(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームイオンが所要の注入エネルギーまで減速される前にフィールド電極で一時的に加速される際、イオンが中性化されるときに生じるイオンビームの高エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセスにおいてモニタする方法であって、フィールド電極上の電流ドレインをモニタして、イオン中性化物のターゲットへの流量を指示するステップを有する、方法。
【請求項２】
前記フィールド電極の電流ドレインを、イオン中性化物の流れの指示値として予備校正するステップを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
モニタした電流ドレインを、高エネルギー中性化物汚染の最大許容レベルに対応して選択した閾値と比較するステップと、モニタ電流が閾値を超えた場合はアラーム信号を与えるステップとを有する請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記アラーム信号に応答して、システムインターロックを作動させ注入プロセスを停止させるステップを有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
真空チャンバを備えるイオン注入装置であって、前記チャンバの内部に、
注入しようとするターゲット基板のためのホルダと、
イオンのソースと、
ソースからイオンのビームを輸送エネルギーのレベルで運ぶためのフライトチューブであって、このフライトチューブは、出口アパーチャと、前記出口アパーチャから輸送エネルギーでビーム内に移動するイオンに対して、所要の質量のイオンだけを選別するための、マスセレクタ（質量選別器）とを有する、フライトチューブと、
前記出口アパーチャと前記基板ホルダとの間に接続され、ビーム内のイオンをホルダでの注入エネルギーにまで減速する、第１の電圧電位供給器と、
前記出口アパーチャと前記基板ホルダの間に配置されるフィールド電極と、
前記フィールド電極と前記出口アパーチャとの間に接続され、この間に、イオンを輸送エネルギーよりも高くまで一時的に加速する電位差を与える、第２の電圧電位供給器と、
前記フィールド電極上の電流ドレインを指示する信号を与える電流メーターと、
該電流ドレイン信号に応答して、抑制電極を去るビーム中の加速中性粒子の量を指示する、応答手段と
を備えるイオン注入装置。
【請求項６】
前記応答手段が、電流ドレイン信号に応答して前記中性粒子の流れを指示する信号を与えるように予備検量されている検量手段を有する請求項５に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記応答手段が、
モニタした電流ドレインを高エネルギー中性汚染物の最大許容レベルに対応して選択される閾値と比較する、比較手段と、
電流ドレインのモニタ値がこの閾値を超えた場合にアラーム信号を発するアラーム手段と
を有する請求項５又は６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
アラーム信号に応答して注入プロセスを停止させる動作をすることが可能なシステムインターロックを有する請求項７に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記フライトチューブの前記出口アパーチャが、フライトチューブの電位にあるスクリーニング要素を有し、前記フィールド電極が前記スクリーニング要素に隣接して配置される請求項５〜８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記フィールド電極に隣接し且つ前記フィールド電極の下流に減速電極を有し、前記減速電極の電位がターゲットホルダの電位と実質的に等しくなるように前記減速電極が接続される請求項８又は９のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記第２の電圧電位供給器が、出口アパーチャに対して少なくとも５ｋＶだけ負であるバイアスをフィールド電極に与える構成を有する請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第２の電圧電位供給器が、前記減速電極に対して５ｋＶ〜４０ｋＶだけ負