JPH02123656A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、イオンビームをスィーブさせずに、半導体基
板を装着したディスクを真空容器内で回転させつつ並進
させることによって半導体基板にイオンを打ち込む、い
わゆるメカニカルスキャン方式のイオン注入装置に関す
る。

〈従来の技術〉 半導体基板へのイオン注入においては、照射するイオン
ビームの断面プロファイルや電流密度分布を知ることが
スキャニング条件の決定や注入ｆｆｉ分布の保証を行な
ううえで重要である。

従来、イオンビームの断面形状や電流密度分布をモニタ
する技術として、電流を測定する探針状のプローブ等を
ビーム内に挿入するとともにビーム中で適宜に駆動する
方式が用いられている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述した従来技術によると、イオンビームが半導体基板
に到達する前においてそのビーム内にプローブ等が挿入
されるので、ビーム形状や電流密度分布の測定中はプロ
ーブ等による外乱がイオンビームに加わることになる。

従って、従来、このビームのモニタリングによる外乱の
影響を避けるために、イオンビームを半導体基板に注入
するときにはビームモニタを行っていない。すなわち、
従来のイオン注入装置においては、イオンビームをモニ
タするモードと、イオンビームを半導体基板に注入する
モードとを時分割することで、ビームモニタリングによ
る外乱の影響を回避している。

しかし、イオンビームの電流密度分布等は経時的に変化
するものであって、本来はイオン注入を行っているとき
のビームこそモニタすべき対象であるはずである。近年
、半導体素子がますます微細化するにつれて、イオン注
入装置への注入量分布の定量性の要求も厳しくなりつつ
あり、このことからも半導体基板に注入中のイオンビー
ムに対して、外乱を与えることなくその形状・電流密度
分布を測定することの必要性が高くなってきている。

本発明はこのような点に迄みてなされたもので、半導体
基板へのイオン注入に多用されているメカニカルスキャ
ン方式のイオン注入１２において、イオン注入を実施中
のビームに全く外乱を与えることなくその形状・電Ｆ／
Ａ密度分布を測定する技術の提供を目的としている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第１図を参照しつつ説明すると、本発明では、半導体基
板Ｗ・・・Ｗが装着されて回転および並進連動が与えら
れるディスク１に、このディスク１上でイオンビームＢ
が照射される領域内で、かつ、半導体基板Ｗが装着され
ていない位置に、イオンビームＢのディスク並進方向へ
の幅より小さい幅の複数の貫通孔２・・・２を形成する
。また、ディスク１の後方には貫通孔２・・・２を通過
した・イオンビームを入射してその電流を測定するビー
ム電流測定器（例えばファラデーカップ）３を配設する
。

そして、ディスク１の駆動位置を検出する位置検出器（
例えばリニアエンコーダ）４と、その位置検出器４とビ
ーム電流検出器３の出力を人力してイオンビームＢの電
流密度分布を算出する演算装置５を備えている。

く作用〉 ディスク１上のある貫通孔２がイオンビームＢを横切る
と、ビーム電流測定器３にはその貫通孔２の軌跡に沿っ
てイオンビームＢの一部が入射する。これにより、ビー
ム電流測定器３からその貫通孔２の軌跡を積分経路とす
るビーム電流の線積分値が得られる。

第２図に示すように、ある貫通孔２ａがイオンビームＢ
の中心Ｃに対してディスク１の並進方向にβだけ離れた
位置においてイオンビームＢを横切ったとすると、ディ
スク１の回転により次の貫通孔２ｂがイオンビームＢを
横切るときには、ディスク１がＸだけ並進しているので
、その軌跡は先の貫通孔２ａの軌跡に対してＸだけずれ
る。このように、ディスク１の回転と並進により、ビー
ム電流測定器３からはディスク並進方向に所定量づつず
れたビーム電流の線積分値が得られることになり、これ
とディスク１の位置検出器４からの出力とによって、イ
オンビームＢのディスク並進方向への電流密度分布およ
び形状を算出することができる。

ここで、メカニカルスキャン方式のイオン注入において
は、並進速度に比して回転速度が著しく速く、半導体基
板Ｗのイオン注入量分布はイオンビームＢの並進方向へ
の電流密度分布に支配的に影響を及ぼされ、この方向へ
の電流密度分布を知ることで所期の目的は達成される。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の構成を示す図で、ｔａ）は平面
図、ｆｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図をそれぞれ示し
ている。

