JPH0614463B2 - イオン打込装置の打込制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン打込装置の打込制御方法に係り、特にウ
エーハのチヤージアツプ破壊を防止するのに好適な打込
制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

イオン打込装置の概略構成図を第５図に示す。第５図に
おいて、１はイオン源、２はイオンビーム、３は分離用
電磁石、４は偏向用電磁石、５は円板、６は円板５の円
周方向に配列されたウエーハ、７は円板回転用モータ、
８は円板走査用モータである。イオン源１より引き出さ
れたイオンビーム２は、分離用電磁石３によつて質量分
離されて、打込イオンビームのみが偏向用電磁石４によ
つて右または左の打込室の円板５に実装されたウエーハ
６に打ち込まれる。通常、円板５にはその円周上（直径
約１ｍ）に複数個のウエーハ６が実装されているので、
円板回転用モータ７の回転により一度に打込可能な構造
となつている。また、イオンビーム２の断面積は、ウエ
ーハ６の面積より小さいため、ウエーハ全面にイオンビ
ーム２を走査し打ち込むために、円板摺動用モータ８に
より円板５を摺動する。第１図を参照して従来のイオン
打込制御方法を説明する。なお、第１図は、本発明の一
実施例に係るもので、制御装置１６，サプレッサ電圧の
オン，オフ制御スイッチ１４等には、従来のイオン打込
制御にはない動作を行う機能を備えており、ここでは、
このような本願発明の要素がないものとして説明する。
９は打込室真空容器、２はイオンビーム、１０はサプレ
ッサ電極、１１はサプレッサ電圧電源、５は回転円板、
６はウエーハ、１２は捕集板、１３は電流電圧変換器で
ある。

第１図において、所定の打込量（ドーズ量と称す）をウ
エハ全面に均一度よく（１％以下）打ち込みを行うため
には、イオンビーム２の正確な測定が必要である。ドー
ズ量Ｄは次式で示される。

ここで、 ｓ；打込面積（cm²） ｅ；電荷（１．６×１０^-19） ｚ；イオン価数 Ｉ_ｂ；イオン電流（ｍＡ） Ｔ_ｐ；打込時間 である。

(1)式のイオンビーム電流計測が不正確であると、打込
量が変化して均一度は得られなくなる。したがって、正
確なイオンビーム電流の計測が必要である。サプレッサ
電圧１１及び捕集板１２は、ウエーハ６に照射されたイ
オンビーム２の２次電子等を計測系に追い返して正確に
イオン電流の計測を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、ウエーハ６が絶縁層を有している場合には、
イオンビーム２によってウエーハ６が時間とともに帯電
していき、遂には絶縁層の耐圧を超えると、放電して破
壊が生じてしまう。これを防止する方法にはいくつかあ
るが、イオンビーム２の中にもともと混在している電子
を積極的に利用して、ウエーハ６に帯電している正
（＋）の電荷の電子によって中性化を図ることがよい。

すなわち、イオンビーム２は、イオン源１から打込ウエ
ーハ６まで到達するまでには、イオン分離部、偏向部等
を通るから２〜３ｍのイオン軌道を通り、イオンビーム
２の一部は、分析管等に衝突して２次電子を発生し、そ
れらは、イオンビーム２の中に取り込まれてウエーハ６
まで到達している。しかし、従来は、ウエーハ直前にサ
プレッサ電圧（〜−２ｋＶ）が印加されているため、イ
オンビーム２中の電子は追い返されてウエーハ６に到達
しなくなるため、ウエーハ６で＋に帯電しているものを
中性化できない。したがって、チャージアップが生じ
る。

これを解決するためには、サプレッサ電圧を０Ｖ（印加
しない）にすればよい。しかしながら、前述したよう
に、サプレッサ電圧が印加されないとイオンビーム電流
計測が不正確になる。

本発明の目的は、ウエーハのチャージアップを防止し、
かつ、ウエーハに均一にイオンを打ち込むために正確な
イオン電流を計測することができるイオン打込装置の打
込制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ウエーハを照射するイオンビーム電流を計
測して、この計測値を基に前記ウエーハへのイオン打込
量が所定量となるよう制御するイオン打込装置の打込制
御方法において、前記イオンビームが正のイオンで、イ
オン打込前に前記イオンビームが照射される前記ウエー
ハの前方で負のサプレッサ電圧を印加してイオンビーム
電流の正確な計測を行い、イオン打込時は前記サプレッ
サ電圧の印加を中断して、前記イオンビーム中に混在し
た電子により前記ウエーハに帯電した正の電荷を中性化
することで達成される。

