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JP2006196385A - Ion implantation apparatus and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Ion implantation apparatus and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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JP2006196385A
JP2006196385A JP2005008700A JP2005008700A JP2006196385A JP 2006196385 A JP2006196385 A JP 2006196385A JP 2005008700 A JP2005008700 A JP 2005008700A JP 2005008700 A JP2005008700 A JP 2005008700A JP 2006196385 A JP2006196385 A JP 2006196385A
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ion
ion beam
ion implantation
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scanning
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圭二 ▲高▼橋
Keiji Takahashi
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】 ビーム電流が不安定でもウェハへの不純物面内分布が均一になるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 イオン注入装置10は、イオンビーム発生機構15、スキャナ部16、イオン注入室20を有する。スキャナ部16は、X方向静電偏向器16x、Y方向静電偏向器16yを有する。イオンビームIBの走査速度は、信号処理部17x、17yにおける各三角波電圧の周波数変調によって変更可能である。信号処理部17x、17yは、非接触ビーム電流計18の計測値の変動に応じて各三角波電圧を周波数変調する。イオンビームIBは、その変動によりビーム電流が通常より減少したときにはその走査速度が小さくなり、通常より増大したときにはその走査速度が大きくなるよう制御される。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation apparatus and a semiconductor device manufacturing method in which the in-plane distribution of impurities on a wafer is uniform even if the beam current is unstable.
An ion implantation apparatus includes an ion beam generating mechanism, a scanner unit, and an ion implantation chamber. The scanner unit 16 includes an X-direction electrostatic deflector 16x and a Y-direction electrostatic deflector 16y. The scanning speed of the ion beam IB can be changed by frequency modulation of each triangular wave voltage in the signal processing units 17x and 17y. The signal processing units 17 x and 17 y frequency-modulate each triangular wave voltage in accordance with the variation in the measurement value of the non-contact beam ammeter 18. The ion beam IB is controlled such that the scanning speed decreases when the beam current decreases from the normal due to the fluctuation, and the scanning speed increases when the beam current increases from the normal.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体プロセスにおいてデバイス特性を決定する不純物イオンを注入制御するイオン注入技術に係り、特に、半導体ウェハへの不純物面内分布を改善するイオン注入装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an ion implantation technique for controlling implantation of impurity ions that determine device characteristics in a semiconductor process, and more particularly to an ion implantation apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device that improve the in-plane distribution of impurities into a semiconductor wafer.

イオン注入装置は、イオン源より引き出されたイオンビームを質量分析して目的の不純物イオンのみ導出し、電界で加速する。イオンビームは、エンドステーションの半導体ウェハ(単にウェハともいう)に照射され、ウェハに所定量のイオンが注入される。イオンビームは、一般的に、一対の平行平板もしくは変形(多極)平板でなる静電偏向器に三角波電界を印加することでX方向(水平方向),Y方向(垂直方向)に偏向制御される。これにより、イオンビームは半導体ウェハ上に高速描画(スキャン)され、半導体ウェハに不純物が導入される。   The ion implantation apparatus mass-analyzes an ion beam extracted from an ion source, derives only target impurity ions, and accelerates with an electric field. The ion beam is irradiated onto a semiconductor wafer (also simply referred to as a wafer) at the end station, and a predetermined amount of ions is implanted into the wafer. The ion beam is generally controlled in deflection in the X direction (horizontal direction) and Y direction (vertical direction) by applying a triangular wave electric field to an electrostatic deflector composed of a pair of parallel plates or deformed (multipolar) plates. The Thereby, the ion beam is drawn (scanned) on the semiconductor wafer at high speed, and impurities are introduced into the semiconductor wafer.

