JPH08106875A - イオン注入装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオンビーム照射時に発生した異常放電によ
る半導体ウエハの汚染を防止できるイオン注入装置を提
供する。 【構成】 二次電子の漏洩を防止するバイアスリング６
とイオン注入領域を決定するグランドマスク５との間で
発生した異常放電によるバイアスリング６にかけられた
バイアス電圧の変動回数を検出するオシロスコープ１０
と、このオシロスコープ１０と電気的に接続され、オシ
ロスコープ１０に検出されたバイアス電圧の変動回数が
所定の変動回数を上回ったときに半導体ウエハ１へのイ
オン注入動作を停止させるＣＰＵ１２とを有するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入技術に関し、
特に、イオン注入時に発生した放電により付着した異物
による半導体ウエハの汚染防止に適用して有効な技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスにおけるイオ
ン注入プロセスでは、ターゲットである半導体ウエハを
イオン注入装置のウエハ保持板に固定し、イオン化され
た所定の不純物元素を10〜数百keV のエネルギーに加速
してこれに打ち込んでいる。

【０００３】このように半導体ウエハにイオンを注入す
るイオン注入装置を詳しく記載している例としては、た
とえば、株式会社プレスジャーナル発行、「月刊 Semi
conductor World 」１９９２年７月号（平成４年６月２
０日発行）、Ｐ７９〜Ｐ１０２がある。

【０００４】今日においては半導体デバイスの微細化の
傾向が一層顕著であるが、このように微細化が進むにつ
れてウエハ処理プロセスにおける半導体ウエハの汚染が
製品歩留まりの低下や半導体デバイスの信頼性に与える
影響も大きくなってくる。したがって、上記のイオン注
入プロセス時においても半導体ウエハの汚染防止は大き
な問題となる。前記した刊行物のＰ９７〜Ｐ１０２にお
いては、「イオン注入プロセスにおけるエネルギーコン
タミネーションの除去」としてこの問題を大きくクロー
ズアップしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】イオン注入プロセスに
おける半導体ウエハの汚染原因の一つとして、ビーム照
射時において、ファラデーゲージの前に置かれたマスク
とバイアスリングとの間で異常放電が発生し、このとき
に削れたマスクの微粉やバイアスリングに付着していた
異物などがイオンビーム中に飛散して半導体ウエハ上に
付着することが挙げられる。このような異常放電は、イ
オンビームの軌道や形状、バイアスリングの汚れなどに
起因するものと考えられる。つまり、バイアスリングや
マスクがイオン打ち込みにより汚れてくると、イオンビ
ームが導火線の役割を果たして両者の間で異常放電が発
生するものと推定される。

【０００６】ここで、バイアスリングにはたとえば-100
0Vといった直流のバイアス電圧が印加されており、異常
放電発生時には該印加電圧が瞬間的に変動しているが、
一般的に放電は早い周期で発生するものであるため、通
常の電圧計（つまり、バイアスリングに印加されている
電圧値を表示するための電圧計）ではこの変動を検出す
ることは困難である。このような場合には、イオン注入
の完了した半導体ウエハが汚染されていることを発見し
て初めて異常放電が発生していたことが判明することに
なる。したがって、イオン注入された複数枚の半導体ウ
エハは不良品になり、作業者は事後的にバイアスリング
を新品と交換してマスクをクリーニングし異物を除去す
ることになる。

【０００７】かかる後発的な異常放電の発見は製品歩留
まりの低下を招来し、作業効率を悪化させることになり
好ましくない。

【０００８】そこで、本発明の目的は、イオンビーム照
射時に発生した異常放電による半導体ウエハの汚染を防
止できる技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。

【００１１】すなわち、本発明によるイオン注入装置
は、二次電子の漏洩を防止するバイアスリングとイオン
注入領域を決定するマスクとの間で発生した放電による
バイアスリングにかけられたバイアス電圧の変動を検出
する電圧検出手段と、この電圧検出手段と電気的に接続
され、電圧検出手段に検出されたバイアス電圧の変動を
受けて半導体ウエハへのイオン注入動作を停止させる注
入動作制御手段とを有するものである。

【００１２】この場合、前記した電圧検出手段は一定時
間当たりのバイアス電圧の変動回数を検出し、前記した
注入動作制御手段はその変動回数が所定の変動回数を上
回ったときにイオン注入動作を停止させるようにするこ
とができる。また、前記した電圧検出手段はバイアス電
圧の変動幅を検出し、前記した注入動作制御手段はその
変動幅が所定の変動幅を上回ったときにイオン注入動作
を停止させるようにすることができる。

