JP3344086B2

JP3344086B2 - イオン注入装置

Info

Publication number: JP3344086B2
Application number: JP14348994A
Authority: JP
Inventors: 貴雄松本
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 2002-11-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH087822A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、設定された注入条件に
従ってビームの立上げをフルオートで行うイオン注入装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン源でイオン化し、該イオン源から強電界によって
イオンを引き出してビームを形成した後、磁場を用いた
質量分析法により所望のイオンのみを選択的に取り出
し、この後、必要によってイオンビームの加速、整形、
偏向、走査等を行ってイオン照射対象物に照射すること
で、イオン照射対象物内に不純物を注入するものであ
り、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定する
不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できるこ
とから、現在の集積回路の製造に重要な装置になってい
る。

【０００３】上記イオン注入装置には、イオンの質量数
（マス値）、ビーム電流、ビームエネルギーといった注
入条件を入力するだけで、コントローラが装置各部の動
作を制御してフルオートでビーム立上げを行うものがあ
る。

【０００４】上記イオン注入装置のコントローラは、幾
つかの注入条件およびそれに対応する各種パラメータの
最適値が予め登録されたデータテーブルをマス値毎に有
しており、注入条件が与えられれば、通常、以下のよう
にしてビーム立上げ処理が実施される。

【０００５】先ず、コントローラは、データテーブルか
ら、設定された注入条件に対する各種パラメータの初期
値を近似的に求める。

【０００６】次に、コントローラは、上記で得られた各
種パラメータの初期値に基づいてイオン源を制御し、イ
オン種をプラズマ化してイオンビームの引き出しを可能
にし、この後、引出電源を投入してイオン源と引出電極
との間に高電圧を印加し、イオン源からイオンを引き出
してビームを形成する。

【０００７】次に、コントローラは、加速電圧が初期値
になるように加速電源を制御し、ビームエネルギーを設
定する。さらに、コントローラは、質量分析部に与えら
れる分析マグネット電流を調整し、所望のイオンのみを
選択的に取り出すマスサーチを行う。

【０００８】上記マスサーチ終了後、コントローラは、
図１０のフローチャートに示すシーケンスでビーム電流
調整を行う。先ず、イオン種がＢＦ₃等のガスイオン種
なのか、それともベーパライザを用いて蒸発させる必要
がある金属ヒ素等の固体イオン種なのかを判断し（Ｓ５
１）、ガスイオン種であればイオン源に供給されるガス
流量の制御を行う（Ｓ５２）。次に、イオン源に関する
各種パラメータを調整するビームセットアップ処理を行
う（Ｓ５３）。このビームセットアップ処理とは、フリ
ーマン型イオン源の場合、「アーク電流」、「フィラメ
ント電流」、「ソースマグネット電流」、「ガス流量」
等のパラメータを調整することであり、また、ＥＣＲ
（Electron Cyclotron Resonance）イオン源等のマイク
ロ波型イオン源の場合、「ソースマグネット電流」、
「マイクロ波パワー」、「ガス流量」等のパラメータを
調整することである。コントローラは、注入室に設けら
れたビーム電流測定部にて測定されるビーム電流（いわ
ゆるターゲット電流）を監視しながら、ビーム電流の測
定値が設定値に近づくように、上記の各種パラメータを
調整する。

【０００９】上記のビームセットアップ処理によってビ
ーム電流が設定値に対して±１０％の範囲（予め定めら
れた範囲）に入れば（Ｓ５４）、引出電極の位置を調整
する引出電極制御を行う（Ｓ５５）。図１１に示すよう
に、引出電極５１は、イオン源のプラズマチャンバ５２
のビーム引出孔５２ａと対向して設けられており、図示
しない電極駆動機構に駆動されて矢印Ａ方向および矢印
Ｂ方向に直線的に移動すると共に矢印Ｃ方向に回動す
る。もし、引出電極５１のビーム通過孔５１ａとプラズ
マチャンバ５２のビーム引出孔５２ａとがＡ方向にずれ
ていると、ビーム引出孔５２ａから引き出されたイオン
ビームが多量に引出電極５１の電極面にあたってビーム
通過孔５１ａを通過するビームが減少してしまう。この
ような引出電極５１のずれが生じていると、他のパラメ
ータを調整しても目的のビーム電流を得ることは困難で
ある。このため、従来では、ビーム電流が設定値に対し
て±１０％の範囲に入った時点で、必ず、引出電極制御
を行うようになっている。

【００１０】上記の引出電極制御によって引出電極の位
置が変化すると、その下流にある質量分析部へ進入する
イオンビームの入射角度も変化するので、質量分析部の
分析管内の磁場強度（磁束密度）を微調整する必要があ
る。そこで、引出電極制御の後、分析マグネット電流を
微調整するマス追従制御を行う（図１０中のＳ５６）。

