(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入装置であって、
真空室と、
前記対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、
対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生するイオンビーム発生器と、
前記対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施するスキャン装置と、
注入中作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポンプと、
真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する残留気体圧検出器と、
注入中、ビームが前記対象基板に入射しない複数の期間によって分離される対象基板への反復ビームスキャンを行うよう配設されるスキャン装置であって、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって前記各スキャン時に上昇し、前記真空ポンプによる吸引によって前記分離期間中下降するスキャン装置と、
前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイオン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器と、
前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力信号のデータを入力し、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算する演算装置とを備え、
前記分離期間中の残留気体圧Ｐｔは、数式
【数２】
0004974402.tif 000012
（ここで、Ｐ０はｔ＝０での圧力、τはポンプダウン時間定数）
によって時間ｔの関数となり、演算装置が前記圧力信号からτの値を決定し、多重値Ｉｉを用いて定数ｂ１、ｂ２を消去する数式
【数３】
0004974402.tif 000013
（Ｉｉは分離期間中の時間ｔｉにおける測定イオンビーム電流量、ｂ０＝ｌｎ（Ｉ０））から真のビーム電流量（Ｉ０）を計算することによって前記補正値を計算するよう構成されたイオン注入装置。
【請求項２】
前記分離期間中の残留気体圧Ｐｔは、数式
【数４】
0004974402.tif 000014
（ここで、Ｐ０はｔ＝０での圧力、τはポンプダウン時間定数）によって時間ｔの関数となり、演算装置が前記圧力信号から前記各分離期間中のτの値を決定するよう構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
注入中、各分離期間に計算される前記合計ビーム電流量の補正値に応答して、次回スキャン時の対象基板の各単位面積への所要化学種の粒子送達率を調節し、単位注入面積毎の前記粒子の所望合計量を出力する用量制御装置を含む請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記スキャン装置は、用量制御装置に応答してイオンビームに対する対象基板のスキャン速度を調節し、前記送達率を調節するよう構成された請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
スキャン装置は、ホイール軸を中心とした回転スキャンを行うためバッチウェハを搬送するスキャンホイールと、往復運動状態でホイール軸を移動させるスキャンアームとから成り、これにより、回転スキャンホイールで搬送されるバッチウェハがビームを通過しない位置にホイール軸がきた時、前記分離期間が生ずるよう構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
スキャン装置は、単一ウェハを保持するウェハホルダと、イオンビームを一方向からウェハにスキャンするビームスキャナと、ウェハホルダを搬送しスキャンされるビーム面を貫通して往復運動させるスキャンアームとを含み、これにより、前記スキャンアームがスキャンされるビームから離隔したウェハホルダ上のウェハを保持する位置にきた時、前記分割期間が生ずるよう構成された請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンの選択された化学種を対象基板に注入する方法であって、
対象基板を真空室内のホルダに保持し、
