JPH0568066U - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数のウェハ３を保持した回転ディスク２
は、定速回転で並進移動する。注入中、フォトセンサ１
６からは、ディスク位置情報データが制御装置１９に出
力される。制御装置１９は、この情報データに基づい
て、Ｑレンズ電源２１の印加電圧を制御し、回転ディス
ク２の並進運動に同期させてビームサイズを変える。イ
オンビーム１は、イオンビーム１のウェハ３に対する照
射位置が、ウェハ３の中心部から離れるほど、注入面に
おけるビームサイズが小さくなるように調整される。 【効果】 イオンビーム１は、オーバースキャンのと
き、ビームサイズが最も小さくなるため、回転ディスク
２の並進移動範囲（スキャン幅）が狭くなる。その結
果、注入時間が短くなって装置のスループットが向上す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体集積回路の製造等に用いられる、ウエハ等のイオン照射対象 物にボロン等の不純物イオンを注入するイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

イオン注入装置は、拡散したい不純物をイオン化し、この不純物イオンを磁界 を用いた質量分析法により選択的に取り出してイオンビームとし、そのまま、或 いはさらに電界により加速してビーム照射対象物に照射することで、ビーム照射 対象物内に不純物を注入するものであり、半導体プロセスにおいてデバイスの特 性を決定する不純物を任意の量および深さに制御性良く注入できることから、現 在の集積回路の製造に重要な装置になっている。

【０００３】 上記イオン注入装置には、比較的大きなビーム電流（〜１０ｍＡ程度）でイオ ン注入が行える、いわゆる大電流イオン注入装置がある。このイオン注入装置に おいて、イオン源から引き出されてウエハ等のビーム照射対象物に照射されるイ オンビームを収束させ、電流密度が高いビーム状態でビーム照射対象物へ照射す れば、ビーム照射対象物の表面に過剰な電荷を蓄積（チャージアップ）させるこ とになり、絶縁膜を貫通する放電が発生してデバイスの回路を破壊する静電的素 子破壊が生じることになる。

【０００４】 従って、上記大電流イオン注入装置においては、通常、上記チャージアップを 防止するため、ビーム輸送中に、ビームサイズを拡大し、ビーム照射対象物上で デフォーカスした、ビーム電流密度の低いイオンビームにて注入が行われる。

【０００５】 上記大電流イオン注入装置には、図６に示すように、複数のビーム照射対象物 ５３が円周上に配置された回転ディスク５２を往復並進移動させるメカニカルス キャン型のものが用いられることが多い。

【０００６】 このイオン注入装置では、イオン注入時、回転ディスク５２は一定速度で回転 し、且つ、ビーム量と注入位置とから決定される速度で並進運動（メカニカルス キャン）を行い、ビーム照射対象物５３上に均一にイオン注入されるよう動作す る。

【０００７】 上記回転ディスク５２は、所定のオーバースキャン量になるように並進移動範 囲、即ちスキャン幅Ｂが制御され、このスキャン幅Ｂは、イオンビーム５１のサ イズ（並進移動方向のビーム幅）によって決定される。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の構成では、チャージアップ防止のためにビームサイ ズが拡大され、このため、回転ディスク５２のスキャン幅Ｂが大きくなり、その 結果、注入時間が長くなくなって装置のスループットが低下するという問題を有 している。

【０００９】 本考案は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、ディスクのスキャン 幅を狭くして注入時間の短縮を図り、装置のスループットを向上させることがで きるイオン注入装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案のイオン注入装置は、上記の課題を解決するために、ビーム照射対象物 、例えばウェハを保持する保持部材、例えば回転ディスクと、上記保持部材を所 定方向に往復並進移動させる駆動手段と、注入面におけるビームサイズを調整す るビームサイズ調整手段、例えばＱレンズと、保持部材の位置を検出する位置検 出手段とを備え、保持部材の位置変化に応じて、イオンビームのビーム照射対象 物に対する照射位置が変化するイオン注入装置において、以下の手段を講じてい る。

【００１１】 即ち、イオンビームのビーム照射対象物に対する照射位置が、ビーム照射対象 物の中心部から離れるほど、注入面におけるビームサイズが小さくなるように、 上記位置検出手段の出力に基づいて、上記ビームサイズ調整手段を制御する制御 装置を備えている。

