JPS63304563A - Ion implantation - Google Patents

Ion implantation

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Publication number
JPS63304563A
JPS63304563A JP62139413A JP13941387A JPS63304563A JP S63304563 A JPS63304563 A JP S63304563A JP 62139413 A JP62139413 A JP 62139413A JP 13941387 A JP13941387 A JP 13941387A JP S63304563 A JPS63304563 A JP S63304563A
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JP
Japan
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ion
ion beam
implanted
ions
amount
Prior art date
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Application number
JP62139413A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Tajima
田島 英司
Naoto Takagaki
高垣 直人
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63304563A publication Critical patent/JPS63304563A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate charging and have precision injecting in an injection device, consisting of an ion source, a magnet for separation of ion beam mass, and a treatment chamber for ion injection into a base, by furnishing an ion neutralizing means between the magnet and treatment chamber, and by controlling the ion amount upstream the magnet. CONSTITUTION:Ion beams 2 from an ion source 1 are selected by the use of a separator magnet 3, to provide selected ions 4, which are separated perfectly by a separating slit 5 installed at the convergent point, followed by passage through a neutralizing means 16 which supplies secondary electrons, and it is injected in the form of an ion beam 6 to a plurality of wafers 7 affixed to a disc 8 to be rotated by a motor 9. An injection control device 15 is connected with the ion source 1 through a power supply 13, and an ion motor electrode 17 is furnished between the ion source 1 and magnet 3. The monitor current 13 therefrom is put into this device 15 through a current sensing part 19, and the magnet 3 is also connected with the device 15 through a magnetic field power supply 14. Thus the injection current 11 to the wafer 7 is controlled by the device 15, and a scanning control part 10 is also controlled.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、LSI等の半導体素子の製造プロセスにおけ
る不純物の注入や、金属、セラミックスの表面改質に用
いられるイオン注入装置に係り、特にイオン注入される
基材の帯電現象に対しても正確な注入量を制御するに好
適なイオン注入装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion implantation device used for implanting impurities in the manufacturing process of semiconductor devices such as LSIs and for modifying the surface of metals and ceramics, and particularly relates to an ion implantation device used for improving the surface of metals and ceramics. The present invention relates to an ion implantation apparatus suitable for accurately controlling the implantation amount even with respect to charging phenomena of the base material to be implanted.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置は、特開昭61−39356号公報に記載の
ように、分離磁石の前段、あるいは後段の注入イオンビ
ームとは別のイオンビームの位置に検出器を設置してい
る。この検出器によりイオン注入量に比例したイオン電
流を正確に検出している。
In the conventional apparatus, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-39356, a detector is installed at a position of the ion beam before or after the separating magnet, which is different from the implanted ion beam. This detector accurately detects the ion current proportional to the amount of ion implantation.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術は、イオン注入量の制御を主目的としたも
ので、基材の帯電現象の低減の点については配慮がされ
ておらず、帯電による基材の劣化の問題があった。
The above-mentioned conventional techniques are mainly aimed at controlling the amount of ion implantation, and no consideration is given to reducing the charging phenomenon of the base material, resulting in the problem of deterioration of the base material due to charging.

ここで、半導体素子への注入についての例を説明する。Here, an example of injection into a semiconductor device will be explained.

最近のLSIの微細化等に伴うイオン注入プロセスでは
、ウェハ表面の絶縁層の薄膜化と微細化、およびホトレ
ジスト付ウェハの多様化により、ウェハに注入されるイ
オンの電荷が絶B層に蓄積され、素子の絶縁破壊、性能
の劣化をもたらし、注入量の均一性、再現性が損われ、
素子の品質に悪影響を与えている。
In the ion implantation process accompanying the recent miniaturization of LSI, etc., the insulating layer on the wafer surface has become thinner and finer, and wafers with photoresist have become more diverse, so the charge of the ions implanted into the wafer is constantly stored in the B layer. , leading to dielectric breakdown of the device, deterioration of performance, and impairing the uniformity and reproducibility of the implanted amount.
This has an adverse effect on the quality of the element.

