JP2748869B2 - イオン注入装置 - Google Patents
イオン注入装置Info
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- JP2748869B2 JP2748869B2 JP6287734A JP28773494A JP2748869B2 JP 2748869 B2 JP2748869 B2 JP 2748869B2 JP 6287734 A JP6287734 A JP 6287734A JP 28773494 A JP28773494 A JP 28773494A JP 2748869 B2 JP2748869 B2 JP 2748869B2
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- Japan
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- ion beam
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- disk chamber
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はイオン注入装置に関し、
特に３００ｋｅＶ以上の高エネルギーを用いるイオン注
入装置のエネルギー測定手段に関する。
特に３００ｋｅＶ以上の高エネルギーを用いるイオン注
入装置のエネルギー測定手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置等の製造工程においては不純
物のイオン注入が多く用いられているが、イオン注入の
エネルギーが増加するにつれイオン注入装置の加速装置
は複雑になる。そのため装置の計器が示す加速エネルギ
ー通りイオンが加速されていないことがある。
物のイオン注入が多く用いられているが、イオン注入の
エネルギーが増加するにつれイオン注入装置の加速装置
は複雑になる。そのため装置の計器が示す加速エネルギ
ー通りイオンが加速されていないことがある。
【０００３】例えば、図５に示すように、イオン源１か
ら引出し電極２により引出されたイオンビーム３を質量
分析用磁石４Ａで所望のインオンに分離し、線形加速器
５を用いてインオンビーム３の加速を行う場合、ＲＦ電
場の印加されたドリフトチューブ（図示せず）を移動す
る間、またはドリフトチューブとドリフトチューブの間
をイオンビームが移動する際エネルギー損失が発生す
る。この時加速されているイオンのエネルギーを正確に
モニターすることは、半導体ウエーハへの注入プロファ
イル、または半導体デバイスの特性を決める上でとても
重要である。尚図５において９はディスクチャンバー、
１０は電流計、１１はファラデーカップである。
ら引出し電極２により引出されたイオンビーム３を質量
分析用磁石４Ａで所望のインオンに分離し、線形加速器
５を用いてインオンビーム３の加速を行う場合、ＲＦ電
場の印加されたドリフトチューブ（図示せず）を移動す
る間、またはドリフトチューブとドリフトチューブの間
をイオンビームが移動する際エネルギー損失が発生す
る。この時加速されているイオンのエネルギーを正確に
モニターすることは、半導体ウエーハへの注入プロファ
イル、または半導体デバイスの特性を決める上でとても
重要である。尚図５において９はディスクチャンバー、
１０は電流計、１１はファラデーカップである。
【０００４】従来のイオン注入装置のエネルギーモニタ
ー法としては、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による
深さプロファイルや、半導体ウエーハの層抵抗を測定す
る方法が主に用いられている。また層抵抗測定での応用
として、図６（ａ），（ｂ）に示すように、シリコンウ
エーハ２１上に形成した熱酸化膜２２を通してイオン注
入された領域と、シリコンウエーハ２１に直接イオン注
入された領域の層抵抗を比較することにより、イオン注
入エネルギーを求める方法が例えば特開昭６３−１２８
５４１号公報に報告されている。
ー法としては、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による
深さプロファイルや、半導体ウエーハの層抵抗を測定す
る方法が主に用いられている。また層抵抗測定での応用
として、図６（ａ），（ｂ）に示すように、シリコンウ
エーハ２１上に形成した熱酸化膜２２を通してイオン注
入された領域と、シリコンウエーハ２１に直接イオン注
入された領域の層抵抗を比較することにより、イオン注
入エネルギーを求める方法が例えば特開昭６３−１２８
５４１号公報に報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のエネルギーモニター方法のうちＳＩＭＳでの測
定には特別の技術を要する。また層抵抗測定では、イオ
