(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数でイオンビームの複数のビーム電流測定を実行するための検出器システムと、
前記複数のビーム電流測定に基づいて、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の前記イオンビームのビーム電流変動に対応する、前記イオンビームの変動を決定する分析部と、
前記分析部の出力に応じて調整すべきパラメータを決定し、前記変動を低減する調整部と、を備え、
前記分析部及び前記調整部は、前記イオンビームがイオン注入機で発生する間、前記イオンビームの前記変動を閾値より下に動的に低減する、
イオン注入機のイオンビームを制御するシステム。
【請求項２】
前記分析部は、
前記複数のビーム電流測定の離散フーリエ変換に基づいて周波数領域パワースペクトルを生成し、
前記周波数領域パワースペクトルで特定される周波数領域ピークに基づいて前記イオンビームの前記変動を決定する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記分析部は、
前記周波数領域パワースペクトルの全パワーに対する、前記周波数領域ピークに含まれるパワーの比率に等しい、前記周波数領域ピークの性能指数（figure of merit (FOM)）を計算し、
前記周波数領域ピークの前記ＦＯＭを閾値と比較し、
前記周波数領域ピークの前記ＦＯＭが前記閾値を超える場合、前記イオン注入機の調整用のパラメータにフラグを立てる、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器システムは、
前記イオン注入機内の第１の位置に配置され、ビーム電流を検出して前記複数のビーム電流測定を実行する電流検出器と、
前記電流検出器の上流に配置されるブロック部と、を備え、
前記ブロック部は、
前記イオンビームのサイズ及び前記イオンビームのビーム位置が、それぞれのビームサイズ限度及びビーム位置限度内にある場合、全ての前記イオンビームを伝達し、
前記イオンビームの前記サイズが前記ビームサイズ限度を超える場合、又は前記イオンビームの前記ビーム位置が、前記ビーム位置限度を超える場合、前記イオンビームの一部を遮る、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ブロック部に前記イオンビームを向けるように構成されるビームステアリングコントローラをさらに備える、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の周波数は、１６Ｈｚよりも大きい、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
サンプリング実行、前記イオンビームの前記変動の前記決定、及びビーム調整は、一体となってビーム調整ループを構成し、
前記システムは、前記イオンビームの前記変動が閾値よりも小さくなるまで前記ビーム調整ループを実行する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記分析部は、所定数のビーム調整ループ後に、前記イオンビームの前記変動が閾値を超える場合、イオン注入過程を終了する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
イオンビームを発生するイオン源と、
第１の周波数で前記イオンビームの複数のビーム電流測定を実行するための検出器システムと、
命令を備える少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体を有するコントローラと、を備え、
前記命令が実行された場合、前記コントローラは、
前記複数のビーム電流測定に基づいて、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の前記イオンビームのビーム電流変動に対応する、前記イオンビームの変動を決定し、決定された前記変動に応じて調整すべきパラメータを決定し、
前記イオンビームの前記変動が閾値を上回る場合、イオン注入機の前記パラメータの調整を実行するための信号を生成する、
イオン注入機。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体は命令を備え、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、
前記複数のビーム電流測定から、ビーム電流強度の離散フーリエ変換に基づいて周波数領域パワースペクトルを生成し、
前記周波数領域パワースペクトルで特定される周波数領域ピークに基づいて前記イオンビームの前記変動を決定する、
請求項９に記載のイオン注入機。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体は命令を備え、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、
前記周波数領域ピークのパワーに基づいて、前記周波数領域ピークの性能指数（figure of merit (FOM)）を計算し、
特定された前記周波数領域ピークの前記性能指数を閾値と比較し、
