JPH0381946A - イオン質量分析装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオン注入装置などで好適に実施されるイ
オン質量分析装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造などにおいて、不純物の添加のためな
どにイオン注入装置が従来から用いられており、その基
本的な構成は第７図に示されている。イオン源１から引
出電源２より与えられる引出電圧によって加速されて引
き出されたイオンビーム３は、たとえば略扇形の分析電
磁石４に導かれ、その加速エネルギーおよび分析電磁石
４が形成する磁界の強さに対応した偏向を受ける。この
偏向を受けたイオンビーム３はさらに分析スリット５で
分析される。イオンビーム３を構成するイオンには、引
出電源２からの引出電圧により略均等な加速エネルギー
が与えられているので、その偏向量は質量に依存するこ
ととなる。したがって、成る一定の偏向を受けた、特定
の種類のイオンのみが分析スリット５を通過することが
できる。このようにして分析された後のイオンビーム３
ａは加速管６で加速された後にさらに半導体ウェハなど
のターゲット７に注入される。

引出電源２における引出電圧値はテレメータ８からライ
トガイド９を介してテレメータ１０を経由してマスコン
トローラ１１に与えられる。このマスコントローラ１１
は、ターゲット７に注入すべきイオンの質量を設定し、
また所望のイオン種の分析が良好に行われるように分析
電磁石４を制御するものである。すなわち、マスコント
ローラ１１は分析電磁石４の磁束密度Ｂを測定する磁束
密度検出素子１２の出力をテレメータ８．ライトガイド
１２およびテレメータ１０を介して受信し、このように
して得られる磁束密度Ｂと前記引出電圧値とに基づいて
、テレメータ１０からライトガイド１３を介してテレメ
ータ８を経由して分析電磁石電源１４に制御信号を与え
、これにより分析電磁石４の磁束密度Ｂを所望のイオン
を分析するための値に制御する。マスコントローラ１１
にはまた、ターゲット７に注入されるイオンビーム３ａ
のビーム電流を計測するビーム電流計１５の出力が与え
られており、ビーム電流が極大値をとるように分析電磁
石４の磁界の強さを微調整することにより、最大の注入
効率を得るようにしている。

分析電磁石４および分析スリット５により分析されるイ
オンの質量数（マス値）は、分析電磁石４の磁束密度Ｂ
の２乗に比例し、引出電源２からの引出電圧に反比例す
る。したがって引出電圧を一定に保ち、磁束密度Ｂを注
入すべきイオンの質量数に対応した値とすれば、所、望
のイオンを分析することができる。この磁束密度Ｂは分
析電磁石電源１４から分析電磁石４に与えられる界磁電
流ｉに近似的に比例し、したがって磁気検出素子１２で
所定の磁束密度Ｂが得られるような界磁電流ｉが分析電
磁石４に与えられるようにマスコントローラ１１により
分析電磁石電源１４を制御すれば、所望のイオンの分析
を行い得る。

このように磁気検出素子１２で検出される磁束密度Ｂに
基づく界磁電流五の制御により、所望のイオンの分析を
行うことができるのであるが、たとえば磁気検出素子１
２やテレメータ系などの故障が生じるなどして、マスコ
ントローラ１１に正確な磁束密度Ｂの値が与えられない
場合には、イオンの分析を良好に行うことができなくな
る。このため従来では、磁束密度Ｂが界磁型ｍｒに近似
的に比例することを利用し、 ｉ＝に−Ｂ　　　　　　　　　　　　・・・　（１）と
なる定数ｋを予め求めておき、測定されてマスコントロ
ーラ９に人力される磁束密度情報Ｂ。、。

により演算される値 ｉｏｇｓ　＝に−Ｂｏｗｓ　　　　　　　　−（２）が
、分析電磁石電源１４から分析電磁石４に実際に与えら
れている界磁電流ｊ　ｓｕＰに対し、て、ｉ　５ｕｐ−
α≦ｉ　ｏｍｓ≦Ｌ　ｓｕｐ＋α　・・・　（３）ただ
し、αは正の定数である。

