JPH0582071A - イオン注入装置、イオンビームの電位測定装置およびその電位測定方法 - Google Patents
イオン注入装置、イオンビームの電位測定装置およびその電位測定方法Info
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- JPH0582071A JPH0582071A JP4038732A JP3873292A JPH0582071A JP H0582071 A JPH0582071 A JP H0582071A JP 4038732 A JP4038732 A JP 4038732A JP 3873292 A JP3873292 A JP 3873292A JP H0582071 A JPH0582071 A JP H0582071A
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- Analytical Chemistry (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体ウェハのドーピング処理を良好にす
る。 【構成】 イオンビーム20に対してセンサ110,210 およ
び多数の電極130,132 を位置決めし、イオンビーム20の
電位を電極130,132 のバイアス調節およびセンサ110,21
0 に基いて調節しながら中和電子のイオンビーム20内へ
の送り込みを制御する。
る。 【構成】 イオンビーム20に対してセンサ110,210 およ
び多数の電極130,132 を位置決めし、イオンビーム20の
電位を電極130,132 のバイアス調節およびセンサ110,21
0 に基いて調節しながら中和電子のイオンビーム20内へ
の送り込みを制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンを衝突させるこ
とによって物質を処理するイオン注入装置に関し、とく
に上記イオン注入装置のイオンビーム電位を測定するた
めの装置および方法に関するものである。
とによって物質を処理するイオン注入装置に関し、とく
に上記イオン注入装置のイオンビーム電位を測定するた
めの装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】所定濃度
のイオンドーピングが得られるまでイオンを半導体ウェ
ハに衝突させることによって半導体ウェハをドーピング
処理することは、従来より知られている。そのようなド
ーピングに用いられていた一般的なイオン注入装置に
は、イオン源と、適当な質量のイオンでウェハに衝突す
るイオンビームを形成できるようにするイオンアナライ
ザとが設けられている。イオンビームがイオン源からウ
ェハへ移動する間に、イオンビームの劣化を防止するた
めの手段も一般的に講じられている。
のイオンドーピングが得られるまでイオンを半導体ウェ
ハに衝突させることによって半導体ウェハをドーピング
処理することは、従来より知られている。そのようなド
ーピングに用いられていた一般的なイオン注入装置に
は、イオン源と、適当な質量のイオンでウェハに衝突す
るイオンビームを形成できるようにするイオンアナライ
ザとが設けられている。イオンビームがイオン源からウ
ェハへ移動する間に、イオンビームの劣化を防止するた
めの手段も一般的に講じられている。
【０００３】そのような手段の１つにビームを中性に維
持しようとするものがある。イオンがビーム経路に沿っ
てウェハまで移動するとき、イオンは比較的低圧の気体
内を通過する。イオンが気体の分子と衝突し、それらは
イオン化することによって低エネルギ電子を発生する。
この低エネルギ電子は、イオンビームの正の空間電荷に
よって捕捉され、ビームを部分的に中和することによっ
て、それの空間電荷の開きを低減させる。空間電荷の開
きが激しい場合、ビーム透過にロスが発生したり、他の
悪影響をビーム性能に与える可能性がある。
持しようとするものがある。イオンがビーム経路に沿っ
てウェハまで移動するとき、イオンは比較的低圧の気体
内を通過する。イオンが気体の分子と衝突し、それらは
イオン化することによって低エネルギ電子を発生する。
この低エネルギ電子は、イオンビームの正の空間電荷に
よって捕捉され、ビームを部分的に中和することによっ
て、それの空間電荷の開きを低減させる。空間電荷の開
きが激しい場合、ビーム透過にロスが発生したり、他の
悪影響をビーム性能に与える可能性がある。
【０００４】目標ウェハの領域におけるビーム電位の値
は、ウェハのグラウンドに対するインピーダンスによっ
て決まる。インピーダンスが大きい（すなわちウェハが
浮動している）場合、イオンビームにエネルギを追加す
るために使用された加速電極からイオンビームが隔離さ
れている限り、平衡時のウェハの電位は、イオンビーム
に沿ったいずれの位置で測定したビーム電位とも等し
い。
は、ウェハのグラウンドに対するインピーダンスによっ
て決まる。インピーダンスが大きい（すなわちウェハが
浮動している）場合、イオンビームにエネルギを追加す
るために使用された加速電極からイオンビームが隔離さ
れている限り、平衡時のウェハの電位は、イオンビーム
に沿ったいずれの位置で測定したビーム電位とも等し
い。
【０００５】イオンビームの電位が大きい場合、イオン
注入中にウェハが帯電する。ビームの中性化を向上さ
せ、それによってウェハの帯電を低減させるため、低エ
