JPH02148554A - イオン注入装置の制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン注入装置の制御方法、より具体的に
は、いわゆるメカニカルスキャン方式のイオン注入装置
におけるディスクの並進の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

第１図は、メカニカルスキャン方式のイオン注入装置と
その制御回路の一例を示す図である。

このイオン注入装置は、基本的には、真空容器（図示省
略）内に、複数枚のウェーハ６を装着するディスク４が
収納されており、このディスク４を、モータ（例えばイ
ンダクションモータ）１０によって例えばＡのように窩
速回転させると共に、機構部８を介してモータ（例えば
ステッピングモータ）１２によって矢印Ｂのように並進
させながら、ディスク４上の各ウェーハ６にイオンビー
ム２を順次照射して、各ウェーハ６にイオン注入するよ
う構成されている。

その場合、ディスク４の１並進（片道）当たりのウェー
ハ６に対するドーズ量Φは、周知のように（例えば特開
昭６１−１１６７４４号公報参照）、 Φ＝ｌ／２πＲＶｅ　　　　　　　…　（１）で表され
る。ここでＩはイオンビーム２のビーム電流、Ｒはディ
スク４の回転中心とイオンビーム２の中心との間の距離
、■はディスク４の並進速度、ｅは電気素量（］、６０
２Ｘ１０−”クーロン）である。

従って、 ■戊１／Ｒ…　（２） なる関係を満たすようにディスク４の並進速度■を制御
すれば、ディスク４上の各ウェーハ６に均一にイオン注
入を行うことができる。

換言すれば、 Ｖ＝ｄＲ／ｄｔ、　　　Ｉ＝ｄＱ／ｄｔより（Ｑはイオ
ンビーム２の電荷量）、（１）式％式％） となる。従って、 Ｆ　＝　Ｑ　　（Ｋ　Ｒ”　＋　Ｃｒ　）　、　　（Ｋ
　＝　７Ｅ　ｅΦ）…　（３） と定義すると、このＦが常にＯか０に近い値になるよう
に制御すれば注入は均一に行われる。

この制御を演算制御回路１６が行うが、演算制御回路１
６はマイクロコンピュータを備えていてそれによる制御
に適合させるため、ここでは、上記ＲｐＱをディジタル
化して制御している。

即ち、ディスク４に流れるビーム電流Ｉをパルス信号に
変換する変換器（１／Ｆ変換器）１４がイオンビーム２
の１クーロン当たりＰパルスだけ出力するものとすると
、 Ｑｐ””Ｑｐ　　　　　　　　　　　…　（４）が成り
立つ。ここでＱ、は変換器１４が出力するパルス数であ
る。尚、変ｔ＊器１４は、広い範囲（例えば３００　ｎ
Ａ〜３０　ｍＡ）のビーム電流Ｉに対応することができ
るように、レンジが粗く切り換えられるようになってお
り、それから出力するパルス数Ｑｐは、各レンジのフル
スケールを所定のパルス数（例えば１００ＯＰＰＳ）と
するものが出力される。

また、演算制御回路１６がモータ１２に対してＭパルス
出力したときにディスク４が１ｃｍ並進するものとする
と、 ＲＭ＝Ｒｐ…　（５） が成り立つ。ここでＲ２は、演算制御回路１６が出力す
るパルス数である。

そこでこの（４）、（５）式を（３）式に代人して変数
変換すると、 Ｆ　＝　ｂ　Ｑ、−（ａ　Ｒｐ”＋ａ　Ｃ）、　（Ｃは
定数）・　・　・　（６） となる。ここで、 ｂ＝１／Ｐ、ａ＝に７Ｍ”　、Ｃ＝Ｃ，Ｍ”／Ｋ…　（
７） このＱ、は変換器１４から常時入力されており、演算制
御回路１６は、（６）式のＦの値を見ながら常にＦ≧０
になるように、Ｑ、の入力に応じてＲ２をモータＩ２に
対して出力するようにしておリ、それによって注入は均
一に行われる。

