JPH07169431A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ビーム走査領域内に設置されたドーズファラ
デ１１およびビームファラデ１２と、上記両ファラデ１
１・１２にそれぞれ流入するビーム電流を個々に計測す
るビーム電流計測回路１３と、上記両ファラデ１１・１
２にそれぞれ流入するビーム電流の計測値の比率の変化
から、ビームドリフトの有無を検出する注入コントロー
ラ２４とを備えている。 【効果】 注入処理中、連続して、ドーズファラデ１１
とビームファラデ１２との両ファラデーカップに流入す
るビーム量を独立に計測し、それらの計測値の比率をチ
ェックすることにより、従来検出不可能であったビーム
ドリフトが検出可能となり、ビームドリフトに起因する
注入再現性の悪化を未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハ等のイオ
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、必要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、図９に示すよう
に、スポット状のイオンビーム５０を第１走査電極５１
・５１および第２走査電極５２・５２によりＸ方向（例
えば水平方向）に静電的に走査させる一方、ビーム照射
対象物としてのウェハ５３を保持した保持部材５４を、
Ｘ方向と直交するＹ方向（例えば垂直方向）に機械的に
駆動する、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、注入位置において、ウェハ５３は保持部材５
４に保持された状態で保持部材駆動機構５５に駆動さ
れ、イオンビーム５０の照射範囲を横切るようにＹ方向
に往復移動するようになっている。上記保持部材５４の
上流側には、図１０に示すように、スリット状の開口部
５６ａを持つマスク５６が配置されている。このマスク
５６の開口部５６ａは、ビーム走査領域内においてビー
ム走査方向に形成され、該開口部５６ａを通過したイオ
ンビーム５０のみが、その後方の保持部材５４に保持さ
れたウェハ５３に照射されるようになっている。

【０００５】イオン注入装置では、ウェハ５３にイオン
を均一注入するため、および注入量を規定の値に制御す
るため、注入処理中、イオンビーム５０のビーム電流を
計測し、イオン注入量（ドーズ量）をカウントする必要
がある。上記ハイブリッドスキャン型のイオン注入装置
では、保持部材５４に保持されたウェハ５３に流入する
ビーム電流量を、直接、計測することができないので、
ビーム走査範囲内における保持部材５４の近傍（マスク
５６の開口部５６ａの側方）に、ビーム電流計測用のフ
ァラデーカップ（以下、ドーズファラデと称する）５７
を設け、このドーズファラデ５７に入射するイオンビー
ム５０の電流を、ビーム電流計測回路５９によって計測
するようになっている。尚、このドーズファラデ５７
は、ビーム電流を計測するためだけでなく、イオンビー
ム５０のオーバスキャンの確認用としても利用される。

【０００６】尚、上記ドーズファラデ５７は、実際にウ
ェハ５３に注入されているイオンビーム５０を計測する
ものではないので、実際にウェハ５３に注入されている
イオンビーム５０の電流と、ドーズファラデ５７を用い
たビーム電流の計測値とは一致しない。このため、ドー
ズファラデ５７によるビーム電流の計測値をそのまま用
いて注入量を制御したのでは、設定した通りのドーズ量
にはならない。

【０００７】このドーズファラデ５７による計測誤差を
補正するために、従来より、図１１に示すように、注入
位置の後方に、複数のファラデーカップをビーム走査方
向に密に並列配置した構成のバックファラデ５８を設け
ている。即ち、保持部材５４をビーム照射領域外へ待機
させれば、バックファラデ５８には実際にウェハ５３に
注入されるイオンビーム５０が入射することになるの
で、ドーズファラデ５７とバックファラデ５８とによる
ビーム電流の計測値を比較すれば、ドーズファラデ５７
による計測誤差を補正することができる。

【０００８】詳しくは、注入処理開始前に、注入処理時
と同様にイオンビーム５０を走査させ、ドーズファラデ
５７とバックファラデ５８との流入ビーム電流密度の比
を測定して、ドーズ量を補正するための“ドーズ補正係
数”を求め、注入処理中は、上記の“ドーズ補正係数”
と設定ドーズ量とを掛け合わせた値と、注入中にドーズ
ファラデ５７に流入するビーム電流の計測値とに基づい
て、図１０に示す注入コントローラ６０が、注入量を規
定の値に制御するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来では、注入処理開
始前に上記のようなドーズ量の補正動作を行うだけで、
注入処理中を含めて、注入条件を変えるまで、ビーム量
の変動以外のビーム状態の確認が何ら行われていない。
即ち、注入処理中はドーズファラデ５７によってビーム
電流を計測しているので、もしビーム電流が大きく変動
すれば、それを検出することは可能であるが、イオンビ
ーム５０の軌道がずれるといったビームドリフト等のビ
ーム状態の変動を検出することはできない。

