(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性粒子と正荷電イオンを含むイオンビーム(28)の中性粒子含量を検出するための、イオン注入機(10)用の中性粒子検出器(52)であって、負電位にあるディフレクタプレート(78)と、該ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の中性粒子が前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第１集電極(82)と、前記ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の正荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第２集電極(84)を備えており、前記ディフレクタプレート(78)と前記第１、第２集電極(82、84) は、イオンビームが通過できる距離を置いて離隔配置されていることを特徴とする中性粒子検出器。
【請求項２】
イオンビーム(28)のサンプル部分だけを受け取るようにしたことを特徴とする請求項１記載の中性粒子検出器。
【請求項３】
イオンビーム(28)内の正荷電イオンは、単一荷電イオンと二重荷電イオンを含んでおり、第２集電極(84)は、イオンビーム内の単一荷電イオンがディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集し、さらに、前記ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の二重荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第３集電極(86)を備えており、前記ディフレクタプレート(78)と前記第１，第２，第３集電極(82、84、86)は、イオンビームが通過できる距離を置いて離隔配置されていることを特徴とする請求項１記載の中性粒子検出器。
【請求項４】
さらに、第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流を第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流と比較することによって、ビーム(28)の中性粒子分を表す補正信号(100) を出力するロジック(98)を含むことを特徴とする請求項１記載の中性粒子検出器。
【請求項５】
さらに、(i) 第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流、第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流、および第３集電極(86)によって収集された第３の二次電子放出電流を比較して、(ii)その比較に基づいて、ビーム(28)の中性粒子分と二重荷電イオン分とを表す補正信号(100) を出力するロジック(98)を含むことを特徴とする請求項３記載の中性粒子検出器。
【請求項６】
ディフレクタプレート(78)はグラファイト製であり、第１，第２集電極(82、84) はグラファイト製であることを特徴とする請求項１記載の中性粒子検出器。
【請求項７】
ディフレクタプレート(78)はグラファイト製であり、第１，第２，第３集電極(82、84、86)はグラファイト製であることを特徴とする請求項３記載の中性粒子検出器。
【請求項８】
中性粒子と正荷電イオンを含むイオンビーム(28)の中性粒子含量を決定する方法であって、
(i) 負電位にあるディフレクタプレート(78)と、(ii)各々が該ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にある第１，第２集電極(82、84) との間に形成された電界にイオンビーム(28)を通す段階と、
イオンビーム内の中性粒子が前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を前記第１集電極(82)で収集する段階と、
イオンビーム内の正荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を前記第２集電極(84)で収集する段階を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
さらに、イオンビームを前記電界に通す前に、イオンビーム（28) を開口(88)に通す初期段階を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
