(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを注入表面に衝突させるイオン注入装置において、
(a)内部に１つまたは複数の加工物を挿入してイオンの処理が可能な室内部を形成する処理室と、
(b)この処理室内にイオンプラズマを形成するエネルギー源と、
(c)前記イオンプラズマを監視して光学的分析データを与える光学式センサと、
(d)この光学式センサから得られた前記光学的分析データが前記イオンプラズマの成分と関連付けられて、記憶媒体に蓄積されるデータベースと、
(e)１つまたは複数の加工物を前記処理室の内部領域内に配置して、前記１つまたは複数の加工物の注入表面が前記イオンプラズマ内に配置されるようにする加工物支持体と、
(f)前記イオンプラズマからのイオンを前記加工物の注入表面に衝突させる電界を発生させる導電部材と、
(g)この導電部材と電気接続され、電気パルスを加えて前記加工物の注入表面内にイオンを打ち込むためのパルス発生器と、
(h) バイアスされた前記注入表面に対して平行なイオン収集表面を含み、前記電気パルス間の時間中、イオンが浮遊されないように、電気的にバイアスされた１つ以上のドーズ測定カップと、
(i)このドーズ測定カップのデータから前記加工物のイオンドーズ量特性を計算するための計算手段と、を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記データベースには、さらに前記光学的分析データを質量分析データと関連付けるために、前記質量分析データが蓄積されることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記計算手段は、ニューラルネットワークであることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】
注入パラメータを制御するための計算手段と連絡する制御装置をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項５】
制御されるパラメータは、注入工程の持続時間であることを特徴とする請求項４記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記１つ以上のドーズ測定カップは、
(a)前記イオン収集表面から二次電子および前記プラズマから電子をそれぞれ反発させるための負にバイアスされた電極と、
(b)プラズマイオンを反発させるために正にバイアスされた前記イオン収集表面と、
を含んでいることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記導電部材は、加工物支持体であることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物を処理するために荷電されたイオンを用いる加工物処理装置に関する。第１に、このような装置は、１つまたはそれ以上のシリコンウエハをプラズマ内に配置して、このプラズマ内に高密度の正に荷電したイオンを含んで、このイオンが、ウエハの表面に向けて加速され、制御されたイオン集中(concentration of ions) でウエハ内にイオンを注入するようになっている。第２に、このような装置は、イオン源とイオン源から目標加工物が置かれている注入ステーションにイオンを移動する構造体とを含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
商業的に有益なイオン注入装置は、イオン注入室から離れたイオン源室を含むイオン源を使用し、イオン注入室において、１つまたはそれ以上の加工物がイオン源からのイオンによって処理される。イオン源室の出口開口からイオンが放出され、イオンビームを形成するために、これらのイオンが形作られ、分析され、そして加速される。
【０００３】
イオンビームは、排気されたビーム通路に沿ってイオン注入室に向けられ、１つまたはそれ以上の加工物、一般的には、円形のウエハに衝突する。イオンビームは、イオンをウエハに衝突させるのに十分なエネルギーを有しており、イオンが注入室内のウエハに浸透するようになっている。このような装置における一般的な利用では、ウエハはシリコンウエハであり、イオンはウエハをドーピングして、半導体材料を作るために使用される。
【０００４】