であるバイアスを前記フィールド電極に与える構成を有する請求項１０又は１１のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記フィールド電極が、前記減速電極に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持される請求項１２に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記フィールド電極が、前記減速電極に対して約−２５ｋＶに保持される請求項１３に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、イオン注入装置に関し、特に、イオン注入プロセスにおける高エネルギー中性汚染物の観測に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入法（イオンインプランテーション）は、集積回路デバイスの製造工程において、半導体材料の決まった領域に対して、濃度を選択して不純物をドーピングすることによりこの領域の電気特性を変えるために用いられる、標準的なプロセスである。この技術は、予め選択したイオンの種のビームを生成する工程と、このビームをターゲットとなる基板の方へ指向させる工程を含んでいる。イオン注入の深さは、基板上の注入点におけるイオンビームエネルギー（即ち、「注入エネルギー」）にとりわけ依存している
代表的なイオン注入装置は真空チャンバを具備しているが、１つのチャンバの中には、相互に連通している多数のコンパートメントが含まれることがある。１つのコンパートメントには、所要のイオン種を形成するためのイオンソースが具備される。イオン注入に用いる代表的なイオン種は、ボロン（Ｂ+）、リン（Ｐ+）及びヒ素（Ａｓ+）である。イオンソースからのイオンは、イオンソースの動作を効率よくするように選択した抽出エネルギーで抽出される。この抽出エネルギーのイオンは、一定の輸送エネルギーでフライトチューブの中を輸送される。このフライトチューブの中では、イオンは、通常は磁石及びこれに付いたマスセレクションスリットの形態をとるマスセレクタ（質量選別器）の中を通過する。そして、選別された質量のイオンは、フライトチューブから出口アパーチャで外に出るが、このときも、係る輸送エネルギーを有している。
【０００３】
イオンソースから有効に抽出を行った後にフライトチューブの中を輸送させるためには、イオンの抽出エネルギー及びその後の輸送エネルギーは、典型的には、１０〜２０ｋｅＶである。抽出エネルギーが低い場合は、抽出の効率が低下する傾向があり、また、エネルギーを高くするためには、更に出力が高く且つ大型の磁石が必要となる。
【０００４】
従来技術のイオン注入装置では、１６０ｋｅＶあるいはそれ以上もの注入エネルギーを必要としており、フライトチューブから出てきたイオンに対してこのような高い注入エネルギーを与えることが、標準的な手法となっていた。この手法は、「質量選別後の加速」、あるいは「ポスト加速」と呼ばれている。
【０００５】
近年、１０ｋｅＶよりも低いような低エネルギーで注入を行うことへの要請が高まってきている。これは、質量選別後の減速（ないし「ポスト減速」）への示唆へと導かれる。
【０００６】
全てのイオン注入プロセスに関する問題点の１つに、エネルギー汚染の問題がある。基板に所要のドープ材料の構造を与える処理を行うためには、注入するイオンのエネルギーは予測可能で且つ制御可能であることが重要である。目標とする注入エネルギーに達する前に、イオンビーム中のイオンが中性に変化したとき、例えば、真空チャンバ中の残留ガスの原子と電子の交換が生じた場合に、注入装置で問題が発生する。中性化が生じれば、所要の注入種の原子は、加速場や減速場の影響下にはなくなり、その従前のエネルギー状態を維持し続けることになる。ターゲットとする基板に直線で移動している際にイオンが中性化されれば、中性化した原子は、中性化した直後のエネルギーで基板に注入されることになる。
【０００７】
注入装置がポスト減速で操作している場合は、高エネルギーの中性物による汚染は特に深刻な問題を生じ、イオンが磁場から出てターゲット基板に直線上を進行する時点と、その後イオンが減速用電界で十分減速された時点との間で、イオンビームからのイオンを中性化してしまうことになる。
【０００８】
