JPS6329786B2 - - Google Patents

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JPS6329786B2
JPS6329786B2 JP56008027A JP802781A JPS6329786B2 JP S6329786 B2 JPS6329786 B2 JP S6329786B2 JP 56008027 A JP56008027 A JP 56008027A JP 802781 A JP802781 A JP 802781A JP S6329786 B2 JPS6329786 B2 JP S6329786B2
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JP
Japan
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ion
ion beam
uniaxial direction
implantation
length
Prior art date
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Expired
Application number
JP56008027A
Other languages
English (en)
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JPS57123639A (en
Inventor
Mitsunori Ketsusako
Norio Kanai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP802781A priority Critical patent/JPS57123639A/ja
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Publication of JPS6329786B2 publication Critical patent/JPS6329786B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体に不純物を導入するなどの用
途に用いられるイオン打込み装置における、イオ
ンビームのモニター装置に関する。
従来のイオン打込み装置はイオン出力が数μA
から数mA程度の中低電流が主流であり、半導体
素子製造工程における不純物導入に用いられてい
た。これらの打込み装置では、たとえば、第1図
に示すように、イオンビーム11を平行平板型デ
イフレクター12の間を通し、デイフレクタに三
角波電圧を印加することによつてイオンビームを
偏向走査した。又、デイフレクタは2組設けら
れ、互に直交する2つの方向(x方向,y方向)
について偏向走査を行うことにより、イオンビー
ムのスポツト13をターゲツト面14上で走査
し、均一なイオン打込みが行われていた。また、
他の方式では、第2図に示すように、イオンビー
ム21は静止させ、代りに打込み対象物22を機
械的に走査(x方向,y方向)することにより、
対象物にイオン打込みを行つていた。
いずれの場合においても、打込み対象物への打
込み電流をモニターするには、第3図に示すよう
に入射するイオンビーム31を、入口制限スリツ
ト32によつて制限し、側壁33および底壁34
に入射したイオン電流を電流計35で測定すると
いう方法をとつていた。入口制限スリツト外部の
浮遊二次電子の流入を防止し、同時に側壁及び底
壁で発生した二次電子の流出を妨げ、流入したイ
オンのみによる電流を正確に測定できるよう、制
限スリツトの後方には二次電子サプレツサー36
が設けられていて、打込み室全体でフアラデーカ
ツプを構成していた。半導体ウエーハ等の打込み
対象物は、底壁表面に固定されてイオン打込みが
実施されていた。打込み対象物へのイオンの導入
量は、近似的に入口制限スリツトの開口部面積
と、測定されたイオン電流とから、底壁表面にお
ける単位面積当りのイオン流束を求め、これとイ
オン打込み時間との積により求めていた。より正
確には、実際にイオン打込みされた半導体ウエー
ハの抵抗値等により補正係数を求めて、打込み時
間を調節することにより所望の量のイオンを打込
むことが行なわれていた。
さらに、打込み対象物に均一にイオンを打込む
には、第4図に示す如く、底壁41の四隅に打込
み用領域42を避けて小さなフアラデーカツプ4
3が4つ設けられ、これらのフアラデーカツプに
よる測定電流の差違を小さくするよう、イオンビ
ームの偏向電極印加電圧等を調整するなどの方法
が用いられていた。ただしこの方法は第2図に示
す如き機械的走査法の場合にはあまり用いられて
はいない。
打込みイオン電流が数mAを超える大電流領域
のイオン打込み装置では、イオンビームの静電場