半導体基板Ｗ・・・Ｗを装着したディスク１はモータ６
によって回転駆動される。モータ６は、ベース（図示せ
ず）上を水平方向に往復駆動されるテーブル７の上に固
着されており、これによってディスク１には回転連動と
並進連動を同時に与えることができる。このテーブル７
の並進位置はリニアエンコーダ４によって刻々と検出さ
れる。

半導体基板Ｗ・・・Ｗはディスク１にその回転中心を中
心として互いに同一の円周上に装着されており、イオン
ビームＢは例えばディスク１の正面から見て９時の位置
に照射され、ディスク１の回転、並進により各半導体基
板Ｗ・・・Ｗにはそれぞれの全面に亘って一様にイオン
ビームＢが照射されるように構成されている。

ディスク１には、半導体基板Ｗ・・・Ｗが装着されてい
る円周と同じ円周上に、同一のピッチで複数の貫通孔２
・・・２が形成されている。この各貫通孔２・・・２は
例えば円形をしており、その直径はイオンビームＢのデ
ィスク並進方向の幅よりも小さい。

ディスク１の後方のテーブル７上にはファラデーカップ
３が配設されており、このファラデーカップ３はディス
ク官のイオンビーム入射面と反対側の面に近接してその
ビーム入射口を開き、かつ、その位置はディスク１の正
面から見て９時の方向であり、ディスク１の回転中心か
らの距離は貫通孔２・・・２の形成されている円周の半
径とほぼ等しい。

以上の機構が真空容器（図示せず）内に収容される。

このファラデーカップ３の出力は、リニアエンコーダ４
の出力とともに演算装置５に採り込まれ、演算装置５は
これらのデータに基づいて後述するようにイオンビーム
Ｂの電流密度分布を算出する。

以上の本発明実施例によると、貫通孔２・・・２がイオ
ンビームＢの照射位置を横切るごとにその貫通孔２を通
過したイオンビームＢの一部がファラデーカップ３に入
射する。一つの貫通孔２がイオンビームＢの照射位置を
横切ると、ファラデーカップ３にはその貫通孔２の軌跡
に沿う部分のビームが入射するから、これによってファ
ラデーカップ３からはその貫通孔２の軌跡を積分経路と
するビーム電流の線積分値が得られる。ディスク１の中
心から貫通孔２・・・２の形成位置までの距離、つまり
貫通孔２・・・２の回転半径がイオンビームＢの径に比
して相当大きく、かつ、ディスク１．の回転速度が並進
速度に比して大きい場合には、貫ｊｆｆｉ孔２はビーム
Ｂの断面に対してディスク並進方向と直交してほぼ直線
的に横切ることになり、従って得られた線積分値の積分
経路は、イオンビームＢのディスク並進方向と直交する
方向の線と見てほぼさしつかえない。そして、この積分
経路は各貫通孔２・・・２によって異なるものとなる。

すなわち、今、第２図（ａ）に平面図、（ｂ）に正面図
で示すように、ある貫通孔２ａがイオンビームＢの中心
Ｃに対してディスク並進方向にｌだけずれた位置でビー
ムＢを横切ったとする。これによってファラデーカップ
３からは、第２図（ｂ）に示すディスク並進方向へのビ
ーム電流密度分布りのうち黒塗部のデータが得られる。

第２図の状態から時間が経過して、第３図ｆａ）に示す
ようにディスク１がｒだけ回転すると、貫通孔２ａはも
はやイオンビームＢの照射を受けなくなるが、代わって
次の貫通孔２ｂがイオンビームＢを横切ることになる。

ディスク１はｒだけ回転する間に例えばＸだけ並進して
いるから、この状態でのディスク官の回転中心０′は第
２図の状態における中心０からＸだけ移動する。一方、
イオンビームＢの中心Ｃは一定であるから、従って貫通
孔２ｂは第３図ｆｂ）に示すように、ビーム中心Ｃから
！−ｘだけずれた位置でイオンビームＢを横切ることに
なり、これによってファラデーカップ３からはディスク
並進方向への電流密度分布りのうち、第３図（ｂ）に示
す黒塗部のデータが得られるごとになる。なお、得られ
たデータのビーム中心Ｃからの距離は、リニアエンコー
ダ４からのディスク位置情報から知ることができる。

以上の動作をイオン注入中の回転・並進連動中に連続し
て多数回行なうことにより、貫通孔２２はイオンビーム
Ｂのすべての部分をスィーブすることができる。従って
、演算装置５はファラデーカップ３とリニアエンコーダ
４の出力を刻々と採取することによって、注入中のイオ
ンビームに対して何らの外乱を与えることなく、そのデ
ィスク並進方向へのビーム電流密度分布を算出すること
ができる。なお、この分布からディスク並進方向と直交
する方向に投影したビーム形状も併せて知ることができ
る。

