JPH049865B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
この発明は、半導体装置の製造に使用されるイ
オン注入装置に関し、更に詳細には従来のイオン
注入装置よりも半導体基板等に対する注入不純物
量を精密に制御しうる改良されたイオン注入装置
に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an ion implantation device used for manufacturing semiconductor devices, and more specifically, the present invention relates to an ion implantation device that is used for manufacturing semiconductor devices, and more specifically, the present invention relates to an ion implantation device that is capable of implanting impurity amounts into a semiconductor substrate etc. more precisely than conventional ion implantation devices. The present invention relates to an improved ion implantation device that can be controlled.
[発明の技術的背景]
イオン注入技術は半導体装置の製造において半
導体中への不純物導入技術として広く用いられて
おり、現在の半導体装置製造工程では、いわゆる
中電流イオン注入装置が最も普及している。[Technical background of the invention] Ion implantation technology is widely used as a technology for introducing impurities into semiconductors in the manufacture of semiconductor devices, and in the current semiconductor device manufacturing process, so-called medium current ion implantation equipment is the most widespread. .
第2図は現在最も多く使用されている中電流イ
オン注入装置の構造を示した概略図である。同図
において、1はソースプラズマを発生するイオン
源、2はイオン源からイオンビームを引き出すた
めの引出電極、3は引き出したイオンビームの中
から必要なイオンビームのみを選択する質量分析
器、4は選択したイオンビームを加速するための
加速管、5は加速したイオンビームを集束させる
ための静電集束レンズ、6は集束したイオンビー
ムを垂直方向に走査させるための垂直走査板、7
は該イオンビームを水平方向に走査させるための
水平走査板、8は該イオンビームを試料(たとえ
ば半導体ウエハ)Sの面に向けて例えば7゜偏向さ
せることによりそれまでに中性化した該イオンビ
ーム内の中性化粒子(分子や原子)を直進させ分
離するための偏向板、9は該イオンビーム内から
分離された中性化粒子が衝突する遮蔽板である。
遮蔽板9は中性化粒子がビーム管11の材質より
も中性化粒子の衝突により系に悪影響を及ぼす粒
子を生じない例えばグラフアイト、Alなどの材
質で製作されており、遮蔽板9をビーム管11に
貼り付けるなどして電気的にイオン注入装置本体
を通して接地されている。また、系全体は図示し
ないクライオポンプや油拡散ポンプによつて高真
空に保持されている。なお、これらの各装置要素
は既によく知られているものであるため、その詳
細については説明を省略する。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a medium current ion implantation device that is currently most commonly used. In the figure, 1 is an ion source that generates source plasma, 2 is an extraction electrode for extracting an ion beam from the ion source, 3 is a mass analyzer that selects only the necessary ion beam from the extracted ion beams, and 4 7 is an acceleration tube for accelerating a selected ion beam; 5 is an electrostatic focusing lens for focusing the accelerated ion beam; 6 is a vertical scanning plate for vertically scanning the focused ion beam;
8 is a horizontal scanning plate for scanning the ion beam in the horizontal direction; 8 is a horizontal scanning plate for scanning the ion beam in the horizontal direction; A deflection plate 9 is used to make the neutralized particles (molecules or atoms) in the ion beam go straight and separate them, and 9 is a shielding plate with which the neutralized particles separated from the ion beam collide.
The shielding plate 9 is made of a material such as graphite or Al, which does not produce particles that have a negative impact on the system due to the collision of neutralized particles than the material of the beam tube 11. It is electrically grounded through the main body of the ion implantation apparatus by pasting it on the beam tube 11 or the like. Further, the entire system is maintained at high vacuum by a cryopump and an oil diffusion pump (not shown). Note that since each of these device elements is already well known, detailed explanation thereof will be omitted.
