JPH06267490A

JPH06267490A - 負イオン注入装置

Info

Publication number: JPH06267490A
Application number: JP5052495A
Authority: JP
Inventors: Junzo Ishikawa; 順三石川; Hiroshi Tsuji; 博司辻; Yasuhito Goto; 康仁後藤; Shigeki Sakai; 滋樹酒井
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JP3460242B2

Abstract

(57)【要約】【構成】シリコンウェハ１は、絶縁性の保持部材３ｂ
に保持されて負イオンビーム２の照射を受ける。シリコ
ンウェハ１のビーム上流側には、ビーム２の照射面から
放出される２次電子を捕集するためのファラデーカップ
４が配設され、このファラデーカップ４に流れる電流が
電流計測装置１１により計測される。【効果】負イオン注入が開始されてから所定時間後に
は、注入イオンの数と放出２次電子の数が等しくなり、
シリコンウェハ１の表面電位がある電位（数Ｖ）で飽和
することになり、チャージアップによるデバイス破壊が
防止できる。放出２次電子の電流の計測によって正確な
ビーム電流が得られ、したがって、負イオンの注入量を
正確に計測することができるので、正確なイオン注入量
の制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン照射対象物に負
イオンを注入する負イオン注入装置に関し、詳しくは、
負イオン注入によるイオン照射対象物のチャージアップ
を低減できる負イオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置は、拡散したい不純物を
イオン化し、電界によりイオンを引き出してイオンビー
ムを形成した後、磁界を用いた質量分析法による所望イ
オンからなるビームの形成、電界によるイオンの加速等
を行い、イオンビームをイオン照射対象物に照射するこ
とで、イオン照射対象物内に不純物を注入するものであ
り、デバイスの特性を決定する不純物を任意の量および
深さに制御性良く注入できることから、現在の集積回路
の製造に重要な装置になっている。

【０００３】上記イオン注入装置としては、正イオン源
より正イオンを引き出して正イオンビームを形成し、イ
オン照射対象物内に正の不純物イオンを注入する正イオ
ン注入装置が実用化されている。

【０００４】例えば、ＴＦＴ液晶表示板の製造における
正イオンの注入に際しては、図７に示すように、注入ス
テーションにおいて、ガラス基板６１が、金属等の導電
体からなる基板保持部材６２に保持された状態で、正イ
オンビーム５０の照射を受けることになる。そして、ド
ーズ量を計測するために、実際の注入位置（ガラス基板
６１のセット位置）とは別な場所にファラデーカップ６
３が設けられ、このファラデーカップ６３と接地部との
間に設けられた電流計測装置６４によって、ファラデー
カップ６３に入射される正イオンビーム５０の電流が計
測されるようになっている。

【０００５】ところで、上記の場合、ガラス基板６１の
表面に形成されている導電体部６１ｂはフローティング
となっている。したがって、正イオンの注入により、ガ
ラス基板６１における表面の絶縁体部６１ａおよび導電
体部６１ｂは、ともに正極性に帯電されることになる。
また、正イオンビーム５０の照射面からは、２次電子が
飛び出す。飛び出した２次電子の一部（比較的放出エネ
ルギーの低いもの）は、再びガラス基板６１の表面に戻
り、それ以外の２次電子（比較的放出エネルギーの高い
もの）はガラス基板６１から放出されてしまう。この放
出される２次電子により、ガラス基板６１の表面はさら
に正極性に帯電することになる。したがって、絶縁体部
６１ａのリーク抵抗が無視できるものとすると、正イオ
ン注入量に対するガラス基板６１の表面電位の変化は、
図８に示すように、絶縁体部６１ａおよび導電体部６１
ｂ共に、注入量の増加に略比例して電位が上昇する（正
のチャージアップ現象）。このガラス基板６１の表面電
位の上昇によって、ガラス基板６１の表面と基板保持部
材６２との間に電界が生じ、この電界が大きくなると、
やがて、絶縁破壊が起きてデバイスが破壊されるという
問題が生じることになる。

