(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィラメントを有するイオン源と、このイオン源の各フィラメントに互いに独立してフィラメント電流を流す１以上のフィラメント電源と、イオン注入すべき基板を保持する基板ホルダと、この基板ホルダを前記イオン源から引き出されたイオンビームの照射領域内で往復走査するホルダ走査機構と、前記イオン源から引き出されたイオンビームのビーム電流を前記基板ホルダの走査領域の下流側における複数位置において計測するものであって前記フィラメントの数よりも多い複数のビーム電流計測器と、このビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて前記フィラメント電源から前記各フィラメントに流すフィラメント電流を制御する装置であって、前記複数のビーム電流計測器で計測した全ビーム電流の平均値を演算して当該平均値が設定値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチン、および前記複数のビーム電流計測器を前記フィラメントの数にグループ分けし、各グループに対応するフィラメントに流すフィラメント電流を増減させることによってビーム電流の均一性を制御する均一性制御ルーチンを１回以上の所定回繰り返して行う制御装置とを備えるイオン注入装置において、
前記イオン源から引き出されたイオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであって前記基板ホルダの走査領域外に配置されていて走査中の前記基板ホルダによって遮蔽されない非遮蔽ビーム電流計測器を更に備えており、
かつ前記制御装置は、前記基板ホルダの走査開始前に前記電流値制御ルーチンおよび前記均一性制御ルーチンを前記所定回繰り返す走査開始前制御と、前記基板ホルダの走査開始直前の前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値を目標値として記憶し、前記基板ホルダの走査中に、前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が前記目標値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる走査時制御とを、前記基板ホルダの１往復走査毎に行うものである、ことを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のフィラメントを有するイオン源から引き出したイオンビームを基板に照射してイオン注入を行うイオン注入装置に関し、より具体的には、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御する手段の改良に関する。
【０００２】
【先行技術】
複数のビーム電流計測器と、このビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて各フィラメントに流すフィラメント電流を制御するものであって、電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも１回ずつ行う制御装置とを備えていて、フィラメントの経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することのできるイオン注入装置が同一出願人によって先に提案されている（特願平１１−１２３９７３号）。その一例を図４〜図９を参照して説明する。
【０００３】
図４に示すイオン注入装置は、イオンドーピング装置（または非質量分離型イオン注入装置）とも呼ばれるものであり、イオン源２から引き出した幅広のイオンビーム１２を、質量分離器を通すことなくそのまま基板１４に照射して、当該基板１４にイオン注入を行うよう構成されている。
【０００４】
基板１４は、それよりも幾分大きい基板ホルダ１３上に保持され、両者はホルダ走査機構１５によって、イオン源２から引き出されたイオンビーム１２の照射領域内で矢印Ｄ方向に往復走査される。
【０００５】
基板ホルダ１３および基板１４は、例えば図５に示すような方形（正方形または矩形）をしている。イオンビーム１２の平面形状は、例えば図５に示すような細長い矩形をしている。
【０００６】
イオン源２は、バケット型イオン源（または多極磁場型イオン源）とも呼ばれるものであり、プラズマ生成容器４内に複数（例えば三つ）のフィラメント６を設けており、この各フィラメント６とプラズマ生成容器４との間でアーク放電を生じさせてイオン源ガスを電離させてプラズマ８を生成し、このプラズマ８から、引出し電極系１０によって、上記イオンビーム１２を引き出す構成をしている。多極磁場形成用の磁石の図示は省略している。
【０００７】
上記各フィラメント６には、この例ではフィラメント電源１６がそれぞれ接続されており、この各フィラメント電源１６から各フィラメント６に対して、各フィラメント６を加熱するフィラメント電流ＩＦを互いに独立して流すことができる。
