JP2008139251A - Ion implantation pattern detecting technique - Google Patents

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Koichi Urabe
功一 占部
Masaaki Yamada
山田　　正明
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation pattern detecting method capable of detecting of ion implantation domains of relatively low concentration. <P>SOLUTION: The ion implantation pattern detecting technique is equipped with a process where, while moving a substrate 13 including an ion implantation domain 14, by irradiating both the laser beam 18 for exciting in the nearly vertical direction and the laser incident beam 22 for detecting in the slant direction together into an inspected domain including the ion implantation domain 14, the thermal wave signal (laser reflecting beam 23 for detecting) is measured of the laser incident beam 22 for detecting irradiated into an irradiation position to record the irradiation position and the thermal wave signal and a process which computes the peak position of the thermal wave signal within the inspected domain, based on a series of the irradiation positions and thermal wave signal recorded. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン注入された領域を検出するイオン注入パターン検出方法に関する。   The present invention relates to an ion implantation pattern detection method for detecting an ion implanted region.

半導体装置の製造において、マスクを用いて基板に回路パターンを露光したり、部分的にイオン注入を行ったりする場合には、基板とマスクとの位置合せが不可欠である。このようなマスクと基板との位置合せを行う一方法として、例えば、カメラと画像処理系とを組み合わせたものがある。位置合せには、基板に形成されたアライメントマーク（基板マーク）が使われる。基板マークとして、基板上に形成されパターニングされた窒化シリコン膜または多結晶シリコン膜等の凹凸部等が使用されることが多い。   In manufacturing a semiconductor device, when a circuit pattern is exposed on a substrate using a mask or ion implantation is partially performed, alignment between the substrate and the mask is indispensable. One method for aligning such a mask and substrate is, for example, a combination of a camera and an image processing system. For alignment, an alignment mark (substrate mark) formed on the substrate is used. As the substrate mark, an uneven portion such as a silicon nitride film or a polycrystalline silicon film formed and patterned on the substrate is often used.

そして、例えば、基板マーク及びマスクの位置合せ用に形成されたアライメントマーク（マスクマーク）からの反射像をカメラでそれぞれ観測し、読み取った画像を画像処理して位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて基板とマスクの各マークが所定の位置関係となるように、基板とマスクとを相対的に移動して位置合せを行う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。   Then, for example, a reflected image from an alignment mark (mask mark) formed for alignment of a substrate mark and a mask is observed with a camera, and the read image is image-processed to detect a positional deviation. A method is disclosed in which alignment is performed by relatively moving the substrate and the mask so that the marks on the substrate and the mask have a predetermined positional relationship based on the above (see, for example, Patent Document 1).

ここで、基板マークは、照明光に対して検出可能であることが必須である。凹凸部等で形成された基板マークの他に、比較的高濃度のイオン注入領域は、照明光に対して検出可能なので、基板マークとして使用できる可能性が高い。しかしながら、基板マーク形成のための高濃度なイオン注入工程が必要となるという問題がある。すなわち、半導体装置製造プロセス開始の早い時点で行われる比較的低濃度（例えば、ドーズ量１Ｅ１３ｃｍ−２以下）なイオン注入を使用した基板マークは、通常の照明では検出できない、あるいは、正確に検出できないという問題がある。
特開２０００−３５６５１１号公報 Here, it is essential that the substrate mark be detectable with respect to illumination light. In addition to the substrate mark formed by the concavo-convex portion or the like, the ion implantation region having a relatively high concentration can be detected with respect to the illumination light, and thus is highly likely to be used as the substrate mark. However, there is a problem that a high concentration ion implantation process for forming a substrate mark is required. That is, a substrate mark using ion implantation with a relatively low concentration (for example, a dose of 1E13 cm −2 or less) performed at an early point of the semiconductor device manufacturing process cannot be detected by normal illumination or cannot be detected accurately. There is a problem.
JP 2000-356511 A

本発明は、比較的低濃度のイオン注入領域を検出可能なイオン注入パターン検出方法を提供する。   The present invention provides an ion implantation pattern detection method capable of detecting a relatively low concentration ion implantation region.

本発明の一態様のイオン注入パターン検出方法は、イオン注入領域を有する基板を移動させながら、前記イオン注入領域を含む検査領域に対して、第１の方向に向けて励起用の第１のレーザ光を、第２の方向に向けて検出用の第２のレーザ光を照射し、前記照射位置に照射される前記第２のレーザ光のサーマルウェーブ信号を測定し、前記照射位置と前記サーマルウェーブ信号とを記録する工程と、記録された一連の前記検査領域内の前記照射位置及び前記サーマルウェーブ信号に基づき、前記検査領域内での前記サーマルウェーブ信号のピーク位置を算出する工程とを備えていることを特徴とする。   In the ion implantation pattern detection method of one embodiment of the present invention, the first laser for excitation is directed toward the first direction with respect to the inspection region including the ion implantation region while moving the substrate having the ion implantation region. The second laser beam for detection is irradiated with light directed in the second direction, a thermal wave signal of the second laser beam irradiated to the irradiation position is measured, and the irradiation position and the thermal wave are measured. And a step of calculating a peak position of the thermal wave signal in the inspection area based on the irradiation position and the thermal wave signal in the series of recorded inspection areas. It is characterized by being.

