JP2014535129A - イオン注入装置用制御モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、電源を備えたイオン注入装置用の制御モジュールに関する。該電源は、接地された正極を有する電圧発生器ＨＴと、該電圧発生器ＨＴの負極に接続された第一の極と、該電源の出力端子Ｓに接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチＳＷ１と、該出力端子Ｓに接続された第一の極と、中性化端子Ｎに接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチＳＷ２と、を備える。該制御モジュールは、また、該第二のスイッチＳＷ２の該第二の極と該中性化端子Ｎとの間を流れる電流を測定するための電流測定回路ＡＭＰを含む。本発明は、また、この制御モジュールを備えたイオン注入装置を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、イオン注入装置用制御モジュールに関する。

本発明の技術分野は、プラズマ浸漬モードにおいて機能するイオン注入装置の技術分野である。

ここで、基板中にイオンを注入することは、プラズマ中に基板を浸漬し、基板に、数十ボルトから数十キロボルト（一般的に１００ｋｖ未満）の負の電圧のバイアスをかけ、イオンが基板内に注入されるように、プラズマのイオンを基板に向かって加速させることのできる電界を生成する。このようにして注入された電子は、「ドーパント」と呼ばれる。

イオンの侵入深さは、その加速エネルギーによって定まる。それは、第一に、基板にかけられる電圧に、第二に、イオン及び基板のそれぞれの性質に依存する。注入された原子の濃度は、平方センチメータ当たりのイオンの数で表現される投与量、及び注入深さに依存する。

注入を実施する際に重要なパラメータの一つは、注入されるドーパントの投与量である。この投与量を正確に知る必要がある。一般的に、投与量は、バイアス発生器によって出力される電源電流によって推定される。

基板へのバイアスがパルス出力される状況について以下のように考察する。

図１を参照すると、特許文献１は、下記の電源によって基板にバイアスをかけることを提案している。電源は、
接地された正極を備えた発生器ＧＥＮ、
発生器ＧＥＮの負極に接続された第１の極と、電源の出力端子Ｏに接続された第２の極と、を備える第１のスイッチＩＴ１、及び
出力端子Ｏに接続された第１の極と、接地された第２の極と、備える第２のスイッチＩＴ２を備える。

第１のスイッチＩＴ１が開き、第２のスイッチＩＴ２が閉じると、注入装置の等価キャパシタンスによる変位電流が生じる。

この等価キャパシタンスは、装置の全漂遊容量の和である。すなわち、
ケーブルのキャパシタンス、
バイアス電圧をかけられた部品と接地された部品との間のキャパシタンス、特に、基板支持テーブルと注入チャンバーとの間のキャパシタンス、
絶縁変圧器のキャパシタンス、及び
プラズマシースのキャパシタンス、である。

変位電流は、注入には役立たないが、電源電流によってもたらされることが判明している。

したがって、注入される投与量を推定する際に、電源電流から変位電流を差し引くために、変位電流を考慮するのが適切である。

このため、特許文献２は、基板支持部と並列に測定キャパシタンスＣｍを配置することを提案している。

この測定キャパシタンスＣｍは、注入装置の等価キャパシタンスと同じであるべきであるが、実際には、等価キャパシタンスを定めることはできない。

さらに、変位電流Ｉｄは、時間に関する電荷Ｑの導関数である。
Id = dQ/dt
電荷Ｑは、電圧Ｖに測定キャパシタンスＣｍをかけた積である。
Q = Cm.V
したがって、以下の関係が成立する。
Id = Cm.dV/dt + V.dCm/dt
上記の特許文献２は、上記の式の第一項のみを考慮している。すなわち、等価キャパシタンスが一定であることを仮定しているが、特に、プラズマシースの変化のために、このことは事実とは異なる。