これに対して、例えばrMethod of Irra
diatingDielectriccoated S
em1conductor Bodies WithL
ow Energy Electrons、 U 、S
 、P 、 3507705Jや[正電化のイオンビー
ムの中性化を強化するための方法および装置、特公昭5
7−87056号公報Jなどは、ウェハ表面の帯電を防
ぐ手段としての電子供給装置を設けている。しかし、こ
の手段は電子の漏洩、二次電子の不安定性などにより、
ウェハに注入されるイオン量を正確に検出することは不
可能に近い。
In contrast, for example, rMethod of Irra
diatingDielectriccoatedS
em1conductor Bodies WithL
ow Energy Electrons, U, S
, P. 3507705J and [Method and apparatus for strengthening the neutralization of positively charged ion beams, Japanese Patent Publication No. 5
Publication No. 7-87056 J and the like provide an electron supply device as a means for preventing charging of the wafer surface. However, this method has problems due to electron leakage, instability of secondary electrons, etc.
It is nearly impossible to accurately detect the amount of ions implanted into a wafer.

本発明の目的は、帯電現象を減少させると同時に、注入
量を正確に制御することのできるイオン注入装置を提供
するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus that can reduce charging phenomena and at the same time accurately control the implantation amount.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、イオンビームのイオンを中和する手段を設
けると共に、該中和手段を通過せず注入イオンビームに
比例する別のイオンビームを検出する検出器を設置し、
帯電現象の緩和と注入量の検出を独立して制御すること
により達成される。
The above object is to provide a means for neutralizing ions of an ion beam, and a detector for detecting another ion beam that does not pass through the neutralizing means and is proportional to the implanted ion beam,
This is achieved by independently controlling charging phenomenon mitigation and injection amount detection.

すなわち、本願第一発明に係るイオン注入装置は、イオ
ンを生成するイオン源と、イオンビームを質量分離する
分離磁石と、質量分離された特定のイオンを基材に注入
する処理室より成るイオン注入装置において、分離磁石
と処理室の間にイオンを中和する手段を設けると共に、
分離磁石より上流側のイオンビームの周縁一部を検出し
、この検出値によって基材に注入されるイオン量を制御
するものである。
That is, the ion implantation apparatus according to the first invention of the present application is an ion implantation device that includes an ion source that generates ions, a separation magnet that separates the ion beam by mass, and a processing chamber that implants specific mass-separated ions into a base material. In the apparatus, a means for neutralizing ions is provided between the separation magnet and the processing chamber, and
A portion of the periphery of the ion beam on the upstream side of the separation magnet is detected, and the amount of ions injected into the base material is controlled based on this detected value.

また、第二発明に係るイオン注入装置は、イオンを生成
するイオン源と、イオンビームを質量分離する分離磁石
と、質量分離された特定のイオンを基材に注入する処理
室より成るイオン注入装置において、分離磁石と処理室
の間にイオンを中和する手段を設けると共に、分離磁石
により質量。
Further, an ion implantation apparatus according to a second invention is an ion implantation apparatus comprising an ion source that generates ions, a separation magnet that separates the ion beam by mass, and a processing chamber that implants specific mass-separated ions into a base material. In addition, a means for neutralizing ions is provided between the separation magnet and the processing chamber, and the mass is removed by the separation magnet.

電荷比に応じて質量分離されたイオンビームのうち、注
入イオンビームとは異なるイオン種であって、該注入イ
オンビームに比例するイオンビームを検出することによ
り、基材に注入されるイオン量を制御するものである。
Of the ion beams that have been mass-separated according to the charge ratio, the amount of ions implanted into the base material can be determined by detecting the ion beam that is of a different ion type from the implanted ion beam and is proportional to the implanted ion beam. It is something to control.

〔作用〕[Effect]

イオン注入装置によく用いられるイオンビームの中和法
としては、ホームズ(A、J、Holmes : Ra
d。
As an ion beam neutralization method often used in ion implantation equipment, Holmes (A. J., Holmes: Ra
d.

Eff、44.47(1979))が述べているように
(1)イオンビームの外から電子を供給する。
Eff, 44.47 (1979)) states: (1) Electrons are supplied from outside the ion beam.

(2)イオンビーム中のエミッタから電子を供給する。(2) Supplying electrons from the emitter in the ion beam.

(3)プラズマブリッジから電子を供給する。(3) Supply electrons from the plasma bridge.

(4) 10−3〜10−’Torrの低い真空度で残
留ガスをイオン化することで二次電子が供給される。
(4) Secondary electrons are supplied by ionizing the residual gas at a low vacuum of 10-3 to 10-'Torr.

などがあり、(1)と(4)がよく用いられる。etc., and (1) and (4) are often used.

