JP7809066B2 - チャネリングを使用したインシトゥ角度測定 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、イオンビームの入射角を特定するためのシステム及び方法に関し、特に、チャネリングを使用して入射角を特定することに関する。

イオンビームは、シリコン基板などのワークピースの中にドーパントを注入するために使用される。これらのイオンビームは、所望の種のイオンを生成するイオン源を使用して生成されてよい。これらのイオンは、所望の種を選択し、イオンをワークピースに向けて誘導する複数の構成要素によって抽出され、操作される。

得られたイオンビームは、イオンビームの形状に応じて、１以上の入射角でワークピースに衝突する。特定の実施形態では、ワークピース上のイオンの入射角を正確に測定することが有利であり得る。例えば、特定の実施形態では、入射角を厳密に制御する必要がある注入プロセスがある。

イオンビームの角度分布を特定する１つの方法は、ラザフォード後方散乱（Rutherford Backscattering）を使用することによる。イオンがワークピースに衝突すると、一部のイオンが散乱する。散乱するイオンの量は、イオンがワークピースの結晶構造内のチャネルと整列するようになるにつれて減少する。例えば、イオンの入射角がワークピースのチャネルと正確に平行であれば、後方散乱は最小化されることになる。

しかし、ラザフォード後方散乱は、注入されるイオンの分子量がワークピースの分子量未満である実施形態に限定される。したがって、リン又はヒ素のイオンビームとシリコンのワークピースとでは、ラザフォード後方散乱は実行できない。

したがって、イオンビームの入射角を正確に測定するシステムと方法があれば有益であろう。更に、ヒ素やリンなどのような、より重いイオンを含むビームを測定することができれば有利であろう。最後に、イオンビームの角度分布がプロセスの要求を満たす精度を改善するためにも、このシステム及び方法を使用することができれば有益であろう。

イオンビーム、特により重いイオンを含むイオンビームの入射角を測定することができるシステム及び方法が開示される。一実施形態では、後方散乱イオンではなくＸ線が、チャネリング方向を特定するために使用される。別の一実施形態では、ワークピースが、少なくとも部分的に、より重いイオンビームを測定することができるような高分子量を有する材料で構築される。更に、別の一実施形態では、イオンビームのパラメータがビームの全体にわたって測定され、より均一なビームを生成するために、イオン注入システムの構成要素が更に調整されることを可能にする。

一実施形態によれば、入射角測定システムが開示される。入射角測定システムは、イオンビームを生成するイオン注入システム、ワークピースを保持するための可動ワークピースホルダ、ワークピースからの放射を捕捉するための検出器であって、Ｘ方向と呼ばれるイオンビームの幅に沿って配置された複数のセンサを含む検出器、及びコントローラを備え、コントローラは、Ｘ角度を変更するために、可動ワークピースを回転させ、複数のＸ角度の各々において検出器からの出力を受け取り、Ｘ方向に沿った複数の位置の各々におけるＸ方向のイオンビームの入射角は、対応するセンサから受け取られた出力が最小となるＸ角度に特定される。一実施形態では、複数のセンサがファラデーセンサを含み、各ファラデーセンサは、イオンビームの一部分からの後方散乱イオンを捕捉する。ある実施形態では、複数のセンサがＸ線検出器を含み、各Ｘ線検出器は、ワークピースの一部分から放射されたＸ線を捕捉する。特定の実施形態では、コントローラが、複数のセンサから受け取った出力から、Ｘ方向の入射角の広がりを計算する。幾つかの実施形態では、イオン注入システムが、イオン源に近接して配置された抽出光学素子を備え、コントローラは、入射角の広がりを修正するために抽出光学素子の位置を調整する。特定の実施形態では、イオン注入システムが、イオン源から下流に配置された四重極レンズを備え、コントローラは、入射角の広がりを修正するために四重極レンズの集束効果を調整する。ある実施形態では、イオン注入システムが、イオン源から下流に配置されたコリメータを備え、コントローラは、入射角の広がりを修正するためにコリメータに供給される電流を調整する。ある実施形態では、コントローラが、Ｙ角度を変更するために、可動ワークピースホルダを回転させ、複数のＹ角度の各々において検出器からの出力を受け取り、Ｘ方向に沿った複数の位置の各々におけるＹ方向のイオンビームの入射角は、対応するセンサから受け取られた出力が最小となるＹ角度に特定される。特定の実施形態では、コントローラが、複数のセンサから受け取った出力から、Ｙ方向の入射角の広がりを計算する。

