(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物にイオンビームを照射して加工物を処理する装置であって、
ビーム経路に沿って延在するイオンビーム(241)を作り出すイオン源(18)と，
イオンビームを加工物に向けるための電極アセンブリ(94,94,96,98,100)と、
イオンビームの第１部分(120)が加工物を処理し、イオンビームの第２部分(122)が加工物の縁部からはみ出すように向きが定められている、加工物を取り付けるプラットフォーム(242,128,130)と、
加工物の処理と同時に、イオンビームの前記第２部分のパラメータを測定することができるビーム測定手段(250,255,260)とを含み、
このビーム測定手段は、イオンビームの前記第１部分のパラメータを測定するために、前記ビーム経路上に配置された検出器を含み、この検出器は、中性ビーム検出器(260)、質量分析器(255)およびファラディ検出器(250)から選択されることを特徴とする装置。
【請求項２】
さらに、高アスペクト比で、長手方向の軸線に沿って延在するリボンビームを作り出す手段を含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム測定手段は、電流密度を測定するためにビーム経路上に配置されたファラディスロット(250)を含み、このファラディスロットは長手方向の軸線にほぼ直交する経路に沿って延在していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
経路に沿った前記ファラディスロット(250)の長さがリボンビームの幅を超えていることによって、前記ファラディスロット(250)が、リボンビームの全幅を横切るストリップに沿ってリボンビームの全電流密度を測定するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プラットフォームは移動可能であり、前記ビーム測定手段は固定式で、加工物がビーム経路を通過移動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プラットフォームは、加工物を支持するピックアップアームを含み、このピックアップアームは、ビーム経路を通過するように伸長可能であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記プラットフォームは、
ほぼ平行な一対のレール(244a,244b)と、このレールに移動可能に取り付けられたテーブル(242)を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記プラットフォームは、
支持回転軸(132)と、この回転軸に移動可能に取り付けたホィール(130)を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記プラットフォームは、
ほぼ平行な一対のローラ(126a,126b)と、このローラに移動可能に取り付けたエンドレスベルト(128)を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記プラットフォームは、さらに、加工物が可変速度でイオンビームを通過移動できるようにするモータ(264)を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、前記ビーム測定手段および前記モータに連結されたモータコントローラ(262)を含み、このモータコントローラは、イオンビームの測定パラメータに応じて制御信号を前記モータへ送ることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ビーム測定手段は、イオンビーム内の中性原子を測定するためにビーム経路上に配置された中性ビーム検出器(260)を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ビーム測定手段は、イオンビーム内の粒子の質量を測定するためにビーム経路上に配置された前記質量分析器(255)を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ビーム測定手段は、電流密度を測定するためにビーム経路上に配置された前記ファラディ検出器(250)を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記ファラディ検出器(250)は、永久的に加工物の縁部からはみ出した位置に置かれることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ファラディ検出器(250)は、列を形成する複数のファラディカップ(252)であって、その列の長さに沿った電流密度の変化を測定することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
さらに、前記検出器が、イオンビームの前記第１および第２部分を通過移動できるように検出器を取り付ける可動支持アセンブリを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記検出器は、列を形成する複数のファラディ検出器(250a,250b,250c,250d)であって、その列の長さに沿った電流密度の変化を測定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
さらに、測定パラメータに応じて１組の制御信号を発生するように、前記ビーム測定手段に結合されたパラメータコントローラ(262)を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記パラメータコントローラ(262)は、前記イオン源に結合されており、前記制御信号の組は、前記イオン源の励起電力を変化させる電力信号(114)を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記パラメータコントローラ(262)は、前記イオン源に結合されており、前記制御信号の組は、前記イオン源内へのイオン性物質の流量を変化させる流量信号(116)を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記パラメータコントローラ(262)は、前記電極アセンブリに結合されており、前記制御信号の組は、前記電極アセンブリに印加される電圧を変化させる電極信号(118,120,122)を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記イオン源がリボンビームの形のイオン流を作り出し、さらに、リボンビームを通過するように加工物を移動させるために、前記プラットフォームに結合されたモータと、
前記ビーム測定手段およびモータに連結され、リボンビームの測定パラメータに応じて制御信号をモータへ送るようにするモータコントローラ(262)とを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
照射イオンビームで加工物を処理する方法であって、
ビーム経路に沿って延在するイオンビーム(241)を形成する段階と、
イオンビームを、そのイオンビームの第１部分(120)が加工物(174)を処理し、イオンビーム(241)の第２部分(122)が加工物の縁部からはみ出すようにして、イオンビームを加工物(174)に向けて送る段階と、
加工物の処理と同時に、イオンビームの前記第２部分のパラメータを測定する段階と、
測定パラメータに基づいて加工物の処理を調整する段階とを含み、
前記測定する段階が、ビーム径路上に配置された中性ビーム検出器、質量分析器、及びファラデー検出器のいずれかを選択して、イオンビームの前記第１部分のパラメータを測定するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記形成段階は、高アスペクト比で長手方向の軸線に沿って延在するリボンビームの形のイオン流を発生するようにしたことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記測定段階は、リボンビームの全幅を横切るストリップに沿って全電流密度を測定することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記測定段階は、長手方向の軸線にほぼ直交する経路に沿って電流密度の離散測定値を得ることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記測定段階は、イオンビームの前記第１および第２部分の少なくとも一方にある中性原子を測定することを特徴する請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記測定段階は、イオンビームの前記第１および２部分の少なくとも一方にある粒子の質量を測定することを特徴する請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記測定段階は、イオンビームの前記第１および第２部分の少なくとも一方にある電流密度を測定することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
さらに、イオンビームを加工物に向けて送る段階の前に、イオンビームの前記第１部分のパラメータを測定する段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
