JP2799090B2 - イオン注入装置 - Google Patents
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- 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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- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
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Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタや半導
体等の製造プロセスに用いられるイオン注入装置に関す
る。
体等の製造プロセスに用いられるイオン注入装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】各種半導体デバイスの製造においてイオ
ン注入プロセスは必要不可欠であり、極めて重要な位置
を占めている。今日、イメージセンサや液晶ディスプレ
イ等の大型化や量産性の向上のために、プロセス基板は
大面積化しており、これに伴って大面積にわたってイオ
ン注入できるイオン注入装置が求められている。
ン注入プロセスは必要不可欠であり、極めて重要な位置
を占めている。今日、イメージセンサや液晶ディスプレ
イ等の大型化や量産性の向上のために、プロセス基板は
大面積化しており、これに伴って大面積にわたってイオ
ン注入できるイオン注入装置が求められている。
【０００３】ところが、通常のイオン注入装置のイオン
ビーム幅は数ｍｍであるため、大面積にわたってイオン
注入するためには、試料基板の機械的走査またはイオン
ビームの電気的走査が必要となり、複雑化・大容量化・
高価格化してしまうという問題があった。また、上記の
ような機械的または電気的走査をせずに、容易に大面積
領域にイオン注入する方法として、前記プラズマ源と前
記基板ホルダとの間においてイオン質量分離を行わない
構成で、生成したプラズマからイオンを引き出し、これ
を低電圧加速により所定の温度に加熱した基板にイオン
をシャワー状に照射してイオン注入する方法が特開昭６
３−１９４３６２号に開示されている。
ビーム幅は数ｍｍであるため、大面積にわたってイオン
注入するためには、試料基板の機械的走査またはイオン
ビームの電気的走査が必要となり、複雑化・大容量化・
高価格化してしまうという問題があった。また、上記の
ような機械的または電気的走査をせずに、容易に大面積
領域にイオン注入する方法として、前記プラズマ源と前
記基板ホルダとの間においてイオン質量分離を行わない
構成で、生成したプラズマからイオンを引き出し、これ
を低電圧加速により所定の温度に加熱した基板にイオン
をシャワー状に照射してイオン注入する方法が特開昭６
３−１９４３６２号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭６
３−１９４３６２号の方法によると、プラズマ源と基板
との間において、イオン質量分離を行わないでイオン注
入するため基板に必要なイオン以外のイオンも注入され
る。注入するイオンの質量分離を行う通常のイオン注入
装置では、基板に注入するイオンの量は電流モニターで
測定する。しかし、上述のように質量分離を行わない場
合は、全電流密度を測定することは可能であるが、この
ような電流モニターでは注入に必要なイオンの打ち込み
量をモニターすることはできなかった。全イオンの電流
密度をモニターして経験的に注入量を見積もることが考
えられるが、この場合は非常に精度が悪い注入しか行え
なかった。例えば基板をポリシリコン、導入ガスをＨ2
希釈のＰＨ3とするとＰ+、Ｈ+等のイオンのプラズマが
生成されるがこのうち基板に注入するために必要な特定
のイオン種は基板に導電性を与えるＰ+であり、このＰ+
のイオン打ち込み量を制御する必要がある。本発明は、
上記の問題点に鑑みて創案されたもので、大面積基板へ
のイオン注入において、基板に注入する必要なイオンの
ドーズ量の制御をすることにより、均一なデバイスを製
造することができるイオン注入装置を提供することを目
的とする。
３−１９４３６２号の方法によると、プラズマ源と基板
との間において、イオン質量分離を行わないでイオン注
入するため基板に必要なイオン以外のイオンも注入され
る。注入するイオンの質量分離を行う通常のイオン注入
装置では、基板に注入するイオンの量は電流モニターで
測定する。しかし、上述のように質量分離を行わない場
合は、全電流密度を測定することは可能であるが、この
ような電流モニターでは注入に必要なイオンの打ち込み
量をモニターすることはできなかった。全イオンの電流
密度をモニターして経験的に注入量を見積もることが考
えられるが、この場合は非常に精度が悪い注入しか行え
なかった。例えば基板をポリシリコン、導入ガスをＨ2
希釈のＰＨ3とするとＰ+、Ｈ+等のイオンのプラズマが
生成されるがこのうち基板に注入するために必要な特定
のイオン種は基板に導電性を与えるＰ+であり、このＰ+
のイオン打ち込み量を制御する必要がある。本発明は、
上記の問題点に鑑みて創案されたもので、大面積基板へ
のイオン注入において、基板に注入する必要なイオンの
ドーズ量の制御をすることにより、均一なデバイスを製
造することができるイオン注入装置を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、注入イオンを生成するプラズマ源と、該プラズマ源