さらに、第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流を第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流と比較する段階と、
比較に基づいて、ビーム(28)の中性粒子分を表す補正信号(100) を出力する段階を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
中性粒子と単一または二重の正荷電イオンを含むイオンビーム(28)の中性粒子含量および二重荷電イオン含量を決定する方法であって、
(i) 負電位にあるディフレクタプレート(78)と、(ii)各々が該ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にある第１、第２および第３集電極(82、84、86)の間に形成された電界にイオンビーム(28)を通す段階と、
イオンビーム内の中性粒子が前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を前記第１集電極(82)で収集する段階と、
イオンビーム内の単一荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を前記第２集電極(84)で収集する段階と、
イオンビーム内の二重荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を前記第３集電極(86)で収集する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
さらに、イオンビームを前記電界に通す前に、イオンビーム(28)を開口(88)に通す初期段階を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
さらに、第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流、第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流、および第３集電極(86)によって収集された第３の二次電子放出電流を比較する段階と、比較に基づいて、ビーム(28)の中性粒子分と二重荷電イオン分を表す補正信号(100) を出力する段階を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
中性粒子と正荷電イオンを含むイオンビーム(28)を発生するイオン注入機(10)用のドーズ量測定制御装置(60)であって、
正荷電イオンによって発生する電流を測定して、 イオンビーム電流信号(74)を出力するビーム電流測定装置(50)と、
イオンビーム(28)の中性粒子含量を検出する中性粒子検出器(52)を有しており、該中性粒子検出器(52)は、負電位にあるディフレクタプレート(78)と、
該ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の中性粒子が前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第１集電極(82)と、
前記ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の正荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第２集電極(84)を備えており、
前記ディフレクタプレート(78)と前記集電極(82、84) は、イオンビームが通過できる距離を置いて離隔配置されていることを特徴とするドーズ量測定制御装置。
【請求項１５】
さらに、ビーム電流測定装置(50)と中性粒子検出器(52)の中間に配置された開口(88)を有することを特徴とする請求項１４記載のドーズ量測定制御装置。
【請求項１６】
イオンビーム(28)内の正荷電イオンは単一荷電イオンと二重荷電イオンを含んでおり、第２集電極(84)は、イオンビーム内の単一荷電イオンがディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集し、前記中性粒子検出器(52)はさらに、前記ディフレクタプレート(78)よりも高い電位にあって、イオンビーム内の二重荷電イオンが前記ディフレクタプレート(78)に衝突することによって前記ディフレクタプレート(78)から放出される二次電子を収集する第３集電極(86)を備えており、前記ディフレクタプレート(78)と前記第１，第２，第３集電極(82、84、86)は、イオンビームが通過できる距離を置いて離隔配置されていることを特徴とする請求項１４記載のドーズ量測定制御装置。
