JPH03241850A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン注入等において発生する被測定体表面
の電荷量を測定する表面電荷量測定装置に関する。

（従来の技術） 一般にイオン注入技術は、目的物例えばシリコン基板や
ガリウム・ヒ素基板に不純物を注入する技術として広く
使用されており、半導体製造工程におＩする不純物導入
技術として重要な位置を占めている。

このようなイオン注入技術を用いた半導体ウェハへの不
純物の注入は、正に帯電したイオンを加速させた状態で
半導体ウェハに衝突させることによって行っている。こ
のため、正イオンが半導体ウェハ表面に衝突した際に、
表面の絶縁膜に正の電荷が蓄積する、いわゆるチャージ
・アップが起こり、これによって絶縁膜の絶縁破壊や劣
化を招くという問題があった。このチャージ・アップは
、特に高電流型イオン注入装置を用いて、高ドーズ量の
イオンを半導体ウェハに注入した場合に顕著に発生する
。

このチャージ・アップを解消する一手段として、電子を
イオンビームと共に照射し、半導体ウェハ表面の帯電を
消すことが行われている。しかし、現状における上記電
子ビームの照射は、イオンビームによって注入した正電
荷量に見合う量として行われており、多量の電子照射は
逆に絶縁膜の耐電圧等の性能低下を招く可能性がある。

そこで、イオン注入によって生じる半導体ウェハ表面の
電荷量を正確に測定することが望まれている。

従来のチャージ・アップによる表面電荷の測定方法とし
ては、例えば第６図に示すように、回転ディスク１に円
周方向に沿って配置された半導体ウェハ２と対向して容
量式センサ３を配設し、第７図に示すように、表面が正
に帯電した半導体ウェハ２がセンサ３に近づくとき（第
７図−ａ）、半導体ウェハ２がセンサ３の中央に位置す
るとき（第７図−ｂ）、半導体ウェハ２がセンサ３から
離れていくとき（第７図−Ｃ）のセンサ３に励起される
電圧の変化分によって測定する方法が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した測定対象となる半導体ウェハ２
は、第６図に示したように、回転ディスク１上に非常に
近接して配置されており、さらに高速で回転しているた
め、実際には第７図（Ｃ）に示すように、半導体ウェハ
２ａがセンサ３から遠ざかり、負側に電圧が変化する前
に、次の半導体ウェハ２ｂかセンサ３に接近してしまい
、電圧の振幅を充分に得ることがてきないという問題が
あった。このため、従来の方式では半導体ウェハ２の表
面に電荷が存在するかどうか程度の判定しかできず、チ
ャージ・アップ量を絶対値として測定することは現実的
には不可能であった。

このようなことから、イオン注入によって発生するチャ
ージ・アップ量を絶対電圧値として測定することが強く
望まれており、さらに進んでチャージ・アップ量の面内
分布の測定をも可能にすることが要求されている。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、例えばイオン注入によって発生するチャージ・ア
ップ量を絶対電圧値として正確に測定することが可能で
、さらにこの絶対電圧値を面内分布として検出すること
が可能な表面電荷量測定装置を提供することを目的とし
ている。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） すなわち本発明の表面電荷ｆｆ１ａｌ定装置は、表面電
荷を有し所定の軌跡で移動する被測定体の該表面電荷に
よる電界を検知し、この電界から前記被測定体の表面電
荷量を測定する装置において、前記電界の取り込みを断
続的に実行する手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

（作　用） 被測定体表面が帯電していることによって生じた電界は
、電界検知手段に到達して表面電荷量として測定される
。ここで、本発明の表面電荷量測定装置においては、上
記電界の取、り込みを断続的に実行する手段を設けてい
るため、電界検知手段に検知される電界は、断続周波数
に同期したパルス信号として得られる。その結果、被測
定体表面の帯電量か瞬間値として得られ、正確に絶対電
圧値として表面電荷量を測定することが可能となる。ま
た、絶対電圧値が瞬間値として得られることから、被測
定体上の複数点の絶対電圧値を記憶しておくことによっ
て、表面電荷量の面内分布を測定することも可能となる
。

（実施例） 以下、本発明の表面電荷ｊｌ測定装置を半導体ウェハ表
面のチャージ・アップ量の測定に適用した一実施例につ
いて図面を参照して説明する。

第１図に示すように、電界侵入窓１１を有する筐体１２
は、回転ディスク１の円周方向面に沿って配置された半
導体ウェハ２と対接して配置されており、この筐体１２
は電気的にアースされている。上記電界侵入窓１１は、
半導体ウェハ２側からの電界を半導体ウェハ２の所定の
微小部位からの電界のみ（矢印に示す如く）に規制する
ものである。

