JP3341749B2 - イオン注入方法およびイオン注入装置 - Google Patents
イオン注入方法およびイオン注入装置Info
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Description
磁気的にスイープすると共に、ターゲットを機械的にス
キャンする、いわゆるハイブリッドスキャン方式のイオ
ン注入装置および注入方法に関し、より具体的には、幅
広いエネルギーおよびイオン種のイオンビームをスイー
プすることができ、また注入時間を短くして装置のスル
ープット向上を図ることもできるようにする手段に関す
る。なお、この明細書においては、イオンビームを磁気
的に往復走査することをスイープと呼び、ターゲットを
機械的に往復走査することをスキャンと呼ぶ。
えばウェーハ)に均一性良くイオン注入を行うことが重
要である。半導体製造プロセスに用いる場合は特にそう
である。また、イオンビームを平行にスイープしてター
ゲットに照射することが望まれる場合もある。
注入装置の従来例を図2に示す。この装置は、基本的に
は、特開平8−115701号公報に記載されたものと
同様の構造をしている。
引き出すイオン源2と、それから引き出されたイオンビ
ーム4から特定のイオン種を選別する質量分離マグネッ
ト6と、それから導出されたイオンビーム4を加速また
は減速する加速管8と、それから導出されたイオンビー
ム4から特定エネルギーのイオン種を選別する質量分離
マグネット(これはエネルギー分離マグネットとも呼ば
れる)10と、それから導出されたイオンビーム4を磁
界によってX方向(例えば水平方向)にスイープするス
イープマグネット12と、それから導出されたイオンビ
ーム4を曲げ戻してスイープマグネット12と協働して
イオンビーム4の平行走査を行う、即ちイオンビーム4
の進行方向であるZ軸に平行なイオンビーム4を作る平
行化マグネット14とを備えている。イオン種は、イオ
ンの質量数および価数で特定される。
ンビーム4は、スキャン機構16のホルダ8に保持され
たターゲット(例えばウェーハ)20に照射される。ス
キャン機構16は、図3も参照して、イオンビーム4の
スイープ領域4a内でターゲット20を前記X方向と直
交するY方向(例えば垂直方向)に機械的にスキャンす
る。このターゲット20のスキャンとイオンビーム4の
スイープとの協働によって、ターゲット20の全面に均
一性良くイオン注入を行うことができる。
は、図4に示すような、注入制御装置26を含む制御回
路によって制御される。
ム電流(ビーム量)および注入量が、マンマシンインタ
フェース28で設定され、注入制御装置26に与えられ
る。
基づいて、目標のビーム電流によって目標の注入量を実
現するためのターゲット20のスキャン回数を計算し、
それを実現するようにスキャン制御部32を介してスキ
ャン機構16を制御する。スキャン制御部32は、注入
制御装置26からの制御信号を、スキャン機構16内の
モータを駆動する信号に変換するものである。
一定であるが、注入中のイオンビーム4のビーム電流の
変化に応じて、注入制御装置26によって注入中に可変
される。即ち、ビーム電流が小さくなればスキャン速度
を上げ、逆に大きくなれば下げる。そのために、ターゲ
ット20の上流側方に設けられたドーズファラデー22
(図3も参照)によって注入中のイオンビーム4のビー
ム電流IB が常に計測され、電流変換器24を経由して
注入制御装置26に与えられる。
プ電流I(t)は、三角波を整形したものである。この
波形整形は、注入制御装置26によって、特開平9−5
5179号公報等に記載された公知の方法に従って行わ
れる。例えば、ターゲット20の上流側および下流側に
設けられた図示しない多点ビームモニタを用いて、ター
ゲット20上でのX方向のビーム電流密度分布を予測
し、当該分布が一定に近づくように三角波を整形する。
具体的には、上記電流密度分布中の電流密度を上げたい
位置でのイオンビーム4のスイープ速度が小さくなり、
下げたい位置でのスイープ速度が大きくなるように、三
角波を整形してスイープ信号S(t)を作り、それをド
ライブアンプ30で増幅してスイープ電流I(t)とし
てスイープマグネット12に与える。
オン注入装置においては、イオンビーム4のスイープ周
波数は固定である。また、一定の注入均一性を確保する
ためのターゲット20の最低スキャン回数も決まってい
る。
0に対する注入均一性は、ターゲット20のY方向のス
キャン速度を同じとした場合、イオンビーム4のスイー
プ周波数が高いほど良くなる。即ち、ターゲット20の