ネルギ電子の濃度を増加させることができる。多数の電
子濃度制御方法が考案され、現在使用されているものも
それなりの成功を納めている（ウェハの領域での一般的
なイオンビーム電位は１０ボルト）。
注入中にウェハが帯電する。ビームの中性化を向上さ
せ、それによってウェハの帯電を低減させるため、低エ
ネルギ電子の濃度を増加させることができる。多数の電
子濃度制御方法が考案され、現在使用されているものも
それなりの成功を納めている（ウェハの領域での一般的
なイオンビーム電位は１０ボルト）。
【０００６】イオン注入中にウェハの絶縁表面が帯電す
ることによって、絶縁破壊が発生する可能性がある。高
密度装置のゲート酸化物は１０ｎｍ程度の薄さにするこ
とができるので、ＳｉＯ2 の絶縁破壊強度はこれらの程
度の厚さではきわめて高い（１０メガボルト／ｃｍ）
が、絶縁破壊は容易に発生し得る。
ることによって、絶縁破壊が発生する可能性がある。高
密度装置のゲート酸化物は１０ｎｍ程度の薄さにするこ
とができるので、ＳｉＯ2 の絶縁破壊強度はこれらの程
度の厚さではきわめて高い（１０メガボルト／ｃｍ）
が、絶縁破壊は容易に発生し得る。
【０００７】高電流注入器では、固定イオンビームを回
転通過する支持ディスクにウェハを載置するのが一般的
である。イオンビームは、グラウンドから絶縁されてい
るウェハと、グラウンド電位である支持ディスクとに交
互に衝突する。注入位置におけるビーム電位は常に変動
しており、イオン注入量不均一の重要な原因になり得
る。
転通過する支持ディスクにウェハを載置するのが一般的
である。イオンビームは、グラウンドから絶縁されてい
るウェハと、グラウンド電位である支持ディスクとに交
互に衝突する。注入位置におけるビーム電位は常に変動
しており、イオン注入量不均一の重要な原因になり得
る。
【０００８】ビーム移動経路に沿った残留気体のイオン
化は、電子の発生に加えて、同量の低エネルギ気体イオ
ンも発生する。これらの低速イオンは、イオンビームの
空間電荷によってビームから半径方向外向きに加速され
て、ビーム経路を包囲しているハウジング壁に衝突す
る。
化は、電子の発生に加えて、同量の低エネルギ気体イオ
ンも発生する。これらの低速イオンは、イオンビームの
空間電荷によってビームから半径方向外向きに加速され
て、ビーム経路を包囲しているハウジング壁に衝突す
る。
【０００９】イオンと気体分子との相互作用によって低
エネルギイオン電流のレベルを予測することができる。
イオンと気体分子との相互作用の散乱率ｒは、ｒ＝ｎσ
ｄＩの式で表される。ただしｎは気体密度、σはイオン
化および電荷交換断面積、ｄはビーム経路長さ、そして
Ｉはビーム電流である。一般的に、１０の５乗分の１ト
ールの圧力で、ビーム経路長さｄが１ｃｍ、イオン化お
よび電荷交換断面積σが１０の１５乗分の１平方センチ
メータのとき、散乱率ｒは、１０の４乗分の２×Ｉにな
る。
エネルギイオン電流のレベルを予測することができる。
イオンと気体分子との相互作用の散乱率ｒは、ｒ＝ｎσ
ｄＩの式で表される。ただしｎは気体密度、σはイオン
化および電荷交換断面積、ｄはビーム経路長さ、そして
Ｉはビーム電流である。一般的に、１０の５乗分の１ト
ールの圧力で、ビーム経路長さｄが１ｃｍ、イオン化お
よび電荷交換断面積σが１０の１５乗分の１平方センチ
メータのとき、散乱率ｒは、１０の４乗分の２×Ｉにな
る。
【００１０】５ｍＡのイオンビームの場合、これは合計
で１マイクロアンペア程度の低エネルギイオン電流にな
る。測定される実際の低エネルギイオン電流は、注入器
の構造の詳細に依存するが、ビーム電位（Ｖ）そのもの
によっても決定される。
で１マイクロアンペア程度の低エネルギイオン電流にな
る。測定される実際の低エネルギイオン電流は、注入器
の構造の詳細に依存するが、ビーム電位（Ｖ）そのもの
によっても決定される。
【００１１】
【課題を解決するための手段・作用】一般的なイオン注
入装置には、イオンを分析して、適当な質量のイオンを
１つまたは複数の半導体ウェハに衝突させる移動経路へ
送るビームアナライザが設けられている。そのようなア
ナライザには、一般的に不適当な質量のイオンをイオン
ビームから排除するための大きいイオン分析磁石が設け
られている。
入装置には、イオンを分析して、適当な質量のイオンを
１つまたは複数の半導体ウェハに衝突させる移動経路へ
送るビームアナライザが設けられている。そのようなア
ナライザには、一般的に不適当な質量のイオンをイオン
ビームから排除するための大きいイオン分析磁石が設け
られている。
【００１２】イオンビームがイオン注入部に達する前
に、中和粒子をイオンビームに送り込むためにビーム中
和器がしばしば使用される。これらの中和粒子によって
ビーム内のイオン間の相互空間電荷反発によるビーム絶
縁破壊は防止される。本発明による構造のセンサが、イ
オンビーム移動経路に対して位置決めされて、ビーム経
路上のビームアナライザに後続する位置でイオンビーム
電位を感知するようになっている。
に、中和粒子をイオンビームに送り込むためにビーム中
和器がしばしば使用される。これらの中和粒子によって
ビーム内のイオン間の相互空間電荷反発によるビーム絶
縁破壊は防止される。本発明による構造のセンサが、イ
オンビーム移動経路に対して位置決めされて、ビーム経
路上のビームアナライザに後続する位置でイオンビーム
電位を感知するようになっている。
【００１３】ウェハに衝突する前にイオンビームに沿っ
