JP5970583B2

JP5970583B2 - Ion implantation apparatus and ion implantation method

Info

Publication number: JP5970583B2
Application number: JP2015088056A
Authority: JP
Inventors: 史郎二宮; 光国月原; 工藤　哲也; 哲也工藤; 山田　達也; 達也山田
Original assignee: 住友重機械イオンテクノロジー株式会社
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: JP2015173116A

Description

本発明は、イオン注入装置及びイオン注入方法に関し、特にイオン注入中の荷電変換に起因するドーズ量の変動を真空度の計測により補償する機能を持つイオン注入装置のイオン注入量制御に関する。 The present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion implantation method, and more particularly, to an ion implantation amount control of an ion implantation apparatus having a function of compensating variation in dose amount due to charge conversion during ion implantation by measuring a degree of vacuum.

半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを入射する工程が標準的に実施されている。この工程で使用される装置は、イオン注入装置と呼ばれ、イオン源によってイオン化され、その後加速されたイオンビームを形成する機能と、そのイオンビームをビームスキャン、ウエハスキャン、またはそれらの組み合わせにより、半導体ウエハ全面に照射する機能を持つ。 In the semiconductor manufacturing process, for the purpose of changing the conductivity, the purpose of changing the crystal structure of the wafer, and the like, a process of injecting ions into the semiconductor wafer is standardly performed. An apparatus used in this process is called an ion implantation apparatus, which has a function of forming an ion beam ionized by an ion source and then accelerated, and the ion beam by beam scanning, wafer scanning, or a combination thereof. Has the function of irradiating the entire surface of the semiconductor wafer.

半導体製造工程中のイオン注入工程においては、通常、ウエハ面内に狙いのドーズ量を均一に注入する必要があり、その目的で、イオン注入装置を制御することが通常である。 In an ion implantation process in a semiconductor manufacturing process, it is usually necessary to implant a target dose uniformly in a wafer surface, and it is normal to control an ion implantation apparatus for that purpose.

この様なイオン注入装置においては、イオン電流を計測し、イオンの価数から注入ドーズ量を算出して制御しているが、正確な制御を行うためにイオン電流値に補正を掛ける真空補正機能が提案されている（特許文献１参照）。この機能が使われるのは以下の理由による。 In such an ion implanter, the ion current is measured and controlled by calculating the implantation dose from the valence of the ions, but a vacuum correction function that corrects the ion current value for accurate control. Has been proposed (see Patent Document 1). This function is used for the following reasons.

イオン注入装置はビーム輸送効率の向上、あるいはイオン注入されるウエハのチャージアップ防止のために、外部からビームラインに導入した導入気体のイオン化、プラズマ化を通して電子を供給している。導入気体は、主に希ガス気体が用いられることが多い。イオン注入されるウエハ上にはレジスト膜が塗布されており、レジスト膜にイオンビームが照射されることによって、レジスト膜を起因とする気体が発生する。ビームラインに意図的に導入された導入気体と、ウエハにイオンビームが注入されることにより発生したレジスト起因気体は、残留気体としてそれらの一部がビームラインにとどまる。イオンビームの粒子は、これら残留気体と衝突することによりある割合で荷電変換をして中性化する。中性化した粒子はイオン電流として計測できないため、注入粒子数を確実に計測できないことになり、注入ドーズ量の制御が不正確となる。よってイオンビームが残留気体と衝突することによる中性化の効果を補正し、正確なドーズ量制御を行うために真空補正機能が使用されている。 The ion implantation apparatus supplies electrons through ionization and plasmaization of an introduced gas introduced into the beam line from the outside in order to improve beam transport efficiency or prevent charge-up of a wafer to be ion implanted. As the introduced gas, a rare gas is often used. A resist film is applied on the ion-implanted wafer, and an ion beam is applied to the resist film, thereby generating a gas originating from the resist film. Some of the introduced gas intentionally introduced into the beam line and the resist-induced gas generated by the ion beam being implanted into the wafer remain as residual gases in the beam line. The ion beam particles are neutralized by charge conversion at a certain rate by colliding with these residual gases. Since neutralized particles cannot be measured as an ion current, the number of injected particles cannot be reliably measured, and the control of the injection dose becomes inaccurate. Therefore, the vacuum correction function is used to correct the neutralization effect caused by the collision of the ion beam with the residual gas and perform accurate dose control.

特許文献１の真空補正機能では、測定イオンビーム電流をIm、外部から導入した導入気体の分圧値をP_A、真空計測定値をP、レジスト起因気体の分圧値をP-P_A、イオンビームの導入気体に対する中性化のしやすさを表す真空補正係数をK_A、レジスト起因気体に対する真空補正係数をKとしている。特許文献１の真空補正機能ではまた、荷電変換による中性化が無ければ測定されるはずの注入イオンビーム電流I₀を計算し、この値を基準にしてドーズ量制御を行っている。これらの間には次式が成り立つと仮定している。 In the vacuum correction function of Patent Document 1, the measurement ion beam current is Im, the partial pressure value of the introduced gas introduced from the outside is P _A , the vacuum gauge measurement value is P, the partial pressure value of the resist-derived gas is PP _A , and the ion beam The vacuum correction coefficient representing the ease of neutralization for the introduced gas is K _A , and the vacuum correction coefficient for the resist-derived gas is K. The vacuum correction function of Patent Document 1 also calculates an implantation ion beam current I ₀ that should be measured if neutralization due to charge conversion is not performed, and performs dose control based on this value. It is assumed that the following equation holds between them.

Im=I₀×f(P)
f(P)=exp[-K_AP_A-K(P-P_A)]
ここで、圧力の関数f(P)に含まれる真空補正係数K_A、Kの値はイオン種、加速電圧、導入気体の種類により異なる。 Im = I ₀ × f (P)
f (P) = exp [-K _A P _A -K (PP _A )]
Here, the values of the vacuum correction coefficients K _A and K included in the pressure function f (P) vary depending on the ion species, the acceleration voltage, and the type of introduced gas.

外部から導入した導入気体とレジスト起因気体では、イオンビームが衝突したときに中性化する割合は異なってくる。このため、導入気体とレジスト起因気体それぞれの分圧値を正確に見積もる必要がある。しかるに、特許文献１の真空補正機能はこの見積もり方に問題点がある。 The rate of neutralization when the ion beam collides differs between the introduced gas introduced from the outside and the resist-derived gas. For this reason, it is necessary to accurately estimate the partial pressure values of the introduced gas and the resist-derived gas. However, the vacuum correction function of Patent Document 1 has a problem in this estimation method.

特開２０００−１１９４２号公報JP 2000-111942 A

特許文献１の真空補正機能は、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値を導入気体の分圧値P_Aとし、イオン注入中もその分圧値が常に一定であると仮定している。そして、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値P_Aの差をとった値P-P_Aをレジスト起因気体の分圧値としている。 Vacuum correction function disclosed in Patent Document 1, a vacuum measurement value in a state in which the resist-induced gas before the ion implantation is not generated by the partial pressure value P _A of the introduced gas, is always constant its partial pressure value even during the ion implantation Is assumed. Then, he is the values PP _A taking the difference between the partial pressure value P _A of the introduced gas from the vacuum measurement value P continues to constantly change during the ion implantation and partial pressure value of the resist-induced gas.

しかし、後で詳しく説明するように、イオン注入装置では、通常、ウエハへのイオン注入中に、イオン注入装置中に動作する構造体が存在する。そして、その構造体が機械的に動作することにより、ビームラインの真空コンダクタンスが変化する。すなわち、導入気体の分圧値P_Aは、イオン注入中、時間的に有意に変化している。 However, as will be described in detail later, in an ion implantation apparatus, there are usually structures that operate in the ion implantation apparatus during ion implantation into a wafer. And the vacuum conductance of a beam line changes because the structure operates mechanically. That is, partial pressure value P _A of the introduced gas during ion implantation, and changes with time significantly.

また、後で詳しく説明するように、ビームラインに意図的に導入される導入気体は１種類とは限らないが、特許文献１の真空補正機能では、その点について、考察が不足している。 Further, as will be described in detail later, the number of introduced gases that are intentionally introduced into the beam line is not limited to one, but the vacuum correction function of Patent Document 1 is insufficiently considered.

