JPS62243231A - 半導体製造装置 - Google Patents

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】 〔窒業上の利用分舒〕 この発明は、半導体製造装置、特にそのイオン注入にお
けるイオンビームプロファイルｆ、自動的に適切な状態
に制御できるイオン注入機に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来のイオン注入装置の構造である。

この装置はイオンを作るイオンソース（４１と、イオン
ソース（４１からイオンを引き出す引き出し電極（３）
と、引き出されたイオンビーム（ｌａ）と、このイオン
ビーム（１ａ）の質量分布を行うアナライザーマグネッ
ト（２１と、必要なイオンだけを通過させるための分析
スリット（５）と、必要以上に広がって飛行してきたイ
オンを止めるマスク（６）より構成されているＯ 引き出し電極＋３１によって、イオンソース（４）より
引き出されたイオンビーム（ｌａ）Ｈ，イオンビーム（
１ａ）を構成する正電荷同志の反発力により、広がり々
がらアナライザーマグネット（２；に入る。このうち、
イオンビーム外軌道（１０）を通るイオンは、イオンビ
ーム内軌道（１ｂ）を通るイオンよりも、アナライザー
マグネット（２）の中を通過する距離が長くなるため、
大きく曲げられる。このため、イオンビーム（ｌａｌｔ
、焦点を結ぶことになる。引き出されたイオンのうち、
目的以外のイオンＦｉ、質量の差により、イオンビーム
（ｌａ）よりも大きく曲げられたり、小さく曲げられた
りするために、イオンビーム（１ａ）の焦点の位置を通
過しない。このイオンビームの焦点位置（至）に分析ス
リット（６）を置いて、必要なイオンのみを敗り出すよ
うにしている。

この分析スリット（６）を通過した純度の高いイオンビ
ーム（１ａ）を半導体ウェハー（７）に照射して、イオ
ン注入を行っている。また、マスク（６）ハ、イオンビ
ーム（１ａ）が必要以上に広がるのを止めるために設置
さねている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のイオン注入装置け、以上のように構成されている
ため、イオン注入時のイオンビーム中の電荷密度が高く
なるとレジストや酸化膜の様に電荷が逃げにぐい構造を
持つ場合、半導体ウェハー表面はチャージアップして、
ゲート酸化膜破壊によるトランジスタネ良や、半導体ウ
ェハー面内の　・注入均一性低下による半導体装置の品
質低下を引き起こす。

この発明け、上記のような問題点をなくすためになされ
たものであり、ゲート酸化膜破壊による不良ＩＣチップ
をなくし、半導体ウェハー面内のイオン注入の均一性向
上による半導体装置の品質向上を目的とする。

〔開門点を解決するための手段〕

この発明に係る半導体製造装置は、イオン注入における
イオンビーム電流密度の最大値を規定する最大イオンビ
ーム電流密度設定手段を有し、イオンビームの径方向の
イオンビーム電流密度分布を測定できるイオンビーム電
流密度分布測定手段を有し、測定したイオンビーム電流
密度分布中の最大値と、上記最大イオンビーム電流密度
設定手段で設定した値とを比較して、イオン注入を実行
するかどうかを判定するイオン注入決定手段を有し、こ
の判定に基づき、イオン注入を実行するためにイオンビ
ームプロファイルキニタのプローブ位置を制御するプロ
ーブ位置制御手段を有し、上記イオン注入決定手段の判
定に基づき、アナライザーマグネット部のボールチップ
を動かして、イオンビームのプロファイルを変えるイオ
ンビームプロファイル制御手段を有し、このイオンビー
ムプロファイル制御手段の出力に基づきイオンビームの
焦点がどの位置に来るかを計算するイオンビーム焦点位
置計算手段を有し、この計算結果に基づいて分析スリッ
トを移動させ、イオンビームの焦点位置に合わせる分析
スリット位置制御手段全盲して、イオン注入におけるイ
オンビーム電流密度を自動的に制御できるようにしたも
のである。

〔作用〕

この発明における最大イオンビーム電流密度設定手段け
、イオン注入におけるイオンビームの最大電流密度を設
定し、イオン注入決定手段は、上記設定値と、イオンビ
ーム電流密度分布測定手段により求めた電流密度の最大
値を比較して、イオン注入を行なうかどうかを判定する
。この判定により、イオン注入を実行する場合には、プ
ローブ位置制御手段によりイオン注入を実行するため、
プローブ位置を変える。また、この判定により、イオン
ビーム電流密度を変える必要が生じた場合には、イオン
ビームプロファイル制御手段によりイオンビームのプロ
ファイルを変える。また、イオンビーム焦点位置計算手
段け、イオンビームプロファイル制御手段により変えら
れた上記イオンビームの出射角からイオンビーム焦点位
置を計算して、分析スリット位置制御手段により、この
焦点位電に分析スリットを合わせる。このフィードバッ
クシステムにより、最大電荷密度値を、設定値以下に抑
え、チャージアップによるＭＯＳトランジスタのゲート
酸化膜破壊等による不良半導体装置の発生をなくし、ま
た、チャージアップによるイオン注入の均一性が損なわ
れるこ七を抑えて。

