JPH0547340A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ドーズファラデ７に入射されるイオンビーム
のビーム電流はカレントインテグレータ８で注入コント
ローラ１３の信号処理に適したパルス信号に変換され
る。注入コントローラ１３は、上記パルス信号から１回
のビーム走査当たりの測定値（電荷量）Ｃ_s を割り出
し、この測定値Ｃ_s から、イオンビームがドーズファラ
デ７に入射されていない状態のときに測定された誤差値
Ｃ_n を差し引いて補正値Ｃ_s ′（＝Ｃ_s −Ｃ_n ）を求
め、この補正値Ｃ_s ′に基づいて、プラテン駆動機構２
の動作を制御することによりウエハ６の移動速度を制御
する。 【効果】 上記誤差値は、ノイズレベルおよび／または
ベースラインレベルである。即ち、注入量の制御に及ぼ
すベースラインのドリフトやノイズの影響を減少できる
ので、略設定された通りの注入ドーズ量によりイオン注
入動作が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハ等のイオン照射
対象物内に不純物イオンを均一注入するイオン注入装置
に関し、特にイオンビームのビーム電流を測定してイオ
ン注入量の制御を行うイオン注入装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン化し、この不純物イオンを磁界を用いた質量分析
法により選択的に取り出し、電界により加速してイオン
照射対象物に照射することで、イオン照射対象物内に不
純物を注入するものである。そして、このイオン注入装
置は、半導体プロセスにおいてデバイスの特性を決定す
る不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できる
ことから、現在の集積回路の製造に重要な装置になって
いる。

【０００３】上記イオン注入装置には、大型のイオン照
射対象物（例えば８インチのウエハ）に対応できるもの
として、図７に示すように、走査電極５１・５１により
Ｘ方向（紙面に沿う方向）にイオンビーム５４を電気的
に走査すると共に、イオン照射対象物５６をＸ方向と直
交するＹ方向（紙面にたいして垂直方向）に機械的に走
査する、いわゆるハイブリッドスキャン型のものがあ
る。

【０００４】上記ハイブリッドスキャン型のイオン注入
装置では、イオン照射対象物５６は注入位置において保
持部材５３に保持され、保持部材駆動機構５２に駆動さ
れてＹ方向に往復運動（走査）するようになっている。

【０００５】また、上記保持部材５３の上流側には、所
定面積の開口部５５ａを持つ照射マスク５５が配置され
ている。この照射マスク５５の開口部５５ａは、ビーム
走査領域内に形成され、開口部５５ａを通過したイオン
ビーム５４のみが、その後方の保持部材５３に保持され
たイオン照射対象物５６に照射されるようになってい
る。

【０００６】また、ビーム走査領域内における開口部５
５ａの横側には、ビーム電流を測定するドーズファラデ
５７が設けられている。このドーズファラデ５７に入射
されたイオンビーム５４のビーム電流は、ＯＰアンプ等
を備えたカレントインテグレータ５８により、注入コン
トローラ５９での信号処理に適した信号に変換され、注
入コントローラ５９に出力される。この注入コントロー
ラ５９は、ドーズファラデ５７に入射されたイオンビー
ム５４の１回のビーム走査当たりの電荷量によって保持
部材駆動機構５２の動作を制御し、保持部材５３の移動
速度、即ちイオン照射対象物５６のＹ方向走査速度の制
御を行うようになっている。このＹ方向走査速度の制御
により、イオン照射対象物５６へのイオン注入量が制御
され、均一な注入量が得られるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記カレントインテグ
レータ５８では、例えばＯＰアンプの温度特性によりベ
ースラインが変化したり、イオン源等で発生する電磁波
や装置内部で起こる放電等の影響によりノイズが発生す
る。

