(57)【要約】【課題】  半導体デバイスの製造に使用できるようなイオン注入装置においてイオンビームを調整する方法を提供すること。イオン注入装置の動作に関連付けられ、ウエハに達するイオンビームに影響を与える多くの動作パラメータがある。これらのパラメータを制御することにより、どのような特定の注入に対しても最適なイオンビーム電流、エネルギー、サイズ及び形状を与えるようにイオンビームを調整することができる。【解決手段】  イオンビームを調整する方法は、少なくとも幾つかがダイナミックデータベースに記憶されているパラメータのセットを検索し、イオンビームを与えるように検索されたパラメータのセットに従ってイオン注入装置を構成し、それらパラメータのうちの１つ又はそれ以上のものを変更することによりそのイオンビームを最適化し、最適化中に変化したダイナミックデータベースに記憶されたパラメータを更新することを含む。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームがイオン注入装置の複数の動作パラメータに依存するようなイオン注入装置内でイオンビームを調整する方法において、
少なくとも幾つかがダイナミックデータベースに記憶されている動作パラメータのセットを検索するステップと、
イオンビームを与えるように上記検索された動作パラメータのセットに従って上記イオン注入装置を構成するステップと、
上記動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上を変更することにより上記イオンビームを最適化するステップと、
最適化中に変化した上記ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータを更新するステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
上記ダイナミックデータベースに記憶された値を上記最適化の終わりに得られた値と置き換えることにより上記変化した動作パラメータを更新するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記変化した動作パラメータを、上記最適化の終わりにそれら動作パラメータに対して得られた値を使用して計算した丸め平均で更新するステップを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
特定の動作パラメータが所定の限界内で変化した場合のみ上記動作パラメータを更新するステップを備えた、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
特定の動作パラメータが所定の分数より小さく変化した場合のみ上記動作パラメータを更新するステップを備えた、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記動作パラメータのセットのうちの少なくとも１つを、主データベースに記憶された動作パラメータから検索するステップを備えた、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
動作パラメータが上記主データベース及び上記ダイナミックデータベースの両方に記憶されている場合に、上記ダイナミックデータベースに優先して上記主データベースから上記動作パラメータを検索するステップを備えた、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
上記動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上を変更することにより上記イオンビームを最適化し、こうして確立された１つ又はそれ以上の動作パラメータを上記主データベースに記憶させるステップを備えた、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
最適化中に変化した動作パラメータが上記主データベースから検索されたものであっても、上記ダイナミックデータベースに記憶されたその動作パラメータを更新するステップを備えた、請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
異なる注入レシピに関連した複数の動作パラメータのセットから、特定の注入レシピに関連した動作パラメータのセットを検索するステップを備えた、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
注入レシピが動作パラメータの関連セットを有していないとき、初期化データベースに記憶された動作パラメータのセットを検索し、イオンビームを与えるように上記検索された動作パラメータのセットに従って上記イオン注入装置を構成し、上記動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上を変更することにより上記イオンビームを最適化し、最適化中に決定された上記動作パラメータを上記ダイナミックデータベースに記憶させるステップを備えた、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記イオン注入装置のイオン源を使用して上記イオンビームを発生させるステップを更に備えた、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
上記イオン源の異なる寿命に関連した複数の動作パラメータのセットから動作パラメータのセットを検索するステップを備えた、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記イオン源によって付与された全イオンビーム電流に関連した複数の動作パラメータのセットから動作パラメータのセットを検索することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記イオン源の寿命と上記イオン源により付与された全イオンビーム電流との積に関連した複数の動作パラメータのセットから動作パラメータのセットを検索するステップを備えた、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