上記筐体１２内には、上記電界侵入窓１１から侵入した
電界を検知するセンサ１３が電界侵入窓１１と対向して
配置されている。この電界検知センサ１３は、このセン
サ１３によって検知した電界の量を電圧値として出力す
る電界センサ用アンプ１４に接続されている。

上記筐体１２内における電界侵入窓１１と電界検知セン
サ１３との間には、複数の電界通過穴１５を有し、アー
スされた円板状の回転遮断板１６が回転自在に配設され
ている。この回転遮断板１６には回転軸１７が取付けら
れており、この回転軸１７に挿着した後、固着された第
１のプーリ１８とＤＣモータ１９に固着された第２のプ
ーリ２０間に掛渡されたヘルド２１によって、回転遮断
板１６は所定の回転数で回転制御可能とされている。上
記ＤＣモータ１９は、電磁ンールド２２によって囲われ
ており、筐体１２内の他の機構部品とは遮られている。

ここで上記回転遮断板１６は、第２図に示すように、円
板状部材１６ａによって形成されており、この円板状部
材１６ｇの円周方向に沿って等間隔で同形状の電界通過
穴１５か複数例えば１８個穿設されている。また、筐体
１２に設けられた電界侵入窓１１は、第３図に示すよう
に、上記電界通過穴１５と同形状で同配列の例えば２個
の穴により構成されている。これら電界侵入窓１１と電
界通過穴１５とは、半導体ウェハ２側から電界検知セン
サ１３方向に向けて透視した際に合致するよう設けられ
ている。

また、筐体１２内における回転遮断板１６の電界通過穴
１５と対向する位置には、回転時における上記電界通過
穴１５の位置を検出する位置センサ２３か配設されてい
る。なお、符号２４は位置センサ２３用の波形整形用ア
ンプである。

なお、回転ディスク１上に配置された半導体ウェハ２は
、上記構成の表面電荷量測定装置による電荷量検出領域
とは別の領域でイオンビームによるイオン注入が施され
る。

次に、上記構成の表面電荷量測定装置を用いて、イオン
注入によるチャージ・アンプによって発生する半導体ウ
ェハ表面の電荷量を測定する方法について、第４図を参
照して説明する。

イオン注入は、回転ディスク１を所定の回転数で回転さ
せることによって、回転した状態の半導体ウェハ２に対
して行われる。なお、回転ディスクｌは回転しつつ所定
の速度で上下に移動するよ構成されており、これにより
半導体ウェハ２表面に対して平均的にイオン注入が行わ
れる。

まず、回転遮断板１６を所定の回転数で回転させること
により、表面電荷量測定装置を測定可能な状態とする。

上記イオン注入によって半導体ウェハ２表面にチャージ
・アップによる電荷か発生すると、半導体ウェハ２か筐
体１２の電界侵入窓１１の正面を通過するたびに、電界
侵入窓１１内部に上記半導体ウェハ２表面の電荷量に見
合った電界が侵入する。この侵入した電界は、電界検知
センサ１３上に上記電界面積（侵入面積）の強さに比例
した電荷を誘導する。この電界検知センサ１３上に誘導
された電荷は電圧として現れ、電界検知センサ用アンプ
１４に送られる。

一方、筐体１２の電界侵入窓１１と電界検知センサ１３
間には、電界透過穴１５を有する回転遮断板１６が配設
されており、この回転遮断板１６が所定の回転数で回転
しているため、上記電界は回転遮断板１６の電界通過穴
１５と電界侵入窓１１とが合致したときのみに電界検知
センサ１２に到達することとなる。したがって、電界検
知センサ１３では、回転遮断板１６の電界透過穴１５の
通過周波数に同期したパルス信号として侵入した電界に
よる電圧を検知する。

ここで、電界センサ用アンプ１４は、電界検知センサ１
３からの微弱なパルス信号を増幅する交流増幅器１４ａ
と、この増幅されたパルス信号からＡＣノイズやＤＣモ
ータ１９から発生するノイズ、ＤＣモータ１９の回転に
伴う筐体１２等のぶれから発生するノイズ等を除去する
周波数フィルタ１４ｂと、後述するサンプル・パルス発
生回路からの信号をもとに原信号を復元するサンプル・
ホールド回路１４Ｃとから構成されている。また、位置
センサ用波形整形アンプ２４は、位置センサ２３により
検出した回転遮断板１６の電界通過穴１５位置から、上
記サンプル・ホールドに必要なサンプルパルスを作成す
るサンプルパルス発生回路を有している。