【０００８】上記ドーズファラデ５７の開口部５７ａの
面積は、全ビーム走査領域に対して占有面積率が小さい
（例えば１／２０程度）ため、ドーズファラデ５７に入
射されるイオンビーム５４は僅かである。このため、計
測されるビーム電流値は数ｎＡ〜数ｍＡ程度と大変小さ
いため、上記カレントインテグレータ５８等のビーム電
流測定系で発生するノイズやベースラインのドリフトに
対するＳ／Ｎ比が低く、これらの影響を受け易い。

【０００９】例えば、ビーム走査巾が３００mm、ドーズ
ファラデ５７の開口部５７ａの巾が１５mmに設定されて
いるイオン注入装置では、ドーズファラデ５７に入射さ
れたイオンビーム５４のビーム電流のピーク値がカレン
トインテグレータ５８のレンジに対して１００％のもの
であったとしても、平均の電流は、 （１５／３００）×１００＝５（％） 即ち、カレントインテグレータ５７のレンジの５％にし
かならない。

【００１０】ベースラインのドリフトが、例えば上記レ
ンジの0.１％あった場合、それが電流計測に与える影響
は、 （0.１／５）×１００＝２（％） 即ち、測定電流値の２％に相当する。さらにノイズの影
響もこれに加味される。

【００１１】今日のイオン注入装置では、２％もの測定
値変動は、バッチ間の注入量の差（例えば、１％以内の
スペック）に対して大き過ぎると言える。

【００１２】ドーズファラデ５７でコレクトされ、カレ
ントインテグレータ５８で計測されるイオンビーム５４
のビーム電流信号は、入射イオンビーム５４のビーム電
流だけが計測される正常時においては、例えば図４に示
すような信号であるが、図５に示すようにベースライン
がドリフトしたり、図６に示すようにノイズ信号が発生
すれば、みかけ上のビーム電流が増えることになる。

【００１３】従来、注入コントローラ５９によるイオン
注入量の制御は、前記のようにビーム電流測定系で測定
された１回のビーム走査当たりの電荷量によって行われ
ているので、ベースラインのドリフトやノイズが発生す
れば正常時よりも注入ドーズ量が少なくなるような制御
が行われてしまう。即ち、上記従来のイオン注入装置で
は、ベースラインのドリフトやノイズの発生に伴うビー
ム電流の測定値の誤差により、設定されている注入ドー
ズ量とは異なった注入量制御が行われてしまうという問
題点を有している。

【００１４】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、注入量の制御に及ぼすベースラインの
ドリフトやノイズの影響を少なくすることにより、略設
定された通りの注入ドーズ量によりイオン注入動作が行
えるイオン注入装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、上記の課題を解決するために、ビームコレクタに入
射するイオンビームのビーム電流を測定するビーム電流
測定手段と、上記ビーム電流測定手段からの出力に基づ
いてイオン注入量の制御を行う注入制御手段とを有する
イオン注入装置において、以下の手段を講じている。

【００１６】即ち、上記注入制御手段は、イオン注入動
作中にビーム電流測定手段により測定される測定値か
ら、イオンビームがビームコレクタに入射していない状
態のときにビーム電流測定手段により測定された誤差値
を差し引いた補正値に基づいてイオン注入量の制御を行
う。

【００１７】

【作用】上記の構成によれば、例えばイオン注入動作前
等、イオンビームがビームコレクタに入射していない状
態のときにビーム電流測定手段により誤差値が測定され
る。即ち、この誤差値は、イオン注入動作中にビーム電
流測定手段により測定される測定値よりイオンビームの
ビーム電流を除いた値に相当し、ビーム電流測定手段に
発生するノイズやベースラインのドリフトを原因とする
ノイズレベルおよび／またはベースラインレベルであ
る。

