JP2818539B2 - Ion implantation method and apparatus therefor - Google Patents

Ion implantation method and apparatus therefor

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JP2818539B2
JP2818539B2 JP5343894A JP5343894A JP2818539B2 JP 2818539 B2 JP2818539 B2 JP 2818539B2 JP 5343894 A JP5343894 A JP 5343894A JP 5343894 A JP5343894 A JP 5343894A JP 2818539 B2 JP2818539 B2 JP 2818539B2
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昌彦 丸山
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入方法及びそ
の装置に関し、特に、イオンの質量分析器以降から注入
室部にかけてのイオンビーム経路中における圧力を制御
しながら半導体基板にイオン注入するイオン注入方法及
びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation method and apparatus, and more particularly, to an ion implantation method for ion implantation into a semiconductor substrate while controlling a pressure in an ion beam path from an ion mass analyzer to an implantation chamber. The present invention relates to an injection method and an injection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積度化ある
いは浅い接合面の形成に伴ない不純物の注入深さを精密
にした接合面の形成が要求されるようになってきた。こ
のような精密な接合面形成には、通常の熱拡散法では困
難とされイオン注入法が適用されている。しかしなが
ら、これらイオン注入方法で作製される半導体装置は、
均一な品質を得るために不純物の注入濃度を安定して得
る必要があった。しかしながら、イオンビームの照射に
よって被加工物からの脱ガスやイオンビーム経路部およ
び注入室からのガス放出によってイオンビーム経路中の
圧力変動をもたらし、イオンドーズ量の誤差を生じさせ
半導体装置の性能を得られないという問題があった。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been required to form a junction surface with a high impurity implantation depth in accordance with a higher degree of integration of a semiconductor integrated circuit or formation of a shallow junction surface. Such a precise bonding surface is formed by an ion implantation method, which is considered difficult by a normal thermal diffusion method. However, semiconductor devices manufactured by these ion implantation methods are:
In order to obtain uniform quality, it was necessary to stably obtain the impurity implantation concentration. However, irradiation of the ion beam causes degassing from the workpiece and gas release from the ion beam path and the implantation chamber, causing pressure fluctuations in the ion beam path, causing an ion dose error and degrading the performance of the semiconductor device. There was a problem that it could not be obtained.

【0003】図3は従来のイオン注入装置の一例を説明
するための質量分析器以降のイオンビーム経路部分を示
す図、図4(a)〜(c)はイオン注入時間とイオンビ
ーム経路中における圧力の挙動を示すグラフである。こ
のような問題を解消するイオン注入装置の一例として特
開昭61一271739号公報に開示されている。
FIG. 3 is a diagram showing an ion beam path portion after a mass analyzer for explaining an example of a conventional ion implantation apparatus. FIGS. 4A to 4C show ion implantation times and ion beam paths in the ion beam path. It is a graph which shows the behavior of pressure. An example of an ion implantation apparatus that solves such a problem is disclosed in JP-A-61-271739.

【0004】このイオン注入装置は、図3に示すよう
に、イオンを発生するイオン源とこのイオン源からのイ
オンを抽出しイオンビーム10を形成する質量分析器を
含むイオン源等8と、半導体基板である半導体ウェーハ
20を収納する注入室16を真空排気する真空ポンプ3
0と、イオンビーム経路中の注入室16側に配設されイ
オンドーズ量の測定と行うためにイオンビームを開口4
0から導入しビーム電流を検出するファラディ集電シス
テム36と、検出されたビーム電流を測定し時間とで積
算しドーズ量を求めるドーズ測定システム42と、イオ
ンビーム経路途中を包む真空チャンバ12を真空排気す
る真空ポンプ14と、注入室16を真空排気する真空ポ
ンプ30と、イオンゲージ66による真空チャンバ12
の真空度をバルブコントローラ70にフィードバックし
てバルブモータ64の回転を制御し真空バルブ60の羽
根62の角度を変える真空ポンプ14の排気能力を変え
る排気能力可変機構とを備えていた。
As shown in FIG. 3, the ion implanter includes an ion source 8 for generating ions, an ion source 8 including a mass analyzer for extracting ions from the ion source and forming an ion beam 10, a semiconductor, and the like. Vacuum pump 3 for evacuating injection chamber 16 containing semiconductor wafer 20 as a substrate
0, and an ion beam opening 4 for measuring and measuring the ion dose, which is disposed on the side of the implantation chamber 16 in the ion beam path.
A Faraday current collecting system 36 for detecting the beam current from 0, a dose measuring system 42 for measuring the detected beam current and integrating it with time to obtain a dose, and a vacuum chamber 12 surrounding the ion beam path in a vacuum. A vacuum pump 14 for evacuating, a vacuum pump 30 for evacuating the injection chamber 16, and a vacuum chamber 12 with an ion gauge 66.
The vacuum degree is fed back to the valve controller 70 to control the rotation of the valve motor 64 to change the angle of the blades 62 of the vacuum valve 60, thereby changing the exhaust capacity of the vacuum pump 14.