[背景技術の問題点]
前記の如き公知の中電流イオン注入装置を使用
して半導体ウエハ等に不純物のイオン注入を行う
場合、従来は試料Sを置いた試料室12における
イオンの電荷量を測定することにより注入不純物
量を制御していたが、このような注入不純物量の
制御方法によると正確な注入不純物量の制御を行
うことができないという問題点があつた。すなわ
ち、前記の如きイオン注入装置においては、加速
管4から偏向板8までに至る経路で発生した中性
化粒子は分離されるけれども、偏向板8から試料
Sまでの経路で発生した中性化粒子はイオンとと
もに試料Sに注入されるため、試料室12におけ
るイオンの電荷量を測定しても、その測定値が実
際の注入不純物量とは一致しないからである。[Problems in the Background Art] When implanting impurity ions into a semiconductor wafer or the like using a known medium current ion implantation device as described above, conventionally, the amount of charge of ions in the sample chamber 12 in which the sample S is placed is measured. However, this method of controlling the amount of implanted impurities has a problem in that it is not possible to accurately control the amount of implanted impurities. That is, in the ion implantation apparatus as described above, although the neutralized particles generated in the path from the acceleration tube 4 to the deflection plate 8 are separated, the neutralized particles generated in the path from the deflection plate 8 to the sample S are separated. This is because particles are injected into the sample S together with ions, so even if the amount of charge of the ions in the sample chamber 12 is measured, the measured value will not match the actual amount of impurities implanted.
ちなみに、系内における真空度の変動などの原
因によつては、偏向板8から試料Sまでの経路で
イオンの10%が中性化することは珍しいことでは
ない。そして従来のイオン注入装置では、偏向板
までであれ偏向板以降であれ、中性化した粒子量
の測定手段を備えたものはなかつた。 Incidentally, it is not uncommon for 10% of the ions to become neutralized on the path from the deflection plate 8 to the sample S, depending on factors such as variations in the degree of vacuum within the system. In addition, none of the conventional ion implanters is equipped with a means for measuring the amount of neutralized particles, whether up to the deflection plate or after the deflection plate.
従つて、前記の如き公知のイオン注入装置では
正確な注入量制御を行うことができないため、半
導体装置の製造において各種の層の形成や膜の形
成等の高精度化が不可能であつた。 Therefore, since the known ion implantation apparatus described above cannot control the implantation amount accurately, it has been impossible to achieve high precision in the formation of various layers and films in the manufacture of semiconductor devices.
[発明の目的]
この発明の目的は、前記公知のイオン注入装置
における問題点を解決し、従来の装置よりも高精
度なイオン注入を行うことのできる、改良された
イオン注入装置を提供することである。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide an improved ion implantation device that solves the problems in the known ion implantation devices and is capable of performing ion implantation with higher precision than conventional devices. It is.
[発明の概要]
この発明により改良されたイオン注入装置にお
ける特徴は、質量分析器から偏向板に至るまでの
経路において発生した中性化粒子に対応する二次
電子発生量を電気的に測定することにより、偏向
板から試料に至るまでの次の経路で発生する中性
化粒子の量を推定することができるように構成し
たことである。理論的に、質量分析器3から偏向
板8に至るまでに中性化粒子となるイオンビーム
電流量Iは、次の式で表される。[Summary of the Invention] The ion implantation device improved by this invention is characterized by electrically measuring the amount of secondary electrons generated corresponding to the neutralized particles generated in the path from the mass spectrometer to the deflection plate. By doing so, it is possible to estimate the amount of neutralized particles generated on the next path from the deflection plate to the sample. Theoretically, the amount of ion beam current I that becomes neutralized particles from the mass spectrometer 3 to the deflection plate 8 is expressed by the following equation.
I=I0−0e−l/L
I0:イニシヤルのビーム電流量
l:質量分析器から偏向板までの距離
L:真空度と原子半径から与えられる平均自由行
程
しかし、実際に中性化粒子となるイオンビーム
電流量は、イオン注入装置の装置差によりまた採
用される操作条件により、理論量Iとはかなり隔
つている。 I=I 0 − 0 e−l/L I 0 : Initial beam current l : Distance from mass spectrometer to deflection plate L : Mean free path given by degree of vacuum and atomic radius However, actually neutralization The amount of ion beam current that produces particles is considerably different from the theoretical amount I due to differences in ion implantation equipment and operating conditions employed.
本発明のイオン注入装置の構成においては、遮
蔽板9をイオン注入装置本体と絶縁して別に接地
し、遮蔽板9における二次電子放出(これは遮蔽
板9に衝突する中性化粒子によつて該遮蔽板9の
面から二次電子が発生する現象)による電流の測
定装置(もしくは回路)を該遮蔽板9の接地回路
に接続し、これにより、質量分析器から偏向板に
至る経路で実際に中性粒子となるイオンビーム電
流量Itを換算する。 In the configuration of the ion implanter of the present invention, the shield plate 9 is insulated from the ion implanter main body and separately grounded, and secondary electron emission at the shield plate 9 (this is caused by neutralized particles colliding with the shield plate 9). A device (or circuit) for measuring current due to the phenomenon in which secondary electrons are generated from the surface of the shielding plate 9 is connected to the grounding circuit of the shielding plate 9. The ion beam current amount I t that actually becomes a neutral particle is converted.
