JPH03105838A - イオン電流設定方法 - 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、以下に詳細構或を説明する熱陰極型イオン
注入装置の打込み室内をウェーハへのイオン注入密度が
ウェーハ全面に均一となるように運転する際に、ウェー
ハに注入すべき．特に低電流領域のイオン電流がウェー
ハ面で高精度に得られるようにイオン注入装置の運転条
件を設定する方法に関する． 〔従来の技術〕 本発明が対象とする，熱陰極型イオン源を搭載したイオ
ン注入装置の一般的な構戒と、ウェーハに注入すべき所
定のイオン電流値を得るためのイオン注入装置の運転条
件設定の従来方法の例とをそれぞれ第４図および第５図
に示す． 第４＠において、跨号１は熱陰極型イオン源を示し、プ
ラズマ室Ｐ内に張られたフィラメントＦにフィラメント
電源ＳＦから加熱電流を供給して熱電子を放出させ、こ
の熱電子をアーク電源Ｓ４によりプラズマ室Ｐの壁に向
かって加速する途中、この熱電子にソースマグネットＭ
から磁場を作用させて、熱電子がプラズマ室Ｐの壁に到
達するまでの飛程距離を伸ばしつつ、ガス容器Ｔからプ
ラズマ室Ｐ内へ供給されたイオン原料ガスを電離してプ
ラズマ室Ｐ内にプラズマを生成する．この生戒されたプ
ラズマ中のイオンは、引出し電極Ｄと４ フィラメントＦとの間に印加された引出し電４Ｐ．ＳＱ
の電圧１４によりプラズマ室Ｐから引き出され、イオン
ビームとなって質量分析マグネット２に入射される．質
量分析マグネット２では紙面に平行な磁極板の間に磁場
が形戒されており、両磁極板の間に入射された前記イオ
ンビームは進行方向を曲げられて図の下方へ射出される
．質量分析マグネットは、イオンビームの中心軌道すな
わちビームライン方向の磁場領域の長さがビームライン
の曲率半径の内側と外側とでは異なり、射出されたイオ
ンビームは質量分析マグネットの後方に焦点を結ぶ．こ
の焦点位置に分析スリット７が配され、イオンが分析ス
リット７のスリット孔を通過して回転ディスクｌ４に搭
載されたウェーハに到達し、ウェーハにイオンが注入さ
れる． このように構威されるイオン注入装置において、ウェー
ハに到達する電流（以下イオン電流と称する）１０の大
きさを決定する運転条件すなわち制御パラメータは、ア
ーク電流１３，引出し電圧１４．ガス流量１５．フィラ
メント電圧１６．ソースマグネット電流１７であるが、
このうち、応答性，安定性再現性などの面からアーク電
流１３もしくはソースマグネット電流１７が制御パラメ
ータとしてよく用いられる．また、従来の運転条件設定
の手順例を示す第５図のアルゴリズムは、イオン電流１
０の実際値をファラディカップ９で検出することにより
目標値ｌ】と比較し、目標値からの偏差を許容値以下に
するアーク電流指令値１　ｍＦｅ　　ｌ一般には指令値
２０　（第４図）に運転条件を補正するフィードバンク
制御を示す．この場合、例えばイオン電流ＩＯとアーク
電流１３との関係は、第４図に示す制御部１９に図示し
たように、アーク電流の増加とともにイオン電流が単純
に増加する関係にあり、実測によってこの関係をあらか
じめ求めておき、これに従ってアーク電流指令値を決定
することになる。

〔作用〕

このように、各分割点電流値を設定するためのイオン注
入装置の運転条件である制御パラメータ値を、これら分
割点電流値が十分安定して得られる範囲内の値とするこ
とにより、目標とするイオン電流に最も近くかつこれよ
りも大きい分割点電流値が得られるイオンビーム焦点位
寛に質量分析マグネットの可動磁極を固定する粗調整後
に目標イオン電流が精度高く得られるように制御パラメ
ータを補正すれば、補正後の制御パラメータ値は補正前
の値から大きく片寄ることはなく、百標イオン電流が小
電流領域の大きさであっても安定にかつ精度高くこれを
得ることができる。

〔実施例〕

本発明による運転条件設定方法の一実施例を第１図ない
し第３図に示す．第ｉ図は本発明の方法を実施するため
の運転条件設定システムの構戒例を示すものであり、最
終運転条件設定のためのイオン源の微調整に先立つ粗調
整に与かる質量分析マグネット２は、この実施例では、
イオンビームの射出側に半円形の可動磁極３を備え、こ
の可動磁極３をその直径中心点まわりに回動させて射出
されたイオンビームの焦点位置をイオンビーム方向に移
動させる構或としている．可動磁極３の回動は、以下に
詳細を説明する制御部２１からの出力を受けて作動する