従来の注入装置では、マスクや不活性化層を使用する選択注入でＩＣ（集積回路）を製造することができる。
【０００５】
「プラズマ源を用いたイオン注入方法及び装置」と題する、コンラッド(Conrad)の米国特許第４，７６４，３９４号明細書には、イオン衝撃手段によってターゲットを処理するためのイオン注入装置が開示されている。密閉室内のターゲットにイオン化プラズマを形成することによって三次元ターゲットの表面へのイオン注入が可能である。
一旦、ターゲットの周囲領域にプラズマが形成されると、イオンビームを介してターゲットを操作することなく、プラズマからのイオンはあらゆる面からターゲット対象物に指向される。この注入は、１つ以上の加工物に高電圧、一般的に２０ｋＶまたはそれ以上の繰り返しパルスを加えることによって達成される。これらのパルスは、イオンをターゲットの露出面に指向させる。
【０００６】
前述の米国特許第４，７６４，３９４号明細書に開示されているプラズマを生成する技術は、中性ガスをターゲット領域に導入して、イオン化放射でガスをイオン化している。
【０００７】
コンラッドの上記特許は、また、加工物表面を処理するシステムに関係し、加工物を取り囲む領域内にプラズマを発生するためにイオン源を用いる。そして、加工物を支持する電極に選択的にパルスを供給し、プラズマから加工物に向けて正のイオンを引き出す。
【０００８】
シャオー(Shao)等による米国特許第５，６５４，０４３号明細書には、イオンを加工物の表面に衝突させることによって加工物表面を処理する装置が記載されている。ガスがイオン注入室に放出されると、イオン化可能なガスは、加工物表面に近接する領域に満たされる。注入材料のプラズマは、連続パルスを用いて繰り返し相対的にバイアスしている導電性電極によって注入室の内部領域内で作り出され、そして、室内に放出されたガス分子をイオン化し、かつこのイオン化されたガス分子を１つまたはそれ以上の加工物の注入表面に向けて加速する。このシャオー等の上記特許の開示内容は、参考文献としてここに包含される。
【０００９】
また、アンゲル(Angell)等に付与された米国特許第５，６５８，４２３号では、エッチング処理を行うと共に室内のプラズマの状態を監視する方法を記載している。エッチング中に、分光分析データは、プラズマ内に含まれるエッチング用のイオン種からの光放出を特徴付けるスペクトルデータとともに集められる。
【００１０】
ダグラス  エム．  ジャムバ(Douglas M. Jamba)による１９８１年の著作である「イオン注入機におけるドーズ測定」と題する論文には、イオンビーム注入中にターゲットに衝突する電荷を集めるためにドーズ測定カップを使用することが開示されている。実際にターゲットに衝突する電荷をより正確に測定するために、ビーム形成開口とドーズ測定カップへの入口の間に配置されたバイアス電極が使用され、これにより、カップを離れようとしている電子と負のイオンを抑制する。このバイアス電極は、カップに入ろうとしている、前記形成開口に発生した電子を抑制し、イオンビームとともに運ばれる電子を退ける。
【００１１】
シー．エム．  マッケナン(C.M. Mckenna)による１９７９年の著作である「高電流ドーズ量技術」と題する論文には、イオンビーム注入中にターゲットに衝撃を与える電荷の本来の測定を行うために、ターゲットに隣接配置された１つまたはそれ以上のドーズ測定カップを用いることが開示されている。このようなドーズ測定カップによってなされる測定は、イオン注入のために使用されるイオンビームを制御するために用いられる。マッケナンは、さらに、不必要な電子がカップに入らないように負にバイアスされたカップ壁と関連して用いられる負のバイアスカップの収集表面を開示している。
【００１２】
しかし、マッケナンは、負にバイアスしたカップコレクタを用いるのを拒否した。それは、この種の電気バイアス法では、シリコンターゲット上に、ドーズ測定カップ内に形成される磁界によって捕捉された二次電子により引き起こされる電気放電が発生するからである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、電荷収集、光放出分光学及び質量分析を用いてイオン注入を制御するためのイオン注入装置及びイオンを注入する方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は各請求項に記載の構成を有している。本発明は、プラズマガス内に現れるイオンの光学的分析と、加工物に衝突する電荷の集中との結果を用いて、イオン注入処理のパラメータを制御するためにイオン注入システムに関連する。例えば、本発明は、ドーピングの所望レベルが一旦完了すると、そのイオン化処理を中止するのに用いることができる。または、本発明は、イオンビーム注入、またはプラズマ内でのイオン注入にも用いることができる。