【０００６】また、例えば、ＬＳＩの製造における正イ
オンの注入に際しては、図４に示すように、注入ステー
ションにおいて、表面部にポリシリコン膜等の絶縁体部
５１ａを有したイオン照射対象物としてのシリコンウェ
ハ５１が、金属等の導電体からなるウェハ保持部材５２
に保持された状態で、注入量計測用のファラデーカップ
５３内に置かれ、正イオンビーム５０の照射を受けるこ
とになる。

【０００７】上記ウェハ保持部材５２およびファラデー
カップ５３は電流計測のために接地され、これらウェハ
保持部材５２およびファラデーカップ５３と接地部との
間に設けられた電流計測装置５４によってビーム電流が
計測される。そして、ビーム電流の計測値からドーズ量
が求められ、図示しない注入コントローラによってドー
ズ量の制御が行われるようになっている。

【０００８】ところで、上記の場合、正イオンの注入に
ともなって、シリコンウェハ５１の絶縁体部５１ａが正
極性に帯電されることになる。また、シリコンウェハ５
１における正イオンビーム５０の照射面からは、２次電
子が放出されるため、絶縁体部５１ａはさらに正極性に
帯電することになる。したがって、絶縁体部５１ａのリ
ーク抵抗が無視できるものとすると、注入量に対する表
面電位の変化は、図５に示すように、導電体部５１ｂは
常にアース電位であるが、絶縁体部５１ａは注入量の増
加に略比例して電位が上昇する（正のチャージアップ現
象）。この絶縁体部５１ａの電位上昇によって絶縁体部
５１ａと導電体部５１ｂとの間に電界が生じ、この電界
が大きくなると、やがて、絶縁破壊が起きてデバイスが
破壊されるという問題が生じることになる。

【０００９】そこで、上記の正のチャージアップ現象を
抑制するためには、例えば、電子シャワー、プラズマブ
リッジ、あるいはガス導入等の手段を講じて電荷補償を
しなくてはならない。上記電子シャワーは、熱電子を発
生して、該熱電子をファラデーカップ５３に衝突させ、
衝突面より飛び出した２次電子によって正イオンビーム
５０を電気的に中性化し、チャージアップ現象を抑制す
るものである。また、上記プラズマブリッジは、正イオ
ンビーム５０の通路にプラズマ源を設置し、該プラズマ
源でアルゴン等の不活性ガスをプラズマ化することによ
り、正イオンビーム５０の有する正のポテンシャルにプ
ラズマ中の電子が引き寄せられて正イオンビーム５０が
電気的に中性化されるようにしたものである。また、上
記ガス導入は、シリコンウェハ５１の近傍にアルゴン等
の不活性ガスを導入することにより、導入ガスが正イオ
ンの衝突により電離してプラズマ化し、正極性に帯電し
たシリコンウェハ５１にプラズマ中の電子が引き寄せら
れて、チャージアップが防止されるようにしたものであ
る。

【００１０】このように、正イオン注入装置では、電荷
補償のための手段を必要とするため、コスト高を招来す
る。また、上記のような電荷補償のための手段を用いて
電荷補償を行う際の制御は、非常に難しいため、チャー
ジアップを充分に抑制することは困難である。

【００１１】これに対し、シリコンウェハ５１に負イオ
ンビーム５０′を照射して負イオン注入処理を行う場
合、シリコンウェハ５１の絶縁体部５１ａにおける負イ
オンビーム５０′の照射部位では、注入される負イオン
により負電荷が蓄積されると同時に、イオン照射面から
２次電子が放出されることになり、結果的に、絶縁体部
５１ａには電荷が蓄積され難い。したがって、負イオン
注入装置を用いた負イオン注入処理は、正イオンを注入
する正イオン注入装置を用いたイオン注入処理に比べて
チャージアップ現象が生じ難く、デバイスを作成する上
で有効であるといえる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記負
イオン注入処理の場合でも、ビーム電流を計測するため
にシリコンウェハ５１が接地されていると、シリコンウ
ェハ５１表面の導電体部５１ｂがアース電位となるた
め、該導電体部５１ｂが２次電子の放出源となり、導電
体部５１ｂから放出される２次電子によって、絶縁体部
５１ａが負極性の電位に帯電されることになる。

