(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内のターゲット中へイオンを注入するために、電圧パルスが第1及び第2電極を横切って印加されるところの第1及び第2電極を含むプラズマ処理装置内のイオン電流を測定する方法であって、
(a)電圧パルスを受け取るべく第1及び第2電極間にキャパシタを電気的に接続する工程と、
(b)電圧パルス中に第1及び第2電極に供給された第1電流を測定し、該第1電流を表す第1電流信号を与える工程と、
(c)電圧パルス中にキャパシタに供給される第2電流を測定し、該第2電流を表す第2電流信号を与える工程と、
(d)ターゲットに分配されるイオン電流を表すイオン電流信号を与えるべく第1電流信号から第2電流信号を減算する工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第1及び第2電極間の第1容量と同じ若しくはほぼ同じ容量を有するようキャパシタを選択する工程から成る方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第1及び第2電極間の第1容量と異なる容量を有するようキャパシタを選択する工程と、
容量の差を補償するべく第1及び第2電流信号の少なくともひとつを調節する工程と、
から成る方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
電圧パルス中に存在する第1及び第2電極を横切る第1電圧を測定する工程と、
電圧パルス中に存在するキャパシタを横切る第2電圧を測定する工程と、
第1電圧と第2電圧との間の差を補償するべく第1及び第2電流信号の少なくともひとつを調節する工程と、
から成る方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
第1及び第2電流信号の少なくともひとつからノイズを除去する工程から成る方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、プラズマ処理装置はプラズマドーピング装置であり、電圧パルスはプラズマを形成しかつプラズマ内のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、プラズマ処理装置は連続プラズマ装置であり、電圧パルスはプラズマ内のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
イオン電流信号の変位電流成分を最小化するべくキャパシタの容量値を変化させる工程から成る方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であり、ターゲットは第1電極上に載置され、第1電流信号を与える工程が第1電流信号を生成するべくターゲットに近接してイオン検出デバイスを配置する工程から成るところの方法であって、さらに、
イオン検出デバイスの容量と異なる容量を有するキャパシタを選択する工程と、
２つの容量間の差を補償するべく第1及び第2電流信号の少なくともひとつを調節する工程と、
から成る方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、プラズマ処理装置はプラズマドーピング装置であり、電圧パルスはプラズマを形成しかつプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、プラズマ処理装置は連続プラズマ装置であり、電圧パルスはプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、イオン検出デバイスはファラディカップから成る、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であり、第1電流信号を与える工程が第1電流信号を生成するべくターゲットに近接してイオン検出デバイスを配置する工程から成るところの方法であって、さらに、
イオン検出デバイスの容量と実質的に同じ容量を有するキャパシタを選択する工程から成る方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、イオン検出デバイスはファラディカップから成る、ところの方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、キャパシタは可変キャパシタである、ところの方法。
【請求項１６】
プラズマ処理チャンバ内のターゲット中へイオンを注入するために、電圧パルスが第1及び第2電極を横切って印加されるところの第1及び第2電極を含むプラズマ処理装置内のイオン電流を測定するための装置であって、
電圧パルスを受け取るよう第1及び第2電極に接続された容量デバイスと、
電圧パルス中に第1及び第2電極に与えられる第1電流を測定し、該第1電流を表す第1電流信号を出力するための第１電流測定デバイスと、
電圧パルス中に容量デバイスに与えられる第2電流を測定し、該第2電流を表す第2電流信号を与えるための、容量デバイスに接続された第2電流測定デバイスと、
第1及び第2電流信号を受信し、ターゲットに分配されるイオン電流を表す測定値を与えるべく第1電流信号から第2電流信号を減算するための減算器と、
から成る装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であり、容量デバイスが第1及び第2電極間の容量と同じ若しくはほぼ同じ容量を有するキャパシタから成る、ところの装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、キャパシタは可変キャパシタである、ところの装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の装置であって、