【００１５】
特に、本発明は、イオンを注入表面に衝突させるイオン注入装置に用いることができる。このイオン注入装置は、内部に１つまたは複数の加工物を挿入してイオンの処理が可能な室内部を形成する処理室を有する。この処理室内には、注入のために１つまたは複数の加工物を位置決めるために加工物支持体が配置される。
【００１６】
本発明の１つの実施形態は、イオン注入処理を校正するために用いることができ、イオン源室内にイオンの集中を生じさせ、イオンの集中の質量分析を実行し、質量分析データを記録する。この工程は、また、イオン源室内でのイオンの集中の光学的分析を実行し、光学的分析データを記録する。この集められたデータに基づく記録のデータベースが、イオン源室内のイオンの所定の集中のために、ある記録媒体上に蓄えられる。
【００１７】
さらに、イオン源室内のイオンプラズマは、イオン源室内にイオン化可能ガス放射することによって作り出される。この実施形態では、質量分析を実行する工程と光学的分析を実行する工程は、イオン化可能ガスの異なる集中のために行われる。本発明の１つの応用は、イオンプラズマの構成成分の質量分析が可能でなくて、光学的分析が実行できる場合のシステムに使用される。
【００１８】
このようなシステムにおいて、イオンプラズマのための光学的分析データが集められ、そして、データベースに記憶されたデータと関連するシステムの作動パラメータを調整するために用いられる。
【００１９】
光学的分析データの異なる利用は、質量分析データに関連させることなく使用することができる。異なる時間間隔で取られた光学的分析データを比較することによって、イオンプラズマ室の構成成分が監視される。
【００２０】
１つまたはそれ以上のドーズ測定カップが加工物の注入表面の回りに配置される。このカップは、電気的にバイアスされ注入表面に対して平行な、荷電されたイオンの収集表面を含んでいる。イオンプラズマを監視するための光学センサは、このセンサから得られた光学的分析に関するデータを記録するための光学的データと、イオンプラズマのパラメータを用いて１つまたはそれ以上のドーズ測定カップから集められたドーズ量データとを与える。計算手段（制御装置）は、記憶された光学的分析データとドーズ量データを組み合わせ、イオン注入処理のパラメータを制御するのに用いられる。
【００２１】
光学的センサにドーズ量データを組み合わせることにより、イオン注入パラメータが制御されることになるので正確さが向上する。例えば、ドーズ測定カップは、処理される加工物に表れるドーピングのレベルについてのリアルタイム情報を与える。それゆえ、注入パラメータをプリセットするために過去の経験に頼る代わりに、注入処理のパラメータを加工物の現在の状態に基づいて制御することができる。
【００２２】
例えば、調整器によって発生した電圧は、処理されるウエハに表れるイオンドーズ量に基づいて調整され、または中止することができる。
【００２３】
本発明のこれらの及び他の目的、利点および特徴は、図面に関連させて以下で詳細に説明する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、イオン注入装置１０を示し、この装置は、加工物のイオン処理を行うために、ほぼ平坦な１つまたはそれ以上の加工物１４が挿入される円筒状のプラズマ室（イオン源室、または処理室）１２を有している。
【００２５】
イオン注入装置１０は、加工物をプラズマ室１２に挿入するためのロードロック２０を備えている。このロードロック２０は、開閉されるバルブ２１を介して加工物が室内あるいは室外に出し入れされる時、プラズマ室１２を減圧状態（大気圧に対して）に維持することができる。真空ポンプ２２は、プラズマ室の内部を減圧された圧力に維持するもので、この圧力は、プラズマ室１２とポンプ２２の間に配置されたバルブ２３によって調整される。
【００２６】