【００１３】即ち、絶縁体部５１ａにおいて、負イオン
ビーム５０′の照射以外に、外部から荷電粒子の供給が
ない場合、注入が開始されてから所定時間後には、注入
ビーム電流量と等しい電流量の２次電子（および２次イ
オン）が放出される状態となり、絶縁体部５１ａはある
電位で飽和するはずである。尚、ここでいう放出２次電
子とは、見かけ上のものであり、ビーム照射面から放出
された後に再び絶縁体部５１ａに戻る低エネルギーの２
次電子は含まれていない。しかしながら、実際には、上
記導電体部５１ｂから放出された２次電子が絶縁体部５
１ａに供給されることになるため、絶縁体部５１ａのリ
ーク抵抗が無視できるものとすると、注入量に対する表
面電位の変化は、図６に示すように、導電体部５１ｂは
常にアース電位であるが、絶縁体部５１ａは注入量の増
加に略比例して負にチャージアップすることになる（負
のチャージアップ現象）。

【００１４】上記導電体部５１ｂから放出された２次電
子が、過剰に絶縁体部５１ａに供給されると、絶縁体部
５１ａと導電体部５１ｂとの間の電界が強まり、負イオ
ン注入処理においても、絶縁体部５１ａの絶縁破壊に到
り、デバイス破壊が起きる可能性がある。

【００１５】本発明は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、正イオン注入装置よりもチャージアッ
プ現象が生じ難くデバイスの作成に有効な負イオン注入
装置において、チャージアップによるデバイス破壊を防
止することができる負イオン注入装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る負
イオン注入装置は、シリコンウェハ等のイオン照射対象
物を保持する保持部材を備え、該保持部材に保持された
イオン照射対象物に負イオンを照射してイオン照射対象
物内に負イオンを注入するものであって、上記課題を解
決するために、以下の手段を講じたことを特徴としてい
る。

【００１７】即ち、上記負イオン注入装置は、上記保持
部材が絶縁体からなる。

【００１８】また、請求項２の発明に係る負イオン注入
装置は、上記請求項１の発明の構成において、イオン照
射対象物における負イオンの照射面から放出される２次
電子を捕集して電流を計測する電流計測手段を備えてい
ることを特徴としている。

【００１９】

【作用】上記請求項１の発明の構成によれば、イオン照
射対象物は、絶縁性の保持部材に保持されて負イオンの
照射を受けることになる。即ち、負イオンの注入中は、
イオン照射対象物がフローティング状態となる。このた
め、負イオンの注入が開始されてから所定時間後には、
イオン照射対象物へ注入されるイオンの数とイオン照射
対象物から放出される２次電子の数が等しくなり、イオ
ン照射対象物の表面電位がある電位（数Ｖ）で飽和する
ことになり、チャージアップによるデバイス破壊は生じ
ることがない。

【００２０】また、上述のように、イオン照射対象物の
表面電位が飽和した状態では、放出２次電子の数と注入
負イオンの数とが等しくなるので、請求項２の発明の構
成のように、電流計測手段によってイオン照射対象物か
ら放出される２次電子を捕集して電流を計測することに
より、負イオン注入量を正確に計測することができ、正
確なイオン注入量の制御が可能となる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例を、図１ないし図３に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。

【００２２】本実施例に係る負イオン注入装置は、基本
的には、プラズマチャンバ内で負イオンを生成し、電界
によりチャンバ内から真空中に負イオンを引き出して負
イオンビームを形成する負イオン源部、所定の注入イオ
ンのみを選別して取り出す質量分析部、ビームを輸送す
る中で必要によりイオンを加速し、また、ビームを整形
・偏向するビームライン部、および注入処理を行う注入
ステーションとから構成され、これら各部における負イ
オンビームの通過経路は高真空となっている。