イオンビームに生成する中性物の数は、真空チャンバの内部の残留ガスの圧力に依存することが知られており、これはイオンを中性化する電子交換衝突の数に直接影響する。しかし、残留ガスの圧力が存在している方が望ましい場合もあり、それは、ビームイオンと残留ガス原子とが衝突すれば、フリーの電子もイオンビームの領域中で生成し、イオンビームの空間荷電量を低減するからであり、そして、ビーム中の正に荷電したイオンが相互に反発してイオンビームが「ブローアップ」を生じる傾向を、低減するからである
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フライトチューブの出口アパーチャから出てきたイオンビームが、注入エネルギーまで減速される前に、一時的に加速される場合に、ターゲット基板への高エネルギー汚染の顕著な問題が生じる場合もある。一時的に高いエネルギーを獲得しつつ中性化したイオンの全ては当然に、この高いエネルギーのままでターゲット基板に注入される。この汚染中性物のエネルギーは輸送エネルギーよりもかなり高いため、注入を受けた基板の影響は非常に深刻となる場合がある。
【００１０】
フライトチューブの出口アパーチャと、フライトチューブに対して負の電位差を有するターゲット基板との間に、フィールド電極(field electrode)が存在する場合には、フライトチューブの出口アパーチャから出てくるイオンは、一時的に高いエネルギーに加速されるだろう。このような負のフィールド電極は、電子抑制電極(electron suppression electrode)として用いてもよく、この電子抑制電極は、フライトチューブから出てくるイオンビームの中の電子が、イオンエネルギーを注入エネルギーまで下げる減速場の作用によりフライトチューブ内でビームの外に引き出されることを、防止するように設計される。しかし、イオンビームがターゲット基板に到達する前に空間荷電効果によりブローアップしやすい傾向に対抗して、フライトチューブの電位よりも比較的低い電位（数キロボルト）だけ負である負のフィールド電極を、フィールド電極を他の電極と組み合わせて場を収斂させようとする用途に対して用いてもよい。このように比較的低い電位のフィールド電極を用いる構成は、英国特許第９５２２８８３．９号に記載されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの特徴に従えば、ビームイオンが所要の注入エネルギーまで減速される前にフィールド電極で一時的に加速される際に中性化され、その際にこれによって生じるイオンビームの高エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセスにおいてモニタする方法であって、フィールド電極上の電流ドレインをモニタして中性化したイオン（ないしイオン中性化物）のターゲットへの流れを指示するステップを有している。このフィールド電極の電流ドレインは、ターゲット基板の汚染の量に対する良好な指示値であることが見出され、特に、ビームイオンがフィールド電極で加速されるエネルギーの最大値までのエネルギーに対して良好な指示値であることが見出された。このことは、ビームイオンの中性化が真空チャンバ内での残留ガス原子と電子交換することにより生じることを認識することにより、説明できるだろう。このことにより、残留ガスの原子はイオン化するものの、通常は低いエネルギーに維持されることになる。このような低いエネルギーの残留ガスイオンは、次いでフィールド電極に引きつけられ、そこで中性化し、この中性化に応じた電流ドレインを電極に発生させる。その結果、フライトチューブの中のイオンの輸送エネルギーよりも高いエネルギーで生じるターゲット基板へのエネルギー汚染に対して、この電極電流ドレインが直接の測定値となる。
【００１２】
本発明の方法は、中性化したイオンの流れの測定値としてのフィールド電極の電流ドレインを、予備検量（ないし予備校正）するステップを有していてもよい。
【００１３】
好ましい構成では、本方法は、モニタした電流ドレインを、高エネルギー中性化汚染物の最大許容レベルに対応して選択した閾値と比較するステップと、モニタ値が閾値を超えた場合はアラーム信号を与えるステップとを有している。あるいは、モニタした電流ドレインを注入プロセスの実行の時間で積分し、この積分値を、実行の過程の間に閾値関数と比較し、アラームを発してもよい。
【００１４】
このアラーム信号に応じて、システムインターロックを作動させて注入プロセスを停止させてもよい。