【００１０】上記のビームドリフトが生じる原因は、様
々である。その原因の１つには、イオン源で形成された
プラズマ中からイオンをビームとして引き出すための引
き出し電極が、時間の経過と共に熱膨張することが挙げ
られる。上記引き出し電極には、イオンビームが通過す
る電極スリットが形成されているが、上記引き出し電極
にイオンビームが当たって該電極の温度が上昇して熱膨
張し、電極スリットの位置が運転開始時よりも若干変化
するのである。その他の原因としては、イオン源から引
き出されたイオンビームの通路に所定の偏向磁場を形成
して質量分析する電磁石（分析マグネット）の電源部及
びマグネットコイル部の温度上昇によって、マグネット
電流が若干変化し、偏向磁場の磁束密度が変化すること
が挙げられる。

【００１１】上述のように、電極スリットの位置や偏向
磁場の磁束密度が変化すると、ビームの軌道にずれが生
じるのである。尚、分析マグネットの出口後方には、所
望のイオンのみが通過可能な分析スリットが設けられて
いるが、ビームの軌道に若干のずれが生じても許容範囲
内であれば分析スリットを通過することはできる。上述
のようにビームの軌道がずれると、図１０に二点鎖線で
示すように、スポット状のイオンビーム５０の走査部へ
の進入位置が、第１走査電極５１・５１間の中心位置か
らずれることになる。このため、ビームの走査幅は変わ
らないが、ビームの走査領域がビーム軌道がずれた分だ
けシフトする。

【００１２】このように、注入処理中にビームドリフト
によってビーム走査領域が変化すると、ドーズファラデ
５７に流入するビーム電流密度と、実際にウェハ５３に
注入されているイオンビーム５０の電流密度（即ち、バ
ックファラデ５８に流入するビーム電流密度）との比率
も変化することが一般的であるので、“ドーズ補正係
数”も更新する必要がある。しかしながら、従来では、
ビームドリフトが生じていることを検出できないので、
ビームドリフトが起きても、注入処理前に所定の走査領
域を走査するビームに対して求めた“ドーズ補正係数”
を使用して注入量の制御を行っている。通常は、注入条
件を変えるまで、“ドーズ補正係数”を再演算すること
はない。

【００１３】以上のように、従来では、ビームドリフト
が発生すれば、誤った“ドーズ補正係数”を用いた注入
量の制御が行われることになる可能性が高いので、注入
量のばらつき、即ち、注入再現性の悪化を招くといった
問題がある。

【００１４】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、従来検出不可能であったビームドリフ
トの発生を検出することよって、ビームドリフトに起因
する注入再現性の悪化を未然に防止することができるイ
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、イオンビームを走査させるビーム走査手段を備え、
イオンビームを走査させながらビーム照射対象物にビー
ムを照射してイオン注入処理を行うものであって、上記
の課題を解決するために、以下の手段が講じられている
ことを特徴とするものである。

【００１６】即ち、上記イオン注入装置は、ビーム走査
領域内に設置された複数のビーム計測部（例えば、ファ
ラデーカップ）と、上記複数のビーム計測部にそれぞれ
流入するビーム電流を個々に計測するビーム電流計測手
段と、上記複数のビーム計測部にそれぞれ流入するビー
ム電流の計測値によるそれぞれのビーム電流密度の比率
を求め、注入処理中の上記の比率の変化から、ビームド
リフト発生の有無を検出するビームドリフト検出手段と
を備えている。

【００１７】

【作用】上記の構成によれば、注入処理中、連続して、
ビーム走査領域内に設置された複数のビーム計測部に流
入するビーム電流（ビーム量）がビーム電流計測手段に
よって個々に計測され、それらのビーム電流密度の比率
がビームドリフト検出手段によってチェックされる。

【００１８】イオンビームは、ビームの形状および走査
速度がビーム走査領域内の位置によって異なっているた
め、ビーム走査領域内の位置によって、ビーム量（単位
時間当たり、単位面積に流入するビーム量）が異なって
いる。このため、ビームドリフトによってビーム走査領
域がシフトすると、各ビーム計測部に流入するビーム電
流が変動し、その結果、各ビーム計測部に流入するビー
ム電流の比率も変化する。尚、ビームドリフトが起きな
ければ、イオンビームそのもののある範囲のビーム量の
変動では、各ビーム計測部に流入するビーム電流の比率
はほとんど変化しない。