また、本発明の別態様のイオン注入パターン検出方法は、イオン注入領域を有する基板を移動させながら、前記イオン注入領域を含む検査領域に対して、第１の方向に向けて励起用の第１のレーザ光を、第２の方向に向けて検出用の第２のレーザ光を照射し、前記照射位置に照射される前記第２のレーザ光のサーマルウェーブ信号を測定し、前記照射位置と前記サーマルウェーブ信号とを記録する工程と、記録された一連の前記検査領域内の前記照射位置及び前記サーマルウェーブ信号に基づき、前記検査領域内での前記サーマルウェーブ信号が、ピーク値の両側で所定のサーマルウェーブ信号値となる点を前記イオン注入領域の幅の両端として算出する工程とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an ion implantation pattern detection method in which a first substrate for excitation is directed toward a first direction with respect to an inspection region including the ion implantation region while moving a substrate having the ion implantation region. The second laser beam for detection is directed toward the second direction, a thermal wave signal of the second laser beam irradiated to the irradiation position is measured, and the irradiation position and the Recording a thermal wave signal, and based on the irradiation position and the thermal wave signal in the series of recorded inspection areas, the thermal wave signal in the inspection area is predetermined on both sides of a peak value. And calculating a point that becomes a thermal wave signal value as both ends of the width of the ion implantation region.

本発明によれば、比較的低濃度のイオン注入領域を検出可能なイオン注入パターン検出方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an ion implantation pattern detection method capable of detecting a relatively low concentration ion implantation region.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure shown below, the same code | symbol is attached | subjected to the same component.

本発明の実施例１に係るイオン注入パターン検出方法について、図１乃至図３を参照しながら説明する。   An ion implantation pattern detection method according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１はイオン注入パターン検出のためのイオン注入領域検出装置の構成を模式的に示す図である。図２はイオン注入パターンを有する基板と励起及び検出レーザ光との関係を模式的に示す図である。図３は検出されたサーマルウェーブ信号とイオン注入パターンのピーク位置との関係を模式的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an ion implantation region detection apparatus for detecting an ion implantation pattern. FIG. 2 is a diagram schematically showing the relationship between a substrate having an ion implantation pattern and excitation and detection laser light. FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the detected thermal wave signal and the peak position of the ion implantation pattern.

まず、図１に示すように、イオン注入パターンであるイオン注入領域を検出のためのイオン注入領域検出装置１は、基板１３を支持する支持台１１、基板１３の被検査部を励起するための第１のレーザ光となる励起用レーザ光源１７、励起された領域を検出するための第２のレーザ光となる検出用レーザ光源２１、及び、基板１３の被検査部から反射された信号（反射光）を受けるフォトディテクタ２５を有する測定部１０を備え、更に、測定部１０の制御及び測定部１０で得られたデータの収納・解析等を行う制御・データ処理部３１を備えている。制御・データ処理部３１は、図示されてないＣＰＵ部、記憶部、入出力部等を有している。測定部１０は、例えば、図示されてないＯｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアラインメント装置の一部として配設されている。制御・データ処理部３１はアラインメント装置の制御・データ処理部の一部として共有されてもよい。   First, as shown in FIG. 1, an ion implantation region detection apparatus 1 for detecting an ion implantation region which is an ion implantation pattern is used to excite a support base 11 that supports a substrate 13 and a portion to be inspected of the substrate 13. The excitation laser light source 17 serving as the first laser light, the detection laser light source 21 serving as the second laser light for detecting the excited region, and the signal (reflection) reflected from the inspected portion of the substrate 13 And a control / data processing unit 31 for controlling the measurement unit 10 and storing / analyzing data obtained by the measurement unit 10. The control / data processing unit 31 includes a CPU unit, a storage unit, an input / output unit, and the like not shown. The measurement unit 10 is disposed as a part of an off-axis type alignment device (not shown), for example. The control / data processing unit 31 may be shared as part of the control / data processing unit of the alignment apparatus.

基板１３は、シリコン等の半導体基板である。基板１３の表面には、低濃度（例えば、ドーズ量１Ｅ１３ｃｍ−２以下）にイオン注入された位置合わせ用のマークとなるイオン注入領域（後述の１４）が、例えば、半導体基板の半導体素子等の形成領域を外して形成されている。 The substrate 13 is a semiconductor substrate such as silicon. On the surface of the substrate 13, an ion implantation region (14 described later) serving as an alignment mark ion-implanted at a low concentration (for example, a dose of 1E13 cm −2 or less) is formed on, for example, a semiconductor element of a semiconductor substrate. It is formed by removing the formation region.

基板１３が固定される支持台１１は、ＸＹ（平面）方向及びＺ（高さ）方向への移動とそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転等により、基板１３の位置調整を行うことが可能である。   The support base 11 to which the substrate 13 is fixed adjusts the position of the substrate 13 by moving in the XY (plane) direction and Z (height) direction and rotating around the X, Y, and Z axes, respectively. It is possible.

励起用レーザ光源１７は、例えば、Ａｒレーザ（波長４８８ｎｍ）である。励起用レーザ光１８は、変調されて、図示を省略した光学素子等を通過して、基板１３の表面にほぼ垂直方向から照射され、例えば、直径１〜数μｍの焦点を結ぶ。   The excitation laser light source 17 is, for example, an Ar laser (wavelength 488 nm). The excitation laser beam 18 is modulated, passes through an optical element (not shown), etc., and is irradiated on the surface of the substrate 13 from a substantially vertical direction, and forms a focal point having a diameter of 1 to several μm, for example.

検出用レーザ光源２１は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長６３３ｎｍ）である。検出用レーザ入射光２２は、図示を省略した光学素子等を通過して、基板１３表面の励起用レーザ光１８が照射されている位置に重なるように、斜め上方から照射される。   The detection laser light source 21 is, for example, a He—Ne laser (wavelength 633 nm). The detection laser incident light 22 passes through an optical element (not shown) and is irradiated obliquely from above so as to overlap the position on the surface of the substrate 13 where the excitation laser light 18 is irradiated.

