JP2990126B2 - Ion implantation apparatus and ion beam measurement method - Google Patents

Ion implantation apparatus and ion beam measurement method

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JP2990126B2
JP2990126B2 JP9262108A JP26210897A JP2990126B2 JP 2990126 B2 JP2990126 B2 JP 2990126B2 JP 9262108 A JP9262108 A JP 9262108A JP 26210897 A JP26210897 A JP 26210897A JP 2990126 B2 JP2990126 B2 JP 2990126B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入装置およ
びイオンビーム測定方法に係わり、特に半導体ウエハを
試料としそこに注入されるイオンの注入量及び注入エネ
ルギーを制御するイオン注入装置およびイオンビーム測
定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion beam measurement method, and more particularly to an ion implantation apparatus and an ion beam measurement method for controlling the amount and energy of ions implanted into a semiconductor wafer as a sample. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造においては、微細化が
進むにつれその動作性能を確保する為、イオン注入装置
におけるイオン注入量やイオンの注入深度のコントロー
ル精度が重要となる。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, it is important to control the amount of implanted ions and the depth of implantation of ions in an ion implantation apparatus in order to secure the operation performance as the miniaturization progresses.

【0003】近年では加速電圧が1MeVを超す高エネ
ルギーイオン注入が多く求められてきている。しかし高
エネルギーになるほどイオン注入装置の構造は非常に複
雑なとなり、注入量や加速電圧の測定誤差が生じ易くな
る為、コントロール精度が低下してしまう。
In recent years, high-energy ion implantation with an acceleration voltage exceeding 1 MeV has been demanded in many cases. However, as the energy becomes higher, the structure of the ion implantation apparatus becomes more complicated, and a measurement error of the implantation amount and the acceleration voltage is more likely to occur, thereby lowering the control accuracy.

【0004】図3はイオン注入量を測定する従来技術の
方法を示す図である。同図の方法はイオン電荷を利用し
たもので、イオンビーム10はイオン源1から引き出し
電極2により引き出されて発せられ、加速器3により注
入エネルギーを得て、磁石4により選別され、特定のイ
オンのみを試料11を含む試料台12に注入された時、
試料台12の電位変動によりグランドに試料台から流れ
込む電流を電流計13で測定しイオンカウントシステム
8により算出して注入量を求めている。
FIG. 3 shows a prior art method for measuring the amount of ion implantation. In the method shown in FIG. 1, an ion beam 10 is extracted from an ion source 1 by an extraction electrode 2 and emitted. The ion beam 10 obtains implantation energy by an accelerator 3 and is selected by a magnet 4 to select only specific ions. Is injected into the sample stage 12 including the sample 11,
The current flowing from the sample stage to the ground due to the potential fluctuation of the sample stage 12 is measured by the ammeter 13 and calculated by the ion counting system 8 to obtain the injection amount.

【0005】この方法による注入量の測定精度は、浮遊
ガスとの衝突によって生じるイオンの価数変化の補正
や、ファラデー系の外部との遮断状態で決まる。
[0005] The accuracy of measuring the injection amount by this method is determined by the correction of the change in the valence of ions caused by the collision with the floating gas and the state of being cut off from the outside of the Faraday system.

【0006】図4(A)はイオン注入量を測定する他の
従来技術の方法を示す図であり、X線(点線で示す)を
利用したものである。この方法は、試料台12が試料1
1に均等にイオン注入されるよう回転しながら上下方向
に動き、イオンビーム10が試料台から外れた時にター
ゲット15にあたり、発生する特性X線(点線で示す)
の強度をX線測定センサー16で検出する仕組みになっ
ていて、その強度はイオンビーム10に比例している。
このような方法で注入量を測定できることが特開平5−
326437号公報に説明してある。そして、注入量は
ターゲット15にイオンビーム10が衝突したときに出
る特性X線強度から一周期の注入量を平均化して求める
ことができる。
FIG. 4A shows another prior art method for measuring the amount of ion implantation, which utilizes X-rays (indicated by dotted lines). In this method, the sample stage 12
Characteristic X-ray (indicated by a dotted line) generated when the ion beam 10 moves up and down while rotating so that ions are implanted evenly and hits the target 15 when the ion beam 10 comes off the sample stage.
Is detected by the X-ray measurement sensor 16, and the intensity is proportional to the ion beam 10.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-
This is described in JP-A-326437. The injection amount can be obtained by averaging the injection amount in one cycle from the characteristic X-ray intensity emitted when the ion beam 10 collides with the target 15.

【0007】この方法による測定精度は、測定周期間の
イオンビーム電流の安定性で決まる。さらに図4(A)
の方法を変更して図4(B)に示すように、試料台から
発生するX線(点線で示す)を常時測定する方法を想定
した場合では、X線の強度測定の安定性が測定精度を決
定することが考えられる。
[0007] The measurement accuracy of this method is determined by the stability of the ion beam current during the measurement period. Further, FIG.
As shown in FIG. 4 (B), by changing the method described above, assuming a method of constantly measuring X-rays (indicated by a dotted line) generated from the sample stage, the stability of the X-ray intensity measurement indicates the measurement accuracy. Can be determined.

