JP5286277B2 - イオン注入装置用ファラデーカップの磁気監視 - Google Patents

Description

本発明は、主に、加工物へのイオン注入、より詳細には、イオン注入操作に用いるファラデーカップの性能を監視することに関する。

イオン注入は、半導体ウエーハ等の加工物内に導電性を変更する不純物を導入するための、標準的技法である。従来のビームラインイオン注入装置では、イオン源がイオンビームを発生し、引き出し電極がこのイオン源からビームを出射させる。アナライザ磁石は、出射されたイオンビームを受け、ビームから選択したイオン種を濾過する。このアナライザ磁石を通過したイオンビームは、次に、複合電極を有する静電レンズに入射し、この静電レンズはイオンビームを通過させるよう画定した開口を有する。異なる電圧ポテンシャルの組み合わせを適用することにより、静電レンズは、イオンエネルギーを操作することができる。補正磁石は、静電レンズから発生するイオンビームを、加工物に堆積させるのに適切な形状に整形する。減速レンズを有する減速段は、補正磁石からイオンビームを受容し、さらに、イオンビームが加工物に衝突する前にイオンビームのエネルギーを操作する。このビームが加工物に衝突することにより、ビーム内のイオンが加工物の表面を突き抜けて表面下に留まり、所望の導電性領域を形成する。

従来のイオン注入装置の操作では、通常、加工物に注入された累積イオン線量の測定およびウエーハの表面領域での線量の均一性が要求される。ファラデーカップは、加工物に注入された累積イオン線量およびウエーハの表面での線量均一性を測定するために使用される装置の一つのタイプである。この操作において、ターゲットとなる加工物の近傍に配置したファラデーカップは、選択したイオン注入間隔でイオンビームを受ける。イオンビームは、ファラデーカップ内を通過し、イオンビーム電流を表す電流を生ずる。ファラデーカップは、電子式の線量プロセッサに電流を供給し、この線量プロセッサは、電流を時間で積分することによって累積イオン線量を決定する。線量プロセッサは、イオン注入装置のイオン線量を制御可能なフィードバックループとすることができる。ファラデーカップは、ビームラインに沿う他の位置でのビーム電流を監視するために使用することもできる。

イオン注入装置に使用されるファラデーカップのタイプの一つとしては、イオンビームを受容する入口開孔を有するチャンバを画定するカップ本体を有する。このタイプのファラデーカップは、抑制電極を入口開孔の近傍に設け、電場を発生することによってチャンバの入口からの漂遊磁場を抑制する。また、ファラデーカップは、磁石アセンブリを有し、この磁石アセンブリの位置は、チャンバ内で発生した電子の逸脱を抑制するだけでなく、チャンバ内に漂遊電子が入射するのを抑制する磁場を発生させる位置とする。

イオン注入装置にこのようなファラデーカップを使用することによって生じる問題は、イオン線量の変化であり、該イオン線量の変化は、チャンバからの漂遊電子の逸脱を禁止または抑制する磁石アセンブリの能力が損なわれたときに生じる。イオン線量の変化によって、加工物が所望の導電性を帯びない場合があり、また、時には、加工物を廃棄しなければならなくなる場合がある。磁場による抑制能力が損なわれる場合、監視中のビーム電流にエラーが発生することもある。ファラデーカップ内の磁石アセンブリによる磁場が監視されている場合、イオン線量の変化または監視中のビーム電流におけるエラーが早期に検出され、加工物の廃棄が必要となるような深刻なドーピング問題が生じる前に補正されるのが一般的である。一般的なイオン注入装置にはいくつもの磁場が存在しており、そのうちの若干は、ファラデーカップの磁場よりも大きく、また、製法毎に磁場の大きさが異なるため、ファラデーカップにおける磁気アセンブリに由来する磁場と、アナライザ磁石、補正磁石および近傍にある他の磁力源であって磁場を発生し得る磁力源から生ずる、漂遊磁場とを区別することは困難である。結果として、ファラデーカップにおける磁気アセンブリに関連する磁場を監視するための信頼性の高い方法論を提供する、利用可能な手法はない。

米国特許第６７２３９９８号公報

従って、ファラデーカップによる磁場を監視可能とする信頼性の高い方法論が、必要とされている。場合によっては、ファラデーカップに関連する磁場を、他のあらゆる漂遊磁場から区別できる感度を有するモニタが、必要とされる。

本発明の一実施形態としては、イオン注入操作の遠隔磁気監視を行うシステムがある。この実施形態では、真空チャンバおよび真空チャンバ内に配置したファラデーカップを有する。このファラデーカップは、真空チャンバ内に入射するイオンビームの経路内を移動するよう構成する。真空チャンバ付近に配置した磁気モニタは、ファラデーカップによる磁場を漂遊磁場と区別するよう構成する。

本発明の第２実施形態としては、イオン注入装置におけるファラデーカップのその場磁気監視を行うシステムがある。この実施形態では、真空チャンバおよび真空チャンバ内に配置したファラデーカップを有する。このファラデーカップは、真空チャンバ内に入射するイオンビームの経路内を移動するよう構成する。真空チャンバの付近に配置した少なくとも１個の磁気モニタは、ファラデーカップが真空チャンバ内を移動するときに磁場を測定するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、測定した磁場を示す少なくとも１個の磁気モニタから発生する信号を、受信するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、さらに、ファラデーカップに由来する磁場測定量と、漂遊磁場に由来する磁場の量とを決定するよう構成する。