た地点でビーム電位を監視することによって、ビームセ
ットアップ中にこの電位を適当なビーム中和手段で調節
することができる。ビーム電位を制御することによっ
て、イオン注入中のウェハ帯電を最小に抑え、ドーピン
グ率を向上させることができる。
た地点でビーム電位を監視することによって、ビームセ
ットアップ中にこの電位を適当なビーム中和手段で調節
することができる。ビーム電位を制御することによっ
て、イオン注入中のウェハ帯電を最小に抑え、ドーピン
グ率を向上させることができる。
【００１４】好適な実施例では、センサには、イオンビ
ームから半径方向に離して一連の電極が設けられおり、
それらには電源によって制御電位のバイアスがかけられ
ている。第１電極はグラウンド電位に維持されて、セン
サの存在によってイオンビームが低下しないようにして
いる。
ームから半径方向に離して一連の電極が設けられおり、
それらには電源によって制御電位のバイアスがかけられ
ている。第１電極はグラウンド電位に維持されて、セン
サの存在によってイオンビームが低下しないようにして
いる。
【００１５】第１電極よりも半径方向外側に設けられた
さらなる電極が、イオンと気体粒子との衝突時に発生す
る低エネルギ電子を反射する。別の電極には、低エネル
ギイオンを反射してイオンビームに戻すことができるよ
うにバイアスがかけられており、第４電極は検電器とし
て機能する。
さらなる電極が、イオンと気体粒子との衝突時に発生す
る低エネルギ電子を反射する。別の電極には、低エネル
ギイオンを反射してイオンビームに戻すことができるよ
うにバイアスがかけられており、第４電極は検電器とし
て機能する。
【００１６】イオン反射電極上に維持されているバイア
スすなわち電位が、すべて（またはほとんど）の低エネ
ルギイオンを反射できるまで上昇したとき、検電器で感
知されるイオン電流が段差状に急激に降下する。これが
発生したとき、電極における制御電位がビーム電位に等
しくなる。中和電子の送り込み等の他のビームパラメー
タを調節して、合ビーム電位を監視することによって、
ウェハの帯電を低減することができる。
スすなわち電位が、すべて（またはほとんど）の低エネ
ルギイオンを反射できるまで上昇したとき、検電器で感
知されるイオン電流が段差状に急激に降下する。これが
発生したとき、電極における制御電位がビーム電位に等
しくなる。中和電子の送り込み等の他のビームパラメー
タを調節して、合ビーム電位を監視することによって、
ウェハの帯電を低減することができる。
【００１７】電位の正負号を逆転させることによって、
イオンビームによって発生した電子のエネルギを分析す
ることができる。極性の逆転後では、検電器はイオン電
流ではなく電子電流を監視することができる。この分析
から、やはり重要なビームパラメータであって、ビーム
性能に大きな影響を与える電子温度を得ることができ
る。
イオンビームによって発生した電子のエネルギを分析す
ることができる。極性の逆転後では、検電器はイオン電
流ではなく電子電流を監視することができる。この分析
から、やはり重要なビームパラメータであって、ビーム
性能に大きな影響を与える電子温度を得ることができ
る。
【００１８】また本発明のイオン注入装置はイオン注入
部に位置決めされた１つまたは複数の半導体ウェハを処
理するイオンビームを発生するイオン源を設けたイオン
注入装置に使用するのが最も好ましい。
部に位置決めされた１つまたは複数の半導体ウェハを処
理するイオンビームを発生するイオン源を設けたイオン
注入装置に使用するのが最も好ましい。
【００１９】本発明の１つの目的は、イオン注入装置の
制御に使用されるイオンビーム電位を監視するためのセ
ンサで、その他の目的、利点および本発明の特徴は、添
付の図面を参照した２つの実施例についての以下の詳細
の説明から明らかになるであろう。
制御に使用されるイオンビーム電位を監視するためのセ
ンサで、その他の目的、利点および本発明の特徴は、添
付の図面を参照した２つの実施例についての以下の詳細
の説明から明らかになるであろう。
【００２０】
【実施例】図１に示されているイオン注入装置10は、イ
オン源12およびビーム分析磁石14を設けており、それら
12，14は高電圧ハウジング16内に収容されている。イオ
ン源12から出たイオンビーム20は、ハウジング16を出て
から第２ハウジング24内に設けられたイオン注入室22に
入る移動経路に沿って送られる。ビーム分析磁石14は、
適当な質量のイオンだけでイオンビーム20を形成できる
ようにするためのものである。イオンビーム20は、ハウ
ジング16からハウジング24までの移動経路に沿って、イ
オン注入室22に入る前に高電圧絶縁ブッシュ26内を通過
する。
オン源12およびビーム分析磁石14を設けており、それら
12，14は高電圧ハウジング16内に収容されている。イオ
ン源12から出たイオンビーム20は、ハウジング16を出て
から第２ハウジング24内に設けられたイオン注入室22に
入る移動経路に沿って送られる。ビーム分析磁石14は、
適当な質量のイオンだけでイオンビーム20を形成できる
ようにするためのものである。イオンビーム20は、ハウ
ジング16からハウジング24までの移動経路に沿って、イ
オン注入室22に入る前に高電圧絶縁ブッシュ26内を通過
する。
【００２１】イオン注入室22は可動受け台28上に載置さ
れている。これによってイオン注入室22をイオンビーム
