イオン注入装置
【課題】時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に応じて、ターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値を算出可能にするとともに、ターゲットのチャージアップに起因するゆらぎの影響を受けずに正確なビーム電流の測定を可能とするビーム電流測定器を備えたイオン注入装置を提供する。
【手段】このイオン注入装置１は、処理室７内の圧力を測定する圧力計８と、イオン源２とターゲット９との間に配置されているとともに、イオンビーム３のビーム電流を部分的に測定するビーム電流測定器６と、圧力計８による測定値が予め決められた基準値以上となった時、少なくともビーム電流測定器６の測定結果に基づいて、ターゲット９に所定量のイオンビームが照射されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置１２と、を備えている。
【手段】このイオン注入装置１は、処理室７内の圧力を測定する圧力計８と、イオン源２とターゲット９との間に配置されているとともに、イオンビーム３のビーム電流を部分的に測定するビーム電流測定器６と、圧力計８による測定値が予め決められた基準値以上となった時、少なくともビーム電流測定器６の測定結果に基づいて、ターゲット９に所定量のイオンビームが照射されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置１２と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理室内の圧力が変動した場合であっても、所望される量のイオンを注入することが出来るイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置では、ターゲット近傍に配置されたファラデーカップ等のモニター手段を用いて、イオンビームのビーム電流をモニターし、ターゲットに所望量のイオンが注入されるように、イオンビームのビーム電流やターゲットの走査速度の制御がなされている。
【０００３】
ターゲット表面にイオンビームの照射により揮発しやすい物質（例えばフォトレジストなど）が存在している場合、イオンビームがターゲットに照射されることで、当該物質が揮発し、ガスとなって処理室内の圧力が高くなる。このようなガスにイオンビームが衝突すると、荷電変換によりイオンビーム中のイオンが中性粒子となる。
【０００４】
中性粒子となったイオンは、電荷を有していない為、ファラデーカップ等のモニター手段によって検出することが出来ない。その為、このようなイオンの中性化が、先述したような所望量のイオンをターゲットに注入する為のビーム電流等の制御にあたって、問題視されていた。そこで、この問題を解決する技術として、特許文献１のような技術が提案されてきた。
【０００５】
特許文献１では、標的室内のガス圧をイオン化計により測定する。そして、標的室内に配置された工作物を支持する円板が１回転する毎に円板に設けられた溝を介して、イオンビームのビーム電流をファラデーゲージにより測定する。最終的に、これらの測定結果を所定式に代入することによって、工作物に照射されている実質的なイオンビームのビーム電流を算出する旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１６４５６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ファラデーゲージによるビーム電流の測定は、円板を１回転させる必要があるので、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に対応して、工作物に照射されている実質的なビーム電流の値を算出することが出来ない。その為、正確に所望量のイオンを工作物へ注入することが出来ない。
【０００８】
また、工作物にイオンビームが照射されることによって、工作物がチャージアップした場合、特許文献１のように工作物よりも下流側（イオンビームが進行する側）にファラデーゲージを配置していると、ファラデーゲージでのビーム電流の測定値にゆらぎ（空間電位の変動による測定値の時間的な変動）が生じる。
【０００９】
この測定値のゆらぎは、チャージアップされた工作物が走査されることや工作物のチャージアップの状態が変化することに起因して発生される空間電位の変化が原因になると考えられている。このゆらぎによって、正確にビーム電流を測定することが困難となり、ひいては、実質的なビーム電流の算出に影響を及ぼす。
【００１０】
