JPH11329333A

JPH11329333A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH11329333A
Application number: JP13077398A
Authority: JP
Inventors: Tadamoto Tamai; 忠素玉井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の小型化を図り、かつイオンビームの実
際の電流を測定することができるイオン注入装置を提供
する。【解決手段】イオンビームが導入される処理容器内に
ウエハ保持手段が配置されている。ウエハ保持手段は、
回転軸の回りに自転可能である。ウエハを保持する複数
の台座が、回転軸を中心とした円周に沿ってある間隔を
隔てて配列し、ウエハ保持手段が自転するとき、台座に
保持されているウエハにイオンビームが照射される。相
互に隣接する少なくとも一組の台座の間に、ビーム遮蔽
部材が配置されている。ビーム遮蔽部材は、一組の台座
の間に半径方向に延在するスリットを画定する。駆動手
段が、回転軸からビーム照射点までの距離が変動するよ
うに、イオンビームとウエハ保持手段との相対位置関係
を変化させる。複数の台座の間の領域もしくはスリット
を通過したイオンビームがビーム電流測定手段に入射
し、ビーム電流が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置に
関し、特にイオン注入中のビーム電流を測定することが
できるイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のイオン注入装置のウエハ
保持ディスク１００の正面図を示す。回転軸１０１を中
心とした円周に沿って、複数の台座１０２が等間隔で配
列している。各台座１０２にウエハが保持される。ディ
スク１００の一部には、その半径方向に延在するスリッ
ト１０３が設けられている。

【０００３】台座１０２にウエハを載置し、ディスク１
００を回転軸１０１を中心として自転させると、各ウエ
ハが回転軸１０１を中心として公転する。ウエハが、イ
オンビームの通路と交差するとき、ウエハにイオン注入
が行われる。

【０００４】スリット１０３がイオンビームの通路を通
過するとき、一部のイオンビームがスリット１０３を通
過する。スリット１０３を通過したイオンビームのビー
ム電流を監視することにより、イオン注入期間中のイオ
ンビームの異常を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すウエハ保持
ディスク１００の外周は、台座１０２の最外周部分より
も外側に位置する。例えば、台座１０２の直径を３００
ｍｍ、台座１０２の中心の公転軌道の直径を１３００ｍ
ｍとすると、台座１０２の最外周部分の描く円周の直径
は１６００ｍｍになる。このとき、ディスク１００の直
径は、例えば１７００ｍｍである。ディスク１００が大
きくなると、ディスク１００を収容する真空容器も大き
くなり、装置全体が大型化する。

【０００６】また、イオンビームのビーム断面の直径
は、スリット１０３の幅よりも大きい。従って、スリッ
ト１０３を通過したイオンビームによる電流は、イオン
ビームの実際の電流量とは異なる。測定された電流か
ら、イオンビームの電流量を推測することになる。

【０００７】本発明の目的は、装置の小型化を図り、か
つイオンビームの実際の電流を測定することができるイ
オン注入装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、イオンビームが導入される真空排気可能な処理容器
と、前記処理容器内に配置され、回転軸の回りに自転可
能なウエハ保持手段であって、ウエハを保持する複数の
台座が該回転軸を中心とした円周に沿ってある間隔を隔
てて配列し、該ウエハ保持手段が自転するとき、該台座
に保持されているウエハに前記イオンビームが照射され
るようにウエハを保持し、公転させる前記ウエハ保持手
段と、相互に隣接する少なくとも一組の台座の間に配置
され、該一組の台座の間に半径方向に延在するスリット
を画定するビーム遮蔽部材と、前記回転軸から、前記イ
オンビームと前記台座とが交差するビーム照射点までの
距離が変動するように、前記イオンビームと前記ウエハ
保持手段との相対位置関係を変化させる駆動手段と、前
記複数の台座の間の領域もしくは前記スリットを通過し
たイオンビームが入射し、ビーム電流を測定するビーム
電流測定手段とを有するイオン注入装置が提供される。

【０００９】ビーム遮蔽手段が配置されていない台座の
間の領域を通過するイオンビームは、台座に遮られるこ
となくビーム電流測定手段に到達し得る。このイオンビ
ームのビーム電流を測定することにより、ウエハを照射
するイオンビームの全電流を直接知ることができる。ス
リットを通過したイオンビームの電流値を、ビーム電流
測定手段で観測することにより、イオン注入期間中のイ
オンビームの正常性を確認することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例によるイ
オン注入装置の概略図を示す。真空排気可能な処理容器
１に設けられた窓２を通して、処理容器内にイオンビー
ム３が導入される。

