JPH0666140B2 - イオン打ち込み方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イオン打ち込み方法に係り、特にエレクトロ
ンシャワーの漏れ電流分によるイオン打ち込み量の誤差
分を補正するためのイオン打ち込み方法に関する。

〔発明の背景〕

従来のエレクトロンシャワー補助装置としては、イオン
を打ち込むウエハの前面付近にエレクトロンシャワー源
となる熱電子を放出するフィラメントを設置し、この熱
電子に磁場をかけることによってイオンビーム通路に滞
在させ、ウエハ表面に電荷が帯電した場合に、この電荷
を前述の電子によって中和するようにし、かつ熱電子が
打ち込みイオン量の計測に無関係になるように、熱電子
を捕獲するファラデーカップで囲まれた中に熱電子を滞
在させるようにしていた。

しかるに、この場合、熱電子の一部（エレクトロンシャ
ワーの一部）がファラデーカップから漏れて打ち込み用
の真空容器等の接地電位に流れると、これがエレクトロ
ンシャワーの漏れ電流となってイオンビーム電流計測系
にその接地を介して流れてしまい、この漏れた分だけイ
オンビーム量の計測に誤差を与える。

すなわち、イオン打ち込みは、ウエハに照射されるイオ
ンビーム電流を計測して、この計測値を基にイオン打ち
込み量（ドーズ量）が設定値となるようにイオン打ち込
み時間を制御するが、イオンビーム電流に上記エレクト
ロンシャワーの電子が漏れると（エレクトロンシャワー
漏れ電流）、イオンビーム電流の計測値に誤差が生じ
て、エレクトロンシャワーの漏れ分に相当する分だけイ
オン打ち込み量が不足する。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みてなされ、その目的は、エレクトロ
ンシャワーの漏れ電流が生じても、イオン打ち込み制御
系により要求される所定のイオン打ち込み量が得られる
イオン打ち込み方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ウエハに照射されるイオンビーム電流を、ウ
エハを固定するウエハ打ち込み用円板と接地との間に設
けたイオンビーム電流計測器を用いて計測し、この計測
値を基にイオン打ち込みドーズ量が設定値となるように
所定の関係式 ここで、Ｔ；制御されるイオン打ち込み時間 Ｉ；イオンビーム電流 Ｓ；イオンを打ち込むべきウエハの面積 Ｄ；ドーズ量設定値 ｅ；電子電荷量 にしたがってイオン打ち込み時間を制御するイオン打ち
込み方法において、 ウエハ面に帯電した正の電荷を中和するためにエレクト
ロンシャワーとして熱電子を放出するフィラメントと、
該フィラメントを加熱する電源と、前記フィラメントか
ら電子を引き出す加速電源と、前記電子を捕獲するファ
ラデーカップとを備え、 ウエハへのイオン打ち込みに際して、ドーズ量設定値Ｄ
を定めて前記エレクトロンシャワーをオフとした時のイ
オンビーム電流ｉを前記イオンビーム電流計測器により
計測し、このイオンビーム電流ｉにより前記ドーズ量設
定値Ｄを得るための仮のイオン打ち込み時間T_sを前記イ
オン打ち込み制御系の計算機を用いて前記所定の関係式
から算出し、 次いで、前記エレクトロンシャワーをオンして前記イオ
ンビーム電流計測器に流れる正味のイオンビーム電流ｉ
とエレクトロンシャワー漏れ電流i_Lとの和である見かけ
のイオンビーム電流Ｉを該イオンビーム電流計測器を用
いて計測し、このイオンビーム電流Ｉを前記所定の関係
式に代入して算出される仮のイオン打ち込み時間T_mが前
記イオン打ち込み時間Ｔｓに等しくなるように前記ドー
ズ量設定値ＤをD_mに補正し、 実際のウエハへのイオン打ち込み過程では、前記イオン
ビーム電流計測器によりエレクトロンシャワー漏れ電流
i_Lを含むイオンビーム電流Ｉを計測しながら、前記補正
されたドーズ量設定値D_mに変換された前記所定の関係式
にしたがって実際のイオン打ち込み時間Ｔを制御するこ
とを特徴とする。