このことから、特許文献１の真空補正機能では、導入した導入気体の分圧値P_Aと、真空計測定値Pからの差分により求めているレジスト起因気体の分圧値P-P_Aそれぞれに誤差を生じている。その結果、ドーズ量制御に使用される注入イオンビーム電流にずれが生じており、正確なドーズ量制御が行なえなくなっている。 Therefore, in the vacuum correction function of Patent Document 1, an error occurs in each of the partial pressure value P _A of the introduced gas introduced and the partial pressure value PP _A of the resist-derived gas obtained from the difference from the vacuum gauge measurement value P. ing. As a result, there is a deviation in the implanted ion beam current used for dose control, and accurate dose control cannot be performed.

従って、複数種類の導入気体とレジスト起因気体の分圧値をそれぞれ正確に見積もるためには、ビームラインにおけるそれぞれの分圧値をコンダクタンス効果とビームラインに導入する導入気体の種類を含めて計算する必要がある。 Therefore, in order to accurately estimate the partial pressure values of a plurality of types of introduced gas and resist-derived gas, the partial pressure values in the beam line are calculated including the conductance effect and the type of introduced gas introduced into the beam line. There is a need.

本発明の課題は、ビームラインにとどまった複数種類の導入気体とレジスト起因気体の中性化効果を、コンダクタンス効果を含めて見積もり、正確なドーズ量制御を実現できる高精度イオン注入方法、及び高精度イオン注入装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a highly accurate ion implantation method capable of estimating the neutralization effect of a plurality of types of introduced gas and resist-induced gas remaining in the beam line, including the conductance effect, and realizing accurate dose control, and a high The object is to provide a precision ion implantation apparatus.

本発明の具体的な課題は、以下の内容を実現できるようにすることである。 A specific problem of the present invention is to realize the following contents.

外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体のビームラインにおける真空度分圧値を、真空ビームライン室又は真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化に基づくコンダクタンス効果を含めて正確に見積もり、複数種類の導入気体とレジスト起因気体によるイオンビームの中性化効果を正確に計算して、正確なドーズ量制御を行う。 The vacuum partial pressure value in the beam line of a plurality of types of introduced gases introduced from the outside and the resist-induced gas generated from the wafer is changed in accordance with the change in the position of the structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber. Accurate estimation including the conductance effect based on the change in vacuum conductance, accurately calculates the neutralization effect of the ion beam caused by a plurality of introduced gases and resist-derived gases, and performs accurate dose control.

本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置に適用される。 The present invention carries an ion beam extracted from an ion source through a vacuum beam line chamber into a vacuum processing chamber communicated with a vacuum beam line termination port, and scans a wafer in the vacuum processing chamber with the ion beam. The present invention is applied to an ion implantation apparatus configured to implant ions into the wafer.

本発明の第１の態様によれば、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置におけるイオン注入方法において、
ウエハへのイオン注入中に、イオンビーム電流を計測するとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化を求め、さらに上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個所ないし複数個所の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個所ないし複数個所の真空度とを用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御するイオン注入方法であって、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記位置の関数として、以下の式、
P_A=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・P_A0
ただし、P_Aはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、P_A0はイオン注入前に上記真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入方法、が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the ion beam extracted from the ion source is carried via the vacuum beam line chamber to the vacuum processing chamber communicated with the vacuum beam line termination port, and the wafer in the vacuum processing chamber is In an ion implantation method in an ion implantation apparatus configured to scan with an ion beam and implant ions into the wafer,
During ion implantation into the wafer, the ion beam current is measured, and a change in vacuum conductance that changes in accordance with a change in the position of a structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber is obtained. Detects changes in the degree of vacuum at one or more locations measured by a vacuum gauge installed in the line chamber or vacuum processing chamber,
This is an ion implantation method in which an implanted ion beam current amount is calculated using the obtained vacuum conductance and the degree of vacuum at one or more locations, and a dose amount to be implanted into the wafer is controlled based on the calculated implanted ion beam current. And
The structure includes a wafer scanning body and a wafer that are installed in the vacuum processing chamber so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction in order to mechanically scan the wafer,
A change in vacuum conductance is obtained in advance as a function of the position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body that is a part of the structure, and the change in vacuum conductance is adjusted in accordance with the position change of the wafer scanning body that occurs during ion implantation. Calculate
As a function of the above position,
P _A = [-a (Y-Ya) (Y + Ya) +1] ・ P _A0
However, P _A is partial pressure value of the introduced gas into the vacuum beam line chamber during ion implantation, Y position of the wafer scanning direction of the wafer scanning body, Ya, a is a constant, P _A0 above before ion implantation The degree of vacuum in the vacuum beam line chamber when there is an introduced gas introduced from the outside, measured by a vacuum gauge,
An ion implantation method is provided.

本発明の第２の態様によれば、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、該真空処理室内のウエハを上記イオンビームで走査して該ウエハにイオン注入するよう構成したイオン注入装置において、
ウエハへのイオン注入中に、上記真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を求めるとともに、上記真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個ないし複数個の真空度の変化を検知し、
上記求めた真空コンダクタンスと１個ないし複数個の真空度を用いて注入イオンビーム電流量を算出し、算出した注入イオンビーム電流量に基づいてウエハに注入するドーズ量を制御する制御手段を備え、
上記構造体は、ウエハを機械的に走査するために上記真空処理室内に上記イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に移動可能に設置されたウエハ走査体及びウエハを含み、
上記構造体の一部である上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求め、上記制御手段は、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、真空コンダクタンスの変化を算出し、
上記制御手段は、上記位置の関数として、以下の式、
P_A=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・P_A0
ただし、P_Aはイオン注入中の上記真空ビームライン室内への導入気体の分圧値、Yは上記ウエハ走査体のウエハ走査方向の位置、Ya、aは定数、P_A0はイオン注入前に上記真空計で測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の上記真空ビームライン室内の真空度、
を用いるイオン注入装置、が提供される。 According to the second aspect of the present invention, the ion beam extracted from the ion source is transported through the vacuum beam line chamber to the vacuum processing chamber communicated with the vacuum beam line termination port, and the wafer in the vacuum processing chamber is In an ion implantation apparatus configured to scan with the ion beam and ion-implant into the wafer,
During ion implantation into the wafer, the change in vacuum conductance that varies depending on the structure operating in the vacuum beam line chamber or vacuum processing chamber is obtained, and the change is measured with a vacuum gauge installed in the vacuum beam line chamber or vacuum processing chamber. Detect one or more changes in vacuum,
A control means for calculating an implantation ion beam current amount using the obtained vacuum conductance and one or a plurality of vacuum degrees, and controlling a dose amount implanted into the wafer based on the calculated implantation ion beam current amount;
The structure includes a wafer scanning body and a wafer that are installed in the vacuum processing chamber so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction in order to mechanically scan the wafer,
A change in vacuum conductance is obtained in advance as a function of a position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body that is a part of the structure, and the control means adjusts to the position change of the wafer scanning body that occurs during ion implantation. Calculate the change in vacuum conductance,
The control means has the following formula as a function of the position:
P _A = [-a (Y-Ya) (Y + Ya) +1] ・ P _A0
However, P _A is partial pressure value of the introduced gas into the vacuum beam line chamber during ion implantation, Y position of the wafer scanning direction of the wafer scanning body, Ya, a is a constant, P _A0 above before ion implantation The degree of vacuum in the vacuum beam line chamber when there is an introduced gas introduced from the outside, measured by a vacuum gauge,
An ion implanter using

本発明によれば、外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体について、真空ビームライン室又は真空処理室内で動作する構造体の位置の変化に応じて変化する真空コンダクタンスの変化に基づくコンダクタンス効果を考慮して真空ビームライン室の真空度分圧値を正確に見積もり、測定されたイオンビーム電流から実際に注入される粒子数に基づくイオンビーム電流へ正確に補正することにより実現でき、ウエハに注入するドーズ量を制御する、高精度イオン注入方法が実現できる。 According to the present invention, a plurality of introduced gases introduced from the outside and a resist-induced gas generated from a wafer have a vacuum conductance that changes according to a change in the position of a structure that operates in a vacuum beam line chamber or a vacuum processing chamber. By accurately estimating the vacuum partial pressure value of the vacuum beam line chamber in consideration of the change-based conductance effect, and accurately correcting it from the measured ion beam current to the ion beam current based on the number of particles actually injected. A high-accuracy ion implantation method that can be realized and controls the dose amount implanted into the wafer can be realized.