従来から、基板上の全領域におけるドーズ量が均一にできるよう工夫されてきた。例えば、イオンビームに関しX方向及びY方向に偏向させる電場を時間にリニアに変化させてラスターすると、ビームスポットの走行速度はウェハ周辺がウェハ中心に比べて遅くなる。これにより、ウェハの周辺部が過注入になり、ドーズ分布が等しくなくなる。そこで、基板の縦方向(Y方向)に段階的にステップ・アップまたはステップ・ダウンさせる偏向電圧の変化の速度は一定とし、基板の横方向(X方向)の偏向電場の変化の速度を基板の中心における偏向電場の速度を1として、ラスター偏向電圧の時間についての変化の割合を基板の場所場所に応じて変化させる構成とする。基板上をラスターするビームスポットの、基板上の走行速度は基板上の場所によらず一様となり、ドーズ分布を均一とする(例えば、特許文献1参照)。より具体的には、ビームスポットの走行速度データを、アナログ電圧信号に変換し、このアナログ電圧信号を周波数信号に変換する。この周波数信号をアップダウンカウンタにより計数して基準座標データを形成し、静電偏向器を制御する信号電源電圧に反映させる。
特開平7−142023号公報(図1)
Conventionally, it has been devised so that the dose amount in the entire region on the substrate can be made uniform. For example, when the electric field deflected in the X direction and Y direction with respect to the ion beam is changed linearly with time and rastered, the traveling speed of the beam spot becomes slower at the wafer periphery than at the wafer center. As a result, the peripheral portion of the wafer is over-implanted and the dose distribution is not equal. Therefore, the rate of change of the deflection voltage to be stepped up or down stepwise in the vertical direction (Y direction) of the substrate is constant, and the rate of change of the deflection electric field in the lateral direction (X direction) of the substrate is The velocity of the deflection electric field at the center is set to 1, and the rate of change of the raster deflection voltage with respect to time is changed according to the location of the substrate. The traveling speed of the beam spot rastering on the substrate is uniform regardless of the location on the substrate, and the dose distribution is uniform (see, for example, Patent Document 1). More specifically, the traveling speed data of the beam spot is converted into an analog voltage signal, and the analog voltage signal is converted into a frequency signal. This frequency signal is counted by an up / down counter to form reference coordinate data, which is reflected in the signal power supply voltage for controlling the electrostatic deflector.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 7-142023 (FIG. 1)

上記[特許文献1]のような技術は、安定したイオンビームにおいて効果が発揮される。しかしながら、イオン源の不安定性、ビーム引き出し、加速系統の放電等により、イオンビームは著しく減少したり増加したりする懸念がある。このため、例えばラスター走査中に一瞬ビーム電流が増加するとウェハ上のある位置で不純物量が多くなり、逆にビーム電流が減少すると不純物が小さくなって半導体素子の不良となり得る。   The technique as described in [Patent Document 1] is effective in a stable ion beam. However, there is a concern that the ion beam may be significantly decreased or increased due to instability of the ion source, beam extraction, discharge of the acceleration system, and the like. For this reason, for example, if the beam current increases momentarily during raster scanning, the amount of impurities increases at a certain position on the wafer, and conversely, if the beam current decreases, the impurities become smaller and a semiconductor element may be defective.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、ビーム電流が不安定でもウェハへの不純物面内分布が均一になるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide an ion implantation apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device in which the in-plane distribution of impurities on the wafer is uniform even when the beam current is unstable. is there.

本発明に係るイオン注入装置は、イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、前記イオンビームのビーム電流強度を測定する測定機構と、前記イオンビームのビーム電流強度に応じて前記イオンビームのX方向走査速度を変化させるX方向静電偏向器と、前記イオンビームのビーム電流強度に応じて前記イオンビームのY方向走査速度を変化させるY方向静電偏向器と、を含む。   An ion implantation apparatus according to the present invention is an ion implantation apparatus in which predetermined impurity ions are implanted into a semiconductor wafer by scanning an ion beam extracted from an ion source through mass analysis using a magnetic field and acceleration by an electric field. A measuring mechanism for measuring the beam current intensity of the ion beam, an X-direction electrostatic deflector for changing the X-direction scanning speed of the ion beam according to the beam current intensity of the ion beam, and the beam of the ion beam. A Y-direction electrostatic deflector that changes the Y-direction scanning speed of the ion beam according to the current intensity.

上記本発明に係るイオン注入装置によれば、イオンビームのビーム電流強度に応じて走査速度を変化させ得るX方向、Y方向の各静電偏向器が設けられている。これにより、イオンビームのビーム電流の増減に比例するようにイオンビームの走査速度を変えるイオン注入を実施することができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上を図る。   According to the ion implantation apparatus of the present invention, the electrostatic deflectors in the X direction and the Y direction that can change the scanning speed according to the beam current intensity of the ion beam are provided. Thereby, ion implantation that changes the scanning speed of the ion beam so as to be proportional to the increase or decrease of the beam current of the ion beam can be performed. Thereby, the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface is improved.

本発明に係るイオン注入装置は、イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、前記イオンビームのビーム電流強度を測定する測定機構と、前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査の制御に用いられる三角波電圧が前記イオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調されるX方向静電偏向器及びY方向静電偏向器で構成されるスキャナ部と、を含む。   An ion implantation apparatus according to the present invention is an ion implantation apparatus in which predetermined impurity ions are implanted into a semiconductor wafer by scanning an ion beam extracted from an ion source through mass analysis using a magnetic field and acceleration by an electric field. Thus, a measurement mechanism for measuring the beam current intensity of the ion beam and a triangular wave voltage used for controlling scanning in the X direction and Y direction of the ion beam are frequency-modulated according to the beam current intensity of the ion beam. A scanner unit including an X-direction electrostatic deflector and a Y-direction electrostatic deflector.

