビームの前記電流を低減させることは、前記イオンビームが通過する複数の集束カッド（ｆｏｃｕｓ  ｑｕａｄｓ）に供給される複数の制御電圧を変更することにより前記イオンビームを脱集束させることを含む、
請求項３３に記載の固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項４０】
前記イオンビームの前記電流を低減させることは、前記ビームが通る１つの通常イオンビーム軌道から前記ビームを僅かに逸らせて、前記ビームの一方の側部を僅かにクリッピングすることを含む、
請求項３３に記載に固定ビーム型イオン注入装置。
【請求項４１】
１つの固定ビーム型イオン注入装置を操作して、１つのワークピースに１つのイオン注入を行う方法であって、
複数のビームラインコンポーネントについての複数の操作パラメータそれぞれの第１値のそれぞれにより決定される、１つの固定平面イオンビームが通る、１つの通常ビーム軌道を前記ワークピースに横切り通行させることにより前記ワークピースを機械的に走査することにより１つの注入通行を実行する工程と、
前記注入通行の過程において前記イオンビームに１つのグリッチが検出されたことに反応して、実質的に直ちに、前記複数のビームラインコンポーネントのうちの少なくとも１つについての少なくとも１つの操作パラメータを、前記イオンビームを前記通常ビーム軌道から逸らせるのに効果的なそれぞれの１つの第２値へと変更して、前記ワークピース上の１つの注入遷移位置において前記ワークピースへの注入を停止させる工程と、
前記イオンビームが前記通常ビーム軌道から逸らされている間に、前記ワークピース上の前記注入遷移位置が前記イオンビームの前記通常軌道の上に直接的に乗る１つの注入再開位置へと前記ワークピースを移動させる工程と、
前記ワークピースが前記注入再開位置へと到達したときに、実質的に直ちに、前記少なくとも１つのビームラインコンポーネントについての前記少なくとも１つの操作パラメータをそれぞれの第１値へと戻して、前記イオンビームを前記通常ビーム軌道に沿って配向させ、前記ワークピース上の前記注入遷移位置においてイオン注入を再開する工程と
を含む方法。
【請求項４２】
前記ワークピースは、１つの半導体ウェハである、
請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記ワークピースは、１つのフラット表示パネルである、
請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００５年４月２日出願の米国仮特許出願第６０／６６７，７２２号、発明の名称「半導体へのイオン注入処理におけるグリッチからの回復方法及び装置」の利益を主張し、該仮出願の全内容及び教示を参照としてここに取り込む。
【０００２】
本記載は、半導体ウェハへのイオン注入過程における、具体的には、平面ビーム、もしくは所謂「リボン」ビームを用いる固定ビーム型イオン注入装置における、イオンビームの「グリッチ」から回復する方法及び装置に関する。グリッチとは、ウェハに注入する種の線量均一性に悪影響を及ぼし得るビーム電流に突然発生する過渡電流である。これまで、グリッチが検出されたときには、イオンビームを消去して注入通行もしくは注入走査を中断することが一般的であり、ウェハは通行過程において部分的に注入が終わっただけになってしまう。ビームは、線源室内でプラズマアークの動力源を断つことにより消去される。その後イオンビームが再形成されると、第二の注入通行（「回復」通行と呼ぶ）が開始されるが、これはウェハに沿って反対側に進行し、ウェハがその全面において単一の均一線量を吸収するように第一の通行が中断された正にその場所において終了する。
【背景技術】
【０００３】