フォトディテクタ２５は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光に十分な感度を有する、例えば、ＣＣＤ等を有している。励起用レーザ入射光２２が照射された基板１３の表面で反射された検出用レーザ反射光２３が、図示を省略した光学素子等を通過して、フォトディテクタ２５に入射される。   The photodetector 25 has, for example, a CCD having sufficient sensitivity to He—Ne laser light. The detection laser reflected light 23 reflected by the surface of the substrate 13 irradiated with the excitation laser incident light 22 passes through an optical element (not shown) and enters the photodetector 25.

以上の構成により、励起用レーザ光１８と検出用レーザ入射光２２とは、入射方向が違うものの、基板１３の表面において、励起用レーザ光１８の照射領域からはみ出さないように検出用レーザ入射光２２が重ねて当てられる。いわゆるサーマルウェーブ法を適用した方法である。励起用レーザ光１８は、例えば、照射領域が直径約１μｍに絞られ、１ＭＨｚに変調されて、基板１３に照射される。励起用レーザ光１８を吸収して、基板１３内部にサーマルウェーブ（熱波）とプラズマウェーブ（プラズマ波）が発生し、基板１３の表面下の結晶構造に依存して、基板１３の表面の様子が変化する。なお、要求される精度等により、照射領域直径及び変調周波数等は変更可能である。   With the above configuration, the excitation laser light 18 and the detection laser incident light 22 have different incident directions, but the detection laser is incident on the surface of the substrate 13 so as not to protrude from the irradiation region of the excitation laser light 18. Light 22 is applied in layers. This is a method using a so-called thermal wave method. For example, the excitation laser beam 18 is irradiated to the substrate 13 after the irradiation region is narrowed to a diameter of about 1 μm, modulated to 1 MHz. The excitation laser beam 18 is absorbed, and a thermal wave (plasma wave) and a plasma wave (plasma wave) are generated inside the substrate 13. The state of the surface of the substrate 13 depends on the crystal structure below the surface of the substrate 13. Changes. Note that the irradiation area diameter, modulation frequency, and the like can be changed depending on the required accuracy.

この基板１３の表面に、検出用レーザ入射光２２を照射し、その反射である検出用レーザ反射光２３をフォトディテクタ２５により検出することにより、イオン注入により発生する結晶欠陥等の度合いに関連する量を検出可能となる。サーマルウェーブ及びプラズマウェーブは、基板１３の表面部分の結晶欠陥等の欠陥の存在に対して、非常に敏感な反射信号として表れ、ドーズ量１Ｅ１０ｃｍ−２〜１Ｅ１２ｃｍ−２程度で発生する欠陥を検出可能である。なお、励起用レーザ光１８と検出用レーザ入射光２２とは各々の光軸が一致して、基板１３の表面に対してほぼ垂直方向から照射されても差し支えない。 By irradiating the surface of the substrate 13 with the detection laser incident light 22 and detecting the reflected laser light 23 for detection with the photodetector 25, the amount related to the degree of crystal defects or the like generated by ion implantation. Can be detected. Thermal waves and plasma waves appear as highly sensitive reflection signals with respect to the presence of defects such as crystal defects on the surface portion of the substrate 13, and can detect defects occurring at a dose of about 1E10 cm −2 to 1E12 cm −2. It is. It should be noted that the excitation laser light 18 and the detection laser incident light 22 may be irradiated from substantially the vertical direction with respect to the surface of the substrate 13 with their optical axes aligned.

次に、イオン注入領域の検出について説明する。基板１３は、例えば、半導体装置製造プロセス開始の早い時点で、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）のウェルが形成される。この時に、図２に示すように、同時に、低濃度にイオン注入された位置合わせ用のイオン注入領域１４が形成される。   Next, detection of the ion implantation region will be described. On the substrate 13, for example, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) well is formed at an early stage of the semiconductor device manufacturing process. At this time, as shown in FIG. 2, an ion implantation region 14 for alignment ion-implanted at a low concentration is formed at the same time.

図２（ａ）に示すように、イオン注入領域１４の図面右側に外れた位置に励起用レーザ光１８及び検出用レーザ入射光２２が照射され、検出用レーザ反射光２３が反射され、フォトディテクタ２５で測定される。基板１３を図面右側（Ｘ方向とする）に１ステップずつ移動（位置は−Ｘ方向に移動）させる。１ステップの移動は、基板１３表面の励起用レーザ光１８等の照射位置が十分重なる程度の間隔（例えば、約０．０２〜０．１μｍ）となるように設定される。なお、基板１３を連続的に移動しながら測定を行う連続スキャン等のモードを使用することが可能である。   As shown in FIG. 2A, the excitation laser light 18 and the detection laser incident light 22 are irradiated to a position off the right side of the ion implantation region 14 in the drawing, the detection laser reflected light 23 is reflected, and the photodetector 25 is reflected. Measured in The substrate 13 is moved to the right side of the drawing (X direction) step by step (position is moved in the -X direction). The one-step movement is set so that the irradiation positions of the excitation laser beam 18 and the like on the surface of the substrate 13 are sufficiently spaced (for example, about 0.02 to 0.1 μm). Note that it is possible to use a mode such as continuous scanning in which measurement is performed while the substrate 13 is continuously moved.