容量デバイスは、第1及び第2電極の容量と異なる容量値を有するキャパシタから成り、
減算器は容量値の差を補償するための手段から成る、
ところの装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、キャパシタは可変キャパシタである、ところの装置。
【請求項２１】
請求項１６に記載の装置であって、プラズマ処置装置はプラズマドーピング装置であり、電圧パルスはプラズマを形成しかつプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの装置。
【請求項２２】
請求項１６に記載の装置であって、プラズマ処置装置は連続プラズマ装置であり、電圧パルスはプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの装置。
【請求項２３】
請求項１６に記載の装置であって、
容量デバイスは第1電流測定デバイスの容量と異なる容量を有し、
減算器は容量値の差を補償するための手段から成る、
ところの装置。
【請求項２４】
請求項１６に記載の装置であって、容量デバイスは第1電流測定デバイスの容量と実質的に同じ容量を有する、ところの装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、プラズマ処理装置は連続プラズマ装置であり、電圧パルスはプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、
第1電流測定デバイスはファラディカップから成り、
容量デバイスはファラディカップの容量と実質的に同じ容量を有する、
ところの装置。
【請求項２７】
請求項２４に記載の装置であって、プラズマ処理装置はプラズマドーピングであり、電圧パルスはプラズマを形成しかつプラズマ中のイオンをターゲット方向へ加速する、ところの装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は被処理体のイオン注入に使用されるプラズマドープ装置に関し、特に、プラズマ処理装置内の電流測定値から変位電流を除去するための方法及び装置に関する。
【０００２】
発明の背景
イオン注入は半導体ウエハ内に導電率を変化させる不純物を導入するための標準技術である。従来のイオン注入装置において、所望の不純物材料がイオンソース内でイオン化され、イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するよう加速される。イオンビーム内の高エネルギーイオンは半導体材料のバルク内に侵入し、所望の導電率領域を形成するよう半導体材料の結晶格子内に埋め込まれる。
【０００３】
イオン注入を含む半導体製造プロセスにおいて、ウエハ内に注入される累積イオンドーズ量、注入深さ、半導体表面にわたるドーズ均一性、表面ダメージ及び不所望な汚染に関する厳密な要求が存在する。注入ドーズ量及び深さは注入された領域の電気的動作を決定し、一方ドーズ量均一性は半導体ウエハ上のすべてのデバイスが特定の制限内の動作特性を有することを保証するために要求される。特に化学的エッチングのような過剰な表面ダメージ若しくは表面の汚染はウエハ上にその前に製造された構造物を破壊する。
【０００４】
ある応用において、不純物材料がウエハの表面付近の領域に閉じ込められるように、半導体ウエハ内に浅い接合を形成することが必要になる。これらの応用において、従来のイオン注入装置の高エネルギー加速及び関連ビーム形成ハードウエアは必要ない。したがって、半導体ウエハ内に浅い接合を形成するためにプラズマドーピング(PLAD)装置を使用することが提案された。
【０００５】
プラズマドーピング装置において、半導体ウエハはチャンバ内に配置された導体プラテン上に載置され、該プラテンはカソードとして機能する。所望のドーパント材料を含むイオン性ガスがチャンバ内に導入され、高電圧パルスがプラテンとアノード（若しくはチャンバ壁）との間に印加されそれがウエハ付近にプラズマシースを有するプラズマを形成させる。印加電圧によってプラズマ内のイオンはプラズマシースを横切り、ウエハ内に注入される。注入の深さはウエ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装置はShengによる1994年10月11日に発行された米国特許第5,354,381号に説明されている。
【０００６】
上記されたプラズマドーピング装置において、高電圧パルスはプラズマを生成しプラズマからウエハに向かって正イオンを加速する。プラズマソースイオン注入（PSII）装置として知られるその他のタイプのプラズマ注入装置において、連続プラズマを与えるべく別々のプラズマソースが与えられる（これらの注入装置は通常プラズマ浸漬イオン注入（PIII）のような他のいくつかの略語で知られる）。そのような装置において、プラテン及びウエハはこの連続プラズマ内にある時間間隔で浸けられ、高電圧パルスがプラテンとアノードとの間に印加され、それによってプラズマ内の正イオンがウエハ方向へ加速される。そのような装置はConradによる1988年8月16日発行の米国特許第4,764,394号に説明されている。
【０００７】
