JP2657321B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン注入装置に関する。

（従来の技術） 一般にイオン注入技術は、目的物例えばシリコン基板
やガリウム・ヒ素基板に不純物を注入する技術として広
く使用されており、半導体製造工程における不純物導入
技術として重要な位置を占めている。

このようなイオン注入技術を用いた半導体ウエハへの
不純物の注入は、正に帯電したイオンを加速させた状態
で半導体ウエハに衝突させることによって行っている。
このため、正イオンが半導体ウエハ表面に衝突した際
に、表面の絶縁膜に正の電荷が蓄積する、いわゆるチャ
ージ・アップが起こり、これによって絶縁膜の絶縁破壊
や劣化を招くという問題があった。このチャージ・アッ
プは、特に高電流型イオン注入装置を用いて、高ドーズ
量のイオンを半導体ウエハに注入した場合に顕著に発生
する。

このチャージ・アップを解消する一手段として、電子
をイオンビームと共に照射し、半導体ウエハ表面の帯電
を消すことが行われている。しかし、現状における上記
電子ビームの照射は、イオンビームによって注入した正
電荷量に見合う量として行われており、多量の電子照射
は逆に絶縁膜の耐電圧等の性能低下を招く可能性があ
る。そこで、イオン注入によって生じる半導体ウエハ表
面の電荷量を正確に測定することが望まれている。

従来のチャージ・アップによる表面電荷の測定方法と
しては、例えば第６図に示すように、回転ディスク１に
円周方向に沿って配置された半導体ウエハ２と対向して
容量式センサ３を配設し、第７図に示すように、表面が
正に帯電した半導体ウエハ２がセンサ３に近づくとき
（第７図−ａ）、半導体ウエハ２がセンサ３の中央に位
置するとき（第７図−ｂ）、半導体ウエハ２がセンサ３
から離れていくとき（第７図−ｃ）のセンサ３に励起さ
れる電圧の変化分によって測定する方法が知られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した測定対象となる半導体ウエハ
２は、第６図に示したように、回転ディスク１上に非常
に近接して配置されており、さらに高速で回転している
ため、実際には第７図（ｃ）に示すように、半導体ウエ
ハ2aがセンサ３から遠ざかり、負側に電圧が変化する前
に、次の半導体ウエハ2bがセンサ３に接近してしまい、
電圧の振幅を充分に得ることができないという問題があ
った。このため、従来の方式では半導体ウエハ２の表面
に電荷が存在するかどうか程度の判定しかできず、チャ
ージ・アップ量を絶対値として測定することは現実的に
は不可能であった。

このようなことから、イオン注入によって発生するチ
ャージ・アップ量を絶対電圧値として測定することが強
く望まれており、さらに進んでチャージ・アップ量の面
内分布の測定をも可能にすることが要求されている。

本発明は、このような課題に対処するためになされた
もので、例えばイオン注入によって発生するチャージ・
アップ量を絶対電圧値として正確に測定することが可能
で、さらにこの絶対電圧値を面内分布として検出するこ
とが可能なイオン注入装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明のイオン注入装置は、回転軸の回りに
回転可能とされた回転ディスクであって、その一面に、
円周方向に沿って複数の被処理基板を支持可能とされた
回転ディスクと、 前記回転ディスクに支持された前記被処理基板にイオ
ンビームを照射する手段と、 前記回転ディスクを回転させる手段と、 前記回転ディスクの回転中に前記回転軸を揺動させる
手段と、 前記前記回転ディスクに支持された前記被処理基板に
近接対向する如く設けられ前記被処理体の表面電荷を測
定する電界検知センサと、この電界検知センサに到達す
る電界を断続的に遮断する回転遮断板とを具備し、回
転、揺動される前記被処理基板の表面の一部の電荷量を
瞬間電圧値として検出して、当該被処理基板の表面電荷
の面内分布を測定可能とされた表面電荷量測定手段と を備えたことを特徴とするものである。

（作 用） 被測定体表面が帯電していることによって生じた電界
は、電界検知手段に到達して表面電荷量として測定され
る。ここで、本発明のイオン注入装置においては、上記
電界の取り込みを断続的に実行する手段を設けているた
め、電界検知手段に検知される電界は、断続周波数に同
期したパルス信号として得られる。その結果、被測定体
表面の帯電量が瞬間値として得られ、正確に絶対電圧値
として表面電荷量を測定することが可能となる。また、
絶対電圧値が瞬間値として得られることから、被測定体
上の複数点の絶対電圧値を記憶しておくことによって、
表面電荷量の面内分布を測定することも可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図に示すように、電界侵入窓11を有する筐体12
は、回転ディスク１の円周方向面に沿って配置された半
導体ウエハ２と対接して配置されており、この筐体12は
電気的にアースされている。上記電界侵入窓11は、半導
体ウエハ２側からの電界を半導体ウエハ２の所定の微小
部位からの電界のみ（矢印に示す如く）に規制するもの
である。