検出された前記周波数領域ピークの前記性能指数が前記閾値を超える場合、ビーム調整部に命令して前記調整を実行する、
請求項１０に記載のイオン注入機。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体は命令を備え、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、前記検出器システムのブロック部に前記イオンビームを向け、
前記ブロック部は、
前記検出器システムの電流検出器の上流に配置され、
ビームサイズ及びビーム位置が、それぞれのビームサイズ限度及びビーム位置限度内にある場合、全ての前記イオンビームを伝達し、
前記ビームサイズ及び／又は前記ビーム位置が、それぞれの前記ビームサイズ限度及び／又はビーム位置限度を超える場合、前記イオンビームの一部を遮る、
請求項１０に記載のイオン注入機。
【請求項１３】
前記第１の周波数は、１６Ｈｚよりも大きい、
請求項１０に記載のイオン注入機。
【請求項１４】
サンプリング実行を実行すること及び前記パラメータの前記調整を実行することは、ビーム調整ループを構成し、前記少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体は命令を備え、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、前記イオンビームの前記変動が閾値よりも小さくなるまで付加的なビーム調整ループを指示する、
請求項１０に記載のイオン注入機。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体は命令を備え、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、所定数のビーム調整ループ後に、前記イオンビームの前記変動が閾値を超える場合に、イオン注入過程を終了するための信号を送信する、
請求項９に記載のイオン注入機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年５月３日に出願された米国特許仮出願６１／８１９，０８０の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、イオン注入装置、より具体的には、イオン注入装置におけるイオンビームの均一性制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体エレクトロニクス、太陽電池、及び他のテクノロジーにおける現代の製造は、シリコン及び他の種類の基板をドーピング又は他の改良を行うために、イオン注入機システムに依存している。典型的なイオン注入機システムは、イオンビームを発生し基板にそれを向けることでドーピングを行い、イオンはその表面下で停止する。多くの応用では、スポットビーム又はリボンビームのような、定まった形状及びイオンビーム面積を有するイオンビームが、基板にわたって走査され、イオンビーム領域よりも広範な基板領域に種を注入する。あるいは、基板が静的ビームに対して走査され、又は、基板とビームの両方が互いに対して走査される。これらの任意の状況における多くの応用では、基板がその大部分にわたり均一に注入される必要がある。
【０００４】
イオンビームがもたらす１つのタイプの不均一性は、「マイクロ不均一性（micrononuniformity）」と名付けられ、基板上のイオンドーズ量を変化させる規則的なパターンとして現れる。そのようなパターンは、例えば、基板を特定の方向に走査する時に観測されるイオンドーズ量の変化のストライプとして現れる。例えば、基板が走査される間、イオンビームがビーム電流の周期的な変動を示す場合、その結果として、低イオンドーズ量領域と交互に高イオンドーズ量領域を構成するマイクロ不均一性のパターンが生じる。そのようなビーム電流の周期的な変動は、イオン注入機内の異なる要因により発生する。例えば、レンズのようなビーム加工部内の振動といった機械的要因は、ビーム電流の揺らぎ（変調）を誘発する。特に、静電部、磁気部、又は機械部のようなビームライン部内の揺らぎは、基板でイオンビーム強度の変化を引き起こす。いくつかのケースでは、イオンビームがビームラインを通って伝搬する時、ビーム位置、ビームサイズ、及び／又はビーム広がり、並びに方向が揺らぐ。
【０００５】
さらに、ビーム電流の周期的な変動と関連する周波数は、所定の基板の走査速度に対してビーム電流変動を「平均化する」ために要求される周波数よりも相対的に低いことが多い。所定の方向に沿って一般的に用いられる基板の走査速度に対して、イオンビームの断面寸法が非常に小さいことが多く、そのようなビーム電流変動を平均化できない。これにより、走査の間、基板上に生成されるマイクロ不均一性のストライプ状のパターンが生じる。
【０００６】