本発明によれば、外部から導入した複数種類の導入気体とウエハから発生するレジスト起因気体について、コンダクタンス効果を考慮して真空ビームライン室の真空度分圧値を正確に見積もり、測定されたイオンビーム電流から実際に注入される粒子数に基づくイオンビーム電流へ正確に補正することにより実現でき、ウエハに注入するドーズ量を制御する、高精度イオン注入装置が実現できる。 According to the present invention, a plurality of types of introduced gases introduced from the outside and resist-derived gases generated from the wafer are accurately estimated by measuring the degree of vacuum partial pressure in the vacuum beam line chamber in consideration of the conductance effect. This can be realized by accurately correcting the ion current from the beam current to the ion beam current based on the number of particles actually implanted, and a high-accuracy ion implantation apparatus that controls the dose amount implanted into the wafer can be realized.

本発明が適用され得るイオン注入装置の一例を説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating an example of the ion implantation apparatus with which this invention can be applied. イオン注入装置における、真空コンダクタンス効果を説明する概略図である。It is the schematic explaining the vacuum conductance effect in an ion implantation apparatus. 本発明が適用され得るイオン注入装置のドーズ量制御系の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the dose amount control system of the ion implantation apparatus with which this invention can be applied. 本発明適用前と適用後のウエハ面内のドーズ量均一性を比較するための特性図である。It is a characteristic view for comparing the dose uniformity in the wafer surface before and after application of the present invention.

本発明は、イオン源から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハに注入するよう構成したイオン注入装置に適用される。しかし、イオン注入装置の種類は、複数種類ある。全ての種類のイオン注入装置について説明を行うと煩雑になるので、以下では、イオン注入装置の代表例として、枚葉式イオン注入装置について説明する。以下の説明では、イオン源から真空処理室に至る、イオンビーム搬送系をビームラインと呼び、イオンビーム搬送系を構成している要素を収容している室を真空ビームライン室と呼ぶ。真空処理室は真空ビームライン室の真空ビームライン終端口に連通する。 The present invention provides an ion implantation system in which an ion beam extracted from an ion source is transported through a vacuum beam line chamber into a vacuum processing chamber communicated with a vacuum beam line termination port and implanted into a wafer in the vacuum processing chamber. Applied to the device. However, there are a plurality of types of ion implantation apparatuses. Since it will be complicated to describe all types of ion implantation apparatuses, a single-wafer ion implantation apparatus will be described below as a representative example of the ion implantation apparatus. In the following description, the ion beam transport system from the ion source to the vacuum processing chamber is referred to as a beam line, and the chamber containing the elements constituting the ion beam transport system is referred to as a vacuum beam line chamber. The vacuum processing chamber communicates with the end of the vacuum beam line in the vacuum beam line chamber.

図１を参照して、本発明が適用されるイオン注入装置の例として、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の構成について説明する。 With reference to FIG. 1, as an example of an ion implantation apparatus to which the present invention is applied, a configuration of a typical single wafer ion implantation apparatus called a hybrid scan system will be described.

図１において、イオン注入装置は、イオン源１１から引出電極１２により引き出したイオンビームを、真空ビームライン室を通してウエハまで運ぶ。ビームラインに沿って、質量分析装置１３(磁場による偏向)、質量分析スリット１４、ビームスキャナー１５、パラレルレンズ１６を順に配置している。図１では図示を省略しているが、パラレルレンズ１６の下流側にはさらに、エネルギー分析装置（図２に２２で示す）、エネルギー分析スリット、ウエハ処理室（図２に３０で示す）を順に配置している。ウエハ処理室内には、ウエハ１７を保持するホルダ１８を含むウエハ走査体（以下では、メカニカルスキャン装置と呼ぶことがある）が配置される。イオン源１１から引き出されたイオンビームはビームラインに沿ってウエハ処理室内に配置されたホルダ１８上のウエハ１７に導かれる。 In FIG. 1, an ion implantation apparatus carries an ion beam extracted from an ion source 11 by an extraction electrode 12 to a wafer through a vacuum beam line chamber. A mass analyzer 13 (deflection by a magnetic field), a mass analysis slit 14, a beam scanner 15, and a parallel lens 16 are arranged in this order along the beam line. Although not shown in FIG. 1, an energy analyzer (indicated by 22 in FIG. 2), an energy analyzing slit, and a wafer processing chamber (indicated by 30 in FIG. 2) are further provided downstream of the parallel lens 16 in this order. It is arranged. In the wafer processing chamber, a wafer scanning body (hereinafter sometimes referred to as a mechanical scanning device) including a holder 18 that holds the wafer 17 is disposed. The ion beam extracted from the ion source 11 is guided to the wafer 17 on the holder 18 disposed in the wafer processing chamber along the beam line.

一般に、イオン注入装置では、空間電荷効果をキャンセルしてイオンビーム輸送効率を上げるため、あるいはウエハ１７上でのチャージアップを防止するために、ビームラインの複数箇所でイオンビームに電子を供給することがある。勿論、枚葉式イオン注入装置でも、そのような電子供給が行われることがある。この場合、電子の供給源として、外部から意図的に気体を導入することが多い。通常、その目的に応じて、アルゴン、クリプトン、キセノン等の複数種類の希ガス気体が導入される場合が多い。 In general, in an ion implantation apparatus, electrons are supplied to an ion beam at a plurality of locations on a beam line in order to cancel the space charge effect and increase the ion beam transport efficiency or to prevent charge-up on the wafer 17. There is. Of course, such an electron supply may be performed even in a single wafer ion implantation apparatus. In this case, gas is often intentionally introduced from the outside as an electron supply source. In general, a plurality of types of rare gas gases such as argon, krypton, and xenon are often introduced depending on the purpose.

ここで、ウエハ全面にイオンを注入するために、枚葉式イオン注入装置では、ビームに対して設定した角度でウエハ１７を一方向の線上を機械的に往復駆動するか（一方向の線の方向とウエハの方向は設定角度傾く）、あるいはビームが照射される位置を固定してウエハ１７をその固定位置の平面上に機械的に一方向で往復駆動する場合が多い。例えば、図１に示したようなハイブリッドスキャン方式と呼ばれる枚葉式イオン注入装置では、イオンビームが真空ビームライン室内で一方向に走査される。一方、真空処理室内のウエハ１７は、イオンビーム走査方向とほぼ直交する方向に機械的に移動するようにされる。 Here, in order to implant ions over the entire surface of the wafer, the single wafer ion implantation apparatus mechanically reciprocates the wafer 17 on a line in one direction at a set angle with respect to the beam. In many cases, the wafer 17 is mechanically reciprocated in one direction on the plane of the fixed position by fixing the position irradiated with the beam. For example, in a single wafer ion implantation apparatus called a hybrid scan system as shown in FIG. 1, an ion beam is scanned in one direction in a vacuum beam line chamber. On the other hand, the wafer 17 in the vacuum processing chamber is mechanically moved in a direction substantially orthogonal to the ion beam scanning direction.

なお、ウエハ１７の下流側には、ウエハ１７がイオンビームの走査範囲から外れているときにビーム電流を計測するバックファラデーカップ４４−１が配置される。一方、ウエハ１７に近い上流側であってウエハ１７から外れたイオンビームの走査範囲内にはイオン注入中のビーム電流を計測するサイドファラデーカップ４４−２が配置される。これらはドーズ量を知るためのものであり、ドーズカップとも呼ばれる。 A back Faraday cup 44-1 for measuring the beam current when the wafer 17 is out of the scanning range of the ion beam is disposed on the downstream side of the wafer 17. On the other hand, a side Faraday cup 44-2 for measuring the beam current during ion implantation is arranged in the scanning range of the ion beam that is upstream from the wafer 17 and deviates from the wafer 17. These are for knowing the dose, and are also called dose cups.

