JPH02148555A - 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〕 この発明は、いわゆるメカニカルスキャン方式のイオン
注入装置に関し、特に、イオンビームの強度分布（ビー
ム電流密度分布）の検出機能を有するイオン注入装置に
関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン注入装置の従来例を第５図に示す。

この装置は、いわゆるメカニカルスキャン方式のもので
あり、基本的には、真空容器（図示省略）内で例えば矢
印りのように回転および矢印Ｅのように並進させられる
ディスク１０の周縁部に装着された複数枚のウェーハ１
２にイオンビーム２を照射してそれにイオン注入するよ
う構成されている。

イオンビーム２の経路上には、ビーム整形用のマスク４
、イオンビーム２がディスク１０等に当たった際に放出
される２次電子を受けてそれのアース電位部への逃げを
防止するニュートラルカップ８、放出２次電子のビーム
の上流側への逃げを防止する負電位のサプレッサ電極６
およびディスク１０が外に並進したときにそれの代わり
にイオンビーム２を受けるきキャッチプレート１４が設
けられている。１６は、ディスク１０等に入るイオンビ
ーム２のビーム電流■、を計測する、例えばカレントイ
ンテグレータのようなビーム電流計測器である。

ところで、このようなイオン注入装置では、イオンビー
ム２が通常は大電流であることもあって、イオンビーム
２の照射に伴ってウェーハ１２がチャージアップ（帯電
）する現象があり、これを放置しておくと、ウェーハ１
２上の素子の破壊が生じ、歩留まりが低下する等の不具
合が発生する。

このチャージアップ現象は、イオンビーム２の強度分布
に大きく依存している。即ち、同じビーム電流■、でイ
オン注入するとしても、イオンビーム２の強度分布が急
峻な山型をしている程、単位面積単位時間当たりに供給
される電荷量が多くなるのでチャージアップ現象は大き
くなる。

従って、イオンビーム２の強度分布を知ることが重要で
あり、そのため従来のイオン注入装置では、その−例と
して次のような手段が講じられている。

即ち、キャッチプレート１４内に、複数の（図示のよう
な３個に限られない）はぼ直線上に並ぶ穴１８ａを有す
るマスク１８およびその背後にコレクタ電極２０を設け
、各コレクタ電極２０を抵抗２２にそれぞれ接続してい
る。そして各抵抗２２の両端に発生するビーム電流に応
じた電圧を、複数のスイッチを有するスイッチ回路２４
によって択一的に切り換えて絶縁アンプ２８を介してオ
シロスコープのような表示装置３０に与え、各コレクタ
電極２０の配列に対応した位置に表示するようにしてい
る。２６は切換制御回路である。このようにすれば、表
示装置３０上でイオンビーム２の強度分布を粗くではあ
るがモニタしてその異常を検出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のようなイオン注入装置においては、■
コレクタ電極２０の支持碍子（図示省略）等がスパッタ
粒子等によって汚れ易く、汚れると絶縁劣化が起こって
計測が不正確になるため、メインテナンスが必要であり
、手間がかかる、■イオンビーム２の強度分布の計測に
、マスク１日、コレクタ電極２０、抵抗２２、スイッチ
回路２４、切換制御回路２６、絶縁アンプ２８、表示装
置３０等の多くの構成部品が必要なため、コスト高とな
る、■イオンビーム２の強度分布の計測場所が、実際に
イオン注入を行うディスク上と異なるため、真実の姿を
反映しにくい、■イオン注入中はコレクタ電極２０がデ
ィスク１０の陰になるため計測することができない、等
の問題がある。

そこでこの発明は、上記のような問題を引き起こすこと
なくイオンビームの強度分布を検出し、かつそれが異常
の場合にイオン注入動作を停止させることができるよう
にしたイオン注入装置を提供することを主たる目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン注入装置は
、前述したようなディスクとアースとの間に流れるディ
スク電流の波高値を計測するものであって上限値を設定
可能であり、ディスク電流の波高値がこの上限値を越え
たときに検出信号を出力するディスク電流計測器を設け
、このディスク電流計測器からの検出信号に応答してイ
オン注入動作を停止させるよう構成したことを特徴とす
る。

〔作用〕

ディスク電流の波形を調べた結果、ディスク電流の波形
に表れる突起の高さが、ビーム電流の強度分布の情報を
含んでいることが分かった。即ち、この突起が高い程、
ビーム電流の強度分布に強いところがあることが分かっ
た。

従って上記構成によれば、ディスク電流計測器によって
上記突起を計測してそれが設定上限値を越えたときに、
即ちビーム電流の強度分布が異常の場合にこれを検出し
、かつイオン注入動作を停止させることができる。