他の不均一性は、「ホットスポット」のようなイオンビーム内のイオンビーム電流密度の急な変化にも関連付けられる、イオンビーム特性の高頻度な変動に起因する。典型的には、そのような不均一性は基板が加工される後まで検出されない。さらに、所定の応用の要求によっては、コンマ数パーセントかさらに低いイオンドーズ量の不均一性でさえも容認できない。従って、未検出のマイクロ不均一性によって、使用不可能な製品を意図せず製造する可能性がある。本改良が必要とされるのは、これら及び他の検討に関してである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態は、イオンビームを制御するための装置及び方法に関する。１つの実施形態では、イオン注入機のイオンビームを制御するシステムは、第１の周波数で前記イオンビームの複数のビーム電流測定を検出するための検出器システムと、前記複数のビーム電流測定に基づいて、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の前記イオンビームのビーム電流変動に対応する、前記イオンビームの変動を決定する分析部と、を有する。前記システムはまた、前記分析部の出力に応じて前記イオンビームを調整して前記変動を低減する調整部も有し、前記分析部及び前記調整部は、前記イオンビームが前記イオン注入機で発生する間、前記イオンビームの前記変動を閾値より下に動的に低減するように構成される。
【０００８】
他の実施形態では、イオン注入機は、イオンビームを発生するイオン源と、第１の周波数で前記イオンビームの複数のビーム電流測定を検出するための検出器システムと、を有する。前記イオン注入機はまた、命令を備える少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体を有するコントローラも有し、前記命令が実行された場合、前記コントローラは、前記複数のビーム電流測定に基づいて、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の前記イオンビームのビーム電流変動に対応する、前記イオンビームの変動を決定し、前記イオンビーム変動が閾値を上回る場合、前記イオン注入機のパラメータの調整を実行するための信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】例示的なイオン注入機を示す。
【図１Ｂ】例示的な制御システムを示す。
【図２】本実施形態に沿った制御システムを用いた基板加工の結果を表す平面図を示す。
【図３Ａ】第１の例示的なフーリエ変換スペクトルを示す。
【図３Ｂ】第２の例示的なフーリエ変換スペクトルを示す。
【図４Ａ】イオンビームがアパーチャーを通るように向けられるシナリオ、及びイオンビーム位置及び／又はイオンビームサイズの変調を検出するための検出器配置を示す。
【図４Ｂ】図４Ａの配置によって生成された例示的なビーム電流曲線を示す。
【図５Ａ】イオンビームがアパーチャーを通るように向けられる他のシナリオ、及びイオンビーム位置及び／又はイオンビームサイズの変調を検出するための検出器配置を示す。
【図５Ｂ】イオンビームがアパーチャーを通るように向けられる他のシナリオ、及びイオンビーム位置及び／又はイオンビームサイズの変調を検出するための検出器配置を示す。
【図５Ｃ】図５Ａ及び５Ｂに示したシナリオによって生成された例示的なイオンビーム電流曲線を示す。
【図６】第１の例示的なロジックフローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで述べる実施形態は、イオン注入機でイオンビームを処理又は制御するための装置及び方法を提供する。イオン注入機の例は、ビームラインイオン注入機を含む。本実施形態に包含されるイオン注入機は、スポットの一般的な形状を有する断面となる「スポットイオンビーム」を発生するイオン注入機及び細長い断面を有する「リボンイオンビーム」又は「リボンビーム」を発生するイオン注入機を含む。本実施形態では、システムは、イオン注入機のイオンビーム均一性を動的に制御するために提供される。システムは、イオンビームのイオンビーム電流を測定又はサンプルするために用いる検出器（又は検出器システム）と、サンプルされたイオンビーム電流に基づいてイオンビームの不均一性を決定する分析部と、決定された不均一性によりイオン注入機のパラメータを調整する調整部とを有する。イオン注入機に対する調整は、動的な手法で実行される。すなわち、イオンビームがイオン注入機を通って導かれ、測定される間、イオンビーム特性を制御するパラメータは、動的に調整される。この過程は閉ループで実行され、不均一性が閾値を下回ったことをサンプルされたイオンビーム電流が示すまで、イオン注入装置の１つ以上のパラメータの調整を通じてイオンビーム特性を調整するよう繰り返し試みる。
【００１１】
従って、本実施形態は、半導体ウエハのような基板に生成されるマイクロ不均一性に対する潜在的な原因をリアルタイムに検出する。これにより、基板加工の完了後にマイクロ不均一性を検出する現在のアプローチよりも利点があり、この利点は、完全なデバイスが一束以上の基板で製造された後か、又は注入過程が完了して拡張オフライン測定が行われた後にもたらされる。基板のマイクロ不均一性パターンを生成する要因である、イオン注入機内の条件をリアルタイムに検出することは、イオンビームを調整又は「チューニング」するための自動閉ループ制御を容易にする。これは、より最適なセットアップ過程及び／又は性能をもたらし、イオン注入機の様々なハードウェア部を用いて、予防保全操作後の不適当な再構築を含む問題を容易に検出する。
【００１２】