【0008】図5は注入エネルギーを測定する従来技術
の方法を示す図である。この方法はイオン注入装置内で
注入エネルギーをX線で測定するものであり、試料台1
2の周辺に注入エネルギーを測定する専用のターゲット
15及びX線測定センサー16を設置し、X線(点線で
示す)の最短波長の測定でセットアップ時の注入エネル
ギーを測定できると特開平8ー148112号公報に説
明している。
FIG. 5 shows a prior art method for measuring implantation energy. In this method, the implantation energy is measured by X-rays in an ion implantation apparatus.
A dedicated target 15 for measuring the injection energy and an X-ray measurement sensor 16 are set around the area 2 to measure the shortest wavelength of the X-ray (indicated by a dotted line). This is described in Japanese Patent Publication No.

【0009】その他の方法としては、Siウェーハ上の
表面を掘り進んで不純物濃度のプロファイルを測定する
SIMS法や、Siウェーハの表面ダメージを測定する
方法もある。またSiウェーハの電気抵抗変化を利用し
て測定する方法は特開昭63−128541号公報に開
示されている。
As other methods, there are a SIMS method in which a surface of a Si wafer is dug to measure a profile of an impurity concentration and a method in which surface damage of a Si wafer is measured. Further, a method of measuring by using a change in electric resistance of a Si wafer is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-128541.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図3に示すようなイオ
ン注入量をイオンの電荷を利用して測定する方法では、
ビームラインの真空度によるイオンビームの価数変化が
測定精度を低下させてしまう。特に半導体装置の製造で
は、近年イオン注入のマスク材として有機物で構成され
るフォトレジストが一般的となり、マスクにイオンビー
ムが当たって発生するアウトガスがイオンビームの電荷
を変化させ、注入量を狂わす主要因となっている。
In the method of measuring the amount of ion implantation using the charge of ions as shown in FIG.
A change in the valence of the ion beam due to the degree of vacuum of the beam line lowers the measurement accuracy. In particular, in the manufacture of semiconductor devices, in recent years, photoresists made of organic materials have become common as mask materials for ion implantation, and outgas generated when an ion beam hits a mask changes the charge of the ion beam, leading to a disorder in the amount of implantation. Cause.

【0011】300keVを超すような高エネルギーイ
オン注入では、より多くのアウトガスを発生させてしま
い、更に低エネルギー注入ではイオンビームの中性化し
か問題にならなかった価数変化が、高エネルギー注入で
は電子剥離による価数増加が加わり、注入量を狂わす要
因が複雑になる。これらの原因からイオン注入量が10
%以上のずれが生じることがある。
[0011] High energy ion implantation exceeding 300 keV generates more outgas, and low energy implantation causes only neutron neutralization to change valence. The increase in valence due to electron peeling is added, and the factors that disturb the injection amount are complicated. For these reasons, the ion implantation dose is 10
% Or more.

【0012】ここでイオンビームの価数変化による注入
量の影響を押さえる為に、圧力による補正を行うと測定
精度が向上し1%以下のずれまで低減できるが、注入条
件による近似式の条件出しに非常に多くの工数がかか
る。
Here, when the correction by pressure is performed to suppress the influence of the injection amount due to the change in the valence of the ion beam, the measurement accuracy can be improved and the deviation can be reduced to 1% or less. Requires a lot of man-hours.

【0013】またバッチ方式による注入では、フォトレ
ジスト付きウェーハの枚数依存性も補正方法に含めなけ
ればならなく、フォトレジストの材質を変更する時に
は、これら条件全ての出し直しが必要となる。
[0013] In addition, in the implantation by the batch method, the dependency on the number of wafers with photoresist must be included in the correction method, and when changing the material of the photoresist, it is necessary to read all of these conditions.

【0014】更に電荷を利用した測定では、イオン注入
装置の構造が大きく複雑になる程、注入量を測定するフ
ァラデー系を外部から完全に遮断するのが難しくなり、
電気リークによる流入量の測定精度が低下し易くなる問
題が生じる。
Further, in the measurement using electric charge, as the structure of the ion implantation apparatus becomes larger and more complicated, it becomes more difficult to completely shut off the Faraday system for measuring the implantation amount from the outside.
There is a problem that the measurement accuracy of the inflow amount due to the electric leak is apt to decrease.

【0015】図4(A)に示すようなイオン注入量を特
性X線により測定する方法では、イオンビームの価数変
動の影響は受けないが、常時注入量を測定出来ない為、
測定周期間にイオンビームの変動があると、注入量の測
定精度が下がってしまう。
In the method of measuring the ion implantation amount by the characteristic X-ray as shown in FIG. 4A, the ion implantation amount is not affected by the valence fluctuation of the ion beam.
If the ion beam fluctuates during the measurement cycle, the measurement accuracy of the implantation dose will be reduced.

