JPH04132151A - イオン注入装置およびセットアップ方法 - 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】 〔概　要〕 半導体装置の製造工程などに用いられるイオン注入装置
の構成およびそのセットアツプ方法に関し、 ヒツティングによるパーティクル汚染を出来るだけ減少
させて、且つ、ビーム効率を最大限に向上することを目
的とし、 装置は、イオン源で発生させてアナライザーで選別した
所要のイオン種に、所望のエネルギーを与えてディスク
上の試料に注入するイオン注入装置において、 前記アナライザーとディスクとの間に設けた加速管、バ
イアスリングおよびファラデーケースに単独の電流針を
配置し、且つ、ゲランドアバーチ中をサイズ可変に構成
する。

セットアツプ方法は、イオン注入装置のアナライザーの
次段にセットアツプファラデーカップを挿入して１回目
のセットアツプをおこなった後、該セットアツプファラ
デーカップを除去し、次に、加速管、バイアスリングお
よびファラデーケースに配置した電流計を監察しながら
、グランドアパーチャのサイズを変化させて２回目のセ
ットアツプをおこなうようにしたことを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体装置の製造工程などに用いられている
イオン注入装置の構成およびそのセットアツプ方法に関
する。

半導体デバイスの製造工程において、不純物領域を形成
するためにイオン注入装置が重用されているが、本発明
はそのようなイオン注入装置において注入イオンの効率
化と高純度イオン注入のための装置の構成とそのセット
アツプ法に関している。

〔従来の技術〕 現在、イオン注入装置は試料を１つずつ処理する枚葉式
の中電流装置（イオン電流０．１ｔＩＡ〜数ｍＡ）と多
数の試料を搭載してバッチ処理する大電流装置（数１ｌ
ｌＡ〜３０ｍＡ）とに分類されるが、本発明は試料を載
せた試料台を回転してバッチ処理する大電流イオン注入
装置について説明する。

第３図は従来のイオン注入装置の要部図を示しており、
図中の記号１はイオン源、２はアナライザー（質量分析
器）、３はセットアツプファラデーカップ、４は第１グ
ランドアパーチヤ、５は加速管、６は第１バイアスリン
グ、７は第２グランドアパーチヤ、８は第２バイアスリ
ング、９は第３バイアスリング、　１０はファラデーケ
ース、１１はディスク（試料台）、Ｗはウェハー（試料
）、ａ＋はセットアツプファラデーカップに接続した電
流計、＾２はファラデーケースに接続した電流計である
。

その動作概要は、イオン源１で発生させたイオンビーム
をアナライザー２で所要のイオン種のみ選択させ、加速
管５で飛翔速度を加速させて、即ち、エネルギーを与え
て、その加速したイオンをディスク１１上のウェハーＷ
に衝突させて注入する。

且つ、ディスク１１を回転させて次々に複数のウェハー
にイオン注入するが、ターゲットであるウェハーに効率
良く注入させるため、通常、初期にセットアツプをおこ
なっている。

セットアツプには、まず、セットアツプファラデーカッ
プ３を挿入し、セットアツプファラデーカップに接続す
る電流計Ａ、で電流をチエツクしながら所要のイオン種
と電流値を選択する。

しかるのち、セットアツプファラデーカップ３を除去し
て、加速管５に印加する電圧とバイアスリングに印加す
る逆バイアス電圧とを調節して、ウェハーＷにイオン注
入をおこなう、その時、ファラデーケース１０とディス
ク１１とに接続する電流計Ａ２に表われる電流が注入イ
オン電流となるわけであり、また、この第３図に図示し
ている部材はすべて１０−　’Ｔｏｒｒ程度の高真空中
にあるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年、イオン注入装置の大電流化が望まれて
おり、それにはイオンビームを一層効率良く注入しなけ
ればならない。ビームの効率とはイオン源から引き出し
た電流に対する注入イオン電流の比率のことである。

また、グランドアパーチャはビームサイズを変える絞り
のことで、また、バイアスリングはディスクやファラデ
ーケースの外部に電子が逃げないように閉じ込める逆バ
イアスを印加したリングであるが、従来、グランドアパ
ーチャの絞り形状が固定しているために、加速管やバイ
アスリングにイオンと一層の一部がヒツティングして、
スパッタを起こす問題がある。前記したセットアツプは
、このヒツティングを少なくする目的をももっているが
、現状のセットアツプではヒツティングを皆無にするこ
とは困難である。即ち、従来のイオン注入装置では、イ
オン種やエネルギーによってビームサイズや形状が変化
するにもかかわらず、グランドアパーチャで決定される
ビームサイズが固定しているためにビームの効率が悪く
、且つ、ヒツティングを起こす欠点がある。