上記本発明に係るイオン注入装置によれば、X方向静電偏向器及びY方向静電偏向器で構成されるスキャナ部は、各静電偏向器のX方向、Y方向それぞれの走査の制御に三角波電圧が用いられている。この三角波電圧をイオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調することにより、ビーム電流の増減に応じて走査速度を変化させることができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上を図る。   According to the ion implantation apparatus according to the present invention, the scanner unit including the X-direction electrostatic deflector and the Y-direction electrostatic deflector can control scanning of each electrostatic deflector in the X direction and the Y direction. A triangular wave voltage is used. By frequency-modulating the triangular wave voltage according to the beam current intensity of the ion beam, the scanning speed can be changed according to the increase or decrease of the beam current. Thereby, the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface is improved.

なお、上記本発明に係るイオン注入装置において、次のいずれかの特徴を有することによって、イオンビーム量の増減の情報をリアルタイムにスキャナ部に与えるようにする。
前記測定機構は、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられる非接触ビーム電流計を含み、前記スキャナ部の走査は前記非接触ビーム電流計の変動に応じて制御されることを特徴とする。
前記測定機構は、前記半導体ウェハへ流れるビーム電流値を計測するドーズコントローラと、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられ前記ドーズコントローラのビーム電流値を基準として計側値が校正される非接触ビーム電流計と、を含み、前記スキャナ部の走査は前記非接触ビーム電流計の変動に応じて制御されることを特徴とする。
Note that the ion implantation apparatus according to the present invention has any one of the following characteristics, so that information on increase / decrease of the ion beam amount is given to the scanner unit in real time.
The measurement mechanism includes a non-contact beam ammeter provided in a beam line upstream or downstream of the scanner unit, and scanning of the scanner unit is controlled according to a variation of the non-contact beam ammeter. To do.
The measurement mechanism includes a dose controller that measures the value of a beam current flowing to the semiconductor wafer, and a meter side value that is provided in a beam line at the front stage or the rear stage of the scanner unit and that is calibrated based on the beam current value of the dose controller. A non-contact beam ammeter, and scanning of the scanner unit is controlled in accordance with fluctuations of the non-contact beam ammeter.

本発明に係るイオン注入装置は、イオン注入室内の半導体ウェハの保持部と、前記半導体ウェハに注入するイオン種のビームを発生するイオンビーム発生機構と、イオン注入のため前記半導体ウェハに照射する前記イオンビームを走査するスキャナ部と、少なくとも前記イオン注入中、前記イオンビームのビーム電流の強度に応じて前記スキャナ部の走査速度を可変とする制御系と、を含む。   An ion implantation apparatus according to the present invention includes a holding unit for a semiconductor wafer in an ion implantation chamber, an ion beam generating mechanism for generating a beam of an ion species to be implanted into the semiconductor wafer, and irradiating the semiconductor wafer for ion implantation. A scanner unit that scans the ion beam; and a control system that varies a scanning speed of the scanner unit according to the intensity of the beam current of the ion beam at least during the ion implantation.

上記本発明に係るイオン注入装置によれば、スキャナ部の走査速度が可変であり、イオンビームのビーム電流の強度に依存する。すなわち、ビーム電流の増減に応じて走査速度を変化させることができ、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上を図ることができる。   According to the ion implantation apparatus according to the present invention, the scanning speed of the scanner unit is variable and depends on the intensity of the beam current of the ion beam. That is, the scanning speed can be changed according to the increase / decrease of the beam current, and the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface can be improved.