PLAD及びPSIIの両装置は高品質な半導体デバイスを達成するために正確なドーズ量測定を必要とする。プラズマドーピング装置におけるドーズ量測定に対するひとつのアプローチは上述した特許第5,354,381号に説明されるように高電圧パルスによって被処理体に分配される電流の測定を含む。しかし、このアプローチは不正確になりやすい。測定電流はイオン注入中に生成された電子を含み、たとえ中性分子が総ドーズ量に寄与するとしても、被処理体内に注入される中性分子を排除する。さらに、測定された電流は注入中のウエハを通過するため、それはウエハの特性に依存し、そのことが測定電流内にエラーを生成する。それらの特性は、放射率、局所充電、ウエハ上のフォトレジストからのガス放出等を含む。したがって、異なるウエハは同じイオンドーズ量に対して異なる測定電流を与える。
【０００８】
プラズマベースのドーピング装置におけるドーズ量測定のための技術はE.Jonesらにより1997年2月発行のIEEE Transactions on Plasma Science, Vol.25, No.1,pp.42-52に説明されている。注入電流及び注入電圧の測定は単一の注入パルスに対する注入プロファイルを決定するために使用される。単一のパルスに対する注入プロファイルが最終注入プロファイル及び総注入ドーズ量を計画するのに使用される。このアプローチもまた電源及び再現性を保証するガス制御安定性に依存するために不正確になりやすい。また、経験的なアプローチは時間を浪費しかつ高価である。
【０００９】
比較として、典型的に周知のビームライン注入装置において、累積イオンドーズ量及び均一性はファラディカップ若しくはファラディケージによって測定される。典型的に、ファラディケージはエンクロージャの下流端に配置されたウエハを有する導体エンクロージャであり、ファラディ装置の一部を構成する。イオンビームはファラディケージを通過しウエハに達し、電流を生成する。ファラディ電流は総イオンドーズ量を決定するために時間に関して電流を積分する電子ドーズプロセッサに供給される。ドーズプロセッサはイオン注入装置を制御するのに使用されるフィードバックループの一部である。
【００１０】
ドーズ量及びドーズ均一性は、Corey,Jrらによる1988年6月14日に発行された米国特許第4,751,393号に説明されるようにコーナーカップ配置を使って従来のビームラインイオン注入装置内で測定された。米国特許第4,751,393号に説明されるように、中央開口部を有するマスクがイオンビームの経路に配置される。ビームはマスク領域にわたって走査され中央開口部を通過しウエハに衝突する。マスクのエッジに配置された小さいファラディカップはこれらの位置におけるビーム電流を測定する。
【００１１】
PLAD若しくはPSII装置においてターゲットに分配されているイオン電流の正確な測定に対する要求が存在する。イオン電流は適正に測定されなければならず、その結果正確な処理条件が維持される。ターゲットに印加される電流を測定する方法に関係なく、測定電流パルスは測定にエラーを導入する容量若しくは変位電流成分を含む。この変位電流はキャパシタ若しくは容量を有するあらゆる構造物が印加電圧中の急速な増加／減少にさらされるとき観測される電流である。この電流は関係式V=Q/Cを維持する電荷を与えるために要求され、ここでVはある瞬間の印加電圧、Cは容量及びQはキャパシタ内に保存されるある瞬間の電荷である。PLAD若しくはPSII装置のいずれかにおいて、カソード及びアノードはともに印加されるパルスによって充電及び放電されるキャパシタCであるべきであると考えられる。ファラディカップ若しくは類似の電流測定ツールもまた容量を有し、測定電流は変位電流を含む。ファラディカップ若しくは類似の測定ツールによって生成される電流測定信号は、それらが被処理体の受けている電流の一部のみを表すために、他の電流測定値より非常に小さい。ファラディカップ容量もまたアノード及びカソードの容量より非常に小さいが、測定電流と同じ割合ではない。結果として、変位電流はファラディカップによって測定される総電流の大部分である。また、ファラディカップ測定に対する信号対ノイズ比はより低いため、変位電流の存在は所望されない。したがって、ファラディカップ測定での変位電流の除去がより重要である。
【００１２】
従来、パルスの前縁若しくは後縁における変位電流は無視された。残念ながら、多くの応用において、電圧パルス長は２０マイクロ秒の範囲である。パルスの典型的な立上り時間は約３マイクロ秒であり、一方立下り時間は約７マイクロ秒である。変位電流は立上り及び立下り時間中に観測されるため、それは電圧パルスの大部分にわたってイオン電流測定値エラーに寄与する。
【００１３】
変位電流はプラズマ処理装置内のイオン電流の不正確な測定に寄与する。イオン電流の正確な測定は装置を有効に作動するのに必要である。したがって、変位電流によって生じるイオン電流測定値のエラーを減少させ若しくは除去する方法が要求される。
【００１４】
発明の要旨
発明の第１の態様にしたがって、電圧パルスが第１及び第２電極を横切って印加されるところの第１及び第２電極を含むプラズマ処理装置においてイオン電流を測定するための方法が与えられる。該方法は、電圧パルスを受け取るべく第１及び第２電極間にキャパシタを電気的に接続する工程と、電圧パルスの間に第１及び第２電極に供給される第１電流を測定し第１電流を表す第１電流信号を与える工程と、電圧パルスの間にキャパシタに供給される第２電流を測定し第２電流を表す第２電流信号を与える工程と、イオン電流を表すイオン電流信号を与えるべく第１電流信号から第２電流信号を減算する工程と、から成る。
【００１５】
キャパシタは第１及び第２電極間の第１容量と同じ若しくはほぼ同じ容量を有する。変形的に、キャパシタは第１及び第２電極間の第１容量と異なる容量を有してもよく、方法は容量の差を補償する第１及び第２電流信号の少なくともひとつを調節する工程を含む。
【００１６】
