JPS61195553A

JPS61195553A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPS61195553A
Application number: JP3456885A
Authority: JP
Inventors: Shinji Aoyama; 眞二青山; Masayasu Miyake; 三宅　雅保; Kazuhide Kiuchi; 木内　一秀; Masahiro Yoshizawa; 吉沢　正浩
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1986-08-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、イオンを加速して固体中に注入するイオン注
入装置に係り、特に、半導体集積回路製造工程の中のイ
オン注入工程において、レジストをマスクとした場合の
イオン注入によるレジストの劣化を防ぐために、試料温
度を一定値以下に保つ機構を備えたイオン注入装置に関
するものである。

〔従来の技術）　　　　　　　　　　　　　　　２０イ
オン注入技術は、不純物導入技術として制御。

性、再現性に優れ、半導体集積回路製造工程に広。

（用いられている。

集積回路製造工程においては、例えばシリコン。

ウェハのある部分に選択的にイオン注入することか必要
とされる。このため、イオン照射を阻止す。

るためのマスク材料をシリコンウェハの表面にホ。

トリソグラフィ等の技術を用いて形成することが行われ
る。これらのマスク材料として、ホトレジスト、ＥＢ（
電子ビーム露光用）レジスト等のし、。

シストを用いる工程は、プロセスが簡単であるという利
点を持っており、半導体集積回路製造工程の中で広く用
いられている。第４図にレジストをマスクとしたイオン
注入工程の概要を示す。１はシリコンウェハ、２はホト
リソグラフィ等の技術、５を用いて形成したレジスト、
３は注入イオン、４はシリコンウェハ中に形成されたイ
オン注入層を表わす。

このようなレジストマスクを介して行われるイオン注入
工程は前述のような利点を持っているが、次に述べるよ
うな問題点を併せ持っていた。すなわち、高濃度イオン
注入を行うためにはビーム電。

流を高くする必要があるが、後で述べるようにビ。

−ム電流を高くすると試料の温度が上昇するのでレジス
トに亀裂状の劣化が生するという問題があった。

第４図に示すマスク用のレジスト２に亀裂等の。

劣化が生じてパタンの変形をきたすと、本来イオン注入
層４が形成されるべきでない所にイオン注入層が形成さ
れ、また本来イオン注入層４が形成されるべき所に形成
されない等の問題が起き、半導体集積回路製造において
致命的な欠陥となる。

そのため、従来は、レジストマスクの工程は低濃度イオ
ン注入に限られて用いられており、またある程度、高濃
度にイオン注入する場合は、イオン注入条件が変わるご
とに事前にテスト注入を行い、レジスＩ・の劣化の有無
を確認してから実際のイオン注入を行わなければならな
い等、非常に煩雑であるという問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、レジストマスクを介して行うイオン。

注入工程における上記した問題点を解決し、レジ。

スト劣化がない高濃度イオン注入を可能とするイ。

オン注入装置を提供することを目的とするもので。

ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、イオン注入時に試料温度がある温度。

以上に上昇するとレジストに劣化が生ずるという実験的
事実の発見に基いてなされたもので、その、・特徴は、
イオン注入時の試料温度を測定する機構１゜を有し、か
つ、試料温度が一定値以上に上昇するときはイオン注入
電流を中断または減少させてこれを防ぐ機構を有する構
成とするにある。

上記した、イオン注入時に試料温度がある温度以」二に
上昇するとレジストに劣化が生ずるという実験的事実の
根拠となる実験結果について、最初に述べる。

第３図は、シリコンウェハに塗布したポジ型ＥＢレジス
ト（膜厚０，８μｍ）にＢ＋イオンを電界走査型イオン
注入装置を用いて、種々の加速電圧’２ｎ・　３　・袖々のビーム電流で、ビーム照射時間をそれぞれ。

３００秒として、イオン注入したときの劣化の有無。

を観測した結果を示すものである。横軸は加速電圧、縦
軸はビーム電流で、それぞれ対数目盛で示して。

ある。図中、○印は劣化が見られなかった電圧。

電流点を示し、Ｘ印は劣化が生じた電圧、電流点。

を示す。この結果から、図に示す直線より右上の。

電圧、電流領域では劣化が生じ、左下の領域では劣化が
生じないことがわかる。図に示す直線の傾。

きは−１であり、注入パワーＰ（＝加速電圧×ビーム電
流）が、ある値以」二で劣化が生じ、それ以下では劣化
が生じないこと、すなわち、臨界注入パワーＰＣが存在
し、ビーム照射時間ｔが３００秒の条件ではＰＣ−５，
５Ｗであることがわかった。

