JPH1040856A

JPH1040856A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH1040856A
Application number: JP8196645A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Naito; 勝男内藤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1998-02-13
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JP3430806B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ディスク３上に載置される半導体ウェハにイ
オンビーム１を照射するイオン注入装置において、ビー
ム電流密度およびチャージ電位を、実際にイオンビーム
１の照射を行いつつ、簡単な構成で、かつ簡単な作業で
測定可能とする。【解決手段】前記イオンビーム１に略垂直な支持板６
上にマトリクス配列される各ビームコレクタ７からの出
力を、ビーム電流測定回路２１に入力してビーム電流密
度の測定を行うとともに、切換スイッチ１１を設け、こ
の切換スイッチ１１を切換えることによって、前記各ビ
ームコレクタ７の出力を高抵抗２０に与え、その端子電
圧をチャージ電圧測定回路２２によって測定する。こう
して、高抵抗２０に接続される各ビームコレクタ７はフ
ローティング状態となって、ＭＯＳ型半導体におけるゲ
ート電極と電気的に等価となり、チャージアップ現象を
擬似的に再現して、チャージ電位を測定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造工程
などで用いられるイオン注入装置に関し、特にイオン注
入によって発生する電荷集積、すなわちチャージアップ
を考慮したイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの集積度の向上に従っ
て、ＭＯＳ構造におけるゲート酸化膜などの絶縁膜が薄
くなって、その静電耐圧は低くなってきている。これに
対して、生産性の向上の観点から、ウェハサイズは拡大
し、これに従って、ビーム電流値が大きくなっている。
したがって、前記チャージアップによって前記絶縁膜の
静電破壊が生じ、歩留りが低下するという問題がある。

【０００３】このような不具合を防止するために、典型
的な従来技術では、イオンビームの照射にあたって、前
記ウェハなどのターゲットを搭載するディスクをイオン
ビームの経路上から退避させ、代わって、そのイオンビ
ームの経路上で、該経路と直交する平面上に多数マトリ
クス配列したビームコレクタによってビーム電流値を検
出し、その検出結果を棒グラフ表示やドット表示するこ
とによってビーム形状を表示するようにしたビームプロ
ファイルモニタが実用化されている。このビームプロフ
ァイルモニタによってモニタしながら、所定の径に集束
されているイオンビームにおいて、局所的にビーム電流
密度が上昇しないように制御することによって、前記チ
ャージアップによる静電破壊が防止されている。

【０００４】また、前記チャージアップを低減するため
の効果的な手法として、ターゲットに対して電子シャワ
ーやプラズマシャワーの照射が従来から行われており、
さらに前記ビームプロファイルモニタに、これらの電子
シャワーやプラズマシャワーを併用するようにした構成
も用いられている。

【０００５】さらにまた、実際に前記絶縁膜上の電極の
電位を検知して、その電位の上昇からチャージアップを
検知するようにした構成も提案されている。この構成で
は、擬似的に前記絶縁膜および電極を形成したウェハを
前記ディスク上に搭載し、このウェハにイオンビームを
照射した後、その照射位置から変位させて、前記電極に
プローブを接触し、電位上昇を測定することによってチ
ャージアップを検知している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記ビームプロファイ
ルモニタを用いる構成では、実際にウェハ電位を測定し
ておらず、またウェハ電位を測定する構成でも、実際に
イオンビームを照射した状態で測定することができない
という問題がある。また、これらの構成を併用しようと
しても、構造が複雑になり、コストアップを招くととも
に、測定に時間がかかるという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、ターゲットのチャージ電
位の測定を、簡単な構造で、かつ簡単な作業で行うこと
ができるイオン注入装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るイ
オン注入装置は、ターゲットへ照射されるべきイオンビ
ームと交差する平面上に多数配列される各ビームコレク
タと、前記各ビームコレクタによって検出されたビーム
電流値をそれぞれ測定する電流測定手段と、前記各ビー
ムコレクタと電流測定手段との間に介在される切換スイ
ッチと、前記切換スイッチによってビームコレクタの出
力が与えられる高抵抗と、前記高抵抗の端子電圧を測定
する電圧測定手段とを含むことを特徴とする。