なお、上記本発明に係るイオン注入装置において、好ましくは、前記スキャナ部は、前記制御系により前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査速度が制御されるX方向静電偏向器、Y方向静電偏向器を備え、前記制御系は、前記イオン注入室内のファラディ・カップ、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられ前記ファラディ・カップのビーム電流値を基準として計側値が校正される非接触ビーム電流計、及び前記非接触ビーム電流計の所定の変動を前記X方向静電偏向器、前記Y方向静電偏向器それぞれにおける動作電圧の周波数制御に反映させる信号処理部を備えていることを特徴とする。   In the ion implantation apparatus according to the present invention, preferably, the scanner unit is an X-direction electrostatic deflector in which the scanning speed of the ion beam is controlled by the control system in the X direction and the Y direction, and the Y direction. An electrostatic deflector is provided, and the control system is provided in the Faraday cup in the ion implantation chamber and the beam line before or after the scanner unit, and the measured value is calibrated with reference to the beam current value of the Faraday cup. A non-contact beam ammeter, and a signal processing unit that reflects predetermined fluctuations of the non-contact beam ammeter in frequency control of an operating voltage in each of the X-direction electrostatic deflector and the Y-direction electrostatic deflector. It is characterized by.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン源から引き出されるイオンが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て、イオンビームを半導体ウェハに照射して所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、イオン注入中、前記イオンビームのビーム電流強度を測定し、少なくとも前記ビーム電流強度が通常の値の範囲から外れた前記イオンビームのビーム量が低下または増加する任意のイオン注入領域では、前記イオンビームの照射時間を長くまたは短く調整することによって前記イオンビームのビーム量が通常のイオン注入領域と同等にすることを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, ions extracted from an ion source are subjected to mass analysis using a magnetic field and acceleration by an electric field, and an ion beam is irradiated onto a semiconductor wafer to realize ion implantation of a predetermined impurity. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein during ion implantation, the ion current of the ion beam is measured, and at least the ion current whose beam current intensity deviates from a normal value range is decreased or increased. In the implantation region, the ion beam irradiation amount is adjusted to be long or short so that the amount of the ion beam is equal to that of a normal ion implantation region.

上記本発明に係るイオン注入装置によれば、イオンビームのビーム電流強度を監視しており、ビーム電流が通常から外れた値に変化するのに合わせて、イオンビームの照射時間を調整する。これにより、イオンビームのビーム量が通常のイオン注入領域と同等になるように制御する。ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上に寄与する。   According to the ion implantation apparatus of the present invention, the beam current intensity of the ion beam is monitored, and the ion beam irradiation time is adjusted as the beam current changes to a value deviating from normal. As a result, control is performed so that the beam amount of the ion beam becomes equal to that of a normal ion implantation region. This contributes to improving the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface.

なお、上記本発明に係るイオン注入装置において、前記イオンビームの照射時間は、前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査の電極制御に用いられる三角波電圧を前記イオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調することにより変化させることを特徴とする。   In the ion implantation apparatus according to the present invention, the irradiation time of the ion beam is determined according to the triangular wave voltage used for electrode control for scanning in the X direction and Y direction of the ion beam according to the beam current intensity of the ion beam. And changing the frequency by frequency modulation.

発明を実施するための形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

図1は、本発明の第1実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図である。イオン注入装置10は、イオン源11、質量分析器12、加速管13、集束用レンズ14、及び図示しない各種スリットを含むイオンビーム発生機構15、スキャナ部16、イオン注入室20を有する。イオンビームIBは、イオン源11から引き出され、質量分析磁石や分析スリットを有する質量分析器12を介して注入すべきイオンのみ導出される。さらに、イオンビームIBは、電界を利用した加速管13により加速され、集束用レンズ(Qレンズ)14により集束された後、スキャナ部16を経る。   FIG. 1 is a block configuration diagram showing the main configuration of an ion implantation apparatus according to the first embodiment of the present invention. The ion implantation apparatus 10 includes an ion source 11, a mass analyzer 12, an acceleration tube 13, a focusing lens 14, an ion beam generation mechanism 15 including various slits (not shown), a scanner unit 16, and an ion implantation chamber 20. The ion beam IB is extracted from the ion source 11, and only ions to be implanted are derived through a mass analyzer 12 having a mass analysis magnet and an analysis slit. Further, the ion beam IB is accelerated by an acceleration tube 13 using an electric field, is focused by a focusing lens (Q lens) 14, and then passes through a scanner unit 16.

スキャナ部16は、イオンビームIBを上下左右に掃引可能である。ここでは、スキャナ部16は、X方向静電偏向器16xと、Y方向静電偏向器16yを有する。信号処理部17xは、X方向静電偏向器16xにおけるイオンビームのX方向走査に利用される三角波電圧を周波数変調し、増幅する。成形された三角波信号はX方向静電偏向器16xの図示しないX走査電極に印加される。信号処理部17yは、Y方向静電偏向器16yにおけるイオンビームのY方向走査に利用される三角波電圧を周波数変調し、増幅する。成形された三角波信号はY方向静電偏向器16yの図示しないY走査電極に印加される。すなわち、スキャナ部16は、イオン注入室20に保持された半導体ウェハWFに照射するイオンビームIBを走査する。イオンビームIBの走査速度は、信号処理部17x、17yにおける各三角波電圧の周波数変調によって変更可能となっている。   The scanner unit 16 can sweep the ion beam IB vertically and horizontally. Here, the scanner unit 16 includes an X-direction electrostatic deflector 16x and a Y-direction electrostatic deflector 16y. The signal processing unit 17x frequency-modulates and amplifies a triangular wave voltage used for X-direction scanning of the ion beam in the X-direction electrostatic deflector 16x. The shaped triangular wave signal is applied to an X scanning electrode (not shown) of the X-direction electrostatic deflector 16x. The signal processing unit 17y frequency-modulates and amplifies the triangular wave voltage used for the Y-direction scanning of the ion beam in the Y-direction electrostatic deflector 16y. The shaped triangular wave signal is applied to a Y scanning electrode (not shown) of the Y-direction electrostatic deflector 16y. That is, the scanner unit 16 scans the ion beam IB with which the semiconductor wafer WF held in the ion implantation chamber 20 is irradiated. The scanning speed of the ion beam IB can be changed by frequency modulation of each triangular wave voltage in the signal processing units 17x and 17y.