前記調整段階は、測定パラメータに基づいた速度で加工物を移動させてビーム経路内を通過させる段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記調整段階は、さらに、加工物の処理中に移動中の加工物の速度を変化させることを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記調節段階は、測定パラメータに基づいて前記イオン源の励起電力を変化させることを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記調節段階は、測定パラメータに基づいて前記イオン源へ送られるイオン性物質の流量を変化させることを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記調節段階は、測定パラメータに基づいて電極アセンブリに印加される電圧を変化させることを含む請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
本発明は、大面積加工物用のイオン注入機と、大面積加工物の注入ドーズ量を正確に制御するシステムに関する。特に、本発明は、大面積加工物の注入ドーズ量を正確に制御するために大面積イオンビームと組み合わせて使用されるフィードバック制御機構に関する。
イオン注入は、半導体ウェハまたはガラス基板等の加工物（workpiece）に導電率を変えるドーパント（不純物）を制御された高速状態で導入するための標準的で商業的に認められている技術である。従来のイオン注入機は、所望のドーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を含む。このビームは加工物の表面に照射される。
一般的に、イオンビームの活性化イオンが加工物塊に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成する。このイオン注入処理は、一般的に、ウェハハンドリングアセンブリおよびイオン源を収容した高真空気密処理室内で実施される。この高真空環境は、ガス分子との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、空気中浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性を最小限に抑える。
処理室は一般的に、弁アセンブリを介して自動化ウェハハンドリングおよび処理用の端部ステーションに接続されている。この端部ステーションは、真空ポンプ装置によって大気圧からポンプダウンすることができるロードロック室として一般的に知られている中間室または圧力ロック部を含むことができる。
この室は、好ましくは一端部で、加工物を１つまたは複数のカセットから中間室へ移送するエンドエフェクタ（end effector）と連通している。加工物をエンドエフェクタによって中間室内へローディングした後、室をポンプ装置で処理室と一致した高真空状態まで真空排気する。
次に、中間室の下流側端部の弁を開いて、処理室内に設けられたウェハハンドリングアセンブリで加工物を中間室から取り出す。加工物を室内に配置した後、それにイオン源で注入することができる。
従来、イオン注入機における一般的なイオンビーム経路は、イオン源と、電極と、分析磁石構造と、光学分析素子と、ウェハ処理装置を含む。電極は、イオン源で生成されたイオンを引き出して加速することによって、分析磁石構造の方へ送られるビームを発生する。分析磁石はイオンビーム内のイオンをそれらの電荷対質量比に従って分類し、ウェハ処理装置は、イオンビーム経路に対する２つの軸線に沿った加工物の位置を調節する。
特に、個々のイオンが電極を出て分析磁石に入る時、それの飛行線はイオンの質量の平方根に比例した半径を有する経路で曲がる。分析磁石構造内の分解スリットが、光学分解素子と協働して、選択された電荷対質量比を有するイオンを集束させることによって、イオンは加工物の方へ向けられる。選択された電荷対質量比を有していないイオンは、分解スリットの左側または右側のいずれかに集束されて、目標加工物に衝突する最終イオンビームから除かれる。
分析磁石および光学分解素子構造から出た選択イオンは、次に一般的に制御された状態で加工物を横切るように移動して、加工物を横切る方向に粒子を拡散させる。半導体ウェハのドーピングでは、ウェハを選択イオンの固定ビームに対して２つの直交方向に沿って移動させるのが一般的な技法である。
ウェハは、走査方向に沿って高速度で、それに直交する方向に沿って低速度で移動する可動表面上に支持されている。均一なドーピング密度を得るために、ビーム強度を測定し、測定ビーム強度に応じてウェハの速度を変化させることが一般的に行われている。例えば、ウェハに対するイオンビームの強度が増加する時、ウェハの速度を増加させ、イオンビームの強度が低下した時、ウェハの速度を低下させるウェハコントローラを設けることができる。
ロバートソン（Robertson）の米国特許第３，７７８，６２６号は、ビーム強度を測定するためにウェハ注入の合間にディスク形ウェハ支持部材へ、またはそれから流れる電流を測定する。
ディスク形支持部材は、装置のその他の部分から電気的に絶縁されており、電流測定リード線が、スリップリングを含む複雑な構造を介してウェハ支持部材に接続されている。測定された電流を制御システムへ送り、この制御システムは、イオンビームに対するディスク形ウェハ支持部材の半径方向変位も検出する。それから、制御システムは、イオン分布を制御するためにディスクの半径方向移動を制御する。
ライディング（Ryding）の米国特許第４，２３４，７９７号は、スリップリングの代わりに、ウェハ支持ディスクの背後に設けられたファラディ検出器を用いて、回転ディスクのアパーチャがファラディ箱にイオンビームを当てる時にビーム電流のパルスを受け取るように配置している電流測定構造を用いている。
ディスクが旋回すると、１回転毎にサンプルビームがアパーチャを通過して、ファラディ検出器に衝突する。各ディスク回転中に測定されたサンプルビーム電流は制御電子機器へ送られる。ライディング特許の技術は、測定ビーム電流を利用して、均一なイオンドーズ量を得られるように回転ディスクの半径方向速度を制御する。
ロビンソン他の米国特許第４，２５８，２６６号は、リボン形イオンビームをウェハホィールに照射する同様なイオン注入制御システムを開示している。ウェハホィールは、リボンビームを連続的に通過移動する複数のウェハを支持している。イオンビームの測定を行うため、ウェハホィールにアパーチャを設けて、主ビームがウェハホィールを通過して、ウェハホィールのアパーチャの下方に配置されたファラディカップに衝突できるようにしている。
ヨーロッパ特許公開第０３９８２７０号では、スポット形状のイオンビームを軸線に沿って電気的に走査しかつ基板を軸線に直交する方向に沿って機械的に走査するイオン注入機を開示していることが理解できる。このイオン注入機は、また、イオンビームの走査領域の一端部側に配置されたビーム電流測定装置１４を有している。このイオンビームは、基板及び基板の一端に配置された測定装置１４を前後に横切って周期的に走査する。
今日、急成長している半導体および注入技術は、市場で広範囲に受け入れられている。このように受け入れられていることから、大量の注入製品を競争力のある価格で生産することが要求されるようになった。最新の注入機の共通の目標は、装置の処理能力を増加させることによってこれらの要求を満足させることである。しかし、既存の装置は、これらの製造およびコスト要求を満たすのにあまり適していない。
従来技術のドーズ量計制御システムは、特に大面積平形パネルを形成する仕事には不適当である。例えば、多くの従来のシステムは、イオンビームのパラメータを測定するために注入処理の時間を割くことによって、処理能力を低下させる。
これらのシステムは、一般的に、所定数の加工物をイオンビームで処理した後にイオンビームのパラメータを測定するため、加工物を処理する全時間が減少する。さらに、イオンビームのパラメータを間欠的に測定するだけであるため、イオンビームの時間感応パラメータの現在更新を行うことができない。
従って、本発明の目的は、大面積平形パネル加工物に対して高い処理能力を示す改良形のイオン注入機を提供することである。大量の平形パネルディスプレイを高速生産できるイオン注入機は当該技術を大きく向上させる。
（発明の概要）
本発明のイオン注入機は、加工物をイオンビームで処理するのと同時に、イオンビームのパラメータを測定することによって、処理能力を向上させることができる。
パラメータとは、加工物へのイオン注入に関連したイオンビームの特性、例えばイオンビームの電流密度、イオンビーム内の中性粒子の数、イオンビーム内の粒子の質量等である。
所定数の加工物の注入の合間にイオンビームの電流密度を間欠的に測定する従来の技法に較べて、ここに開示されている発明は、加工物の注入中にイオンビームを測定する。従って、本発明のイオンビームは、加工物の注入処理に常に携わることができ、イオンビーム測定値を得るために注入時間を無駄にすることがない。
これらの結果は、イオンビームを生成するイオン源と、目標加工物に向けてイオンビームを送る電極アセンブリを有するイオンビーム装置で得られる。本装置はさらに、処理中の加工物を保持するプラットフォームを備えている。プラットフォームは、イオンビームの第１部分が目標加工物に衝突してそれを処理し、イオンビームの第２部分が加工物の縁部からはみ出すように、イオンビームに対する向きが定められている。
さらに、本発明によれば、本装置は、加工物がイオンビームの第１部分によって処理されている間に、イオンビームの第２部分が衝突するようにプラットフォームに対する向きが定められたビーム測定装置を含む。ビーム測定装置は、イオンビームのパラメータを検出する。
本発明のイオン注入機は、さらに、５０：１を超えるアスペクト比（aspectratio）を有する電極からリボンビームを形成することによって、処理能力を増加させることができる。特に、イオン源は、プラズマを収容しているイオン室と、イオン室の壁の開口と係合したプラズマ電極を含む。