本発明の第３実施形態としては、イオンビームを発生するよう構成したイオン源を有する、イオン注入装置がある。磁石は、イオンビームを屈折させるよう構成する。真空チャンバは、磁石からのイオンビームを受容するよう構成する。真空チャンバ内に配置したファラデーカップは、真空チャンバ内のイオンビームの経路内を移動するよう構成する。真空チャンバ付近に配置した磁気モニタは、ファラデーカップが真空チャンバ内を移動するときに磁場を測定するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、磁気モニタから発生した磁場の測定値を受信するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、ファラデーカップに由来する磁場測定量と、漂遊磁場に由来する磁場測定量とを決定するよう構成する。

本発明の第４実施形態としては、イオン注入操作の遠隔磁気監視方法がある。この実施形態では、この方法は、磁気モニタを真空チャンバ付近に配置するステップと、イオンビームを真空チャンバに指向させるステップと、真空チャンバ内に入射するイオンビームの経路内でファラデーカップを後退位置から突出位置に移動させるステップと、磁気モニタを使用するステップであって、ファラデーカップが後退位置にあるのに応じた第１磁場測定値と、ファラデーカップが突出位置あるのに応じた第２磁場測定値と、を取得するステップと、前記第１磁場測定値および前記第２磁場測定値に基づいて、ファラデーカップに由来する磁場と漂遊磁場に由来する磁場とを決定するステップと、を有する。

本発明の第５実施形態としては、イオン注入装置内での、イオン注入操作の磁気監視システムがある。この実施形態では、イオン注入装置のビームライン上に沿って配置したファラデーカップを有する。ファラデーカップ内に配置した磁気モニタは、磁場測定値を取得するよう構成する。

本発明の第６実施形態としては、イオン注入装置内での、イオン注入操作の磁気監視方法がある。この実施形態では、この方法は、イオン注入装置のビームライン上に沿ってファラデーカップを配置するステップと、ファラデーカップ内に磁気モニタを配置するステップと、磁気モニタで磁場測定を得るステップと、を有する。

本発明の第７実施形態としては、イオン注入装置内でイオン注入操作の磁気監視システムがある。この実施形態では、イオン注入装置のビームライン上に沿って配置した少なくとも１個のファラデーカップを有する。磁気モニタは、少なくとも１個のファラデーカップ内に配置し、磁場測定値を取得するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、磁場測定値を受信するよう構成する。

本発明の第８実施形態としては、イオン注入装置がある。この実施形態では、イオンビームを発生するよう構成したイオン源を有する。磁石は、イオンビームの経路を屈折させるよう構成する。第１ファラデーカップは、磁石を通過するイオンビームの経路内に配置する。第１磁気モニタは、第１ファラデーカップ内に配置し、磁石を通過するイオンビームの磁場を測定するよう構成する。真空チャンバは、磁石からのイオンビームを受容するよう構成する。第２ファラデーカップは、真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内のイオンビームの経路内を移動するよう構成する。第２磁気モニタは、真空チャンバ付近に配置し、第２ファラデーカップが真空チャンバ内を移動するとき磁場を測定するよう構成する。磁気モニタプロセッサは、第１および第２の磁気モニタから発生する磁場測定値を受信するよう構成する。

本発明の一実施形態によるイオン注入装置の線図的平面図である。 図１に示すファラデーカップの詳細図である。 イオン注入装置のビームライン上にファラデーカップを有する、本発明の一実施形態によるイオン注入装置の線図的平面図である。 図１に示すイオン注入装置の操作手順であって、本発明の一実施形態によるファラデーカップを用いた磁気監視方法を有する操作手順を示すフローチャート図である。 複合ファラデーカップと、真空チャンバの付近に配置した磁気モニタを有する、本発明の他の実施形態によるイオン注入装置の線図的平面図である。 複合ファラデーカップと、真空チャンバおよびビームラインの付近に配置された磁気モニタとを有する、本発明の他の実施形態によるイオン注入装置の線図的平面図である。

図１は、本発明の一実施形態によるイオン注入装置１００の線図的平面図を示す。このイオン注入装置１００は、イオン源１０２、例えばプラズマ源を有し、このイオン源１０２をバイアス電圧制御装置１０４により制御する。イオン源１０２は、荷電粒子の流れ、いわゆるイオンビーム１０３を発生する。引き出し電極１０６は、イオン源１０２からイオンビーム１０３を受け、イオン源１０２から出射されたビーム内の正電荷イオンを加速する。アナライザ磁石１０８、例えば９０°偏向磁石は、正電荷イオンがイオン源１０２から引き出されたイオンビーム１０３を受け、加速し、また望ましくないイオン種をビームから濾過する。特に、イオンビーム１０３がアナライザ磁石１０８に入射すると、磁場は、イオン種を円形経路上に導く。より重たいイオンは、より大きな曲率半径を持ち、アナライザ磁石１０８の外壁に衝突し；より軽いイオンは、より小さな曲率半径を持ち、磁石の内壁に衝突する。要求される質量対電荷比を持ったイオンのみが、アナライザ磁石を通過することができる。アナライザ磁石１０８を通過したイオンビーム１０３は、次に、静電レンズ１１０に入射する。この静電レンズ１１０は、望ましくないイオン（イオン質量）をさらにビームから除去する質量スリット１１２および、イオンビームを通過させるための開口を設けた複合電極（図示せず）を有する。

