WO2001033604A1 - Procédé d'implantation ionique et appareil correspondant - Google Patents
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- H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
Definitions
- the present invention relates to an ion injection device and an ion injection method.
- the present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion implantation method used in a semiconductor device manufacturing process.
- An ion implantation apparatus used in a semiconductor device manufacturing process generally includes a process chamber in which a semiconductor wafer is arranged, and a beam line unit that forms an ion beam and irradiates the semiconductor wafer arranged in the process chamber. By irradiating the ion beam, a desired dopant can be implanted into the semiconductor wafer.
- the ion implantation apparatus is usually provided with a dose sensor for measuring the amount of the dopant implanted into the semiconductor wafer, and the measurement value measured by the dose sensor is fed back to the beam line section. By doing so, the amount of dopant injected into the semiconductor device is controlled. Disclosure of the invention
- the ion implantation apparatus has the following problems. That is, for example, when a semiconductor wafer provided with a photoresist is irradiated with an ion beam, outgas is generated from the semiconductor wafer. Some of the ions contained in the ion beam are neutralized by obtaining (or losing) electric charge by the outgas, and are implanted into the semiconductor wafer in a neutralized state.
- the dose sensor usually detects ions contained in the ion beam as a current. Since the amount of the dopant implanted into the semiconductor wafer is measured, the amount of the dopant implanted into the semiconductor wafer in the neutralized state cannot be measured. As a result, an accurate amount of dopant cannot be injected into the semiconductor device.
- An object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus and an ion implantation method that can simplify a simulation experiment in consideration of the above.
- an ion implantation apparatus comprises: a process chamber in which a semiconductor wafer is arranged; and a beam line unit that forms an ion beam and irradiates the semiconductor wafer arranged in the process chamber. And gas supply means for supplying gas to the beam line section.
- an ion implantation method comprising: a process chamber in which a semiconductor wafer is arranged; a beam for forming an ion beam and irradiating the semiconductor wafer in the process chamber; An ion implantation method for irradiating the semiconductor wafer with an ion beam using an ion implantation apparatus having a line section, the method including a gas supply step of supplying gas to the beam line section.
- the amount of gas contained in the beam line part can be controlled to be almost constant, and when the semiconductor wafer is not actually arranged Even so, it is possible to create almost the same situation as in the case where semiconductor wafers are actually arranged with regard to the amount of outgas.
- a precise amount of dopant can be injected into the semiconductor wafer without being affected by the impurity gas generated from the semiconductor wafer. It can be simplified.
- FIG. 1 is a configuration diagram of an ion implantation apparatus.
- FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the ion implantation apparatus.
- FIG. 3 is a diagram showing a change in the outgas amount.
- FIG. 4 is a diagram showing a change in the amount of implanted dopant.
- FIG. 5 is a diagram showing a change in outgas amount.
- FIG. 6 is a diagram showing a change in the supply gas amount.
- FIG. 7 is a diagram showing a change in the total gas amount.
- FIG. 1 is a configuration diagram of an ion implantation apparatus according to the present embodiment
- FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the ion implantation apparatus according to the present embodiment.
- the ion implantation apparatus 10 includes a process chamber 12 in which a semiconductor wafer 100 is arranged, and a process chamber 12 in which an ion beam IB is formed.
- a beam line section 14 for irradiating the semiconductor wafer 100 disposed therein, a wafer opening section 16 for transferring the semiconductor wafer 100 into the process chamber 12, and a beam line section 14 Supply H 2 gas to the H 2 gas supply Part 18 (gas supply means).
- H 2 gas supply Part 18 gas supply means
- the beam line section 14 includes a source section 24 including an ion source 20 and a beam extraction assembly 22, an ion beam selection section 26, and a post-acceleration section 2 8 (acceleration section). ).
- Each of the source section 24, the ion beam selection section 26, and the post-acceleration section 28 is surrounded by a housing or a tube, and connected to the tube of the beam extraction assembly 22 and the tube of the post-acceleration section 28, and to the tubes.
- the internal pressure can be reduced by the turbo pumps 30 and 32.
- the ion source 20 creates a high-density plasma state by discharging a doping gas supplied from a gas supply source (not shown).
- the beam extraction assembly 22 extracts and accelerates the ions constituting the plasma by utilizing the potential difference with the ion source 20 to form an ion beam IB.
- the ion beam selection section 26 adjusts the magnetic field strength of an analysis magnet (not shown) provided therein, thereby converting the ion beam IB formed by the source section 24 into a semiconductor wafer 100. To select the ion beam IB to be implanted into.
- the post-acceleration unit 28 accelerates the ion beam IB selected by the ion beam selection unit 26 to adjust the speed to a speed suitable for ion implantation, and irradiates the semiconductor wafer 100.