プラズマ電極は、幅の少なくとも５０倍の長さを有する細長いスロットとして形成される。細長いプラズマ電極が、イオン室から出るイオン流の形を定める。また、イオン注入機は、プラズマ電極の下流側に電極アセンブリを含む。電極アセンブリは、イオン室から出たイオン流を、プラズマ電極を通して加工物の方へ送る。加工物の方へ送られるイオン流はリボンビームを形成する。
ここで使用する「リボンビーム」とは、長手方向の軸線に沿った長さと、この長手方向軸線を横切る第２経路に沿った幅を有する細長いイオンビームである。リボンビームは、所定のドーズ量を得るために加工物がイオンビームを通過する必要がある回数を減少させることができるので、大面積の加工物の注入に有効であることがわかっている。
例えば、従来の技法でほ、加工物を完全に包含するために、イオンビームが加工物上を直交する２方向に走査する必要があった。それに比較して、リボンビームが加工物の少なくとも一方の寸法より大きい長さを有する時、リボンビームで加工物を１回走査するだけで、加工物を完全に包含することができる。
加工物は、一般的に、リボンビームの短手方向の軸線に平行な方向に走査される。１００：１といったさらに高いアスペクト比の電極スロットから形成されたリボンビームも、大型の加工物、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上の寸法の加工物の注入に必要であろう。しかし、１００：１のアスペクト比を有するリボンビームは、均一に制御して保持することが困難になる。
リボンビームを用いたこれらのイオン注入機において、本発明はさらに、イオンビームの電流密度を測定するために、ビーム経路上に配置されたファラディスロットを含むことができる。ファラディスロットは、一般的に、リボンビームの長手方向軸線にほぼ直交する経路に沿って延在するように向きが定められている。
ファラディスロットは、また、ファラディスロットの長さが、ファラディスロットにおけるリボンビームの短手の寸法より大きくなるように構成することができる。これによって、適当な向きに定められたファラディスロットは、リボンビームの全幅を横切る個々のストリップに沿ったリボンビームの全電流密度を測定することができる。従って、このファラディスロットは、測定中の特定のストリップに沿ったリボンビームで発生する全電流の測定を行うことができる。
ファラディ検出器は、また、イオンビーム全体でホットスポット（すなわち、高電流密度領域）を識別する構造にすることができる。例えば、ファラディ検出器を、イオンビームの経路を通過するように検出器を並進させることができる可動支持アセンブリに取り付けることができる。
別の態様では、イオンビーム装置は、イオンビームの「ホットスポット」または電流密度の傾向を識別するためにイオンビームの長さまたは幅に沿って配置された１列のファラディ検出器を含むことができる。イオンビームの特徴付けは、始動手続き中、加工物処理手続き中、イオンビーム保守点検手続き中、または単に個々の加工物の注入の間の時間中に行うことができる。
本発明の別の態様によれば、加工物を取り付けて、加工物を移動させてイオンビームの経路を通過させる可動プラットフォームが設けられている。さらに、本発明のこの態様によれば、ビーム測定装置がビーム経路上に固定的に配置されているため、加工物がイオンビームを通過移動する間に、ビームパラメータを測定することができる。
可動プラットフォームは、加工物を支持してビーム経路を通過するように伸張可能なロボットピックアップアームを含む様々な構造で形成することができる。プラットフォームの他の実施例として、平行レールに取り付けられた可動テーブル、回転軸に支持されてその回りを回転するホィール、２つ以上のほぼ平行なローラ回りに回転するように取り付けられたエンドレスベルトを含む。
本発明の可動プラットフォームの態様は、さらに、プラットフォームに機械的に連結されたモータを含むことができる。モータは、プラットフォームがイオンビームを通過移動するために必要な力を与える。好ましくは、モータは、加工物が可変速度でイオンビームを通過移動できるように可変速度で作動することができる。モータコントローラをビーム測定装置およびモータに結合することができる。モータコントローラは、ビーム測定装置から送られるデータを解釈して、イオンビームの測定パラメータに応じてモータ制御信号をモータヘ送る。モータ制御信号はモータの速度を指示し、それによってイオンビームに対する加工物の速度を制御する。
本発明の他の特徴によれば、ビーム測定装置を形成する特定の検出器が設けられている。１つのそのような検出器は、イオンビーム内の中性原子の密度および数を測定するように構成された中性ビーム検出器である。別の検出器は、イオンビーム内の粒子の質量を測定するためにビーム経路上に配置された質量分析器である。一方、第３検出器は、電流密度を測定するためにイオンビームの経路上に配置されたファラディ検出器である。
ビーム検出装置のさらなる態様によれば、複数のファラディ検出器が１列に並べて設けられている。このファラディ検出器列は、イオンビームの断面積内に複数の検出器が配置されるように、イオンビームの大きさに対応した大きさおよび間隔のファラディカップで形成することができる。ファラディ検出器列は、イオンビームの長手方向軸線に平行に延在する向きにすることができるが、イオンビームの幅、すなわち短手方向に沿って延在する向きにすることもできる。
検出器列は、列の向きに応じて、リボンビームの長手方向軸線、またはそれを横切る短手方向軸線に沿った電流密度の変化を識別する。検出器列は、ホットスポットまたは他の不均一性の原因となるイオンビーム全体での電流密度の小さい変化を測定することができる。検出および測定後、ホットスポットまたは他の不均一性を補正または除去することができる。
本発明では、さらに、ビーム測定装置が、加工物を直接的に処理するために使用されるイオンビームの第１部分内に配置された間欠形検出器を含むことも考えられる。これらの間欠形検出器は、イオンビームの経路上で、加工物の下流側に配置され、従って加工物の処理の合間にイオンビームを受けるだけである。
間欠形検出器は、中性ビーム検出器、質量分析器またはファラディ検出器のいずれかを含むことができる。イオンビームの一定のパラメータは、すべての状況において急激に変化するわけではないので、これらのパラメータは常時測定して更新する必要はない。間欠形検出器は、これらの要素を利用するためにイオンビームの第１部分内に配置される。
本発明のさらなる特徴によれば、検出器を取り付ける可動支持アセンブリが設けられている。１つの実施例では、可動支持アセンブリは検出器が加工物を処理しているイオンビームの第１部分を走査できるようにするのに対して、別の実施例では、可動支持アセンブリは検出器が加工物からはみ出しているイオンビームの第２部分を走査できるようにする。あるいは、可動支持アセンブリは、検出器がイオンビームの第１および第２部分の両方で走査できるように構成することができる。
例えば、可動検出器は、加工物の処理と同時に、イオンビームの第２部分内のホットスポットを識別するためにイオンビームを横切る方向に走査することができるが、可動検出器は、加工物の処理の合間に、イオンビームの第１部分内のホットスポットを識別するためにイオンビームを横切る方向に走査することができる。
本発明の他の態様によれば、イオンビームの測定値に応じてイオンビームのパラメータを調節するためにビーム測定装置と結合されたパラメータコントローラが設けられている。特に、パラメータコントローラは、イオンビームの測定パラメータに応じた１組の制御信号を発生する。制御信号は、イオン注入機の様々な面を調節するために使用される。
例えば、パラメータコントローラが発生する電力制御信号は、イオン源へ送られて、イオン源に供給される励起電力を変更する。パラメータコントローラはまた、イオン源へ送られる流量制御信号を発生することができる。この流量制御信号は、イオン源へ流れるイオン性物質の流量を制御する。パラメータコントローラはまた、電極アセンブリへ送られる電極制御信号を発生することができる。この制御信号は、電極アセンブリを構成している様々な電極に印加される電圧をいかに変化させるかを電極に指示する。
本発明は、ビーム経路に沿って延在するイオンビームを生成する段階と、加工物を処理する第１部分、および加工物の縁部からはみ出した第２部分を形成するようにして、イオンビームを加工物に向けて送る段階を有する方法を含む。この方法はさらに、加工物の処理と同時に、イオンビームの加工物からはみ出している部分でパラメータを測定する段階と、測定パラメータに基づいて加工物の処理を調整する段階を含む。
イオンビームパラメータは、イオンビームの全幅を横切るストリップに沿って測定することができるか、パラメータは、イオンビームの長手方向に測定することができる。また、イオンビームのストリップに沿って個別測定値を得ることによって、パラメータを測定することができる。
本発明の他の態様によれば、様々なイオンビームパラメータを測定する個別の方法が提供されている。例えば、電流密度を測定するためにファラディ検出器を使用することができ、イオンビーム内の中性原子の濃度を測定するために中性ビーム検出器を使用することができ、イオン流内の粒子の質量を測定するために質量分析器を使用することができる。
さらに、本発明によれば、測定パラメータに基づいて加工物の処理を変化させることができる。例えば、測定パラメータに基づいて、ビーム経路を通過する加工物の移動速度が調節される。他の態様によれば、測定パラメータに基づいて、イオン源に供給される励起電力が変更される。また、イオン性物質の選択および選択物質の流量は、測定パラメータに応じて調節される。さらなる態様によれば、測定パラメータに基づいて、電極に印加する電圧を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、以下の説明から明らかになると共に、添付の図面から明らかになり、様々な図面を通して同一参照記号は同一部材を示している。図面は、本発明の原理を説明しており、正確な縮尺率ではないが、相対寸法を示している。
