JPS6386340A - 一次粒子線照射装置 - 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】 〔概　要〕 一次粒子線照射装置であって、所定幅または所定領域に
亘って走査される一次粒子線が照射されるターゲットと
、該ターゲット表面近傍に設けられた指向性を有する二
次粒子センサとをそなえ、該二次粒子センサの出力によ
って該一次粒子線の照射位置が検出されるように構成さ
れており、該検出結果に応じて該走査系のインターロッ
クを行ったりあるいは該走査用の信号（スキャンシグナ
ル）を調整するなどして、該ターゲット上における該一
次粒子線の走査幅および走査範囲（半径方向における照
射位置）が高精度に補正され、各ターゲットに対するド
ーズの均一性ならびにそノ再現性が確保される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は一次粒子線照射装置に関し、特にイオンビーム
などの一次粒子線をある幅で走査しながら回転ディスク
上に設けられた半導体ウェーハなどのターゲットに照射
してイオン注入などを行う一次粒子線照射装置に関する
。

〔従来の技術〕

第５図ｆａ）は、従来技術におけるイオンビーム照射装
置の全体構成を例示するもので、１０および１１は二重
に形成された外側および内側の箱体であって、該二重の
箱体１０，１１の間にはイオン加速用の直流電源１２（
例えばＯＶから１２０乃至１７５ＫＶの範囲で調整され
る）が接続される。１５はイオン発生源（プラズマ発生
装置）であって該イオン発生源１５にはプラズマ発生用
の電源装置１３が接続され、また該電源装置１３０霜体
と該内側の箱体１１との間には例えば２５〜８０ＫＶの
直流電源１４が接続されている。１６はイオン引出し用
の電極であって例えば箱体１１と同じ電位に設定され、
これによって該イオン発生源１５と該引出し電極１６と
の間に該直流電源１４にもとづく強電界が発生する。そ
の結果、該イオン発生源１５において発生したプラスイ
オンのビームは該引出し電極１６を通して引出され、次
いで該イオンビームを第５図（ａｌにおいて上下方向に
対向するように配置した（第５図（ａｌ中にはそのうち
の一方のみが示される）一対の円弧状のマグネット１７
の間隙を通し、該間隙に形成される磁場の作用によって
該イオンビームの進行方向を曲折させる。

この場合、該イオンを構成する元素の種類（すなわち該
イオンの重さ）によって該曲折の度合が異る（軽いイオ
ンはど強く曲る）ため、所望の元素に対応するイオンビ
ームのみが所定の進行経路を通ってスリット１８を通過
し、更に該二重の箱体１０および１１の間に設けられた
加速管１９内で上記直流電源１２にもとづく強電界によ
り加速されて、所定のターゲット（例えば箱体２０内に
おいて回転ディスク２３上に載置された半導体ウェーハ
２４）に向って照射される。なお、該加速管１９箱体２
０及びイオン発生源１５から加速管１９に到るイオンビ
ームの通路はすべて真空容器として形成される。

この場合、該イオンビームが、該回転ディスク２３上に
おいてその円周方向に沿って載置された複数個のウェー
ハ２４　（第５図（ｂｌ参照）の表面全体に照射される
ためには、該イオンビームを所定幅（例えば第５図（ｂ
ｌに示されるように該半導体ウェーハ２４を含み、該半
導体ウェーハ２４の幅を少し超えた幅Ｌ）に亘って照射
する（したがってディスク２３の回転によって、その照
射領域は第５図（ｂｌにおいて点線斜線で示す領域Ｓと
なる。）必要があり、そのための手段として、■０回回
転ディスク上を該所定幅したけ往復動させる。■。

該イオンビームを該所定幅りだけ往復動させるように該
ターゲット上で該イオンビームの走査を繰返すことが考
えられる。この場合、一般的には後者■の方が該走査を
高速に行うことができる。