なる関係を満たすかどうかを確認するようにしている。

そして上記第（３）式が満たされない場合には、図示し
ない表示装置などにその旨を表示出力などさせるように
して、イオン注入装置の操作者にイオンの分析が正しく
行われていない可能性があることを報知するようにして
いる。これにより、イオン注入に当たり、イオンの分析
に関してより一層の正確さが期されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の第（１）式における比例定数には、通常、イオン
注入装置の製造者において、成る所定の界磁電流１０と
このときに測定される磁束密度Ｂ０とにより、 ｋ＝１ｏ／ＢＯ・・・　（４） として決定され、マスコントローラｌｌ内のたとえば図
外のＦＲＯＭ（プログラマブル・リード・オンリ・メモ
リ）などに書き込まれている。しかしながら上述のよう
に界磁電流ｉは近似的に磁束密度Ｂに比例するに過ぎず
、したがって上記第（３）式による判定を任意の磁束密
度Ｂに対して適用するようにした上述の先行技術では、
磁束密度Ｂの誤測定などに関する確認処理を高精度で行
うことができない、換言すれば、厳密には上記比例定数
ｋを用いた判定は上記所定の界磁電流ｉ０の近傍の値の
界磁電流に対してのみ有効なのであり、その他の界ＶＡ
ｉｎｉ流ｉに対しても画一的に比例定数ｋを用いた上記
第（３）式に従う判定を適用した上述の先行技術では、
高精度の判定は望み得ない。

さらにまた、比例定数にはＰＲＯＭ内に記憶された書き
換え不能な値であるので、テレメータ系などの経時変化
などへの対応が困難であるという問題もあった。すなわ
ち、テレメータ系などの経時変化に伴って、上記比例定
数ｋを再度求めて、この新たな比例定数ｋを書き込んだ
ＦＲＯＭをマスコンローラ１１に取り付けるという、複
雑なメンテナンスが必要であった。

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、イオン
の分析の信頼性が格段に向上されるようにしたイオン質
量分析装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）のイオン質量分析装置は、分析電磁石に界
磁電流を与える分析電磁石電源と、前記分析電磁石内の
磁束密度を測定する磁束密度検出手段と、 前記界磁電流の複数の値に関して、各界ｆＲ電流値と各
界磁電ｆＬ値に対応した前記磁束密度検出手段出力との
各比を基準値として記憶した記憶手段と、 前記磁束密度検出手段出力に基づいて前記分析電磁石電
源を制御し、前記分析電磁石電源が分析電磁石に与える
界磁電流の値と前記磁束密度検出手段出力との比を演算
して、この比と前記分析電磁石に与えられる界磁電流の
値に対応した前記基準値とを比較し、前記演算した比が
前記基準値の近傍の所定の範囲内であるときに、イオン
の分析が正しく行われていると判定する制御手段とを備
えたことを特徴とする 請求項（２）のイオン質量分析装置は、前記基準値の前
記記憶手段への記憶に当たり、前記制御手段は、前記分
析電磁石電源を制御して前記界磁電流を変化させるとと
もに前記磁束密度検出手段出力をサンプリングし、この
サンプリングした磁束密度検出手段出力とサンプリング
時の前記界磁電流値１とから上記基準値を演算し、この
演算した基準値を前記記憶手段に書き込むことを特徴と
する。

〔作用〕

請求項（１）のイオン質量分析装置によれば、複数の界
磁電流値に関して、各界磁電流値と、各界磁電流値に対
応した磁束密度検出手段出力との各比が、基準値として
記憶手段に記憶されている。そして、制御手段は質量分
析時に、実際の界磁電流値と、この制御手段に入力され
る磁束密度検出手段出力との比を演算し、この演算した
比と前記実際の界磁電流値に対応した前記基準値とを比
較する。この比較の結果、前記演算した比が前記対応す
る基準値の近傍の所定の範囲内の値である場合には、イ
オンの分析が正しく行われていると判定される。このよ
うにして、？！数の異なる界磁電流値に対応して前記基
準値を用意し、１Ｔｉｔ分析時の界磁電流値に対応した
基準値を適宜用いるようにしたことにより、磁束密度検
出手段出力に検出誤差が生じるなどしており、したがっ
てイオンの分析が良好に行われない恐れがあるときには
、このことを高い精度で検出することができるようにな
る。