【００１９】したがって、上記の構成のように、注入処
理中に各ビーム計測部に流入するビーム電流の比率をチ
ェックすることにより、従来検出不可能であったビーム
ドリフトの検出が可能となり、ビームドリフトに起因す
る注入再現性の悪化を未然に防止することができる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図９に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２１】本実施例に係るイオン注入装置は、図９に
示すように、スポット状のイオンビーム５０を、走査手
段としての第１走査電極１ａ・１ｂおよび第２走査電極
２ａ・２ｂにより、Ｘ方向（例えば水平方向）に静電的
に平行走査（パラレルスキャン）させると共に、イオン
照射対象物としてのウェハ１０をＸ方向と直交するＹ方
向（例えば垂直方向）に機械的に駆動するパラレルビー
ム方式のハイブリッドスキャン型のものである。

【００２２】上記イオン注入装置は、図１に示すよう
に、第１走査電極１ａ・１ｂおよび第２走査電極２ａ・
２ｂに、略三角波状の走査電圧を印加する走査電源を備
えている。この走査電源は、略三角波状の走査電圧波形
に対応する信号を発生する波形コントローラ５と、上記
波形コントローラ５からの信号に応じた互いに逆極性の
走査電圧を出力する高圧アンプ６・７とを有している。

【００２３】上記波形コントローラ５は、図３に示すよ
うに、ＣＰＵ（Central ProcessingUnit)５ａ、メモリ
５ｂ、およびディジタル／アナログ変換部（以下、Ｄ／
Ａ部と称する）５ｃを備えており、走査電圧波形データ
がメモリ５ｂ内に格納されている。この波形コントロー
ラ５では、ＣＰＵ５ａがメモリ５ｂから走査電圧波形デ
ータを読み出し、Ｄ／Ａ部がその走査電圧波形データを
アナログ量に変換した後、上記高圧アンプ６・７へと出
力するようになっている。

【００２４】上記の第１走査電極１ａ・１ｂ同士および
第２走査電極２ａ・２ｂ同士は、それぞれ平行に対向配
置されており、第１走査電極１ａ・１ｂ同士間のギャッ
プとそれらの電極長との比率が、上記第２走査電極２ａ
・２ｂ同士間のギャップとそれらの電極長との比率とほ
ぼ一致するように構成されている。

【００２５】上記の各第１走査電極１ａ・１ｂには、上
記の走査電源より互いに１８０度位相が異なる略三角波
状の走査電圧が印加され、また、上記の各第２走査電極
２ａ・２ｂにも、走査電源より互いに１８０度位相が異
なる略三角波状の走査電圧が印加されている。そして、
第１走査電極１ａと第２走査電極２ｂとに同じ走査電圧
が印加されると共に、第１走査電極１ｂと第２走査電極
２ａとに同じ走査電圧が印加されている。これにより、
第１走査電極１ａ・１ｂ間の略中央を通過するスポット
状のイオンビーム５０は、第１走査電極１ａ・１ｂ間に
形成される電界によって扇形状の走査ビームとなり、こ
の後、第２走査電極２ａ・２ｂ間に形成される電界によ
って平行ビームとなる。

【００２６】尚、図９に示すように、第１走査電極１ａ
・１ｂの設置場所と第２走査電極２ａ・２ｂの設置場所
との間には、イオンビーム５０をＹ方向に必要な角度だ
け偏向させる偏向電極３・３が設けられている。

【００２７】図１に示すように、上記第２走査電極２ａ
・２ｂの後方には、スリット状の開口部８ａを持つマス
ク８が配置されている。このマスク８の開口部８ａは、
ビーム走査領域内に形成され、開口部８ａを通過したイ
オンビーム５０のみが、その後方の保持部材９に保持さ
れたウェハ１０に照射されるようになっている。

【００２８】上記保持部材９は、図９に示すように、保
持部材駆動機構２３に駆動され、イオンビーム５０の照
射範囲を横切るようにＹ方向に往復移動するようになっ
ている。

【００２９】また、図１に示すように、上記マスク８に
おける開口部８ａの両側には、ドーズファラデ（ビーム
計測部）１１とビームファラデ（ビーム計測部）１２と
の２つのファラデーカップにイオンビーム５０を入射さ
せるための開口部８ｂ・８ｃがそれぞれ形成されてお
り、各開口部８ｂ・８ｃの後方には、同一構造のドーズ
ファラデ１１とビームファラデ１２とがそれぞれ設置さ
れている。

【００３０】上記のドーズファラデ１１は、従来、ドー
ズ補正係数の演算、注入中のドーズ量のカウント、およ
びイオンビーム５０のオーバースキャンの確認のために
用いられているものであるが、本実施例では、それだけ
でなく、後述のようにビームドリフトの検出用としても
用いられるファラデーカップである。

【００３１】上記のビームファラデ１２は、従来、イオ
ンビーム５０のオーバースキャンを確認するためだけに
用いられているものであるが、本実施例では、それだけ
でなく、ドーズ補正係数を演算すると共に、ビームドリ
フトを検出するためにも用いられるファラデーカップで
ある。