非接触ビーム電流計18は、スキャナ部16の後段のビームラインに設けられ、イオン注入中におけるビーム電流量が計測される。上記信号処理部17x、17yは、非接触ビーム電流計18の計測値の変動に応じて各三角波電圧を周波数変調する。これにより、イオンビームIBは、その変動によりビーム電流が通常より減少したときにはその走査速度が小さくなり、通常より増大したときにはその走査速度が大きくなるよう制御される。   The non-contact beam ammeter 18 is provided in the beam line after the scanner unit 16 and measures the amount of beam current during ion implantation. The signal processing units 17x and 17y frequency-modulate each triangular wave voltage according to fluctuations in the measurement value of the non-contact beam ammeter 18. As a result, the ion beam IB is controlled such that its scanning speed decreases when the beam current decreases from the normal due to the fluctuation, and increases when the beam current increases from the normal.

グランドマスク19は、イオン注入室20においてイオンビームIBの走査領域を略ウェハ領域に限定する。ドーズコントローラ21は、ビーム電流計測に関係し、例えばファラディ・カップ22からのビーム電流値を参照する。上記非接触ビーム電流計18は、ドーズコントローラ21のビーム電流値を基準として、計側値が校正される。これにより、非接触ビーム電流計18の計測値の精度を向上させ、もってイオンビームIBの走査速度の制御を高精度に達成する。   The ground mask 19 limits the scanning region of the ion beam IB in the ion implantation chamber 20 to a substantially wafer region. The dose controller 21 is related to beam current measurement and refers to, for example, the beam current value from the Faraday cup 22. The non-contact beam ammeter 18 is calibrated on the basis of the beam current value of the dose controller 21 as a reference. As a result, the accuracy of the measurement value of the non-contact beam ammeter 18 is improved, and the control of the scanning speed of the ion beam IB is achieved with high accuracy.

図2は、信号処理部(17x、17y)の信号の流れを示すブロック図、図3は、ビーム電流に対するイオンビームIBのX方向,Y方向各走査に関わる三角波電圧の波形図である。図1を参照しながら説明する。
非接触ビーム電流計18によってビーム電流強度に変動が検出されると、信号処理部(17x、17y)で各三角波電圧の周波数変調が行われる。これにより、スキャナ部16におけるX方向静電偏向器16xと、Y方向静電偏向器16yの走査速度は変更される。図3では、ビーム電流が一瞬、通常の半分の値に落ち込んでしまった場合を示している(D1)。ビーム電流の落ち込みに応じてX方向静電偏向器16x、Y方向静電偏向器16yへ与えられるX走査三角波電圧、Y走査三角波電圧は、走査速度が遅くなるよう周波数変調される。
FIG. 2 is a block diagram showing a signal flow of the signal processing unit (17x, 17y), and FIG. 3 is a waveform diagram of a triangular wave voltage related to each scanning in the X direction and Y direction of the ion beam IB with respect to the beam current. This will be described with reference to FIG.
When the non-contact beam ammeter 18 detects a variation in the beam current intensity, the signal processing unit (17x, 17y) performs frequency modulation of each triangular wave voltage. Thereby, the scanning speed of the X direction electrostatic deflector 16x and the Y direction electrostatic deflector 16y in the scanner unit 16 is changed. FIG. 3 shows a case where the beam current has dropped to half the normal value for a moment (D1). The X-scanning triangular wave voltage and the Y-scanning triangular wave voltage applied to the X-direction electrostatic deflector 16x and the Y-direction electrostatic deflector 16y according to the drop of the beam current are frequency-modulated so that the scanning speed becomes slow.

