JPH07335585A - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH07335585A
JPH07335585A JP6129319A JP12931994A JPH07335585A JP H07335585 A JPH07335585 A JP H07335585A JP 6129319 A JP6129319 A JP 6129319A JP 12931994 A JP12931994 A JP 12931994A JP H07335585 A JPH07335585 A JP H07335585A
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卓 広川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビーム電流の変動によるイオン注入の
不均一性を無くすと共に、イオンビームに晒されるディ
スクの領域を少なくすることである。 【構成】 複数の半導体ウェハーを互いに間隙をおいて
支持できるようにディスクを構成すると共に、少なくと
も一つの間隙の幅を他の間隙の幅と異ならせておき、こ
れら異なる間隙を通過したイオンビームの電荷量を比較
してイオンビーム電流の変動を検出する。この検出結果
にしたがって、均一のイオンが注入されるように、ディ
スクの低速走査速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハー等の基
板に対し、荷電粒子、特に、イオンを注入するイオン注
入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種のイオン注入装置は、半
導体製造の際に、予め定められた化学種のイオンを半導
体ウェハーに注入するのに使用されている。また、イオ
ン注入装置には、注入を効率良く行うために、回転ディ
スクの円周に沿って複数の半導体ウェハーを配置し、回
転ディスクを回転させることにより、高速で全ての半導
体ウェハーを走査（スキャン）すると共に、イオンビー
ムを回転ディスクの半径方向へ相対的に比較的低速で移
動させることによって、各半導体ウェハーを低速で走査
（スキャン）する所謂メカニカルスキャン方式のイオン
注入装置がある。
【０００３】最近、イオン注入装置に対しては、イオン
の注入時間を短縮することにより半導体装置の生産性を
向上させるために、イオンビームの電流量を増加させる
ことが要求されており、上記したメカニカルスキャン方
式のイオン注入装置は、大電流イオンビームにも充分対
処できるものとして、期待されている。
【０００４】一方、大電流のイオンビームを使用した場
合、イオンビームが半導体ウェハー以外の部分、例え
ば、回転ディスクに照射されることよって生じるスパッ
タリング現象によって、不純物粒子が発生し、この不純
物粒子が目的のイオンに混入して半導体ウェハーに付着
し、半導体ウェハーを汚染する現象（以下、コンタミネ
ーションと呼ぶ）が発生する。このように、目的のイオ
ン以外の不純物元素が混入付着すると、半導体装置の歩
留まりが著しく低下してしまう。
【０００５】また、あるイオンの注入後、注入すべきイ
オンの化学種を変化させた場合、それまで注入されてい
た元素による汚染（即ち、クロスコンタミーション）も
生じることが指摘されている。
【０００６】このようなコンタミネーション、或いは、
クロスコンタミネーションを防止するために、種々の提
案が成されている。例えば、回転ディスクのスパッタリ
ングによるコンタミネーションを防止するために、特開
昭６１−１１６７４６号公報には、中心ハブの周りにウ
ェハー取付パドルを等間隔に円形に配置し、各パドル先
端にウェハーを取り付けることにより走査アーム組立体
を構成したイオン注入装置が開示されている。このイオ
ン注入装置では、走査アーム組立体を高速で回転させる
と共に、走査アーム組立体の底部の軸の周りに低速で歳
差運動を行うように構成されている。
【０００７】この構成によれば、ウェハー取付パドルを
ディスクとして設けることにより、イオンビームに晒さ
れる部分を少なくでき、このため、イオンビームに晒さ
れるディスク部分を極めて少なくできると共に、上記し
た歳差運動により各ウェハー全体をイオンビームによっ
て照射できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たウェハー取付パドルを使用したイオン注入装置では、
歳差運動における速度を回転軸からの距離に反比例する
ように、制御しているが、この歳差運動中におけるイオ
ンビーム電流の変動については、何等考慮されていな
い。したがって、低速の歳差運動中にイオンビーム電流
に変化があった場合、この変化に充分追随できず、この
ため、イオンを均一に注入できないという欠点がある。