【0016】これに対し図4(B)に示す方法によるX
線の測定では、試料台上に試料や試料を押さえるクラン
パーがあり平坦面構造でないことや、材質も色々混在し
ていることや、更にバッチ式では試料の数が変わること
等により、得られるX線の測定強度の信頼性が低くな
り、このため注入量の変換が難しく現実的ではない。
On the other hand, X by the method shown in FIG.
In the measurement of the line, the X obtained by the sample table and the clamper that holds the sample and not having a flat surface structure, the mixture of various materials, and the change in the number of samples in the batch method, etc. are obtained. The measured intensity of the line is less reliable, which makes the conversion of the injection volume difficult and impractical.

【0017】図5に示すように注入エネルギーを測定す
るために専用のターゲットを用いる方法は、セットアッ
プの時しか測定できない為、イオン注入中のエネルギー
のずれやふらつきが生じた場合、イオン注入装置に測定
結果を反映させることが出来ない。
As shown in FIG. 5, the method using a dedicated target for measuring the implantation energy can be measured only at the time of set-up. Therefore, when the energy shift or fluctuation occurs during the ion implantation, the ion implantation apparatus needs to be installed. Measurement results cannot be reflected.

【0018】またSiウェーハにて間接的に注入エネル
ギーを測定する方法では、結果が出るまでの時間が長く
なり、イオン注入を実施中のイオン注入装置にその結果
を反映させることが出来ない。
Further, in the method of indirectly measuring the implantation energy on the Si wafer, the time until the result is obtained becomes long, and the result cannot be reflected on the ion implantation apparatus during the ion implantation.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、イオン
源から引き出されたイオンビームを加速、選別し、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
ームにX線を照射する手段と、透過X線及び散乱X線の
測定手段を設けたイオン注入装置にある。ここで、前記
透過X線測定手段には第1のX線測定センサーとイオン
カウント制御システムを有することができる。この場
合、前記イオンカウント制御システムからの制御信号を
フラグファラデーに送ることにより試料表面に注入する
イオン量を制御することが好ましい。また、前記散乱X
線の測定手段には第2のX線測定センサーとエネルギー
制御システムとを有することができる。この場合、前記
エネルギー制御システムからの制御信号を前記イオンビ
ームを加速する加速器に送ることによりイオンエネルギ
ーを制御する、あるいは前記エネルギー制御システムか
らの制御信号をフラグファラデーに送りることにより前
記イオンビームの中断動作を行うことが好ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that an ion beam extracted from an ion source is accelerated, selected, and injected into a sample surface by means of irradiating the ion beam with X-rays. , An ion implantation apparatus provided with means for measuring transmitted X-rays and scattered X-rays. Here, the transmission X-ray measurement means may include a first X-ray measurement sensor and an ion count control system. In this case, it is preferable to control the amount of ions to be implanted into the sample surface by sending a control signal from the ion count control system to the Faraday. The scattering X
The radiation measuring means may include a second X-ray measurement sensor and an energy control system. In this case, the control signal from the energy control system is sent to an accelerator for accelerating the ion beam to control the ion energy, or the control signal from the energy control system is sent to the flag Faraday to transmit the ion beam. Preferably, an interruption operation is performed.