基板１３は、被測定領域をカバーするように移動されて、図２（ｂ）に示すように、励起用レーザ光１８等は、イオン注入領域１４の図面左側に外れた位置に来る。図２（ａ）から図２（ｂ）に基板１３が移動される間に、イオン注入領域１４を含む表面からのデータがフォトディテクタ２５で測定される。この測定される検出用レーザ反射光２３からなるサーマルウェーブ信号データは、Ｘ方向の位置と共に、制御・データ処理部３１に記録される。   The substrate 13 is moved so as to cover the region to be measured, and the excitation laser beam 18 and the like come to a position off the left side of the ion implantation region 14 as shown in FIG. While the substrate 13 is moved from FIG. 2A to FIG. 2B, data from the surface including the ion implantation region 14 is measured by the photodetector 25. The measured thermal wave signal data composed of the reflected laser beam 23 for detection is recorded in the control / data processing unit 31 together with the position in the X direction.

次に、イオン注入領域１４のピーク位置、すなわち、基板マーク位置の求め方について説明する。図３に示すように、Ｘ方向の位置を横軸に取り、検出用レーザ反射光２３の強度を縦軸に取って、記録された検出用レーザ反射光２３のサーマルウェーブ信号、すなわち、結晶欠陥の度合いに関する量が示される。隣接のサーマルウェーブ信号は滑らかな曲線で接続されて、サーマルウェーブ信号曲線となる。サーマルウェーブ信号は、極大値（ピーク値）を有する形状をなす。サーマルウェーブ信号曲線のピーク値は、必ずしも、求めるイオン注入領域のピーク位置に一致するとは限らない。そこで、サーマルウェーブ信号曲線で示される分布の中心位置は、サーマルウェーブ信号曲線の半値幅の中点と仮定して算出する。サーマルウェーブ信号曲線の半値幅の中点、すなわち、ピーク値の半分となるサーマルウェーブ信号が、サーマルウェーブ信号曲線と交わる両端の中点として求められる。この求められた分布のほぼ中心位置となる中点を基板マーク位置１５とする。   Next, how to obtain the peak position of the ion implantation region 14, that is, the substrate mark position will be described. As shown in FIG. 3, the horizontal axis represents the position in the X direction, and the vertical axis represents the intensity of the reflected laser beam 23 for detection. The recorded thermal wave signal of the reflected laser beam 23 for detection, that is, a crystal defect An amount related to the degree of the is indicated. Adjacent thermal wave signals are connected by a smooth curve to form a thermal wave signal curve. The thermal wave signal has a shape having a maximum value (peak value). The peak value of the thermal wave signal curve does not necessarily coincide with the peak position of the ion implantation region to be obtained. Therefore, the center position of the distribution indicated by the thermal wave signal curve is calculated assuming the midpoint of the half width of the thermal wave signal curve. The midpoint of the half width of the thermal wave signal curve, that is, the thermal wave signal that is half of the peak value is obtained as the midpoint of both ends that intersect the thermal wave signal curve. A midpoint which is substantially the center position of the obtained distribution is set as a substrate mark position 15.

なお、図３のサーマルウェーブ信号曲線の上側に、イオン注入された不純物の濃度分布を示す。濃度分布は、例えば、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）等の不純物分析により求めることができ、所定の濃度を示す等濃度線で囲まれた境界線内の領域が、より濃度の高いイオン注入領域１４ということになる。イオン注入領域１４の分布のほぼ中心に、基板マーク位置１５が設定できている。   Note that the concentration distribution of the ion-implanted impurities is shown on the upper side of the thermal wave signal curve in FIG. The concentration distribution can be obtained, for example, by impurity analysis such as SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), and the region within the boundary line surrounded by the isoconcentration line indicating a predetermined concentration is a higher concentration ion implantation region 14. It turns out that. A substrate mark position 15 can be set substantially at the center of the distribution of the ion implantation region 14.

ここで、基板マーク位置１５は、半値幅の中点の他に、閾値となるサーマルウェーブ信号を予め設定しておいて、その線がサーマルウェーブ信号曲線と交わる両端の中点として算出することも可能である。また、符号（＋／−）がそれぞれ異なるサーマルウェーブ信号曲線が最も急峻に変化する２つの位置を結ぶ線分の中点として算出する方法で求めることも可能である。また、サーマルウェーブ信号曲線が滑らかな曲線にならない場合、ノイズの平滑化処理等を、適宜、適用してもよい。   Here, the substrate mark position 15 may be calculated as a midpoint of both ends where the line intersects the thermal wave signal curve by setting a thermal wave signal as a threshold in advance in addition to the midpoint of the half-value width. Is possible. Further, it is also possible to obtain the thermal wave signal curve having different signs (+/−) by a method of calculating as a midpoint of a line segment connecting two positions where the curve changes most steeply. Moreover, when the thermal wave signal curve does not become a smooth curve, noise smoothing processing or the like may be applied as appropriate.

上述したように、低濃度にイオン注入されたイオン注入領域１４を有する基板１３のイオン注入領域１４を含む検査領域に励起用レーザ光１８を照射し、励起用レーザ光１８の照射部と同一の位置に照射される検出用レーザ入射光２２を、基板１３表面で反射させて、検出用レーザ反射光２３としてフォトディテクタ２５で測定し、基板１３を一定方向に一定間隔で移動させながら、同様な測定行って位置とサーマルウェーブ信号データを取得し、測定データのサーマルウェーブ信号曲線からピーク位置を算出し、イオン注入領域１４の位置とすることができる。すなわち、低濃度にイオン注入された位置合わせ用のイオン注入領域１４は、サーマルウェーブ法により検出されて、ピーク位置が算出されて、基板マークとして使用することが可能となる。   As described above, the excitation laser beam 18 is irradiated to the inspection region including the ion implantation region 14 of the substrate 13 having the ion implantation region 14 implanted with a low concentration, and is the same as the irradiation portion of the excitation laser beam 18. The detection laser incident light 22 irradiated to the position is reflected by the surface of the substrate 13 and measured by the photodetector 25 as the detection laser reflected light 23, and the substrate 13 is moved in a constant direction at a constant interval, and the same measurement is performed. The position and the thermal wave signal data are obtained, the peak position is calculated from the thermal wave signal curve of the measurement data, and the position of the ion implantation region 14 can be obtained. That is, the ion implantation region 14 for alignment ion-implanted at a low concentration is detected by the thermal wave method, the peak position is calculated, and can be used as a substrate mark.

