JPH0630237B2 - イオン打込み装置 - Google Patents

イオン打込み装置

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JPH0630237B2
JPH0630237B2 JP59187900A JP18790084A JPH0630237B2 JP H0630237 B2 JPH0630237 B2 JP H0630237B2 JP 59187900 A JP59187900 A JP 59187900A JP 18790084 A JP18790084 A JP 18790084A JP H0630237 B2 JPH0630237 B2 JP H0630237B2
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KHANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00Irradiation devices
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は,半導体素子製造時に使用されるイオン打込み
装置に係り,特に、イオン打込みが行なわれる試料ウェ
ーハが大口径のシリコンウェーハである時,打込み時間
の短縮化と処理枚数の増大化とを可能とすることを図っ
たイオン打込み装置に関する。
〔発明の背景〕
半導体素子製造プロセスの分野では,バイポーラトラン
ジスタのエミッタ・ベース形成あるいはMOSトランジス
タのソース・ドレイン形成に燐,硼素,ヒ素等の不純物
イオンをシリコンウェーハに打込むイオン打込み法が使
われている。第4図は,現在,生産ラインで使用されて
いる大電流イオン打込み装置の打込み室を示す図である
〔“Semiconductor World,1982,8,P43参照〕。現
在,常用されているウェーハ径は4インチ(100mm)あ
るいは5インチ(125mm)である。このようなウェーハ
2を,半導体プロセスラインの単位である25枚を1パッ
チとして,回転する円板1の表面上に装着する。この円
板1を静止イオンビーム3に対して回転させながら,半
径方向に機械的に動かし,全ウェーハに均一にイオン打
込みする。
ところで,半導体製造プロセスでは,ウェーハ口径は大
口径化する方向にあり,近い将来は6〜10インチ径のも
のが採用されると予想される。このような大口径ウェー
ハを第4図に示した従来例のイオン打込み室に装着する
と,装着枚数は数枚程度になってしまう。回転円板1を
大きくして装着枚数を増加させる工夫も考えられるが,
イオン打込み室が巨大化し,実用的でない。実用上の円
板寸法は直径が1m程度である。
さて,第4図の従来装置では,ウェーハ交換は一般に打
込み室を大気化して行なう。交換後の真空引き操作を含
めて1回当りの交換所要時間は最も短かくても数分〜10
分程度であるから,大口径ウェーハに対しては得られる
処理枚数が,高々,数10枚/時となる。イオンビーム電
流を増やしても,ウェーハ交換,真空引き時間の方が打
込み時間より長くなり,これらの所要時間で処理枚数が
制限される。このため,大口径ウェーハでは,処理枚数
を増加する工夫として,真空引き及びウェーハ交換操作
の所要時間を短縮できる打込み法が採用されている。例
えば,イオンビームを磁場によって一軸方向に走査し,
これに直角な方向にウェーハを機械的に直進運動させる
方法である。
この場合,ウェーハは一枚ずつ真空中の打込み室に導入
すれば良い。大気中にあるウェーハを真空中に供給する
機械装置としては,10秒に一枚ぐらいの割合の供給能力
を持つものが既にある。従って,大口径ウェーハでも,
イオンビーム電流さえ多ければ,360枚/時程度の処理
能力が可能となる。しかしながら,上記のような従来の
磁場走査法では,ウェーハが大口径化するに伴って,ウ
ェーハ以外の領域を無駄にイオン打込みを行なって,無
駄面積が多くなるという問題があった。
第5図は従来の磁場走査による均一打込み法を説明する
図である。イオンビーム3は,第5図(a)に矢印で示す
ように,N極,S極の磁場によって一軸方向に走査され
る。ウェーハ2は,例えば上から下に,機械的に移動す
る。通常,イオンビームの振れ幅は固定であり,ウェー
ハ2の機械的移動速度も一定である。この機械的移動速