【０００８】
イオン源２から引き出すイオンビーム１２のビーム電流を所定の値に制御するために、このイオン注入装置は、更に、イオンビーム１２を受けてそのビーム電流を基板ホルダ１３の走査領域の下流側における複数位置において計測するものであってフィラメント６の数よりも多い複数（例えば２４個）のビーム電流計測器１８と、このビーム電流計測器１８で計測したビーム電流ＩＢに基づいて、各フィラメント電源１６から各フィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを制御する制御装置２０とを備えている。
【０００９】
各ビーム電流計測器１８は、図５に示すように、イオンビーム１２の照射領域内であって基板ホルダ１３の走査領域の下流側に、例えば一列に配置されている。
【００１０】
制御装置２０は、図６に示すように、電流値制御ルーチン（ステップ３０）と均一性制御ルーチン（ステップ３１）とを、１回以上の所定回繰り返して行うものである。
【００１１】
上記電流値制御ルーチンの一例を図７に示す。また、制御の前後におけるビームプロファイルの概略例を図９に示し、以下の説明においてはこの図９も参照するものとする。なお、図９中の横軸の１〜２４は、２４個のビーム電流計測器１８の端からの番号を示している。
【００１２】
まず、各ビーム電流計測器１８によってイオンビーム１２のビーム電流をそれぞれ計測する（ステップ５０）。これによって、例えば、図９中のビームプロファイルＡが得られる。次に、計測した全てのビーム電流ＩＢの平均値ＡＶＥを演算する（ステップ５１）。
【００１３】
この平均値ＡＶＥが、その設定値ＳＥＴに対する停止範囲ＳＴＰ内にあるか否かを判断する（ステップ５２）。停止範囲ＳＴＰは、例えば、設定値ＳＥＴの±３％の範囲である。停止範囲ＳＴＰ内にあれば、既に平均値制御の目的は達成されているので、以下に示す均一性制御ルーチンに進む。
【００１４】
平均値ＡＶＥが停止範囲ＳＴＰ内にないときは、ステップ５３に進んで、当該平均値ＡＶＥが上記設定値ＳＥＴより大か否かを判断し、大きければステップ５４に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させ、小さければステップ５５に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる。この増加または減少の量は、この例では、全てのフィラメント６に対して互いにほぼ同じ（同じを含む）量としている。このフィラメント電流ＩＦの増減によって、各フィラメント６からの放出電子量が増減し、それによって各フィラメント６付近でのプラズマ８の密度が増減し、各フィラメント６に対応する領域から引き出されるイオンビーム１２のビーム電流が増減する。
【００１５】
上記電流値制御ルーチンによって、イオン源２から引き出すイオンビーム１２のビーム電流の平均値ＡＶＥが設定値ＳＥＴに近づく方向に制御される。これによって、例えば、図９中のビームプロファイルＢが得られる。この状態では、未だ均一性制御ルーチンを実行していないので、ビームプロファイルＢは、元のビームプロファイルＡと似た形状をしており、当該ビームプロファイルＡをほぼ平行移動させたようなものである。
【００１６】
続いて、上記均一性制御ルーチンに進む。その一例を図８に示す。
【００１７】
ここでは、上記２４個のビーム電流計測器１８（計測点）を上記フィラメント６の数すなわち三つにグループ分けする（ステップ６０）。具体的には、図９中に示すように、１番目から８番目までのビーム電流計測器１８をグループ１とし、９番目から１６番目までのビーム電流計測器１８をグループ２とし、１７番目から２４番目までのビーム電流計測器１８をグループ３とする。
【００１８】
そして、全てのビーム電流計測器１８による全ての計測値の中から最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮを探し（ステップ６１）、その最大値ＭＡＸおよび最小値ＭＩＮが属するグループをそれぞれ決定する（ステップ６２）。図９の例では、グループ１に最大値ＭＡＸが属しており、グループ３に最小値ＭＩＮが属している。
【００１９】
そして、最大値ＭＡＸが属するグループ１に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させ（ステップ６３）、最小値ＭＩＮが属するグループ３に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる（ステップ６４）。これによって、グループ１のビーム電流が減り、グループ３のビーム電流が増える。
【００２０】
この均一性制御ルーチンによって、上記ビームプロファイルＢの最大値ＭＡＸが属するグループ１のビーム電流が減少させられ、最小値ＭＩＮが属するグループ３のビーム電流が増加させられるので、ビーム電流の均一性が良くなる方向に制御される。これによって、例えば図９中に示すビームプロファイルＣが得られる。