【０００９】本発明の目的は、ディスクがイオンビーム
に晒されることによるスパッタリングの現象を少なくで
きると共に、イオンビーム注入中におけるイオンビーム
電流の変化にも充分追随できるイオン注入装置を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
ウェハーを円周に沿って間隔をおいて位置付けることが
できるディスクを備えたイオン注入装置において、前記
ディスクは前記ウェハー間の間隔のうち、少なくとも一
か所の間隔が残りの間隔と異なるように構成されている
イオン注入装置が得られる。
【００１１】
【作用】上記した構成では、互いに異なる間隔を有する
ウェハー間を通過したイオンビームの電荷量を時間的に
順次比較することにより、イオンビーム電流の変動を検
出し、この変動に応じて、回転軸に対してディスクの半
径方向への低速スキャン速度を制御することにより、イ
オンビームの注入中に、イオンビーム電流に変動があっ
ても、実質的に均一に、イオンを各半導体ウェハーに注
入することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例に係
るイオン注入装置を説明する。図１を参照すると、本発
明の一実施例のイオン注入装置は、イオン源（図示せ
ず）からのイオンビーム１０をガイドするガイドチャン
バー１２、ガイドチャンバー１２からのイオンビーム１
０を半導体ウェハー等に注入する処理チャンバー１３と
を有している。
【００１３】図示された処理チャンバー１３内には、後
述する本発明のディスク１５が配置されており、このデ
ィスク１５はディスク１５中心に設けられた回転軸の周
りに高速スキャン駆動機構１６により高速で回転する。
この回転により、ディスク１５の円周に沿って配置され
た半導体ウェハーは、高速でスキャンされると共に、図
１の上下方向にも低速でスキャンされる。このように、
各半導体ウェハーを回転軸から半径方向にも低速でスキ
ャンできるように、低速スキャン駆動機構１７が備えら
れている。ここで、低速スキャン駆動機構１７として
は、低速スキャン動作を制御できるものが使用され、他
方、高速スキャンのための駆動機構は通常の駆動機構を
使用できる。
【００１４】処理チャンバー１３に設けられたディスク
１５の後方、即ち、イオンビームの照射面とは反対側の
面には、ビーム電流測定装置２０が設置されており、こ
のビーム電流測定装置２０により、ディスク１５を通過
したイオンビームの電荷量が測定される。このビーム電
流測定装置２０としては、通常使用されているものを使
用できるので、ここでは、詳述しない。
【００１５】ビーム電流測定装置２０は制御部２２に接
続されており、図示された制御部２２は検出された電荷
量に基づき、予め定められた演算を行い、低速スキャン
駆動機構１７の走査速度を制御し、イオンが均一に注入
されるようにする。
【００１６】図２をも参照すると、処理チャンバー１３
に配置される本発明の一実施例に係るディスク１５は、
円周方向外側を取り付けるための半導体ウェハー取付部
１５１〜１５１７（以下、１５ｎで総称する）が複数
個、ここでは１７個設けられており、各取付部１５ｎに
は半導体ウェハーが搭載されているものとする。また、
ディスク１５の中央部１５ａと半導体ウェハー取付部１
５ｎとの間は、各半導体ウェハー取付部１５ｎより狭い
幅を有する橋絡部１５ｂによって接続されており、イオ
ンビームに晒される領域の減少を図っている。
【００１７】更に、図示された例では、半導体ウェハー
取付部１５１と１５２との間の間隔が他の取付部（１５
２、１５３等）の間の間隔より広く取られている。この
ことは、取付部１５１、１５２に取付けられた半導体ウ
ェハー間の間隔が他の取付部に取付けられた半導体ウェ
ハー間の間隔よりも広いことを意味している。子のと
き、前記間隔以外の条件、即ち、ウェハーのサイズ或い
は支持方法等は等しくなっている。
【００１８】このような構成を有するディスク１５で
は、橋絡部１５ｂの幅が非常に狭く、したがって、イオ
ンビームに晒される領域が狭くなるため、ディスク１５
がイオンビームに晒されることによる汚染を極力抑える
ことができる。
【００１９】一方、取付部１５２のセンターから隣接す
る取付部１５３のセンターまでの間の角度をＡとし、取
付部１５１と１５２との間の角度をＢとすると、取付部
１５１のセンターと取付部１５２のセンター間の角度は
Ａ＋Ｂであらわすことができる。
【００２０】この時、イオンビームの中心がディスク１
５の中心からＲの距離にあったとすると、イオンビーム
は図２の斜線部分に照射される。今、イオンビームの中
心が取付部１５１のセンター位置（１）から取付部１５
２のセンター位置（２）まで通過する間にディスク１５
の下流側に設けたビーム電流測定装置２０によって測定