上記実施形態の構成によれば、イオンビームIBのビーム電流強度に応じて走査速度を変化させ得るスキャナ部16、すなわちX方向、Y方向の各静電偏向器16x、16yが設けられている。これにより、イオンビームIBのビーム電流の増減に比例するようにイオンビームIBの走査速度を変えるイオン注入を実施することができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上を図ることができる。スキャナ部16に関し、各静電偏向器16x,16yそれぞれの走査の制御に三角波電圧が用いられている。この三角波電圧をイオンビームIBのビーム電流強度に応じて周波数変調することにより、ビーム電流の増減に応じて走査速度を変化させることができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上、デバイス性能の優れた安定性が期待できる。   According to the configuration of the above-described embodiment, the scanner unit 16 that can change the scanning speed according to the beam current intensity of the ion beam IB, that is, the electrostatic deflectors 16x and 16y in the X direction and the Y direction is provided. Thereby, ion implantation that changes the scanning speed of the ion beam IB so as to be proportional to the increase or decrease of the beam current of the ion beam IB can be performed. Thereby, the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface can be improved. With respect to the scanner unit 16, a triangular wave voltage is used to control scanning of each of the electrostatic deflectors 16x and 16y. By frequency-modulating this triangular wave voltage according to the beam current intensity of the ion beam IB, the scanning speed can be changed according to the increase or decrease of the beam current. Thereby, the improvement of the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface and the excellent stability of the device performance can be expected.

図4は、本発明の第2実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図である。前記第1実施形態における図1の構成に比べて非接触ビーム電流計18の挿入箇所が異なっている。その他は図1と同様構成であるため、重複した説明は省略する。ここでは非接触ビーム電流計28は、スキャナ部16の前段のビームラインに設けられている。上記信号処理部17x、17yは、非接触ビーム電流計28の計測値の変動に応じて各三角波電圧を周波数変調する。これにより、イオンビームIBは、その変動によりビーム電流が通常より減少したときにはその走査速度が小さくなり、通常より増大したときにはその走査速度が大きくなるよう制御される。非接触ビーム電流計28は、ドーズコントローラ21のビーム電流値を基準として、計側値が校正される。これにより、非接触ビーム電流計28の計測値の精度を向上させ、もってイオンビームIBの走査速度の制御を高精度に達成する。   FIG. 4 is a block configuration diagram showing a main configuration of an ion implantation apparatus according to the second embodiment of the present invention. The insertion location of the non-contact beam ammeter 18 is different from the configuration of FIG. 1 in the first embodiment. The rest of the configuration is the same as in FIG. Here, the non-contact beam ammeter 28 is provided in the beam line before the scanner unit 16. The signal processing units 17x and 17y frequency-modulate each triangular wave voltage in accordance with fluctuations in the measurement value of the non-contact beam ammeter 28. As a result, the ion beam IB is controlled such that its scanning speed decreases when the beam current decreases from the normal due to the fluctuation, and increases when the beam current increases from the normal. The non-contact beam ammeter 28 is calibrated on the meter side with reference to the beam current value of the dose controller 21. Thereby, the accuracy of the measurement value of the non-contact beam ammeter 28 is improved, and thus the control of the scanning speed of the ion beam IB is achieved with high accuracy.

上記実施形態の構成においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、スキャナ部16に関し、各静電偏向器16x,16yそれぞれの走査の制御に用いられる三角波電圧を、イオンビームIBのビーム電流強度に応じて周波数変調する。これにより、ビーム電流の増減に応じて走査速度を変化させることができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上、デバイス性能の優れた安定性が期待できる。   In the configuration of the above embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, with respect to the scanner unit 16, the triangular wave voltage used for controlling the scanning of each of the electrostatic deflectors 16x and 16y is frequency-modulated according to the beam current intensity of the ion beam IB. Thereby, the scanning speed can be changed according to the increase or decrease of the beam current. Thereby, the improvement of the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface and the excellent stability of the device performance can be expected.

また、上記各実施形態を利用して、イオン注入中、イオンビームIBのビーム電流強度を測定し監視する。そこで少なくともイオンビームIBのビーム量が通常値より低下または増加する任意のイオン注入領域において、イオンビームIBの照射時間を長くまたは短く調整する。これにより、イオンビームIBのビーム量が通常のイオン注入領域と同等にすることができる。よって、デバイス性能安定化、歩留り向上が期待できる半導体装置の製造方法が提供できる。   In addition, using the above embodiments, the beam current intensity of the ion beam IB is measured and monitored during ion implantation. Therefore, the irradiation time of the ion beam IB is adjusted to be longer or shorter in at least an arbitrary ion implantation region where the beam amount of the ion beam IB is decreased or increased from the normal value. Thereby, the beam amount of the ion beam IB can be made equal to a normal ion implantation region. Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device that can be expected to stabilize device performance and improve yield can be provided.

