(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムのための測定システムであって、
軸の周りを回転するように構成された走査アームと、
上記走査アームと共に直線状に摺動係合し、注入板に沿ってイオンビームの進路を通過してワークピースを平行移動させるように構成されたワークピースサポートと、
上記イオンビームの上記進路に沿って上記走査アームの下流に配置され、入射する上記イオンビームからのイオン放射に関連する第１信号を提供するように構成された第１ファラデーカップを含む第１測定部品と、
上記走査アーム及びマスクに動作可能に連結された第２ファラデーカップを含む第２測定部品と、
コントローラと、を含み、
上記第２ファラデーカップは、上記軸の周りの上記走査アームの回転に一致して入射する上記イオンビームからのイオン放射に関連した第２信号を提供するように構成されており、
上記マスクは、上記第２ファラデーカップの上流に配置され、概して第２ファラデーカップに対して固定されており、当該マスクに規定された複数のスリットを含み、
上記マスク及び上記イオンビーム間の相対角度方向に基づいて、上記第２ファラデーカップに向かい当該第２ファラデーカップを通過する上記イオンビームからのイオン放射の量を変化させることを可能にするように構成されており、
上記マスクは、当該マスクの一又は複数の外側位置に配置された遮蔽板をさらに含み、
上記遮蔽板は、上記軸の周りの上記走査アームの回転に基づいて、上記第１ファラデーに入射する上記イオンビームからのイオン放射を選択的に遮蔽するように構成されており、
上記コントローラは、上記イオンビームの角度と、上記注入板に対する上記イオンビームの垂直サイズとを決定するように構成されており、
上記決定は、一又は複数の上記第１信号、上記第２信号、及び、上記第２測定部品が上記軸の周りを回転するときの上記マスクと上記イオンビームとの上記相対方向、のうち少なくとも一部に基づいていることを特徴とする測定システム。
【請求項２】
上記軸の周囲の上記走査アームの角度方向を決定するように構成された角度測定機構をさらに含み、
上記コントローラは、上記軸の周りの上記走査アームの上記角度方向に基づいて、上記イオンビームの角度と、上記注入板に対する上記イオンビームの垂直サイズとを決定するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
上記角度測定機構は、上記走査アームに動作可能に連結されたエンコーダを含むことを特徴とする請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
上記コントローラは、上記第２信号と、上記軸の周りの上記走査アームの上記角度方向とに基づいて、上記イオンビームの上記垂直サイズを決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項５】
上記遮蔽板は、上記マスクの対向する端部に配置され、もっぱら上記イオンビームを通過するように構成されており、上記第１ファラデーに入射する上記イオンビームからの上記イオン放射を選択的に遮蔽することを特徴とする請求項４に記載の測定システム。
【請求項６】
上記遮蔽板は、上記マスクの第１端部に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の測定システム。
【請求項７】
上記遮蔽板は上記マスクに対して固定されており、上記軸から所定の距離をもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項８】
上記遮蔽板は、上記マスクと一体的であることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項９】
上記マスクは、上記イオンビームの垂直サイズよりも高さ方向の長さが大きいことを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１０】
上記マスク及び上記第２ファラデーは、上記走査アームに対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１１】
上記第１ファラデーカップは、エンドステーションの部品に堅く連結されており、
上記軸は上記エンドステーションに対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１２】
上記イオンビームは、水平走査されたイオンビームを含むことを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１３】
上記測定部品は、上記ワークピースサポートに対する既知の関係の方向に向けられていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１４】
上記２番目の測定部品は、上記１番目の測定部品からの上記イオンビームの一部を遮蔽し、
上記コントローラは、上記第１信号及び上記第２信号を用いて、上記イオンビームの垂直プロファイルを決定するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１５】
上記イオンビームは、水平リボンリブ及び水平に走査されたビームの何れかを含み、
上記コントローラは、上記イオンビームの垂直曲げ角度を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１６】