別の一実施形態によれば、入射角測定システムが開示される。入射角測定システムは、イオンビームを生成するイオン注入システム、ワークピースを保持するための可動ワークピースホルダ、１以上のＸ線検出器を含む検出器、及びコントローラを備え、コントローラは、Ｘ角度を変更するために、可動ワークピースホルダを回転させ、複数のＸ角度の各々において検出器からの出力を受け取り、イオンビームの入射角は、検出器からの出力が最小となるＸ角度に特定される。特定の実施形態では、イオンビームが、ワークピースよりも高い原子質量を有するイオンを含む。特定の実施形態では、イオンビームが、リン又はヒ素イオンを含み、ワークピースが、シリコンワークピースを含む。

別の一実施形態によれば、入射角測定システムが開示される。入射角測定システムは、イオンビームを生成するイオン注入システム、ワークピースを保持するための可動ワークピースホルダ、検出器、可動ワークピースホルダ上に配置された、ワークピースとは異なる単結晶ターゲット材料、及びコントローラを備え、コントローラは、Ｘ角度を変更するために、可動ワークピースホルダを回転させ、複数のＸ角度の各々において検出器からの出力を受け取り、イオンビームの入射角は、検出器からの出力が最小となるＸ角度に特定される。特定の実施形態では、単結晶ターゲット材料が、ワークピースの縁部を越えた位置で可動ワークピースホルダ上に配置され、それによって、ワークピースが可動ワークピースホルダ上に配置されたときに、単結晶ターゲット材料がイオンビームによって注入されてよい。特定の実施形態では、単結晶ターゲット材料が、ワークピースよりも高い原子質量を有する元素を含む。幾つかの実施形態では、単結晶ターゲット材料が、タングステン、モリブデン、タンタル、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、及びリン化インジウムからなる群から選択される。特定の実施形態では、コントローラが、Ｙ角度を変更するために、可動ワークピースホルダを回転させ、イオンビームの入射角は、検出器からの出力が最小となるＹ角度に特定される。ある実施形態では、単結晶ターゲット材料が、ワークピースに代えて可動ワークピースホルダ上に配置される。幾つかの実施形態では、単結晶ターゲット材料が、ワークピースの形状及びサイズを有する。

本開示のより良い理解のために、添付の図面が参照され、参照により本明細書に組み込まれる。

一実施形態によるイオン注入システムである。 一実施形態による入射角測定システムである。 別の一実施形態による入射角測定システムの側面図である。 図３Ａの入射角測定システムの上面図である 可動ワークピースホルダに取り付けられた単結晶ターゲット材料を示す。

上述されたように、本システムは、チャネリング注入を実行するために、又はイオン注入システムにおいてイオンビームを測定及び調整するために使用されてよい。特定の実施形態では、イオンビームが、スポットビームイオン注入システムを使用して生成される走査リボンビームであってよい。

図１で示されているように、イオン注入システムは、内部でプラズマが生成されるイオン源チャンバを画定する複数のチャンバ壁を備えるイオン源１００を含む。特定の実施形態では、イオン源１００がRFイオン源であってよい。この実施形態では、RFアンテナが、誘電体窓（dielectric window）に対して配置されてよい。この誘電体窓は、チャンバ壁のうちの１つの一部又は全部を備えてよい。RFアンテナは、銅などの導電性材料を含んでよい。RF電源は、RFアンテナと電気的に通じている。RF電源は、RFアンテナにRF電圧を供給してよい。RF電源によって供給される電力は、０．１と１０kWとの間であってよく、１と１００MHzとの間などの任意の適切な周波数であってよい。更に、RF電源により供給される電力は、パルス状であってよい。

別の一実施形態では、カソードが、イオン源チャンバ内に配置される。フィラメントが、カソードの後方に配置され、電子を放出するようにエネルギー供給される。これらの電子は、カソードに引きつけられ、今度は、カソードが、イオン源チャンバの中に電子を放出する。このカソードは、フィラメントから放出された電子により間接的に加熱されるため、間接加熱カソード（IHC：indirectly heated cathode）と称されてよい。