また、この低濃度にイオン注入されたイオン注入領域１４をアラインメント用の基板マークとする方法は、例えば、検出され易いように、高いドーズ量のイオン注入領域を別に形成することを必要としない。つまり、通常の半導体装置製造プロセスにおいて、基板マーク形成工程を別に設ける必要がなく、工程短縮が可能となる。   In addition, the method of using the ion implantation region 14 ion-implanted at a low concentration as a substrate mark for alignment does not require, for example, separately forming a high dose ion implantation region so as to be easily detected. That is, in a normal semiconductor device manufacturing process, it is not necessary to provide a separate substrate mark forming process, and the process can be shortened.

本発明の実施例２に係るイオン注入パターン検出方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は検出されたイオン注入パターン同士の位置関係を評価することを説明するための模式的な図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はサーマルウェーブ信号分布図である。図５は検出されたサーマルウェーブ信号とイオン注入パターン領域幅との関係を模式的に示す図である。実施例１とは、イオン注入パターン検出がアラインメント用の基板マーク以外に適用される例である点が異なる。以下、実施例１と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。   An ion implantation pattern detection method according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining the evaluation of the positional relationship between detected ion implantation patterns. FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a thermal wave signal distribution diagram. . FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the detected thermal wave signal and the ion implantation pattern region width. The first embodiment is different from the first embodiment in that the ion implantation pattern detection is applied to a substrate mark other than the alignment substrate mark. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different components will be described.

まず、実施例１で示したイオン注入領域１４に対して、位置合わせされた別のイオン注入領域を形成して、イオン注入領域１４と別のイオン注入領域との距離、及び、別のイオン注入領域間の距離を求める例を説明する。   First, another aligned ion implantation region is formed with respect to the ion implantation region 14 shown in the first embodiment, the distance between the ion implantation region 14 and another ion implantation region, and another ion implantation. An example of obtaining the distance between regions will be described.

図４（ａ）に示すように、基板マークとなるイオン注入領域１４を基準に、基板１３上に、低濃度な矩形のイオン注入領域４４、５４が形成されている。イオン注入は、例えば、イオン注入領域１４の基板マーク位置１５に位置合わせされたステンシルマスクを介して行われる。   As shown in FIG. 4A, low-concentration rectangular ion implantation regions 44 and 54 are formed on the substrate 13 with reference to the ion implantation region 14 to be a substrate mark. The ion implantation is performed, for example, through a stencil mask aligned with the substrate mark position 15 in the ion implantation region 14.

図４（ｂ）に示すように、イオン注入領域４４は、実施例１と同様な方法で、励起用レーザ光１８等が照射されて、測定され、イオン注入領域４４のピーク位置（１点鎖線）が検出される。その結果、例えば、イオン注入領域１４とイオン注入領域４４との間隔は、距離Ｌａと算出される。また、同様に、イオン注入領域５４のピーク位置（１点鎖線）も検出され、イオン注入領域１４とイオン注入領域５４との間隔は、距離Ｌｂと算出される。なお、イオン注入領域４４、５４が同時にステンシルマスクを介して行われる場合、イオン注入領域４４、５４は一定の間隔を有しているので、イオン注入領域４４、５４の一方を測定し、他の間隔を類推することは可能である。そして、イオン注入領域４４、５４の位置を精度良く求める場合、イオン注入領域５４のイオン注入領域１４とは反対側に基板マークとなるイオン注入領域１４ａを設けておき、イオン注入領域１４、１４ａとイオン注入領域４４、５４との間のそれぞれの距離を測定し、ステンシルマスク製造誤差及び支持台１１の移動誤差等をキャンセルする方法が有用である。   As shown in FIG. 4B, the ion implantation region 44 is measured by irradiating the excitation laser beam 18 and the like in the same manner as in the first embodiment, and the peak position (one-dot chain line) of the ion implantation region 44 is measured. ) Is detected. As a result, for example, the distance between the ion implantation region 14 and the ion implantation region 44 is calculated as the distance La. Similarly, the peak position (one-dot chain line) of the ion implantation region 54 is also detected, and the distance between the ion implantation region 14 and the ion implantation region 54 is calculated as a distance Lb. When the ion implantation regions 44 and 54 are simultaneously performed through the stencil mask, since the ion implantation regions 44 and 54 have a constant interval, one of the ion implantation regions 44 and 54 is measured, and the other It is possible to analogize the interval. When the positions of the ion implantation regions 44 and 54 are accurately obtained, an ion implantation region 14a serving as a substrate mark is provided on the opposite side of the ion implantation region 54 from the ion implantation region 14, and the ion implantation regions 14 and 14a It is useful to measure each distance between the ion implantation regions 44 and 54 and cancel a stencil mask manufacturing error, a support table 11 movement error, and the like.

