JP2665958B2 - イオン注入装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の技術分野］ 本発明は、ウェハを保持したディスクを回転させつ
つ、該ディスクの半径方向にイオンビームをスキャンさ
せて前記ディスク上に照射するイオン注入装置のための
制御装置に関し、特に、ウェハの帯電を中和するための
電子シャワーを備えているイオン注入装置のための制御
装置に関する。

［従来の技術］ ディスクの高速回転と該ディスクの半径方向へのイオ
ンビームの低速スキャンを組み合わせた方式を用いた高
電流イオン注入装置において、イオン注入中、ウェハ上
に酸化膜を介して形成された導電片に帯電が生じると、
該酸化膜の静電破壊等がおこる場合がある。この場合、
超LSI製造工程での歩留り低下を招いてしまう。

このようなウェハの帯電を防止するため、従来のイオ
ン注入装置では、一例として第４図に示すようにフィラ
メント１およびターゲット２を有する電子シャワーが設
けられている。この電子シャワーは、フィラメント１か
らの１次電子がターゲット２にあたることによって、タ
ーゲット２から２次電子が放出され、これら２次電子に
よって、イオンビーム３のウェハ４への照射によるウェ
ハ４の帯電を中和するものである。この際、ウェハ４を
保持したディスク５はその中心軸６の周りに高速で回転
されており、イオンビーム３は、ディスク５の半径方向
に、スキャンされている。なお、７はディスクチャンバ
カバーである。

［発明が解決しようとする課題］ このイオン注入装置では、１次電子もしくは２次電子
の量は、予めオペレータによって一定値に設定される。
この設定のためには、種々のイオン注入条件に対する電
子量とLSIの歩留まりとの関係を調査し、各イオン注入
条件に対する電子量を選択する作業が必要であり、長時
間を要する。また、前記電子シャワーの使用状況によっ
ても電子量の最適値は時間と共に変り、設定した電子量
が必ずしも最適値にならない場合がある。

一方、イオン注入中に、ウェハ４を保持したディスク
５全体に流入する電流値をある一定値にするように電子
シャワーの発生する電子量を制御する方法も採用されて
いる。ところが、イオン注入中のウェハ４の帯電状態
は、第５図に示すように、イオンビーム３の周辺に前記
電子シャワーの発生した電子が分布しているため、イオ
ンビーム３のディスク半径方向の低速スキャンに伴っ
て、ディスク半径方向に、ビーム照射部９は正、その両
側10は負となるような局所的な分布を示す。従って、よ
り適確に前記電子シャワーの発生電子量を制御し、ウェ
ハ帯電量を最少に抑えるためには、イオンビーム３が照
射された時のみに、局所的に発生する正の帯電を測定
し、制御することが必要になり、上述のようにディスク
５全体に流入する電流を制御する方法では対応できな
い。

本発明の課題は、上記欠点を除去し、ウェハの帯電量
を自動的にしかも正確に、最少値に抑えることができる
イオン注入装置の制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、 中心軸の周りの環状領域の所定部をウェハ保持領域と
したディスクを有し、ウェハを前記ウェハ保持領域の一
部に保持させた状態で、前記ディスクを前記中心軸の周
りに高速で回転させつつ、前記環状領域の外周および内
周間に、前記ディスクの半径方向に、イオンビームを低
速で繰り返しスキャンさせて、該イオンビームを前記デ
ィスク上に照射すると共に、前記イオンビームの照射に
よる前記ウェハの帯電を中和するための電子を、前記イ
オンビームの前記ディスクへの照射位置に照射する電子
シャワーを備えたイオン注入装置において、 前記環状領域の前記ウェハ保持領域以外の一位置に、
絶縁膜を介して設けられ、前記環状領域の外周寄りの外
端と、前記環状領域の内周寄りの内端とを有する帯電量
監視用の一つの導電片と、 該導電片の帯電量に相当する電圧を出力する帯電量検
出手段と、 前記ディスクが一回転する毎に該帯電量検出手段の出
力に出現する電圧を、保持する電圧保持手段と、 該電圧保持手段の保持電圧を、予め設定された所定電
圧値に比較し、前記保持電圧からの該所定電圧値の減算
結果を出力する減算手段と、 前記ディスクの半径方向に、前記イオンビームを低速
で繰り返しスキャンさせているスキャン領域のうちの予
め定められたスキャン指定領域から外れる直前の時点
で、前記電子シャワーの電源にに与えられている制御信
号を保持する電子シャワー制御信号保持手段と、 前記減算手段から出力される前記減算結果と前記電子
シャワー制御信号保持手段に保持されている制御信号と
の加算結果を出力する加算手段と、 前記イオンビームが前記スキャン指定領域にある間
は、前記加算手段から出力される加算結果を前記電子シ
ャワーの電源に制御信号として与え、前記イオンビーム
の照射位置が、前記スキャン指定領域から外れると、前
記電子シャワー制御信号保持手段に保持されている制御
信号を前記電子シャワーの電源に制御信号として与え
て、該電子シャワーに当該制御信号の値の大きさに比例
した量の電子を発生させる切替手段とを、有することを
特徴とするイオン注入装置の制御装置が得られる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図を参照すると、本発明の一実施例による制御装
置11は、イオン注入装置12に結合されて使用される。こ
のイオン注入装置12のディスク部分が、第２図に示され
ている。

