JPH02172151A - イオン注入装置の制御方法 - 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、ウェーハに対するイオンビームの入射角度
がウェーハ内の各場所で同一になるようにしたイオン注
入装置においてドーズ量をも均一にする制御方法に関す
る。

Ｃ背景となる技術〕 ウェーハの表面に設けられた多数のトレンチ構造の壁面
に一様にイオン注入する等のために、つ工−ハに対する
イオンビームの入射角度がウェーハ内の各場所で同一に
なるようにしたイオン注入装置が同一出願人によって別
途提案されている。

その−例を第３図を参照して説明すると、このイオン注
入装置においては、イオンビーム４をＸ方向（例えば水
平方向）に走査する第１および第２のＸ走査手段を構成
するものとして、２組のＸ走査電極６および１０を設け
、かつイオンビーム４をＸ方向（例えば垂直方向）に走
査するＹ走査手段を構成するものとして、１組のＹ走査
電極８を設けている。

そして、イオン源２から引き出され、かつ必要に応じて
質量分析、加速等が行われたイオンビーム４を、Ｘ走査
電源２０から互いに逆極性の走査電圧が印加されるＸ走
査電極６およびＩＯの協働によって、Ｘ走査電極１０か
ら出射したときにＸ方向に平行なビームになるようにＸ
方向に走査するようにしている。

また、イオンビーム４のＸ方向の走査は、Ｘ走査電源１
８から走査電圧が印加されるＹ走査電極８によって通常
の走査を行うようにしている。つまり、イオンビーム４
はＸ方向には角度を持って走査される。

方、前記各走査電極によって走査されたイオンビーム４
が照射される位置にウェーハ１４を保持するホルダ１６
と、このホルダ１６を往復回転させて矢印ＢのようにＸ
方向に対して前後に傾ける（揺動させる）揺動機構２２
とを設けており、この揺動機構２２と前記Ｙ走査電源１
８とを制御装置２４によって次のように制御するように
している。

即ち、第４図を参照して、Ｙ走査電極８におけるイオン
ビーム４のＸ方向からの走査角度をθ１、ホルダ１６上
のウェーハ１４の表面のＸ方向からの傾き角度をθ２と
した場合、 θ２＝θ１　±α、　（０゜≦α＜９０°）・・・　（
１） なる関係を満たすように、制御装置２４によってＸ走査
電源１８および揺動機構２２を制御して両角度θ１、θ
２を制御するようにしている。ここでαは、ウェーハ１
４に対する注入角（ウェーハ１４表面に立てた垂線に対
するイオンビーム４の入射角）であり、０°　（即ち垂
直入射）でもそれ以外でも良い。

このように制御すると、イオンビーム４は、Ｙ走査電極
８によってＸ方向に角度を持って走査されても、ウェー
ハ１４の表面には常に一定の注入角αで入射するように
なる。

従って、上記構成によれば、ホルダ１６上のウェーハ１
４に対するイオンビーム４の入射角度が、ウェーハ１４
内の各場所で同一になる。

〔発明の目的〕

上記のような構成の装置において上記（１）式のような
制御を行えば、ウェーハ１４に対するイオンビーム４の
入射角度をウェーハ１４内の各場所で同一にするという
所期の目的は達成することができる。

しかＬ、それに加えて、ウェーハ１４内の各場所でイオ
ンのドーズ量（単位面積当たりの注入量）を均一にする
ためには、更なる工夫が必要である。

そこでこの発明は、上記のようなイオン注入装置に対す
るものであって、ウェーハに対するイオンビームの入射
角度がウェーハ内の各場所で同一になると共に、イオン
のドーズ量がウェーハ内の各場所で均一になるようにし
た制御方法を提供することを主たる目的とする。

〔目的を達成するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明の制御方法は、前述
したようなＹ走査手段におけるイオンビームのＸ方向か
らの走査角度をθ１、ホルダ上のウェーハ表面のＸ方向
からの傾き角度をθ２、ホルダに流れるイオンビーム電
流の積分ｌｆをＱ、　Ｙ走査手段におけるイオンビーム
の偏向点からつ工−ハの揺動中心までの距離をＬ、ホル
ダ上で均一にイオン注入したい領域のＸ方向の幅をＷ、
その領域に対する設定ドーズ量をφ。とした場合、θ２
＝θヨ±α、（０゜≦α＜９０°）および θ＋　＝ｓｉｎ−’　（Ｑｃｏｓ（±ｃｒ）／ＬＷφ０
｝なる関係を満たすようにＹ走査手段および揺動機構を
制御して両角度θ１およびθ２を制御することを特徴と
する特 （作用〕 上記第１番目の式は、前述した（１）式と同じであり、
これを満たすことによって、ウェーハ内の各場所でイオ
ンビームの入射角度を同一にすることが達成される。

