JP2000106125A - イオン注入に使用する方法及びそのためのイオン注入装置 - Google Patents
イオン注入に使用する方法及びそのためのイオン注入装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/26—Bombardment with radiation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/48—Ion implantation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】イオン注入を制御するための線量測定を行う線
量測定カップを用いる注入方法及びそのためのイオン注
入装置を提供すること。 【解決手段】加工物の注入表面にイオンを衝突させる装
置及び方法。処理室12は、内部室を形成し、その中に、
１つ以上の加工物をイオン注入のために挿入される。エ
ネルギー源40は、処理室内にイオンプラズマを形成す
る。支持体30は処理室の内部領域42内に加工物を位置決
める。注入表面は、イオンプラズマ内に配置される。パ
ルス発生器50は、支持体にイオンを引き寄せるための電
気パルスを印加する。１つ以上の線量測定カップ60が電
気的にバイアスされたイオン集中表面を有し、この表面
は、注入電流を測定するために加工物の支持体の回りに
配置される。注入制御装置195 は、線量測定カップ60か
らの信号を監視して加工物のイオン注入を制御する。
量測定カップを用いる注入方法及びそのためのイオン注
入装置を提供すること。 【解決手段】加工物の注入表面にイオンを衝突させる装
置及び方法。処理室12は、内部室を形成し、その中に、
１つ以上の加工物をイオン注入のために挿入される。エ
ネルギー源40は、処理室内にイオンプラズマを形成す
る。支持体30は処理室の内部領域42内に加工物を位置決
める。注入表面は、イオンプラズマ内に配置される。パ
ルス発生器50は、支持体にイオンを引き寄せるための電
気パルスを印加する。１つ以上の線量測定カップ60が電
気的にバイアスされたイオン集中表面を有し、この表面
は、注入電流を測定するために加工物の支持体の回りに
配置される。注入制御装置195 は、線量測定カップ60か
らの信号を監視して加工物のイオン注入を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工物を処理する
ために帯電されたイオンを用いる加工物処理装置ととも
に使用するための電荷線量モニター装置に関する。この
ような装置は、１つまたはそれ以上のシリコンウエハを
プラズマ内に配置して、このプラズマ内に高密度の正に
帯電したイオンを含んで、このイオンが、ウエハの表面
に向けて加速され、制御されたイオン集中でウエハ内に
イオンを注入するようになっている。
ために帯電されたイオンを用いる加工物処理装置ととも
に使用するための電荷線量モニター装置に関する。この
ような装置は、１つまたはそれ以上のシリコンウエハを
プラズマ内に配置して、このプラズマ内に高密度の正に
帯電したイオンを含んで、このイオンが、ウエハの表面
に向けて加速され、制御されたイオン集中でウエハ内に
イオンを注入するようになっている。
【０００２】
【従来の技術】「プラズマ源を用いたイオン注入方法及
び装置」と題する、コンラッド(Conrad)の米国特許第
４，７６４，３９４号明細書には、イオン衝撃手段によ
ってターゲットを処理するためのイオン注入装置が開示
されている。密閉室内のターゲットにイオン化プラズマ
を形成することによって三次元ターゲットの表面へのイ
オン注入が可能である。一旦、ターゲットの周囲領域に
プラズマが形成されると、イオンビームを介してターゲ
ットを操作することなく、プラズマからのイオンはあら
ゆる面からターゲット対象物に指向される。この注入
は、１つ以上の加工物に高電圧、一般的に１０ｋＶまた
はそれ以下の繰り返しパルスを加えることによって達成
される。これらのパルスは、イオンをターゲットの露出
面に指向させる。
び装置」と題する、コンラッド(Conrad)の米国特許第
４，７６４，３９４号明細書には、イオン衝撃手段によ
ってターゲットを処理するためのイオン注入装置が開示
されている。密閉室内のターゲットにイオン化プラズマ
を形成することによって三次元ターゲットの表面へのイ
オン注入が可能である。一旦、ターゲットの周囲領域に
プラズマが形成されると、イオンビームを介してターゲ
ットを操作することなく、プラズマからのイオンはあら
ゆる面からターゲット対象物に指向される。この注入
は、１つ以上の加工物に高電圧、一般的に１０ｋＶまた
はそれ以下の繰り返しパルスを加えることによって達成
される。これらのパルスは、イオンをターゲットの露出
面に指向させる。
【０００３】前述の米国特許第４，７６４，３９４号明
細書に開示されているプラズマを生成する技術は、中性
ガスをターゲット領域に導入して、イオン化放射でガス
をイオン化している。
細書に開示されているプラズマを生成する技術は、中性
ガスをターゲット領域に導入して、イオン化放射でガス
をイオン化している。
【０００４】コンラッドの上記特許は、また、加工物表
面を処理するシステムに関係し、加工物を取り囲む領域
内にプラズマを発生するためにイオン源を用いる。そし
て、加工物を支持する電極に選択的にパルスを供給し、
プラズマから加工物に向けて正のイオンを引き出す。
面を処理するシステムに関係し、加工物を取り囲む領域
内にプラズマを発生するためにイオン源を用いる。そし
て、加工物を支持する電極に選択的にパルスを供給し、
プラズマから加工物に向けて正のイオンを引き出す。
【０００５】シャオー(Shao)等による米国特許第５，６
５４，０４３号明細書には、イオンを加工物の表面に衝