なお、加速電圧が１５０　ｋＶと高い場合には臨界注入
パワーＰＣ以」二のパワーでもレジストは劣化しなかっ
た。これはイオンがレジストを突き抜けてしまうためと
思われる。レジスト膜厚を１．２μｍと厚（した場合に
は加速電圧１５０ｋＶにおいても臨界注入ハワーＰＣ以
」二のパワーであればレジストは劣・　４　・化し、上記の推論を裏付ける結果が得られた。　。

以上の結果はビーム照射時間を３００秒とした場。

合の結果であるが、照射時間を１００秒と短くする。

と臨界注入パワーＰＣは上がる。これは同じ注入。

パワーでも注入時間１００秒の方が試料温度が低い。

ことを示している。

臨界注入パワーＰｏが存在することは、レジスト。

の劣化が、イオン注入時の温度で決まっているこ。

とを表わすものである。

第３図実験における、ｔ＝３００秒、Ｐｃ＝５．５Ｗに
、。

相当する試料温度を後述の光フアイバ型赤外線温度計で
実測したところ約１６０℃であった。

以上の実験結果から、イオン注入時の温度を１６０°Ｃ
より低い値に抑えるためには数回に分けてイオン注入す
ればよいと考えられる。例えば、注１５人パワー９Ｗで
３００秒連続してイオン注入するとレジストが劣化する
が、１００秒ずつ３回に分けてイオン注入すると劣化が
生じないことが実験的に確かめられた。

以上はＢ＋イオンについての結果であるが、Ｐ＋’２０
ＡＳ′イオン等他等地オンについても、第３図の臨。

界注入パワーＰＣ以下であればレジストに劣化が生しな
いことがわかった。

本発明は、以−１１の実験結果、すなわち、イオン。

注入時にある温度以上に試料温度力４１昇すると劣、化
が生ずるという発見に基いてなされたもので、基本とな
る考え方は、イオン注入時の試料温度を。

測定し、所定の温度以上には試料温度が」−昇しな。

いような注入を行える機能を有したイオン注入袋。

置を実現することにある。　　　　　　　　　　　１゜
〔発明の実施例とその作用〕第１図は電界走査型イオン注入装置での本発明。

の一実施例を示す図てあり、５はイオンソース、。

６は質量分析磁石、７は加速管、８はレンズ、９゜はＸ
スキャナ、１０はＸスキャナ、１１はビーム走査、。

領域限定マスク、１２は試料、１３は制御部、１４はイ
オンビーム、１５はファラデイカツブ、１．６−１．、
１６−２は光フアイバ型赤外線温度センサ、１７は温度
検。

加盟、１８はセンサホルダ、１９はイオンソース部、。

２０はビームライン部、２１はエンドステーション部、
、。

である。

イオンソース５で発生したイオンは、質ｆｔ分析。

磁石６で質量分離され、所望のイオンのみが取り。

出され、加速管７で所望のエネルギーにまで加速。

される。レンズ８で集束されたビームは、Ｙスキ。

ヤナ９で垂直方向に、Ｘスキャナ１０で水平方向に。

走査され、ビーム走査領域限定マスク１１でビーム。

の走査範囲が限定され、試料１２に照射され、イオ。

ン注入がなされる。イオンソース部１９でのイオン。

ビームの発生、引出し、質量分離、ビームライン１゜部
２０でのイオンビームの走査、エンドステーション部２
１でのイオン注入の開始、ビーム電流の積分、イオン注
入の終了等は、制御部１３によって制御される。所定の
注入量になったとき、イオン注入を停止させるには、制
御部１３からＸスキャナ９に信、。

号を送りイオンビーム１４を垂直方向にブランキングさ
せる。

以」二の機能は通常のイオン注入装置においても具備さ
れているが、本発明ではさらに、第２図にエンドステー
ション部２１を拡大して示すように’　２０・　７　・エンドステーション部２１のファラデイカツブ１５の。