補正磁石１１４、例えば４５°補正磁石は、静電レンズ１１０から発生したイオンビーム１０３を整列した形態にコリメートし、半導体ウエーハ等の加工物１１６に堆積するようにする。図示しないが、減速レンズを有する減速段により、補正磁石１１４からのイオンビーム１０３を受容し、ビームが真空チャンバ１１８に入って加工物１１６に衝突する前に、ビームのエネルギーをさらに操作することができる。

加工物取扱いチャンバ１２０が加工物１１６を真空チャンバ１１８に装填することにより、加工物１１６へのイオン注入操作が可能となる。加工物取扱いチャンバ１２０は、ロードロック等の搬送機構１２２を用い、加工物を装填用カセット１２４または加工物ホルダから取り出し、イオン注入用の真空チャンバ１１８に導入する。とくに、搬送機構１２２が、真空チャンバ１１８内のイオンビーム１０３の経路上に加工物１１６を配置し、加工物にビームを衝突させることにより、ビーム内のイオンが加工物の表面を突き抜けて表面下に留まり、これによって所望の導電率の領域を形成することができる。加工物１１６の加工処理が完了すると、他の輸送機構１２６が、加工物を真空チャンバ１１８から加工処理済用カセット１２８または加工物ホルダに搬送する。加工物を装填し、加工処理し、取り出し、また格納するこのプロセスは、装填用カセットの全ての加工物にイオン注入操作を施すまで継続する。

加工物１１６の加工処理中、真空チャンバ１１８内に配置したファラデーカップ１３０は、加工物に注入される累積イオン線量およびウエーハ表面領域でのイオン線量の均一性を測定する。ファラデーカップ１３０は、モータ（図示せず）によって駆動するシャフト１３２に取り付ける。操作にあたり、モータは、ファラデーカップ１３０を、真空チャンバ内に導入されるイオンビーム内で移動させる。イオンビーム１０３は、ファラデーカップ１３０を通過し、カップ内にイオンビーム電流を表す電流が生じる。ファラデーカップ１３０は、電子式の線量プロセッサ１３４にこの電流を供給し、この線量プロセッサ１３４は、電流を時間で積分することにより累積イオン線量を決定する。本発明の一実施形態では、線量プロセッサ１３４として、加工物に注入される線量および線量の均一性を制御するようプログラムされた汎用コンピュータを用いることができる。他の実施形態では、線量プロセッサ１３４として、部分的または全面的な線量の測定または制御に特化した専用コンピュータまたはローカル制御装置を用いることができる。線量プロセッサ１３４は、累積イオン線量の測定結果を、イオン源１０２から発生するイオンビーム１０３を制御できる制御装置１０４に供給する。

図２は、本発明の一実施形態によるファラデーカップ１３０の詳細図である。図２において、ファラデーカップ１３０は、イオンビーム１０３を受けるためのチャンバ２０２を画定するカップ本体２００を有する。ファラデーカップ本体２００は、導電性を有し、端壁２０４、側壁２０６および開口部２０８を有する。ファラデーカップ１３０は、さらに、ファラデーカップ本体２００を包囲するハウジング２１０を有する。ハウジング２１０は、チャンバ２０２の入口開孔２１４を画定する開口を持つフロント板２１２を有する。ファラデーカップ１３０は、さらに、入口開孔２１４の近傍に位置する抑制電極２１６と、チャンバ２０２内に磁場を発生させることによってチャンバ内から電子が逸脱するのを防止する磁石アセンブリ２１８とを有する。

図２は、線量プロセッサ１３４に接続したファラデーカップ１３０を示し、入口開孔２１４から受容したイオンビーム電流を表す信号を線量プロセッサ１３４に供給する。この線量プロセッサ１３４は、所定のイオン線量レベルに達したことを判定するとき、イオン注入操作が完了したことを制御装置１０４（図１に記載）に通知する。図２は、さらに、ファラデーバイアス電源２２０に接続したファラデーカップ１３０を示し、この電源は、カップ本体２００を所望の電位にバイアスすることを可能とする。ハウジング２１０は、地面等の基準電位に接続し、ファラデーカップ本体２００から電気的に絶縁することが好ましい。抑制電極２１６は、抑制電極２１６にバイアス電圧を供給する抑制電力源２２２に接続することができる。通常、抑制電極２１６は、各ファラデーカップ本体２００に対して負のバイアスを加える。さらに、抑制電極２１６は、ファラデーカップ本体２００およびハウジング２１０から、電気的に絶縁する。