突させることによって加工物表面を処理する装置が記載
されている。ガスがイオン注入室に放出されると、イオ
ン化可能なガスは、加工物表面に近接する領域に満たさ
れる。注入材料のプラズマは、連続パルスを用いて繰り
返し相対的にバイアスしている導電性電極によって注入
室の内部領域内で作り出され、そして、室内に放出され
たガス分子をイオン化し、かつこのイオン化されたガス
分子を１つまたはそれ以上の加工物の注入表面に向けて
加速する。このシャオー等の上記特許の開示内容は、参
考としてここに包含される。
５４，０４３号明細書には、イオンを加工物の表面に衝
突させることによって加工物表面を処理する装置が記載
されている。ガスがイオン注入室に放出されると、イオ
ン化可能なガスは、加工物表面に近接する領域に満たさ
れる。注入材料のプラズマは、連続パルスを用いて繰り
返し相対的にバイアスしている導電性電極によって注入
室の内部領域内で作り出され、そして、室内に放出され
たガス分子をイオン化し、かつこのイオン化されたガス
分子を１つまたはそれ以上の加工物の注入表面に向けて
加速する。このシャオー等の上記特許の開示内容は、参
考としてここに包含される。
【０００６】また、ダグラス エム．ジャムバ(Douglas
M. Jamba)が１９８１年に著作した「イオン注入機にお
ける線量測定」と題する文献には、イオンビーム注入中
に、ターゲットに衝突した電荷を集めるために線量測定
カップを用いることが開示されている。実際に、ターゲ
ットに衝突する電荷をより正確に測定するために、ビー
ム形成開口とカップへの入口との間に配置されたバイア
ス用電極は、カップを離れようとする電子および負のイ
オンを抑制するのに用いられる。また、バイアス用電極
は、カップに入ろうとする、ビーム形成開口に発生した
電子を抑制し、かつイオンビームによって運ばれた電子
をはね返す。
M. Jamba)が１９８１年に著作した「イオン注入機にお
ける線量測定」と題する文献には、イオンビーム注入中
に、ターゲットに衝突した電荷を集めるために線量測定
カップを用いることが開示されている。実際に、ターゲ
ットに衝突する電荷をより正確に測定するために、ビー
ム形成開口とカップへの入口との間に配置されたバイア
ス用電極は、カップを離れようとする電子および負のイ
オンを抑制するのに用いられる。また、バイアス用電極
は、カップに入ろうとする、ビーム形成開口に発生した
電子を抑制し、かつイオンビームによって運ばれた電子
をはね返す。
【０００７】シー．エム．マッケナ(C. M. McKenna) が
１９７９年に著作した「高電流線量測定技術」と題する
文献には、ターゲットに隣接して配置された１つまたは
それ以上の線量測定カップを用いて、イオンビーム注入
中にターゲットに衝突する電荷の測定を開示している。
１９７９年に著作した「高電流線量測定技術」と題する
文献には、ターゲットに隣接して配置された１つまたは
それ以上の線量測定カップを用いて、イオンビーム注入
中にターゲットに衝突する電荷の測定を開示している。
【０００８】このような線量測定カップによって作られ
た測定は、イオン注入に用いるイオンビームを制御する
のに使用される。マッケナは、さらに、望ましくない電
子がカップに入らないようにするために負にバイアスさ
れたカップ壁をより少なくした、負にバイアスされたカ
ップ集中表面を開示している。しかし、マッケナの実験
では、この種の電気的バイアスによって、線量測定カッ
プ内の磁界中で捕捉された二次電子が、シリコンターゲ
ット上での電子放出を増大させることを示した。
た測定は、イオン注入に用いるイオンビームを制御する
のに使用される。マッケナは、さらに、望ましくない電
子がカップに入らないようにするために負にバイアスさ
れたカップ壁をより少なくした、負にバイアスされたカ
ップ集中表面を開示している。しかし、マッケナの実験
では、この種の電気的バイアスによって、線量測定カッ
プ内の磁界中で捕捉された二次電子が、シリコンターゲ
ット上での電子放出を増大させることを示した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イオ
ン注入中に加工物に衝突するイオン線量を測定する線量
測定カップを用いる注入方法を提供することである。ま
た、特に、イオンを加工物の注入表面に衝突させるため
に、イオンプラズマによりイオンの集中を生じさせるプ
ラズマ侵入(plasma immersion)に使用される線量測定カ
ップを有するイオン注入装置を提供することである。
ン注入中に加工物に衝突するイオン線量を測定する線量
測定カップを用いる注入方法を提供することである。ま
た、特に、イオンを加工物の注入表面に衝突させるため
に、イオンプラズマによりイオンの集中を生じさせるプ
ラズマ侵入(plasma immersion)に使用される線量測定カ
ップを有するイオン注入装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を有している。請求
項１の記載の発明によれば、加工物へのイオン注入に使
用する方法は、(a) 処理室においてイオンプラズマを作
り出すことによりイオンの集中を生じさせ、(b) 前記処
理室内に加工物を取付け、(c) 前記プラズマ内のイオン
を加工物(14)に向けて加速させるために、電気パルスを
加工物の取付具に加え、(d) 線量測定カップ内の加工物
に向けて加速するイオンを集中し、(e) 前記カップから
のデータに基づいたイオン線量データを決定する、各工
程を有する。
に、本発明は各請求項に記載の構成を有している。請求
項１の記載の発明によれば、加工物へのイオン注入に使
用する方法は、(a) 処理室においてイオンプラズマを作
り出すことによりイオンの集中を生じさせ、(b) 前記処