上記イオン源が修理又は交換された後に、上記ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータをリセットするステップを更に備えた、請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
上記イオン源が修理又は交換された後に、上記ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータを維持し、それに続いて、修理又は交換からの上記イオン源の寿命に従って、上記イオン源の異なる寿命に関連した上記複数の動作パラメータのセットから動作パラメータのセットを検索するステップを更に備えた、請求項１３から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
実行時に、イオン注入装置が請求項１から１７のいずれかに記載の方法に従って動作させるコンピュータコード命令を備えたコンピュータプログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれかに記載の方法を実施するように構成されたコントローラ。
【請求項２１】
請求項１８に記載のコンピュータプログラムをメモリから検索し、上記コンピュータプログラムを実行するように構成されたプログラム可能なコントローラ。
【請求項２２】
請求項２０に記載のコントローラを備えるイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置におけるイオンビームを調整する方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
本発明が意図している用途は、半導体デバイス又はその他の物質の製造において使用できるイオン注入装置である。このような用途では、半導体ウエハは、例えば、異なる伝導度の領域を形成するために、所望の種の原子をウエハの本体内へ注入することにより変更される。
【０００３】
イオン注入装置は、良く知られており、一般的には、次のような共通の設計に従っている。イオン源は、一般的には、プラズマが生成されるアークチャンバを備える。プラズマは、注入すべき所望の種のイオンを含む。イオン源が動作する条件は、生成されるプラズマに影響を及ぼす。例えば、イオン源に影響を及ぼす動作パラメータを変更すると、プラズマにおけるイオンの数、プラズマにおけるイオンの組成（例えば、分子の分解を促進することによる）及びプラズマにおけるイオンのエネルギーが変化させられる。
【０００４】
抽出レンズアセンブリにより、イオン源からイオンを抽出しそれらイオンの混合ビームを形成する電界が発生される。ウエハ又は他の基板における注入のためには、通常、特定の種のイオンのみが必要とされ、例えば、半導体ウエハにおける注入のための特定のドーパントが必要とされる。これらの必要とされるイオンは、イオン分解スリットに関連して質量分析マグネットを使用することにより混合イオンビームから選択される。質量分析マグネット及びそれに関連したイオンオプチックスの動作パラメータを適当に設定することにより、ほぼ必要なイオン種のみを含むイオンビームが、イオン分解スリットから出される。
【０００５】
このイオンビームは、処理チャンバへ伝送され、そこで、そのイオンビームは、基板ホルダーによりイオンビーム路の所定位置に保持された基板に入射する。これらイオンは、注入前に、加速又は減速され、収束させるようにすることもある。イオンビームの進路を制御し、イオンビームを整形し、また、イオンビームからのイオン電流のロスを阻止するため、その他のイオンオプチックスをイオンビーム路に沿って設けることもある。
【０００６】
種々の部分が、典型的に、適当にプログラムされたパーソナルコンピュータ等のコントローラの管理の下で作動させられる。米国特許第４，７５４，２００号には、イオン注入装置についてより詳細に開示されている。
【０００７】
従って、ウエハに達するイオンビームに影響を及ぼすイオン注入装置に関連した多くの動作パラメータがある。特に、所望のイオンビーム電流、エネルギー、サイズ及び形状を確保するには、これらのパラメータを制御することが必要である。その上、これらのイオンビーム属性のいずれもが、注入レシピ毎に変更されることがあるのである。
【発明の概要】
【０００８】
このような背景に鑑み、また、第１の態様として、本発明は、イオンビームがイオン注入装置の複数の動作パラメータに依存するようなイオン注入装置内でイオンビームを調整する方法であって、少なくとも幾つかがダイナミックデータベースに記憶されている動作パラメータのセットを検索するステップと、イオンビームを与えるように上記検索された動作パラメータのセットに従って上記イオン注入装置を構成するステップと、上記動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上を変更することにより上記イオンビームを最適化するステップと、最適化中に変化した上記ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータを更新するステップと、を備えた方法にある。
【０００９】
かくして、イオンビームを制御するのに使用された動作パラメータの少なくとも幾つかを含むダイナミックデータベースが与えられる。ダイナミックデータベースにおける動作パラメータの値が固定されるのではなく、それら動作パラメータの値は、各最適化後に発展させられるのである。これは、イオン注入装置が時間経過につれてのイオン注入装置の変化に適応することを意味しており、効果的なことである。特に、摩耗によって生ずるイオン源の変化に対して、ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータがそれらの変化に適合するように発展させられることによって、順応することができる。ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータを更新することは、次回に検索されるそれらの値が最適値により近くなっている可能性が高いことを意味しており、従って、イオンビームの最適化に必要とされる時間を最小とすることができることを意味している。