上記マスクは、所定の深さを有する複数の歯を含み、
上記複数の歯は、複数のスリットによって規定されており、スリット距離だけ互いに離れて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１７】
上記スリット距離は、約１ｍｍから１０ｍｍまでであり、上記所定の深さは約５ｍｍから５０ｍｍまでであることを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１８】
上記マスクはグラファイトを含むことを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
【請求項１９】
イオンビームのプロファイリングのための方法であって、
エンドステーションの方向にイオンビームを向け、
走査アームと共に直線的に摺動係合するワークピースサポートを設け、当該ワークピースサポートは、注入板に沿って上記イオンビームの進路を通過してワークピースを平行移動させるように構成されており、上記走査アームは軸の周りを回転するように構成されており、
上記イオンビームの進路に沿って上記走査アームの下流に配置された第１ファラデーカップを介して上記イオンビームの一又は複数の特性を測定し、当該第１ファラデーカップに入射する上記イオンビームからのイオン放射に関連する第１信号を提供し、
上記走査アームに動作可能に連結された第２ファラデーカップを介して上記イオンビームの上記一又は複数の特性を測定し、当該第２ファラデーカップに入射する上記イオンビームからのイオン放射に関連した第２信号を供給し、
マスクと上記イオンビームとの相対角度方向を決定し、
上記軸の周りに上記走査アームを回転させ、
上記マスクは、上記第２ファラデーカップに概して固定されており、当該第２ファラデーカップの上流に配置されており、上記マスクは、当該マスクに規定された複数のスリットを有し、
上記複数のスリットは、上記マスク及び上記イオンビーム間の相対角度方向に基づいて、上記第２ファラデーカップに向かい当該第２ファラデーカップを通過する上記イオンビームからのイオン放射の量を変化させることを可能にするように構成されており、
遮蔽板が、上記マスクの一又は複数の外側位置に配置されており、
上記イオンビームの角度と、上記注入板に対する上記イオンビームの垂直サイズとを決定し、
上記決定は、一又は複数の上記第１信号と、上記第２信号と、及び、上記第２ファラデーカップが上記軸の周りを回転するときの上記マスクと上記イオンビームとの相対方向と、のうち、少なくとも一部に基づいていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、「垂直ビーム角度デバイスを有するイオン注入システムにおける垂直ビームプロファイルの測定方法」（METHOD OF MEASURING VERTICAL BEAM PROFILE IN AN ION IMPLANTATIONSYSTEM HAVING A VERTICAL BEAM ANGLE DEVICE）というタイトルが付された米国仮出願Ｎｏ．６２／０９６，９２８（２０１４年１２月２６日出願）の優先権およびその利益を主張する。当該出願の全体の内容は、本明細書中において完全に開示されるように、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、概してイオン注入システムに関し、より具体的には、垂直ビーム角度を計測するためのデバイスを有する走査されたビームイオン注入機構における垂直イオンビームプロファイルを測定するためのシステム方法に関する。
【０００３】
〔背景〕
イオン注入システムは、集積回路の製造において、ドーパントまたは不純物を半導体基板にドープするために利用される装置である。このようなシステムにおいては、ドーパント材料がイオン化されて、そこからイオンビームが生成される。当該イオンビームは、半導体ウエハにドーパント元素を注入するために、当該半導体ウエハの表面に指向される。例えば、当該ウエハにおけるトランジスタデバイスの製作時などに、当該ビームのイオンは、所望の伝導性の部分を形成するために前記ウエハの表面に浸透する。代表的なイオン注入装置は、イオンビームを生成するためのイオン源、磁場を用いてビームに含まれるイオンを指向させ及び／又は濾過する（例えば質量分解能）ための質量分析機構を含むビームラインアセンブリ、及び、イオンビームによって注入されるためのワークピースを収容するターゲットチェンバーを含む。
【０００４】
イオン注入においてイオン注入されるワークピースは、イオンビームのサイズよりかなり大きいサイズを有する半導体ウエハであることが一般的である。ほとんどのイオン注入用途において、当該注入の目的は、正確に制御された量のドーパントを均一に、ワークピース又はウエハの表面の全領域にわたって供給することである。ドーピングの均一性を達成するために、ワークピースエリアよりもかなり小型のイオンビームが利用されており、ハイブリッド走査システム（hybrid scan system）と呼ばれる技術が広く使用されており、小型のイオンビームが一方向に迅速に往復するよう掃引又は走査され、そして、ワークピースは、走査されたイオンビームに対して直交する方向に沿って機械的に移動する。
【０００５】