【０００９】上記の構成によれば、いわゆるビームプロ
ファイルモニタの構成に、切換スイッチと、高抵抗と、
電圧測定手段とを設けている。前記ビームプロファイル
モニタは、たとえばマトリスク状に多数配列される各ビ
ームコレクタによるビーム電流値の検出結果を用いて、
たとえば各ビームコレクタのうち、任意の一直線上のビ
ームコレクタの測定結果を棒グラフ状に表示することに
よって、ビーム電流密度を測定することができるように
するものである。

【００１０】前記切換スイッチを電流測定手段側に導通
すると、上述のようにビームプロファイルを測定するこ
とができる。これに対して、電圧測定手段側に切換える
と、ビームコレクタは高抵抗に接続されることになり、
したがってＭＯＳ構造のゲート電極などのように絶縁膜
上に形成された電極を擬似的に再現している。したがっ
て、該高抵抗の端子電圧はビーム電流値に対応して上昇
してゆき、こうしてチャージアップ現象を擬似的に再現
することができる。この高抵抗の端子電圧、すなわちチ
ャージ電位は、電圧測定手段によって測定することがで
きる。

【００１１】したがって、イオンビームを照射しながら
チャージ電位を測定することができ、精度の高い測定を
行うことができる。また、既存のビームプロファイルモ
ニタの構成に、前記切換スイッチ、高抵抗および電圧測
定手段を追加するだけでチャージ電位を測定することが
でき、簡単な構造で、かつ切換スイッチを切換えるだけ
の簡単な作業で、チャージ電位を測定することができ
る。

【００１２】また、請求項２の発明に係るイオン注入装
置は、前記電流測定手段および電圧測定手段の測定結果
から、ビーム電流の強度分布およびチャージ電位の分布
を表示することができる表示手段を有することを特徴と
する。

【００１３】上記の構成によれば、陰極線管等の表示手
段によって、ビームプロファイルモニタによるビーム電
流の強度分布表示と同様に、チャージ電位の分布も表示
することができる。

【００１４】さらにまた、請求項３の発明に係るイオン
注入装置は、前記ターゲットへ電子を照射することがで
きる電子源と、前記電圧測定手段の測定結果に応答し
て、前記電子源で発生される電子の量を制御する電子源
制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】上記の構成によれば、プラズマ電子源や電
子シャワー源などの、前記チャージアップによる電位上
昇を打消すことができる電子を照射するための電子源
を、電圧測定手段によって測定されたチャージ電位の測
定結果に対応して、電子源制御手段によって制御する。

【００１６】したがって、前記チャージアップによる電
位上昇を打消すことができる量の電子を、自動的に照射
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとりである。

【００１８】図１は、本発明の実施の一形態のイオン注
入装置の測定系の構成を示す図である。イオン源から引
出されたイオンビーム１は、質量分析器および加速管等
を介して、ターゲットチャンバ（図示せず）内のファラ
デーケージ２内に導入される。このファラデーケージ２
の前面には、マスク１５およびサプレッサ１６が介在さ
れており、このファラデーケージ２内の前記イオンビー
ム１の経路上には、ウェハを載置することができるディ
スク３が設置されている。また、このファラデーケージ
２内には、前記イオンビーム１の照射によって生じるチ
ャージアップによる電位上昇を打消すために、電子を照
射することができるプラズマ電子源（以下ＰＦＧとい
う）４が設けられている。

【００１９】さらにまた、このファラデーケージ２内に
おいて、前記ディスク３の背後側には、プロファイラー
５が設けられている。このプロファイラー５は、前記ウ
ェハへのイオンビーム１の照射にあたって、後述するよ
うにして、ビームプロファイルおよびチャージ電位を測
定するために用いられ、測定時にはディスク３が前記経
路上から退避して、前記イオンビーム１およびＰＦＧ４
からのプラズマシャワー照射によるビーム電流値および
チャージ電位の測定が可能となる。