先行技術におけるグリッチからの回復技術の一つの問題点は、回復通行の過程で二度目のグリッチが発生して、（特に最終通行である場合には）ウェハの中央部が所望の線量を吸収しないままになる可能性があることである。リボンビーム型イオン注入装置において、第一もしくは第二の通行が中断された丁度その場所から第三の通行（第二の回復通行）を開始するのに必要な迅速さでイオンビームを再形成することは一般的に不可能であった。場合によっては、ウェハを廃棄しなければならないか、もしくはその他の望ましくない方策を採らなければならない。ウェハ上の丁度の位置から注入が再開されることを目的としてイオンビームを迅速に形成するための性能が備わっていることが望ましい状況はその他にも存在する。
【発明の開示】
【０００４】
開示するイオン注入装置と操作方法においては、グリッチが発生したときに固定平面イオンビームを迅速に通常イオンビーム軌道から逸れるよう再配向させ、その後、注入再開位置丁度から注入を再開するときに通常軌道へと戻す。開示する技術は、第１グリッチからの回復時に発生する第２グリッチから回復することを含む多様なグリッチシナリオにおいて用いることができる。
【０００５】
開示する方法には、複数のビームラインコンポーネントについての操作パラメータそれぞれの第１値のそれぞれにより決定される、固定平面イオンビームが通る通常ビーム軌道をウェハに横切り通行させることによりウェハを機械的に走査することによりイオン注入通行を実行することが含まれる。ビームラインコンポーネントとは、注入装置においてイオンビームが通る軌道に影響を与える可能性があるものであり、たとえば引き出し電源等である。
【０００６】
注入通行の過程においてイオンビームにグリッチが検出されたことに反応して、実質的に直ちに、ビームラインコンポーネントのうちの少なくとも１つについての少なくとも１つの操作パラメータを、イオンビームを通常ビーム軌道から逸らせるのに効果的なそれぞれの第２値へと変更して、それによりウェハ上の注入遷移位置においてウェハへの注入を停止させる。例として、引き出し電源電圧が再プログラミングされて、イオンビームを解析器の質量分解スリットから、したがってウェハから逸らせるのに十分である、当該引き出し電源電圧の通常（第１）値のたとえば約９５％である、第２値へとなる。
【０００７】
イオンビームが通常ビーム軌道から逸らされている間に、ウェハ上の注入遷移位置がイオンビームの通常軌道の上に直接的に乗る注入再開位置へとウェハを移動させる。ウェハが注入再開位置へと到達したときに、実質的に直ちに、少なくとも１つのビームラインコンポーネントについての少なくとも１つの操作パラメータをそれぞれの第１値へと戻して、それによりイオンビームを通常ビーム軌道に沿って配向させ、ウェハ上の注入遷移位置においてイオン注入を再開する。
【０００８】
開示する技術を平面ガラス表示パネル等の別の注入基板に適用してよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、ソースモジュール１２、解析モジュール１４、修正モジュール１６、及びエンドステーション１８を含むイオン注入装置１０を示す。エンドステーション１８の真横にはウェハハンドラ２０が設けられている。制御回路（ＣＮＴＬ）２２及び電源（ＰＷＲ  ＳＵＰＰＳ）２４も含まれており、これらは図１においてはそれぞれ分離したブロックに示されているが、当業者には周知であるように、実際にはイオン注入装置１０の全体に分布する。
【００１０】
注入操作の過程において、ソースモジュール１２には、半導体ウェハに注入すべき要素（群）を含む気体化合物が供給される。例として、ホウ素（Ｂ）を注入するには、気体状のフッ化ホウ素（ＢＦ３）がソースモジュール１２に供給される。ソースモジュール１２は電気刺激を用いることにより、ソース化合物が分別されることにより生じる、注入すべき所望の種（たとえば、Ｂ＋）を含む、多数のイオン種を通常含むプラズマを生成する。ソースモジュール１２は比較的に正の電位にバイアスされているので、正にバイアスされたソースモジュール１２に対して負である接地電位への加速により、ソースモジュール１２からは正に帯電したイオン種が引き出される。引き出されたイオン種により、解析モジュール１４に進入するイオンビームが形成される。
【００１１】