品質のそろった半導体装置を主意する。

〔実施例〕

’！１図は、この発明による半導体製造装置の一実施例
の全体構成図である。この実施例は、第１図がら明らか
なように、イオンビーム（４）け、不純物イオンのプラ
ズマを作り、引き出し電極＋３１ｆｆプラズマ中からイ
オンビーム（１ａ）を引き出す。アナライザーマグネッ
ト（２１＃−ｊ、磁界をイオンビーム（１ｍ）に対し垂
直に発生させ、イオンビーム（ｌａ）の進行方向を曲げ
る。ボールチップ（８１は、ポールチップ回転軸（至）
を中心にして、イオンビーム（１ａ）の出射角Ａを変え
られるようになっている。この出射角Ａの変化により、
イオンビームの焦点（９：の位置が、アナライザーマグ
ネット（２１側に近づいたり、遠ざかったりする。分析
スリット（５１＃′ｉ、イオンビーム（１ａ）を分析し
、イオンビーム（１Ｍ）の純度を高める。マスク＋６１
ｆｌ、イオンビーム（ｌａ）が必要以上に広がる事を抑
え、プローブαηは、ＭＯＳ　ＩＣ等からなる半導体ウ
ェハー（７）にイオン注入を行なう前に、イオンビーム
（１ａ）を受け、イオンビーム電流密度分布測定手段（
圃により、イオンビーム電流密度分布を測定する。最大
イオンビーム電流密度設定手段（至）により、最大イオ
ンビーム′電流密度値を設定し、この値と測定した値と
を、イオン注入決定手段α℃で判定して、判定結果が、
注入実行可能であわば、プローブ位置制御手段α邊によ
って、プローブαηの位［−制御する。上記判定結果が
注入実行不可能であれば、イオンビームプロファイル制
御手段Ｑｅが、ボールチップ（８）を動かす。

第２図は、第１図の実施例に使用される半導体製造装置
の断面図である。第１ステツプモーター（至）は、ベル
ト（至）を介して、ポールチップ回転軸（財）を動かし
て、ボールチップ（８）を動かし、出射角Ａヲ変え、第
２ステツプモーター＠け、ベルト（２）を介して、分析
スリット移動用回転軸（２）を動かして分析スリット（
６１の位置を変える。第３ステツプモーターα９は、ベ
ルト−を介して、プローブ回転軸（至）ヲ動かす。マイ
クロコンピュータ等からなる制＃装置（ホ）は、上記第
１ステツプモーター（至）、ｇＩＪ２ステッフモ→−（
２）、￥Ｊ３ステップモーターＱ優をＩＩ　御ｔ　ル。

ディスプレイ（ホ）は、測定したイオンビーム電流密度
分布における最大値を示し、最大電流密度調整用つまみ
（２７ａ）Ｉｆ、イオンビーム電流密度分布中の最大値
を決め、スイッチ＠け、プローブＱ７）からの入力信号
のＯＮと０１′Ｆをし、スイッチ翰ケ、最大゛電流密度
調整用つまみ（２グａ）からの信号をＯＮ。

ＯＦＦする構成と々っている。

第３図は、第１図の実施例の電気接続を示す回路図であ
る。図で・プローブαηで受けたアナログ信４１）、マ
ルチプレクサ硼を通って、Ａ／Ｄ変換器（至）に入り、
ディジタル信号に変換される。このディジタル信号か、
入力回路（至）を通って、ＣＰＵ（至）に入り処理され
る。スイッチ＠け、入力回路０４をＯＮ。