このようなイオン打ち込み法によれば、エレクトロンシ
ャワー漏れ電流i_Lそのものを計測しなくとも、正確なイ
オン打ち込み量制御を可能にするが、その作用について
は、後述の実施例における作用とほとんど同様であるの
で、ここでの説明は省略する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図，第２図により説明する。

第１図は本発明の適用対象となるイオン打ち込み装置の
ウエハ周辺、電流計測系およびエレクトロンシャワーの
回路との接続の一実施例を示す説明図である。

第１図において、イオンビーム電流１は、イオンを打ち
込むべきウエハ２、ウエハ２を固定する打ち込み用円板
３、ファラデーカップ４、抵抗器５を介して接地され、
イオンビーム電流の元の電源に帰還される。イオンビー
ム電流１は、ウエハ打ち込み用円板３と接地との間に設
けた抵抗器５の両端に発生する電圧によって間接的に計
測できるようにしてあり、この抵抗器５によりイオンビ
ーム電流計測器が構成される。

１０はイオン打ち込み制御系の回路で計算機を含み、抵
抗器５によって計測されたイオンビーム電流計測値を基
に後述の（１）式を満足するようにイオン打ち込み時間
を制御して設定ドーズ量を得るためのイオン打ち込みを
行なう。

７はウエハ２面に帯電した正の電荷を中和するために熱
電子（エレクトロンシャワー）を放出するフィラメン
ト、１１はフィラメント７を加熱する電源、８はフィラ
メント７から熱電子を引き出す加速電源であり、これら
の要素は電気的に第１図に示すように接続してある。フ
ァラデーカップ４は前記熱電子を捕獲するためのもので
ある。すなわち、イオンを打ち込むウエハ２の前面付近
にエレクトロンシャワー源となる熱電子を放出するフィ
ラメント７を設置し、この熱電子に磁場をかけることに
よってイオンビーム通路に滞在させ、ウエハ２表面に電
荷が帯電した場合に、この電荷を前述の電子によって中
和するようにし、かつ熱電子が打ち込みイオン量の計測
に無関係になるように、熱電子を捕獲するファラデーカ
ップ４で囲まれた中に熱電子を滞在させるようにしてあ
る。

イオン打ち込みを行なう際には、当然ながら打ち込み式
真空容器６の内部は所定の真空度を保持されている。

イオン打ち込み量制御を行なう場合、単位面積当り何個
のイオンを打ち込むかが必要な単位となる。通常、これ
をドーズ量と呼んでいる。

いま、イオンビーム電流１をＩ、イオンを打ち込むべき
ウエハ２の面積をＳ、所定ドーズ量をＤ、イオン打ち込
み時間をＴ、電子電荷量をｅとすると、これらの諸元の
間には、 の関係が成立する。

イオン打ち込み装置では、所定ドーズ量Ｄを設定し、打
ち込むべき面積Ｓはウエハサイズによって決定され、電
子電荷量ｅは常数となるので、イオンビーム電流Ｉを計
測し、イオン打ち込み時間Ｔを制御系で、（１）式にし
たがって決定し、この時間Ｔの間イオンを打ち込むこと
により所定のドーズ量を得るようにしている。

ここで、上記（１）式にしたがってイオン打ち込み時間
を制御する場合、実際に制御されるイオン打ち込み時間
Ｔは、予め事前に一義的に定められる性質を有しておら
ずイオン打ち込みの後に結果的に求まる性質を有する。
その理由は、この種のイオン打ち込みは、機械的走査或
いはビーム走査によりウエハ面に均一にイオンを打ち込
む必要があり、そのため、イオン打ち込み走査時にサン
プリング的にイオンビームを計測しながらイオンビーム
電流値に変動があると、それに応じて、前記走査の速度
（換言すれば走査時間）を可変制御して、均一なイオン
打ち込みを実現させるためである（具体的にはイオンビ
ーム電流値が増えると走査速度を速め、イオンビーム電
流値が減ると走査速度を遅くすることでウエハ面のイオ
ン打ち込みの均一化を図っている）。すなわち、（１）
のＩがイオン打ち込み開始からイオン完了に至るまで走
査に同期して計測されるサンプリング的なイオンビーム
電流値であることから、制御対象となる実際のイオン打
ち込み時間（換言すればイオン打ち込みに要した走査時
間）Ｔはイオン打ち込み後に結果的に得られる性質を有
する。また、イオン打ち込み過程でのイオンビーム電流
値は変動し、この変動に応じてイオン打ち込みの走査速
度をイオン打ち込み中に随時可変制御するので、前記
（１）式のイオン電流計測値Ｉには変動要素が含まれ、
結果的に求まるイオン打ち込み時間Ｔは一律に決定でき
ない性質をも有することになる。

