JP2926253B2 - イオン注入装置およびウエハへのイオン照射量を制御する方法 - Google Patents

イオン注入装置およびウエハへのイオン照射量を制御する方法

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JP2926253B2 JP2049143A JP4914390A JP2926253B2 JP 2926253 B2 JP2926253 B2 JP 2926253B2 JP 2049143 A JP2049143 A JP 2049143A JP 4914390 A JP4914390 A JP 4914390A JP 2926253 B2 JP2926253 B2 JP 2926253B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はイオン注入装置、特にイオン注入装置の改良
された制御装置およびウェハのイオン照射量を制御する
方法に関する。
（従来の技術） イオン注入装置は公知である。本発明の譲受人に譲渡
されているマイロン（Myron）の米国特許明細書第4,76
1,559号は半導体ウェハを連続的に端部装置の真空室内
へ搬送して、プラテンに固定し、固定注入位置まで回転
させてからその固定位置に確固に保持しながら注入を行
う端部装置を設けた典型的なイオン注入装置を開示して
いる。一般的にこの固定位置はチャンネル効果を避ける
ため所定の入射角度、約７°の角度がつけられている。
最近では、イオン注入装置の動作に融通性を向上させ
る必要性が高まり、特に一般的な７°よりも相当に大き
い可変注入角度でウェハに注入できるようにし、また注
入中にウェハを回転できるようにしている。
このような融通性を必要とする用途としては、大角度
傾斜注入ドレイン（LATID）トランジスタ、ダイナミッ
クRAM用のトレンチキャパシタ側壁、軽ドーピングドレ
イン（LDD）対称エンハンスメント、チャネルストップ
レンチ側壁注入、改良されたシート抵抗による均一性、
縦横比が高いマスクによる陰影効果の軽減がある。これ
らの作動を行う能力がイオン注入装置の構造に内蔵され
ているので、その他の応用も可能になると予想される。
（発明が解決しようとする課題） イオン注入装置の上記のニーズを満足させるためにイ
ン注入装置と協働し、種々の注入角度、少なくとも60°
の角度で注入でき、かつ注入時又はその途中でウェハを
回転できる端部装置を開発してきた。
この装置は、注入時に連続してウェハを回転するとと
もに、所定量の注入をウェハに施してから所定角度回転
させ、さらにこのサイクルを１回または複数回繰り返す
ことも含まれる。
本発明の目的は、イオン照射量に対応させて制御手段
がウエハの支持手段をステップ回転させることにより、
ウエハ表面を横切る均一なイオン照射量を達成できるよ
うにした、イオン注入装置及びウエハへのイオン照射量
を制御する方法を提供することである。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、各請求項に記載
の構成を有し、具体的には、本発明の請求項１における
構成上の特徴は、ウエハに注入されるイオン照射量を制
限する装置（130）が、 （ａ）支持手段（38）上に収容されるウエハに注入され
るイオン照射量を測定する手段（126）と、 （ｂ）ウエハに受け入れられるイオンビームをしゃ断す
る手段（136）と、 （ｃ）前記イオン照射量の測定手段（126）から照射量
情報信号を受信し、この照射量情報信号に応答して前記
支持手段（38）のステップ回転を与えるために前記支持
手段（38）を回転する手段（63）に信号を伝達する制御
手段（132）と、 を有している。
また、本発明の請求項５における構成上の特徴は、 （ｄ）測定照射量の増分が所望の蓄積照射量を予め設定
されたステップ数で割った値に等しいとき前記ウエハを
１ステップ回転し、 （ｅ）前記照射量の測定を続行し、さらに前記選択され
た蓄積照射量が得られるまでステップ回転を繰り返す工
程、 を有している。
これらの構成によれば、イオン照射量を測定する手段
（ファラデーカップ）によりウエハに注入されるイオン
照射量が測定され、このイオン照射量による照射量情報
信号に基づいて、制御手段（ステップモータコントロー
ラ）が、回転手段（ステップモータ）に信号を送り、ウ
エハの支持手段にイオン照射量に対応した所望のステッ
プ回転が与えられる。
この結果、制御手段によって、各々の回転ステップ
は、測定されたイオン照射量の増分によって実行される
ので、イオンビームの流れが変動しても、ウエハ表面を
横切る均一なイオン照射量に対応してウエハの回転を制
御することになる。
さらに、ウエハに受け入れられるイオンビームをしゃ
断する手段（ビームゲート）を設けたことにより、単位
ステップ毎、または複数回のステップを繰り返して、所
望の全照射量に等しくなるまで進行させ、その注入が完
了した時点でゲートを閉じることができる。
したがって、イオン照射量を制限する装置は、制御手
段により、ウエハの回転を制御してウエハ表面を横切る
均一なイオンビームの照射量を達成することができる。