なお、以上の実施例では、貫通孔２・・・２を半導体基
板Ｗ・・・Ｗの装着位置と同一円周上に同一ピンチで形
成したが、その形成位置やピッチはこれに限られること
はない。ただし、貫通孔２・・・２はイオンビームＢを
その全域に亘ってスィーブする必要があるので、これを
満足する領域内に形成しなければならない。一般には、
イオンビームは半導体基板に一様に照射されるから、デ
ィスク中心から、このディスクに装着された基板群の最
も遠い部分までを内側に含む円と、同じく最も近い部分
を内側に含まない円で囲まれた領域に形成することが望
ましい。この領域は、前述した実施例における基板Ｗ・
・・Ｗの装着の仕方では、第２図（ａ）の円Ｅと円Ｆに
囲まれた円環状の領域に相当する。また、より一般化し
て表すと、第４図に示す円Ｅ′と円Ｆ′に囲まれた領域
となる。

また、貫通孔２・・・２のピッチも互いに同一でなくて
もよく、更には貫通孔２・・・２の数も任意であるが、
同一円周上に同一のピッチで貫通孔２・・・２を形成す
る場合を除いて、ディスク１の回転方向への位置情報を
得るためのロークリエンコーダ等の検出器が必要となる
とともに、ディスク１上での各￥￥連通孔・・・２の形
成位置を演算装置の中に記憶してお（必要が生じる。

更に、本発明で用いるファラデーカップ等のビーム電流
測定器は、例えばＮｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ
ｔｓａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　１８９（１９８１）Ｐ２
９５〜３０３に開示されているような、ディスクにその
半径方向に伸びるスリットを形成して、ビーム電流（全
電流）をそのスリットの後に置かれたファラデーカップ
によって測定するタイプのイオン注入装置にあっては、
このファラデーカップを兼用させることができる。ただ
しこの場合は、スリットからのビーム電流（全電流）と
、各貫通孔２・・・２からのビーム電流とを、単独のフ
ァラデーカップによって検出するため、２種類のビーム
電流を区別する必要があり、ディスク１の回転方向の位
置情報を得るロークリエンコーダ等の検出器を追設し、
またディスク１上でスリットの形成位置と、各貫通孔２
・・・２の形成位置とを演算装置内に記憶しておく必要
が生じる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、メカニカルスキ
ャン方式のイオン注入装置において、ディスク並進方向
へのイオンビーム幅より小さい幅の複数の貫通孔をディ
スク上に設けて、この各貫通孔を通過したイオンビーム
の一部をディスク後方のファラデーカップ等に順次入射
させることにより、ディスク並進方向へのイオンビーム
の電流密度データの一部を刻々と採り込み、このデータ
とディスクの位置情報とからビームの電流密度分布を算
出するよう構成したから、イオン注入中に、ビームに外
乱を与えることなく、その電流密度分布や形状等を測定
することができる。従って、本発明によれば、半導体基
板へのイオン注入量分布を定量的に把握しつつ注入作業
を続けることも可能となり、近年のイオン注入プロセス
におけるニーズに対応することができ、半導体製造工程
での歩留り向上や工程の再現性の向上環に寄与できるも
のと期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、 第２図および第３図はその作用説明図、第４図は貫通孔
２・・・２の形成位置をより一般化して示す本発明の他
の実施例の要部説明図である。 １・・・ディスク ２・・・２・・・貫通孔 ３・・・ファラデーカップ ４・・・リニアエンコーダ ５・・・演算装置 ６・・・モータ ７・・・テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空容器内で回転および並進連動が与えられるディス
   クに半導体基板を装着してイオンビームを照射すること
   により、その半導体基板にイオンを打ち込む装置におい
   て、上記ディスク上のイオンビームが照射される領域内
   で、かつ、半導体基板が装着されていない位置に、イオ
   ンビームの上記ディスクの並進方向への幅より小さい幅
   の複数の貫通孔を形成するとともに、上記ディスクの後
   方には上記各貫通孔を通過したイオンビームを入射して
   その電流を測定するビーム電流測定器を配設するととも
   に、上記ディスクの駆動位置を検出する位置検出器と、
   その位置検出器および上記ビーム電流測定器の出力を入
   力してイオンビームの電流密度分布を算出する演算装置
   を備えたことを特徴とする、イオン注入装置。