JPH04306544A - イオン注入装置におけるエレクトロンシャワー用フィラメントの寿命検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、イオン注入装置にお
けるエレクトロンシャワー用フィラメントの寿命検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術および解決するべき課題】半導体製造にお
けるウエハ・プロセスにおいて、シリコンウエハの表面
のごく浅い領域に、不純物原子を効果的に入れる方法と
して、いわゆるイオン注入法がある。このイオン注入法
は、不純物原子をイオン化してプラスの電荷をもたせ、
これを真空中でマイナスの電位を与えながら配置したシ
リコンウエハの表面に高速で衝突させ、そのエネルギに
よってシリコンウエハの内部に潜り込ませるという技術
である。

【０００３】この技術を実現するためのイオン注入装置
は、真空圧とされうるチャンバ内の一端において、不純
物原子を含んだガスをプラズマ化して不純物イオンを発
生させるイオン源と、イオン源によって発生したイオン
を高電圧によって加速するための加速電源と、こうして
加速されたイオンを注入するべきシリコンウエハを支持
するウエハ支持部とを主たる構成要素として備えている
。図２は上記ウエハ支持部の構成例を示し、複数枚のウ
エハ表面に、均等なイオン注入を行えるように構成され
ている。すなわち、比較的大径の円筒状をしたウエハ装
填室１内に、モータ２によって回転させられる回転テー
ブル３を配置し、この回転テーブル３の表面側の一部を
イオン加速路４に臨ませるようにしている。すなわち、
上記ウエハ装填室１においてその中心から半径方向に所
定距離離れた部位において、筒状の窓孔５を設け、この
窓孔５を、イオンの加速路４に連通させている。シリコ
ンウエハＷを周方向に等間隔で担持させた上記のテーブ
ルを等速度で回転させると、上記ウエハが順次上記窓孔
５からイオン加速路４に臨み、その時、加速された不純
物イオンの平均的な注入を順次受けることになる。

【０００４】ところで、上記の不純物イオンは、プラス
の電荷をもっているため、ウエハ上のシリコン酸化膜に
このようなプラスの電荷をもつ不純物イオンが注入され
た際、酸化膜表面にプラス電荷が溜まり、静電破壊を起
こす不良が生じるため、このようなプラス電荷を熱電子
によって中和する、いわゆるエレクトロンシャワーがイ
オン注入装置に装備されるのが通常である。

【０００５】このようなエレクトロンシャワーは、図２
に表れているように、イオン加速路４終端における上記
円筒状の窓孔５近傍の側壁などに、フィラメント６を配
置し、このフィラメント６に電流を流して加熱した際に
生じる熱電子を上記のごとくウエハ表面に向かって飛翔
する不純物イオンに向けて照射するように構成されてい
る。

【０００６】なお、イオン注入装置のなかには、エレク
トロンシャワーフィラメント電流を読めるメータが装備
されている機種もあるが、それのみではエレクトロンシ
ャワーフィラメントの寿命を直ちに知ることができない
のは明らかである。ところで、上記エレクトロンシャワ
ー用フィラメント６は白熱電球のフィラメントや、蛍光
灯の電極フィラメントと同様、タングステンによって形
成されるのが普通であり、したがって、経時的に線形が
縮小してついには寿命が尽きて断線する。従来、このよ
うなエレクトロンシャワー用フィラメントの寿命に対す
る明確な目安がなく、さらには、フィラメントが切れた
時点を明確に知るための装備がイオン注入装置に備わっ
ていなかった。

【０００７】仮に、継続してウエハに対するイオン注入
を行っている際に、エレクトロンシャワー用フィラメン
ト６が切れると、上述のようにして、ウエハの酸化膜が
、プラスの電荷をもったまま打ち込まれるイオンによっ
て静電破壊を起こし、これが、半導体装置製造の最終段
階において検査不良の続発という事態となって現れるこ
となる。

【０００８】また、エレクトロンシャワー用フィラメン
トが切れた事実を仮に知ることができたとしても、この
ようにフィラメントが切れた時点で新たなるフィラメン
トに交換するということになり、そうすると、イオン注
入作動を一時中断するとともに、チャンバ内の真空圧を
解除してチャンバを開けなければならない。したがって
、このようにチャンバを開ける操作を途中に介在させる
ことから、製造するべき半導体装置の品質の画一性ある
いは連続性がなくなり、ひいては、ウエハないしは最終
半導体製品の品質に異常をきたす可能性もあるのである
。