第１図は、本発明に従ったイオン注入機の斜視図であり、
第２図は、第１図のイオン注入機の一部分の上面図であり、
第３図は、第１図のイオンビームアセンブリと処理室の断面図であり、
第４図は、第１図のイオン注入機内で加工物を並進させるために、一対のレールに取り付けられたプラットフォームを有する並進機構を頭上から見た断面図であり、
第４Ａ図は、第１図のイオン注入機内で加工物を並進させるために、一対のローラに取り付けられたエンドレスベルトを有する並進機構を頭上から見た断面図であり、
第４Ｂ図は、第１図のイオン注入機内で加工物を並進させるために、回転軸に取り付けられた円形プラットフォームを有する並進機構を頭上から見た断面図であり、
第５図は、中性ビーム検出器および質量分析器の変更位置を示す、第１図の並進機構の変更形の頭上から見た断面図であり、
第６図は、１列に並んだファラディカップを示す、第１図の並進機構の頭上から見た断面図であり、
第７図は、永久配置されたファラディ検出器と可動ファラディカップを示す、第１図の並進機構の頭上から見た断面図であり、
第８図は、第３図の中性ビーム検出器の断面図であり、
第９図は、第３図の質量分析器の断面図であり、
第１０図は、第３図のコントローラおよびイオン源制御信号の概略図であり、
第１１図ないし第１５図は、第３図のコントローラのソフトウェア実行を説明するフローチャートであり、
第１６図は、第３図のコントローラを実行するための疑似コードリストを示している。
（図示の実施例の説明）
本発明のイオン注入機１０は、一対のパネルカセット２６と、エンドエフェクタ２４と、ロードロックアセンブリ１２と、処理室１６を形成しているハウジング１４と、イオン源１８を含み、イオン源１８はビーム開口２０を介して処理室１６と連通している。エンドエフェクタ２４が、カセット２６内に積み重ねられたパネルＰをロードロックアセンブリ１２へ移送する。
図示のエンドエフェクタ２４は、従来の駆動および制御機構に接続されており、この機構はエンドエフェクタに電力を与えると共に、パネル移動の速度およびシーケンスを制御する。パネルカセット２６は従来構造であり、パネル用の好都合な保管機構を形成している。
ロードロックアセンブリ１２は線形ベアリング装置と線形駆動装置にも連結されており、これらの装置はロードロックアセンブリ１２を所望通りに垂直移動させると共に、ロードロックアセンブリ１２を処理室ハウジング１４と密着する位置に配置して保持し、これについては詳細に後述する。
線形駆動装置は、親ねじ２２とモータアセンブリ２３を含む。モータアセンブリ２３が親ねじ２２を駆動し、親ねじ２２がロードロックアセンブリ１２を点線で示されているように選択された垂直位置に配置する。線形ベアリング装置は、ロードロックアセンブリに取り付けられて円形シャフト２９に沿って摺動する一対の固定線形ベアリング２８を含む。
好ましくは、並進アセンブリが処理室１６内に設けられている。並進アセンブリは、構造および機能的にエンドエフェクタ２４と同じピックアップアーム２７を含む。ピックアップアーム２７は、処理中にパネルＰを取り扱う。ピックアップアーム２７が最初にパネルＰをロードロックアセンブリ１２から取り出した時、それはほぼ水平位置Ｐ１に配置されている。次に、ピックアップアームはパネルを矢印１３で示されているように垂直方向に、ほぼ垂直位置Ｐ２へはじき上げる。次に、並進アセンブリはパネルを走査方向へ、図示の実施例では左から右へ、イオン源１８で生成されて開口２０から現れるイオンビームの経路を横切るように移動させる。
第１図および第２図を参照すると、処理室ハウジング‡４は前ハウジング部分１４Ａと細長い部分１４Ｂを含む。前ハウジング部分は、ロードロックアセンブリ１２からパネルＰを水平状態で取り出すことができる寸法である。次に、第２図に矢印３２で示されている走査方向に沿った移動の前に、パネルを最初の水平位置Ｐ１から垂直位置Ｐ２へ移動させる。
ハウジング部分１４Ｂは、パネルがイオン源１８で生成されたリボンビームを完全に通過できるようにする軸方向寸法を走査方向に有している。室部分１４Ｂが比較的狭い幅であることによって、パネルは垂直位置Ｐ２に配置されている時だけそれに沿って移動することができ、処理室１６の全容積を小さくすることができるため、好都合である。このように処理室の容積が小さくなることによって、処理室の真空排気を速くすることができる。室の真空排気に必要な時間の短縮は、注入機１０の全処理能力の増加に役立つ。
図示のロードロックアセンブリ１２は、好ましくは室ハウジング１４の前室壁３４に密封連結されている。ロードロックアセンブリ１２の垂直移動中、ロードロックアセンブリ１２は室壁３４に対して比較的気密および液密的なシールを維持する。このすべりシール密封構造についてはさらに詳細に後述する。
再び第１図を参照すると、イオン源１８は開口２０と協働して、処理すべきパネルの少なくとも短辺の寸法を超える長い寸法を有するリボンビームを形成する。さらに詳しく言うと、イオン源は、パネルの短辺を超える長さを有するリボンビームを生成する。
本発明のイオン注入機１０にリボンビームを使用することによって、
(1) 同一装置で様々な大きさのパネルサイズを処理できること、
(2) イオンビームのサンプル電流に応じてパネルの走査速度を制御することによる均一な注入ドーズ量の達成、
(3) イオン源を小さくすることによる低コスト化と保守点検が容易になること、
(4) イオン源を連続作動させることができること、を含む幾つかの利点が得られる。
イオン源の連続作動によって、従来の方法のようにイオン源のオン・オフを繰り返すことに伴った問題をなくすことによって均一な注入を行うことができるので、イオン注入機１０の効率が増加する。これらの問題の代表的なものとして、イオン源の始動作動時に発生するビーム電流密度の過渡現象がある。
第３図は、イオン注入を制御するシステムを示している。特に第３図は、イオン源１８を処理室の上方に取り付けている断面図を示している。処理室１６は、イオンビーム２４１の下方に加工物１７４を支持するための加工物プラットフォームを含む。加工物プラットフォームはさらに、加工物がイオンビーム２４１を通過できるようにする並進機構として説明することができる。図示の並進機構は、レール２４４に取り付けられたテーブル２４２と、レール２４４に沿ったテーブル２４２の移動を制御するモータ２６４を含む。
第３図は、さらに、処理室１６の下側に取り付けられたビーム測定構造部を示している。ビーム測定構造部は、ファラディ検出器２５０と、質量分析器２５５と、中性ビーム分析器２６０を含むことができる。ビーム測定構造部は、コントローラに接続して連通している。コントローラ２６２は、モータ制御信号１１０とイオン源制御信号１１２を発生する。
コントローラは、モータ制御信号１１０でモータ２６４の動作を制御し、制御信号１１２でイオン源１８を制御する。モータ制御信号１１０とイオン源制御信号１１２は、所定の状態図または関数に基づいてコントローラ２６２が発生する。あるいは、コントローラは、ファラディ検出器２５０、質量分析器２５５および中性ビーム分析器２６０によって行われた測定に応じて制御信号１１０および１１２を発生することができる。
第３図に示されている制御システムは閉ループシステムである。制御システムは、イオン源１８がイオンビーム２４１を発生することで始まると説明することができる。イオンビーム２４１のパラメータは、ファラディ検出器２５０、質量分析器２５５および中性ビーム分析器２６０によって検出される。コントローラ２６２は、検出器２５０、２５５、２６０で生成されたデータを受け取って、イオンビームの測定パラメータに応じてモータ制御信号１１０およびイオン源制御信号１１２を発生する。イオン源制御信号１１２はイオン源１８へ送られて、イオンビーム２４１のパラメータの変更および更新に使用され、これによってこの制御システムのループを閉じる。
ファラディ検出器２５０は、ファラディ箱内から逃げた電子を遮断すると共に、ビームに同伴する電子を排除しながら、イオンビーム電流を捕獲して測定する形式の検出器である。ファラディ検出器は、注入ドーズ量を測定するために一般的に使用されている。
ファラディ検出器は、イオンビーム２４１の１つのパラメータ、すなわちイオン注入ドーズ量を測定するための装置を備えている。測定されたイオン注入ドーズ量のレベルは、コントローラ２６２への入力として作用する。
コントローラ２６２は、１つには測定されたイオン注入ドーズ量に基づいて、適当なイオンドーズ量が加工物１７４に注入されているかどうかを判断する。測定パラメータに応じてコントローラ２６２が計算した全ドーズ量が所望のドーズ量レベルに合わない場合、コントローラは、イオンビームを通過する加工物の速度を変更することによってドーズ量レベルを調節することができる。
例えば、コントローラ２６２は、加工物がイオンビームを通過移動する速度を増加させることによって、加工物に添加される全ドーパントを減少させることができる。同様に、コントローラ２６２は、加工物がイオンビームを通過移動する速度を低下させることによって、加工物に添加される全ドーパントを増加させることができる。
さらに、測定パラメータに応じてコントローラ２６２が計算したドーズ量が所望のドーズ量レベルに合わない場合、コントローラは、イオン源１８によって供給されている単位時間当たりのドーズ量レベルを変更することができる。加工物の特定速度においてイオンビームが添加するドーズ量率を増加させると、加工物に添加されるドーズ量が増加する。同様に、加工物の速度を一定に維持しながらイオンビームによるドーパント添加率を減少させると、加工物に添加される全ドーパントが減少する。このため、加工物に対する所望のドーパントレベル、イオンビーム２４１によって生じる注入率、注入中の加工物の移動速度がわかっていれば、コントローラ２６２は、加工物が所望のドーパントレベルで処理されるようにすることができる。