【００１１】この後、ビーム電流が設定値に対して±３
％の範囲（予め定められた範囲）に入るまで、上述のビ
ームセットアップ処理を実行し（Ｓ５８）、ビーム電流
が上記の適正範囲に入れば（Ｓ５７においてＹＥＳ）、
ビーム監視動作に移行する（Ｓ５９）。このビーム監視
動作とは、予め定められた時間、ビーム電流を監視して
ビームの安定性を確認するものである。

【００１２】以上の処理により、装置立上げモードが完
了し、次の注入処理モードに移行する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記の引出電極制御や
マス追従制御は、フルオートビーム立上げ動作の中でも
かなり時間のかかる制御であり、これらの制御に長時間
を要するため、ビーム電流調整の実行時間が長くなり、
ビームの立上げ時間が長くなっている。

【００１４】従来のイオン注入装置では、引出電極制御
やマス追従制御の実行の必要性を判断する判断基準がな
いため、ビーム電流調整の際、必ず、引出電極制御およ
びマス追従制御を行っている。即ち、従来では、引出電
極制御やマス追従制御を実行する必要がない状態でも、
その状態を認識できないために不必要な制御を行うこと
になり、毎回、ビーム立上げ時のビーム電流調整に長時
間を要するという問題がある。

【００１５】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、ビーム電流調整時間の短縮化を図るこ
とができるイオン注入装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、イオンを生成するイオン源に形成されたビーム引出
孔と対向して配され、該ビーム引出孔からイオンを引き
出すための引出電極と、上記引出電極のイオン源に対す
る位置を変える引出電極駆動手段と、上記引出電極に形
成されたビーム通過孔を通過したイオンビームから、磁
場を用いた質量分析法により特定の質量のイオンのみを
選択的に取り出す質量分析手段と、上記質量分析手段を
通過してターゲットに到達するイオンビームの電流が、
設定値になるように各種パラメータを制御してビーム電
流調整を行うビーム電流調整手段とを備えているもので
あって、上記の課題を解決するために、以下の手段が講
じられていることを特徴とするものである。

【００１７】即ち、上記イオン注入装置は、ターゲット
に到達するイオンビームの重心位置を検出するビーム重
心位置検出手段と、イオン源から引き出されたイオンビ
ームが上記引出電極の電極面にあたって発生するロス電
流を検出するロス電流検出手段とを備えている。そし
て、上記ビーム電流調整手段は、上記イオンビームの重
心位置が予め定められた適正範囲内にあるか否かを判断
する重心位置ずれ判断手段と、上記ロス電流が予め定め
られた適正範囲内にあるか否かを判断し、適正範囲から
外れているとき引出電極のイオン源に対する位置にずれ
があると判断する引出電極ずれ判断手段と、上記重心位
置ずれ判断手段および引出電極ずれ判断手段の判断結果
に基づいて、上記引出電極駆動手段を制御して引出電極
のイオン源に対する位置を調整する引出電極制御処理と
上記質量分析手段の磁場強度を調整する質量分析手段制
御処理との実行の要否を判断する制御実行要否判断手段
とを備えている。

【００１８】

【作用】上記の構成によれば、ターゲットに到達するイ
オンビームの重心位置を検出し、重心位置が予め定めら
れた適正範囲内にあるか否かを判断している。さらに、
イオン源から引き出されたイオンビームが引出電極の電
極面にあたって発生するロス電流を検出し、このロス電
流が予め定められた適正範囲内にあるか否かを判断して
いる。そして、これらを、引出電極制御処理と質量分析
手段制御処理との実行の要否を判断する判断基準として
いる。

【００１９】引出電極が適正位置からずれている場合、
イオン源からビームが真っ直ぐに引き出されないため、
イオンビームの軌道にずれが生じてターゲットにおける
ビームの重心位置がずれる。また、質量分析手段の磁場
強度が適正でなければ、所望イオンの偏向角度にずれを
生じ、やはり、ターゲットにおけるビームの重心位置が
ずれる。したがって、ビームの重心位置ずれがあれば、
引出電極制御処理と質量分析手段制御処理との内の少な
くとも一方を実行する必要がある。

【００２０】尚、引出電極が適正位置からずれており、
且つ、質量分析手段の磁場強度も適正値からずれている
場合でも、両者が互いのずれを矯正し合うような条件に
なっている場合には、ビームの重心位置にずれが生じな
い。したがって、ビームの重心位置にずれがないからと
いっても引出電極制御処理および質量分析手段制御処理
が不必要とは限らない。

【００２１】引出電極が適正位置からずれていると、イ
オン源から引き出されたイオンビームが引出電極のビー
ム通過孔を通過せずに電極面にあたり、引出電極にロス
電流が流れる。したがって、上記ロス電流の大きさか
ら、引出電極のずれの有無を判断することが可能であ
り、ロス電流が適正範囲内にある場合、引出電極制御処
理を行う必要がない。