【0005】そして、イオンビーム経路を包む外囲器で
ある真空チェンバ12内を高真空に真空引きしながらイ
オンゲージ66の圧力値をバルブコントローラ70にフ
ィードバックし、排気能力可変機構の羽根62を変える
ことによって、図4(a)に示すように、イオン注入終
了時の最終到達圧力のPB と注入室16内の圧力のPI
との中間の一定の圧力PC になるように圧力を制御して
いる。
[0005] The pressure value of the ion gauge 66 is fed back to the valve controller 70 while the interior of the vacuum chamber 12 as an envelope surrounding the ion beam path is evacuated to a high vacuum, and the blade 62 of the variable exhaust capacity mechanism is changed. As a result, as shown in FIG. 4A, the final pressure P B at the end of the ion implantation and the pressure P I of the pressure in the implantation chamber 16 at the end of the ion implantation.
And controlling the pressure to be constant pressure P C of the intermediate with.

【0006】このようにイオンビーム経路中の圧力を一
定になるように制御することによって、使用状態の違い
による真空チャンバ内の脱ガス量や真空排気速度の違い
による到達圧力差あるいはイオン注入時の被加工物表面
からの脱ガスによる真空チェンバ内の圧力差による圧力
上昇を抑制し、これらの圧力上昇を抑制した状態におけ
るガス分子によるイオンビームの一部中性化をほぼ一定
に保つことによってより高いイオンドーズ量の精度を得
ることを図ったことを特徴としていた。
[0006] By controlling the pressure in the ion beam path to be constant in this way, the amount of degassing in the vacuum chamber due to the difference in the use condition, the ultimate pressure difference due to the difference in the vacuum pumping speed, or the time of ion implantation By suppressing the pressure rise due to the pressure difference in the vacuum chamber due to degassing from the surface of the workpiece and keeping the neutralization of the ion beam partially constant by the gas molecules in a state where these pressure rises are suppressed, It is characterized by obtaining high ion dose accuracy.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のイオン
注入装置におけるイオンドーズ量精度の改善方法では、
排気能力可変機構の羽根の角度を調節することにより、
イオンビーム経路である真空チェンバ内の最終到達圧力
(以降PB と略す)と半導体ウェーハ20を収納した注
入室16内圧力(以降、PI と略す)との中間の圧力
(以降PC と略す)で一定に保つ機構となっているもの
の、図4(b)に示すように、例え、羽根の角度を絞り
排気能力を落したとしてもガス放出やリークがない限り
注入時間の経過に伴ない必然的にPC はPI よりも低い
圧力となるので、半導体ウェーハもくは注入室16から
のガス放出やリークが微量かあるいは無い場合は一定に
圧力を制御出来ないという問題がある。
In the above-described method for improving the accuracy of the ion dose amount in the conventional ion implantation apparatus,
By adjusting the angle of the blade of the variable exhaust capacity mechanism,
An intermediate pressure (hereinafter abbreviated as P C ) between a final ultimate pressure (hereinafter abbreviated as P B ) in the vacuum chamber, which is an ion beam path, and a pressure (hereinafter abbreviated as P I ) in the implantation chamber 16 containing the semiconductor wafer 20. ), But as shown in FIG. 4 (b), as shown in FIG. 4 (b), even if the angle of the blade is reduced and the exhaust capability is reduced, as long as there is no gas release or leakage, the injection time does not increase. Since P C necessarily has a lower pressure than P I, there is a problem that the pressure cannot be constantly controlled when the amount of gas release or leak from the semiconductor wafer or the injection chamber 16 is small or absent.

【0008】また、半導体ウェーハ20および周辺物表
面材質による真空中でのガス放出や真空ポンプ劣化等に
供う真空排気速能力の低下あるいは真空チェンバ12の
微小リークといった種々の要因による大きな圧力上昇が
イオン注入開始直後の圧力PI からPC に到達するまで
の間に起きると、上述した従来の排気能力可変機構は対
応できない。何となれば、これらの圧力上昇は瞬時に起
き、従来の排気能力可変機構の大きな羽根の緩慢な機械
的動作では圧力変動に対応できず、例えば、図4(c)
に示すように、圧力PI からPC に達するまでの間の圧
力変動に対し追従できず圧力を一定にすることができな
い。
Further, a large pressure rise due to various factors such as a decrease in vacuum pumping speed capability for gas release in a vacuum or deterioration of a vacuum pump due to the surface material of the semiconductor wafer 20 and peripheral objects or a minute leak of the vacuum chamber 12 is caused. If the pressure rises from the pressure P I immediately after the start of ion implantation until the pressure P C is reached, the above-described conventional variable exhaust capacity mechanism cannot cope. In this case, these pressure rises occur instantaneously, and the slow mechanical operation of the large blades of the conventional variable exhaust capacity mechanism cannot cope with pressure fluctuations. For example, FIG.
As shown in (1), it is not possible to follow the pressure fluctuation during the period from the pressure PI to the pressure PC, and the pressure cannot be kept constant.

【0009】例えば、被加工物表面が、代表的にはフォ
トレジスト等のイオン注入時の脱ガス量が極端に多いよ
うな材質を注入時のマスキング材として用いた場合に
は、図4(c)に示すように、注入初期では大量の脱ガ
スによりPI に比べて圧力が十分高くなってしまい、マ
スク材からの脱ガスによる真空チェンバ内圧力がPC
度までおさまるまでは圧力制御が全くできない。
For example, when the surface of the workpiece is typically made of a material such as a photoresist, which has an extremely large degassing amount during ion implantation, as a masking material during implantation, FIG. as shown in), injection early in becomes sufficiently higher pressure than the P I by a large amount of degassing, up to a vacuum chamber in pressure due degassing from the mask material falls to approximately P C pressure control at all Can not.