このようにして供給された負の電子は正のイオンビーム
にトラップされイオンビームを中性化する。正のイオン
ビームが注入される基材の表面の絶縁層に達し、正の電
荷が蓄積されると、負の電子が基材表面に運ばれ、正に
帯電した基材表面の電荷を中和する。このようにして、
帯電現象を緩和することはできるが、イオン注入装置の
特長である注入量の高い精度の電気的制御性が損われる
The negative electrons thus supplied are trapped in the positive ion beam and neutralize the ion beam. When the positive ion beam reaches the insulating layer on the surface of the substrate to be implanted and positive charges are accumulated, negative electrons are carried to the substrate surface and neutralize the positively charged charges on the substrate surface. do. In this way,
Although the charging phenomenon can be alleviated, the highly accurate electrical controllability of the implantation amount, which is a feature of the ion implanter, is impaired.

それは基材に注入される物質はイオンでも中性粒子でも
よいが、電流量として計測制限できるのはイオン量であ
る。しかし、イオンあるいは中性粒子が入射すると二次
電子が発生する。また残留ガスあるいは基材から発生す
るガスと衝突して発生する二次電子とイオンの中性化率
、中和手段による中性化率と二次電子の計測系からの漏
洩、基材への帯電率など、イオン量の計測誤差は変動要
因が大きい。
The substance injected into the base material may be ions or neutral particles, but it is the amount of ions that can be measured and limited as the amount of current. However, when ions or neutral particles are incident, secondary electrons are generated. Also, the neutralization rate of secondary electrons and ions generated by collision with residual gas or gas generated from the base material, the neutralization rate due to neutralization means, the leakage of secondary electrons from the measurement system, and the rate of neutralization of secondary electrons and ions generated by collision with residual gas or gas generated from the base material. Errors in measurement of ion amount, such as charge rate, have large fluctuation factors.

例えば、半導体素子の注入量の均一性は1〜2%以内に
保つ必要があり、イオン注入装置ではそれが可能である
が、絶縁膜やホトレジスト付のウェハでは帯電現象やア
ウトガス等によりウェハ自体に出入りする電気量として
正確に計測することは上記理由により困難である。
For example, the uniformity of the implantation amount for semiconductor devices must be maintained within 1 to 2%, and although this is possible with ion implanters, wafers with insulating films or photoresists may be damaged due to charging phenomena, outgas, etc. For the above reasons, it is difficult to accurately measure the amount of electricity flowing in and out.

本発明は、基材(ウェハなど)の帯電は中和手段により
緩和し、電気量は基材(ウェハなど)とは別に、注入量
に比例するイオンビームを金属とカーボン(高エネルギ
ーのイオンビームに対する耐熱材)によるファラデーケ
ージ構造(二次電子を抑えるサプレッサ電極付)の部分
イオンモニタ電極により、電気量を正確に測定するもの
である。
In the present invention, the charge on the base material (wafer, etc.) is alleviated by neutralizing means, and the amount of electricity is separated from the base material (wafer, etc.) by using an ion beam that is proportional to the implantation amount. The electrical quantity is accurately measured using a partial ion monitor electrode with a Faraday cage structure (with a suppressor electrode to suppress secondary electrons) made of a heat-resistant material (heat-resistant material).

これにより、基材(ウェハなど)の帯電は電子を供給す
ることで中和すると共に、イオン注入量は注入イオンビ
ームと比例する別のイオンビームで正確に計測できるの
で、基材表面での絶縁破壊を防げると共に、注入量も均
一に、再現性よく制御することができる。
As a result, the electrical charge on the base material (wafer, etc.) is neutralized by supplying electrons, and the amount of ion implantation can be accurately measured using another ion beam proportional to the implanted ion beam. Destruction can be prevented, and the injection amount can be controlled uniformly and with good reproducibility.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明(第一発明)の−実施例を第1図により説
明する。イオン注入装置にはイオン電流がμA級のもの
とmA級の装置がある。帯電現象や注入量の均一性、再
現性、基材(ウェハなと)の温度上昇などの面で、本発
明により関与するのはmA級のいわゆる大電流機と称す
るもので、説明の都合上、ここでは半導体素子製造用の
大電流イオン注入装置を例として説明する。しかし、原
理的には他の型の装置あるいは表面改質用の装置も以下
と同様の考え方が可能であることは勿論である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention (first invention) will be described with reference to FIG. There are two types of ion implantation devices: those with an ion current of μA class and those with an ion current of mA class. In terms of charging phenomena, uniformity of injection amount, reproducibility, temperature rise of the base material (wafer), etc., what is involved in the present invention is a so-called mA class high current machine, and for convenience of explanation, it is Here, a high current ion implantation apparatus for manufacturing semiconductor devices will be explained as an example. However, it goes without saying that the same concept as described below can be applied to other types of devices or surface modification devices in principle.