ところで、第１図において、エレクトロンシャワーのフ
ィラメント７より出た熱電子は、大半がファラデーカッ
プ４、ウエハ２および打ち込み用円板３に捕獲される
が、この捕獲された熱電子は、エレクトロンシャワーの
加速電源８に吸収され、イオン電流計測系の抵抗器５に
流れず、イオン電流計測に影響を与えないようにしてあ
る。

しかるに、エレクトロンシャワーの熱電子の一部がファ
ラデーカップ４から漏れて打ち込み用真空容器６等の接
地電位に流れると、その分がエレクトロンシャワー漏れ
電流となってイオンビーム電流計測系の抵抗器５に流れ
る。この熱電子の漏れ（エレクトロンシャワー漏れ電
流）は、ファラデーカップ４の機械的形状により生じる
すき間から生じるもので、皆無にすることができないと
されている。

このように、計測されたイオンビーム電流Ｉに正味のイ
オンビーム電流ｉのほかにエレクトロンシャワー漏れ電
流i_Lが含まれていると、上記（１）式にしたがってイオ
ン打ち込み量制御（換言すればイオン打ち込み時間制
御）を行なう場合、ドーズ量設定値Ｄをそのままにする
と、イオンビーム電流が見かけ上増加となり、結果的に
得られるイオン打ち込み時間（走査時間）Ｔが不足し、
ひいては実際に得られるドーズ量が不足となる。

本発明では、このようなドーズ量不足が生じないように
するため、次のようにしてドーズ量設定値Ｄを補正した
後、実際のイオン打ち込み制御を行なう。

まず、ウエハ２へのイオン打ち込みに際して、ドーズ
量設定値Ｄを定め、エレクトロンシャワーをオフとした
時の正味のイオンビーム電流ｉをイオンビーム電流計測
器（抵抗器）５を用いて計測し、このイオンビーム電流
ｉによりドーズ量設定値Ｄを得るための仮のイオン打ち
込み時間T_sをイオン打ち込み制御系の計算機を用いて算
出する。

このT_s算出式は、（１）式を変形することにより、次式
で表される。

次に、エレクトロンシャワーをオンしてイオンビーム
電流計測器５に流れる正味のイオンビーム電流ｉとエレ
クトロンシャワー漏れ電流i_Lとの和であるイオンビーム
電流Ｉ（いわゆる見かけのイオンビーム電流）をイオン
ビーム電流計測器５を用いて計測し、このイオンビーム
電流Ｉにより仮のイオン打ち込み時間T_mをイオン打ち込
み制御系の計算機を用いて（１）式から算出する。

この見かけのイオンビーム電流Ｉ、設定ドーズ量Ｄから
イオン打ち込み時間T_mを計算上求める場合には、（１）
式を変形して次のように算出される。

ここで、上記（１）′式，（１）″式から算出された計
算上のイオン打ち込み時間T_s，T_mは、 T_m＜T_s …（２） という関係が導かれ、T_mとT_sとで同じ値のドーズ量を設
定しておくと、T_mの方がドーズ量が不足することは計算
からも明らかである。