また、バッチ式イオン注入装置と呼ばれるイオン注入装置では、ディスクと呼ばれる回転構造体の同一円周上に複数枚のウエハが配設される。各ウエハがイオンビームを横切るようにディスクを高速回転させるとともに、ディスクを一方向に並進移動させることにより、複数のウエハ全面にイオンを注入する。 In an ion implantation apparatus called a batch type ion implantation apparatus, a plurality of wafers are arranged on the same circumference of a rotating structure called a disk. The disk is rotated at a high speed so that each wafer crosses the ion beam, and the disk is translated in one direction to implant ions over the entire surface of the plurality of wafers.

従って、イオン源１１から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して、真空ビームライン終端口に連通した真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハに注入するよう構成したイオン注入装置では、ウエハ１７へのイオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在することが一般的である。 Therefore, an ion implantation apparatus configured to carry the ion beam extracted from the ion source 11 through the vacuum beam line chamber into the vacuum processing chamber communicated with the end of the vacuum beam line and to inject it into the wafer in the vacuum processing chamber. In general, some structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber exists during ion implantation into the wafer 17.

一方、真空ビームライン室及び真空処理室は、真空排気装置によって真空が保たれている。真空ビームライン室及び真空処理室の真空度は、イオンビーム量、意図的に外部から導入する導入気体量、ウエハ１７から発生するレジスト起因気体量、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体からの脱気体量、及び真空排気装置に対する真空コンダクタンスによって決まっている。このうち、真空コンダクタンスは、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体の機械的配置で決まる。言い換えると、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在する場合、その位置に応じて、真空コンダクタンスが変化し、従って真空度も変化する。 On the other hand, the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber are kept in a vacuum by a vacuum exhaust device. The degree of vacuum in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber includes the ion beam amount, the amount of introduced gas intentionally introduced from the outside, the resist-derived gas amount generated from the wafer 17, and the structure existing in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber. It is determined by the amount of degassing from the body and the vacuum conductance for the vacuum exhaust device. Among these, the vacuum conductance is determined by the mechanical arrangement of the structures existing in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber. In other words, if there is any structure that operates in the vacuum beamline chamber or the vacuum processing chamber, the vacuum conductance changes depending on the position, and thus the degree of vacuum also changes.

ここで、例えば、特許文献１の真空補正機能においては、導入気体の分圧値P_Aとして、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値Pを用い、イオン注入中もその分圧値が常に一定であると仮定している。しかし、イオン注入装置にはウエハ１７へのイオン注入中において、機械的に動作する構造体が存在する。構造体が機械的に動作すると、ビームラインの真空コンダクタンスが変化する。しかし、特許文献１では、このような構造体に起因する真空コンダクタンスの変化は検討されていない。 Here, for example, in a vacuum correction function disclosed in Patent Document 1, as partial pressure value P _A of the introduced gas, a vacuum measurement value P in a state in which the resist-induced gas before the ion implantation does not occur, even during the ion implantation It is assumed that the partial pressure value is always constant. However, the ion implantation apparatus includes a structure that operates mechanically during ion implantation into the wafer 17. As the structure moves mechanically, the vacuum conductance of the beamline changes. However, Patent Document 1 does not discuss the change in vacuum conductance caused by such a structure.

イオン源１１から引き出されたイオンビームを、真空ビームライン室を経由して真空処理室内に運び、真空処理室内のウエハ１７に注入するよう構成したイオン注入装置において、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する何らかの構造体が存在する場合には、上記真空コンダクタンスの変化及びそれによる真空度の変化による分圧値の変化は、一般的に成立するわけであるが、ここでは、理解の便宜のために、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の場合について、さらに詳しく説明する。 In an ion implantation apparatus configured to carry an ion beam extracted from an ion source 11 into a vacuum processing chamber via a vacuum beam line chamber and inject it into a wafer 17 in the vacuum processing chamber, the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber When there is some structure that operates in the above, the change in the vacuum conductance and the change in the partial pressure value due to the change in the degree of vacuum are generally satisfied, but here, for convenience of understanding Therefore, a case of a typical single wafer ion implantation apparatus called a hybrid scan system will be described in more detail.

図２（ａ）、（ｂ）を参照して、イオン注入中に、導入気体の分圧値P_Aが一定にならないコンダクタンス効果についてさらに説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示したパラレルレンズ１６よりも下流側の真空ビームライン室２０と、真空ビームライン終端口２９に連通した真空処理室３０とを示している。以下の説明では、外部から導入される導入気体及びレジスト起因気体を総称して、残留気体と呼ぶことがある。真空処理室３０内では、既に説明したように、ウエハ１７はホルダ１８に保持されている。ホルダ１８は、昇降装置２４によって、図２では上下方向に駆動される。言い換えると、イオンビームがウエハ１７に注入される際、ウエハ全面に均一な注入ドーズ量となるように、昇降装置２４を介してウエハ１７が上下動する。図２にはエネルギー分析装置２２が示されている。イオンビームがエネルギー分析装置２２の上流で残留気体との衝突により中性化された場合には、中性化された粒子はウエハ１７まで到達しない。一方、イオンビームがエネルギー分析装置２２の下流で残留気体との衝突により中性化された場合には、中性化された粒子はウエハ１７まで到達する。このように、エネルギー分析装置２２の上流で中性化された粒子と、エネルギー分析装置２２の下流で中性化された粒子との間には大きな差がある。 FIG. 2 (a), referring to (b), in the ion implantation, further described conductance effect partial pressure value P _A of the introduced gas is not constant. 2A and 2B show a vacuum beam line chamber 20 on the downstream side of the parallel lens 16 shown in FIG. 1 and a vacuum processing chamber 30 communicating with the vacuum beam line termination port 29. FIG. In the following description, the introduced gas and resist-induced gas introduced from the outside may be collectively referred to as residual gas. In the vacuum processing chamber 30, as already described, the wafer 17 is held by the holder 18. The holder 18 is driven in the vertical direction in FIG. In other words, when the ion beam is implanted into the wafer 17, the wafer 17 moves up and down via the elevating device 24 so that a uniform implantation dose amount is obtained over the entire wafer surface. FIG. 2 shows an energy analyzer 22. When the ion beam is neutralized by collision with the residual gas upstream of the energy analyzer 22, the neutralized particles do not reach the wafer 17. On the other hand, when the ion beam is neutralized by collision with the residual gas downstream of the energy analyzer 22, the neutralized particles reach the wafer 17. Thus, there is a large difference between particles neutralized upstream of the energy analyzer 22 and particles neutralized downstream of the energy analyzer 22.

図２には、真空ポンプによる真空排気装置２３−１、２３−２が二つ示されている。一方の真空排気装置２３−１は真空ビームライン室２０に、他方の真空排気装置２３−２は真空処理室３０にそれぞれ配置されている。真空排気装置の数や配置場所については例示であって、これに限定されるものではない。図２ではまた、導入気体Ａ導入装置２５と導入気体Ｂ導入装置２６が、真空ビームライン室に並んで配置されている。導入気体導入装置はプラズマシャワーとも呼ばれ、その数や配置場所についても例示であって、これに限定されるものではない。図２ではさらに、真空計測定子２１がエネルギー分析装置２２より上流側の真空ビームライン室２０に１個配設されている。真空計測定子の数や配置場所についても例示であって、これに限定されるものではない。 FIG. 2 shows two vacuum evacuation devices 23-1 and 23-2 using a vacuum pump. One evacuation device 23-1 is disposed in the vacuum beam line chamber 20, and the other evacuation device 23-2 is disposed in the vacuum processing chamber 30. The number and location of the vacuum evacuation devices are examples, and are not limited thereto. In FIG. 2, the introduction gas A introduction device 25 and the introduction gas B introduction device 26 are arranged side by side in the vacuum beam line chamber. The introduction gas introduction device is also called a plasma shower, and the number and arrangement location thereof are also examples, and the present invention is not limited thereto. Further, in FIG. 2, one vacuum gauge probe 21 is disposed in the vacuum beam line chamber 20 upstream of the energy analyzer 22. The number and location of vacuum gauge gauges are also examples, and are not limited thereto.