【0010】また、このようなガス放出の大きいマスク
材が介在する場合とは別に、例えば、半導体ウェーハの
イオンドーズ量の面内均一性を確保するために、イオン
ビームに対して、半導体ウェーハをディスク上に放射状
に複数枚装填してディスクを1000r.p.m.前後
で回転させるといったメカニカルなスキャンを行いかつ
ディスク全面を往復運動させながらイオン注入を行う場
合、イオンビームのオーバースキャンによる半導体ウェ
ーハ以外の部分のどの部分にイオンビームが照射される
かでイオン注入によるガスの放出量が大きく変り、図4
(c)に示すような周期的でかつ大きな振幅の圧力変化
がしばしば観測される。
In addition to the case where such a mask material having a large outgassing is interposed, for example, in order to secure the in-plane uniformity of the ion dose amount of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is exposed to the ion beam. A plurality of disks are radially loaded on the disk and the disk is rotated at 1000 r. p. m. When performing a mechanical scan such as rotating back and forth and performing ion implantation while reciprocating the entire surface of the disk, the ion implantation determines whether any part of the part other than the semiconductor wafer is irradiated with the ion beam by overscanning the ion beam. The amount of released gas varies greatly, and FIG.
A periodic and large amplitude pressure change as shown in (c) is often observed.

【0011】その結果、ガス分子によるイオンビームの
中性化は、半導体ウェーハを収納する注入室及びファラ
デー集電システム部分の真空チェンバ内だけでなく前段
のイオンの質量分析器や加速器以降のイオンビーム経路
中においても起こる。特に、この質量分析器以降のイオ
ンの中性化はファラデイ集電システムによる電気的なイ
オンドーズ量のカウントに影響するので、上述したよう
にこのイオンビーム経路での圧力変動はドーズ量のカウ
ント誤差を生じさせイオンドーズ量の精度を著しく悪化
させるという問題がある。
As a result, the neutralization of the ion beam by the gas molecules is caused not only in the implantation chamber for accommodating the semiconductor wafer and the vacuum chamber in the Faraday current collecting system, but also in the ion beam after the former ion mass analyzer or accelerator. It also happens in the path. In particular, the neutralization of ions after this mass spectrometer affects the counting of the electrical ion dose by the Faraday current collecting system, and as described above, the pressure fluctuation in this ion beam path causes the counting error of the dose. And the accuracy of the ion dose is remarkably deteriorated.

【0012】従って、本発明の目的は、イオン質量分析
以降のイオンビーム経路における圧力変動を抑えイオン
ドーズ量の精度をより高めるイオン注入方法およびその
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an ion implantation method and apparatus for suppressing pressure fluctuations in an ion beam path after ion mass spectrometry and improving the accuracy of ion dose.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、イオン
源より発生するイオンを質量分析器により所望のイオン
を抽出してイオンビームを形成し該イオンビームを半導
体基板に照射し該半導体基板に該イオンを注入するイオ
ン注入方法において、前記質量分析器以降のイオンビー
ム経路中のガス圧力変動を該イオンビーム経路部への該
圧力変動に応じて不活性ガス量の導入と前記イオンビー
ム経路部の真空排気とを制御して前記イオンビーム経路
中のガス圧を一定にするイオン注入方法である。また、
望ましくは、一定に維持される前記イオンビーム経路中
のガス圧を前記半導体基板を包む閉鎖空間のガス圧より
高くすることである。
A feature of the present invention is that ions generated from an ion source are extracted by a mass analyzer to extract desired ions, an ion beam is formed, and the semiconductor substrate is irradiated with the ion beam. A gas pressure fluctuation in an ion beam path after the mass spectrometer is introduced into the ion beam path section by introducing an inert gas amount according to the pressure fluctuation. This is an ion implantation method for controlling the evacuation of the section to keep the gas pressure in the ion beam path constant. Also,
Preferably, the gas pressure in the ion beam path maintained constant is higher than the gas pressure in the closed space surrounding the semiconductor substrate.

【0014】他の特徴は、イオンを発生するイオン源
と、発生された前記イオンから所望の質量のイオンを抽
出しイオンビームを形成する質量分析器と、前記イオン
ビームの照射によりイオンが注入される半導体基板を収
納する注入室と、該イオンビームの経路中の該注入室側
に配設され前記イオンビームのビーム電流を検出するフ
ァラディ集電システムと、前記イオンビーム経路部およ
び前記注入室をそれぞれ独立して真空排気する真空ポン
プとを備えるイオン注入装置において、前記イオンビー
ムの経路における前記質量分析器側と前記ファラデイ集
電システム側とをそれぞれ独立して圧力を測定する真空
計と、前記イオンビームの経路部に前記不活性ガスを導
入する流量調節器と、前記真空計による圧力差に応じて
前記流量調節器のガス流量を制御する流量調節器制御部
とを備えるイオ注入装置である。また、前記流量調節器
が前記注入室にも設けられていることが望ましい。
Another feature is that an ion source that generates ions, a mass analyzer that extracts ions of a desired mass from the generated ions and forms an ion beam, and that the ions are implanted by the irradiation of the ion beam. An implantation chamber for accommodating a semiconductor substrate, a Faraday current collecting system disposed on the implantation chamber side in the path of the ion beam and detecting a beam current of the ion beam, and an ion beam path section and the implantation chamber. In an ion implantation apparatus including a vacuum pump for evacuating each independently, a vacuum gauge for measuring pressure independently on the mass analyzer side and the Faraday current collection system side in the path of the ion beam, and A flow controller for introducing the inert gas into the path of the ion beam; and a gas controller for the flow controller according to a pressure difference from the vacuum gauge. An ion implantation apparatus and a flow regulator controller for controlling the flow rate. Preferably, the flow controller is also provided in the injection chamber.