ＯＦＦ　ｌ、、（至）はスイッチ（至）に直列な抵抗で
ある。可変抵抗器（ｊａ７ｂ）は、第２図の最大電流密
度調整用つまみ（２’７ｍ）で変えらむ、これによって
変わる電圧をＡ／Ｄ変換器０力によりディジタル信号化
して、入力回路（至）に伝える。抵抗（至）は、可変抵
抗器（２７ｂ）に直列な抵抗である。スイッチ翰け、入
力回路（７）′ＩｋＯＮ、　ＯＦＦするスイッチであり
、曽はこれに直列な抵抗である。メモリ曲は、データを
記憶しｃｐｕ（至）とデータをやり取りする。出力回路
＠１ＣＰＵ（至）から、第１ステツプモータ（至）を制
御する信号を受け、増巾器（ツ２ａ）Ｅｔび増巾器（７
２ｂ）に伝える。増巾器（７２＆）Ｆｉ、第１ステツプ
モータ（至）をボールチップ側に近づけるのに使用され
る。増巾器（７ｚｂ）は第１ステツプモーターを、半導
一体ウェハー（７）ニ近づける。増巾器（７２ｍ）中、
トランジスタｖ）Ｉ−１゜出力回路（ロ）からのパルス
信号により、ＯＮ、　ＯＦＦ　Ｌ、抵抗器はベース抵抗
、抵抗に）けコレクタ抵抗である。ホトカプラ■は、ト
ランジスタ（ロ）がＯＮすると、ＯＮ状態となり、直流
電源＠からの電圧を、第１ステツプモーター（ホ）に供
給し、これを動かす。増巾器（２７ｂ）の内部構成は、
増巾器（７ｚｂ）と全く同じものであるが、′ｆＪ１ス
テップモーター（ホ）に供給する電圧が、出カケープル
を反対に接続′することにより、逆になっている。増巾
器（’７３ｍ　）及び増巾器（）４ａ）Ｉｒｉ、増巾器
（’ｙｚａ）と同じ構成であり、増巾器（）３ｂ）及び
増巾器（）４ｂ）は、増巾器（グ２ｂ）と同じ構成であ
る。出力回路＠は第２ステツプモーター（２）を動かす
ための信号を受けて、増巾器（〒３ａ）及び増巾器（）
３ｂ）に出力する。出力回路ＯＩは、第３ステツプそ一
ターａ９を動う１すための信号を、増巾器（１４ａ）及
び増巾器（）４ｂ）に中力する。出力回路■け、設定し
た最大電流密度値のデーターを、ＣＰｕ（７）から受け
て、ディスプレイ（２６）に出力する口 次に、上記実施例の動作を、第１図〜第６図を用いて説
明する。第４図は、制御装置（ホ）のメモリ（２）に記
憶されたプログラムのフローチャート、第５図はプロー
ブαηの正面図である。

先ず、イオン注入時において、半導体ウェハー中のＭＯ
Ｓトランジスタのゲート酸化膜破壊の問題を生じないイ
オンビーム（ユａ）の最大電流密度値を、第２図におけ
る最大電流密度調整用つまみ（２ツａ）を用いて、￥１
４図における最大イオンビーム電流密度設定過程（２）
で設定し、この設定値は次の１０表示過程−で、第３図
中のＡ／Ｄ変換器０１）を通して、ディジタル借となり
、入力回路（至）に入り、ｃｐｏ（至）を通して、この
値をメモリ（２）に格納し、出力回路−を通してディス
プレイ（至）に表示する。次に、第４図におけるイオン
ビーム電流密度分布測定過程−で、第５図に示すプロー
ブ０７）中、マトリックス状に配置さむた測定点（２）
が、各点のイオンビーム電流密度を測定する。黒く塗り
つぶした測定点のうちＸ方向とｙ方向について、測定値
を示すと、それぞれ第５図す、第５図０のようになる。

各々の測定点（２）が測定した値は、第３図のマルチプ
レクサ−を通して、Ａハ変換器１（至）を通り、入力回
路（至）を通って、ＣＰＵ（至）に入る。次に１、最大
イオンビーム電流密度！ｍをさがす過程（財）で、個々
のディジタル化された測定値を比較して、イオンビーム
電流密度値の最大値！履を見つけ出し、次のＩＯとＩｍ
を比較する過程（至）で、ＩｆｆＩがＩＯ以上・であれ
ば、第４図中、第１ステツプモーター（至）をｔ＃Ｊカ
為す過程−にて、第３図中のＣＰ［］（１）から出力回
路（ロ）を介してパルスが出て、トランジスタ（２）を
ＯＮさせ、ホトカプラに）の出力がＯＮ　して、第１ス
テツプモーター（至）を動かし、第２図におけるベルト
−を介して。

ポールチップ回転軸（至）を動かし、イオンビームの出
射角Ａを大きくして、イオンビーム焦点（９１をポール
チップ（８１側に近づけ、プローブα力に照射されるイ
オンビームを広げて、イオンビーム電流密度を下げる。

次に、イオンビーム焦点位置を計算する過程−において
、上記出射角Ａを大きくしたことによって変わったイオ
ンビーム焦点（９１の位置をＣＰＵ（Ｗで計算【１、結
果を出力回路（至）を通して・イオンビーム焦点位置の
変化分に一致するノくルスを送り出し、このパルスによ
り、増巾回路（７３ａ）を第１ステツプモーター（至）
を動かした時と同様に作動すせ、第２ステツプモーター
（２）で動かし、第２図における分析スリン）　［６１
をポールチップ（８）側に動かして、イオンビーム焦点
（９１の位置に合わせる。