【請求項１７】
さらに、第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流を第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流と比較することによって、ビーム(28)の中性粒子分を表す補正信号(100) を出力するロジック手段(98)を含むことを特徴とする請求項１４記載のドーズ量測定制御装置。
【請求項１８】
さらに、補正信号(100) とイオンビーム電流信号(74)を受け取って、補正イオンビーム電流信号(104) を出力するロジック手段(102) を含むことを特徴とする請求項１７記載のドーズ量測定制御装置。
【請求項１９】
さらに、(i) 第１集電極(82)によって収集された第１の二次電子放出電流、第２集電極(84)によって収集された第２の二次電子放出電流、および第３集電極(86)によって収集された第３の二次電子放出電流を比較して、(ii)ビーム(28)の中性粒子分および二重荷電イオン分を表す補正信号(100)を出力するロジック手段(98)を含むことを特徴とする請求項１４記載のドーズ量測定制御装置。
【請求項２０】
さらに、補正信号(100) とイオンビーム電流信号(74)を受け取って、補正イオンビーム電流信号(104) を出力するロジック手段(102) を含むことを特徴とする請求項１９記載のドーズ量測定制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入機、特にイオンビーム内の中性粒子を検出することによって注入基板のドーパント濃度を監視して制御する改良形装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入は、集積回路の大量生産で半導体に不純物を添加するための産業で好まれる技術になっている。イオンエネルギーとイオンドーズ量が、注入段階を規定するために使用される２つの最重要変数である。イオンエネルギーは、半導体素子の接合深さを制御するために使用される。イオンビームを形成するイオンのエネルギーレベルが、注入イオンの深さの度合いを決定する。
【０００３】
イオンドーズ量は、ある半導体材料に対する注入イオンの濃度と関係がある。一般的に、高ドーズ量の注入には高電流注入機（一般的に１０ミリアンペア（ｍＡ）以上のイオンビーム電流）が使用されるのに対して、低ドーズ量の用途では中電流注入機（一般的に約１ｍＡまでのイオンビーム電流にすることができる）が使用される。
【０００４】
一般的なイオン注入機は、３部分またはサブシステム、すなわち、(a) イオンビームを出力するターミナルと、(b) 質量分析と、イオンビームの焦点およびエネルギーレベルを調節するビームラインと、(c) イオンビームを注入しようとする半導体ウェハまたは他の基板を収容しているターゲット室とを含む。このターゲット室は、一般的に、ターゲットウェハに注入されるイオンのドーズ量を正確に測定して制御するためのドーズ量制御、即ち、ドーズ量測定装置を備えている。
【０００５】
ドーパントのドーズ量は、ビーム電流と直接的な関係があるので、ドーズ量制御装置は、ビーム電流測定装置を含む場合が多い。ビーム電流を測定するために、一般的にファラディケージ等の装置が使用される。ファラディケージは、ファラディケージへの電子の出入りを阻止する一方で、ビーム内の荷電イオンを捕獲して測定することによってビーム電流を測定する。
【０００６】
荷電粒子は適切に捕らえられるが、ビーム内の中性原子は、ファラディケージで検出されず、従って測定されたビーム電流に影響を与えないため、もっと難しい問題になる。このため、イオンビーム内の中性原子は、ファラディケージ測定値に基づいた全ドーズ量を計算する時には考慮されない。しかし、中性原子はイオンとほぼ同じエネルギーを有すると思われるので、それらはウェハに注入され、全ドーパント濃度に影響を与える。ビームの大幅な中和が発生すれば、ファラディケージは基板の真の注入ドーズ量とは違った測定値を与えるであろう。
【０００７】
ビームの中和の程度は、ビームライン内の圧力にある程度影響される。ビームラインの真空圧が十分に低い場合、注入イオン種は理想的に質量分析磁石で選択される粒子である単一の荷電された正イオンである。しかし、圧力が十分な低さでなければ、残留背景ガス原子との原子衝突によって、エネルギーの大幅な変化を伴わないでビーム内のイオンが荷電状態を変化させるであろう。
【０００８】
また、ビームの中和の程度は、イオンビームが伝播する残留背景ガスの組成にも影響される。ガス放出またはスパッタを生じやすく、それによって残留背景ガスの組成を変化させるフォトレジスト等の半導体表面に注入する時に、ビームの中和が特に問題となる。