【００１０】
ダイナミックデータベースにおける動作パラメータを更新する多くの異なる方法が考えられる。例えば、ダイナミックデータベースに記憶された値を最適化の終わりに得られた値と置き換えることにより、変化した動作パラメータを更新することが考えられる。また、別の仕方として、最適化の終わりにこれらの動作パラメータについて得られた値を使用して計算された丸め平均で、変化した動作パラメータを更新することが考えられる。丸め平均を使用すると、動作パラメータの値が最初にすばやく変化させられ、それから後は、小さく変化するだけで確立値へと落ち着くようにさせられるので、効果的である。
【００１１】
ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータに望ましくない影響を与える偽の結果を予防するため、この方法は、更に、最適化中に変化した動作パラメータをチェックして、それらが所定の限界を越えて変化したか又はそれらが所定量より多く変化したかを知るステップを含むとよい。もし、その最適化された値又はその変化が個々の限界を越えている場合には、その最適化された値は、捨てられ、ダイナミックデータベースに記憶されたその動作パラメータの値は、不変のままとされる。もし、その最適化された値が所定の限界内に留まるか及び／又は所定の限界内でのみ変化している場合には、その動作パラメータは、前述したように更新することができる。このような限界は、絶対限界として、又は、分数限界として特定することができる。
【００１２】
しかしながら、ある状況下においては、イオンビーム最適化のための出発点として、ダイナミックデータベースに記憶された発展値を使用するよりは、幾つか又は全ての動作パラメータの一定値を使用する方が効果的な場合がある。その結果として、この方法は、任意的に更に、主データベースに記憶された動作パラメータのセットから少なくとも１つの動作パラメータのセットを検索するステップを含むとよい。もし、動作パラメータが主データベース及びダイナミックデータベースの両方に記憶されている場合には、その動作パラメータは、ダイナミックデータベースに優先して、主データベースから検索される。
【００１３】
主データベースから検索された動作パラメータは、イオンビームの最適化のための出発点として使用されるのが好ましい。従って、こうして検索された動作パラメータの値は、最適化の終わりに異なることがある。これらの最適化された値は、主データベースに記憶された値を更新するのには使用されず、そこに記憶された値は、不変のままとされる。しかしながら、この方法は、なおも、最適化された値を使用してダイナミックデータベースにおける動作パラメータを更新するステップを含むことができる。
【００１４】
主データベースを初期的に集合形成するための値を生成しなければならない。これは、オペレータが手で所定の値を入力することにより行うことができる。別の仕方としては、これらの値は、イオンビームを最適化し、それら最適化された動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上を主データベースに記憶させることによって集合形成することができる。一般的には、このような更新は、オペレータの指示の下で行われるべきものであり、即ち、オペレータは、どの動作パラメータがそれらの最適化された値で集合形成されるべきかを選択する。
【００１５】
主データベース及び／又はダイナミックデータベースは、動作パラメータの複数のセットを備えることができる。各セットは、特定の注入レシピと関連付けられる。このような状況においては、この方法は、このような複数のセットから特定の注入レシピに関連付けられた動作パラメータのセットを検索するステップを含むとよい。従って、特定のレシピに対して調整された動作パラメータが記憶され、発展させられる。ダイナミックデータベース及び主データベースの両者が、各々のセットが特定のレシピに対応した複数の動作パラメータのセットを有することがある。別の仕方として、各レシピは、関連した動作パラメータの２つのセットを有し、その一方のセットが、ダイナミックデータベースに記憶され、他方のセットが、主データベースに記憶される。
【００１６】
あるレシピが最初に生成されるとき、そのレシピは、動作パラメータを与えるデータベースを有していない。任意的に、ある注入レシピが動作パラメータの関連したセットをもたないとき又は動作パラメータの１つ又はそれ以上が欠損している場合には、それらの欠損動作パラメータは、初期化データベースに記憶された対応する動作パラメータから検索することができる。こうして、この初期化データベースは、極限の出発点、即ち、新しいレシピを初期化し又は新しいイオン注入装置さえをも初期化するときに出発点として使用されるべき動作パラメータのセットとして作用することができる。その結果として、初期化データベースは、そのイオン注入装置のための動作パラメータの単一セットのみを含むことができる。しかしながら、現在のところ、初期化データベースは、各々のセットが注入すべきイオン種に対応している動作パラメータの複数のセットを含むのが好ましい。
【００１７】
この方法は、更に、イオンビームを与えるように動作パラメータの検索されたセットに従ってイオン注入装置を構成するステップと、動作パラメータのうちの１つ又はそれ以上のものを変更することにより上記イオンビームを最適化するステップと、最適化中に決定されるようにダイナミックデータベースに欠損（missing）動作パラメータを記憶させるステップとを含むことができる。
【００１８】