【００１３】また、本発明によるイオン注入装置は、二
次電子の漏洩を防止するバイアスリングとイオン注入領
域を決定するマスクとの間で発生した放電による電流を
検出する電流検出手段と、この電流検出手段と電気的に
接続され、電流検出手段に検出された電流を受けて半導
体ウエハへのイオン注入動作を停止させる注入動作制御
手段とを有するものである。

【００１４】この場合、前記した電流検出手段は放電に
より発生する電流の一定時間当たりの発生回数を検出
し、前記した注入動作制御手段はその発生回数が所定の
発生回数を上回ったときにイオン注入動作を停止させる
ようにすることができる。また、前記した電流検出手段
は放電による電流の電流値を検出し、前記した注入動作
制御手段はその電流値が所定の電流値を上回ったときに
イオン注入動作を停止させるようにすることができる。

【００１５】これらの場合において、前記した電圧検出
手段または前記した電流検出手段としてはオシロスコー
プまたは波形観測用ＣＲＴを用いることが可能である。

【００１６】そして、本発明によるイオン注入方法は、
イオン源で発生させたイオンを加速させてウエハ保持手
段上に保持された半導体ウエハにこれを注入するととも
に、二次電子の漏洩を防止するバイアスリングとイオン
注入領域を決定するマスクとの間で発生する放電をモニ
タし、この放電が所定の条件を逸脱した場合に前記半導
体ウエハへのイオン注入動作を停止させるものである。

【００１７】

【作用】上記した手段によれば、グランドマスクとバイ
アスリング間の異常放電が電圧検出手段や電流検出手段
によって検出され、検出された電圧や電流が所定の条件
を逸脱した場合に注入動作制御手段によってイオン注入
が停止されるので、異常放電によるグランドマスクの削
れやバイアスリングに付着していた異物などの飛散によ
る半導体ウエハの汚染を未然に防止することができる。

【００１８】したがって、事後的にバイアスリングを新
品と交換してマスクをクリーニングし異物を除去すると
いった作業効率の悪化や、半導体ウエハの汚染による製
品歩留まりの低下を防止することが可能になる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
るイオン注入装置を示す概略図である。

【００２１】本実施例のイオン注入装置は、たとえばＢ
（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などのような不
純物元素をイオン化し、これを加速させてターゲットで
ある半導体ウエハ１に打ち込むものであり、イオンはそ
の量と深さとが正確に制御されて半導体ウエハ１に注入
される。

【００２２】図面右側には、この半導体ウエハ１のオリ
エンテーションフラットを合わせてイオンの入射角を最
適位置に固定するディスク（ウエハ保持手段）２が、図
示しないモータにより回転するシャフト３に接続されて
設けられている。したがって、半導体ウエハ１はディス
ク２によって回転されながらイオンビーム４が照射され
る。

【００２３】イオン源（図示せず）において磁界中のフ
ィラメントから放出される熱電子を利用して生成され、
方向性が整えられたイオンビーム４をスキャンして注入
領域を決定するため、イオンビーム４の軌道上にはグラ
ンドマスク（マスク）５が設けられている。このグラン
ドマスク５は、たとえばカーボンから形成されてグラン
ド電位とされることで異物の付着が防止されている。

【００２４】グランドマスク５から半導体ウエハ１が固
定されたディスク２に向かっては、イオンビーム４が貫
通するバイアスリング６およびファラデーゲージ７が配
置されている。

【００２５】たとえばアルミニウムからなるバイアスリ
ング６は、イオンビーム４が半導体ウエハ１に注入され
る過程で発生する二次電子を発生場所から外部に漏洩し
ないようにしてイオンが単位時間に運ぶ電荷量、つまり
ビーム電流量を正確に計測可能にするものである。した
がって、バイアスリング６には、マイナスの電荷を有す
る二次電子に対応して、たとえば-1000Vのバイアス電圧
が印加されている。また、ファラデーゲージ７は半導体
ウエハ１に入射するイオンビーム４のビーム電流量を検
出する系であり、放出二次電子は前記したバイアスリン
グ６によってこのファラデーゲージ７に戻されて測定誤
差が生じないようになっている。ファラデーゲージ７と
ディスク２とはビーム電流量計８に接続されており、検
出されたビーム電流量はここに表示されるようになって
いる。