上記筐体12内には、上記電界侵入窓11から侵入した電
界を検知するセンサ13が電界侵入窓11と対向して配置さ
れている。この電界検知センサ13は、このセンサ13によ
って検知した電界の量を電圧値として出力する電界セン
サ用アンプ14に接続されている。

上記筐体12内における電界侵入窓11と電界検知センサ
13との間には、複数の電界通過穴15を有し、アースされ
た円板状の回転遮断板16が回転自在に配設されている。
この回転遮断板16には回転軸17が取付けられており、こ
の回転軸17に挿着した後、固着された第１のプーリ18と
DCモータ19に固着された第２のプーリ20間に掛渡された
ベルト21によって、回転遮断板16は所定の回転数で回転
制御可能とされている。上記DCモータ19は、電磁シール
ド22によって囲われており、筐体12内の他の機構部品と
は遮られている。

ここで上記回転遮断板16は、第２図に示すように、円
板状部材16aによって形成されており、この円板状部材1
6aの円周方向に沿って等間隔で同形状の電界通過穴15が
複数例えば18個穿設されている。また、筐体12に設けら
れた電界侵入窓11は、第３図に示すように、上記電界通
過穴15と同形状で同配列の例えば２個の穴により構成さ
れている。これら電界侵入窓11と電界通過穴15とは、半
導体ウエハ２側から電界検知センサ13方向に向けて透視
した際に合致するよう設けられている。

また、筐体12内における回転遮断板16の電界通過穴15
と対向する位置には、回転時における上記電界通過穴15
の位置を検出する位置センサ23が配設されている。な
お、符号24は位置センサ23用の波形整形用アンプであ
る。

なお、回転ディスク１上に配置された半導体ウエハ２
は、上記構成の表面電荷量測定装置による電荷量検出領
域とは別の領域でイオンビームによるイオン注入が施さ
れる。

次に、上記構成の表面電荷量測定装置を用いて、イオ
ン注入によるチャージ・アップによって発生する半導体
ウエハ表面の電荷量を測定する方法について、第４図を
参照して説明する。

イオン注入は、回転ディスク１を所定の回転数で回転
させることによって、回転した状態の半導体ウエハ２に
対して行われる。なお、回転ディスク１は回転しつつ所
定の速度で上下に移動するよ構成されており、これによ
り半導体ウエハ２表面に対して平均的にイオン注入が行
われる。

まず、回転遮断板16を所定の回転数で回転させること
により、表面電荷量測定装置を測定可能な状態とする。

上記イオン注入によって半導体ウエハ２表面にチャー
ジ・アップによる電荷が発生すると、半導体ウエハ２が
筐体12の電界侵入窓11の正面を通過するたびに、電界侵
入窓11内部に上記半導体ウエハ２表面の電荷量に見合っ
た電界が侵入する。この侵入した電界は、電界検知セン
サ13上に上記電界面積（侵入面積）の強さに比例した電
荷を誘導する。この電界検知センサ13上に誘導された電
荷は電圧として現れ、電界検知センサ用アンプ14に送ら
れる。

一方、筐体12の電界侵入窓11と電界検知センサ13間に
は、電界透過穴15を有する回転遮断板16が配設されてお
り、この回転遮断板16が所定の回転数で回転しているた
め、上記電界は回転遮断板16の電界通過穴15と電界侵入
窓11とが合致したときのみに電界検知センサ12に到達す
ることとなる。したがって、電界検知センサ13では、回
転遮断板16の電界透過穴15の通過周波数に同期したパル
ス信号として侵入した電界による電圧を検知する。

ここで、電界センサ用アンプ14は、電界検知センサ13
からの微弱なパルス信号を増幅する交流増幅器14aと、
この増幅されたパルス信号からACノイズやDCモータ19か
ら発生するノイズ、DCモータ19の回転に伴う筐体12等の
ぶれから発生するノイズ等を除去する周波数フィルタ14
bと、後述するサンプル・パルス発生回路からの信号を
もとに原信号を復元するサンプル・ホールド回路14cと
から構成されている。また、位置センサ用波形整形アン
プ24は、位置センサ23により検出した回転遮断板16の電
界通過穴15位置から、上記サンプル・ホールドに必要な
サンプルパルスを作成するサンプルパルス発生回路を有
している。