【００３２】上記のドーズファラデ１１またはビームフ
ァラデ１２に流入するビーム電流は、ビーム電流計測回
路（ビーム電流計測手段）１３において計測される。上
記ビーム電流計測回路１３は、図２に示すように、ドー
ズファラデ１１またはビームファラデ１２を選択するフ
ァラデ選択回路１４、ドーズファラデ１１またはビーム
ファラデ１２に流入する微小なビーム電流を電圧に変換
して増幅する増幅回路１５、および上記増幅回路１５の
出力を高速でアナログ／ディジタル変換するアナログ／
ディジタル変換回路１６を備えている。

【００３３】また、波形コントローラ５は、イオンビー
ム５０が１スイープする間にドーズファラデ１１に流入
するビーム電流を積算するためのドーズファラデ用積算
カウンタ１７、イオンビーム５０が１スイープする間に
ビームファラデ１２に流入するビーム電流を積算するた
めのビームファラデ用積算カウンタ１８、上記ドーズフ
ァラデ用積算カウンタ１７の出力とビームファラデ用積
算カウンタ１８の出力とを加算する加算回路１９、イオ
ンビーム５０のスイープＮ回分（設定した回数分）のド
ーズファラデ用積算カウンタ１７の出力を加算するドー
ズファラデ用Ｎ回分加算回路２０、イオンビーム５０の
スイープＮ回分のビームファラデ用積算カウンタ１８の
出力を加算するビームファラデ用Ｎ回分加算回路２１、
および上記ドーズファラデ用Ｎ回分加算回路２０とビー
ムファラデ用Ｎ回分加算回路２１との出力を除算する除
算回路２２を備えている。

【００３４】上記加算回路１９の出力、即ち、ドーズフ
ァラデ１１およびビームファラデ１２に流入するビーム
電流に対応する信号は、ドーズ補正係数を求める場合に
は、波形コントローラ５内で処理され、ドーズカウント
に使用する場合は、保持部材駆動機構２３を制御するこ
とによって注入量の制御を行う注入コントローラ２４に
取り込まれるようになっている。上記注入コントローラ
２４は、マイクロコンピュータ等によって構成されてい
る。上記除算回路２２の出力、即ち、イオンビーム５０
がＮ回スイープする間にドーズファラデ１１とビームフ
ァラデ１２とに流入するビーム電流の比率に対応する信
号は、ビームドリフトをチェックするために波形コント
ローラ５内で処理される。

【００３５】尚、上記波形コントローラ５が、走査電圧
波形データのアドレスデータ（以下、波形アドレスと称
する）に基づいて、上記ビーム電流計測回路１３のファ
ラデ選択回路１４の切り換えや、ドーズファラデ用積算
カウンタ１７およびビームファラデ用積算カウンタ１８
のリセット等を行うようになっている。

【００３６】イオンビーム５０は、波形コントローラ５
のメモリ５ｂに記憶されている走査電圧波形データに応
じた走査電圧によって偏向されて走査するようになって
おり、走査領域内のビームの位置は、走査電圧波形デー
タおよびその波形アドレスによって一意に定まる。例え
ば、走査電圧波形が略三角波であるとして、１スイープ
分の走査電圧波形データの波形アドレスが０〜３９９９
とすると、図４に示すように、ビームファラデ１２側の
ビーム走査領域の端（時間ｔ₀ 、波形アドレス“０”）
から走査を開始するイオンビーム５０は、波形アドレス
が“１０００”になる時間ｔ₁ においてビーム走査領域
のほぼ中心に位置し、波形アドレスが“２０００”にな
る時間ｔ₂ においてビーム走査領域の他方の端（折り返
し点）にくる。この後、イオンビーム５０は、波形アド
レスが“３０００”になる時間ｔ₃ においてビーム走査
領域のほぼ中心に位置し、波形アドレスが再び“０”に
なる時間ｔ₄ において走査開始点に戻る。

【００３７】即ち、イオンビーム５０は、１スイープの
間に、波形アドレス“０”（時間ｔ₀ ）から波形アドレ
ス“１０００”（時間ｔ₁ ）までの間と、波形アドレス
“３０００”（時間ｔ₃ ）から波形アドレス“０”（時
間ｔ₄ ）までの間とに、ビームファラデ１２に入射し、
波形アドレス“１０００”（時間ｔ₁ ）から波形アドレ
ス“３０００”（時間ｔ₃ ）までの間に、ドーズファラ
デ１１に入射する。ドーズファラデ１１またはビームフ
ァラデ１２によって計測されるビーム電流と、時間また
は波形アドレスとの関係を示せば、図５のようになる。