ン注入エネルギーが高くなるとイオン種の分布が深くな
り測定ができないという欠点がある。これはイオンビー
ムのドーズ量にもよるが、例えば、ドーズ量１０12ｃｍ
-2でエネルギーが３００ｋｅＶ以上になると正確なエネ
ルギーをモニターすることが困難になる。またこれら従
来のモニター方法ではイオン注入後に測定を行うので、
イオン注入最中には正確なエネルギーを求められない。
た従来のエネルギーモニター方法のうちＳＩＭＳでの測
定には特別の技術を要する。また層抵抗測定では、イオ
ン注入エネルギーが高くなるとイオン種の分布が深くな
り測定ができないという欠点がある。これはイオンビー
ムのドーズ量にもよるが、例えば、ドーズ量１０12ｃｍ
-2でエネルギーが３００ｋｅＶ以上になると正確なエネ
ルギーをモニターすることが困難になる。またこれら従
来のモニター方法ではイオン注入後に測定を行うので、
イオン注入最中には正確なエネルギーを求められない。
【０００６】本発明の目的は、イオン注入のエネルギー
を簡便かつ正確に、しかも、イオン注入の最中でも測定
できるイオン注入装置を提供することにある。
を簡便かつ正確に、しかも、イオン注入の最中でも測定
できるイオン注入装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、イオン源から引き出されたイオンビームを選別・加
速し、ディスクチャンバー上に支持された試料表面に注
入するイオン注入装置において、前記イオンビームの電
流量を測定する手段と、前記イオンビームを前記ディス
クチャンバーとは異なるターゲットにあて発生する特性
Ｘ線を測定してイオンビームのエネルギーを測定する為
の特性Ｘ線測定手段とを設けたことを特徴とするもので
ある。
は、イオン源から引き出されたイオンビームを選別・加
速し、ディスクチャンバー上に支持された試料表面に注
入するイオン注入装置において、前記イオンビームの電
流量を測定する手段と、前記イオンビームを前記ディス
クチャンバーとは異なるターゲットにあて発生する特性
Ｘ線を測定してイオンビームのエネルギーを測定する為
の特性Ｘ線測定手段とを設けたことを特徴とするもので
ある。
【０００８】
【作用】本発明のイオン注入装置は図１に示すように、
金属ターゲット（以下単にターゲットという）６とＸ線
検出器７を備えている。ターゲット６にイオンビーム３
が入射することによりターゲット６を構成する原子の原
子核のまわりにある電子がはじき飛ばされより高い準位
に電子が移動する。この状態を励起状態という。はじき
飛ばされた原子がもとの準位（基底状態）に戻ろうとす
るとき、その準位のエネルギー差に相当するＸ線を発生
する。このＸ線の中にはＫ、Ｌ、Ｍ系列の特性Ｘ線が存
在しこの特性Ｘ線をモニターすることによりイオンビー
ムをモニターすることができる。この特性Ｘ線はどの系
列の波長を選んでもよい。
金属ターゲット（以下単にターゲットという）６とＸ線
検出器７を備えている。ターゲット６にイオンビーム３
が入射することによりターゲット６を構成する原子の原
子核のまわりにある電子がはじき飛ばされより高い準位
に電子が移動する。この状態を励起状態という。はじき
飛ばされた原子がもとの準位（基底状態）に戻ろうとす
るとき、その準位のエネルギー差に相当するＸ線を発生
する。このＸ線の中にはＫ、Ｌ、Ｍ系列の特性Ｘ線が存
在しこの特性Ｘ線をモニターすることによりイオンビー
ムをモニターすることができる。この特性Ｘ線はどの系
列の波長を選んでもよい。
【０００９】ターゲット６から放出される特性Ｘ線７の
強度Ａは次の（１）式のように示される。
強度Ａは次の（１）式のように示される。
【００１０】Ａ＝ＫＩ（Ｖo −Ｖｋ）n …（１） ここでＫは加速電圧によって決まる定数、Ｉは入射電流
強度、Ｖo は加速電圧、Ｖｋは臨界励起電圧であり、モ
リブデンのＫαをモニターした場合２０ｋＶである。ｎ
は定数でＶo ＜３Ｖｋの時、約２であり、Ｖo ＞３Ｖｋ
で２より小さい値を取る。イオンビームの電流計測はフ
ァラデーカップ１１（又は電流計１０）によって行って
いる。この関係式を使い特性Ｘ線の強度からイオンの加
速電圧Ｖo を求めることができる。よって加速電圧Ｖo
からイオンビームのエネルギーをイオン注入の最中に求
めることが可能になる。
強度、Ｖo は加速電圧、Ｖｋは臨界励起電圧であり、モ
リブデンのＫαをモニターした場合２０ｋＶである。ｎ
は定数でＶo ＜３Ｖｋの時、約２であり、Ｖo ＞３Ｖｋ
で２より小さい値を取る。イオンビームの電流計測はフ
ァラデーカップ１１（又は電流計１０）によって行って
いる。この関係式を使い特性Ｘ線の強度からイオンの加
速電圧Ｖo を求めることができる。よって加速電圧Ｖo
からイオンビームのエネルギーをイオン注入の最中に求
めることが可能になる。
【００１１】実際にはイオン源１と引出し電極２のみか
らなる加速装置を構成し、イオンビーム３を加速しこの
イオンビームをターゲット６に入射し発生する特性Ｘ線