そして、これらによって上記電界センサ用アンプ14に
送られた電圧のパルス信号を、位置センサ23により電界
通過穴15の位置から作成したサンプルパルスによってサ
ンプルホールドすることによって、電界侵入窓11に侵入
する元の電界の強度が正または負の電圧信号として再現
される。

例えば回転遮断板16に18個の電解通過穴15を設け、回
転ディスク１の回転数を1200rpm、回転遮断板16の移転
数を7200rpmとすると、１個の半導体ウエハ２が電解侵
入窓11を横切る間に、６回のサンプリングが行われ、こ
れらサンプリング１回毎に半導体ウエハ２表面の電荷量
が電圧値として測定される。

このように、上記実施例の表面電荷量測定装置におい
ては、回転動作を行っている半導体ウエハ２表面の電荷
量を回転遮断板16によって断続的に遮ることにより、瞬
間電圧値として検出しているため、微小部位の電荷量を
正確にかつ絶対値として測定することが可能となる。よ
って、近接配置された回転している複数の半導体ウエハ
２表面の電荷量、すなわちイオン注入に伴うチャージ・
アップ量を正確に測定することが可能となる。

また、回転ディスク１は上下動しつつ回転しているた
め、上下動している半導体ウエハ２に対して連続してサ
ンプリングを行い、各測定値を記憶しておくことによっ
て、表面電荷の面内分布を測定することができる。

次に、上記構成の表面電荷量測定装置を用いて行った
表面電位測定試験について説明する。

まず、上述した回転数で回転遮断板16および半導体ウ
エハ２を回転させ、半導体ウエハ２に−8V〜＋8Vの範囲
で一定の電圧を印加した際の出力電圧を、半導体ウエハ
２と回転遮断板16との距離（Ｌ）を5mm、10mm、15mm、2
0mmと変化させ、それぞれについて測定した。その結果
を第１表および第５図に示す。

第５図に示すように、それぞれ比例関係を示し、正確
な測定が行われたことが分る。ただし、第５図から明ら
かなように、半導体ウエハ２と回転遮断板16との距離に
よって出力値が異なるため、これらから予め相関値を求
めておき、実際に測定にあたっては出力値を換算する必
要がある。

なお、上記実施例では本発明の表面電荷量測定装置を
イオン注入に伴うチャージ・アップ量の測定に用いた例
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく被測定体間が近接して配置されているような場合
に有効である。

なお、上記実施例ではイオン注入の例について説明し
たが、イオンや電子などの荷電粒子の衝突または表面電
荷の測定（検出）であれば何れにも適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のイオン注入装置によれ
ば、高速で移動する被測定体表面の電荷量を正確に測定
することができる。よって、例えばイオン注入によって
発生するチャージ・アップ量を絶対電圧値として正確に
測定することが可能となり、さらにこの絶対電圧値を面
内分布として検出することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の表面電荷量測定装置の構成
を示す図、第２図はその回転遮断板を示す図、第３図は
第１図における筐体の正面図、第４図は第１図の表面電
荷量測定装置の電気回路を示す図、第５図は実施例の表
面電荷量測定装置を用いて行った試験測定の結果を示す
グラフ、第６図および第７図は従来の表面電荷量の測定
方法を示す図である。 １……回転ディスク、２……半導体ウエハ、11……電界
侵入窓、12……筐体、13……電界検知センサ、14……電
界検知センサ用アンプ、15……電界通過穴、16……回転
遮断板、19……DCモータ、23……位置センサ、24……位
置センサ用アンプ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸の回りに回転可能とされた回転ディ
   スクであって、その一面に、円周方向に沿って複数の被
   処理基板を支持可能とされた回転ディスクと、 前記回転ディスクに支持された前記被処理基板にイオン
   ビームを照射する手段と、 前記回転ディスクを回転させる手段と、 前記回転ディスクの回転中に前記回転軸を揺動させる手
   段と、 前記前記回転ディスクに支持された前記被処理基板に近
   接対向する如く設けられ前記被処理体の表面電荷を測定
   する電界検知センサと、この電界検知センサに到達する
   電界を断続的に遮断する回転遮断板とを具備し、回転、
   揺動される前記被処理基板の表面の一部の電荷量を瞬間
   電圧値として検出して、当該被処理基板の表面電荷の面
   内分布を測定可能とされた表面電荷量測定手段と を備えたことを特徴とするイオン注入装置。