20に対して位置合わせすることができる。イオンビーム
20は、仮想線で示す軸線42の回りに回転可能に取り付け
られたウェハ支持体40に衝突する。
れている。これによってイオン注入室22をイオンビーム
20に対して位置合わせすることができる。イオンビーム
20は、仮想線で示す軸線42の回りに回転可能に取り付け
られたウェハ支持体40に衝突する。
【００２２】ウェハ支持体40（図４）は多数のシリコン
ウェハ41を支持しており、それらのシリコンウェハ41を
円形の経路に沿って移動させて、イオンビーム20が各シ
リコンウェハ41に衝突して、それらのシリコンウェハ41
にイオン不純物を選択的にドーピングさせることができ
るようにしている。
ウェハ41を支持しており、それらのシリコンウェハ41を
円形の経路に沿って移動させて、イオンビーム20が各シ
リコンウェハ41に衝突して、それらのシリコンウェハ41
にイオン不純物を選択的にドーピングさせることができ
るようにしている。
【００２３】図１に戻り、このウェハ支持体40を高速回
転させるのはモータ50であり、モータ50はシリコンウェ
ハ41がウェハ支持体40に取り付けられた後、ウェハ支持
体40を回転させる。
転させるのはモータ50であり、モータ50はシリコンウェ
ハ41がウェハ支持体40に取り付けられた後、ウェハ支持
体40を回転させる。
【００２４】上記形式のイオン注入装置10のさらなる詳
細は、米国特許第４，６７２，２１０号からアームスト
ロング他による文献に記載されている。この従来特許の
主題は引例として本説明に含まれる。
細は、米国特許第４，６７２，２１０号からアームスト
ロング他による文献に記載されている。この従来特許の
主題は引例として本説明に含まれる。
【００２５】半導体シリコンウェハ41は、ロボットアー
ム70によって真空ポート71からイオン注入室22内へ挿入
される。イオン注入室22は、真空ポンプ72によってイオ
ンビーム20経路の圧力と同じ圧力まで脱気される。ロボ
ットアーム70は、シリコンウェハ41を保管するカセット
73とイオン注入室22との間でシリコンウェハ41を往復搬
送する。この搬送を実施するための自動機構は従来から
公知である。２つのさらなるポンプ74，76が、イオン源
12からイオン注入室22までのイオンビーム20経路を脱気
する。
ム70によって真空ポート71からイオン注入室22内へ挿入
される。イオン注入室22は、真空ポンプ72によってイオ
ンビーム20経路の圧力と同じ圧力まで脱気される。ロボ
ットアーム70は、シリコンウェハ41を保管するカセット
73とイオン注入室22との間でシリコンウェハ41を往復搬
送する。この搬送を実施するための自動機構は従来から
公知である。２つのさらなるポンプ74，76が、イオン源
12からイオン注入室22までのイオンビーム20経路を脱気
する。
【００２６】イオンビーム20の電位を監視するためのイ
オンビームセンサ110 は、図２および図３に示されてい
るようにイオンビーム20に対応した位置に支持されてい
る。イオンビームセンサ110 には、イオンビームセンサ
110 をイオンビーム20に対して位置決めするためのセン
サ支持体112 が設けられている。イオンビームセンサ11
0 がイオン加速電極から電気的に絶縁されている限り、
イオンビームセンサ110 の位置は重要ではないが、たと
えばイオン注入室22内に配置することができる。
オンビームセンサ110 は、図２および図３に示されてい
るようにイオンビーム20に対応した位置に支持されてい
る。イオンビームセンサ110 には、イオンビームセンサ
110 をイオンビーム20に対して位置決めするためのセン
サ支持体112 が設けられている。イオンビームセンサ11
0 がイオン加速電極から電気的に絶縁されている限り、
イオンビームセンサ110 の位置は重要ではないが、たと
えばイオン注入室22内に配置することができる。
【００２７】図２の実施例のイオンビームセンサ110 で
は、制御電圧のバイアスがかけられた複数の金属グリッ
ドすなわち電極が、イオンビーム20の中心軸線20ａから
所定距離の位置に円形配列されている。ビームの周囲に
同一角度の間隔で設けられた４本で１組の第１の絶縁支
柱Ａが、グラウンド電位に維持された第１の円筒形金属
グリッドすなわちワイヤメッシュ120 を支持している。
このグリッドをグラウンド電位に維持することによって
イオンビームセンサ110 の作動がイオンビーム20に干渉
しないようにすることできる。
は、制御電圧のバイアスがかけられた複数の金属グリッ
ドすなわち電極が、イオンビーム20の中心軸線20ａから
所定距離の位置に円形配列されている。ビームの周囲に
同一角度の間隔で設けられた４本で１組の第１の絶縁支
柱Ａが、グラウンド電位に維持された第１の円筒形金属
グリッドすなわちワイヤメッシュ120 を支持している。
このグリッドをグラウンド電位に維持することによって
イオンビームセンサ110 の作動がイオンビーム20に干渉
しないようにすることできる。
【００２８】半径方向外側の金属グリッドには、２つの
電源122,124 によって電位バイアスがかけられている。
つぎの４本で１組の絶縁支柱Ｂは、グラウンドに対して
負電位に維持されて、イオンビーム20から出た電子流を
反射する金属グリッド130 を支持している。つぎの４本
で１組の絶縁支柱Ｃは、可変正電位のバイアスがかけら
れて、減速電界を形成するために利用される金属グリッ