ここで、ウエハ１７が、図２（ａ）に実線で示す最上位位置にある場合、あるいは破線で示す最下位位置にある場合は、真空ビームライン室２０に配置された真空排気装置２３−１と、真空処理室３０に配置された真空排気装置２３−２の双方により、残留気体が排気される。図２（ａ）に示す太い矢印は、導入気体Ａ導入装置２５と真空排気装置２３−１、２３−２の間の真空コンダクタンスを示す。図２（ｂ）に示すように、ウエハ１７の移動に伴い、ウエハ１７が真空ビームライン終端口２９、すなわちイオンビーム照射域の中央に近づく。この場合、ウエハ１７及び走査体が真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体となる。ウエハ１７及びウエハ走査体が真空ビームライン終端口２９と重なる位置まで移動すると、真空排気装置２３−２に対する真空コンダクタンスの悪化により、残留気体が排気されにくい状態になる。図２（ｂ）において真空排気装置２３−２に向う太い矢印は、これを示している。わかりやすく言えば、真空排気装置２３−２への排気経路がウエハ１７及びウエハ走査体によって蓋をされることにより、真空コンダクタンスが悪化し、従って真空度も悪化する。 Here, when the wafer 17 is at the uppermost position indicated by the solid line in FIG. 2A or at the lowermost position indicated by the broken line, the vacuum exhaust device 23-1 disposed in the vacuum beam line chamber 20. The residual gas is exhausted by both the vacuum exhaust device 23-2 disposed in the vacuum processing chamber 30. A thick arrow shown in FIG. 2A indicates the vacuum conductance between the introduction gas A introduction device 25 and the vacuum exhaust devices 23-1 and 23-2. As shown in FIG. 2B, as the wafer 17 moves, the wafer 17 approaches the vacuum beam line end 29, that is, the center of the ion beam irradiation area. In this case, the wafer 17 and the scanning body are structures that operate in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber. When the wafer 17 and the wafer scanning body move to a position where the wafer 17 and the wafer scanning body overlap with the vacuum beam line termination port 29, the residual gas is hardly exhausted due to the deterioration of the vacuum conductance with respect to the vacuum exhaust device 23-2. In FIG.2 (b), the thick arrow which points to the vacuum exhaust apparatus 23-2 has shown this. In other words, when the exhaust path to the vacuum exhaust device 23-2 is covered by the wafer 17 and the wafer scanning body, the vacuum conductance is deteriorated and the degree of vacuum is also deteriorated.

例えば、特許文献１の真空補正機能は、導入気体の分圧値P_Aとして、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値Pを用いる。そして、イオン注入中も分圧値P_Aが常に一定であると仮定しており、かつ、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値P_Aの差をとった値P-P_Aをレジスト起因気体の分圧値と仮定している。しかし、図２を用いた説明で明らかなように、真空コンダクタンスの悪化による真空度悪化効果を考慮に入れると、イオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前に比べて変化している。図２の場合には、イオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前に比べて大きくなっている。しかし、一般的には、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の動作手法及び複数の真空排気装置の配置位置、及び真空計測定子の配置位置によって、イオン注入中の導入気体の分圧値と、イオン注入前の導入気体の分圧値との大小関係は、大きくなる場合も、小さくなる場合も有りうる。従って、ウエハ１７へのイオン注入中の導入気体の分圧値は、イオン注入前のレジスト起因気体が発生していない状態の真空計測定値ではない。また、ウエハ１７へのイオン注入中のレジスト起因気体の分圧値も、イオン注入中に刻々と変化し続ける真空計測定値Pから導入気体の分圧値P_Aの差をとった値P-P_Aではない。 For example, a vacuum correction function disclosed in Patent Document 1, as a partial pressure value P _A of the introduced gas, a vacuum measurement value P in a state in which the resist-induced gas before the ion implantation is not generated. Even during ion implantation and assuming partial pressure value P _A is always constant, and, taking the difference between the partial pressure value P _A of the introduced gas from the vacuum measurement value P continues to constantly change during ion implantation it is assumed that the partial pressure value of the resist-induced gas to values PP _a. However, as is clear from the explanation using FIG. 2, when the vacuum deterioration effect due to the deterioration of the vacuum conductance is taken into consideration, the partial pressure value of the introduced gas during the ion implantation changes as compared with that before the ion implantation. Yes. In the case of FIG. 2, the partial pressure value of the introduced gas during ion implantation is larger than that before ion implantation. However, in general, the distribution of the introduced gas during the ion implantation depends on the operation method of the structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber, the position of the plurality of vacuum evacuation devices, and the position of the vacuum gauge probe. The magnitude relationship between the pressure value and the partial pressure value of the introduced gas before ion implantation may be increased or decreased. Therefore, the partial pressure value of the introduced gas during ion implantation into the wafer 17 is not a vacuum gauge measurement value in a state where no resist-induced gas is generated before ion implantation. Also, the partial pressure value of the resist-induced gas in the ion implantation into the wafer 17 is also the value PP _A took the difference between partial pressure value P _A of the introduced gas from the vacuum measurement value P continues to constantly change during ion implantation Absent.

本発明では、ウエハ１７へのイオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を算出するとともに、真空ビームライン室または真空処理室内に設置された真空計で計測される１個ないし複数個の真空度の変化を検出する。そして、これらの値から、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求める。 In the present invention, during the ion implantation into the wafer 17, the change in the vacuum conductance changed by the structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber is calculated, and the change is installed in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber. Changes in one or more vacuum degrees measured by a vacuum gauge are detected. From these values, the partial pressure value for each of the introduced gases and the partial pressure value of the resist-derived gas during ion implantation are accurately determined.

ここで重要なことは、真空コンダクタンスは、真空ビームライン室及び真空処理室内に存在する構造体の機械的配置で決まることである。イオン注入装置において、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体を、その駆動範囲内でのそれぞれの位置における真空コンダクタンスの値またはその真空度に対する効果を、計算上ないし実験上得られるものとする。この場合、イオン注入中に、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体の位置情報を得ることで、真空ビームライン室または真空処理室内で動作する構造体によって変化する真空コンダクタンスの変化を求め、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることが可能である。 What is important here is that the vacuum conductance is determined by the mechanical arrangement of the structures present in the vacuum beamline chamber and the vacuum processing chamber. In an ion implantation apparatus, a structure operating in a vacuum beam line chamber or a vacuum processing chamber can be obtained by calculation or experimentation with respect to the value of vacuum conductance or the degree of vacuum at each position within the driving range. And In this case, during ion implantation, the positional information of the structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber is obtained, so that the change in vacuum conductance that varies depending on the structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber can be obtained. It is possible to accurately determine the partial pressure value for each introduced gas and the partial pressure value of the resist-derived gas during ion implantation.

ここで、一例として、図２の場合においては、ウエハ１７がイオンビーム照射域の中央に近づくにつれて、特に真空処理室３０に存在する真空排気装置２３−２に対する真空コンダクタンスの悪化により、残留気体が排気されにくい状態になる。それゆえ、イオン注入中に、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置の関数として真空コンダクタンスの変化を予め求めておくとともに、イオン注入中に発生するウエハ走査体の位置変化に合わせて、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることで、後述されるように、ウエハ１７に注入するドーズ量を制御することができることになる。 Here, as an example, in the case of FIG. 2, as the wafer 17 approaches the center of the ion beam irradiation region, the residual gas is caused by the deterioration of the vacuum conductance with respect to the evacuation device 23-2 present in the vacuum processing chamber 30. It becomes difficult to exhaust. Therefore, during ion implantation, a change in vacuum conductance as a function of the position in the wafer scanning direction of a wafer scanning body installed in the vacuum processing chamber 30 for mechanically scanning the wafer 17 is obtained in advance. As will be described later, the partial pressure value for each of the introduced gases and the partial pressure value of the resist-derived gas can be accurately determined in accordance with the position change of the wafer scanning body generated during the ion implantation. Thus, the dose amount injected into the wafer 17 can be controlled.