【００２０】前記プロファイラー５は、前記イオンビー
ム１とほぼ垂直に配置される電気絶縁性の支持板６上に
おいて、たとえば１７×１７のマトリクス状に配列され
る多数のビームコレクタ７と、それらのビームコレクタ
７の前面に配置されるサプレッサ８およびフロントグリ
ッド９とを備えて構成されている。ビームコレクタ７
は、前記マスク１５およびサプレッサ１６ならびにサプ
レッサ８およびフロントグリッド９に形成された透孔を
透過した前記イオンビーム１および電子を捕捉する。

【００２１】前記各ビームコレクタ７からの出力は、フ
ィードスルー１０を介してターゲットチャンバ外へ取出
され、前記各ビームコレクタ７毎に個別的に対応して設
けられている切換スイッチ１１に入力される。各切換ス
イッチ１１は、前記ビームコレクタ７に接続される共通
接点１１ａと、２つの個別接点１１ｂ，１１ｃとを備え
て構成されている。前記ビームコレクタ７からの出力
は、この切換スイッチ１１が個別接点１１ｂ側に導通さ
れるとビーム電流測定回路２１に入力され、個別接点１
１ｃ側に導通されるとチャージ電圧測定回路２２に入力
される。

【００２２】ビーム電流測定回路２１は、前記各切換ス
イッチ１１を介するビームコレクタ７からの出力を、順
次的に切換えて出力するマルチプレクサ２３と、前記マ
ルチプレクサ２３からの出力レベルを測定する電流測定
回路２４と、前記電流測定回路２４による測定結果Ｉｂ
と予め定める閾値電流Ｉｔｈとを比較する判定回路２５
とを備えて構成されている。前記電流測定回路２４の測
定結果は、図示しない前記イオン源や質量分析器などを
制御する注入制御装置２６へ、表示信号として入力され
る。また、判定回路２５は、前記測定結果Ｉｂが閾値電
流Ｉｔｈより小さいときには注入制御装置２６へ正常確
認信号を出力し、前記閾値電流Ｉｔｈ以上となると異常
警告信号を出力する。

【００２３】注入制御装置２６には、キーボード２７や
表示装置２８などのマンマシンインタフェイスが関連し
て設けられており、表示装置２８によって、前記表示信
号、正常確認信号および異常警告信号に対応した表示が
行われる。

【００２４】一方、本発明で注目すべきは、前記各ビー
ムコレクタ７に個別的に対応した高抵抗２０が設けられ
ており、切換スイッチ１１を介する各ビームコレクタ７
からの出力はまた、この高抵抗２０の一端に与えられる
ことである。高抵抗２０の他端は、ディスク電位とされ
ている。この高抵抗２０の抵抗値は、ビームコレクタ７
がフローティング状態であるとみなすことができる抵抗
値、たとえば１０ＭΩ以上で、かつ後述する電圧測定回
路３４の入力インピーダンスよりもあまり高くない値に
選ばれる。したがって各ビームコレクタ７は、ＭＯＳ型
半導体におけるゲート電極などのような絶縁膜上に形成
された電極と電気的に等価となり、高抵抗２０の端子電
圧は、前記電極のチャージ電位を表すことができる。

【００２５】高抵抗２０の前記端子電圧は、チャージ電
圧測定回路２２のマルチプレクサ３３によって順次的に
取込まれて電圧測定回路３４に入力され、この電圧測定
回路３４の測定結果Ｖｆは、判定回路３５に入力される
とともに、表示信号として前記注入制御装置２６に入力
される。判定回路３５は、電圧測定回路３４の測定結果
Ｖｆと、予め定める閾値電位Ｖｔｈとを比較し、閾値電
位Ｖｔｈ未満であるときには、チャージアップが発生し
ていないか、または発生していても前記絶縁破壊の生じ
るおそれがないと判定して、正常確認信号を前記注入制
御装置２６へ出力し、閾値電位Ｖｔｈ以上となると、チ
ャージアップが発生しているものと判定して、異常警告
信号を注入制御装置２６へ出力する。

【００２６】注入制御装置２６は、前記各判定回路２
５，３５から正常確認信号が入力されているときには、
ターゲットへのイオンビーム１の照射を可能とし、異常
警告信号が入力されているときには、前記照射を禁止す
るインタロック動作を行う。