典型的に、イオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオン源を備えており、このイオン源は、使用するにつれて次第に劣化していくようなものである。従って、最適動作パラメータは、そのイオン源の使用につれて変化する。これらの変化に順応させるため、ダイナミックデータベース及び／又は主データベースは、そのイオン源の異なる寿命に関連した動作パラメータを複数のセットとして記憶しておくと良い。この場合に、この方法は、更に、このようなセットから動作パラメータのセットを検索するステップを含むことができる。イオン源の「寿命」は、多くの仕方で数量化することができる。絶対寿命は、そのままのものであるが、１つの数量化されたものである。イオン源が作動された全時間又はイオン源によって分配された全電流を、イオン源の「寿命」として使用するのがより有用であると分かっている。最も好ましくは、この方法は、イオン源の寿命とイオン源によって分配された全電流との積に関連付けられた動作パラメータの複数のセットの中から動作パラメータの１つのセットを検索するステップを含む。
【００１９】
最終的には、そのイオン源は、修理されるか、又は交換される必要がでてくる。かくして、この方法は、そのイオン源が交換され又は修理された後に、ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータをリセットするステップを含むことができる。好ましくは、この方法は、更に、イオン源が修理され又は交換された後、ダイナミックデータベースに記憶された動作パラメータを維持し、その後に、修理又は交換からのイオン源の寿命に従って、イオン源の種々な寿命に関連付けられた複数のセットから動作パラメータの１つのセットを検索するステップを含むことができる。
【００２０】
本発明は、また、実行時に、イオン注入装置を前述した方法のいずれかに従って動作させるようにするコンピュータコード命令を含むコンピュータプログラムにも及び、また、このようなコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な媒体にも及ぶものである。その上、本発明は、前述したような方法のいずれかを実施するように構成されたコントローラにも及び、また、このようなコントローラを含むイオン注入装置にも及ぶものである。
【００２１】
本発明をより良く理解できるようにするため、以下、添付図面に関して好ましい実施形態について説明する。
【発明の詳細な説明】
【００２２】
本発明の理解のために、図１に典型的な応用例について示すが、これは、本発明の応用の１つの実施例に過ぎず、本発明をこれに限定しようとしているものではない。
【００２３】
図１は、本発明に従って使用することのできる半導体ウエハ１２にイオンを注入するための既知のイオン注入装置１０を示している。イオンは、イオン源１４によって発生され、抽出レンズアセンブリ２６によって抽出されてイオンビームを形成する。この実施形態においては、このイオンビームは、質量分析ステージ３０を通過するように、イオン注入装置１０を通してその進路を制御され整形される。所望の質量のイオンが、イオン分解スリット３２を通過するように選択され、それから、イオン注入装置１０を通して前進させられ、加速又は減速レンズアセンブリ（図示していない）によって減速され収束させられて、そして、半導体ウエハ１２に当てられる。
【００２４】
イオン注入装置１０は、真空チャンバ１５内に配置され所望の種のイオンビームを発生するためのイオン源１４を含む。イオン源１４は、一般的に、その一端に配設されたカソード２０を含むアークチャンバ１６を備える。このイオン源１４は、アノードがアークチャンバ１６の壁部１８によって与えられるように作動させられる。カソード２０は、熱電子を発生するに十分に加熱させられる。
【００２５】
カソード２０によって放射された熱電子は、アノード、この場合には、隣接チャンバ壁部１８へと吸引させられる。これら熱電子は、それらがアークチャンバ１６を横切って進むにつれて、ガス分子をイオン化して、それにより、プラズマを形成し、所望のイオンを発生する。
【００２６】
熱電子の進路は、それら電子がチャンバ壁部１８への最短路のみを辿らないように制御される。マグネットアセンブリ４６は、熱電子がアークチャンバ１６の対向端に配設されたカウンターカソード４４に向かってアークチャンバ１６の長手方向に沿う螺旋路を辿るように、アークチャンバ１６を通して延びる磁界を与える。
【００２７】
ガス導入装置２２は、注入されるべき種又は前駆体ガス種をアークチャンバ１６に充填する。アークチャンバ１６は、真空チャンバ１５内の減じた圧力に保持されている。アークチャンバ１６を通して進む熱電子は、アークチャンバ１６に存在しているガス分子をイオン化し、また、分子を分裂させもする。プラズマにおいて生成されたイオンは、また、異物イオン（例えば、チャンバ壁部の物質から発生される）の痕跡量をも含む。
【００２８】
アークチャンバ１６内からのイオンは、負に（接地に対して）バイアスされた抽出電極２６を使用して、アークチャンバ１６の前面プレート２７に設けられた出口アパーチャー２８を通して抽出される。イオン源１４と次の質量分析ステージ３０との間には、抽出されたイオンを加速するため、電力供給源２１によってある電位差が加えられており、イオン源１４及び質量分析ステージ３０は、絶縁体（図示していない）によって互いに電気的に分離されている。それから、抽出されたイオンの混合体は、磁界の作用下で湾曲路を辿るように質量分析ステージ３０を通過させられる。どのイオンの進行路の曲率半径も、その質量、荷電状態及びエネルギーによって決定され、磁界は、ある設定されたビームエネルギーに対して、所望の質量対荷電比及びエネルギーを有したイオンのみがイオン分解スリット３２と一致した路に沿って出て行くように、制御される。それから、その出現イオンビームは、ターゲット、即ち、注入されるべき基板ウエハ１２又はそのターゲット位置にウエハ１２がない時にはビームストップ３８へと搬送される。他のモードにいては、そのビームは、質量分析ステージ３０とターゲット位置との間に配置されたレンズアセンブリを使用して、加速され又は減速されてもよい。
【００２９】