他の変形例において、ターゲットは第１電極上に配置され、第１電流信号を与える工程は、第１電流信号を生成するべくターゲットに近接してイオン検出デバイスを配置する工程、イオン検出デバイスの容量と異なる容量を有するキャパシタを選択する工程、及び２つの容量の差を補償するべく第１及び第２電流信号の少なくともひとつを調節する工程から成る。変形的に、方法はイオン検出デバイスの容量と実質的に同じ容量を有するキャパシタを選択する工程から成る。
【００１７】
本発明の他の態様にしたがって、電圧パルスが第１及び第２電極を横切って印加されるところのプラズマ処理装置におけるイオン電流を測定するための装置が与えられる。該装置は、電圧パルスを受け取るために第１及び第２電極に結合される容量デバイスと、電圧パルス中に第１及び第２電極に供給される第１電流を測定し第１電流を表す第１電流信号を与えるための第１手段と、電圧パルス中に容量デバイスに供給される第２電流を測定し第２電流を表す第２電流信号を与えるための第２手段と、プラズマ処理装置内のイオン電流測定値を与えるべく第１電流信号から第２電流信号を減算するための手段とから成る。
【００１８】
本発明の他の態様において、処理チャンバ内に第１及び第２電極を含むプラズマ処理装置内のイオン電流を測定する方法が与えられる。該方法は、チャンバを通過するパルス電流を測定しパルス電流を表すパルス電流信号を与える工程と、パルス電流の変位電流成分を表す補償信号を与える工程と、ターゲットに分配されるイオン電流を表すイオン電流信号を与えるべくパルス電流信号から補償信号を減算する工程とから成る。
【００１９】
この態様の変形において、補償信号を与える工程は、パルス電流の変位電流成分をシミュレーションする工程から成る。変形的に、補償信号を与える工程は、第１及び第２電極間の容量と同じ若しくはほぼ等しい容量を有するキャパシタを与える工程と、パルス電流と同期してキャパシタにパルス電圧を印加する工程と、パルス電圧に応答してキャパシタに供給される第２電流を測定し補償信号を構成する第２電流信号を与える工程とから成る。
【００２０】
詳細な説明
本発明の第１の実施例に従うプラズマドーピング装置の実施例が図１に略示されている。プラズマドーピングチャンバ10は密閉体積12を画成する。チャンバ10内に配置されたプラテン14は半導体ウエハ20のような被処理体を保持するための面を与える。半導体ウエハは可能なターゲットタイプのほんの一例である。発明は半導体ウエハ内へのイオン注入に限定されない。例えば、ツール用金属、自動車部品、スタンプダイス及びプラスチック内への注入が可能である。例えばウエハ20は、その周囲においてプラテン14の平坦面へ締付けられる。プラテン14はウエハ20を支持しウエハ20へ電気的接続を与える。ひとつの実施例において、プラテンはウエハ20を支持するための電気的に導体の面を有する。他の実施例において、プラテンはウエハ20への電気的接続のための導体ピンを含んでもよい。
【００２１】
アノード24はプラテン（カソード）14と離隔されてチャンバ10内に配置される。アノード24は矢印26で示される方向にプラテン14に対して垂直に移動可能である。典型的に、アノード24はチャンバ10の電気的に導体の壁へ接続され、その両方は接地されている。
【００２２】
したがって、カソード14及びウエハ20は高電圧パルス生成器30へ接続される。典型的に、パルス生成器30は、約100から10,000ボルトの範囲で、約1から100マイクロ秒の時間間隔のパルスを約50Hzから5KHzのパルス繰り返し率で与える。これらのパルスパラメータは例としてのみ与えられ、他の値が発明の態様の範囲内で利用され得ることが理解されよう。
【００２３】
チャンバ10の密閉体積12は制御可能バルブ32を通じて真空ポンプ34に結合される。ガスソース36は質量流量制御器38を通じてチャンバ10へ結合される。チャンバ10内に配置された圧力センサ44はチャンバ圧力を示す信号を制御器46へ与える。制御器46は感知されたチャンバ圧力をインプットされた所望の圧力と比較し制御信号をバルブ32へ与える。制御信号はチャンバ圧力と所望の圧力との間の差を最小化するためにバルブ32を制御する。真空ポンプ34、バルブ32、圧力センサ44及び制御器46は閉ループ圧力制御装置を構成する。典型的に、圧力は約1ミリトル(mtorr)から約500mtorrの範囲で制御されるが、この範囲に限定されない。ガスソース36は被処理体中への注入用の所望のドーパントを含むイオン性ガスを供給する。イオン性ガスの例として、BF3、N2、Ar、PF5、及びB2H6が含まれる。これらのガスは例としてのみ与えられ発明の態様の範囲内で他のガスが利用され得ることが理解されよう。質量流量制御器38はガスがチャンバ10に供給されるところの速度を調整する。図１に示される構成は一定のガス流量及び一定の圧力で処理ガスの連続流を与える。好適には圧力及びガス流量は反復可能な結果を与えるべく調整される。
【００２４】
動作中、ウエハ20はプラテン14上に載置される。その後、圧力制御システム、質量流量制御器38及びガスソース36がチャンバ10内に所望の圧力及びガス流量を生成するよう設定される。例として、チャンバ10は10mtorrの圧力でBF3ガスによって動作する。パルス生成器30はウエハ20に連続の高電圧パルスを印加し、ウエハ20とアノード24との間にプラズマ40を形成する。技術的に周知のように、プラズマ40はガスソース36からのイオン性ガスの正イオンを含む。さらにプラズマ40はプラテン14付近のプラズマシース42を含む。高電圧パルス中にアノード24とプラテン14との間に存在する電場はプラズマ40からプラズマシース42を横切ってプラテン14方向へ正イオンを加速する。プラテン14及びウエハ20上へのイオン衝突によって生成される二次電子は、シース42を横切ってプラズマ中に逆に加速される。加速されたイオンは不純物材料の領域を形成するべくウエハ20内に注入される。パルス電圧はウエハ20内に所望の深さまで正イオンを注入するべく選択される。パルスの数及びパルス間隔はウエハ20内へ所望のドーズ量の不純物材料（正イオン）を与えるよう選択される。パルス当りの電流はパルス電圧、ガス圧力及びガス種並びに電極の位置の関数である。例えば、カソードからアノードまでの間隔は異なる電圧に対して調節される。