ド132 を支持している。
電源122,124 によって電位バイアスがかけられている。
つぎの４本で１組の絶縁支柱Ｂは、グラウンドに対して
負電位に維持されて、イオンビーム20から出た電子流を
反射する金属グリッド130 を支持している。つぎの４本
で１組の絶縁支柱Ｃは、可変正電位のバイアスがかけら
れて、減速電界を形成するために利用される金属グリッ
ド132 を支持している。
【００２９】この電界は、イオンビーム20から出た低速
イオンを反射させるものであり、つぎの４本で１組の絶
縁支柱Ｄによって支持されている半径方向最外側の金属
グリッド140 に達するこれらのイオンの数を調節できる
ように変更可能である。この最外側の金属グリッド140
は検電器として使用される。電源124 からの電圧がグリ
ッド132 の電圧を変化させるとき、この金属グリッド14
0 上の電流を電流計142 が監視する。電流計142 で感知
された最外側金属グリッド140 上のイオン電流が段差状
に降下するときは、電源124 によって加えられている減
速電位が、イオンビーム20から出たイオンの電位に等し
くなるように調節されている。これはイオンビーム20の
電位に等しく、たとえば図５に示されている（電流）対
（電極電位）の図で相関関係が表される。
イオンを反射させるものであり、つぎの４本で１組の絶
縁支柱Ｄによって支持されている半径方向最外側の金属
グリッド140 に達するこれらのイオンの数を調節できる
ように変更可能である。この最外側の金属グリッド140
は検電器として使用される。電源124 からの電圧がグリ
ッド132 の電圧を変化させるとき、この金属グリッド14
0 上の電流を電流計142 が監視する。電流計142 で感知
された最外側金属グリッド140 上のイオン電流が段差状
に降下するときは、電源124 によって加えられている減
速電位が、イオンビーム20から出たイオンの電位に等し
くなるように調節されている。これはイオンビーム20の
電位に等しく、たとえば図５に示されている（電流）対
（電極電位）の図で相関関係が表される。
【００３０】イオンビームセンサ110 には図３に示すよ
うに、イオンビーム20がセンサを通過できるようにする
ためのほぼ円形の開口144 が設けられている。絶縁支柱
Ａ〜Ｄの各々は、離設された金属ディスク150,152 間に
設けられている。金属ディスク152 は、センサ支持体11
2 から金属ディスク150,152 内へ延出しているコネクタ
によってセンサ支持体112 に取り付けられている。
うに、イオンビーム20がセンサを通過できるようにする
ためのほぼ円形の開口144 が設けられている。絶縁支柱
Ａ〜Ｄの各々は、離設された金属ディスク150,152 間に
設けられている。金属ディスク152 は、センサ支持体11
2 から金属ディスク150,152 内へ延出しているコネクタ
によってセンサ支持体112 に取り付けられている。
【００３１】図４にはビーム電位を監視するための別の
実施例のセンサ210が示されている。本実施例のセンサ2
10 では、センサ絶縁支持体212 が、イオンビーム20に
対応した位置に４つの電極グリッド220,222,224,226 を
位置決めして絶縁させている。第１のグリッド220(グラ
ウンド電極グリッド) は、イオンビーム20に対するセン
サ210 の影響を減少させる。正バイアスがかけられた第
２のグリッド222 は、イオンビーム20から出た低速イオ
ンを減速させ、負バイアスがかけられた第３のグリッド
224 は電子を反射する。最後の第４のグリッド226 は、
検電器として利用される。適当な電源230,232 が中間グ
リッド222,242 に接続されており、電流計240 が最外側
グリッドに接続されて、ビーム電位を決定できるように
なっている。このセンサ210 の作動は、センサ210 がイ
オンビーム20を包囲していない点を除いて、好適な実施
例110 と同じである。
実施例のセンサ210が示されている。本実施例のセンサ2
10 では、センサ絶縁支持体212 が、イオンビーム20に
対応した位置に４つの電極グリッド220,222,224,226 を
位置決めして絶縁させている。第１のグリッド220(グラ
ウンド電極グリッド) は、イオンビーム20に対するセン
サ210 の影響を減少させる。正バイアスがかけられた第
２のグリッド222 は、イオンビーム20から出た低速イオ
ンを減速させ、負バイアスがかけられた第３のグリッド
224 は電子を反射する。最後の第４のグリッド226 は、
検電器として利用される。適当な電源230,232 が中間グ
リッド222,242 に接続されており、電流計240 が最外側
グリッドに接続されて、ビーム電位を決定できるように
なっている。このセンサ210 の作動は、センサ210 がイ
オンビーム20を包囲していない点を除いて、好適な実施
例110 と同じである。
【００３２】センサからの出力は、注入シーケンスの開
始前のビーム校正時に利用される。イオンビーム20は、
特定のビーム電流およびイオンエネルギを発生するよう
にセットアップおよび校正される。このセットアップ
中、イオンビーム20電位を監視して、監視された電位を
減少させて、それによってイオン注入中のシリコンウェ
ハ41の帯電を低減させる手段を講じることができる。
始前のビーム校正時に利用される。イオンビーム20は、
特定のビーム電流およびイオンエネルギを発生するよう