【００１８】例えば、ビーム電流測定手段のビーム測定
範囲が小さく、測定できるイオンビームが僅かであった
り、あるいはイオンビームのビーム電流が小さい場合で
は、ビーム電流測定手段の測定ビーム電流値は大変小さ
いため、ノイズやベースラインのドリフトの影響を受け
易いが、上記注入制御手段による注入量の制御は、ビー
ム電流測定手段により測定される測定値から上記誤差値
を差し引いた補正値に基づいて行われるので、注入量の
制御に及ぼすベースラインのドリフトやノイズの影響が
減少される。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図３に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２０】本実施例のイオン注入装置は、図３に示す
ように、Ｘ方向（例えば水平方向）にイオンビーム１２
を一対の走査電極１・１により電気的に走査すると共
に、イオン照射対象物としてのウエハ６をＸ方向と直交
するＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に走査する、い
わゆるハイブリッドスキャン型のものである。

【００２１】尚、上記のハイブリッドスキャン型イオン
注入装置は、イオンビーム１２を扇状に掃引する通常タ
イプのものであるが、イオンビーム１２を平行にする機
構を有するパラレルビーム方式のものであってもよい。

【００２２】このイオン注入装置は、図２に示すよう
に、注入元素をイオン化し、イオンビーム１２（図１お
よび図３参照）として引き出すイオン源部４１と、所定
の注入イオンのみを選別して取り出す質量分離部４２、
イオンビーム１２を輸送する中で必要によりイオンビー
ム１２を加速し、ビーム形状を成形、集束、走査する機
能を包含するビームライン部４３、ウエハ６をセットし
注入処理を行うエンドステーション部４４から構成され
ている。

【００２３】上記イオン源部４１には、イオン源物質ガ
ス（例えばＢＦ₃ 等）を供給するガスボックス４５、注
入元素をイオン化するイオン源４０、およびイオンビー
ム１２を引出すための引出し電源４６が備えられてい
る。また、イオン源部４１の内部は、イオン源部真空ポ
ンプ４７により真空状態に保たれている。上記イオン源
４０は、例えば熱陰極ＰＩＧ型であり、ソースマグネッ
トおよび図示しないフィラメント、アーク電極等を有
し、アークチャンバ内においてフィラメントからの熱電
子放出をトリガとしてアーク放電を行うことによりプラ
ズマを作り、引出し電源４６より引出し電圧が印加され
たイオン源４０からイオンビーム１２を引出すようにな
っている。尚、イオン源物質としては、ガスだけでなく
固体（Ａｓ等）の使用も可能であり、固体を使用する場
合、固体のイオン源物質を固体オーブンで蒸発させてア
ークチャンバに導き、固体イオン源物質をイオン化す
る。

【００２４】上記質量分離部４２には、質量分析マグネ
ットが備えられている。この質量分析マグネットは、イ
オン源部４１から引出されたイオンビーム１２の中から
必要なイオンを選択すると共に、磁気収束作用を利用し
てイオンビーム１２を分析スリット４８に絞り込んでビ
ームライン部４３へ導くようになっている。

【００２５】上記ビームライン部４３には、質量分離部
４２の分析スリット４８から出たイオンビームを加速す
る加速管４９、イオンビーム１２を集束させる静電レン
ズ（３重４極子レンズ）５０、イオンビーム１２をＸ方
向に走査する１対の走査電極１・１が備えられている。
また、ビームライン部４３の内部は、ビームライン部真
空ポンプ５５により真空状態に保たれている。

【００２６】上記走査電極１・１には、図示しない走査
電源が接続されている。この走査電源より走査電極１・
１に互いに１８０度位相が異なる走査電圧が印加される
ことにより、図３に示すようにイオンビーム１２のＸ方
向の走査が行われる。

【００２７】上記エンドステーション部４４には、図２
に示すように、ウエハ６を保持するウエハ保持部材（以
下、プラテンと称する）３が備えられており、エンドス
テーション部４４内はエンドステーション部真空ポンプ
５１により真空状態に保たれている。上記プラテン３に
は、図３に示すスイングアーム４が取り付けられてい
る。そして、プラテン３はプラテン駆動機構２（図１参
照）に駆動されて矢印Ａの方向に往復運動することによ
りＹ方向の走査が行われるようになっている。