により生成されたイオンを加速するための加速部と、該
加速部により加速されたイオンが照射される位置に設置
された基板ホルダーとを有するイオン注入装置におい
て、前記基板ホルダー近傍には、前記イオン中の特定イ
オンの量を測定するための電磁型エネルギー分析器が備
えられているとともに、該電磁型エネルギー分析器は、
該イオンの入射方向に対して垂直方向成分を持つ電場及
び磁場を発生させる手段と、該電場及び磁場の中を通過
したイオンを検出する検出手段とを有してなり、前記電
磁型エネルギー分析器により、前記イオン中の特定イオ
ンの割合を算出してイオンの注入量を制御することを特
徴とする。
は、注入イオンを生成するプラズマ源と、該プラズマ源
により生成されたイオンを加速するための加速部と、該
加速部により加速されたイオンが照射される位置に設置
された基板ホルダーとを有するイオン注入装置におい
て、前記基板ホルダー近傍には、前記イオン中の特定イ
オンの量を測定するための電磁型エネルギー分析器が備
えられているとともに、該電磁型エネルギー分析器は、
該イオンの入射方向に対して垂直方向成分を持つ電場及
び磁場を発生させる手段と、該電場及び磁場の中を通過
したイオンを検出する検出手段とを有してなり、前記電
磁型エネルギー分析器により、前記イオン中の特定イオ
ンの割合を算出してイオンの注入量を制御することを特
徴とする。
【０００６】
【作用】上記のように本発明のイオン注入装置は、特定
のイオンの電流密度を測定する電場及び磁場を備えた電
磁型エネルギー分析器と全イオンの電流密度を測定する
チャージコレクタにより、特定のイオンの全イオンに対
する割合を算出することによりイオンの照射時間を決定
し、特定のイオンの注入量を制御するため、基板の特性
を常に均一にすることができる。従って、特性の均一な
デバイスを作成することができ、歩留りが向上する。
のイオンの電流密度を測定する電場及び磁場を備えた電
磁型エネルギー分析器と全イオンの電流密度を測定する
チャージコレクタにより、特定のイオンの全イオンに対
する割合を算出することによりイオンの照射時間を決定
し、特定のイオンの注入量を制御するため、基板の特性
を常に均一にすることができる。従って、特性の均一な
デバイスを作成することができ、歩留りが向上する。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【０００８】図１は本発明のイオン注入装置の概略断面
図を示している。同図において、１はガス導入口、２は
プラズマ室を構成するチャンバー、３はプラズマ源を励
起するための高周波電源、４はプラズマ源高周波電力を
供給するための高周波電極、５はイオン化効率を上げプ
ラズマ形状を整える為の磁石であり、これらによってプ
ラズマ源が形成される。６はプラズマ源からイオンを引
き出すための１段目のイオン加速用電源、７は引き出さ
れたイオンを追加速する為の２段目のイオン加速用電
源、８は２次電子制御用の減速電源、９はメッシュ状の
電極板、１０はそれぞれの電極板を絶縁するための絶縁
体であり、これらによってイオン加速部が構成される。
１１は注入されるべき基板１２を装着するための基板ホ
ルダーであり、ここでは均一性向上のため回転機構を有
している。１３は全イオンの電流密度を計測するための
チャージコレクター、１４はイオンを分析するためにイ
オンの入射方向に対して垂直方向成分を持つような電場
及び磁場を備えた電磁型エネルギー分析器、１５は注入
イオンが通過するアパーチャー、１６は電場を形成する
ための電極、１７は磁場を形成するための磁石（約３０
０ガウス）、１８は電場及び磁場で分離されたイオンを
検出する検出部、１９は電極１６に電圧を印加するため
の端子である。
図を示している。同図において、１はガス導入口、２は
プラズマ室を構成するチャンバー、３はプラズマ源を励
起するための高周波電源、４はプラズマ源高周波電力を
供給するための高周波電極、５はイオン化効率を上げプ
ラズマ形状を整える為の磁石であり、これらによってプ
ラズマ源が形成される。６はプラズマ源からイオンを引
き出すための１段目のイオン加速用電源、７は引き出さ
れたイオンを追加速する為の２段目のイオン加速用電
源、８は２次電子制御用の減速電源、９はメッシュ状の
電極板、１０はそれぞれの電極板を絶縁するための絶縁
体であり、これらによってイオン加速部が構成される。
１１は注入されるべき基板１２を装着するための基板ホ
ルダーであり、ここでは均一性向上のため回転機構を有
している。１３は全イオンの電流密度を計測するための
チャージコレクター、１４はイオンを分析するためにイ
オンの入射方向に対して垂直方向成分を持つような電場
及び磁場を備えた電磁型エネルギー分析器、１５は注入
イオンが通過するアパーチャー、１６は電場を形成する
ための電極、１７は磁場を形成するための磁石（約３０
０ガウス）、１８は電場及び磁場で分離されたイオンを
検出する検出部、１９は電極１６に電圧を印加するため
の端子である。
【０００９】図２に上記電磁型エネルギー分析器の概略
原理図を示す。例えば、導入ガスとしてＨ2希釈のＢ2Ｈ
6またはＨ2希釈のＰＨ3等を用いた場合、基板面に注入
されるイオンは種々あるが、ここではＨ+、Ｂ+、Ｐ+を
例にあげて説明する。２０、２１、２２はそれぞれ注入
エネルギーを変化させたときに、検出部１８の面上にイ
オンが衝突するラインを示している。各ラインはこの検
出面では次式を満たすような放物線を描く。
原理図を示す。例えば、導入ガスとしてＨ2希釈のＢ2Ｈ
6またはＨ2希釈のＰＨ3等を用いた場合、基板面に注入
されるイオンは種々あるが、ここではＨ+、Ｂ+、Ｐ+を
例にあげて説明する。２０、２１、２２はそれぞれ注入