【００１５】
別の特徴では、本発明は、真空チャンバを備えるイオン注入装置を与え、この真空チャンバは：
注入を行おうとするターゲット基板のホルダと、
イオンのソースと、
ソースからイオンのビームを輸送エネルギーのレベルで運ぶためのフライトチューブであって、このフライトチューブは、出口アパーチャと、この出口アパーチャから輸送エネルギーでビーム内に移動するイオンに対して、所要の質量のイオンだけを選別するための、マスセレクタ（質量選別器）とを有する、フライトチューブと、
出口アパーチャと基板ホルダとの間に接続され、この間に減速場を与えて、ビーム内のイオンをホルダでの注入エネルギーにまで減速する、第１の電圧電位供給器と、
出口アパーチャと基板ホルダの間に配置されるフィールド電極と、
フィールド電極と出口アパーチャとの間に接続され、この間に、イオンを輸送エネルギーよりも高くまで一時的に加速する電位差を与える、第２の電圧電位供給器と、
フィールド電極上の電流ドレインを指示する信号を与える電流メーターと、電流ドレイン信号に応答して、抑制電極を去るビーム中の加速中性粒子の量を指示する、応答手段と
を備えている。
【００１６】
この応答手段は、電流ドレイン信号に応答して中性粒子の流れを指示する信号を与えるように予備検量がなされている、検量手段を有していてもよい。
【００１７】
具体例の１つでは、この応答手段は、モニタした電流ドレインを、高エネルギー中性汚染物の最大許容レベルに対応して選択される閾値と比較する、比較手段と、電流ドレインのモニタ値がこの閾値を超えた場合にアラーム信号を発するアラーム手段とを有している。装置は、アラーム信号に応答して、注入プロセスを停止させる動作が可能なシステムインターロックを有していてもよい。
【００１８】
好ましい具体例では、フライトチューブの出口アパーチャは、フライトチューブの電位にあるスクリーニング要素を有しており、また、このスクリーニング要素に隣接してフィールド電極が配置される。フィールド電極に隣接し且つフィールド電極の下流には、減速電極が含まれていてもよく、この減速電極は、ターゲットホルダの電位と実質的に等しくなるように接続される。
【００１９】
本発明の構成は、第２の電圧電位供給器が、出口アパーチャに対して少なくとも５ｋＶだけ負のバイアスをフィールド電極に与えている場合に、最も有用である。実際、第２の電圧電位供給器は、減速電極に対して５ｋＶ〜４０ｋＶだけ負のバイアスをフィールド電極に与えるような構成を有していてもよい。フィールド電極は、減速電極に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持されることが好ましく、更に好ましくは、−１５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持される。更に具体的には、フィールド電極は減速電極に対して約−２５ｋＶに保持される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に示されるように、イオン注入装置１は、イオンのビームを発生するイオンビーム発生器３と、イオンビーム発生器３に隣接し、自身の質量に従ってビームイオンを空間的に分解するための磁石５と、分解磁石５に隣接して配置され、ターゲット基板に注入しようとするイオン種を、磁石により空間的に分解したビームから選別し、その他のイオンを排除するための、イオンセレクタ７と、イオンセレクタ７に隣接して配置され、イオンビームの注入直前のエネルギーを制御するための、電極組立体９と、電極組立体９と間隔をおいて配置され、ビームイオンを注入しようとするターゲット基板１２を支持するための、支持体１１と、電極組立体９と基板支持体１１との間に配置され、ターゲット表面近くのイオンビームに電子を導入してビーム及びウエハ表面を中性化するための、電子発生器１３とを備えている。基板支持体１１の下流には、イオンビームコレクタ１４が配置され、これがビームストップとして、また、ドーズ量測定のためのイオン電流検出器として働く。
【００２１】
更に詳細には、イオンビーム発生器３は、アークチャンバ１７を有するイオンソース１５を備えており、アークチャンバ１７の前面には、出口アパーチャ１９が形成されている。アークチャンバからイオンを抽出してイオンビーム２５を形成するために、１対の抽出電極２１，２３が出口アパーチャ１９から間隔をおいて配置される。アークチャンバの出口アパーチャ１９に近い方の抽出電極２１は、ビーム発生器から先に進んだ電子がアークチャンバに流入する事を防止する抑制電極として機能する。