ここで、ある真空排気装置の配置とウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体及びウエハの配置を持つ、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる枚葉式イオン注入装置について考える。このような枚葉式イオン注入装置の一例について、一種類の外部から導入する導入気体に対しての、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果が、ウエハ走査体の位置によってどのように変化するか実測した。その結果、イオン注入中の上記導入気体の分圧値P_Aは、以下の式、
P_A=[-a(Y-Ya)(Y+Ya)+１]・P_A0
で表すことができた。ここで、Yは、ウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置であり、Ya、aは定数である。P_A0は、イオン注入前に測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の真空度である。この測定時のウエハ走査体及びウエハの空間的位置は、図２において、ウエハ走査体の駆動範囲の最上位位置ないし最下位位置にある場合の真空度である。すなわち、真空処理室３０に設置された真空排気装置２３−２による真空コンダクタンスが最も大きい位置に、ウエハ走査体が位置した場合の真空度である。 Here, consider a single-wafer type ion implantation apparatus called a hybrid scan system, which has an arrangement of a certain vacuum evacuation apparatus and a wafer scanning body and wafer arrangement installed in a vacuum processing chamber for mechanically scanning the wafer. For an example of such a single wafer ion implantation apparatus, how the degree of vacuum deterioration due to a change in vacuum conductance varies depending on the position of the wafer scanning body for one kind of introduced gas introduced from the outside. Measured. As a result, the partial pressure value P _A of the introduced gas during ion implantation is expressed by the following equation:
P _A = [-a (Y-Ya) (Y + Ya) +1] ・ P _A0
It was possible to express it. Here, Y is the position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body installed in the vacuum processing chamber for mechanically scanning the wafer, and Ya and a are constants. P _A0 is the degree of vacuum in the presence of an introduced gas introduced from the outside, measured before ion implantation. The spatial position of the wafer scanning body and the wafer at the time of measurement is the degree of vacuum in the case where the wafer scanning body is at the highest position or the lowest position in the driving range of the wafer scanning body in FIG. That is, this is the degree of vacuum when the wafer scanning body is located at a position where the vacuum conductance by the vacuum exhaust device 23-2 installed in the vacuum processing chamber 30 is the largest.

別の位置から導入される導入気体や、別の種類の導入気体の場合には、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果が、当然異なり、例えば、イオン注入中の上記導入気体の分圧値P_Bは、
P_B=[-b(Y-Yb)(Y+Yb)+１]・P_B0
となる。ここで、Yは、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置であり、Yb、bは定数である。P_B0は、イオン注入前に測定された、外部から導入する導入気体が存在する場合の真空度である。この測定時のウエハ走査体及びウエハ１７の空間的位置は、これらが、図２において、ウエハ走査体の駆動範囲の最上位位置ないし最下位位置にある場合の真空度である。 In the case of an introduced gas introduced from another position or another kind of introduced gas, the effect of deteriorating the degree of vacuum due to a change in vacuum conductance is naturally different. For example, the partial pressure value P of the introduced gas during ion implantation is different. _B
P _B = [-b (Y-Yb) (Y + Yb) +1] ・ P _B0
It becomes. Here, Y is the position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body installed in the vacuum processing chamber 30 to mechanically scan the wafer 17, and Yb and b are constants. P _B0 is the degree of vacuum in the presence of an introduced gas introduced from the outside, measured before ion implantation. The spatial positions of the wafer scanning body and the wafer 17 at the time of measurement are the degree of vacuum when they are in the uppermost position or the lowermost position of the driving range of the wafer scanning body in FIG.

なお、真空排気装置の配置や、ウエハ１７を機械的に走査するために真空処理室３０内に設置されたウエハ走査体及びウエハ１７の配置が異なる場合などには、上記式の形が変更されることは言うまでもない。ここで重要なことは、真空コンダクタンスの変化による真空度悪化効果に関して、真空ビームライン室２０または真空処理室３０内で動作する構造体の位置情報を得ることで、イオン注入中における、複数種類があり得るそれぞれの導入気体に対しての分圧値とレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることが可能である点である。 Note that the shape of the above formula is changed when the arrangement of the vacuum exhaust device or the arrangement of the wafer scanning body and the wafer 17 installed in the vacuum processing chamber 30 for mechanically scanning the wafer 17 are different. Needless to say. What is important here is that, with respect to the effect of deteriorating the degree of vacuum due to the change in the vacuum conductance, the positional information of the structures operating in the vacuum beam line chamber 20 or the vacuum processing chamber 30 is obtained. It is a point that the partial pressure value for each possible introduced gas and the partial pressure value of the resist-derived gas can be accurately obtained.

ここで、外部から導入する導入気体が複数ある場合について、さらに詳しく説明する。ここでは、２種類の導入気体、すなわち導入気体Ａ、導入気体Ｂを考える。例えば、図２では、導入気体Ａ導入装置２５から導入気体Ａが導入され、導入気体Ｂ導入装置２６から導入気体Ｂが導入される。この場合、１個の真空計を用いるだけでは、ウエハ１７へのイオン注入前に測定される真空値から、導入気体Ａ、導入気体Ｂの分圧値をそれぞれ見積もることが出来ない。そのため、イオン注入中のレジスト起因気体の分圧値を精確に求めることもできない。すなわち、あらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めることが必要である。 Here, the case where there are a plurality of introduced gases introduced from the outside will be described in more detail. Here, two types of introduced gas, that is, introduced gas A and introduced gas B are considered. For example, in FIG. 2, the introduction gas A is introduced from the introduction gas A introduction device 25, and the introduction gas B is introduced from the introduction gas B introduction device 26. In this case, if only one vacuum gauge is used, the partial pressure values of the introduced gas A and the introduced gas B cannot be estimated from the vacuum values measured before ion implantation into the wafer 17. Therefore, the partial pressure value of the resist-derived gas during ion implantation cannot be accurately obtained. That is, it is necessary to obtain the ratio of the partial pressure values of the introduced gas A and the introduced gas B in advance.

導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めるための一つの方法として、以下の方法が考えられる。真空ビームライン室及び真空処理室内に真空計を複数個配置し、それらの真空計配置位置に対する真空コンダクタンスの差を利用して、上記複数個の真空計測定値からあらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求める。 As one method for obtaining the ratio of the partial pressure values of the introduced gas A and the introduced gas B, the following method can be considered. A plurality of vacuum gauges are arranged in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber, and the difference between the vacuum conductances with respect to the positions of the vacuum gauges is used to previously determine the introduction gas A and the introduction gas B from the plurality of vacuum gauge measurement values. Find the ratio of the partial pressure values.

導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求めるための別の方法として、以下の方法が考えられる。イオン注入装置に設置されたマスフローメータを用いて、イオン注入装置に導入される導入気体Ａと導入気体Ｂの量を精確に測定することによって、あらかじめ導入気体Ａと導入気体Ｂの分圧値の比率を求める。この場合、真空計は１個でよい。 As another method for obtaining the ratio of the partial pressure values of the introduced gas A and the introduced gas B, the following method can be considered. By accurately measuring the amounts of the introduced gas A and the introduced gas B introduced into the ion implanter using a mass flow meter installed in the ion implanter, the partial pressure values of the introduced gas A and the introduced gas B are determined in advance. Find the ratio. In this case, one vacuum gauge is sufficient.

ここで、外部から導入する導入気体が複数有る場合に、上記手法のいずれを用いるかについては、コスト等の別観点から選択すればよい。 Here, when there are a plurality of introduced gases introduced from the outside, which of the above methods is used may be selected from another viewpoint such as cost.

ここで、図３を参照して、本発明で用いられるイオン注入装置のドーズ量制御系の一例について説明する。簡単のために、導入気体は１種類とする。イオン注入装置に設置されている真空計測定子２１は真空ビームライン室２０の真空度を計測して真空計測定値Pを示す信号を出力し、ドーズカップ４４はイオンビーム電流を計測して測定イオンビーム電流Imを示す信号を出力する。ワークステーション４１はドーズコントローラ４２を通して測定イオンビーム電流Imと真空計測定値Pを一定周期でサンプリングし、サンプリングした値を記憶装置に格納する。ワークステーション４１は測定イオンビーム電流Imと、あらかじめ求められている導入気体分圧値P_Aと、真空計測定値Pとから注入イオンビーム電流I₀を算出し、算出した注入イオンビーム電流I₀をドーズコントローラ４２に送る。ドーズコントローラ４２は、この算出した注入イオンビーム電流I₀を用いてＹスキャンコントローラ４３を介してドーズ量制御を行う。Ｙスキャンコントローラ４３は、昇降装置２４、すなわちウエハ走査体の上下方向の駆動を制御するものである。 Here, an example of the dose control system of the ion implantation apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG. For simplicity, only one type of introduced gas is used. The vacuum gauge probe 21 installed in the ion implantation apparatus measures the degree of vacuum in the vacuum beam line chamber 20 and outputs a signal indicating the vacuum gauge measurement value P, and the dose cup 44 measures the ion beam current and measures the ion beam. A signal indicating the current Im is output. The workstation 41 samples the measured ion beam current Im and the vacuum gauge measurement value P through the dose controller 42 at a constant period, and stores the sampled values in a storage device. Workstations 41 and measuring the ion beam current Im, and the introduced gas partial pressure P _A that is obtained in advance, to calculate the implanted ion beam current I ₀ and a vacuum measurement value P, and implanted ion beam current I ₀ calculated Send to dose controller 42. The dose controller 42 performs dose amount control via the Y scan controller 43 using the calculated implantation ion beam current I ₀ . The Y scan controller 43 controls the vertical movement of the lifting device 24, that is, the wafer scanning body.