それと共に、上記第２番目の弐を満たすことによって、
イオンのドーズ量をウェーハ内の各場所で均一にするこ
とが達成される。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係る制御方法を実施するイオン注
入装置の一例の要部を示す側面図である。

このイオン注入装置において、制御装置２４ａおよび電
流積算計２６以外の部分の構成は、第３図の先行例と同
じであるので、対応する部分には同一符号を付すと共に
、以下の説明で特に必要無い部分は図示を省略している
。また以下においては、上記先行例との相違点を主に説
明する。

まず、この実施例においても、制御装置２４ａによって
Ｙ走査電源１８および揺動機構２２を制御して、前述し
た走査角度θ、および傾き角度θ２が前記（１）弐の関
係を満たす制御を行う。それによって、ウェーハ１４内
の各場所でイオンビーム４の入射角度が同一になる。

更に、ウェーハ１４内でイオンのドーズ量を均一にする
ため、次のような制御を行う。

即ち、イオンビーム４のＹ走査電極８における走査角度
がθ１のときにウェーハ１４上でイオンビーム４が照射
される点Ｐの位置は一義的に定まり、その点をウェーハ
１４の揺動中心Ｏからの距離ｙで表すと、正弦法則より
、 π　　−。

Ｌ／５ｉｎ（θ２−θ＋　＋　ｚ）　＝　ＯＰ　／ｓ＋
ｎθ・・・　（２） ここでＬは、Ｙ走査電極８におけるイオンビーム４の偏
向点Ｎからウェーハ１４の揺動中心Ｏまでの距離である
。そしてこの式に前記（１）式の関係を代入して整理す
ると、 σ下＝）’−（Ｌ　／ｃｏｓ（±α））　ｓｉｎθ１・
　・　・　（３） となる。

次に、第２図を参照して、十分少さいが有限の大きさを
持つイオンビーム４が、Ｙ方向の微小領域２８（幅Δｙ
）を掃引してイオン注入を行う場合のＦ゛−ズ量を求め
る。

Ｙ方向のイオンビーム４の移動速度Ｖは一定であるとし
て、幅Δｙをイオンビーム４のストライプ４ｓ（これは
スポット状のイオンビーム４を第３図に示したＸ走査電
極６および１ｏでＸ方向に平行走査することによって得
られる）が横切るのに要する時間ΔＴは、 ΔＴ＝Δｙ／ｖ　　　　　　　　・・・　（４）となる
、このとき、ホルダ１６に流れるイオンビーム電流を【
とＬ、ホルダ１６上で均一にイオン注入したい領域のＸ
方向の幅をＷ（図示例ではホルダ１６の幅と同じ）とす
れば、微小頭域２８に与えられるイオンの量は、 ΔＴｉ　　　　　　　　　　　　・・・　（５）となる
。

そしてこのとき微小領域２８に注入されるドーズ量φは
、微小頭域２８の面積をＳとすれば、φ＝ΔＴ−［／Ｓ
＝　（Δｙ／ｖ）（Ｉ／（Δｙ−Ｗ）１＝Ｉ／（Ｗ−ｖ
）　　　　　　　　・　・　・　（６）となる。逆に、
設定ドーズ量φ。にしたい場合は、ｖ＝Ｉ／（Ｗ・φ、
）　　　　　・・・　（７）となるようにイオンビーム
４のＹ方向の速度Ｖを制御する必要がある。

この速度Ｖは、具体的には走査角度θ１で制御されるか
ら、それを走査角度θ１の関係に直すと、ｖ＝ｄｙ／ｄ
ｔであるから、（３）式より、ｖ＝ｄ　ｙ／ｄ　Ｌ　＝
　（Ｌ／ｃｏｓ（±α）ｌ　ｄ　（ｓｉｎθ、）／ａ　
ｔ・　（８） となり、ドーズ量をφ。にするためには、（Ｌ／ｃｏｓ
（±α）　）　４　（ｓ’ｉｎθ、）／ｄ　ｔ　＝　Ｉ
／　（Ｗ　−・・・　（９） を満たすように走査角度θ１を制御すれば良い。