第６図は、該後者■の手段によって該イオンビームの走
査を行う場合において、該イオンビームが該加速管１９
を通過したあと、該ターゲット上に照射させるにあたっ
て、上記走査を行わせるための具体的構成を例示するも
ので、２１は該イオンビームを所定の角度範囲θに亘っ
て周期的に往復動させるための走査用マグネット、２２
は該走査用マグネット２１によって上述したようにその
進行方向を曲げられたイオンビームを一定の方向に平行
に向ける（それによって該イオンビームを、回転ディス
ク２３上においてリング２５により装着された各ウェー
ハ２４の領域を含む上記所定の走査幅りの範囲で往復動
させる）ためのマグネットである。ここで該マグネット
２１および２２は何れも上記マグネット１７と同様に第
６図において例えばその上下方向において対向する一対
のマグネットにより構成され、酸マグネ・ノド２１は、
該一対のマグネット間の間隙（該間隙をイオンビームが
通過する）に生ずる磁場の強さが周期的に変化するよう
に所定の走査信号（スキャンシグナル）により励磁され
、それにより８亥イオンビームを所定の角度範囲θに亘
って繰返し走査させる。

またマグネット２２は、その一対のマグネットの間隙に
生ずる磁場の強さは一定とされているが、上記マグネッ
ト２１によって所定の角度範囲θに亘って往復動するよ
うに種々の角度で曲折されたイオンビームを、第６図の
例ではすべて元の方向に向けるために、該マグネット２
２の間隙に生ずる磁場の向きを該マグネット２１の間隙
に生ずる磁場の向きと逆になるようにし、更にその形状
を第６図に示すように下方に行くしたがって幅広くなる
ように例えば三角形に形成して、その結果該曲折された
すべてのイオンビームを所定の方向に平行に向けるよう
にする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述したようなイオンビーム照射装置にお
いては、該回転ディスク２３上の照射領域Ｓの内周側と
外周側とにおいて（ディスク半径方向において）注入さ
れる面積に差を生じ、したがって注入時間を等しくした
場合、該内周側におけるイオン注入量の方が該外周側に
おけるイオン注入量よりも多くなって該注入量が不均一
となりその補正をする必要が生ずることになる。また、
該イオンビーム走査系全体に不可避的に生ずる非直線性
に起因して、該イオンビームの照射位置を該走査用マグ
ネットの磁場強度（したがってスキャンシグナル）など
と対応させて完全に直線的に制御することができず、そ
のために該イオンビームを走査して注入すべき照射範囲
（第６図に幅りおよび領域Ｓによって示される）が半径
方向において位置的にずれることになり、これまたイオ
ン注入量に対する誤差の原因となってその補正をする必
要が生ずるという問題点があった。

かかる問題点に対し従来技術においては、ディスク半径
方向の注入面積差や走査系の非直線性を補正するため、
例えばテスト用のウェーハを用いてその半径方向に対す
るイオン注入量（例えばシート抵抗によって測定する）
のマツプをとり、これにもとづいて予めプログラムされ
た所定のスキャンシグナルによって上記走査用マグネッ
トの磁場強度あるいは磁場の変化量をソフト的に補正す
るような手段がとられている。

しかしながらかかる手段をとったとしても、現実ニ各ウ
ェーハに照射されるイオンビームの照射位置（厳密には
装置の動作毎に異る）は同等検出されておらず、したが
って厳密には各装置動作毎に異る上記注入面積差や走査
系の非直線性にもとづくドーズの不均一性を十分に補正
し切ることができなかったのである。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、ターゲット上に照射されるイオンビームの照射位置
を、該ターゲット表面近傍に設けられた指向性を有する
二次粒子センサの出力によって常時検出し、該検出結果
にもとづいて該走査系に対する所定の補正を行う（例え
ば上記磁場の強度あるいは磁場の変化量を制御するスキ
ャンシグナルを調整する）という着想にもとづいて、上
記イオンビームの走査幅および走査範囲（半径方向にお
ける照射位置）を、各装置動作毎に精度よく所定の走査
幅および所定の照射位置となるようにし、それによって
各ウェーハに対するイオンビームのドーズの均一性およ
びそ再現性を向上するようにしたものである。なお本発
明は上記したような従来技術によるソフト的な補正を行
った上で、それに付加して実施することによって、その
補正をより完全なもの、としうろことはいうまでもない
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する手段として、本発明においては、
所定幅または所定領域に亘って走査される一次粒子線が
照射されるターゲットと、該ターゲット表面近傍に設け
られた指向性を有する二次粒子センサとをそなえ、該二
次粒子センサの出力によって該一次粒子線の照射位置が
検出されるようにした一次粒子線照射装置が提供される
。