【００２２】したがって、ビーム重心位置ずれおよび引
出電極ずれが何れも生じていない場合、引出電極制御処
理および質量分析手段制御処理を何れも実行する必要は
ない。ビーム重心位置ずれはないが引出電極ずれが有る
場合、上記の両制御処理を実行する必要がある。ビーム
重心位置ずれは有るが引出電極ずれがない場合、引出電
極制御処理を実行する必要はない。本発明のビーム電流
調整手段は、上記の各種判断を行う手段（重心位置ずれ
判断手段、引出電極ずれ判断手段、制御実行要否判断手
段）を備えている。

【００２３】これにより、引出電極制御処理および／ま
たは質量分析手段制御処理が不必要な状態のときには、
不必要な制御処理を省略してビーム電流調整を行うこと
ができるので、ビーム電流調整時間の短縮化が図れる。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図８に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２５】本実施例に係るイオン注入装置は、図２に
示すように、イオン種をイオン化するイオン源１と、こ
のイオン源１からイオンを引き出すための引出電極部２
と、磁場を用いた質量分析法により所望のイオンのみを
選択的に取り出す質量分析部３（質量分析手段）と、ウ
エハをセットし注入処理を行う注入室４とを備えてい
る。

【００２６】上記イオン源１には、ＢＦ₃等のガスイオ
ン種をプラズマチャンバ内に供給するガスボックス５が
接続されている。また、イオン源１には、固体イオン種
を蒸発させてプラズマチャンバ内に導入するためのベー
パライザ（図示せず）も接続されている。上記イオン源
１としては、例えばフリーマン型イオン源やＥＣＲイオ
ン源等の既知のものを用いることができる。

【００２７】また、イオン注入装置は、上記イオン源１
の各部（フリーマン型イオン源であればソースマグネッ
トやフィラメント等、ＥＣＲイオン源であればソースマ
グネットやマグネトロン等）に電力を供給するためのイ
オン源電源６、および、上記質量分析部３の分析マグネ
ットに電力を供給するための分析マグネット電源９を備
えている。

【００２８】上記引出電極部２は、図３に示すように、
引出電極２１と接地電極２２と図示しない電極駆動機構
とから構成されている。上記イオン源１のプラズマチャ
ンバ１１には、チャンバ内で生成されたプラズマからイ
オンを放出するためのスリット状のビーム引出孔１１ａ
が形成されており、上記引出電極２１は、上記ビーム引
出孔１１ａと対向する位置に配されている。また、上記
接地電極２２は引出電極２１の下流側に該引出電極２１
と対向して配置されている。

【００２９】上記接地電極２２は接地されて基準電位
に、そして、引出電極２１は接地電極２２よりも負電位
になるように、減速電源８より負の電圧Ｖ_dが印加され
ている。そして、上記プラズマチャンバ１１には引出電
源７の正極端子が接続されており、この引出電源７より
高電圧の引出電圧Ｖ_eが印加されるようになっている。
これにより、プラズマチャンバ１１と引出電極２１との
間に電位差（引出電圧Ｖ_e＋減速電圧Ｖ_d）が生じて強
い外部電界が形成され、この外部電界により、プラズマ
チャンバ１１内で生成されたプラズマ中の正イオンが、
イオン引出孔１１ａから引き出され、イオンビームが形
成されるようになっている。上記のように、引出電極２
１を接地電極２２よりも負電位にすることにより、引出
電極部２よりも下流で発生した電子の逆流（電子がプラ
ズマチャンバ１１内に流れ込む現象）を防ぐことができ
るようになっている。

【００３０】上記引出電極２１および接地電極２２は、
電極駆動機構に駆動されて矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向
に直線的に移動すると共に矢印Ｃ方向に回動する。これ
らの電極２１・２２をＡ方向（水平方向であり且つ電極
面と平行な方向）に駆動することにより、電極ずれ（プ
ラズマチャンバ１１のイオン引出孔１１ａと電極２１・
２２のビーム通過孔２１ａ・２２ａとのずれ）を調整で
きる。また、電極２１・２２をＢ方向（水平方向であり
且つ電極面と直交する方向）に駆動することにより、プ
ラズマチャンバ１１との間のギャップを調整できる。ま
た、電極２１・２２をＣ方向に回動させることによっ
て、ビームに対する電極面の角度を調整できる。尚、引
出電極２１および接地電極２２は共通のフレームに取り
付けられて一体化されており、両電極２１・２２は電極
駆動機構によって一体的に駆動される。

【００３１】上記注入室４には、図４に示すように、複
数のウエハ１２…を保持し、矢印Ｅ方向に回転しながら
矢印Ｄ方向に進退移動するディスク１３が設けられてい
る。注入処理中は、このディスク１３が二点鎖線で示す
ようにファラデーカップ１４内に進入してメカニカルス
キャン動作を行う。上記ディスク１３の下流には、ビー
ムプロファイルモニタ用のビームキャッチプレート１５
が設けられている。注入処理が行われていないとき、デ
ィスク１３は実線で示す退避位置にあり、ファラデーカ
ップ１４の外部に退いているため、イオンビームは上記
ビームキャッチプレート１５に照射されるようになって
いる。