理室内に加工物を取付け、(c) 前記プラズマ内のイオン
を加工物(14)に向けて加速させるために、電気パルスを
加工物の取付具に加え、(d) 線量測定カップ内の加工物
に向けて加速するイオンを集中し、(e) 前記カップから
のデータに基づいたイオン線量データを決定する、各工
程を有する。
【００１１】一般的に、イオン注入装置は、１つまたは
それ以上の加工物がイオン処理のために挿入される処理
室と、処理室内にイオンプラズマを形成するエネルギー
源とを備えている。このイオンプラズマ内に加工物の注
入表面が配置されるように、加工物支持体が、少なくと
も１つの加工物を処理室内に位置決める。パルス発生器
が電気パルスを加工物支持体に加えて、この支持体にイ
オンを引き寄せる。
それ以上の加工物がイオン処理のために挿入される処理
室と、処理室内にイオンプラズマを形成するエネルギー
源とを備えている。このイオンプラズマ内に加工物の注
入表面が配置されるように、加工物支持体が、少なくと
も１つの加工物を処理室内に位置決める。パルス発生器
が電気パルスを加工物支持体に加えて、この支持体にイ
オンを引き寄せる。
【００１２】加工物の注入表面に衝突するイオンの集中
を測定するために、１つまたはそれ以上の線量測定カッ
プが加工物の近くに配置される。各線量測定カップは、
電気的にバイアスされたイオン集中表面を有し、プラズ
マから別のイオンが加工物に注入されるようにプラズマ
からイオンを集める。
を測定するために、１つまたはそれ以上の線量測定カッ
プが加工物の近くに配置される。各線量測定カップは、
電気的にバイアスされたイオン集中表面を有し、プラズ
マから別のイオンが加工物に注入されるようにプラズマ
からイオンを集める。
【００１３】このイオン集中表面は、加工物の注入表面
の中にイオンを加速させる電気パルス間の時間間隔中
に、プラズマ内に存在するイオンが線量測定カップ内に
移動するのを妨げる。イオンが加工物の中に向けて加速
されない時に、イオンが線量測定カップに移動しないよ
うにすることによって、線量測定の正確さが改善され
る。
の中にイオンを加速させる電気パルス間の時間間隔中
に、プラズマ内に存在するイオンが線量測定カップ内に
移動するのを妨げる。イオンが加工物の中に向けて加速
されない時に、イオンが線量測定カップに移動しないよ
うにすることによって、線量測定の正確さが改善され
る。
【００１４】本発明の他の特徴は、電気的にバイアスさ
れた電極を用いることであり、この電極は線量測定カッ
プに入るイオンが通過する入口開口を形成している。電
気的にバイアスされた電極は、イオン集中表面で作り出
された電子を反発させる。電極内に配置された開口は、
電気的にバイアスされた電極でのプラズマシースの厚さ
に従って寸法が決められる。負にバイアスされた電極の
開口は、プラズマシースの厚さの２倍よりも小さい。ま
た、プラズマのパラメータは、負にバイアスされた電極
表面でのプラズマシースの厚さであることを特徴として
いる。
れた電極を用いることであり、この電極は線量測定カッ
プに入るイオンが通過する入口開口を形成している。電
気的にバイアスされた電極は、イオン集中表面で作り出
された電子を反発させる。電極内に配置された開口は、
電気的にバイアスされた電極でのプラズマシースの厚さ
に従って寸法が決められる。負にバイアスされた電極の
開口は、プラズマシースの厚さの２倍よりも小さい。ま
た、プラズマのパラメータは、負にバイアスされた電極
表面でのプラズマシースの厚さであることを特徴として
いる。
【００１５】本発明の典型的な実施形態によれば、変位
電流によって生じる線量測定における誤差を避けること
ができる。この変位電流は、加工物支持体が高電圧パル
スによって充電されるときに発生する。集中プレート
は、加工物支持体内に埋め込まれ、この集中プレートに
よって測定された電流は、アースされずに加工物支持体
に戻される。さらに、測定回路に入るストレー容量に対
して保護する高帯域の光ファイバーによって、信号が線
量測定カップから引き出される。このように加工物支持
体から線量測定カップを分離することにより、この電流
によって誘導される誤差がなくなる。
電流によって生じる線量測定における誤差を避けること
ができる。この変位電流は、加工物支持体が高電圧パル
スによって充電されるときに発生する。集中プレート
は、加工物支持体内に埋め込まれ、この集中プレートに
よって測定された電流は、アースされずに加工物支持体
に戻される。さらに、測定回路に入るストレー容量に対
して保護する高帯域の光ファイバーによって、信号が線
量測定カップから引き出される。このように加工物支持
体から線量測定カップを分離することにより、この電流
によって誘導される誤差がなくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１(a) 、(b) 、(c) は、本発明を包含
するイオン注入装置１０を示し、この装置は、加工物の
イオン処理を行うために、ほぼ平坦な１つまたはそれ以
上の加工物１４が挿入される円筒状のプラズマ室（処理
室）１２を有している。
いて説明する。図１(a) 、(b) 、(c) は、本発明を包含
するイオン注入装置１０を示し、この装置は、加工物の
イオン処理を行うために、ほぼ平坦な１つまたはそれ以
上の加工物１４が挿入される円筒状のプラズマ室（処理
室）１２を有している。
【００１７】イオン注入装置１０は、加工物をプラズマ
室１２に挿入するためのロードロック２０を備えてい
る。このロードロック２０は、開閉されるバルブ２１を
介して加工物が室内あるいは室外に出し入れされる時、
プラズマ室１２を減圧状態（大気圧に対して）に維持す
ることができる。真空ポンプ２２は、プラズマ室の内部
を減圧された圧力に維持するもので、この圧力は、プラ