【００３８】そこで、上記波形コントローラ５は、波形
アドレスが０〜１０００のときと３０００〜３９９９の
ときとにビームファラデ１２を選択し、波形アドレスが
１００１〜２９９９のときにドーズファラデ１１を選択
するように、ビーム電流計測回路１３のファラデ選択回
路１４を切り換る。また、注入コントローラ２４は、波
形アドレスが０〜１０００のときと３０００〜３９９９
のときとにビームファラデ用積算カウンタ１８のカウン
トが行われる一方、波形アドレスが１００１〜２９９９
のときにドーズファラデ用積算カウンタ１７のカウント
が行われるように、各カウンタ１７・１８を制御する。

【００３９】注入位置の後方（保持部材９の後方）に
は、図６に示すように、複数のファラデーカップをビー
ム走査方向に密に並列配置した構成のバックファラデ２
５が設けられており、図７に示すように、保持部材９を
ビーム照射領域外へ待機させれば、バックファラデ２５
にはマスク８の開口部８ａを通過したイオンビーム５０
（実際にウェハ１０に注入されるビーム）が入射するよ
うになっている。

【００４０】上記ビーム電流計測回路１３は、各ファラ
デに流入するビーム電流を計測するための増幅回路、ア
ナログ／ディジタル変換回路を備えており、積算カウン
タ等を備えている波形コントローラ５へ、各ファラデに
流入するビーム電流に対応する信号を出力するようにな
っている。

【００４１】また、上記イオン注入装置は、図１に示す
ように、ウェハ１０に注入するドーズ量を含む注入条件
を設定するための入力操作部２６を備えており、この入
力操作部２６の操作により設定されたドーズ量は、注入
コントローラ２４に取り込まれるようになっている。

【００４２】上記の構成において、イオン注入装置の動
作を以下に説明する。

【００４３】先ず、注入処理開始前に、注入処理時と同
様にイオンビーム５０を走査させた状態で、ドーズファ
ラデ１１、ビームファラデ１２、およびバックファラデ
２５を用いてビーム電流を計測し、ドーズ補正係数を演
算する。

【００４４】即ち、ドーズファラデ１１とビームファラ
デ１２とに流入するビーム電流が、ビーム電流計測回路
１３によって計測され、両ファラデ１１・１２に流入す
るビーム電流を合計した値が、波形コントローラ５の加
算回路１９によって求められる。また、バックファラデ
２５に流入するビーム電流もビーム電流計測回路１３に
よって計測され、その計測値も波形コントローラ５へ取
り込まれる。

【００４５】上記波形コントローラ５は、ビーム電流計
測回路１３から取り込まれるファラデ１１・１２に流入
するビーム電流（Ｉ_DOSE＋Ｉ_BEAM）と、バックファラデ
２５に流入するビーム電流Ｉ_BACKとに基づいて、ドーズ
補正係数Ｋを下式（１）により算出する。このドーズ補
正係数は、波形コントローラ５より注入コントローラ２
４に出力される。注入コントローラ２４では、上記ドー
ズ補正係数を設定ドーズ量に乗じて注入量の制御に用い
る。

【００４６】 Ｋ＝〔Ｓ_BACK／（Ｓ_DOSE＋Ｓ_BEAM）〕・〔（Ｉ_DOSE＋Ｉ_BEAM）／Ｉ_BACK〕 ・・・（１） Ｓ_BACK：バックファラデ２５の開口面積 Ｓ_DOSE：ドーズファラデ１１の開口面積 Ｓ_BEAM：ビームファラデ１２の開口面積 Ｉ_BACK：バックファラデ２５に流入するビーム電流 Ｉ_DOSE：ドーズファラデ１１に流入するビーム電流 Ｉ_BEAM：ビームファラデ１２に流入するビーム電流 尚、上記のビーム電流Ｉ_BACKおよび（Ｉ_DOSE＋Ｉ_BEAM）
は、複数回スイープによる計測値とする。

【００４７】また、注入処理開始前のドーズ補正係数の
演算時、ドーズファラデ１１に流入するビーム量とビー
ムファラデ１２に流入するビーム量との比率を求める。
即ち、ドーズファラデ１１とビームファラデ１２とに流
入するビーム電流が、ビーム電流計測回路１３によって
計測され、イオンビーム５０がＮ回スイープする間に両
ファラデ１１・１２に流入するビーム電流の比率を波形
コントローラ５の内部メモリに記憶しておく。