解析モジュール１４には、ソースモジュール１２からのイオンビームを屈曲させる磁石が含まれる。帯電状態、電位、および質量により、ビームに含まれるイオン種が異なることにより屈曲量は僅かに変化する。それゆえ、ビームが解析モジュール１４を通過して修正モジュール１６へ向けて進行するときに、異なるイオン種ごとに軌道が異なることによりビームは僅かに膨らむ。解析モジュール１４は、出口において狭い分解スリットもしくは開口（図１には不図示）を有しており、そこからは関心対象の種（たとえば、Ｂ＋）だけが通過してその他の種は分解開口を取り囲む伝導板に回収される。それゆえ、解析モジュール１４の出口においては、イオンビームは排他的にほぼ所望のイオン種から構成されている。
【００１２】
所望の種のビームが修正モジュール１６に進入するときに、ビームは分岐している可能性がある。それゆえ、修正モジュール１６の役割は、ビームが注入操作に適した状態となるよう調整することである。以下に更に記載するように平面ビーム又は「リボン」ビームを用いる注入装置においては、修正モジュール１６はビームを扁平化してリボン形状にする。一実施形態においては、エンドステーション１８には、ビーム（固定である）をウェハに横切らせることによりウェハを走査して注入を実現する機械的ウェハ走査装置（不図示）が含まれる。ウェハハンドラ２０は、システムの操作人員と走査装置との間でウェハを搬送する清浄なロボット機械システムである。
【００１３】
図２は、エンドステーション１８内における、イオンビーム２６の軸に沿って観察した注入の様子を示す。イオンビーム２６は平坦な、もしくはリボン状の断面を有することが観察されるであろう。言及したように、イオンビーム２６はエンドステーション１８内において固定されている、つまり、注入操作の一環として統制された方法においてビームを偏向させる機構が存在しない。むしろ、各ウェハ２８が、図２に示すようにたとえば上方へとビーム２６の軌道を横切るように機械的に走査される。所与の注入操作においては、一般的に多数回の通行が行われる。所望の注入深さが得られるようにビームエネルギーが選択され、所望の線量率が得られるようにビーム電流及びウェハ走査速度が選択されて、操作全体によりウェハ２８上で均一な所望の線量が達成されることが理解されるであろう。
【００１４】
上記したように、回復手段が存在しない状態ではウェハ２８への注入（線量照射）に有害な影響を与えるビーム過渡電流もしくは不安定性（「グリッチ」と呼ばれる）が生じ得る。所与のウェハ２８への注入の過程においてグリッチが発生したとき、許容できる程度に均一な全体プロファイルをともかくも達成して注入を終えるための救済的回復処理を用いることが一般的である。グリッチが検出されたときには、まず、進行中の注入操作を直ちに停止してウェハ２８上の注入された領域の境界を定める。次に、ウェハ２８をたとえば反対方向から走査してよく、そして、グリッチが発生したときにイオンビームが消去されたのと同一の場所で迅速にイオンビームを消去してよい。しかし、上記したように、このような方策の効果は限られており、単一ウェハの処理の過程において所与の注入通行時に多数回のグリッチが発生した場合には用いることができない。
【００１５】
図３は多数回グリッチが発生する場合の特定シナリオにおける処理の結果を示す。ウェハ２８の垂直断面が示される。ウェハ２８は初め、右から左へ走査されて、操作の初期部分において第１注入領域３０がグリッチ発生前に形成されると想定する。領域３０は極めて急勾配の立下り側面３１を有していることが観察されるであろう。これは、既存のイオン注入装置において、たとえばソースモジュール１２内のプラズマへの電源を突然に切断する等、イオンビームを迅速に消去することにより得られる。それゆえ、図３において、側面３１はグリッチの発生により線量照射が不均一である場所を示す。
【００１６】