【００１１】処理容器１内に、ウエハ保持手段１０が配
置されている。ウエハ保持手段１０は、回転軸１１を中
心として矢印ＡＲ１で示す方向に自転する。回転軸１１
を中心とした円周に沿って、複数の台座１２が配列して
いる。ウエハ保持手段１０が自転すると、台座１２が公
転する。台座１２に保持されたウエハがイオンビーム３
の通路を横切るとき、ウエハにイオンビームが照射さ
れ、イオン注入が行われる。

【００１２】各台座１２のウエハ保持面には、ウエハを
保持するための少なくとの３つのピン１２ａが設けられ
ている。ピン１２ａをウエハの端面に押し当てることに
より、ウエハが保持される。各台座１２は、台座１２の
軌道面から回転軸１１側を向くようにやや傾いている。
台座１２が公転すると、その上に載置されたウエハが、
遠心力により外周側のピン１２ａ及び台座１２に押しつ
けられ、固定される。

【００１３】台座１２がイオンビーム３を横切る位置よ
りも下流側に、ビーム電流測定手段５０が配置されてい
る。ビーム電流測定手段５０として、例えばファラデー
カップを用いることができる。ビーム電流測定手段５０
は、入射するイオンビームによる電流を測定することが
できる。測定された電流値は、制御手段６０に入力され
る。

【００１４】駆動手段２０が、ウエハ保持手段１０を自
転させるとともに、回転軸１１から、イオンビーム３と
台座１２とが交差するビーム照射点４までの距離が変動
するように、ウエハ保持手段１０を矢印ＡＲ２で示す方
向に並進移動させる。並進移動の方向は、イオンビーム
３の中心軸と回転軸１１とを含む平面内であり、かつイ
オンビーム３が照射されているウエハの表面に平行であ
る。さらに、駆動手段２０は、ウエハ保持手段１０を、
矢印ＡＲ３で示す方向に煽ることができる。ウエハ保持
手段１０が煽られることにより、ウエハへのイオンビー
ムの注入角を変化させることができる。ウエハ保持手段
１０の自転、並進移動、及び煽りは、制御手段６０から
駆動手段２０へ与えられる駆動信号によって制御され
る。駆動手段２０の詳細な構成については、後に図５を
参照して説明する。

【００１５】図２は、図１のウエハ保持手段１０の正面
図を示す。複数の台座１２が、回転軸１１を中心とする
円周に沿って、ある間隔を隔てて配列している。各台座
１２は、腕１３により回転軸１１に支持される。相互に
隣接する台座１２の間には、ある間隔が設けられてい
る。台座１２のウエハ載置面は、良熱伝導性ゴムにより
形成される。良熱伝導性ゴムは、その上に載置されるウ
エハへの熱の蓄積を防止する。

【００１６】相互に隣接する一組の台座の間に、ビーム
遮蔽部材１４が配置されている。ビーム遮蔽部材１４
は、一組の台座１２の間を、回転軸１１を中心とした半
径方向に通過するスリット１５を画定する。ビーム遮蔽
部材１４は、ステンレス板の表面にＳｉＣをコーティン
グして形成される。

【００１７】直径３００ｍｍのウエハを処理する装置の
場合、各台座１２の直径Ｌ２が３００ｍｍ、台座１２の
中心の描く円周軌道の直径Ｌ１が１３００ｍｍ、相互に
隣接する台座１２の最小間隔Ｌ３及びスリット１５の間
隙幅Ｌ４が約１１ｍｍである。

【００１８】回転軸１１からビーム遮蔽部材１４の最遠
部までの長さが、回転軸１１から台座１２の最遠部まで
の長さよりも短くなるような構成とされている。このた
め、台座１２が公転したときに、ビーム遮蔽部材１４
は、台座１２の最外周部が描く円周の内側を公転する。
従って、ウエハ保持手段１０を収容する処理容器１を、
台座１２の最外周部が描く円周を収容するのに十分な大
きさとすればよい。