７の強度測定を行いインオンビームエネルギーと特性Ｘ
線の強度を求めた。この加速装置は引き出し電極２とイ
オン源１からのみ構成されているためエネルギーロスす
る場所はなく、引き出し電極２に印加される電圧をその
ままイオンビームのエネルギーに適用できる。そして、
種々のイオン電流Ｉに対するインオンビームエネルギー
（加速電圧Ｖo ）と特性Ｘ線強度Ａとの関係を求めて検
量線を作成した。その代表的な結果として３種類のイオ
ンビーム電流（０．５Ｉ，１．０Ｉ，１．５Ｉ）の場合
を図３に示す。
らなる加速装置を構成し、イオンビーム３を加速しこの
イオンビームをターゲット６に入射し発生する特性Ｘ線
７の強度測定を行いインオンビームエネルギーと特性Ｘ
線の強度を求めた。この加速装置は引き出し電極２とイ
オン源１からのみ構成されているためエネルギーロスす
る場所はなく、引き出し電極２に印加される電圧をその
ままイオンビームのエネルギーに適用できる。そして、
種々のイオン電流Ｉに対するインオンビームエネルギー
（加速電圧Ｖo ）と特性Ｘ線強度Ａとの関係を求めて検
量線を作成した。その代表的な結果として３種類のイオ
ンビーム電流（０．５Ｉ，１．０Ｉ，１．５Ｉ）の場合
を図３に示す。
【００１２】尚、イオンビームがターゲットに入射した
時発生する特性Ｘ線には、ターゲットのＫ殻（Ｋ列）を
イオン化することによるものと連続Ｘ線によるものとが
あるが、原子番号Ｚが３０以上の元素では連続Ｘ線によ
るものの割合が増す為、正確なイオンビームエネルギー
の求め方が複雑になる。この為、Ｋ列の代りにＬ列の特
性Ｘ線が必要となるが、Ｌ列の特性Ｘ線の強度は弱い
為、７００ｋｅＶ以上のイオンビームエネルギーをモニ
ターする場合Ｚが４０のＭｏをターゲットに用い、１Ｍ
ｅＶ以下の場合にはＺが３０以下のＴｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，
Ｃｕ等のターゲットを用いる。イオンビームエネルギー
が７００ｋｅＶ〜１ＭｅＶの間では上記元素のどのター
ゲットを用いても問題なくイオンビームエネルギーのモ
ニターは可能である。
時発生する特性Ｘ線には、ターゲットのＫ殻（Ｋ列）を
イオン化することによるものと連続Ｘ線によるものとが
あるが、原子番号Ｚが３０以上の元素では連続Ｘ線によ
るものの割合が増す為、正確なイオンビームエネルギー
の求め方が複雑になる。この為、Ｋ列の代りにＬ列の特
性Ｘ線が必要となるが、Ｌ列の特性Ｘ線の強度は弱い
為、７００ｋｅＶ以上のイオンビームエネルギーをモニ
ターする場合Ｚが４０のＭｏをターゲットに用い、１Ｍ
ｅＶ以下の場合にはＺが３０以下のＴｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，
Ｃｕ等のターゲットを用いる。イオンビームエネルギー
が７００ｋｅＶ〜１ＭｅＶの間では上記元素のどのター
ゲットを用いても問題なくイオンビームエネルギーのモ
ニターは可能である。
【００１３】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例のバッチ式イオン注入装置
の構成図である。
る。図１は本発明の一実施例のバッチ式イオン注入装置
の構成図である。
【００１４】このイオン注入装置は、イオンビーム３を
発生するイオン源１と引出し電極２とイオンビーム３か
ら目的外のイオンを取り除く分析用の磁石４Ａ，４Ｂと
イオンビーム３を加速する線形加速器５と、サンプル
（イオン注入されるもの）を装着するディスクチャンバ
ー９と、ディスクチャンバー９に到達するイオンビーム
電流をモニターする電流計１０と、特性Ｘ線を発生する
Ｍｏからなるターゲット６およびターゲット６から発生
する特性Ｘ線７を検出するＸ線検出器８とから主に構成
されている。
発生するイオン源１と引出し電極２とイオンビーム３か
ら目的外のイオンを取り除く分析用の磁石４Ａ，４Ｂと
イオンビーム３を加速する線形加速器５と、サンプル
（イオン注入されるもの）を装着するディスクチャンバ
ー９と、ディスクチャンバー９に到達するイオンビーム
電流をモニターする電流計１０と、特性Ｘ線を発生する
Ｍｏからなるターゲット６およびターゲット６から発生
する特性Ｘ線７を検出するＸ線検出器８とから主に構成
されている。
【００１５】イオン源１から引き出されたイオンビーム
３は質量分析用磁石４Ａにより質量分析された後、線形
加速器５により加速エネルギーが上げられる。このイオ
ンビーム３は磁石４Ｂを通してディスクチャンバー９上
の試料又はターゲット６に照射される。ディスクチャン
バー９はバッチ式でありディスクチャンバー９内には一
度に試料として多くのウエーハを装着することが可能で
ある。このディスクチャンバー９は図２に示すようにウ
エーハを支持する試料ホルダー１２が設けられている。
このディスクチャンバー９はイオンビーム３が入射する
方向に対し垂直に移動するように構成されており、ディ
スクチャンバー９がイオンビームの軌道から離れるほど