そのヒツティングを起こせば装置構成部材からパーティ
クルが飛出し、異種イオンが注入イオンに混入してクロ
スコンタミネーションを生じ、注入イオンの純度が低下
する。

一方、半導体デバイスは高集積化されて、汚染による品
質低下の影響が更に増大しているために、このクロスコ
ンタミネーションの防止が重要な対策となっている。そ
のため、現在、イオン注入装置の構成部材はスパッタさ
れて（ヒツティングされて）異種イオンが混入しても比
較的に影響の少ない部材、例えばアルミニウムで作成す
る等の消極的な対策が採られている。

また、イオン注入装置には経時的な汚れやウェハーが持
ち込む汚染（例えばレジストによる汚染）があり、これ
をなくすることは困難で、そのために定期的なりリーニ
ングをおこなっている。

しかし、クリーニングにも限度があって、汚染を一定以
下に維持することは難しい問題である。

本発明はこれらの問題点を低減させて、ヒツティングに
よるパーティクル汚染を出来るだけ減少させて、且つ、
ビーム効率を最大限に向上することを目的としたイオン
注入装置とそのセットアツプ方法を提案するものである
。

〔課題を解決するための手段〕

その課題は、第１図に示す実施例のように、イオン源ｌ
で発生させてアナライザー２で選別した所要のイオン種
に、所望のエネルギーを与えてディスクｌｌ上の試料（
ウェハーＷ）に注入するイオン注入装置において、 前記アナライザーとディスクとの間に設けた加速管５．
バイアスリング６．８．９およびファラデーケース１０
に単独の電流計Ａｈ　Ａ４．　Ａｓ、　Ａ＆、　Ａ？を
配置し、且つ、グランドアパーチャ１４．１７をサイズ
可変にしたイオン注入装置によって解決される。

また、そのセットアツプ方法は、イオン注入装置のアナ
ライザー２の次段にセットアツプファラデーカップ３を
挿入して１回目のセットアツプをおこなった後、該セッ
トアツプファラデーカップを除去し、次に、加速管５．
バイアスリング６゜８．９およびファラデーケース１０
に配置した電流計を監察しながら、グランドアパーチャ
１４．１７のサイズを変化させて２回目のセットアツプ
をおこなうようにする。

〔作　用〕

即ち、本発明は、セットアツプを更に精度良くおこなう
ために、加速管、バイアスリングおよびファラデーケー
スに電流計を個別に配置し、グランドアパーチャはサイ
ズ可変にして、従来のセットアツプに続いて、２回目の
セットアツプをおこなう。それには各部材に流れる電流
が零になるように監察し、且つ、注入イオン電流が大き
くなるようにグランドアパーチャのサイズを可変にする
。

加速管、バイアスリング、ファラデーケースに流れる電
流が零になることはヒツティングがなくなることであり
、そうすると、ビーム効率を向上させて、且つ、ヒツテ
ィングを少なくすることができる。

〔実施例］ 以下、図面を参照して実施例により説明すると、第１図
は本発明にかかるイオン注入装置の要部図を示しており
、記号ｌはイオン源、２はアナライザー、３はセットア
ツプファラデーカップ、５は加速管、６は第１バイアス
リング、８は第２バイアスリング、９は第３バイアスリ
ング、　１０はファラデーケース、１１はディスク、Ｗ
はウェハー、Ａ１はセットアツプファラデーカップに接
続した電流計、Ａ２はファラデーケースに接続した電流
針であり、これらの部材は従来の装置と同様である。こ
れにサイズ可変のグランドアパーチャを配置して、１４
はサイズ可変の第１グランドアパーチヤ、１７もサイズ
可変の第２グランドアパーチヤである。且つ、本例は３
個のバイアスリングを設けた例で、更に、加速管５に電
流計Ａ１．第１バイアスリング６に電流計Ａａ、第２バ
イアスワング８に電流計Ａ　Ｓ　＋第３バイアスリング
９に電流計Ａ１．ファラデーケース１０に電流計Ａ７を
それぞれ個別に新しく配置する。

そして、これらの電流計Ａ３．　Ａａ、　Ａｓ、　Ａ４
．　Ａ？にできるだけ電流が流れないように、且つ、デ
ィスク１１に接続した電流計Ａ２に大きな電流が流れる
ように、グランドアパーチャ１４．１７のサイズを変え
て調整するセットアツプ（２回目のセットアツプ）をお
こなう。第２図はグランドアパーチャ１４゜１７の平面
図を図示し、■は絞りサイズを示している。このような
構成にし、それらを調整して、ビーム効率を向上させて
、しかも、ヒツティングをなくする。