請求項（２）のイオン質量分析装置によれば、制御手段
が、分析電磁石電源から分析電磁石に与えられる界磁電
流値を変化させ、これに伴って磁束密度検出手段出力を
サンプリングし、上記基準値を演算して記憶手段に書き
込むようにしているので、たとえば磁束密度検出手段の
出力信号の制御手段への伝送系に経時変化などが生した
ときに、上記記憶手段内の基準値を容易に更新して、前
記経時変化に容易に対応することができるようになる。

これにより、経時変化によらずに高い精度での上記判定
が可能となるとともに、前記基準値の更新が容易である
ので、メンテナンスが格段に軽減されるようになる。

〔実施例］ 第１図はこの発明の一実施例のイオン質量分析装置を適
用したイオン注入装置の基本的な構成を示す概念図であ
る。この第１図において、前述の第７図に示された各部
に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。この
実施例では、制御手段として機能するマスコントローラ
１１には、読出／書込自在な記憶手段２１が設けられて
いる。

この記憶手段２１はたとえばＥＥＦＲＯＭ　（電気的に
清書／書込自在なＲＯＭ　）やＲＡＭ　（ランダム・ア
クセス・メモリ）などで構成することができる。

この記憶手段２１には、分析電磁石電源１４が分析電磁
石４に与える界磁電流ｉの複数の値に関して、各界磁電
流値と、この各界磁電流値に対応して得られる磁束密度
検出手段である磁気検出素子１２の出力との各部が基準
値として記憶される。

この基準値の記憶手段２１への書込処理は第２図に示さ
れている。この基準値の書込は、この実施例ではイオン
注入装置の操作者などが図外の制御盤などから対応する
指示入力操作を行うことにより、マスコントローラ１１
におけるプログラム処理によって実現され、たとえば定
期点検時などに行われる。ステップｎｌでは上記基準値
の書込処理の指示入力操作が待機され、そして指示入力
が行われるとステップｎ２で、データの収集が行われる
。このデータの収集はたとえば、マスコントローラＩＩ
が分析電磁石電源１４に与える制御信号（分析電磁石４
に与えられる界Ｍ１電流ｉに対応する。）を単調に増加
させ、これに伴って磁気検出素子１２の出力をサンプリ
ングするようにして行われる。すなわち、界磁電流ｉの
複数の値に関して、各界磁電流値に対応する制御信号と
、各界磁電流値に対応する磁気検出素子１２の出力との
対で表されるデータが収集される。

ステップｎ３では、前記界磁電流ｉの複数の値に対する
前記制御信号と磁気検出素子１２の出力との各部が演算
されて基準値とされ、この演算された基準値がステップ
ｎ４で記憶手段２１に書き込まれる。

第３図は前記データ収集処理を説明するための図である
。制御信号および磁気検出素子１２の出力信号の伝送は
たとえば周波数変調などされた信号より行われる。たと
えば界磁電流ｉを表す電圧値は周波数で表した制御信号
１（ｆ）に対応し、界磁電流ｉが増加するときに制御信
号１（ｆ）も増加する。また、磁気検出素子１２の出力
信号は分析電磁石４の磁束密度Ｂに対応した周波数信号
によりＢ（ｆ）と表し、磁束密度Ｂの増加とともに出力
信号Ｂ（ｆ）もまた増加するものとする。