図１に示すプラズマ室１２は、室内部２４を形成する内部壁を有し、この室内部に加工物１４が挿入される。加工物１４は、ほぼ平坦な導電性プラテンまたは支持体３０上に配置され、かつ、ここから取り外される。この支持体３０は加工物を支持するための寸法サイズに基づいて適切な大きさとすることができる。
【００２７】
エネルギー源４０は、ほぼ円筒状の処理室１２の一端部に配置されている。このエネルギー源４０は、処理室１２内にエネルギーを放出し、エネルギー源４０とウエハ支持体３０との間の領域４２内のプラズマ室１２内にイオンプラズマを生じさせる。好ましいエネルギー源４０の一例は、１３．５ＭＨｚで作動するＲＦコイルであり、プラズマ室１２の一端部に境する水晶板４３を介してＲＦエネルギーを伝達する。
【００２８】
他のコイル励起周波数として、例えば、約２．０ＭＨｚの周波数を使用することができる。プラズマ室１２に入るＲＦエネルギーは、外部ガス供給装置４４からプラズマ室内に供給されるガス分子からイオンプラズマを発生する。プラズマ室１２内のガス圧力は、０．２〜５．０ミリトル(millitorr) の範囲に維持される。
【００２９】
例えば、窒素ガスは、ＲＦコイルからプラズマ室に入るＲＦエネルギーによってプラズマ室内に送られてイオン化される。このエネルギーの利用によって、ガス分子をイオン化する。プラズマ室内のイオンプラズマを発生するために、他の公知技術が本発明を実施する際に利用される。
【００３０】
イオンプラズマが支持体３０と水晶板４３との間の領域４２内に発生すると、イオンは加速されて加工物１４に接触する。本発明の好ましい実施形態では、加工物は、シリコンウエハであり、ほぼ丸い形状で、支持体３０上に配置されている。加工物の支持体３０は、電気的に導電性の材料から構成されている。イオンは、正に荷電され、その結果、プラズマの領域における適当な大きさと方向を有する電界を用いて、プラズマ内のイオンがシリコンウエハの表面に向けてイオン加速手段により加速されて衝突する。
【００３１】
図１に示すように、調整器（パルス発生器）５０には、電圧パルス５２が供給され、この電圧パルスにより、導電性支持体３０をプラズマ室１２の導電性内壁に対して相対的にバイアスさせ、領域４２において適当な電界を作り出す。
【００３２】
ウエハ１４が処理されると、これらのウエハは、プラズマ室から取り出され、他の処理ステーションに運ばれる。この処理されたウエハは、さらに、集積回路を形成するように製造される。このようなイオン処理が、良好な均一性を有する８インチ径のシリコンウエハに施されてきた。図１に示す同等の構造を用いるイオン注入装置が、フラットパネルディスプレイの製造のために大きな表面を処理するために用いられてきた。
【００３３】
図６は、比較的低エネルギーで高電流のイオン注入装置２１０を示しており、この装置により、イオン源から引き出されたイオンをワークステーションに置かれた加工物に衝突させるようになっている。イオン注入装置２１０は、イオン源室２１２、質量分析磁石２１４、ビームラインアセンブリ２１５、およびターゲットまたは端部ステーション２１６を備えている。イオン源室２１２と質量分析磁石２１４は、それぞれパワー供給装置に沿って注入ハウジング２１７内に支持されている。
【００３４】
イオン注入装置２１０は、低エネルギーの注入機であり、この装置は、０．２〜９０ｋｅｖの注入エネルギー範囲で作動し、かつ約１０ミリアンペアのビーム電流を供給する。ビームラインアセンブリ２１５は、イオン源室２１２から端部ステーション２１６へのビームの伝搬中に拡散（即ちブローアップ）するため、低ビームの性質により比較的短くなっている。
【００３５】
イオン源室２１２は、プラズマ室２２０およびイオン引出しアセンブリ２２２を形成するハウジング２１８を有する。ビームラインアセンブリ２１５は、分解ハウジング２２３とビーム中和器２２４を有する。ビーム中和器２２４は、ビームのブローアップを低下させる機能を有する。ビーム中和器２２４の下流には、ディスク形状のウエハ支持体２２４を含む端部ステーション２１６が配置されており、この支持体上に処理されるべきウエハが取付られる。ウエハ支持体２２５は、注入ビームの方向に対してほぼ垂直に向いたターゲット面に配置される。
【００３６】