【００１９】次に、図３及び図４を参照して、実施例に
よるイオン注入装置を用いてイオン注入を行う時の装置
の制御方法について説明する。

【００２０】図３は、台座１２、ビーム遮蔽手段１４
と、イオンビームとの位置関係を示す概略図である。図
１に示す駆動手段２０が、ウエハ保持手段１０を並進移
動させると、回転軸１１からビーム照射点４までの距離
が変動する。ウエハ保持手段１０を基準に考えると、ビ
ーム照射点の位置が、図３に示す照射点４Ａ、４Ｂ、４
Ｃのように、回転軸１１を中心とした半径方向に移動す
る。

【００２１】図３のビーム照射点４Ａは、台座１２が公
転してもイオンビームが台座１２により遮られない場合
を示す。ビーム照射点４Ｂは、台座１２が公転するとイ
オンビームが遮られるが、イオンビームが相互に隣接す
る１組の台座１２の間に位置する時には、イオンビーム
のビーム断面が台座１２に重ならない場合を示す。ビー
ム照射点４Ｃは、イオンビームが相互に隣接する台座１
２の間に位置する時でも、ビーム断面の一部が台座１２
に重なる場合を示す。

【００２２】図４（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれイオンビ
ームが図３のビーム照射点４Ａ〜４Ｃを通過している場
合の、ビーム電流測定手段５０により測定される電流の
変化を示す。イオンビームがビーム照射点４Ａを通過し
ている時には、イオンビームが台座１２により遮られな
いため、図４（Ａ）に示すように、観測される電流は一
定値Ｉ₀を示す。

【００２３】イオンビームがビーム照射点４Ｂを照射し
ている時には、図４（Ｂ）に示すように、断続的な電流
が観測される。台座１２の間の領域がイオンビームの通
路を横切る時、最大値Ｉ₀の台形状の波形１７Ａが現れ
る。スリット１５がイオンビームの通路を横切る時に
は、最大値がＩ₀よりも小さなパルス状の波形１７Ｂが
現れる。

【００２４】イオンビームがビーム照射点４Ｃを照射し
ている場合には、図４（Ｃ）に示すように、台座１２の
間の領域がイオンビームの通路を横切る時にも、最大値
がＩ ₀よりも小さな波形１８Ａしか現れない。スリット
１５がイオンビームの通路を横切る時には、図４（Ｂ）
の波形１７Ｂに近似した波形１８Ｂが現れる。

【００２５】図３に示すビーム照射点４Ｂ及び４Ｃの位
置におけるスリット１５の速さは、回転軸１１からビー
ム照射点４Ｂ及び４Ｃまでの距離に比例する。図４
（Ｂ）及び（Ｃ）に示す波形１７Ｂ及び１８Ｂを時間で
積分した物理量は、スリット１５を通過した電荷の総量
に相当する。スリット１５を通過した電荷の総量は、ビ
ーム照射点４Ｂ及び４Ｃにおけるスリット１５の通過の
速さに反比例する。従って、波形１７Ｂ及び１８Ｂを積
分した物理量は、その時の回転軸１１からビーム照射点
４Ｂ及び４Ｃまでの距離に反比例する。

【００２６】ウエハにイオン注入を行う際には、まず、
イオンビームがビーム照射点４Ａを通過するように、ウ
エハ保持手段１０を配置する。このとき、図４（Ａ）に
示すように、一定の電流が観測される。この電流によ
り、イオンビームの正常性を確認するとともに、ウエハ
保持手段１０の矢印ＡＲ２方向の並進移動の速度を制御
する。

【００２７】制御手段６０が、回転軸１１からビーム照
射点までの距離が短くなるように、ウエハ保持手段１０
を並進移動させる。イオンビームがビーム照射点４Ｂを
通過している場合には、図４（Ｂ）に示す波形１７Ａの
最大電流値（波形の平坦な部分の電流値）を観測し、イ
オンビームの正常性を確認するともに、ウエハ保持手段
１０の矢印ＡＲ２方向の並進移動の速度を制御する。さ
らに、この時点におけるスリット１５による波形１７Ｂ
の積分値を記憶手段に記憶する。

【００２８】ビーム照射点が、図３のビーム照射点４Ｂ
よりも回転軸１１に近づいた場合には、図４（Ｃ）に示
すように、波形１８Ａの最大値が正確なビーム電流を示
さない。この場合には、スリット１５による波形１８Ｂ
の積分値を、図４（Ｂ）の波形１７Ｂの積分値と比較す
る。この比較は、回転軸１１からビーム照射点までの距
離の差に起因する積分値の変化分を補正して行う。