イオン注入のあらゆる操作条件の範囲にわたりイオンビーム電流を正確に測定するためには、全てまたはほぼ全てのイオンビームをファラデーカップ１３０により傍受（インターセプト）すべきである。この操作では、活動的なイオンがファラデーカップ本体２００に入射し、カップ本体の表面に作用することにより、第２次電子が発生する。第２次電子は、ファラデーカップ本体２００の表面に作用し、第３次電子を発生させる。これら第２および第３次の電子がファラデーカップ本体２００から逸脱すると、測定誤差が生じる。抑制電極２１６および磁石アセンブリ２１８は、これら第２および第３次の電子がファラデーカップ１３０から逸脱するのを防止する上で有効である。入口開孔２１４の近傍に位置する抑制電極２１６は、チャンバ２０２から電子の逸脱を防止する電場を発生する。磁石アセンブリ２１８は、チャンバ２０２内に、チャンバからの電子の逸脱を防止する磁場を発生する。

図２は、ハウジング２１０上で互いに対向する側面に取り付けた第１磁石２２４および第２磁石２２６を有する、磁石アセンブリ２１８を示す。磁石アセンブリ２１８は、第１磁石２２４および第２磁石が、チャンバ２０２に対面する対向磁極を持つよう構成することが好ましい。磁石２２４および２２６により生じる磁場は、さらに、第２および第３次の電子がチャンバ２０２から逸脱するのを防止する。

ファラデーカップシステムのより詳細な説明は、米国特許第６７２３９９８号に記載されている。

イオン注入装置１００にファラデーカップ１３０を使用することによって生じ得る問題は、チャンバ２０２からの電子の逸脱を抑制または防止する磁石アセンブリ２１８の能力が損なわれた場合、イオン線量が変化する場合があるということである。イオン線量が変化すると、加工物が所望の導電性を帯びなくなる場合があり、また、場合によっては加工物を廃棄することにもなる。さらに、磁石による抑制が損なわれる場合、監視中のビーム電流にエラーを生じることもある。磁石アセンブリ２１８による磁場を監視する場合、イオン線量の変化または監視中のビーム電流のエラーを、より早期に検出し、深刻なドーピング障害が生ずる前に補正することができる。一般的なイオン注入装置には、磁石アセンブリ２１８とは異なる磁気源、例えば、アナライザ磁石１０８、補正磁石１１４および周辺の他の磁気源から発せられるいくつかの磁場が存在しているため、磁石アセンブリ２１８に起因する磁場と漂遊磁場とを区別することが困難である。

再び図１を参照して説明すると、本発明は、真空チャンバ１１８付近に配置した磁気モニタ１３６を利用することにより、磁石アセンブリ２１８に起因する磁場と、アナライザ磁石１０８、補正磁石１１４および周辺の他の磁気源に関連する漂遊磁場とを区別するという、上述の課題を解決するものである。本発明の一実施形態では、磁気モニタ１３６は、真空チャンバ１１８の外側に配置し、真空チャンバ１１８の壁１３８に連結し、ファラデーカップ１３０が後退位置すなわちホームポジション、および突出位置にあるときに磁場測定値を取得するよう構成する。後退位置では、ファラデーカップ１３０は真空チャンバ１１８の壁１３８に隣接し、また磁気モニタ１３６に近接する。また、後退位置においてファラデーカップ１３０は、イオンビーム１０３の経路上にはない。突出位置では、ファラデーカップ１３０は、真空チャンバの壁１４０に隣接しており、この壁１４０は、壁１３８の反対側であって磁気モニタ１３６から離れた位置にある。後退位置において行われる第１磁場測定値は、磁石アセンブリ２１８に関連するファラデーカップ１３０内の磁場を示す最大信号を生じ、第２磁場測定値は最小信号を生じ、漂遊磁場を示す。

当業者は、磁気モニタ１３６を真空チャンバ１１８に対して、図１に示した位置以外のチャンバ外側における任意の位置に連結することができ、また、後退位置および突出位置においてファラデーカップのその場測定値を得ることができることを想到し得るであろう。加えて、当業者は、真空チャンバ１１８内の様々な場所に磁気モニタ１３６を配置できることを想到し得るであろう。とくに、磁気モニタ１３６は、真空チャンバの内壁、例えば、ドライブシャフト１３２上のファラデーカップ１３０付近またはファラデーカップ内に、配置可能である。ファラデーカップ１３０内に磁気モニタ１３６を配置する実施形態では、磁気アセンブリ以外の磁気源からファラデーカップ内に生じる各漂遊磁場は、カップ内のモニタによる反応の強度が各漂遊磁場よりも格段に大きいため、無視することができる。この実施形態では、真空チャンバ１１８内のファラデーカップ１３０は、イオンビーム１０３に対して固定式でも可動式でもよい。

本発明の一実施形態において、磁気モニタ１３６は磁気感知デバイスを有する。磁気感知デバイスは、ホールプローブ、磁気作動スイッチ、磁気近接センサ、マグネットダイオード（Magnetodiode）または異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサにより構成することができる。ホールプローブ、磁気作動スイッチ、磁気近接センサ、マグネットダイオード（Magnetodiode）または異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサは、ファラデーカップ１３０における磁気アセンブリ２１８の磁気測定を行うために使用可能な磁気感知デバイスの一例であるに過ぎず、他の磁気感知デバイスの制限を意味するものではない。例えば、ファラデーカップが真空チャンバ１１８内を移動するときの磁場を、ワイヤコイルの使用によって測定することができる。