【０００９】この発明は、上述の事情のもとで考えださ
れたものであって、従来のようにフィラメントが切れて
からこれを交換するのではなく、フィラメントの寿命が
近づいていることを検知し、フィラメントが切れる前に
これを新しいものと交換することができるようにするこ
とをその課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。すな
わち、本願発明は、イオン注入装置において、エレクト
ロンシャワー用フィラメントを流れる電流を検出する電
流検出手段と、この電流検出手段によって検出される電
流値が設定値を下回ったとき警報信号を出力する警報手
段とを備えることを特徴としている。

【００１１】

【発明の作用および効果】エレクトロンシャワー用フィ
ラメントは、これに電流を流すことによって熱電子を発
生させる機能をもつ。そしてこのようなフィラメントは
、次のようなメカニズムによって次第にその線径が縮小
する。すなわち、発生する熱電子の一部がフィラメント
を流れる電流によって生じる磁界によって引き戻され、
タングステンからなるフィラメント表面にこの熱電子が
衝突するとき、いわゆるスパッタリングにも似た現象に
よってフィラメント表面のタングステンが削り取られ、
これが真空圧となっているイオン注入チャンバ内に飛翔
する。このような現象が長時間継続すると、フィラメン
トの線径は次第に細まり、ついには断線することになる
。上記のようにして、フィラメントの線径が細くなって
ゆくと、フィラメント全体としての抵抗値がそれだけ大
きくなるため、フィラメントに流すことができる電流は
、次第に小さくなってゆく。

【００１２】本願発明においては、電流検出手段によっ
て次第に線径が細くなってゆくフィラメントを流れる電
流を検出するとともに、こうして検出された電流値が設
定値を下回った場合に、警報手段が、フィラメントの断
線が近いことを示す警報信号を出力する。この警報出力
によって、フィラメントの線径が相当細くなっており、
近いうちに断線が起こるという状況を知ることができる
。このような警報出力が出された場合には、イオン注入
中のロットが終了するなど、製造工程が一段落した時点
において、エレクトロンシャワー用フィラメントを新し
いものと交換するなどすればよい。

【００１３】このように、本願発明のイオン注入装置に
おけるエレクトロンシャワー用フィラメントの寿命検出
装置によれば、エレクトロンシャワー用フィラメントの
寿命が尽きることが近いことを知ることができるので、
その時に新しいフィラメントを交換するという処置を講
じることにより、フィラメントの断線に起因するウエハ
の不良の発生を未然に回避することができる。

【００１４】

【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を図
面を、参照しつつ具体的に説明する。図１は、本願発明
の実施例の概略構成図である。図１と図２とを比較すれ
ば明らかなように、本願発明が前提とするエレクトロン
シャワーを備えたイオン注入装置の構成は、従来とかわ
りはない。

【００１５】図１において符号４は、イオン加速路の先
端部を示し、これには、ウエハ装填室１が接続されてい
る。ウエハ装填室１は、所定の直径を有する円筒形状を
持っており、モータ２によって回転させられるウエハ支
持テーブル３が内部に設けられている。このウエハ装填
室１は、内部の真空圧を解除したときに開閉可能となっ
ており、かつ、図示しない搬送系によって、ウエハ支持
テーブル３上に所定枚数のウエハＷを、テーブルの周方
向に等間隔で装填できるようになっている。ウエハ装填
室１には、上記ウエハ支持テーブル３の回転中心から所
定の半径の領域を上記イオン加速路４に向けて臨ませる
筒状の窓孔５が設けられている。一方、上記イオン加速
路４における、上記窓孔５の近傍の側壁には、エレクト
ロンシャワー用フィラメント６がイオン加速路４内に露
出するようにして配置されている。

【００１６】なお、図１においてウエハ装填室１に対す
る接続部のみが図示されているイオン加速路４は、実際
には、さらに図の左方に延びており、この延長部内には
、イオンを加速する加速電極ないしはチャンバ内に供給
される原料ガスをイオン化するイオン源が配置されてい
る。さらには、図示は省略するが、イオン加速路４およ
びウエハ装填室１を含むイオン注入装置のチャンバ全体
を真空圧とするべく、真空ポンプが上記チャンバの適部
に接続されている。

【００１７】上記フィラメント６に電流を流してこれを
加熱するべく形成される回路７には、抵抗器８と並列に
、デジタルメータリレー９が接続されている。このデジ
タルメータリレー９は、上記回路７を流れる電流値をデ
ジタル表示する機能をもつとともに、しきい値を設定す
ることができ、さらには、上記電流値が設定したしきい
値を下回った場合に、その事実を知らせるべく信号を出
力する機能をも併せもつ公知のものである。

【００１８】すなわち、本願発明においては、エレクト
ロンシャワー用フィラメント６を流れる電流を検出する
電流検出手段と、この電流検出手段によって検出される
電流値が設定値を下回ったとき、警報信号を出力する警
報手段とを備えることを要件とするのであるが、上記デ
ジタルメータリレー９は、本願発明が備えるべき上記電
流検出手段および警報手段を併せもつことになる。