Ｃ作　用〕 上記構成によれば、該指向性を有する二次粒子センサに
よって、該センサの設置された位置に対応するターゲッ
ト部分（ディスクまたはウェーハ）に照射された一次粒
子線に起因して生ずる二次粒子（該一次粒子線の反射ま
たは該一次粒子線の照射にもとづいて該照射位置におけ
るターゲット材料がスパッタすることにより生ずる）が
選択的に検出され、それにより該一次粒子線を走査させ
るスキャンシグナルと該一次粒子線の照射位置との対応
関係が所望の対応関係となっているか否かが常時検出さ
れる。そしてその検出結果に応じて所定の補正を行うよ
うに該走査系を制御する（例えば上記走査用の磁場を形
成するための予めプログラムされたスキャンシグナルの
調整を行うなど）ことによって、該一次粒子線の走査幅
および半径方向における照射位置が高精度に調整され、
各ターゲット（ウェーハ）に対するドーズの均一性なラ
ヒにその再現性が確保される。

〔実施例〕

第１図は本発明の１実施例としての一次粒子線照射装置
の構成を示すもので、上記したように加速管１９により
加速されたイオンビームは、走査用マグネット２１およ
びそれに後続して配置されたマグネフト２２の間隙を通
過して酸ウェーハ２４を含む該ディスク２３上の所定領
域に照射される。

なお該走査用マグネット２１は、スキャンシグナル発生
器７から供給される上述したような予めプログラムされ
たスキャンシグナルによって励磁され、所定の走査用磁
場が形成される。

３は指向性を有する二次粒子センサであって、第１図に
示される実施例においては、酸ウェーハ２４の各端部に
隣接するディスク２３の部分（したがって所定幅りを有
する照射領域の各端部近傍）に１個づつ計２個設けられ
ている。該二次粒子センサは所定の筒状カバー３１内に
該カバー３１とは絶縁して（例えば該カバー３１をガラ
ス製とする）設けられた電極３２を有し、第２図に示さ
れるようにその側面からみると傾斜して配置されている
。なお第１図は上面からみた図である。

いま、上記イオンビーム（−次イオンビーム）が所定の
ターゲット（酸ウェーハ２４を含む所定のディスク領域
）に照射されると、該照射されたターゲ７）部分から所
謂二次粒子（二次イオン）が放出される。なおこの二次
粒子（二次イオン）としては、該照射された一次イオン
が該ターゲット部分で反射して生じたもの、および該−
次イオンの照射にもとづいて該照射位置におけるターゲ
ット材料がスパッタすることにより生じたものが含まれ
る。なお該スパッタして生ずるターゲット材料としては
、該照射位置におけるディスクの材料（例えばアルミニ
ウム）およびウェーハの材料（例えばシリコン）を含み
、その何れとなるかは該二次粒子センサの設置される位
置によって異る。

ここで該二次粒子センサ３は上述したように筒状のカバ
ー３１が設けられており、したがって該筒状のカバー３
１内に設けられた電極３２は、該二次粒子センサ３の設
置された位置に対応するターゲット部分（第２図の符号
ａ参照）から放出される二次イオンのみが流入する（す
なわち指向性を有する）ことになる。換言すれば該二次
粒子センサ３は、−次イオンビームが所定のターゲット
部分ａに照射されたことによって生ずる二次イオンのみ
を取り込むことになり、所謂指向性を有することになる
。

このようにして該二次粒子センサ３の電極３２に取り込
まれた二次イオン（この場合プラスイオンとする）は、
所定のバイアス電源４１　（例えば−ｔ　ＯＶ乃至−１
００■の負のバイアス電圧を該電極３２に印加する）か
らのバイアス電圧にもとづいて、該バイアス電源４１お
よび抵抗４２を通ってアース側に引込まれ、該抵抗４２
の両端には該引込まれる二次イオンの量に比例した電圧
降下を生ずる。なお該ディスク２３も通常アース電位と
される。