再び図１を参照して説明すると、磁気モニタプロセッサ１４２は、磁気モニタ１３６から発せられる磁場の測定値を受信する。磁気モニタプロセッサ１４２は、磁場の測定値を使用し、ファラデーカップ１３０の磁気アセンブリ２１８に由来する磁場測定量と、漂遊磁場、例えば、アナライザ磁石１０８、補正磁石１１４およびイオン注入装置１００近傍における他の漂遊磁場に由来する磁場測定量とを決定する。とくに、磁気モニタプロセッサ１４２は、後退位置で得られる第１磁場測定結果と突出位置で得られる第２磁場測定結果との差分値を決定する。この差分値は、ファラデーカップ１３０に由来する磁場測定量を示す。

磁気モニタプロセッサ１４２は、この差分値からファラデーカップ１３０に由来する磁場を特定することが可能であり、これは、後退位置で得られる第１磁場測定値が、磁気アセンブリ２１８によりファラデーカップ１３０内に生じる磁場を示し、第２の磁場測定値が、アナライザ磁石１０８、補正磁石１１４、および他の漂遊磁場に関連する漂遊磁場を示すためである。例えば、磁気モニタ１３６が、ファラデーカップ１３０の後退時に５．１単位の磁場測定値を取得し、さらに、ファラデーカップ１３０の突出時に５．０単位の磁場測定値を取得する場合、その差分値は０．１単位である。この差分値から、磁気モニタプロセッサ１４２は、測定値の５単位が漂遊磁場によるもので、０．１単位がファラデーカップ１３０によるものであることを確認する。

磁気モニタプロセッサ１４２は、ファラデーカップ１３０に由来する磁場の測定量が所定の磁場閾値に達した場合にイオン注入のオペレータに警告を発生する機能を持つ。磁気モニタプロセッサ１４２は、さらに、ファラデーカップに由来する磁場の測定量が所定の磁場閾値に達した場合にイオン注入を中断するよう構成する。磁気モニタプロセッサ１４２は、行うべき所望の動作を実施する制御装置１０４に通知することにより、これらの操作を容易にする。

本発明の一実施形態では、磁気モニタプロセッサ１４２は、磁気モニタ１３６により得られる磁気測定値を監視するようプログラムした汎用コンピュータとすることができる。他の実施形態では、磁気モニタプロセッサ１４２を、部分的または全体的に磁気測定値を監視するよう特化した専用制御装置またはローカル制御装置とすることができる。

分かり易くするため、図１には、ファラデーカップ１３０の磁場を監視する手法の通常の理解に役立ち得るイオン注入装置１００のコンポーネントのみ示す。当業者は、イオン注入装置１００が、図１に記載しない付加的なコンポーネントを有することを理解し得るであろう。

さらに、他の実施形態では、ファラデーカップをビームラインに沿う他の位置でビーム電流を監視するのに用いることができるため、ファラデーカップ１３０は、これに限定するものではないが、アナライザ磁石１０８、静電レンズ１１０および補正磁石１１４を含む位置に配置することもできる。図３は、補正磁石を通過したイオンビーム１０３のビームライン上にファラデーカップ３０２を配置したイオン注入装置３００の線図的平面図を示す。この実施形態では、磁気モニタ３０４は、ファラデーカップ３０２のアセンブリ内に配置し、磁場測定値を得る。磁気モニタ３０４とファラデーカップ３０２が近距離であるため、該カップ内での該モニタからの反応の強度が全ての漂遊磁場よりも遥かに強く、そのため、磁気アセンブリ以外の磁気源からファラデーカップ内に生じるいかなる漂遊磁場も、無視される。この実施形態では、ファラデーカップ３０２は、上述のようにイオンビーム１０３に対して固定式でも可動式でもよい。

イオンビーム１０３に対してファラデーカップを固定式とした実施形態では、真空チャンバ１１８内またはビームライン内のいずれにおいても、磁気モニタからの測定値が所定磁場閾値以上である場合、磁気モニタプロセッサ１４２は、磁場測定値を受信して上述のような動作を行う。

図４は、イオン注入装置１００の操作手順のフローチャート４００を示し、該操作手順は、ファラデーカップ１３０を用いた本発明の一実施形態による磁気監視方法を含む。イオン注入装置１００の操作手順は、ステップ４０２で開始され、このステップ４０２は、加工物操作チャンバ１２０内の搬送機構１２２により装填用カセット１２４から加工物を取り出し、これを真空チャンバ１１８に導入する。つぎに、イオン源１０２は、ステップ４０４でイオンビームを発生し、さらに、ステップ４０６で引き出し電極１０６により、イオン源からビームを出射させる。アナライザ磁石１０８は、ステップ４０８で、出射した後のイオンビームを受け、選択したイオン種をビームから濾過する。静電レンズ１１０は、ステップ４１０で、ビームのイオンエネルギーを操作し、さらに、補正磁石１１４は、ステップ４１２で、イオンビームのエネルギーを操作して真空チャンバ１１８に向けて屈折させ、加工物１１６に堆積させる。