移動したときイオンビーム３がターゲット６に到達す
る。
３は質量分析用磁石４Ａにより質量分析された後、線形
加速器５により加速エネルギーが上げられる。このイオ
ンビーム３は磁石４Ｂを通してディスクチャンバー９上
の試料又はターゲット６に照射される。ディスクチャン
バー９はバッチ式でありディスクチャンバー９内には一
度に試料として多くのウエーハを装着することが可能で
ある。このディスクチャンバー９は図２に示すようにウ
エーハを支持する試料ホルダー１２が設けられている。
このディスクチャンバー９はイオンビーム３が入射する
方向に対し垂直に移動するように構成されており、ディ
スクチャンバー９がイオンビームの軌道から離れるほど
移動したときイオンビーム３がターゲット６に到達す
る。
【００１６】本実施例ではＸ線検出器８から計測される
Ｘ線強度と電流計１０から計測されるイオンビーム強度
を求め、例えば図３に示した検量線よりイオンビームエ
ネルギー（加速電圧）を求める。このような各電流値に
おける検量線による測定システムを完成させておくとこ
により、ターゲットの種類を変更し測定する特性Ｘ線の
波長を変更した場合でも容易に加速電圧を求めることが
できる。
Ｘ線強度と電流計１０から計測されるイオンビーム強度
を求め、例えば図３に示した検量線よりイオンビームエ
ネルギー（加速電圧）を求める。このような各電流値に
おける検量線による測定システムを完成させておくとこ
により、ターゲットの種類を変更し測定する特性Ｘ線の
波長を変更した場合でも容易に加速電圧を求めることが
できる。
【００１７】このようにして求めたイオンビームエネル
ギーとＳＩＭＳの測定による深さプロファイルより求め
たイオンビームエネルギーの比較を行ったものを表１に
示す。
ギーとＳＩＭＳの測定による深さプロファイルより求め
たイオンビームエネルギーの比較を行ったものを表１に
示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１よりＳＩＭＳの深さプロファイルから
求めたイオンビームエネルギーと本発明の特性Ｘ線測定
から求めた注入エネルギーの差は±１％以内で一致する
ことが分る。
求めたイオンビームエネルギーと本発明の特性Ｘ線測定
から求めた注入エネルギーの差は±１％以内で一致する
ことが分る。
【００２０】次に本発明を枚葉式のイオン注入装置に適
用した場合について図４の構成図を併用して説明する。
この図４における加速装置は図１に示したものと同じも
のであるが磁石４Ｂよりディスクチャンバー側の構成が
異なっている。
用した場合について図４の構成図を併用して説明する。
この図４における加速装置は図１に示したものと同じも
のであるが磁石４Ｂよりディスクチャンバー側の構成が
異なっている。
【００２１】すなわち、磁石４Ｂより右側は、イオンビ
ームをスキャンさせる偏向電極１３と一枚ずつサンプル
を装着するディスクチャンバー９Ａとディスクチャンバ
ー９Ａに到達するイオンビーム電流をモニターする電流
計１０とターゲット６とＸ線検出器８とから構成されて
いる。ディスクチャンバー９Ａはサンプル一枚ずつにイ
オン注入を行うためサンプルホルダーは一つしかない。
このディスクチャンバー９Ａは図１に示したもののよう
に移動させるものではなく、イオンビーム３の偏向によ
りスキャンを行うためターゲット６およびＸ線検出器８
の配置が異なっている。偏向電極１３によりディスクチ
ャンバー９Ａから外れたイオンビーム３がターゲット１
に到達し特性Ｘ線を発生する。
ームをスキャンさせる偏向電極１３と一枚ずつサンプル
を装着するディスクチャンバー９Ａとディスクチャンバ
ー９Ａに到達するイオンビーム電流をモニターする電流
計１０とターゲット６とＸ線検出器８とから構成されて
いる。ディスクチャンバー９Ａはサンプル一枚ずつにイ
オン注入を行うためサンプルホルダーは一つしかない。
このディスクチャンバー９Ａは図１に示したもののよう
に移動させるものではなく、イオンビーム３の偏向によ
りスキャンを行うためターゲット６およびＸ線検出器８
の配置が異なっている。偏向電極１３によりディスクチ
ャンバー９Ａから外れたイオンビーム３がターゲット１
に到達し特性Ｘ線を発生する。
【００２２】この様な枚葉式のイオン注入装置を用いて
も図１に示した実施例と同様に、ＳＩＭＳの深さプロフ
ァイルから求められるイオンビームエネルギーとの差は
±１％以内で一致した。
も図１に示した実施例と同様に、ＳＩＭＳの深さプロフ
ァイルから求められるイオンビームエネルギーとの差は
±１％以内で一致した。
【００２３】尚、上記実施例では線形加速器を用いた場
合について説明したが、他の加速器を用いたイオン注入
装置であっても応用できることはいうまでもない。
合について説明したが、他の加速器を用いたイオン注入
装置であっても応用できることはいうまでもない。
【００２４】
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】実施例におけるディスクチャンバーの平面図。