イオン源1に、一般にはイオン化しようとする物質のガ
スを導入する。熱電子あるいはマイクロ波電界と磁界を
重畳させ、プラズマを発生させる。
A gas of the substance to be ionized is generally introduced into the ion source 1 . Plasma is generated by superimposing a thermoelectron or microwave electric field and a magnetic field.

イオン源1は通常10〜20kVの高電位にあり、電界
により大電流の全イオンビーム2として出射される。分
離磁石3に入射したイオンビーム2はイオンの加速電圧
および分離磁石3による磁場の強さにより、一定の軌道
を飛行するイオン種がイオンの質量・電荷比に応じて選
別される。これは質量分析の原理と同様である。このよ
うにして質量分離された選別イオンビーム4は収束点に
設置された分離スリット5により、完全に選別分離され
、注入イオンビーム6として、ウェハ7に達する。mA
級の大電流イオン注入装置ではウェハ7の高電力のイオ
ン注入による温度上昇を防ぐため、円板8の周辺にウェ
ハ7を配列し、高速回転させている。イオンのウニハフ
全面に対する均一注入を実現するため、円板8を高速一
定回転すると共に、注入イオンビーム6に対し、横方向
に円板8を走査するか、注入イオンビーム6を同方向に
走査している。本実施例は、円板8を走査する構成の場
合であり、走査機構9と走査制御部10があり、円板8
の外周側の回転速度が内周側より速いことを考慮して半
径方向に反比例し、注入イオン(lO) ビーム6を注入イオン電流11として注入イオン検出部
12で検出し、その増減に応じて走査制御を行ない均一
注入を行なう例を示した。イオン源電源13.磁場電源
14などとCPUによる集中制御を行なう注入制御装置
15により全体を制御する。イオンビームライン、ウェ
ハ7および円板8を含む系は排気系により高真空に保た
れている。
The ion source 1 is normally at a high potential of 10 to 20 kV, and is emitted as a total ion beam 2 with a large current by an electric field. The ion beam 2 incident on the separation magnet 3 is subjected to ion acceleration voltage and the strength of the magnetic field produced by the separation magnet 3, so that ion species flying in a fixed orbit are selected according to the mass-to-charge ratio of the ions. This is similar to the principle of mass spectrometry. The thus mass-separated sorting ion beam 4 is completely sorted and separated by the separation slit 5 installed at the convergence point, and reaches the wafer 7 as an implanted ion beam 6. mA
In order to prevent the temperature of the wafers 7 from increasing due to high-power ion implantation, the wafers 7 are arranged around a circular plate 8 and rotated at high speed in a high-current ion implantation apparatus such as the above. In order to uniformly implant ions over the entire surface of the unihaf, the disk 8 is rotated at a constant high speed, and the disk 8 is scanned in a transverse direction with respect to the implantation ion beam 6, or the implantation ion beam 6 is scanned in the same direction. ing. This embodiment is a case of a configuration in which the disk 8 is scanned, and there is a scanning mechanism 9 and a scan control section 10, and the disk 8 is
Considering that the rotation speed on the outer circumference side is faster than the inner circumference side, the rotation speed is inversely proportional to the radial direction. An example of uniform injection using scan control was shown. Ion source power supply 13. The entire system is controlled by a magnetic field power source 14 and an injection control device 15 that performs centralized control using a CPU. The system including the ion beam line, wafer 7, and disk 8 is maintained at a high vacuum by an exhaust system.

ウェハ7の表面に絶縁層があると、注入イオンビーム6
は電荷を失うことなく、絶縁層に留まるため、電荷とし
てウェハ7および円板8を通って流れる注入イオン電流
11として検出されない。
If there is an insulating layer on the surface of the wafer 7, the implanted ion beam 6
remains in the insulating layer without losing charge and is therefore not detected as the implanted ion current 11 flowing through the wafer 7 and disk 8 as a charge.

イオンは通常、多量にしかも安定に得られる正イオンが
用いられるので、絶縁層は正に帯電していき、遂には絶
縁層を破壊させる。また注入イオンビーム6の収束性も
乱し、均一なイオン注入に悪影響を及ぼす。
Since positive ions that can be stably obtained in large quantities are usually used, the insulating layer becomes positively charged, eventually destroying the insulating layer. Furthermore, the convergence of the implanted ion beam 6 is also disturbed, which adversely affects uniform ion implantation.