真空室内を真空にし、
注入する選択化学種のイオンのビームを発生し、
基板へのイオン注入中真空室から残留気体を吸引し、
対象基板にイオンビームの相対的反復スキャン動作を実施し、
対象基板へのビームの相対的反復スキャン動作は、ビームが対象基板に入射しない複数の期間によって分離され、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって前記各スキャン時に上昇し、
前記吸引によって前記分離期間中下降し、
真空室内の残留圧の変化を示す圧力信号を発生し、
前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイオン電流量の多重隔時測定を実施し、
前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力信号のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算することを含み、
前記分離期間中の残留気体圧Ｐｔは、数式
【数２】
0004974402.tif 000015
（ここで、Ｐ０はｔ＝０での圧力、τはポンプダウン時間定数）
によって時間ｔの関数となり、
前記計算が、演算装置が前記圧力信号からτの値を決定し、多重値Ｉｉを用いて定数ｂ１、ｂ２を消去する数式
【数３】
0004974402.tif 000016
（Ｉｉは分離期間中の時間ｔｉにおける測定イオンビーム電流量、ｂ０＝ｌｎ（Ｉ０））から真のビーム電流量（Ｉ０）を計算することによって前記補正値を計算することを含む選択化学種イオンの対象基板注入方法。
【請求項８】
イオン注入装置用の用量モニタ装置であって、真空室と、対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生するイオンビーム発生器と、対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施するスキャン装置と、注入中作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポンプと、真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する残留気体圧検出器と、を備え、前記スキャン装置は、注入中、ビームが対象基板に入射しない複数の期間によって分離される対象基板への反復ビームスキャンを行うよう配設され、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって前記各スキャン時上昇し、前記真空ポンプによる吸引によって前記分離期間中下降し、前記用量モニタ装置は、前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム中のイオン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器と、前記圧力信号およびイオン電流量指示値を入力し、前記指示値からイオン電流量測定値を判定し、判定測定値および前記各分離期間中の各測定タイミングを記憶するとともに、前記各分離期間中の記憶値および前記圧力信号のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の各補正値を計算するよう構成された演算装置とを備え、
該演算装置は、入力圧力信号から前記複数の分離期間中のポンプダウン時間定数τの値を計算し、ポンプダウン時間定数τを用いて前記各補正ビーム電流量値を計算するように構成されたイオン注入装置用の用量モニタ装置。
【請求項９】
演算装置は、前記分離期間中の圧力信号から多重隔時相対圧力値を記憶し、これから前記ポンプダウン時間定数τの値を計算するよう構成された請求項８に記載の用量モニタ装置。
【請求項１０】
真空室と、対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生するイオンビーム発生器と、対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施するスキャン装置と、注入時に作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポンプと、真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する残留気体圧検出器と、を備え、前記スキャン装置は、注入中、ビームが対象基板に入射しない複数の期間によって分離される対象基板への反復ビームスキャンを行うよう配設され、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって前記各スキャン時に上昇し、前記真空ポンプによる吸引によって前記分離期間中下降し、前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイオン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器と、を備えた型のイオン注入装置用の用量モニタ装置における制御指令を記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、イオン注入装置用の用量モニタ装置は、記憶媒体の指令を読み取る読取装置を有するコンピュータ演算装置を含み、前記指令はイオン注入装置用の用量モニタ装置のコンピュータ演算装置を制御して前記圧力信号およびイオン電流量指示値を入力し、前記指示値からイオン電流量測定値を判定し、判定測定値および前記各分離期間中の各測定のタイミングを記憶するとともに、前記各分離期間中の記憶値および前記圧力信号のデータから、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の各補正値を計算し得るよう構成され、
前記指令はさらに、前記コンピュータ演算装置を制御して入力圧力信号から前記複数の分離期間中のポンプダウン時間定数τの値を計算し、ポンプダウン定数τを用いて前記各補正ビーム電流量値を計算し得るよう構成されたコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ製造時のイオン量制御の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置は、半導体および金属製品の製造に一般的に用いられ、半導体あるいは金属基板にイオンを注入し、こうした基板あるいはその所定領域における材料の導電性を変化させる。イオン注入装置は、通常イオンビームを発生するイオンビーム発生器と、イオンビーム内の特定イオン種を選択する質量分析器と、基板ホルダに支持された対象基板に真空室を介してイオンビームを送入する手段とから成る。イオンビームの横断面積は例えばビーム線形状、イオンビームに適用される焦点度、ビーム線方向のガス圧力、イオンビームのエネルギー、イオンの質量等の要因に左右される。もっとも一般的には、対象基板でのイオンビームの横断面積は、１次元あるいは２次元スキャンでビームが横断するビーム基板の表面積より小さい。イオン注入において普通に用いられる３種の２次元スキャン技術は、（i）静止基板に対するイオンビームの静電気および／あるいは磁気偏向、（ii）静止イオンビームに対する対象基板の２次元の機械的スキャン、（iii）一方向からのイオンビームの磁気あるいは静電気偏向と略直交する別方向からの対象基板の機械的スキャン、を含む複合技術である。
【０００３】
半導体ウェハ製造において重要な目標は、どんな選択化学種のイオンについても、正確なイオン量でウェハに注入し、その量は注入イオンを受ける対象ウェハの全体あるいは部分で均一であるということである。現在のところ、半導体産業は約１％以上の量的均一性を求めることが多い。こうした基準を達成し得ないと、ウェハ自体がかなり高価なので、時間の浪費となるとともにコスト高となる。
【０００４】
用量は、イオン電流量検出器（通常ファラディカップ）を用いて注入工程の間ビーム電流量を測定することによってモニタされる。ファラディカップは、ビームおよびウェハが相対移動した時、ビームがファラディカップに入射するようにウェハ面の「背後」に置かれる。多重ウェハの注入については、ファラディカップを１つ以上の空隙／スリットを有する可動（通常回転可能な）ウェハホルダの背後に置くことによって行ってよい。この空隙／スリットを介して、ビームはビームの一般経路の線上に置かれたファラディカップに入射し得る。単一ウェハの注入が行われる場合、ファラディカップは普通ウェハの一側部に置かれ、ビームは、ウェハを横切るビームの横移動つまり掃引の間、ファラディカップを横切って移動される。
【０００５】
現在あるビーム電流量検出器は、ウェハへの注入以前に中性化されたイオンを検出しないので、ビーム中のイオンと中性イオンの両方を含む所望化学種の真の送達率より少ない値を示すのが普通である。ビームイオンは一般に室中の残留気体分子と衝突して中性化されるが、中性化されるイオンの比率は残留気体圧の増加とともに増大することが分かっている。また衝突はビームイオンの荷電状態を例えば一重荷電から二重荷電に増加させたり、あるいは例えば二重荷電から一重荷電に減少させることもあるが、こうした作用はともにビーム電流量の測定誤差の一因となることがある。