にセットアップおよび校正される。このセットアップ
中、イオンビーム20電位を監視して、監視された電位を
減少させて、それによってイオン注入中のシリコンウェ
ハ41の帯電を低減させる手段を講じることができる。
【００３３】すなわち電子充填装置250 （図１）が電子
をイオンビーム20内へ送り込む。注入を開始する前に、
イオンビーム20の電位が制御回路252 によって測定さ
れ、それによってイオンビーム20を中和するために電子
をイオンビーム20に送り込む割合が調節される。
をイオンビーム20内へ送り込む。注入を開始する前に、
イオンビーム20の電位が制御回路252 によって測定さ
れ、それによってイオンビーム20を中和するために電子
をイオンビーム20に送り込む割合が調節される。
【００３４】図５の図は、図４に示されているセンサ等
のセンサの性能を示している。最外側電極グリッドに接
続されている電流計における電流が縦軸に、低速イオン
反射電極に加えられる電源電位が横軸に示されている。
この図に示されている多数の曲線は、それぞれ電位差計
を用いて変化させて静電電圧計で測定された様々な目標
（シリコンウェハ41）電位を表している。
のセンサの性能を示している。最外側電極グリッドに接
続されている電流計における電流が縦軸に、低速イオン
反射電極に加えられる電源電位が横軸に示されている。
この図に示されている多数の曲線は、それぞれ電位差計
を用いて変化させて静電電圧計で測定された様々な目標
（シリコンウェハ41）電位を表している。
【００３５】イオンビーム20の電位測定値は、測定目標
電圧にきわめて接近している。低速イオンを反射するた
めの電極の電位を調節するとき、シリコンウェハ41電位
にきわめて近い電圧で、最外側電極の感知電流に劇的な
降下が見られる。イオンビーム20のセットアップ中、イ
オンビーム20の電位を監視して、この電位に対して手段
を講じることができる。
電圧にきわめて接近している。低速イオンを反射するた
めの電極の電位を調節するとき、シリコンウェハ41電位
にきわめて近い電圧で、最外側電極の感知電流に劇的な
降下が見られる。イオンビーム20のセットアップ中、イ
オンビーム20の電位を監視して、この電位に対して手段
を講じることができる。
【００３６】図示のセンサ110,210 は、イオンビーム20
を最初に校正した後、注入中に使用することもできる。
一般的な注入中、半導体シリコンウェハ41はグラウンド
から浮き上がっており、シリコンウェハ41を取り付けた
ディスクがグラウンドされている。このため、イオンビ
ーム20が当たる目標は、電位が交互し、これはイオンビ
ーム20の電位に影響する。電位測定値は、イオンビーム
20がシリコンウェハ41に当たるときだけ重要であるの
で、同期パルスを用いて、イオンビーム20がシリコンウ
ェハ41に当たるときだけ電流計の出力が抽出されるよう
にする。
を最初に校正した後、注入中に使用することもできる。
一般的な注入中、半導体シリコンウェハ41はグラウンド
から浮き上がっており、シリコンウェハ41を取り付けた
ディスクがグラウンドされている。このため、イオンビ
ーム20が当たる目標は、電位が交互し、これはイオンビ
ーム20の電位に影響する。電位測定値は、イオンビーム
20がシリコンウェハ41に当たるときだけ重要であるの
で、同期パルスを用いて、イオンビーム20がシリコンウ
ェハ41に当たるときだけ電流計の出力が抽出されるよう
にする。
【００３７】ウェハ支持体40は、一般的にその外周に沿
って複数のシリコンウェハ41を支持している。シリコン
ウェハ41間には、シリコンウェハ41直径よりも小さい幅
の間隔が設けられている。シリコンウェハ41がイオンビ
ーム20を通過する毎に電圧をピーク値まで急激に上昇さ
せることによって同期パルスを得ることができる。ある
いは、（支持体に取り付けられた複数のシリコンウェハ
41の中の）所定の１つのシリコンウェハ41がイオンビー
ム20内に入る毎に同期信号が発生するように、電圧をモ
ータ50の回転速度に同期させることもできる。
って複数のシリコンウェハ41を支持している。シリコン
ウェハ41間には、シリコンウェハ41直径よりも小さい幅
の間隔が設けられている。シリコンウェハ41がイオンビ
ーム20を通過する毎に電圧をピーク値まで急激に上昇さ
せることによって同期パルスを得ることができる。ある
いは、（支持体に取り付けられた複数のシリコンウェハ
41の中の）所定の１つのシリコンウェハ41がイオンビー
ム20内に入る毎に同期信号が発生するように、電圧をモ
ータ50の回転速度に同期させることもできる。
【００３８】図６および図７は、電子エネルギを測定す
るための（図４に示されているものに類似した）センサ
210′の使い方を示している。図６では、電源 230′,2
32′の極性が、図４のセンサ210 の場合と逆になってい
る。電流計 240′の出力が降下する（図７）まで負の電
源 230′を調節することによって電子ボルトにおける電
子温度を（電流）対（電圧）の図において対数の直線部
分から決定することができる。電流の降下は、この場合
には約３電子ボルトのエネルギで発生する。
るための（図４に示されているものに類似した）センサ
210′の使い方を示している。図６では、電源 230′,2
32′の極性が、図４のセンサ210 の場合と逆になってい
る。電流計 240′の出力が降下する（図７）まで負の電