イオン源室２１２は、Ｌ形状フレーム２２６に取り付けられる。イオン化可能なドーパントガスは、圧縮ガスの形式で直接、または固体から間接的に蒸発された形式で得られ、プラズマ室２２０内に噴射される。一般的に、イオン源要素は、ホウ素（Ｂ）、燐（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ひ素（Ａｓ）である。これらの要素は、ホウ素を除いて固体状態で与えられ、ホウ素はガス状の三フッ化ホウ素またはジボランの形で与えられる。
【００３７】
エネルギーは、イオン化可能ドーパントガスに分与されて、プラズマ室２２０内でイオンを発生する。一般的に、ここでは正のイオンが発生しているが、本発明は、負のイオンがイオン源から発生する装置の場合にも利用可能である。正のイオンは、複数の電極２２７を含むイオン引出しアセンブリ２２２によってプラズマ室２２０内のスリットから引き出される。電極は、負の電位にバイアスされており、プラズマ室からの距離が増加すると、その大きさが増加する。従って、イオン引出しアセンブリは、プラズマ室から正イオンのビーム２２８を引き出して、引き出されたイオンをフレーム２２６によって支持された質量分析磁石２１４内で加速する。
【００３８】
質量分析磁石２１４は、分解ハウジング２２３に対して適切な電荷質量比のイオンのみ通過させる機能を有する。この質量分析磁石２１４は、適切な電荷質量比のイオンを発生させることに加えて、イオン源室２１２が望むよりも大きいまたは小さい電荷質量比のイオンを発生するために必要とされる。
【００３９】
質量分析磁石２１４は、アルミニウムのビームガイド２３０によって形成される湾曲したビーム径路（イオン軌道径路）２２９と隣接し、真空ポンプ２３１によって排気が行われる。ビーム径路に沿って伝搬するイオンビーム２２８は、質量分析磁石２１４によって発生する磁界により影響される。この磁界の強さと方向は、電子制御器２３２によって制御され、この制御器は、磁石コネクタ２３３を介して磁石２１４の界磁巻線を通る電流を調整する。
【００４０】
磁石２１４によってイオンビームの部分的なフォーカシングは、磁界（即ち、インデックスィング(Indexing)における勾配を形成することによって、または磁石２１４の入口側あるいは出口側の磁極を回転させることによってのみ、分散的(dispersive)な平面（湾曲したビーム径路２２９の平面）において達成される。
【００４１】
磁界は、イオン源室２１２に近い第１軌道（入口軌道）２３４から分解ハウジング２２３に近い第２軌道２３５（出口軌道）に向けて、イオンビーム２２８を湾曲したビーム径路２２９に沿って移動させる。不適当な電荷質量比を有するイオンから構成されるビーム２２８の部分２２８’，２２８”は、湾曲した軌道から離れて偏向され、アルミニウムのビームガイド２３０の壁内に向かう。このように、磁石２１４は、ビーム２２８内で所望の電荷質量比を有するイオンのみを分解ハウジング２２３から通過させる。
【００４２】
イオンビーム２２８の入口及び出口軌道２３４，２３５は、分散平面に置かれている湾曲ビーム径路２２９の平面内にある。非分散平面は、ここでは、分散平面とターゲット平面の両方に対して垂直な平面として定められる。従って、磁石２１４は、不適当な電荷質量比のビームイオンを取り除くことによって分散平面における質量分析を実行し、さらに、入口軌道２３４から出口軌道２３５へビームを再指向させ、ウエハが置かれたターゲット平面にビームが向かうようにする。
【００４３】
分解ハウジング２２３は、本発明の原理に従って構成された静電レンズ２３６を含み、このレンズは、質量を分解し、さらに、磁石２１４によって出力されたイオンビーム２２８を集束させる。静電レンズ２３６は、３極電極構造で構成され、ターミナル電極対２３７、抑制電極対２３８、及び接地または分解電極対２３９からなっている。ターミナル電極対２３７は、ハウジング２１７に固定され、ハウジングの電圧（加速モードの正電圧及び減速モードの負電圧）で作動する。抑制電極２３８の各々は、接地電極２３８の対のそれぞれと同様に、互いに対して接近離間してその間のギャップを調整するために移動可能である。抑制電極２３７は、負の電位で作動し、分解電極は、アース電位（０ボルト）である。
【００４４】
抑制電極及び分解電極の各対２３８，２３９は、調整可能なレンズのサブアセンブリとして集約される。分解ハウジング２２３は、ファラデーフラッグ２４２等の線量測定指示器だけでなく静電レンズ２３６を内部に有するチャンバー２４１を形成する。このチャンバー２４１は、真空ポンプ２４３により排気されている。隣接ビーム中和器は、電子シャワー２４５を含む第２チャンバー２４４を形成する。電子シャワー２４５は、正に荷電されたイオンビーム２２８によってイオン注入される結果として、他の方法でターゲットウエハに蓄積される正電荷を中和する。