【００２３】本実施例では、上記負イオン注入装置をシ
リコンＬＳＩの製造に用いた例について説明する。

【００２４】負イオン注入装置の上記注入ステーション
には、図１に示すように、イオン照射対象物としてのシ
リコンウェハ１を円周上に複数枚装着することができる
回転ディスク３が設けられている。この回転ディスク３
は、図示しないディスク駆動機構に駆動されて、定速で
回転しながら往復並進移動するようになっており、これ
により、回転ディスク３上にセットされた全てのシリコ
ンウェハ１の表面に、略均一に負イオンビームが照射さ
れる。

【００２５】上記回転ディスク３は、基本的には、金属
製のディスク本体３ａと、このディスク本体３ａの周端
部付近に設けられてシリコンウェハ１を保持する保持部
材３ｂとから構成されている。上記保持部材３ｂは絶縁
体からなり、よって、シリコンウェハ１が上記回転ディ
スク３の保持部材３ｂに保持されることにより、該シリ
コンウェハ１はフローティング状態となる。

【００２６】上記回転ディスク３のビーム進行方向の上
流側には、負イオンビーム２の通過経路を囲むようにし
て円筒状の金属製ファラデーカップ４が配設されてい
る。このファラデーカップ４は、シリコンウェハ１の負
イオンビーム２の照射面から放出される２次電子を捕集
するためのものである。このファラデーカップ４のビー
ム入射開口部付近には、サプレッサ電源５より負の電圧
が印加されたサプレッサ電極６が設けられ、ファラデー
カップ４からの２次電子の流出が抑制されている。

【００２７】また、上記サプレッサ電極６のビーム進行
方向の上流側には、負イオンビーム２をファラデーカッ
プ４へ入射させるためのビーム通過孔７ａを有するマス
ク部材７が設けられている。

【００２８】また、上記回転ディスク３の後方（ビーム
下流側）には、回転ディスク３が負イオンビーム２の通
過経路より退いた際に、負イオンビーム２をキャッチす
るキャッチプレート８が設けられている。また、ビーム
照射面から放出された２次電子が上記ファラデーカップ
４とキャッチプレート８との隙間から、逃げ出さないよ
うに、両者４・８間に形成される隙間部には、アブソー
バ電源９より負の電圧が印加されたアブソーバ電極１０
・１０が設けられている。

【００２９】また、上記回転ディスク３のディスク本体
３ａ、ファラデーカップ４およびキャッチプレート８
は、電流計測のために接地されており、これら３ａ・４
・８と接地部との間に設けられた電流計測装置１１によ
って、これら３ａ・４・８に流れる電流が計測されるよ
うになっている。

【００３０】また、上記負イオン注入装置は、上記電流
計測装置１１により計測される電流値に基づいて、イオ
ン注入量の制御を行う注入コントローラ（図示せず）を
備えている。

【００３１】上記の構成において、負イオン注入装置の
動作を以下に説明する。

【００３２】先ず、回転ディスク３の保持部材３ｂにシ
リコンウェハ１…がセットされた後、該回転ディスク３
がディスク駆動機構に駆動されて、定速で回転しながら
往復並進移動する。

【００３３】一方、負イオン源から引き出された複数種
類の負イオンからなるビームが、質量分析器によって質
量分析されることによって、特定の負イオン（例えばＣ
^-）からなるビームが形成されることになる。そして、
この負イオンビーム２は、必要により加速、整形、偏向
等の処理が行われた後、マスク部材７のビーム通過孔７
ａを通過してファラデーカップ４内に入射し、上記回転
ディスク３の保持部材３ｂに保持されたシリコンウェハ
１…に照射されることになる。

【００３４】上記負イオンの注入にともなって、シリコ
ンウェハ１のビーム照射面からは、２次電子が飛び出す
ことになる。この２次電子の放出エネルギー分布は、図
３のように表される。注入前のシリコンウェハ１の表面
電位が略０Ｖであるとすると、注入開始直後において
は、シリコンウェハ１のビーム照射面から飛び出した２
次電子は、放出エネルギーに関わらず、その殆どがシリ
コンウェハ１の表面に戻ることなく放出されることにな
るため、負イオン注入による２次電子の放出比（入射イ
オン１個当たりの放出２次電子数）γは、１以上とな
る。本実施例の場合、シリコンウェハ１は、絶縁体から
なる保持部材３ｂに保持されることによって、ウェハ全
体がフローティング状態となっているため、シリコンウ
ェハ１の表面部を形成するポリシリコン膜等の絶縁体部
１ａおよび導電体部１ｂは、注入開始直後においては注
入量の増加に伴って、正極性に帯電して行く。