【００１２】

【作用】

上記の構成によれば、ビーム照射対象物を保持した保持部材は、駆動手段に駆 動されて所定方向に往復並進移動し、このときの位置変化に応じて、イオンビー ムのビーム照射対象物に対する照射位置が変化する。上記保持部材の位置は、位 置検出手段により検出されるようになっており、制御装置は、この位置検出手段 の出力に基づいて、イオンビームの照射位置が、ビーム照射対象物の中心部から 離れるほど、ビームサイズが小さくなるように、ビームサイズ調整手段を制御す る。

【００１３】 これにより、イオンビームがビーム照射対象物の周端部付近を照射するときの ビームサイズは、中心部を照射するときよりも小さくなる。

【００１４】 通常、保持部材は、イオンビームがビーム照射対象物から外れて所定量だけオ ーバースキャンされた位置まで移動する。このため、保持部材の並進移動範囲（ 以下、スキャン幅と称する）は、オーバースキャンのときのビームサイズにより 決定される。本考案のイオン注入装置では、オーバースキャンのとき、ビームサ イズが最も小さくなるので、スキャン幅が狭くなり、注入時間の短縮が図れる。

【００１５】 尚、オーバースキャンのとき、イオンビームが照射された保持部材から２次電 子が飛び出す。ボロン等の正イオンのビームが照射された場合、上記の２次電子 の一部が正に帯電したビーム照射対象物表面に入り込み、チャージアップを抑制 するが、この２次電子は、距離的に近いビーム照射対象物の周端部に入り込み易 く、中心にいくほどその到達量が少なくなる。このため、ビーム照射対象物の中 心部では、チャージアップが生じ易く、周端部ではチャージアップが生じ難いと いう現象が起こる。従って、上記のようにビーム照射対象物の周端部付近を照射 するときのビームサイズを小さくしても、チャージアップを生じさせることには ならない。

【００１６】

【実施例】

本考案の一実施例について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通り である。

【００１７】 本実施例のイオン注入装置は、図１に示すように、ビーム照射対象物としての ウェハ３を、円周上に複数枚装着することができる保持部材としての回転ディス ク２を備え、この回転ディスク２を定速で回転させながら往復並進移動させるメ カニカルスキャン型のものである。

【００１８】 上記イオン注入装置は、基本的には、注入元素をイオン化し、引出電源２２に よりイオンビーム１として引き出すイオン源部９、所定の注入イオンのみを選別 して取り出す質量分析部１０と、ビームを輸送する中でビーム形状を整形するビ ームライン部１１と、注入処理を行うエンドステーション部１２とから構成され 、これらの内部は真空となっている。

【００１９】 上記エンドステーション部１２には、上記回転ディスク２が備えられており、 回転ディスク２は、モータ１３に駆動されて所定速度で回転すると共に、駆動手 段としてのステッピングモータ、またはサーボモータ（以下、ステッピングモー タ１４で代表される）１４に駆動されて並進運動するようになっている。

【００２０】 上記ステッピングモータ１４には、モータの動作に合わせて回動する円板１５ が取り付けられており、例えば円板１５が１回転すると回転ディスク２が１ｃｍ 並進移動するようになっている。この円板１５には、２箇所にスリットが形成さ れており、円板１５をはさんで発光部と受光部とが対向して設けられた光透過型 のフォトセンサ１６によって、円板１５の回転数が検出される。また、ディスク 並進駆動軸１７の近傍には、基準位置検出用センサ１８が設けられており、回転 ディスク２に保持されたウェハ３の中心がイオンビーム１の中心と一致するとき の回転ディスク２の位置が、検出されるようになっている。尚、上記の円板１５ 、フォトセンサ１６、基準位置検出用センサ１８により、位置検出手段が構成さ れている。

【００２１】 上記フォトセンサ１６および基準位置検出用センサ１８は、後述の制御装置１ ９に接続されている。そして、回転ディスク２がステッピングモータ１９に駆動 されて並進移動しているとき、円板１５のスリットがフォトセンサ１５の光を横 切る毎にフォトセンサ１６からはパルス信号が発せられ、上記制御装置１９は、 このパルス数をカウントすることにより、回転ディスク２の位置（基準位置から の距離）を検知する。

【００２２】 上記回転ディスク２のビーム進行方向の上流側には、図２に示すように、イオ ンビーム１の通過経路を囲むようにして形成されたニュートラルカップ４が配設 されている。このニュートラルカップ４は、図示しないフィラメントから放出加 速された１次電子との衝突で２次電子を放出するようになっており、放出された ２次電子は、イオンビーム１の流れに引き寄せられて、イオンビーム１と共にウ ェハ３に照射され、ウェハ３表面で生じるチャージアップを防ぐ。