WO01/15200 US6433553

したがって、本発明の目的は、変位電流をより正確に定めることである。

本発明は、電源を備えたイオン注入装置用の制御モジュールを提供する。該電源は、
接地された正極を備えた電圧発生器と、
該電圧発生器の負極に接続された第一の極と、該電源の出力端子に接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチと、
該出力端子に接続された第一の極と、中性化端子に接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチと、を備え、
さらに、該制御モジュールは、該第二のスイッチの該第二の極と該中性化端子との間を流れる変位電流を測定するための電流測定回路を含む。

変位電流は、基板支持テーブルと中性化端子との間に流れる。

第一のオプションとして、該中性化端子が、接地される。

第二のオプションとして、該中性化端子が、接地された負極を備えた電圧源の正極に接続される。

第一の実施形態において、該電流測定回路が、該第二のスイッチの該第二の極を該中性化端子へ接続するケーブルを囲むコイルである。

第二の実施形態において、該電流測定回路が、該第二のスイッチの該第二の極と該中性化端子との間に接続された測定抵抗と、該測定抵抗に並列な積分キャパシタと、同様に該測定抵抗に並列な電圧測定回路と、を備える。

制御モジュールは、該電圧発生器の該負極と接地点との間に配置された調整キャパシタをさらに含むのが有利である。

制御モジュールは、該電圧発生器によって出力される注入電流を推定するためのモジュールを含み、該電源電流と変位電流との差をとることによって注入電流を推定するための制御回路をさらに含む。

さらに、注入電流は、電源電流と変位電流との差であるので、注入電流は、注入イオン電流のみを表すものではない。

正の電荷は、基板に到達した正のイオンだけによるのではなく、基板の表面から放たれた二次電子の発生にもよる。

イオンビーム注入装置について、二次電子は少しのエネルギーしか有さないので、基板を囲むファラデー・ケージによって、基板に向けて送ることができる。ファラデー・ケージは、負の電圧のバリヤーによって視覚的に閉じられている。

プラズマ浸漬モードで動作する注入装置において、二次電子は、プラズマの正のイオンのエネルギーに実質的に等しいエネルギーで加速される。このため、二次電子を基板に戻すことがはるかに困難になる。

したがって、本発明の他の目的は、二次電子の注入電流への寄与を考慮することである。

本発明によれば、制御モジュールは、該電圧発生器によって出力される電源電流を推定し、二次電子検出器によって出力される外乱電流を受け取るためのモジュールを含み、該電源電流から該変位電流及び該外乱電流を差し引くことによってイオン電流を推定するための制御回路を含む。

さらに、該制御回路が、分光器から所定のイオン種の割合を受け取ると、該制御回路は、注入される投与量を推定するために、該割合を該イオン電流に割り当てる。

本発明は、また、制御モジュールを備えたイオン注入装置であって、基板支持テーブルを備え、該電源の該出力端子は、該基板支持テーブルに接続されているイオン注入装置を提供する。

本発明は、説明の目的で、添付の図面を参照しながら与えられた実施態様の以下の説明からより詳細に表現される。

従来技術の高電圧電源を示す図である。 制御モジュールを備えたイオン注入装置を示す図である。 本発明による高電圧電源を示す図である。 電流測定回路の実施形態を示す図である。

二以上の図面に存在する構成要素には、それぞれの図面で同じ符号が与えられている。

図２を参照すると、イオン注入装置は、真空容器ＥＮＶの内側及び外側に配置された複数のエレメントを含む。マイクロエレクトロニクスの応用には、鉄、クロム、ニッケルまたはコバルトなどの金属元素による汚染を制限することが望ましい場合には、アルミナ合金製の容器を使用することがすすめられる。ケイ素または炭化ケイ素の被覆を使用することもできる。

基板支持テーブルＰＰＳは、水平面において円板の形状であり、円板はその鉛直軸ＡＸＴの周りに回転可能であり、イオン注入を受ける基板ＳＵＢを収納する。

容器ＥＮＶの上部は、プラズマ源本体ＣＳを収納する。プラズマ源本体ＣＳは円筒状であり、鉛直軸ＡＸＰ上に位置する。この本体は、水晶製である。この本体は、外側において、第一に、閉じ込めコイルＢＯＣｉ及びＢＯＣｊにより、第二に、外部無線周波数アンテナＡＮＴにより囲まれている。プラズマ発生ガス用の入口ＩＮＧは、プラズマ源本体ＣＳの鉛直軸ＡＸＰと同軸である。この鉛直軸ＡＸＰは、イオン注入用の基板ＳＵＢがその上に置かれる基板支持テーブルＰＰＳの面に交わる。

誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ヘリコン、マイクロ波、アークなど、どのような種類のパルスプラズマ源を使用することもできる。これらのプラズマ源は、高電圧のテーブルＰＰＳと接地電圧の容器ＥＮＶとの間で生成される電界が、プラズマ源のパルス動作を妨害しうる放電プラズマを発火させないことを保証するのに十分低い圧力レベルで動作する必要がある。

注入装置は、基板ＳＵＢに向き合って配置された二次電子検出器ＤＥＳをさらに含む。注入装置は、また、容器ＥＮＶ内に配置された分光器ＳＰＣ、たとえば、質量分光器、または光学分光器をさらに含む。分光器は、プラズマ内の注入される種の割合を明らかにする。

イオン注入装置の制御モジュールＭＰは、本質的に４個のエレメントを含む。

高電圧電源ＰＳ、
変位電流測定回路ＡＭＰ、
電源電流推定用の部材ＣＵＲ、及び
制御回路ＣＣである。

図３を参照すると、基板電源ＰＳは、
接地された正極を備えた高電圧発生器ＨＴ、
高電圧発生器ＨＴの負極に接続された第一の極と、電源の出力端子Ｓに接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチＳＷ１、
出力端子Ｓに接続された第一の極と、直接、または、典型的に１キロオーム（ｋΩ）の抵抗値を有する放電抵抗Ｒｄを経由して中性化端子Ｎに接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチＳＷ２、及び
好ましくは、高電圧発生器ＨＴに並列に接続された調整キャパシタＣｒを含む。

出力端子Ｓは、注入装置の基板支持テーブルＰＰＳへ接続される。

電源電流推定用の部材ＣＵＲ、すなわち、電流計の等価物は、高電圧発生器ＨＴによって基板支持テーブルＰＰＳへ出力される電源電流の測定値を与える。

中性化端子は接地してもよい。中性化端子は、また、接地された負極を有する電圧源の正極へ接地してもよい。この正の電圧は、一般的に、＋１０Ｖから＋２０Ｖの範囲であるプラズマ電圧に実質的に等しくなるように選択される。

電流測定回路ＡＭＰは、第二のスイッチＳＷ２の第二の極と中性化端子Ｎとの間に流れる変位電流を測定する。

第１の実施形態において、この電流測定回路は、変位電流を運ぶケーブルを囲むコイルである。この回路は、瞬時電流の測定値を提供し、この電流は、非常に速く変化する。高速測定電子回路に頼ることを避けるように、この電流の平均値を測定するのが好ましい。

したがって、図４を参照すると、第二の実施形態において、電流測定回路ＡＭＰは、平均化回路である。電流測定回路は、第二のスイッチＳＷ２の第二の極と中性化極との間に接続された測定抵抗Ｒｍと、測定抵抗Ｒｍに並列な積分キャパシタＣｉと、測定抵抗Ｒｍに並列な測定回路Ｕと、を含む。測定された電圧は、変位電流の平均値を表す。

測定抵抗Ｒｍは、その端子間の電圧を高精度で簡単に測定できるのに十分であるような抵抗値を有する必要がある。典型的な抵抗値は、約１０オーム(Ω)である。

図２に戻り、制御モジュールＭＰは、電流推定のために部材ＣＵＲによって出力された電源電流を受け取り、測定回路ＡＭＰによって供給される変位電流も受け取る制御回路ＣＣを含む。制御回路ＣＣは、注入電流を計算するために、これらの二つの電流の差をとる。この差は、電源電流よりもはるかに優れた注入投与量の表現である。