ワークピースの全領域に対し均一な線量範囲を達成するため、両方向の走査幅は、しばしば「オーバースキャン」と呼ばれる極端な走査において、イオンビームの全部が完全にワークピースから離れるように設定される。すなわち、走査の寸法において走査幅は、ワークピースのサイズ＋イオンビームのサイズの合計よりも大きい。しかし、多くの場合、両方向または何れか１方向におけるイオンビームサイズは知られておらず、非常に多くの場合、走査幅は、非常に大きいビームサイズを想定して設定される。そのような想定は均一な線量範囲を提供する点では安全であるが、オーバースキャンの位置におけるビームはワークピースへのドーピングに寄与しないため、ビームの利用効率を下げる。さらに、一部の注入状態においてイオンビームのサイズは、ドーピング特性（例えば、線量率効果）に影響を与えることが知られている。このため、ドーピングプロセスの前にイオンビームのサイズを知ることは有益であろう。
【０００６】
〔本発明の概要〕
以下に、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本発明の単純化された概要を示す。この概要は、本発明の広い概観ではない。本発明のキー（key）又は重要な要素を特定することを意図するものではなく、本発明の範囲の輪郭を示すことを意図するものでもない。むしろ、主要な目的は、以下で示される詳細な説明の前置きとして、単純化された形式における本発明の一又は複数の概念を示すことである。
【０００７】
エレクトロニクス産業における継続する傾向は、小型化のためにエレクトロニックデバイスのサイズを縮小することであり、その上、消費電力が少なく、複合的な機能の数の増加を果たすことが可能な強力なデバイスが求められる。このようなデバイスで利用された半導体及び集積回路（例えば、トランジスタ等）は、サイズが継続的に小さくされる。一つの半導体基板又はその一部（ダイ（die）として知られている）に、これらのデバイスの多くを「充填する」（pack）ための能力は、さらに、製造効率を上げることが求められる。充填密度を増加させるために、半導体製造プロセスの一部としてウエハ内及びウエハ上に形成される特徴が縮小される。ドーパントが半導体基板の選択位置に加えられうる正確さは、充填密度をうまく増加させることにおいて、重量な役割を果たすことが理解されよう。例えば、縮小された特徴サイズが与えられた半導体基板の選択位置にドーパントイオンを注入することは、エラーのためのマージンより小さくなる。
【０００８】
イオン注入システムとして、例えば、アクセリステクノロジーズ社（Axcelis Technologies, Inc）又はBeverly, MAによって製造されたいわゆる「Ｏｐｔｉｍａ  ＸＥ」システムは、イオンビームの垂直プロファイル又は位置を測定する能力を有していない。一般的に、イオンビームの垂直プロファイルは測定されていないが、本開示は、やがて、垂直ビームプロファイルの知識は、線量比に敏感なプロセスの場合、ワークピース全体を完全に覆い、注入の線量比を制御している間、最適な利用のために垂直オーバースキャンを最適化するために有利であることを開示する。
【０００９】
上記言及されたＯｐｔｉｍａ ＸＥシステムは、例えば、一般的に、垂直ビーム角度（vertical beamangle (ＶＢＡ)）が装備される。本開示は、しかし、ＶＢＡデバイスの下流に配置された線量カップ（例えば、ファラデーカップ）と比較して幅が広いＶＢＡ測定デバイスにおいて拡張されたフロントマスクが提供されたことにより垂直ビームプロファイルを提供するように構成された、有利な、ＶＢＡハードウエア及び測定するソフトウエアを提供する。ＶＢＡ測定の途中において、ボトムエッジ（例えば、直線エッジ）が拡張されたＶＢＡマスクがイオンビームに食い込み、ＶＢＡデバイス（例えば、線量カップにおいて測定されたビーム電流）の後のビーム電流は減少し始める。
【００１０】
傾き動作は、このＶＢＡ測定への遷移の間、かなり正確にされうる。本開示によると、線量カップビーム電流の相互関係により、傾き角度を変更し、垂直ビームプロファイルを有利に取得しうる。線量カップ信号と、ＶＢＡデバイス信号との間の速いスイッチング動作を避けるため、２つのカップからの信号は、不利な結果を伴うことなく互いに加えられうる。これは、ＶＢＡデバイス及び線量カップは、従来は同時に使用されていないためである。垂直ビームプロファイル信号は、傾き角度範囲に基づいてコントローラを介して有利に分離されうる（例えば、傾き角度及びＶＢＡ信号を用いた線量カップ電流の減少、傾き角度を用いたＶＢＡ信号の上昇及び下降等）。
【００１１】
ＶＢＡマスクの幅は、上記測定に有利に提供されうる。そして、ＶＢＡデバイス信号及び線量カップ信号は、接続又は互いに加えられる。ＶＢＡ測定へ遷移する間、線量カップ信号及びＶＢＡデバイス信号から集められたデータは、垂直ビームプロファイル信号と傾き値に基づくＶＢＡとの分離と同様に、傾き角度測定と共に提供することができる。さらに、プロファイル信号の加工処理が実行されうる（例えば、傾き位置による差別化）。そして、結果のデータは、制御している当該システムにおいて使用するために、オペレータに表示してもよい。
【００１２】
本開示により、イオンビームの利用に重要な役割を果たし、エネルギー及び生産の利益と同様に、利用できるイオンビームを最大にすることにより処理量の利益を提供することが理解できる。本開示によると、より正確なイオン注入を容易にするメカニズム及び技術を提供する。
【００１３】
従って、前述の目的および関連する目的を達成するために、以下の説明および添付の図面は、特定の例示的な実施形態および本発明の実施形態を詳細に説明する。これらは、使用可能な本発明の一又は複数の態様における種々の方法のいくつかを示している。他の態様、有利な及び本発明の新規な特徴は、関連する添付図面を考慮すると、以下の発明の詳細な説明から明白になるであろう。