他の実施形態も可能である。例えば、バーナス（Bernas）イオン源、容量結合プラズマ（CCP）源、マイクロ波、又はECR（electron-cyclotron-resonance）イオン源などによって、プラズマを異なるやり方で生成してよい。プラズマが生成されるやり方は、本開示によって限定されない。

抽出プレートと称される１つのチャンバ壁は、抽出開孔を含む。抽出開孔は、イオン源チャンバ内で生成されたイオン１が抽出され、質量分析器１２０を通ってワークピース１０に向けられる開口部であってよい。抽出開孔は、任意の適切な形状であってよい。特定の実施形態では、抽出開孔が、幅（ｘ‐寸法）と称される１つの寸法を有する卵型又は矩形状であってよく、これは、高さ（ｙ‐寸法）と称される第２の寸法よりもはるかに大きくてよい。

イオン源１００の抽出開孔の外側且つ近傍には、抽出光学素子１１０が配置されている。特定の実施形態では、抽出光学素子１１０が、１以上の電極を備える。各電極は、内部に開孔が配置された単一の導電性構成要素であってよい。代替的には、各電極が、２つの導電性構成要素の間に開孔を生成するように離間した当該２つの導電性構成要素を含んでよい。電極は、タングステン、モリブデン、又はチタンなどの金属であってよい。電極のうちの１以上は、接地（ground）に電気接続されていてよい。特定の実施形態では、電極のうちの１以上が、電極電源を使用してバイアスされてよい。電極電源を使用して、抽出開孔を通してイオンを引き付けるように、イオン源に対して電極のうちの１以上をバイアスすることができる。抽出開孔と抽出光学素子１１０内の開孔とは、イオン１が両方の開孔を通過するように整列している。

抽出光学素子１１０の下流には、質量分析器１２０が配置されている。質量分析器１２０は、磁場を使用して、抽出されたイオン１の経路を導く。磁場は、それらのイオンの質量と電荷に従ってイオンの飛行経路に影響を与える。分解開孔（resolving aperture）１３１を有する質量分解デバイス（mass resolving device）１３０が、質量分析器１２０の出力部（すなわち、遠位端）に配置される。磁場を適切に選択することによって、選択された質量及び電荷を有するイオン１のみが、分解開孔１３１を通して導かれることとなる。他のイオンは、質量分解デバイス１３０又は質量分析器１２０の壁に衝突し、システム内でそれ以上移動することができないことになる。

ある実施形態では、質量分解デバイス１３０を通過するイオンは、スポットビームを形成してよい。

次いで、スポットビームは、質量分解装置１３０から下流に配置されたスキャナ１４０に入ってよい。スキャナ１４０は、スポットビームを複数の発散ビームレットにファンアウトさせる。スキャナ１４０は、静電又は磁気であってもよい。

他の実施形態では、質量分解デバイス１３０を通過するイオンが、リボンイオンビームを形成してよく、ここで、広いビームが、イオン注入システム全体にわたって輸送される。例えば、リボンビームが、イオン源１００から抽出されてもよい。この実施形態では、スキャナ１４０が不要である。

特定の実施形態では、コリメータ１５０が、次に、これらの発散ビームレットを、ワークピース１０の方へ向けられる複数の平行なビームレットに変換する。コリメータ１５０は、磁石であってもよい。この実施形態では、コリメータ磁石に電流を印加して、そこを通過するビームレットを操作する。

他の実施形態では、静電レンズのシステムが、コリメータ１５０として作用し、発散ビームを複数の平行ビームレットに曲げることができる。

ワークピース１０は、コリメータ１５０から下流の可動ワークピースホルダ１６０上に配置される。

特定の実施形態では、１以上の四重極レンズ１９０が、イオンの経路に沿って配置されてよい。例えば、四重極レンズ１９０は、質量分析器１２０の前、質量分析器１２０の後、質量分解装置１３０の後、又は他の位置に配置されてもよい。