図１Ａは、イオン注入機のハードウェア又は構成部を動的に調整するために使用する制御システム１０４を有するビームラインイオン注入機１０２を示す。当業者は、図１のイオン注入機がビームラインイオン注入機であり、ここでそのように読み替えてもよいことを認識するであろう。ビームラインイオン注入機１０２は、イオン源１０６、磁気アナライザー１０８、コレクターマグネット１１２、及び基板ステージ１１４を含む様々な従来の構成部を有する。様々な実施形態では、ビームラインイオン注入機１０２は、スポットタイプイオンビーム又はリボンビームのようなイオンビーム１１８を発生させる。ビームラインイオン注入機１０２は、イオン源１０６から基板１１６まで伝搬する間に、イオンビーム１１８を整形、フォーカス、加速、減速、及び曲げることができる、様々な付加的なビーム加工部を有する。例えば、スキャナー１１０は、基板１１６に対してイオンビーム１１８を走査するために提供される。
【００１３】
イオン注入機は、いくつかの実施形態ではファラデー検出器である、１つ以上のイオン電流検出器、検出器１２０も有する。検出器１２０は、ビームラインイオン注入機１０２内の様々な位置に配置され、様々な実施形態では静的又は可動的である。ある注入機光学要素に電力を供給する基幹電源の電流出力もモニターされる。すなわち、電源は、「検出器」としての役割も果たす。図１Ｂでさらに示すとおり、検出器１２０は、制御システム１０４の一部を形成し、ビームラインイオン注入機１０２の１つ以上のパラメータを動的に調整することでイオンビーム１１８の変動を低減する。調整されたパラメータは、図１Ａに示した構成部に加えて、フォーカス要素、イオンビームレンズ、可動アパーチャー、ビームステアリング部のような任意のイオンビーム加工要素を含むビームラインイオン注入機１０２の１つ以上の構成部と関連付けられる。実施形態は、この面に限定されない。
【００１４】
ここで、図１Ｂに移って、様々な実施形態に沿った制御システム１０４の詳細を示す。以下で詳説するとおり、制御システムは一般的に検出器を有し、検出器は、それぞれ１つ以上の段階でイオンビームのビーム電流測定を１つ以上実行するよう構成される。制御システムは、１つ以上のビーム電流測定に基づきイオンビームによってもたらされるイオンビーム変動を決定するために用いる分析部１２４も有する。イオンビーム変動とは、規則的な頻度で起こるイオンビーム（電流）変調（揺らぎ）である。イオンビーム変動は、イオンビームサイズの変調及び／又はイオンビーム位置の変調を含む。特定の実施形態では、イオンビーム変動は、ウエハ面でのビーム位置の変調（揺らぎ）でもある。あるいは、イオンビーム変動は、ビーム電流の鋭い勾配若しくは「ホットスポット」、及び／又はビーム高さの変化である。制御システムは、イオン注入機のパラメータを調整する調整部も有し、検出されたイオンビーム変動を低減する。制御システム１０４、特に、分析部及びビーム調整部は、イオンビームがイオン注入装置で発生する間、イオンビーム変動を動的に低減するよう構成される。
【００１５】
示した実施形態では、制御システム１０４は、イオンビーム電流及びビーム電流の変動を測定及び決定するために、イオンビーム１１８のビーム部分１１８Ａを受信し、ビーム電流の決定された変動に基づいて適切にビームラインイオン注入機１０２のパラメータを調整するように構成される。制御システム１０４は、１つ以上の検出器１２０、ビームステアリングコントローラ１２８、分析部１２４、及び調整部１２６を有する。様々な実施形態では、検出器１２０によって受信されるビーム部分１１８Ａは、全イオンビーム１１８であるか、又は全イオンビーム１１８に満たない一部のみである。
【００１６】
制御システム１０４及びその中の構成部は、様々なハードウェア要素、ソフトウェア要素、又は両方の組合せを備える。ハードウェア要素の例は、デバイス、構成部、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、回路、回路素子（例えば、トランジスタ、抵抗、コンデンサー、インダクタなど）、集積回路、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuits (ASIC)）、プログラマブルロジックデバイス（programmable logic devices (PLD)）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processors (DSP)）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array (FPGA)）、メモリ部、ロジックゲート、レジスタ、半導体デバイス、チップ、マイクロチップ、チップセットなどを含む。ソフトウェア要素の例は、ソフトウェア部、プログラム、アプリケーション、コンピュータプログラム、アプリケーションプログラム、システムプログラム、マシンプログラム、オペレーティングシステムソフトウェア、ミドルウェア、ファームウェア、ソフトウェアモジュール、ルーチン、サブルーチン、関数、メソッド、プロシージャー、ソフトウェアインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェース（application program interfaces (API)）、命令セット、計算コード、コンピュータコード、コードセグメント、コンピュータコードセグメント、ワード、数値、符号、又はそれらの任意の組合せを有する。実施形態がハードウェア要素及び／又はソフトウェア要素を用いて実装されるか否かの決定は、所定の実装に対して要求される、所望の計算レート、電力レベル、耐熱性、処理サイクルへの割当量、入力データレート、出力データレート、メモリ資源、データバス速度、及び他の設計又は性能の制約のようないくつもの要因に従って変化する。