【００４８】以上のような注入処理開始前の準備動作の
後、実際の注入処理が行われる。注入処理中、注入コン
トローラ２４は、ビーム電流計測回路１３を介して、波
形コントローラ５の加算回路１９から取り込まれるドー
ズファラデ１１およびビームファラデ１２に流入するビ
ーム電流に基づいて、ウェハ１０を保持した保持部材９
のＹ方向の移動速度を、保持部材駆動機構２３の制御に
よって調整する。具体的には、ビーム電流が減少すれ
ば、それに比例して保持部材９の移動速度を遅くし、逆
にビーム電流が増加すれば、それに比例して移動速度を
速めるように制御する。この保持部材９の移動速度の制
御により、ウェハ１０面上のＹ方向の注入均一性を確保
するようになっている。

【００４９】また、注入処理中、注入コントローラ２４
は、ビーム電流計測回路１３を介し、波形コントローラ
５の加算回路１９から取り込まれるドーズファラデ１１
およびビームファラデ１２に流入するビーム電流の値に
基づいて、ドーズ量をカウントする。そして、ドーズ量
のカウントが、注入処理前に求めたドーズ補正係数Ｋと
設定ドーズ量とを掛け合わせた値になると、保持部材９
をビーム照射領域から退避させて、次の新しいウェハ１
０に対して、上記と同様の注入処理を行うようになって
いる。

【００５０】即ち、ドーズ量Ｄは、一般的に、下式
（２）で表される。

【００５１】Ｄ＝Ｉ・ｔ／ｎ・ｅ・Ｓ ・・・（２） Ｉ：ビーム電流，ｔ：注入時間，ｎ：価数，ｅ：注入面
積，Ｓ：注入面積 実際にウェハ１０に注入されるビームはバックファラデ
２５に流入するビーム電流に相当するので、 Ｄ＝Ｉ_BACK・ｔ／ｎ・ｅ・Ｓ_BACK ・・・（３） となる。

【００５２】ドーズ補正係数Ｋは、上記の式（１）のよ
うに定義されているので、 Ｉ_BACK＝（１／Ｋ）・〔Ｓ_BACK／（Ｓ_DOSE＋Ｓ_BEAM）〕・（Ｉ_DOSE＋Ｉ_BEAM） ・・・（１′） となる。上式（１′）を上式（３）に代入して変形する
と、 ＫＤ＝（Ｉ_DOSE＋Ｉ_BEAM）・ｔ／ｎ・ｅ・（Ｓ_DOSE＋Ｓ_BEAM） ・・・（４） となる。

【００５３】したがって、入力操作部２６で設定した設
定ドーズ量Ｄにドーズ補正係数Ｋを掛けた値と、ドーズ
ファラデ１１およびビームファラデ１２に流入するビー
ム電流量の測定カウントとによって、ウェハ１０へのド
ーズ量を制御できるのである。

【００５４】また、注入処理中、波形コントローラ５で
は、イオンビーム５０がＮ回スイープする毎に、ビーム
電流計測回路１３の除算回路２２により、ドーズファラ
デ１１とビームファラデ１２とに流入するビーム電流の
比率を求める。上記波形コントローラ５は、上記除算回
路２２によって求めた比率と注入処理前に求めた両ファ
ラデ１１・１２の比率とを比較し、所定の許容範囲以上
の変化を検出した場合、ビームドリフトが発生したと判
断し、インターロック信号を注入コントローラ２４へ出
力する。注入コントローラ２４は、上記インターロック
信号を入力したとき、注入を一旦停止するホールド処理
を行う。例えば、５００スイープを１サイクルとして比
率を求め、２％の変化でインターロック（ホールド処
理）をかける。上記のホールド処理とは、保持部材９を
ビーム照射領域外に待機させて、注入を一時停止する処
理である。

【００５５】尚、上記波形コントローラ５によって、特
許請求の範囲に記載のビームドリフト検出手段が構成さ
れている。上記では、波形コントローラ５の除算回路２
２で比率を求めているが、例えば、注入コントローラ２
４内部で演算するようになっていてもよい。

【００５６】上記のように、ドーズファラデ１１とビー
ムファラデ１２とに流入するビーム電流の比率が変化す
る主な原因には、ビームドリフトがある。即ち、イオン
ビーム５０は、ビーム走査領域内の位置によって、ビー
ム量が異なっており、ビームドリフトによってビーム走
査領域がシフトすると、ドーズファラデ１１に流入する
ビーム電流およびビームファラデ１２に流入するビーム
電流が変動し、両ファラデ１１・１２に流入するビーム
電流の比率も変化するのである。尚、ビームドリフトが
起きなければ、イオンビーム５０そのもののビーム量が
ある範囲で変動しても、両ファラデ１１・１２に流入す
るビーム電流の比率は変化しない。

【００５７】イオンビーム５０のビーム量がビーム走査
領域内の位置によって異なっている主な理由としては、
ビームの形状および走査速度がビーム走査領域内の位置
によって異なっていることが挙げられる。