【００２２】
質量分解磁石５の２つの極（図示せず）の間には、フライトチューブ２７が配置され、このフライトチューブは、ビーム発生器３からのイオンビームを受容し、磁石の２つの極の間をイオンビームが通過する際にそのエネルギー（輸送エネルギー）を調節する。この輸送エネルギーは、フライトチューブ２７とイオンソースの間の電位差により決めることができる。この特定の具体例では、分解磁石の磁界強度と磁石を通るイオンビームのエネルギーとを選択して、適当な質量を有するイオンが約９０゜屈折するようにし、また、フライトチューブ２７もこれに従って、フライトチューブ２７の出口アパーチャ５５が入口アパーチャ２９とほぼ直角となるように構成される。
【００２３】
イオンセレクタ７は、一連の個別要素３５，３９，４１及び４３を有しており、これらは、ビームライン４５に沿って間隔をおいて配置され一連のアパーチャを画定し、これらが協働して、ターゲット基板に注入しようとするイオンのうち適正な質量のイオンを選別し、残りの、分解磁石５を通過した空間的に分解したイオンを排除する。この特定の具体例では、イオンセレクタ７は、磁石からの不要なイオン種の大部分を排除するプレート電極３５と、選別したイオンのみを通過させる幅可変の質量分解スリットを協働して画定する、１対の要素３９，４１と、イオンビームの高さを画定するもう１つの要素とを備えている。しかし、質量分解要素の数とその構成とを変更してもよい。
【００２４】
イオンセレクタ組立体は、チャンバ４７の中の磁石と電極組立体９との間に収容され、フライトチューブ２７の延長部を形成する。質量分解チャンバ壁４９は、ビームラインの方向に伸びて略円筒状の外囲を画定する部分５１と、円筒部分５１に隣接しビームラインを横断するように配置されるプレート電極を構成しビームを通過させる出口アパーチャ５５を画定する横断部分５３とを備え、このアパーチャ５５はイオンセレクタ７の最終の要素４３に隣接している。
【００２５】
この特定の具体例では、チャンバ壁４９の分解磁石５の近隣に真空ポート５７が配置され、この真空ポート５７は、チャンバ４７を脱気するための真空ポンプ５９に接続している。ただし、この真空ポートを有していなくてもよい。
【００２６】
質量分解チャンバ４７の出口アパーチャ５５と電極組立体９との間にスクリーニング組立体５２が配置され、電界が電極組立体９から出口アパーチャ５５を通って質量分解チャンバ４７内に浸透することを低減する。スクリーニング組立体５２は、円筒電極５４と、フィールド画定電極５６とを備えている。円筒電極５４は、出口アパーチャ５５と共軸となるような配置が与えられ、その一方の端部５８が質量分解チャンバ壁４９の横断部分（又は前端）５１隣接し且つこれに接続するように配置される。円筒電極５４は質量分解チャンバ４７の前に伸び、また、円筒電極５４は、更にスクリーニングを付加するために円筒電極５４のもう一方の端部に（又はその近隣に）形成された、内向きに伸びる円状のフランジ６０を有している。
【００２７】
フィールド画定電極５６は、正方形のアパーチャ６２が中心に形成された円形プレートを備えているが、このフィールド画定電極は使用してもよいし使用しなくてもよい。フィールド画定電極５６は、円筒電極５４の中に載置されこれに支持され、また、円筒電極５４の両方の端部の中間付近（この位置は変わってもよい）に配置されビームライン４５を横切るように配置される。正方形のアパーチャは、電極組立体９の方へ緩く外側に向かってテーパー状になっている。この具体例では、正方形のアパーチャの幅は約６０ｍｍである。円筒電極とフィールド画定電極とはそれぞれ、グラファイト製又はその他の安定な材料製であってもよい。
【００２８】
イオンビームの注入エネルギーを制御するための電極組立体９は、スクリーニング組立体５２のすぐ向こうに配置され、フィールド電極６１及び減速電極６５を備えている。フィールド電極６１は、スクリーニング組立体５２の出口アパーチャと実質的に共軸であり且つこれに隣接する方形アパーチャ６３を画定する。減速電極６５は、ビームライン４５をほぼ横断するように配置され、また、イオンビームを通過させる別のアパーチャ６７を画定する。この別のアパーチャ６７は、フィールド電極アパーチャ６３に隣接して配置される。フィールド電極と減速電極とはそれぞれ、グラファイト製又はその他の安定な材料製であってもよい。