【0020】本発明の他の特徴は、試料表面に向かって
走行するイオンビームにX線を照射して透過した透過X
線を検知することにより前記イオンビームのイオン量を
計測算出するイオンビーム測定方法にある。あるいは、
試料表面に向かって走行するイオンビームにX線を照射
して散乱した散乱X線を検知することにより前記イオン
ビームのイオンエネルギーを計測算出するイオンビーム
測定方法にある。もしくは、試料表面に向かって走行す
るイオンビームの一方の側にX線発生手段および散乱X
線の測定手段を設け、前記イオンビームの他方の側に透
過X線測定手段を設け、前記X線発生手段から前記イオ
ンビームに向かってX線を照射させ、前記透過X線測定
手段により前記イオンビームを横断して透過したX線の
透過強度を検知して前記イオンビームのイオン量を計測
算出し、前記散乱X線測定手段により前記イオンビーム
から散乱したX線の反射波長を検出して前記イオンビー
ムのイオンエネルギー量を計測算出するイオンビーム測
定方法にある。
Another feature of the present invention is that an ion beam traveling toward the surface of a sample is irradiated with X-rays and transmitted therethrough.
An ion beam measuring method for measuring and calculating the ion amount of the ion beam by detecting a line. Or,
An ion beam measuring method for measuring and calculating the ion energy of the ion beam by irradiating the ion beam traveling toward the sample surface with X-rays and detecting scattered X-rays. Alternatively, an X-ray generating means and a scattered X-ray are provided on one side of the ion beam traveling toward the sample surface.
X-ray measuring means is provided on the other side of the ion beam, and X-rays are emitted from the X-ray generating means toward the ion beam. Detecting the transmission intensity of the X-ray transmitted across the beam, measuring and calculating the ion amount of the ion beam, detecting the reflection wavelength of the X-ray scattered from the ion beam by the scattered X-ray measuring means, An ion beam measurement method for measuring and calculating an ion energy amount of an ion beam.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明の実施の形態のバッチ式のイ
オン注入装置の構成を示す図である。このイオン注入装
置は、イオンビーム10のイオンを発生させるイオン源
1と、引き出し電極2と、当該イオンビームに注入エネ
ルギーを持たせる加速器3と、当該イオンビームを選別
する質量分析用磁石4と、試料11をのせる試料台12
と、X線を発生し照射方向をコントロールするX線発生
装置5と、X線の透過強度を測定する第1のX線測定セ
ンサー6と、X線の反射波長を測定する第2のX線測定
センサー7と、イオンビームとX線の透過強度とを対比
し注入イオン量を調整するフラグファラデー14と、イ
オンカウント制御システム8と、エネルギー制御システ
ム9とを主に有して構成されている。尚、これらで構成
されるイオン注入装置で、加速器3と質量分析用磁石4
との順番は前後入れ替わっても構わない。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a batch type ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. The ion implantation apparatus includes an ion source 1 for generating ions of an ion beam 10, an extraction electrode 2, an accelerator 3 for imparting implantation energy to the ion beam, a magnet 4 for mass analysis for selecting the ion beam, Sample table 12 on which sample 11 is placed
An X-ray generator 5 for generating X-rays and controlling the irradiation direction, a first X-ray measurement sensor 6 for measuring the transmission intensity of the X-rays, and a second X-ray for measuring the reflection wavelength of the X-rays It mainly includes a measurement sensor 7, a flag Faraday 14 for adjusting the amount of implanted ions by comparing an ion beam and X-ray transmission intensity, an ion count control system 8, and an energy control system 9. . In addition, the accelerator 3 and the mass spectrometer 4
The order of and may be reversed.

【0023】イオン源1から引き出し電極2により引き
出されたイオンビームは、加速器3で注入エネルギーを
得て質量分析用磁石4で選別され、一方向(図では水平
の一方向)を走行して、接地電位に接続され回転する試
料台12上の試料11に注入される。半導体装置の製造
において試料11は半導体ウエハであり、例えば所定の
不純物領域を形成するためにこのイオン注入が行われ
る。
The ion beam extracted from the ion source 1 by the extraction electrode 2 obtains implantation energy by the accelerator 3 and is selected by the magnet 4 for mass analysis, and travels in one direction (one horizontal direction in the figure). The liquid is injected into the sample 11 on the rotating sample stage 12 connected to the ground potential. In the manufacture of the semiconductor device, the sample 11 is a semiconductor wafer, and this ion implantation is performed, for example, to form a predetermined impurity region.

【0024】X線発生装置5および第2のX線測定セン
サー7は一方向を走行するイオンビーム10の一方の側
(図では下側)に位置し、第1のX線測定センサー6は
他方の側(図では上側)に位置している。
The X-ray generator 5 and the second X-ray measuring sensor 7 are located on one side (lower side in the figure) of the ion beam 10 traveling in one direction, and the first X-ray measuring sensor 6 is on the other side. (Upper side in the figure).

【0025】X線発生装置5からイオンビーム全域を横
断するように第1のX線測定センサー6に向けてX線2
1を照射し、第1のX線測定センサー6ではイオンビー
ム10を透過したX線22の透過X線強度を測定し、第
21のX線測定センサー7ではイオンビーム10により
散乱した、すなわちイオンビームから反射した反射X線
23の反射波長を測定する。
The X-rays 2 are directed from the X-ray generator 5 to the first X-ray measurement sensor 6 so as to traverse the entire ion beam.
1, the first X-ray measurement sensor 6 measures the transmitted X-ray intensity of the X-rays 22 transmitted through the ion beam 10, and the 21st X-ray measurement sensor 7 scatters the The reflection wavelength of the reflected X-ray 23 reflected from the beam is measured.

【0026】このとき、X線発生装置5、第1のX線測
定センサー6、第2のX線測定センサー7等からなるX
線ユニットを設置する場所は、イオンビームが注入エネ
ルギーを有し質量分析により選別された後と試料台12
との間であれば、特に制約はなく、さらにX線ユニット
の前に最終的な注入エネルギーを確認する磁石を置いて
もよい。
At this time, the X-ray generator 5, the first X-ray measurement sensor 6, the second X-ray measurement sensor 7, etc.
The line unit is installed after the ion beam has the implantation energy and is selected by mass spectrometry, and after the sample stage 12
There is no particular limitation as long as it is between the above and a magnet for confirming the final injection energy may be placed in front of the X-ray unit.