半導体ウエハ１２は、ウエハホルダー３６上に取り付けられ、ウエハ１２は、直列注入のために、相続いて、ウエハホルダー３６へ移送され、また、ウエハホルダー３６から移送させられる。別の仕方としては、並列処理が使用されてもよく、この場合には、多くのウエハ１２を回転ホルダー３６上に配置して、この回転ホルダー３６は、それらウエハ１２に順番に入射イオンビームが当たるように回転させられる。
【００３０】
コンピュータを備えるコントローラが、参照符号５０で示されている。このコントローラ５０には、イオン注入装置１０の動作を管理するためのソフトウエアが与えられている。前述のイオン注入装置１０は、コントローラ５０の制御の下で種々な注入を行うのに使用することができる。半導体ウエハドーピングの分野に限っても、数え切れない程の注入の変形例がある。各々の注入は、コントローラ５０によってイオン注入装置１０へ適用されるべき動作パラメータの値を含む関連レシピを有する。例えば、ドープされるべきウエハ、注入されるべき種、種がどのように分配されるか（例えば、ボロンはＢ、ＢＦ、ＢＦ２イオンのビームとして分配されうる）、注入の深さ及び角度、及びイオンビームのエネルギー、形状及びサイズ等、多くの動作パラメータが変更されることがある。
【００３１】
従って、コントローラ５０は、種々のレシピについて使用されるべき動作パラメータの詳細を関連メモリに記憶させる。これらの動作パラメータは、その注入のために使用されるべき適当なイオンビームを確立するための良好な出発点を表している。しかしながら、注入は、イオン注入装置の経年変化によって影響される。従って、メモリに記憶された動作パラメータは出発点として使用されるのであるが、イオンビームは、それら動作パラメータの値を変更しその結果を監視することによって、最適化される。
【００３２】
各々の注入のための動作パラメータは、一連のファイルとしてメモリに記憶され、次のようにデータベースへ編成される。
【００３３】
メモリは、３つのデータベース、即ち、図２に示すように、主データベース２１０、ダイナミックデータベース２２０及び初期化データベース２３０を保持している。主データベース２１０及びダイナミックデータベース２２０は、各々が特定のレシピに対応するファイルへと編成されている。初期化データベース２３０は、レシピよりも高いレベルで編成されており、従って、注入すべき種にしたがった一連のファイルを含む。この理由について、以下説明する。
【００３４】
最も広義においては、本発明は、ダイナミックデータベース２２０のみを必要としている。この場合に、動作値は、ダイナミックデータベース２２０において特定のレシピのために記憶されたファイルから検索され、これら値は、最適化のための出発点として使用される。その名称が示すとおり、このダイナミックデータベース２２０は、時間と共に発展させられる。これは、記憶されている以前の値とイオンビームの最適化中に見出された値との間に変化が現れるようなレシピが使用される毎に、そこに記憶された動作パラメータの値が更新されるからである。これらの値は時間につれて変動することが予想されるので、各ファイルは、イオン源１４の使用に対応する相続く範囲をカバーするように一連のビンに分割されている。
【００３５】
特に、最適動作パラメータは、イオン源１４が古くなるにつれて、時間の経過に従って変動すると予想される。その最も簡単な形式では、イオン源１４の寿命に対してビンを割り当てることが出来る。より有用なものとするには、イオン源１４の使用を反映するようにすべきであり、従って、ビンは、イオン源１４が作動された時間又はイオン源１４によって分配された全ビーム電流に対応する範囲をカバーするように分割されると良い。しかしながら、ミリアンペア時としての動作時間とビーム電流との積に相当する範囲をカバーするようにビンを分割するのが好ましい。各ビンは、動作パラメータのフルセットを含む。それらビンは、イオン源１４がその耐用年数に亘って使用されていくにつれて、動作パラメータのための値を有するように次第に集合形成されていく。これは、イオン源１４が消耗して、修理又は交換されるとき、そのレシピに対する動作パラメータのセットが既に存在するので、その新しいイオン源が年をとるにつれて適当なビンからそれらを検索できるという点で効果のあることである。
【００３６】
ある特定の状況下では、ダイナミックデータベース２２０に記憶された１つ又はそれ以上の動作パラメータに対する発展値を最適化のための出発点として使用することがベストではないことがある。その代わりに、プリセット値をそれらの動作パラメータに対する出発点として強制使用するのがより良いことがある。これは、例えば、動作パラメータが特定の値に近いときに最良の結果が得られることがあるからである。しかしながら、理解されるように、イオン注入装置は、それら動作パラメータを順次変更することにより最適値を効果的に探索する最適化ルーチンの結果としてダイナミックデータベース２２０の動作パラメータの値を発展させることで注入をどのように行うかを効果的に独習するのである。しばしば、その探索スペースは、局所最適値並びに最適値を含み、動作パラメータの値を強制するには、ダイナミックデータベース２２０を発展させず、局所最適値の１つに従うようにする方法が考えられる。
【００３７】
結果として、メモリは、主データベース２１０に各レシピのためのファイルを記憶する。主データベース２１０は、オペレータの要求でのみ入力された動作パラメータに対する値を有しており、即ち、これらの値は、イオンビームの最適化後自動的には決して更新されない。オペレータは、必要に応じて、動作パラメータが主データベース２１０に入力された値を有するようにするコントロールを完全に行うことができる。いずれかの特定のファイルが利用しうる動作パラメータのうちの数個しか値を与えられていないようなことがあり、多くの動作パラメータが欠損していることがある。主データベース２１０において動作パラメータに対して値が与えられている場合には、この値が、ダイナミックデータベース２２０に記憶された対応する値よりも優先して使用される。
【００３８】