【図３】加速電圧とＸ線強度との関係を示す図。
【図４】他の実施例の部分的構成図。
【図５】従来例の構成図。
【図６】他の従来例を説明する為のサブストレートの上
面図。
面図。
１ イオン源 ２ 引出し電極 ３ イオンビーム ４Ａ，４Ｂ 磁石 ５ 線形加速器 ６ ターゲット ７ 特性Ｘ線 ８ Ｘ線検出器 ９，９Ａ ディスクチャンバー １０ 電流計 １１ ファラデーカップ １２ 試料ホルダー １３ 偏向電極
Claims (1)
- 【請求項１】 イオン源から引き出されたイオンビーム
を選別・加速し、ディスクチャンバー上に支持された試
料表面に注入するイオン注入装置において、前記イオン
ビームの電流量を測定する手段と、前記イオンビームを
前記ディスクチャンバーとは異なるターゲットにあて発
生する特性Ｘ線を測定してイオンビームのエネルギーを
測定する為の特性Ｘ線測定手段とを設けたことを特徴と
するイオン注入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6287734A JP2748869B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | イオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6287734A JP2748869B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | イオン注入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148112A JPH08148112A (ja) | 1996-06-07 |
| JP2748869B2 true JP2748869B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=17721071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6287734A Expired - Lifetime JP2748869B2 (ja) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | イオン注入装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2748869B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9343263B2 (en) | 2014-03-14 | 2016-05-17 | Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co., Ltd. | Ion implanter, beam energy measuring device, and method of measuring beam energy |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4110625A (en) * | 1976-12-20 | 1978-08-29 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for monitoring the dose of ion implanted into a target by counting emitted X-rays |
| JPS55134930A (en) * | 1979-04-09 | 1980-10-21 | Fujitsu Ltd | Ion implantation |
| JPH05343026A (ja) * | 1992-06-09 | 1993-12-24 | Nissin High Voltage Co Ltd | イオン注入装置 |
-
1994
- 1994-11-22 JP JP6287734A patent/JP2748869B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9343263B2 (en) | 2014-03-14 | 2016-05-17 | Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co., Ltd. | Ion implanter, beam energy measuring device, and method of measuring beam energy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08148112A (ja) | 1996-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980120 |