そこで、この正の帯電を打消すため、フィラス−ントか
らの電子や、ガス反応室を設け、二次電子を供給するた
めの中和手段16をウェハ7の前であって分離磁石3の
後に設置する。この中和手段]6からの電子を正に帯電
するウェハ7に供給して正電荷の蓄積を打消す、あるい
は注入イオンビーム6そのものを中性化して帯電を防ぐ
ようになっている。ただ、この中和手段16を設けるだ
けでは均一性と再現性のよい注入を実現する上で充分と
は言えない。すなわち、(1)注入イオンビーム6その
ものの中性化率がガス圧(真空度)により変わる。(2
)生成する二次電子量がガス圧、加速電圧(エネルギー
)、ビームの収束性、壁、ウェハ、円板等との衝撃程度
、汚れ等により変わる。
Therefore, in order to cancel this positive charge, a neutralizing means 16 for supplying electrons from the filament or a gas reaction chamber is provided in front of the wafer 7 and after the separating magnet 3. Install. Electrons from the neutralizing means] 6 are supplied to the positively charged wafer 7 to cancel the accumulation of positive charges, or the implanted ion beam 6 itself is neutralized to prevent charging. However, simply providing this neutralizing means 16 is not sufficient to realize injection with good uniformity and reproducibility. That is, (1) the neutralization rate of the implanted ion beam 6 itself changes depending on the gas pressure (degree of vacuum). (2
) The amount of secondary electrons generated varies depending on gas pressure, accelerating voltage (energy), beam convergence, degree of impact with walls, wafers, disks, etc., dirt, etc.

(3)存在する二次電子が測定系からリークする。(3) Existing secondary electrons leak from the measurement system.

以上の理由により注入イオン電流11として検出される
電荷量が、注入される物質量と一致しない、または変動
する等の問題が生じている。
Due to the above reasons, problems arise such that the amount of charge detected as the implanted ion current 11 does not match the amount of the implanted substance or varies.

本発明はこの点に注目し、ウェハ7の帯電は中和手段1
6で緩和しイオン注入量の制御は誤差、変動の多い注入
イオンビーム6、注入イオン電流11を用いないで、注
入イオンビーム6に比例し、中和手段16とは関係ない
イオン電流を検出して行なうものである。
The present invention focuses on this point, and the electrification of the wafer 7 is reduced by the neutralizing means 1.
6, the ion implantation amount is controlled by detecting an ion current proportional to the implanted ion beam 6 and unrelated to the neutralizing means 16, without using the implanted ion beam 6 and the implanted ion current 11, which have many errors and fluctuations. This is what we do.

イオン源1から出射される全イオンビーム2は、一般に
はやや発散しながら分離磁石3に進む。この全イオンビ
ーム2は中心の密度が高いので、ビーム中央に開口をも
ち、該ビームの90%以上は通過させ、円周の一部を検
出する部分イオンモニタ電極17を設置し、この部分イ
オンモニタ電流18を部分イオンモニタ電流検出部19
で正確に測定する。部分イオンモニタ電流18は当然、
注入イオンビーム6、注入イオン電流11に比例してい
るので、あらかじめ、その比例定数を実測し較正するか
、注入制御装置15のCPUのメモリに保管しておき、
必要に応じて、イオン注入量の制御に用いる。部分イオ
ンモニタ電極17の形状は、必ずしも開口部をもたなく
てもよく、単なる平板電極を全イオンビーム2の僅か一
部に挿入する構造でもよいことは言うまでもない。更に
、そのビームとの相対位置を変えられる可変様構付のも
のは更に便利である。
The entire ion beam 2 emitted from the ion source 1 generally advances to the separation magnet 3 while being slightly divergent. Since this total ion beam 2 has a high density at the center, an aperture is provided at the center of the beam to allow more than 90% of the beam to pass through, and a partial ion monitor electrode 17 is installed to detect a part of the circumference. The monitor current 18 is converted into a partial ion monitor current detector 19.
to measure accurately. Of course, the partial ion monitor current 18 is
Since it is proportional to the implanted ion beam 6 and the implanted ion current 11, the proportional constant must be actually measured and calibrated in advance, or stored in the memory of the CPU of the implant control device 15.
It is used to control the amount of ion implantation, if necessary. It goes without saying that the shape of the partial ion monitor electrode 17 does not necessarily have to have an opening, and may have a structure in which a simple flat plate electrode is inserted into a small portion of the entire ion beam 2. Furthermore, it is even more convenient to have a variable structure that allows the relative position with respect to the beam to be changed.