【０００６】
すでに知られているように、真のビーム電流量すなわち中性イオンあるいは荷電状態の変化のないイオン電流量を測定し計算する際には、こうした作用を補償する必要がある。この真のあるいは補正されたビーム電流量は注入する化学種の粒子ビームの送達率の適切な基準となるものである。補正ビーム電流量を正確にモニタすることによって、注入工程でこの補償を行うようにすることができる。
【０００７】
米国特許第４，２３４，７９７号にはソースから射出されるビームによる加工物処理の制御装置が開示されている。ビームと加工物支持要素間において両直交方向の相対平行移動が行われ、一（制御）方向の速度制御は支持部の背後に取り付けられた検出器に応じて実施され、該検出器は定期的に支持要素の可動スロットを介してビームをサンプリングする。このスロットは制御方向の移動範囲に伸長している。イオン注入装置が示されているが、支持要素は常時回転するディスクであり、その軸は制御方向に平行移動されている。別のイオン注入装置が示されているが、支持要素は可動ベルトである。両実施形態に使用し得る簡単な制御回路は、ビーム強度の変化にかかわらず、高い生産率で半導体基板のイオン量を均一にする。検出器は加工物の電荷を中性化する、支持物への電子シャワーの影響は受けない。
【０００８】
米国特許第４，５３９，２１７号、第４，５８７，４３３号、第５，７６０，４０９号では、イオン注入装置の用量制御装置のイオンビーム内の中性イオンを測定し補償する方法および装置が開示されている。注入容量中の気体圧が測定され、また圧力信号は気体圧と見かけのあるいは測定されたビーム電流量と普通圧力補償率Kと呼ばれる期間との間の所定の関係に応じて、実際のあるいは補正されたビーム電流量値を計算するのに用いられる。次にこの実際のビーム電流量値は用量制御装置に供給される。
【０００９】
米国特許第４,５３９,２１７号、第４,５８７,４３３号には動的操作方法が記載されており、Kの値はイオン注入工程において、測定イオン電流量と圧力の同時測定値をイオン注入工程中に予め選択された同時測定値と比較することで決定される。これらの特許では、Kは次の関係によって定義されるよう選択される。
【００１０】
【式５】
0004974402.tif 000002
【００１１】
ここで、I0は補正ビーム電流量、Imは測定ビーム電流量、Pは残留圧である。
【００１２】
この補正ビーム電流量と残留気体圧間の想定上の線形的関係によれば、特にビームエネルギーが高い時、精度の制限がある。
【００１３】
米国特許第５，７６０，４０９号では、Kは次の関係によって定義される。
【００１４】
【式６】
0004974402.tif 000003
【００１５】
これはγ＝０の場合、
【００１６】
【式７】
0004974402.tif 000004
【００１７】
と変形される。
【００１８】
補助パラメータは、最終安定荷電状態と初期投入荷電状態との比と見なすことができる。Kおよびγはともに生産注入運転の実施に先立ち実験的に決定され、その値は最適なものとなるよう各工程手順毎に記憶される。
【００１９】
繰返しテスト注入を行って各注入手順毎にKおよびγの値を集積しなければならないのは時間の浪費であり、面倒である。また注入工程中の予期しないパラメータ変化は、実験的に決定されたKおよびγの値を用いて補正ビーム電流量を計算する演算を不正確にし、用量測定の誤差の原因となることがある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、従来技術のようにK等の実験的に決定された定数の値のデータベースを蓄積する必要なしに確実かつ正確に真のビーム電流量I0を推定・測定し、これによって、イオン量のバラツキを補償したウェハへのイオン注入の一層効果的な解決法を提供することである。
【００２１】
本発明は、イオン注入装置であって、
真空室と、
対象基板を支持する真空室内の基板ホルダと、
対象基板に注入する化学種のイオンのビームを発生するイオンビーム発生器と、
対象基板にイオンビームの相対的スキャン動作を実施するスキャン装置と、
注入中作動して真空室から残留気体を吸引する真空ポンプと、
真空室内の残留気体圧の変化を示す圧力信号を発生する残留気体圧検出器と、注入中、ビームが対象基板に入射しない複数の期間によって分離される対象基板への反復ビームスキャンを行うよう配設されるスキャン装置であって、これにより、前記真空室内の残留気体圧は対象基板からの除ガスによって前記各スキャン時上昇し、前記真空ポンプによる吸引によって前記分離期間中下降するスキャン装置と、