特定の実施形態では、イオンビームの方向をＺ方向と呼び、この方向に対して垂直であり且つ水平な方向をＸ方向と呼んでよく、Ｚ方向に対して垂直であり且つ縦の方向をＹ方向と呼んでよい。この実施例では、スキャナ１４０が、スポットビームをＸ方向に走査する一方、可動ワークピースホルダ１６０は、Ｙ方向に平行移動するものと想定される。

検出器１７０は、ワークピース１０の領域に近接して配置されてよい。検出器１７０は、イオンビーム１に関連付けられた特定のパラメータを測定するために使用されてよい。特定の実施形態では、検出器１７０が、直線的に配置された１以上のファラデーデバイスを含んでよい。別の一実施形態では、検出器１７０が、複数のＸ線検出器を含んでよい。検出器１７０の動作は、以下でより詳細に説明される。

コントローラ１８０も、システムを制御するために使用される。コントローラ１８０は、処理ユニット１８１、及び関連付けられたメモリデバイス１８２を有する。このメモリデバイス１８２は、指示命令１８３であって、処理ユニットによって実行されたときに、システムが本明細書で説明される機能を実行することを可能にする指示命令１８３を含む。このメモリデバイス１８２は、フラッシュROM、電気的に消去可能なROM、又は他の適切なデバイスなどの、不揮発性メモリを含む、任意の非一過性の記憶媒体であってよい。他の実施形態では、メモリデバイス１８２が、RAM又はDRAMといったような揮発性のメモリであってよい。特定の実施形態では、コントローラ１８０が、汎用コンピュータ、埋め込み型プロセッサ、又は特別に設計されたマイクロコントローラであってもよい。コントローラ１８０の実際の実施態様は、本開示によって限定されるものではない。

コントローラ１８０は、以下でより詳細に説明されるように、検出器１７０、スキャナ１４０、及び可動ワークピースホルダ１６０と通信してよい。コントローラ１８０、検出器１７０、及び可動ワークピースホルダ１６０は、入射角測定システムの部分であってもよい。

図２は、入射角測定システム２００の動作を示す簡略化された図を示している。上述されたように、コントローラ１８０は、可動ワークピースホルダ１６０及び検出器１７０と通信する。イオンビーム１は、可動ワークピースホルダ１６０上に取り付けられたワークピース１０の方へ向けられる。検出器１７０は、ワークピース１０に近接して配置され、イオンビーム１によって注入されているときに、ワークピース１０からの放射を受け取るようになっている。例えば、放射は、後方散乱イオン又はＸ線であってもよい。コントローラ１８０は、可動ワークピースホルダ１６０をＹ軸又はＸ軸のいずれかの周りで回転させる。各回転角において、検出器１７０は放射を検出し、この情報をコントローラ１８０に送信する。コントローラ１８０は、この情報を回転角の関数として記録してよい。このプロセスが完了した後で、結果は、グラフ２１０で示されているような、最小値を示す一組のデータであってよい。なお、コントローラ１８０は、グラフ２１０を生成する必要はなく、むしろグラフ２１０は、可動ワークピースホルダ１６０が回転するときの検出器１７０からの予期される出力を図示するように示されていることに留意されたい。

コントローラ１８０が、Ｘ軸及びＹ軸の両方の周りで回転させることによって、このプロセスを繰り返す場合、ビームをワークピース１０の中にチャネリングする（channel）可動ワークピースホルダ１６０の向きに対応するＸ角度（Ｘ’）及びＹ角度（Ｙ’）を高精度で特定することができる。Ｘ軸の周りで回転させると、Ｙ角度が変更され、一方で、Ｙ軸の周りで回転させると、Ｘ角度が変更される。

更に、システムはまた、入射角測定システム２００の結果に基づいて、ビーム角度を変更する能力も含んでよい。例えば、取得された結果に基づいて、コントローラ１８０は、コリメータ１５０への電流、又はイオン注入システム内の別の構成要素を操作してよい。したがって、特定の実施形態では、入射角測定及び制御システムが開示される。