【００２５】
プラズマドーピング装置において、パルス電流はウエハに分配されるイオン電流を示すパルス電流信号を与えるべく測定される。
【００２６】
プラズマドーピング装置を流れるパルス電流は、イオン電流、二次電子電流及び変位電流の和である。発明の態様にしたがって、パルス電流の変位電流成分を表す補償信号が生成される。補償信号はウエハに分配されるイオン電流を表すイオン電流信号を与えるべくパルス電流信号から減算される。
【００２７】
ひとつの実施例において、本発明は一次キャパシタを構成するチャンバ壁を含むアノード及びカソードのプラズマ装置電極と同じ若しくはほぼ同じ容量を好適に有する二次キャパシタを使用する。同じ若しくは類似の電圧パルスを二次キャパシタへ印加することによって、一次キャパシタ内の一次変位電流と同じ若しくは非常に近い二次変位電流が生成される。上記したように、一次電流はイオン電流、二次電子電流及び一次変位電流の和である。したがって、一次電流から二次変位電流（実質的に一次変位電流と等しい）を減算することにより、イオン電流及び二次電子電流の正確な測定が得られる。本発明のひとつの実施例において、二次キャパシタはプラズマ装置の容量と一致するよう変化する可変キャパシタである。
【００２８】
図１に示されるように、プラズマドーピング装置のアノード24及びチャンバ壁10から成る完全なアノード構造物及びプラテン（カソード）14は一次キャパシタC1を構成すると考えられる。好適には二次キャパシタC2は一次キャパシタC1の容量と同じ若しくは類似の容量を有するよう選択される。効果的に、一次キャパシタC1及び二次キャパシタC2は並列に接続される。この回路は図２に示されている。見てのとおり、パルスソース30からの高電圧パルスはキャパシタC1及びC2の両方に印加される。
【００２９】
一次キャパシタC1を流れる電流を測定しこの測定値をドーズプロセッサ70へ出力するべく第１電流測定デバイス60が与えられる。二次キャパシタC2を流れる電流を測定するべく第２電流測定デバイス62が与えられる。電流測定デバイス62の出力もまたドーズプロセッサ70へ与えられる。
【００３０】
電流測定デバイス60、62は同じタイプのデバイス若しくは異なるタイプのデバイスである。ひとつの好適実施例において、パルスの間に各キャパシタを流れる電流を測定するためにピアソンコイルが使用される。しかし、現在多くの異なるタイプの電流測定デバイスが利用可能である。これらのデバイスのいずれかひとつが電流を測定するために使用される。
【００３１】
動作中、パルスが２つのキャパシタに印加される際、一次電流IC1が一次キャパシタC1内に生成され、一次電流IC1の一次変位電流成分と実質的に同一若しくは少なくとも非常に近似する二次変位電流IC2が二次キャパシタC2内に生成される。二次変位電流を一次電流から減算することにより、イオン電流及びターゲットに分配されている二次電子電流から正確な測定が得られる。これらの電流の正確な測定はより良いプロセス制御及び反復性を生じさせる。
【００３２】
図３に示されるような本発明のひとつの実施例において、電流測定デバイス60は第１ピアソンコイル64'であり、電流測定デバイス62は第２ピアソンコイル64''である。第１ピアソンコイル64'の出力は電流信号プロセッサ66の第１入力Aに与えられる。第２ピアソンコイル64''の出力は電流信号プロセッサ66の第２入力Bに与えられる。電流信号プロセッサ66の出力67は一次キャパシタC1を流れる測定電流マイナス二次キャパシタC2を流れる測定電流を表す。結果として、変位電流は一次電流測定値から除去された。
【００３３】
当業者は電流信号プロセッサ66として機能する多くのデバイス及び回路が存在することを知る。例えば、動作アンプを使用する回路がアナログ差信号を与えるために実施されてもよい。あらゆる必要な信号条件づけ機能が使用されてもよい。さらに、電流信号プロセッサ66は、信号IC1及びIC2がアナログからデジタル形式に変換され、その後デジタルドメインで減算が実行されるところのデジタル装置である。
【００３４】
一次キャパシタC1内の電流から二次キャパシタC2内の電流を減算する電流信号プロセッサ66の機能は、プロセッサ66若しくはドーズプロセッサ70（図１）のいずれかによって実行される。
【００３５】
図４に示されるような本発明の他の実施例において、一次キャパシタを流れる一次電流IC1及び二次キャパシタを流れる二次電流IC2を測定するため及び一次電流マイナス二次電流を表す信号をドーズプロセッサに出力するために単一の電流測定値デバイス68が利用される。図４に示されるように、デバイス68は電流IC1及びIC2がそこを通過するように構成される。
【００３６】
電流測定値デバイス68は図５に示されるような単一のピアソンコイル64から成る。図示されるように、一次電流IC1を一次キャパシタC1へ運ぶ配線は第１方向へ（左から右へ）ピアソンコイル64を通過する。二次電流IC2を二次キャパシタC2へ運ぶ配線は、二次電流IC2が一次電流IC1と反対方向へピアソンコイル64を通過するように第２の方向へ（右から左へ）ピアソンコイル64を通過する。したがって、ピアソンコイル64の出力は一次電流と二次電流との差（IC1−IC2）である。