どんな理由であれ、ビームが失なわれると、ビームが
回復するまで回転を停止し、これまで不適当に注入され
たウェハを生じる条件下においてさえイオン照射量を均
一に維持する。
またイオン照射量の制御方法としては、最初固定位置
にあるウェハにイオン照射がなされ、この蓄積された照
射量を測定する。測定照射量の増分が注入されるべき全
照射量を予め設定されたステップ数で割った値に等しく
なると注入が実施され、モータが１増分のステップ回転
を行う。この工程は所望の全照射量が得られるまで繰返
される。
（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図には本発明に使用するイオン注入装置10が示さ
れている。
このイオン注入装置10はイオンビームを分析マグネッ
ト16へ送るイオン源12を有し、この分析マグネット16に
よってビームが屈折して細長い経路に沿ってビームシャ
ッタ20および加速電極22を通過する。電極22から出たビ
ームは、４極レンズ装置24を通過し、ここでビームが集
束されてから偏向電極26,28へ送られ、ここで制御電圧
がビームを左右上下に偏向させる。このような制御電圧
の変調により、端部装置30に配置されたウェハ29を横切
る方向にビームの走査が行われる。
端部装置30は真空室32内に位置している。真空室32内
に取付られた２本のアーム34,36が、ウェハ支持アセン
ブリ38に対するウェハの着脱を自動的に行う。ドーピン
グされていないウェハをカセット40からシャトル42が取
り出して１枚のウェハをアーム44付近まで運び、アーム
44がそのウェハを方向付け装置46へ移動させて、そこで
ウェハが特定の結晶方向へ回転させられる。
アーム44は指向されたウェハを引き出し、ウェハを真
空室32に隣接する装着部48に移動する。装着部48は、閉
鎖されてから所望の真空度まで脱気された後真空室32内
で開く。その時アーム34がウェハを把持して真空室内へ
運び、ウェハをさらなるハンドリングおよび注入を行う
位置の支持部38上に置くが、これについては以下に詳細
に説明する。
真空室32の取り外し側では、第２アーム36が注入済み
ウェハ29を支持部38で把持して、真空室32から取り外し
部49へウェハを移動させる。取りはずし部からは、アー
ム50がウェハをシャトル52へ移動させ、このシャトル52
がウェハを第２カセット54に自動的に入れる。
第２図および第３図において、本発明の改良形端部装
置は、真空室32内に配置された回転および傾動ウェハ支
持アセンブリ38を有し、真空室32の外側にはウェハ傾動
アセンブリ62とウェハ回転駆動装置63を配置している。
ウェハ支持アセンブリ38は、真空室32の壁65を貫通し
て突出し、フランジ66でこれに固定されている第１円筒
形ハウンジング64と、ほぼＵ字形の部分70を備えて、第
１ハウジング内に回転可能に支持されている第２円筒形
ハウジング68と、Ｕ字形部分に取付けられたプラテンア
センブリ60とを有している。ハウジング69は第１軸受71
と好ましくはフェロフルイディック（Ferrofluidic）
（フェロフルイディックス社の登録商標）シール−軸受
として知られている形式の軸受−シール組み合せアセン
ブリ72とによって支持されている。
第２図に示すようにＵ字形部分はさらに真空室の反対
側の壁67に取付けられた軸受アセンブリ75によっても支
持されている。
傾動アセンブリ62は、支柱74によって真空室32に取付
けられた第１ステップモータ73と、内側円筒形ハウジン
グ68の延出部として形成されている大径の駆動滑車76と
を有している。
モータ73は、駆動ベルト78を介してハウジングそして
プラテンアセンブリ60を作動でき、プラテンアセンブリ
60をほぼ支持部上のウェハ29の平坦面によって形成され
た平面上にある軸線80回りに回転する。
回転駆動装置63は、支柱84によって滑車76の外側面上
に取付けられた第２ステップモータ82と、プラテンアセ
ンブリ60をウェハ表面に対し直交しかつウェハの中心を
通る軸線88の回りを回転する移送装置86とを有してい
る。
移送装置86はモータ82の出力軸に連結され軸受92でハ
ウジング68内に支承された第１軸90と、Ｕ字形部分70の
底部に収容されて軸受96で支承された第２軸94と、第１
軸および第２軸を連結する滑車−ベルト装置98と、プラ
テンアセンブリ60に固定されてＵ字形部分70の底部から
内向きに延出しているハブ102内に回転可能に取付けら
れている第３軸100と、第２軸および第３軸を連結する
ベベルギヤ装置104とを有している。
第３軸100はやはりフェロフルイディック形である軸
受−シール組合せアセンブリによってハブ内に支持され
ている。
プラテンアセンブリ60は、軸100に固定されたベース
部材106と、ベースに取付けられたウェハ収容プラテン1
08と、ベースに取付けられて選択的にウェハをプラテン
に接触するように保持するばね付勢されたクランプアセ
ンブリ110とを有している。
このようなプラテンおよびクランプアセンブリは公知
であるので、ここでは詳細に説明しない。