投与量の測定は、以下のように改良される。

制御回路は、二次電子検出器ＤＥＳによって出力される外乱電流も受け取り、電源電流から変位電流及び外乱電流を差し引くことによってイオン電流を計算する。

投与量の測定は、分光器ＳＰＣによってさらに顕著に改善される。制御回路は、分光器ＳＰＣから、注入される種によって構成されるプラズマの割合を受け取り、投与量の推定値を与えるために、この割合にイオン電流を乗ずる。

本発明の上述の実施態様は、具体的な性質のために選択されたものである。しかし、本発明に含まれるすべての可能な実施態様を、網羅的に挙げることは可能ではない。特に、記述されたいずれかのステップまたはいずれかの手段は、本発明の範囲を超えることなく、均等なステップまたは均等な手段に置き換えてもよい。

Claims (10)

1. 電源を備えたイオン注入装置用の制御モジュールであって、該電源は、
   接地された正極を有する電圧発生器(ＨＴ)と、
   該電圧発生器(ＨＴ)の負極に接続された第一の極と、該電源の出力端子（Ｓ）に接続された第二の極と、を備えた第一のスイッチ（ＳＷ１）と、
   該出力端子（Ｓ）に接続された第一の極と、中性化端子（Ｎ）に接続された第二の極と、を備えた第二のスイッチ（ＳＷ２）と、を備え、
   該第二のスイッチ（ＳＷ２）の該第二の極と該中性化端子（Ｎ）との間を流れる変位電流を測定するための電流測定回路（ＡＭＰ）を含む制御モジュール。
2. 該中性化端子（Ｎ）が、接地された請求項１に記載の制御モジュール。
3. 該中性化端子（Ｎ）が、接地された負極を備えた電圧源の正極に接続された請求項１に記載の制御モジュール。
4. 該電流測定回路（ＡＭＰ）が、該第二のスイッチ（ＳＷ２）の該第二の極を該中性化端子（Ｎ）へ接続するケーブルを囲むコイルである請求項１から３のいずれかに記載の制御モジュール。
5. 該電流測定回路（ＡＭＰ）が、該第二のスイッチ（ＳＷ２）の該第二の極と該中性化端子（Ｎ）との間に接続された測定抵抗（Ｒｍ）と、該測定抵抗（Ｒｍ）に並列な積分キャパシタ（Ｃｉ）と、同様に該測定抵抗（Ｒｍ）に並列な電圧測定回路（Ｕ）と、を備えた請求項１から３のいずれかに記載の制御モジュール。
6. 該電圧発生器(ＨＴ)の該負極と接地点との間に配置された調整キャパシタ（Ｃｒ）をさらに含む請求項１から５のいずれかに記載の制御モジュール。
7. 該電圧発生器(ＨＴ)によって出力される電源電流を推定するための部材（ＣＵＲ）を含み、該電源電流と該変位電流（ＡＭＰ）との差をとることによって注入電流を推定するための制御回路（ＣＣ）をさらに含む請求項１から６のいずれかに記載の制御モジュール。
8. 該電圧発生器(ＨＴ)によって出力される注入電流を推定し、二次電子検出器（ＤＥＳ）によって出力される外乱電流を受け取るための部材（ＣＵＲ）を含み、該電源電流から該変位電流（ＡＭＰ）及び該外乱電流を差し引くことによってイオン電流を推定するための制御回路（ＣＣ）をさらに含む請求項１から６のいずれかに記載の制御モジュール。
9. 該制御回路（ＣＣ）は、分光器（ＳＰＣ）によって定められた所定のイオン種の割合を受け取り、該制御回路（ＣＣ）は、注入される投与量を推定するために、該割合を該イオン電流に割り当てる請求項８に記載の制御モジュール。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の制御モジュールを備えたイオン注入装置であって、基板支持テーブル（ＰＰＳ）を備え、該電源（ＰＳ）の該出力端子（Ｓ）は、該基板支持テーブル（ＰＰＳ）に接続されているイオン注入装置。

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