【００４５】
端部ステーション２１６でのディスク形状のウエハ支持体２２５は、モータ２４６によって回転する。イオンビームが円形径路内を移動するに従い、この支持体に取付けられたウエハに衝突する。端部ステーション２１６は、イオンビームの径路にほぼ平行な軸線に沿って旋回可能であり、それゆえ、ターゲット平面はこの軸線の回りに調整可能である。このように、イオン注入の入射角度は、通常状態からわずかに修正することができる。
【００４６】
本発明は、通常コンピュータに記憶される情報のデータベースを利用して注入工程を改良する、加工物表面の処理システムに関する。図４および図５のフローチャートは、本発明の実施中に行われる処理ステップを示す。
【００４７】
図１および図２のイオン注入装置１０、および図６に示すイオン源１１２は両方とも、イオンプラズマを閉じこめる減圧領域を含む。図４のフローチャートは、図６のイオン注入装置によるデータ収集工程１５０を表す。プラズマに対して、２つの処理ステップ１６０、１７０が行われる。第１のステップ（１６０）は、イオンの質量分析を行い、この質量分析データを記録するステップである。この処理ステップは、磁石２１４およびその磁界出力の制御、および磁石から下流へのビームの強さを監視するファラデーカップを用いて行われる。質量分析データを記録するステップは、汎用コンピュータ等のプログラム可能な制御装置を用いて行われる。質量分析を行うのに現在好適な技術の１つは、コンピュータを用いて磁石１２０（図６）の動作を制御して、イオンを、制御されたアーク状の経路に沿ってウエハー支持体２２５の背後に配置されたファラデーカップ検出器１８０の方に曲げる、というものである。
【００４８】
図４に表す工程の第２のステップは、プラズマ室２１２内のイオンプラズマの光学的分析１７０を行い、この光学的分析データを記録するステップである。光学的分析１７０は、プラズマ室２１８内のイオンプラズマを観察する光学分光計２７０を使用して行われる。これら２つのデータ収集ステップ１６０、１７０によって、同じプラズマについての２つの観察が得られる。後のアクセスに備えるためにその中にプラズマ集中についての質量分析データおよび光学的分析データが共に記憶された記録データベース（蓄積データ）１８５が作成される。
【００４９】
収集したデータは、磁石２１４に連結されたＩ／Ｏインターフェース、およびデータベース１８５を記憶するディスクドライブ等の大容量記憶装置を備える、汎用のプログラム可能な制御装置を用いて記憶される。コンピュータ上で実行される人工知能ソフトウェア１９０を含むコンピュータプログラムを組み合わせたものがプログラムされて、データベース１８５上のデータを利用して、観察データをベースにしてプラズマのパラメータを予測する。
【００５０】
本発明の一態様によれば、同じ人工知能ソフトウェアを実行しているコンピュータ（計算手段）１９５は、図１のイオン注入装置１０のイオン注入工程の少なくとも１つのパラメータを制御するか、あるいは、以下に図６と共に説明する工程等の処理を制御するのに用いることができる。
【００５１】
データベース１８５を作成するのに用いるデータを、図７のグラフに表す。図７は、光学分光計２７０からのＢＦ3のプラズマ（気体濃度を固定）の光放出についてのグラフである。多数のピークには、そのピークを引き起こした成分粒子の名が付けられている。これらのピークは、他者により表にされた光学分光器情報から収集した容易に識別される波長データから導き出される。例えば３１１ナノメートル(nmeter)のピークは、荷電していないＢＦ分子についての周知のスペクトルピークである。
【００５２】
図７のグラフのデータは、特定の圧力の特定の開始気体（三フッ化ホウ素）、およびプラズマへの特定のパワー入力に基づいている、ということに注意されたい。気体濃度が変化すると、成分の特性曲線が異なり、従って、図７のデータも変化する。好適なデータ収集ステップ１７０において、圧力が変化し、それぞれの気体圧力および励起エネルギーについて、図７に示す波長にわたる光学的分析全体がデータベース１８５内に記憶される。従って、光放出および質量スペクトル分析から、異なる気体圧力および異なるｒｆパワーについての一連の異なるデータを表にする。