- the process chamber 12 has a hollow box shape, and a wafer support wheel 33 (details will be described later) that supports the semiconductor wafer 100 is provided inside the process chamber 12.
- An opening 12 a is formed in one wall surface of the process chamber 12, and the ion beam output end 28 a of the post-acceleration unit 28 constituting the beam line unit 14 is inserted into the opening 12 a.
- An ion detector 34 is provided at the other wall surface at a position facing the opening 12a (ie, at a position facing the ion beam output end 28a of the post-acceleration unit 28). I have.
- the ion detector 34 is output from the ion beam output end 28 a of the post-acceleration unit 28 and passes through the wafer support wheel 33.
- the incident ion beam IB is incident, and the amount of the incident ions is measured.
- the amount of dopant injected into the semiconductor wafer 100 can be controlled.
- cryopumps 40 and 42 are connected to appropriate portions of the wall of the process chamber 12 through gate valves 36 and 38, respectively, so that the pressure inside the process chamber 12 can be reduced. You can do it.
- the wafer support wheel 33 includes a swing shaft 44 that is swingably mounted in the process chamber 12, a hub 48 that is rotatably mounted at the tip thereof, And a plurality of arms 48 extending radially from the hub 48. At the tip of each of the plurality of arms 48, a wafer holder 50 for holding a semiconductor wafer 100 is provided.
- the hub 46 is driven to rotate in the direction of arrow A in FIG. 2, and the swing shaft 44 is swung at a predetermined angle in the direction of arrow B in FIG.
- each of the semiconductor wafers 100 (each part) held by each wafer holder 50 is an ion beam output from the ion beam output end 28 a of the post-acceleration section 28 of the beam line section 14.
- the entire surface is irradiated with an ion beam IB, and ion implantation is performed. Further, the ion beam IB that has passed through the wafer support wheel 33 enters the ion detector 34.
- the wafer loader section 16 is arranged adjacent to the process chamber 12.
- the housing 52 of the wafer loader section 16 and the process chamber 12 are connected via an isolation valve 54 and a transfer path 56.
- an isolation valve 56 By providing such an isolation valve 56, only the loader section 16 can be opened under atmospheric pressure, and the operator can use a cassette (not shown) containing a plurality of semiconductor wafers 100. It can be installed in the housing 52.
- the semiconductor wafer 100 in the cassette is transported by a robot (not shown), and is attached to each of the plurality of wafer holders 50 of the wafer support wheel 33 in the process chamber 12.
- H 2 gas supply unit 1 subjected to H 2 gas in the post-acceleration unit 2 8 beamline section 1 4 Pay.
- the H 2 gas supply section 18 is configured to control the pressure inside the beam line section 14 based on the measurement value of the pressure gauge 58 provided in the post-acceleration section 28, particularly the post-acceleration section.
- H 2 gas is supplied to the post-acceleration section 28 of the beam line section 14 via the mass flow controller 60 so that the pressure inside the section 28 becomes substantially constant. That is, for example, when the semiconductor wafer 100 is provided with a photoresist, when the ion beam IB is irradiated on the semiconductor wafer 100, the ion gas mainly containing H 2 is generated from the semiconductor wafer 100.
- the H 2 gas supply unit 18 supplies a certain amount of H 2 gas when no gas is generated from the semiconductor wafer 100 and when the out gas is generated from the semiconductor wafer 100 , an H 2 gas is supplied to the post-acceleration unit 2 8 as more reducing the supply amount of H 2 gas, the pressure inside the post-acceleration unit 2 8 is substantially constant in accordance with the amount of Autogasu.
- the total amount (sum of H 2 gas supplied from Autogasu and H 2 gas supply unit 1 8 resulting from the semiconductor wafer 1 0 0 by the irradiation of the ion beam IB Next, the operation and effects of the ion implantation apparatus according to the present embodiment will be described.
- a phenomenon in which the semiconductor wafer 100 is irradiated with the ion beam IB will be considered taking an example of an ion implantation apparatus according to the related art, that is, an ion implantation apparatus that does not supply H 2 gas to the post-accelerator 28.
- the semiconductor wafer 100 provided with the photoresist is irradiated with the ion beam IB
- an art gas mainly composed of H 2 is generated from the semiconductor wafer 100, and such an art gas is generated.
- the amount of the art gas generated from the semiconductor wafer 100 is proportional to the area irradiated with the ion beam IB. Therefore, considering that the wafer support wheel 33 holding the semiconductor wafer 100 rotates in the direction of arrow A and swings in the direction of arrow B in FIG. As shown in FIG.
- the amount of outgas generated during the swing gradually increases with the swing of the wafer support wheel 33, reaches a maximum at a certain point, and thereafter decreases.
- the amount of outgas generated from the semiconductor wafer 100 is maximized when the ion beam IB is applied to almost the center of the semiconductor wafer 100.