ズマ室１２とポンプ２２の間に配置されたバルブ２３に
よって調整される。
室１２に挿入するためのロードロック２０を備えてい
る。このロードロック２０は、開閉されるバルブ２１を
介して加工物が室内あるいは室外に出し入れされる時、
プラズマ室１２を減圧状態（大気圧に対して）に維持す
ることができる。真空ポンプ２２は、プラズマ室の内部
を減圧された圧力に維持するもので、この圧力は、プラ
ズマ室１２とポンプ２２の間に配置されたバルブ２３に
よって調整される。
【００１８】図１(a) に示すプラズマ室１２は、内部室
２４を形成する内部壁を有し、この内部室に加工物１４
が挿入される。加工物１４は、ほぼ平坦な導電性プラテ
ンまたは取付支持体３０上に配置され、かつ、ここから
取り外される。この支持体３０は加工物を支持するため
の寸法サイズに基づいて適切な大きさとすることができ
る。
２４を形成する内部壁を有し、この内部室に加工物１４
が挿入される。加工物１４は、ほぼ平坦な導電性プラテ
ンまたは取付支持体３０上に配置され、かつ、ここから
取り外される。この支持体３０は加工物を支持するため
の寸法サイズに基づいて適切な大きさとすることができ
る。
【００１９】エネルギー源４０は、ほぼ円筒状の処理室
１２の一端部に配置されている。このエネルギー源４０
は、処理室１２内にエネルギーを放出し、エネルギー源
４０とウエハ支持体３０との間の領域４２内のプラズマ
室１２内にイオンプラズマを生じさせる。好ましいエネ
ルギー源４０の一例は、１３．５ＭＨｚで作動するＲＦ
コイルであり、プラズマ室１２の一端部に境する水晶板
４３を介してＲＦエネルギーを伝達する。
１２の一端部に配置されている。このエネルギー源４０
は、処理室１２内にエネルギーを放出し、エネルギー源
４０とウエハ支持体３０との間の領域４２内のプラズマ
室１２内にイオンプラズマを生じさせる。好ましいエネ
ルギー源４０の一例は、１３．５ＭＨｚで作動するＲＦ
コイルであり、プラズマ室１２の一端部に境する水晶板
４３を介してＲＦエネルギーを伝達する。
【００２０】他のコイル励起周波数として、例えば、約
２．０ＭＨｚの周波数を使用することができる。プラズ
マ室１２に入るＲＦエネルギーは、外部ガス供給源４４
からプラズマ室内に供給されるガス分子からイオンプラ
ズマを発生する。プラズマ室１２内のガス圧力は、０．
２〜５．０メリトール(millitorr) の範囲に維持され
る。このプラズマ室内のガス集中率は、制御されるパラ
メータの１つである。
２．０ＭＨｚの周波数を使用することができる。プラズ
マ室１２に入るＲＦエネルギーは、外部ガス供給源４４
からプラズマ室内に供給されるガス分子からイオンプラ
ズマを発生する。プラズマ室１２内のガス圧力は、０．
２〜５．０メリトール(millitorr) の範囲に維持され
る。このプラズマ室内のガス集中率は、制御されるパラ
メータの１つである。
【００２１】例えば、窒素ガスは、ＲＦコイルからプラ
ズマ室に入るＲＦエネルギーによってプラズマ室内に送
られてイオン化される。このエネルギーの利用によっ
て、ガス分子をイオン化する。プラズマ室内のイオンプ
ラズマを発生するために、他の公知技術が本発明を実施
する際に利用される。また、他の制御されるパラメータ
としては、加工物の注入持続時間、あるいは、処理室内
のエネルギーレベル等である。
ズマ室に入るＲＦエネルギーによってプラズマ室内に送
られてイオン化される。このエネルギーの利用によっ
て、ガス分子をイオン化する。プラズマ室内のイオンプ
ラズマを発生するために、他の公知技術が本発明を実施
する際に利用される。また、他の制御されるパラメータ
としては、加工物の注入持続時間、あるいは、処理室内
のエネルギーレベル等である。
【００２２】イオンプラズマが支持体３０と水晶板４３
との間の領域４２内に発生すると、イオンは加速されて
加工物１４に接触する。本発明の好ましい実施形態で
は、加工物は、シリコンウエハであり、ほぼ丸い形状
で、支持体３０上に配置されている。加工物の支持体３
０は、電気的に導電性の材料から構成されている。イオ
ンは、正に荷電され、その結果、プラズマの領域におけ
る適当な大きさと方向を有する電界を用いて、プラズマ
内のイオンがシリコンウエハの表面に向けて加速されて
衝突する。
との間の領域４２内に発生すると、イオンは加速されて
加工物１４に接触する。本発明の好ましい実施形態で
は、加工物は、シリコンウエハであり、ほぼ丸い形状
で、支持体３０上に配置されている。加工物の支持体３
０は、電気的に導電性の材料から構成されている。イオ
ンは、正に荷電され、その結果、プラズマの領域におけ
る適当な大きさと方向を有する電界を用いて、プラズマ
内のイオンがシリコンウエハの表面に向けて加速されて
衝突する。
【００２３】図１(a) に示すように、調整器（パルス発
生装置）５０には、電圧パルス５２（一般的には、１０
キロボルト以下）が供給され、この電圧パルスにより、
導電性の支持体３０をプラズマ室１２の導電性内壁に対
して相対的にバイアスさせ、領域４２において適当な電
界をセットアップする。
生装置）５０には、電圧パルス５２（一般的には、１０
キロボルト以下）が供給され、この電圧パルスにより、
導電性の支持体３０をプラズマ室１２の導電性内壁に対
して相対的にバイアスさせ、領域４２において適当な電
界をセットアップする。
【００２４】図２は、イオンプラズマ領域４２からのイ
オンが加工物１４の処理表面１４ａに衝突するときに、
この表面１４ａで発生する反応を概略説明するものであ
る。この図において、特に注目すべき点は、イオン衝突
表面１４ａが加工物の前の領域に二次電子を作り出すこ
とである。
オンが加工物１４の処理表面１４ａに衝突するときに、
この表面１４ａで発生する反応を概略説明するものであ