【００５８】ビーム走査領域内の位置によってビームの
形状が異なる原因の１つとしては、上記の第１走査電極
１ａ・１ｂや第２走査電極２ａ・２ｂのような平行平板
走査電極を用いた静電スキャンにおける中性点作用が挙
げられる。これは、イオンビーム５０がある電界強度以
上の中を通過するときに、ビーム中にある程度含まれて
いる電子が電界によって吸い取られ、空間電荷の中性が
破られることになり、結果としてビームが広がってしま
うことに起因するもので、ビーム走査領域の殆どでは、
上記のようにビームが広がるのであるが、走査電極間の
電界が０（ゼロ）となるビーム走査領域の中央部では、
ビーム中の電子が失われることがないので、ビームが絞
られたまま進行する現象が起きるというものである。即
ち、ビーム走査領域の中央部でビームが小さく電流密度
が高く、その他の走査領域ではビームが大きく電流密度
が低くなる。

【００５９】また、ビーム走査領域内の位置によってビ
ーム走査速度が異なるのは、ビーム走査領域の中央部と
端部とでビーム入射角が異なるためである。即ち、二組
の平行平板走査電極（第１走査電極１ａ・１ｂおよび第
２走査電極２ａ・２ｂ）でビームを平行走査させてはい
るが、全走査領域にわたって完全な平行ビームを得るこ
とは困難である。

【００６０】そこで、従来から、図７に示すように、注
入位置の前方に複数のファラデーカップをビーム走査方
向に密に並列配置した構成のフロントファラデ２７を設
け、該フロントファラデ２７と上述のバックファラデ２
５とに入射するビームの位置を測定して、ビーム入射角
を求め、ビーム入射角に応じて走査電圧波形を整形して
ビーム走査速度を略一定にするようになっている。尚、
図８に示すように、マスク８の開口部８ａ、バックファ
ラデ２５、および図示していないがドーズファラデ１１
およびビームファラデ１２は、偏向電極３・３によって
イオンビーム５０がＹ方向に７°偏向された位置に設け
られる一方、フロントファラデ２７はＹ方向に3.５°偏
向された位置に設けられており、偏向電極３・３によっ
て偏向角を切り換えて測定される。

【００６１】上記のように、ビーム走査速度を略一定に
する補正が行われていても、厳密に走査速度が一定とな
っているとは限らない。もし、ビームが同じ形状で同じ
電流密度分布をもっていたとしても、位置によって走査
速度が異なれば、計測されるビーム電流はビームの位置
によって異なる。実際は、上述のように、位置によって
ビームの形状も異なるわけで、ビームドリフトによって
ビーム走査領域がシフトすると、ドーズファラデ１１と
ビームファラデ１２とに流入するビーム電流の比率が変
化し、ビームドリフトの検出が可能である。

【００６２】上述のように波形コントローラ５が、注入
処理前の両ファラデ１１・１２に流入するビーム電流の
比率が注入処理中に許容範囲以上変化したことを検出し
て注入コントローラ２４にインターロック信号を出力
し、注入処理が停止した場合は、（必要であれば、ビー
ム再調整後に）再度、上述の動作を行ってドーズ補正係
数を求め直し、注入処理途中のウェハ１０も含め、その
後の処理ウェハについては、求め直したドーズ補正係数
を使用した注入量制御が注入コントローラ２４により行
われる。

【００６３】以上のように、本実施例のイオン注入装置
は、ビーム走査手段としての第１走査電極１ａ・１ｂ、
第２走査電極２ａ・２ｂによってイオンビーム５０を走
査させながらビームをウェハ１０に照射してイオン注入
処理を行うものであって、ビーム走査領域内に設置され
たビーム計測部としてのドーズファラデ１１およびビー
ムファラデ１２と、上記両ファラデ１１・１２にそれぞ
れ流入するビーム電流を個々に計測するビーム電流計測
手段としてのビーム電流計測回路１３と、上記両ファラ
デ１１・１２にそれぞれ流入するビーム電流の計測値の
比率を求め、注入処理中の上記の比率の変化から、ビー
ムドリフトの有無を検出するビームドリフト検出手段と
しての波形コントローラ５とを備えている構成である。

【００６４】このように、注入処理中、連続して、ドー
ズファラデ１１とビームファラデ１２との両ファラデー
カップに流入するビーム量を独立に計測し、それらの比
率をチェックすることにより、従来検出不可能であった
ビームドリフトが検出可能となり、ビームドリフトに起
因する注入再現性の悪化を未然に防止するのに役立つ。
例えば、ビームドリフトを検出したとき、上述のよう
に、インターロックをかけて注入を停止する、或いは、
警報器を鳴動させたり異常発生を表示によりオペレータ
に知らせる等の警報動作を行うことが可能である。そし
て、ビームドリフトによって変化したビームの再調整を
行ったり、ドーズ補正係数を求め直して、注入を再開す
れば、注入再現性を確保できる。