【００２６】なお、拡散するイオンビーム４を正確にバ
イアスリング６とファラデーゲージ７とを貫通させて半
導体ウエハ１に導くため、グランドマスク５とバイアス
リング６との距離は約１cm程度に設定されている。

【００２７】グランドマスク５の前方には、イオンビー
ム４を遮断、開放するシャッタ９が設けられている。し
たがって、このシャッタ９がビーム軌道上に位置してい
る場合には、イオンビーム４がシャッタ９により遮断さ
れて半導体ウエハ１へのイオン注入動作が停止され、ビ
ーム軌道外に位置している場合には、イオンビーム４が
半導体ウエハ１上に照射されてイオンが注入されること
になる。

【００２８】ここで、前記したバイアスリング６には、
印加されたバイアス電圧の変動を検出するオシロスコー
プ（電圧検出手段）１０が設けられている。すなわち、
バイアス電圧はプローブ１１によってたとえば1000:1に
落とされ、これによって瞬間的な早い周期での電圧変動
もオシロスコープ１０によって検出可能となっている。

【００２９】オシロスコープ１０はＣＰＵ(Central Pro
cessing Unit) （注入動作制御手段）１２と電気的に接
続され、検出電圧はこのＣＰＵ１２に伝送されるように
なっている。ＣＰＵ１２では、オシロスコープ１０に検
出されたバイアス電圧の変動を受けて、該変動が所定の
条件を逸脱した場合にシャッタ９をビーム軌道上に位置
させて半導体ウエハ１へのイオン注入動作を停止させる
ようになっている。

【００３０】つまり、ＣＰＵ１２において一定時間当た
りのバイアス電圧の変動回数がカウントされており、こ
れが予め設定された変動回数以下である場合にはイオン
注入が継続され、該変動回数を上回った場合にはイオン
ビーム４が遮断されるものである。

【００３１】なお、このように変動回数をカウントする
のではなく、オシロスコープ１０に検出されたバイアス
電圧の変動幅をＣＰＵ１２に認識させ、変動幅が所定の
変動幅を外れたときにイオン注入動作を停止させるよう
にしてもよい。すなわち、許容されるバイアス電圧の変
動幅を予め設定しておき、検出された電圧の変動幅がこ
の範囲を上回った場合にシャッタ９によってイオンビー
ム４を遮断するようにすることもできる。

【００３２】次に、本実施例に示すイオン注入装置を用
いて半導体ウエハ１にイオン注入を行う場合を説明す
る。

【００３３】先ず、ディスク２上の所定の位置に半導体
ウエハ１を保持させる。そして、イオン源で所望のイオ
ンを発生させ、これに所定の処理を施してイオンビーム
４として半導体ウエハ１上に照射し、規定の量の不純物
を規定の深さだけ半導体ウエハ１にドーピングする。

【００３４】ここで、長時間にわたるイオン注入により
グランドマスク５やバイアスリング６が汚れてくると、
両者の間で異常放電（以下「放電」ということもあ
る。）が発生する事態に至る。そして、このような異常
放電が発生すると、グランドマスク５の削れやバイアス
リング６に付着していた異物などが飛散してイオンビー
ム４に運ばれ、半導体ウエハ１上に付着してこれが汚染
されることになる。

【００３５】このような放電が発生すると、バイアスリ
ング６に印加されている電圧値が瞬間的に早い周期で変
動することになるが、本実施例のイオン注入装置では、
異常放電による該電圧値の変動がオシロスコープ１０に
よって検出されるようになっている。電圧値の変動はＣ
ＰＵ１２に伝送され、ここで一定時間当たりの電圧の変
動回数がカウントされて、予め設定された変動回数内に
あるかが判断される。そして、たとえば変動回数を３回
／秒と設定した場合には、カウントされた変動回数がた
とえば２回／秒のときにはイオン注入が継続され、変動
回数がたとえば４回／秒となって３回／秒を上回った場
合にはシャッタ９によってイオンビーム４が遮断され
る。

【００３６】なお、バイアス電圧の変動幅によってイオ
ン注入動作を制御する場合には、たとえばバイアス電圧
の変動幅を±100Vに設定しておき、検出された電圧の変
動幅がたとえば±50V のときにはイオン注入が継続さ
れ、たとえば±120Vとなって設定された変動幅を上回っ
たときにはイオンビーム４が遮断されることになる。