そこで、本実施例では、 上記の状態でT_mがT_sと等しくなるように（１）式に
おけるドーズ量設定値ＤをD_mに制御回路１０で自動的に
補正する。

そして、実際のウエハ２へのイオン打ち込みは、ウエ
ハ２へのイオン打ち込み過程でイオンビーム電流計測器
５によりエレクトロンシャワー漏れ電流i_Lを含むイオン
ビーム電流Ｉを計測しつつ、（１）式のＤをD_mに補正し
た関係式 にしたがって実際のイオン打ち込み時間Ｔを制御する。

ここで、（１）式や（３）式のＩがイオン打ち込み開始
からイオン完了に至るまでにサンプリング的に計測され
るイオンビーム電流値であることから、制御対象となる
実際のイオン打ち込み時間Ｔはイオン打ち込み後に結果
的に得られる性質を有し、また、イオンビーム電流値Ｉ
には、エレクトロンシャワー漏れ電流i_Lの他に正味のイ
オン電流ｉの変動要素Δｉが含まれるために、上記イオ
ン打ち込み時間Ｔが一律の値ではないことは既述した通
りである。すなわち、本発明は、イオン打ち込み電流Ｉ
が変動するため、イオン打ち込み時間Ｔを予め定めるこ
とができないので、とりあえず、計算上の仮のイオン打
ち込み時間T_s，T_mというものを求めて、エレクトロンシ
ャワー漏れ電流i_L分を加味した分だけイオン打ち込み制
御に用いるドーズ量設定値をＤからD_mに自動補正してお
き、これを指標値として実際のイオンビーム電流Ｉを計
測しながら、イオン打ち込み時間Ｔの制御を行なうよう
にした。

以上のようなイオン打ち込み法によれば、エレクトロン
シャワー漏れ電流i_Lそのものを計測しなくとも、実際の
ウエハ打ち込み過程で計測されるイオンビーム電流Ｉを
基にエレクトロンシャワーの漏れ電流分によるイオン打
ち込み量（換言すればイオン打ち込み時間Ｔ）の誤差分
を補正することができ、正確にして均一なイオン打ち込
み量制御を行ない得るという効果が得られる。ここで、
ドーズ量設定値を補正するための要素となるエレクトロ
ンシャワー漏れ電流i_Lは、イオン打ち込みに際してのエ
レクトロンシャワーのオフ時とオン時の任意時点のイオ
ンビーム電流差からとらえることになるが、実際にはエ
レクトロンシャワーの漏れ電流も多少の変動がある。し
かし、このエレクトロンシャワー漏れ電流の変動はイオ
ンビーム電流の変動に較べて小さく、補正値D_mを求める
にあたって上記の如くイオンビーム電流から間接的にと
らえても、イオン打ち込みの精度に及ぼす影響は極めて
小さく支障がない。

第２図は、本実施例のイオン打ち込み法におけるエレク
トロンシャワー電流の漏れ量を考慮したイオン打ち込み
制御のフローチャートである。

第２図において、ステップ１１でウエハサイズ（面積
Ｓ）を設定し、ステップ１２で所定ドーズ量Ｄを設定
し、ステップ１３でエレクトロンシャワーオフ時のイオ
ンビーム電流ｉを計測し、ステップ１４で、Ｓ，Ｄ，ｉ
を電子計算機に入力し、ソフト処理によって（１）式の
変形式（１）′式を用いて仮のイオン打ち込み時間T_sの
計算を行ない、記憶部に記憶する。