【００１４】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、格子構造の平面に対し実質的に平行となるように当該格子構造に向けられたイオンビームを含む格子構造の一部の一例を示す斜視図である。
【００１５】
図２は、格子構造の平面に対し実質的に平行でないように当該格子構造に向けられたイオンビームを含む、図１に描かれたような、格子構造の一部の一例を示す斜視図である。
【００１６】
図３は、距離の変化によって離され、イオン注入中に角度が変化することによるシャドーイング効果を経験する特徴を有する半導体基板の一部の断面図である。
【００１７】
図４は、本発明の一又は複数の態様を実行することができる例示的なイオン注入システムの図である。
【００１８】
図５は、本発明の一又は複数の態様による種々の態様が図示された例示的なエンドステーションの概略図である。
【００１９】
図６は、本発明の一又は複数の態様を実行することができる例示的な測定部品の概略図である。
【００２０】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一又は複数の態様によるイオンビームの垂直サイズの例示的な測定を表す図である。
【００２１】
図８は、本発明の一又は複数の態様によるイオンビームをプロファイルするための方法である。
【００２２】
〔詳細な説明〕
本発明の一又は複数の態様は図面を参照して以下に説明される。同様の参照番号は、一貫して、同様の要素に引用するために概して利用される。そして、種々の構造は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。以下の説明においては、説明の目的のため、様々な具体的な詳細が、本発明における一又は複数の態様の十分な理解を提供するために説明される。しかし、当業者によって、これら具体的な詳細のレーザ角度の実施がなされるであろうことは明らかである。他の例では、よく知られた構造およびデバイスは、本発明の一又は複数の態様を説明することを容易にするために、ブロック図の態様で示されている。
【００２３】
半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハ又はワークピースは、帯電された粒子又はイオンによって注入される。当該イオンは最終的な正または負の電荷によって所望の電気的特性を示す。半導体プロセスに関連して利用される場合、そのようなイオン化された材料は、それらが注入されるベース層または他の層の電気的特性を「ドープし」（dope）または変更し、当該層が所望の予測可能な電気的挙動を有するようにするため、ドーパントと呼ばれる。
【００２４】
ベース層または基板は、概して結晶形態のシリコンによって構成されている。結晶格子として知られている規則的な三次元にそれらの原子が配列されている場合、当該材料は結晶構造を有することが知られている。一例として、図１は、概して立方体配列を有する概して格子構造１０の一部を示す。特に図示の例では、格子構造１０は、概して立方体形状である２７（例えば３×３×３）個のセルを有する。当該結晶の格子構造は、図示した例において、互いに実質的に垂直（例えば、ｘ、ｙ、ｚ方向）な平面１４に存在する。しかし、格子構造には色々な異なった配列が含まれてもよいし、例えば、ダイヤモンド形、ピラミッド形、六角形など多数の種類の異なった形状を有する多数のセルを有していてもよいと理解されるべきである。
【００２５】
半導体ドーピングプロセスの一つのパラメータは、基板内へのドーパントイオン注入に利用されるイオンのビームと、半導体材料の内部配列構造との入射角である。当該入射角は、他のものの中でも、チャネリングとして知られる現象において役割を果たす。特に、図１に示すように、ドーパントイオンのビーム１６（さらにイオンビームと呼ばれる）の方向が格子構造の平面１４に対し実質的に平行(垂直)である場合、当該ビームは、より少ない単位長さ当たりのエネルギー損失を伴って、そこを通過することができる。それは、それらの平面の間の空間を移動するイオンは、結晶原子との衝突がより少ないからである。
【００２６】
それゆえ、イオンは、他のものの中でも、基板内（例えば、図１内の中央チャネル内）深くに注入される。基板のアモルファス化の程度、基板の原子質量、及びビーム内のイオンの質量及び／又はエネルギーなど、他の態様もまた良好なチャネリングを行うことができることが理解されよう。例えば、ビーム１６内のイオンのエネルギーが大きければ大きいほど、イオンが基板中に深く注入される可能性が高くなる。
【００２７】
例えば、図２において、イオンビーム１６の方向は、格子構造１０の平面１４に対し、実質的に平行（垂直）ではない。それゆえ、イオンビーム１６内のイオンの一部は格子構造の部分１８に衝突する可能性が高く、そして、当該格子構造は変化する（例えば、損傷する）。そうすることで、イオンは、エネルギーを失うと共に減速し、及び／又は、矢印２０によって示されたように元の方向から散乱される可能性が高くなる。それによって、イオンは、ワークピースのより浅い部分で停止する。従って、チャネリングを緩和し、及び/又は、ドーピングを局在化するために、イオンビームを格子構造に対する特定方向に向けることが望ましい場合がある。
【００２８】