また、イオン注入領域４４、５４が、それぞれ、別工程としてイオン注入され、しかも、イオン注入領域４４とイオン注入領域５４との間の距離のみが必要な場合、イオン注入領域４４とイオン注入領域５４を両端に含む領域は、実施例１と同様な方法で、励起用レーザ光１８等が照射されて、測定され、イオン注入領域４４、５４のピーク位置が、それぞれ、検出される。その結果、例えば、イオン注入領域４４とイオン注入領域５４との間隔は、距離Ｌｃと算出される。   Further, when the ion implantation regions 44 and 54 are respectively ion-implanted as separate processes, and only the distance between the ion implantation region 44 and the ion implantation region 54 is necessary, the ion implantation region 44 and the ion implantation region 54 are used. In the same manner as in the first embodiment, the region including the two at both ends is irradiated with the excitation laser beam 18 or the like and measured, and the peak positions of the ion implantation regions 44 and 54 are detected. As a result, for example, the distance between the ion implantation region 44 and the ion implantation region 54 is calculated as a distance Lc.

上述したように、実施例１と同様な方法を適用することによって、低濃度なイオン注入領域４４、５４の、それぞれの位置を算出でき、これらの位置から、イオン注入領域１４、４４、５４のそれぞれの間隔、すなわち距離、を求めることが可能となる。そして、求めた距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが許容範囲内にあるかどうかを、予め設定された基準値と比較することにより検証できる。その結果、基板１３のイオン注入領域４４、５４の位置に基づく良否判定、あるいは、アラインメント装置へのフィードバック等を、低濃度なイオン注入が終わった段階で行うことが可能となり、その後の工程に対して、無駄を少なくすることが可能となる。つまり、不良品の早い段階での排除や装置の早い段階での修正が可能となる
次に、低濃度なイオン注入領域６４の幅、すなわち、広がり寸法を、イオン注入パターン検出方法により算出する例を説明する。基板１３にイオン注入を行うと、イオン注入された元素が一定濃度存在する領域と実質的に存在しない領域との間に、連続的な濃度分布を有する領域が存在する。 As described above, by applying the same method as in the first embodiment, the positions of the low-concentration ion implantation regions 44 and 54 can be calculated, and from these positions, the ion implantation regions 14, 44 and 54 can be calculated. Each interval, that is, a distance can be obtained. Then, whether or not the obtained distances La, Lb, and Lc are within the allowable range can be verified by comparing with a preset reference value. As a result, it is possible to perform pass / fail judgment based on the positions of the ion implantation regions 44 and 54 of the substrate 13 or feedback to the alignment device at the stage where the low concentration ion implantation is completed. Thus, waste can be reduced. In other words, defective products can be eliminated at an early stage and the apparatus can be corrected at an early stage. Next, an example in which the width of the low concentration ion implantation region 64, that is, the spread dimension is calculated by the ion implantation pattern detection method. Will be explained. When ion implantation is performed on the substrate 13, there is a region having a continuous concentration distribution between a region where the ion-implanted element is present at a constant concentration and a region where the element is not substantially present.

図５に示すように、イオン注入領域６４は、予め決められた濃度を結んでできる境界線より高い濃度領域を示している。境界となる濃度をより低濃度に設定すれば、より広いイオン注入領域を検出することが可能である。濃度分布の中心（基板マーク位置等のピーク位置）は、濃度の境界線の設定に依存することは少なく、ほぼ一義的に決められるが、濃度の境界線は、設定に基づいてある範囲内で規定されることになる。   As shown in FIG. 5, the ion implantation region 64 indicates a concentration region higher than a boundary line formed by connecting a predetermined concentration. If the concentration serving as the boundary is set to a lower concentration, a wider ion implantation region can be detected. The center of the density distribution (peak position such as the substrate mark position) hardly depends on the setting of the density boundary line and is determined almost uniquely, but the density boundary line is within a certain range based on the setting. It will be specified.

サーマルウェーブ信号曲線は、結晶欠陥等の度合いに関係する量を示しており、イオン注入された不純物元素が多いほど、結晶欠陥等の頻度が高くなり、サーマルウェーブ信号は強くなる関係にある。つまり、不純物種、ドーズ量、注入エネルギー等が同じ条件において、イオン注入された不純物元素の濃度と、サーマルウェーブ信号は相関関係がある。具体的には、不純物の濃度を例えばＳＩＭＳ等で測定して、不純物の濃度分布を求めておき、一方、一定の条件に基づくサーマルウェーブ信号を測定、曲線を算出し、両者をつき合わせて、サーマルウェーブ信号曲線から所望の濃度を境界とするイオン注入領域の幅を決めることは可能である。   The thermal wave signal curve shows the amount related to the degree of crystal defects and the like, and the more ion elements are implanted, the higher the frequency of crystal defects and the stronger the thermal wave signal. That is, the concentration of the impurity element ion-implanted and the thermal wave signal have a correlation under the same conditions for the impurity species, the dose, the implantation energy, and the like. Specifically, the impurity concentration is measured by, for example, SIMS, and the impurity concentration distribution is obtained. On the other hand, a thermal wave signal based on a certain condition is measured, a curve is calculated, and both are added together. It is possible to determine the width of the ion implantation region having a desired concentration as a boundary from the thermal wave signal curve.

図５に示すように、まず、基準となるイオン注入領域６４に相当する濃度を境界としてイオン注入領域幅Ｗを求めたい場合、サーマルウェーブ信号曲線のピーク値に対する相対的な強度値（検出強度値）、例えば、相対強度がピーク値に対して約６５％下がった値、を設定する。次に、求めようとする別のイオン注入領域のサーマルウェーブ信号曲線を実施例１で述べた方法で求めて、サーマルウェーブ信号曲線がこの検出強度値と交わる両端を境界として、イオン注入領域幅Ｗとすればよい。   As shown in FIG. 5, first, when it is desired to obtain the ion implantation region width W with the concentration corresponding to the reference ion implantation region 64 as a boundary, the relative intensity value (detection intensity value) with respect to the peak value of the thermal wave signal curve. ), For example, a value in which the relative intensity is reduced by about 65% with respect to the peak value is set. Next, a thermal wave signal curve of another ion implantation region to be obtained is obtained by the method described in the first embodiment, and the ion implantation region width W is defined with both ends where the thermal wave signal curve intersects the detected intensity value as a boundary. And it is sufficient.

