JPH0237657A - 半導体基板へのイオン注入装置 - 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〕 枚葉式の半導体基板へのイオン注入装置に関し、半導体
基板の全面に亘ってドーズ量の一定化を可能とすること
を目的とし、 半導体基板上において互いに直交する二つの方向のうち
少なくとも一の方向にイオンビーム走査手段によりイオ
ンと−ムを走査させて上記半導体基板にイオンを注入す
る装置において、イオンビームの走査方向と直交する方
向のオーパスチャン領域に、開口を上記半導体基板の表
面と同一平面上とされて、上記イオンビームの走査方向
に沿って並べて配された複数のファラデーカップよりな
るファラデーカップ群と、各ファラデーカップに流入す
るイオンビーム電荷量を基準の値と比較して各ファラデ
ーカッ１間でのイオンビーム電荷量の不均一性を検出す
る手段とよりなり、該不均一性検出手段よりの出力を前
記イオンビーム走査手段にフィードバックし、該イオン
ビーム走査手段が上記不均一性が補正されるように前記
イオンビームを走査する様構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は枚葉式の半導体基板へのイオン注入装置に関す
る。

半導体基板より切り出した各ＩＣチップの電気的特性が
略等しくなるようにするために、イオン注入装置は、ド
ーズ間が゛￥導体基板全面に亘って一定とされる構成で
あることが必要である。

〔従来の技術〕

従来、ファラデーカップを配してイオンビームの照射状
態をモニタする構成のものがある。

〔発明が解決する課題〕

この構成のＶＬ置は単にモニタしているだけであり、イ
オンビームの走査状態を時々刻々変化させるようにはな
っていず、ドーズ酊の一定化を図ることは困ガである。

本発明は半導体基板の全面に亘ってドーズ届の一定化を
可能とする半導体基板へのイオン注入装置に関する。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明のイオン注入装置の原狸構成を示す。

１は半導体基板で、あるウェハである。

２はイオン源、３はＸ方向走査手段、４はＹ方向走査手
段である。、Ｘ方向とＹ方向とは基板１上で直交してい
る。各走査手段３．４は静電的又は静磁的なものである
。

イオン源２よりのイオンビーム５は上記各走査手段３．
４を経て、■→■→■・・・Ｃ）→■→唾）・・・■→
■→■→■・・・というように、ウェハ１上をＸ＋　、
Ｘ２方向に走査しつ’Ｙ＋　、Ｙ２方向に複数回走査し
、この過程でイオンがウェハ１に注入される。但し厳密
には、■→■の経路、Ｏ→■の経路、再び■→Ｏの経路
等はわずかｆつすれる様にし、イオンビーム５がウェハ
１の仝而に行きわたる様にする。

イオンビーム５はウェハ１よりはみ出して走査する。６
はオーバスキャン領域である。

７はＸ　（Ｘ＋　、Ｘ２の総称である）方向ファラデー
カップ群であり、複数のファラデーカップ８−１〜８−
ηが密接してＸ方向に整列して、図中ウニハコの上側の
オーバスキャン領域６に配置しである。

９はＹ　（Ｙ＋　、Ｙ２の総称である）方向ファラデー
タカツブ群であり、複数のファラデーカップ１０−１〜
１０−ｍが密接してＹ方向に整列して、図中ウェハ１の
右側のヤーバスキ【？ン領域６に配置しである。

ファラデーカップ８−＋は、第２図に示すように開口８
−１ａがウェハ１の表面１ａと同一平面とな゛るように
配置しである。イ也のファラデーカップ８−２〜８　　
ｎ　、　１０　　＋　〜１０−ｍも同様に配置しである
。

１１はＸ方向電荷量不均一性検出手段であり■→■→■
の走査の過程で各７１ラデーカツ１ａ１〜８−１に流入
するイオンビームの電荷量を、平均値形成手段１２より
の平均頑と比較して、各ファラデーカップ８−１〜８−
１間でのイオンビームの電荷量の不均一の程度を検出す
る。