【００１７】
以下の議論において、所定の周波数（変調周波数）までのイオンビーム変調を検出するために設計されたビーム電流サンプリング技術を用いて、イオンビーム変動（イオンビーム変調）を検出するための様々な実施形態を開示する。特に、ビーム電流サンプリングは、指定した周波数と異なる周波数で生じるイオンビーム変調を捕捉するために、指定した周波数で実行される。いくつかの実施形態では、変調周波数は、サンプリング周波数よりも小さく、特定の実施形態では、サンプリング周波数の１／２よりも小さい。そのいくつかについては以下で詳説するが、これらの状況で、ビーム電流変調のフーリエ変換分析によって特定される特徴的な周波数は、一意的である。しかしながら、他の実施形態では、変調周波数はサンプリング周波数を超える。このケースでは、ＦＴ分析により、変調周波数群に対して、同一の分析された周波数を得る。
【００１８】
イオンビーム変調を検出するために用いる操作の特定のモードでは、検出器１２０は、複数の連続した規則的な周期のような複数の段階でビーム部分１１８Ａをサンプルする。例えば、サンプリングは、１０２４Ｈｚの周波数又は他の周波数で生じる。ここで用いる「サンプル」又は「サンプリング」という言葉は、一般的に、互いに連続した一組の所定のサンプル周期にわたってイオンビームのビーム電流を測定することを指し、ビーム電流が各サンプル周期に対して記録される。サンプリングは、全イオンビーム１１８よりも小さいビーム部分１１８Ａのようなイオンビーム１１８の一部を測定するステップを含む。例えば、各サンプリング周期の間、イオンビーム１１８の一部を測定する単一の検出器又は検出器の組で検出される全検出ビーム電流は、足し合わされ、記憶される。「サンプリング周期」という言葉は、「サンプリング周波数」の逆数である。従って、１０２４Ｈｚのサンプリング周波数は、１／１０２４秒又はおよそ１ｍｓのサンプリング周期に対応する。他の実施形態では、サンプリング周波数はより低く、１６Ｈｚよりは高い任意の周波数である。
【００１９】
いくつかの例では、ファラデー検出器のアレイ内の単一のファラデー検出器は、制御システム１０４によるビームサンプリングに用いられる。制御システム１０４は、サンプリング実行時間を、いくつかの例で、コンマ数秒、数秒、数十秒の間に設定する。「サンプリング実行」という言葉は、連続する周期に対して起きる、複数のサンプリング周期にわたった複数のビーム電流測定の記録及び／又は蓄積を指す。従って、数秒の典型的なサンプリング実行時間にわたって、一連の数千サンプル測定が、およそ１ｍｓのサンプリング周期に対して実行される。
【００２０】
操作の他のモードでは、イオンビームのビーム電流は連続的に測定され、イオンビームからのビーム電流データは、連続的、断続的、又は周期的な方法で分析される。
【００２１】
以下でさらに詳説するとおり、分析部１２４は、サンプリング実行で蓄積したデータを受信し、フーリエ変換アルゴリズムのような様々な操作を用いてデータを処理する。その後、分析部１２４によるサンプリング実行の処理の結果は、ビーム調整部１２６に送り込まれ、ビーム調整部１２６は、ビームラインイオン注入機１０２の１つ以上の構成部のパラメータを調整するのに適した時、信号を送信し、イオンビーム１１８の変動を低減する。
【００２２】
制御システム１０４は、リアルタイムにイオンビーム変動を低減することができ、基板加工中のイオンビーム変動に起因する、基板にわたるイオンドーズ量のマイクロ不均一性のような潜在的な問題を防ぐか迅速に排除することができる。特に、様々な実施形態では、制御システム１０４は、時間の関数として系統的及び／又は周期的であるイオンビームのビーム電流の変動を特定し、低減又は排除するよう動作する。上述したとおり、イオンビームのビーム電流のそのような周期的な変動は、特に問題となる。その理由は、周期的な変動がマイクロ不均一性を生成し、マイクロ不均一性は、イオンビームの対象となる基板上でイオンドーズ量が変動する交互のストライプ状のようなパターンとして現れるためである。
【００２３】
図２は、ビーム電流の周期的な変動を初期に受けるイオンビームを制御システム１０４により調整した後の基板上のイオンドーズ量パターンの描写を示す。図２の例では、基板２２０は、スポットビームであるイオンビーム２１２によって加工される。図２に着目すると、示したデカルト座標系のＸ−Ｙ平面内でイオンビーム２１２にさらされる基板２２０の表面を示した平面図である。イオンビーム２１２は、基板２２０が方向２０４に垂直な方向２０６（Ｙ方向）に沿って移動する間、方向２０４（Ｘ方向）に沿って前後に走査される。このようにして、全基板２２０が、イオンビーム２１２にさらされる。イオンビーム２１２の高さは、記号Ｈによって表される。
【００２４】