次に、ウェハ２８を左から右へと移動させて第２注入領域３２を形成する。理想的には、領域３２は領域３０と同一線量を照射され、注入操作は領域３０の側面３１丁度の場所において停止されて２つの領域３０と３２が互いに当接してウェハ２８全体で許容できる程度に均一な一完全領域が形成される。しかし、図３においては、第２注入３２が終了する前に第２のグリッチが発生してギャップ３３が残された結果を示している。ギャップ３３を埋めるには、ウェハ２８をイオンビームの軌道で走査している間にイオンビームを突然に点けたり消したりを切り替えることが要求される。これは、走査が始まる前に既にビームが形成されていて注入がウェハの各側から内向きに進行する初めの二回の通行とは異なる。ソース１２においてビームを高速に消すことは可能であるが、高速に点けることは一般的に不可能である。十分な強度のプラズマを衝突させて所望のイオンビーム電流を再形成する処理には時間がかかるので、通常のウェハ走査速度においてウェハ２８の非常に狭い間隔の中で整ったビーム電流を得ることは通常可能ではない。図３のシナリオにおいては、それゆえ、ウェハ２８は使用不可能であり廃棄されなければならないのが通例であった。
【００１７】
図４は、イオン注入装置１０内において用いられるいくつかの電源を示す。ソースモジュール１２と接地電位に接続されたエンドステーション１８との間に接続された引き出し電源ＥＸにより引き出し電位が設定される。解析モジュール１４とエンドステーション１８との間に接続された第１減速電源Ｄ１によりビームエネルギーに第１の変化を生じさせることができる。修正モジュール１６とエンドステーション１８との間に接続された第２減速電源Ｄ２によりビームエネルギーに第２の変化を生じさせることができる。電源ＳＳ、Ｄ１Ｓ、及びＤ２Ｓのそれぞれが抑制電極３４、３６、及び３８のそれぞれと、モジュール１４、１６及び１８のそれぞれとの間に接続される。図６において不図示であるが、多様なダイオードがイオン注入装置１０内の異なる箇所において保護目的で共通に用いられる。一実施形態においては、多様な電源の典型的値は以下の表に示す通りである。その他の電源電圧と電源をその他の実施形態において使用してよいことは理解されよう。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図５は、引き出し電源ＥＸを迅速に再プログラミングする装置を示す。アナログスイッチ４０を用いて注入時に用いる第１プログラミング電圧Ｖ１か、以下に記載するグリッチ後回復時に用いる第２プログラミング電圧Ｖ２かを選択する。この選択は制御回路２２（図１）からの制御信号４２に制御される。スイッチ４０からの出力は引き出し電源ＥＸへ供給されるプログラミング電圧として作用し、引き出し電源ＥＸはプログラミング電圧の値に反応してその出力電圧を対応する値へと設定する。例として、プログラミング電圧Ｖ１がスイッチ４０からの出力上に存在するとき、引き出し電源ＥＸから出力される引き出し電源は＋１０ｋＶであってよく、プログラミング電圧Ｖ２がスイッチ４０からの出力上に存在するとき、引き出し電源ＥＸから出力される引き出し電圧は約５％低い、つまり＋９．５ｋＶであってよい。
【００２０】
以下に記載するように、引き出し電源ＥＸからの引き出し電圧を２つの値の間でスイッチ４０を用いて切り替えることにより、注入装置１０においてイオンビームが進む経路をすばやく変更させる。各注入種に要求されるＶ１とＶ２の値は、実験データ及びモデリングに基づき決定することができることは理解されよう。異なるイオン種を用いる多様な注入操作にイオン注入装置１０を用いる場合、特定の操作に用いられるプログラミング電圧の組を選択するために参照テーブルを用いることにより利便性が図れる。
【００２１】
図６は、グリッチから回復するための高速ビーム切り替えを採り入れたウェハの処理方法を示す。工程４４において、ビームラインコンポーネントの組についての各操作パラメータの第１値の組により決定される、固定イオンビーム２６が通る軌道である、通常ビーム軌道を横切るようにウェハ２８を機械的に走査することによりイオン注入横切り通行は実行される。一般的に、ビームラインコンポーネントとはイオンビーム２６の軌道に影響を与えるイオン注入装置１０の全体に分布したコンポーネントである。これらには、ソース１２における引き出しグリッド、電源Ｄ１とＤ２により電源供給される減速レンズ、解析器の磁石１４等が含まれる。これらコンポーネント（たとえば、引き出しグリッドと減速レンズ）のいくつかについての操作パラメータには、図４に示す多様な電源の値が含まれる。これらのパラメータの第１値の組は、ウェハ２８を固定イオンビーム２６を横切らせて走査することにより注入通行が実行できるようにイオンビーム２６を通常ビーム軌道上に形成するものである。図示の実施形態においては、第１値には、図５のスイッチ４０を介して引き出し電源ＥＸに供給される引き出し電源プログラミング電圧の値Ｖ１が含まれる。