前記複数の各分離期間中対象基板でイオンビーム内のイオン電流量の多重隔時測定を行うイオン電流量検出器と、
前記多重測定値および残留気体圧の変化を示す前記圧力信号のデータを入力し、注入する化学種の粒子ビームの送達率を表す合計ビーム電流量の補正値を計算する演算装置と、を備えたイオン注入装置を提供する。
【００２２】
演算装置は、前記分離期間中の測定イオン電流量の変化を推定することによって前記補正値を計算し、不定時間での前記イオン電流量の値を計算するよう構成されているのが好ましい。上記分離時間中、残留気体圧は、数式
【００２３】
【式８】
0004974402.tif 000005
【００２４】
（ここで、P0はｔ=０での圧力、τはポンプダウン時間定数）
によって時間ｔの関数となると考えてよい。
【００２５】
演算装置は前記圧力信号からτの値を決定し、前記τの値を用いて前記イオン電流量の多重隔時測定に適した曲線の形状を推定するよう構成されてよい。特に、本発明は、残留気体圧がポンプダウン時間定数によって決定される予測可能な状態で変化する時、注入工程の所謂分離期間において多重時間関連イオン電流量測定を行うものである。ポンプダウン時間定数の値を決定することによって、多重時間関連イオン電流量値をｔ→∞の時、ビーム電流量の値を正確に予測するのに用いられる曲線にぴったり合わせることができる。このｔ→∞は残留気体圧がゼロに向かい、かつ測定ビーム電流量がビーム中の所望化学種の実際送達率に等しくなければならない場合である。
【００２６】
本発明によれば、圧力測定は単に室ポンプダウン定数τを得るのに用いられるだけであり、絶対圧を得るのに用いられるわけではないので、圧力測定の精度は重要でなく、圧力補償率Kの値を計算し記憶する必要はない。
【００２７】
本発明は高エネルギーイオンをウェハ、特にフォトレジスト被覆ウェハに注入する際の注入量を測定・制御する問題に対する独自の解決法を提供する。本願明細書に開示された注入装置および方法は、環境気体が該気体中を移動する高エネルギーイオンの荷電状態を変化させる場合、ファラディカップおよび電位計等の測定手段を用いる高精度ビーム電流量測定技術の状況を改善する。この技術はバッチ（多重ウェハ）注入および単一ウェハ注入に適用可能である。両タイプの注入装置とも測定・制御方法は、ウェハがイオンビームによってスキャンされ、ウェハがビーム経路から逸脱した際ビーム電流量の測定を行うという方法を用いる。この時、ウェハのレジスト被覆からの除ガスは中断されるので、環境気体源は基本的になくなり、注入室の真空度は比較的予測可能な状態で回復する。真の補正ビーム電流量の正確な予測を行うために圧力を大きく回復する必要はない。
【００２８】
従来技術の米国特許第５,７６０,４０９号に記載されているように、測定ビーム電流量は次の数式によって表される。
【００２９】
【式９】
0004974402.tif 000006
【００３０】
ここで、I0は真の補正ビーム電流量（残留圧ゼロとする）、Kは圧力補償率、Ptは圧力（時間の関数である場合がある）である。
【００３１】
数式（１）は次のように書き換えることができる。
【００３２】
【式１０】
0004974402.tif 000007
【００３３】
ポンプダウン定数τの値測定は、注入装置動作の初回ポンプダウン時に注入装置の真空室内の圧力測定から行うことができる。こうした測定を２回程度行うだけで数式（１ａ）によって表される線の傾きが設定されるが、正確を期すには２０回以上の測定を行うのが好ましい。
【００３４】
さて、数式（１）のPtを数式（２）に代入すると、真空度回復期間（あるいは所謂分離期間）中に測定されるビーム電流量に関し以下の数式が得られる。
【００３５】
【式１１】
0004974402.tif 000008
【００３６】
数式（３）は対数で表すと次のようになる。
【００３７】
【式１２】
0004974402.tif 000009
【００３８】
ビーム電流量測定値Iiが時間tiで得られた場合、ビーム電流量測定値Iiは次の形の一般式で示される。
【００３９】
【式１３】
0004974402.tif 000010
【００４０】
ここで、ｂ0＝ｌｎ（Ｉ0）、ｂ1＝-KP0である。
【００４１】
τの値が公知あるいは測定済みである場合、Ii、ｔiの測定によって得られた少なくとも２組の値を用いて、この数式を直接ｂ0、ｂ1について解くことができる。
【００４２】