次に、第４図におけるイオンビーム踵流密度分布測定過
程關、最大イオンビーム電流密度Ｉｎをさがす過程−、
ＩｏとＩｎ＋を比較する過程へと移る。次に、！ｌがｒ
ｏよりも小さくなれば、第３ステツプモーターを動かす
過程（至）に進み、第３図中のｃｐｕ■から、パルスを
発生させ、出力回路曽を通し、増巾回路（）４Ｊ＆）を
、上述した第１ステツプモーター＠を動かした時と同様
に作動させ、第３ステツプモーターａ９を動かし、第２
図中、プローブαりをプローブ回転軸（至）を中心に、
左に９０Ｉ回転させ、イオン注入を実行する過程（至）
にて、イオン注入を行なう。

イオン注入後、第３ステツプモーターαψを動かす過程
（至）にて、＠２図中、ＣＰＵ（至）から出力回路（至
）を通し、増巾器（）４ｂ）を通して、第３ステツプモ
ーターα９を動かして、プローブα力の位置を第２図に
示した位置にもどす。次に、第１ステツプモーター（至
）を動かす過程・１７Ｉにて、ｃｐｕ　０ＩＳｓ出力回
路（至）、増中型（ツ２ｂ）を通し、第１ステツプモー
ター（ホ）を動かして、ポールピース（８１を動かし、
出射角Ａを０＠とする。次に、第２ステツプモーター＠
を動かす過程−にを、ＣＰＵ（至）、出力回路（至）、
増巾器（）３ｂ）を通じて第２ステツプそ一ター（至）
を動かし、分析スリン）　（６１の位置をプローブ側に
最も近づけ、次のイオン注入に備える。

なお、上記実施例では、ＭＯＳ　トランジスタを含む半
導体装置の製造に対してのものであるが、他の構造を有
する半導体装置の製造においても使用できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、イオン注入において
、イオンビーム電流密度の最大値を自動的に制御する手
段を設けたため、半導体装置の種類、半導体プロセス過
程におけるイオン注入条件の変化などに応じて、最大電
流密度を設定することができるため、チャージアップに
よるトランジスタのゲート酸化膜破壊、イオン注入の均
一性低下の問題をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体製造装置の全
体構成図、第２図は第１図を実際の機器を用いて具体化
した構成図、第３図は主に制御装置（７）の内部構成を
示す電気回路図、第４図はこの発明の一実施例のフロー
チャート、第５図は第２図のプローブを示す正面図及び
説明図である。第６図は従来装置の構成図である。 （ｌａ）＃−！イオンビーム、＋７１ｆｌ半導体ウエノ
１−１αηけプローブ、（８）ハブロープ、＋５１）１
’！分析スリット、（８）はマスク、（１０１ｈイオン
ビーム電流密度測定手段、α］）＃′！イオン注入決定
手段、（２）はプローブ位置制御手段、ａａｔｉ最大イ
オンビーム電流密度設定手段、α４は分析スリット、ａ
ＢＩ／′ｉ・イオンビーム焦点位置計算手段、αりけイ
オンビームプロファイル制御手段である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン注入を実行する前に、イオンビームの電流
   密度分布を求めるイオンビーム電流密度分布測定手段と
   、イオンビーム電流密度分布中の最大値を規定する最大
   イオンビーム電流密度設定手段と、この規定された最大
   イオンビーム電流密度値と、上記イオンビーム電流密度
   測定手段により測定されたイオンビーム電流密度分布中
   の最大イオンビーム電流値を比較して、イオン注入を実
   行するかどうかを決定するイオン注入決定手段と、この
   イオン注入決定手段の判定に基づき、イオンビームプロ
   ファイルモニタのプローブ位置を決定するプローブ位置
   制御手段と、上記イオン注入決定手段の判定に基づき、
   イオンビーム径を調整するイオンビームプロファイル制
   御手段と、このイオンビームプロファイル制御手段の出
   力に基づき、イオンビームの焦点位置を計算するイオン
   ビーム焦点位置計算手段と、このイオンビーム位置計算
   手段によつて決定されたイオンビーム焦点位置に分析ス
   リットの位置を合わせる分析スリット位置制御手段を備
   えた半導体製造装置。
2. （２）イオンビーム電流密度測定手段は、イオン注入が
   実行される半導体ウェハー表面に平行なイオンビーム断
   面の電流密度分布を測定することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の半導体製造装置。
3. （３）イオン注入決定手段、イオンビーム焦点位置計算
   手段が、マイクロコンピューターにより実現されている
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体製造装
   置。