主データベース２１０に記憶された各レシピのためのファイルは、ダイナミックデータベース２２０におけるファイル構造と同様に、イオン源１４の寿命に従って一連のビンへ分割することもできる。別の仕方として、各レシピについて動作パラメータの単一のセットのみを主データベース２１０に記憶しておくことができる。
【００３９】
前述したことはイオン注入装置１０の継続使用に対しても適用できることは理解できるが、ダイナミックデータベース２２０を、先ず、動作パラメータのための値を有するように集合形成しなければならないことも理解されよう。更に、主データベース２１０を集合形成するための値も必要とされる。この問題を克服するため、イオン注入装置１０に対して、初期化データベース２３０に記憶された動作パラメータのセットが供給される。従って、新しいレシピを初期化するため、これら動作パラメータを使用して、イオンビームを確立し、それから、このイオンビームを、所望の注入を達成するように最適化する。このような最適化が最初に完了したとき、その結果生じた動作パラメータの値を、そのレシピのためのダイナミックデータベース２２０に生成されるファイルへとコピーすることができる。
【００４０】
初期化データベース２３０に記憶された値は、オペレータによって変更されうるが、最適化に従って自動的には更新されない。これらは、この点において主データベース２１０に記憶された値と同様である。
【００４１】
最適化データベース２３０は、そのイオン注入装置１０のための動作パラメータの単一のセットを含む単一のファイルのみを含むことができる。しかしながら、初期化データベース２３０は、各々が注入すべき特定のイオン種に対応する一連のファイルを保持するのが好ましい。こうすると、新しいレシピが初期化されているとき、指定されたイオン種に従って適当なファイルを参照することができる。
【００４２】
図２は、あるレシピを実施するようにイオン注入装置１０をセットアップするときにコントローラ５０によって参照されるデータベースの階層を示している。要約すると、コントローラ５０は、先ず、その選択されたレシピのための主データベース２１０に記憶されたファイルへ行く。コントローラは、そこに記憶されている動作パラメータの全てを検索する。それから、コントローラ５０は、そのレシピのためのダイナミックデータベース２２０に記憶されたファイルへ行く。コントローラ５０は、主データベース２１０から欠損した動作パラメータのみを検索する。たいていの場合、これで、全ての動作パラメータが検索されている。もし、何かが欠損している場合、又は、新しいレシピが初期化されている場合には、コントローラは、そのレシピに従って注入されるべき種のための初期化データベース２３０に記憶されたファイルからその欠損している動作パラメータを検索する。
【００４３】
データベース２１０、２２０及び２３０へのデータ入力については、次のようである。初期化データベース２３０は、イオン注入装置１０の配送前に工場で集合形成される。主データベース２１０は、オペレータの指示の下でのみ集合形成される。ダイナミックデータベース２２０は、先ず、出発点として、初期化データベース２３０における値をコピーすることにより集合形成される。従って、ダイナミックデータベース２２０が、自動的に更新される唯一のデータベースである。
【００４４】
一般的には、前述した如きイオン注入装置１０が製造され、工場から顧客へ発送される前にテストされ、それから、顧客の施設にて就役させられる。図３は、イオン注入装置１０のこのような初期就役及びその後の使用を示している。
【００４５】
ステップ３１０にて、イオン注入装置１０は、それが正しく機能するようにするため初期セットアップを受ける。それから、レシピがステップ３２０にて生成され、それらレシピのための動作パラメータが確立され、主データベース２１０及びダイナミックデータベース２２０に記憶される。これにより、イオン注入装置１０は、ステップ３３０での継続使用の用意ができる。可能性として、ある時点で、イオン源１４が消耗してしまうので、その場合には、ステップ３４０にて交換する必要がある。イオン源１４が修理され又は交換された後、そのイオン注入装置１０は、再び、ステップ３３０の継続使用に戻る。
【００４６】
図４は、図３の初期マシンセットアップステップ３１０中のデータフローを示している。初期マシンセットアップステップ３１０中に、初期化データベース２３０に記憶された動作パラメータが検索され、イオン注入装置１０に適用される。それから、イオン注入装置１０は、これらの動作パラメータに基づいて正しい動作を行えることを確保するためテストされる。
【００４７】
図５は、図３の初期レシピセットアップステップ３２０中のデータフローを示している。新しいレシピが生成されるとき、初期化データベース２３０から動作パラメータが検索され、イオン注入装置１０に適用される。それから、イオン注入装置１０は、そのレシピを実施するためテストされ最適化される。こうして得られた動作パラメータは、ダイナミックデータベース２２０に記憶され、必要ならば、オペレータによって主データベース２１０へ値が入力される。
【００４８】
図６は、図３のステップ３３０にて示されるイオン注入装置の継続使用中のデータフローを示している。ここで、あるレシピが選択され、コントローラ５０は、主データベース２１０から優先的に動作パラメータを検索し、それから、欠損している動作パラメータをダイナミックデータベース２２０から検索する。なんらかの理由により、いずれかの動作パラメータが主データベース２１０及びダイナミックデータベース２２０の両者から欠損している場合には、コントローラ５０は、初期化データベース２３０から対応する値を検索する。それから、イオンビームが最適化され、変化した動作パラメータがダイナミックデータベース２２０にて更新される。主データベース２１０に記憶された値が、必要ならば更新される。イオン注入装置１０の継続使用中において時々新しいレシピを生成することが必要とされることがある。このような場合には、図５に関して前述したような手順が使用される。
【００４９】