【００３５】上記のようにして、シリコンウェハ１の絶
縁体部１ａおよび導電体部１ｂの正極性の帯電電位が上
昇するに伴い、ビーム照射面から飛び出した２次電子の
内の放出エネルギーの低いものは、絶縁体部１ａおよび
導電体部１ｂに引き戻されることになり、２次電子の放
出比γは徐々に低下する。

【００３６】そして、負イオンの注入が開始されてから
所定時間後には、２次電子の放出比γが１になり（即
ち、入射イオンの数と放出２次電子の数が等しくな
り）、絶縁体部１ａおよび導電体部１ｂの表面電位が飽
和する。即ち、図３のエネルギー分布曲線において、高
エネルギー側から低エネルギー側へ積分したときの積分
値（図中の斜線部分の積分値）が１になるときの積分限
界の下端Ｅ₁（ｅＶ）よりも低いエネルギーの２次電子
は、ビーム照射面から飛び出しても再び放出面に戻り、
見かけ上、上記Ｅ₁（ｅＶ）以上のエネルギーの２次電
子だけがビーム照射面から放出される平衡状態となる。

【００３７】したがって、絶縁体部１ａのリーク抵抗が
無視できるものとすると、負イオンの注入量に対する絶
縁体部１ａおよび導電体部１ｂの表面電位の変化は、図
２に示す通りとなる。

【００３８】上記のように、シリコンウェハ１の表面
は、絶縁体部１ａおよび導電体部１ｂ共にある電位（数
Ｖ）で飽和するため、チャージアップによるデバイス破
壊は生じることがない。そして、表面電位が飽和した状
態では、シリコンウェハ１の表面から放出される２次電
子の数は、注入された負イオンの数と等しくなる。した
がって、このシリコンウェハ１の表面から放出される２
次電子を捕らえ集めて電流量を計測することにより、負
イオン注入量を計測することができる。

【００３９】本実施例の場合、上記シリコンウェハ１の
表面から放出される２次電子は、ファラデーカップ４に
おいて集められ、該ファラデーカップ４と接地部との間
に設けられた電流計測装置１１によって電流量が計測さ
れる。上記ファラデーカップ４および電流計測装置１１
によって、特許請求の範囲の請求項２に記載の電流計測
手段が構成されている。

【００４０】尚、オーバスキャン時には、回転ディスク
３のディスク本体３ａにも負イオンビーム２が照射され
るが、上記電流計測装置１１は、上記ディスク本体３ａ
にも接続されており、オーバスキャン時にもビーム電流
量の計測が行われる。そして、上記電流計測装置１１に
よる計測値は、図示しない注入コントローラに取り込ま
れ、該注入コントローラによってイオン注入量の制御が
なされる。

【００４１】以上のように、本実施例の負イオン注入装
置は、イオン照射対象物としてのシリコンウェハ１を保
持する保持部材３ｂが絶縁体からなる構成である。これ
により、シリコンウェハ１全体がフローティング状態と
なり、負イオンの注入が開始されてから所定時間後に
は、シリコンウェハ１の表面部を形成する絶縁体部１ａ
および導電体部１ｂは、ともにある電位（数Ｖ）で飽和
することになり、チャージアップによるデバイス破壊は
生じることがない。

【００４２】また、本実施例の負イオン注入装置は、上
記のように保持部材３ｂが絶縁体からなると共に、シリ
コンウェハ１における負イオンの照射面から放出される
２次電子を捕集するファラデーカップ４と、該ファラデ
ーカップ４で捕集される２次電子の電流を計測する電流
計測装置１１とからなる電流計測手段を備えている構成
である。上記のように、シリコンウェハ１の表面電位が
飽和した状態では、シリコンウェハ１の表面から放出さ
れる２次電子の数は、注入された負イオンの数と等しく
なるため、上記電流計測装置１１によって計測される電
流値から負イオン注入量を正確に計測することができ、
したがって、正確なイオン注入量の制御が可能となる。