駆動部５の出力により作動するステンビングモータ４に
より行われ、このときの回動角θが角度検出器６により
検出される．このようにｆｌ戊された運転条件設定シス
テムによるＩ１１ｍパラメータ出力までの手順は次のと
おりである．まず、目標とするイオン電流を得るため？
装置の運転条件設定に先立ち、質董分析マグネット２の
可動磁極３の角度位置をイオンビームの焦点が分析スリ
ント７の位置Ｆｍに位置するように設定し、イオン源１
の運転条件を与える制御パラメータの１つであるアーク
電流を該アーク電流が安定に得られる範囲内で変えなが
らアーク電流とイオン電流との関係を第２図の曲ｉＡの
ように求める．ここで、曲線Ａの実線部に対心するアー
ク電流１　ａｒｃの範囲２２Ａがアーク電流が安定に得
られる範囲である．次に可動Ｍ１極３の角度位置を変え
てイオンビームの焦点位置をＦ．に移し、再びアーク電
流ｉｓｒｅとイオン電流Ｉ１との関係を曲！Ｂのように
求める．このような操作を繰り返して第２図のような曲
線群をつくり、これを制御部２１に記憶させる．ここで
、Ｉｘｏ，Ｉ■．Ｉ■，・・・はアーク電流が安定に得
られる範囲内での最大アーク電流におけるイオン電流値
を示す．以下に説明する，目標イオン電流を得るための
装置の運転条件の設定は、これらＩ，。１　Ｉ■，■，
１・・・を用いて行ってもよく、また大きさが安定に得
られ？アーク電流範囲２２Ａ内の適宜のｌ点に対応した
イオン電流を用いることもできる．運転条件設定の手順
は次のとおりである． 第３図に示すように、ステップ３１で制御部２１（第１
図）のコンピュータをスタートさせ、ステップＳ２で目
標イオン電流Ｘ●０を入射してステップＳ３でＩｍ＋（
第２図）と比較する。Ｉｎ”が工，より小さい場合には
ステップＳ４でＩｌＯをさらに小さい工。と比較する．
ここで工ｌ０がＩ■よりも大きければ、さきのイオン電
流Ｉ■が得られるイオンビーム焦点位置（この例ではＦ
ｌ）を与える可動磁極３の角度位粟θをステップＳ７で
求め、この角度慣号Ｎ　（θ）を制御部２１から駆動部
５へ出力して（ステップＳ９）可動磁極３を回動ずる．
次に、アーク電流１　ｍｒｅとイオン電流！，とが実質
比例関係にあることを利用し、イオンビームの焦点位置
がＦ，にあるとしたときの目標イオン電流対応値Ｌζを
目標イオン電流Ｉ，１１を■１。／Ｉｍｐ（ここではｋ
−１）倍して（ステフブ３１０）　Ａ曲線上に求め、こ
のＡ曲線上の点Ｋを与える横座標すなわちアーク電流指
令値１　ａｒｃ＊を求める（ステップＳｌｌ）．このア
ーク電流指令値ｒ　ｌｉｒｅにイオン源ｌのアーク電流
Ｉ　ａｒｃが等しくなるようにアーク電源ＳＡ（第４図
）の電圧を調整してイオン電流１ｉをファラディカフブ
９で検出する（ステップＳ１３）と、イオンビームの焦
点位置はＦ３に固定されているため、検出される電流は
目標イオン電流に近似する．この検出されたイオン電流
■，を再び工。／■ｏ倍して　（ステップＳ１４〉さき
の電流工よ！と比較し　（ステップＳ１５）、両者の差
異が許容値内にあれば質量分析マグネットにおける粗調
整からイオン源の微調整に到るｖｔ置の運転条件の設定
がすべて終了する　（ステフブ３１７）．両者の差異が
許容値以下に入らないときはアーク電流指令値Ｉ　ａｒ
ｃ。を補正しつつくステップ３１６）ステップ３１２以
下の手順を繰り返す． なお、本発明の粗調整段で行われる可動磁極３の凹動は
、本実施例のようにステッピングモータ（４）とバルス
カウンタとして構威された駆動部（５）との組合わせに
よって行うほか、交流モータとポテンシオメー夕との組
合わせなど、種々の回動手段が可能である． 〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、本発明が対象と
する熱陰極型イオン注入装買すなわち、ウェーハに注入
されるイオンを生戒するための原料ガスを！離するプラ
ズマ室と，該プラズマ室内に配され熱電子を発生するフ
ィラメントと，該フィラメントとプラズマ室壁との間に
電圧を供給して熱電子を加速するアーク電源と，フィラ
メントからプラズマ室壁へ向かう熱電子に磁場を作用さ
せて熱電子の飛程距離を変更させるソースマグネットと
．該ソースマグネフトの励磁ソレノイドにｌＩｉ！！磁
電流を供給するｉｈ磁電源と、プラズマ室からイオンを
引き出す引出し！極と．該引出し電極にイオンを引き出
すための電位を供給する引出し電源とを備えたイオン源
と、イオン源から引き出されたイオンビームが入射され
該入射されたイオンビームの進行方向を曲げて射出する