加工物１７４に添加されるドーパントレベル以外にも、加工物の注入で重要な別の要素として、注入処理中の加工物１７４の温度がある。一般的に、加工物の温度は、所定の臨界温度レベルを超えてはならない。加工物のレベルが臨界温度を越えると、加工物は熱応力を受けることによって、許容できない欠陥が生じる。粒子が加工物に衝突する結果として、加工物の温度が上昇する。従って、加工物に衝突する粒子の数と、関連粒子のエネルギを与えられれば、加工物の温度上昇を計算することができる。
本発明の１つの態様によれば、加工物が臨界温度レベルを越えないようにするためにコントローラ２６２が使用される。本発明のこの態様によれば、コントローラ２６２は、イオンビームの測定パラメータに基づいて加工物表面の理論温度上昇を決定して、加工物温度が加工物の臨界温度を越えないようにイオン注入機１０を制御する。
さらに、本発明のこの態様によれば、コントローラ２６２は、ファラディ検出器２５０、質量分析器２５５および中性ビーム検出器２６０の測定値を利用する。ファラディ検出器２５０は、イオン化粒子が加工物に衝突する割合を識別するために使用されるが、ファラディ検出器は中性イオンを検出しないことが当該分野で知られている。
中性原子はイオンとほぼ同じエネルギを有しており、また注入ドーズ量に関する限り、それぞれそれらと同等であるので、中性原子の検出は、加工物の温度上昇の決定に有意義である。ファラディ検出器に衝突するビームが中性原子を含み、これらの中性原子がファラディ検出器で検出されていない場合、加工物の温度決定に誤りが発生するであろう。従って、コントローラ２６２は、加工物の温度上昇を計算する時に、ファラディ検出器で検出されたイオン化粒子と、中性ビーム検出器で測定された中性粒子の両方を考慮に入れる。
第３図に示されているイオン注入機は、また、イオンビーム２４１のパラメータを測定する質量分析器２５５を含む。質量分析器は、イオンビーム２４１内に含まれる元素の種類を同定する。イオンビーム内の種類の同定は、加工物に添加されるドーズ量を正確に照射するために有意義である。従って、コントローラ２６２は、加工物の温度を決定する時にイオン流内の粒子の種類も考慮に入れる。
コントローラ２６２は、検出器２５０、２５５および２６０の測定パラメータに応じて、モータ制御信号１１０およびイオン源制御信号１１２を発生する。
モータ制御信号１１０はモータ２６４へ送られて、イオンビーム２４１を通過する加工物１７４の並進速度を制御する。
イオン源制御信号１１２はイオン源１８へ送られて、イオンビーム２４１のパラメータを変更する。加工物の並進速度の変更か、イオン源のパラメータの変更のいずれかを行うことによって、コントローラ２６２は加工物１７４のドーパントレベルを制御でき、またコントローラ２６２は加工物温度を所定の温度範囲内に維持することができる。
従って、本説明に開示されているイオン注入機は、加工物内のドーパントレベルを所望ドーパントレベルから０．５％未満のずれにすることができる。
第４図は、イオンビーム２４１の下方で加工物を移動させる加工物プラットフォームの上面図である。
加工物プラットフォームは、図示のように、２つのほぼ平行なレール２４４ａおよび２４４ｂと、レール２４４ａおよび２４４ｂに取り付けられたテーブル２４２を含む。テーブル２４２は、当該技術では既知の摺動可能な取り付け具、例えば線形ベアリングまたは空気ベアリングを用いてレールに取り付けることができる。テーブル２４２は、軸線２４６に沿って移動できるように取り付けられ、モータ２６４（図示せず）がテーブル２４２を軸線２４６方向に駆動する。
作用を説明すると、コントローラ２６２は、加工物のイオンビーム通過数と、加工物に所望レベルの全ドーパントを得るために必要な各通過時のドーパントレベルを決定する。
次に、コントローラ２６２は、モータに、加工物プラットフォームおよびそれに対応した加工物を必要速度で必要通過数だけイオンビームを通過移動させるように命令する。第４図に示されている構造部は、加工物１７４を前後移動させてリボンビーム２４１を通過させることができる。
第４Ａ図は、加工物を並進させてイオンビーム２４１を通過させる変更形構造部を示している。加工物プラットフォームは、２つのほぼ平行なローラ１２６ａおよび１２６ｂと、ローラ１２６ａおよび１１２６ｂに掛けられたエンドレスベルト１２８を含む。ベルトは軸線２４６に沿って移動可能であるため、加工物１７４がイオンビームを通過移動する。モータ２６４がローラ１２６ｂに機械的に連結されており、ベルト１２８を軸線２４６に沿って移動させることができる力を加える。
第４Ｂ図は、加工物を並進させてイオンビーム２４１を通過させるさらなる変更形構造部を示している。加工物プラットフォームは、図示のように、円形テーブル１３０をその円形テーブル１３０の平面から突出した回転軸１３２に取り付けて構成されている。
円形テーブルは、回転軸回りに１３４の方向に回転可能である。モータ２６４（図示せず）が円形テーブル１３０を回転軸１３２回りに駆動することによって、加工物１７４がイオンビーム２４１を通過する。
さらに、第４図、第４Ａ図および第４Ｂ図からわかるように、図示のイオンビーム２４１は、加工物１７４に重なる第１イオンビーム部分１２０と、加工物の縁部からはみ出した第２イオンビーム部分１２２を有する。イオンビーム２４１は、やはり加工物１７４の縁部からはみ出したさらなる部分１２４を含むこともできる。
一般的に、イオンビームは、加工物の両縁部から５〜２０cm延出している。加工物１７４に重なる第１イオンビーム部分１２０が加工物を処理するのに対して、加工物からはみ出したイオンビーム部分は加工物を積極的に処理しない。むしろ、加工物からはみ出したこれらのイオンビーム部分、例えば、部分１２２およびは１２４は、加工物の処理と同時にイオンビームのパラメータを測定するために使用される。
好ましくは、イオン源１８は、第４図、第４Ａ図および第４Ｂ図に示されているような断面積を有するリボンビームを発生する。リボンビームは、一方の軸線に沿って細長いイオンビームである。リボンの長手方向の軸線は、第４図に軸線２４８として、軸線２４６に沿った加工物１７４の移動方向にほぼ直交するように示されている。
イオン流をリボンビーム構造にすることによって、好都合にもイオンビームの一部分が加工物からはみ出して、加工物１７４の処理におけるイオンビームの効率に悪影響を与えることなく、イオンビームのパラメータを測定できるようにする。好ましくは、リボンビームは加工物の両縁部から５〜２０cm延出する。
第４図はさらに、イオンビームのパラメータの測定に使用される検出器群の位置を示している。図示の検出器は、２つのファラディ検出器２５０ａおよび２５０ｂと、質量分析器２５５と、中性ビーム検出器２６０である。ファラディ検出器２５０ａおよび２５０ｂを部分１２２および１２４内に配置することによって、加工物の処理と同時にイオンビームの電流密度を測定することができる。
それと対比して、質量分析器２５５と中性ビーム検出器２６０は、第１イオン部分内に配置されているため、検出器２５５および２６０は、加工物の処理と同時にイオンビームのパラメータを測定することはできない。質量分析器２５５および中性ビーム検出器２６０は、加工物がイオンビーム２４１の下方に位置していない時にイオンビームのパラメータを測定できるだけである。このため、この配置では、質量分析器および中性ビーム検出器は間欠的に作動するだけである。
図示のファラディ検出器２５０ａおよび２５０ｂは、リボンビームの幅を越える長さを有する。また、各ファラディ検出器は、リボンビームの幅全体にわたるように配置されている。
図示のように、各ファラディ検出器は、リボンビームのストリップに沿ってリボンビームによって注入される全電流を測定する。ファラディ検出器は、リボンビームの幅方向に延びたストリップ全体でリボンビームによって加えられる電流を合計する積分器として機能する。このため、ファラディ検出器は、検出器の位置におけるビームの線形電流密度を測定する。イオンビーム２４１の大きさおよび形状に対応したファラディ検出器の大きさおよび配置によって、加工物がイオンビームを通過する時に加工物に加えられるドーパントを正確に測定することができる。
第５図は、すべての検出器をリボンビームの第１部分１２０の外側に配置した本発明の別の実施例を示している。この実施例では、加工物の処理と同時に、すべての検出器がイオンビームのパラメータを測定する。この実施例は、イオンビームの全パラメータに関してリアルタイムのデータが必要とされる時、またはイオンビーム注入処理に対して厳格な制約条件がある時に好都合であることがわかっている。
第６図は、１列に並んだファラディ検出器を有する本発明の別の態様を示している。第１列の検出器が、長手方向軸線２４８に沿って延在しており、検出器２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄおよび２５０ｅを含む。第２列の検出器２５２ａおよび第３列の検出器２５２ｂは、長手方向軸線２４８にほぼ直交する軸線に沿って延在している。
第１列の検出器は、一般的に、１列に並んだスロットを含み、各スロットはリボンビーム２４１の幅全体に及んでいる。スロット列は、長手方向軸線２４８の長さ方向に沿って延在して、加工物を処理するイオンビーム部分内、および加工物の縁部からはみ出したイオンビーム部分内へ延びている。このような配置により、スロットはリボンビームの長さに沿った電流密度の変動性を測定することができる。特に、ファラディスロット２５０ａ〜２５０ｅの各々が、リボンビームの長さに沿った特定点において加工物に添加される全ドーパントを表す離散データ点となる。