エネルギーを変化させたときに、検出部１８の面上にイ
オンが衝突するラインを示している。各ラインはこの検
出面では次式を満たすような放物線を描く。
【００１０】ｙ＝ｋ（Ｍ／Ｚ）ｘ2 ここで、Ｍはイオン質量、Ｚはイオン価数、ｋは電磁型
エネルギー分析器の設計値で決まる定数である。ここか
らわかるように、各イオンはイオン種を分離された状態
で検出面１８に衝突する。例えば、導入ガスとしてＨ2
希釈のＰＨ3ガスを用いた場合において、あるエネルギ
ー（例えば１００ＫｅＶ）のＨ+イオンとＰ+イオンは、
それぞれ２３、２４の点に到達する。この所定の位置２
３、２４にチャージコレクタをセットしておくことによ
り、各イオンの電流密度が計測でき、これにより注入に
必要なイオンの打ち込み量が測定できる。この測定結果
とチャージコレクター１３によって計測された全イオン
電流密度とにより、注入に必要なイオンの全イオンに対
する比率を求めることができ、イオンの照射時間を制御
することにより注入に必要なイオンのドーズ量を制御で
きる。また、異なるエネルギーでイオン注入する場合
は、そのエネルギーに応じて前記の放物線上にそってチ
ャージコレクターを移動させて、検出部１８で各イオン
電流密度を計測する。これら一連の操作は自動制御で行
うことにより、容易に注入に必要なイオンのドーズ量を
制御できる。
エネルギー分析器の設計値で決まる定数である。ここか
らわかるように、各イオンはイオン種を分離された状態
で検出面１８に衝突する。例えば、導入ガスとしてＨ2
希釈のＰＨ3ガスを用いた場合において、あるエネルギ
ー（例えば１００ＫｅＶ）のＨ+イオンとＰ+イオンは、
それぞれ２３、２４の点に到達する。この所定の位置２
３、２４にチャージコレクタをセットしておくことによ
り、各イオンの電流密度が計測でき、これにより注入に
必要なイオンの打ち込み量が測定できる。この測定結果
とチャージコレクター１３によって計測された全イオン
電流密度とにより、注入に必要なイオンの全イオンに対
する比率を求めることができ、イオンの照射時間を制御
することにより注入に必要なイオンのドーズ量を制御で
きる。また、異なるエネルギーでイオン注入する場合
は、そのエネルギーに応じて前記の放物線上にそってチ
ャージコレクターを移動させて、検出部１８で各イオン
電流密度を計測する。これら一連の操作は自動制御で行
うことにより、容易に注入に必要なイオンのドーズ量を
制御できる。
【００１１】尚、電極１６で形成させる電場と磁石１７
で形成される磁場は、イオンの入射方向に対して垂直方
向成分をもつようにすることによりイオン種の分離及び
エネルギーの差による分離が感度よく行われる。
で形成される磁場は、イオンの入射方向に対して垂直方
向成分をもつようにすることによりイオン種の分離及び
エネルギーの差による分離が感度よく行われる。
【００１２】本実施例では全イオンの電流密度をチャー
ジコレクタ１３で測定し、特定のイオンを電磁型エネル
ギー分析器１４で測定することにより全イオンに対する
特定のイオンの割合を求めたが、電磁型エネルギー分析
器１４のみでイオン照射時間を決定しても良い。
ジコレクタ１３で測定し、特定のイオンを電磁型エネル
ギー分析器１４で測定することにより全イオンに対する
特定のイオンの割合を求めたが、電磁型エネルギー分析
器１４のみでイオン照射時間を決定しても良い。
【００１３】また、上記の検出部１８にフィルムを配置
し、フィルム上のイオン粒子の粒子跡の密度を計測する
ことによっても、上記と同様にして各イオンの比率を求
めることができ、注入に必要なイオンのドーズ量を制御
できる。以上のような構成にすることで、簡易な構成で
大面積基板へのイオン注入が可能であり、かつ、注入さ
れるイオン中のドーパントとして必要なイオンのドーズ
量を容易に制御できる。
し、フィルム上のイオン粒子の粒子跡の密度を計測する
ことによっても、上記と同様にして各イオンの比率を求
めることができ、注入に必要なイオンのドーズ量を制御
できる。以上のような構成にすることで、簡易な構成で
大面積基板へのイオン注入が可能であり、かつ、注入さ
れるイオン中のドーパントとして必要なイオンのドーズ
量を容易に制御できる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
面積の基板にイオン注入を行う際に基板に注入する必要
なイオンのドーズ量を制御することができるため、特性
が均一なデバイスを作製することができ、歩留りが向上
する。
面積の基板にイオン注入を行う際に基板に注入する必要
なイオンのドーズ量を制御することができるため、特性
が均一なデバイスを作製することができ、歩留りが向上
する。
【図１】 実施例１のイオン注入装置の概略断面図。
【図２】 実施例１の電磁型エネルギー分析器の概略
図。
図。
１４ 電磁型エネルギー分析器 １５ アパーチャー １６ 電場形成用電極 １７ 磁場形成用磁石 １８ イオン検出部 １９ 電圧印加端子 ２０ Ｈ+の衝突ライン ２１ Ｂ+の衝突ライン ２２ Ｐ+の衝突ライン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/317 H01L 21/265
Claims (1)
- 【請求項１】注入イオンを生成するプラズマ源と、該プ
ラズマ源により生成されたイオンを加速するための加速
部と、該加速部により加速されたイオンが照射される位
置に設置された基板ホルダーとを有するイオン注入装置
において、前記基板ホルダー近傍には、前記イオン中の特定イオン
の量を測定するための電磁型エネルギー分析器が備えら
れているとともに、該電磁型エネルギー分析器は、該イ