制御信号１（ｆ）の増加に伴って、磁気検出素子１２の
出力信号Ｂ（ｆ）はほぼ直線的に増加する。

このことは、界磁電流ｉが磁束密度Ｂに近似的に比例す
ることに対応する。上記データの収集時においては、制
御信号１（ｆ）と出力信号Ｂ（ｆ）とがたとえば第３図
において参照符号ｌｌ−１＊で示す複数の制御信号１（
ｆ）の各部に対してサンプリングされる（第２図のステ
ップｎ２）。そして、サンプリングされたに個のデータ
対ｉ　（ｆ）、、　Ｂ　（ｆ）。

（ｍ＝１．２，３．・・・・、ｋ）に対して、基準値ｘ
　、＝　ｉ　（ｆ）−／　Ｂ　（ｒ）。が演算される（
第２図のステップｎ３）。このようにしてに種類の制御
信号１（ｆ）＋〜ｉ　（ｆ）ｂに関して得られた基準値
Ｘ　１　”　Ｘ　ｙが制御信号１（ｆＬ〜ｉ　（ｆ）ｍ
と対応付けられて記憶手段２１に記憶される（第２図の
ステップｎ４）。

第４図はマスコントローラ１１における処理を示すフロ
ーチャートである。ステップｐ１では、マスコントロー
ラ１１は磁気検出素子１２からの出力信号Ｂ　（ｆ）に
基づいて分析電磁石電源１４に制御信号ｉ　（ｆ）を与
え、界磁電流ｉを制御して所望の！！数を有するイオン
を分析させる。そして、ビーム電流計１５の出力が最大
となるように、界磁電流ｉの＠調整を行う、制御信号ｉ
　（Ｄ　の変化に伴ってビーム電流■、は第５図に示す
ような変化を示すが、ビーム電流！、が極大値をとる制
御信号ｉ　（ｆ）ｐＥＡｘを設定することより、ターゲ
ット７に対するイオンの注入効率が最大となる。

ステップｐ２では上記分析処理が完了したかどうかが判
断され、完了していない場合にはステップｐ１に戻る。

このようにして、イオンの分析処理が終了すると、ステ
ップｐ３では上記制御信号の値ｉ　（ｆ）ｒｉＡｇに最
も近接した制御信号ｉ　（ｆ）Ｈに関連した上記基準値
Ｘ。（＝　ｉ　（ｆ）＋ｉ／　Ｂ　（ｆ）Ｎ）が記憶手
段２１からサーチされて読み出される。各便ｉ　（ｆ）
ｒｔＡＫ。

ｉ　（ｆ）Ｎ、　Ｂ（ｆ）＋＋の関係は第６図に示され
ている。

ステップｐ４では、磁気検出素子１２の出力信号Ｂ　（
ｆ）が読み込まれる。そしてステップｐ５では、制御信
号の値ｉ　（ｆ）ｒｉＡｇと前記読み込んだ出力信号Ｂ
　（ｆ）との比Ｘ　Ｐ！ＩＩＪが演算される。そしてス
テップｐ６では、 ＸＰＥＡＩＩ　　ＸＮｌ≦β　　　　　　−（６）ただ
し、βは正の定数である。

が成立するかどうかが判断され、上記第（６）式が成立
すれば処理を終了して通常の制御処理ヘリターンし、成
立しなければステップｐ７に進んで、イオン種の分析が
正常に行われていない可能性があるものとして、エラー
処理を行う。このエラー処理は、たとえば制御盤などに
設けた表示装置などへ、操作者の注意を促すメツセージ
を表示出力するなどの処理である。

このような処理によって、たとえば磁気検出素子１２の
誤測定やテレメータ系の故障などにより、磁気検出素子
１２の出力信号Ｂ　（ｆ）が適正に得られていない場合
などには、操作者はこのことを速やかに知ることができ
、所望のイオン以外のイオンがターゲット７に注入され
ることを未然に防止することができる。しかも、この実
施例では、上述のように複数の異なる制御信号ｉ　（ｆ
）の値に関する基準値Ｘｌ””Ｘｌ（を記憶手段２１に
記ｔ、＝　しておき、質量分析時の制御信号ｉ　（ｆ）
の値ｉ　（ｆ）ｐｃｍに最も近い制御信号の値ｉ　（ｆ
）ｓに対応する基準値Ｘ８を、磁気測定素子１２などの
誤動作の有無などの判定のために用いるようにしている
ので、すべての制御信号ｉ　（ｆ）の値に対して画一的
な値ｋを用いて判定を行っていた従来の構成に比較して
、格段に高精度の判定を行うことができるようになる。