【００５３】
ある計測可能な状態の気体濃度においてプラズマを形成し、次に考察しているプラズマについての質量分析磁石の磁界の強さを変化させることによって、データベース全体を埋めていく。これによって、図７のデータを取得しデータベース内に記憶するのと同時に、図８のデータ等のデータを取得し記憶することができる。更なるデータを収集するには、プラズマ室内に噴射する原料物質の気体圧力を調整して、質量分析と光学的スペクトル分析の両方を再び行う。
【００５４】
好適な予測工程は、人工知能またはニューラルネットワークソフトウェアと関連する学習アルゴリズムを用いる。この工程には、光学的分析からのデータ点を、図８の質量分析データと共に予め得られているデータベースの光学的分析データと比較することが含まれる。ニューラルネットワーク訓練および訓練(trained）アルゴリズムの使用によって、イオン源室１２内のプラズマ成分の相対濃度が得られる。分析を行う好適なコンピュータプログラムの１つは、ニューラルネットワーク訓練に、逆伝搬法(back propagation)、模擬アニーリング、遺伝アルゴリズム等の技術を用いる。
【００５５】
図１ａおよび図１ｂは、本発明を実施するのに用いるドーズ測定カップ６０をいくつか付け加えた、図１の導電性の加工物支持体３０を示す。本説明は、図１に表すイオン注入装置１０を対象としているが、同様に、ドーズ測定カップを、回転する加工物支持体２２５（図６には示さず）上に配置することによって図６に示すイオン注入システムに付け加えてもよい、ということはよく知られている。
【００５６】
カップ６０は、頂部プレート６６が加工物１４の注入表面と同一平面上になるように配置されている。注入表面に向かって加速されたイオンは、測定される開口部６２に入る。カップ６０が加工物１４に非常に接近しているために、カップ６０に入るイオンの量が、加工物に注入されるイオンの量を表す。ドーズ測定カップ６０によって、ドーズ測定カップの収集表面（図３において６９で示す）に衝突する電流の合計が測定される。次に、この電流値を制御装置１９５が処理して、ドーズ測定カップ内での、およびそれに対応して、加工物１４上の、平方センチメートル当たりの電荷が測定される。支持体３０の周辺に間隔を置いて配置した４つのカップ６０を用いることによって、４つの異なる位置におけるドーズデータが得られる。
【００５７】
図３は、ドーズ測定カップ６０をより詳細に断面図で表したものである。ドーズ測定カップは略円筒形であり、頂部プレート６６、最上部のファラデー電極６３、絶縁体６４、および最下部のファラデー収集プレート６５を含む。注入表面の周辺に配置した扇形（図示せず）等他の形状のドーズ測定カップもまた、用いてもよい。ドーズ測定カップの頂部プレート６６は、加工物１４ａ（図３には示さず）の注入表面と同じ高さに配置されている。頂部プレート６６は、イオンを加工物内に加速するのに用いるパルス発生器５０に電気接続されている。従って、加工物支持体３０がパルス発生器によってバイアスされると頂部プレート６６が電気的にバイアスされ、それによって、プラズマイオンを領域４２からドーズ測定カップ６０内に引き込む。
【００５８】
最上部のファラデー電極６３は、源７０によって頂部プレート６６に関して負にバイアスされたままにする。適切な負のバイアスは−２００Ｖである。頂部プレート６６と最上部のファラデー電極６３との間に負の電位があることによって、プレート６５に衝突するイオンによって発生する二次電子がドーズ測定カップ６０から出ていく、また、プラズマ電子がドーズ測定カップ６０に入る（これらはいずれも、ドーズ測定カップの測定精度を悪化させる可能性がある）、といったことを防止する。絶縁体６４は、最上部のファラデー電極６３を最下部のファラデー収集プレート６５から絶縁する。
【００５９】
本実施形態において、最下部のファラデー収集プレート６５は、電圧源６１によって、頂部プレート６６に関して２０Ｖだけ正にバイアスされている。このように正にバイアスすることにより、プラズマイオンが収集プレート６５内でパルス発生器５０からのパルスの間に浮遊するのを防止して、ドーズ測定カップ６０がイオンを誤って記録しないようにする。パルス発生器５０が加工物支持体３０および頂部プレート６６に負のパルスを印加すると、収集プレート６５もまた負になり、本実施形態においては、収集プレートは、パルス発生器が印加する負の電圧（通常２０キロボルト）よりも２０ボルトだけ正である。収集プレートの電圧は、加工物支持体に印加するパルスと少ししか大きさが変わらないので、プラズマイオンは、加工物１４の表面に衝突するプラズマイオンと本質的に同じ方法で同じ量、収集プレート６５に引き寄せられ、このため、加工物のドーズ量の正確な表示が得られる。