される電荷量は、半導体ウェハー取付部１５１と１５２
との間の間隙、即ち、間隔を通過したイオンビームの電
荷量として測定されることになる。ここでは、ビーム電
流測定装置２０によって測定された電荷量をＱA+B とす
る。
【００２１】次に、ビーム電流測定装置２０によって、
イオンビームの中心が取付部１５２のセンター位置
（２）から取付部１５３のセンター位置（３）まで通過
する間の電荷量を同様に測定すると、この間の電荷量
は、取付部１５２と１５３との間の間隔を規定する間隙
を通過した電荷量として測定され、このとき測定された
電荷量をＱA とする。
【００２２】上記した条件のもとで、ＱA+B −ＱA を計
算すれば、角度Ｂの扇形部分を通過するビームの電荷量
を求める得ることがわかる。このことは、イオンビーム
電流のイオン注入中の変化を検出できることを意味して
おり、この変化に応じて、ディスク１５の半径方向にお
ける移動速度、即ち、走査速度を制御することによっ
て、各取付部１５ｎに取付けられた半導体ウェハー２５
に注入されるイオンの電荷量を実質的に一定に保つこと
ができる。より具体的に言えば、半径方向における移動
速度をＶとすれば、移動速度ＶはＶ＝Ｋ（ＱA+B −ＱA
）／Ｒ（但し、Ｋは比例定数）であらわすことがで
き、この式にしたがって、図１の制御部２２で移動速度
Ｖを演算し、その結果により低速スキャン駆動機構１７
を制御すれば、イオンを均一に注入できる。
【００２３】上記した電荷量の測定及び制御はディスク
の回転毎に行えば良い。この場合、タイミングのずれ
は、キャンセルされる。
【００２４】図３を参照すると、図１に示した本発明の
一実施例の変形に係るディスク１５はディスク中央部１
５ａ´と取付部１５ｎとが矩形形状の橋絡部１５ｂ´に
よって接続されている点で図２と異なっている。特定位
置の設けられた２つの取付部（図では１５１と１５２）
が角度Ｂを有する間隔をおいて配置されており、このた
め、これら特定位置の取付部１５１、１５２のセンター
位置間の角度がＡ＋Ｂであらわされ、他の取付部のセン
ター位置間の角度Ａと相違している点は、図２と同様で
ある。
【００２５】この構成によっても、図２の場合と同様
に、イオンビームに晒されるディスク１５の部分を極力
小さくすることができると共に、イオンビーム電流の変
化に応じてディスク１５の半径方向における移動速度、
即ち、走査速度を調整し、取付部１５ｎに取付けられた
半導体ウェハーにイオンを均一に注入することができ
る。
【００２６】図４を参照すると、本発明の他の実施例に
係るディスク１５は、隣接する取付部１５ｎ間をノッチ
（即ち、谷間）３０を設けることによって互いに分離
し、且つ、互いに隣接する２つの取付部１５ｎ間の間隔
を規定している。ここでは、取付部１５ｎ間の間隔は半
導体ウェハー間の間隔と実質上等しいものとする。この
例では、取付部１５ｎとディスク中央部１５ａ”間を接
続する橋絡部１５ｂ”はディスク中央部１５ａ”の方向
に向かって若干幅広になるテーパ形状を有している。
【００２７】図４において、取付部１５１と１５２との
間のノッチによって規定される角度間隔をＢ１、及び取
付部１５４と１５５との間のノッチによって規定される
角度間隔をＢ２とし、他の取付部間の角度間隔は角度間
隔Ｂ１及びＢ２より小さいものとする。
【００２８】また、取付部１５２のセンター位置と、こ
れに隣接する取付部１５３のセンター位置との間の角度
をＡ１とし、取付部１５５のセンター位置と、これに隣
接する取付部１５６のセンター位置との間の角度をＡ２
とした場合、取付部１５１と１５２との間の角度はＡ１
＋Ｂ１であらわされ、他方、取付部１５４と１５５との
間の角度はＡ２＋Ｂ２であらわされる。
【００２９】この場合にも、図２と同様に、角度（Ａ１
＋Ｂ１）及び角度（Ａ２＋Ｂ２）間の電荷量は、各ノッ
チを通過したイオンビームの電荷量ＱA1+B1 及びＱA2+B
2 によってあらわすことができる。したがって、半径Ｒ
の位置にイオンビームがある場合の半径方向の各部にお
ける走査速度Ｖは、 Ｖ＝Ｋ（ＱAN+BN −ＱAN）／Ｒ （１） （但し、N は１又は２である。）であらわされる。上式
からも明らかなとおり、角度間隔の異なるノッチは２つ
以上設けられても良い。また、走査速度Ｖの制御は電荷
量の平均値を用いても良い。
【００３０】図５を参照すると、本発明のもう一つの実
施例に係るディスク１５は、幅広のノッチを４箇所に備
え、且つ、ディスク中心部から半径方向外側に向かっ
て、広がるようなテーパ状の橋絡部１５ｂを有してい
る。更に、この橋絡部１５ｂは取付部１５ｎと一体化さ
れており、各取付部１５ｎには半導体ウェハー２５が搭
載されている。ここで、各幅広のノッチに隣接した取付
部センター間の間隔はＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の角度で