次に、第二発明の一実施例を第2図および第3図に基づ
いて説明する。通常注入に用いられるガスはイオン化す
ると多くのイオン種が生成される事実を前提とする。
Next, an embodiment of the second invention will be described based on FIGS. 2 and 3. It is premised on the fact that many ion species are generated when the gas normally used for implantation is ionized.

第2図は、二弗化ボロン(BF3)ガスのイオン化した
ものの質量スペクトルを示す。元素を示す文字の左上の
数字は質量数を示し、ボロン(B)の場合、質量数10
と11があり、半導体素子へ ′の注入には11Bが多
く用いられる。第3図において、イオンの加速電圧を一
定にして、分離磁石3の磁場強度を変えることにより、
スリット5に収束するイオン種を選別し、第2図のよう
な質量スペクトルが得られる。注入イオンビーム4とし
て11B(質量数11)を選ぶと、それより重いイオン
ビーム、例えば11 B 19 F 2(質量数49)
はそれ程曲げられず、重いイオンビーム24として、重
イオン検出電極25に入り、重イオンビーム電流26と
して、重イオン検出部27で正確にイオン電流が検出さ
れる。また、同位元素としての10B(質量数10)は
、軽いので大きく曲り、軽イオンビーム20として、軽
イオン検出電極21に入り、軽イオンビーム電流22と
して、軽イオン検黒部23で正確にイオン電流が検出さ
れる。
FIG. 2 shows a mass spectrum of ionized boron difluoride (BF3) gas. The number on the upper left of the letter indicating the element indicates the mass number, and in the case of boron (B), the mass number is 10.
and 11, and 11B is often used for implanting ' into semiconductor devices. In FIG. 3, by keeping the ion acceleration voltage constant and changing the magnetic field strength of the separation magnet 3,
The ion species that converge on the slit 5 are selected, and a mass spectrum as shown in FIG. 2 is obtained. If 11B (mass number 11) is selected as the implantation ion beam 4, a heavier ion beam, such as 11 B 19 F 2 (mass number 49)
is not bent that much and enters the heavy ion detection electrode 25 as a heavy ion beam 24, and the ion current is accurately detected as a heavy ion beam current 26 by the heavy ion detection section 27. In addition, since 10B (mass number 10) as an isotope is light, it bends greatly and enters the light ion detection electrode 21 as a light ion beam 20, and the light ion detector 23 accurately detects the ion current as a light ion beam current 22. is detected.

イオン電流の検出としては、部分イオンモニタ電極17
は殆どのイオンを通過させるため、該モニタ電極17へ
二次電子防止電圧を印加することはイオンビーム自体の
軌道を乱すため、一般に難しいのであるが、本発明の如
く重および軽イオン検出電極25.21の場合は、入射
する各イオン24.20を全て測定できる配置などで二
次電子防止電圧を印加できるいわゆるファラデーカップ
方式の構造を採ることができ、イオン電流の測定精度は
高い。また、これらのイオンビーム24゜20は注入イ
オンビーム6に比例しているが、同位元素のイオンビー
ムを用いれば、同位体比は一定なので、より注入イオン
ビーム6に比例したイオン電流として検出でき、イオン
注入量より一層正確な制御が可能となる。
For detection of ion current, partial ion monitor electrode 17
Generally, it is difficult to apply a secondary electron prevention voltage to the monitor electrode 17 because it disturbs the trajectory of the ion beam itself, but as in the present invention, the heavy and light ion detection electrode 25 In the case of .21, a so-called Faraday cup structure can be adopted in which a secondary electron prevention voltage can be applied with an arrangement that allows measurement of all incident ions 24.20, and the measurement accuracy of the ion current is high. Also, these ion beams 24°20 are proportional to the implanted ion beam 6, but if an isotope ion beam is used, the isotope ratio is constant, so it can be detected as an ion current that is more proportional to the implanted ion beam 6. , it becomes possible to control the ion implantation amount more accurately.

前記いずれの発明においても、注入イオンビーム6との
比例定数を前もって測定、較正し、これらを記憶装置に
貯え、CPUによる自動設定および自動制御が可能なこ
とは勿論である。
In any of the inventions described above, it is of course possible to measure and calibrate the proportionality constant with respect to the implanted ion beam 6 in advance, store these in a storage device, and automatically set and control by the CPU.