・　・　・　（１０） となり、このことから、 θ＋　＝ｓｉｎ−’　（Ｑｃｏｓ（±ｃｒ）／（Ｌ−ｗ
−φ０｝）・・・　（１１） で表され、時刻Ｏからｔまでの間にホルダ１６に与えら
れたイオンビーム電？Ａ　Ｉの積分量（総電荷量）であ
る。

第１図の実施例では、この積分量Ｑを、ホルダ１６に電
気的に接続された電流積算計（カレントインテグレータ
）２６で求めるようにしている。

そして制御装置２４ａは、これを受けて、前記（１１）
式に従ってＹ走査電極８における走査角度θ、を制御す
る。尚、この制御装置２４ａには設定ドーズ量φ。等が
設定される。

その結果、この実施例ではウェーハ１４を含むホルダ１
６上の全面に、設定ドーズ量φ。で均一にイオン注入が
行われる。

もちろん、制御装置２４ａはこの（１１）式の制御と同
時に、前述した（１）式の制御をも行うので、同時に、
ウェーハ１４内の各場所でイオンビーム４の入射角度が
同一になる制御が行われる。

尚、上記例における各走査電極６．８．１０をビームラ
イン上で並べる順序は、図示側以外のものも採り得る。

例えば、Ｙ走査電極８をＸ走査電極６の上流側へ持って
きても良いＬ、Ｘ走査電極１０の下流側へ持ってきても
良い。

また、上記各側においては、イオンビーム４の各走査手
段を、電場を利用する走査電極で実施した例を示したが
、それらに磁場を利用するものを用いることも可能であ
る。

また、この明細書においてＸ方向およびＸ方向は、直交
する２方向を表すだけであり、従って例えば、Ｘ方向を
水平方向と見ても、垂直方向と見ても、更にはそれらか
ら傾いた方向と見ても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ウェーハに対するイオ
ンビームの入射角度がウェーハ内の各場所で同一になる
と共に、イオンのドーズ量がウェーハ内の各場所で均一
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る制御方法を実施するイオン注
入装置の一例の要部を示す側面図である。 第２図は、第１図のホルダ部分とイオンビームとの関係
を模式的に示す正面図である。第３図は、この発明の背
景となるイオン注入装置の一例を示す斜視図である。第
４図は、第３図のホルダ上のウェーハとイオンビームと
の関係を模式的に示す側面図である。 ２・・・イオン源、４・・・イオンビーム、６，１０・
・・Ｘ走査電極、８・、・Ｙ走査電極、Ｉ４・、。 ウェーハ、１６・・・ホルダ、２２・・・揺動機構、２
４ａ・・・制御装置、２６・・・電流積算計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームをＸ方向に走査する第１および第２
   のＸ走査手段であって互いに協働して第２のＸ走査手段
   から出射するイオンビームがビーム進行方向であるＺ方
   向に平行なビームになるようにＸ方向に走査するものと
   、イオンビームをＹ方向に走査するＹ走査手段と、前記
   各走査手段によって走査されたイオンビームが照射され
   る位置にウェーハを保持するホルダと、ホルダをＹ方向
   に対して前後に傾ける揺動機構とを備えるイオン注入装
   置の制御方法であって、前記Ｙ走査手段におけるイオン
   ビームのＺ方向からの走査角度をθ＿１、ホルダ上のウ
   ェーハ表面のＹ方向からの傾き角度をθ＿２、ホルダに
   流れるイオンビーム電流の積分量をＱ、Ｙ走査手段にお
   けるイオンビームの偏向点からウェーハの揺動中心まで
   の距離をＬ、ホルダ上で均一にイオン注入したい領域の
   Ｘ方向の幅をＷ、その領域に対する設定ドーズ量をφ＿
   ０とした場合、 θ＿２＝θ＿１±α、（０゜≦α＜９０゜）および θ＿１＝ｓｉｎ＾−＾１｛Ｑｃｏｓ（±α）／ＬＷφ＿
   ０｝なる関係を満たすようにＹ走査手段および揺動機構
   を制御して両角度θ＿１およびθ＿２を制御することを
   特徴とするイオン注入装置の制御方法。