- An art gas is generated from the semiconductor wafer 100 and the beam stage part 14 is a post-stage acceleration part.
- a part of the ions contained in the ion beam IB passing through the post-acceleration section 28 of the beam line section 14 obtains electric charge (or loses) due to the outgas and becomes neutralized.
- the semiconductor is injected into the semiconductor device 100 or enters the ion detector 34.
- the amount of ions neutralized by outgas varies depending on the amount of outgas, and the amount of neutralized ions increases as the amount of outgas increases.
- the ion detector 34 detects the ions contained in the ion beam IB as a current, and therefore cannot detect the amount of neutralized ions. Therefore, the amount of ions (measured value) measured by the ion detector 34 and the amount of dopant (true value) implanted into the semiconductor wafer 100 are different as shown in FIG. As a result, the amount of the dopant implanted in the semiconductor wafer 100 cannot be accurately measured. As described above, since the amount of ions neutralized by the outgas varies depending on the amount of the gas, it is also difficult to obtain the amount of the dopant implanted into the semiconductor wafer 100 using a conversion formula or the like. .
- the ion implantation apparatus when no outgas is generated from the semiconductor wafer 100, the ion implantation apparatus according to the present embodiment is connected to the H 2 gas supply unit 18 and the post-acceleration unit. It supplies a predetermined amount of H 2 gas to 2 8, when the Autogasu occurs from the semiconductor wafer 1 0 0 is to reduce the supply amount of ⁇ 1 2 gas depending on the amount of the Autogasu.
- FIG. 7 in the post-acceleration section 28 of the beam line section 14, the art gas generated from the semiconductor wafer 100 due to the irradiation of the ion beam IB and the H gas supplied from the H 2 gas supply section 18 Total with 2 gases The amount (sum) is always almost constant.
- the amount of neutralized ions can always be kept substantially constant irrespective of the amount of impurity gas generated from the semiconductor wafer 100. Therefore, it is possible to accurately and easily measure the amount of the dopant implanted into the semiconductor wafer 100 (using a constant conversion formula or the like). As a result, the measured value is fed back to the beam line section 14 so that an accurate amount of dopant is injected into the semiconductor wafer 100 without being affected by the gas generated from the semiconductor wafer 100. It becomes possible. Further, since the gas amount inside the post-acceleration section 28 of the beam line section 14 is always substantially constant, the dopant is uniformly injected into the semiconductor wafer 100.
- FIGS. 5 and 6 a plurality of curves correspond to the outgas amount and the supply gas amount when the oscillating shaft 44 moves in the minus direction. That is, the art gas amount and the supply gas amount corresponding to the first outward movement of the oscillating shaft 44 are curves shown in FIG. 5 and FIG. 6, respectively, and the oscillating shaft 4 4 The outgas amount and supply gas amount corresponding to the first return trip of the operation are the curves shown in Figs. 5 and 6, respectively. Similarly, the outgas amount and the supply gas amount corresponding to the n-th outward path of the oscillating operation of the oscillating shaft 4 are respectively curves shown in n-1 in FIGS.
- outgas generated from the semiconductor wafer 100 mainly flows into the post-stage acceleration unit 28 of the beam line unit 14.
- the ion implantation apparatus 10 according to the present embodiment supplies the H 2 gas to the post-acceleration unit 28, the outgas generated from the semiconductor wafer 100 by the irradiation of the ion beam IB and the the total amount of H 2 gas supplied from 2 gas supply unit 1 8 can be efficiently almost constant.
- the outgas generated from the semiconductor wafer 100 is considered to be mainly H 2 gas.
- the ion implantation apparatus 10 according to the present embodiment supplies the H 2 gas having the same component as the art gas to the post-acceleration section 28 of the beam line section 14, thereby implanting the semiconductor wafer 100. It is possible to improve the accuracy of measurement of the amount of the dopant.
- the ion implantation apparatus 10 provided with the H 2 gas supply section 18 for supplying gas to the beam line section 14 like the ion implantation apparatus 10 according to the above-described embodiment may be used as follows. It is possible. That is, in a state where the semiconductor wafer 100 is not mounted on the wafer holder 50 of a part (or all) of the wafer support wheel 33, the semiconductor wafer 100 is mounted on the wafer holder 50 and the ion beam IB is irradiated.
- the Autogasu amount Tohopo equal amounts of H 2 gas that is expected to arise from the semiconductor wafer 1 0 0 after that shines irradiation, stepped accelerator after bicycloalkyl one Murain unit 1 4 H 2 gas supply unit 1 8 Supply 2 to 8.
- the ion implantation apparatus and the ion implantation method of the present invention can be used in a semiconductor device manufacturing process.