次に、本発明にかかるセットアツプ方法を説明すると、
まず、１回目のセットアツプとして、従来と同じく、ア
ナライザー２の次にセットアツプファラデーカップ３を
挿入して、所要イオン種の大きなイオン電流がセットア
ツプファラデーカップ３の電流計Ａ、に表われるように
、イオン源１゜アナライザー２を調整する。

次に、１回目のセットアツプが終わると、セットアツプ
ファラデーカップを除去して、本発明にかかる２回目の
セットアツプをおこなう。それには、まず、第１グラン
ドアパーチヤ１４の絞りサイズを変化させて加速管５の
電流計＾、と第１バイアスワング６の電流計Ａ４に電流
が流れないように調整し、且つ、その条件の中で絞りサ
イズを出来るだけ拡げて、イオンビーム電流が出来るだ
け大きくなるようにする。このように、電流計Ａ、と電
流計Ａ４をモニターして、ヒツティングをなくし、ビー
ム電流が大きくなるように図る。ビーム電流はディスク
に接続した電流計Ａ２で監視する。なお、第１グランド
アパーチヤ１４はシリコン製もしくはシリコンコーティ
ングした導体にすれば、これにヒツティングしてもクロ
スコンタミネーションの心配はない。

次いで、第２グランドアパーチヤ１７の絞りサイズを変
化させて第２バイアスリング８の電流計ＡＳ。

第３バイアスリング９の電流計＾１．ファラデーケース
１０の電流計Ａ７がそれぞれ電流が零になるように調整
し、しかも、その条件の中で絞りサイズを出来るだけ拡
げて、イオンビーム電流を出来るだけ大きくする。その
時、ビーム電流はディスク１１に接続した電流計Ａ２で
読む。また、その際、ウェハーＷはダミーウェハーを用
いてもよいし、また、ディスク面だけでもよい。

イオン種やエネルギーの相異によってイオンビームのビ
ームサイズや形状が違ってくるために、上記のように細
かくセットアツプすれば、ビーム電流が効率化され、し
かも、ヒツティングをなくして、クロスコンタミネーシ
ョンを減少させることができる。

なお、上記した本発明にかかるセットアツプはマニアル
操作だけでなく、電算機制御によってオートセットアツ
プにすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明にかかるイオン
注入装置およびそのセットアツプ方法によれば、ヒツテ
ィングを防いでクロスコンタミネーションを減少させ、
且つ、その条件下でイオンビーム効率を最大にすること
ができて、半導体デバイスの高品質、高性能化に顕著に
寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるイオン注入装置の要部図、第２
図は本発明にかかるグランドアパーチャの平面図、 第３図は従来のイオン注入装置の要部図である。 図において、 １はイオン源、 ２はアナライザー ３はセットアツプファラデーカップ、 ４は第１グランドアパーチヤ、 ５は加速管、 ６は第１バイアスリング、 ７は第２グランドアパーチヤ、 ８は第２バイアスリング、 ９は第３バイアスリング、 １０はファラデーケース、 １１はディスク、 １４はサイズ可変の第１グランドアパーチヤ、１７はサ
イズ可変の第２グランドアパーチヤ、Ｗはウェハー ■は絞りサイズ、 ＡＩ＋　Ａｘ、　Ａ３．Ａ４．　Ａｓ、れ、／ｈは電流
計を示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源（１）で発生させてアナライザー（２）
   で選別した所要のイオン種に、所望のエネルギーを与え
   てディスク（１１）上の試料に注入するイオン注入装置
   において、 前記アナライザーとディスクとの間に設けた加速管（５
   ）、バイアスリング（６）、（８）、（９）およびファ
   ラデーケース（１０）に単独の電流計を配置し、且つ、
   グランドアパーチャ（１４）、（１７）をサイズ可変に
   したことを特徴とするイオン注入装置。
2. （２）イオン注入装置のアナライザー（２）の次段にセ
   ットアップファラデーカップ（３）を挿入して１回目の
   セットアップをおこなった後、該セットアップファラデ
   ーカップを除去し、 次に、加速管（５）、バイアスリング（６）、（８）、
   （９）およびファラデーケース（１０）に配置した電流
   計を監察しながら、グランドアパーチャ（１４）、（１
   ７）のサイズを変化させて２回目のセットアップをおこ
   なうようにしたことを特徴とするセットアップ方法。