【００２７】上述のように構成されるプロファイラー５
を用いる測定系の測定結果の表示装置２８における表示
例は、図２で示すようになる。この表示例は、ビーム電
流測定回路２１による測定結果を示している。表示領域
α１には、イオン源からのビーム電流レベルが表示され
ている。また、表示領域α２には、各ビームコレクタ７
で測定されたビーム電流密度が表示されており、各ビー
ムコレクタ７に対応して平面配置されたドットが、検知
結果の電流密度にそれぞれ対応した濃淡で示されてい
る。さらにまた、表示領域α３，α４には、マトリクス
配列されている前記ビームコレクタ７のうち、所定のｘ
軸線上、およびｙ軸線上のビームコレクタの測定結果が
棒グラフ表示されている。なお、前記表示領域α２にお
いて、前記ｘ軸線およびｙ軸線は、それぞれ参照符α２
ｘ，α２ｙで示されている。

【００２８】さらにまた、前記電圧測定回路３４の測定
結果は、ＰＦＧ制御回路３６に与えられており、このＰ
ＦＧ制御回路３６は、電圧測定回路３４からのチャージ
電位の測定結果と、注入制御装置２６を介して、キーボ
ード２７から入力されたプラズマ電流の設定値とに対応
して、前記ＰＦＧ４を制御する。ＰＦＧ４は、たとえば
図３で示すようにして構成されている。

【００２９】図３は、ＰＦＧ４の一構成例を模式的に示
す図である。この図３の例は、Ｄｕｏｐｌａｓｍａｔｒ
ｏｎ型と呼ばれる装置である。プラズマチャンバ４１に
は、Ｘｅなどのガスが導入され、このガスは、フィラメ
ント４２とアノード４３との間に印加されたアーク電源
４４の電圧Ｖ_ARCによるアーク放電によってプラズマ化
される。こうして生成されたプラズマは、アノード室４
５で拡散されて、その電子温度が低下される。なお、プ
ラズマチャンバ４１によって構成される中間電極には、
前記電圧Ｖ_ARCが抵抗Ｒで降下されて与えられており、
また、フィラメント４２とファラデー箱４６との間に
は、前記電圧Ｖ_ARCより低い電圧Ｖｄが電源４７によっ
て印加されている。

【００３０】こうして、フィラメント４２、中間電極−
アノード４３−ファラデー箱４６の各電位が、ＤｕｏＰ
ＩＧａｔｒｏｎ型配位となるように設定され、プラズマ
照射によってウェハ電位が低下しすぎないような低いエ
ネルギの電子がイオンビーム１に取込まれる。ＰＦＧ制
御回路３６は、前記注入制御装置２６からのプラズマ電
流の設定信号および電圧測定回路３４からの測定結果に
対応して、適正なデフレクタ電流およびアーク電流を演
算し直し、その値となるようにＰＦＧ４を制御する。

【００３１】以上のように構成されたイオン注入装置で
は、プロファイラー５およびビーム電流測定回路２１か
ら成るビームプロファイルモニタの構成に、切換スイッ
チ１１、高抵抗２０およびチャージ電圧測定回路２２を
設けるだけで、絶縁膜上の電極のチャージ電位を擬似的
に再現して測定することができ、簡単な構成で、かつ実
際にイオンビーム１の照射を行いつつ、チャージ電位を
測定することができる。また、前記チャージ電位の測定
は、ビーム電流密度の測定時に切換スイッチ１１を切換
えるだけでよく、簡単に測定を行うこともできる。

【００３２】また、前記ビーム電流密度と同様にチャー
ジ電位も表示装置２８で表示することができ、ウェハ上
のチャージ電位の変化を細かくモニタすることができ
る。さらにまた、そのチャージ電位に対応して、ＰＦＧ
４を自動的に制御するので、適正なプラズマシャワーを
容易に得ることができる。こうして、適正なビーム形状
であるのか、適正なシャワー量であるのか、適正なシャ
ワープラズマ電位であるのか、注入してもチャージング
ダメージが生じないかなどの情報を予め得ることがで
き、ダメージのない注入を行なうことができる。