【００３２】上記ビームキャッチプレート１５のビーム
照射面には、図５に示すように、ｊ×ｋ個（Ｘ方向ｊ
個、Ｙ方向ｋ個）のビームキャッチ部１６…が他の部材
と絶縁されたフローティング状態で取り付けられてい
る。上記各ビームキャッチ部１６は、Ｘ、Ｙ座標の座標
点に対応する位置に等間隔で並べられている。各ビーム
キャッチ部１６…からは個々にリード線１６ａ…が延び
ており、各ビームキャッチ部１６…にあたったイオンビ
ームの電荷が該リード線１６ａ…を介してビーム計測部
１７へ流れるようになっている。

【００３３】上記ビーム計測部１７は、各ビームキャッ
チ部１６でキャッチされたイオンビームの電流密度を求
める。即ち、ビーム計測部１７は、各ビームキャッチ部
１６…に流れる電流（瞬時値）を電圧に変換した後、さ
らにアナログ／ディジタル変換し、次の演算を行う。即
ち、各ビームキャッチ部１６…に流れる電流をＩ、ビー
ムキャッチ部１６…のビームキャッチ面の面積をＳとす
ると、Ｉ／Ｓによって電流密度を求める。そして、上記
ビーム計測部１７は、各ビームキャッチ部１６…におけ
るビーム電流密度のデータを、図２に示すコントローラ
１８（ビーム電流調整手段）へ送る。

【００３４】上記コントローラ１８は、上記ビーム計測
部１７から送られてくるビーム電流密度のデータによっ
てイオンビームの電流密度分布（いわゆるビームプロフ
ァイル）を認識し、イオンビームの重心位置を算出す
る。即ち、重心位置のＸ座標（Ｘ_cenとする）を下式
（１）により、また、重心位置のＹ座標（Ｙ_cenとす
る）を下式（２）により求める。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【数２】

【００３７】ここで、Ｘ_n＝１，２，…ｊ、Ｙ_n＝１，
２，…ｋである。また、Ｉ_xnは、Ｘ_nの行にある全ての
ビームキャッチ部１６…のビーム電流密度を加算した値
であり、例えば、Ｉ_x1は、（１，１）、（１，２）、…
（１，ｋ）の座標点にあるビームキャッチ部１６…のビ
ーム電流密度を加算した値である。同様に、Ｉ_ynは、Ｙ
_nの列にある全てのビームキャッチ部１６…のビーム電
流密度を加算した値である。

【００３８】上記コントローラ１８は、上記の演算によ
って求めた重心位置（Ｘ_cen，Ｙ_ce _n）が予め定められ
た適正範囲内にあるか否かを判断し、これを引出電極制
御やマス追従制御の必要性を判断するための判断基準と
している。

【００３９】図６に示すように、引出電極部２の引出電
極２１および接地電極２２が適正位置からずれている場
合（プラズマチャンバ１１のイオン引出孔１１ａの中心
と電極２１・２２のビーム通過孔２１ａ・２２ａの中心
とがずれている場合）、イオンビームの軌道（実線で示
す）は、適正なビーム軌道（二点鎖線で示す）から外
れ、ビームキャッチプレート１５に照射されるビームの
重心位置にずれが生じる。

【００４０】また、図７に示すように、引出電極２１お
よび接地電極２２が適正位置にあっても、質量分析部３
の分析管内の磁場強度（磁束密度）が適正でなければ、
所望のイオンの偏向角度にずれを生じ、イオンビームの
軌道（実線で示す）は、適正なビーム軌道（二点鎖線で
示す）から外れ、やはり、ビームキャッチプレート１５
に照射されるビームの重心位置にずれが生じる。

【００４１】以上のことから、ビームキャッチプレート
１５に照射されるイオンビームの重心位置に許容範囲を
越えるずれがあれば、引出電極制御とマス追従制御との
内の少なくとも一方を実行する必要があることがわか
る。

【００４２】尚、図８に示すように、引出電極２１およ
び接地電極２２が適正位置からずれており、且つ、質量
分析部３の分析管内の磁場強度が適正でない場合であっ
て、両者が互いのずれを矯正し合うような条件になって
いる場合には、ビームキャッチプレート１５に照射され
るビームの重心位置にずれが生じない。そこで、本実施
例では、ビームの重心位置のずれを検出すると共に、引
出電極２１に流れるロス電流の大きさから、引出電極２
１および接地電極２２のずれの有無を検出するようにな
っている。

【００４３】即ち、図３に示すように、引出電極２１が
適正位置からずれていると、イオン源１から引き出され
たイオンビームの多くが引出電極２１のビーム通過孔２
１ａを通過せずに電極面にあたり、ロス電流Ｉ_Lとして
接地部へ流れてしまう。引出電極２１のずれが大きい
程、引出電極２１に流れるロス電流Ｉ_Lも大きくなる。
したがって、引出電極２１に流れるロス電流Ｉ_Lの大き
さから、引出電極２１のずれの有無を判断することが可
能である。