【0015】[0015]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明のイオン注入方法およびその
装置の一実施例を説明するためのイオン装置を示す図で
ある。このイオン注入装置は、図1に示すように、イオ
ン源8aと質量分析器7より抽出されたイオンビーム1
0の経路を包む外囲器の質量分析器7側とファラディ集
電システム36側に取付けられるとともにイオンビーム
経路途中の真空度を測定する真空計2a,2bと、注入
室16aとイオンビーム経路部に導入されるガス供給装
置24aの不活性ガスの流量を調節する流量調節器1
a,1bと、真空計2aおよび2bによるイオンビーム
経路中における圧力差に応じて流量調節器1a,1bの
ガスの流量を制御する流量調節器制御部3を設けたこと
である。それ以外の主要部は、注入室16aにディスク
11が配設されているだけで、前述した従来例と本質的
には同じである。
FIG. 1 is a view showing an ion apparatus for explaining an embodiment of the ion implantation method and apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the ion implantation apparatus includes an ion source 8a and an ion beam 1 extracted from a mass analyzer 7.
Vacuum gauges 2a and 2b attached to the mass analyzer 7 side and the Faraday current collecting system 36 side of the envelope surrounding the path of zero and measuring the degree of vacuum in the ion beam path, the implantation chamber 16a and the ion beam path section Flow controller 1 for adjusting the flow rate of the inert gas of the gas supply device 24a introduced into the
a, 1b and a flow controller controller 3 for controlling the gas flow of the flow controllers 1a, 1b in accordance with the pressure difference in the ion beam path by the vacuum gauges 2a, 2b. The other main parts are essentially the same as the conventional example described above, except that the disk 11 is provided in the injection chamber 16a.

【0017】このイオン注入装置は、イオンビームの照
射による各部のガス放出に起因するイオンビーム経路中
の圧力上昇を抑えて応答を早く圧力を一定にするために
なされたものであって、イオン経路中にガス圧PC を注
入室のガス圧PI より高く放電が起さない程度の圧力に
設定し、イオンビーム経路中の圧力に応じて流量調節器
1aおよび必要に応じて流量調節器1bから微量のガス
を導入し真空ポンプ4,5で真空排気しながら一定の圧
力PC に維持することを図った装置である。
This ion implantation apparatus is designed to suppress the pressure rise in the ion beam path due to the gas emission of each part due to the irradiation of the ion beam and to make the response faster and to keep the pressure constant. the gas pressure P C higher than the gas pressure PI of the injection chamber discharge is set to a pressure of a degree that does not cause, the flow controllers 1a and optionally with flow regulator 1b depending on the pressure in the ion beam path during a vacuum pump 4, 5 is introduced a small amount of gas is a device aimed to maintain a constant pressure P C while evacuating.

【0018】ここで、各主要部の詳細を説明すると、ま
ず、真空計2a,2bは高真空度を測定できるイオンゲ
ージである電離真空計を使用することが望ましい。特に
1E−2Torrから1E−8Torrまで広範囲の圧
力を測定できるベアードーアルパート真空計が最適であ
る。
Here, the details of each main part will be described. First, it is desirable to use an ionization vacuum gauge which is an ion gauge capable of measuring a high vacuum degree as the vacuum gauges 2a and 2b. Particularly, a Baird-Alpert vacuum gauge capable of measuring a wide range of pressure from 1E-2 Torr to 1E-8 Torr is most suitable.

【0019】また、流量調節器1a,1bは、ガス供給
装置24a,24bから送られる不活性ガスの流量を測
定する流量計と流量を可変できる流量制御弁から構成さ
れている。この流量計は通常の流量体積を計る流量体積
計ではなく、バイパス管に流れるガスの流れによる熱損
出で流量を測定する市販のマスフローメータを使用する
とである。このマスフローメータは圧力変動に対して早
く応答できるよういに時定数が1秒程度の早いものが望
ましい。
Each of the flow controllers 1a and 1b comprises a flow meter for measuring the flow rate of the inert gas sent from the gas supply devices 24a and 24b, and a flow control valve capable of varying the flow rate. This flow meter uses not a normal flow volume meter for measuring a flow volume but a commercially available mass flow meter for measuring a flow rate by heat loss due to a gas flow flowing through a bypass pipe. The mass flow meter desirably has a time constant as fast as about 1 second so that it can respond quickly to pressure fluctuations.