とともに射出されたイオンビームの焦点位置をイオンビ
ーム方向に移動させる可動磁極を備えた質量分析マグネ
ットと，ｔｆ質量分析マグネソトの後段に配され所定の
イオン種のみを通過させる分析スリットとを備えた質量
分析部と、イオンが注入されるウェーハを搭載する取付
け台を収容する打込み室と、を備えたイオン注入装寛の
運転条件を、前記ウェーハに所定のイオン電流が到達す
るように設定する方法を、イオン源が安定に作動する運
転条件のもとで前記イオンビームの焦点位置を移動させ
つつ得られるイオン電流の最大値から最小可能値までの
範囲を多段に分割し、該最大値と最小可能値とを含む各
分割点の電流値のうち、所定のイオン電流に最も近くか
つ該イオン電流よりも大きい電流値が得られる位置に焦
点位置を移動する粗調整を行い、該焦点位置を与えた質
量分析マグネットの可動磁極位置を固定して前記所定の
イオン電流が得られるようにイオン源の運転条件を補正
する方法とし、イオン源の微調整に入る前にイオンビー
ムの焦点位置を移動させる粗調整段を挿入したので、イ
オン源から引き出されるイオン電流は太きくてもウェー
ハ面に到達するイオン電流は小さくなり、目標イオン電
流の大きさに応じてイオンビームの焦点位置を変えるこ
とにより、イオン源の設定条件を指令する制御パラメー
タをパラメータ値が安定に得られる範囲内で補正して小
電流領域のイオン電流をウェーハ面に精度よくかつ安定
に得ることができる．このため、イオン電流の高精度設
定のための特別の装置を組み込むことなく、安定した１
精度のよい小電流領域のイオン電流設定が可能となる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための運転条件設定シ
ステム構或の一実施例を示す説明図、第２図は本発明に
よる運転条件設定時の粗調整および微調整に用いられる
線図、第３図は第１図のシステム構戒を用いた運転条件
設定の手順を示すアルゴリズムの図、第４図は熱陰極型
イオン注入装置の一般構或と従来のイオン電流設定方法
例とを示す説明図、第５図は従来の運転条件設定の手順
例を示すアルゴリズムの図である． １：イオン源、２：質量分析マグネット、３：可動磁極
、７：分析スリット、８：取付け台、１０：イオン電流
、１１：所定のイオン電流、Ｐ：プラズマ室、Ｆ：フィ
ラメント、ＳＡ　：アーク電源、Ｍ：ソースマグネット
、Ｓ，４＝励磁電源、Ｄ：引ＺｊＭ ＺＺＡ 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ウェーハに注入されるイオンを生成するための原料
   ガスを電離するプラズマ室と、該プラズマ室内に配され
   熱電子を発生するフィラメントと、該フィラメントとプ
   ラズマ室壁との間に電圧を供給して熱電子を加速するア
   ーク電源と、フィラメントからプラズマ室壁へ向かう熱
   電子に磁場を作用させて熱電子の飛程距離を変更させる
   ソースマグネットと、該ソースマグネットの励磁ソレノ
   イドに励磁電流を供給する励磁電源と、プラズマ室から
   イオンを引き出す引出し電極と、該引出し電極にイオン
   を引き出すための電位を供給する引出し電源とを備えた
   イオン源と、イオン源から引き出されたイオンビームが
   入射され該入射されたイオンビームの進行方向を曲げて
   射出するとともに射出されたイオンビームの焦点位置を
   イオンビーム方向に移動させる可動磁極を備えた質量分
   析マグネットと、該質量分析マグネットの後段に配され
   所定のイオン種のみを通過させる分析スリットとを備え
   た質量分析部と、イオンが注入されるウェーハを搭載す
   る取付け台を収容する打込み室と、を備えたイオン注入
   装置の運転条件を、前記ウェーハに所定のイオン電流が
   到達するように設定する方法であって、イオン源が安定
   に作動する運転条件のもとで前記イオンビームの焦点位
   置を移動させつつ得られるイオン電流の最大値から最小
   可能値までの範囲を多段に分割し、該最大値と最小可能
   値とを含む各分割点の電流値のうち、所定のイオン電流
   に最も近くかつ該イオン電流よりも大きい電流値が得ら
   れる位置に焦点位置を移動する粗調整を行い、該焦点位
   置を与えた質量分析マグネットの可動磁極位置を固定し
   て前記所定のイオン電流が得られるようにイオン源の運
   転条件を補正することを特徴とするイオン電流設定方法
   。