〔実施例〕 第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
示す図である。第５図の例と同一または相当する部分に
は同一符号を付し、以下においては従来例との相違点を
主に説明する。

ディスク１０とアースとの間に流れるディスク電流ｔｏ
は、ディスク１０に入るイオンビーム２のビーム電流を
■８、イオンビーム２の照射に伴ってディスク１０等か
ら放出される２次電子３２の電流を１２とすると、 １０　＝Ｉｌｌ　＋１２ となる。

このディスク電流■。の波形（よ、ディスク１０が矢印
Ｅのように往復並進してイオンビーム２の照射領域に入
ったり出たりすることから、例えば第２図に示すように
大きく脈動している。

この波形において、ディスク電流ｒ０が最小（−〇）と
なるところは、ディスク１０が最も後退した位置に対応
する。

第２図中の突起Ａは、イオンビーム２がディスク１０の
外側周辺部１０ａおよびこの例では周端面１０ｂに当た
っていることを示している。即ち、ディスク１０は金属
であるため、通常は半導体であるウェーハ１２に比べて
多量の２次電子３２が放出され、それがディスク電流■
。の突起Ａとして表れるからである。

しかも、この実施例では第１図に示すように、ウェーハ
１２に対する注入角を０度以外のもの（例えば７度）と
するため、イオンビーム２をディスク１０に対して角度
θ（例えば７度）だけ傾けて入射させるようにしており
、これによってディスクｌＯの周端面１０ｂにもイオン
ビーム２が当たり、そのときは小角入射となるため、こ
の部分からも多量の２次電子３２が放出されるため、突
起Ａは０度注入のときよりも顕著に表れる。

また、第２図中の下がった部分Ｂは、イオンビーム２が
ウェーハ１２に当たっていることを示しており、ウェー
ハ１２からの２次電子３２の放出量は金属のディスクＩ
Ｏの場合に比べて少ないため、ディスク電流■。はこの
ように下がる。突起Ｃは、イオンビーム２がウェーハ１
２の部分を通り過ぎてディスク１０の内側周辺部１０ｃ
に当たっていることを示している。

上記の場合、ディスク１０の外側周辺部１０ａや周端面
１０ｂに当たるイオンビーム２の強度分布中の最大強度
が強ければ強い程、放出２次電子３２の量が増えて突起
Ａは高くなるから、この突起Ａが高い程、イオンビーム
２の強度分布に強いところ、即ちチャージアップを生じ
させ易いところがあると言える。

このことを実証するため、上記突起Ａの高さが種々のパ
ラメータに対してどのように変化するかを調べた。この
場合、突起Ａの高さを規格化した値とするため、 規格化した突起高さＨ＝Ｉ。、／■。

とする。ここで■１は突起の高さであり、Ｉ＋＋ｗはイ
オンビーム２がウェーハ１２に当たっているときの一番
低い値である（第２図参照）。

第３図に、引出し電流と規格化した突起高さＨとの関係
の一例を示す。イオン源（図示省略）から引き出したイ
オンビーム２は、通常、分析スリット（図示省略）やマ
スク４等によって、その周辺部をカットしてディスク１
０上のウェーハ１２に入射させるようにしているが、デ
ィスク１０上で同じビーム電流Ｉ８を得る場合、引出し
電流が大きいとイオンビームの強度分布は平坦な山型に
なり、逆に引き出し電流が小さいとイオンビームの強度
分布が急峻な山型になることが、当該イオン注入装置に
おいて予め確かめられている。

そのような引出し電流に対して、規格化した突起高さＨ
は図のようにほぼ逆比例する関係になり、従ってこの規
格化した突起高さＨが、イオンビーム２の強度分布の状
況を表していることが分かる。

第４図に、引出しギャップ長と規格化した突起高さＨと
の関係の一例を示す。引出しギャップ長とは、イオン源
の引出し電極系における電極間隔のことであり、これを
大きくするとイオンビーム２が絞られてその強度分布が
栄、峻な山型になることが、当該イオン注入装置におい
て予め確かめられている。

そのような引出しギャップ長に対して、規格化した突起
高さＨは図のようにほぼ比例する関係になり、従ってこ
の図からも、規格化した突起高さＨが、イオンビーム２
の強度分布の状況を表していることが分かる。

そこでこの実施例においては、再び第１図を参照して、
ディスク１０とビーム電流計測器１６との間に、そこを
流れるディスク電流■。の波高値を計測するディスク計
測器３４を挿入して、これによって上記規格化した突起
高さＨに相当するものを検出するようにしている。