検出強度値は、半導体装置の特性に及ぼす影響により、濃度の低めな境界を検出して判断する必要がある場合、逆に、濃度の高めな境界を検出して判断する必要がある場合があり、それぞれの場合に即して運用することが可能である。   The detection intensity value may need to be determined by detecting a boundary with a lower concentration due to the influence on the characteristics of the semiconductor device, or conversely, it may be necessary to determine by detecting a boundary with a higher concentration. It is possible to operate according to each case.

上述したように、基準となるイオン注入領域のイオン注入領域幅を検出するための検出強度値を予め求めて、その検出強度値を別のサーマルウェーブ信号曲線に適用することにより、同条件で形成した任意のイオン注入領域幅を求めることが可能となる。その結果、任意のイオン注入領域のイオン注入領域幅に基づく良否判定が可能となる。従来、例えば、基板１３表面をエッチングして、段差を形成して、段差の間隔を測定して、イオン注入領域幅を求めた検査に比較して、本実施例のイオン注入領域幅検出方法を用いた工程は、簡便となり、工程の短縮も可能となる。   As described above, the detection intensity value for detecting the ion implantation area width of the reference ion implantation area is obtained in advance, and the detection intensity value is applied to another thermal wave signal curve to form the same condition. It is possible to obtain the arbitrary ion implantation region width. As a result, quality determination based on the ion implantation region width of an arbitrary ion implantation region is possible. Conventionally, for example, the ion implantation region width detection method according to the present embodiment is compared with the inspection in which the surface of the substrate 13 is etched to form a step, the interval between the steps is measured, and the width of the ion implantation region is obtained. The used process becomes simple and the process can be shortened.

以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。   As mentioned above, this invention is not limited to the said Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change and implement variously.

例えば、実施例では、イオン注入領域は重ならない例を示したが、イオン注入領域が一部重なる、あるいは、同じ領域に複数回のイオン注入を行っても検出可能である。イオン注入による結晶欠陥等の度合いに関する量に変化が現れるので、測定されるサーマルウェーブ信号に変化が現れて、例えば、相対的な比較は可能となる。   For example, in the embodiment, an example in which the ion implantation regions do not overlap has been shown, but detection is possible even when the ion implantation regions partially overlap or when the same region is subjected to multiple ion implantations. Since a change appears in the quantity related to the degree of crystal defects and the like due to ion implantation, a change appears in the measured thermal wave signal, and for example, a relative comparison becomes possible.

また、実施例では、基板上のイオン注入領域において、サーマルウェーブ信号曲線のピーク位置は存在するものとして説明してきたが、サーマルウェーブ信号曲線が検出されず、従ってピーク位置が存在しないというデータが得られるときは、イオン注入領域は、少なくとも測定領域に存在しないので、基板マーク、イオン注入の合わせ基準、または、その他のイオン注入領域等が存在しない不良基板であると判断することが可能である。   In the embodiment, it has been described that the peak position of the thermal wave signal curve exists in the ion implantation region on the substrate. However, data indicating that the thermal wave signal curve is not detected and therefore no peak position is obtained. In such a case, since the ion implantation region does not exist at least in the measurement region, it is possible to determine that the substrate is not a defective substrate having no substrate mark, an ion implantation alignment standard, or other ion implantation regions.

本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。
（付記１） イオン注入領域を有する基板を移動させながら、前記イオン注入領域を含む検査領域に対して、第１の方向に向けて励起用の第１のレーザ光を、第２の方向に向けて検出用の第２のレーザ光を照射し、前記照射位置に照射される前記第２のレーザ光のサーマルウェーブ信号を測定し、前記照射位置と前記サーマルウェーブ信号とを記録する工程と、記録された一連の前記検査領域内の前記照射位置及び前記サーマルウェーブ信号に基づき、前記検査領域内での前記サーマルウェーブ信号のピーク位置を算出する工程とを備えているイオン注入パターン検出方法。 The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Supplementary Note 1) While moving the substrate having the ion implantation region, the first laser beam for excitation is directed in the second direction toward the first direction with respect to the inspection region including the ion implantation region. Irradiating a second laser beam for detection, measuring a thermal wave signal of the second laser beam irradiated to the irradiation position, and recording the irradiation position and the thermal wave signal; And a step of calculating a peak position of the thermal wave signal in the inspection area based on the irradiation position and the thermal wave signal in the series of the inspection areas.

（付記２） 前記サーマルウェーブ信号は、平滑化処理により滑らかな曲線とされる付記１に記載のイオン注入パターン検出方法。 (Additional remark 2) The said thermal wave signal is an ion implantation pattern detection method of Additional remark 1 made into a smooth curve by smoothing process.

（付記３） 前記サーマルウェーブ信号が最も急峻に変化する位置を前記イオン注入パターンの境界とする付記１に記載のイオン注入パターン検出方法。 (Additional remark 3) The ion implantation pattern detection method of Additional remark 1 which makes the boundary of the said ion implantation pattern the position where the said thermal wave signal changes most steeply.

（付記４） 前記サーマルウェーブ信号のピーク位置のサーマルウェーブ信号を予め設定した基準値と比較する付記１に記載のイオン注入パターン検出方法。 (Additional remark 4) The ion implantation pattern detection method of Additional remark 1 which compares the thermal wave signal of the peak position of the said thermal wave signal with the preset reference value.