尚、重イオンビーム検出電極25.軽イオンビーム検出
器21は、検出対象とするイオン種により、その位置は
変わるので、最適位置になるような位置可変機構付きの
ものが便利であり、イオン種によりその位置、比例係数
を自動的に設定することも技術的に可能であることは勿
論である。
Note that the heavy ion beam detection electrode 25. The position of the light ion beam detector 21 changes depending on the ion type to be detected, so it is convenient to have a variable position mechanism that allows the light ion beam detector 21 to adjust its position to the optimum position. Of course, it is technically possible to set it to .

更に、第1図および第3図のウェハ7、円板8のかわり
に他の基材として金属、セラミックス。
Furthermore, instead of the wafer 7 and disk 8 in FIGS. 1 and 3, metals and ceramics are used as other base materials.

プラスチック等を置ち、表面改質などの目的でその表面
に薄膜を形成する場合、注入イオンビーム6と同時に、
別のイオン源、蒸着装置、スパッタ装置からのイオンあ
るいは中性粒子を入射し、イオン、中性粒子との共注入
により、薄膜を形成することも可能である−この場合も
、基材に入る注入イオンビーム6は、他のイオン種、電
子等によって検出および注入量制御は不正確となりやす
いが、本発明によれば、注入イオン量を正確に検出およ
び制御でき、良質の薄膜形成が可能となる。
When placing a plastic etc. and forming a thin film on the surface for the purpose of surface modification etc., at the same time as the implanted ion beam 6,
It is also possible to form a thin film by injecting ions or neutral particles from another ion source, vapor deposition device, or sputtering device and co-implanting the ions and neutral particles into the substrate. The detection and injection amount control of the implanted ion beam 6 tends to be inaccurate due to other ion species, electrons, etc. However, according to the present invention, the amount of implanted ions can be accurately detected and controlled, and a high-quality thin film can be formed. Become.