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Description
明糸田 ィオン注入装置及びィオン注入方法 技術分野
本発明は、 半導体デノ イスの製造プロセスに用いられるイオン注入装置及びィ オン注入方法に関するものである。 背景技術
半導体デバイスの製造プロセスで用いられるイオン注入装置は、 通常、 半導体 ウェハが配置されるプロセスチャンバと、 イオンビームを形成して上記プロセス チャンバ内に配置される半導体ゥヱハに照射するビームライン部とを備えて構成 されており、 上記イオンビームを照射することによって、 半導体ウェハに所望の ドーパントを注入することができるようになつている。 また、 イオン注入装置に は、 通常、 半導体ウェハに注入されたドーパントの量を計測するためのドーズ量 センサが設けられており、 かかるドーズ量センサによって計測された計測値をビ —ムライン部にフィードバックすることにより、 半導体ゥヱハに注入するド一パ ン卜の量を制御している。 発明の開示
しかし、 上記従来の技術にかかるイオン注入装置は、 以下に示すような問題点 があった。 すなわち、 例えばフォトレジストが付された半導体ウェハにイオンビ ームを照射した場合、 半導体ウェハからアウトガスが生じる。 イオンビームに含 まれるイオンの一部は、 当該アウトガスによって電荷を得て （あるいは失って） 中性化し、 中性化された状態で半導体ウェハに注入される。 一方、 上記ドーズ量 センサは、 通常、 イオンビームに含まれるイオンを電流として検出することによ
つて半導体ゥヱハに注入されたドーパントの量を計測しているため、 上記のよう に中性化された状態で半導体ウェハに注入されたドーパントの量を計測すること ができない。 その結果、 半導体ゥヱハに正確な量のドーパントを注入することが できない。
また、 プロセスチャンバに多数の半導体ゥヱハを配置する生産条件での動作パ ラメ夕を決定するためのシミュレーション実験を行う場合、 上記ァゥトガスの影 響をも考慮したシミュレーション実験を行おうとすると、 多数の半導体ウェハを 実際にプロセスチャンバに配置して上記シミュレ一ション実験を行う必要があり、 かかるシミュレーション実験が極めて煩雑となる。
そこで本発明は、 上記問題点を解決し、 半導体ウェハから生ずるアウトガスの 影響をうけずに正確な量のドーパントを半導体ウェハに注入することができ、 あ るいは、 半導体ウェハから生じるアウトガスの影響をも考慮したシミュレーショ ン実験を簡易にすることができるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供する ことを課題とする。
上記課題を解決するために、 本発明のイオン注入装置は、 半導体ウェハが配置 されるプロセスチャンバと、 イオンビームを形成して上記プロセスチヤンバ内に 配置される上記半導体ウェハに照射するビームライン部と、 上記ビームライン部 にガスを供給するガス供給手段とを備えたことを特徴としている。
また、 上記課題を解決するために、 本発明のイオン注入方法は、 半導体ウェハ が配置されるプロセスチャンバと、 イオンビームを形成して上記プロセスチャン バ内に配置される上記半導体ウェハに照射するビームライン部とを備えたイオン 注入装置を用いて、 上記半導体ウェハにイオンビームを照射するイオン注入方法 であって、 上記ビームライン部にガスを供給するガス供給工程を備えたことを特 徴としている。
ビームライン部にガスを供給することで、 ビームライン部に含まれるガスの量 をほぼ一定に制御することができ、 また、 半導体ウェハを実際に配置しない場合
であっても、 アウトガスの量に関して、 半導体ウェハを実際に配置した場合とほ ぼ同様の状況を作り出すことができる。 その結果、 半導体ウェハから生ずるァゥ トガスの影響をうけずに正確な量のドーパントを半導体ウェハに注入することが でき、 あるいは、 半導体ウェハから生じるアウトガスの影響をも考慮したシミュ レ一シヨン実験を簡易にすることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 イオン注入装置の構成図である。
図 2は、 イオン注入装置の一部切り欠き斜視図である。
図 3は、 アウトガス量の変化を示す図である。
図 4は、 注入ドーパント量の変化を示す図である。
図 5は、 アウトガス量の変化を示す図である。
図 6は、 供給ガス量の変化を示す図である。
図 7は、 全ガス量の変化を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態にかかるイオン注入装置について図面を参照して説明し、 併 せて本発明のイオン注入方法について説明する。 まず、 本実施形態にかかるィォ ン注入装置の構成について説明する。 図 1は、 本実施形態にかかるイオン注入装 置の構成図であり、 図 2は、 本実施形態にかかるイオン注入装置の一部切り欠き 斜視図である。
本実施形態にかかるイオン注入装置 1 0は、 図 1及び図 2に示すように、 半導 体ウェハ 1 0 0が配置されるプロセスチャンバ 1 2と、 イオンビーム I Bを形成 してプロセスチャンバ 1 2内に配置される上記半導体ウェハ 1 0 0に照射するビ —ムライン部 1 4と、 半導体ウェハ 1 0 0をプロセスチャンバ 1 2内に搬送する ウェハ口一ダ部 1 6と、 ビームライン部 1 4に H 2ガスを供給する H 2ガス供給
