JP2660005B2

JP2660005B2 - 半導体基板へのイオン注入装置

Info

Publication number: JP2660005B2
Application number: JP18606888A
Authority: JP
Inventors: 治久森
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH0237657A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕枚葉式の半導体基板へのイオン注入装置に関し、半導体基板の全面に亘ってドーズ量の一定化を可能と
することを目的とし、半導体基板上において互いに直交する二つの方向のう
ち少なくとも一の方向にイオンビーム走査手段によりイ
オンビームを走査させて上記半導体基板にイオンを注入
する装置において、イオンビームの走査方向と直交する
方向のオーバスチャン領域に、開口を上記半導体基板の
表面と同一平面上とされて、上記イオンビームの走査方
向に沿って並べて配された複数のファラデーカップより
なるファラデーカップ群と、各ファラデーカップに流入
するイオンビーム電荷量を基準の値と比較して各ファラ
デーカップ間でのイオンビーム電荷量の不均一性を検出
する手段とよりなり、該不均一性検出手段よりの出力を
前記イオンビーム走査手段にフィードバックし、該イオ
ンビーム走査手段が上記不均一性が補正されるように前
記イオンビームを走査する様構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は枚葉式の半導体基板へのイオン注入装置に関
する。

半導体基板より切り出した各ICチップの電気的特性が
略等しくなるようにするために、イオン注入装置は、ド
ーズ量が半導体基板全面に亘って一定とされる構成であ
ることが必要である。

〔従来の技術〕従来、ファラデーカップを配してイオンビームの照射
状態をモニタする構成のものがある。

〔発明が解決する課題〕

この構成の装置は単にモニタしているだけであり、イ
オンビームの走査状態を時々刻々変化させるようにはな
っていず、ドーズ量の一定化を図ることは困難である。

本発明は半導体基板の全面に亘ってドーズ量の一定化
を可能とする半導体基板へのイオン注入装置に関する。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明のイオン注入装置の原理構成を示す。

１は半導体基板であるウエハである。

２はイオン源、３はＸ方向走査手段、４はＹ方向走査
手段である。Ｘ方向とＹ方向とは基板１上で直交してい
る。各走査手段3,4は静電的又は静磁的なものである。

イオン源２よりのイオンビーム５は上記各走査手段3,
4を経て、というように、ウエハ１上をX₁,X₂方向に走査しつゝ、Y
₁,Y₂方向に複数回走査し、この過程でイオンがウエハ１
に注入される。但し厳密には、→の経路，→の
経路，再び→の経路等はわずかずつすれる様にし、
イオンビーム５がウェハ１の全面に行きわたる様にす
る。

イオンビーム５はウエハ１よりはみ出して走査する。
６はオーブスキャン領域である。

７はＸ（X₁,X₂の総称である）方向ファラデーカップ
群であり、複数のファラデーカップ８−_１〜８−_ｎが密
接してＸ方向に整列して、図中ウエハ１の上側のオーバ
スキャン領域６に配置してある。

９はＹ（Y₁,Y₂の総称である）方向フアラデータカッ
プ群であり、複数のファラデーカップ10−_１〜10−_ｍが
密接してＹ方向に整列して、図中ウエハ１の右側のヤー
バスキャン領域６に配置してある。

ファラデーカップ８−_１は、第２図に示すように開口
８−₁aがウエハ１の表面1aと同一平面となるように配置
してある。他のファラデーカップ８−_２〜８−_n,10−_１
〜10−_ｍも同様に配置してある。

11はＸ方向電荷量不均一性検出手段であり→→
の走査の過程で各ファラデーカップ８−_１〜８−_ｎに流
入するイオンビームの電荷量を、平均値形成手段12より
の平均値と比較して、各ファラデーカップ８−_１〜８−
_ｎ間でのイオンビームの電荷量の不均一の程度を検出す
る。

手段11よりの信号はＸ方向走査手段３に加えられてフ
ィードバックされる。

13はＹ方向電荷量不均一性検出手段であり→…→
の走査の過程で各ファラデーカップ10−_１〜10−_ｍに
流入するイオンビームの電荷量を、平均値形成手段14よ
りの平均値と比較して、各ファラデーカップ10−_１〜10
−_ｍ間でのイオンビームの電荷量の不均一の程度を検出
する。

手段13よりの信号はＹ方向走査手段４に加えられてフ
ィードバックされる。

〔作用〕

Ｘ方向走査手段３はフィードバック制御され、Ｘ方向
について、イオンビーム５はドーズ量に関する不均一性
が補正されるように走査する。

Ｙ方向走査手段３は、Ｘ方向への走査の都度フィード
バック制御され、Ｙ方向について、イオンビーム５はド
ーズ量に関する不均一性が補正されるように走査され
る。

イオンビームがこのように走査されることにより、ウ
エハ１へのイオンの注入は、ウエハ全面に亘ってドーズ
量が一定となるように行なわれる。

なお、第３図に示すように、ファラデーカップ15が配
置されており、開口15aがウエハ１の表面1aに対してず
れている場合には、イオンビーム５のウエハ表面1aでの
走査速度と開口15aとの個所での走査速度とでは差がで
き、前記の不均一性を精度良く検出することは困難とな
る。しかし、ファラデーカップ８−1a（15）は第２図に
示すように配置してあり、前記の不均一性は精度良く検
出される。