それに比べて、第２列のファラディ検出器２５２ａと第３列のファラディ検出器２５２ｂは、リボンビームの幅に沿った電流密度の変動性を測定することができる。例えば、第２列のファラディ検出器２５２ａは、軸線２４８にほぼ直交する軸線に沿って並んだ多数のファラディカップを含む。列２５２ａを形成しているファラディカップの各々が、リボンビームの幅に沿って延在する点で電流密度を測定する。
検出器列の測定値間の関係から、リボンビーム２４１の幅に沿った電流密度の変動性がわかる。第３列のファラディ検出器２５２ｂも多数のファラディカップを含む。検出器列２５２ａは検出器列２５２ｂと位置が異なっている。すなわち、列２５２ａは第１イオンビーム部分１２０内に位置するのに対して、列２５２ｂは第２イオンビーム部分１２２内に位置している。
第７図は、リボンビーム２４１の長さに沿った電流密度の変動を測定する別の実施例を示している。第７図は、リボンビームの長手方向軸線２４８に沿って移動可能なファラディスロット２５０ｆを示している。ファラディ検出器２５８は、ファラディ検出器を軸線２４８に沿って移動させる可動支持構造体（図示せず）に取り付けられている。
本発明の１つの態様によれば、ファラディ検出器２５０ｆは、第１リボンビーム部分１２０の長さに沿って移動可能である。本発明の別の態様によれば、ファラディ検出器２５０Ｆはイオンビーム２４１の第２部分１２２に沿って移動可能である。他の例では、ファラディ検出器２５０ｆはイオンビームの第１および第２部分の両方に沿ってその間を移動可能である。
第８図は、イオン流２４１内の中性粒子を測定するために使用される中性ビーム検出器の概略図を示している。中性ビーム検出器は、粒子７０が通過する開口６３を有する入口アパーチャ６２を含む。検出器は、また、電圧電源６６によって励起される一対の偏向板６４を含む。また、中性ビーム検出器は、偏向板６４を通過する粒子数を測定するボロメータ（bolometer）６８を含む。
作用を説明すると、粒子流７０がアパーチャ６２の開口６３を通過する。これらの粒子は偏向板６４の間を進む。偏向板が励起されることによって、イオン化粒子の飛行線が左側へ、または右側へ進路が変わるが、中性粒子は真っ直ぐな経路に沿って進む。イオン化粒子は、ボロメータの左側または右側に集束して、測定されない。それに比べて、中性粒子は真っ直ぐにボロメータの方へ進んで測定される。従って、ボロメータ６８はイオンビーム２４１内の中性粒子を測定することができる。
第９図は、第３図に示されている質量分析器２５５を概略的に示している。質量分析器は、粒子流８０が通過する開口７４を有する入口アパーチャ７２を含む。質量分析器はまた、磁気偏向ギャップを定める一対の分析磁石と、粒子検出器７８を含む。一対のコイルによって、偏向ギャップ内に磁界が発生する。コイルは電源で励磁されて、偏向ギャップ内にほぼ均一な静磁界を発生する。
作用を説明すると、粒子流８０が開口７４から磁気構造部に入り、磁気偏向ギャップ内に発生している磁界によって湾曲軌道に沿って偏向される。粒子８０の偏向は、粒子の質量と磁界の両方の影響を受ける。このため、選択されたイオン群だけが、分析磁石から出るために必要な度数まで磁界で曲げられる。磁気構造部７６から出るこれらの選択粒子が、粒子検出器７８によって検出される。選択されなかった種類の粒子は、検出器７８の左側または右側に集束する。従って、質量分析器は、イオン流における選択質量を有する粒子の濃度を決定する構造部を提供している。
第１０図は、コントローラ２６２と第３図のイオン源制御信号１１２の相互作用を概略的に説明している。イオン源制御信号１１２は、電力信号１１４と、流量信号１１６と、電圧１信号１１８と、電圧２信号１２０と、電圧３信号１２２を含む。コントローラ２６２は、ファラディ検出器２５０、中性ビーム検出器２６０および質量検出器２５５から受け取った入力信号に応じて出力信号１１４、１１６、１１８、１２０および１２２を発生する。
第１０図はさらに、コントローラ２６２で発生した制御信号に応答するイオンビーム注入機１０の部材を示している。特に、第１０図は、プラズマ８４を収容するイオン室８２と、プラズマ８４を励磁するイグナイタ（ignitor）８６を示している。イオン性物質を保持する容器８８が，導管９２を介してイオン室８２に連結されている。容器８８からイオン室８２へ流れるイオン性物質の流量は、弁９０で制御される。また、プラズマ電極９４、引出電極９６、抑制電極９８および外側電極１００を含む１組の電極が第１０図に示されている。
イグナイタ８６は、当該技術では既知の電子源またはプラズマイニシエータ（plasma initiator）を表している。例えば、イグナイタ８６は、イオン室内へ電子を放出する水晶板またはタングステンフィラメントへのエネルギ伝達を行うマイクロ波電源にすることができる。イグナイタ８６の電力出力は選択可能である。特に、コントローラ２６２は、電力信号１１４でイグナイタ８６と結合されている。コントローラ２６２は、電力信号１１４によってイグナイタの電力出力を制御し、それによって、プラズマ室８２から出るイオン流の電流密度を変更する。
弁９０は、イオン室８２内へのイオン性物質の導入を制御し、弁９０は選択可能である。コントローラ２６２は、弁９０に結合されて、流量信号１１６でそれを制御する。このため、コントローラは、弁９０を制御することによってイオン源へ流れるイオン性物質の流量を制御する。イオン室へ導入されるイオン性物質の量および種類を制御することによって、コントローラはイオン源内のプラズマ状態をさらに制御することができる。
本発明のさらなる態様によれば、コントローラ２６２は、電圧制御信号１１８、１２０および１２２によって電極９４、９６、９８および１００の制御を行う。特に、プラズマ流はプラズマ電極９４を通ってイオン室８２を出る。次に、イオン流は、引出電極９６、抑制電極９８および外側電極１００を含むイオンビームアセンブリによって進められて加速される。３つの可変電圧供給源が、電極９４、９６、９８間の電圧を調整する。
例えば、電圧供給源１０２が、プラズマ電極９４と引出電極９６の間にバイアス電圧をかけ、電圧供給源１０４が、引出電極９６と抑制電極９８の間にバイアス電圧をかけ、電圧供給源１０６が、抑制電極９８と外側電極１００の間にバイアス電圧をかける。コントローラ２６２は、電圧調整信号１１８、１２０および１２２を介して電圧供給源１０２、１０４および１０６を制御し、これによって電極９４、９６、９８および１００の制御を行う。
電極９４、９６、９８および１００に印加する電圧を制御することによって、コントローラは、プラズマ室８２から出るイオンビームの幅を調節することができる。電圧供給源１０２、１０４および１０６は、一般的に、プラズマ電極、引出電極および抑制電極が接地電極（ground electrode）に対して選択電圧になるように調節される。接地電極は一般的にゼロ電圧に調整されており、抑制電極９８は−３キロボルトに調整され、引出電極は９０キロボルトに調整され、プラズマ電極は一般的に９５キロボルトに調整されている。
コントローラは、プラズマ室８２から出るイオン流を調節するために電圧供給源の電圧をその通常値から調節することができる。特に、コントローラ２６２は、リボンビームの幅を変更するために電圧を調節することができる。リボンビームの幅を変更することによって、イオン流の密度を加工物全体に拡散させることができるが、さらに加工物上に集束させることもできる。イオン流の幅の調節は、加工物表面における温度上昇率の制御にも有効であることがわかっている。このようにして、加工物の表面の最高温度を調節することができる。
第１１図ないし第１５図は、コントローラ２６２の作動を説明している。特に、第１１図ないし第１５図は、汎用コンピュータで実行できる１組のソフトウェア命令を詳細に説明する１組のソフトウェアフローチャートを示している。図示のフローチャートによって、汎用コンピュータはコントローラ２６２を作動させる１組の命令を実行する。
一般的に、加工物に対するドーズ量測定制御は、２つの方程式、すなわち部分ドーズ量を計算するものと、加工物の温度上昇用のものに従って行われる。方程式は、ビームの特性、温度モデル、走査速度、部分注入数等に関する多数のパラメータを含む。
本発明の１つの態様によれば、最適処理能力を生じるパラメータの組み合わせを決定するための変数（基本制御パラメータ）として、部分注入数、１部分注入当たりの走査数、走査速度および電流密度を考慮するだけでよいことがわかっている。他のパラメータは、１つの注入作業では一定であると見なすことができる。
全ドーズ量をＤ、通過または部分注入数をＮｐ、１部分注人当たりの走査数をＮｓ（おそらくは２に固定）、走査速度をＶｓとした時、部分ドーズ量Ｄｉは、次式：
Ｄｉ＝Ｄ／Ｎｐ＝γＪ・Ｎｓ／Ｖｓ              （式１）
で与えられる。Ｎｐについて解くと、
Ｎｐ＝１Ｖｓ Ｄ／γＮｓ Ｊ                    （式２）
加工物の（初期状態からの）温度上昇は式：
ΔＴ＝Ｄｉ［α＋βＶｓ／Ｎｓ］              （式３）
で与えられる。但し、α項は中心温度上昇に対応し、β項は表面温度上昇に対応する。
方程式１および２から、
ΔＴ＝Ｊ［ｋ1・（Ｎｓ／Ｖｓ）＋ｋ2］          （式４）
ΔＴ＝Ｄｉ［ｋ3＋ｋ4 Ｊ］                    （式５）
式２から、あるドーズ量の場合の部分注入数を最小にするためには、走査速度を最低にし、走査密度を最大にする必要があることがわかる。式４から、走査速度の増加と電流密度の低下に伴って加工物温度が低下することが明らかである。このため、コントローラ２６２の目的は、温度上昇限界や、電流密度、走査速度または部分注入数に対する他の限界と調和しながら、最大電流密度かつ最低走査速度で作動することである。