【００２９】
この具体例では、電子インジェクタ１３は、イオンビームのターゲット近くの部分に低いエネルギーの電子を導入するプラズマフラッドシステムを備えている。このプラズマフラッドシステムは、減速電極アパーチャ６７からターゲット基板１２へと進むイオンビームを通過させるガイドチューブ６９を備え、このガイドチューブは、イオンビームの近隣で低いエネルギーの電子を維持し、且つ、イオンビームのうち減速電極アパーチャとウエハの間にある部分をスクリーニングする。
【００３０】
イオン注入装置は更に、イオンソースにバイアスを与えるためのイオンソース電圧源７１と、抑制電極２１にバイアスを与えるための抑制電極電圧源７３と、フライトチューブ２７と質量分解チャンバ４７及びその他の注入電極２３にバイアスを与えるためのフライトチューブ電圧源７５と、電極組立体９１のフィールド電極６１にバイアスを与えるためのフィールド電極電圧源７７と、電子閉じ込め電極６９にバイアスを与えるためのプラズマフラッド電圧源７９とを備えている。減速電極６５と、ターゲット基板支持体１１と、基板１２とは、接地電位に維持され、これにより、ターゲット基板の取り扱いが容易になり、支持組立体を簡単なものにし、その他の電極に対する簡便な参照電位として機能する。
【００３１】
以下、特定の具体例を参照して、イオン注入装置を作動させて低エネルギーでイオン注入を行う方法を説明するが、この具体例は、例示の目的のものであることを注記しておく。
【００３２】
イオン注入エネルギーは、基板１２とイオンソース１５の間の電位差によって決定される。基板が接地電位に維持されているため、イオンソース電圧源７１には、接地に対して正のバイアスが与えられ、その大きさがイオン注入エネルギーを決める。例えば、２ｋｅＶの注入に対しては、イオンソース電圧源には、＋２ｋＶのバイアスが与えられる。分解磁石５及び質量分解チャンバ４７を通るイオンビームの輸送エネルギーは、イオンソース１５とフライトチューブの間の電位差により決定され、フライトチューブ７５によって制御される。このイオンビームの輸送エネルギーは、イオンビームの抽出エネルギーと呼ぶこともできる。従って、フライトチューブの中を１０ｋｅＶのエネルギーでイオンビームを輸送するためには、フライトチューブはイオンソースに対して−１０ｋＶのバイアスが与えられ、あるいは接地電位に対して−８ｋＶのバイアスが与えられる。イオンビームは分解磁石の中を実質的に一定のエネルギーで輸送され、イオンビーム中の様々なイオン化種が、自身の質量に従って磁石により空間的に分解される。このように空間的に分解したビームは、質量分解チャンバの中に進入し、その中では、ビームは先ず、分解磁石５に近い方のプレート電極３５に画定された予備画定アパーチャを通過する。このプレート電極３５は、空間的に分解したビームに対するコース上の第１のステージフィルタとして作用し、空間的に分解したビームのうちイオン注入に必要のない部分をブロックする。第２の要素３９と第３の要素４１は、分解磁石５から間隔をおいて配置され、ビームラインに沿って相互に軸上に配置され、幅が可変の分解スリット４２を画定する。そのポジションは、ビームラインを横切る方向に変化させることができ、フィルタを通過したビームから注入すべきイオン種を選別する。
【００３３】
一例として、ボロン注入の工程では、分解磁石を通過した空間分解ビームは、ＢＦ3、ＢＦ2、ＢＦ、Ｂ及びＦのイオンや分子を含んでいてもよく、また、ボロンイオンにはボロン同位体10Ｂ又は11Ｂが含まれていてもよい。従って、「ボロン１１」の注入に対しては、予備画定要素３５及び質量分解要素３９，４１がフィルタとなり、11Ｂ以外の全てのイオン化種を取り除くだろう。
【００３４】
ビームが質量分解チャンバを通過する際には、ビームのエネルギーは一定に維持され、この実施例ではこの値は１０ｋｅＶである。１０ｋｅＶの質量分解ビーム４６は、質量分解チャンバ４７の出口アパーチャ５５を通過し、スクリーニング組立体５２を通過して、電極組立体９に至る。
【００３５】