第１図および第２図を参照して、上記イオン注入装置
12のディスク部分について説明する。ディスク５は、そ
の中心軸６の周りの環状領域13（第１図）の所定部がウ
ェハ保持領域として選定されている。上記イオン注入装
置12は、ウェハ４を前記ウェハ保持領域の一部に保持さ
せた状態で、ディスク５を中心軸６の周りに高速で回転
させつつ、環状領域13の外周および内周間に、ディスク
５の半径方向に、イオンビーム３を低速で繰り返しスキ
ャンさせて、イオンビーム３をディスク５上に照射する
ものである。

ディスク５上には、絶縁膜を介して帯電監視用の導電
片14（後に詳述する）が形成されている。帯電量検出手
段（チャージセンサー）15は、導電片14の帯電量に相当
する電圧を出力するものである。

上記イオン注入装置12は、例えば第１図のように、電
子シャワー16を備えている。この電子シャワー16は、具
体的には、第３図のような構造を有し、イオンビーム13
の照射によるウェハ４への帯電を中和するための電子
を、イオンビーム３のディスク５への照射位置に照射す
るものである。

上記帯電量検出手段（チャージセンサー）15や電子シ
ャワー16の例については、本願出願人による特願昭62−
93931号および特願昭62−163952号に開示されている。

第１図を参照して、導電片14は、ディスク５上の環状
領域13に、絶縁膜を介して設けられている。本発明で
は、導電片14は、環状領域13の外周寄りの外端と、環状
領域13の内周寄りの内端とを有する。

第１図において、制御装置11は、帯電量検出手段（チ
ャージセンサー）15に接続され、ディスク５の半径方向
に、イオンビームを低速で繰り返してスキャンさせてい
るスキャン領域のうちのスキャン指定領域、例えば導電
片14の前記外端および前記内端をそれぞれ通る中心軸６
の周りの外円および内円とで挟まれた環状部分を、イオ
ンビームが照射している領域では、ディスク５が一回転
する毎に帯電量検出手段15の出力に出現する検出電圧
を、電圧が出現する度に保持する電圧保持手段17と、電
圧保持手段17の保持電圧を、予め設定された電圧値Vpに
比較し、前記検出電圧からの該電圧値Vpの減算結果を出
力する減算手段（具体的には比較器）18とを有してい
る。

減算手段18の出力には、加算手段28が接続されてお
り、また電子シャワー制御信号保持手段19が加算手段28
に接続されている。加算手段28は、前記減算結果と電子
シャワー制御信号保持手段19から出力されている電子シ
ャワー制御信号（具体的には電子シャワー制御電圧であ
る）とを加算し、新たな電子シャワー制御信号として電
子シャワー12の電源23に与え、その値の大きさに比例し
た量の電子を発生させる。一方、電子シャワー制御信号
保持手段19は、イオンビームが前記スキャン指定領域か
ら外れる直前の時点の電子シャワー制御信号（上述のと
うり電子シャワー制御電圧である）を保持する。

加算手段28および電子シャワー制御信号保持手段19に
は、リレー20およびその接点21からなる切替手段22が、
接続されている。切替手段22は、イオンビームが前記ス
キャン指定領域、例えば前記環状部分（導電片14の前記
外端および前記内端をそれぞれ通る中心軸６の周りの外
円および内円とで挟まれた部分）を照射している間は、
加算手段28から出力される前記加算結果を、電子シャワ
ー制御信号として、電子シャワー16の電源23に与え、イ
オンビームの照射位置が、前記スキャン指定領域、即ち
前記環状部分から外れると、電子シャワー制御信号保持
手段19に保持されている電子シャワー制御信号（電子シ
ャワー制御電圧）を電子シャワー16の電源23に与えて、
電子シャワー16に前記電子シャワー制御信号の値の大き
さに比例した量の電子を発生させるものである。

タイミングパルス発生器23は、ディスク５が一回転す
る毎に帯電量検出手段15の出力に出現する電圧を、該電
圧が出現する度に、電圧保持手段17に保持させるための
タイミングパルスを発生する。

クロックパルス発生器24は、イオンビームがディスク
半径方向に低速スキャンされている間に、クロックパル
スを出力し、イオンビームのディスク半径方向の低速ス
キャン位置を制御すると共にカウンタ部25内のカウンタ
にクロックパルスを与えるものである。