そこで、そのイオン注入装置、その操作条件に
おける補正項αを、
It=α・I
から求め、次に、偏向板9から試料Sまでの経路
において、実際に中性粒子となるビーム電流量Is
を、補正項αにより補正した次式により推定す
る。 Therefore, the correction term α for the ion implanter and its operating conditions is calculated from I t =α·I, and then the beam current amount I that actually produces neutral particles in the path from the deflection plate 9 to the sample S is determined. s
is estimated by the following equation corrected by the correction term α.
Is=α(It−Ite−ls/Ls)
It:偏向板の箇所におけるイニシヤルのビーム電
流量
ls:偏向板から試料までの距離
Ls:真空度と原子半径から与えられる平均自由行
程
そのように、本発明のイオン注入装置において
は、中性化して試料に注入され、注入量のカウン
トミスを発生させる中性原子及び中性分子の量が
推定されるから、試料に対する不純物注入量の補
正が可能になる。 I s = α (It − I t e −l s /L s ) I t : Initial beam current amount at the deflection plate l s : Distance from the deflection plate to the sample L s : From the degree of vacuum and atomic radius In the ion implantation apparatus of the present invention, the amount of neutral atoms and neutral molecules that are neutralized and injected into the sample, causing a miscount of the injection amount, can be estimated. It becomes possible to correct the amount of impurity implanted into the sample.
[発明の実施例]
第1図は本発明のイオン注入装置における要部
構造の概略と該装置における作動を説明するため
の概略図であり、同図において第2図と同一の符
号で表示された部分は従来のイオン注入装置の部
分と同一である。[Embodiments of the Invention] FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the outline of the main structure of an ion implantation device of the present invention and the operation of the device, and in the same figure, the same reference numerals as in FIG. 2 are used. The parts are the same as those of a conventional ion implanter.
第1図に示した本発明のイオン注入装置におい
ては、遮蔽板9の接地回路9aに二次電子発生量
測定装置10を接続したことを特徴とするもので
ある。 The ion implantation apparatus of the present invention shown in FIG. 1 is characterized in that a secondary electron generation amount measuring device 10 is connected to the grounding circuit 9a of the shielding plate 9.
遮蔽板9は一般的に金属板を設置した構成とな
つており、従つて、これに分子や原子もしくは電
子の粒子が衝突すると二次電子放出が起こり、そ
の結果、その接地回路9には大地へ向かう微弱電
流iが発生する。本発明ではこの二次電子放出に
よる電流測定装置(二次電子発生量測定装置1
0)を遮蔽板9の接地回路9aに接続し、更に該
測定装置10をイオン注入装置の制御装置の電気
的に接続した。従つて、偏向板までの経路で発生
した中性化粒子の量を電気的に測定することがで
き、その結果、偏向板以降発生し試料Sに注入さ
れる中性化粒子の量を精密に推定できるととも
に、イオン注入装置の制御装置でイオン注入の停
止や補正をすることにより不純物注入量を正確に
制御することができる。 The shielding plate 9 generally has a configuration in which a metal plate is installed, and therefore, when molecules, atoms, or electron particles collide with this, secondary electron emission occurs, and as a result, the ground circuit 9 is connected to the ground. A weak current i is generated. In the present invention, a current measuring device (secondary electron generation amount measuring device 1) using this secondary electron emission is used.
0) was connected to the ground circuit 9a of the shielding plate 9, and the measuring device 10 was electrically connected to the control device of the ion implantation device. Therefore, the amount of neutralized particles generated on the path up to the deflection plate can be electrically measured, and as a result, the amount of neutralized particles generated after the deflection plate and injected into the sample S can be precisely measured. Not only can it be estimated, but also the amount of impurity implanted can be accurately controlled by stopping or correcting ion implantation using the control device of the ion implantation apparatus.