【００３７】
上記したように、好適には、二次キャパシタC2は一次キャパシタC1と同じ容量を有するように選択される。有利にもっとフレキシビリティを与えるために、二次キャパシタC2は可変キャパシタであってもよい。図６に示されるように、本発明の略示図において、二次キャパシタは可変キャパシタC2'と置換された。キャパシタC2'の容量は以下に説明するように一次キャパシタC1と同じになるよう調節される。これにより一次キャパシタC1の容量が変化するとき微調整能力だけでなくフレキシビリティもまた与えられる。
【００３８】
電流を二次キャパシタC2、C2'へ運ぶ配線上のリンギング及びノイズを最小化するために、当業者に周知のあらゆる数の異なるノイズ削減技術が適用される。容量、インダクタ、ハイパス、バンドパス、ローパスフィルタ及び／またはひとつ若しくはそれ以上のレジスタのような部品が使用されてもよい。信号品質を改良するためにこれらの部品を選択するためのパラメータは、固定若しくは可変である抵抗、容量、インダクタンス、周波数範囲及び周波数応答特性を選択することを含む。
【００３９】
図７に示されるようなひとつの例において、レジスタR2は第２キャパシタC2'と直列に接続され、直列接続されたレジスタR2及び二次キャパシタC2'はレジスタR3と直列の一次キャパシタC1と並列に接続される。図７に示された略示図は可変キャパシタC2'の使用を表すが、固定キャパシタC2が使用されるところの上記実施例においてはレジスタが与えられる。さらに、レジスタR1は高電圧パルスソース30の出力と直列に与えられる。また、リンギングを最小化するよう当業者によってこれらのレジスタの特定の値が選択される。さらにまた、可変レジスタ（図示せず）が可変キャパシタC2'の容量値を調節するのと同様に抵抗値を調節するために使用される。当業者はレジスタ及びキャパシタC2、C2'は実施に対して適正な電圧及び電力定格を有するよう選択されなければならないことを知る。
【００４０】
IC1及びIC2の信号品質を改良するために為された測定は二次キャパシタC2上の電圧VC2と異なる電圧VC1を一次キャパシタC1上に生じさせることに注意すべきである。これはキャパシタC1及びキャパシタC2内に異なる変位電流を生じさせる。したがって、当業者に周知のようにこの電位差は電流信号プロセッサ66内若しくは他の方法によって補償されなければならない。
【００４１】
図１２に示されるような本発明の他の実施例において、同期化装置120によってソース30と同期化された第２高電圧パルスソース30'が、電圧振幅に関して一次キャパシタC1に印加されたパルスと実質的に同じパルス幅、立上り端タイミング及び立下り端タイミングであるパルスをキャパシタC2へ印加するべく使用される。高電圧パルスソース30は一次キャパシタC1に接続される。第２高電圧パルスソース30'は、高電圧パルスソース30のパルス出力と本質的に同じで同期したパルスを一次キャパシタC1と実質的に同じ容量値を有する二次キャパシタC2へ出力する。２つのキャパシタC1、C2内の電流の測定及びその後の変位電流の減算が上記されたように実行される。また、可変キャパシタ及びノイズ削減技術がこの実施例に応用され得る。
【００４２】
本発明の上記説明において、二次キャパシタC2の容量は一次キャパシタC1の容量に一致される。プラズマドーピング装置内の一次キャパシタC1の容量を測定することは可能であるが、プロセスに固有の多くの変数が存在するためこの容量を測定すること及び二次キャパシタを測定容量に調節することは困難である。
【００４３】
二次キャパシタC2を一次容量C1と実質的に同じ値に設定するための発明者に知られたひとつの方法は装置を調整することである。調整は装置内に与えられるプラズマとともに若しくは与えられているプラズマ無しで生じる。
【００４４】
プラズマの存在するプラズマドーピング装置の調整の例がこれから説明される。チャンバ内の圧力は500Hzのパルス周波数及び20μsのパルス間隔を有するプラズマをサポートするのに十分なように設定される。図８Aに示されるように、波形80はほぼ20μsの間隔を有するほぼ2.5kVの電圧パルスを表す。もし二次キャパシタが決まった場所に無ければ、装置を流れる測定電流は図８Bの波形82によって示される。見てのとおり、電流波形82はパルスの前縁及び後縁端に変位電流82a及び82bを含む。
【００４５】
装置を調整するために、二次キャパシタC2は一次キャパシタC1と並列に接続される。好適には、可変キャパシタC2'が使用される。その後、装置は一次キャパシタC1を流れる一次電流マイナス二次キャパシタC2を流れる二次電流を表示するよう構成される。図９Aに示されるように、前と同様に電圧パルス80が表示される。IC1−IC2を表す電流パルス波形84が図９Bに示される。二次キャパシタC2'は波形84で観測される変位電流を減少させるよう調節される。波形84で観測された変位電流がゼロ若しくはゼロ付近まで減少されるとき、本発明に従う装置は二次キャパシタC2'が一次キャパシタC1と実質的に同じ容量値を有するように調整されている。発明者による試験運転において、実験室用プラズマドーピング装置に対して要求値はほぼ68ピコファラッドであった。
【００４６】