加工物１１６をイオン注入する前に、ステップ４１４で、ファラデーカップ１３０は、後退位置でイオンビームを受容する。磁気モニタ１３６は、その後、ステップ４１６で、ファラデーカップ１３０が後退位置でイオンビームを受容する際の磁場測定値を取得する。ステップ４１８で、ファラデーカップを、ビームを横切って突出位置まで移動させ、この突出位置で、磁気モニタが次の磁場測定値を取得する。ステップ４２０で、磁気モニタは、後退位置および突出位置で測定した磁場測定値を、磁気モニタプロセッサ１４２に供給する。ステップ４２２で、磁気モニタプロセッサ１４２は、磁場測定値の差を決定することにより、ファラデーカップ１３０内で磁石アセンブリ１０８に由来して発生した磁場を、アナライザ磁石１０８、補正磁石１１４およびその他の磁力源であってイオン注入装置１００の近傍に漂遊磁場を発生し得る磁力源から発生した漂遊磁場に起因する磁場と、区別して特定する。

ステップ４２４で決定したファラデーカップ１３０に由来する磁場が、所定閾値レベル以下である場合に、その後、ステップ４２６で、磁気モニタプロセッサ１４２は、制御装置１０４を介してオペレータにアクションを起こすことを通知する。上述のように、このようなアクションは、オペレータへの警告の発信、および／または、イオン注入の中断を含む。或いは、ステップ４２４で決定したファラデーカップ１３０に由来する磁場が、所定の閾値超である場合、その後、ステップ４２８で、磁気モニタプロセッサ１４２は、イオン注入の続行を制御装置１０４に通知する。

イオン注入を続行し、ステップ４３０で、搬送機構１２２により、加工物を加工チャンバ１１８内のプラテン上に装填する。その後、ステップ４３２で、イオンビームを加工物に衝突させ、これによって、ビーム内のイオンが、加工物の表面を貫通して表面下で停止し、所望の導電性領域を形成する。もしステップ４３４で、イオン注入すべき加工物がこれ以上ないことを判定する場合、その後、イオン注入を終了し、そうでなければ、他の加工物のイオン注入を行う。代案として、他の実施形態では、イオン注入後に一度加工物をビームから取り外すことによって、ファラデーカップ１３０が後退位置および突出位置にあるとき、ステップ４１４〜４２８を繰り返して線量変化が発生しないことを確認して、磁気モニタ１３６を磁場測定に使用できるようにする。

上述のフローチャートは、イオン注入装置１００およびファラデーカップ１３０の磁気監視に関連したいくつかの処理機能を示す。その際、各ブロックは、これらの機能の実行に関連した処理行為を示す。いくつかの代替的な実施態様では、ブロックに記載した行為は、図示した例の順序ではない順序でもよく、或いは、例えば、事実上ほぼ同時に、または、逆順で上述の行為を行うことができることに留意されたい。また、当業者は、処理機能を記載した追加ブロックを追加できることを認識し得るであろう。例えば、磁場測定処理中に、他の行為が発生することを示すブロックが存在する場合があり、該行為とは、例えば、線量プロセッサ１３４に、イオンビーム電流の代表的な電流を測定した結果を供給する行為、電子式の線量プロセッサ１３４を使用して累積イオン線量を決定する行為、その測定値を制御装置に戻して加工対象物１１６に与えるイオン線量を制御する行為等である。

図５は、本発明の他の実施形態に従うイオン注入装置５００の線図的平面図である。図５に示すイオン注入装置５００は、注入装置５００が付加的な他の磁気モニタ５０２を有する点を除き、図１に示すイオン注入装置１００とほぼ類似である。この実施形態では、磁気モニタ５０２が、真空チャンバ１１８外側の、壁１４０にも設置し、この壁１４０は、磁気モニタ１３６の位置する壁１３８の反対側である。動作にあたり、磁気モニタ１３６は、ファラデーカップ１３０が後退位置にあるときに、磁場測定値を取得し、磁気モニタ５０２は、ファラデーカップ１３０が突出位置に移動したときに、他の磁場測定値を取得する。磁気モニタプロセッサ１４２は、磁気モニタ１３６および磁気モニタ５０２から磁場測定値を受信し、ファラデーカップ１３０に由来する磁場測定値の量と、漂遊磁場に由来する磁場測定値の量とを、上述した手法と同一の手法で決定する。特に、磁気モニタプロセッサ１４２は、第１磁場測定値と第２磁場測定値との間の差を決定することにより、ファラデーカップ１３０に由来する磁場を特定する。

磁気モニタ１３６と同様に、磁気モニタ５０２は、磁気感知装置であり、ホールプローブ、磁気駆動スイッチ、磁気近接センサ、ＡＭＲセンサ、磁気ダイオード、または、コイル線により構成することができる。さらに、当業者であれば、壁１４０上の図５に示した位置以外で磁気モニタ５０２を真空チャンバ１１８に連結できることを、認識できるであろう。また、真空チャンバの外壁付近に追加的な磁気モニタを配置することも、本発明の範囲に含まれる。また、真空チャンバ１１８内の複数個所に付加的な他の磁気モニタを配置することも可能である。配置する位置としては、特に真空チャンバの内壁に制限されるものではなく、例えば、ファラデーカップ１３０付近のドライブシャフト１３２や、カップ内等がある。磁気モニタをファラデーカップ１３０内に配置する実施形態では、磁石アセンブリ以外のファラデーカップ内の磁力源から生じるいかなる漂遊磁場も無視することができる。この実施形態では、真空チャンバ１１８内のファラデーカップは、イオンビーム１０３に対して固定式でも可動式でも良い。