例えば、ワークピースでのイオンビームが、Ｘ方向に発散していることが判明した場合、コリメート磁石への電流を増加させることによって、これを補償することができる。このような電流の増加は、２つのことを行う。すなわち、平均曲げ角度を増加させ、収束の量を増加させる。完全な平行度（発散も収束もしない）を実現するための正しい電流が実現され、平均角度が測定されると、ワークピース１０は、イオンビームに対して所望の向きに回転され得る。イオンビームは今や平行であるから、所望のビーム入射角は、平坦なワークピースの幅にわたって正確に同じになる。

別の一実施例では、ワークピースにおけるビームが、一方の側で上向き方向を有し、他方の側でそれよりも下向きを有していることが判明した場合、抽出光学素子１１０における電極の位置を調整することによって、イオンビームを縦方向に移動させることが可能であってよく、したがって、イオンビーム１をコリメート磁石の中間平面に近付け、掃引（ｘ）を横切るより均一な縦（ｙ’）角度を実現できる。一旦均一な角度が実現されると、ワークピースは、この均一な角度に対して所望の向きに傾けられてよい。

このシステムはまた、ビームを操作することによって修正することができない角度のばらつきを検出してよいが、部品の位置合わせ又は交換のような手動の保守介入を必要とする場合がある。

本開示は、イオンビームの入射角の改善された測定及び任意選択的な制御を可能にする複数の実施形態を説明する。

第１の実施例では、ラザフォード後方散乱を使用して、複数の位置におけるイオンビームの入射角を特定する。図３Ａは、ワークピースホルダ１６０の側面図を示し、一方で、図３Ｂは、ワークピースホルダ１６０の上面図を示している。ワークピース１０は、可動ワークピースホルダ１６０上に配置される。特定の実施形態では、ワークピース１０がシリコン基板であってよい。この実施形態では、検出器１７０が、Ｘ方向に離隔された１以上のファラデーセンサ１７１を含む。幾つかの実施形態では、１以上のファラデーセンサ１７１がまた、Ｙ方向に離隔されてよい。スポットビームの場合では、イオンビーム１が、Ｘ方向（すなわち、図３Ｂでは垂直方向）に走査されるにつれて、ファラデーセンサ１７１の各々が、ワークピース１０からの放射を順次受け取る。リボンイオンビームの場合では、ファラデーセンサ１７１の全てが同時に放射を受け取る。コントローラ１８０は、これらのファラデーセンサ１７１の各々と通信しており、ファラデーセンサ１７１の各々についてのグラフ２１０と同様のグラフを生成することができる。全てのデータがファラデーセンサ１７１から収集された後で、コントローラ１８０は、可動ワークピースホルダ１６０を、Ｘ軸及び／又はＹ軸の周りで回転させることができる。このように、コントローラ１８０は、イオンビーム１の長さ方向に沿った複数の位置について、入射角（Ｘ角度（Ｘ’）及び／又はＹ角度（Ｙ’））を特定してよい。

上述されたように、注入システムは、リボンビーム又は走査スポットビームのいずれかとして、幅広いビームを生成する。多くのビーム調整の課題では、角度（すなわち、Ｘ’及びＹ’）がビームの幅にわたって均一であることを検証することが有益である。（X'(x)=∫J(x,y)・(x')(x,y)dy/∫J(x,y)dy又はY'(x)=∫J(x,y)・(y')(x,y)dy/∫J(x,y)dyが、全体的な上方又は下方の傾斜を示すという意味で）全体的な発散又は収束がある場合、これは、コリメータ１５０への電流を調整することによって修正することができる。

上述されたように、イオンビーム１に沿ったＸ角度（すなわち、Ｘ’（ｘ））は、複数の検出器１７０を使用することによって特定することができ、各々は、イオンビーム１の幅にわたってｘの限られた範囲に向けられる。上述されたように、Ｘ傾斜角度を変更することができ、複数のファラデーセンサ１７１の各々の最小値が特定され得る。このようにして、Ｘ’（ｘ）曲線上の複数の点を取得し、Ｘ方向における収束又は発散を修正することが可能である。同様に、Ｙ傾斜角度を変更することができ、複数のファラデーセンサ１７１の各々の最小値が特定され得る。このようにして、Ｙ’（ｘ）曲線上の複数の点を取得し、ビームの縦方向のせん断歪みを検出することができる。