従って、真のビーム電流量I0はKの値を設定しなくとも設定可能である。
【００４３】
本例では、真のビーム電流量はI、ｔのサンプルおよびτの情報から推定される。圧力の絶対測定は不要である。
【００４４】
上記数式（５）はｌｎIiとexp（−ｔi/τ）間の線形的関係を示すが、実際には、こうした値をプロットすると直線から逸脱する。これは、一重荷電イオンの中性化をもたらす電荷交換の発生ばかりでなく、ビーム中の一重荷電イオンを二重荷電にする電荷剥奪の発生も考慮に入れるなら、予測できる場合がある。
【００４５】
従って、次の二次方程式がIi、ｔiの測定値により適した式となる。
【００４６】
【式１４】
0004974402.tif 000011
【００４７】
b0の値は、時間ｔiでIiの測定を充分（少なくとも3回の）行って、数式（６）をｂ0について解くことによって得られる。
【００４８】
また絶対圧の使用は上記補正計算には不必要である。必要となる測定値はIi、ｔiおよびτの情報だけである。ポンプダウン定数は注入開始時に測定可能であるが、所謂分離期間中の注入時にτを繰返し測定する方がよい。
【００４９】
【発明の実施の形態】
図１の注入装置は、１回に１枚のシリコンウェハを処理する単一ウェハ装置である。本発明はこのような単一ウェハ注入装置について容易に示すことができるが、本発明は回転ホイールに取り付けられたバッチウェハを同時処理する型のバッチ注入装置において実施してもよい。
【００５０】
図1の単一ウェハ装置において、所望化学種のイオンビームはイオンソース１０から導出され、質量選択磁石１１を介してビームスキャン装置１２に供給される。質量選択磁石１１によって、質量選択器を出たビーム１３中には所望化学種のイオンだけがあるようになる。ビームスキャン装置１２によってイオンビームは、ビーム方向に垂直な方向、すなわち、図１の例では紙面を往復して急速スキャンされる。このように、イオンビームはキャリアあるいはチャック１５に取り付けられたウェハ１４を横切って繰返しスキャンされる。チャック１５はビーム方向を横断する面にウェハを保持する。
【００５１】
当業者に理解されるように、通常ウェハ１４に入射するイオンビームの直径はウェハ全体の面積よりはるかに小さい。例えば、イオンビームの直径は２〜５ｃｍであるが、ウェハの直径は２０ｃｍあるいはそれどころか３０ｃｍもある場合がある。イオン注入装置では、イオンビームとウェハ間の相対的スキャン動作を行って、ウェハ表面に注入イオンを均一分散させるというのが標準的なやり方である。図１に示した装置では、ウェハの一直交方向のスキャンはビームスキャン装置１２によって発生されるビーム自体のスキャンによってなされる。ウェハに対する他方の直交方向（図１の例では紙面の内外）にビームスキャンを行うため、チャック１５がアーム１６に取り付けられおり、このチャック１５はイオンビームのスキャン面に垂直な方向にアーム１６の位置を平行移動可能なアクチュエータ１７に接続されている。
【００５２】
スキャン装置は、図２を参照すると理解しやすい。イオンビームは２０で図示されており、ビームは矢印２１方向を往復して繰り返しスキャンされるのが分かる。チャック１５上のウェハ１４は同時に矢印２２の方向に逆直交方向にもスキャンされる。ビーム２０のスキャン速度はチャック１５の機械的スキャン速度よりはるかに速い場合があるので、方向２１のビームスキャンと方向２２の機械的ウェハスキャンを組み合わせることでウェハ表面全体をビームスキャンしたような十分なラスタが生ずる。１回の注入工程でウェハは矢印２２方向に往復して数回機械的にスキャンされてよい。
【００５３】
注入装置にビームスキャンとウェハスキャンの組み合わせを用いた所謂複合スキャン装置の例は、米国特許第５,２２９,６１５号およびＷＯ第９９／１３４８８号に見られる。
【００５４】
スリットファラディ装置２５は、スキャンされるイオンビーム２０内に、ウェハチャック１５の機械的スキャン位置の一側に置かれる。スリットファラディ２５は検出のためビームイオンをファラディカップに導入する入口スリット２６を有する。各ビームスキャン時にイオンビームはスリット２６をスキャンするので、ビームがスリットをスキャンする時ファラディカップによって捕捉される電荷全体はその時のビーム内の合計イオン電流量を示す値となる。ファラディカップビーム電流量検出装置はビーム中の荷電粒子にのみ反応し、ファラディカップに到達する前に中性化された所望化学種の粒子には反応しない。
【００５５】