即ち、このディスク電流計測器３４は、上限値を設定可
能であり、ディスク電流■、の波高値がこの上限値を越
えたときに検出信号Ｓを出力するものである。

この上限値は、イオン注入時のイオンビーム２のビーム
電流Ｉ、に応じたものとし、例えばそのα倍とする。こ
のαを具体的にどのような値にするかは、予め当該イオ
ン注入装置の特性等を調べておいて決めれば良い。ちな
みに、第２図に示した一番低い値■、はイオン注入時の
ビーム電流Ｉ。

の値に近いので、このαは上記規格化した突起高さＨに
対応していると言える。

従ってこのようなディスク電流計測器３４を設ければ、
イオンビーム２の強度分布を計測して、それの異常、即
ち所定のものよりも急峻であることを検出することがで
き、それが検出信号Ｓとして出力される。

そしてこの実施例では、このディスク電流計測器３４か
らの検出信号Ｓを、当該イオン注入装置全体の制御を司
る上位の制御装置３６に与えて、この検出信号Ｓによっ
てインターロックをかけ、イオン注入動作を停止させる
ようにしている。

尚、上記ディスク電流計測器３４には、例えばメークリ
レーを使用することができ、それを用いれば構成が極め
て簡単になる。

以上のように上記構成によれば、イオン注入装置本来の
構成部品であるディスク１０とディスク電流計測器３４
とによってイオンビーム２の強度分布を検出することが
できるので、そのための構成部品が従来例に比べて非常
に少なくて済み、従ってコストも大幅に安くなる。

また、従来例のようなコレクタ電極２０等を使用してい
ないので、その支持碍子等の汚れが問題になることはな
く、従ってメインテナンスも不要となる。

また、ディスクＩＯを使用するので、ウェーハ１２に実
際にイオン注入する面での検出が可能であり、従ってイ
オンビーム２の強度分布をより真実に近い姿で検出する
ことができる。しかも、実際のイオン注入中にリアルタ
イムで検出することができる。

また、イオン注入中はディスクｌＯを何回か往復並進さ
せるが、イオンビーム２の強度分布に異常がある場合、
ディスク１０の外側周辺部１０ａが最初にイオンビーム
２中に入るとすぐにその異常を検出することができるの
で、ウェーハ１２ヘイオン注入する直前にインターロッ
クがかかるため、ウェーハ１２上の素子のチャージアッ
プによる損傷を確実に防止することができる。

尚、第１図は、好適な例として、０度以外の注入角の場
合のイオン注入装置を例示したが、注入角が０度（即ち
角度θを０度としてウェーハ１２の表面に垂直にイオン
ビーム２を入射させてイオン注入を行う）の場合でも（
第５図参照）、ディスク１０の周端面１０ｂに傾斜を持
たせ、この部分にイオンビームが小角入射するようにす
れば上述したのと同様の傾向になるので、上記構成によ
って上記とほぼ同様の作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、イオン注入装置の本来
の構成部品であるディスクとディスク電流計測器とによ
ってイオンビームの強度分布の検出を行うことができる
ので、従来例に比べて構成が極めて節単になり、従って
コストも大幅に安くなり、かつメインテナンスも不要に
なる。

また、ディスクを使用するので、イオンビームの強度分
布をより真実に近い姿でしかもリアルタイムで検出する
ことができる。

また、イオンビームの強度分布に異常がある場合は、イ
オン注入直前にインターロックがかかってイオン注入動
作が停止されるため、ウェーハ上の素子のチャージアッ
プによる損傷を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
示す図である。第２図は、ディスク電流波形の一例を示
す図である。第３図は、引出し電流と規格化した突起高
さとの関係の一例を示す図である。第４図は、引出しギ
ャップ長と規格化した突起高さとの関係の一例を示す図
である。第５図は、従来のイオン注入装置の一例を示す
図である。 ２・・・イオンビーム、１０・・・ディスク、１２・・
・ウェーハ、３４・・・ディスク電流計測器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内で回転および並進させられるディスク
   に装着されたウェーハにイオンビームを照射してイオン
   注入するよう構成された装置において、前記ディスクと
   アースとの間に流れるディスク電流の波高値を計測する
   ものであって上限値を設定可能であり、ディスク電流の
   波高値がこの上限値を越えたときに検出信号を出力する
   ディスク電流計測器を設け、このディスク電流計測器か
   らの検出信号に応答してイオン注入動作を停止させるよ
   う構成したことを特徴とするイオン注入装置。