また、他の実施形態では、ビームライン上に沿って異なる位置に複数のファラデーカップを配置し、これに制限するものではないが、アナライザ磁石１０８、静電レンズ１１０および補正磁石１１４を含む位置で、ビームを監視することが好ましい。真空チャンバ１１８内で使用されるファラデーカップ１３０に加えて、図６は、アナライザ磁石１０８を通過したイオンビーム１０３のビームライン上に配置したファラデーカップ６０２と、補正磁石１１４を通過したイオンビーム１０３のビームライン上に配置したファラデーカップ６０４と、を具えたイオン注入装置６００を示す。この実施形態では、磁気モニタ６０６および６０８が、ファラデーカップ６０２および６０４のアセンブリ内にあり、夫々、ファラデーカップ１３０の磁気モニタは、上述の実施形態と同様に真空チャンバ１１８の付近に位置する。当業者であれば、磁気モニタおよびファラデーカップの多数の組み合わせが実施可能であり、図６に示す実施形態が本発明を制限するものではないことを、認識し得るであろう。

イオン注入装置のファラデーカップの磁気を監視する手法が本発明によって提供されたことが明らかである。本発明は、特に、好適な実施形態につき説明したものであるが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく変更および修正が加えることができることを認識されたい。

Claims (28)

1. イオン注入操作における遠隔磁気監視システムにおいて、
   真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に配置し、前記真空チャンバに入射するイオンビームの経路内で移動するよう構成したファラデーカップと、
   前記真空チャンバ付近に配置し、前記ファラデーカップに関連する磁場を漂遊磁場と区別するよう構成した磁気モニタと、
   を備える遠隔磁気監視システム。
2. 請求項１に記載の遠隔磁気監視システムにおいて、前記ファラデーカップは、前記真空チャンバ内で、後退位置から突出位置まで移動するよう構成し、前記後退位置にある前記ファラデーカップは、前記磁気モニタに近接し、前記突出位置にある前記ファラデーカップは、前記磁気モニタから離れる構成とした、遠隔磁気監視システム。
3. 請求項２に記載の遠隔磁気監視システムにおいて、前記磁気モニタは、前記ファラデーカップが前記後退位置にあるのに応じた第１磁場測定値と、前記ファラデーカップが前記突出位置にあるのに応じた第２磁場測定値とを取得するよう構成した、遠隔磁気監視システム。
4. 請求項３に記載の遠隔磁気監視システムにおいて、前記第１磁場測定値が、前記ファラデーカップに関連する磁場を示し、前記第２磁場測定値が、前記漂遊磁場を示すものとした、遠隔磁気監視システム。
5. 請求項１に記載の遠隔磁気監視システムにおいて、前記磁気モニタは磁気感知装置を有する、遠隔磁気監視システム。
6. イオン注入装置におけるファラデーカップのその場磁気監視システムにおいて、
   真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に配置したファラデーカップであって、真空チャンバに入射するイオンビームの経路内で移動するよう構成した該ファラデーカップと、
   前記真空チャンバ付近に配置した少なくとも１つの磁気モニタであって、前記ファラデーカップが前記真空チャンバ内を移動するときに磁場を測定するよう構成した少なくとも１つの該磁気モニタと、
   前記少なくとも１個の磁気モニタから発生して磁場測定値を示す信号を受信するよう構成した磁気モニタプロセッサであって、前記ファラデーカップに由来する磁場測定量と、
   漂遊磁場に由来する磁場測定量とを決定するよう構成した該磁気モニタプロセッサと、
   を備えた、その場磁気監視システム。
7. 請求項６に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記少なくとも１個の磁気モニタは、第１磁気感知装置および第２磁気感知装置を有し、前記第１磁気感知装置および第２磁気感知装置を、前記真空チャンバまたは前記ファラデーカップの壁を含む位置に配置した、その場磁気監視システム。
8. 請求項７に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記ファラデーカップは、真空チャンバ内で後退位置から突出位置まで移動するよう構成し、前記後退位置における前記ファラデーカップは、前記第１磁気感知装置の近傍にあり、さらに、前記突出位置における前記ファラデーカップは、前記第２磁気感知装置の近傍にあるよう構成した、その場磁気監視システム。
9. 請求項８に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記第１磁気感知装置は、前記ファラデーカップが前記後退位置にあるのに応じた第１磁場測定値を取得し、さらに、前記第２磁気感知装置は、前記ファラデーカップが前記突出位置にあるのに応じた第２磁場測定値を取得する、その場磁気監視システム。
10. 請求項９に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記第１磁場測定値はファラデーカップによる磁場を示し、さらに、前記第２磁場測定値は漂遊磁場を示す、その場磁気監視システム。
11. 請求項１０に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記磁気モニタプロセッサは、前記第１磁場測定値と前記第２磁場測定値との差分値を決定するよう構成し、前記差分値が、ファラデーカップに由来する磁場測定値を示す、その場磁気監視システム。