あらわされ、ノッチはＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の角度を
有しているものとすれば、各幅広のノッチを挟む取付部
センター間の間隔はそれぞれ（Ａ１＋Ｂ１）、（Ａ２＋
Ｂ２）、（Ａ３＋Ｂ３）、（Ａ４＋Ｂ４）の角度であら
わされる。図示された例においても、式（１）が成立
し、走査速度Ｖを制御することにより、イオンを各半導
体ウェハー２５に均一に注入できる。
【００３１】図６を参照すると、本発明の更にもう一つ
の実施例に係るディスク１５には、角度Ｂの幅広ノッチ
と、この幅広ノッチより小さい角度を有する通常ノッチ
とが設けられている。この場合、通常ノッチを挟む半導
体ウェハー間の角度をＡとし、幅広ノッチを挟む半導体
ウェハー間の角度をＡ＋Ｂとし、各ノッチを通過する電
荷量をＱA(R-ΔR)、ＱA(R+ΔR)、ＱA+B(R)とすると、次
式によって、走査速度Ｖを制御することができる。
【００３２】 Ｖ＝Ｋ（ＱA+B(R)− (ＱA(R-ΔR)＋ＱA(R+ΔR)）／２）／Ｒ （２） 式２からも明らかなとおり、隣接するノッチを通過する
電荷量の平均値を幅広のノッチを通過する電荷量から減
算することによって、通常は監視できる低速スキャンに
よる半径位置のずれ (ΔR)をも考慮することができ、よ
り正確にイオンを各半導体ウェハー２５に注入できる。
【００３３】図７（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、本発
明の各実施例に係るディスクにおいて、半導体ウェハー
を支持するために使用されるクランプ部の構成が示され
ている。図７（Ａ）からも明らかなとおり、取付部の外
周には回転による遠心力に抗して半導体ウェハー２５を
支持する第１のクランプ４１が設けられており、取付部
の内周に沿って第２及び第３のクランプ４２、４３が備
えられている。ここで、第２及び第３のクランプ４２、
４３は互いに同一の構成を有しているから、以下では第
２のクランプ４２についてのみ説明する。図７（Ｂ）に
示すように、第１のクランプ４１は取付部１５ｎに固定
された回転軸４１１と、この回転軸４１１から上方に延
びる固定用爪４１２とを備え、固定用爪４１２は半導体
ウェハー２５の外周と接触して、半導体ウェハー２５が
遠心力によって外周方向に飛び出さないように支持して
いる。また、第１のクランプ４１の下方に延びる部材は
圧縮バネ４１３によって取付部に固定されており、この
バネ４１３により図８（Ｂ）の時計方向に第１のクラン
プ４１を付勢している。更に、第１のクランプ４１の横
方向に延びる部材には、重り４１４が取り付けられてい
ると共に、その前方には、ストッパー４１５が設けられ
ている。
【００３４】他方、第２のクランプ４２は遠心力による
影響を考慮する必要がないため、第１のクランプ４１に
比較して簡略化された構成を有しており、ここでは、取
付部１５ｎに支持された回転軸４２１を中心として回転
できる可動部材４２２と、圧縮バネ４２３によって取付
部１５ｎに取付けられたアーム４２４とを備えている。
アーム４２４の内側端部には、ストッパー４２５が設置
されており、このストッパー４２５により、ウェハー２
５が取付けられていない状態で、アーム４２５が所望さ
れない位置まで回動するのを防止することができる。
【００３５】上記した構成を有する第１乃至第３のクラ
ンプにより、半導体ウェハー２５の端部を側方から抑
え、半導体ウェハー２５を取付部１５ｎ上にクランプす
ることができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明では、複数のウェハーを円周に沿
って間隔をおいて位置付けることができるディスクをウ
ェハー間の間隔のうち、少なくとも一か所の間隔が残り
の間隔と異なるように構成することにより、イオンビー
ムに晒されるディスク領域を少なくして、不所望なスパ
ッタリングによるコンタミネーションを防止できる。更
に、異なる間隔部分を通過したイオンビームの電荷量か
らイオンビーム電流の変動を検出し、この検出結果に応
じて、低速スキャンの速度を制御することにより、イオ
ンを均一に各半導体ウェハーに注入できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の全体構成を説明
するための概略図である。
【図２】図１に示されたイオン注入装置に使用される本
発明の一実施例に係るディスクを説明するための平面図
である。
【図３】図２に示されたディスクの変形例を示す平面図
である。
【図４】本発明の他の実施例に係るディスクを説明する
ための平面図である。
【図５】本発明のもう一つの実施例に係るディスクを説
明するための平面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係るディスクを説明する