源 230′を調節することによって電子ボルトにおける電
子温度を（電流）対（電圧）の図において対数の直線部
分から決定することができる。電流の降下は、この場合
には約３電子ボルトのエネルギで発生する。
【００３９】以上にイオンビーム20の電位を監視するた
めのセンサの実施例を説明してきたが、本発明の特質ま
たはクレームの範囲内において様々な変更を加えること
ができることは理解されるであろう。
めのセンサの実施例を説明してきたが、本発明の特質ま
たはクレームの範囲内において様々な変更を加えること
ができることは理解されるであろう。
【００４０】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したものなの
で、イオンビームの電位を電極のバイアス調節およびセ
ンサに基いて調節しながら中和電子のイオンビーム内へ
の送り込みを制御することができる。これにより空間電
荷の開きが激しい場合にあっても、ビーム透過にロスが
発生したり、他の悪影響をビーム性能に与えることな
く、半導体ウェハを容易かつ確実にドーピング処理でき
るので、作業性が向上する。
で、イオンビームの電位を電極のバイアス調節およびセ
ンサに基いて調節しながら中和電子のイオンビーム内へ
の送り込みを制御することができる。これにより空間電
荷の開きが激しい場合にあっても、ビーム透過にロスが
発生したり、他の悪影響をビーム性能に与えることな
く、半導体ウェハを容易かつ確実にドーピング処理でき
るので、作業性が向上する。
【図１】半導体シリコンウェハ等の加工物に衝突するよ
うにイオンビームを送るイオン注入装置の概略図であ
る。
うにイオンビームを送るイオン注入装置の概略図であ
る。
【図２】図１に示したイオンビームの電位を監視するセ
ンサの一部断面図である。
ンサの一部断面図である。
【図３】イオンビームがセンサを通過するところを概略
的に示している図２のセンサの正面図である。
的に示している図２のセンサの正面図である。
【図４】イオンビームの電位を監視するために用いられ
る変更形センサの概略図である。
る変更形センサの概略図である。
【図５】イオンビームの電位を決定するために用いられ
る電極における（電流）対（電圧）の図である。
る電極における（電流）対（電圧）の図である。
【図６】電子温度を決定するために用いられる図４のセ
ンサの変更形を示している概略図。
ンサの変更形を示している概略図。
【図７】電子温度を決定するときに見られる（電流）対
（電圧）の自然対数の図である。
（電圧）の自然対数の図である。
10 イオン注入装置 12 イオン源 14 ビーム分析磁石 20 イオンビーム 22 イオン注入部 40 ウェハ支持構造体 41 半導体ウェハ 110,210 センサ 250 電子充填装置 251 制御装置 130,132 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｚ 9172−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/265
Claims (12)
- 【請求項１】 イオン注入部(22)に位置決めされた１つ
または複数の半導体ウェハ(41)を処理するイオンビーム
(20)を発生するためのイオン源(12)と、前記イオンビー
ム(20)内のイオンを分析し所定質量のイオンを前記イオ
ン注入部(22)において１つまたは複数の前記半導体ウェ
ハ(41)に衝突させる移動経路へ送るビームアナライザ(1
4)と、前記イオンビーム(20)がウェハ注入部に達する前
に中和粒子をイオンビーム(20)に送り込むためのビーム
中和器(250) と、イオン注入部(22)に１つまたは複数の
前記半導体ウェハ(41)を位置決めするためのウェハ支持
構造体(40)と、前記イオンビーム移動経路に対して位置
決めされイオンビーム(20)校正中および／または注入中
にイオンビーム(20)の電位を監視するためのセンサ(11
0,210) と、前記中和粒子をイオンビーム(20)に送り込
む割合を感知イオンビーム(20)電位に基づいて調節する
電子制御装置(252) とを有していることを特徴とするイ
オン注入装置(10)。 - 【請求項２】 センサ(110,210) は、イオンビーム(20)
から出た低エネルギイオンを反射するための制御電位の
バイアスがかけられた第１電極(132,222) と、イオンビ
ーム(20)の電位を決定するためにイオンビーム(20)から
出たイオン電流を第１電極(132,222) の制御電位の関数
として感知する第２電極(140,226) とを有していること
を特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。 - 【請求項３】 センサ(110) は複数の円筒形電極(120,1
30,132,140) と、イオンビーム(20)の電位を感知するた
めに該円筒形電極(120,130,132,140) にバイアスをかけ
る手段(122,124) とを有していることを特徴とする請求
項１に記載のイオン注入装置。 - 【請求項４】 最外側円筒形電極(140) によってイオン
ビーム(20)から出た低エネルギイオン電流が感知され、
それよりも半径方向内側の円筒形電極(132)にイオンビ
ーム(20)から出た低エネルギイオンを反射するための電
位のバイアスがかけられていることを特徴とする請求項