【0027】更にイオンカウント制御システム8及びエ
ネルギー制御システム9によりイオン注入装置に測定結
果が反映される様に装置のシステムが構成されてある。
Further, the system of the apparatus is configured by the ion count control system 8 and the energy control system 9 so that the measurement result is reflected on the ion implantation apparatus.

【0028】先ず、イオンビームのイオン量の測定およ
び注入イオン量の制御について説明する。
First, the measurement of the amount of ions in the ion beam and the control of the amount of implanted ions will be described.

【0029】イオンビーム電流をi、イオンの価数を
n、電荷をe、X線の強度をI、X線がイオンビームを
横断する際にイオンと衝突する確率の平均値をηとする
と単位時間当たりの衝突する回数は、n=iη/ne
で、更に衝突したX線が第1のX線測定センサー6に到
達する確率をξとすると、平均透過強度I’は第1式と
なる。
When the ion beam current is i, the valence of the ion is n, the charge is e, the intensity of the X-ray is I, and the average value of the probability that the X-ray collides with the ion when crossing the ion beam is η. The number of collisions per time is n = iη / ne
Then, assuming that the probability of the further colliding X-rays reaching the first X-ray measurement sensor 6 is ξ, the average transmission intensity I ′ is given by the first equation.

【0030】 I’={1−iη(1−ξ)/ne}I・・・・・・第1式 第1のX線測定センサー6の全域で受けるX線の透過強
度を平均化して、イオンカウント制御システム8に信号
31を送る。イオンカウント制御システム8では各イオ
ンビームにおいて検量線による測定システムを登録して
おき、またフラグフラデー14で注入前毎にイオンビー
ム電流と透過X線との相関を取っておく。透過X線の強
度による注入量の測定はイオンビームの価数変化に影響
を受けないので、測定誤差1%未満の安定した測定が出
来る。
I ′ = {1−iη (1-ξ) / ne} I (1) Expression 1 is obtained by averaging the transmission intensities of X-rays received over the entire area of the first X-ray measurement sensor 6, A signal 31 is sent to the ion count control system 8. In the ion count control system 8, a measurement system based on a calibration curve is registered for each ion beam, and the correlation between the ion beam current and the transmitted X-ray is stored by the flag friday 14 before every injection. Since the measurement of the injection amount based on the intensity of the transmitted X-ray is not affected by the change in the valence of the ion beam, stable measurement with a measurement error of less than 1% can be performed.

【0031】すなわち、第1のX線測センサー6で透過
X線強度を検知し、それによる検知信号31がイオンカ
ウント制御システム8に送られてイオン量が計測算出さ
れる。そしてイオンカウント制御システム8からのイオ
ンビームのイオン量に関する情報信号32が一定に流れ
てくるイオンビームを遮断し注入の開始・終了をコント
ロールしたり、ビーム電流をセットアップする機能を有
するフラグファラデー14に送られて注入イオン量(ド
ーズ量)が制御される。
That is, the transmitted X-ray intensity is detected by the first X-ray measuring sensor 6, and a detection signal 31 based on the detected intensity is sent to the ion count control system 8, and the ion amount is measured and calculated. The information signal 32 relating to the ion amount of the ion beam from the ion count control system 8 interrupts the ion beam flowing constantly to control the start / end of implantation and to the flag Faraday 14 having the function of setting up the beam current. Then, the amount of implanted ions (dose amount) is controlled.

【0032】次に、イオンビームのエネルギー(注入エ
ネルギー)およびその制御について説明する。
Next, the energy of the ion beam (implantation energy) and its control will be described.

【0033】イオンのエネルギーに対しX線のエネルギ
ーを小さくし垂直に照射した場合、コンプトン効果より
最短の散乱波長λ’minは次の第2式となる。λ’m
inはイオンの速度,質量に依存する為、これにより注
入エネルギーを求めることが出来る。ここでイオンビー
ムと入射X線のなす角や散乱X線とイオンビームのなす
角θは、イオンビームの進行方向と一致しなければ特に
制約は無い。
When the X-ray energy is made smaller than the ion energy and the irradiation is performed perpendicularly, the shortest scattering wavelength λ′min due to the Compton effect is given by the following equation (2). λ'm
Since in depends on the velocity and mass of the ions, the implantation energy can be determined from this. Here, the angle between the ion beam and the incident X-ray or the angle θ between the scattered X-ray and the ion beam is not particularly limited as long as it does not coincide with the traveling direction of the ion beam.

【0034】 [0034]

【0035】ここで、m0 はイオンの質量(静止質
量)、vはイオンの速度、λ’は反射X線の波長、νは
X線の衝突前の振動数、θは散乱X線とイオンビームの
なす角、hはプランク定数、cは光の速度である。
Here, m 0 is the mass of the ion (static mass), v is the velocity of the ion, λ ′ is the wavelength of the reflected X-ray, ν is the frequency before the collision of the X-ray, and θ is the scattered X-ray and the ion. The angle formed by the beams, h is Planck's constant, and c is the speed of light.