なお、第1図において矢印Nで表示されている
のは中性化粒子の流れを示し、矢印Jで表示され
ているのは試料Sに注入されるイオンの流れを示
している。また、e-は遮蔽板9において生じた二
次電子を表している。 In FIG. 1, arrows N indicate the flow of neutralized particles, and arrows J indicate the flow of ions injected into the sample S. Further, e − represents secondary electrons generated in the shielding plate 9.
[発明の効果]
以上に説明したところから明らかであるよう
に、この発明によれば、従来のイオン注入装置に
くらべて正確なイオン注入を行うことのできる改
良されたイオン注入装置が得られ、その結果、半
導体装置の製造において、より高精度の素子形成
を行うことができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, according to the present invention, an improved ion implantation device that can perform ion implantation more accurately than conventional ion implantation devices can be obtained. As a result, elements can be formed with higher precision in manufacturing semiconductor devices.
第1図は本発明装置における発明の要部を概略
的に示すとともに本発明装置におけるイオン等の
粒子の流れを示した概略図、第2図は従来の中電
流イオン注入装置の概略図である。
1……イオン源、2……引出し電極、3……質
量分析器、4……加速コイル、5……静電集束レ
ンズ、6……垂直走査板、7……水平走査板、8
……偏向板、9……遮蔽板、9a……接地回路、
10……二次電子発生量測定装置、11……ビー
ム管、12……試料室。
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the main parts of the invention in the device of the present invention and the flow of particles such as ions in the device of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional medium current ion implantation device. . DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ion source, 2... Extraction electrode, 3... Mass spectrometer, 4... Acceleration coil, 5... Electrostatic focusing lens, 6... Vertical scanning plate, 7... Horizontal scanning plate, 8
... Deflection plate, 9 ... Shielding plate, 9a ... Ground circuit,
10...Secondary electron generation amount measuring device, 11...Beam tube, 12...Sample chamber.
Claims (1)
電極、引き出したイオンの中から必要なイオンを
選択する質量分析系、選択したイオンを加速させ
る加速系、加速したイオンを集束させる集束系、
集束したイオンビームが試料面を走査するように
制御する走査系、該イオンビーム内から中性化し
た粒子を分離するとともに該イオンビームを試料
面に偏向させる偏向系、該イオンビーム内から分
離された中性化粒子が衝突する遮蔽板、及び偏向
した該イオンビームが試料に注入される試料室を
具備しているイオン注入装置において、 該遮蔽板をイオン注入装置本体と絶縁して別に
接地するとともに、該中性化粒子が該遮蔽板に衝
突した時に該遮蔽板から発生する二次電子発生量
を測定するための二次電子発生測定装置を該遮蔽
板の接地回路に設けたことを特徴とするイオン注
入装置。[Claims of Claims] 1. An extraction electrode that extracts ions generated in the ion source, a mass spectrometry system that selects necessary ions from among the extracted ions, an acceleration system that accelerates the selected ions, and a focusing system that focuses the accelerated ions. system,
A scanning system that controls the focused ion beam to scan the sample surface; a deflection system that separates neutralized particles from within the ion beam and deflects the ion beam toward the sample surface; In an ion implanter equipped with a shielding plate that collides with neutralized particles and a sample chamber in which the deflected ion beam is injected into the sample, the shielding plate is insulated from the ion implanter main body and grounded separately. In addition, a secondary electron generation measuring device for measuring the amount of secondary electrons generated from the shielding plate when the neutralized particles collide with the shielding plate is provided in the grounding circuit of the shielding plate. Ion implantation equipment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17950485A JPS6240369A (en) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | Ion implantation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17950485A JPS6240369A (en) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | Ion implantation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6240369A JPS6240369A (en) | 1987-02-21 |
JPH049865B2 true JPH049865B2 (en) | 1992-02-21 |
Family
ID=16066967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17950485A Granted JPS6240369A (en) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | Ion implantation device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS6240369A (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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GB2314202B (en) * | 1996-06-14 | 2000-08-09 | Applied Materials Inc | Ion implantation apparatus and a method of monitoring high energy neutral contamination in an ion implantation process |
CN111715074B (en) * | 2020-06-23 | 2022-04-08 | 中国科学院近代物理研究所 | Energy recovery type isotope electromagnetic separation and collection system |
-
1985
- 1985-08-16 JP JP17950485A patent/JPS6240369A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS6240369A (en) | 1987-02-21 |
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