手段１１よりの信号はＸ方向走査手段３に加えられてフ
ィードバックされる。

１３はＹ方向電荷間不均−性検出手段であり■→■・・
・→＠の走査の過程で各ファラデーカップ１０−τ〜１
０−ｍに流入するイオンビームの電荷量を、平均値形成
手段１４よりの平均値と比較して、各ファラデーカップ
１０−１〜１０−ｍ間でのイオンビームの電荷量の不均
一の程度を検出する。

手段１３よりの信号はＹ方向走査手段４に加えられてフ
ィードバックされる。

Ｃ作用〕 Ｘ方向走査手段３はフィードバック制御され、Ｘ方向に
ついて、イオンビーム５はドーズＭに関する不均一性が
補正されるように走査する。

Ｙ方向走査手段３は、Ｘ方向への走査の都度フィードバ
ックｉｉｌ＋御され、Ｙ方向について、イオンビーム５
はドーズけに関する不均一性が補正されるように走査さ
れる。

イオンビームがこのように走査されることにより、ウェ
ハ１〜のイオンの注入は、ウェハ全面に亘ってドーズ量
が一定となるように行なわれる。

なお、第３図に示すように、ファラデーカップ１５が配
置されており、開口１５ａがウェハ１の表面１ａに対し
てずれている場合には、イオンビーム５のウェハ表面１
ａでの走査速度と開口１５ａとの個所での走査速度とで
は差ができ、前記の不均一性を精度良く検出することは
困難となる。しかし、ファラデーカップ８−１ａ（１５
）は第２図に示すように配置してあり、前記の不均一性
は精度良く検出される。

（実施例） 第４図は本発明の一実施例になる半導体基板へのイオン
注入装置２０を示す。図中、第１図に示す構成部分と対
応する部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

枚葉式であり、一のウェハ１が支持板２１上に支持され
ている。

まず、Ｘ方向についてのドーズ量の均一化のための構成
及び動作について説明する。

２２−１〜２２−ＴＩは夫々ミラー積分回路であり、フ
ァラデーカッ７ブ８−１〜８ｎに接続してあり、積分値
をホールドする構成である。

第１図中イオンビームが■→■→■と走査される過程で
各ファラデーカップ８−１〜８−１内に流入したイオン
ビーム電荷ｍに対応する電流が各７７ラデーカツプ８−
＋〜８−ＴＩより出力される。

これが各ミラー積分回路２２−１〜２２−１に供給され
、積分されてホールドされる。

２３は増幅比が１／ｎの増幅器であり、平均値形成手段
１２を構成する。

各ミラー積分回路２２−１〜２２−１よりの電圧が増幅
器２３により減幅されて平均化され、のファラデーカッ
プ８のイオンビーム電荷量に対応する電圧である平均（
ｉｆｆ電圧が出力される。

２４−１〜２４−ＴＩは差動増幅回路であり、Ｘ方向°
渭荷吊不均−性検出手段１１を構成する。

各差動増幅回路２４−１〜２４−１には、各ミラー積分
回路２２−１〜２２−ηよりの電圧と上記手段１２より
の平均値電圧とが加えられ、両者の差に対応した電圧が
各出力端子２５−１〜２５ηに出力される。

各端子２５−１〜２５−１の電圧は、イオンビーム５が
ファラデーカップ８−＋〜８−１の夫々を走査する位置
における走査の不均一性を表わす。

各端子２５−１〜２５　　ｖの電圧は、スイッチ回路２
６を経て、順次トランジスタ２７に加えられる。

２８はＸ方向走査用三角波形成回路であり、トランジス
タ２７と、増幅器２つと、コンデンサ３０とよりなる積
分回路により構成され、方形波より三角波を形成する。

３１は方形波形成回路であり、Ｘ方向走査周波数の方形
波を形成する。

この方形波は三角波形成回路２８に供給され、こ）で三
角波とされ、Ｘ方向走査手段３に加えられる。

こ）で、各端子２５−１〜２５　　’ｎｌの電圧によっ
て、三角波形成回路２８を構成する積分回路の時定数が
変調され、回路２８よりは勾配が変えられた三角波が出
力される。