【0036】また、図2はイオンとX線との衝突するイ
メージを図示したもので、波長λの入射X線によりイオ
ンの速度がvからv’となり、進行方向からの角度がφ
(図示省略)となり、波長λ’の反射X線が角度θで発
生することを示している。ただし、X線の衝突によるイ
オンの速度の変化および角度の発生は無視できるほど小
であるが、後から示すように第2式を導く論理式にこれ
らを用いる。イオンの速度は光速よりはるかに小である
から、その質量は速度で変化しないとして、第2式およ
び図2では静止状態の質量m0 を用いている。
FIG. 2 shows an image in which ions collide with X-rays. The velocity of the ions changes from v to v 'due to the incident X-rays of wavelength λ, and the angle from the traveling direction is φ.
(Not shown), indicating that reflected X-rays of wavelength λ ′ are generated at an angle θ. It should be noted that the change in ion velocity and the occurrence of angle due to X-ray collision are negligibly small, but these are used in a logical expression for deriving the second expression as described later. Since the mass of the ions is much smaller than the speed of light, the mass does not change with the speed, and the mass m 0 in the stationary state is used in the second equation and FIG.

【0037】イオンビームに照射されたX線21の一部
はイオンとの衝突で散乱X線23となり第2のX線測定
センサー7で検知することができ、この第2のX線測定
センサー7からの検知信号33がエネルギー制御システ
ム9に送られてエネルギーの計測算出を行う。
A part of the X-rays 21 irradiated by the ion beam becomes scattered X-rays 23 by collision with the ions, and can be detected by the second X-ray measurement sensor 7. Is sent to the energy control system 9 to measure and calculate the energy.

【0038】この時散乱X線の最小波長λ’minはイ
オンの質量及びエネルギーだけで定まるので、検量線に
よる測定システムを登録しておく事で注入時のエネルギ
ーを計測算出することが出来る。
At this time, since the minimum wavelength λ'min of the scattered X-ray is determined only by the mass and energy of the ions, the energy at the time of injection can be measured and calculated by registering a measurement system using a calibration curve.

【0039】このエネルギー制御システム9からの制御
信号34が加速器3に送られイオンビームのエネルギー
の変動を補正する。また、エネルギー制御システム9か
らの制御信号35がフラグファラデー14に送られて、
エネルギーの大きいずれが生じた時の中断動作を行い、
また再開をコントロールすることができる。
The control signal 34 from the energy control system 9 is sent to the accelerator 3 to correct the energy fluctuation of the ion beam. Also, a control signal 35 from the energy control system 9 is sent to the flag Faraday 14,
Perform the interruption operation when a large amount of energy occurs,
You can also control the restart.

【0040】このエネルギーの測定原理についてさらに
詳しく説明する。
The principle of measuring the energy will be described in more detail.

【0041】X線はイオンビームと衝突する時にエネル
ギーや運動量の保存法則により、X線のエネルギー、進
路が決定するから、イオンビームの粒子の運動エネルギ
ーに関係し、X線の散乱のされ方が決まる。
When the X-ray collides with the ion beam, the energy and the path of the X-ray are determined by the law of conservation of energy and momentum. Decided.

【0042】あらかじめX線の入射角度、散乱角度を定
めセンサーを設置しておくと、散乱X線があるエネルギ
ーの幅をもって飛び込んでくる。
When the incident angle and the scattering angle of the X-ray are determined in advance and the sensor is installed, the scattered X-ray enters with a certain energy width.

【0043】この時一番効率よくイオンビームからエネ
ルギーを受けて入ってくる散乱X線がλ’minであ
る。すなわちX線のエネルギーが大きいほど波長は短く
なりその振動数が大きくなる(X線の衝突後の振動数を
ν’とすると、ν’はmaxとなり、c/ν’=λ’か
ら、λ’はλ’minとなる)。
At this time, the scattered X-ray which receives energy from the ion beam most efficiently is λ'min. That is, the larger the energy of the X-ray, the shorter the wavelength and the higher the frequency. (If the frequency after the X-ray collision is ν ′, ν ′ becomes max, and from c / ν ′ = λ ′, λ ′ Becomes λ′min).

【0044】このしきい値をモニターすることによりイ
オンビームのエネルギーを測定することができる。
By monitoring this threshold value, the energy of the ion beam can be measured.