12. 請求項６に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記少なくとも１つの磁気モニタは、ホールプローブ、磁気作動スイッチ、磁気近接センサ、マグネットダイオードまたはＡＭＲセンサよりなるグループから選択した磁気感知装置を有する、その場磁気監視システム。
13. 請求項６に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記磁気モニタプロセッサは、ファラデーカップに由来する磁場測定量が所定閾値以下であることを決定するのに応じて、警報を発生するよう構成した、その場磁気監視システム。
14. 請求項６に記載のその場磁気監視システムにおいて、前記磁気モニタプロセッサは、ファラデーカップに由来する測定した磁場量および漂遊磁場に由来する測定した磁場量に基づいて、真空チャンバに入射するイオンビームを制御するよう構成した、その場磁気監視システム。
15. イオン注入装置において、
    イオンビームを発生するよう構成したイオン源と、
    前記イオンビームの経路を屈折するよう構成した磁石と、
    前記磁石からの前記イオンビームを受容するよう構成した真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置したファラデーカップであって、前記真空チャンバ内のイオンビームの経路内で移動するよう構成した、該ファラデーカップと、
    前記真空チャンバの付近に配置した磁気モニタであって、前記ファラデーカップが前記真空チャンバ内で移動するときに磁場を測定するよう構成した磁気モニタと、
    前記磁気モニタから発生した磁場測定値を受信するよう構成した磁気モニタプロセッサであって、前記ファラデーカップに由来する磁場測定量および漂遊磁場に由来する磁場測定量を決定するよう構成した、該磁気モニタプロセッサと、
    を備えた、イオン注入装置。
16. 請求項１５に記載のイオン注入装置において、前記ファラデーカップは、真空チャンバ内で後退位置から突出位置まで移動するよう構成し、前記後退位置における前記ファラデーカップは前記磁気モニタの近傍にあり、さらに、前記突出位置における前記ファラデーカップは前記磁気モニタから離れる構成とした、イオン注入装置。
17. 請求項１６に記載のイオン注入装置において、前記磁気モニタは、前記ファラデーカップが前記後退位置にあるのに応じた第１磁場測定値と前記ファラデーカップが、前記突出位置にあるのに応じた第２磁場測定値とを取得するよう構成した、イオン注入装置。
18. 請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記第１磁場測定値が、前記ファラデーカップに関連する磁場を示し、さらに、前記第２磁場測定値が、漂遊磁場を示す、イオン注入装置。
19. 請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記磁気モニタプロセッサは、前記第１磁場測定値と前記第２磁場測定値との差分値を決定するよう構成し、前記差分値が、前記ファラデーカップに由来する磁場測定値を示す、イオン注入装置。
20. 請求項１５に記載のイオン注入装置において、前記磁気モニタプロセッサは、前記ファラデーカップに由来する磁場測定量が所定閾値以下であることを決定するのに応じて警報を発生するよう構成した、イオン注入装置。
21. 請求項１５に記載のイオン注入装置において、前記磁気モニタプロセッサは、前記ファラデーカップに由来する磁場測定量が所定の閾値以下であることを決定するのに応じて、イオン注入を停止するよう構成した、イオン注入装置。
22. 請求項１５に記載のイオン注入装置において、前記磁気モニタプロセッサは、前記ファラデーカップに由来する測定した磁場量および漂遊磁場に起因した測定した磁場量に従って、真空チャンバに入射するイオンビームを制御するよう構成した、イオン注入装置。
23. イオン注入操作の遠隔磁場測定方法において、
    磁気モニタを真空チャンバの付近に配置するステップと、
    イオンビームを前記真空チャンバに指向させるステップと、
    前記真空チャンバに入射するイオンビームの経路内でファラデーカップを後退位置から突出位置まで移動させる移動ステップと、
    前記磁気モニタを使用して、前記ファラデーカップが前記後退位置にあるのに応じた第１磁場測定値と、前記ファラデーカップが前記突出位置にあるのに応じた第２磁場測定値とを取得するステップと、
    前記第１磁場測定値および前記第２磁場測定値から、前記ファラデーカップに由来する磁場と漂遊磁場に由来する磁場とを決定するステップと、
    を含む遠隔磁場測定方法。
24. 請求項２３に記載の遠隔磁場測定方法において、前記ファラデーカップに由来する磁場および漂遊磁場に由来する磁場を決定するステップは、第１磁場測定値と第２磁場測定値との差分値を決定するステップを有する、遠隔磁場測定方法。
25. 請求項２３に記載の遠隔磁場測定方法において、前記第１磁場測定値が、前記ファラデーカップによる磁場を示し、さらに、前記第２磁場測定値が、漂遊磁場を示す、遠隔磁場測定方法。
26. 請求項２３に記載の遠隔磁場測定方法において、さらに、前記ファラデーカップに由来する磁場が所定閾値以下であることを決定するのに応じて、警報を発生するステップを有する、遠隔磁場測定方法。
27. 請求項２３に記載の遠隔磁場測定方法において、さらに、前記ファラデーカップに由来する磁場が所定閾値以下であることを決定するのに応じて、イオン注入操作を停止するステップを有する、遠隔磁場測定方法。
28. 請求項２３に記載の遠隔磁場測定方法において、さらに、前記ファラデーカップに由来する磁場および漂遊磁場に由来する磁場に基づいて、前記真空チャンバに入射するイオンビームを制御するステップを有する、遠隔磁場測定方法。

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