による偏向が困難となり、打込み対象物全域にイ
オン打込みを実施するためには、第2図に示し
た如く静止したイオンビームと打込み対象物の二
次元的走査とを組み合わせるか、イオンビーム
を磁場により二次元的に走査するか、あるいは
イオンビームを磁場により一軸方向のみ走査し、
これと交叉する方向に打込み対象物を機械的に駆
動するかいずれかの方式をとらざるを得ない。
第1の方式は既に述べた方法によりイオン電流
のモニタおよびイオン打込みが実施されるが、こ
の方法は機械的損耗が大きく、また打込み対象物
の交換が容易でないため、生産性に劣る。また、
打込み電流をモニターするため、駆動部を含めて
打込み室を電気的に絶縁する必要があり、機構的
な欠点を有する。
第2の方式は従来の静電場走査と等価である
が、走査のために大きな電磁石を2組必要とし、
装置が大きくなる。また、2軸方向にオーバース
キヤンさせるため、イオンビームの利用率は10%
程度と低い。
第3の方式では走査用の磁石は一組であり、場
合によれば質量分離用磁石と兼ねることが可能で
装置も比較的小さく、オーバースキヤンも一軸の
みで済むため、イオンビーム利用率も30%以上と
なる。さらに、打込み対象物の駆動も一方向であ
るため、機構的にも簡単になり、連続供給も容易
に行えるため、工業的に優れた方式である。
本発明によるイオンビームのモニター装置は、
かかる一軸電磁走査、一軸機械走査のイオン打込
み方法に適用して、打込み装置の機構をより簡易
化し、均一で正確なイオン打込みが実施できる装
置を提供する。
以下実施例に従い本発明を説明する。
第5図は、本発明を適用した一軸磁場走査、一
軸機械走査のイオン打込み装置を示す模式図であ
る。イオン源より加速され、質量分離されたイオ
ンビーム51は、電磁石52による交流磁界によ
つて遮蔽板53上を左右に走査される。遮蔽板に
は制限スリツト50が設けてあり、ここを通つた
イオンビームが背後のターゲツト板54に照射さ
れる。ターゲツト板上を打込み対象物(半導体ウ
エーハ)55が上下方向に移動し、イオン打込み
が実行される。打込み対象物の通路の両側に、通
路に近接して一対のフアラデーカツプが設けてあ
り、その開口部は矩形で、幅は5mmで長さは遮蔽
板に設けられた制限スリツトの縦幅よりも若干長
い。イオンビームの縦幅は制限スリツトの縦幅よ
り狭いが、本発明にとつては本質的な問題ではな
い。ターゲツト板に設けられた矩形フアラデーカ
ツプの要件は、イオン打込み対象物の両側に近
接して設けられること、その横幅を加えた間隔
は遮蔽板に設けられた制限スリツトの横幅より狭
く、制限スリツトを通過したイオンビームが、矩
形フアラデーカツプの両外側を照射する余地があ
ること、さらにその縦幅が遮蔽板に設けられた
制限スリツトの縦幅より長く、制限スリツトを通
過するイオンビームの縦方向についてはすべてフ
アラデーカツプで受けることができることの3点
である。上記の条件を満す限り、遮蔽板とターゲ
ツト板が一体になつた構造でも本発明は同等の効
果を発揮する。
従来、打込み対象物およびその固定台並びに必
要な打込み対象物駆動機構は、イオン電流をモニ
ターするために接地に対し絶縁された構成を必要
としていたが、上記の構造とすることによりこの
制限が緩和され、これらをすべて接地電位で構成
することが可能となる。このことにより駆動動力
の導入、冷媒の導入等に電気的絶縁を施す特別の
工夫が必要でなくなり、また、不慮の短絡の危険
性も無くなり、工業用装置としては利点が多いも
のとなる。
次に本発明のモニター方法の動作を説明する。
第5図に示す構成で偏向磁石に正弦波を印加した
場合、左右に偏向されたイオンビームが打込み領
域両側に設けられた一対のフアラデーカツプF1
及びF2を通過するに従い、第6図のタイミング
チヤートに示すような電流信号が得られる。ここ
でMは励磁電流であり、斜線の領域はイオンビー
ムの中心が打込み領域上にある時間帯を示す。F
1およびF2はそれぞれ左および右のフアラデー
カツプによりモニターされる電流信号波形で、第
7図Aに示されるようにイオンビームスポツトを
スリツト幅で切つた場合の各瞬間における積分電
流値を与える。すなわち、ターゲツト面における
ビームスポツトのイオン電流分布をΦ(x,y)
とすると、各瞬間のモニター電流値Itは It=∫ -∞x2 x1 Φdxdy で与えられ、x1およびx2はイオン電流分布の座標
軸におけるフアラデーカツプ開口部72の左端及
び右端の時刻tにおける座標を表す。ターゲツト
面上をビームスポツトが走査することにより、上
記座標軸をx軸に沿つてフアラデーカツプ開口部
が移軸し、x−I座標において第7図Bの73で
示すような信号が得られる。この信号波形が第6
図のF1,F2で示される信号に相当する。この
信号波形の形状によりイオンビームスポツトのy
軸方向に投影したイオンビーム密度を知ることが