る。この図において、特に注目すべき点は、イオン衝突
表面１４ａが加工物の前の領域に二次電子を作り出すこ
とである。
【００２５】ウエハ１４が処理されると、これらのウエ
ハは、プラズマ室１２から取り出され、他の処理ステー
ションに運ばれる。この処理されたウエハは、さらに、
集積回路を形成するように製造される。このようなイオ
ン処理が、良好な均一性を有する８インチ径のシリコン
ウエハに施されてきた。図１に示す同等の構造を用いる
イオン注入装置が、フラットパネルディスプレイの製造
のために大きな表面を処理するために用いられてきた。
ハは、プラズマ室１２から取り出され、他の処理ステー
ションに運ばれる。この処理されたウエハは、さらに、
集積回路を形成するように製造される。このようなイオ
ン処理が、良好な均一性を有する８インチ径のシリコン
ウエハに施されてきた。図１に示す同等の構造を用いる
イオン注入装置が、フラットパネルディスプレイの製造
のために大きな表面を処理するために用いられてきた。
【００２６】図１(a) 、(b) は、加工物の導電性支持体
３０を示し、この支持体に本発明に係るいくつかの線量
測定カップ６０が付加されている。このカップはどのよ
うな数であっても良いが、ここでは４つ示されている。
カップ６０は、トッププレート６６が加工物の注入表面
と同じ高さとなるように配置されている。注入表面に向
けて加速されたイオンは、ほぼ円形の開口６２に進入し
て測定される。カップ６０を加工物１４に近接させるこ
とによって、カップに進入するイオンの量が、加工物に
注入されるイオン量に相当することになる。
３０を示し、この支持体に本発明に係るいくつかの線量
測定カップ６０が付加されている。このカップはどのよ
うな数であっても良いが、ここでは４つ示されている。
カップ６０は、トッププレート６６が加工物の注入表面
と同じ高さとなるように配置されている。注入表面に向
けて加速されたイオンは、ほぼ円形の開口６２に進入し
て測定される。カップ６０を加工物１４に近接させるこ
とによって、カップに進入するイオンの量が、加工物に
注入されるイオン量に相当することになる。
【００２７】線量測定カップ６０は、図３において参照
番号６９で示されたカップ６０のイオン集中表面に集ま
る全電流を測定する。この電流値は、制御装置１９５に
よって操作されて、加工物１４の表面に相当する線量測
定カップ内での単位面積（ｃｍ2 ) 当たりの電荷を決定
する。支持体３０の回りに間隔を置いて配置された４つ
のカップ６０を用いて、４つの異なる位置における線量
データを得ることができる。多数の線量測定カップが配
置された、セクターリング形状を有する開口を備える。
正にバイアスされたイオン集中表面６９は、加工物の支
持体３０に対して約＋２０ボルトにバイアスされてい
る。
番号６９で示されたカップ６０のイオン集中表面に集ま
る全電流を測定する。この電流値は、制御装置１９５に
よって操作されて、加工物１４の表面に相当する線量測
定カップ内での単位面積（ｃｍ2 ) 当たりの電荷を決定
する。支持体３０の回りに間隔を置いて配置された４つ
のカップ６０を用いて、４つの異なる位置における線量
データを得ることができる。多数の線量測定カップが配
置された、セクターリング形状を有する開口を備える。
正にバイアスされたイオン集中表面６９は、加工物の支
持体３０に対して約＋２０ボルトにバイアスされてい
る。
【００２８】図３は、線量測定カップ６０を断面で示す
より詳細な図である。この線量測定カップは、ほぼ円筒
形状を有し、トッププレート６６、トップファラデー電
極６３、絶縁体６４、及び底部ファラデー集中プレート
６５を含んでいる。線量測定カップは、注入表面の周囲
に配置した扇形（図示略）等の他の形状に代えて使用す
ることもできる。プラズマのパラメータは、負にバイア
スされた電極表面６７でのプラズマシースの厚さであ
る。負にバイアスされた電極６３の開口は、プラズマシ
ースの厚さの２倍よりも小さい。
より詳細な図である。この線量測定カップは、ほぼ円筒
形状を有し、トッププレート６６、トップファラデー電
極６３、絶縁体６４、及び底部ファラデー集中プレート
６５を含んでいる。線量測定カップは、注入表面の周囲
に配置した扇形（図示略）等の他の形状に代えて使用す
ることもできる。プラズマのパラメータは、負にバイア
スされた電極表面６７でのプラズマシースの厚さであ
る。負にバイアスされた電極６３の開口は、プラズマシ
ースの厚さの２倍よりも小さい。
【００２９】線量測定カップのトッププレート６６は、
加工物の注入表面１４ａ（図３において図示しない）と
同一の高さに配置される。トッププレート６６は、電気
的にパルス発生器５０に接続され、この発生器は、イオ
ンを加工物の方向に加速するのに使用される。ここで、
トッププレート６６は、加工物支持体３０がパルス発生
器によりバイアスされるとき、電気的にバイアスされる
ようになる。その結果、内部領域４２から線量測定カッ
プ６０の方向にプラズマイオンが引き寄せられる。
加工物の注入表面１４ａ（図３において図示しない）と
同一の高さに配置される。トッププレート６６は、電気
的にパルス発生器５０に接続され、この発生器は、イオ
ンを加工物の方向に加速するのに使用される。ここで、
トッププレート６６は、加工物支持体３０がパルス発生
器によりバイアスされるとき、電気的にバイアスされる
ようになる。その結果、内部領域４２から線量測定カッ
プ６０の方向にプラズマイオンが引き寄せられる。
【００３０】トップファラデー電極６３は、イオン源７
０によってトッププレート６６に対して負にバイアスさ
れ続ける。適当な負のバイアスは、約−２００Ｖであ
る。トッププレート６６とトップファラデー電極６３の
間の負の電位によって、プレート６５に衝突するイオン