【００１９】上記デジタルメータリレー９からの出力信
号は、したがって、フィラメント６の抵抗が増大してい
て、寿命が尽きる時期が近づいていること示す警報出力
信号として捉えることができ、この出力信号をもって、
たとえば、フィラメント６を交換すべき時期を示す表示
手段を点灯させるなどすることにより、オペレータに対
してフィラメントを交換するべき時期が到来したことを
知らせることができる。

【００２０】次に上記の構成を備える実施例の作動を具
体的に説明する。ウエハ装填室１の内部に位置するウエ
ハ支持テーブル３の上に、所定枚数のウエハＷを等間隔
に載置した状態で、このウエハ支持テーブル３をモータ
２の駆動により等速回転させつつ、イオン加速路４を通
過してくる不純物イオンを、窓孔５に順次臨ませられる
ウエハ表面に注入する。ウエハ支持テーブル３は、等速
回転しているので、これに支持される複数枚のウエハＷ
には、均一な不純物のイオン注入が行われる。

【００２１】上記のようなイオン注入の間、フィラメン
ト６には電流が流され、加熱されたフィラメント６から
は熱電子が照射され、これがイオン加速路４を飛翔しつ
つ上記窓孔５からウエハ装填室１内のウエハＷに打ち込
まれようとするプラス電荷をもつイオンを中和する。し
たがって、ウエハの酸化膜上に打ち込まれたイオンによ
ってウエハ表面にプラス電荷が滞留し、これが酸化膜中
に静電破壊を起こすことが防止される。

【００２２】こうして、イオン注入装置によるウエハＷ
に対するイオン注入を繰り返し長期間連続して行ってい
ると、やがてフィラメント６が細径化してゆく。このよ
うにフィラメント６が細径化してゆくと、フィラメント
６全体としての抵抗が増大し、フィラメント６を流れる
ことができる電流値が次第に低下してゆく。この電流値
は、上記のデジタルメータリレー９によってモニタリン
グされており、上記電流値が所定の設定値を下回った時
点において、このデジタルメータリレー９は、出力信号
を送出する。本願発明においてこの出力信号は、フィラ
メント６が一定まで細径化して寿命が尽きる時期が近い
こと示す警報信号としての意味をもつ。

【００２３】こうしてデジタルメータリレー９から出力
される警報信号により、たとえばフィラメント６の交換
時期を示す表示器を点灯するなどして、具体的に、オペ
レータに対し、フィラメント６の交換を促すことができ
る。したがって、オペレータは現在イオン注入中のロッ
トが終了するなど、イオン注入装置の作動が一段落した
時点において、フィラメント６を新しいものと交換する
ことができる。

【００２４】このように、本願発明によれば、イオン注
入装置において、イオン注入作動中にフィラメントが切
れてしまうという事態を確実に防止することができ、フ
ィラメント断線後継続してイオン注入された場合にウエ
ハに生じる静電破壊、ないしはこれに起因する半導体装
置の不具合の発生を防止することができる。

【００２５】もちろん、この発明は上述の実施例に限定
されることはない。たとえば、実施例においては、フィ
ラメントを流れる電流を検出する電流検出手段と、これ
により検出される電流値が設定値を下回った場合に警報
出力をする警報手段とを、デジタルメータリレー９によ
って構成したが、電流検出手段および警報手段は、他の
態様によっても実現することができる。

【００２６】たとえば、回路７を流れる電流を検出する
電流計を設けるとともに、この電流計のアナログ出力を
デジタル変換してマイクロコンピュータに入力し、マイ
クロコンピュータの内部において、所定の値に設定され
た設定値との比較を行うとともに、上記入力される検出
電流値が、設定値を下回っている場合に警報信号を出力
するように構成してもよい。

【００２７】また、ウエハ装填室１の態様も実施例のも
のに限定されない。実施例では、ウエハ支持テーブル３
に、一度に複数枚のウエハを支持させ、この支持テーブ
ル３を回転させるとともに、このテーブル上の一部にイ
オンを照射することによって、平均的なイオン注入を効
率的に行えるようにしているが、支持テーブル上に一枚
ずつウエハを装填するように構成してもよく、要するに
、どのような態様によってウエハを支持させるかどうか
は、全く問われない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

６　　フィラメント

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン注入装置において、エレクトロ
   ンシャワー用フィラメントを流れる電流を検出する電流
   検出手段と、この電流検出手段によって検出される電流
   値が設定値を下回ったとき警報信号を出力する警報手段
   とを備えることを特徴とする、イオン注入装置における
   エレクトロンシャワー用フィラメントの寿命検出装置。