(発明の効果〕 本発明によれば、注入される基材(ウェハ等)の帯電を
中和すること、イオン注入量を個別に検出制御すること
により、帯電をなくすと同時に注入量も正確に制御でき
るので、基材の絶縁破壊を防止でき、かつ再現性のよい
均一なイオン注入が可能となり、注入物(半導体デバイ
スなど)の製品の品質、歩留り向上の効果がある。
(Effects of the Invention) According to the present invention, by neutralizing the charge on the base material (wafer, etc.) to be implanted and by individually detecting and controlling the amount of ions to be implanted, it is possible to eliminate the charge and at the same time accurately control the amount of ions to be implanted. Since it can be controlled, dielectric breakdown of the base material can be prevented and uniform ion implantation with good reproducibility can be performed, which has the effect of improving the quality and yield of implanted products (semiconductor devices, etc.).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は第一発明の一実施例を示す構成図、第2図は三
弗化ボロンの質量スペクトルを示す図、第3図は第二発
明の一実施例を示す構成図である。 1・・・イオン源、2・・・全イオンビーム、3・・分
離磁石、4・・・選別イオンビーム、5・・・分離スリ
ット、6・・・注入イオンビーム、7−・・ウェハ、8
・・・円板、9・・・走査機構、10・・・走査制御部
、11・・・注入イオン電流、12・−・注入イオン電
流検出部、13・−イオン源電源、14・・・磁場電源
、15・・・注入制御装置、16・・中和手段、17・
・部分イオンモニタ電極、18・・・部分イオンモニタ
電流、19・−・部分イオンモニタ電流検出部、20・
−軽イオンビーム、21・−軽イオン検出電極、22・
・・軽イオン電流、23・−・軽イオン検出部、24・
・重イオンビーム、25・・・重イオン検出電極、26
・・・重イオン電流、27・・・東イオン検出部。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the first invention, FIG. 2 is a diagram showing a mass spectrum of boron trifluoride, and FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the second invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ion source, 2... Total ion beam, 3... Separating magnet, 4... Selecting ion beam, 5... Separating slit, 6... Implanting ion beam, 7-... Wafer, 8
. . . Disk, 9 . . . Scanning mechanism, 10 . . . Scanning control unit, 11 . Magnetic field power supply, 15... Injection control device, 16... Neutralization means, 17.
- Partial ion monitor electrode, 18... Partial ion monitor current, 19... Partial ion monitor current detection section, 20...
-Light ion beam, 21.-Light ion detection electrode, 22.
・・Light ion current, 23・−・Light ion detection section, 24・
・Heavy ion beam, 25...Heavy ion detection electrode, 26
...Heavy ion current, 27...East ion detection section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、イオンを生成するイオン源と、イオンビームを質量
分離する分離磁石と、質量分離された特定のイオンを基
材に注入する処理室より成るイオン注入装置において、
分離磁石と処理室の間にイオンを中和する手段を設ける
と共に、分離磁石より上流側のイオンビームの周縁一部
を検出し、この検出値によつて基材に注入されるイオン
量を制御することを特徴とするイオン注入装置。 2、特許請求の範囲第1項の記載において、処理室に他
のイオン源、電子ビームによる蒸着装置、スパッタ蒸着
装置を設け、この他のイオンを質量分離されたイオンビ
ームと共注入するイオン注入装置。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項の記載において、
注入イオンビーム量と、該注入イオンビーム量に比例す
る別の検出イオンビーム量との比例定数をあらかじめ測
定して、コンピュータのメモリに保管しておき、注入イ
オンビーム量を別の検出イオンビーム量により自動的に
制御するイオン注入装置。 4、イオンを生成するイオン源と、イオンビームを質量
分離する分離磁石と、質量分離された特定のイオンを基
材に注入する処理室より成るイオン注入装置において、
分離磁石と処理室の間にイオンを中和する手段を設ける
と共に、分離磁石により質量、電荷比に応じて質量分離
されたイオンビームのうち、注入イオンビームとは異な
るイオン種であつて、該注入イオンビームに比例するイ
オンビームを検出することにより、基材に注入されるイ
オン量を制御することを特徴とするイオン注入装置。 5、特許請求の範囲第4項の記載において、検出するイ
オンビームは注入イオンビームの同位元素であるイオン
注入装置。 6、特許請求の範囲第4項又は第5項の記載において、
処理室に他のイオン源、電子ビームによる蒸着装置、ス
パッタ蒸着装置を設け、この他のイオンを質量分離され
たイオンビームと共注入するイオン注入装置。 7、特許請求の範囲第4項、第5項又は第6項の記載に
おいて、注入イオンビーム量と、該注入イオンビーム量
に比例する別の検出イオンビーム量との比例定数をあら
かじめ測定して、コンピュータのメモリに保管しておき
、注入イオンビーム量を別の検出イオンビーム量により
自動的に制御するイオン注入装置。
[Claims] 1. An ion implantation device comprising an ion source that generates ions, a separation magnet that mass-separates the ion beam, and a processing chamber that implants mass-separated specific ions into a base material,
A means for neutralizing ions is provided between the separation magnet and the processing chamber, and a portion of the periphery of the ion beam upstream of the separation magnet is detected, and the amount of ions implanted into the base material is controlled based on this detected value. An ion implantation device characterized by: 2. In the statement of claim 1, ion implantation in which another ion source, an electron beam evaporation device, or a sputter evaporation device is provided in the processing chamber, and other ions are co-injected with the mass-separated ion beam. Device. 3. In the statement of claim 1 or 2,
The proportionality constant between the implanted ion beam amount and another detected ion beam amount that is proportional to the implanted ion beam amount is measured in advance and stored in the computer memory, and the implanted ion beam amount is compared to the detected ion beam amount. Ion implantation equipment automatically controlled by 4. In an ion implantation device consisting of an ion source that generates ions, a separation magnet that mass-separates the ion beam, and a processing chamber that implants mass-separated specific ions into a base material,
A means for neutralizing ions is provided between the separation magnet and the processing chamber, and a means for neutralizing ions is provided between the separation magnet and the processing chamber. An ion implantation apparatus characterized in that the amount of ions implanted into a base material is controlled by detecting an ion beam proportional to the implanted ion beam. 5. The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein the ion beam to be detected is an isotope of the implanted ion beam. 6. In the statement of claim 4 or 5,
An ion implantation device that includes other ion sources, an electron beam evaporation device, and a sputter evaporation device in a processing chamber, and co-injects other ions with a mass-separated ion beam. 7. In the statement of claim 4, 5, or 6, the proportionality constant between the implanted ion beam amount and another detected ion beam amount that is proportional to the implanted ion beam amount is measured in advance. , an ion implanter that stores information in a computer's memory and automatically controls the amount of implanted ion beams based on the amount of detected ion beams.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5799144A (en) * 1996-05-31 1998-08-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Microcomputer for resolving problems found in a program stored in a ROM
JP2002255518A (en) * 2001-02-28 2002-09-11 Japan Atom Energy Res Inst Production method for fullerene selectively including isotope atom by ion implantation method

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