部 1 8 (ガス供給手段） とを備えて構成される。 以下、 各構成要素について詳細 に説明する。
ビームライン部 1 4は、 図 1に示すように、 イオンソース 2 0とビーム引き出 しアセンブリ 2 2とからなるソース部 2 4と、 イオンビーム選別部 2 6と、 後段 加速部 2 8 (加速部） とを有して構成される。 ソース部 2 4、 イオンビーム選別 部 2 6及び後段加速部 2 8のそれぞれは、 ハウジングないしはチューブによって 囲まれており、 ビーム引き出しアセンブリ 2 2のチューブ及び後段加速部 2 8の チューブそれそれに接続されたターボポンプ 3 0 , 3 2によって内部を減圧する ことができるようになつている。
イオンソース 2 0は、 ガス供給源 （図示せず） から送り込まれたドーピングガ スを放電させることにより、 高密度のプラズマ状態を作り出す。 ビーム引き出し アセンブリ 2 2は、 イオンソース 2 0との電位差を利用して、 上記プラズマを構 成するイオンを引き出すと共に加速し、 イオンビーム I Bを形成する。 イオンビ —ム選別部 2 6は、 内部に設けられた分析マグネット （図示せず） の磁界の強さ を調整することにより、 上記ソース部 2 4によって形成されたイオンビーム I B から半導体ウェハ 1 0 0に注入するイオンビーム I Bを選別する。 後段加速部 2 8は、 イオンビーム選別部 2 6によって選別されたイオンビーム I Bを加速して イオン注入に適した速度に調整し、 半導体ウェハ 1 0 0に照射する。
プロセスチャンバ 1 2は、 中空のボックス形状を有しており、 その内部には、 半導体ゥヱハ 1 0 0を支持するウェハ支持ホイール 3 3 (詳細は後述） が設けら れている。 プロセスチャンバ 1 2の一方の壁面には開口 1 2 aが形成され、 当該 開口 1 2 aにビームライン部 1 4を構成する上記後段加速部 2 8のイオンビーム 出力端 2 8 aが挿入されている。 また、 他方の壁面であって開口 1 2 aに対向す る位置（すなわち、後段加速部 2 8のイオンビーム出力端 2 8 aに対向する位置） には、 イオン検出器 3 4が設けられている。 イオン検出器 3 4は、 後段加速部 2 8のイオンビーム出力端 2 8 aから出力されてウェハ支持ホイール 3 3を通過し
たイオンビーム I Bを入射させて、 当該入射するイオンの量を計測する。ここで、 ィォン検出器 3 4によって計測された計測値をビームライン部 1 4にフィードバ ックすることにより、 半導体ウェハ 1 0 0に注入するド一パントの量を制御する ことができる。 また、 プロセスチャンバ 1 2の壁面の適所には、 それそれ、 ゲ一 トバルブ 3 6 , 3 8を介してクライオポンプ 4 0， 4 2接続されており、 プロセ スチャンバ 1 2の内部を減圧することができるようになつている。
ウェハ支持ホイール 3 3は、 図 2に示すように、 プロセスチャンバ 1 2内に揺 動可能に取り付けられた揺動シャフト 4 4と、 その先端に回転可能に取り付けら れたハブ 4 8と、 このハブ 4 8から放射状に延びる複数本のアーム 4 8とを有し て構成される。 複数本のアーム 4 8それそれの先端には、 半導体ウェハ 1 0 0を 保持するためのウェハホルダ 5 0が設けられている。 ハブ 4 6は図 2の矢印 A方 向に回転駆動され、 また、 揺動シャフト 4 4は図 2の矢印 B方向に沿って所定角 度で揺動される。 その結果、 各ウェハホルダ 5 0により保持された半導体ウェハ 1 0 0 (の各部位） はそれそれビームライン部 1 4の後段加速部 2 8のイオンビ —ム出力端 2 8 aから出力されたイオンビーム I Bを横切ると共に、 その全面に イオンビーム I Bが照射され、 イオン注入が行われる。 また、 ウェハ支持ホイ一 ル 3 3を通過したイオンビーム I Bは、 イオン検出器 3 4に入射する。
ウェハローダ部 1 6は、 プロセスチャンバ 1 2に隣接して配置されている。 ゥ ェハローダ部 1 6のハウジング 5 2とプロセスチャンバ 1 2とは、 アイソレーシ ヨンバルブ 5 4及び搬送路 5 6を介して連結されている。 かかるアイソレーショ ンバルブ 5 6を設けることで、 ゥヱハローダ部 1 6のみを大気圧下に開放するこ とができ、オペレータは、複数枚の半導体ウェハ 1 0 0が収容されたカセット（図 示せず） をハウジング 5 2内に設置することができる。 カセット内の半導体ゥェ ノヽ 1 0 0はロボット （図示せず） により搬送され、 プロセスチャンバ 1 2内のゥ ェハ支持ホイール 3 3の複数のウェハホルダ 5 0それぞれに取り付けられる。
H 2ガス供給部 1 8は、 ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8に H 2ガスを供