プラズマが存在しないプラズマ処理装置を調整する際には同様の手法が応用される。特定的に、図１１Aで示されるような波形80によって表される電圧パルスが印加される。この装置内にはプラズマが存在しないので、もし二次キャパシタが適所に無ければ図１１Bの波形82'で示されるように測定電流は変位電流を含むがイオン電流若しくは二次電子電流を含まない。二次キャパシタC2は図１１Cで示されるように、IC1−IC2を表す波形84'で観測される変位電流を減少させるように調節される。波形84'によって示されるように観測変位電流がゼロ若しくはほぼゼロに減少されるとき、装置は二次キャパシタC2'を一次キャパシタC1と実質的に同じ容量値を有するように設定することによって調整されている。
【００４７】
前記は測定電流から変位電流を除去するために装置を調整若しくはキャリブレーションするための方法を与える。可変キャパシタを使用することに加えシステムを調整するための多くの異なる方法が存在することは当業者の知るところである。例えば、二次キャパシタの全容量を変化させるために複数のキャパシタが並列及び／または直列に接続されてもよい。
【００４８】
発明者は変位電流波形を観測し、変位電流が最小化されるまで二次キャパシタ値を手動で調節することによって二次キャパシタC2を調整した。この調整作業はパルスソース及び二次キャパシタの値を制御するためのコンピュータ及び信号処理装置の制御のもとで実行されることが知られている。そのようなコンピュータのプログラミング及び必要な部品の配置は当業者の能力の範囲内にあり、本発明の態様内に含まれる。また、同じ結果を得るためにアナログ回路が構成される場合には、コンピュータは必ずしも必要ではない。
【００４９】
上記したように、イオン電流プラス二次電子電流を表す電気信号がドーズプロセッサ70に供給される。ひとつの実施例において、各電流測定デバイス60、62からの電流はチャンバ10の外部に配置されたドーズプロセッサ70に直接供給される。その後、ドーズプロセッサは減算作業を実行する。他の実施例において、電流の減算はドーズプロセッサ70の外部で実行される。
【００５０】
ウエハ20に分配される総イオンドーズ量は注入の時間にわたって積分されたある瞬間のイオン電流である。ドーズプロセッサ構成はビームラインイオン注入装置と関連して知られている。上記実施例はドーピングチャンバ10の外部で一次電流を測定するが、一次電流はチャンバ内で測定されてもよい。ここに参考文献として組み込む"プラズマドーピング装置用のドーズモニター"と題する1998年8月3日に出願された出願中の通常に譲渡された米国特許出願第09/128,370号には、ターゲットに分配されるイオン電流を測定するためにひとつ若しくはそれ以上のファラディカップが配置されている。
【００５１】
図１０に示されるように、ファラディカップ150、152がウエハの周辺の回りに配置される。各ファラディカップはプラズマ40に面した入口160を有する導体エンクロージャから成る。好適には、各ファラディカップはウエハ20に実施上近く配置され、プラズマ40からプラテン14方向へ加速される正イオンのサンプルを遮る。各ファラディカップ150、152は高電圧パルスソース30の出力に接続される。
【００５２】
入口160を通じて各ファラディカップに入射した正イオンはファラディカップに接続された電気回路内に電流を生成する。電流は単位時間あたりに受け取った正イオンの数若しくはイオン電流を示す。ファラディカップ150、152によって受け取られたイオン電流は単位時間あたりにウエハ20内に注入されるイオンの数に固定された関係を有すると仮定されている。プラズマ40の均一性及びプラテン14方向へのイオン加速の均一性に依存して、各ファラディカップによって受け取られた単位面積あたりのイオン電流はウエハ20内に注入された単位面積あたりのイオン電流と実質的に等しいか若しくは固定された一部である。この電流は電流測定値をドーズプロセッサ70に与える電流測定デバイス62-1、62-2によって測定される。各ファラディカップの電流出力はウエハ20内に注入されるイオン電流を表すため、ファラディカップ150、152及び電流測定デバイス62-1、62-2はウエハ20内に注入されるイオンドーズ量若しくは電流の測定を与える。図１０のパルス装置において、ファラディカップ150、152の電流出力は上記したような変位電流成分を含む。
【００５３】
ドーズプロセッサ70は二次キャパシタC2内の二次電流の測定と一緒に電流測定デバイス62-1、62-2からの出力を受信する。変形的に、電流測定デバイス62-1、62-2は電流測定及び減算がドーズプロセッサ70内で実行されるところのドーズプロセッサ内に組み込まれてもよい。
【００５４】
上記実施例において、二次キャパシタC2はアノード24及びカソード14によって画成された一次キャパシタC1と同じ容量を有するように設定された。図１０の実施例において、二次キャパシタC2はファラディカップの総容量と同じ容量を有するように設定される。二次キャパシタC2は測定電流がキャパシタC2に分配される電流のみを表すことを保証するために個別にパルスソース30へ接続される。
【００５５】
ファラディカップの容量と同じ値に二次キャパシタを設定するためのプロセスは上記した装置の調整と類似する。上記したように、この調整はプラズマの存在若しくは不存在のもとで実行される。さらに、あらゆる必要なノイズ削減技術が測定中の信号に適用される。
ファラディカップは比較的小さい装置なので、それらの容量はアノード及びカソードの容量より小さい傾向にある。しかし、ファラディカップの容量のk倍の大きさを有する二次容量が使用されることが可能である。ファラディカップによって測定された電流からの変位電流の除去はこのファクタkを勘定に入れなければならないことを当業者は理解するであろう。例えば、もし二次キャパシタC2がファラディカップの容量のk倍であれば、キャパシタC2からの信号はファクタkだけ減少する。このアプローチはファラディカップの容量値がわかっていることが必要である。