【００２２】
工程４６において、制御回路２２は注入通行の過程でイオンビームにグリッチが検出されたことに反応して、実質的に直ちにビームラインコンポーネントのうちの少なくとも１つについての少なくとも１つの操作パラメータを、イオンビームを通常ビーム軌道から逸らすのに効果的なそれぞれの第２値へと変更する。ウェハ上の「注入遷移位置」と呼称するウェハ上の位置においてイオン注入は停止する。図示の実施形態においては、この工程は制御信号４２に制御されるスイッチ４０により実行される。電圧Ｖ２がプログラミング電圧として引き出し電源ＥＸに供給され、引き出し電源ＥＸがそれに対してその出力電圧を約５％低下させることにより反応するようにスイッチ４０の設定は変更される。以下に示すように、引き出し電圧におけるこの変化は、イオンビーム２６の軌道を通常ビーム軌道から逸るように変更させてウェハでの注入を実質的に直ちに停止させるのに十分である。
【００２３】
図示の実施形態においては、グリッチが発生してもウェハ２８の機械的走査はしばらく継続する。機械的走査を通常通りに完了させること、又は走査を中断することが許容されることが望ましい。しかし、たとえ走査が中断される場合であっても、注入遷移位置が通常ビーム軌道から離れるようにウェハ２８が移動しているであろうことは理解されるであろう。それゆえ、工程４８においては、ウェハ上の注入遷移位置がイオンビームの通常軌道上に直接的に乗る注入再開位置へとウェハを移動させる。この工程は、イオンビーム２６が未だに通常ビーム軌道から逸れているときに実行される。
【００２４】
工程５０において、ウェハ２８が注入再開位置へと到達すると、前記少なくとも１つのビームラインコンポーネントについての前記少なくとも１つの操作パラメータが実質的に直ちにそれぞれの第１値へと戻される。その結果、イオンビーム２８が再び通常ビーム軌道に沿って配向しイオン注入がウェハ上の注入遷移位置から再開される。
【００２５】
図７乃至１５において、グリッチが二回起こり、二回目が一回目により必要となった回復通行の最中に発生する操作シナリオにおける図６の処理を示す。上記したように、これは、当該二回グリッチシナリオにおいては必要であるウェハ２８上の丁度の位置においてイオンビームを迅速に再形成する性能が周知の固定ビーム型注入装置には備わっていないため周知の注入装置にとっては困難なシナリオである。
【００２６】
図７は、解析器１４を通過するイオンビーム２８の軌道を示しており、これはソース１２（左側の）から分解開口（右側の）に向けてウェハへと至る円弧状の軌道である。これは注入過程における通常の操作状況である。第１のグリッチが注入通行の最中に検出され、第１回復通行がその後ウェハの反対側から開始されると想定する。この状況を図８に示す。先行の通行Ｎが完了してウェハ２８の中央部５２に対応する線量が照射されている。ウェハ２８の上部５４における次回通行Ｎ＋１の第１部が第１のグリッチにより中断されている。それゆえ、ウェハを下５６から上へと通行Ｎ＋１の１回目の試みが中断した位置５８に向けて反対方向に走査することにより回復通行が実行される。
【００２７】
この回復通行の最中に第２のグリッチが発生すると想定する。これに反応して、イオンビーム２６が通常軌道から逸れた経路を通るように引き出し電源ＥＸが直ちに上記のように再プログラミングされる。この状態を図９に示すが、ウェハ２８に向けて分解開口から実質的にイオンビーム電流が放射されないように解析器１４内においてイオンビーム２６は略直線状の軌道を通過する。
【００２８】