【００２９】制御手段６０は、記憶手段に記憶されてい
る波形１７Ｂの積分値と、現時点におけるスリット１５
による波形１８Ｂの積分値との比較結果に基づいて、ビ
ーム電流の正常性を確認するともに、ウエハ保持手段１
０の矢印ＡＲ２方向の並進移動の速度を制御する。ビー
ム電流の異常を検出すると、ウエハ保持手段１０の並進
移動を中断するとともに、イオンビームの照射を中断す
る。イオンビームの正常性を確認した後、イオン注入を
再開する。

【００３０】上記実施例では、イオンビームが、図３の
ビーム照射点４Ａから４Ｂの間を照射しているとき、イ
オンビームによるビーム電流を直接観測することができ
る。このため、スリットを通過したイオンビームによる
電流のみを観測する場合に比べて、より正確にビーム電
流を測定することができる。また、イオンビームが図３
のビーム照射点４Ｃを照射し、全ビーム電流を直接測定
することができない期間には、スリット１５による波形
の積分値を、基準となる波形の積分値と比較することに
より、イオンビームのビーム電流の変化及び正常性を確
認することができる。

【００３１】上記実施例では、図４（Ｂ）に示す波形１
７Ｂを基準波形とし、観測中の波形の積分値と基準波形
の積分値とを比較する場合を説明した。基準波形を特定
することなく、スリットによる波形の高さもしくは積分
値を観測し、異常を検出したらイオン注入を中断するよ
うにしてもよい。例えば、予め基準値を設定しておき、
スリットによる波形の高さもしくは積分値を基準値と比
較することにより、正常性の判定を行うことができる。

【００３２】通常、ウエハの面内におけるイオン注入量
を均一にするために、図１における回転軸１１とビーム
照射点４との距離に反比例した速さで、ウエハ保持手段
１０を矢印ＡＲ２方向に並進移動させる。しかし、イオ
ンビームのビーム電流が時間的に変動すると、イオン注
入量にばらつきが生じてしまう。ビーム電流の変化に応
じて、ウエハ保持手段１０の並進移動の速度を変化させ
ることにより、イオン注入量をウエハ面内でより均一に
近づけることができる。

【００３３】レジスト膜を塗布したウエハ表面に、大電
流のイオンビームを用いてイオン注入を行うと、レジス
ト膜からのガス放出により、処理チャンバ６０内の真空
度が低下する場合がある。処理チャンバ６０内の真空度
が低下すると、処理チャンバ６０内に導入されたイオン
ビームが中性化し、ビーム電流測定手段５０により測定
される電流値が低下する。このため、ウエハへの不純物
注入量と測定された電流値とが、厳密には対応しなくな
る。このような場合には、ビーム電流の変化に応じたウ
エハ保持手段１０の並進移動速度の制御を行わず、ビー
ム電流の正常性のみの判定を行う。

【００３４】ビーム電流の正常性の判定は、例えば、図
４（Ｃ）に示すスリットによる波形１８Ｂの積分値と基
準値とを比較することに行う。または、ビーム電流の急
激な変化を、イオンビームの異常と判断してもよい。例
えば、１０ｍｓの間にビーム電流が５％以上変化した場
合を、異常と判断する。

【００３５】次に、図５を参照して、図１の駆動手段２
０の一構成例を説明する。密閉された容器２１が、支軸
２２により処理容器１内に支持されている。支軸２２の
一部は、処理容器１の壁を貫通して、容器外まで導出さ
れている。この貫通部は、気密に保たれている。支軸２
２を矢印ＡＲ３の向きに回転することにより、図１に示
すウエハ保持手段１０が矢印ＡＲ３で示す方向に煽られ
る。

【００３６】２本のスライド軸２３が、容器２１の壁を
貫通するように配置されている。この貫通部は、シール
３０により気密に保たれている。スライド軸２３は、容
器２１内においてリニアガイド２４に矢印ＡＲ２の方向
に並進移動可能に取り付けられている。スライド軸２３
は、ボールネジ等の並進駆動機構２５により矢印ＡＲ２
の方向に並進駆動される。スライド軸２３を並進移動さ
せることにより、図１に示すウエハ保持手段１０が、矢
印ＡＲ２の方向に並進移動する。