ウエハ１７へのドーズ量制御をさらに詳しく説明する。ドーズ量制御には、ウエハ１７に注入されるべきドーズ量絶対値の制御と、ウエハ面内のドーズ量均一性の制御が考えられる。本発明では、イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される導入気体分圧値と、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値を精確に取得する。そして、イオンビームに与える導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算値に基づいてイオンビーム電流量を補正し、ウエハ１７に注入するドーズ量を制御している。この場合、ドーズ量絶対値も狙いのドーズ量に合わせこむことができ、またウエハ面内ドーズ量均一性も向上させることができる。ここでは、簡単のために、ウエハ面内ドーズ量均一性を用いて、本発明の効果を説明する。 Control of the dose amount to the wafer 17 will be described in more detail. As the dose control, control of the absolute value of the dose to be implanted into the wafer 17 and control of the dose uniformity within the wafer surface can be considered. In the present invention, the introduced gas partial pressure value intentionally and regularly introduced into the ion implantation apparatus and the resist-induced gas partial pressure value incidentally generated from the resist film on the wafer surface by the ion implantation are accurately acquired. Then, the effect of the introduced gas on the ion beam and the effect of the resist-derived gas are calculated, the amount of ion beam current is corrected based on the calculated value, and the dose amount injected into the wafer 17 is controlled. In this case, the absolute value of the dose amount can be adjusted to the target dose amount, and the uniformity of the dose amount in the wafer surface can be improved. Here, for the sake of simplicity, the effect of the present invention will be described using the in-wafer in-plane dose uniformity.

図４に、本発明により、実際に具体的な課題が解決された一例を示す。本発明を、ハイブリッドスキャン方式と呼ばれる、代表的な枚葉式イオン注入装置の一つに適用し、実際のウエハ１７を用いて、本発明によるドーズ量制御の効果を確認した。図４は、ウエハのドーズ量測定の際に良く用いられる、シート抵抗値の測定値を示している。図４の横軸はウエハの径方向の位置を示し、径方向の中心が０で示されている。それゆえ、シート抵抗値が直線に近いほど、ウエハ面内ドーズ量均一性が良いことになる。 FIG. 4 shows an example in which specific problems are actually solved by the present invention. The present invention was applied to one of typical single-wafer ion implantation apparatuses called a hybrid scan system, and the effect of dose control according to the present invention was confirmed using an actual wafer 17. FIG. 4 shows the measured value of the sheet resistance value that is often used when measuring the dose amount of the wafer. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the radial position of the wafer, and the radial center is indicated by zero. Therefore, the closer the sheet resistance value is to a straight line, the better the dose uniformity within the wafer surface.

図４に見られるように、本発明の不使用時のシート抵抗値５１の測定結果から、本発明の不使用時に0.42％であったウエハ面内ドーズ量均一性が、本発明の使用時のシート抵抗値５２の測定結果から、本発明の使用時に0.24％まで改善できたことが確認されており、本発明の効果は明らかである。 As shown in FIG. 4, from the measurement result of the sheet resistance value 51 when the present invention is not used, the wafer in-plane dose uniformity that was 0.42% when the present invention was not used is the same as that when the present invention was used. From the measurement result of the sheet resistance value 52, it was confirmed that it was improved to 0.24% when using the present invention, and the effect of the present invention is clear.

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明は以下の態様で実施されてもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated about preferable embodiment, this invention may be implemented with the following aspects.

［態様１］
真空ビームライン室及び真空処理室内に真空計を複数個設置し、
イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体の分圧値と、イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値を、上記複数個の真空計測定値からそれぞれ取得し、
イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。 [Aspect 1]
Several vacuum gauges are installed in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber,
The partial pressure value of one or a plurality of introduced gases intentionally and regularly introduced into the ion implantation apparatus, and the resist-induced gas partial pressure value incidentally generated from the resist film on the wafer surface by the ion implantation are described above. Obtained from multiple vacuum gauge measurements,
The effect of the one or more introduced gases and the effect of the resist-derived gas given to the ion beam are calculated, and the ion beam current amount is corrected according to the calculation result, and the dose amount implanted into the wafer is controlled. To do.

［態様２］
イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値を、ウエハへのイオン注入前に、１個の真空計と、上記イオン注入装置に設置されたマスフローメータを用いて、それら導入気体分圧値を取得し、
イオン注入によってウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧値は、ウエハへのイオン注入中に上記１個の真空計を用いて取得し、
イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。 [Aspect 2]
One or a plurality of introduced gas partial pressure values intentionally and regularly introduced into the ion implantation apparatus are converted into one vacuum gauge and a mass flow installed in the ion implantation apparatus before ion implantation into the wafer. Using the meter, acquire the partial pressure value of the introduced gas,
A resist-induced gas partial pressure value that is incidentally generated from the resist film on the wafer surface by ion implantation is acquired using the one vacuum gauge during ion implantation into the wafer,
The effect of the one or more introduced gases and the effect of the resist-derived gas given to the ion beam are calculated, and the ion beam current amount is corrected according to the calculation result, and the dose amount implanted into the wafer is controlled. To do.

［態様３］
ウエハへのイオン注入前に取得される、イオン注入装置に意図的かつ経常的に導入される１個ないし複数個の導入気体分圧値について、ウエハを機械的に走査するために真空処理室内に設置されたウエハ走査体のウエハ走査方向の位置として、上記真空処理室に設置された真空ポンプによる真空コンダクタンスが最も大きい位置に、上記ウエハ走査体の位置を設定して、それら導入気体分圧値を取得し、
イオン注入時に行われる、ウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体分圧測定結果と共に、イオンビームに与える、上記１個ないし複数個の導入気体の効果と、上記レジスト起因気体の効果をそれぞれ計算し、その計算結果に従って、イオンビーム電流量を補正し、ウエハに注入するドーズ量を制御する。 [Aspect 3]
One or more introduced gas partial pressure values intentionally and routinely introduced into the ion implanter, obtained before ion implantation into the wafer, are placed in a vacuum processing chamber to mechanically scan the wafer. The position of the wafer scanning body is set to the position where the vacuum conductance by the vacuum pump installed in the vacuum processing chamber is the largest as the position of the installed wafer scanning body in the wafer scanning direction. Get
The effect of the one or more introduced gases and the effect of the resist-induced gas on the ion beam, together with the result of the measurement of the partial pressure of the resist-induced gas generated from the resist film on the wafer surface, which is performed at the time of ion implantation. And the ion beam current amount is corrected according to the calculation result, and the dose amount to be implanted into the wafer is controlled.

［態様４］
上記態様１から３のいずれかにおいて、
上記１個ないし複数個の導入気体及びウエハ表面のレジスト膜から付随的に発生するレジスト起因気体の影響を除いて、ウエハまで到達する粒子数の変動を監視し、
ウエハへのイオン注入中に粒子数変動が発生した場合に、ウエハへのイオン注入を中断する。 [Aspect 4]
In any one of the above aspects 1 to 3,
Except for the influence of one or a plurality of introduced gases and the resist-induced gas incidentally generated from the resist film on the wafer surface, the variation in the number of particles reaching the wafer is monitored.
When the number of particles fluctuates during ion implantation into the wafer, the ion implantation into the wafer is interrupted.