ための平面図である。
【図７】（Ａ）は本発明に使用される半導体ウェハー取
付部を説明するための平面図である。（Ｂ）は図７
（Ａ）の半導体ウェハー取付部をＢ−Ｂ線に沿って破断
した概略断面図である。
【符号の説明】
１０ イオンビーム １２ ガイドチャンバー １３ 処理チャンバー １５ ディスク １６ 高速スキャン駆動機構 １７ 低速スキャン駆動機構 ２０ ビーム電流測定装置 ２２ 制御部 １５ａ ディスク中央部 １５ｂ 橋絡部 １５ｎ 半導体ウェハー取付部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】更に、図示された例では、半導体ウェハー
取付部１５１と１５２との間の間隔が他の取付部（１５
２、１５３等）の間の間隔より広く取られている。この
ことは、取付部１５１、１５２に取付けられた半導体ウ
ェハー間の間隔が他の取付部に取付けられた半導体ウェ
ハー間の間隔よりも広いことを意味している。このと
き、前記間隔以外の条件、即ち、ウェハーのサイズ或い
は支持方法等は等しくなっている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】上記した条件のもとで、ＱＡ＋Ｂ−ＱＡを
計算すれば、角度Ｂの扇形部分を通過するビームの電荷
量を求め得ることがわかる。このことは、イオンビーム
電流のイオン注入中の変化を検出できることを意味して
おり、この変化に応じて、ディスク１５の半径方向にお
ける移動速度、即ち、走査速度を制御することによっ
て、各取付部１５ｎに取付けられた半導体ウェハー２５
に注入されるイオンの電荷量を実質的に一定に保つこと
ができる。より具体的に言えば、半径方向における移動
速度をＶとすれば、移動速度ＶはＶ＝Ｋ（ＱＡ＋Ｂ−Ｑ
Ａ）／Ｒ（但し、Ｋは比例定数）であらわすことがで
き、この式にしたがって、図１の制御部２２で移動速度
Ｖを演算し、その結果により低速スキャン駆動機構１７
を制御すれば、イオンを均一に注入できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】 Ｖ＝Ｋ（ＱＡ＋Ｂ（Ｒ）−（ＱＡ（Ｒ−△Ｒ）＋ＱＡ（Ｒ＋△Ｒ））／２）／ Ｒ （２） 式２からも明らかなとおり、隣接するノッチを通過する
電荷量の平均値を幅広のノッチを通過する電荷量から減
算することによって、通常は無視できる低速スキャンに
よる半径位置のずれ（△Ｒ）をも考慮することができ、
より正確にイオンを各半導体ウェハー２５に注入でき
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のウェハーを円周に沿って間隔をお
    いて位置付けることができるディスクを備えたイオン注
    入装置において、前記ディスクは前記ウェハー間の間隔
    のうち、少なくとも一か所の間隔が残りの間隔と異なる
    ように、構成されていることを特徴とするイオン注入装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記イオン注入装置
    は、ディスクの中心位置を回転軸として回転させる高速
    駆動装置と、前記イオンの注入位置を相対的に前記ディ
    スクの半径方向へ移動させる低速駆動装置とを備え、更
    に、前記低速駆動装置の移動速度を前記互いに異なるウ
    ェハー間の間隔、並びに、ディスクの中心からイオンの
    注入位置までの距離を参照して演算し、前記ウェハーに
    イオンが均一に注入されるように、制御する制御手段と
    を有していることを特徴とするイオン注入装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、前記ディスクはイオ
    ンを注入される側の第１面と、該第１面の反対側に位置
    づけられた第２面とを備え、第２面側には、前記ウェハ
    ーの間を通過したイオンビームの電荷量を測定する電流
    測定装置が設けられていることを特徴とするイオン注入
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、前記制御手段は、異
    なるウェハー間の間隔を通過した電荷量の差を検出し、
    該電荷量の差に基づいて、前記移動速度を制御すること
    を特徴とするイオン注入装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記ディスクは、複
    数箇所における前記ウェハー間の間隔が他のウェハー間
    の間隔と異なるように構成されていることを特徴とする
    イオン注入装置。
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