給する。 より詳細には、 H 2ガス供給部 1 8は、 後段加速部 2 8に設けられた圧 力計 5 8の計測値に基づき、 前記ビームライン部 1 4の内部の圧力、 特に後段加 速部 2 8の内部の圧力がほぼ一定となるように、 マスフローコントローラ 6 0を 介してビームライン部 1 4の後段加速部 2 8に H 2ガスを供給する。 すなわち、 例えば半導体ウェハ 1 0 0にフォトレジス卜が付されている場合などは、 イオン ビーム I Bを半導体ウェハ 1 0 0に照射したときに、 半導体ウェハ 1 0 0から H 2を主成分とするァゥトガスが生じ、 かかるァゥトガスがビームライン部 1 4の 後段加速部 2 8に流入し、 後段加速部 2 8の内部の圧力が上昇する。 従って、 H 2ガス供給部 1 8は、 半導体ウェハ 1 0 0からァゥトガスが生じていないときは、 一定量の H 2ガスを供給するとともに、 半導体ウェハ 1 0 0からアウトガスが生 じているときは、 ァゥトガスの量に応じて H 2ガスの供給量を減少させることに より、 後段加速部 2 8の内部の圧力がほぼ一定となるように後段加速部 2 8に H 2ガスを供給する。 その結果、 ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8において、 イオンビーム I Bの照射によって半導体ウェハ 1 0 0から生ずるァゥトガスと H 2ガス供給部 1 8から供給される H 2ガスとの総量 （総和） が常にほぼ一定とな 続いて、本実施形態にかかるイオン注入装置の作用及び効果について説明する。 まず、 従来技術にかかるイオン注入装置、 すなわち、 後段加速部 2 8に H 2ガス を供給しないイオン注入装置を例にとって、 イオンビーム I Bを半導体ウェハ 1 0 0に照射した場合の現象を考察する。 すでに述べたように、 例えばフォトレジ ス卜が付された半導体ウェハ 1 0 0にイオンビーム I Bを照射すると、 当該半導 体ウェハ 1 0 0から H 2を主成分とするァゥトガスが生じ、 かかるァゥトガスが ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8に流入する。 ここで、 半導体ゥヱハ 1 0 0 から生じるァゥトガスの量はイオンビーム I Bが照射される面積に比例する。 従 つて、 半導体ゥヱハ 1 0 0を保持したウェハ支持ホイール 3 3が図 2の矢印 A方 向に回転するとともに矢印 B方向に揺動することを考慮すると、 一方の方向への
揺動の際に生じるアウトガスの量は、 図 3に示すように、 ウェハ支持ホイール 3 3の揺動とともに徐々に増加してある時点で最大となり、 その後、 減少する。 こ こで、 半導体ウェハ 1 0 0から生じるアウトガスの量が最大になるのは、 イオン ビーム I Bが半導体ウェハ 1 0 0のほぼ中心に照射される場合である。
半導体ウェハ 1 0 0からァゥトガスが生じてビームライン部 1 4の後段加速部
2 8に流入すると、 ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8を通過するイオンビ一 ム I Bに含まれるイオンの一部は、 当該アウトガスによって電荷を得て （あるい は失って） 中性化し、 中性化された状態で半導体ゥヱハ 1 0 0に注入され、 ある いは、 イオン検出器 3 4に入射する。 また、 アウトガスによって中性化されるィ オンの量はアウトガスの量によって変化し、 アウトガスの量が多くなるほど中性 化されるイオンの量も多くなる。
一方、 イオン検出器 3 4は、 イオンビーム I Bに含まれるイオンを電流として 検出するため、 中性化されたイオンの量を検出することがでない。 従って、 ィォ ン検出器 3 4によって計測されたイオンの量 （計測値） と半導体ウェハ 1 0 0に 注入されたドーパントの量 （真値） とは、 図 4に示すように異なるものとなり、 その結果、 半導体ウェハ 1 0 0に注入されたドーパントの量を正確に計測するこ とができない。 尚、 上述の如く、 アウトガスによって中性化されるイオンの量は ァゥトガスの量によって変化するため、 換算式などを用いて半導体ウェハ 1 0 0 に注入されたドーパントの量を求めることも困難である。
これに対して、 本実施形態にかかるイオン注入装置は、 図 5、 図 6に示すよう に、 半導体ウェハ 1 0 0からアウトガスが生じていないときは、 H 2ガス供給部 1 8から後段加速部 2 8に一定量の H 2ガスを供給するとともに、 半導体ウェハ 1 0 0からァゥトガスが生じているときは、 そのァゥトガスの量に応じて ^1 2ガ スの供給量を減少させている。 その結果、 図 7に示すように、 ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8において、 イオンビーム I Bの照射によって半導体ウェハ 1 0 0から生ずるァゥトガスと H 2ガス供給部 1 8から供給される H 2ガスとの総
量 （総和） が常にほぼ一定となる。 従って、 半導体ウェハ 1 0 0から生ずるァゥ トガスの量によらず、 中性化されるイオンの量を常にほぼ一定とすることができ る。 よって、 半導体ウェハ 1 0 0に注入されたドーパントの量を （一定の換算式 などを用いて） 正確かつ容易に計測することが可能となる。 その結果、 かかる計 測値をビームライン部 1 4にフィードバックすることで、 半導体ウェハ 1 0 0か ら生ずるァゥトガスの影響をうけずに正確な量のド一パントを半導体ウェハ 1 0 0に注入することが可能となる。 また、 ビームライン部 1 4の後段加速部 2 8の 内部のガス量が常にほぼ一定であるため、 半導体ウェハ 1 0 0にドーパントが均 一に注入される。