によって生じた二次電子が線量測定カップ６０から離れ
るのを妨げ、さらに、プラズマ電子が線量測定カップ６
０に入るのを妨げる。これらの両方ともに、線量測定カ
ップによる測定の正確さを弱めるものである。絶縁体６
４は、トップファラデー電極６３を底部ファラデー集中
プレート６５から電気的に絶縁する。負にバイアスされ
た電極６３は、プラズマパラメータに基づいた、所定の
直径を有する開口を有する。
０によってトッププレート６６に対して負にバイアスさ
れ続ける。適当な負のバイアスは、約−２００Ｖであ
る。トッププレート６６とトップファラデー電極６３の
間の負の電位によって、プレート６５に衝突するイオン
によって生じた二次電子が線量測定カップ６０から離れ
るのを妨げ、さらに、プラズマ電子が線量測定カップ６
０に入るのを妨げる。これらの両方ともに、線量測定カ
ップによる測定の正確さを弱めるものである。絶縁体６
４は、トップファラデー電極６３を底部ファラデー集中
プレート６５から電気的に絶縁する。負にバイアスされ
た電極６３は、プラズマパラメータに基づいた、所定の
直径を有する開口を有する。
【００３１】この実施形態において、底部ファラデー集
中プレート６５は、電圧源６１によりトッププレート６
６に対して２０Ｖに正にバイアスされる。この正バイア
スにより、プラズマイオンが、パルス発生器５０からの
パルス間における集中プレート６５に向けてドリフトす
るのを妨げ、さらに、線量測定カップ６０によってイオ
ンが間違って選択されるのを妨げる。
中プレート６５は、電圧源６１によりトッププレート６
６に対して２０Ｖに正にバイアスされる。この正バイア
スにより、プラズマイオンが、パルス発生器５０からの
パルス間における集中プレート６５に向けてドリフトす
るのを妨げ、さらに、線量測定カップ６０によってイオ
ンが間違って選択されるのを妨げる。
【００３２】パルス発生器５０が加工物支持体３０とト
ッププレート６６に負のパルスを加えると、集中プレー
ト６５も負バイアスとなり、この実施形態では、集中プ
レートは、パルス発生器によって加えられる負電圧（一
般的には１０キロボルト以下である）より２０ボルト以
上の正電圧となる。
ッププレート６６に負のパルスを加えると、集中プレー
ト６５も負バイアスとなり、この実施形態では、集中プ
レートは、パルス発生器によって加えられる負電圧（一
般的には１０キロボルト以下である）より２０ボルト以
上の正電圧となる。
【００３３】本発明の他の実施形態が図４及び図５に示
されている。この実施形態では、７つの線量測定カップ
６０が図４に示すように一列に配置されている。全ての
線量測定カップは、校正及び手順を形作るために使用さ
れる。最外側の線量測定カップ６０ａのみが、加工物１
４の処理中のイオン注入にさらされる。
されている。この実施形態では、７つの線量測定カップ
６０が図４に示すように一列に配置されている。全ての
線量測定カップは、校正及び手順を形作るために使用さ
れる。最外側の線量測定カップ６０ａのみが、加工物１
４の処理中のイオン注入にさらされる。
【００３４】図５において、導電性電極９３に取り付け
られた抑制スクリーン９０が、開口電極というよりむし
ろイオン用の入口ポイントとして機能するように使用さ
れる。この実施形態では、スクリーンの孔は、直径０．
０４ｃｍであり、スクリーンは約１／２の透過率を有す
る。
られた抑制スクリーン９０が、開口電極というよりむし
ろイオン用の入口ポイントとして機能するように使用さ
れる。この実施形態では、スクリーンの孔は、直径０．
０４ｃｍであり、スクリーンは約１／２の透過率を有す
る。
【００３５】コレクター９５は、絶縁体９１によって加
工物支持体３０から絶縁されている。線量測定カップ６
０は、絶縁体９７によって加工物支持体３０から絶縁さ
れている。カップ電極９３（図３の負にバイアスされた
電極６３に相当）は、電源８２によって加工物支持体３
０に対して−５０Ｖに保持されている。コレクター９５
（図３の正にバイアスされたイオン集中表面６９に相
当）は、電源８３によって加工物支持体３０に対して＋
１０Ｖに保持されている。電流モニター８４は、１００
オームの抵抗８１を用いてコレクター９５からの電流を
測定する。抵抗８１を通過する電流は、加工物支持体３
０に戻る。高帯域の光ファイバーピックアップ８５が注
入制御装置１９５に電流データを伝送する（図１参
照）。この光ファイバー伝送器８５により、変位電流の
誤差を生じさせるストレー容量が防止されて線量測定カ
ップ６０からの信号が引き出される。
工物支持体３０から絶縁されている。線量測定カップ６
０は、絶縁体９７によって加工物支持体３０から絶縁さ
れている。カップ電極９３（図３の負にバイアスされた
電極６３に相当）は、電源８２によって加工物支持体３
０に対して−５０Ｖに保持されている。コレクター９５
（図３の正にバイアスされたイオン集中表面６９に相
当）は、電源８３によって加工物支持体３０に対して＋
１０Ｖに保持されている。電流モニター８４は、１００
オームの抵抗８１を用いてコレクター９５からの電流を
測定する。抵抗８１を通過する電流は、加工物支持体３
０に戻る。高帯域の光ファイバーピックアップ８５が注
入制御装置１９５に電流データを伝送する（図１参
照）。この光ファイバー伝送器８５により、変位電流の
誤差を生じさせるストレー容量が防止されて線量測定カ
ップ６０からの信号が引き出される。
【００３６】本発明の１つの使用は、イオン注入される
べき各加工物１４におけるイオン注入の適当な持続時間
を制御する場合である。注入制御装置１９５によって計
算された加工物の線量は、制御装置１９５によって所望
の線量と絶えず比較される。制御装置１９５は、変調器
５０に連結され、また電流モニター１９６に連結されて
いる。
べき各加工物１４におけるイオン注入の適当な持続時間