この場合、（６）式で必要なのはａとｂの比であり（ａ
とｂの絶対値は重要でない）、これは（７）式等より、 ａ　／　ｂ　＝ΦπｅＰ／Ｍ２　　　　…　（８）で求
められる。

上記のように制御を行う具体的な流れを示すと第２図の
ようになる。

即ち、まず、演算制御回路１６および変換器１４に対し
て、各ウェーハ６に対する所望のドーズ量Φ。およびレ
ンジがそれぞれ設定される（ステップ２１）。

次いで、演算制御回路１６において（以下の演算も同様
）、ディスク４の１並進当たりのドーズ量Φ１を次式よ
り求める（ステップ２２）。

Φ＋　＝Ｉｓ／２ｆＲ１Ｖｓ　ｅ　　　…　（９）ここ
でＩｌ、ｌは変換器１４の各レンジでの最大電流値（例
えば１０ｍＡレンジなら１０ｍＡ）　、Ｒ。

はディスク４の中心とイオンビーム２の中心とが最接近
した距離、■８はディスク４の並進速度の物理的に許容
される最大値である。このようにするのは、ディスク４
の並進速度■はできるだけ大きくしたいが、当該並進速
度Ｖはイオンビーム２に最接近したときに最大となり（
（２）式環参照）、その速度が物理的限界を越えさせて
はならないからである。

次いで、設定ドーズ間Φ。に対して、 Ｎ＝Φ。／２Φ１　　　　　　…　（１０）より得られ
る往復並進回数Ｎの小数点以下を切り捨てた往復並進回
数Ｎ′を求める（ステップ２３）。このようにするのは
、上記Ｎが小数になる場合があり、それは現実的ではな
いからである。

次いで、このＮ′を（１０）式のＮに代人して、ディス
ク４の１並進当たりの修正されたドーズ量Φ１′を求め
る（ステップ２４）。これは、ドーズ量Φ１′でＮ′回
往復させることにより、設定ドーズ量Φ。たけ注入する
ためである。

次いで、このΦ１′を（８）式のΦに代人してａ、ｂの
比を求める（ステップ２５）。

そして具体的には、このａ、ｂの比を用いて、演算制御
回路１６によって、（６）式のＦ≧０なる制御を行う（
ステップ２６）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来の制御方法では、（９）式で説明したよ
うに、ディスク４の１並進当たりのドーズ量Φ１の演算
に変換器１４の各レンジでの最大電流値１．を用い、そ
のようにして求めたΦ１に基づいて制御を行っているた
め、実際のビーム電流■がレンジ最大電流Ｉ１．ｌでな
い場合、ディスク４の並進速度Ｖが遅くなる（具体的に
は最大値の１／１．倍になる）という問題がある。（勿
論、その場合でも（２）式あるいはＦ≧０なる関係は常
に満たされている）。

例えば、１０ｍレンジで、実際に注入中の実ビーム電流
が５ｍＡとすると、ディスク４がイオンビーム２に最接
近したときの並進速度■１は、（１）式と（９）式より
、 Ｖ　＋　＝　Ｖ　Ｈ／　２ となり、物理的最大並進速度ｖ、４の半分になってしま
う。

そして、ディスク４の並進速度■が遅いほど、ウェーハ
６上のある部分が長時間イオンビーム２にさらされるこ
とになり、その部分のチャージアップ（帯電）や温度上
昇が大きくなり、ウェーハ６に与える損傷等が太き（な
るという問題が生じる。