【００３７】このように、本実施例によるイオン注入装
置によれば、グランドマスク５とバイアスリング６間に
発生した異常放電によるバイアス電圧の変動がオシロス
コープ１０によって検出され、該変動が所定の条件を外
れた場合にＣＰＵ１２によってイオン注入動作が停止さ
れるので、イオンビーム４の照射時に発生した異常放電
による半導体ウエハ１の汚染を未然に防止することが可
能になる。

【００３８】なお、イオン注入動作が停止された場合に
は、速やかにグランドマスク５をクリーニングしてバイ
アスリング６を新品と交換することで、再びイオン注入
動作を開始することができる。

【００３９】（実施例２）図２は本発明の他の実施例で
あるイオン注入装置を示す概略図である。

【００４０】本実施例のイオン注入装置は、グランドマ
スク（マスク）５とバイアスリング６間の異常放電を両
者間に流れる電流によって検出するものである点で、前
記した実施例１のイオン注入装置と異なっている。

【００４１】すなわち、本装置では、グランドマスク５
とバイアスリング６間に発生する異常放電によって流れ
る電流を検出するためのオシロスコープ（電流検出手
段）２０が設けられているものである。したがって、Ｃ
ＰＵ（注入動作制御手段）１２はオシロスコープ２０に
検出された電流を受けて半導体ウエハ１へのイオン注入
動作を停止させるようになっている。つまり、ＣＰＵ１
２が放電により流れる電流から一定時間当たりの電流の
発生回数をカウントし、発生回数が予め設定された発生
回数を上回ったときにイオン注入動作を停止させるよう
になっているものである。その他の部分は実施例１のイ
オン注入装置と同様であり、したがって、同一の部材に
は同一の符号が付されている。

【００４２】なお、本実施例のイオン注入装置において
も、ＣＰＵ１２が放電による電流の電流値を認識し、そ
の電流値が予め設定された所定の電流値を上回ったとき
にイオン注入動作を停止させるようにしてもよい。

【００４３】本実施例のイオン注入装置によれば、グラ
ンドマスク５とバイアスリング６との間で発生した異常
放電で生じた電流は、オシロスコープ２０によって検出
される。該電流はＣＰＵ１２に伝送され、ここで一定時
間当たりの電流の発生回数がカウントされ、予め設定さ
れた発生回数内にあるかが判断される。そして、発生し
た電流が設定範囲内のときにはイオン注入が継続され
る。一方、これを上回ったときにはシャッタ９によって
イオンビーム４が遮断されてイオン注入動作が停止され
る。

【００４４】なお、電流値によってイオン注入動作を制
御する場合には、検出された電流値が予め設定された電
流値内のときにイオン注入が継続され、これを上回った
ときにイオンビーム４が遮断されることになる。

【００４５】このように、本実施例によるイオン注入装
置によっても、グランドマスク５とバイアスリング６間
に発生した異常放電により生じる電流がオシロスコープ
２０によって検出され、該電流が予め設定された条件を
逸脱した場合にＣＰＵ１２によってイオン注入動作が停
止されるので、イオンビーム４の照射時に発生した異常
放電による半導体ウエハ１の汚染を未然に防止すること
が可能になる。

【００４６】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００４７】たとえば、本実施例による電圧検出手段お
よび電流検出手段としてはオシロスコープ１０，２０が
用いられているが、真空中の加速電子流を利用して所定
の波形の表示を行う波形観測用ＣＲＴ（Cathode Ray Tu
be−陰極線管）を用いることも可能である。さらに、こ
れらのように波形観測ができないものであっても、放電
により発生する電流や放電による電圧の変動を検出して
ＣＰＵ１２に伝送できるものならば種々のものを用いる
ことが可能である。

【００４８】異常放電に対して予め設定する電圧や電流
の値や一定時間当たりの回数は自由に決めることができ
る。また、設定する値や回数には一定の幅をもたせるこ
となく、たとえば１回でも電圧が変動すれば、あるい
は、わずかでも電流が流れればイオン注入動作を停止す
るようにしてもよい。したがって、このような場合の設
定条件はゼロという値をとることになる。