【0045】尚、X線の波長は直接測定するのではな
く、そのエネルギーを測定して算出することにより求め
る。すなわち、X線のエネルギーはhν(h:プランク
定数、ν:振動数)の大きさで定まり、X線センサーで
はそのエネルギーを検知しそれの応じた電気信号に変換
される。これによりX線のエネルギーの大きさを計測測
定して知ることができる。
It should be noted that the wavelength of the X-ray is not directly measured, but is obtained by measuring and calculating its energy. That is, the energy of X-rays is determined by the magnitude of hν (h: Planck constant, ν: frequency), and the X-ray sensor detects the energy and converts it into an electric signal corresponding to the energy. Thus, the magnitude of the X-ray energy can be measured and measured.

【0046】最後に第2式を導く論理式を簡単に示す。Finally, a logical expression for deriving the second expression is briefly shown.

【0047】x方向に直進するイオン粒子にy方向を直
進するX線が衝突し、θ方向に進む反射X線の波長は以
下のように定まる。
X-rays traveling straight in the y direction collide with ion particles traveling straight in the x direction, and the wavelength of reflected X-rays traveling in the θ direction is determined as follows.

【0048】但し、粒子の衝突前の運動量をp、粒子の
衝突後の運動量をp’、粒子の衝突前の質量をm、粒子
の衝突後の質量をm’、粒子の静止状態の質量をm0
衝突後の粒子の進行方向をφ(衝突前からφだけ角度が
変化して進行する)、X線の衝突前の振動数ν、X線の
衝突後の振動数ν’、X線の衝突前の波長λ、X線の衝
突後の波長振動数λ’、光の速度をc、プランク定数を
h、粒子の衝突前の速度をv、粒子の衝突後の速度を
v’、粒子の衝突前の運動エネルギーをE、粒子の衝突
後の運動エネルギーをE’とする。
Here, the momentum before the collision of the particles is p, the momentum after the collision of the particles is p ′, the mass before the collision of the particles is m, the mass after the collision of the particles is m ′, and the mass of the particles in the stationary state is m. m 0 ,
The traveling direction of the particle after collision is φ (the angle changes by φ from before the collision), the frequency ν before the X-ray collision, the frequency ν ′ after the X-ray collision, before the X-ray collision Wavelength λ, wavelength frequency λ ′ after X-ray collision, light velocity c, Planck constant h, velocity before particle collision v, velocity after particle collision v ′, particle collision before Is the kinetic energy of E, and the kinetic energy of the particle after collision is E '.

【0049】運動量保存の法則から第3式、第4式が得
られ、エネルギー保存の法則から、第5式が得られる。
The third and fourth equations are obtained from the law of conservation of momentum, and the fifth equation is obtained from the law of conservation of energy.

【0050】 [0050]

【0051】ここで、半導体装置を製造する目的でイオ
ン注入するイオンの速度はせいぜい106 [km/se
c]のオーダーなので、粒子の衝突前後の速度は第6式
となる。
Here, the speed of the ions to be implanted for the purpose of manufacturing a semiconductor device is at most 10 6 km / sec.
c], the velocity of the particles before and after the collision is given by the following equation (6).

【0052】 [0052]

【0053】したがって第5式は第7式となり、この第
7式と第8式から第9式と第10式が得られる。
Therefore, the fifth equation becomes the seventh equation, and the ninth and tenth equations are obtained from the seventh and eighth equations.

【0054】 [0054]

【0055】この第9式と第10式の両辺を二乗して加
え合わせることによりφを消し、第7式からv’を代入
し、波長について整頓することにより先に示した第2式
が得られる。
By squaring the two sides of the ninth and tenth equations and adding them together, φ is eliminated, v ′ is substituted from the seventh equation, and the wavelength is tied to obtain the second equation shown above. Can be

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように本発明ではイオンビームの
走行途中でX線を照射してイオンビームのイオン量およ
びエネルギーを計測するものであるから、その計測にお
いて試料や資料台の影響は入らない。また、イオン注入
作業中に常時計測することができる。
As described above, in the present invention, the ion amount and the energy of the ion beam are measured by irradiating the X-ray during the traveling of the ion beam. Absent. In addition, measurement can be performed at all times during the ion implantation operation.

【0057】したがって本発明によれば、ターゲット・
試料にイオンが衝突することにより真空度が悪化して
も、イオンビームの価数変化の影響を受けない為、試料
の表面状態及び枚数に関係なく測定誤差1%未満の安定
した注入量の測定ができ、又真空度による注入量補正も
不要となる。
Therefore, according to the present invention, the target
Even if the degree of vacuum deteriorates due to the collision of ions with the sample, it is not affected by the change in the valence of the ion beam. And the injection amount correction by the degree of vacuum is not required.

【0058】さらに本発明によれば、注入中のイオンビ
ーム自身のエネルギーを計測し、注入の可否判断をセル
フコントロール出来る為、信頼度の高いイオン注入が可
能である。
Further, according to the present invention, since the energy of the ion beam itself during the implantation is measured and the determination as to whether or not the implantation is possible can be self-controlled, highly reliable ion implantation is possible.

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

【図1】本発明の本発明の実施の形態の構成を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】イオンとX線との衝突のイメージを示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an image of collision between ions and X-rays.