度の値は,イオンビーム電流の大小,イオン打込み量の
大小によって決められる。しかし,このような従来法で
は,第5図(b)の斜線部にもイオン打込みが行なわれて
しまい,打込み面積に無駄が多かった。特にウェーハ口
径が大きくなると,たの無駄面積が大きくなる。なお,
この種の磁場形ビーム走査器によるイオン打込み装置に
関連するものとして,例えば実開昭57−182864号公報,
実開昭58−79948号公報等が挙げられる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は,従来技術での上記した問題を解決し,
無駄打ち面積を減らし、ウェーハの大口径化に応じて高
速,高効率とすることのできる均一イオン打込み装置を
提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために,本発明においては,ビーム
走査によるビーム照射領域が試料ウェーハの形状と一致
するようにビーム走査幅を制御するビーム走査幅制御手
段と,試料ウェーハ上のイオン打込み量を均一にするよ
うに上記ビーム走査幅に応じて試料基板の駆動速度を制
御する基板速度制御手段とを設ける構成とする。
具体的には,試料ウェーハのビームに対する位置を検知
する検知器を設け,検知された位置信号に応じてビーム
の走査幅を,磁場強度を変化させることによって変える
ものである。また,走査幅が変わると,イオン打込み電
流が一定であっても,試料ウェーハに流入する平均電流
密度が変わるので,試料基板の機械的駆動速度も同時に
変化させて,イオン打込み量が試料ウェーハ上で均一に
なるようにするものである。
〔発明の実施例〕
以下,本発明の一実施例を第1図〜第3図により説明す
る。第1図は実施例装置の構成図で,2は試料ウェー
ハ,3はイオンビーム,4は磁性材料で形成される磁
路,5は励磁コイル,6はラインセンサ,7は回転モー
タ,8はモータ駆動源,9は信号変換器,10はコイル励
磁源を示す。回転モータ7によって直進駆動される試料
ウェーハの途中にラインセンサ6が取付けられる。その
取付け位置としては,このラインセンサ6と試料ウェー
ハとの位置関係が,イオンビームと試料ウェーハとの位
置関係と相対的に同じになるように選ばれる。即ち,イ
オンビームが試料ウェーハ中心を通る位置を走査してい
る時,ラインセンサも試料ウェーハ中心を通るように配
置する。ラインセンサ6の詳細とその電気信号出力を第
2図に示す。ラインセンサ6は,小口径の発光素子6″
と,それぞれに対応する受光素子6′とを横に一列に並
べる構成となっている。xは,試料ウェーハ2が横方向
において発光素子6″を遮へいする距離であり,このx
に応じて,第2図に示す電圧信号が得られる。電圧信号
出力の現われない距離xは,試料ウェーハの移動に伴っ
て変化する。本実施例においては,この距離xを電気信
号に変換する信号変換器9が設けられる。この信号変換
器9からの信号をコイル励磁源10に帰還し,試料ウェー
ハ面上でのビームの振れ幅がxとなるように,三角波磁
場の強度を制御する。本実施例では,磁場強度を,励磁
コイル5に流す励磁電流で変えている。
さらに,ビームの走査幅が変わると,試料ウェーハの単
位面積に流入する電流が変わる。このため試料ウェーハ
を機械的に一定速度で直進駆動させると,直進駆動方向
でイオン打込み量のばらつきが大きくなる。従って,走
査幅xに逆比例して,直進駆動の速度を変える必要があ
る。本実施例では,直進駆動用のモータ7の駆動源とな
っているモータ駆動源8に,信号変換器9からの信号を
入力して,速度制御を行なっている。即ち,本実施例で
は,試料ウェーハ幅に対応する電気信号を得る信号変換
9と,ビーム走査によるビーム照射を上記試料ウェーハ
幅と一致させるように励磁コイル5に流す励磁電流を制
御するコイル励磁源10とでビーム走査幅制御系を構成し
ており,信号変換器9と,モータ駆動源8及びこれによ
って駆動されるモータ7とで,試料基板の速度制御系が
構成されている。本実施例装置を実施した時の,試料ウ
ェーハ2に対するビーム照射領域を,第3図斜線で示し
た。第3図の破線の円は,ビームを試料ウェーハの外周
よりやや大きく走査させ、ウェーハ円周部での打込み量
を確保するための,オーバスキャン領域に対応する。試
料ウェーハ最上部A点の打込みが終わり,次の試料ウェ