図１０は、グリッチが回復通行の最中に生じたときのウェハ２８上での結果を示す。ウェハ２８の上部５４と下部５６は所望の線量を照射されているが、中央部５２は照射されていない。上部５４は第１注入遷移位置５８により定まり、下部５６は第２注入遷移位置６０により定まる。
【００２９】
図１１は、注入再開位置へとウェハ２８が運ばれて、図９に示すように未だに通常軌道から逸れているイオンビーム２６の通常軌道上に第２注入遷移位置６０が一致している様子を示す。ウェハ２８が図１１に示す位置に到達したとき、引き出し電源ＥＸは元の値へと再プログラミングされて、イオンビーム２６が迅速にその通常軌道に沿うように再配向される。この状態を図１２に示す。この時点において注入通行Ｎ＋１が図１３に示すように再開される。
【００３０】
図１４は、第１注入遷移位置５８がイオンビーム２６の軌道に存在する位置にウェハ２８が到達したときに注入通行Ｎ＋１が完成する様子を示す。この時点において、図９に示すようにイオンビーム２６を通常軌道から再び逸らせることによるか、又はソース１２内でアークを消去する等、イオンビーム２６を完全に消去することにより注入を停止することができる。全注入操作を完成するために更なる通行が必要である場合には、そのような追加的通行はこの状態が得られた今では、通常の方法において実行することができる。
【００３１】
図示の実施形態においては、引き出し電圧以外の操作パラメータ、特に解析器の磁流はそのままに保った状態で引き出し電圧を変化させてビームエネルギーを変化させることによりイオンビーム２６の軌道を変更する。ビームラインに沿った他の場所においてビームエネルギーを変化させることができる。これは、たとえば減速電源Ｄ１とＤ２の一方の出力を変化させることにより実現できる。減速電源電圧を変化させるとビームエネルギーが変化してビーム軌道が変化するが、磁流を変化させるとビームエネルギーが不変のままビームラインが変化する。別の実施形態、特に高エネルギーのイオン注入装置においては、減速レンズ等のビーム減速コンポーネントでなくビーム加速コンポーネントを駆動する電源の出力を変化させることによりビームエネルギーを変化させてよい。
【００３２】
電源電圧を下げる方が一般的に速いので、電圧を下げる方が好ましい。汚染物質がウェハに付着する場合があり、それゆえ場合によっては電源電位を上げる方が好ましいことがある。ビームエネルギーと磁石における曲率半径とを関連付ける数学的関係が周知である。また、図４に示す特定の電源配置はイオン注入装置に用い得る多くの考え得る配置のうちの一つに過ぎないこと、及び本明細書に記載する技術はその他の電源配置を有する注入装置にも等しく適用し得ることには注意されるべきである。例として、イオン源と解析磁石との間に電位差を形成する単一の電源を設けてよく、この電源の電圧を切り替えることによりビームエネルギーを迅速に変化させることができ、それにより処理中のウェハに向けて、又はそこから逸らせてビームを配向させる。
【００３３】
上記した技術はそれ独自で、もしくはその他のメカニズム、たとえばアーク消去および／又はビーム偏向技術と組み合わせて用いることができる。別の代替的方法はビームを操縦するための「分割」減速レンズを使用することである。一般的に、減速レンズは単一電圧値が印加される単一の電気素子である。代わりに、それを２つの別個の素子として実施した場合、通常の減速（両素子を同一電圧で駆動する）にもビーム操縦（両素子を別々の電圧で駆動する）にも用いることができる。
【００３４】
ビーム電流をウェハにおいて迅速に点けたり消したりを切り替える別の方法は、能動的ビーム操縦コンポーネントを用いることである。たとえば、ステアリング電磁石をビーム軌道に沿って設置してビームを垂直又は水平に偏向させるために用いることができる。このようなステアリング電磁石は、たとえば分解磁石の入口または出口に設置してよい。通常の注入操作の過程においては、電磁石はビームを通常ビーム軌道に沿って進行させてウェハへと至らせる。グリッチが検出されたとき、電磁石は電源供給されてウェハにおけるビーム電流が実質的にゼロへと減少するのに十分な量だけビームを垂直に、又は水平に偏向させる。引き続く回復通行において、電磁石は迅速に電源を断たれ、過少線量照射領域の縁部がビーム軌道に接近するに従いビームをその通常軌道へと戻すことができる。これと同じメカニズムを用いてウェハの過少線量照射領域の他方の縁部からビームが逸れるように再偏向させることもできる。