【００６０】
図５は、光学分光計測定とドーズ測定カップのデータを組み合わせた、本発明の好適な実施形態に従って行われる処理ステップを示すフローチャートである。図５に示す工程は、図１または図６いずれかのイオン注入装置と共に用いる本発明を説明している。注入工程のスタートにおいて、プラズマが作り出される（工程３１０）。そのプラズマについて、光放出分析（ＯＥＳ）データおよび質量データが収集される（工程３２０）。
【００６１】
図６においては、光放出分析データが分光計２７０から収集され、図１においては、分光計（光学式センサ）１７５から収集される。質量データが、予め作成されているデータベースから取り出される。作成されたデータベースを参照して、工程３３０において、プラズマの構成成分が処理工程の規定と比較される。プラズマの成分が満足のいくものでない場合には、それに応じて気体の混合および／またはパワー入力が調整される。一旦プラズマの成分が許容範囲内になると、１つまたは複数の加工物にイオン注入が行われる（工程３５０）。
【００６２】
１つまたは複数のドーズ測定カップからの電流が監視され、ＯＥＳデータが収集される。このデータから、注入継続時間が予測される。ドーズ測定カップおよびＯＥＳデータからドーズ信号から決定される時間間隔を基にして、その加工物が所望レベルのドーピングに達したという判定がなされるまで、加工物の処理が行われる。加工物のドーズ量は、制御装置１９５（図１に示す）によって計算される。変調器からの多数のパルスを統合することで、電荷の合計が得られ、開口部の領域によって分割することで、面積当たりの電荷すなわちドーズ量が得られる。加工物のドーズ量は、制御装置１９５によって所望のドーズ量と連続して比較される。一旦所与のウエハーのドーズレベルが満足のいくものになると、イオン注入工程が一時停止され、その間に新しいウエハーが室内に配置される。
【００６３】
本発明は、正確なプラズマ成分測定と連続的なリアルタイムのドーズ測定とを組み合わせて、製造環境におけるドーピングの精度を上げる。本発明のいくつかの実施形態をある程度詳細に説明したが、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神または範囲内にある、開示した設計からのすべての変形および変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】１(a) は、本発明の好ましい実施の形態に従って構成されたイオン注入装置の概略図であり、１(b) は、ウエハ支持体の正面図であり、１(c) は、その上面図である。
【図２】図１のイオン注入装置における斜視図である。
【図３】図１に示すイオン注入装置に使用するためのドーズ量測定用カップの断面図である。
【図４】図１に示すイオン注入装置を校正するための工程のフローチャート図である。
【図５】図１，２に示す注入装置を制御するための工程のフローチャート図である。
【図６】低エネルギーのイオン注入機を示す概略図である。
【図７】イオン源プラズマ内に存在する異なるイオン及び分子に対する、波長の関数である光放出のスペクトル強度を示すグラフ図である。
【図８】イオン源から放出されたイオンの強度の関数として原子質量に置けるピークを示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０，２１０  イオン注入装置
１２，２２０  プラズマ室（イオン源室）
１４    加工物
２０    ロードロック
３０    加工物支持体
４０    エネルギー源
５０    調整器
６０    ドーズ測定カップ
１７５  光学式センサ
１８５  データベース
１９５  制御装置
２１４  質量分析磁石
２２８  イオンビーム
２２９  ビーム径路
２３２  電子制御装置
２７０  分光計
【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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