JPH02267847A - 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（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Ａのように回転および矢印Ｂのように並進させられる
ディスクｌＯ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Ｉ６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側基である。

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エ２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ｔ　流１ｍ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および各人１８ａの背後にコレクタ電極２
０をそれぞれ設け、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１８、複数のコレクタ電極２０、複数の抵抗２
２、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等の非常に多くの機器が必要なため
、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
の場合に異常信号を出力す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に流れるディスク電流がＯ
から立ち上がった時点から最初のピーク値に達した時点
までの立ち上がり時間を検出し、この立ち上がり時間が
設定値より小さいときに異常信号を出力するディスク電
流計測回路を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

前記ディスク電流の立ち上がり時間は、イオンビームの
幅に対応している。また、イオンビームの幅は、イオン
ビームの強度分布の尖鋭度に対応している。即ち、イオ
ンビームの強度分布が急峻な山型をしているほど、前記
立ち上がり時間は小さくなる。

従って上記構成によれば、ディスク電流の立ち上がり時
間によってイオンビームの強度分布を検出することがで
き、そしてそれが異常の場合に異常信号が出力される。

〔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。

まずこの装置において、イオンビーム２の照射に伴って
ディスク１０にどのようなディスク電流ＩＤが流れるか
を説明する。

第３図に示すように、ディスク１０が矢印Ｂのように並
進した場合、イオンビーム２は相対的に矢印Ｂ′のよう
に移動することになる。このとき、第４図に示すように
、ディスク１０にはイオンビーム２の照射によるビーム
電流Ｉ、が流れ、かつイオンビーム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（第１図参照
）による２次電子電流Ｉ２が流れ、その結果ディスク１
０に流れるディスク電流１．は、 １ｏ　””　Ｉｎ　＋　Ｉｚ となる。

第３図および第４図中のｔｌは、イオンビーム２がディ
スク１０に正に当り始めた時刻であり、ディスク１０に
ビーム電流■、および２次電子電流Ｉ２が流れ始める。

Ｌ２は、ディスク１０にイオンビーム２の全体が完全に
当たった時刻であり、このとき２次電子電流Ｉ２および
ディスク電流１．は最初のピーク値に達する。

Ｌ３は、ウェーハ１２の中央付近にイオンビーム２が当
たっている時刻であり、このとき２次電子電流Ｉ２およ
びディスク電流■。が低下するのは、金属であるディス
ク１０に比べて半導体であるウェーハ１２の方が２次電
子３２の放出量が少ないからである。

Ｌ４は、ウェーハ１２の内周側のディスク１０にイオン
ビーム２の全体が当たっている時刻であり、２次電子３
２の放出量が最大値となる。尚、時刻Ｌ２において第３
図に示すようにイオンビーム２の一部がウェーハ１２に
かかっている場合は、そのぶん２次電子３２の放出量が
減るので、第４図に示すように時刻Ｌ４の方が２次電子
電流Ｉ２が大きくなる。

以上から分るように、ディスク電流Ｉ、が０から立ち上
がった時刻Ｌ１と最初のピーク値に達した時刻ｔ２とで
イオンビーム２の両端が検出されたことになるので、そ
の間の立ち上がり時間ＴＡは、イオンビーム２の幅Ｗ（
第３図参照）に対応している。例えば、イオンビーム２
の幅Ｗが大きいほど立ち上がり時間ＴＡは大きくなる。

しかも、イオンビーム２の幅Ｗは、イオンビーム２の強
度分布の尖鋭度に対応している。例えば、イオンビーム
２の全ビーム電流が同じでも、強度分布が急峻な山型を
しているものほど幅Ｗは小さくなる。

従って、立ち上がり時間ＴＡはイオンビーム２の強度分
布に対応している。例えば、立ち上がり時間ＴＡが小さ
いということはイオンビーム２の強度分布が急峻な山型
をしていることであり、その場合は前述したようにウェ
ーハ１２におけるチャージアップ現象が大きくなる。

そこでこの実施例では、第１図に示すように、従来例の
マスク１８、コレクタ電極２０およびこれらに関連する
機器を設ける代わりに、ディスク１０とビーム電流計測
器工６とをつないでいる結線の途中にディスク電流計測
回路３４を挿入して、これによって上記立ち上がり時間
ＴＡを検出し、この立ち上がり時間ＴＡが設定値より小
さいときに異常信号Ｓ０を出力するようにしている。

このディスク電流計測回路３４の具体的な回路構成は例
えば第２図に示すようなものであり、ディスク電流ＩＤ
に対応する電圧を微分回路３４１で微分して第４図に示
すような波形の信号ＳＩを得て、それが正になったこと
をコンパレータ３４２で、負になったことをコンパレー
タ３４３でそれぞれ検出し、コンパレータ３４２からの
信号Ｓ２の立ち上がりでタイマー３４４をスタートさせ
、コンパレータ３４３からの信号Ｓ２の立ち上がりでタ
イマー３４４をストップさせ、これによって上記立ち上
がり時間ＴＡを検出するようにしている。そしてこのよ
うにして検出された立ち上がり時間ＴＡをコンパレータ
３４５において設定値と比較して、立ち上がり時間ＴＡ
が小さいときに異常信号Ｓ０を出力するようにしている
。

この設定値を具体的にどのような値にするかは、使用す
るビーム電流値やウェーハ１２のチャージアップ耐性等
に応じて予め実験等で求めておけば良い。

そしてこの実施例では、このディスク電流計測回路３４
からの異常信号Ｓ０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、この異常信号Ｓ０
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。もっとも、インターロックをか
ける代わりに、警報を発するようにしても良い。

〔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回路とに
よって、イオンビームの強度分布をディスク電流の立ち
上がり時間の形で検出することができ、従来例のような
マスクや複数のコレクタ電極等が不要になるので、従来
例に比べて構成が極めて簡単になり、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等を使用していない
ので、その支持碍子が汚れる等の問題が起こらず、従っ
て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、実際にイオン注入を行
う場所で上記検出を行うことができる。

また、ウェーハにイオン注入する直前に速やかに、ある
いはイオン注入中においても、上記検出を行うことがで
きるので、ウェーハ上の素子のチャージアップによる損
傷を未然に防止することも可能になる。

【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、第１図中のディスク電流計測
回路の具体例を示す回路図である。 第３図は、イオンビームがディスクに当たる前後の状態
を示す図である。第４図は、ディスク電流等の各種信号
の波形の例を示す図である。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・・・ディスク電流計測回路。

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、前記ディスクに
   流れるディスク電流が０から立ち上がった時点から最初
   のピーク値に達した時点までの立ち上がり時間を検出し
   、この立ち上がり時間が設定値より小さいときに異常信
   号を出力するディスク電流計測回路を設けたことを特徴
   とするイオン注入装置。