【００３５】
上記方法への代替として、ビームを集束させるために典型的に設けられる磁石を用いてビームを操縦することができる。通常操作の過程では、この磁石は通常の方法において制御されて所望の通りにビームを集束させる。グリッチが発生したときには、通常より大きい振幅の入力が磁石に供給されて、ウェハから逸れるようにビームが操縦されるのに十分に大きい効果がビームに与えられる。
【００３６】
図１６は、ウェハ２８の中央部５２（たとえば、図１０）等の過少線量照射領域を補充するための、ビーム電流の低減およびウェハ走査速度の制御（もしくは「プロファイリング」）を含む別の方法を示す。この方法には、イオンビーム２６の高速切り替えが要求されない利点がある。
【００３７】
工程６２において、イオンビーム電流をその通常値Ｉｎから通常値Ｉｎのたとえば約１％乃至５％である低減値Ｉｒへと低減させる。この工程はウェハ２８が通常ビーム軌道から外れている間に実行され、以下に記載するように様々な方法によって行うことができる。いかなる特定的実施形態においても、ビーム電流を低減させる量は通例、通常線量レベルと注入操作において通常求められる走査もしくは横断の回数に部分的に依存する。
【００３８】
工程６４において、ウェハを通常走査速度又はそれより速い走査速度にて過少線量照射領域の始まりまで走査して、その後、工程６６においてビーム電流の低減に比例させて走査速度を減速させる。たとえば、ビーム電流を通常レベルの１％へと低減させた場合、ウェハ走査速度もその通常値の約１％へと減速させる。工程６８において、過少線量照射領域の終わりに達するまで減速走査速度にて注入を進める。工程７０において、走査速度を通常（又はそれより速い）走査速度へと増速させ、工程７２において通常走査速度にて走査を完了させる。減速走査速度の持続期間においてウェハに照射される線量は照射される速度はずっと遅くとも通常操作の間にウェハに照射される線量と等しいことが理解されるであろう。初めの通行と回復通行を含めた全体での最終の線量が均一となるようにビーム電流と走査速度を選択することができる。ウェハを積み上げてまとめて低減ビーム電流を横切らせて処理することにより注入装置の生産性への障害を減少させることができる。
【００３９】
ビーム電流の制御と切り替えにはいくつもの要素が関わる。イオン源における制御変数は、ガス流量、磁場、陰極が放射する電子のエネルギー（アーク電圧と呼称される）、及び陰極温度（これにより、陰極から熱電子放射される電子の量とアークチャンバーにおいてイオンを生成するイオン化ガスが規制される）である。電流を陰極に流すこと（直接加熱）により、又は陰極にエネルギー電子を衝突させること（間接加熱）により陰極温度は制御される。
【００４０】
アークチャンバーの入口における引き出しグリッドの比較的に負である電圧により生成される電界によりイオンはプラズマから引き出される。制御システムには、陰極温度を調節すること等により引き出し電流を定値に調節する制御ループが含まれる。引き出された電流はその電流を供給する電源（引き出し電源ＥＸを含む）を通過することにより監視される。
【００４１】
ファラデーカップという、電流測定電子系を介して接地されたカップ状の浮遊導体を用いてビームラインのビーム電流を測定することができる。調整可能なビームラインの要素（たとえば、ソースの磁場、引き出し操作位置、解析磁石の電流、集束電極の電圧等）は、一般的にファラデーカップ内で検出された電流を最大化するよう調整される。均一性と角度は、機械化されることによりビームの全体でビーム電流を位置関数として変換測定できるファラデーカップにより測定される。
【００４２】