【００２３】 上記ニュートラルカップ４の開口部付近には、２次電子の流出を防止する目的 で、負の電圧が印加されたサプレッサ電極５が設けられ、また、サプレッサ電極 ５の上流側にはマスク６が配設されている。

【００２４】 上記回転ディスク２の後方（下流側）には、キャッチプレート７が設けられて いる。このキャッチプレート７のＸ方向（例えば水平方向）およびＹ方向（例え ば垂直方向）には、複数の測定子（図示せず）が配設されており、これらの測定 子はビームプロファイルモニタ（以下、ＢＰＭと称する）８に接続されている。

【００２５】 イオンビーム１は、回転ディスク２がビーム軌道から外れた位置にあるとき、 上記キャッチプレート７に照射され、上記ＢＰＭ８により下記のようにしてビー ム形状が観測される。

【００２６】 即ち、上記ＢＰＭ８には図示しないオシロスコープが具備されており、Ｘ方向 またはＹ方向の測定子を順次切り換えて、各測定子から得られる測定値をオシロ スコープに表示させることにより、Ｘ方向およびＹ方向のビーム電流密度分布を 検出する。

【００２７】 また、ビームライン部１１には、Ｑレンズ電源２１から供給される電圧の高さ に応じて、イオンビーム１を収束させるＱレンズ２０が設けられており、これに より注入面におけるビームサイズ（ビームの照射面積）が調整される。上記のＱ レンズ２０およびＱレンズ電源２１によりビームサイズ調整手段が構成されてい る。

【００２８】 ところで、所定量のオーバースキャンが行われるため、イオンビーム１は、当 然、回転ディスク２にも照射され、このとき、回転ディスク２からは２次電子が 発生する。ボロン等の正イオンのビームが照射された場合、上記の２次電子の一 部が正に帯電したウェハ３の表面に入り込み、チャージアップを抑制する。但し 、上記の２次電子は、距離的に近いウェハ３の周端部に入り込むものが多く、中 心にいくほどその到達量が少なくなる。このため、ウェハ３の中心部では、チャ ージアップが生じ易く、周端部ではチャージアップが生じ難いという現象が起こ る。

【００２９】 そこで、本実施例では、図４に示すように、チャージアップが生じ難いウェハ ３の周端部では、ビームのサイズを小さくする一方、図３に示すように、チャー ジアップが生じ易い中心部では、ビームのサイズを最も大きくすることにより、 回転ディスク２の並進移動範囲（スキャン幅）を小さくしょうとするものである 。

【００３０】 即ち、上記制御装置１９は、図１に示すように、イオン注入中、フォトセンサ １６から出力される回転ディスク２の位置情報データ（パルス信号）に応じて、 Ｑレンズ電源２１の印加電圧を制御し、イオンビーム１が、ウェハ３の中心部付 近を照射するときよりも、周端部付近を照射するときの方が、ビームサイズが小 さくなるように、ビームサイズを連続的、または段階的に変化させる。

【００３１】 上記の構成において、ボロン等の正イオンをイオン種としてイオン注入を行う 場合のイオン注入装置の動作を以下に説明する。

【００３２】 図１に示すように、引出電源２２によってイオン源から引き出されたイオンビ ーム１は、質量分析部１０で質量分析され、所定質量のイオンのみが選択的に導 出され、ビームライン部１１に導入される。このイオンビーム１は、Ｑレンズ電 源２１からの印加電圧に応じてビームサイズが調整され、エンドステーション部 １２において回転ディスク２に保持されたウェハ３に照射される。

【００３３】 一方、複数のウェハ３が装着された回転ディスク２は、モータ１３に駆動され て所定速度で回転し、同時に、ステッピングモータ１４に駆動されて並進移動す る。

【００３４】 上記のイオン注入中、ＢＰＭ８からはビームサイズ情報データが、また、フォ トセンサ１６からは、ディスク位置情報データが、それぞれ制御装置１９に出力 される。

【００３５】 そして、制御装置１９は、上記のビームサイズおよびディスク位置情報データ に基づいて、Ｑレンズ電源２１の印加電圧を制御し、回転ディスク２の並進運動 に同期させてビームサイズを変える。即ち、イオンビーム１は、イオンビーム１ のウェハ３に対する照射位置が、ウェハ３の中心部３ａから離れるほど、注入面 におけるビームサイズが小さくなるように調整される。