この勾配は、上記走査の不均一性を補正する方向の勾配
となっており、走査手段３には上記走査の不均一性が補
正されるようにフィードバックがかけられている。

Ｘ方向走査手段３は回路２８よりの信号に応じて動作し
、イオンビーム５は矢印Ｘ＋、Ｘ２方向については、ウ
ェハ１の各部位におけるイオンの照？ＪＩが一定となる
ように適宜走査速度を変えて走査される。これにより、
Ｘ方向上ウェハ１の各部位におけるドーズ量が一定とさ
れる。

次にＹ方向についてのドーズ量の均一化のための構成及
び動作について説明する。

この部分の構成は上記の構成と実質上同一であり、実質
上対応する部分には添字ｙを付した同一符号を付し、そ
の説明は省略する。

イオンビーム５が矢印Ｙ＋　、Ｙ２方向の一回の走査が
終了した段階で、各出力端子２５−＋Ｖ〜２５−ｍＶに
は、イオンビーム５がファラデーカップ１０−＋〜１０
　　ｍを走査する位置における走査の不均一性、即ちＹ
ｌ、Ｙ２方向の走査の不均一性を表わす電圧が出力され
る。

方形波形成回路３１ｙよりのＹ方向走査周波数の方形波
は、三角波形成回路２８ｙにおいて上記電圧により時定
数を変調されて、走査の不均一性を補正する方向に勾配
が変えられた三角波とされて、Ｙ方向走査手段４にフィ
ードバックされる。

手段４はこれに応じた動作を行い、イオンビーム５は矢
印Ｙ＋　、Ｙ２方向についても、ウェハ１の各部位にお
けるイオンの照射量が一定となるように適宜走査速度を
変えて走査される。これにより、Ｙ方向上ウェハ１の各
部位におけるドーズ量が一定とされる。

この結果、ウェハ１には、矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向との
両方向について、即ち全面の各部位のドーズωが一定と
なるようにイオン注入がなされる。

このため、このウェハ１より切り出した各ＩＣチップの
電気的特性が略一定となり、ＩＣチップの歩留りが向上
する。

３２はリセット端子であり、ウェハを交換したときにリ
セット信号が加えられ、積分回路２２−＋　〜２２−Ｔ
Ｉ　、　　２２−＋　Ｖ　〜２２　　ｍＶをリセットす
る。

なお、本実施例は、走査手段３．４の構成の如何に関係
なく適用することが出来、パラレルスキャン方式の場合
には勿論、通常の走査方式の場合にも適用できる。

パラレルスキャン方式の場合には、ビーム光学系の収差
によりイオンビームの走査速度が変動し易く、ドーズ量
が変化し易い。本発明によれば、このイオンビームの走
査速度の変動に起因するドーズ量の変動が補正される。

通常の走査方式の場合には、ウェハ上でのイオン注入角
度の差により、ビームより見た見通し面積の変化、走査
電極からウェハまでの距離差等が変わり、これに起因し
てドーズ量が変化し易い。

本発明によれば、これらに起因するドーズ量の変動も補
正される。

第５図は本発明の別の実施例になる半導体基板へのイオ
ン注入装置４０を示す。

この装置４０は、イオンビーム走査手段がＸ方向走査手
段３だけであり、Ｙ方向についてはウェハ１を機械的に
動かず構成としたものである。第５図中、第４図に示す
構成部分と対応する部分には同一符号を付しその説明は
省略する。