チャネリングに加えて、シャドーイング効果もまた、既知の注入方向を発展させるのに影響を与える。シャドーイングは、小型化されたより強力な半導体デバイスを作製するために、特徴サイズを縮小するエレクトロニクス産業の継続的な傾向に概して起因する。しかし、場合によっては、特徴間の間隔は縮小され、特徴の高さは低減されないことがある。概して固定された特徴の高さと特徴間の縮小された間隔とを組み合わせると、シャドーイングが増加する。それによって、ドープされるウエハの部分はドーパントイオンをほとんど又は全く受けない。例えばチャネリングを減らす等、イオン注入角度が増加されると、シャドーイングが強調される。
【００２９】
例えば図３に、表面に複数の特徴３２、３４、３６、３８が形成され、それらの間にそれぞれ３つの間隔である間隔４０、４２、４４が規定された半導体基板又はウエハ３０の断面図を示す。特徴３２、３４、３６、３８はレジスト材料から形成されており、全て実質的に同じ高さである。間隔４０、４２、４４によって露光された基板３０の領域５０、５２、５４は、イオン注入によってドープされる。従って、一又は複数のイオンビーム６０は、ドーピングを果たすため基板３０へ指向される。しかし、例えば、ビーム６０は、チャネリング効果を緩和するために、基板３０の表面７０に対し、ある角度に向けられる。このように一部のビーム６０は、特徴３２、３４、３６、３８の部分（例えば、角）によって一部がブロックされたイオンを有する。それゆえ、基板領域３０、５２、５４内の部分８０、８２、８４は、意図されたドーパントイオンの量よりも少ない量のイオンを受け取る。このようなシャドーイングは、デバイスの一部の領域に、不適切な線量の領域を残す場合がある。従って、シャドーイングに関連する悪影響は、注入角度に依存して強調される。このように、例えばシャドーイング効果及びチャネリングを調節するための注入方向を知ることが要求されることを認識することができる。
【００３０】
図４を参照すると、図示された例示的なイオン注入システム１００は、ターミナル１０２、ビームラインアセンブリ１０４、及び、エンドステーション１０６を有している。例えば、ターミナル１０２は、高電圧電源１１０によって駆動するイオン源１０８を含む。当該イオン源は、ビームラインアセンブリ１０４と、最終的にエンドステーション１０６とを通すイオンビーム１１２を作製し及び指向させる。例えばイオンビーム１１２は、スポットビーム、ペンシルビーム、リボンビーム、又は、他の形状のビームの形状をとりえる。ビームラインアセンブリ１０４は、さらに、ビームガイド１１４、及び、質量解析器１１６を有する。ここで、双極子磁場は、ビームガイド１１４の終端出口におけるアパーチャ１１８からエンドステーション１０６に配置されたワークピース１２０（例えば、半導体ウエハ、ディスプレイパネル等）へ、最適な電荷対質量比のイオンだけを通すように確立されている。
【００３１】
一例によると、例えば静電気又は電磁式スキャナ（概して「スキャナ」と称される）であるイオンビーム走査機構１２２は、ワークピース１２０に対する少なくとも第１方向１２３（例えば、＋／−Y方向、さらに、第１スキャンパス、「第１スキャン」軸、進路（path）、又は方向）においてイオンビーム１１２を走査するように構成されている。これにより、リボン形状イオンビーム又は走査されたイオンビーム１２４が規定される。さらに、本例においては、ワークピース走査機構１２６が設けられており、当該ワークピース走査機構は、少なくとも第２方向１２５（例えば、＋／−方向、さらに、第２スキャンパス、又は、「低速スキャン」軸、進路（path）、又は方向）におけるイオンビーム１１２を介してワークピース１２０を選択的に走査するように構成されている。イオンビーム１１２に対するワークビームの所望の走査を提供するために、イオンビーム走査機構１２２及びワークピース走査機構１２６は、例えば、離れて設けられてもよいし、互いに結合されていてもよい。他の例では、イオンビーム１１２は第１方向１２３に静電的に走査される。これにより、走査されたイオンビーム１２４を作製し、ワークピース１２０は当該走査されたイオンビーム１２４を通して第２方向１２５に機械的に走査されることができる。このような、イオンビーム１１２及びワークピース１２０の静電的および機械的走査の結合を作製することは「ハイブリッド走査」と呼ばれる。本発明は、全てのイオンビーム１１２に対するワークピース１２０の全ての走査の組み合わせに適用でき、また、逆も同様である。さらに、イオン注入システム１００の一又は複数の部品によって構成されているコントローラ１３０が設けられている。
【００３２】
本開示の例示的な態様の一つによると、ビーム測定システム１５０がさらに設けられている。ビーム計測システム１５０は、例えば、イオンビーム１１２に関連する一又は複数の特性を決定するように構成されている。ワークピース１２０に入射するイオンの垂直ビーム角度（vertical beam angle (VBA)）測定のためのシステム及び方法と同様に、ワークピースの結晶面の上記測定の較正は、いわゆる「Ｏｐｔｉｍａ  ＸＥ」と呼ばれるイオン注入システム及び共通所有のD. Rathmell等による米国特許番号Ｎｏ．７，３６１，９１４により提供されており、それらの全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの点で、ビーム測定システム１５０は、Rathmell等において提供されたビーム測定機構と類似する。しかし、Rathmell等によるシステム及び方法論の一つの欠点は、イオンビームの垂直サイズを測定する能力が欠如していることである。
【００３３】