スキャン速度は、前述したようにイオンビーム4のビー
ム電流が一定であれば一定であるので、ターゲット20
から見れば、図5に示すように、イオンビーム4はジグ
ザグの軌跡を描きながら注入される。従って例えば、イ
オンビーム4のスイープ周波数が低くなると、ターゲッ
ト20を1回スキャンしただけでは注入されない部分が
生じることは容易に想像することができる。
ム引出し部(引出し電極系)における放電によって、イ
オンビーム4の引き出しが瞬時停止することがある。こ
のときのイオンビーム4のビーム電流IB の変化は、前
述したドーズファラデー22で計測され、すぐにターゲ
ット20のスキャンを停止させる指令が注入制御装置2
6から発せられる。ターゲット20にイオン注入されな
い部分の発生を防止するためである。しかしながら、ビ
ーム電流IB の変化は実際の変化よりイオンビーム4の
スイープの最大で1周期分の遅延時間t0 (図6参照)
を経て検出される。これは、イオンビーム4がドーズフ
ァラデー22を通り過ぎた瞬間にビーム電流IB が変化
したときは、次にイオンビーム4がドーズファラデー2
2に戻って来る時間まで待たなければその変化をドーズ
ファラデー22で計測することはできないからである。
イオンビーム4の回復時の検出も同様である。
するので、ターゲット20のスキャンを零時間で停止さ
せることはできない。イオンビーム4の回復時に零時間
でスキャン速度を定格速度まで上げることもできない。
この間のターゲット20のスキャン速度の変化の一例を
図6に示す。この例では放電によるイオンビーム4の停
止時間を0.1秒としている。
引き出しが瞬時停止すると、ターゲット20におけるY
方向の注入不均一性が発生する。図6の現象発生時の注
入量分布の一例を図7に示す。これは、ターゲット20
のスキャンを1回行う場合で、イオンビーム4がターゲ
ット20のY方向の中心にあるときに放電が1回発生し
たときの例である。この例では、注入均一性は1.15
6%に低下(悪化)している。
をM、標準偏差をσとしたとき、(σ/M)×100
[%]であり、0%が最も良い。
ム4のスイープ周波数が低いほど大きくなる。その分、
上記遅延時間t0 が長くなるからである。また、このよ
うな注入均一性悪化現象は、イオン源2から引き出すイ
オンビーム4のビーム電流I B が変化したときも同様に
発生する。
ット20のスキャン回数を増やすことによって、上記の
ような注入量の粗密部分を平坦化して、所定の注入均一
性を確保するようにしている。即ち、イオンビーム4の
スイープ周波数が固定であるため、従来のイオン注入装
置には、上記のような注入量の粗密を補償するために必
要な一定の最低スキャン回数が存在する。
なビーム電流IB を得ることができるにも拘わらず、一
定の最低スキャン回数を守る必要上、注入時間を短くす
ることができない、換言すれば装置のスループットを上
げることができないという課題がある。
にしても、それを無闇に上げることはできない。スイー
プ周波数には一定の上限が存在する。これを図4を参照
して説明すると、前述したように注入制御装置26から
与えられるスイープ信号S(t)をドライブアンプ30
で増幅して必要なスイープ電流I(t)を得て、それで
スイープマグネット12を駆動している。
のスイープ周波数を決める要因として次のものが挙げら
れる。
依存する。また、ドライブアンプ30の最大出力電流に
よって制限を受ける。 ドライブアンプ30からの出力電圧V(t)の大きさ これは、ドライブアンプ30の最大出力電圧によって制
限される。 スイープマグネット12のコイル13のインダクタン
スL これは、スイープマグネット12の必要磁束密度等によ
って決定される。
のイオン種をスイープマグネット12によって所望のス
イープ幅でスイープするときのスイープ電流をI
(t)、そのときのドライブアンプ30の出力電圧をV
(t)、スイープマグネット12のコイル13のインダ
クタンスをLとすると、コイル13の抵抗分を無視すれ
ば、これらの関係は次式のとおりである。tは時間であ
る。
の出力電圧V(t)との関係の一例を図8に示す。出力
電圧V(t)は方形波状になる。また、イオンビーム4
のスイープ周波数すなわちスイープ電流I(t)の周波
数を例えば2倍にすれば、インダクタンスLはスイープ
マグネット12に固有の値なので、数1からも分かるよ
うに、必要な出力電圧V(t)も2倍になる。更に、タ
ーゲット20でのX方向の注入均一性を高めるために、
前述したように、スイープ電流I(t)の波形整形が行
われると、図9に示す例のように、三角波の場合に比べ