制御システム１０４がない場合は、イオンビーム２１２はビーム電流の周期的な変動を受け、低イオンドーズ量ストライプと交互に高イオンドーズ量ストライプを構成するマイクロ不均一性のパターンが生じる。そのようなビーム電流の周期的な変動は、ビームラインイオン注入機１０２内の異なる要因により発生する。例えば、レンズのようなビーム加工部内の振動といった機械的要因は、ビーム電流の揺らぎ（変調）を誘発する。特に、静電部、磁気部、又は機械部のようなビームライン部内の揺らぎは、基板２２０でイオンビーム強度の変化を引き起こす。いくつかのケースでは、イオンビーム２１２がビームラインを通って伝搬する時、ビーム位置、ビームサイズ、及び／又はビーム広がり、並びに方向が揺らぐ。
【００２５】
制御システム１０４は、ビーム変動を検出することによりこの問題に対処し、調整は、基板に対して不均一なイオンドーズ量をもたらすことを回避するよう実行される。特に、様々な実施形態では、制御システム１０４は、そのようなビーム電流変調を特定し、イオン注入機のパラメータを動的に調整して、ビーム電流変調を低減又は排除するために十分なビーム電流サンプリングレートを生成するよう構成され、基板に対してより均一なイオンドーズ量をもたらす。従って、図２に示すとおり、動的に調整されたイオンビーム、すなわち、イオンビーム２１２が、基板２２０に到達する。これにより、均一なイオンドーズ量領域２１４が得られ、単位面積あたりのイオンドーズ量が基板２２０にわたって均一である。
【００２６】
先に述べたとおり、様々な実施形態では、ビーム電流サンプリングは、イオンビームの少なくとも一部を遮るファラデー検出器１２０のような検出器で実行される。サンプリング周波数又はレートを十分に高く設定することで、イオン注入機内の多くの典型的な要因によるビーム電流揺らぎを容易に検出可能である。例えば、サンプリング周波数は、異なる段階で、５１２Ｈｚ、１０２４Ｈｚ、又は２０４８Ｈｚである。実施形態は、この面に限定されない。本実施形態に沿って、検出器１２０によって登録される所定のサンプリング実行に対するビーム電流サンプリングは、時間領域で検出ビーム電流又はパワーの変動を表すデータとして記録される。１つの例では、１０Ｈｚのビーム変調が１０秒間測定され、検出ビーム電流は、最小値と最大値との間で１００回揺らぐ。
【００２７】
イオン注入機は、適切に調整されない場合にビーム電流変調をもたらす、複数の異なる構成部を有することに注意すべきである。基板は、イオン源から下流にある最も遠いポイントに位置するのが一般的であるので、任意のこれらの構成部からのイオンビーム変調に左右される。さらに、変調周波数は、異なる構成部間で変化する。従って、異なるシナリオで、ビーム電流データは、単一の変調周波数又は複数の異なる変調周波数に対応して、検出器１２０によってサンプルされる。
【００２８】
続いて、分析部１２４は、サンプルされたビーム電流データにフーリエ変換（ＦＴ）操作を行い、ビーム電流データを周波数領域スペクトルに変換して、周波数の関数としてパワーを表す。ビーム電流の周期的な変調が検出器１２０によって記録されるケースでは、そのようなＦＴスペクトルは、１つ以上の各周波数で１つ以上のピークを示し、各周波数での各ピークは、イオン注入機の特定の構成部によってもたらされるビーム電流の所定の変調という特徴を示す。
【００２９】
図３Ａは、およそ７Ｈｚの周波数でピーク３０２を示す１つの例示的なＦＴスペクトル３００を表す。ＦＴスペクトル３００は周波数領域パワースペクトルを表し、曲線の下の領域は、パワーに関する。１つの例では、ピーク３０２は、以下のとおり、分析部１２４によって特定される。性能指数（figure of merit (FOM)）が、ピーク３０２及び任意の他の特定されたピークに対して計算される。いくつかの実施形態では、ＦＯＭは、周波数領域パワースペクトルの全パワーに対する、当のピークに含まれるパワーの比率として定義される。ＦＯＭが所定の閾値を超える場合、分析部１２４は、調整部１２６に対して特定されたピークにフラグを立て（特定されたピークを送信し）、イオン注入機パラメータに対する調整を実行する。調整部１２６によって実行される調整は、特定されたピーク３０２に関連付けられるビーム電流の変調の低減につながる。図３Ａの例では、ピーク３０２から計算されたＦＯＭは、閾値を超えるとみなされるので、調整部１２６によってイオン注入機の調整が開始される。
【００３０】
図３Ｂは、およそ５Ｈｚの周波数でピーク３１２を示す他の例示的なＦＴスペクトル３１０を示す。この例では、ピーク３１２が、分析部１２４によって特定される。このケースでは、ピーク３１２は、ピーク３１２から計算されるＦＯＭが、レベル３１４として図３Ｂに模式的に示す所定の閾値を超えないような低強度を有する。従って、ピーク３１２によって表わされるビーム電流密度の揺らぎが、改善を要求するには不十分であるとの決定を下すので、分析部１２４は、調整部１２６に対して特定されたピークにフラグを立てないよう決定する。
【００３１】
サンプルされたビーム電流のＦＴスペクトルの決定されたピークに応じて、様々な実施形態に従い、調整部１２６は、イオン注入機のどのパラメータを調整すべきであるかを決定する。例えば、調整部１２６がコントローラに含まれる実施形態では、コントローラは、様々な構成部、可動アパーチャーなどの電源を有する複数のビームライン部に結合される。コントローラは、選択されたパラメータで付加的に事前構成される。当該パラメータは様々な構成部で調整され、検出されたイオンビーム電流の変調（揺らぎ）を低減又は排除するよう試みる。１つの例では、調整部１２６は、制御信号を送信するよう設計された制御ソフトウェアを有する。当該制御信号により、イオン注入機の選択された１つ以上のパラメータを再チューニングして、ビーム電流変調を排除するか、又はビーム電流変調を閾値より下に低減する。