【0020】一方、流量制御弁は、口径の小さな弁を有
し微量のガスの流量を応答を早く可変制御できる構造の
ものが望ましい。その代表的なものとして、ニードル弁
軸に巻かれたヒータに電流を流し弁軸の熱膨張でバルブ
開度を可変するサーマルバルブ方式や、ソレノイドのコ
イルに流す電流によってバルブ開度を変化させる電磁バ
ルブ方式、あるいはピェゾスタックに印加する電圧によ
ってバルブ開度を調節するピェゾバルブ方式の流量制御
弁のいずれかを使用すれば良い。特に、応答速度の早い
サーマルバルブ方式が望ましい。また、このような精密
に流量を制御する流量制御弁とマスフローメータと組合
せた流量調節器はマスフローコントローラとして市販さ
れている。
On the other hand, it is desirable that the flow control valve has a small-diameter valve and a structure capable of variably controlling the flow rate of a small amount of gas quickly and quickly. Typical examples are a thermal valve system in which a current is passed through a heater wound around a needle valve shaft to vary the valve opening by thermal expansion of the valve shaft, and an electromagnetic valve that changes the valve opening by a current flowing through a solenoid coil. Either a valve-type flow control valve or a piezo-valve type flow control valve that adjusts the valve opening degree by a voltage applied to the piezo stack may be used. In particular, a thermal valve system with a fast response speed is desirable. In addition, a flow controller in which such a flow control valve for precisely controlling a flow rate and a mass flow meter are combined is commercially available as a mass flow controller.

【0021】流量調節器制御部3は、真空計2a,2b
を動作させる電源とイオン電流を測定し真空度を計る真
空度測定測定回路およびマスフローコントローラである
流量調節器1a,1bのバルブ開度を可変動作させるバ
ルブコントロール回路と温度差を熱抵抗で流量を測定す
るブリッジ回路と真空計2a,2bからのイオン電流に
よってバルブコントロール回路にバルブ開度を設定する
信号を転送するバルブ開度設定回路を含んで構成されて
いる。また、常に、同じ被加工物を処理する場合で、ガ
ス放出による圧力変動が予じめ既知である場合には、ガ
ス供給プログラム設定回路を設けると良い。
The flow controller controller 3 comprises vacuum gauges 2a, 2b
And a valve control circuit for variably operating the valve opening of the flow controllers 1a and 1b, which are mass flow controllers, and a flow rate measuring device for measuring the temperature difference with a thermal resistance. It comprises a bridge circuit for measuring and a valve opening setting circuit for transferring a signal for setting the valve opening to a valve control circuit by an ion current from the vacuum gauges 2a and 2b. In the case where the same workpiece is always processed and the pressure fluctuation due to gas release is known in advance, a gas supply program setting circuit may be provided.

【0022】また、各部に導入する不活性ガスは、例え
ば、Arガス,Xeガス,N2 ガスといったガスが用い
られる。そして、使用されるガスは、加速されたイオン
により2次的に被加工物表面にイオン注入されても被加
工物の特性上影響の出にくいガスを選択することが望ま
しい。
As the inert gas introduced into each part, for example, a gas such as Ar gas, Xe gas, and N 2 gas is used. It is desirable to select a gas to be used that is not easily affected by the characteristics of the workpiece even when ions are secondarily implanted into the workpiece surface by accelerated ions.

【0023】ファラディ集電システム36は、従来例と
同じようにカップ状のイオン電流を測定する検出部分で
あるファラディケージを有しており、このファラディケ
ージはイオンビーム経路部の外囲器とは絶縁されドーズ
測定システム42とアースポテンシャルであるディスク
11とに導通ライン23で接続されている。
The Faraday current collecting system 36 has a Faraday cage which is a detection part for measuring a cup-shaped ion current as in the conventional example. This Faraday cage is different from the envelope of the ion beam path section. The conductive line 23 is connected to the insulated dose measuring system 42 and the disk 11 which is the earth potential.

【0024】イオンドーズ量のカウントについては、半
導体ウェーハ20前に位置するファラディ集電システム
36が、ディスク11と導通ライン23により導通をと
ることにより一体の系としてドーズ測定システム42と
の間で注入イオン数に応じた電荷を中和する電子の流れ
を測定することにより実現している。その際、半導体ウ
ェーハ20面内のイオンドーズ量均一性を上げるため
に、ドーズ測定システム42はスキャンコントローラ9
に随時信号を送り、スキャンコントローラ9は、イオン
ビーム量に応じて随時、スキャン速度をコントロールす
る。
Regarding the counting of the ion dose, the Faraday current collecting system 36 located in front of the semiconductor wafer 20 is injected between the disk 11 and the dose measuring system 42 as an integrated system by establishing conduction through the conduction line 23. This is achieved by measuring the flow of electrons that neutralize the charge according to the number of ions. At this time, in order to increase the uniformity of the ion dose in the surface of the semiconductor wafer 20, the dose measuring system 42
At any time, and the scan controller 9 controls the scan speed at any time according to the ion beam amount.