ドーズ量測定の制約条件のため、ドーズ量方程式は閉じた形式（in closed form）では解くことができない。内部解（interior solution）を見つけることができた（いずれの制約境界上にない）としてもすべての部分注入が等しいことの必要性から、反復アルゴリズムが必要になる。反復処理には、始動値を定める必要がある。
式１から、基本制御変数（部分注入数、ビーム電流密度、および走査速度）のすべてが独立的であるわけではないことが明らかであり、また式３および式５から、温度上昇制約条件を満たすために必要な部分注入数（部分ドーズ量）をビーム電流密度または走査速度のいずれか一方の始動値から決定できることは明らかである。
この背景から、第１１図ないし第１５図は、異なった基本制御パラメータが固定されている状況におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。フローチャートは、コントローラ２６２がイオン注入機１０の初期基本制御パラメータをいかに定めるかを示している。これらのパラメータは、装置１０の作動中にファラディ検出器、中性ビーム検出器および質量分析器から得られた測定値に応じて更新および変更することができる。
第１１図は、ユーザが電流密度を固定している場合におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。
コントローラ２６２は、電流密度を固定する動作ブロック１３６で処理を開始する。初期化ルーチンが、部分注入カウンタを１に設定するブロック１３８で継続される。ブロック１４０で、注入部分ドーズ量が、最大ドーズ量を最大イオンビーム通過数で割った値に設定される。ブロック１４２で、加工物温度上昇が、すべて上記の式５に従って、部分ドーズ量に定数群を掛けた値に設定される。ブロック１４２の後、制御は判断ブロック１４４へ進む。判断ブロック１４４において、温度上昇が最大許容温度上昇より小さい場合、フローチャートの制御は動作ブロック１４６へ進む。そうでなく、温度上昇が最大許容温度上昇より小さくない場合、制御はブロック１６０へ進む。
ブロック１４６において、走査速度が上記の式２に従って設定される。１４６の後、論理の流れは判断ブロック１４８へ進む。判断ブロック１４８において、走査速度が最大許容走査速度より小さいと判断された場合、制御は判断ブロック１５４へ進む。走査速度が最大許容走査速度より大きいと判断された場合、制御は動作ブロック１５０へ進む。
動作ブロック１５０において、コントローラ２６２は、与えられている電流パラメータでは解が存在しないことを決定する。その結果、制御は動作ブロック１５２へ進み、そこでコントローラ２６２は最大許容電流を減少させるか、最大許容走査速度を増加させる。
判断ブロック１５４において、コントローラ２６２は、走査速度が最小許容走査速度を超えているかどうかを判断する。走査速度が最小許容走査速度を超える場合、制御は動作ブロック１５６へ進む。
動作ブロック１５６において、コントローラ２６２は、与えられた制御パラメータで実現可能な解に達する。従って、コントローラ２６２は、与えられた電流制御パラメータで注入処理を開始する。
動作ブロック１５８において、コントローラ２６２は、与えられた電流パラメータでは解が実現可能でないと決定する。その結果、コントローラ２６２は、実現可能な解が得られるように最大許容電流密度を減少させるか、最大許容走査速度を増加させる。動作ブロック１５８の後、制御は動作ブロック１６０へ進む。
動作ブロック１６０において、コントローラ２６２は部分注入カウンタを１だけ増加させる。ブロック１６０の後、制御は判断ブロック１６２へ進む。判断ブロック１６２において、現在の部分注入カウントが最大許容部分注入カウントより小さい場合、制御は動作ブロック１４０へ進む。そうではなく、現在の部分注入カウントが最大許容部分注入カウントを超えている場合、制御は動作ブロック１６４へ進む。
動作ブロック１６４において、コントローラは、与えられたパラメータでは解が実現できないことを決定する。従って、制御は動作ブロック１６６へ進み、そこでコントローラは、実現可能な解が得られるように最大許容部分注入カウントを増加させるか、電流密度を減少させる。
第１２図は、ユーザが走査速度を固定している場合におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。
コントローラは、走査速度を設定する動作ブロック２７０で開始する。システムの初期化が、部分注入カウントを１に設定する動作ブロック２７２で継続されて、動作ブロック２７４へ進み、そこで部分ドーズ量が、最大ドーズ量を最大走査数で割った値に設定される。ブロック２７４の後、制御はブロック２７６へ進み、そこで加工物温度上昇が式３に従って設定される。動作ブロック２７６の後、制御は判断ブロック２７８へ進む。判断ブロック２７８において、コントローラは、加工物上昇が最大許容温度上昇より小さいかどうかを判断する。温度上昇が最大許容温度上昇より小さい場合、制御は動作ブロック２８０へ進む。そうでない場合、制御は動作ブロック２９４へ進む。
動作ブロック２８０において、電流密度が式１に従って決定される。動作ブロック２８０の後、制御は判断ブロック２８２へ進む。判断ブロック２８２において、コントローラは、計算電流密度が最大許容電流密度より低いかどうかを判断する。計算電流密度が最大許容電流密度を超えている場合、制御は動作ブロック２９２へ進む。動作ブロック２９２において、コントローラは、実現可能な解が得られるように最大許容電流密度を増加させる。
判断ブロック２８４において、コントローラは、電流密度が最小許容電流密度を超えているかどうかを判断する。計算電流密度が許容範囲内にあるとコントローラが判断した場合、論理制御は動作ブロック２８６へ進み、そこでコントローラは制御パラメータの決定を完了する。しかし、計算電流密度が最小許容電流密度より低い場合、制御は動作ブロック２８８へ進む。
コントローラは、動作ブロック２８８において解が実現可能ではないと決定して、動作ブロック２９０へ進む。動作ブロック２９０において、コントローラは、実現可能な解が得られるように最大許容走査速度を増加させるか、最小許容電流密度を減少させる。
判断ブロック２７８に続く動作ブロック２９４において、部分注入カウンタは１だけ増加される。動作ブロック２９４の後、論理の流れは判断ブロック２９６へ進む。判断ブロック２９６において、部分注入カウントが最大許容部分注入カウントより小さい場合、制御は動作ブロック２７４へ進む。現在の部分注入カウントが最大許容部分注入カウントを越えている場合、制御は動作ブロック２９８へ進む。動作ブロック２９８において、コントローラは、解が実現可能ではないと決定して、制御は動作ブロック３００へ進む。動作ブロック３００において、コントローラは、実現可能な解が得られるように最大許容部分注入カウントを増加させるか、走査速度を減少させる。
第１３図は、ユーザが注入数を固定している場合におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。
コントローラは、最大許容部分注入数を設定する動作ブロック３０２で開始する。ブロック３０４において、コントローラは現在のドーズ量を、最大ドーズ量を最大部分注入数で割った値に設定する。動作ブロック３０４の後、制御は動作ブロック３０６へ進み、そこで走査速度が計算される。走査速度を計算した後、制御は判断ブロック３０８へ進む。
判断ブロック３０８において、コントローラは、走査速度が最大許容走査速度より低いかどうかを判断する。走査速度が許容範囲内にある場合、制御は判断ブロック３１４へ進む。走査速度が最大許容走査速度を越えている場合、制御は動作ブロック３１０および３１２へ進む。動作ブロック３１２において、コントローラは、解が実現可能ではないと決定し、その結果、実現可能な解が得られるように最大許容走査速度を増加させるか、最小許容走査数を減少させる。
判断ブロック３１４において、コントローラは、走査速度が最小許容走査速度を越えているかどうかを判断する。走査速度が最小許容走査速度を越えている場合、制御は動作ブロック３２０へ進む。そうでない場合、制御は動作ブロック３１６および３１８へ進む。動作ブロック３１８において、コントローラは、解が実現可能ではないと決定し、従って、実現可能な解が得られるように最小許容走査速度を減少させるか、最大部分注入数を増加させる。
動作ブロック３２０において、電流密度が式２に従って計算される。動作ブロック３２０の後、制御は判断ブロック３２１へ進む。
判断ブロック３２１において、コントローラは、計算電流密度が最大許容電流密度より低いかを判断する。電流密度が許容範囲内にある場合、制御は判断ブロック３２６へ進む。計算電流密度が最大許容電流密度を越えている場合、制御は動作ブロック３２２へ進む。
動作ブロック３２２において、コントローラは、これまでに与えられたパラメータでは解が実現可能ではないと決定する。動作ブロック３２４において、コントローラは、実現可能な解が得られるように最大許容電流密度を増加させるか、最大ドーズ量数を増加させる。
判断ブロック３２６において、コントローラは、計算電流密度が最小許容電流密度を越えているかどうかを判断する。計算電流密度が最小許容電流密度を越えていない場合、制御は動作ブロック３３０および３３２へ進む。動作ブロック３３０において、コントローラは、解が実現可能ではないと決定して、制御は動作ブロック３３２へ進む。動作ブロック３３２において、コントローラは、実現可能な解が得られるように最小許容電流密度を減少させるか、最小許容注入数を減少させる。
動作ブロック３２８において、コントローラ２６２は、実現可能な解に到達したと判断する。従って、コントローラは、与えられた所定のパラメータで注入処理を実行する。