従って、本開示のイオン注入システム１００は、ワークピース１２０に対するイオンビーム１１２の入射角を測定するだけでなく、さらに、前記測定されなかったイオンビーム１１２の垂直サイズを決定するように構成されている。
【００３４】
本発明の一又は複数の態様に基づくビーム測定システム１５０の構成及び働きのより完全な説明をここで提示する。図５は、エンドステーション１０６及び測定システム１５０の例示的な断面図である。当該測定システムは、一又は複数の特性（例えば、イオンビーム電流）を測定するように構成された、第１測定部品１６２及び第２測定部品１６４を含む。
【００３５】
一例として、イオンビーム１１２は、図４のワークピース１２０に注入される前において、並列化及び曲げられており、例えば垂直曲げ角度（vertical bend angle）θはおおよそ１５度である。本例におけるイオンビーム１１２は、水平リボン又は水平方向（例えば、紙面の入出力方向）に走査される、リボンのようなビームである。イオンビーム１１２は、例えば、エネルギー汚染物質がワークピース１２０へ衝突しないように曲げられてもよい。イオンビーム１１２を曲げる際に、静電及び／又は磁気技術を採用することができる。しかし、イオンビーム１１２が実際に曲げられる量は、意図された量とわずかに異なる場合がある。しかしながら、本明細書に記載の測定システムを利用すると、ビーム１１２の軌道に関係なく、当該ビームに対するワークピース１２０の向きを正確に確認できるようにすることによって、これらの変動の影響を受けることを排除することができる。
【００３６】
第１測定部品１６２は、例えば、ワークピース１２０へのイオン注入のために存在する走査アーム１６６の下流のエンドステーション１０６内に設けられている。ワークピースサポート１６８は、走査アーム１６６と共に直線的に摺動係合（in linear sliding engagement）する。そして、当該ワークピースサポートは、注入板１７２に沿って、イオンビーム１１２の進路（path）１７０を通過してワークピースを平行移動させるように構成されている。第１測定部品１６２は、例えば、上記イオンビームの進路に沿って走査アームの下流に配置された第１ファラデーカップ（first faraday cup）１７４を含む。第１ファラデーカップは、そこに入射するイオンビーム１１２からのイオン放射に関連する第１信号１７５を提供するように構成されている。
【００３７】
第２測定部品１６４は、例えば、ワークピース１２０へのイオン注入のために存在する走査アーム１６６等、エンドステーション１０６内の部品に搭載されている。このように、第２測定部品１６４は、ワークピース１２０に対し既知の向きとなるように配置される。例えば、第２測定部品１６４の表面１７６は、ワークピース１２０の表面１７８に対する角度θ’を有して配置されてもよい。ワークピースの表面１７８は、例えば、注入をしている間、当該注入板１７２上に存在する。同様に、第２測定部品１６４は、第２測定部品１６４の表面１７６に対する法線方向１８０が、ワークピース１２０の表面１７８に対する既知の角度θ’’となるように配向されてもよい。いかなる場合でも、ワークピース１２０に対する第２測定部品１６４の向きは既知である。そのため、一度、第２測定部品１６４に対するイオンビームの向きが決定すると、ワークピースに対するイオンビーム１１２の向きが決定されうる。
【００３８】
第２測定部品１６４は、特に、スキャンアーム１６６、ワークピース１２０及び／又は測定部品１６４が動かされても、ワークピース１２０に対する向きが変わらないように十分に取り付けられていることが理解されよう。第２測定部品１６４は、例えば、一又は複数の剛性ブラケット１８２によってスキャンアーム１６６に取り付けられていてもよい。しかし、ワークピース１２０に対する第２測定部品１６４の向きは、ネジ、ナット、ボルト、又は、他の締め付け構造（不図示）を緩める等により調整することができ、それから、第２測定部品１６４が調整された後、同様に、再びしっかり固定される。
【００３９】
一例として、第２測定部品１６４をビーム１１２に対し指向させるため、例えば、当該第２測定部品が取り付けられている走査アーム１６６を、軸１８４（例えば、水平軸）の周りを回転させる等により、当該第２測定部品は当該イオンビームに対して動かされる。従って、走査アーム１６６の上端部１８６及び下端部１８７は、対向する方向１８８及び１８９に回転又は揺動するように構成されている。このように、第２測定部品１６４は走査アーム１６６にしっかり固定されているため、軸１８４周りの当該走査アームの回転は、イオンビーム１１２を通って第２測定部品１６４をさらに選択的に通過させることができる。第２測定部品１６４は、イオン放射の感度がよく、当該ビーム及び当該測定部品間の向きによって決まる種々の量のイオン放射を検出する。
【００４０】
例示的な態様の一つによると、図６に詳細が図示されているように、第２測定部品１６４は、グラファイトから形成されうるマスク１９０を含む。マスク１９０は、溝（slot）１９４により離れて配置された複数の歯（tines）１９２を含む。例えば、第２測定部品１６４は、一例としてファラデーカップ２００であるイオン検出部１９６を含む。当該イオン検出部は、マスク１９０の後方又は下流に配置されている。第２ファラデーカップ２００は、例えば、軸１８４の周り走査アーム１６６の回転に一致し、第２ファラデーカップ２００に入射したイオンビーム１１２からのイオン放射に関連した図５の第２信号２０１を提供するように構成されている。歯１９２は、例えば、長さＬを有し、距離Ｄだけ離れて配置されている。距離Ｄは、イオンビーム１１２と、溝１９４又は第２測定部品１６４の表面１７６に対する法線１８０とが同軸でない場合、上記イオンビームの一部が歯１９２で遮蔽されることで第２測定部品１６４の放射検出部１９６に到達しないような距離である。一例として、歯１９２は約５から５０ミリメートルの長さＬを有し、溝１９４は、約１から１５ミリメートルの距離Ｄによって歯１９２を離して配置している。