５はモニタスコープであってそのＸ軸側入力としては上
記スキャンシグナル発生器７から上述したスキャンシグ
ナルが供給され、一方そのＹ軸側入力としては該バイア
ス電源４１と抵抗４２の接続点の電位が供給される。し
たがって該モニタスコープ５には、第３図に示すように
、走査用マグネット２１を励磁するスキャンシグナルＢ
の値を横軸としく該スキャンシグナルの変化に応じて該
走査用マグネット２１の磁場強度が変化してイオンビー
ムの照射位置が変化する）、該スキャンシグナルＢの各
個に対応する二次イオンセンサ出力Ｓを縦軸とした画面
が画かれる。換言すれば該第３図の画面は、該スキャン
シグナルの値をそれぞれＢｌ’および８２′としたとき
に、該二次イオンセンサの出力Ｓにピークが生ずる（す
なわち該イオンビームが該二次粒子センサ３の設置位置
に対応するターゲット部分ａに照射されており、該二次
粒子センサ３に取り込まれる二次イオンがピークになる
）ことを示している。６はピーク位置検出器であって該
ピーク位置に対応する該スキャンシグナルの値Ｂ　、　
ｌおよびＢ２′を検出する。更に８は比較回路であって
、該スキャンシグナル値Ｂ１′およびＢ　ｔ／をそれぞ
れ、そのとき上記スキャンシグナル発生器７から供給さ
れているスキャンシグナルの値と比較し、該スキャンシ
グナル値Ｂ　、　ＬおよびＢｚ’と、該二次粒子センサ
３の出力が本来ピークとなるべきスキャンシグナルの値
（すなわち該イオンビームが本来、該二次粒子センサ設
置位置に対応するターゲット部分を照射すべきスキャン
シグナルの値）とが一致するか否かが常時判別される。

そして該比較回路８からの出力Ｃによってそれらの不一
致が検出されたときには、該走査系をインターロックす
るとか、あるいはそれらが一致するまで所定のフィード
パ・ツク手段によって該スキャンシグナル発生器７から
出力されるスキャンシグナルの値を調整してその走査幅
あるいはその走査位置のずれを補正するようにされる。

そして例えば第３図に示されるように、該ピーク位置に
対応する該スキャンシグナルの値がＢｌ’およびＢ　、
　ｌであるのに対し、該二次粒子センサの出力が本来ピ
ークとなるべきスキャンシグナル値が８１およびＢ２で
あるとすれば、該スキャンシグナル発生器７から出力さ
れるスキャンシグナルの値Ｂ＋およびＢ２を増大させて
、これらの値を上記Ｂｌ’およびＢ　、　／に一致させ
るように補正する。

上記第１図に示される実施例においては、該二次粒子セ
ンサ３が所定の走査領域幅の両端近傍にそれぞれ１個づ
つ計２個設けられているが、その設置個数は特に限定さ
れるものではなく、例えば該走査領域の片端近傍のみに
１個設けることもできる。また第４図に示される実施例
においては、該走査領域の両端近傍に、該イオンビーム
の走査方向に沿って例えばビーム径程度離してそれぞれ
２個の二次粒子センサごおよびごが配置されている。そ
して上記両端近傍における各内側の二次粒子センサごお
よび各外側の二次粒子センサごによって検出される各二
次イオン出力が、上記と同様に、それぞれバイアス電源
４丁と抵抗４２′とからなる回路およびバイアス電源４
ｒと抵抗４γとからなる回路を介して、二現象モニタス
コープ５′のＹ、軸側入力およびＹ２軸側入力として供
給される。そして該二現象モニタスコープ５′のＸ軸側
入力としては上記第１図の実施例と同様に、そのとき該
スキャンシグナル発生器７から出力されるスキャンシグ
ナルが供給される。このようにすれば、該二現象モニタ
スコープ５′には、上記スキャンシグナルの値Ｂを横軸
とし、それぞれ該二次イオンセンサごおよびｒの出力を
縦軸とする互いに接近した２つの波形が画かれることに
なり、したがって、該スキャンシグナルの値が該２つの
波形の各ピーク部分の交点に対応する値Ｂ％およびＢ２
’となったとき、該イオンビームが該走査領域の各端部
近傍にそれぞれ配置された該２個の二次粒子センサごお
よびγの中間位置を照射しているものと判断して、上記
と同様の補正を行うことができ、このような交点検出に
よって上記ピーク位置の検出をより正確に行うことがで
きる。