【００２８】また、上記プラテン３の上流側には、図１
に示すように、所定面積の開口部５ａを持つ照射マスク
５が配置されている。この照射マスク５の開口部５ａ
は、ビーム走査領域内に形成され、開口部５ａを通過し
たイオンビーム１２のみが、その後方のプラテン３に保
持されたウエハ６に照射されるようになっている。

【００２９】また、ビーム走査領域内における開口部５
ａの横側には、ビーム電流を測定するビームコレクタと
してのドーズファラデ７が設けられている。本実施の場
合、ビーム走査巾は３００mm、ドーズファラデ７の開口
部７ａの巾は１５mmであり、ドーズファラデ７の開口部
７ａの面積は、全ビーム走査領域に対して占有面積率が
１／２０程度と小さくなっている。このドーズファラデ
７に入射したイオンビーム１２のビーム電流は、カレン
トインテグレータ８に入力されるようになっている。

【００３０】上記カレントインテグレータ８は、ドーズ
ファラデ７からのビーム電流をそれに比例する電圧信号
に変換する電流−電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ回路と称
する）９と、Ｉ／Ｖ回路９から入力された、ビーム電流
に比例する電圧信号を後の回路の入力信号に適する信号
に増幅するＯＰアンプ１０と、ＯＰアンプ１０からの電
圧信号をパルス信号に変換する電圧−周波数変換回路
（以下、Ｖ／Ｆ回路と称する）１１とを備えている。

【００３１】即ち、ドーズファラデ７からのビーム電流
は、このカレントインテグレータ８により、１回のビー
ム走査当たりの電荷量に対応したパルス信号に変換さ
れ、注入コントローラ１３に出力される。尚、上記ドー
ズファラデ７とカレントインテグレータ８によりビーム
電流測定手段が構成されている。

【００３２】上記注入コントローラ１３は、ＣＰＵを備
えており、イオン注入動作が行われていないときに、カ
レントインテグレータ８から入力されるパルス信号を所
定時間（例えば１秒程度）計測し、１回のビーム走査当
たりの電荷量の平均値を誤差値Ｃ_n として割り出すよう
になっている。また、注入コントローラ１３は、上記誤
差値Ｃ_n を格納する領域が形成された図示しないＲＡＭ
等の記憶装置を有しており、誤差値Ｃ_n 算出後は記憶装
置に記憶するようになっている。

【００３３】上記注入コントローラ１３は、イオン注入
動作が行われているときは、カレントインテグレータ８
からの１回のビーム走査当たりの電荷量に対応したパル
ス信号から、ドーズファラデ７に入射されるイオンビー
ム１２の１回のビーム走査当たりの電荷量（以下、測定
値と称する）Ｃ_s を割り出す。

【００３４】従来では、注入コントローラ１３は、上記
１回のビーム走査毎の測定値Ｃ_s によってプラテン駆動
機構２の動作を制御し、プラテン３の移動速度、即ちウ
エハ６のＹ方向走査速度の制御を行うようになっている
が、本実施例では、測定値Ｃ_s の代わりに、この測定値
Ｃ_s から上記誤差値Ｃ_n を差し引いた補正値Ｃ_s ′ Ｃ_s ′＝Ｃ_s −Ｃ_n を用いてプラテン駆動機構２の動作を制御し、ウエハ６
のＹ方向走査速度の制御を行うようになっている。

【００３５】具体的には、注入コントローラ１３は、補
正値Ｃ_s ′が減少すれば、それに比例してスイングアー
ム４（図３参照）のスイング速度を遅くすることにより
Ｙ方向走査速度を遅くし、逆に補正値Ｃ_s ′が増加すれ
ば、それに比例してスイングアーム４のスイング速度を
速くしてＹ方向走査速度を速めるように制御する。