４１はウェハ移動様構、４２はモータである。

４３は細長の一のファラデーカップであり、前記のＹ方
向ファラデーカップ群９に代えて配しである。

Ｘ＋　、Ｘ２方向の走査については、前記実施例の場合
と同様に補正されて走査される。

イオンビームが図中右方を走査する都度、ファラデーカ
ップ４３より電流が生ずる。これがＪｉ幅器４４を介し
てモータ４２に加えられ、モータ４２が回転し、ウェハ
移動様構４１が駆動され、支持板２１がウェハ１と共に
矢印Ｙ＋　、Ｙ２方向に移動される。

ファラデーカップ４３よりは、こ）に原則されるイオン
ビームの量に比例した電流が発生し、モータ４２はこの
電流に応じて回転する。

このため、ウェハ１は、ファラデーカップ４３へのイオ
ンビームの照ｍｍに比例した速度で移動される。

この結果、Ｙ方向上ウェハ１の各部位におけるドーズ量
は一定とされる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、イオンビームを、
各ファラデーカップ間でのイオンビーム電荷量の不均一
性が補正されるように走査させることが出来る。これに
より、半導体基板にイオンビーム走査方向上のドーズ量
が均一化されるようにイオン注入を行なうことが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図はファラデーカップのウェハに対する配置を示す
図、 第３図はファラデーカップをウェハより後側に配したと
きの不都合を説明する図、 第４図は本発明の一実施例のイオン注入装置を示す図、 第５図は本発明の別の実施例のイオン注入装置を示す図
である。 図において、 １はウェハ、 １ａは表面、 ２はイオン源、 ３はＸ方向走査手段、 ５はイオンビーム、 ６はオーバスキャン領域、 ７はＸ方向ファラデーカップ群、 ８−＋　〜８−ＴＩ　、　　１０　　＋　〜１０　　ｍ
はファラデーカップ、 ９はＹ方向ファラデーカップ群、 １１はＸ方向電荷吊不均−性検出手段、１２．１４は平
均値形成手段、 １３はＹ方向電荷量不拘−性検出手段、２０．４０はイ
オン注入装置、 ２１は支持板、 ２２−１〜２２Ｔ＋−はミラー積分回路、２３は増幅器
、 ２４−１〜２４−ηは差動増幅回路、 ２５−１〜２５　　ＴＩは出力端子、 ２６はスイッチ回路、 ２７はトランジスタ、 ２８はＸ方向走査用三角波形成回路、 ２９は増幅器、 ３０はコンデンサ、 ３１は方形波形成手段、 ３２はリセット端子、 ４１はウェハ移動機構、 ４２はモータ、 ４３は細長のファラデーカップ、 ４４は増幅器 を示ず。 ＠２図 特許出願人　富　士　通　株式会社 づ さ シ′ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板（１）上において互いに直交する二つの方向
   のうち少なくとも一の方向にイオンビーム走査手段（３
   ）によりイオンビーム（５）を走査させて上記半導体基
   板にイオンを注入する装置において、 イオンビームの走査方向（Ｘ）と直交する方向（Ｙ）の
   オーバスキャン領域（６）に、開口（８−＿１ａ）を上
   記半導体基板（１）の表面（１ａ）と同一平面上とされ
   て、上記イオンビームの走査方向（Ｘ）に沿って並べて
   配された複数のファラデーカップ（８−＿１〜８−＿ｎ
   ）よりなるファラデーカップ群（７）と、 各ファラデーカップ（８−＿１〜８−＿ｎ）に流入する
   イオンビーム電荷量を基準の値と比較して各ファラデー
   カップ間でのイオンビーム電荷量の不均一性を検出する
   手段（１１）とよりなり、該不均一性検出手段（１１）
   よりの出力を前記イオンビーム走査手段（３）にフィー
   ドバックし、該イオンビーム走査手段（３）が上記不均
   一性が補正されるように前記イオンビーム（５）を走査
   する様構成した半導体基板へのイオン注入装置。