次にステップ１５でエレクトロンシャワーをオンとし、
ステップ１６で再び電子計算機で電流計測用の抵抗器５
を流れる電流Ｉ（Ｉ＝ｉ＋i_L）を入力し、ソフト処理に
よって変形式（１）″式を用いて電流Ｉに対する仮のイ
オン打ち込み時間T_mの計算を行ない、記憶部に記憶す
る。ここで、T_sとT_mとの差は、イオンビーム電流ｉに変
化がないものと仮定すれば、エレクトロンシャワーの漏
れ電流分i_Lが加算されたために起こるもので、T_s＞T_mと
なる。この差をT_mがT_sとなるようにドーズ量ＤをD_mに補
正するもので、この場合D_m＞Ｄとなる。次に、ドーズ量
D_mとしてステップ１７で実際のイオン打ち込みを開始
し、上記（３）式にしたがって実際のウエハに対するイ
オン打ち込み制御を実行し、ステップ１８でイオン打ち
込みを完了したら、この時に結果的に得られた制御対象
たるイオン打ち込み時間Ｔをステップ１９でプリントア
ウトする。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、エレクトロンシャワー漏
れ電流そのものを計測しなくとも、イオンビーム電流に
含まれるエレクトロンシャワー漏れ電流を加味してイオ
ン制御に用いるドーズ量設定値を補正することで、エレ
クトロンシャワーの漏れ電流分によるイオン打ち込み量
の誤差分を補正することができ、正確なイオン打ち込み
量制御を行ない得るという効果が得られる。例えば、エ
レクトロンシャワーのエミッション電流を１００ｍＡと
し、漏れ電流分を１％とすると、漏れ電流は１ｍＡとな
り、イオンビーム電流１０ｍＡとすると、電流計測系で
は１１ｍＡを示し、制御系では、イオンビーム電流が１
１ｍＡとすることにより約１０％のイオン打ち込み量不
足となるが、それを補正することにより１％以下とする
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となるイオン打ち込み装置の
ウエハ周辺、電流計測系およびエレクトロンシャワーの
回路との接続状態を示す説明図、第２図は本発明のイオ
ン打ち込み法を具体化したフローチャートである。 １…イオンビーム電流、２…ウエハ、３…打ち込み用円
板、４…ファラデーカップ、５…抵抗器（イオンビーム
電流計測器）、６…打ち込み式真空容器、７…フィラメ
ント、８…加速電源、９…フィラメント電流制御回路、
１０…イオン打ち込み制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハに照射されるイオンビーム電流を、
   ウエハを固定するウエハ打ち込み用円板と接地との間に
   設けたイオンビーム電流計測器を用いて計測し、この計
   測値を基にイオン打ち込みドーズ量が設定値となるよう
   に所定の関係式 ここで、Ｔ；制御されるイオン打ち込み時間 Ｉ；イオンビーム電流 Ｓ；イオンを打ち込むべきウエハの面積 Ｄ；ドーズ量設定値 ｅ；電子電荷量 にしたがってイオン打ち込み時間を制御するイオン打ち
   込み方法において、 ウエハ面に帯電した正の電荷を中和するためにエレクト
   ロンシャワーとして熱電子を放出するフィラメントと、
   該フィラメントを加熱する電源と、前記フィラメントか
   ら電子を引き出す加速電源と、前記電子を捕獲するファ
   ラデーカップとを備え、 ウエハへのイオン打ち込みに際して、ドーズ量設定値Ｄ
   を定めて前記エレクトロンシャワーをオフとした時のイ
   オンビーム電流ｉを前記イオンビーム電流計測器により
   計測し、このイオンビーム電流ｉにより前記ドーズ量設
   定値Ｄを得るための仮のイオン打ち込み時間T_sを前記イ
   オン打ち込み制御系の計算機を用いて前記所定の関係式
   から算出し、 次いで、前記エレクトロンシャワーをオンして前記イオ
   ンビーム電流計測器に流れる正味のイオンビーム電流ｉ
   とエレクトロンシャワー漏れ電流ｉ_Ｌとの和である見か
   けのイオンビーム電流Ｉを該イオンビーム電流計測器を
   用いて計測し、このイオンビーム電流Ｉを前記所定の関
   係式に代入して算出される仮のイオン打ち込み時間T_mが
   前記イオン打ち込み時間Ｔｓに等しくなるように前記ド
   ーズ量設定値ＤをD_mに補正し、 実際のウエハへのイオン打ち込み過程では、前記イオン
   ビーム電流計測器によりエレクトロンシャワー漏れ電流
   i_Lを含むイオンビーム電流Ｉを計測しながら、前記補正
   されたドーズ量設定値D_mに変換された前記所定の関係式
   にしたがって実際のイオン打ち込み時間Ｔを制御するこ
   とを特徴とするイオン打ち込み方法。