【００４４】本実施例では、引出電極２１と接地部との
間に設けられる減速電源８の内部に、電流検出用抵抗等
からなるロス電流検出手段を設けている。上記ロス電流
検出手段で検出されたロス電流Ｉ_Lは、コントローラ１
８へ送られる（図２参照）。上記コントローラ１８は、
上記のロス電流Ｉ_Lが予め定められた適正範囲内にある
か否かを判断し、これを引出電極制御の必要性を判断す
るための判断基準としている。

【００４５】上記のように、コントローラ１８は、ビー
ムの重心位置と引出電極２１に流れるロス電流Ｉ_Lとの
２つの判断基準から、引出電極制御とマス追従制御との
必要性を判断する。上記の２つの判断基準から、基本的
には次のような判断ができる。ビームの重心位置とロス
電流Ｉ_Lとが何れも許容範囲内にある場合、引出電極制
御およびマス追従制御を実行する必要はない。また、ビ
ームの重心位置が許容範囲内にあるが、ロス電流Ｉ_Lが
許容範囲から外れている場合、引出電極制御およびマス
追従制御を実行する必要がある。また、ビームの重心位
置が許容範囲から外れているが、ロス電流Ｉ_Lが許容範
囲内にある場合、引出電極制御を実行する必要はないが
マス追従制御は必要である。また、ビームの重心位置と
ロス電流Ｉ_Lとが何れも許容範囲から外れている場合、
少なくとも引出電極制御を行う必要があり、引出電極制
御の実行に伴ってマス追従制御の実行も必要となる。

【００４６】また、上記コントローラ１８は、図２に示
すガスボックス５、イオン源電源６、引出電源７、減速
電源８、分析マグネット電源９、および図示しない電極
駆動機構等のイオン注入装置の各部を制御しながら各種
パラメータを調整し、ビームの自動立上げを行う。

【００４７】上記コントローラ１８は、ＣＰＵ（Centra
l Processing Unit)、メモリ、および入出力部等を含む
マイクロコンピュータから構成されている。このコント
ローラ１８のビーム電流調整処理のための機能モジュー
ル構成を示す機能ブロック図を図９に示す。同図に示す
ように、コントローラ１８は、上式（１）（２）に従っ
てビーム重心位置を演算するビーム重心位置演算部１８
ａと、ビーム重心位置が予め定められた適正範囲内にあ
るか否かを判断する重心位置ずれ判断部１８ｂ（重心位
置ずれ判断手段）と、ロス電流Ｉ_Lが予め定められた適
正範囲内にあるか否かを判断して引出電極２１のずれの
有無を判断する引出電極ずれ判断部１８ｃ（引出電極ず
れ判断手段）と、上記重心位置ずれ判断部１８ｂおよび
引出電極ずれ判断部１８ｃの判断結果に基づいて、引出
電極制御処理とマス追従制御処理（質量分析手段制御処
理）との実行の要否を判断する制御実行要否判断部１８
ｄ（制御実行要否判断手段）と、引出電極制御処理を行
う引出電極制御部１８ｅと、マス追従制御処理を行うマ
ス追従制御部１８ｆと、上記引出電極制御やマス追従制
御のパラメータ以外のパラメータを調整するビームセッ
トアップ処理を行うビームセットアップ処理部１８ｇと
を有している。尚、上記ビームセットアップ処理で調整
されるパラメータは、フリーマン型イオン源の場合、
「アーク電流」、「フィラメント電流」、「ソースマグ
ネット電流」、「ガス流量」等のパラメータ、また、マ
イクロ波型イオン源の場合、「ソースマグネット電
流」、「マイクロ波パワー」、「ガス流量」等のパラメ
ータである。

【００４８】上記の構成において、コントローラ１８に
よるビーム自動立上げ動作を以下に説明する。

【００４９】先ず、オペレータが図示しない入力操作部
を操作して、注入条件（マス値、ビーム電流、ビームエ
ネルギー）を設定することになる。そして、設定された
注入条件はコントローラ１８に取り込まれる。上記コン
トローラ１８の図示しない記憶装置には、幾つかのパタ
ーンの注入条件についての各種パラメータの最適値デー
タが登録されている。これらの登録データは、予めオペ
レータがマニュアルでイオン注入装置を最適状態に立上
げることにより採取したデータである。コントローラ１
８は、予め登録されているパラメータに基づいて、設定
された注入条件に対する各種パラメータの初期値を近似
的に求めるようになっている。

【００５０】即ち、コントローラ１８は、登録されてい
る数パターンの注入条件の中から、ビーム電流の設定値
に最も近い上下２つの注入条件を選び出し、これら２つ
の注入条件のパラメータの登録データから、線形一次補
間補正によって近似的にビーム電流に関するパラメータ
の初期値を割り出す。また、同様にして、ビームエネル
ギーに関するパラメータの初期値も求める。