上記したように、回復通行においてビーム電流は様々な方法によって低減させることができる。一方法においては、低減ビーム電流を目標値に設定はするが、それ以外は通常のビーム形成処理を繰り返すことができる。または、ソースからのビーム電流を通常値に維持したまま、たとえば質量分解スリット近傍に設けてよいビームライン上の機械的開口を狭めることによりウェハへのビーム電流を低減することができる。更に別の代替案として、希釈ガスを線源室へと導入してソースガス濃度を低下させ、イオン種の引き出しレベルを下げることができる。このビーム調整は操作員により、又は注入装置の制御回路内の自動シーケンスにより、又はこれら２つのなんらかの組み合わせにより実現することができる。回復通行が始まる前にビーム電流が検査されていることが重要である。また、本明細書に記載するような幅広ビームによる注入装置においては、ビームが均一で平行であり、ウェハに対するビームの角度が適正であることが検査されていることが必要である。
【００４３】
静電「スポット」ビーム、つまりウェハ２８よりずっと小さい略円形の断面を有するビームを用いるもの等の固定ビーム型ウェハ走査注入装置にも図１６の方法は等しく適用できることは注意されるべきである。このような注入装置においては、注入操作の過程で水平方向と垂直方向の両方にウェハ２８を機械的に走査する。
【００４４】
本発明をその好適実施形態を参照して格別に説明および記載したが、添付の請求項に定義する発明の趣旨と範囲から逸脱することなく実施形態に構造や詳細について多様な変更を加えてよいことが等業者には理解されるであろう。
【００４５】
たとえば、開示した方法と装置は、特に半導体ウェハ処理に関連した利用が示されているが、開示した技術をイオン注入するべきその他の基板に適用してよいことは理解されよう。特記すべき注入基板の一種類は、平面ガラス表示パネルである。開示した技術を注入基板のその他の種類にも用いてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本発明の前出の、およびその他の目的、特徴、および利点は添付の図面に示される本発明の特定実施形態についての以下の記載から明らかになるであろう。添付の図面においては、異なる図面を通して同様の参照符号により同一の要素が示される。図面は必ずしも一定に縮尺されておらず、代わりに本発明の原理を説明することに重点が置かれる。
【００４７】
【図１】図１は、本発明に従うイオン注入装置のブロック図である。
【００４８】
【図２】図２は従来技術において周知である固定された平面イオンビームもしくは「リボン」イオンビームによるウェハの機械的走査の概略図である。
【００４９】
【図３】図３は、従来技術において周知であるイオン注入の過程で生じ得る半導体ウェハへの過少線量照射の特定形態の概略図である。
【００５０】
【図４】図４は、図１のイオン注入装置に含まれるいくつかの電源を示すブロック図である。
【００５１】
【図５】図５は、図４の引き出し電源から出力される電圧を通常値と、たとえば図３の過少線量照射の発生から回復するための低減値との間で切り替えることができるアナログスイッチの概略図である。
【００５２】
【図６】図６は、過少線量照射発生の検出とその過少線量照射からの回復を含む、図１のイオン注入装置の操作方法のフロー図である。
【００５３】
【図７−１５】図７乃至１５は、イオンビームのふるまいと図６の方法におけるウェハ処理とを示す図である。
【００５４】
【図１６】図１６は、図１のイオン注入装置において減速走査を行って過少線量照射領域を補充する方法のフロー図である。
【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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【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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【国際調査報告】
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