を制御する場合である。注入制御装置１９５によって計
算された加工物の線量は、制御装置１９５によって所望
の線量と絶えず比較される。制御装置１９５は、変調器
５０に連結され、また電流モニター１９６に連結されて
いる。
【００３７】変調器からの多数のパルス全体を積分する
と、全体の電荷を与え、さらに、開口６２の面積で割り
算すると単位面積当たりの電荷、即ち、線量が与えられ
る。線量が与えられたウエハに対して満足な量になる
と、イオン注入工程は、新しいウエハが処理室内に置か
れるまで停止する。
と、全体の電荷を与え、さらに、開口６２の面積で割り
算すると単位面積当たりの電荷、即ち、線量が与えられ
る。線量が与えられたウエハに対して満足な量になる
と、イオン注入工程は、新しいウエハが処理室内に置か
れるまで停止する。
【００３８】それゆえ、線量測定カップは、このカップ
に入るプラズマイオンをドリフトさせ、誤った読みを生
じさせる、プラズマ進入によるイオン注入において、十
分正確なものではなかった。本発明は、プラズマ進入技
術における線量測定カップを十分活用できることを可能
にする。
に入るプラズマイオンをドリフトさせ、誤った読みを生
じさせる、プラズマ進入によるイオン注入において、十
分正確なものではなかった。本発明は、プラズマ進入技
術における線量測定カップを十分活用できることを可能
にする。
【００３９】本発明は、独自性の程度により記述してき
たが、本発明は、添付の特許請求の範囲またはその技術
的思想に含まれる構成から逸脱しない限り、あらゆる修
正および変更が可能である。
たが、本発明は、添付の特許請求の範囲またはその技術
的思想に含まれる構成から逸脱しない限り、あらゆる修
正および変更が可能である。
【図１】図１(a) は、本発明の好ましい実施の形態に従
って構成されたイオン注入装置の概略図、図１(b) は、
ウエハ支持体の正面図、図１(c) はウエハ支持体の平面
図である。
って構成されたイオン注入装置の概略図、図１(b) は、
ウエハ支持体の正面図、図１(c) はウエハ支持体の平面
図である。
【図２】イオンがウエハ表面に衝突するとき、この表面
に生じるプロセスを概略示す図である。
に生じるプロセスを概略示す図である。
【図３】イオン注入電流を測定するためのファラデーカ
ップの断面図である。
ップの断面図である。
【図４】イオン線量をモニタするために線形配列された
線量測定カップを支持する構造を示す平面図である。
線量測定カップを支持する構造を示す平面図である。
【図５】図４の線５−５に沿って見た図４の断面図であ
る。
る。
１００ イオン注入装置 １２ プラズマ室（処理室） １４ 加工物 ３０ 取付支持体 ４０ エネルギー源 ４２ 内部領域 ５０ 調整器（パルス発生装置） ６０ 線量測定カップ ６３ 電極 ６９ イオン集中表面 １９５ 注入制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ピーター ローレンス ケラーマン アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01929 エセックス ジョン ワイズ ア ベニュー 94 (72)発明者 アレック スチュアート デンホルム アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01773 リンカーン ピー．オー．ボック ス 83 (72)発明者 ジクアン シャオ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02159 ニュートン グレイト メドウ ロード 47
Claims (24)
- 【請求項１】(a) 処理室(12)においてイオンプラズマを
作り出すことによりイオンの集中を生じさせ、(b) 前記
処理室(12)内に加工物(14)を取付け、(c) 前記プラズマ
内のイオンを加工物(14)に向けて加速させるために、電
気パルス(50)を加工物の取付支持体(30)に加え、(d) 線
量測定カップ(60)内の加工物に向けて加速するイオンを
集中し、(e) 前記カップ(60)からのデータに基づいたイ
オン線量データを決定する、各工程を有する、加工物へ
のイオン注入に使用する方法。 - 【請求項２】線量測定カップ(60)のイオン集中表面(69)
を電気的にバイアスする工程をさらに含んでいることを
特徴する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】線量測定カップ(60)のイオン集中表面(69)
を電気的にバイアスする工程は、線量測定カップ(60)の
開口位置に配置された電極(63)を電気的にバイアスする
ステップをさらに含むことを特徴とする請求項２記載の
方法。 - 【請求項４】イオン線量データに基づく注入工程のパラ
メータを制御する工程をさらに含むことを特徴とする請
求項１記載の方法。 - 【請求項５】制御されるパラメータは、加工物(14)の注
入持続時間であることを特徴とする請求項４記載の方
法。 - 【請求項６】制御されるパラメータは、処理室(12)内の
ガス集中率であることを特徴とする請求項４記載の方
法。 - 【請求項７】制御されるパラメータは、処理室(12)内の
エネルギーレベルであることを特徴とする請求項４記載
の方法。 - 【請求項８】イオンを注入表面(14a) に衝突させるため
のイオン注入装置(10)であって、(a) １つまたはそれ以
上の加工物がイオン処理のために挿入される内部領域(4
2)を形成する処理室(12)と、(b) この処理室(12)内にイ
オンプラズマを作り出すためのエネルギー源(40)と、
(c) 前記加工物(14)の注入表面(14a) がイオンプラズマ
内に配置されるように、前記処理室(12)の内部領域(42)