側面にセンサホルダ１８に保持された光フアイバ型。

赤外線温度センサ（以下温度センサと略す）１６−］、
。

１６−２を設け、温度検知器１７で検出された試料温。

度に対応する電気信号を制御部１３に入力し、この。

電気信号によってイオン注入の制御を行うことを。

特徴とする。

第１図及び第２図により、本実施例の作用を、。

第４図に示したボン型ＥＢレジストをマスクとし。

てイオン注入する場合を例として説明する。温度１゜セ
ンサ１６−１．．１６−２及び温度検知器１７によって
、イオン注入時の試料温度を測定する。測定した温度が
、レジストが劣化する温度Ｔｃよりも例えば１０°Ｃ程
度低く設定される第１の設定温度Ｔ１．すなわち］　５
０　”Ｃ１よりも高くなれば制御部１３からＹスギャ、
。

ナ９にブランキング信号を送り、これにより、イオン注
入が中断される。イオン注入が中断すると試料温度は下
降し、そして例えば、上記第１の設定温度Ｔ、よりもＩ
Ｏ’Ｃ程度低く設定される第２の設定温度Ｔ２、すなわ
ち１４０°Ｃ２よりも低くなると、制２．）・　８　・胛部１３からＸスキャナ９にイオン注入開始信号が。

送られ、これによりイオン注入が再開する。この。

ようにして、試料温度を第１の設定温度Ｔ１より。

も上昇させることなくイオン注入を自動的に行う。

ことができる。第１の設定温度Ｔ１として、安全。

を見込んでレジスト劣化温度Ｔｃよりも１０°Ｃ程度　
。

低く決めることにより、十分余裕をもってレジス。

ト劣化のないイオン注入を行うことができる。　。

以」二ハビ゛−ムをフ゛ランキングすることによりイ。

オン注入を中断して温度」−昇を防ぐ場合を述べた１゜
が、イオン注入を中断しないで、ビーム電流を減少させ
ることにより温度上昇を防ぐこともてきる。

ビーム電流はアーク電流により制御できるので、検出し
た試料温度を基に、例えばＰ　Ｉ　Ｉ）　（Ｐｒｏｐｏ
ｒｔｉｏ−ｎａｌ　ｐｌｕｓ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｐｌ
ｕｓ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　）制御によりアー１
゜り電流を制御すれば、レジスト劣化のないイオン注入
を行うことができる。なお、イオン注入量はビーム電流
を積分することによって制御しているので、連続注入の
場合と、本実施例で述べたレジスト劣化のない方法（注
入を中断する場合、ビー、１゜−ム電流を変化させる場
合）とで差異はないことは。

公知の事実である。

なお、以上はポジ型ＥＢレジストを用いる場合。

を例として述べたが、他のレジストを用いる場合。

には、レジストの劣化する温度Ｔｃを第３図と同様にし
て求め、第１の設定温度ＴＩと第２の設定。

温度Ｔ２を設定すればよい。

本実施例では、温度検出法として赤外線温度計を用いる
場合を述べたが、もちろん、試料温度が検出できるもの
であれば、熱電対等地の温度計によってもよい。また、
本実施例では電界走査型イオン注入装置の場合について
述べたが、機械式走査型イオン注入装置の場合も同様に
、本発明を適用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオン注入時の
試料温度を検出し、この検出温度を基にビーム電流を中
断あるいは減少制御する構成としたことにより、レジス
トが劣化する温度よりも上昇しないようにイオン注入を
行うことが可能とな一部、この結果、レジスト劣化のな
い高濃度イオン。

注入が可能となり、半導体集積回路製造工程が簡。

便となる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための電、界走査
型イオン注入装置の平面図、第２図は第１゜図の一部拡
大図、第３図はイオン注入条件による。レジスト劣化の有無の実験結果を示す図、第４図。はレジストをマスクとしたイオン注入工程の説明。図である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　１，
１〈符号の説明〉１・・・シリコンウェハ　　２・・・レジスト３・・・
注入イオン　　　　４・・・イオン注入層５・・・イオ
ンソース　　　６・・・質量分析磁石７・・・加速％ｆ
　　　　　　　８・・・レンズ９・・・Ｙスキャナ　　
　　１０・・・Ｘスキャナ１１・・・走査領域限定マス
ク１２・・・試料　　　　　　１３・・・制御部１４・・
・イオンビーム　　　１５・・・ファラデイカツブ１６
−１・・・温度センサヘッド部　　　　　　　　　２１
１．１１　。

Claims

【特許請求の範囲】

　イオンを加速して固体中に注入するイオン注入装置に
おいて、イオン注入時の試料温度を測定する機構を有し
、かつ試料温度が一定値以上に上昇するときはイオン注
入電流を中断または減少させてこれを防ぐ機構を有する
ことを特徴とするイオン注入装置。