【００３２】
様々な実施形態では、制御信号は、以下の少なくとも１つを実行することによって、質量スリットを回転させる操作を調整するために送信される。信号は、アナライザーマグネットを最適化するために送信され、イオンビームが回転する質量スリットにより正確に挿通され、回転する質量スリットによって起きる周期的な変調を避ける。信号は、回転する質量スリットの開口のサイズを増大させるために送信され、これを通って通過するイオンビームとの任意の相互作用を低減する。信号は、回転する質量スリットの回転を停止し、静止している間イオンビームを操作するために送信される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、調整部及び／又は分析部は、ＦＴスペクトルで検出されたピークの周波数に基づいて調整される、最適なハードウェア／パラメータの決定を実行するよう構成される。例えば、４Ｈｚピークがフォーカス要素の問題を示す一方で、２８Ｈｚピークは、回転する質量スリットの機能不全という特徴を示す。
【００３４】
様々な実施形態では、制御システム１０４は、ビーム調整ループとも呼ばれる一連の閉ループサイクルを実行するよう構成される。各ビーム調整ループは、イオンビームの複数のビーム電流測定を有するサンプリング実行を含み、その後、イオンビーム変動の決定及びサンプリング実行の結果に基づく最適なビーム調整へと続く。制御システムは、イオンビーム変動が閾値を下回るまで、複数のビーム調整ループを実行するよう構成される。閾値の１つの例は、サンプリング実行で収集されたビーム電流データのフーリエ変換スペクトルのピークから計算された性能指数に対する上述の閾値である。従って、一連の調整後に、ＦＯＭがもはや閾値を超えないという程度にまでそのようなスペクトルの１つ以上のピークが低減した場合、ビームライン部に対するさらなる調整は終了する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、制御システム１０４のような制御システムは、イオンビーム変動が未だ閾値を超えている場合に所定数のビーム調整ループが実行された後で、イオンビーム加工を終了するよう構成される。これは、イオン注入装置が、許容できる範囲内にビーム電流変動をもたらす構成部を自動的に修正することができず、手動による介入が必要であるという、操作者に対する合図となる。
【００３６】
１つの特定の実装では、所定数のビーム調整ループ後に、続けて実行されるビーム電流サンプリング実行が、選択された１つ以上のパラメータの再チューニングがイオンビーム変調を所望のとおりに改善していないことを指し示す場合、制御システム１０４は、イオンビームがウエハステージに入射できないように構成される。例えば、制御システム１０４は、過度のビーム変調に対する原因が特定され、他の方法によって修正されるまで、ウエハ加工を停止できるインターロックに制御信号を送信する。
【００３７】
さらなる実施形態では、ビーム電流変調を検出する代わりに、制御システム１０４は、イオンビーム位置の変化又はイオンビームサイズの変化として現れるイオンビーム変動を検出するよう構成される。これら後半の実施形態では、制御システム１０４は、ビームステアリングコントローラ１２８を有し、サンプルされているイオンビームのビームクリッピングを故意にもたらすビームステアリング信号を生成するよう構成される。例えば、ビームステアリング信号は、イオンビームの一部がビームラインアパーチャーによって遮られるようにイオンビームを向ける。そのようにすることで、位置又はイオンビームサイズの変化のようなイオンビームの空間変調が、イオン電流強度の変調又は検出器によって記録される電流のレベルの変調に置き換えられる。特に、いくつかの状況では、不均一な注入につながる、イオンビーム位置及び／又はビームサイズの変調は、所定の検出器でイオンビーム強度の変調として検出されない。例えば、イオンビームがビーム強度を変えることなく位置をシフトさせた場合、ビーム電流検出器によって測定されるビーム電流は、シフトしたイオンビームが、ビーム電流検出器に障害なく依然として到達している場合、変化しない。しかしながら、イオンビームがそれ以上に位置をシフトさせ、また、より大きくなる場合であって、アパーチャー又は他のビームブロック要素がイオンビームの一部をブロックするように配置される場合、アパーチャーの下流で検出されるビーム電流は、シフトしたビームの一部が、アパーチャーによって遮られる時、変化する。
【００３８】