【００２１】
なお、ビーム電流の均一性は、例えば、全計測点中のビーム電流の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮとを用いて、（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）で定義することができる。
【００２２】
このイオン注入装置によれば、制御装置２０によって、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとを少なくとも１回ずつ行うので、フィラメント６の経時変化等による均一性の悪化を防いで、イオンビーム１２のビーム電流を所定の値に（即ち設定値ＳＥＴに）、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００２３】
しかも、上記のような電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンとの２段階制御によれば、特開平３−１３４９３７号公報に記載されている従来技術の場合と違って、制御がハンチングを起こして収束しなくなる問題も起こらず、安定した制御を行うことができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記先行例のイオン注入装置においては、図５に示すように、基板ホルダ１３を走査して基板１４にイオンビーム１２を照射して基板１４にイオン注入を行っている間には、イオンビーム１２が基板ホルダ１３によって遮られてビーム電流計測器１８に入射しなくなり、ビーム電流計測器１８からビーム電流ＩＢの計測値が出力されなくなるので、基板１４へのイオン注入中には、イオンビーム１２の電流値および均一性の前述したような制御を行うことができない。
【００２５】
基板ホルダ１３の１往復走査に要する時間は例えば３〜２０秒程度と比較的短く、このような短い時間内であれば、イオン源２の各フィラメント６の経時変化の違いによるイオンビーム１２の均一性低下は無視することができるけれども、イオンビーム１２の電流値はイオン源２内のプラズマ８の状態によって時々刻々に変化し得るものであるので、基板１４へのイオン注入中にも、具体的には基板ホルダ１３がビーム電流計測器１８を遮蔽中にも、イオンビーム１２の電流値の制御を行うことができるようにするのが好ましい。そのようにすれば、基板１４に対するイオン注入量（ドーズ量）制御をより精度良く行うことが可能になる。
【００２６】
そこでこの発明は、上記のようなイオン注入装置を更に改善して、基板ホルダがビーム電流計測器を遮蔽中にも、イオン源から引き出すイオンビームの電流値を所定値に制御するようにしたイオン注入装置を提供することを主たる目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るイオン注入装置は、前記イオン源から引き出されたイオンビームを受けてそのビーム電流を計測するものであって前記基板ホルダの走査領域外に配置されていて走査中の前記基板ホルダによって遮蔽されない非遮蔽ビーム電流計測器を更に備えている。
【００２８】
しかもこの発明に係るイオン注入装置を構成する制御装置は、前記基板ホルダの走査開始前に前記電流値制御ルーチンおよび前記均一性制御ルーチンを前記所定回繰り返す走査開始前制御と、前記基板ホルダの走査開始直前の前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値を目標値として記憶し、前記基板ホルダの走査中に、前記非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が前記目標値に近づくように前記各フィラメントに流すフィラメント電流を互いにほぼ同じ量だけ増減させる走査時制御とを、前記基板ホルダの１往復走査毎に行うものである。
【００２９】
上記構成によれば、基板ホルダの走査開始前には、前述した先行例の場合と同様、複数のビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて、前述したような電流値制御ルーチンおよび均一性制御ルーチンが所定回繰り返して行われる（走査開始前制御）。それによって、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００３０】
一方、基板ホルダの走査中は、非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が、基板ホルダの走査開始直前に記憶した目標値に近づくように、イオン源の各フィラメントに流すフィラメント電流が制御される（走査時制御）。従って、基板ホルダがビーム電流計測器を遮蔽中にも、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流値を所定値に制御することができる。
【００３１】