カウンタ部25は、設定部26によって前記スキャン指定
領域を決定する第１および第２の設定値が与えられてい
る。

カウンタ部25は、前記カウンタのカウント値が前記第
１の設定値と前記第２の設定値の間にある時のみリレー
20を動作させ、その接点21を第１図に図示の位置に切り
替え、加算手段28から出力される前記加算結果を電子シ
ャワー16の電源23に与える。カウンタ部25は、さらに、
前記カウンタのカウント値が前記第１または第２の設定
値に等しくなった時点で、電子シャワー16の電源23から
出力される前記電子シャワー制御信号を電子シャワー制
御信号保持手段19に保持させる。もちろん、この時に
は、リレー20は非動作状態となり、その接点21を電子シ
ャワー制御信号保持手段19側に切り替え、電子シャワー
制御信号保持手段19に保持されている電子シャワー制御
信号を電子シャワー16の電源23に与える。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、ウェハの帯電量を正
確に把握できるように、導電片14をディスク５上に設
け、その導電片14に帯電した電圧を電圧保持手段17に保
持し、その保持電圧を減算手段18によって、所定電圧値
Vpに比較し、前記保持電圧からの該所定電圧値の減算結
果を出力し加算手段28に入力させる。一方、その時点の
電子シャワーへの制御信号は電子シャワー制御信号保持
手段19を介して、前記加算手段28に入力し、前記減算結
果と加算され、その加算結果を出力する。その加算結果
は、イオンビームが前述したスキャン指定領域にある場
合、新たな電子シャワーへの制御信号として電子シャワ
ー16の電源23に与えられる。前記スキャン指定領域から
外れた時には電子シャワー制御信号保持手段19の保持値
を電子シャワー16に与えて、この保持値に比例した量の
電子を電子シャワー16に発生させる。このようにするこ
とによって、ウェハの帯電量を自動的にしかも正確に最
小値Vpに近ずけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による制御装置を備えたイオ
ンビーム注入装置のブロック図、第２図（Ａ）および
（Ｂ）は、それぞれ、第１図のイオンビーム注入装置の
ディスク部分の斜視図および側面図、第３図は第１図の
イオンビーム注入装置の電子シャワーの断面図、第４図
は従来のイオンビーム注入装置の断面図、第５図は第４
図のイオンビーム注入装置のディスク部分の斜視図であ
る。 ３はイオンビーム、４はウェハ、５はディスク、６は中
心軸、11は制御装置、12はイオンビーム注入装置、13は
環状領域、14は導電片、15は帯電量検出手段、16は電子
シャワー、17は電圧保持手段、18は減算手段、19は電子
シャワー制御信号保持手段、22は切替手段、28は加算手
段である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心軸の周りの環状領域の所定部をウェハ
   保持領域としたディスクを有し、ウェハを前記ウェハ保
   持領域の一部に保持させた状態で、前記ディスクを前記
   中心軸の周りに高速で回転させつつ、前記環状領域の外
   周および内周間に、前記ディスクの半径方向に、イオン
   ビームを低速で繰り返しスキャンさせて、該イオンビー
   ムを前記ディスク上に照射すると共に、前記イオンビー
   ムの照射による前記ウェハの帯電を中和するための電子
   を、前記イオンビームの前記ディスクへの照射位置に照
   射する電子シャワーを備えたイオン注入装置において、 前記環状領域の前記ウェハ保持領域以外の一位置に、絶
   縁膜を介して設けられ、前記環状領域の外周寄りの外端
   と、前記環状領域の内周寄りの内端とを有する帯電量監
   視用の一つの導電片と、 該導電片の帯電量に相当する電圧を出力する帯電量検出
   手段と、 前記ディスクが一回転する毎に該帯電量検出手段の出力
   に出現する電圧を、保持する電圧保持手段と、 該電圧保持手段の保持電圧を、予め設定された所定電圧
   値に比較し、前記保持電圧からの該所定電圧値の減算結
   果を出力する減算手段と、 前記ディスクの半径方向に、前記イオンビームを低速で
   繰り返しスキャンさせているスキャン領域のうちの予め
   定められたスキャン指定領域から外れる直前の時点で、
   前記電子シャワーの電源にに与えられている制御信号を
   保持する電子シャワー制御信号保持手段と、 前記減算手段から出力される前記減算結果と前記電子シ
   ャワー制御信号保持手段に保持されている制御信号との
   加算結果を出力する加算手段と、 前記イオンビームが前記スキャン指定領域にある間は、
   前記加算手段から出力される加算結果を前記電子シャワ
   ーの電源に制御信号として与え、前記イオンビームの照
   射位置が、前記スキャン指定領域から外れると、前記電
   子シャワー制御信号保持手段に保持されている制御信号
   を前記電子シャワーの電源に制御信号として与えて、該
   電子シャワーに当該制御信号の値の大きさに比例した量
   の電子を発生させる切替手段とを、有することを特徴と
   するイオン注入装置の制御装置。