JP2799090B2 - イオン注入装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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