図７は、イオン注入装置１０の継続使用中に、レシピを変えることが必要とされるときに採られる方法を示している。ステップ７１０にて、使用されるべき次のレシピが選択される。これは、オペレータがコントローラ５０を使用することにより、又は、工場オートメーションによって、最も都合良く行われる。例えば、工場は、コントローラ５０が必要とされるレシピを選択して、一連の指定された注入を行うようにするスケジュールを実施することができる。
【００５０】
次のレシピが選択される場合、コントローラ５０は、ステップ７２０にてそのレシピのための動作パラメータを検索する。ステップ７３０にて、コントローラ５０は、検索された動作パラメータを使用してイオンビームを与えるようにイオン注入装置１０を構成する。そのイオンビームは、ステップ７４０にて最適化され、ステップ７５０にて、それら動作パラメータは、ダイナミックデータベース２２０において更新される。ステップ７２０からステップ７４０までの各々について、図８から図１０を参照して以下説明する。
【００５１】
図８は、動作パラメータを取得するときに使用される方法を示している。ステップ８１０にて、コントローラ５０がしたがう方法は、レシピが新しいか否かに依存している。もし、新しいレシピを初期化する場合には、コントローラ５０は、ステップ８２０にて、主データベース２１０及びダイナミックデータベース２２０においてそのレシピのための新しいファイルを生成する。それから、コントローラ５０は、ステップ８３０にて、初期化設定データベース２３０から動作パラメータを検索する。これら動作パラメータを検索すると共に、コントローラ５０は、また、ステップ８４０にてそれらパラメータをダイナミックデータベース２２０へセーブする。
【００５２】
もし、既存のレシピが選択されるならば、コントローラ５０は、先ず、主データベース２１０におけるそのレシピのためにセーブされたファイルへ行き、ステップ８５０にてそこに記憶されている動作パラメータの全てを検索する。主データベース２１０は、必要な動作パラメータのうちの少しの部分しか与えないことがある。しかしながら、コントローラ５０は、このとき、ステップ８６０にてさらなる動作パラメータを検索する必要があるか否かを決定する。もし、必要でないならば、コントローラ５０は、ステップ７３０でのイオン注入装置１０を構成する次のステージへと単に進むことができる。
【００５３】
もし、更なる動作パラメータが必要とされる場合には、コントローラ５０は、ダイナミックデータベース２２０へ行く。動作パラメータの正しいセットを検索するため、コントローラ５０は、ステップ８７０にてイオン源１４の寿命を決定しなければならない。この実施形態では、イオン源１４が動作していた時間とイオン源１４によって分配された電流との積が、イオン源１４の寿命の尺度として使用される。このような積が決定されたとき、コントローラ５０は、ダイナミックデータベース２２０におけるそのレシピのファイルの適当なビンから欠損動作パラメータを検索する。もし、イオン源１４の寿命が空の新しいビンが見出されるような寿命である場合には、以前のビンからの値が使用されその新しいビンへコピーされる。あるレシピが長期間に亘って使用されない場合には、１つ又はそれ以上のビンを空のままとすることができる。この場合には、値が記憶されている最後のビンが使用される。ステップ７４０での最適化の後、その新しいビンに記憶された値は、更新され、以前のビンの値は。不変のままとする。
【００５４】
更なる動作パラメータがダイナミックデータベース２２０から検索される場合には、コントローラ５０は、ステップ８９０にて全ての動作パラメータが検索されたかを確証するためのチェックを行う。もし、予想されるように、全ての動作パラメータが検索されているならば、コントローラ５０は、ステップ７３０でのイオン注入装置を構成する次のステージへと行く。もし、１つ又はそれ以上の動作パラメータが欠損しているならば、コントローラ５０は、ステップ８９２にて初期化データベース２３０からそれらの動作パラメータを検索する。
【００５５】
動作パラメータを検索するどの方法が使用される場合でも、そのレシピのための動作パラメータのセットが、図８のステップ８９５にて与えられる。
【００５６】
図９は、ステップ７２０にて検索された動作パラメータを使用してイオン注入装置１０を構成する方法を示している。コントローラ５０がどのように動作するかは、ステップ９１０で指示されるように、イオンビームが既に確立されているか否かに依存している。もし、イオンビームが確立されていない場合には、コントローラ５０は、ステップ９２０にて、全ての動作パラメータをイオン注入装置１０に単に適用して、イオンビームを確立させる。
【００５７】
もし、イオンビームが既に確立されているならば、コントローラ５０は、ステップ９３０にて、フラグセットを参照するか、又は、そのイオンビームを維持するゆっくりとした変化又はそのイオンビームを失わせる素早い変化が必要とされるかをオペレータが決定するように促す。もし、そのイオンビームを維持すべき場合には、コントローラ５０は、ステップ９４０にて、すでに使用されている動作パラメータから新しい動作パラメータを採用するようにイオン注入装置１０をゆっくりと調整する。素早く変化させるためには、ステップ９５０にて、イオンビームは、抽出電極アセンブリ２６をターンオフすることにより単に捨てられ、新しい動作パラメータが実施され、イオンビームが再び確立される。しかしながら、実施されるとき、この方法は、ステップ９６０にて、そのレシピのために記憶された動作パラメータによって生成されるものに一致したイオンビームを与える。
【００５８】
コントローラ５０は、その時、図１０に示されるように、イオンビームを最適化する。このプロセスは、ステップ１０１０での第１の調整ステージと、ステップ１０２０での第２のアーク調整ステージとを含む。調整ステージ１０１０中に、イオンビーム抽出及び進路制御に関する動作パラメータは、それらのシステム的調整及びその結果を監視することにより調べられ、例えば、抽出電極ギャップ、横方向位置、抽出電圧又は質量分析を変更し、その結果生ずるイオンビーム電流の変化を監視する。各レシピは、所望のイオンビーム電流を特定している。従って、最適化は、先ず、このようなイオンビーム電流要件を満足するようにするものであり、イオンビームが分配される場合、そのような電流を分配するに必要とされる設定を最適化するようにする（例えば、アークチャンバを保存するようにアーク電圧を最小とすることにより）。アーク調整ステージ１０２０中に、イオンビームは、プラズマ密度に関する動作パラメータをシステム的に変更することにより、最適化される。