３に記載のイオン注入装置。 - 【請求項５】 正帯電ビームがイオンビーム(20)を形成
しセンサ(110) およびイオンビーム(20)から出た電子を
反射するための第１電極(130) と、制御電圧に接続され
イオンビーム(20)から出た正帯電イオンを反射するため
の第２電極(132) と、イオンが到達できないようにする
制御電圧を決定するためにイオンビーム(20)の電位を表
示する第３電極(140) とを有していることを特徴とする
請求項３に記載のイオン注入装置。 - 【請求項６】 イオンビーム(20)の電位測定方法であっ
て、イオンビーム(20)から半径方向に順次離れる位置に
複数の電極(132,140) を支持する段階と、前記複数の電
極の中の第１電極(132) にイオンビーム(20)から出た低
エネルギイオンを反射するための制御電位のバイアスを
かける段階と、イオン電流を感知するために前記第１電
極(132) よりも半径方向外側の位置に前記複数の電極の
中の第２電極(140)を配置する段階と、第２電極でイオ
ン電流を感知しながらイオンビーム(20)の電位を決定す
るために制御電位を調節する段階とからなることを特徴
とする方法。 - 【請求項７】 イオンビーム(20)の電位を監視する装置
であって、イオンビーム(20)が衝突しないで通過するた
めの整合開口を設けた第１および第２支持ディスク(15
0,152) と、前記イオンビーム(20)の中心線にほぼ一致
した軸線を中心にして固定半径の同心円状に配置されて
おり前記第１および第２支持ディスク(150,152) によっ
てその間に支持されている複数の金属電極(130,132,14
0) と、第１金属電極(130) に接続されイオンビーム(2
0)から出た電子をイオンビーム(20)に戻すための電圧の
バイアスを前記第１電極(132)にかけるとともに低速移
動する正帯電イオンをイオンビーム(20)に戻すための電
位のバイアスを第２電極(132) にかける電源と、前記第
１および第２電極(130,132) よりも半径方向外側のさら
なる電極(140) に接続され前記第２電極のバイアス電位
を調節するときに前記さらなる電極(140) での電流を感
知し、該前記電流を第２電極のバイアス電位を調節する
ときに前記ビーム電位に相関させる電流感知手段(142)
とを有していることを特徴とするイオンビームの電位測
定装置。 - 【請求項８】 イオンビーム(20)の電位を調節するため
に前記イオンビーム(20)内の電子濃度を制御するビーム
中和器(250) を有していることを特徴とする請求項７に
記載のイオンビームの電位測定装置。 - 【請求項９】 ビーム中和器(250) は電流感知手段から
の出力に連結された入力信号によって作動が制御される
電子充填装置を有していることを特徴とする請求項８に
記載のイオンビームの電位測定装置。 - 【請求項１０】 イオンビーム(20)から固定距離の位置
に配置された複数の金属電極(220,222,224,226) と、第
１電極(222) に接続され前記イオンビーム(20)から出た
第１極性の帯電粒子をビームへ戻すための電圧のバイア
スを前記第１電極(222) にかけるとともにイオンビーム
(20)から出た反対極性の帯電粒子をイオンビーム(20)に
戻すための電位のバイアスを第２電極(224) にかける電
源と、第１および第２電極(222,224) よりも半径方向外
側のさらなる電極(226) に接続され該電極(226) での電
流を感知し、前記第２電極(224) のバイアス電位を調節
するときに反対極性の帯電粒子の電位を前記電流と相関
させる電流感知手段(240) とを有していることを特徴と
するイオンビームの電位測定装置。 - 【請求項１１】 反対極性の帯電粒子は正帯電イオンで
あり該正帯電イオンのエネルギはイオンビーム(20)の電
位と相関関係にあることを特徴とする請求項１０に記載
のイオンビームの電位測定装置。 - 【請求項１２】 反対極性の帯電粒子は負に帯電した電
子であり電子温度が電流感知手段からの信号に基いて決
定されることを特徴とする請求項１０に記載のイオンビ
ームの電位測定装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/647,509 US5113074A (en) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | Ion beam potential detection probe |
| US647,509 | 1991-01-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582071A true JPH0582071A (ja) | 1993-04-02 |
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ID=24597258
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|---|---|---|---|
| JP04038732A Expired - Fee Related JP3125233B2 (ja) | 1991-01-29 | 1992-01-29 | イオン注入装置、イオンビームの電位測定装置およびその電位測定方法 |
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