そこでこの発明はこのような点を改善して、変換器のレ
ンジと実ビーム電流との関係に左右されることなく、し
かもウェーハに対するドーズ量を所定のものに保ちつつ
、ディスクの並進速度を最大に近いものにすることがで
きる制御方法を提供することを主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の制御方法は、要約すれば、ディスクの１並進
当たりのドーズ量Φ１を求めるに当たり、ビーム電流と
して、従来のように変換器の各レンジでの最大電流値■
９を用いる代わりに、イオン注入直前のビーム電流Ｉ０
を用い、そのようにして求めたドーズ量Φ１に基づいて
、往復並進回数Ｎ′、修正されたドーズ量Φ１′および
ａ、ｂの比を求め、そしてそれを用いて、 Ｆ−ｂＱｒ　　（ａＲｐ”＋ａＣ）≧０なる制御を行う
ことを特徴とする。

〔作用〕

上記方法によれば、ドーズ■Φ、の演算にイオン注入直
前のビーム電流！。を用いるので、変換器のレンジと実
ビーム電流との関係に左右されることなく、ディスクの
並進速度が最大に近いものになる。しかもウェーハに対
するドーズ量は所定のものに保たれる。

〔実施例〕

この実施例における演算制御回路１６による制御を、再
び第２図等を参照して、従来例との相違点を主に説明す
る。

まず、演算制御回路１６および変換器１４に対して、各
ウェーハ６に対する所望のドーズ量Φ０およびレンジが
それぞれ設定される（ステップ２１）。これは従来例と
変わらない。

次いで、演算制御回路１６において（以下の演算も同様
）、ディスク４の１並進当たりのドーズ量Φ１を次式よ
り求める（ステップ２２）。

Φ１＝■。／２πＲ１■Ｈｅ　　…　（１１）ここでＩ
０は、まさにイオン注入せんとする直前のビーム電流で
ある。尚、そのときのビーム電流に変動がある場合は、
その平均値を取っても良い。

次いで、設定ドーズ量Φ。に対して、 Ｎ＝Φ。／２Φ　　　　　　…　（１２）より得られる
往復並進回数Ｎの小数点以下を切り捨てた往復並進回数
Ｎ′を求める（ステップ２３）、その理由は従来例の場
合と同様である。

次いで、このＮ′を（１２）式のＮに代人して、ディス
ク４の１並進当たりの修正されたドーズ量ΦＳ′を求め
る（ステップ２４）。その理由は従来例の場合と同様で
ある。

次いで、このΦ、′を前述した（８）式のΦに代人して
、ａ、ｂの比を求める（ステップ２５）。

そして具体的には、このａ、ｂの比を用いて、演算制御
回路１６によって、前述した（６）式のＦ≧０なる制御
を行う（ステップ２６）。

このようにすれば、従来例の場合と同様に、（２）式の
関係を満たしつつ、即ちディスク４上ノ各ウエーハ６に
対するイオン注入の均一性を保ちつつ、各ウェーハ６に
所定のドーズ量Φ。のイオン注入を行うことができる。

しかもこの実施例の方法によれば、ディスク４の１並進
当たりのドーズ量Φ１を求めるに当たり、ビーム電流と
して、従来例のように変換器１４の各レンジの最大電流
値ｒＨを用いる代わりに、イオン注入直前のビーム電流
１゜を用い、そのようにして求めたドーズ量Φ１に基づ
いて、往復並進回数Ｎ　／、修正されたドーズ量Φ１′
およびａ、　　ｂの比を求め、そしてそれを用いて、 Ｆ＝＝ｂＱｒ　　（ａ　Ｒｐ”＋ａ　Ｃ）≧０なる制御
を行うので、変換器１４のレンジと実ビーム電流との関
係に左右されることなく、ディスク４の並進速度■が最
大に近いものになる。勿論、各ウェーハ６に対するドー
ズ量は所定の値Φ。に保たれる。

例えば、１０ｍＡレンジで実ビーム電流が５ｍＡとする
と、ディスク４がイオンビーム２に最接近したときの並
進速度■１は、前記（１）式より、Ｖ、＝ｌ／２ｇＲΦ
ｅ −５／２πＲ５Φ、ｅ このΦ、は（１１）式のものであるから、ｖ、＝　（５
／２πＲ１ｅ）　　・　（２πＲ＋ＶＨｅ／Ｉ。