【００５９】
前述したように、最適化ルーチンは、動作パラメータのシステム的変更により最適条件のためのサーチを効果的に行う。このような方法では、そのサーチにより、究極最適値でなく局所最適値を見出してしまうという危険が常にある。当業者にはよく知られているように、このような危険を減らすため、種々な方法を実施することができる。例えば、主データベース２１０における値を使用したり、ダイナミックデータベース２２０における値を更新するのにしきい値を使用したりして、データベース２１０及び２２０に記憶される値を規制することができる。
【００６０】
ステップ７４０にてイオンビーム最適化が完了するとき、動作パラメータの最適化された値は、それらが変化しているかを知るため、ダイナミックデータベース２２０に記憶された古い値に関してチェックされる。このことは、元々主データベース２１０から検索された動作パラメータについてもそうであり、ダイナミックデータベースにおけるそれらの対応する値は、それらが変更されているならば、ステップ７４０にて最適化の終わりで更新される。
【００６１】
変化した動作パラメータが識別されたときには、それらは、コントローラ５０によって記憶されたしきい値に関してチェックされる。しきい値は、絶対値（前述したように最適化サーチを規制するため）、差の絶対量、分数差又は組合せに相当するものでよい。新しい値に対する絶対限界及び差に対する分数限界を使用するのが好ましい。後者の場合、最適化された値と古い値との間の動作パラメータの変化が、それがしきい値量、例えば、±２０％内にあるかを知るためにチェックされる。もし、この範囲の外にある場合には、その最適化された値は、棄てられ、その動作パラメータは不変のままとされる。このしきい値内にある場合には、その動作パラメータの古い値は更新される。更新は、単に、古い値を最適化された値に置き換えるものでよいが、この実施形態では、丸め平均が好んで使用されている。この丸め平均は、次のように計算される。
【００６２】
（（古い値×サンプルの数）＋最適化値）／(サンプルの数＋１)
従って、サンプルされた最適化値の数のカウントがコントローラ５０によって保持される。このカウントを使用することにより、動作パラメータの値が最初に急速に変化するが、その後は小さく変化しただけの値に落ち着くようにすることができる。このような記憶されたカウントは、イオン源１４が交換され又は修理されるときはいつでもリセットされる。
【００６３】
前述の説明は、動作パラメータが更新されるような、「オンアンドラーニング」と称されるようなイオン注入装置１０の動作モードについてである。更に、別の２つのモードが提供される。その第一のさらなる付加的モードは、ダイナミックデータベース２２０が使用されないような「オフ」と称されるモードである。このモードでは、主データベース２１０が使用され、欠損動作パラメータは、初期化データベース２３０によって与えられる。従って、図８において、ステップ８６０からの矢印は、ステップ８９２へと直接に延びる。その第二の付加的モードは、「オン」と称されるもので、このモードでは、ダイナミックデータベース２２０に記憶された動作パラメータが使用されるが、それは、ステップ７４０でのイオンビームの最適化後に更新されない。従って、ステップ７５０は、図７から除去される。
【００６４】
当業者には理解されるように、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく、前述の実施形態に対して種々の変形がなされうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明を使用することができるイオン注入装置の概略図である。
【図２】主設定データベース、ダイナミック設定データベース及び初期化設定データベースに記憶された動作パラメータの間の階層を例示する概略図である。
【図３】イオン注入装置の初期セットアップから継続使用に亘るイオン注入装置の使用の種々なステージを示す概略図である。
【図４】図３の初期イオン注入装置セットアップのステップ中の動作パラメータのデータフローを示す概略図である。
【図５】図３の初期注入レシピセットアップのステップ中の動作パラメータのデータフローを示す概略図である。
【図６】図３の継続使用のステップ中の動作パラメータのデータフローを示す概略図である。
【図７】あるレシピに従って注入のためにイオン注入装置がどのように準備されるかを示す概略図である。
【図８】図７の動作パラメータを取得するステップをより詳細に示す概略図である。
【図９】図７のイオン注入装置を構成するステップをより詳細に示す概略図である。
【図１０】図７のイオンビームを最適化するステップをより詳細に示す概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…イオン注入装置、１２…半導体ウエハ、１４…イオン源、１５…真空チャンバ、１６…アークチャンバ、１８…壁部、２０…カソード、２１…電力供給源、２２…ガス導入装置、２６…抽出電極アセンブリ、２８…出口アパーチャー、３０…質量分析ステージ、３２…イオン分解スリット、３６…ウエハホルダー、３８…ビームストップ、４４…カウンターカソード、４６…マグネットアセンブリ、５０…コントローラ、２１０…主データベース、２２０…ダイナミックデータベース、２３０…初期化データベース
【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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【外国語明細書】
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