【００３６】上記の構成において、イオン注入装置のイ
オン注入動作を以下に説明する。

【００３７】先ず、イオン注入動作が行われる前に、上
記注入コントローラ１３により、カレントインテグレー
タ８から入力されるパルス信号が所定時間計測され、上
記誤差値Ｃ_n が割り出される。このとき、注入コントロ
ーラ１３は、上記誤差値Ｃ_n を記憶装置に記憶する。こ
の場合、上記カレントインテグレータ８から入力される
パルス信号は、ベースラインのドリフトやノイズ信号に
よるものである。即ち、誤差値Ｃ_n は１回のビーム走査
当たりのベースラインレベルおよび／またはノイズレベ
ルの平均値である。通常、ベースラインレベルやノイズ
レベルは低レベルであるため、長時間（例えば１秒程
度）測定を行い、１回のビーム走査当たりの平均値を誤
差値Ｃ_n として割り出す。

【００３８】尚、誤差値Ｃ_n に範囲を設定しておき、誤
差値Ｃ_nがこの範囲を越えた場合、インターロックをか
けて以下の注入動作が行われないようにしておくことも
可能である。

【００３９】そして、上記誤差値Ｃ_n を割り出す動作が
終了した後にイオン注入動作が開始される。

【００４０】即ち、図２に示すように、イオン源部４１
のイオン源４０から引き出され、質量分離部４２で所定
イオンのみが選別された後、ビームライン部４３の加速
管４９で加速され、静電レンズ５０でシャープなビーム
に整形されたイオンビーム１２は、図１に示すように、
走査電源から互いに１８０度位相が異なる走査電圧が印
加される走査電極１・１によりＸ方向に走査される。

【００４１】そして、Ｘ方向に走査されたイオンビーム
１２は、上記照射マスク５の開口部５ａを通過してその
後方のプラテン３に保持されたウエハ６を照射すると共
に、開口部５ａの横側に設けられたドーズファラデ７に
入射される。

【００４２】一方、ウエハ６がセットされたプラテン３
は、プラテン駆動機構２に駆動されてＹ方向に走査され
る。これにより、ウエハ６全表面にイオンビーム１２が
照射される。

【００４３】また、イオン注入動作中、ドーズファラデ
７に入射されるイオンビーム１２のビーム電流は、上記
カレントインテグレータ８において１回のビーム走査毎
の電荷量に対応したパルス信号に変換され、注入コント
ローラ１３に入力される。

【００４４】注入コントローラ１３は、カレントインテ
グレータ８から出力されるパルス信号から１回のビーム
走査当たりの測定値Ｃ_s を順次割り出し、さらにビーム
電流値Ｃ_s から記憶装置に記憶されている誤差値Ｃ_n を
差し引いて補正値Ｃ_s ′（＝Ｃ_s −Ｃ_n ）を求める演算
を１回のビーム走査毎に行う。そして、注入コントロー
ラ１３は、このようにして得られた補正値Ｃ_s ′に基づ
いて、プラテン駆動機構２の動作を１回のビーム走査毎
に制御し、スイングアーム４（図３参照）のスイング速
度、即ちウエハ６のＹ方向走査速度の制御を行う。この
Ｙ方向走査速度の制御により、ウエハ６へのイオン注入
量の均一化が図られるようになっている。

【００４５】上記ドーズファラデ７の開口部７ａの面積
は、全ビーム走査領域に対して占有面積率が小さい（例
えば１／２０程度）ため、ドーズファラデ７に入射され
るイオンビーム１２は僅かである。このため、計測され
るビーム電流値は大変小さくノイズやベースラインのド
リフトの影響を受け易いが、本実施例では、注入コント
ローラ１３による注入量の制御は、注入動作前に測定さ
れた誤差値Ｃ_n 、即ちベースラインレベルおよび／また
はノイズレベルを測定値Ｃ_s より差し引いた補正値
Ｃ_s ′に基づいて行われるので、ベースラインのドリフ
トやノイズの影響が少なく、略設定された通りの注入ド
ーズ量によりイオン注入動作が行える。