〔作用〕

イオン打込み前のイオン電流の計測は、サプレッサ電圧
を印加して行うようにしたので正確に行うことができ、
（１）式の計算を利用することができる。イオン打込を
実施している間は、サプレッサ電圧の印加を中断するた
め、イオンビームに含まれた電子がウエーハに帯電した
正（＋）の電荷を中性化してウエーハのチャージアップ
を防止する。

なお、上記の作用に併せてウエーハ周辺の真空度を低下
させで、ガス分子とイオンビームを衝突させて中性化し
たビームを打ち込むことによってウエーハの帯電を防止
するようにしてもよい。

〔実施例〕

以下本発明の方法の一実施例を第１図〜第４図を用いて
詳細に説明する。

第１図は本発明のイオン打込装置の打込制御方法の一実
施例を説明するためのイオンビーム計測部の一例を示す
構成図であり、〔従来の技術〕の項で説明した部分は省
略する。制御装置１６はマイクロコンピユータ内蔵のも
ので、打込制御すべてを実行している。本発明の方法の
実施例に関する部分は、ビーム電流計測のための検出器
フアラデイカツプ１５，電流電圧変換器１３，サプレツ
サ電圧電源１１のオン，オフ制御スイツチ１４，打込円
板回転モータ駆動信号１７及び打込円板移動モータ駆動
信号１８である。

第２図に第１図のハード群の打込制御の一例を示すフロ
ーチヤートを示す。第２図で、ステツプＳ１はイオンビ
ームが偏向される前の状態にあり、ステツプＳ２で打込
室真空引きを開始し、ステツプＳ３で真空引きを完了し
たかどうかを判定し、完了していたらステツプＳ４へ進
み、打込室左右の選択（右とする）を行い、ステツプＳ
５で右の選択によつて偏向磁石の電源を右へオンするか
否かを判定し、右へオンする場合は、ステツプＳ６でサ
プレツサ電源を右へオンにする。そして、ステツプＳ７
で打込準備完了のステツプをオンとし、ステツプＳ８で
ステツプＳ７の信号によりステツプＳ４の右側選択によ
りイオンビーム電流を右へ偏向したかどうかを調べ、右
へ偏向したときはステツプＳ９で右打込室のフアラデイ
カツプでイオンビームを計測し、計測値とドーズ量指定
値から打込時間（Ｔ_ｐＴＩＭＥ）や移動回数Ｎ（移動回
数Ｎはイオンの繰り返し打込み回数）等を計測する（回
転数は７２０rpm以上の一定速度）。

移動回数Ｎは次式による。

(2)式において、ＡＮは所定の均一度を確保するために
必要な定数である。Ｚはイオン価数である。

上記計算を終了してから、ステツプＳ１０で打込開始の
スイツチをオンにし、ステツプＳ１１でステツプＳ１０
による信号によつて円板が回転起動し、一定回転に到達
すると、ステツプＳ１２へ進む。ステツプＳ１２はサプ
レツサ電圧をオフするもので、それ以降イオン打込み中
はサプレツサ電圧は印加されない。ステツプＳ１３は円
板を摺動してウエーハにイオン打込みを実施する。ステ
ツプＳ１４は移動回数Ｎの計算値から減算して零になる
まで繰り返しイオン打込を実行し、それを完了するとス
テツプＳ１５で打込終了信号を出力し、ステツプＳ１６
でこの信号を受けて終了動作を実行する（ビーム偏向オ
フ，回転オフ，移動オフ等）。すべてが終了すると、ス
テツプＳ４に戻る。そして次は右側に切り換わる。以
下、左右の打込室に交互にイオンビームを導入して、左
右の各円板の実装されたウエーハにイオンを打込む。

以上の如く、本発明の実施例によれば、正確なイオンビ
ームの計測により、均一等のよい正確なイオン打込量を
保証できると同時に、絶縁層を有するウエーハにおいて
も、チャージアツプによる破壊による歩留り低下を防止
したイオン打込を実施することができる。