そこで本発明では、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に応じて、ターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値を算出可能にするとともに、ターゲットのチャージアップに起因するゆらぎの影響を受けずに正確なビーム電流の測定を可能とするビーム電流測定器を備えたイオン注入装置を提供することを所期課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明に係るイオン注入装置は、イオン源と、前記イオン源から引出されたイオンビームが照射されるターゲットと、前記ターゲットが配置される処理室と、前記処理室内の圧力を測定する圧力計と、前記ターゲット上に照射される前記イオンビームの照射領域を妨げないようにして、前記イオン源と前記ターゲットとの間に配置されているとともに、前記ターゲットに照射されない前記イオンビームの少なくとも一部のビーム電流を測定するビーム電流測定器と、前記圧力計による測定値が予め決められた基準値以上となった時、前記ターゲットに所定量のイオンが注入されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記したように、ターゲット上に照射されるイオンビームの照射領域を妨げないようにして、イオン源とターゲットとの間にビーム電流測定器を配置するとともに、ターゲットに照射されていないイオンビームの一部を利用して、当該イオンビームのビーム電流の変動を検出するようにしているので、イオンビームがターゲットに向けて照射されている間は、常に、イオンビームの一部のビーム電流を測定することが可能となる。これによって、処理室内での時々刻々と変化する圧力変動に応じて、即座にターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値を算出することが可能となる。
【００１３】
また、前記イオン注入装置は、前記ターゲットを保持するホルダーと、前記ホルダーを駆動するホルダー駆動手段を、さらに備えており、前記注入パラメーターは、前記ホルダー駆動手段によって前記ホルダーが駆動される際の速度であることが望ましい。
【００１４】
ホルダーの駆動速度の変更は、イオンビーム電流等を変更する場合と比較して、手早く行うことが出来る。また、変更後の値がターゲットからの脱ガスの影響を受けることがないので、正確に所望する注入量のイオンをターゲットに注入することが出来る。
【００１５】
さらに、前記制御装置の機能を入り切り出来る機能を設けておくことが望ましい。そのようにすれば、制御装置を使わなくても済む場合には、制御装置の機能を働かさないようにしておくことが出来るので、制御装置での処理が省略出来る分、イオン注入装置で単位時間当たりに処理されるターゲットの枚数を増やすことが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオン注入装置に備えられたビーム電流測定器は、イオンビームがターゲットに向けて照射されている間は、常に、イオンビームの一部のビーム電流を測定するように構成されている為、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に応じて、ターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値が算出可能となる。さらに、ビーム電流測定器をイオン源とターゲットとの間に配置している為、ターゲットのチャージアップに起因するゆらぎの影響を受けずに正確なビーム電流の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係るイオン注入装置を示す平面図である。
【図２】図１に記載のビーム電流測定器６をＸ方向と反対方向から見た時の様子を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のイオン注入装置の一例が、図１に示されている。
【００１９】
このイオン注入装置１では、イオン源２より引出されたイオンビーム３から所望のイオンのみがターゲット９に照射されるよう、質量分析マグネット４と分析スリット５を用いて、質量分析が行われる。なお、図１において、イオンビーム３はＸＹ平面上での中心軌道のみが一点鎖線で描かれている。
【００２０】
処理室７内で、ターゲット９は、ホルダー１０により支持され、図示されない駆動機構により矢印Ａの方向に往復搬送される。この往復搬送の際、処理室７に導入されたイオンビーム３を横切ることで、ターゲット９の全面へのイオン注入処理が実施される。駆動機構としては従来から用いられているものを用いれば良い。
【００２１】