オンの入射方向に対して垂直方向成分を持つ電場及び磁
場を発生させる手段と、該電場及び磁場の中を通過した
イオンを検出する検出手段とを有してなり、前記電磁型
エネルギー分析器により、前記イオン中の特定イオンの
割合を算出してイオンの注入量を制御する ことを特徴と
するイオン注入装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227971A JP2799090B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | イオン注入装置 |
| EP92308161A EP0532283B1 (en) | 1991-09-09 | 1992-09-09 | An ion implantation apparatus |
| US07/942,663 US5393986A (en) | 1991-09-09 | 1992-09-09 | Ion implantation apparatus |
| DE69209196T DE69209196T2 (de) | 1991-09-09 | 1992-09-09 | Ionen-Implantationsgerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227971A JP2799090B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | イオン注入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567450A JPH0567450A (ja) | 1993-03-19 |
| JP2799090B2 true JP2799090B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=16869129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227971A Expired - Lifetime JP2799090B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | イオン注入装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5393986A (ja) |
| EP (1) | EP0532283B1 (ja) |
| JP (1) | JP2799090B2 (ja) |
| DE (1) | DE69209196T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100631441B1 (ko) * | 1998-08-03 | 2006-10-09 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 플라즈마 침지 이온 주입 도핑 장치용 투여량 모니터 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2671723B2 (ja) * | 1992-07-16 | 1997-10-29 | 日新電機株式会社 | イオン注入装置 |
| US5811823A (en) * | 1996-02-16 | 1998-09-22 | Eaton Corporation | Control mechanisms for dosimetry control in ion implantation systems |
| US5894133A (en) * | 1996-12-18 | 1999-04-13 | Implant Science Corporation | Sputter cathode for application of radioactive material |
| US5898178A (en) * | 1997-07-02 | 1999-04-27 | Implant Sciences Corporation | Ion source for generation of radioactive ion beams |
| US5834787A (en) * | 1997-07-02 | 1998-11-10 | Bunker; Stephen N. | Device for measuring flux and accumulated dose for an ion beam containing a radioactive element |
| US6300643B1 (en) * | 1998-08-03 | 2001-10-09 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Dose monitor for plasma doping system |
| US6504159B1 (en) * | 1999-09-14 | 2003-01-07 | International Business Machines Corporation | SOI plasma source ion implantation |
| US7309997B1 (en) | 2000-09-15 | 2007-12-18 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Monitor system and method for semiconductor processes |
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