【図3】従来技術の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional technique.

【図4】他の従来技術の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of another conventional technique.

【図5】別の従来技術の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 引き出し電極 3 加速器 4 磁石 5 X線発生装置 6 第1のX線測定センサー 7 第2のX線測定センサー 8 イオンカウント制御システム 9 エネルギー制御システム 10 イオンビーム 11 試料 12 試料台 13 電流計 14 フラグファラデー 15 ターゲット 16 X線測定センサー 21,22,23 X線 31,32,33,34,35 信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 2 Extraction electrode 3 Accelerator 4 Magnet 5 X-ray generator 6 First X-ray measurement sensor 7 Second X-ray measurement sensor 8 Ion count control system 9 Energy control system 10 Ion beam 11 Sample 12 Sample stand 13 Current 14 Flag Faraday 15 Target 16 X-ray measurement sensor 21,22,23 X-ray 31,32,33,34,35 Signal

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン源から引き出されたイオンビーム
を加速、選別し、試料表面に注入するイオン注入装置に
おいて、前記イオンビームにX線を照射する手段と、透
過X線及び散乱X線の測定手段を設けたことを特徴とす
るイオン注入装置。
1. An ion implantation apparatus for accelerating and selecting an ion beam extracted from an ion source, implanting the ion beam on a sample surface, irradiating the ion beam with X-rays, and measuring transmitted X-rays and scattered X-rays. An ion implantation apparatus characterized by comprising means.
【請求項2】 前記透過X線測定手段には第1のX線測
定センサーとイオンカウント制御システムを有すること
を特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。
2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein said transmission X-ray measuring means has a first X-ray measurement sensor and an ion count control system.
【請求項3】 前記イオンカウント制御システムからの
制御信号をフラグファラデーに送ることにより試料表面
に注入するイオン量を制御するようにしたことを特徴と
する請求項2記載のイオン注入装置。
3. The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein a control signal from said ion count control system is sent to a flag Faraday to control the amount of ions to be implanted into the sample surface.
【請求項4】 前記散乱X線の測定手段には第2のX線
測定センサーとエネルギー制御システムとを有すること
を請求項1記載のイオン注入装置。
4. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein said scattered X-ray measuring means includes a second X-ray measurement sensor and an energy control system.
【請求項5】 前記エネルギー制御システムからの制御
信号を前記イオンビームを加速する加速器に送ることに
よりイオンエネルギーを制御するようにしたことを特徴
とする請求項4記載のイオン注入装置。
5. The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein the ion energy is controlled by sending a control signal from the energy control system to an accelerator for accelerating the ion beam.
【請求項6】 前記エネルギー制御システムからの制御
信号をフラグファラデーに送りることにより前記イオン
ビームの中断動作を行うようにしたことを特徴とする請
求項4記載のイオン注入装置。
6. The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein the operation of interrupting the ion beam is performed by sending a control signal from the energy control system to a flag Faraday.
【請求項7】 試料表面に向かって走行するイオンビー
ムにX線を照射して透過した透過X線を検知することに
より前記イオンビームのイオン量を計測することを特徴
とするイオンビーム測定方法。
7. An ion beam measuring method, comprising irradiating an ion beam traveling toward a sample surface with X-rays and detecting transmitted X-rays to measure the amount of ions in the ion beam.
【請求項8】 試料表面に向かって走行するイオンビー
ムにX線を照射して散乱した散乱X線を検知することに
より前記イオンビームのイオンエネルギーを計測するこ
とを特徴とするイオンビーム測定方法。
8. An ion beam measuring method, comprising irradiating an ion beam traveling toward a sample surface with X-rays and detecting scattered X-rays to measure the ion energy of the ion beam.
【請求項9】 試料表面に向かって走行するイオンビー
ムの一方の側にX線発生手段および散乱X線の測定手段
を設け、前記イオンビームの他方の側に透過X線測定手
段を設け、前記X線発生手段から前記イオンビームに向
かってX線を照射させ、前記透過X線測定手段により前
記イオンビームを横断して透過したX線の透過強度を検
知して前記イオンビームのイオン量を計測し、前記散乱
X線測定手段により前記イオンビームから散乱したX線
の反射波長を検出して前記イオンビームのイオンエネル
ギー量を計測することを特徴とするイオンビーム測定方
法。
9. An X-ray generating means and a scattered X-ray measuring means are provided on one side of an ion beam traveling toward a sample surface, and a transmitted X-ray measuring means is provided on the other side of said ion beam. X-rays are emitted from the X-ray generation means toward the ion beam, and the transmitted X-ray measurement means detects the transmission intensity of the X-ray transmitted across the ion beam and measures the ion amount of the ion beam. An ion beam measuring method, wherein the scattered X-ray measuring means detects the reflection wavelength of X-rays scattered from the ion beam and measures the ion energy amount of the ion beam.
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