しかも、上記のような走査開始前制御と走査時制御とが、基板ホルダの１往復走査毎に行われるので、正確なビーム電流値で、しかも均一性の良いイオンビームで、基板に対してイオン注入を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一例を示す図である。図２は、図１の装置の基板ホルダ周りの平面図である。先に説明した先行例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該先行例との相違点を主に説明する。
【００３３】
このイオン注入装置は、前記イオン源２から引き出されたイオンビーム１２を受けてそのビーム電流ＩＢを計測するものであって、前記基板ホルダ１３の走査領域の側方外に配置されていて走査中の基板ホルダ１３によって遮蔽されない一つの非遮蔽ビーム電流計測器２４を更に備えている。この非遮蔽ビーム電流計測器２４も、前記各ビーム電流計測器１８と同様、例えばファラデーカップから成る。
【００３４】
更にこのイオン注入装置は、先行例における制御装置２０に代わるものとして、次のような制御装置２２を備えている。
【００３５】
制御装置２２は、この例では、前記各ビーム電流計測器１８および前記非遮蔽ビーム電流計測器２４で計測したビーム電流ＩＢに基づいて、かつ前記ホルダ走査機構１５による基板ホルダ１３の走査情報に基づいて、図３に示すステップ３０〜３２の走査開始前制御と、ステップ３３〜３９の走査時制御とを、基板ホルダ１３の１往復走査毎に行うものである。
【００３６】
これを詳述すると、まず、基板ホルダ１３の走査開始前に、図６の場合と同様、電流値制御ルーチン（ステップ３０）と均一性制御ルーチン（ステップ３１）とを、１回以上の所定回繰り返して行う（ステップ３０〜３２）。この電流値制御ルーチンの一例は図７に示したとおりであり、均一性制御ルーチンの一例は図８に示したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。
【００３７】
この走査開始前制御によって、先行例の場合と同様、イオン源２から引き出すイオンビーム１２のビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００３８】
次に、基板ホルダ１３の走査開始直前の非遮蔽ビーム電流計測器２４による計測値（ビーム電流ＩＢ）を目標値として記憶し（ステップ３３）、基板ホルダ１３の走査を開始する（ステップ３４）。
【００３９】
基板ホルダ１３の走査中は、非遮蔽ビーム電流計測器２４による計測値が上記目標値より大きいか否かを判断し（ステップ３５）、大きければステップ３６に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ減少させる。大きくなければステップ３７に進んで、同計測値が同目標値より小さいか否かを判断し、小さければステップ３８に進んで全てのフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを所定量だけ増加させる。この増加または減少の量は、この例では、全てのフィラメント６に対して互いにほぼ同じ（同じを含む）量としている。このフィラメント電流ＩＦの増減によって、各フィラメント６からの放出電子量が増減し、それによって各フィラメント６付近でのプラズマ８の密度が増減し、各フィラメント６に対応する領域から引き出されるイオンビーム１２のビーム電流が増減する。
【００４０】
上記ステップ３５〜３８の処理を、基板ホルダ１３の１往復走査が終了するまで行う（ステップ３９）。
【００４１】
この走査時制御によって、基板ホルダ１３の走査中は、即ち基板１４に対するイオン注入中は、非遮蔽ビーム電流計測器２４による計測値が、基板ホルダ１３の走査開始直前に記憶した目標値に近づくように制御される。即ち、基板ホルダ１３がビーム電流計測器１８を遮蔽中にも、イオン源２から引き出すイオンビーム１２の電流値を所定値に制御することができる。従って、基板１４に対するドーズ量制御を、先行例の場合よりも精度良く行うことができる。
【００４２】
上記走査開始前制御および走査時制御は、基板ホルダ１３の１往復走査毎に行われる。即ち、ステップ４０において基板ホルダ１３を所定回だけ往復走査したか否かを判断し、所定回の往復走査が完了すれば制御は終了し、未完了であればステップ３０の電流値制御ルーチンに戻って上記制御が繰り返される。
【００４３】
なお、基板ホルダ１３の往復走査中には、イオンビーム１２の均一性制御は行われないけれども、前述したように、そのような短い時間内でのイオンビーム１２の均一性低下は無視することができるので、特に支障はない。しかも、基板ホルダ１３の往復走査の間毎にステップ３１の均一性制御ルーチンが行われるので、イオンビーム１２の均一性を良好なものに保つことができる。
【００４４】
以上のようにこのイオン源によれば、上記のような走査開始前制御と走査時制御とが、基板ホルダ１３の１往復走査毎に行われるので、正確なビーム電流値で、しかも均一性の良いイオンビーム１２で、基板１４に対してイオン注入を行うことができる。