【００４３】尚、本実施例では、シリコンウェハ１に負
イオンを注入する例を挙げて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、如何なるイオン照射対象物に負イオ
ンを注入する場合でも、上記のようにチャージアップの
防止が図れると共に、ドーズ量の計測が可能である。

【００４４】上記の実施例は、あくまでも、本発明の技
術内容を明らかにするものであって、そのような具体例
にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本
発明の精神と特許請求事項の範囲内で、いろいろと変更
して実施することができるものである。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明に係る負イオン注入装置
は、以上のように、イオン照射対象物を保持する保持部
材が絶縁体からなる構成である。

【００４６】それゆえ、負イオンの注入が開始されてか
ら所定時間後には、イオン照射対象物へ注入されるイオ
ンの数とイオン照射対象物から放出される２次電子の数
が等しくなり、イオン照射対象物の表面電位がある電位
（数Ｖ）で飽和することになり、チャージアップによる
デバイス破壊を防止できるという効果を奏する。

【００４７】また、請求項２の発明に係る負イオン注入
装置は、以上のように、上記請求項１の発明の構成にお
いて、イオン照射対象物における負イオンの照射面から
放出される２次電子を捕集して電流を計測する電流計測
手段を備えている構成である。

【００４８】それゆえ、上記請求項１の発明の効果に加
えて、負イオンの照射面から放出される２次電子の電流
の計測により正確なビーム電流が得られ、したがって、
負イオンの注入量を正確に計測することができるので、
正確なイオン注入量の制御を可能にするという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであり、負イオン
注入装置における注入ステーションの要部を示す概略の
横断面図である。

【図２】上記負イオン注入装置により負イオン注入を行
った際の負イオンの注入量に対するシリコンウェハ表面
の絶縁体部および導電体部の表面電位の変化を示す説明
図である。

【図３】２次電子の放出エネルギー分布を示す説明図で
ある。

【図４】ＬＳＩ製造の際のシリコンウェハへのイオン注
入を説明するためのものであり、従来のイオン注入装置
における注入ステーションの要部を示す概略の横断面図
である。

【図５】上記イオン注入装置により正イオン注入を行っ
た際の正イオンの注入量に対するシリコンウェハ表面の
絶縁体部および導電体部の表面電位の変化を示す説明図
である。

【図６】上記イオン注入装置により負イオン注入を行っ
た際の負イオンの注入量に対するシリコンウェハ表面の
絶縁体部および導電体部の表面電位の変化を示す説明図
である。

【図７】ＴＦＴ液晶表示板作成の際のガラス基板への正
イオン注入を説明するためのものであり、従来のイオン
注入装置における注入ステーションの要部を示す概略の
横断面図である。

【図８】上記イオン注入装置により正イオン注入を行っ
た際の正イオンの注入量に対するガラス基板表面の絶縁
体部および導電体部の表面電位の変化を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１シリコンウェハ（イオン照射対象物）１ａ絶縁体部１ｂ導電体部２負イオンビーム３回転ディスク３ａディスク本体３ｂ保持部材４ファラデーカップ（電流計測手段）１１電流計測装置（電流計測手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン照射対象物を保持する保持部材を備
え、該保持部材に保持されたイオン照射対象物に負イオ
ンを照射してイオン照射対象物内に負イオンを注入する
負イオン注入装置であって、上記保持部材が絶縁体からなることを特徴とする負イオ
ン注入装置。
【請求項２】イオン照射対象物を保持する保持部材を備
え、該保持部材に保持されたイオン照射対象物に負イオ
ンを照射してイオン照射対象物内に負イオンを注入する
負イオン注入装置であって、上記保持部材が絶縁体からなると共に、イオン照射対象物における負イオンの照射面から放出さ
れる２次電子を捕集して電流を計測する電流計測手段を
備えていることを特徴とする負イオン注入装置。