【００４９】なお、イオン注入動作の停止方法として
は、本実施例に示すようにシャッタ９を閉じてイオンビ
ーム４を遮断することの他、たとえばイオン源の作動を
停止させてイオンの生成をストップしたり、装置自体を
停止させることなどが考えられる。すなわち、イオン注
入動作の停止とは、半導体ウエハにイオンが注入されな
い状態を指すものであり、そのためには種々の方法を採
ることが可能である。

【００５０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下の通りである。

【００５１】(1).すなわち、本発明のイオン注入技術に
よれば、グランドマスクとバイアスリング間の異常放電
が電圧検出手段や電流検出手段によって検出され、検出
された電圧や電流が所定の条件を逸脱した場合に注入動
作制御手段によってイオン注入が停止されるので、異常
放電によるグランドマスクの削れやバイアスリングに付
着していた異物などの飛散による半導体ウエハの汚染を
未然に防止することができる。

【００５２】(2).したがって、事後的にバイアスリング
を新品と交換してマスクをクリーニングし異物を除去す
るといった作業効率の悪化や、半導体ウエハの汚染によ
る製品歩留まりの低下を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によるイオン注入装置を示す
概略図である。

【図２】本発明の実施例２によるイオン注入装置を示す
概略図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ ２ ディスク（ウエハ保持手段） ３ シャフト ４ イオンビーム ５ グランドマスク（マスク） ６ バイアスリング ７ ファラデーゲージ ８ ビーム電流量計 ９ シャッタ １０ オシロスコープ（電圧検出手段） １１ プローブ １２ ＣＰＵ（注入動作制御手段） ２０ オシロスコープ（電流検出手段）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源で発生させたイオンを加速させ
   てウエハ保持手段上に保持された半導体ウエハに注入す
   るイオン注入装置であって、 二次電子の漏洩を防止するバイアスリングとイオン注入
   領域を決定するマスクとの間で発生した放電による前記
   バイアスリングにかけられたバイアス電圧の変動を検出
   する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段と電気的に接続され、前記電圧検出手
   段に検出されたバイアス電圧の変動を受けて前記半導体
   ウエハへのイオン注入動作を停止させる注入動作制御手
   段とを有することを特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】 前記電圧検出手段は一定時間当たりのバ
   イアス電圧の変動回数を検出し、前記注入動作制御手段
   はその変動回数が所定の変動回数を上回ったときにイオ
   ン注入動作を停止させることを特徴とする請求項１記載
   のイオン注入装置。
3. 【請求項３】 前記電圧検出手段はバイアス電圧の変動
   幅を検出し、前記注入動作制御手段はその変動幅が所定
   の変動幅を上回ったときにイオン注入動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
4. 【請求項４】 イオン源で発生させたイオンを加速させ
   てウエハ保持手段上に保持された半導体ウエハに注入す
   るイオン注入装置であって、 二次電子の漏洩を防止するバイアスリングとイオン注入
   領域を決定するマスクとの間で発生した放電による電流
   を検出する電流検出手段と、 前記電流検出手段と電気的に接続され、前記電流検出手
   段に検出された電流を受けて前記半導体ウエハへのイオ
   ン注入動作を停止させる注入動作制御手段とを有するこ
   とを特徴とするイオン注入装置。
5. 【請求項５】 前記電流検出手段は放電により発生する
   電流の一定時間当たりの発生回数を検出し、前記注入動
   作制御手段はその発生回数が所定の発生回数を上回った
   ときにイオン注入動作を停止させることを特徴とする請
   求項４記載のイオン注入装置。
6. 【請求項６】 前記電流検出手段は放電による電流の電
   流値を検出し、前記注入動作制御手段はその電流値が所
   定の電流値を上回ったときにイオン注入動作を停止させ
   ることを特徴とする請求項４記載のイオン注入装置。
7. 【請求項７】 前記電圧検出手段または前記電流検出手
   段はオシロスコープまたは波形観測用ＣＲＴであること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のイオ
   ン注入装置。
8. 【請求項８】 イオン源で発生させたイオンを加速させ
   てウエハ保持手段上に保持された半導体ウエハにこれを
   注入するとともに、二次電子の漏洩を防止するバイアス
   リングとイオン注入領域を決定するマスクとの間で発生
   する放電をモニタし、この放電が所定の条件を逸脱した
   場合に前記半導体ウエハへのイオン注入動作を停止させ
   ることを特徴とするイオン注入方法。