尚、 図 5、 図 6において、 複数の曲線それそれは、 揺動シャフト 4 4がー方向 の動いた場合のアウトガス量、 供給ガス量に対応する。 すなわち揺動シャフト 4 4の揺動動作の 1回目の往路に対応するァゥトガス量、 供給ガス量はそれぞれ、 図 5、 図 6の 1一 1に示す曲線であり、 揺動シャフト 4 4の揺動動作の 1回目の 復路に対応するアウトガス量、 供給ガス量はそれそれ、 図 5、 図 6の 1一 2に示 す曲線である。 同様に、 揺動シャフト 4 4の揺動動作の n回目の往路に対応する アウトガス量、 供給ガス量はそれそれ、 図 5、 図 6の n— 1に示す曲線であり、 揺動シャフト 4 4の揺動動作の n回目の復路に対応するァゥトガス量、 供給ガス 量はそれぞれ、 図 5、 図 6の n— 2に示す曲線である。 このように、 H 2ガス供 給部 1 8から供給される H 2ガスの量は、 揺動シャフト 4 4の揺動動作に同調し て変化することになる。
また、 半導体ウェハ 1 0 0から生じるアウトガスは、 主としてビームライン部 1 4の後段加速部 2 8に流入すると考えられる。 ここで、 本実施形態にかかるィ オン注入装置 1 0は、 上記 H 2ガスを後段加速部 2 8に供給しているため、 ィォ ンビーム I Bの照射によって半導体ウェハ 1 0 0から生ずるアウトガスと 11 2ガ ス供給部 1 8から供給される H 2ガスとの総量を効率よくほぼ一定にすることが 可能となる。
また、 半導体ウェハ 1 0 0から生ずるアウトガスは主として H 2ガスであると 考えられる。 ここで、 本実施形態にかかるイオン注入装置 1 0は、 ビームライン 部 1 4の後段加速部 2 8にァゥトガスと同様の成分を有する H 2ガスを供給する ことで、 半導体ウェハ 1 0 0に注入されたドーパン卜の量の計測精度を高めるこ とが可能となる。
また、 上記実施形態にかかるイオン注入装置 1 0の如くビームライン部 1 4に ガスを供給する H 2ガス供給部 1 8を設けたイオン注入装置 1 0は、 以下に示す ように使用することも可能である。すなわち、ウェハ支持ホイール 3 3の一部（あ るいはすべて） のウェハホルダ 5 0に半導体ウェハ 1 0 0を装着しない状態で、 かかるウェハホルダ 5 0に半導体ウェハ 1 0 0を装着してイオンビーム I Bを照 射したとしたら上記半導体ウェハ 1 0 0から生ずると予測されるァゥトガスの量 とほぽ等しい量の H 2ガスを、 H 2ガス供給部 1 8からビ一ムライン部 1 4の後 段加速部 2 8に供給する。 このようにすることで、 プロセスチャンバ 1 2内にに 半導体ウェハ 1 0 0の全部あるいは一部を実際に配置しない場合であっても、 ァ ゥトガスの量に関して、 半導体ウェハ 1 0 0を実際に配置した場合とほぼ同様の 状況を作り出すことができる。 従って、 ごく少数のモニタ用半導体ウェハを用い るのみで （あるいは全く用いることなく） 、 プロセスチャンバ 1 2内に多数の半 導体ウェハを配置した場合の動作パラメタ等を決定するシミュレ一シヨン実験を 行うことができる。 その結果、 半導体ウェハ 1 0 0から生じるアウトガスの影響 をも考慮したシミュレーション実験を簡易にすることが可能となる。 産業上の利用可能性
本発明のイオン注入装置及びイオン注入方法は、 半導体デバイスの製造プロセ スにおいて利用可能である。
Claims
1 . 半導体ウェハが配置されるプロセスチャンバと、
イオンビームを形成して前記プロセスチャンバ内に配置される前記半導体ゥェ 八に照射するビームライン部と、
前記ビームライン部にガスを供給するガス供給手段と
を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
2 . 前記ビームライン部は、
イオンビームを形成するソース部と、
前記ソース部によつて形成されたイオンビームのうち前記半導体ゥェハに注入 するイオンビームを選別するイオンビーム選別部と、
前記イオンビーム選別部によって選別されたイオンビームを加速して前記半導 体ウェハに照射する加速部と
を有し、
前記ガス供給手段は、
前記ビームライン部の前記加速部に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 1に記載のイオン注入装置。
3 . 前記ガス供給手段は、
前記イオンビームの照射によって前記半導体ウェハから生ずるァゥトガスと当 該ガス供給手段から供給される前記ガスとの総和が略一定となるように、 前記ビ 一ムライン部に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 1に記載のイオン注入装置。
4 . 前記ガス供給手段は、
前記ビームライン部の内部の圧力が略一定となるように、 前記ビームライン部 に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 1に記載のィオン注入装置。
5 . 前記ガス供給手段は、