フィールド電極６１に電位を印加することにより、フィールド電極が質量分解チャンバ４７に対して負になる。円筒電極６１に印加する電位の大きさは、接地した減速電極６５の最終アパーチャ６７とスクリーニング電極５４のフランジ６０のアパーチャとの間の領域に収斂する静電界を形成できる程度に十分な大きさである。減速電極６５の電位に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの電位がフィールド電極にあれば、最終のアパーチャ６７で所望の収斂静電界を形成して最終アパーチャ６７とターゲット基板の間でビームの中にビームイオンを維持するに十分である。しかしながら、フィールド電極６１は−２５ｋＶに維持されることが好ましい。
【００３６】
注入エネルギー２ｋｅＶに対してフライトチューブ及び質量分解チャンバがー８ｋＶにあるため、フィールド電極６１には、フライトチューブの電位よりも低い電位にバイアスされる。質量分解領域内で電子が減速電極に引き寄せられれば、この領域で空間荷電の中性化が破壊されビームが分散し電流が損失してしまうが、このバイアスが、質量分解領域内で電子が減速電極に引き寄せられることを防止する作用をする。
【００３７】
この具体例では、質量分解ビーム４６がフィールド電極６１に近づく際に、ビームは１０ｋｅＶである輸送（抽出）エネルギーよりも高く、イオンソース１５とフィールド電極６１の間の電位差で実質的に決められるエネルギーまで容易に加速され、この値は典型的には２５ｋｅＶである。ビームはフィールド電極アパーチャ６３を通過した後、フィールド電極アパーチャ６３と減速電極６５の最終アパーチャ６７の間のギャップの中で、実質的に要求されている注入エネルギーまで減速される。同時に、フランジ６０とフィールド電極６１の間の領域と、フィールド電極６１と減速電極６５の間の領域と、その向こう側とで、正味の収斂力がイオンビームに作用する。
【００３８】
次いで、イオンビームは、最終のアパーチャ６７とターゲット基板の間の領域の中を通過する。この領域の中では、イオンビームは実質的に所要の注入エネルギーで基板まで輸送される。プラズマフラッドシステム１３を用いてビームを低いエネルギーの電子で満たすことにより、速度の低くなったビームの拡散を最小にする。また、プラズマフラッドシステムは、イオン注入の工程の間、ターゲット基板の表面電荷を最小にし、同時に、イオンビームの電位を下げ、ビームが基板に到達する前のビームの拡散の程度を最小にする。
【００３９】
イオンビームがイオンソース３からターゲット基板１２へと移動する間、ビーム内のイオンから電子を奪って中性化することができる。イオンソース３とプラズマフラッドシステム１３の領域との間では、ビームイオンが中性化する通常のメカニズムは、残留ガス原子との電子交換である。ビームイオンが一度中性化されれば、磁界や電界による影響を受けなくなる。従って、ビームイオンがターゲット基板まで視界直線上を移動する前に形成された中性原子は全て、ビームイオンが中性化されたときの方向に飛行し、フライトチューブや質量選別チャンバ４７に吸収され、そして、出口アパーチャ５５を出ていくビームへと、質量選別要素４１，４２を介して出ていくことは、ない。しかし、ビームイオンは一旦中性化されれば、ターゲット基板へ直線で移動するこれらイオン中性化物は、一定のエネルギーを維持し、このエネルギーのままで基板へと注入される。
【００４０】
円筒電極５４かた出る前に中性化されたビームイオンは、輸送エネルギーを有しており、これは典型的には１０ｋｅＶである。このような中性原子は、このエネルギー（典型的には１０ｋｅＶ）で基板へエネルギー汚染を生じさせ、所要の注入エネルギー（典型的には２ｋｅＶ）を有するイオンよりも更に浸透する。
【００４１】
しかし、フィールド電極６１を通過して一時的に加速された時に中性化されたイオンはこれよりも高いエネルギーを有しており、これが更に深刻なエネルギー汚染を生じさせる。このような領域で形成された中性化原子の有しているエネルギーは、２５ｋｅＶにまでなっていることもある。
【００４２】
図１に示される本発明の具体例では、フィールド電極６１の電流ドレインをモニタすることにより、フィールド電極６１を通過して一時的に加速された時にこのように高いエネルギーのまま中性化するイオンの量をモニタする。
【００４３】
前述のように、フィールド電極６１を通過する際に中性化したビームイオンは、残留ガス原子と電子交換して、正に荷電した低エネルギー残留ガスを発生させる。この低エネルギー残留ガスは、フィールド電極６１上の負電位に引き寄せられ、その際放電を生じ、これがフィールド電極６１上の電流ドレインに寄与する。
【００４４】