【００４６】本実施例では、注入動作前に誤差値Ｃ_n の
測定を行っているが、注入動作中、適時（ドーズファラ
デ７にイオンビーム１２が入射していない状態のとき）
行うような構成でもよい。

【００４７】尚、プラテン全体がビーム電流の計測部
（ファラデ）になっているような、ファラデによる測定
ビーム電流が比較的大きいタイプのイオン注入装置で
は、測定されるビーム電流の信号と、ベースドリフトレ
ベルおよび／またはノイズレベルとのＳ／Ｎ比が大きい
ため、上記実施例のものに比べてその効果は小さい。た
だし、このようなイオン注入装置でも、イオンビームの
ビーム電流が小さく、上記Ｓ／Ｎ比が比較的小さくなる
ような場合は、本発明の適用によりその効果は充分期待
できる。

【００４８】また、本実施例は、ハイブリッドスキャン
型のイオン注入装置についての説明であるため、注入制
御手段としての注入コントローラ１３は、スイングアー
ム４（図３参照）のスイング速度を制御するようになっ
ているが、例えばイオンビーム１２を静電的にＸ・Ｙ両
方向に高周波電圧で走査するビーム走査方式のイオン注
入装置では、注入制御手段は走査電圧や注入時間を制御
することにより注入量の制御を行う。

【００４９】勿論、本発明は、イオンビーム１２を平行
化し、ウエハ６に対して略垂直に注入するようにしたパ
ラレル方式のイオン注入装置に適用してもよい。

【００５０】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、以上のよう
に、注入制御手段は、イオン注入動作中にビーム電流測
定手段により測定される測定値から、イオンビームがビ
ームコレクタに入射していない状態のときにビーム電流
測定手段により測定された誤差値を差し引いた補正値に
基づいてイオン注入量の制御を行う構成である。

【００５１】それゆえ、注入量の制御に及ぼすベースラ
インのドリフトやノイズの影響を減少できる。これによ
り、例えばビーム電流測定手段のビーム測定範囲が小さ
く測定できるイオンビームが僅かであったり、あるいは
イオンビームのビーム電流が微少である等、ビーム電流
測定手段の測定ビーム電流値が小さく、ノイズやベース
ラインのドリフトの影響を受け易い条件であっても、略
設定された通りの注入ドーズ量によりイオン注入動作が
行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、イオン注
入装置の要部を示す概略の構成図である。

【図２】上記イオン注入装置の構成の一例を示す概略の
全体構成図である。

【図３】上記イオン注入装置におけるイオンビームのＸ
方向の走査とウエハのＹ方向の走査を示す概略の説明図
である。

【図４】カレントインテグレータで計測されるイオンビ
ームのビーム電流信号を示す説明図である。

【図５】ベースラインがドリフトした状態の上記ビーム
電流信号を示す説明図である。

【図６】ノイズを伴った上記ビーム電流信号を示す説明
図である。

【図７】従来例を示すものであり、イオン注入装置の要
部を示す概略の構成図である。

【符号の説明】

１ 走査電極 ２ プラテン駆動機構 ３ プラテン ６ ウエハ ７ ドーズファラデ（ビームコレクタ、ビーム電流測
定手段） ８ カレントインテグレータ（ビーム電流測定手段） １２ イオンビーム １３ 注入コントローラ（注入制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ビームコレクタに入射するイオンビームの
   ビーム電流を測定するビーム電流測定手段と、上記ビー
   ム電流測定手段からの出力に基づいてイオン注入量の制
   御を行う注入制御手段とを有するイオン注入装置におい
   て、 上記注入制御手段は、イオン注入動作中にビーム電流測
   定手段により測定される測定値から、イオンビームがビ
   ームコレクタに入射していない状態のときにビーム電流
   測定手段により測定された誤差値を差し引いた補正値に
   基づいてイオン注入量の制御を行うことを特徴とするイ
   オン注入装置。