次に作用を説明すると、ウェハ29はシャトル42によっ
てカセット40から取り出され、アーム44によってまず方
向付け装置46へ、それから装着部48へ送られる。装着部
48と真空室32との間で適当に脱気処理が行われた後、装
着アーム34がウェハを装着部からプラテンアセンブリ60
へ送り、そこでウェハはクランプアセンブリ110によっ
てプラテン108に固定される。次に傾動モータ73を励磁
してウェハ支持部を軸線80回りに第２図に示されている
水平位置から注入位置まで回転する。この位置は一般的
に軸線88がビーム軸線88をビーム軸線に平行にする第３
図に示す位置間のいずれであっても良く、また軸線88が
ビーム軸線から60°回転させられる位置にすることもで
きる。
所望の注入位置に一度配置されると、それぞれの注入
の必要条件によりウェハ29は固定の角度位置においてビ
ーム14を照射でき、またウェハ29を連続的に回転させる
かまたは段階的に回転させることができる。
注入作業の完了後、ウェハ29はアーム36により取外し
部49にまず移送され、そこでアーム50およびシャトル52
でカセット54へ送られる。
第４図は注入装置10のビームラインを概略示してお
り、真空室32、ビーム形成開口120、この開口の下流側
の電子サプレッサ電極122、プラテンアセンブリ60に隣
接する電子フラットリング124、およびサプレッサ電極
の下流側にある部品を包囲しているファラデーカップ12
6とが含まれる。
形成開口を通過する全電荷は全てファラデーカップに
より集められ、そしてウェハ29に注入されるイオン照射
量を計算するために測定されることは従来より公知のこ
とであり、ファラデーカップによって集められた電荷量
をウェハの面積で割ることにより単位面積当りの電荷が
与えられ、またウェハが注入の結果として得るイオン照
射量を計算できる。
第５図はウェハの回転を制御してウェハ表面を横切る
均一なイオンビームの照射量を達成する装置130が概略
示されている。
この作用は望ましい全ビームの照射量およびプラテン
アセンブリ60の所望回転数がステップモータのコントロ
ーラ132に入力され、このコントローラで所望照射量を
注入の全ステップ数で割ることによりモータの単位ステ
ップにつき注入されるイオン照射量を決定する。
この結果、１度づつステップするモータを使用し、１
回転で注入を完成する場合、全イオン照射量を360で割
れば単位ステップの照射量が求められる。
最初、プラテンアセンブリ60が所望の開始点に位置決
めされ、そしてビーム14のゲートがコントローラ132か
らゲートコントローラ134への信号により開く。この時
ゲートコントローラ134は注入を開始するためにビーム
ゲート136にオン信号を与える。
第１図に示すイオン注入装置において、ビームゲート
はビームの通路に配置されるシャッタ形式であり、ウェ
ハへのイオンの流れを阻止する。
ビームゲートはまた開口形式であってもよく、ビーム
を再指向させるためビーム減衰板又は別の端部装置ある
いはウェハが受け入れるイオンビームをしゃへいする他
の手段に置き換えることもできる。
注入の進行に従って、蓄積されたイオン照射量はファ
ラデーカップ126に集められ、このカップ126によりライ
ン138を介してコントローラ132に蓄積イオン照射量を示
すビーム電流信号が与えられる。
蓄積イオン照射量の増分が単位ステップの計算イオン
照射量に等しくなると、信号がライン140を介してステ
ップモータ63に送られ、ウェハを１ステップ回転させ
る。
このような注入は蓄積された照射量が所望の全照射量
に等しくなるまで進行し、その時点で注入が完了し、ビ
ームはゲートコントローラへの信号によってゲートを閉
じる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明はイオン照射量を制御する
装置を設けたので、ウェハに注入されるイオン照射量を
測定でき、かつこの照射量情報信号に基づいてウェハを
ステップ回転させることができる。
また、本発明は、制御手段により、回転手段の単位ス
テップにつき注入されるイオン照射量を決定できるの
で、ウエハの１ステップ毎の測定照射量の増分が定ま
り、単位ステップ毎に等しいイオン照射量で、選択され
た蓄積照射量が得られるまでステップ回転を繰り返すこ
とができ、ウエハの回転を制御してウエハ表面を横切る
均一なイオンビームの照射量を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るイオン注入装置の概略を示す平面
図、 第２図は第１図に示された注入装置の端部装置の概略斜
視図、 第３図は端部装置の概略断面図、 第４図は端部装置のビームライン端を示す概略断面図、 第５図は本発明の制御装置の概略ブロック図である。 10…イオン注入装置、12…イオン源 14…イオンビーム、16…マグネット 20…ビームシャッタ、22…加速電極 24…レンズ装置、26,28…偏向電極 29…ウェハ、30…端部装置 38…ウェハ支持アセンブリ 60…プラテンアセンブリ、62…傾動アセンブリ 63…回転駆動装置、80,88…軸線 82…ステップモータ 126…ファラデーカップ、132…コントローラ 134…ゲートコントローラ 136…ビームゲート