よく知られているように、イオンソース１０でのイオン発生、質量選択器１１やスキャン装置１２を介するイオンビームの搬送、その注入はすべて略真空中で行う必要があり、必要とされる真空室を図１中に点線３０で図示してある。ウェハ１４とチャック・スキャンアーム１６を収容する少なくとも１つの処理室３３が真空ポンプ３１によって直接排気される。他の装置部分は図示しない別の真空ポンプによって直接排気されてもよい。いずれにせよ本発明は、処理室内に残留気体発生源がない場合、真空ポンプ３１の連続運転によって処理室内の残留気体圧が設定可能なポンプダウン時間定数を有する予測可能な曲線に従って低下する、という認識に準拠するものである。
【００５６】
ウェハ１４を収容する処理室３３の圧力は、圧力ゲージ３２によってモニタされる。圧力ゲージ３２はイオンゲージあるいはその他真空装置内の極めて低い圧力測定に公知の圧力ゲージであってよい。本発明の作用として重要なのは、圧力ゲージ３２については、いつでも正確な圧力を正確に表示することが重要なのではなく、特にポンプダウン時間係数を決定し得るように圧力変化をモニタする方法を可能にすることだけ求められる点である。
【００５７】
スリットファラディ２５および圧力ゲージ３２は、用量コントローラ３５に接続される。
【００５８】
用量コントローラ３５は、スリットファラディ２５からのビーム電流量の値と圧力ゲージ３２から出力された残留気体圧の変化に関するデータを用いて、ファラディおよびウェハ１４の位置に到達する以前にビーム中でなされたビームイオンのあらゆる中性化を考慮に入れつつビーム電流量の補正値を推定する。
【００５９】
スリットファラディ２５によって測定されたビーム電流量の誤差は、ウェハに到達する以前に中性化されたイオンビームの数に左右される。公知のように、これはまた、ビームが移動する室内の残留気体圧に左右される。注入中、注入するウェハ１４はレジストによって部分的に被覆されるのが普通で、イオンが注入されるウェハ表面の面積を画定する。レジスト被覆表面に入射するイオンは半導体ウェハには注入されないが、レジストからの除ガスを行う作用があり、処理室内の残留気体圧に寄与する。ウェハがイオンビームの通過によって機械的にスキャンされ、イオンビームがウェハのレジスト被覆表面に入射している間、レジスト被覆からの除ガスは残留気体圧を上昇させる傾向がある。スキャン装置１２によるビームのスキャン速度は１００Ｈｚ以上であってよく、ビームが瞬間的にウェハを離隔した時、矢印２１方向の各ビームスキャンの最後のビームのドエルタイムは、わずか数ミリ秒である。
【００６０】
比較するに、チャック１５上のウェハ１４が矢印２２方向の機械的スキャンによってスキャンビームから完全に離隔して移動した場合、ウェハは略コンマ１秒の間ビームから離隔することがある。従って考えられるのは、ウェハの処理を反復スキャンによって実施することであり、このスキャンは、ウェハにビームが入射しない期間によって分離されるスキャンビーム面を貫通して矢印２２の一方向にウェハが平行移動された場合の、すなわちウェハ・スキャンアーム１６がビーム面の上あるいは下の機械的スキャンの最後に方向転換する場合の低速機械的スキャンに相当する。こうした分離期間中イオンビーム電流量は、スリットファラディ２５によって、ビームがビームスキャン速度１００Ｈｚ以上でスリットファラディをスキャンする毎に測定可能である。従って実際には、ウェハがスキャンビームを完全に離隔する分離期間中に、２０回以上の隔時ビーム電流量測定を行なうことができる。
【００６１】
用量コントローラ３５は、各々のあるいは少なくとも複数の上記分離期間中、スリットファラディ２５から多重ビーム電流量値を入力するよう設けられている。通常用量コントローラ３５は注入制御装置の一部であり、この注入制御措置も、制御回線４０を介してスキャンアーム１６のアクチュエータ１７を制御する。従って、ウェハが各機械的掃引の最後にビームから離隔する時のデータを用量コントローラ３５は利用可能であるので、分離期間が決定可能となる。
【００６２】
また、用量コントローラは、真空ポンプ３１の作動下での室のポンプダウン時間定数の値を得るよう設けられている。これは、除ガスが行われないので室内の圧力を急激に減ずる必要がある期間、圧力ゲージ３２からの気体圧の反復測定値を用いて求められる。
【００６３】