【００３３】なお、前記チャージ電位は全てのビームコ
レクタ７に関して測定する必要はなく、たとえばイオン
ビーム１の中心とその周辺部とのように数点測定すれば
よく、したがって高抵抗２０および切換スイッチ１１
は、それらの測定箇所のみに対応して設けられるように
してもよい。

【００３４】また、ＰＦＧ４に代えて、ウェハに電子シ
ャワーを照射する手段が用いられてもよい。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の発明に係るイオン注入装置
は、以上のように、ビームコレクタと電流測定手段とに
よって構成されるビームプロファイルモニタの構成に、
切換スイッチと、高抵抗と、電圧測定手段とを設け、切
換スイッチを電圧測定手段側に切換えて、ビームコレク
タを高抵抗に接続し、その端子電圧を電圧測定手段によ
って測定する。

【００３６】それゆえ、前記ビームコレクタはＭＯＳ構
造のゲート電極などのように絶縁膜上に形成された電極
と電気的に等価になり、チャージアップ現象を擬似的に
再現し、チャージ電位を測定することができる。これに
よって、イオンビームを照射しながらチャージ電位を測
定することができ、精度の高い測定を行うことができ
る。また、既存のビームプロファイルモニタの構成に、
前記切換スイッチ、高抵抗および電圧測定手段を追加す
るだけでチャージ電位を測定することができ、簡単な構
造で、かつ切換スイッチを切換えるだけの簡単な作業
で、チャージ電位を測定することができる。

【００３７】また、請求項２の発明に係るイオン注入装
置は、以上のように、前記電流測定手段および電圧測定
手段の測定結果から、ビーム電流の強度分布およびチャ
ージ電位の分布を表示することができる表示手段を有す
る。

【００３８】それゆえ、陰極線管等の表示手段によっ
て、ビームプロファイルモニタによるビーム電流の強度
分布表示と同様に、チャージ電位の分布も表示すること
ができる。

【００３９】さらにまた、請求項３の発明に係るイオン
注入装置は、以上のように、プラズマ電子源や電子シャ
ワー源などの、前記チャージアップ現象による電位上昇
を打消すことができる電子を照射するための電子源を、
チャージ電位の測定結果に対応して制御する。

【００４０】それゆえ、前記チャージアップによる電位
上昇を打消すことができる量の電子を、自動的に照射す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のイオン注入装置におけ
る測定系の構成を示す図である。

【図２】ビーム電流密度の測定時における表示装置の表
示例を示す図である。

【図３】チャージアップによる絶縁破壊を防止するため
のプラズマシャワー照射を行うＰＦＧの一構成例を模式
的に示す図である。

【符号の説明】

１イオンビーム２ファラデーケージ３ディスク４ＰＦＧ（プラズマ電子源）５プロファイラー１１切換スイッチ２０高抵抗２１ビーム電流測定回路（電流測定手段）２２チャージ電圧測定回路（電圧測定手段）２３マルチプレクサ２４電流測定回路２５判定回路２６注入制御装置２７キーボード２８表示装置３３マルチプレクサ３４電圧測定回路３５判定回路３６ＰＦＧ制御回路（電子源制御手段）４１プラズマチャンバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲットへ照射されるべきイオンビーム
と交差する平面上に多数配列される各ビームコレクタ
と、前記各ビームコレクタによって検出されたビーム電流値
をそれぞれ測定する電流測定手段と、前記各ビームコレクタと電流測定手段との間に介在され
る切換スイッチと、前記切換スイッチによってビームコレクタの出力が与え
られる高抵抗と、前記高抵抗の端子電圧を測定する電圧測定手段とを含む
ことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】前記電流測定手段および電圧測定手段の測
定結果から、ビーム電流の強度分布およびチャージ電位
の分布を表示することができる表示手段を有することを
特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】前記ターゲットへ電子を照射することがで
きる電子源と、前記電圧測定手段の測定結果に応答して、前記電子源で
発生される電子の量を制御する電子源制御手段とを備え
ることを特徴とする請求項１または２記載のイオン注入
装置。