内に前記加工物(14)を位置決めるための支持体(30)と、
(d) 前記加工物の支持体と電気的に接続され、イオンを
前記支持体に引きつけるために電気パルスを加えるため
のパルス発生器(50)と、(e) 前記注入表面(14a) と平行
で、電気的にバイアスされたイオン集中表面(69)を含む
１つまたはそれ以上の線量測定カップ(60)と、(f) この
カップ(60)からの信号をモニターして、前記加工物(14)
のイオン注入を制御するための注入制御装置(195) とを
備えることを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項９】線量測定カップ(60)は、(a) 前記集中表面
から二次電子を、また、前記プラズマから電子を反発さ
せるように負にバイアスされた電極(63)と、(b) プラズ
マイオンを反発させるために正にバイアスされたイオン
集中表面(69)とをさらに有することを特徴とする請求項
８記載のイオン注入装置。 - 【請求項１０】１つまたはそれ以上の線量測定カップ(6
0)は、ほぼ円形の開口(62)を有することを特徴とする請
求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項１１】セクターリング形状を有する開口を備え
る多数の線量測定カップ(60)をさらに含んでいることを
特徴とする請求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項１２】負にバイアスされた電極(63)は、プラズ
マパラメータに基づいた、所定の直径を有する開口を有
することを特徴とする請求項９記載のイオン注入装置。 - 【請求項１３】プラズマのパラメータは、負にバイアス
された電極表面(67)でのプラズマシースの厚さであるこ
とを特徴とする請求項１２記載のイオン注入装置。 - 【請求項１４】負にバイアスされた電極(63)の開口は、
プラズマシースの厚さの２倍よりも小さいことを特徴す
る請求項１２記載のイオン注入装置。 - 【請求項１５】負にバイアスされた電極(63)は、加工物
の支持体(30)に対して約−２００ボルトにバイアスされ
ていることを特徴する請求項９記載のイオン注入装置。 - 【請求項１６】正にバイアスされたイオン集中表面(69)
は、加工物の支持体(30)に対して約＋２０ボルトにバイ
アスされていることを特徴する請求項９記載のイオン注
入装置。 - 【請求項１７】イオンが線量測定カップ(60)に進入可能
となる孔を有する金属スクリーン(90)を更に備えている
ことを特徴とする請求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項１８】前記スクリーンの孔の大きさは、０．０
４ｃｍであり、前記スクリーンの透過率は、１／２であ
ることを特徴とする請求項１７記載のイオン注入装置。 - 【請求項１９】負にバイアスされた電極(63)は、加工物
の支持体(30)に対して約−５０Ｖにバイアスされている
ことを特徴とする請求項１７記載のイオン注入装置。 - 【請求項２０】正にバイアスされたイオン集中表面(69)
は、加工物の支持体(30)に対して約＋１０ボルトにバイ
アスされていることを特徴する請求項１７記載のイオン
注入装置。 - 【請求項２１】注入制御装置(195) によって使用される
線量測定カップ(60)からの信号は、線量測定カップ(60)
の集中表面(69)を通る電流から導かれることを特徴する
請求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項２２】制御されるイオン注入工程のパラメータ
は、加工物(14)の注入持続時間であることを特徴とする
請求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項２３】線量測定カップ(60)は、アースに対する
ストレー容量を除いて変位電流の誤差を解消するために
加工物の支持体(30)に埋設されていることを特徴とする
請求項８記載のイオン注入装置。 - 【請求項２４】線量測定カップ(60)からの信号は、変位
電流の誤差を生じさせるストレー容量を防止するため
に、高帯域光ファイバー伝送器(85)によって引き出され
ることを特徴とする請求項８記載のイオン注入装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/162,096 US6050218A (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Dosimetry cup charge collection in plasma immersion ion implantation |
| US162096 | 1998-09-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000106125A true JP2000106125A (ja) | 2000-04-11 |
| JP2000106125A5 JP2000106125A5 (ja) | 2006-08-10 |
Family
ID=22584153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11260209A Pending JP2000106125A (ja) | 1998-09-28 | 1999-09-14 | イオン注入に使用する方法及びそのためのイオン注入装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
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