またこの実施例では、操作者による制御盤からの指示入
力操作により記憶手段２１内の上記基準値Ｘ、〜Ｘ、の
更新を容易に行うことができるので、たとえば経時変化
などによりテレメータ系の信号伝送にずれが生したりな
どした場合にも、上記基準値Ｘ、〜Ｘｋを更新すること
によりユーザ側で容易に対応して、使用開始当初と同様
の精度での判定を行わせることができるので、メンテナ
ンスが格段に軽減される。

〔発明の効果〕

請求項（１）のイオン質量分析装置によれば、磁束密度
検出手段の誤測定などが生していないかどうかを判定す
るに当たり、従来のように任意の界磁電流に対して画一
的な判定を行うのではなく、複数の基準値を設けて質量
分析時の界磁電流値に対応した適正な判定を行うように
しているので、前記判定を高精度で行うことができるよ
うになり、この結果イオンの分析の信頼性が格段に向上
されるようになる。

また請求項（２）のイオン質量分析装置によれば、前記
判定に用いる基準値を容易に更新して、たとえば磁束密
度検出手段の出力信号の制御手段への伝送経路の経時変
化などに容易に対応することができるようになるので、
前記経時変化などによらずに判定の精度を高い状態に維
持することができるとともに、基準値の更新が容易であ
るのでメンテナンスが格段に軽減されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のイオン質量分析装置を適
用したイオン注入装置の基本的な構成を示す概念図、第
２図は記憶手段２１への基準値の書込処理を説明するた
めのフローチャート、第３図は上記基準値の演算のため
のデータの収集処理を説明するための図、第４図はマス
コントローラ１１における処理を説明するためのフロー
チャート、第５図は制御信号ｉ　（ｆ）とビーム電流■
８との関係を示す図、第６図は基準値と測定されたデー
タとの比較処理を説明するための図、第７図は従来技術
の基本的な構成を示す概念図である。 ３・・・イオンビーム、４・・・分析電磁石、１１・・
・マスコントローラ（制御手段）、１４・・・分析電磁
石電源 第 図 第 図 １（ｆ）− （ｆ）−一）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加速したイオンを分析電磁石が形成する磁界に導
   いて偏向させ、所定質量のイオンを分析するようにした
   イオン質量分析装置において、前記分析電磁石に界磁電
   流を与える分析電磁石電源と、 前記分析電磁石内の磁束密度を測定する磁束密度検出手
   段と、 前記界磁電流の複数の値に関して、各界磁電流値と各界
   磁電流値に対応した前記磁束密度検出手段出力との各比
   を基準値として記憶した記憶手段と、 前記磁束密度検出手段出力に基づいて前記分析電磁石電
   源を制御し、前記分析電磁石電源が分析電磁石に与える
   界磁電流の値と前記磁束密度検出手段出力との比を演算
   して、この比と前記分析電磁石に与えられる界磁電流の
   値に対応した前記基準値とを比較し、前記演算した比が
   前記基準値の近傍の所定の範囲内であるときに、イオン
   の分析が正しく行われていると判定する制御手段とを備
   えたことを特徴とするイオン質量分析装置。
2. （２）前記基準値の前記記憶手段への記憶に当たり、前
   記制御手段は、前記分析電磁石電源を制御して前記界磁
   電流を変化させるとともに前記磁束密度検出手段出力を
   サンプリングし、このサンプリングした磁束密度検出手
   段出力とサンプリング時の前記界磁電流値とから上記基
   準値を演算し、この演算した基準値を前記記憶手段に書
   き込むことを特徴とする請求項（１）記載のイオン質量
   分析装置。