【０００９】
いずれの場合も、ファラディケージに衝突するビームは十分に中和されるため、正荷電イオンおよび中性粒子の両方を含む全ビーム束の一部として、基板に注入される十分なエネルギーを有するが、ファラディケージによって計数されない相当量の原子を含む。
【００１０】
ビームの中和傾向を補償して基板に注入中の原子のドーズ量を監視する（すなわちドーズ量測定制御）１つの方法が、ファーレイ(Farley)の米国特許第４，５３９，２１７号に示されており、この特許は、本発明の譲受人の所有であって、ここで十分に述べるように参考として含まれる。
【００１１】
ファーレイ特許は、注入中のウェハまでの飛行路内でガス原子との相互作用によって中和された注入イオンを自動的に補償する。一次陽イオンビームがそれの経路に沿ってガス原子と衝突することによって、科学的に決定することができる確率で単一荷電陽イオンの一部に対する電子の添加または除去が行われることに基づいて補償が行われる。その確率は、イオンの種類、イオン速度（エネルギー）およびイオンビームが通過する残留背景ガスの組成および圧力に影響され、それの関数である。
【００１２】
これらのパラメータを測定することによって、主に、ファラディケージでのビーム電流測定値に基づいた注入ドーズ量の決定を、中性粒子を評価するように補正することができる。ドーズ量測定値は、ファラディケージでのビーム電流測定値に影響しないが、ドーズ量に影響するイオンビーム中和の程度の決定に基づいて（ドーズ量過剰を防止するために）上方修正される。
【００１３】
ドーズ量測定値は、ドーズ量には単一荷電イオンと同程度に影響するだけであるが、イオンビーム電流に影響する時にファラディケージで２回数えられる二重荷電イオンの程度の決定に基づいて（ドーズ量不足を防止するために）下方修正される。
【００１４】
ファーレイ特許では、注入機のビームラインに広範囲に渡る圧力が発生するが、その関数がほぼ一次関数であると仮定している。ビーム内の特定点で１回の圧力測定を行って、ビームに沿った圧力路全体に関して仮定を行う。仮定に基づいて、ビーム内の各場所について部分圧力成分を決定することができる。
【００１５】
それによって、ファラディケージによるイオンビーム電流の測定値対圧力を注入機制御システムに入力することによって、圧力の変化に伴った検出中性粒子の変化を補償する補正信号を発生することができる。この方法は、圧力補償として当該技術では既知であり、注入ドーズ量を正確に監視して制御することができるようにする。
【００１６】
しかし、ドーズ量制御装置に使用されている圧力補償技術は、残留背景ガスの圧力および組成の両方に関する仮定が注入処理中に変化する点で不都合である。例えば、真空漏れによって残留背景ガスの組成が変化するであろう。また、ビーム内の特定点で圧力を測定するために使用される圧力計の目盛り調整がふらつくであろう。
【００１７】
さらに、真空ポンピング速度の変動により、または注入中の基板からのガス放出またはスパッタ率から、ビームに沿った圧力分布が変化するであろう。さらにまた、注入中の基板からのフォトレジストのガス放出によって残留背景ガスに水素および水が与えられるため、残留背景ガスの圧力および組成の測定が困難になる。さらに、圧力補償技術を用いて残留背景ガスの正確な圧力および組成を決定できるとしても、注入中のガス粒子の各種類およびエネルギーについてその処理を繰り返し実施しなければならない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、中性粒子検出器及びドーズ量測定制御装置を提供し、ターゲット基板に衝突する前に、ビームラインに沿って伝播する間に中和されたイオンビームの割合をより直接的に測定することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、ビームラインに沿って伝播する間に二重荷電されたイオンビームの割合を直接的に測定することである。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、ファラディケージ等の既知のビーム電流測定機構を用いてイオン注入機におけるイオンビームの中和および二重荷電の程度を測定することである。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、イオンビームが伝播する残留背景ガスの直接的な圧力測定または組成分析を必要としないで、イオンビームの中和および二重荷電の程度を測定する装置および方法を提供することである。