ポンプダウン時間係数は、室の初回ポンプダウン時であっても、ウェハ処理の開始以前に決定可能であるが、上記各分離期間中にポンプダウン時間係数を測定するのが好ましく、その時一連のビーム電流量の読取りも行われる。従って、ポンプダウン時間係数は常にビーム電流量測定に適したものとなる。ポンプダウン時間係数は、例えば排気すべき残留気体内の化学種の変化あるいは例えば真空ポンプ３１の性能の変化、温度変化等のその他の要因によって処理運転中に変化することがある。重要なのは、圧力ゲージ３２からの圧力測定値については、スリットファラディ２５からのビーム電流量測定値と同時に得ることが必須ではない点である。しかし、用量コントローラを作動して新たなビーム電流量の読取り値が得られる毎に圧力をサンプリングするほうがよい。
【００６４】
従って、用量コントローラを作動して、スキャンイオンビーム面を貫通するウェハの低速機械的スキャンの最後の各分離期間中、所定のサンプリング時間で２０程度のビーム電流量値を得ることができる。同時に用量コントローラは圧力ゲージ３２から多重圧力値を得、これからポンプダウン時間定数τを決定する。従って、ビーム電流量読取りの値および時間をτの計算値と組み合わせて用いることができ、上記数式（６）の係数b0の値が得られる。この係数b0から、ファラディによってはカウントされない中性イオンあるいはスリットファラディでは二重カウントと思われる、電荷が付加された可能性のあるイオンを考慮に入れつつ、機械的ウェハスキャンの各ターンアラウンドタイムで補正ビーム電流量の値が得られるのである。
【００６５】
当業界において十分確認されていることだが、注入工程中に真の注入流の値あるいは所望化学種がウェハに供給される真の率を求め、工程を変更して所望量の化学種を工程の最後に送達し、またこの量をウェハ表面に均一に送達するのは重要である。従って、上記のように用量コントローラ２５によって得られたビーム電流量の補正値は、回線４０を介してアクチュエータ１７に制御信号を供給することによって、機械的スキャン速度を変化させるのに用いられてよい。例えば、用量コントローラが真のイオン電流量が増加した場合、スキャビーム面を通るウェハの機械的スキャン速度を増加させてもよく、これにより次の機械的スキャンの用量送達を略同一に保つとともにウェハ表面の均一性を適正に保つ。
【００６６】
ただ単にビームを通るウェハの機械的スキャン速度を制御する代わりに、用量コントローラが得られたビーム電流量の真の値に応じて注入装置の他のパラメータを調節し、用量および均一性の所望目標を達成するようにしてもよいことを理解されたい。例えば、スキャン装置をビームのスキャン速度を増加あるいは減少するよう調節してよい。またイオンソース１０あるいは（図１に図示しない）なんらかの介在ビームフィルタ装置のいずれかを調節することによって、ビーム中のイオン電流量を直接調節することもできる。
【００６７】
上記実施形態においては、注入装置は単一ウェハを１回で注入するようになっている。このため、ウェハ操作装置が注入中ウェハを収容する処理室内に隣接して具備され、処理後チャック１５からウェハを除去し、処理のためチャックに新たなウェハを供給する。個々のウェハは負荷ロック機構を介して処理室の内外に移動される。こうした操作装置は本発明の一部ではないのでこれ以上の説明を省略する。
【００６８】
本発明の各実施形態はバッチ型注入装置、特に同時処理のため多数のウェハを搬送する回転ホイールを用いる装置において用いてもよい。こうした装置においては、イオンビームは普通固定され、ウェハは外周部にウェハを搬送するホイールの回転によって一方向に、またビーム方向を横に往復するスキャンホイールの軸の平行移動によって第２方向へビームを横切ってスキャンされる。本発明はこのような装置にも有益である。この場合、（スキャンホイールの回転軸の平行移動による）ウェハの低速スキャンによってウェハがイオンビームから完全に離隔する毎に、反復ビーム電流量の測定が行われる。こうした分離期間中、ウェハ表面からのレジストの除ガスは中断され、処理室内の残留気体圧はポンプダウン時間定数に従って低下する。この期間中に得られた反復イオンビーム電流量は、本文中に示された対数に従って、真のあるいは補正イオンビーム電流量の値を計算するのに用いられる。
別のビームおよびウェハの相対的スキャンの形態も考えられる。しかし、その場合本発明は、ウェハスキャン中に、多重ビーム電流量測定値を得るのに十分長い時間ビームが完全にウェハを離隔する期間を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化する注入装置の概略図である。
【図２】スキャン装置を示す図１の注入装置の部分拡大図である。
【図１】
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【図２】
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