てより大きな(図中のV1 がそれに相当する)出力電圧
V(t)が必要になる。同じ時間で電圧を大きくしてd
V(t)/dtを大きくする必要があるからである。し
かし、この必要な出力電圧V(t)がドライブアンプ3
0の最大出力電圧を超えると、スイープ電流I(t)の
上昇が鈍化し、結果的にはX方向の注入均一性が悪化す
る。
するイオンビーム4のエネルギーが低く、軽いイオン種
ほど、ビーム電流I(t)は小さくて済む。曲げやすい
からである。
ビーム4のスイープ周波数の上限は、イオンビーム4の
エネルギー、イオン種およびドライブアンプ30の最大
出力電圧によって制限される。逆に言えば、従来のイオ
ン注入装置はイオンビーム4のスイープ周波数が固定で
あるため、正常にスイープすることのできるイオンビー
ム4のエネルギーおよびイオン種が制限されている。
オンビーム4に対応するためには、例えばドライブアン
プ30の最大出力電圧を高めたり、スイープマグネット
12のコイル13のインダクタンスLを低くする等の改
造(スペックアップ)を行う必要がある。これには多大
なコストと手間とがかかる。より重いイオン種に対応す
る場合も同様である。
オン種に対応するために、単純にイオンビーム4のスイ
ープ周波数を下げれば、前記理由により、ターゲット2
0の最低スキャン回数を多くしなければ、ターゲット2
0に対する注入均一性が悪化する。しかし最低スキャン
回数を多くすれば、前述したように、注入時間が長くな
って装置のスループット低下を惹き起こす。
プ系機器を変更することなく幅広いエネルギーおよびイ
オン種のイオンビームをスイープすることができ、また
注入時間を短くして装置のスループット向上を図ること
もできるイオン注入方法および装置を提供することを主
たる目的とする。
入方法は、前記スイープマグネットによるイオンビーム
のスイープ周波数を、スイープするイオンビームのイオ
ン種およびエネルギーの少なくとも一方に応じて切り換
え、かつこのスイープ周波数の切り換えに応じて、前記
ターゲットにおける注入均一性を所定の合格範囲内に保
つことのできる範囲内で、前記スキャン機構によるター
ゲットの最低スキャン回数を、スイープ周波数を増加さ
せるときは減少させ、スイープ周波数を減少させるとき
は増加させるように切り換えることを特徴としている。
イープマグネットによるイオンビームのスイープおよび
前記スキャン機構によるターゲットのスキャンを制御す
るものであって、前記スイープマグネットによるイオン
ビームのスイープ周波数を、スイープするイオンビーム
のイオン種およびエネルギーの少なくとも一方に応じて
切り換える機能と、このスイープ周波数の切り換えに応
じて、前記ターゲットにおける注入均一性を所定の合格
範囲内に保つことのできる範囲内で、前記スキャン機構
によるターゲットの最低スキャン回数を、スイープ周波
数を増加させるときは減少させ、スイープ周波数を減少
させるときは増加させるように切り換える機能とを有す
る注入制御装置を備えていることを特徴としている。
プするイオンビームのイオン種およびエネルギーの少な
くとも一方に応じて切り換えることによって、前記数1
に示したdI(t)/dtを変えることができるので、
イオンビームのイオン種およびエネルギーの少なくとも
一方を変えても、イオンビームのスイープ系機器の能力
内でイオンビームを正常にスイープすることができるよ
うになる。従って、イオンビームのスイープ系機器を変
更することなく、幅広いエネルギーおよびイオン種のイ
オンビームを正常にスイープすることができるようにな
る。
ギーが低く、軽いイオン種ほど、スイープマグネットに
おいて曲げやすいのでスイープ電流は小さくて済み、そ
のぶんスイープ周波数を高くすることができる。スイー
プ周波数を高くすることによって、一定の注入均一性を
確保するためのターゲットの最低スキャン回数を少なく
することができるので、そのぶん注入時間を短くして装
置のスループット向上を図ることができる。
入装置の制御回路の一例を示すブロック図である。イオ
ン注入装置全体の構成は例えば図2および図3と同様で
あるので、当該図およびその先の説明を参照するものと
し、ここでは重複説明を省略する。また、先に示した従
来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
注入制御装置26に相当する注入制御装置26aを備え
ている。この注入制御装置26aは、スイープマグネッ
ト12によるイオンビーム4のスイープおよびスキャン
機構16によるターゲット20のスキャンを制御する機
能を有している。具体的には、前述したように、ドライ