【００５１】ここで、ビーム電流に関するパラメータと
は、ビーム電流を制御するのに大きく依存するパラメー
タであり、主にイオン源のパラメータ（フリーマン型イ
オン源の場合、「アーク電流」、「フィラメント電
流」、「ソースマグネット電流」、「ガス流量」等、ま
た、ＥＣＲイオン源等のマイクロ波型イオン源の場合、
「ソースマグネット電流」、「マイクロ波パワー」、
「ガス流量」等）をいう。また、ビームエネルギーに関
するパラメータとは、ビームエネルギーを制御するのに
大きく依存する「引出電圧」や「減速電圧」等のパラメ
ータをいう。

【００５２】その後、コントローラ１８は、上記で求め
た各種パラメータの初期値に基づいてイオン源１の各部
を制御してプラズマチャンバ１１内においてイオン種を
プラズマ化し、イオンビームの引き出しを可能にする。
次に、引出電源７および減速電源８をＯＮにしてイオン
源１のプラズマチャンバ１１とイオン源と引出電極との
間に高電圧を印加し、イオン源１からイオンを引き出し
てイオンビームを形成する。

【００５３】次に、コントローラ１８は、分析マグネッ
ト電源９を制御して質量分析部３に供給される分析マグ
ネット電流を調整し、所望のイオンのみを選択的に取り
出すマスサーチを行う。

【００５４】上記マスサーチ終了後、コントローラ１８
は、図１のフローチャートに示すシーケンスでビーム電
流調整を行う。先ず、ビーム計測部１７から送られてく
るビーム電流密度のデータによってイオンビームの重心
位置（Ｘ_cen，Ｙ_cen）を算出し、その重心位置（Ｘ
_cen，Ｙ_cen）が予め定められた適正範囲内にあるか否
かを判断する（Ｓ１）。例えば、図５に示すビームキャ
ッチプレート１５に１７×１７個（Ｘ方向１７個、Ｙ方
向１７個）のビームキャッチ部１６…が取り付けられて
いる場合、８≦Ｘ_cen≦１０８≦Ｙ_cen≦１０のとき重心位置ずれがないと判断する。尚、重心位置ず
れの有無の判断基準となる上記適正範囲は任意に設定可
能である。

【００５５】上記Ｓ１において重心位置ずれありと判断
した場合、その重心位置ずれが水平方向（Ｘ方向）のず
れか否かを判断する（Ｓ２）。そして、Ｓ２においてＹ
ＥＳの場合、減速電源８内のロス電流検出手段からのロ
ス電流Ｉ_Lが、予め定められた適正範囲内にあるか否か
を判断する（Ｓ３）。そして、例えば、Ｉ_L＜1.５ｍＡ
のとき引出電極２１の水平方向のずれなし、Ｉ_L≧1.５
ｍＡのとき水平方向のずれ有りと判断する。尚、電極ず
れの有無の判断基準となる上記適正範囲は、実験的に求
められるものであり、任意に設定可能である。当然、上
記適正範囲はイオン源１から引き出されるビームの電流
量によって変化するものであり、コントローラ１８は、
注入条件が設定された際に、ビーム電流の設定値に応じ
て上記適正範囲を自動的に変更するようになっている。

【００５６】上記Ｓ３において引出電極２１の水平方向
のずれ有りと判断した場合、電極駆動機構を介して引出
電極２１の水平方向（図３のＡ方向）の位置制御を行う
（Ｓ４）。この引出電極水平制御とは、引出電極２１を
一定の移動幅で徐々に水平方向に移動させ、ロス電流Ｉ
_Lが最小となる引出電極２１の位置を検出するものであ
る。

【００５７】上記Ｓ２でＮＯの場合、上記Ｓ３でＹＥＳ
の場合、或いは上記Ｓ４の実行後、重心位置ずれが垂直
方向（Ｙ方向）のずれか否かを判断する（Ｓ５）。そし
て、Ｓ５においてＹＥＳの場合、電極駆動機構を介して
引出電極２１のビームに対する電極面の角度の位置制御
を行う（Ｓ６）。即ち、引出電極２１のビームに対する
電極面の角度が直角になっていないと、ビームの軌道が
垂直方向にずれてしまうので、引出電極角度制御が必要
となるのである。この引出電極角度制御とは、引出電極
２１を図３のＣ方向に回動させ、ビームの垂直方向（Ｙ
方向）の重心位置が適正範囲内に入るように制御するも
のである。

【００５８】上記Ｓ５でＮＯの場合、或いは上記Ｓ６の
実行後、分析マグネット電源９を制御して、分析マグネ
ット電流を微調整（質量分析部３の分析管内の磁場強度
を微調整）するマス追従制御を行う（Ｓ７）。