更に、Ｘ角度又はＹ角度に固定オフセットがある場合、可動ワークピースホルダ１６０は、イオンビーム１が垂直角度でワークピース１０に衝突することを確実にするように傾けられもよい。言い替えると、任意の一定の角度オフセットを除去するために、イオンビーム１を調整するのではなく、可動ワークピースホルダ１６０を調整して、このオフセットを補償してもよい。

更に、この実施形態はまた、ｘの関数：σ_ｘ’（ｘ）及びσ_ｙ’（ｘ）として、ｘ及びｙの両方向における角度の広がりを測定することもできる。最大量のチャネリングを実現するために、これらの角度広がりを最小限に抑えることが有利であり得る。角度広がりの大きさは、典型的には、ビーム光学素子の詳細によって設定され、抽出電極の正確な位置、又はこの目的のためにビームラインに含まれ得る種々の四重極レンズ１９０の集束効果などの、変数によって操作され得る。スポットビームは、しばしば、ワークピース１０における最小サイズのために調整されるが、これは、最も効率的な投与を与えるからである。しかし、最小の角度広がりのための調整は、より大きなスポットサイズ及びより効率が低い走査を生成し得るが、より効果的なチャネリング、したがってより優れたプロセス結果を生成し得る。

したがって、一実施形態では、イオンビームの幅に沿った複数の位置についての入射角情報を捕捉する、入射角測定及び制御システムが開示される。これは、Ｘ方向に離隔した複数の検出器１７０を使用して実現される。更に別の一実施形態では、単一の検出器１７０が利用されてよい。この場合、検出器１７０は、イオンビームの幅にわたってデータを収集するために、Ｘ方向の種々の位置に移動される。

別の一実施形態では、本出願が、ラザフォード後方散乱を使用した、より重い種を含むイオンビームの使用を可能にする。一実施形態では、タングステンなどのより重い結晶性材料で作製されたターゲットワークピースを使用することができる。具体的には、上述されたように、シリコン基板の使用は、イオンビーム用の可能な種を、シリコンよりも小さい原子量を有するものに限定する。したがって、タングステン又は他の幾つかのより高い原子番号の金属若しくは化合物などの異なる単結晶材料が、ターゲットワークピースとして使用されてよい。このターゲットワークピースは、シリコンウエハの形状にあり得、静電クランプによって可動ワークピースホルダ１６０にクランプすることができる。この実施形態では、測定は、上述したのと同じ方法で行われる。

別の一実施形態では、ターゲット材料が可動ワークピースホルダに追加されてよい。特定の実施形態では、ターゲット材料が、ワークピース１０の縁部を越えた位置で、可動ワークピースホルダ１６０上に配置されてもよい。１つの可能な形状が図４で示されている。この図は、可動ワークピースホルダ２６０を示している。その場合、単結晶ターゲット材料２７０のストリップが、シリコンワークピース１０の下方に取り付けられているが、ワークピース１０を制御する傾斜機構によって連接（articulate）されるように可動ワークピースホルダ２６０に取り付けられている。この単結晶ターゲット材料２７０は、単結晶ターゲット材料２７０のチャネリング方向と可動ワークピースホルダ２６０の位置との関係が明確に規定されるように、可動ワークピースホルダ２６０に取り付けてられてよい。この単結晶ターゲット材料２７０は、イオンビーム１の幅の全体にわたってデータを提供することができるように、ワークピース１０と少なくとも同じ幅であってよい。したがって、単結晶ターゲット材料２７０の幅は、ワークピース１０の幅よりも大きくてよい。単結晶ターゲット材料２７０の高さは、イオンビームの高さと同様であるか、又はそれよりも大きくてよい。イオンビームの高さは、約５mmから５０mmまで変化し得る。単結晶ターゲット材料２７０の厚さは、少なくともイオンビーム１を停止させるのに十分な厚さであってよい。高エネルギーイオン向けの典型的な範囲は、１から２０ミクロンの範囲である。

