[发明专利]离子注入装置的控制方法、控制系统、控制程序及离子注入装置

说明书

技术领域

本发明涉及离子注入装置的控制方法、控制系统、控制程序及离子注入装置。

本申请主张2005年2月24日申请的日本专利申请2005-048584号的优先权，在此引用其内容。

背景技术

在半导体工艺中，对半导体衬底的离子注入工序是必不可少的。该工序将从离子源引出的离子束通过加速管进行加速或减速，使其达到规定的能量，通过四极透镜等使其会聚并照射到衬底上。另外，为了向衬底均匀地注入离子，所以边扫描离子束边进行照射。

图8A和图8B是离子束的空间分布及扫描距离的说明图。照射到半导体衬底(衬底)W的离子束2具有电流密度的空间分布D。为了对衬底W的整个区域进行均匀的离子注入，需要进行扫描，直到离子束的空间分布D落到衬底的外侧为止。如图8A所示，离子束的空间分布D₁小时，离子束的扫描距离L₁短；如图8B所示，离子束的空间分布D₂大时，离子束的扫描距离L₂长。如果扫描距离短，离子注入时间就短，从而能够提高生产率，因此离子束的空间分布以小为宜。

另一方面，离子束的电流密度越大，就越能缩短注入时间。但电流密度越大，离子束因空间电荷效应而发散，因此空间分布就越大。因而，在通过设定离子源的工作条件来保证离子束电流密度的同时，还需要通过设定光学元件的工作条件来收缩空间分布。现有技术是通过对衬底附近的空间分布进行监测，同时手动变更加速管和四极透镜等的工作条件，来进行空间分布的收缩操作。

专利文献1：日本特开昭63-91949号公报

专利文献2：日本特开平5-135729号公报

上述空间分布的收缩操作通常需要5～10分钟左右的时间。该空间分布的收缩操作每当离子注入装置启动和制程(recipe)变更时都需要进行。为缩短半导体工艺的加工时间，就希望缩短空间分布收缩操作的时间。具体来讲，是希望离子注入装置的启动和制程变更在1分钟左右全部完成。

为了缩短该调整时间，专利文献1中提出了以下方法：存储过去使用过的制程中的最佳工作条件，根据存储的工作条件估计指定制程中的最佳工作条件。但是，离子源的实际工作因灯丝消耗等带来的时效变化大，所以根据估计的离子源工作条件而无法再现的情况有很多。因此，如专利文献2中的记载，目前，存储的最佳工作条件仅停留在作为使用束剖面测量仪(beamprofile monitor)来调整工作条件时的初始值使用，求出工作条件的最佳值仍然需要数分钟以上的时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离子注入装置的控制方法、控制系统、控制程序及离子注入装置，能够在短时间内求出工作条件的最佳值而无需太多的成本。

为了达到上述目的，本发明的离子注入装置的控制方法，是将从离子源引出的离子束通过光学元件照射到被处理材料上的离子注入装置的控制方法，其特征在于，该方法包括：测定步骤，测定所述被处理材料附近的离子束的空间分布；估计步骤，根据测定的所述空间分布，通过离子束的轨道计算方法估计发射度(emittance)，所述发射度为所述离子源处离子束的空间分布和角分布；计算步骤，利用估计的所述发射度和所述轨道计算方法，计算使所述被处理材料附近的离子束呈现所期望的空间分布的所述光学元件的工作条件；运转步骤，采用计算出的所述光学元件的工作条件运转所述离子注入装置。

在上述方法中，由于采用离子束的轨道计算方法，因此能够在短时间内求出离子注入装置工作条件的最佳值。而且，该方法利用离子注入装置通常所具有的离子束空间分布测定单元来估计发射度，求出光学元件工作条件的最佳值，因此不需要在离子注入装置中增设发射度测定单元等。因而，不需要太多成本就能够求出工作条件的最佳值。

而且，由于采用该工作条件的最佳值运转离子注入装置，因此能够在短时间内开始最佳工作条件下的离子注入装置的运转，从而能够缩短半导体工艺的加工时间。

另外，所述期望的空间分布优选为：使所述被处理材料附近的离子束的范围大致为最小的空间分布。

由此，能够缩短离子束的扫描距离，从而能够缩短离子注入时间、提高生产率。

另外，所述轨道计算方法优选为：利用卡普钦斯基-符拉基米尔斯基(KV，Kapchinskij and Vladimirskij)方程式的计算方法，该方程式将所述发射度假定为四维空间中的椭圆面。

由此，能够在极短时间内求出工作条件的最佳值。