ブアンプ30にスイープ電流I(t)の元になるスイー
プ信号S(t)を与える。また、スキャン制御部32を
介してスキャン機構16を制御して、ターゲット20の
スキャン速度、スキャン回数等を制御する。
たような機能の他に更に、スイープマグネット12によ
るイオンビーム4のスイープ周波数を、スイープするイ
オンビーム4のイオン種およびエネルギーの少なくとも
一方に応じて切り換える機能と、このスイープ周波数の
切り換えに応じて、スキャン機構16によるターゲット
20の最低スキャン回数を切り換える機能とを有してい
る。スイープするイオンビーム4のイオン種、エネルギ
ー等は、前述したように、この例でもマンマシンインタ
フェース28から設定される。スイープマグネット12
によるイオンビーム4のスイープ周波数の切り換えは、
具体的には、ドライブアンプ30に与えるスイープ信号
S(t)の周波数の切り換えによって行われる。
は、イオンビーム4のスイープ周波数およびターゲット
20の最低スキャン回数は固定である。従って、イオン
ビーム4のビーム電流およびターゲット20への注入量
が同じであれば、イオンビーム4のイオン種およびエネ
ルギーが異なっても、基本的にターゲット20のスキャ
ン回数は同じになる。また、最低スキャン回数も同じで
あるので、ビーム電流を大きくして注入時間を短くしよ
うとしても、最低スキャン回数以下にはビーム電流を大
きくすることができない場合が生じる。一般的に、装置
のスループットを上げるためには最低スキャン回数で目
標量を注入できるようにビーム電流を設定するので、こ
の最低スキャン回数の値はできるだけ低いことが望まし
い。
置では、上記注入制御装置26aによって、スイープマ
グネット12によるイオンビーム4のスイープ周波数
を、スイープするイオンビーム4のイオン種およびエネ
ルギーの少なくとも一方に応じて切り換え、かつこのス
イープ周波数の切り換えに応じて、スキャン機構16に
よるターゲット20の最低スキャン回数を切り換えて運
転する(イオン注入を行う)。
種またはエネルギーに応じて変化させたときの注入均一
性の変化について述べる。例えば次の条件で注入中に、
イオン源2における放電が1回起きてイオンビーム4が
0.1秒間停止するとしたときの注入均一性の変化につ
いて検討する。
の制限による) スキャン回数:4回(最低スキャン回数) 注入時間:10秒
0.248%である。ここで、注入均一性の最低合格ラ
インを0.25%とすると、上記0.248%はぎりぎ
りで合格している。1スキャン時1回の放電があった時
の注入均一性をA%とすると、スキャン回数が多くなる
ほど注入均一性は良くなる。例えばnをスキャン回数と
してn回のスキャン中に1回しか放電がなかった場合の
注入均一性はA/n%で表される。従って上記例の場
合、仮にスキャン回数を3回にすると、注入均一性は
0.33%になり、不合格になる。このような理由か
ら、最低スキャン回数は4回なのである。
ーム4のスイープ周波数を100Hz(モード1)から
200Hz(モード2)または300Hz(モード3)
に変化させると、表1に示すように、注入均一性は次第
に良くなる。
を高めると、注入均一性を所定の合格範囲内に保ちつ
つ、ターゲット20のスキャン回数を減らすことができ
る。それによってイオンビーム4のビーム電流も高める
ことができる。その例を表2に示す。
のスイープ周波数が固定であるため、表2のモード1し
か選択することができなかったのに対して、この発明に
係るイオン注入装置では、イオンビーム4のスイープ周
波数を切り換えて、モード2aやモード3aを選択する
ことができる。その結果、注入時間を短くして、装置の
スループットを向上させることができる。
したように、スイープするイオンビーム4のエネルギー
およびイオン種によって制限される。即ち、スイープす
るイオンビーム4のエネルギーが低く、軽いイオン種ほ
ど、スイープマグネット12において曲げやすいので、
スイープ電流I(t)は小さくて済み、そのぶん前記数
1に示したdI(t)/dtは小さくなるので、そのぶ
んスイープ周波数を高くすることができる。換言すれ
ば、イオンビーム4のエネルギーが高くかつイオン種の
質量が大きい注入条件では、スイープ周波数を限度以上
に高くすることはできないので、注入時間はスイープ周
波数固定の場合と大差ないけれども、イオンビーム4の
エネルギーが低いかイオン種の質量が小さい注入条件で
は、スイープ周波数を上記のように高くして最低スキャ
ン回数を少なくすることができる。従って、色々な注入
条件(レシピ)に対応する場合に、スイープ周波数固定