【００４１】
第２測定部品１６４の放射検出部１９６は、例えば、それに衝撃を与えているイオンビーム１１２の量を示す電流を出力する。従って、イオンビーム１１２の量が変化することは、マスク１９０及び（相対的に静止した）イオンビーム１１２間の相対的な向きによって決まるマスク１９０を通過することが認められたためであり、第２測定部品１６４、より具体的には放射検出部品１９６からの電流出力は、ビーム１１２の調整の機能として、第２測定部品１６４に対するビーム１１２のアライメントの機能として変化する（例えば、ビーム角度）。ピーク電流は、このように、ビームがマスク１９０に合わせられていること、または、むしろ、第２測定部品１６４の法線１８０に対し平行であることを示している。ワークピース１２０に対する第２測定部品１６４の向き（角度）は既知であるため、例えば、オフセット角度θ’を単に足し合わせる又は減じる等により、ワークピース１２０に対するビーム１１２の向きを容易に決定することができる。重心計算及び／又はカーブフィッティングは、さらに、ビームが直接、第２測定部品１６４へ衝突したときに、ビーム１１２を通過して決定するために第２測定部品１６４を移動させている間に複数の電流読み取りが行われる場合には、実行されてもよいことが理解されよう。ワークピース１２０に対するビーム１１２の既知の向きと共に、例えば、光におけるチャネリング及び／又はシェーディングの考慮事項のように、ワークピース１２０は、所望のドーピングを達成するために調整されてもよい。
【００４２】
本開示によると、マスク１９０は、さらに、マスクにおける一又は複数の外側位置（outboard locations）２０４に配置された遮蔽板２０２を含む。遮蔽板２０２は、例えば、軸１８４の周りの走査アーム１６６の回転に基づいて、第１測定部品１６２に入射する図５におけるイオンビーム１１２からのイオン放射を選択的に遮蔽するように構成されている。従って、第１測定部品１６２は、イオンビーム１１２からのイオン放射を検出することが可能なファラデーカップ２０８を含む。
【００４３】
本開示のいくつかの態様によると、図５の走査アーム１８７は、軸１８４の周囲の動くように構成されている。それによって、第２測定部品１６４がビーム１１２を通過して動く。従って、イオンビーム１１２の垂直サイズ２１７は有利に決定される。図７Ａ〜図７Ｄに、軸１８４の周りを回転する走査アーム（明快さの目的のために不図示）としてビーム１１２を通過する第２測定部品１６４の動作を図示する。例えば、傾き角度２１０（例えば、オフセット角度θ’に関連する）は、図７Ａ〜図７Ｄそれぞれの位置２１２、２１４、２１６及び２１６において異なっている。第２測定部品１６４の外側位置２０４（例えば、遮蔽板２０２）は次第にイオンビーム１１２を横切っていくことで、第１測定部品１６２に到達しているイオンビームを次第に遮蔽していく。一例として、マスク１９０は、イオンビーム１１２の垂直サイズ２１７よりも高さ方向の長さが大きい。このように、本開示によると、第２測定部品１６４の外側位置２０４は、傾き角度２１０の正確な機能として既知である。このため、図７Ａ〜図７Ｄそれぞれの位置２１４、２１４、２１６及び２１８を通して傾き角度を異ならせて、第１測定部品１６２に入射するイオンビームからのイオン放射に関連する図５の第１信号１７５を単に解析することにより、イオンビーム１１２の垂直サイズ２１７（及び／又はプロファイル）を決定することができる。
【００４４】
このように、他の例示的な態様によると、図５のコントローラ１３０は、注入板１７２に対するイオンビームの垂直サイズ２１７と同様にイオンビーム１１２の角度を決定する。そこでの当該決定は、一又は複数の第１信号１７５、第２信号２０１、及び、第２測定部品１６４のファラデーカップが軸１８４の周りを回転するときのマスク１９０とイオンビームとの相対方向と、のうち少なくとも一部に基づいている。 
【００４５】
ワークピース１２０は、例えば、走査アーム１６６（例えば、矢印２２０として図示されている）に沿って線形に平行移動し、及び／又は、望ましくはビーム１１２と共にワークピースを整列させ、及び／又は、ワークピース上の種々の位置へのイオン注入を選択するための一又は複数の所望の注入角度を達成するために、水平軸２２１（例えば、矢印２２２、２２４として図示されている）の周りを回転又は傾けられる。加えて、ワークピースはイオンビームに対するワークピースの所望の向きを達成するために、ワークピースの中央における表面に対する法線軸の周りに「ねじられ」（twisted）てもよい。ワークピース１２０のこのような動きは、細かく調整された機械を用いて、概して実行されることが理解されよう。
【００４６】
さらに、他の例示的な態様によると、イオンビームをプロファイルするための方法３００が図８に図示されている。例示的な方法は、一連の動作又はイベントとしてここで図示及び説明されている。しかし、本発明はこのような図示された動作又はイベントの順によって限定されない点に注意すべきである。いくつかのステップが、異なる順番で実行されてもよく、及び／又は、ここで図示及び説明されたステップとは異なる他のステップと共に実行されてもよい。加えて、図示されていな全てのステップは、本発明による方法論に実行さることが要求される。その上、ここで図示及び説明されたシステムと同様に、図示されていない他のシステムによって、上記方法が実行されうることが理解されよう。