＝　（５／１Ｇ　）ＶＭ しかもこの注入直前のビーム電流Ｉ０は、実ビーム電流
（この例では５ｍＡ）にほぼ等しいと見なせるから、結
局、 ■、−■、 となる。

即ち、同様の条件下では、従来例の場合は前述したよう
にＶ、＝ＶＭ／２となるのに対して、この実施例の方法
によれば、上記並進速度■１はディスク４の物理的最大
並進速度■９にほぼ等しくなる。

従ってこの制御方法によれば、ウェーハ６のチャージア
ップや温度上昇を、変換器１４のレンジと実ビーム電流
との関係に左右されることなく、常に最小のものにする
ことができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、変換器のレンジと実ビ
ーム電流との関係に左右されることなく、ディスクの並
進速度を最大に近いものにすることができる。、その結
果、ディスク上のウェーハのチャージアップや温度上昇
を常に最小のものにすることができるので、ウェーハに
対する損傷の少ない良好なイオン注入を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、メカニカルスキャン方式のイオン注入装置と
その制御回路の一例を示す図である。第２図は、制御の
基本的な流れの一例を示すフローチャートである。 ２…イオンビーム、４…ディスク、６…ウェーハ、１２
…並進用のモータ、１４…変換器、１６…演算制御回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内で回転および並進させられるディスク
   に装着されたウェーハにイオンビームを照射してイオン
   注入する装置におけるディスクの並進速度を、イオンビ
   ームのビーム電流に比例しかつディスクの回転中心から
   イオンビームの中心までの距離に反比例するように制御
   すると共に、ウェーハに対するイオンのドーズ量が設定
   値になるようにディスクの並進回数を制御するに当たり
   、Ｆ＝ｂＱ＿ｐ−（ａＲ＿ｐ＾２＋ａＣ）、（Ｃは定数
   ）…（イ） で定義されるＦが常にＦ≧０になるように、ディスクに
   流れるビーム電流をパルス信号に変換する変換器から出
   力されるパルス数Ｑ＿ｐに応じて、ディスク並進用のモ
   ータに対して出力するパルス数Ｒ＿ｐを制御するもので
   あって、上記（イ）式におけるａ、ｂの比を、 ａ／ｂ＝ΦπｅＰ／Ｍ＾２…（ロ） より求める（ここでΦはディスクの１並進当たりのドー
   ズ量、ｅは電気素量、Ｐは前記変換器における１クーロ
   ン当たりの出力パルス数、Ｍはディスクを１ｃｍ並進さ
   せるのに要するパルス数）ようにした制御方法において
   、 まずディスクの１並進当たりのドーズ量Φ＿１を、Φ＿
   １＝Ｉ＿０／２πＲ＿１Ｖ＿Ｍｅ…（ハ）より求め（こ
   こでＩ＿０はイオン注入直前のビーム電流、Ｒ＿１はデ
   ィスク中心とイオンビーム中心とが最接近した距離、Ｖ
   ＿Ｍはディスクの並進速度の物理的に許容される最大値
   ）、次いで設定ドーズ量Φ＿０に対して、 Ｎ＝Φ＿０／２Φ＿１…（ニ） より得られる往復並進回数Ｎの小数点以下を切り捨てた
   往復並進回数Ｎ’を求め、次いでこのＮ′を（ニ）式の
   Ｎに代人してディスクの１並進当たりの修正されたドー
   ズ量Φ＿１′を求め、次いでこのΦ＿１′を（ロ）式の
   Φに代人してａ、ｂの比を求め、そしてこのａ、ｂの比
   を用いて（イ）式のＦ≧０なる制御を行うことを特徴と
   するイオン注入装置の制御方法。