前記半導体ウェハに前記イオンビームを照射したとしたら前記半導体ウェハか ら生ずると予測されるアウトガスの量と略等しい量の前記ガスを、 前記ビームラ イン部に供給する
ことを特徴とする請求項 1に記載のイオン注入装置。
6 . 前記ガスは H 2ガスである
ことを特徴とする請求項 1に記載のイオン注入装置。
7 . 半導体ウェハが配置されるプロセスチャンバと、
イオンビームを形成して前記プロセスチャンバ内に配置される前記半導体ゥェ ハに照射するビームライン部とを備えたイオン注入装置を用いて、 前記半導体ゥ ェハにイオンビームを照射するイオン注入方法において、
前記ビームライン部にガスを供給するガス供給工程
を備えたことを特徴とするイオン注入方法。
8 . 前記イオン注入装置の前記ビームライン部は、
イオンビームを形成するソース部と、
前記ソース部によって形成されたイオンビームのうち前記半導体ウェハに注入 するイオンビームを選別するイオンビーム選別部と、
前記イオンビーム選別部によって選別されたイオンビームを加速して前記半導 体ウェハに照射する加速部と
を有しており、
前記ガス供給工程は、
前記ビームライン部の前記加速部に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 7に記載のイオン注入方法。
9 . 前記ガス供給工程は、
前記イオンビームの照射によって前記半導体ウェハから生ずるアウトガスと当 該ガス供給工程において供給される前記ガスとの総和が略一定となるように、 前
記ビームライン部に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 7に記載のィォン注入方法。
1 0 . 前記ガス供給工程は、
前記ビームライン部の内部の圧力が略一定となるように、 前記ビームライン部 に前記ガスを供給する
ことを特徴とする請求項 7に記載のイオン注入方法。
1 1 . 前記ガス供給工程は、
前記半導体ウェハに前記イオンビームを照射したとしたら前記半導体ウェハか ら生ずると予測されるァゥトガスの量と略等しい量の前記ガスを、 前記ビームラ イン部に供給する
ことを特徴とする請求項 7に記載のィオン注入方法。
1 2 . 前記ガスは H 2ガスである
ことを特徴とする請求項 7に記載のィオン注入方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11/309676 | 1999-10-29 | ||
| JP30967699A JP4290292B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | イオン注入装置及びイオン注入方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2001033604A1 true WO2001033604A1 (fr) | 2001-05-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2000/007560 WO2001033604A1 (fr) | 1999-10-29 | 2000-10-27 | Procédé d'implantation ionique et appareil correspondant |
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|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5966045A (ja) * | 1982-10-08 | 1984-04-14 | Hitachi Ltd | 表面改質装置 |
| JPS62274543A (ja) * | 1986-05-22 | 1987-11-28 | Ulvac Corp | イオン注入装置 |
| JPH0555159A (ja) * | 1991-08-27 | 1993-03-05 | Nec Corp | イオン注入装置 |
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| JPH0877959A (ja) * | 1994-09-01 | 1996-03-22 | Nissin Electric Co Ltd | イオンドーピング装置 |
| JPH11204075A (ja) * | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Nec Corp | イオン注入装置のウエハ搭載部材 |
-
1999
- 1999-10-29 JP JP30967699A patent/JP4290292B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-10-26 TW TW89122602A patent/TW464959B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-10-27 WO PCT/JP2000/007560 patent/WO2001033604A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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