図１では、電流メータ８０が、電源７７の電流ドレインを指示する信号をライン８１に与え、フィールド電極６１を所望の電位に維持する。ライン８１の電流ドレイン信号は、検量及びユーティリティのためのユニット８２に供給される。
【００４５】
検量及びユーティリティのためのユニット８２の最も簡単な構成は、閾値検出器であり、これは電極６１の電流ドレインを示すライン８１の信号が所定の閾値を超えたときにアラーム信号を発するように設定される。この所定の閾値は、ターゲット基板１２に到達するイオンビームの中の高いエネルギー汚染の最大許容値のレベルに対応する。この所定の最大電流ドレインの値は、実験により求めることができる。このアラーム信号は、注入装置において音声アラームや可視アラームとしてもよいが、電気信号として注入装置のシステムコントローラへ供給することが好ましい。
【００４６】
図２は、代表的なイオン注入装置のシステムコントローラの非常に概説的な形態を例示する。ここで、注入装置はボックス８０で大きく表され、システムコントローラは点線で示されるボックス８１で大きく示されている。システムコントローラは、ライン９２で注入装置９０から多数のシステムパラメータ信号を受容し、ライン９３で多数のシステム制御出力信号を注入装置に伝達する。図２に示されるように、フィールド電極６１の電流ドレインを指示する信号を供給するライン８１は、注入装置９０からシステムコントローラ９１へ供給する。コントローラ９１の内部では、ライン８１の信号は検量ユニット９４へと伝達されてもよい。この検量ユニットでは、ターゲット基板に到達するイオンビームのエネルギー汚染のレベルを表すように、比例して変動しないし変換される。この比例変動関す又は変換関数に用いられる係数は予備検量のプロセスにより実験的に求めることができる。
【００４７】
あるいは、予備検量のプロセスを用いて、ビーム中の汚染のレベルの最大許容量を指示する閾値レベルを決めてもよい。
【００４８】
ライン８１の電流ドレイン信号が検量ユニット９４において許容最大値を超える高エネルギー汚染のレベルを示すように決められる場合は、アラームユニット９５に供給されたときにアラーム信号を発生する。これは、マシンオペレータに対しての可視アラーム信号又は音声アラーム信号であってもよい。
【００４９】
更に、検量ユニット９４からの信号を供給して、システムコントローラの中のユニット９６を補償的に制御し、且つ／又はインターロックする。高エネルギー汚染が過剰なレベルにあることを示す検量ユニット９４からの信号に応答して、システムのインターロックを作動させることによって注入プロセスを停止させるように、このユニットの構成を与えてもよい。
【００５０】
これとは別の構成としては、電極６１における電流ドレインが高いレベルにあることに対してユニット９６が応答し、ビーム中の高エネルギー中性物汚染のレベルを制御する目的で他のシステムパラメータを制御するような構成が、ユニット９６に与えられてもよい。例えば、ビーム電流を停止させあるいは注入を中断させて、フィールド電極の領域に真空を復帰させてもよい。
【００５１】
ここまで、ビームの焦点がフィールド電極にあるようなポスト減速の注入装置及び注入方法に関して本発明を説明してきたが、本発明は、ビームイオンをフィールド電極を過ぎた後に加速するような構成であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に従えば、高エネルギー汚染のレベルをモニタすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオン注入装置の断面図である。
【図２】図１の装置の制御システムのブロック線図である。
【符号の説明】
１…イオン注入装置、３…イオンビーム発生器、５…磁石、７…イオンセレクタ、９…電極組立体、１１…基板支持体、１２…基板、１３…電子発生器、１４…イオンビームコレクタ、１７…アークチャンバ、１９…出口アパーチャ、２１，２３…抽出電極、２７…フライトチューブ、２９…出口アパーチャ、３５，３９，４１，４３…個別要素、５１…部分、５２…スクリーニング組立体、５５…入口５６…フィールド画定電極、５７…真空ポート、５９…アパーチャ、６０…フランジ、６１…フィールド電極、６２…正方形アパーチャ、６５…減速電極。
【図１】
0003751714.tif 000002
【図２】
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