高い原子質量の結晶ターゲットは、シリコンよりも高い原子質量を有するイオンが後方散乱されることになるので、ラザフォード後方散乱測定に有利である。ターゲットとして金属を使用することは、共有結合構造の場合よりも、結晶損傷が、ターゲット内ではるかにゆっくりと蓄積するという利点を有する。更に、アルミニウムターゲットを使用し、後方散乱イオンの代わりにＸ線を検出することは、大部分の半導体の有害な汚染のリスクを回避するという点で、タングステンに勝る利点を有するだろう。

したがって、この実施形態では、システムが、タングステン、モリブデン、タンタル、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、若しくは単結晶として調達され得るか、又は何らかの他の単結晶基板上にエピタキシャルに堆積され得る任意の他の材料などの、シリコンよりも高い原子質量を有する単結晶材料であるターゲット材料を利用する。この単結晶ターゲット材料２７０は、イオンビームの中央などの特定の位置での入射角を測定するために使用されてよい。別の一実施形態では、この単結晶ターゲット材料２７０が、入射角がイオンビームの幅に沿った複数の位置で測定されるように、図３Ａ～図３Ｂの検出器１７０と共に利用されてよい。

単結晶ターゲット材料２７０は、可動ワークピースホルダ２６０上の他の位置に配置されてもよい。例えば、一実施形態では、単結晶ターゲット材料２７０が、ワークピース１０が典型的に配置される位置に配置される。一実施形態では、単結晶ターゲット材料２７０が、典型的なワークピースと同じサイズ及び形状であってもよい。別の一実施形態では、単結晶ターゲット材料２７０が、異なる形状及びサイズを有してよいが、少なくともワークピースと同程度の幅及び少なくともイオンビーム１と同程度の高さを有するように寸法決めされてよい。

別の一実施形態によれば、検出器１７０は、ラザフォード後方散乱を使用しない。むしろ、検出器１７０は、１以上のＸ線検出器を含む。ファラデーセンサの代わりにＸ線検出器を用いると、イオンとターゲットの相対質量に対する制限が回避される。

荷電粒子励起Ｘ線放射（PIXE）プロセスは、高エネルギーイオンが分子に衝突し、内殻電子を励起するときに起こる。電子がそれらの基底状態に戻るとき、電子は、その波長がそれらの結合エネルギーによって決定され、したがって、ターゲットワークピース内の材料に特徴的なＸ線を放射する。高エネルギーイオンが結晶内にチャネリングされる（channel）ときに、密に束縛された電子とのこの相互作用は大幅に減少する。最高エネルギー（K線）のＸ線を生成するのはこれらの内殻電子であるため、Ｘ線収率は、チャネリング条件に非常に敏感である可能性がある。言い替えると、イオンビーム１がワークピース内のチャネルに入射すると、生成されるＸ線量が減少する。

言い替えると、ラザフォード後方散乱と同様に、結晶構造のチャネルにイオンを注入したときに、Ｘ線の放射は最小である。したがって、特定の実施形態では、検出器１７０が、１以上のＸ線検出器を含んでよい。Ｘ線検出器の最近の発展は、液体窒素を必要とせず、他の源からバックグラウンドを除去するのに十分なエネルギー分解能を有するコンパクトなユニットをもたらした。

興味深いのは、イオン及びワークピースの相対質量にかかわらずＸ線放射が生じることである。言い替えると、リン又はヒ素などのより重いイオンを含むイオンビームを、シリコンワークピースに注入し、依然としてＸ線が生成されてよい。したがって、荷電粒子励起Ｘ線分析（PIXE）の使用は、注入される種に関わらずシリコンワークピースが使用されることを可能にする。

Ｘ線検出器は、本明細書で開示される実施形態のいずれかにおいて検出器１７０として使用され得ることに留意されたい。言い替えると、Ｘ線検出器は、図３の実施形態において使用されてよい。更に、必要に応じて、Ｘ線検出器は、より重いターゲット又はより軽いターゲットと共に使用されてもよい。

本出願において上述された実施形態は、多くの利点を有し得る。高エネルギー注入は、少なくとも２つの理由のために、意図的にチャネリングされた入射角を使用することから利益を得る。先ず、イオンは、所定のエネルギーでは、ワークピースの中により深く侵入する。次に、チャネリングされた入射角は、結晶損傷をより少なくする。