【００２２】
【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する。中性粒子と正荷電イオンを含むイオンビームの中性粒子含量を検出するための、イオン注入機用の改良形中性粒子検出器が提供されている。
【００２３】
中性粒子検出器は、(a) 負電位にあるディフレクタプレートと、(b) ディフレクタプレートよりも高い電位にあって、イオンビーム内の中性粒子がディフレクタプレートに衝突することによってディフレクタプレートから放出される二次電子を収集する第１集電極と、(c) ディフレクタプレートよりも高い電位にあって、イオンビーム内の正荷電イオンがディフレクタプレートに衝突することによってディフレクタプレートから放出される二次電子を収集する第２集電極を備えている。ディフレクタプレートと第１、第２集電極は、イオンビームが通過できる距離を置いて離隔配置されている。中性粒子検出器は、イオンビームが伝播する残留背景ガスの組成または圧力に関係なく、イオンビームの中性粒子の割合を決定する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照すると、図１は、全体を１０で示したイオン注入機を開示しており、これはイオン源１２と、質量分析磁石１４と、ビームラインアセンブリ１５と、ターゲットまたは端部ステーション１６を備えている。イオン源１２および質量分析磁石１４は、それぞれの電源と共に、全体的にターミナル１７として示されている。
【００２５】
本発明の１つの用途は、図１に示されているような低エネルギー注入機にあり、これでは、低エネルギービームは伝播中に膨張（すなわちブローアップ）する傾向があるため、ビームラインアセンブリ１５が比較的短い。しかし、本発明は、ドーズ量測定制御が利用されるいずれの注入装置にも用いられる。
【００２６】
イオン源１２は、プラズマ室２０を形成しているハウジング１８と、イオン引出しアセンブリ２２を含む。ビームラインアセンブリ１５は、(i) 真空ポンプ４３によって真空排気され、ターミナル開口２１、分析開口２３およびフラグファラディー４２を含むリゾルバーハウジング１９と、(ii)電子シャワー４５を含むビーム中和器２４を備えているが、これらはいずれも本発明の構成要素ではない。
【００２７】
ビーム中和器２４の下流側に端部ステーション１６があり、これは処理すべきウェハを取り付けるディスク形ウェハ支持体２５を含む。ここで使用するウェハは、イオンビームで注入することができるあらゆる形式の基板を含むものとする。ウェハ支持体２５は、注入ビームの方向に（ほぼ）直交する向きであるターゲット平面上にある。
【００２８】
イオン源１２は、Ｌ字形フレーム２６に取り付けられている。イオン性ドーパントガスは、直接的に圧縮ガスの形か、間接的に固体から蒸発させて得ることができ、プラズマ室２０内へ噴射される。一般的なイオン源元素は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）である。これらのイオン源元素のほとんどは固相で用いられるが、ホウ素だけは一般的に気体の三フッ化ホウ素またはジボランの形で用いられる。
【００２９】
プラズマ室２０内にイオンを発生するために、イオン化可能なドーパントガスにエネルギーが与えられる。一般的に、陽イオンが発生するが、本発明は陰イオンがイオン源で発生する装置にも適用できる。陽イオンは、複数の電極２７を有するイオン引出しアセンブリ２２によってプラズマ室２０のスリットから引出される。従って、イオン引出しアセンブリは、プラズマ室から陽イオンのビーム２８を引出して、その引出しイオンを加速してフレーム２６で支持された質量分析磁石１４へ送り込むことができる。
【００３０】
質量分析磁石１４は、適当な電荷／質量比のイオンだけをビームラインアセンブリ１５へ進ませることができる。質量分析磁石１４は、アルミニウムのビームガイド３０によって定められた湾曲ビーム路２９を含み、このビームガイド３０の真空排気は真空ポンプ３１および４３によって行われる。そのビーム路に沿って伝播するイオンビーム２８は、質量分析磁石１４によって発生する磁界の影響を受ける。
【００３１】
磁界によってイオンビーム２８は湾曲ビーム路２９に沿って、イオン源１２付近の第１の入口軌道３４から、リゾルバーハウジング１９付近の第２の出口軌道３５へ移動する。ビーム２８の、不適当な電荷／質量比のイオンからなる部分２８’および２８”は湾曲軌道から逸れて、アルミニウムビームガイド３０の壁に入る。このように、磁石１４はビーム２８内の所望の電荷／質量比を有するイオンだけをビームラインアセンブリ１５へ進める。
【００３２】