の場合に比べて、全体として装置のスループット向上を
実現することができる。
の切り換えで対応することができるので、ドライブアン
プ30の最大出力電圧を高めたり、スイープマグネット
12のコイル13のインダクタンスLを低くする等の改
造を行う必要が全くない。即ち、イオンビーム4のスイ
ープ系機器を変更する必要がない。従って簡単に、高エ
ネルギーイオンビームまたは重いイオン種に対応するこ
とができる。
スイープ周波数上限Fには次式の関係がある。従ってこ
の関係を用いて容易にスイープ周波数を計算することが
できる。
ー))/イオンの価数}∝F
6a内に例えば表3に示すようなパラメータテーブルを
格納しておいて、マンマシンインタフェース28から設
定されるイオン種(具体的には前述したようにイオンの
質量数と価数)およびエネルギーに応じて、当該パラメ
ータテーブルに従ってイオンビーム4のスイープ周波数
の切り換えと、それに応じたターゲット20の最低スキ
ャン回数の切り換えとを行うようにしても良い。
表3のパラメータテーブルをより細分化しても良い。ま
た、より高エネルギー対応とする場合も、スイープ周波
数が100Hzよりも小さい例のパラメータを追加する
だけで簡単に対応することができる。
ビームのスイープ周波数を、スイープするイオンビーム
のイオン種およびエネルギーの少なくとも一方に応じて
切り換えることによって、イオンビームのイオン種およ
びエネルギーの少なくとも一方を変えても、イオンビー
ムのスイープ系機器の能力内でイオンビームを正常にス
イープすることができるようになるので、イオンビーム
のスイープ系機器を変更することなく、幅広いエネルギ
ーおよびイオン種のイオンビームを正常にスイープする
ことができるようになる。
ギーが低く、軽いイオン種ほど、スイープマグネットに
おいて曲げやすいのでスイープ電流は小さくて済み、そ
のぶんスイープ周波数を高くすることができ、それによ
って、一定の注入均一性を確保するためのターゲットの
最低スキャン回数を少なくすることができるので、その
ぶん注入時間を短くして装置のスループット向上を図る
ことができる。
例を示すブロック図である。
である。
りの一例を拡大して示す正面図である。
ブロック図である。
を示す図である。
キャン速度の変化の一例を示す図である。
Y方向の注入不均一性の一例を示す図である。
およびドライブアンプの出力電圧(B)の一例を示す図
である。
よびドライブアンプの出力電圧(B)の一例を示す図で
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 イオンビームを磁界によってX方向にス
イープするスイープマグネットと、このイオンビームの
スイープ領域内でターゲットを前記X方向と直交するY
方向に機械的にスキャンするスキャン機構とを備えるイ
オン注入装置において、前記スイープマグネットによる
イオンビームのスイープ周波数を、スイープするイオン
ビームのイオン種およびエネルギーの少なくとも一方に
応じて切り換え、かつこのスイープ周波数の切り換えに
応じて、前記ターゲットにおける注入均一性を所定の合
格範囲内に保つことのできる範囲内で、前記スキャン機
構によるターゲットの最低スキャン回数を、スイープ周
波数を増加させるときは減少させ、スイープ周波数を減
少させるときは増加させるように切り換えることを特徴
とするイオン注入方法。 - 【請求項2】 イオンビームを磁界によってX方向にス
イープするスイープマグネットと、このイオンビームの
スイープ領域内でターゲットを前記X方向と直交するY
方向に機械的にスキャンするスキャン機構とを備えるイ
オン注入装置において、前記スイープマグネットによる
イオンビームのスイープおよび前記スキャン機構による
ターゲットのスキャンを制御するものであって、前記ス
イープマグネットによるイオンビームのスイープ周波数
を、スイープするイオンビームのイオン種およびエネル
ギーの少なくとも一方に応じて切り換える機能と、この
スイープ周波数の切り換えに応じて、前記ターゲットに
おける注入均一性を所定の合格範囲内に保つことのでき
る範囲内で、前記スキャン機構によるターゲットの最低
スキャン回数を、スイープ周波数を増加させるときは減
少させ、スイープ周波数を減少させるときは増加させる
ように切り換える機能とを有する注入制御装置を備えて
いることを特徴とするイオン注入装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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