更に該二次粒子センサを該走査領域内において線状又は
面状に複数個並べ、各二次粒子センサの出力をそれぞれ
所定のモニタ装置（例えば上記各実施例）に示したよう
なモニタ回路または単なる比較回路など）でモニタする
ことにより、該イオンビームの照射位置を逐次検出し、
同時に該イオンビームの強度分布をも検出して、更に高
精度の補正を行うことも可能である。

また上記各実施例においては、ターゲットに照射される
一次粒子線がイオンビームである場合について説明した
が、本発明の対象となる該一次粒子線は電子ビームであ
ってもよく、更に中性ビームであってもよい。この場合
、該中性ビームは上述のようにして走査されたイオンビ
ームを例えば浮遊ガス内を通過させるなどの手段によっ
て中性化すればよ（、このようにして生じた中性ビーム
が所定のターゲットに照射される場合にも、該照射され
たターゲット部分において発生する二次イオンが該二次
イオンセンサ３によって検出され、上記各実施例と同様
にして、該中性ビームの照射位置を検出することができ
るとともに、該中性ビームのビーム量をも該二次イオン
センサの出力によって電気的に検出することができ、該
照射位置あるいは該ビーム量に対し所定の補正を行うこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によればターゲット上における一次粒子線の走査
幅および走査範囲（照射位置）が所望の状態となるよう
に常時高精度に走査系の補正をすることができ、各ター
ゲット（ウェーハ）に対するドーズの均一性およびその
再現性を顕著に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例としての一次粒子線照射装
置の構成を示す図、 第２図は、第１図における二次粒子センサ近傍の構成を
示す側面図、 第３図は、第１図におけるモニタスコープの画面の１例
を説明する図、 第４図は、本発明の他の実施例としての一次粒子線照射
装置において、第１図の装置と異る部分の構成を示す図
、 第５図は、従来技術における一次粒子線照射装置の構成
を例示する図、 第６図は、第５図における加速管以降の内部構成を詳細
に示す図である。 （符号の説明） １５・・・イオン発生源、 １７・・・円弧状マグネット、 １９・・・加速管、 ２１・・・走査用マグネット、 ２３・・・回転ディスク、 ２４・・・ターゲット　（ウェーハ）、３、　３’、　
　３’・・・二次粒子センサ（二次イオンセンサ）、 ４１．４ｒ、４ｒ・・・バイアス電源、４２、　４２’
、　　４２”・・・抵抗、５．５′・・・モニタスコー
プ、 ６・・・ピーク位置検出器、 ７・・・スキャンシグナル発生器、 ８・・・比較回路。 第１図における二次粒子センサ近傍の側面図の画面の１
例を説明する図 第３図 第４　　図３’　３”−、、二次粒子センサ（Ｑ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定幅または所定領域に亘って走査される一次粒子
   線が照射されるターゲットと、該ターゲット表面近傍に
   設けられた指向性を有する二次粒子センサとをそなえ、
   該二次粒子センサの出力によって該一次粒子線の照射位
   置が検出されることを特徴とする一次粒子線照射装置。 ２、該一次粒子線がイオンビームまたは電子ビームであ
   る特許請求の範囲第１項記載の一次粒子線照射装置。 ３、該一次粒子線が中性ビームである特許請求の範囲第
   １項記載の一次粒子線照射装置。 ４、該二次粒子センサとして二次イオンセンサが設けら
   れる、特許請求の範囲第１項記載の一次粒子線照射装置
   。 ５、該ターゲットが、回転ディスクの円周方向に沿って
   配置された複数個のウェーハであり、該回転ディスクの
   半径方向において該ウェーハの幅を含む所定幅に亘って
   該一次粒子線が走査され、その所定幅の領域の片端また
   は両端近傍に該二次粒子センサが設けられている、特許
   請求の範囲第１項記載の一次粒子線照射装置。 ６、該指向性を有する二次粒子センサは、二次イオン流
   入用のバイアス電位が付与された電極に筒状のカバーが
   取付けられており、所定の照射位置において発生する二
   次イオンを選択的に検出するものである、特許請求の範
   囲第１項記載の一次粒子線照射装置。