〔実施例〕

第４図は本発明の一実施例になる半導体基板へのイオ
ン注入装置20を示す。図中、第１図に示す構成部分と対
応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

枚葉式であり、一のウエハ１が支持板21上に支持され
ている。

まず、Ｘ方向についてのドーズ量の均一化のための構
成及び動作について説明する。

22−_１〜22−_ｎは夫々ミラー積分回路であり、ファラ
デーカップ８−_１〜８−_ｎに接続してあり、積分値をホ
ールドする構成である。

第１図中イオンビームが→→と走査される過程
で各ファラデーカップ８−_１〜８−_ｎ内に流入したイオ
ンビーム電荷量に対応する電流が各ファラデーカップ８
−_１〜８−_ｎより出力される。これが各ミラー積分回路
22−_１〜22−_ｎに供給され、積分されてホールドされ
る。

23は増幅比が1/nの増幅器であり、平均値形成手段12
を構成する。

各ミラー積分回路22−_１〜22−_ｎよりの電圧が増幅器
23により減幅されて平均化され、一のファラデーカップ
８のイオンビーム電荷量に対応する電圧である平均値電
圧が出力される。

24−_１〜24−_ｎは作動増幅回路であり、Ｘ方向電荷量
不均一検出手段11を構成する。

各作動増幅回路24−_１〜24−_ｎには、各ミラー積分回
路22−_１〜22−_ｎよりの電圧と上記手段12よりの平均値
電圧とが加えられ、両者の差に対応した電圧が各出力端
子25−_１〜25−_ｎに出力される。

各端子25−_１〜25−_ｎの電圧は、イオンビーム５がフ
ァラデーカップ8₁〜８−_ｎの夫々を走査する位置におけ
る走査の不均一性を表わす。

各端子25−_１〜25−_ｎの電圧は、スイッチ回路26を経
て、順次トランジスタ27に加えられる。

28はＸ方向走査用三角波形成回路であり、トランジス
タ27と、増幅器29と、コンデンサ30とよりなる積分回路
により構成され、方形波より三角波を形成する。

31は方形波形成回路であり、Ｘ方向走査周波数の方形
波を形成する。

この方形波は三角波形成回路28に供給され、こゝで三
角波とされ、Ｘ方向走査手段３に加えられる。

こゝで、各端子25−_１〜25−_ｎの電圧によって、三角
波形成回路28を構成する積分回路の時定数が変調され、
回路28よりは勾配が変えられた三角波が出力される。

この勾配は、上記走査の不均一性を補正する方向の勾
配となっており、走査手段３には上記走査の不均一性が
補正されるようにフィードバックがかけられている。

Ｘ方向走査手段３は回路28よりの信号に応じて動作
し、イオンビーム５は矢印X₁,X₂方向については、ウエ
ハ１の各部位におけるイオンの照射量が一定となるよう
に適宜走査速度を変えて走査される。これにより、Ｘ方
向上ウエハ１の各部位におけるドーズ量が一定とされ
る。

次にＹ方向についてのドーズ量の均一化のための構成
及び動作について説明する。

この部分の構成は上記の構成と実質上同一であり、実
質上対応する部分には添字ｙを付した同一符号を付し、
その説明は省略する。

イオンビーム５が矢印Y₁,Y₂方向の一回の走査が終了
した段階で、各出力端子25−₁y〜25−_myには、イオンビ
ーム５がファラデーカップ10−_１〜10−_ｍを走査する位
置における走査の不均一性、即ちY₁,Y₂方向の走査の不
均一性を表わす電圧が出力される。

方形波形成回路31yよりのＹ方向走査周波数の方形波
は、三角波形成回路28yにおいて上記電圧により時定数
を変調されて、走査の不均一性を補正する方向に勾配が
変えられた三角波とされて、Ｙ方向走査手段４にフィー
ドバックされる。

手段４はこれに応じた動作を行い、イオンビーム５は
矢印Y₁,Y₂方向についても、ウエハ１の各部位における
イオンの照射量が一定となるように適宜走査速度を変え
て走査される。これによりＹ方向上ウエハ１の各部位に
おけるドーズ量が一定とされる。

この結果、ウエハ１には、矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向と
の両方向について、即ち全面の各部位のドーズ量が一定
となるようにイオン注入がなされる。