従って、ビーム位置変調又はビームサイズ変調の存在を確認するために、イオンビームは、そのような変調を遮るアパーチャーを通るように向けられる。図４Ａを参照すると、イオンビーム４００が、イオンビーム位置及び／又はイオンビームサイズの変調を遮るアパーチャー４０４を通るように向けられるシナリオを示している。アパーチャー４０４は、付加的な目的のために使用するビームライン装置の正規のアパーチャーか、又はイオンビーム変調を検出するための専用のアパーチャーである。ビーム電流検出器４１２は、アパーチャー４０４の下流に位置し、ビーム電流及びビーム電流の変動を記録する。特に、ビーム電流検出器は、ここで一般的に上述したとおり、サンプリング実行を実行する。イオンビーム４００がビーム位置で過度の変調を受けないという所望の条件のもと、アパーチャー４０４は、任意のイオンビーム４００を遮る又はブロックすることなくイオンビーム４００を伝達するよう構成される。しかしながら、イオンビーム４００の位置が示した２つの異なる位置の間で規則的に揺らぐ場合、より低い位置にある時にイオンビーム４００が部分的にブロックされる。イオンビーム４００は、中央線４０５から方向４０６に沿って距離Ｗ１で逸脱し、図４Ｂに示すとおり、イオンビーム電流曲線４０８を得る。特に、ビーム電流曲線４０８は、イオンビーム４００がアパーチャー４０４によって遮られる時、規則的な一連の谷４１０を示す。従って、アパーチャー４０４は、イオンビーム位置の変調を検出されたビーム電流の変調に変換する機能を果たし、その後、ビーム電流は、上述したとおり、疑わしいビームライン部に対して適切な調整を実行することで修正される。Ｐｖ１は、谷４１０を含む一周期を示す。
【００３９】
ここで、図５Ａに移って、イオンビーム５００が、イオンビーム位置及び／又はイオンビームサイズの変調を遮るアパーチャー４０４を通るように向けられる他のシナリオを示す。（示していない）ビーム電流検出器は、アパーチャー４０４の下流に位置し、図４Ａのシナリオのように、ビーム電流及びビーム電流の変動を記録する。イオンビーム５００がビームサイズの過度の変調を受けないという所望の条件のもと、アパーチャー４０４は、図５Ａに示すとおり、任意のイオンビーム５００を遮る又はブロックすることなくイオンビーム５００を伝達するよう構成される。しかしながら、イオンビーム５００のサイズが、図５Ａの例Ｔ１と図５Ｂに示した例Ｔ２との間で規則的に揺らぐ場合、大きくなった状態で、イオンビーム５００がアパーチャー４０４によって部分的にブロックされるようになる。結果、図５Ｃに示すとおり、規則的な一連の谷５１０を示すビーム電流５０８を得る。従って、アパーチャー４０４は、イオンビームサイズの変調を検出されたビーム電流の変調に変換する機能を果たし、その後、ビーム電流は、上述したとおり、疑わしいビームライン部に対して適切な調整を実行することで修正される。
【００４０】
開示したアーキテクチャの新規な態様を実行するための例示的な方法論を代表するフローチャートをここに含める。説明の簡略化のために、ここで示した１つ以上の方法論を、例えば、フローチャート又はフロー図の形式で、一連の動作として図示及び記載するが、方法論は動作の順序に限定されず、いくつかの動作は、これに従って、ここで図示及び記載したものとは異なる順序で生じ、及び／又はここで図示及び記載したもの以外の動作と同時に生じるものと理解及び認識すべきである。例えば、当業者は、あるいは状態図のような相互に関係のある一連の状態又はイベントとして方法論を表わすこともできるということを理解及び認識するであろう。さらに、方法論で示した全ての動作が、新規の実装に対して要求されるわけではない。
【００４１】
図６は、ビーム電流均一性の制御に対する第１の例示的なフロー６００を示す。ブロック６０２でフローが開始する。ブロック６０４では、複数のビーム電流測定が実行される。ビーム電流測定は、１つの例では、およそ１ｋＨｚのレートで実行される。各測定では、検出ビーム電流は、先の例で１ｍｓであった測定時間に対して足し合わされる。ブロック６０６では、ビーム電流サンプリング実行のフーリエ変換が実行される。１つの例では、所望のフーリエ変換操作が実行され、周波数の関数としてパワースペクトルを生成する。その後、フローは判定ブロック６０８に進み、フーリエ変換スペクトルの１つ以上のピークが閾値を超えたか否かに関する決定を行う。超えている場合、フローはブロック６１０に進む。ブロック６１０では、イオン注入機のパラメータを調整する試行回数が限度又は閾値を超えていない場合、フローはブロック６１２に進む。ブロック６１２では、イオン注入機の選択パラメータが調整される。その後、フローはブロック６０４に戻る。
【００４２】
判定ブロック６０８で、閾値を超えるピークが特定されない場合、フローはブロック６１４に移動し、イオン注入がイオン注入機の現在のパラメータを用いて実行される。ブロック６１０で調整試行回数が限度を超えた場合、フローはブロック６１６に移動し、イオン注入過程が停止する。
【００４３】
本開示は、ここで記載した所定の実施形態による範囲に限定されるべきではない。事実、ここで述べた実施形態に加えて、本開示の他の様々な実施形態及び本開示に対する修正が、先の記載及び付随した図面から当業者にとっては明白であろう。従って、そのような他の実施形態及び修正は、本開示の範囲内にあるものとする。さらに、特定の目的のために、特定の環境で、特定の実装という面で、本開示をここで述べたが、当業者は、その有用性がこれに限定されず、本開示がいくつもの目的のために、いくつもの環境で、好適に実装できることを認識するであろう。従って、以下に明示した請求項は、ここで述べた本開示の全範囲及び精神に鑑みて解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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