【0025】ここで、被加工物である半導体ウェーハ2
0或いはディスク11に加速されたイオンが衝突するこ
とによりそれらの表面より発生する2次電子がファラデ
ィ集電システム系外にリークしイオンドーズ量カウント
に誤差が生ずる。従って例えば、適所に電極に設置して
負のバイアスをかけたり、または、磁界をかけて2次電
子の発散を防止する等の手段を用いることが望ましい。
また、被加工物表面の材質によってはイオンビームの照
射による被加工物表面の電荷を中和すべく電子の移動速
度が間に合わず被加工物表面がチャージアップする現象
を防ぐために、強制的に電子銃等により電子を供給して
チャージを必要に応じて緩和することである。
Here, the semiconductor wafer 2 to be processed is
Secondary electrons generated from their surfaces colliding with zero or accelerated ions on the disk 11 leak out of the Faraday current collecting system, causing an error in the ion dose amount count. Therefore, for example, it is desirable to use means such as placing the electrode in an appropriate position to apply a negative bias or applying a magnetic field to prevent the divergence of secondary electrons.
Also, depending on the material of the surface of the workpiece, in order to neutralize the charge on the surface of the workpiece due to the irradiation of the ion beam, the movement speed of the electrons is not enough to prevent the phenomenon that the surface of the workpiece is charged up. The purpose is to supply electrons by using a gun or the like to reduce the charge as needed.

【0026】尚、イオンビームの経路部は、例えば、全
て1E−5Torr以下程度の高真空状態とするため、
質量分析器7以降のイオンビーム経路部は真空バルブ1
8を開けていることにより真空ポンプ4により真空排気
される。また、注入室16aにおいては真空バルブ19
を開けていることにより真空ポンプ5により真空排気が
なされる。一方、搬送部13の真空バルブ21は注入中
は閉じた状態である。そして、大気中、この搬送部13
により大気搬送用の真空バルブ22を介してロック室1
5内の搬送部13に搬送された半導体ウェーハ20がデ
ィスク11にロード,アンロードされるときにこの真空
バルブ21は開けられる。
The path of the ion beam is, for example, all in a high vacuum state of about 1E-5 Torr or less.
The ion beam path from the mass spectrometer 7 is a vacuum valve 1
The vacuum pump 4 evacuates the vacuum by opening 8. Further, in the injection chamber 16a, a vacuum valve 19 is provided.
Is opened, vacuum evacuation is performed by the vacuum pump 5. On the other hand, the vacuum valve 21 of the transport unit 13 is closed during the injection. Then, in the atmosphere, the transport unit 13
Lock chamber 1 via a vacuum valve 22 for conveying the atmosphere.
The vacuum valve 21 is opened when the semiconductor wafer 20 transferred to the transfer section 13 in the disk 5 is loaded and unloaded on the disk 11.

【0027】図2(a)および(c)はイオン注入時間
とイオンビーム経路中における圧力の挙動を示すグラフ
である。次に、このイオン注入装置の動作について説明
する。まず、イオン源8aで発生したイオンビーム10
は所望のエネルギーに加速され、質量分析器7を通過す
ることにより不必要の質量のイオンが除去され電気的に
イオンドーズ量をカウントするためのファラディ集電シ
ステム36を通過する。そして被加工物である半導体ウ
ェーハ20の表面あるいは半導体ウェーハ20を装填し
ているディスク11の表面に照射される。
FIGS. 2A and 2C are graphs showing the ion implantation time and the pressure behavior in the ion beam path. Next, the operation of the ion implantation apparatus will be described. First, the ion beam 10 generated by the ion source 8a
Is accelerated to a desired energy, passes through a mass analyzer 7 to remove unnecessary mass ions, and passes through a Faraday current collection system 36 for electrically counting the ion dose. Then, the surface of the semiconductor wafer 20 which is the workpiece or the surface of the disk 11 loaded with the semiconductor wafer 20 is irradiated.

【0028】そして、イオン注入開始と同時にイオンビ
ームの照射によってイオンビーム経路部あるいは注入室
16aおよび半導体ウェーハ並びにディスク11からガ
ス放出によって真空計2a,2bの圧力は上昇する。こ
のときの真空計2aの圧力値がPc とP1 の中間の値を
示す。次に、流量調節器制御部3はこの圧力値を入力し
流量調節器1aもしくは1bに圧力差に応じた開度信号
を送る。流量調節器1aもしくは1bはガス供給装置2
4a,24bから不活性ガスをイオンビーム経路部もし
くは注入室16aに導入する。そして、このように圧力
値を検知しガスを導入しながら真空ポンプ4,5で真空
排気しイオンビム経路部の圧力値を一定のPc にす
る。そして、注入しながらドーズ量のカウントしカウン
ト値が所定値に達したら、イオンビームの照射を停止さ
せイオン注入を完了させる。このイオン注入停止によっ
て流量調節器1a,1bからのガスの導入は無くなる。
その結果、イオンビーム経路部の圧力は下降し最終到達
圧力PB に近ずいていく。
At the same time as the start of the ion implantation, the pressure of the vacuum gauges 2a and 2b rises due to the release of gas from the ion beam path or the implantation chamber 16a and the semiconductor wafer and the disk 11 by the irradiation of the ion beam. Pressure value of the gauge 2a at this time an intermediate value of P c and P 1. Next, the flow controller controller 3 inputs this pressure value and sends an opening signal corresponding to the pressure difference to the flow controller 1a or 1b. The flow controller 1a or 1b is a gas supply device 2
An inert gas is introduced from 4a, 24b into the ion beam path or the implantation chamber 16a. Then, in this way the pressure value of the ion beam over beam path unit was evacuated by a vacuum pump 4, 5 while introducing the detected gas pressure value constant of P c. Then, the dose is counted while implanting, and when the count value reaches a predetermined value, the irradiation of the ion beam is stopped to complete the ion implantation. By stopping the ion implantation, the introduction of gas from the flow controllers 1a and 1b is stopped.
As a result, the pressure of the ion beam path portion gradually have not a close to falling to a final ultimate pressure P B.