以上説明したように本発明によれば、X方向静電偏向器及びY方向静電偏向器で構成されるスキャナ部は、各静電偏向器のX方向、Y方向それぞれの走査の制御に三角波電圧が用いられている。この三角波電圧をイオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調することにより、ビーム電流の増減に応じて走査速度を変化させることができる。これにより、ウェハ面内における不純物濃度の均一性向上が図れる。この結果、ビーム電流が不安定でもウェハへの不純物面内分布が均一になるイオン注入装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, the scanner unit including the X-direction electrostatic deflector and the Y-direction electrostatic deflector can control the scanning of each electrostatic deflector in the X direction and the Y direction by using a triangular wave. Voltage is used. By frequency-modulating the triangular wave voltage according to the beam current intensity of the ion beam, the scanning speed can be changed according to the increase or decrease of the beam current. Thereby, the uniformity of the impurity concentration in the wafer surface can be improved. As a result, it is possible to provide an ion implantation apparatus and a semiconductor device manufacturing method in which the in-plane impurity distribution on the wafer is uniform even when the beam current is unstable.

第1実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図。The block block diagram which shows the principal part structure of the ion implantation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 信号処理部の信号の流れを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of a signal of a signal processing part. ビーム電流に対するX,Y方向各走査に関わる三角波電圧の波形図。The wave form diagram of the triangular wave voltage in connection with each scanning in the X and Y directions with respect to the beam current. 第1実施形態に係るイオン注入装置の要部構成を示すブロック構成図。The block block diagram which shows the principal part structure of the ion implantation apparatus which concerns on 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…イオン注入装置、11…イオン源、12…質量分析器、13…加速管、14…集束用レンズ、15…イオンビーム発生機構、16…スキャナ部、16x…X方向静電偏向器、16y…Y方向静電偏向器、17x,17y…信号処理部、18,28…非接触ビーム電流計、19…グランドマスク、20…イオン注入室、21…ドーズコントローラ、22…ファラディ・カップ、WF…半導体ウェハ、IB…イオンビーム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion implantation apparatus, 11 ... Ion source, 12 ... Mass analyzer, 13 ... Accelerating tube, 14 ... Lens for focusing, 15 ... Ion beam generating mechanism, 16 ... Scanner part, 16x ... Electrostatic deflector in X direction, 16y ... Y direction electrostatic deflector, 17x, 17y ... Signal processing unit, 18, 28 ... Non-contact beam ammeter, 19 ... Grand mask, 20 ... Ion implantation chamber, 21 ... Dose controller, 22 ... Faraday cup, WF ... Semiconductor wafer, IB ... ion beam.

Claims (8)

イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、
前記イオンビームのビーム電流強度を測定する測定機構と、
前記イオンビームのビーム電流強度に応じて前記イオンビームのX方向走査速度を変化させるX方向静電偏向器と、
前記イオンビームのビーム電流強度に応じて前記イオンビームのY方向走査速度を変化させるY方向静電偏向器と、
を含むイオン注入装置。
An ion implantation apparatus in which a predetermined impurity ion is implanted into a semiconductor wafer by scanning an ion beam extracted from an ion source through mass analysis using a magnetic field and acceleration by an electric field,
A measurement mechanism for measuring the beam current intensity of the ion beam;
An X-direction electrostatic deflector that changes the X-direction scanning speed of the ion beam according to the beam current intensity of the ion beam;
A Y-direction electrostatic deflector that changes a Y-direction scanning speed of the ion beam according to a beam current intensity of the ion beam;
An ion implanter.
イオン源から引き出されるイオンビームが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て走査されることにより半導体ウェハに所定の不純物イオンが注入されるイオン注入装置であって、
前記イオンビームのビーム電流強度を測定する測定機構と、
前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査の制御に用いられる三角波電圧が前記イオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調されるX方向静電偏向器及びY方向静電偏向器で構成されるスキャナ部と、
を含むイオン注入装置。
An ion implantation apparatus in which a predetermined impurity ion is implanted into a semiconductor wafer by scanning an ion beam extracted from an ion source through mass spectrometry using a magnetic field and acceleration by an electric field,
A measurement mechanism for measuring the beam current intensity of the ion beam;
The triangular wave voltage used for controlling scanning in the X direction and Y direction of the ion beam is composed of an X direction electrostatic deflector and a Y direction electrostatic deflector whose frequency is modulated according to the beam current intensity of the ion beam. The scanner unit
An ion implanter.
前記測定機構は、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられる非接触ビーム電流計を含み、前記スキャナ部の走査は前記非接触ビーム電流計の変動に応じて制御される請求項2記載のイオン注入装置。 3. The measurement mechanism includes a non-contact beam ammeter provided in a beam line upstream or downstream of the scanner unit, and scanning of the scanner unit is controlled in accordance with fluctuations in the non-contact beam ammeter. Ion implantation equipment. 前記測定機構は、前記半導体ウェハへ流れるビーム電流値を計測するドーズコントローラと、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられ前記ドーズコントローラのビーム電流値を基準として計側値が校正される非接触ビーム電流計と、を含み、前記スキャナ部の走査は前記非接触ビーム電流計の変動に応じて制御される請求項2記載のイオン注入装置。 The measuring mechanism is provided in a dose controller for measuring a beam current value flowing to the semiconductor wafer and a beam line at the front stage or the rear stage of the scanner unit, and the measured value is calibrated with reference to the beam current value of the dose controller. The ion implantation apparatus according to claim 2, further comprising: a non-contact beam ammeter, wherein scanning of the scanner unit is controlled according to a variation of the non-contact beam ammeter. イオン注入室内の半導体ウェハの保持部と、
前記半導体ウェハに注入するイオン種のビームを発生するイオンビーム発生機構と、
イオン注入のため前記半導体ウェハに照射する前記イオンビームを走査するスキャナ部と、
少なくとも前記イオン注入中、前記イオンビームのビーム電流の強度に応じて前記スキャナ部の走査速度を可変とする制御系と、
を含むイオン注入装置。
A semiconductor wafer holder in the ion implantation chamber;
An ion beam generating mechanism for generating a beam of ion species to be implanted into the semiconductor wafer;
A scanner unit that scans the ion beam applied to the semiconductor wafer for ion implantation;
A control system that varies the scanning speed of the scanner unit according to the intensity of the beam current of the ion beam at least during the ion implantation;
An ion implanter.
前記スキャナ部は、前記制御系により前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査速度が制御されるX方向静電偏向器、Y方向静電偏向器を備え、前記制御系は、前記イオン注入室内のファラディ・カップ、前記スキャナ部の前段または後段のビームラインに設けられ前記ファラディ・カップのビーム電流値を基準として計側値が校正される非接触ビーム電流計、及び前記非接触ビーム電流計の所定の変動を前記X方向静電偏向器、前記Y方向静電偏向器それぞれにおける動作電圧の周波数制御に反映させる信号処理部を備えている請求項5記載のイオン注入装置。 The scanner unit includes an X-direction electrostatic deflector and a Y-direction electrostatic deflector in which scanning speeds of the ion beam in the X direction and the Y direction are controlled by the control system, and the control system includes the ion implantation. An indoor Faraday cup, a non-contact beam ammeter provided on a beam line at the front stage or rear stage of the scanner unit and whose side value is calibrated with reference to the beam current value of the Faraday cup, and the non-contact beam ammeter The ion implantation apparatus according to claim 5, further comprising: a signal processing unit that reflects the predetermined fluctuations in frequency control of an operating voltage in each of the X-direction electrostatic deflector and the Y-direction electrostatic deflector. イオン源から引き出されるイオンが磁界を利用した質量分析、電界による加速を経て、イオンビームを半導体ウェハに照射して所定の不純物のイオン注入が実現される半導体装置の製造方法に関し、
イオン注入中、前記イオンビームのビーム電流強度を測定し、少なくとも前記ビーム電流強度が通常の値の範囲から外れた前記イオンビームのビーム量が低下または増加する任意のイオン注入領域では、前記イオンビームの照射時間を長くまたは短く調整することによって前記イオンビームのビーム量が通常のイオン注入領域と同等にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which ions extracted from an ion source are subjected to mass spectrometry using a magnetic field, acceleration by an electric field, and irradiation of an ion beam to a semiconductor wafer to realize ion implantation of a predetermined impurity.
During ion implantation, the beam current intensity of the ion beam is measured, and at least in the ion implantation region where the beam amount of the ion beam decreases or increases when the beam current intensity deviates from the range of the normal value, the ion beam A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a beam amount of the ion beam is made equal to that of a normal ion implantation region by adjusting the irradiation time of the ion beam to be longer or shorter.
前記イオンビームの照射時間は、前記イオンビームのX方向、Y方向それぞれの走査の電極制御に用いられる三角波電圧を前記イオンビームのビーム電流強度に応じて周波数変調することにより変化させることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。 The irradiation time of the ion beam is changed by frequency-modulating a triangular wave voltage used for scanning electrode control in the X direction and Y direction of the ion beam according to the beam current intensity of the ion beam. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
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