【００３７】スライド軸２３の容器２１の外側の先端
に、回転駆動機構３１が取り付けられている。回転駆動
機構３１は、回転軸１１を矢印ＡＲ１の向きに回転させ
る。回転軸１１を回転させることにより、図１に示すウ
エハ保持手段１０を矢印ＡＲ１の向きに回転させること
ができる。

【００３８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビーム遮蔽手段の配置されていない台座の間の領域を通
過するイオンビームによる電流を測定することができ
る。この領域を通過するイオンビームが台座に遮られな
い場合には、イオンビームの電流を直接測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるイオン注入装置の概略図
である。

【図２】実施例によるイオン注入装置のウエハ保持手段
の正面図である。

【図３】ウエハ保持手段の台座及びビーム遮蔽手段と、
イオンビームとの位置関係を示す概略図である。

【図４】ビーム電流測定手段で測定される電流の時間変
化を示すグラフである。

【図５】図１に示すイオン注入装置の駆動手段の断面図
である。

【図６】従来例によるイオン注入装置のウエハ保持手段
の正面図である。

【符号の説明】

１処理容器２窓３イオンビーム４ビーム照射点１０ウエハ保持手段１１回転軸１２台座１３腕１４ビーム遮蔽手段１５スリット２０駆動手段２１容器２２支軸２３スライド軸２４リニアガイド２５並進駆動機構３０シール３１回転駆動機構５０ビーム電流測定手段６０制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンビームが導入される真空排気可能
な処理容器と、前記処理容器内に配置され、回転軸の回りに自転可能な
ウエハ保持手段であって、ウエハを保持する複数の台座
が該回転軸を中心とした円周に沿ってある間隔を隔てて
配列し、該ウエハ保持手段が自転するとき、該台座に保
持されているウエハに前記イオンビームが照射されるよ
うにウエハを保持し、公転させる前記ウエハ保持手段
と、相互に隣接する少なくとも一組の台座の間に配置され、
該一組の台座の間に半径方向に延在するスリットを画定
するビーム遮蔽部材と、前記回転軸から、前記イオンビームと前記台座とが交差
するビーム照射点までの距離が変動するように、前記イ
オンビームと前記ウエハ保持手段との相対位置関係を変
化させる駆動手段と、前記複数の台座の間の領域もしくは前記スリットを通過
したイオンビームが入射し、ビーム電流を測定するビー
ム電流測定手段とを有するイオン注入装置。
【請求項２】前記回転軸から前記ビーム遮蔽部材の最
遠部までの長さが、前記回転軸から前記台座の最遠部ま
での長さよりも短いかまたは等しい請求項１に記載のイ
オン注入装置。
【請求項３】さらに、前記回転軸から、前記ビーム照
射点までの距離が基準距離になったとき、前記スリット
を通過したイオンビームによるビーム電流に基づく物理
量を記憶手段に記憶し、前記スリットを通過したイオン
ビームによるビーム電流に基づく物理量と、前記記憶手
段に記憶されている物理量とを比較する制御手段を有す
る請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】前記物理量が、時間的に変化するビーム
電流の積分値である請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】さらに、前記制御手段が、前記記憶手段
に記憶されている物理量とビーム電流に基づく物理量と
の比較結果に基づいて、ビーム電流の異常を検出する
と、前記イオンビームと前記ウエハ保持手段との相対位
置関係の変動を中断するとともに、イオンビームの照射
を中断する請求項３または４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】さらに、前記回転軸から前記ビーム照射
点までの距離が前記基準距離よりも遠いとき、前記制御
手段が、前記台座の間の領域を通過したイオンビームに
よるビーム電流を監視する請求項３〜５のいずれかに記
載のイオン注入装置。
【請求項７】前記駆動手段が、前記ウエハ保持手段
を、イオンビームの照射されているウエハの表面に平行
な方向に並進移動させる請求項３〜６のいずれかに記載
のイオン注入装置。
【請求項８】前記制御手段が、前記ビーム電流測定手
段によって測定されたビーム電流に基づく物理量の変動
に基づいて、前記ウエハ保持手段の並進移動の速度を変
化させる請求項７に記載のイオン注入装置。