打込時間に長時間に亘つてイオンビームの安定が保持で
きない場合に対しては、偶数回毎にフアラデイカツプで
イオンビームを計測（同時にサプレツサ電圧を印加す
る）して、ビーム電流の変動分を補正する如く第２図の
−′間にフロー追加のプログラムを組んでおけば、
上記の目的は充分達することができる。なお、偶数回毎
の意味は、移動している円板は、偶数時には円板がイオ
ンビームから外れて、イオンビームがフアラデイカツプ
で計測できることを意味している。

第３図は本発明の方法の他の実施例を説明するためのイ
オンビーム計測部の一例を示す構成図である。第３図に
おいて、第２図と同一部分は同じ符号を用いて説明を省
略する。第３図においては、捕集板１２内に真空度を低
下させるガスを導くため、ガス用電磁弁１９及びガス用
減圧弁２０が設けてある。

第４図は第３図のハード群の打込制御の一例を示すフロ
ーチヤートで、ステツプＳ１〜Ｓ１２までは第２図と同
様であり、ステツプＳ１２からステツプＳ１７へ進み、
ステツプＳ１７では、ガス用電磁弁１９をオンにしてガ
スをウエーハ６に供給することによつて真空度を低下さ
せる。そして、ステツプＳ１８で真空度のモニター機能
をもたせてあるモニターがある真空度まで低下したこと
を示したらガス用電磁弁１９をオフし、ステツプＳ１３
へ進み、以下ステツプＳ１３〜Ｓ１６で第２図で説明し
たのと同様の処理を行う。

真空を低下する方法としては、ガス（ＡｒまたはＮ
_２等）を供給する方法のほかに、イオン打込時のみ、真
空ポンプ（例えば、クライオポンプ）と分析管の中間に
置かれるバルブ（スルースバルブまたはバタフライバル
ブ）を閉めてイオンビーム系を一時的に真空に引かない
状態にしても約１／２〜１／１０に真空低下することが
できる（通常の真空は約３×１０^-4Ｐａ）。

本実施例によれば、第１図，第２図を用いて説明した実
施例の効果のほかに、さらに、サプレツサ電圧オフ時に
真空度を低下させるようにしたので、ガス分子のイオン
ビームとの衝突によつて行われる中性化を促進したウエ
ーハのイオン帯電を防止できるという効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、正確なイオンビ
ームの計測により、均一度のよい正確なイオン打込量を
保証すると同時に、絶縁層を有するウエーハにおいて
も、チヤージアツプによる破壊による歩留り低下を防止
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン打込装置の打込制御方法の一実
施例を説明するためのイオンビーム計測部の一例を示す
構成図、第２図は第１図のハード群の打込制御の一例を
示すフローチヤート、第３図は本発明の方法の他の実施
例を説明するためのイオン計測部の一例を示す構成図、
第４図は第３図のハード群の打込制御の一例を示すフロ
ーチヤート、第５図は従来のイオン打込装置の概略構成
図である。 ２……イオンビーム、５……円板、６……ウエーハ、９
……打込室真空容器、１０……サプレツサ電極、１１…
…サプレツサ電圧電源、１２……捕集板、１３……電流
電圧変換器、１４……スイツチ、１５……フアラデイカ
ツプ、１６……制御装置、１９……ガス用電磁弁、２０
……ガス用減圧弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエーハを照射するイオンビーム電流を計
   測して、この計測値を基に前記ウエーハへのイオン打込
   量が所定量となるよう制御するイオン打込装置の打込制
   御方法において、前記イオンビームが正のイオンで、イ
   オン打込前に前記イオンビームが照射される前記ウエー
   ハの前方で負のサプレッサ電圧を印加してイオンビーム
   電流の正確な計測を行い、イオン打込時は前記サプレッ
   サ電圧の印加を中断して、前記イオンビーム中に混在し
   た電子により前記ウエーハに帯電した正の電荷を中性化
   することを特徴とするイオン打込装置の打込制御方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記イオ
   ン打込時は前記サプレッサ電圧の印加を中断すると同時
   にイオン打込室の真空度を低下させて、イオン打込室内
   のガス分子と前記イオンビームを衝突させて中性化した
   ビームを打ち込むことによって前記ウエーハの帯電防止
   を促進させることを特徴とするイオン打込装置の打込制
   御方法。