【００５９】また、上記Ｓ１において重心位置ずれなし
と判断した場合、ロス電流Ｉ_Lが予め定められた適正範
囲内（例えば、Ｉ_L＜1.５ｍＡ）にあるか否かを判断す
る（Ｓ８）。ここで、ロス電流Ｉ_Lが適正範囲から外れ
ていれば、引出電極水平制御を行い（Ｓ９）、その後Ｓ
７に移行してマス追従制御を行う。一方、Ｓ８において
ロス電流Ｉ_Lが適正範囲内にあれば、引出電極制御およ
びマス追従制御を実行する必要はないと判断し、次処理
に移行する。

【００６０】上記Ｓ８でＹＥＳの場合、或いは上記Ｓ７
の実行後、ビーム電流が設定値に対して±３％の範囲
（予め定められた範囲）に入るように、ビームセットア
ップ処理を行う（Ｓ１１）。即ち、コントローラ１８
は、注入位置におけるビーム電流（ターゲット電流）を
監視しながら、ターゲット電流が設定値に近づくよう
に、各種パラメータを調整する。

【００６１】上記ビームセットアップ処理によってビー
ム電流が上記の適正範囲に入れば（Ｓ１０においてＹＥ
Ｓ）、ビーム監視動作に移行する（Ｓ１２）。このビー
ム監視動作とは、予め定められた時間、ビーム電流を監
視してビームの安定性を確認するものである。例えば、
イオン源１における放電が頻発する等によってビーム電
流が不安定になることがあり、コントローラ１８は、ビ
ーム監視期間中にこのような状態を検出すれば、ビーム
異常表示や警報ブザーを作動させる等の警報動作を行っ
てオペレータにビームの異常を知らせる。上記ビーム監
視動作によってビームの安定性を確認すれば、ビーム立
上げモードを終了し、注入処理モードに移行する。

【００６２】以上のように、本実施例のイオン注入装置
は、イオン源１に形成されたビーム引出孔１１ａと対向
して配され、該ビーム引出孔１１ａからイオンを引き出
すための引出電極２１と、上記引出電極２１のイオン源
１に対する位置を変える引出電極駆動手段と、上記引出
電極２１に形成されたビーム通過孔２１ａを通過したイ
オンビームから、磁場を用いた質量分析法により特定の
質量のイオンのみを選択的に取り出す質量分析部３と、
ターゲットに到達するイオンビームの重心位置を検出す
るビーム重心位置検出手段（ビームキャッチプレート１
５、ビーム計測部１７、ビーム重心位置演算部１８ａ）
と、イオン源１から引き出されたイオンビームが引出電
極２１の電極面にあたって発生するロス電流Ｉ_Lを検出
するロス電流検出手段と、ターゲットに到達するイオン
ビームの電流が設定値になるように各種パラメータを制
御してビーム電流調整を行うコントローラ１８とを備
え、上記コントローラ１８は、上記イオンビームの重心
位置が予め定められた適正範囲内にあるか否かを判断す
る重心位置ずれ判断部１８ｂと、上記ロス電流Ｉ_Lが予
め定められた適正範囲内にあるか否かを判断し、適正範
囲から外れているとき引出電極２１のイオン源１に対す
る位置にずれがあると判断する引出電極ずれ判断部１８
ｃと、上記の両判断部１８ｂ・１８ｃの判断結果に基づ
いて、引出電極制御処理とマス追従制御処理との実行の
要否を判断する制御実行要否判断部１８ｄとを備えてい
る構成である。

【００６３】これにより、引出電極制御処理および／ま
たはマス追従制御処理が不必要な状態のときには、不必
要な制御処理を省略してビーム電流調整を行うので、ビ
ーム電流調整時間の短縮化が図れ、短時間でのビームの
立上げが可能となる。

【００６４】また、本実施例のイオン注入装置は、先
ず、引出電極制御処理およびマス追従制御処理の必要性
を判定し、制御処理が必要な場合にはそれを実行して引
出電極ずれや質量分析部３の不適正を解消し、その後、
ビームセットアップ処理を行うようになっているので、
安定した状態で正確なビームセットアップ処理が行え
る。例えば、引出電極２１がずれた状態では、イオンビ
ームが引出電極２１の電極面に多量にあたり、電極面か
ら多量の２次電子が放出されることになる。このため、
引出電極２１とイオン源１との間の絶縁破壊を招来して
放電が発生し易く、正確なビームセットアップ処理が行
えない。本実施例では、上記のようにビームセットアッ
プ処理に先立って引出電極ずれが解消されているので、
正確なビームセットアップ処理が可能となっている。

【００６５】尚、上記実施例では、ビームキャッチプレ
ート１５と、ビーム計測部１７と、コントローラ１８の
ビーム重心位置演算部１８ａとによってビーム重心位置
検出手段が構成されているが、ビーム計測部１７がビー
ム重心位置を演算してその演算結果をコントローラ１８
へ送るようにしてもよい。上記実施例は、あくまでも、
本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのよ
うな具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきもので
はなく、本発明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろ
と変更して実施することができるものである。