【００６５】また、上記実施例では、ドーズファラデ１
１とビームファラデ１２との両ファラデーカップに流入
するビーム量の合計と、バックファラデ２５に流入する
ビーム量とに基づいて、ドーズ補正係数を求めると共
に、注入処理中、ドーズファラデ１１とビームファラデ
１２との両ファラデーカップに流入するビーム量の合計
をカウントして、注入量の制御を行うようになってい
る。従来では、ドーズファラデのみのビーム量のカウン
トにより注入量の制御を行っているが、上記のように２
つ（３つ以上でもよい）のファラデーカップに流入する
ビーム量をカウントする方が、時間当たりの情報量が増
え、より正確な注入量の制御が可能となる。

【００６６】尚、上記実施例では、２つのファラデーカ
ップ（ドーズファラデ１１とビームファラデ１２）に流
入するビーム電流の比率に基づいたビームドリフトの検
出を行っているが、ビーム走査領域内に３つ以上のファ
ラデーカップ（ビーム電流計測部）を設置してもよい。
例えば、Ａ、Ｂ、Ｃの３つのファラデーカップを設けた
場合、Ａ対Ｂ、Ａ対ＣおよびＢ対Ｃの流入ビーム電流比
率からビームドリフトの発生の有無を判断でき、検出精
度の向上が図れる。

【００６７】また、上記実施例では、ビーム走査手段が
静電的にビームを走査させる構成となっているが、電磁
石によって電磁的にビームを走査させる構成であっても
よい。上記の実施例は、あくまでも、本発明の技術内容
を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ
限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の
精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施す
ることができるものである。特に、コントローラの機能
区分については、本実施例では具体的な例を示している
に過ぎず、色々な構成が可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、以上のよう
に、ビーム走査領域内に設置された複数のビーム計測部
と、上記複数のビーム計測部にそれぞれ流入するビーム
電流を個々に計測するビーム電流計測手段と、上記複数
のビーム計測部にそれぞれ流入するビーム電流の計測値
の比率を求め、注入処理中の上記の比率の変化から、ビ
ームドリフト発生の有無を検出するビームドリフト検出
手段とを備えている構成である。

【００６９】それゆえ、注入処理中に、連続して、上記
の各ビーム計測部に流入するビーム電流の比率をチェッ
クすることにより、従来検出不可能であったビームドリ
フトの検出が可能となり、ビームドリフトに起因する注
入再現性の悪化を未然に防止することができるという効
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ビーム電流計測回路の要
部の構成を示すブロック図である。

【図３】上記イオン注入装置のビーム走査系の構成を示
す概略構成図である。

【図４】上記イオン注入装置におけるビーム走査領域内
のビームの位置と時間または波形アドレスとの関係を示
す説明図である。

【図５】上記イオン注入装置におけるドーズファラデま
たはビームファラデによって計測されるビーム電流と、
時間または波形アドレスとの関係を示す説明図である。

【図６】上記イオン注入装置におけるドーズファラデ、
ビームファラデ、およびバックファラデの位置関係を示
す説明図である。

【図７】上記イオン注入装置におけるビームラインを示
す概略の斜視図である。

【図８】上記イオン注入装置におけるビームラインを示
す概略の側面図である。

【図９】パラレルビーム方式のハイブリッドスキャン型
イオン注入装置を示す概略の斜視図である。

【図１０】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。

【図１１】上記従来のイオン注入装置のドーズファラデ
とバックファラデとの位置関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ・１ｂ 第１走査電極（走査手段） ２ａ・２ｂ 第２走査電極（走査手段） ５ 波形コントローラ（ビームドリフト検出手
段） ８ マスク ８ａ 開口部 ９ 保持部材 １０ ウェハ（ビーム照射対象物） １１ ドーズファラデ（ビーム計測部） １２ ビームファラデ（ビーム計測部） １３ ビーム電流計測回路（ビーム電流計測手
段） ２２ 除算回路（ビームドリフト検出手段） ２３ 保持部材駆動機構 ２４ 注入コントローラ ２５ バックファラデ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを走査させるビーム走査手段
   を備え、イオンビームを走査させながらビーム照射対象
   物にビームを照射してイオン注入処理を行うイオン注入
   装置において、 ビーム走査領域内に設置された複数のビーム計測部と、 上記複数のビーム計測部にそれぞれ流入するビーム電流
   を個々に計測するビーム電流計測手段と、 上記複数のビーム計測部にそれぞれ流入するビーム電流
   の計測値の比率を求め、注入処理中の上記の比率の変化
   から、ビームドリフト発生の有無を検出するビームドリ
   フト検出手段とを備えていることを特徴とするイオン注
   入装置。