ーハの最下点Bがビーム照射される間の機械的な直進駆
動速度は一定とし,その値は,A点照射時の直進駆動速
度とした。
具体的な数値例を挙げると,磁場4及び励磁コイル5に
おいて,周波数約8Hzの三角波波形の磁場を発生し,P+
(燐)ビームを使って,打込みを行なった結果,5イン
チ径以上の試料ウェーハの処理枚数が,20%以上も改善
されることが確認された。
〔発明の効果〕
本発明によれば,大口径ウェーハを磁場によるビーム走
査で均一にイオン打込みを行なう装置において,ビーム
照射領域をウェーハ部分に限定できることから,無駄打
ち面積が減り,処理枚数の改善に著しい効果を発揮す
る。
なお,前述実施例では,均一打込みのために試料基板の
駆動速度を変えるように制御するとして説明したが,こ
の駆動速度を一定にし,打込み電流を変えても同様に均
一打込みが可能であることは明らかである。また,ウェ
ーハが装着された試料基板全体を動かすベルトあるいは
チェーンの速度は一定にし,ビームに照射される位置で
ウェーハのみを,上記ベルト,チェーンに対し,基板進
行方向に動かす構成でも,同等の効果が得られることは
明らかである。さらに,前述実施例では,ラインセンサ
を用いてウェーハ位置を検知し,ビーム走査幅と試料基
板駆動速度を制御するとしたが,実施例構成に限定され
ず,ウェーハの位置を1個の発光素子と受光素子で検知
して制御開始信号とし,以後のビーム走査幅と基板速度
制御を,マイクロコンピュータに予め組込まれたプログ
ラムに沿って制御する構成としても,同等の効果が得ら
れることは明らかである。なお,実施例では,試料ウェ
ーハは円形として説明したが,本発明は,円形以外の形
状のウェーハにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例構成図,第2図は第1図中の
ラインセンサの詳細図と出力信号の一例を示す図,第3
図は第1図による打込み実施時のビーム照射領域を示す
図,第4図は従来装置の説明図,第5図は従来の磁場走
査による均一打込み法の説明図で(a)は磁場走査の,(b)
は従来法採用時の無駄面積の,説明図である。 <符号の説明> 1……回転円板、2……試料ウェーハ 3……イオンビーム、4……磁路 5……励起コイル、6……ラインセンサ 6′……受光素子、6″……発光素子 7……回転モータ、8……モータ駆動源 9……信号変換器、10……コイル励磁源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 英巳 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−190023(JP,A) 特開 昭52−149981(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオンビームを磁場形ビーム走査器により
    一軸方向に走査し,試料ウェーハの多数枚が一列に装着
    された試料基板を上記走査方向と直角な方向に直進駆動
    して各試料ウェーハ上に均一にイオン打込みを行なうイ
    オン打込み装置において,上記ビーム走査によるビーム
    走査領域が試料ウェーハの形状と一致するようにビーム
    走査幅を制御するビーム走査幅制御手段と,上記ビーム
    走査幅に応じて試料基板速度を制御して試料ウェーハ上
    のイオン打込み量を均一化する試料基板速度制御手段と
    を備えたことを特徴とするイオン打込み装置。
  2. 【請求項2】前記ビーム走査幅制御手段が,イオン打込
    み中の試料ウェーハの前記一軸方向での幅を検知する検
    知器と,検知されたウェーハ幅に応じて前記磁場形ビー
    ム走査器の磁場強度を変化させてビーム走査幅を変える
    制御手段とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のイオン打込み装置。
  3. 【請求項3】前記試料基板速度制御手段が,前記検知さ
    れた試料ウェーハ幅に逆比例させて試料基板速度を変化
    させる速度制御手段であることを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載のイオン打込み装置。
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