【００６６】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、以上のよう
に、ターゲットに到達するイオンビームの重心位置を検
出するビーム重心位置検出手段と、イオン源から引き出
されたイオンビームが引出電極の電極面にあたって発生
するロス電流を検出するロス電流検出手段と、ビーム電
流調整を行うビーム電流調整手段とを備え、上記ビーム
電流調整手段は、上記イオンビームの重心位置が予め定
められた適正範囲内にあるか否かを判断する重心位置ず
れ判断手段と、上記ロス電流が予め定められた適正範囲
内にあるか否かを判断し、適正範囲から外れているとき
引出電極のイオン源に対する位置にずれがあると判断す
る引出電極ずれ判断手段と、上記重心位置ずれ判断手段
および引出電極ずれ判断手段の判断結果に基づいて、引
出電極駆動手段を制御して引出電極のイオン源に対する
位置を調整する引出電極制御処理と質量分析手段の磁場
強度を調整する質量分析手段制御処理との実行の要否を
判断する制御実行要否判断手段とを備えている構成であ
る。

【００６７】それゆえ、引出電極制御処理および／また
は質量分析手段制御処理が不必要な状態のときには、そ
れを的確に判断することができ、したがって、不必要な
制御処理を省略してビーム電流調整を行うことが可能と
なり、ビーム電流調整時間の短縮化を図ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、イオン注
入装置のコントローラによるビーム電流調整動作を示す
フローチャートである。

【図２】上記イオン注入装置の概略構成を示すブロック
図である。

【図３】上記イオン注入装置におけるビームの引き出し
を説明するための要部断面図である。

【図４】上記イオン注入装置の注入位置付近の構成を説
明するための説明図である。

【図５】上記イオン注入装置のビームキャッチプレート
の構成を説明するための説明図である。

【図６】上記イオン注入装置において、引出電極ずれが
生じている場合のイオンビームの軌道を説明するための
説明図である。

【図７】上記イオン注入装置において、質量分析部の磁
場強度が不適正である場合のイオンビームの軌道を説明
するための説明図である。

【図８】上記イオン注入装置において、引出電極ずれが
生じており、且つ、質量分析部の磁場強度が不適正であ
るにも関わらず、ビームの重心位置にずれが生じない場
合のイオンビームの軌道を説明するための説明図であ
る。

【図９】上記イオン注入装置のコントローラの機能モジ
ュール構成を示す機能ブロック図である。

【図１０】従来のイオン注入装置のコントローラによる
ビーム電流調整動作を示すフローチャートである。

【図１１】上記イオン注入装置におけるビームの引き出
しを説明するための要部断面図である。

【符号の説明】

１イオン源２引出電極部３質量分析部（質量分析手段）７引出電源８減速電源１５ビームキャッチプレート（ビーム重心位置検出
手段）１７ビーム計測部（ビーム重心位置検出手段）１８コントローラ（ビーム電流調整手段）１８ａビーム重心位置演算部（ビーム重心位置検出手
段）１８ｂ重心位置ずれ判断部（重心位置ずれ判断手段）１８ｃ引出電極ずれ判断部（引出電極ずれ判断手段）１８ｄ制御実行要否判断部（制御実行要否判断手段）２１引出電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 37/04 H01J 37/05 H01L 21/265 C23C 14/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンを生成するイオン源に形成されたビ
ーム引出孔と対向して配され、該ビーム引出孔からイオ
ンを引き出すための引出電極と、上記引出電極のイオン源に対する位置を変える引出電極
駆動手段と、上記引出電極に形成されたビーム通過孔を通過したイオ
ンビームから、磁場を用いた質量分析法により特定の質
量のイオンのみを選択的に取り出す質量分析手段と、上記質量分析手段を通過してターゲットに到達するイオ
ンビームの電流が設定値になるように各種パラメータを
制御してビーム電流調整を行うビーム電流調整手段とを
備えているイオン注入装置において、ターゲットに到達するイオンビームの重心位置を検出す
るビーム重心位置検出手段と、イオン源から引き出されたイオンビームが上記引出電極
の電極面にあたって発生するロス電流を検出するロス電
流検出手段とを備え、上記ビーム電流調整手段は、上記イオンビームの重心位置が予め定められた適正範囲
内にあるか否かを判断する重心位置ずれ判断手段と、上記ロス電流が予め定められた適正範囲内にあるか否か
を判断し、適正範囲から外れているとき引出電極のイオ
ン源に対する位置にずれがあると判断する引出電極ずれ
判断手段と、上記重心位置ずれ判断手段および引出電極ずれ判断手段
の判断結果に基づいて、上記引出電極駆動手段を制御し
て引出電極のイオン源に対する位置を調整する引出電極
制御処理と上記質量分析手段の磁場強度を調整する質量
分析手段制御処理との実行の要否を判断する制御実行要
否判断手段とを備えている。