端部ステーション１６のディスク形ウェハ支持体２５はモータ４６で回転する。このため、イオンビームは、支持体に取り付けられたウェハに、それが円形経路で移動する時に衝突する。端部ステーション１６は、２つの軸線、すなわちイオンビームのビーム路に直交する軸線と、公称ビーム−ターゲット交差部分を横切る軸線の回りに回動可能である。このように、イオン注入角度を直角からわずかに変更することができる。
【００３３】
当該技術では既知のように、ディスク形支持体２５はモータ４７によって一定の角速度で回転し、支持体２５はモータ４９と親ねじ（図示せず）によって垂直方向に（図１の紙面の内外方向へ）移動することができる。
【００３４】
親ねじが支持体を垂直方向に移動させる速度は、(i) ファラディケージ５０等のビーム電流測定装置で測定して、(ii)本発明の原理に従って構成された中性粒子検出器５２を用いて決定される係数で補正した注入ドーズ量の計算値によって決定される。図示の実施例では、ファラディケージ５０と中性粒子検出器５２によって測定／検出アセンブリ５４が構成されている。
【００３５】
図２は、本発明の原理に従って構成されて図１の装置１０に組み込まれているドーズ量測定制御装置６０を示している。ドーズ量測定制御装置６０は、(a) ファラディケージ５０と、エンクロージャ６６で包囲された中性粒子検出器５２からなる測定／検出アセンブリ５４と、(b) ファラディケージ５０および中性粒子検出器５２からの入力に基づいて補正モータ制御信号を発生する制御信号発生器６２と、(c) 制御信号発生器６２の出力に応じてモータ４９を、従ってディスク形ウェハ支持体２５の垂直位置を制御するモータコントローラ６４を含む。
【００３６】
ファラディケージ５０は、入口室６８と、磁石７２で包囲された出口室７０と、ビーム電流検出プレート７４とを含んでいる。当該技術では理解されるように、イオンビーム２８は、ディスク形ウェハ支持体（図１を参照）のスロットからファラディケージ５０に入る。入射イオンビーム２８は、イオンビーム粒子が伝播中に残留背景ガスと衝突し、そのために単一荷電陽イオンに対して電子の添加または除去が行われるために、様々な電荷を有する成分で構成されている。
【００３７】
このため、Ｉ0 を１秒当たりの中性粒子の数、Ｉ- を負荷電イオン流（１つの電子が余分）、Ｉ+ を単一荷電陽イオン流、Ｉ+ + を二重荷電陽イオン流（２つの電子が不足）とした時、
Ｉ＋（入射）＝Ｉ0 ＋Ｉ- ＋Ｉ+ ＋Ｉ+ + ・・
等となる。
【００３８】
入射イオンビームで注入中のウェハのドーズ量を決定する際に、中性粒子および単一荷電イオンが主に重要であり、二重荷電イオンの重要性は低い。従って、ＩT が問題の注入イオンビーム束のほぼ合計を表すとすると、
ＩT ＝Ｉ0 ＋Ｉ+ ＋（Ｉ+ + ）
となる（方程式１）。
【００３９】
イオンビームのこれらの成分の３つはすべて、十分なエネルギーを有していればウェハに注入されるが、ファラディケージによって測定される注入ドーズ量の真の表示は、単一荷電イオンＩ+ の測定値に対応するだけである。二重荷電イオンは、ドーズ量には単一荷電イオンと同じだけ影響するが、ビーム電流に影響する時にファラディケージによって２回数えられるので、二重荷電イオンのファラディケージ測定は誤りである。
【００４０】
さらに、中性粒子はファラディケージで測定されないが、それらは単一荷電イオンと同様にドーズ量に影響する。このため、ファラディケージ５０から発生するイオンビーム電流信号７５は、二重荷電イオンおよび中性粒子を評価できるように補正する必要がある。（ファラディケージ内の磁石７２は、電子がファラディケージに対して出入りして測定電流に誤った影響を与えることを防止する抑制機構になっている。）
【００４１】
中性粒子検出器５２は、そのような補償を行う機構である。わかりやすくするために機構５２は中性粒子検出器と呼ばれているだけであるが、後述するように、それは単一荷電および二重荷電イオンを測定することもできる。中性粒子検出器５４はファラディケージ内に一体化されており、電圧源８０に接続された励起ディフレクタプレート７８と、ディフレクタプレート７８から放出されて、それぞれ中性粒子、単一荷電イオンおよび二重荷電イオンに対応した二次電子を収集する第１，第２，第３集電極８２，８４，８６を含む。
【００４２】
イオンビームのサンプルが、ファラディケージ出口室７０の開口８８を通って中性粒子検出器５２に入る。このため、イオンビーム２８の少量のサンプルが中性粒子検出器５２に入る。電圧源８０は、イオンビーム加速度ポテンシャルの約２０％の範囲で作動し、正端子で接地され、負端子でディフレクタプレート７８に接続されている。従って、中性粒子検出器の内部には図２に示されている矢印の方向の（ディフレクタプレート７８に向かう）電界Ｅが形成されている。