１１イオン源
１２引出電極
１３質量分析磁石装置
１４質量分析スリット
１５ビームスキャナー
１６パラレルレンズ
１７ウエハ
１８ホルダ
２０真空ビームライン室
２１真空計測定子
２２エネルギー分析装置
２３−１、２３−２真空排気装置
２４昇降装置
２５導入気体Ａ導入装置
２６導入気体Ｂ導入装置
３０真空処理室
４４−１バックファラデーカップ
４４−２サイドファラデーカップ
５１本発明の不使用時のシート抵抗値
５２本発明の使用時のシート抵抗値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Ion source 12 Extraction electrode 13 Mass analysis magnet apparatus 14 Mass analysis slit 15 Beam scanner 16 Parallel lens 17 Wafer 18 Holder 20 Vacuum beam line chamber 21 Vacuum gauge measuring element 22 Energy analysis apparatus 23-1, 23-2 Vacuum exhaust apparatus 24 Elevation Device 25 Introduction gas A introduction device 26 Introduction gas B introduction device 30 Vacuum processing chamber 44-1 Back Faraday cup 44-2 Side Faraday cup 51 Sheet resistance value when not using the present invention 52 Sheet resistance value when using the present invention

Claims

The ion beam extracted from the ion source is transported through the vacuum beam line chamber to the vacuum processing chamber communicated with the end of the vacuum beam line, and the wafer in the vacuum processing chamber is scanned with the ion beam to the wafer. In an ion implantation method in an ion implantation apparatus configured to perform ion implantation,
During ion implantation into the wafer, the ion beam current is measured, and a change in vacuum conductance that changes in accordance with a change in the position of a structure operating in the vacuum beam line chamber or the vacuum processing chamber is obtained. Detects changes in the degree of vacuum at one or more locations measured by a vacuum gauge installed in the line chamber or vacuum processing chamber,
This is an ion implantation method in which an implanted ion beam current amount is calculated using the obtained vacuum conductance and the degree of vacuum at one or more locations, and a dose amount to be implanted into the wafer is controlled based on the calculated implanted ion beam current. And
The structure includes a wafer scanning body and a wafer that are installed in the vacuum processing chamber so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction in order to mechanically scan the wafer,
A change in vacuum conductance is obtained in advance as a function of the position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body that is a part of the structure, and the change in vacuum conductance is adjusted in accordance with the position change of the wafer scanning body that occurs during ion implantation. Calculate
As a function of the above position,
P _A = [-a (Y-Ya) (Y + Ya) +1] ・ P _A0
However, P _A is partial pressure value of the introduced gas into the vacuum beam line chamber during ion implantation, Y position of the wafer scanning direction of the wafer scanning body, Ya, a is a constant, P _A0 above before ion implantation The degree of vacuum in the vacuum beam line chamber when there is an introduced gas introduced from the outside, measured by one vacuum gauge in one or more places ,
Ion implantation method using

The ion implantation method according to claim 1,
The ion implantation apparatus is an ion implantation apparatus in which the ion beam is scanned in one direction in the vacuum beam line chamber, and a wafer in the vacuum processing chamber is mechanically scanned in a direction substantially orthogonal to the ion beam scanning direction. An ion implantation method for controlling a dose amount to be implanted into a wafer.

The ion implantation method according to claim 2,
The change in the vacuum conductance that changes with the change in the position of the structure is obtained, and the change in the degree of vacuum measured by one or more vacuum gauges installed in the one or more places is detected to obtain the change. An ion implantation method in which the amount of ion beam current is corrected using the vacuum conductance and the degree of vacuum of one or more to control the dose amount implanted into the wafer.

In the ion implantation method according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of vacuum gauges are installed in the vacuum beam line chamber and the vacuum processing chamber,
A partial pressure value of one or a plurality of introduced gases intentionally and regularly introduced into the ion implantation apparatus, and a resist-induced gas partial pressure value that is incidentally generated from a resist film on the wafer surface by ion implantation; Obtained from each of the plurality of vacuum gauge measurements,
The effect of the one or more introduced gases and the effect of the resist-derived gas given to the ion beam are calculated, and the ion beam current amount is corrected according to the calculation result, and the dose amount implanted into the wafer is controlled. Ion implantation method.

In the ion implantation method according to any one of claims 1 to 3,
The one or more introduced gases partial pressure is intentionally and recurring introduced into the ion implanter, before ion implantation into the wafer, one and vacuum gauge described above, is installed in the ion implantation apparatus Using the mass flow meter, obtain the partial pressure value of the introduced gas,
A resist-induced gas partial pressure value that is incidentally generated from the resist film on the wafer surface by ion implantation is acquired using the one vacuum gauge during ion implantation into the wafer,
From the introduced gas partial pressure value obtained before ion implantation into the wafer, the measured value of the ion beam current, and the vacuum gauge measurement value obtained using the one vacuum gauge during ion implantation into the wafer. Calculate the implanted ion beam current,
An ion implantation method for controlling driving of the wafer scanning body in the wafer scanning direction based on the calculated implantation ion beam current to control a dose amount implanted into the wafer.

The ion implantation method according to claim 5,
One or a plurality of introduced gas partial pressure values intentionally and routinely introduced into the ion implantation apparatus, which are acquired before ion implantation into the wafer, are wafer scanning bodies installed in the vacuum processing chamber. The position in the wafer scanning direction is set to a position where the vacuum conductance by the vacuum pump installed in the vacuum processing chamber is the largest, and is acquired.
The effect of the one or more introduced gases and the effect of the resist-induced gas on the ion beam, together with the result of the measurement of the partial pressure of the resist-induced gas generated from the resist film on the wafer surface, which is performed at the time of ion implantation. In accordance with the calculation result, and controlling the driving of the wafer scanning body in the wafer scanning direction to control the dose amount implanted into the wafer.

The ion beam extracted from the ion source is transported through the vacuum beam line chamber to the vacuum processing chamber communicated with the end of the vacuum beam line, and the wafer in the vacuum processing chamber is scanned with the ion beam to the wafer. In an ion implanter configured to implant ions,
During ion implantation into the wafer, the change in vacuum conductance that varies depending on the structure operating in the vacuum beam line chamber or vacuum processing chamber is obtained, and the change is measured with a vacuum gauge installed in the vacuum beam line chamber or vacuum processing chamber. Detect one or more changes in vacuum,
A control means for calculating an implantation ion beam current amount using the obtained vacuum conductance and one or a plurality of vacuum degrees, and controlling a dose amount implanted into the wafer based on the calculated implantation ion beam current amount;
The structure includes a wafer scanning body and a wafer that are installed in the vacuum processing chamber so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction in order to mechanically scan the wafer,
A change in vacuum conductance is obtained in advance as a function of a position in the wafer scanning direction of the wafer scanning body that is a part of the structure, and the control means adjusts to the position change of the wafer scanning body that occurs during ion implantation. Calculate the change in vacuum conductance,
The control means has the following formula as a function of the position:
P _A = [-a (Y-Ya) (Y + Ya) +1] ・ P _A0
However, P _A is partial pressure value of the introduced gas into the vacuum beam line chamber during ion implantation, Y position of the wafer scanning direction of the wafer scanning body, Ya, a is a constant, P _A0 above before ion implantation The degree of vacuum in the vacuum beam line chamber when there is an introduced gas introduced from the outside, measured by one vacuum gauge in one or more places ,
Ion implanter using

The ion implantation apparatus according to claim 7, wherein
An ion implantation apparatus in which the ion beam is scanned in one direction in the vacuum beam line chamber, and a wafer in the vacuum processing chamber is mechanically scanned in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction.

The ion implantation apparatus according to claim 8, wherein
The structure includes a wafer scanning body and a wafer that are installed in the vacuum processing chamber so as to be movable in a direction substantially perpendicular to the ion beam scanning direction in order to mechanically scan the wafer,
A change in vacuum conductance that changes with a change in the position of the structure is obtained, and a change in one or more vacuum degrees measured by vacuum gauges installed in the one or more places is detected, and the obtained vacuum is obtained. An ion implantation apparatus that corrects an ion beam current amount using conductance and one or more vacuum degrees to control a dose amount to be implanted into a wafer.