でき、F1およびF2の波形の比較により、ビー
ム走査によるビームの歪み及び打込み位置による
ビーム密度を推測することができる。
また第6図において、F1およびF2の一対の
信号波形の間隔t1及びt2は、それぞれフアラデー
カツプのある側にイオンビームが振れている時間
帯であり、この間隔の大小でオーバースキヤンの
程度を知ることができ、またt1,t2の比較により
ビーム走査の中心軸の偏向の程度を知ることがで
きる。
さらに、第7図Bの73で示される信号波形の
面積は、フアラデーカツプの開口部面積に入射す
る単位時間当りのイオン量の1/2に相当する。
但しはイオンビーム走査の周波数である。この
量は同期した積分回路によつてフアラデーカツプ
の出力信号を積分することにより精確に測定する
ことができる。単位時間当りの平均電流値は、上
記の積分値を数値的に2倍するか、単位時間積分
を続行するかによつて得られ、さらに単純には
RC平滑回路により入力信号を平均化しても得ら
れる。どの方式を選択するかは打込み操作および
打込み対象物の駆動制御の方式および時定数によ
る。
第8図に示すように、打込み対象物81がイオ
ンビームの走査されている打込み領域82を、イ
オンビームの走査速度に比べ十分に遅い速度で通
過する場合には、打込み領域はイオンビームの走
査方向については一様で、打込み対象物の駆動方
向のみに分布を持つ連続的なイオン照射が行なわ
れているものと近似できる。打込み対象物に回転
が無い場合には、打込み対象物のどの一点をとつ
ても打込み領域の通過時間は同じである。イオン
ビームの走査方向単位長さ当りのイオン入射量σi
は、フアラデーカツプの幅をw、出力電流をiと
すれば σi=i/qw で与えられる。ここでqは単位電荷である。打込
み対象物の駆動速度をsとすれば、打込み対象物
の単位面積当りのイオン打込み量dは d=σi/s=i/qws で与えられ、測定される電流値、モニターするフ
アラデーカツプの開口幅、及び制御可能な駆動速
度で表わされる。従つてイオン打込み量の制御精
度は高く、左右一対のフアラデーカツプの平均値
を使用することによつてさらに打込み操作の信頼
性を向上させることができる。
以上述べた通り、本方式のイオン電流モニタ方
法を採用することにより、稼動状態のイオンビー
ムに関するきめのこまかい情報を得ることがで
き、高精度の打込みを実施することができる。さ
らに打込み機構の大部分を接地電位で構成でき、
大電流打込みによる打込み対象物の帯電という問
題に対しても容易に電子シヤワーによる中和手段
が適用できるという利点も有する。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図、第4図は従来のイオ
ン打込み方法およびモニター方法を説明する図、
第5図は一方向磁場走査、一方向駆動方式のイオ
ン打込み方法に本発明のイオン電流モニター方法
を適用した例を示す図、第6図、第7図、第8図
は本発明の動作機能を説明する図である。 50……制限スリツト、51……イオンビー
ム、52……電磁石、53……遮蔽板、54……
ターゲツト板、55……半導体ウエーハ、56…
…フアラデーカツプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 磁場によつて一軸方向に走査されたイオンビ
    ームを、該イオンビームの走査方向と交叉する方
    向に移動するイオン打込み対象物に照射して行な
    われるイオン打込みのイオンビームをモニタする
    装置であつて、上記一軸方向における長さが上記
    一軸方向と交叉する方向における長さよりも長い
    制限スリツトを有する遮蔽板と、該遮蔽板の後方
    に配置され、その上をイオン打込み対象物が上記
    一軸方向と交叉する方向に移動するターゲツト板
    と、該ターゲツト板の上記イオン打込み対象物が
    移動する領域の上記一軸方向における両側に、互
    いに離間して設けられた二つのフアラデーカツプ
    を少なくともそなえ、上記フアラデーカツプの開
    口部の上記一軸方向と交叉する方向における長さ
    は、上記制御スリツトの上記一軸方向と交叉する
    方向における長さよりも長く、かつ、二つの上記
    フアラデーカツプの開口部の上記一軸方向におけ
    る外縁部間の距離は、上記制限スリツトの上記一
    軸方向における長さよりも短かいことを特徴とす
    るイオンビームのモニター装置。
JP802781A 1981-01-23 1981-01-23 Method for monitoring ion current for ion implantation apparatus Granted JPS57123639A (en)

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