【0029】また、半導体ウェーハ20に被着されたフ
ォトレジスト面にイオンビームを照射する場合は、図2
(b)に示すように、脱ガスの周期とガス導入の周期が
互いにずれるので変動幅が小さくなる。しかも真空排気
能力と均衡し圧力が一定のPc となる。また、このイオ
ン注入中の制御圧力値PC は、種々のガス放出の形態を
考慮しても5E−6〜5E−4Torr程度の範囲で設
定し得る。さらに、従来出来なかったP1 より低い圧力
のイオン注入中の制御圧力値PC は、真空ポンプ4,5
の排気速度とバランスがとれるカスの流量を導入すれ
ば、明らかに実現できる。なお、この圧力コントロール
は、イオン注入実施時を主体としたものであり、注入前
段階では、特に必要がない限り圧力コントロールは実施
されず流量調節器1a,1bは全閉状態となるよう流量
調節器制御部3より制御される。
When irradiating the photoresist surface deposited on the semiconductor wafer 20 with an ion beam, the method shown in FIG.
As shown in (b), the cycle of degassing and the cycle of gas introduction deviate from each other, so that the fluctuation width is reduced. Moreover, the pressure becomes a constant Pc in balance with the evacuation capacity. The control pressure value P C in the ion implantation, even taking into account the form of a variety of gas discharge can be set in the range of about 5E-6~5E-4Torr. Further, the control pressure value P C during ion implantation at a pressure lower than P 1 , which could not be achieved conventionally, is reduced by the vacuum pumps 4 and 5.
This can be clearly realized by introducing a flow rate of the scum that can balance with the exhaust speed of the gas. It should be noted that this pressure control is mainly performed during the ion implantation, and in the pre-implantation stage, the pressure control is not performed unless otherwise required, and the flow controllers 1a and 1b are controlled so that the flow controllers 1a and 1b are fully closed. It is controlled by the container controller 3.

【0030】ここで、このイオン注入装置では、被加工
物に注入する以前のイオンが圧力の高さに応じて中性化
する割合が増えるものの、ドーズ測定値に補正ファクタ
を付加することができるのでドーズ量のカウント精度に
影響しない。むしろ、イオンの中性化の割合が増加する
ことによって、被加工物への帯電が軽減され、半導体ウ
ェーハに形成されたMOS構造のトランジスタのゲート
部分の絶縁膜破壊を免れるという新な効果も有する。
Here, in this ion implantation apparatus, a correction factor can be added to the measured dose value, although the rate of neutralization of ions before being implanted into the workpiece increases according to the pressure. Therefore, it does not affect the counting accuracy of the dose. Rather, the increase in the rate of ion neutralization reduces the charge on the workpiece, and has a new effect of avoiding the breakdown of the insulating film at the gate of the MOS transistor formed on the semiconductor wafer. .

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、イオンビ
ーム経路部及び注入室部に各々圧力を検知する真空計及
び微量な不活性ガスの導入しかつ導入流量を制御する流
量調節器を接続し、イオンビーム経路部の圧力を注入室
の圧力より高めに維持し各部の圧力が変動してもイオン
ビーム経路部の維持圧力値になるように制御するシステ
ムを設けることによって、真空排気能力の経時変化や、
イオンビーム経路部あるいは注入室部の微小リークや大
気開放後の水分等の吸着及び大気側より搬送された被加
工物からの脱ガス等による時間に対する圧力変動を無く
し、それによるドーズ量のカウント誤差が無くなりイオ
ンドーズ量の精度の向上が図れるという効果がある。
As described above, according to the present invention, a vacuum gauge for detecting pressure and a flow controller for introducing a small amount of inert gas and controlling the introduced flow rate are connected to the ion beam path and the implantation chamber. By providing a system that maintains the pressure in the ion beam path higher than the pressure in the implantation chamber and maintains the pressure in the ion beam path even when the pressure in each section fluctuates, the vacuum pumping capacity can be reduced. Over time,
Eliminates pressure fluctuations over time due to minute leaks in the ion beam path or implantation chamber, adsorption of moisture, etc. after opening to the atmosphere, and degassing from the workpiece transported from the atmosphere, resulting in errors in counting the dose. And there is an effect that the accuracy of the ion dose can be improved.

【0032】また、本発明ではイオンビーム経路部と注
入室部とを別々に制御することによって、従来技術では
できなかったガス放出の少ない場合でもイオンビーム経
路部の圧力を一定にすることができる。
Further, in the present invention, by controlling the ion beam path and the implantation chamber separately, the pressure in the ion beam path can be kept constant even in the case of a small amount of gas emission which cannot be achieved by the prior art. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のイオン注入方法およびその装置の一実
施例を説明するためのイオン装置を示す図である。
FIG. 1 is a view showing an ion apparatus for explaining an embodiment of an ion implantation method and apparatus according to the present invention.