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−274767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−103694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−211950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−82561（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−153328（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278643（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−78146（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160354（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−27954（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/265 603 H01J 37/317

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空室（32）と、該真空室内のウエハ収容
    支持手段（38）と、該支持手段に収容されたウエハ（2
    9）上にイオンビームを指向する手段（12〜28）と、前
    記支持手段に収容されるウエハの表面に対して直角に交
    差してウエハを通る軸線（88）の回りに前記支持手段
    （38）を不連続的にステップ回転させる手段を備え、前
    記支持手段が前記イオンビームを連続してしゃ断する位
    置にウエハを保持しているイオン注入装置において、 ウエハに注入されるイオン照射量を制御する装置（13
    0）は、前記支持手段上に収容されるウエハに注入され
    るイオン照射量を測定する手段（126）と、ウエハに受
    け入れられるイオンビームをしゃ断する手段（136）
    と、前記イオン照射量の測定手段から照射量情報信号を
    受信し、この照射量情報信号に応答して前記支持手段
    （38）のステップ回転を与えるために前記支持手段（3
    8）を回転する手段（63）に信号を伝達する制御手段（1
    32）とを有していることを特徴とするイオン注入装置。
  2. 【請求項２】支持手段を回転する手段（63）が、ステッ
    プモータからなる請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】イオン照射量を測定する手段（126）が、
    ファラデーカップからなる請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】ウエハに受け入れられるイオンビームをし
    ゃ断する手段は、ビームのゲートを開閉するゲート手段
    （136）を備えており、さらに、該ゲート手段を制御す
    るゲートコントローラ（134）を含み、制御手段（132）
    が前記ゲートコントローラに信号を伝達し、所定の蓄積
    されたイオン照射量信号の受取りに応じて前記イオンビ
    ームのゲートを閉じるようになっている請求項１記載の
    装置。
  5. 【請求項５】イオンビームの注入により、半導体ウエハ
    （29）が受け入れるイオン照射量を制御する方法であっ
    て、 ウエハに注入されるべき所望の蓄積イオン照射量を選択
    し、前記ウエハをステップ毎にウエハ表面に対して直角
    に交差してウエハを通る軸の回りに回転するととに前記
    イオンビームを連続してしゃ断する位置に前記ウエハを
    保持する手段（63）を準備する工程を含み、 このウエハが受け入れるイオン照射量を測定し、 測定照射量の増分が所望の蓄積照射量を予め設定された
    ステップ数で割った値に等しいとき前記ウエハを１ステ
    ップ回転し、 前記照射量の測定を続行し、さらに前記選択された蓄積
    照射量が得られるまでステップ回転を繰り返す工程、を
    有することを特徴とするイオン照射量の制御方法。
  6. 【請求項６】注入サイクルを開始するためイオンビーム
    のゲートを開き、選択された蓄積イオン照射量が得られ
    たときイオンビームのゲートを閉じる工程を有する請求
    項５記載の制御方法。
JP2049143A 1989-02-28 1990-02-28 イオン注入装置およびウエハへのイオン照射量を制御する方法 Expired - Lifetime JP2926253B2 (ja)

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