【００５６】
さらに他の実施例において、一次キャパシタの容量値が決定され、それに印加される電圧パルスを有する一次キャパシタを流れる変位電流は技術的に周知の回路シミュレーションプログラムを使ってシミュレーションされる。電圧パルスに同期化されシミュレーションされた変位電流は動作中のプラズマ処理装置内で実際の電流測定値から減算される。そのような計算はコンピュータベースの信号処理システムにおいて簡単に実行される。
【００５７】
図１３に示されるような実施例において、デバイス64からの測定及びパルス同期化信号がシミュレーション装置130に与えられる。装置130は電流測定信号を変換しかつデジタル出力を信号プロセッサ136へ与えるためのアナログ-デジタルコンバータ(ADC)132を含む。変位電流シミュレータ134はパルスソース30からのパルスと同期した変位電流成分のデジタル表現を信号プロセッサ136に出力するようプログラムされる。信号プロセッサ136は正確なイオン電流測定値を与えるべくADC132の出力から変位電流シミュレータ134の出力を減算する。
【００５８】
図１３に示される装置の変形は本発明の態様の範囲内に含まれる。変位電流のアナログシミュレーションが電流のアナログ測定から減算され得る。シミュレーションされたアナログ変位電流はアナログ-デジタルコンバータを駆動するコンピュータベースのシミュレーションプログラムによって生成され、または変位電流の表現を出力するよう構成された回路によって信号が生成される。これらの実施のすべては当業者の専門知識の範囲内である。シミュレーションされた変位電流の使用により二次キャパシタC2が必要でなくなりその結果装置が単純化され、正確な電流測定値が与えられる。
【００５９】
発明はプラテン14とアノード24との間に高電圧パルスを印加すると同時にプラズマが形成されるところのプラズマドーピング装置に関連して説明されてきた。本発明はまたアノードとカソードとの間の領域内にプラズマが連続的に存在し、高電圧パルスを印加することによってイオンがカソード方向へ加速されるところのプラズマ浸漬装置内でも利用可能である。
【００６０】
図１の構成において、アノード24はチャンバ10から分離されているが電気的に接続されている。他の構成において、プラズマドーピングチャンバ10の導体壁はアノードとして機能し、個別のアノードは利用されない。
【００６１】
発明の現在考えられる好適実施例が示されかつ説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が為され得ることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の第１実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【図２】  図２は、図１のプラズマドーピング装置の単純化された略示図である。
【図３】  図３は、本発明の第１の実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【図４】  図４は、本発明の第２の実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【図５】  図５は、本発明の第２の実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【図６】  図６は、本発明の第３の実施例の単純化された略示図である。
【図７】  図７は、本発明の第４の実施例の単純化された略示図である。
【図８】  図８A及び８Bは、プラズマを有する従来のプラズマドーピング装置を流れる電圧パルス及び電流を時間の関数として示したグラフである。
【図９】  図９A及び９Bは、本発明に従うプラズマを有する装置を調整する際の電圧パルス及び電流を時間の関数として示したグラフである。
【図１０】  図１０は、本発明の第４の実施例に従うプラズマドーピングシステムのブロック図である。
【図１１】  図１１A、１１B及び１１Cは、本発明に従うプラズマを有しない装置を調整する際に電圧パルス及び電流を時間の関数として示したグラフである。
【図１２】  図１２は、本発明の第６の実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【図１３】  図１３は、本発明の第７の実施例に従うプラズマドーピング装置のブロック図である。
【符号の説明】
10    プラズマドーピングチャンバ
14    プラテン
20    半導体ウエハ
24    アノード
30    高電圧パルスソース
64'    第1ピアソンコイル
64''    第2ピアソンコイル
66    電流信号プロセッサ
67    出力
【図１】
0004817574.tif 000002
【図２】
0004817574.tif 000003
【図３】
0004817574.tif 000004
【図４】
0004817574.tif 000005
【図５】
0004817574.tif 000006
【図６】
0004817574.tif 000007
【図７】
0004817574.tif 000008
【図８】
0004817574.tif 000009
【図９】
0004817574.tif 000010
【図１０】
0004817574.tif 000011
【図１１】
0004817574.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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