【００４７】
図８に図示された一例によると、方法３００は、動作３０２において、イオンビームをエンドステーションの方向へ向けることを含む。動作３０４においてワークピースサポートが設けられ、ワークピースサポートは、走査アームと共に直線的に摺動係合する。そして、ワークピースサポートは、注入板に沿って、イオンビームの進路を通過してワークピースを平行移動させるように構成されている。走査アームは、例えば、さらに、軸の周りを回転するように構成されている。
【００４８】
動作３０６において、一又は複数のイオンビームの特性は、イオンビームの進路に沿って走査アームの下流に配置された第１ファラデーカップによって測定される。これにより、第１ファラデーカップは、当該第１ファラデーカップに入射するイオンビームからのイオン放射に関連する第１信号を提供している。動作３０８において、イオンビームの一又は複数の特性は、さらに、動作可能に走査アームに連結された第２ファラデーカップによって測定される。それにより、第２ファラデーカップは、第２ファラデーカップに入射するイオンビームからのイオン放射に関連する第２信号を提供している。
【００４９】
動作３１０において、マスク及びイオンビーム間の相対角度方向が、例えば、走査アームに関連するエンコーダ等によって決定される。動作３１２において、走査アームが軸周りに回転される。マスクは、概して第２ファラデーカップに固定されており、第２ファラデーカップの上流に配置されている。そしてマスクは、その中に規定された複数のスリットを有する。複数のスリットは、マスク及びイオンビーム間の相対角度方向に基づいて、第２ファラデーカップに向かいそこを通過するためのイオンビームからのイオン放射の量が変化することを可能にするように構成されている。さらに、マスクの一又は複数の外側位置に遮蔽板が配置されている。
【００５０】
動作３１４において、イオンビームの角度と、注入板に対するイオンビームの垂直サイズとが決定される。そこでの当該決定は、一又は複数の第１信号と、第２信号と、及び、軸の周りを第２ファラデーカップが回転しているときのマスクとイオンビームとの間の相対方向と、のうち少なくとも一部に基づいて決定される。
【００５１】
本発明は、一又は複数の実施形態に対して図示され、説明されたが、同等の変更及び部分的な修正は、本明細書及び添付図面を読んだ理解に基づいて、当業者によって加えられうる。本発明は、全てのこのような部分的な修正及び変更を含み、以下のクレームの範囲によってだけ限定される。特に、上記説明された部品（組立部品、装置、回路等）によって種々の機能が実行され、このような部品の説明に使用された用語（「手段」（means）の参照を含む）は一致することが意図され、他に示さない限り、種々の部品は、明細書に説明された部品（すなわち、機能的に同等の部品）の機能を果たし、たとえ構造上、説明された構造と同等でない構造であっても、ここで本発明の例示的な実施形態に示された機能を果たす。加えて、特に本発明の特徴は、いくつもの実施形態のうち一つだけを開示しており、このような特徴は、所与の又は特定の用途に望ましい及び有利であるような、他の実施形態の一つ又は複数の他の特徴と組み合わせることができる。さらに、「含む」（includes）、「有している」（having）、「有する」（has）、「と共に」（with）、又はそれらを変形した用語は、詳細な説明又はクレームにおいて使用されている範囲で、用語「含む」（comprising）と同様に包括的な意味が意図されている。さらに、用語「例示的な」（exemplary）は、ここでは単に例を示すものとして利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
図１は、格子構造の平面に対し実質的に平行となるように当該格子構造に向けられたイオンビームを含む格子構造の一部の一例を示す斜視図である。
【００５３】
図２は、格子構造の平面に対し実質的に平行でないように当該格子構造に向けられたイオンビームを含む、図１に描かれたような、格子構造の一部の一例を示す斜視図である。
【００５４】
図３は、距離の変化によって離され、イオン注入中に角度が変化することによるシャドーイング効果を経験する特徴を有する半導体基板の一部の断面図である。
【００５５】
図４は、本発明の一又は複数の態様を実行することができる例示的なイオン注入システムの図である。
【００５６】
図５は、本発明の一又は複数の態様による種々の態様が図示された例示的なエンドステーションの概略図である。
【００５７】
図６は、本発明の一又は複数の態様を実行することができる例示的な測定部品の概略図である。
【００５８】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の一又は複数の態様によるイオンビームの垂直サイズの例示的な測定を表す図である。
【００５９】
図８は、本発明の一又は複数の態様によるイオンビームをプロファイルするための方法である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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