【００３６】 これにより、図３に示すように、イオンビーム１の中心１ａが、ウェハ３の中 心部３ａと一致するとき、ビームサイズが最も大きくなり、図４に示すように、 イオンビーム１がウェハ３の周端部を照射するときはビームサイズが小さくなる 。そして、回転ディスク２は、図５に示すように、イオンビーム１がウェハ３か ら外れて所定量だけオーバースキャンされた位置で停止し、続いて、回転ディス ク２は、ステッピングモータ１４に駆動されて逆方向に並進移動する。以下、設 定されたドーズ量に達するまで、上記同様に回転ディスク２の位置に応じたビー ムサイズ調整がなされながら、回転ディスク２が往復並進移動される。

【００３７】 上記回転ディスク２のスキャン幅Ａは、オーバースキャンのときのビームサイ ズにより決定されるが、本実施例では、ビームの照射位置がウェハ３の周端部に 近づくほど、ビームサイズが小さくなり、オーバースキャンのときのビームサイ ズは最も小さくなるので、従来に比べてスキャン幅Ａを狭くすることができる。

【００３８】 この結果、従来よりも注入時間が短縮され、装置のスループットが向上する。

【００３９】 尚、本実施例では、ビームサイズ調整手段として、Ｑレンズ電源２１の印加電 圧に応じてイオンビーム１を収束させるＱレンズ２０が用いられているが、これ に限定されるものではない。たとえば、質量分析部１０に、電気駆動回転ポール ピース付分析マグネットを用いれば、これがビームサイズ調整手段となる。

【００４０】 分析マグネットは、磁気収束作用を利用してイオンビーム１を下流に設けられ た分析スリット２３（図１）に絞り込んで、必要なイオンを選択的に取り出すも のであるが、上記電気駆動回転ポールピース付分析マグネットは、ビームの入口 部および／または出口部に、ビーム入口角および／または出口角を変えることが できる、回動可能なポールピースを有するものであり、ポールピースを回動させ ることにより、ビームの収束点を変化させることができるようになっている。従 って、この場合、制御装置１９は、フォトセンサ１６からのディスク位置情報デ ータに基づいて、イオンビーム１の中心とウェハ３の中心との間の距離が大きく なるに従って、ビームの収束点をより下流側に移すように、ポールピースを回動 させるような構成にすればよい。

【００４１】

【考案の効果】

本考案のイオン注入装置は、以上のように、イオンビームのビーム照射対象物 に対する照射位置が、ビーム照射対象物の中心部から離れるほど、注入面におけ るビームサイズが小さくなるように、位置検出手段の出力に基づいて、ビームサ イズ調整手段を制御する制御装置を備えている構成である。

【００４２】 それゆえ、イオンビームの照射位置が、ビーム照射対象物の中心部から最も離 れるオーバースキャンのとき、ビームサイズが最も小さくなり、保持部材の並進 移動範囲（スキャン幅）を狭くすることができ、その結果、注入時間が短くなっ て装置のスループットが向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、イオン注
入装置の要部を示す概略の構成図である。

【図２】上記イオン注入装置のエンドステーション部の
要部を示す概略の構成図である。

【図３】上記イオン注入装置において、イオンビームの
中心が、ウェハの中心部と一致するときの状態を示す説
明図である。

【図４】上記イオン注入装置において、イオンビームが
ウェハの周端部を照射しているときの状態を示す説明図
である。

【図５】上記イオン注入装置において、オーバースキャ
ンのときの状態を示す説明図である。

【図６】従来例を示すものであり、オーバースキャンの
ときの状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ 回転ディスク（保持部材） ３ ウェハ（ビーム照射対象物） ８ ビームプロファイルモニタ １４ ステッピングモータ（駆動手段） １５ 円板（位置検出手段） １６ フォトセンサ（位置検出手段） １８ 基準位置検出用センサ（位置検出手段） １９ 制御装置 ２０ Ｑレンズ（ビームサイズ調整手段） ２１ Ｑレンズ電源（ビームサイズ調整手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ビーム照射対象物を保持する保持部材と、
   上記保持部材を所定方向に往復並進移動させる駆動手段
   と、注入面におけるビームサイズを調整するビームサイ
   ズ調整手段と、保持部材の位置を検出する位置検出手段
   とを備え、保持部材の位置変化に応じて、イオンビーム
   のビーム照射対象物に対する照射位置が変化するイオン
   注入装置において、 イオンビームのビーム照射対象物に対する照射位置が、
   ビーム照射対象物の中心部から離れるほど、注入面にお
   けるビームサイズが小さくなるように、上記位置検出手
   段の出力に基づいて、上記ビームサイズ調整手段を制御
   する制御装置を備えていることを特徴とするイオン注入
   装置。