このため、このウエハ１より切り出した各ICチップの
電気的特性が略一定となり、ICチップの歩留りが向上す
る。

32はリセット端子であり、ウエハを交換したときにリ
セット信号が加えられ、積分回路22−_１〜22−_n,22−₁y
〜22−_myをリセットする。

なお、本実施例は、走査手段3,4の構成の如何に関係
なく適用することが出来、パラレルスキャン方式の場合
には勿論、通常の走査方式の場合にも適用できる。

パラレルスキャン方式の場合には、ビーム光学系の収
差によりイオンビームの走査速度が変動し易く、ドーズ
量が変化し易い。本発明によれば、このイオンビームの
走査速度の変動に起因するドーズ量の変動が補正され
る。

通常の走査方式の場合には、ウエハ上でのイオン注入
角度の差により、ビームより見た見通し面積の変化，走
査電極からウエハまでの距離差等が変わり、これに起因
してドーズ量が変化し易い。

本発明によれば、これらに起因するドーズ量の変動も
補正される。

第５図は本発明の別の実施例になる半導体基板へのイ
オン注入装置40を示す。

この装置40は、イオンビーム走査手段がＸ方向走査手
段３だけであり、Ｙ方向についてはウエハ１を機械的に
動かす構成としたものである。第５図中、第４図に示す
構成部分と対応する部分には同一符号を付しその説明は
省略する。

41はウエハ移動機構、42はモータである。

43は細長の一のファラデーカップであり、前記のＹ方
向ファラデーカップ群９に代えて配してある。

X₁,X₂方向の走査については、前記実施例の場合と同
様に補正されて走査される。

イオンビームが図中右方を走査する都度、ファラデー
カップ43より電流が生ずる。これが増幅器44を介してモ
ータ42に加えられ、モータ42が回転し、ウエハ移動機構
41が駆動され、支持板21がウエハ１と共に矢印Y₁,Y₂方
向に移動される。

ファラデーカップ43よりは、こゝに照射されるイオン
ビームの量に比例した電流が発生し、モータ42はこの電
流に応じて回転する。

このため、ウエハ１は、ファラデーカップ43へのイオ
ンビームの照射量に比例した速度で移動される。

この結果、Ｙ方向上ウエハ１の各部位におけるドーズ
量は一定とされる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、イオンビーム
を、各ファラデーカップ間でのイオンビーム電荷量の不
均一性が補正させるように走査されることが出来る。こ
れにより、半導体基板にイオンビーム走査方向上のドー
ズ量が均一化されるようにイオン注入を行なうことが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図はファラデーカップのウエハに対する配置を示す
図、第３図はファラデーカップをウエハより後側に配したと
きの不都合を説明する図、第４図は本発明の一実施例のイオン注入装置を示す図、第５図は本発明の別の実施例のイオン注入装置を示す図
である。図において、１はウエハ、 1aは表面、２はイオン源、３はＸ方向走査手段、５はイオンビーム、６はオーバスキャン領域、７はＸ方向ファラデーカップ群、８−_１〜８−_n,10−_１〜10−_ｍはファラデーカップ、９はＹ方向ファラデーカップ群、 11はＸ方向電荷量不均一性検出手段、 12,14は平均値形成手段、 13はＹ方向電荷量不均一性検出手段、 20,40はイオン注入装置、 21は支持板、 22−_１〜22−_ｎはミラー積分回路、 23は増幅器、 24−_１〜24−_ｎは作動増幅回路、 25−_１〜25−_ｎは出力端子、 26はスイッチ回路、 27はトランジスタ、 28はＸ方向走査用三角波形成回路、 29は増幅器、 30はコンデンサ、 31は方形波形成手段、 32はリセット端子、 41はウエハ移動機構、 42はモータ、 43は細長のファラデーカップ、 44は増幅器を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板（１）上において互いに直交す
る二つの方向のうち少なくとも一の方向にイオンビーム
走査手段（３）によりイオンビーム（５）を走査させて
上記半導体基板にイオンを注入する装置において、イオンビームの走査方向（Ｘ）と直交する方向（Ｙ）の
オーバスキャン領域（６）に、開口（８−₁a）を上記半
導体基板（１）の表面（1a）と同一平面上とされて、上
記イオンビームの走査方向（Ｘ）に沿って並べて配され
た複数のファラデーカップ（８−_１〜８−_ｎ）よりなる
ファラデーカップ群（７）と、各ファラデーカップ（８−_１〜８−_ｎ）に流入するイオ
ンビーム電荷量を基準の値と比較して各ファラデーカッ
プ間でのイオンビーム電荷量の不均一性を検出手段（1
1）とよりなり、該不均一性検出手段（11）よりの出力を前記イオンビー
ム走査手段（３）にフィードバックし、該イオンビーム
走査手段（３）が上記不均一性が補正されるように前記
イオンビーム（５）を走査する様構成した半導体基板へ
のイオン注入装置。