【００４３】
イオンビームのサンプル分は、負にバイアスされているディフレクタプレート７８によって発生した電界を横切る。ビームのイオン化成分（単一荷電または二重荷電イオン）はディフレクタプレート７８に向かう電界の方向に逸れるため、それらはプレートに衝突する。二重荷電イオンは電界の影響を受けやすいので、それらは最初にディフレクタプレートのほぼ９２で示された領域に衝突する。単一荷電イオンが受ける電界の影響は比較的小さいので、それらはディフレクタプレートのほぼ場所９４に衝突する。イオンビーム内の中性粒子は電界の影響を受けないので、直接的にそれらの移動線上のほぼ場所９６でディフレクタプレートに衝突する。
【００４４】
ディフレクタプレート７８はグラファイト製であって、単一荷電または二重荷電イオンおよび中性粒子と衝突した時に二次電子を放出する。ディフレクタプレートからの二次電子放出率は、残留背景ガスの圧力および組成に関係ない。二次電子は、ディフレクタプレート７８の表面の場所９２、９４および９６からそれぞれ集電極８６、８４および８２に向けて加速され、これらの集電極は、当該技術では既知のように、ディフレクタプレート７８よりも高い電位にバイアスされている。
【００４５】
全ビーム束（陽イオンおよび中性粒子）のうちの中性粒子によって与えられる部分と、二重荷電イオンによって与えられる部分を決定することによって、二重荷電イオンおよび中性粒子を評価できるようにファラディケージ５０から出力されたイオンビーム電流信号７５を補償するために使用される信号１００を発生することができる。第１集電極８２（Ｉ0 ）、第２集電極８４（Ｉ+ ）および第３集電極８６（Ｉ+ + ）で集められた二次電子放出電流の（不均一な二次電子放出収量を補正した後の）比を使用して、全ビーム束の単一荷電イオンによって与えられる部分を次式（方程式２）：
単一荷電ビーム束／全ビーム束＝Ｉ+ ／｛Ｉ+ ＋ｋ（Ｉ0 ）＋ｋ2 （Ｉ+ + ）｝
に従って決定される。
【００４６】
但し、
ｋ＝荷電イオンからの二次電子収量（補正済み）／中性粒子からの二次電子収量、
ｋ2 ＝Ｉ+ についての二次放出収量／Ｉ+ + についての二次放出収量
である。
【００４７】
従って、上記（方程式１）：  ＩT ＝Ｉ0 ＋Ｉ+ + （Ｉ+ + ）  に戻って、上記（方程式２）から決定されるＩ+ 部分がわかれば、ビームの中性粒子（Ｉ0 ）および二重荷電イオン（Ｉ+ + ）によって与えられる部分を決定することができる。
【００４８】
上記計算は、ビーム電流補正係数計算機（ロジック手段）９８で行われ、この計算機はそのようにイオンビームの中和の程度を決定して、補正信号１００をビーム電流調整器（ロジック手段）１０２へ送る。計算機９８は、ロジックソフトウェアまたはハードウェアによって実行することができる。
【００４９】
ビーム電流調整器１０２は、ファラディケージ５０から出力される（注入ドーズ量を表す）イオンビーム電流信号７５を、(i) ファラディケージのビーム電流測定値に影響しないが、ドーズ量に影響する中性粒子を評価するために上方へ、また(ii)ドーズ量には単一荷電イオンと同程度に影響するだけであるが、イオンビーム電流に影響する時にファラディケージで２回数えられる二重荷電イオンを評価するために下方へ修正して、補正済みイオンビーム電流信号１０４を出力する。
【００５０】
モータコントローラ６４は、補正済みイオンビーム電流信号１０４を受け取って、ディスク形ウェハ支持体２５（図１を参照）の垂直位置を制御するためにモータ４９へ駆動制御信号１０６を出力する。
【００５１】
従って、注入された基板のドーパント濃度を監視して制御する装置および方法の好適な実施形態が以上に説明されている。しかし、上記説明は例示にすぎず、本発明は上記の特定の実施形態に制限されることはなく、請求の範囲およびその同等物に記載されている本発明の範囲から逸脱しないで上記説明に対して様々な再配置、変更および代替を行うことができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って構成されたドーズ量測定制御装置の１つの実施形態を組み込んだイオン注入機の斜視図である。
【図２】図１の装置のドーズ量測定制御装置の断面図である。
【符号の説明】
１０  イオン注入機
２８  イオンビーム
５２  中性粒子検出器
６０  ドーズ量測定制御装置
７８  ディフレクタプレート
８２  第１集電極
８４  第２集電極
８６  第３集電極
【図１】
0004196309.tif 000002
【図２】
0004196309.tif 000003