【００４５】
なお、図３のステップ３１における均一性制御ルーチンは、図１０に示すようなものとしても良い。これを、図８との相違点を主体に説明すると、この図１０の均一性制御ルーチンでは、図８のステップ６０と同様に複数のビーム電流計測器１８（計測点）をフィラメント６の数に（ここでは三つに）グループ分けし（ステップ７０）、各グループ１〜３内における計測ビーム電流の平均値をそれぞれ演算し（ステップ７１）、最大平均値を有するグループ（図９の例ではグループ１）および最小平均値を有するグループ（図９の例ではグループ３）をそれぞれ決定し（ステップ７２）、最大平均値を有するグループ１に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを減少させ（ステップ７３）、最小平均値を有するグループ３に対応するフィラメント６に流すフィラメント電流ＩＦを増加させる（ステップ７４）。
【００４６】
このような均一性制御ルーチンを採用することにより、仮に複数のビーム電流計測器１８による複数のビーム電流計測値の中に少数の特異値やノイズが含まれていても、グループごとの平均値に基づいて制御するので、上記特異値やノイズによる影響を小さく抑えてビーム電流を制御することができる。換言すれば、単発的な特異点やノイズがあったとしても、それに全体の制御が引きずられることを防止して、イオンビーム全体のビーム電流をより正しく制御することができる。
【００４７】
なお、上記複数のフィラメント電源１６は、必ずしも別個のものである必要はなく、それらを一つにまとめて、各フィラメント６に互いに独立してフィラメント電流ＩＦを流すことのできる一つのフィラメント電源としても良い。
【００４８】
また、上記ビーム電流計測器１８の数は、例えばフィラメント６の数の２以上の整数倍であるが、必ずしも整数倍でなくても良い。また、各グループ内に属させるビーム電流計測器１８の数は、必ずしも同数ずつにする必要はない。よりきめ細かく制御したいグループ内のビーム電流計測器１８の数を他より増やしても良い。
【００４９】
制御装置２２による上記例のような制御は、制御方法として着目すれば、イオン注入装置の制御方法、イオン源の制御方法またはイオンビーム電流の自動制御方法と言うこともできる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、基板ホルダの走査開始前には、複数のビーム電流計測器で計測したビーム電流に基づいて、電流値制御ルーチンおよび均一性制御ルーチンが所定回繰り返して行われるので、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流を所定の値に、しかも均一性の良いものに制御することができる。
【００５１】
一方、基板ホルダの走査中は、非遮蔽ビーム電流計測器による計測値が、基板ホルダの走査開始直前に記憶した目標値に近づくように、イオン源の各フィラメントに流すフィラメント電流が制御されるので、基板ホルダがビーム電流計測器を遮蔽中にも、イオン源から引き出すイオンビームのビーム電流値を所定値に制御することができる。
【００５２】
しかも、上記のような走査開始前制御と走査時制御とが、基板ホルダの１往復走査毎に行われるので、正確なビーム電流値で、しかも均一性の良いイオンビームで、基板に対してイオン注入を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一例を示す図である。
【図２】図１の装置の基板ホルダ周りの平面図である。
【図３】図１中の制御装置による制御内容の一例を示すフローチャートである。
【図４】イオン注入装置の先行例を示す図である。
【図５】図４の装置の基板ホルダ周りの平面図である。
【図６】図４中の制御装置による制御内容の一例を示すフローチャートである。
【図７】図１および図４中の制御装置における電流値制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】図１および図４中の制御装置における均一性制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】制御の前後におけるビームプロファイルの概略例を示す図である。
【図１０】図１および図４中の制御装置における均一性制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２  イオン源
６  フィラメント
１２  イオンビーム
１３  基板ホルダ
１４  基板
１５  ホルダ走査機構
１６  フィラメント電源
１８  ビーム電流計測器
２２  制御装置
２４  非遮蔽ビーム電流計測器
【図１】
0004147699.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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