第１４図は、ユーザがいずれのパラメータも固定していないが、電流密度が最大許容値に初期化されている場合におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。
動作ブロック３３４において、コントローラは電流密度を最大許容電流密度に設定する。動作ブロック３３６において、コントローラは部分注入カウンタを１に設定する。動作ブロック３３８において、部分ドーズ量が、全ドーズ量を最大部分注入数で割った値に設定される。動作ブロック３４０において、加工物温度上昇が上記の式５に従って計算される。動作ブロック３４０の後、制御は判断ブロック３４２へ進む。
判断ブロック３４２において、コントローラは、加工物温度上昇の変化が加工物の最大許容温度上昇より小さいかどうかを判断する。温度上昇が許容範囲内にない場合、制御は動作ブロック３５６へ進む。温度が許容温度範囲内にある場合、制御は動作ブロック３４４へ進む。
動作ブロック３５６において、部分注入カウンタが増分されて、制御は判断ブロック３５８へ進む。
判断ブロック３５８において、カウンタが最大許容カウント数より小さい場合、制御は動作ブロック３３８へ進む。しかし、カウントが最大許容カウント数を越えている場合、制御は動作ブロック３６０へ進む。
動作ブロック３６０において、コントローラは、与えられている現在のパラメータでは解が実現可能ではないと決定する。その結果、コントローラは、解が実現可能になるように、最大許容部分注入数を増加させるか、最大許容電流密度を減少させる。
動作ブロック３４４において、コントローラは、式２に従って走査速度を決定する。動作ブロック３４４の後、制御は判断ブロック３４６へ進む。判断ブロック３４６において、コントローラは、走査速度が最大許容走査速度より低いかどうかを判断する。走査速度が許容範囲内にある場合、制御は判断ブロック３５０へ進む。そうでない場合、制御は動作ブロック３４８へ進む。
動作ブロック３４８において、コントローラは、走査速度を最大許容走査速度に設定するか、注入処理用の実現可能な解が得られるように最大許容走査速度を増加させる。
判断ブロック３５０において、コントローラは、走査速度が最小許容走査速度を越えているか同化を判断する。走査速度が最小許容走査速度より低い場合、制御は動作ブロック３５２へ進む。そうでない場合、制御は動作ブロック３５４へ進む。
動作ブロック３５２において、コントローラは、解が実現可能ではないと決定し、従って実現可能な解が得られるように最大許容電流密度を増加させるか、最小許容走査速度を減少させる。
動作ブロック３５４において、コントローラは実現可能な解を決定する。従って、コントローラは、与えられた所定のパラメータで注入処理を実行する。
第１５図は、ユーザがいずれのパラメータも固定していないが、走査速度が最大許容値に初期化されている場合におけるコントローラ２６２のフローチャートを示している。
動作ブロック３６２において、コントローラは走査速度を最大許容走査速度に設定する。その後、動作ブロック３６４において、コントローラは部分注入カウンタを１に設定する。動作ブロック３６６において、コントローラは部分ドーズ量を、全ドーズ量を最大部分注入カウントで割った値に設定する。動作ブロック３６８において、コントローラは、式３に基づいて加工物温度上昇を計算する。動作ブロック３６８の後、論理の流れは判断ブロック３７０へ進む。
判断ブロック３７０において、コントローラは、加工物温度上昇が加工物の最大許容温度上昇より小さいかどうかを判断する。加工物の温度上昇が最大許容温度上昇を越えている場合、制御は動作ブロック３９０へ進む。そうではなく、温度上昇が最大許容温度より小さい場合、制御は動作ブロック３７２へ進む。
動作ブロック３７２において、コントローラは、式２に基づいて電流密度を計算する。動作ブロック３７２の後、制御は判断ブロック３７４へ進む。判断ブロック３７４において、コントローラは、電流密度が最大許容電流密度より低いかどうかを判断する。電流密度が最大許容電流密度より低い場合、制御は判断ブロック３７６へ進み、そうでない場合、制御は動作ブロック３８２へ進む。
判断ブロック３７６において、コントローラは、計算電流密度が最低許容電流密度を越えているかどうかを判断する。計算電流密度が許容範囲内にある場合、制御は動作ブロック３８６へ進む。電流密度が最低許容電流密度より低い場合、制御は動作ブロック３７８へ進む。
動作ブロック３７８において、コントローラは、与えられた現在のパラメータでは解が実現可能ではないと決定する。制御はブロック３８０へ進み、そこでコントローラは、実現可能な解が得られるように最小許容電流密度を減少させるか、最大許容走査速度を増加させる。
判断ブロック３７４から続いた動作ブロック３８２において、コントローラは、走査速度を計算する。コントローラは、式２に基づいて走査速度を計算する。走査速度を計算した後、論理の流れは判断ブロック３８４へ進む。判断ブロック３８４において、コントローラ２６２は、走査速度が最小許容走査速度を越えているかどうかを判断する。走査速度が許容範囲内にある場合、制御は動作ブロック３８６へ進む。そうでない場合、制御は動作ブロック３８８へ進む。
動作ブロック３８６において、コントローラは、許容できる実現可能な解を得る。従って、コントローラは与えられた所定のパラメータでイオン注入処理を実行する。
動作ブロック３８８において、コントローラは、解が実現可能でないと決定し、従って実現可能な解が得られるように部分ドーズ量を減少させるか、走査速度を減少させる。動作ブロック３８８の後、制御は動作ブロック３９０へ進む。
動作ブロック３９０において、部分注入カウンタが増加されて、制御は判断ブロック３９２へ進む。
判断ブロック３９２において、カウンタが最大許容カウント数より小さい場合、制御は動作ブロック３６６へ進む。しかし、カウントが最大許容カウント数を越えている場合、制御は動作ブロック３９４へ進む。
動作ブロック３９４において、コントローラは、与えられた現在のパラメータでは解が実現可能でないと決定する。その結果、制御は動作ブロック３９６へ進む。動作ブロック３９６において、コントローラは、解が実現可能になるように最大許容部分注入数を増加させる。
第１６図は、本発明のさらなる態様に従って、コントローラ２６２を実行するための疑似コードリストを示している。第１６図に示されているシステムは、第１１図ないし第１５図に示されている実行とは異なっている。
疑似コードリストは、コントローラが１組の変数を読み取って、加工物の１部分注人当たりの最小ドーズ量および加工物の１部分注人当たりの最大ドーズ量を計算することによって、その初期化処理を開始する。疑似コードリストに使用される方程式は以下のものを含む。
部分ドーズ量
Ｄｎ＝ＪＮｓ ｆ／Ｖscan q                （式６）
部分注入中の基板温度上昇
0004013081.tif 000002
Ｖscanについて解くと、
0004013081.tif 000003
疑似コードのさらなる行に関係する用語には以下のものが含まれる。
Ｗ        ビーム幅（ｃｍ）
Ｄ        必要な全ドーズ量（イオン／ｃｍ2）
Ｄｎ      部分ドーズ量（イオン／ｃｍ2）
Ｊmax、Ｊmin    最大、最小線形電流密度（Ａ／ｃｍ）
Ｎmax、Ｎmin    最大、最小部分注入数
１        種類分数／荷電分数
Ｅ        注入エネルギ（Ｖ）
Ｎｓ      １部分注人当たりの走査数（一般的に２）
ＤＴ    最大許容基板温度上昇（℃）
Cg      ガラス面積熱容量（ジュール／℃／ワット）
Rg      ガラス面積熱インピーダンス（ｃｍ2℃／ワット）
ＴＡＯｇ    ガラス熱時定数（秒）（Ｒｇ・Ｃｇ）
α        ０．３７３（無修正ＲＣ熱モデルの場合は０．５）
ｑ        １．６ｅ−１９（クーロン単位の電子電荷）
Ｖscan    走査速度（ｃｍ／秒）
初期化段階の後、コントローラ２６２は、最小部分注入数から最大部分注入数までの各部分注人数について最良処理能力値を計算する。部分注入数に対する処理能力値に関するコントローラの決定に基づいて、コントローラは基本制御設定の最良の組み合わせを決定する。基本制御設定の好適な組み合わせを決定した後、コントローラ２６２は、好適な組み合わせの設定で加工物の処理を開始する。
このように、本発明は、以上の説明から明らかになる目的のうちで、上記の目的を効果的に達成することがわかるであろう。発明の範囲から逸脱しなければ、上記構造に一定の変更を加えることができるので、以上の説明または添付の図面に示されている事項はすべて説明のためであって、制限的ではない。
また、以下の請求項は上記の発明の包括的および特定の特徴と、用語上の問題としてそれらから漏れると言える発明の範囲の記載をすべて包含するものであると理解されたい。
【図１】
0004013081.tif 000004
【図２】
0004013081.tif 000005
【図３】
0004013081.tif 000006
【図４】
0004013081.tif 000007
【図４Ａ】
0004013081.tif 000008
【図４Ｂ】
0004013081.tif 000009
【図５】
0004013081.tif 000010
【図６】
0004013081.tif 000011
【図７】
0004013081.tif 000012
【図８】
0004013081.tif 000013
【図９】
0004013081.tif 000014
【図１０】
0004013081.tif 000015
【図１１】
0004013081.tif 000016
【図１２】
0004013081.tif 000017
【図１３】
0004013081.tif 000018
【図１４】
0004013081.tif 000019
【図１５】
0004013081.tif 000020
【図１６】
0004013081.tif 000021