しかし、意図的にチャネリングされる注入は、平均ビーム角度及びイオンビーム内の角度の広がりの両方について、極めて正確な角度制御（＜０．０５度又は約１mrad）を利用する。イオン電流を測定するための高アスペクト比開孔及びファラデーに基づく既存の計測法は、この精度を実現することができない。更に、ラザフォード後方散乱の用途におけるイオンとシリコンワークピースとの相対質量に関する制約のために、現在のシステムも制約を受ける。

図３で示されているように、Ｘ方向に複数の検出器を用いることによって、イオンビーム全体にわたるビーム角度及びビーム広がりを特定及び制御することが可能である。具体的には、コリメータ１５０への電流は、チャネリングされる注入の制限を満たすように調整されてよい。代替的に又は追加的に、抽出光学素子の正確な位置決め及び四重極レンズの集束効果は、これらの制限を満たすように調整されてよい。したがって、本システムは、ワークピース全体にわたってチャネリングされた注入を実行することを可能にする。

更に、Ｘ線検出器の使用は、所望のイオン種にかかわらず、同じ測定及び制御システムを使用することを可能にする。したがって、測定は、必要に応じて、より重いイオン及びシリコンワークピースを使用して行うことができる。

本開示の範囲は、本明細書で説明された具体的な実施形態に限定されるものではない。上述したもの以外の本開示の様々な実施形態及び本開示の変形例は、本明細書に説明したものと同様に、上述の説明及び添付図面から、当業者には明らかである。このため、そのような上記以外の実施形態及び変形例は、本開示の範囲に含まれるものである。更に、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実装の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本開示の全幅及び主旨を考慮して解釈すべきである。

Claims (9)

1. 入射角測定システムであって、
   幅広いビームであるイオンビームを生成するイオン注入システム、
   ワークピースを保持するための可動ワークピースホルダ、
   前記ワークピースからの放射を捕捉するための検出器であって、Ｘ方向と呼ばれる前記イオンビームの幅に沿って配置された複数のセンサを含む検出器、及び
   コントローラを備え、前記コントローラは、Ｘ角度を変更するために、前記可動ワークピースホルダを回転させ、複数のＸ角度の各々において前記検出器からの出力を受け取り、前記Ｘ方向に沿った複数の位置の各々における前記Ｘ方向の前記イオンビームの入射角は、対応するセンサから受け取られた前記出力が最小となる前記Ｘ角度に特定される、入射角測定システム。
2. 前記複数のセンサは、ファラデーセンサを含み、各ファラデーセンサは、前記イオンビームの一部分からの後方散乱イオンを捕捉する、請求項１に記載の入射角測定システム。
3. 前記複数のセンサは、Ｘ線検出器を含み、各Ｘ線検出器は、前記ワークピースの一部分から放射されたＸ線を捕捉する、請求項１に記載の入射角測定システム。
4. 前記コントローラは、前記複数のセンサから受け取った出力から、前記Ｘ方向の入射角の広がりを計算する、請求項１に記載の入射角測定システム。
5. 前記イオン注入システムは、イオン源に近接して配置された抽出光学素子を備え、前記コントローラは、前記入射角の広がりを修正するために、前記抽出光学素子の位置を調整する、請求項４に記載の入射角測定システム。
6. 前記イオン注入システムは、イオン源から下流に配置された四重極レンズを備え、前記コントローラは、前記入射角の広がりを修正するために、前記四重極レンズの集束効果を調整する、請求項４に記載の入射角測定システム。
7. 前記イオン注入システムは、イオン源から下流に配置されたコリメータを備え、前記コントローラは、前記入射角の広がりを修正するために、前記コリメータに供給される電流を調整する、請求項４に記載の入射角測定システム。
8. 前記コントローラは、Ｙ角度を変更するために、前記可動ワークピースホルダを回転させ、複数のＹ角度の各々において前記検出器からの出力を受け取り、前記Ｘ方向に沿った複数の位置の各々におけるＹ方向の前記イオンビームの入射角は、対応するセンサから受け取られた前記出力が最小となる前記Ｙ角度に特定される、請求項１に記載の入射角測定システム。
9. 前記コントローラは、前記複数のセンサから受け取った出力から、前記Ｙ方向の入射角の広がりを計算する、請求項８に記載の入射角測定システム。