【図2】イオン注入時間とイオンビーム経路中における
圧力の挙動を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing ion implantation time and pressure behavior in an ion beam path.

【図3】従来のイオン注入装置の一例を説明するための
質量分析器以降のイオンビーム経路部分を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an ion beam path portion after a mass analyzer for explaining an example of a conventional ion implantation apparatus.

【図4】イオン注入時間とイオンビーム経路中における
圧力の挙動を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing ion implantation time and pressure behavior in an ion beam path.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b 流量調節器 2a,2b 真空計 3 流量調節器制御部 4,5,14,30 真空ポンプ 6 モータ 7 質量分析器 8 イオン源等 8a イオン源 9 スキャンコントローラ 10 イオンビーム 11 ディスク 12 真空チャンバ 13 搬送部 15 ロック室 16,16a 注入室 18,19,21,22,60 真空バルブ 20 半導体ウェーハ 23 導通ライン 24a,24b ガス供給装置 36 ファラディ集電システム 40 開口 42 ドーズ測定システム 62 羽根 64 バルブモータ 70 バルブコントローラ 1a, 1b Flow controllers 2a, 2b Vacuum gauge 3 Flow controller controller 4, 5, 14, 30 Vacuum pump 6 Motor 7 Mass analyzer 8 Ion source etc. 8a Ion source 9 Scan controller 10 Ion beam 11 Disk 12 Vacuum chamber DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Transport part 15 Lock chamber 16, 16a Injection chamber 18, 19, 21, 22, 60 Vacuum valve 20 Semiconductor wafer 23 Conduction line 24a, 24b Gas supply device 36 Faraday current collection system 40 Opening 42 Dose measurement system 62 Blade 64 Valve motor 70 Valve controller

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン源より発生するイオンを質量分析
器により所望のイオンを抽出してイオンビームを形成し
該イオンビームを半導体基板に照射し該半導体基板に該
イオンを注入するイオン注入方法において、前記質量分
析器以降のイオンビーム経路中のガス圧力変動を該イオ
ンビーム経路部への該圧力変動に応じて不活性ガス量の
導入と前記イオンビーム経路部の真空排気とを制御して
前記イオンビーム経路中のガス圧を一定にすることを特
徴とするイオン注入方法。
1. An ion implantation method for extracting desired ions from ions generated by an ion source by a mass analyzer to form an ion beam, irradiating the semiconductor substrate with the ion beam, and implanting the ions into the semiconductor substrate. Controlling the gas pressure fluctuation in the ion beam path after the mass analyzer by controlling the introduction of an inert gas amount and the evacuation of the ion beam path according to the pressure fluctuation in the ion beam path. An ion implantation method characterized in that a gas pressure in an ion beam path is kept constant.
【請求項2】 一定に維持される前記イオンビーム経路
中のガス圧は前記半導体基板を包む閉鎖空間のガス圧よ
り高いことを特徴とする請求項1記載のイオン注入方
法。
2. The ion implantation method according to claim 1, wherein a gas pressure in said ion beam path maintained constant is higher than a gas pressure in a closed space surrounding said semiconductor substrate.
【請求項3】 イオンを発生するイオン源と、発生され
た前記イオンから所望の質量のイオンを抽出しイオンビ
ームを形成する質量分析器と、前記イオンビームの照射
によりイオンが注入される半導体基板を収納する注入室
と、該イオンビームの経路中の該注入室側に配設され前
記イオンビームのビーム電流を検出するファラディ集電
システムと、前記イオンビーム経路部および前記注入室
をそれぞれ独立して真空排気する真空ポンプとを備える
イオン注入装置において、前記イオンビームの経路にお
ける前記質量分析器側と前記ファラデイ集電システム側
とをそれぞれ独立して圧力を測定する真空計と、前記イ
オンビーム経路部に前記不活性ガスを導入する流量調節
器と、前記真空計による圧力差に応じて前記流量調節器
のガス流量を制御する流量調節器制御部とを備えること
を特徴とするイオ注入装置。
3. An ion source for generating ions, a mass analyzer for extracting ions of a desired mass from the generated ions to form an ion beam, and a semiconductor substrate into which ions are implanted by irradiation of the ion beam. And a Faraday current collecting system disposed on the side of the implantation chamber in the path of the ion beam for detecting a beam current of the ion beam, and the ion beam path section and the implantation chamber are independently provided. A vacuum pump for measuring pressure independently on the mass analyzer side and the Faraday current collection system side in the path of the ion beam, and the ion beam path. A flow controller that introduces the inert gas into the section, and a gas flow controller that controls a gas flow rate of the flow controller according to a pressure difference of the vacuum gauge. And a flow controller for controlling the flow of ions.
【請求項4】 前記流量調節器が前記注入室にも設けら
れていることを特徴とする請求項3記載のイオン注入装
置。
4. The ion implantation apparatus according to claim 3, wherein said flow controller is provided also in said implantation chamber.
【請求項5】 前記流量調節器はマスフローコントロー
ラであることを特徴とする請求項3もしくは請求項4記
載のイオン注入装置。
5. The ion implantation apparatus according to claim 3, wherein the flow controller is a mass flow controller.
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