本発明の実施例１に係るイオン注入パターン検出のためのイオン注入領域検出装置の構成を模式的に示す図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows typically the structure of the ion implantation area | region detection apparatus for the ion implantation pattern detection which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るイオン注入パターンを有する基板と励起及び検出レーザ光との関係を模式的に示す図。The figure which shows typically the relationship between the board | substrate which has an ion implantation pattern concerning Example 1 of this invention, and excitation and a detection laser beam. 本発明の実施例１に係る検出されたサーマルウェーブ信号とイオン注入パターンのピーク位置との関係を模式的に示す図。The figure which shows typically the relationship between the detected thermal wave signal which concerns on Example 1 of this invention, and the peak position of an ion implantation pattern. 本発明の実施例２に係る検出されたイオン注入パターン同士の位置関係を評価することを説明するための模式的な図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はサーマルウェーブ信号分布図。4A and 4B are schematic diagrams for explaining the evaluation of the positional relationship between detected ion implantation patterns according to Example 2 of the present invention, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a thermal wave. Signal distribution diagram. 本発明の実施例２に係る検出されたサーマルウェーブ信号とイオン注入パターン領域幅との関係を模式的に示す図。The figure which shows typically the relationship between the detected thermal wave signal which concerns on Example 2 of this invention, and an ion implantation pattern area | region width | variety.

符号の説明Explanation of symbols

１ イオン注入領域検出装置
１０ 測定部
１１ 支持台
１３ 基板
１４、１４ａ、４４、５４、６４ イオン注入領域
１５ 基板マーク位置
１７ 励起用レーザ光源
１８ 励起用レーザ光
２１ 検出用レーザ光源
２２ 検出用レーザ入射光
２３ 検出用レーザ反射光
２５ フォトディテクタ
３０ データ処理部
３１ 制御・データ処理部
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ 距離
Ｗ イオン注入領域幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion implantation area | region detection apparatus 10 Measurement part 11 Support stand 13 Substrate 14,14a, 44,54,64 Ion implantation area | region 15 Substrate mark position 17 Excitation laser light source 18 Excitation laser light 21 Detection laser light source 22 Detection laser incidence Light 23 Detected laser reflected light 25 Photo detector 30 Data processing unit 31 Control / data processing unit La, Lb, Lc Distance W Ion implantation region width

Claims (5)

イオン注入領域を有する基板を移動させながら、前記イオン注入領域を含む検査領域に対して、第１の方向に向けて励起用の第１のレーザ光を、第２の方向に向けて検出用の第２のレーザ光を照射し、前記照射位置に照射される前記第２のレーザ光のサーマルウェーブ信号を測定し、前記照射位置と前記サーマルウェーブ信号とを記録する工程と、
記録された一連の前記検査領域内の前記照射位置及び前記サーマルウェーブ信号に基づき、前記検査領域内での前記サーマルウェーブ信号のピーク位置を算出する工程と、
を備えていることを特徴とするイオン注入パターン検出方法。 While moving the substrate having the ion implantation region, the first laser beam for excitation is directed toward the first direction and the detection laser beam is directed toward the second direction with respect to the inspection region including the ion implantation region. Irradiating a second laser beam, measuring a thermal wave signal of the second laser beam irradiated to the irradiation position, and recording the irradiation position and the thermal wave signal;
Calculating a peak position of the thermal wave signal in the inspection area based on the irradiation position and the thermal wave signal in the series of recorded inspection areas;
An ion implantation pattern detection method comprising: 前記ピーク位置は、前記サーマルウェーブ信号の半値幅の中心であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入パターン検出方法。   The ion implantation pattern detection method according to claim 1, wherein the peak position is a center of a half value width of the thermal wave signal. 前記ピーク位置と、別のイオン注入領域のサーマルウェーブ信号のピーク位置との間の距離を算出する工程を更に有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のイオン注入パターン検出方法。   The ion implantation pattern according to claim 1, further comprising a step of calculating a distance between the peak position and a peak position of a thermal wave signal in another ion implantation region. Detection method. 前記サーマルウェーブ信号が、ピーク値の両側で所定のサーマルウェーブ信号値となる点を前記イオン注入領域の幅の両端として算出する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン注入パターン検出方法。   4. The method according to claim 1, further comprising calculating a point at which the thermal wave signal has a predetermined thermal wave signal value on both sides of a peak value as both ends of the width of the ion implantation region. The ion implantation pattern detection method according to item. イオン注入領域を有する基板を移動させながら、前記イオン注入領域を含む検査領域に対して、第１の方向に向けて励起用の第１のレーザ光を、第２の方向に向けて検出用の第２のレーザ光を照射し、前記照射位置に照射される前記第２のレーザ光のサーマルウェーブ信号を測定し、前記照射位置と前記サーマルウェーブ信号とを記録する工程と、
記録された一連の前記検査領域内の前記照射位置及び前記サーマルウェーブ信号に基づき、前記検査領域内での前記サーマルウェーブ信号が、ピーク値の両側で所定のサーマルウェーブ信号値となる点を前記イオン注入領域の幅の両端として算出する工程と、
を備えていることを特徴とするイオン注入パターン検出方法。 While moving the substrate having the ion implantation region, the first laser beam for excitation is directed toward the first direction and the detection laser beam is directed toward the second direction with respect to the inspection region including the ion implantation region. Irradiating a second laser beam, measuring a thermal wave signal of the second laser beam irradiated to the irradiation position, and recording the irradiation position and the thermal wave signal;
Based on the irradiation position and the thermal wave signal in the series of recorded inspection areas, the points at which the thermal wave signal in the inspection area becomes a predetermined thermal wave signal value on both sides of the peak value Calculating as both ends of the width of the implantation region;
An ion implantation pattern detection method comprising:
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