そして、これらによって上記電界センサ用アンプ１４に
送られた電圧のパルス信号を、位置センサ２３により電
界通過穴１５の位置から作成したサンプルパルスによっ
てサンプルホールドすることによって、電界侵入窓１１
に侵入する元の電界の強度か正または負の電圧信号とし
て再現される。

例えば回転遮断板１６に１８個の電−解通過穴１５を設
け、回転ディスク１の回転数を１２０Ｏｒｐｍ　、回転
遮断板１６の移転数を７２００ｒｐａ＋とすると、１個
の半導体ウェハ２か電解侵入窓１１を横切る間に、６回
のサンプリングか行われ、これらサンプリング１回毎に
半導体ウェハ２表面の電荷量が電圧値として測定される
。

このように、上記実施例の表面電荷量測定装置において
は、回転動作を行っている半導体ウニ１１２表面の電荷
量を回転遮断板１６によって断続的に遮ることにより、
瞬間電圧値として検出しているため、微小部位の電荷量
を正確にかつ絶対値として測定することが可能となる。

よって、近接配置された回転している複数の半導体ウニ
１１２表面の電荷量、すなわちイオン注入に伴うチャー
ジ・アップ量を正確に測定することが可能となる。

また、回転ディスク１は上下動しつつ回転しているため
、上下動している半導体ウニｌ＼２に対して連続してサ
ンプリングを行い、各測定値を記憶しておくことによっ
て、表面電荷の面内分布を測定することができる。

次に、上記構成の表面電荷量測定装置を用いて行った表
面電位測定試験について説明する。

まず、上述した回転数で回転遮断板１６および半導体ウ
ェハ２を回転させ、半導体ウニｌ＼２に一８Ｖ〜＋８ｖ
の範囲で一定の電圧を印加した際の出力電圧を、半導体
ウェハ２と回転遮断板１６との距離（Ｌ）を５ｉｉ　、
１０１ｍ、　１５＋ｉ＋ｉ、２０ｍｍと変化させ、それ
ぞれについて測定した。その結果を第１表および第５図
に示す。

（以下余白） 第　　１ 表 第５図に示すように、それぞれ比例関係を示し、正確な
測定が行われたことか分る。たたし、第５図から明らか
なように、半導体ウエノ＼２と回転遮断板１６との距離
によって出力値が異なるため、これらから予め相関値を
求めておき、実際に測定にあたっては出力値を換算する
必要がある。

なお、上記実施例では本発明の表面電荷量測定装置をイ
オン注入に伴うチャージ・アップ量の測定に用いた例に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく被測定体間が近接して配置されているような場合に
有効である。

なお、上記実施例ではイオン注入の例について説明した
が、イオンや電子などの荷電粒子の衝突または表面電荷
の測定（検出）であれば何れにも適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の表面電荷量測定装置によ
れば、高速で移動する被測定体表面の電荷量を正確に測
定することができる。よって、例えばイオン注入によっ
て発生するチャージ・ア・ンブ量を絶χ・１電圧値とし
て正確に測定することか可能となり、さらにこの絶対電
圧値を面内分布として検出することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の表面電荷ｊｌ測定装置の構
成を示す図、第２図はその回転遮断板を示す図、第３図
は第１図における筐体の正面図、第４図は第１図の表面
電荷１測定装置の電気回路を示す図、第５図は実施例の
表面電荷ｊｌ測定装置を用いて行った試験測定の結果を
示すグラフ、第６図および第７図は従来の表面電荷量の
測定方法を示す図である。 １・・・・・回転ディスク、２・・・・・半導体ウエノ
＼、１】・・・・・・電界侵入窓、１２・・・・・・筐
体、１３・・・・・・電界検知センサ、１４・・・・電
界検知センサ用アンプ、１５・・・・・・電界通過穴、
１６・・・・・回転遮断板、１９・・・・ＤＣＣモータ
、２３・・・・・・位置センサ、２４・・・・・位置セ
ンサ用アンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面電荷を有し所定の軌跡で移動する被測定体の該表面
   電荷による電界を検知し、この電界から前記被測定体の
   表面電荷量を測定する装置において、 前記電界の取り込みを断続的に実行する手段を設けたこ
   とを特徴とする表面電荷量測定装置。