例えば、処理室７の外部に設けられたモーターによって正逆に回転可能なボールねじを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このボールねじに、回転運動を直線運動に変換するボールナットを螺合させ、最終的に、このボールナットとホルダー１０とを接続させることで、矢印Ａ方向へのホルダー１０の搬送を可能とする機構や、処理室７の外部に設けられたモーターによって矢印Ａ方向に沿って移動可能なシャフトを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このシャフトの端部にホルダー１０を支持させることで、矢印Ａ方向へのホルダー１０の搬送を可能とする機構がそれに当たる。
【００２２】
処理室７内の側壁には、イオンビーム３のビーム電流密度分布を測定する為のビーム電流測定器１１が設けられている。このビーム電流測定器１１は、イオン源２より引出されたイオンビーム３のＺ方向（イオンビームの長辺方向）に渡ってのビーム電流密度分布を調整する際に用いられる。その為、ビーム電流計測器１１は、Ｚ方向において、少なくとも後述する図２に記載されるイオンビーム３の寸法よりも大きな寸法を有している。なお、ビーム電流測定器１１は、従来から用いられているような複数個のファラデーカップをＺ方向に沿って配列させた測定器を用いれば良い。
【００２３】
圧力計８は処理室７内の圧力を測定する為に、処理室７に取り付けられており、この圧力計８による測定結果を基にして、処理室７内で発生するターゲット９からの脱ガスによる処理室７内での圧力変動を検出している。
【００２４】
ターゲット９としては、半導体基板、より具体的には、シリコンウェハやガラス基板が挙げられる。ガラス基板はシリコンウェハに比べて、イオンビームが照射される面積が数十倍大きい。その分、チャージアップしたガラス基板が移送される際に起こる空間電位の変動は、チャージアップしたシリコンウェハが移動される際に起こる空間電位の変動と比べて大きなものとなる。よって、本発明をガラス基板へのイオン注入を行うイオン注入装置に適用した場合、その効果は大きいと言える。
【００２５】
もちろん、イオンビーム３がターゲット９に照射された際に、ターゲット９の表面に設けられたレジスト等が揮発することによって、ターゲット９より脱ガスが発生するようなものであれば、ターゲット９としてはどのようなものであっても構わない。
【００２６】
実際の圧力変動の検出に当たっては、予め決められた圧力の基準値を用意しておき、この基準値を圧力計８による測定値が超えた場合に、処理室７内での圧力変動があったと判断する。
【００２７】
この判断を経た後、後述する注入パラメーターの調節が行われる。圧力変動を検出しないで、注入パラメーターの調節をした場合、イオン源２のフィラメントの断線を招く恐れがある。
【００２８】
この理由について述べる。注入パラメーターの調節に先立って、分析スリット５の下流側に配置されたビーム電流測定器６でイオンビーム３のビーム電流が測定される。この際、処理室７内での圧力変動が原因となって、ビーム電流の値が想定される値よりも小さくなっていると誤認識し、ターゲット９へ所定量のイオン注入が達成されるように、イオン源２のフィラメントに流す電流量を増加させたとする。この場合において、実際には、イオン源のフィラメントがスパッタリング等により、先細りしていたことによって、ビーム電流測定器６による測定結果が減少してしまっていたのだとすると、細くなってしまったフィラメントに多量の電流を流すことになるので、フィラメントの断線を招くことになりかねない。
【００２９】
しかしながら、圧力計８にて、処理室７内の圧力変動を検出することで、少なくともターゲット９からの脱ガスが原因でイオンビーム３のビーム電流が減少しているのかどうかを知ることが出来るので、いたずらにイオン源２のフィラメントに流す電流量を増加させるといった操作がなされる危険性を少なくすることが出来る。また、ビーム電流の減少要因となる要因を分析する為の一助となる。
【００３０】
圧力計８により処理室９内の圧力が脱ガスにより変動したことを検出すると、ビーム電流測定器６による測定結果に基づいて、制御装置１２がターゲットへ照射される実質的なイオンビームのビーム電流を算出する。ここで言う、実質的なイオンビームのビーム電流とは、電流測定器で測定可能な電荷を有するイオンによるビーム電流だけでなく、ターゲット９に照射されるイオンビーム中に含まれる中性粒子化したイオンによるビーム電流も考慮したビーム電流を意味している。
【００３１】
ビーム電流測定器６では、ターゲット９に照射されないイオンビームの一部を利用して、イオンビームのビーム電流の変動を検出するようにしている。この様子が図２に描かれている。なお、このビーム電流測定器６としては、従来から用いられているファラデーカップを用いれば良い。
【００３２】
図２は、図１に記載のビーム電流測定器６をＸ方向と反対方向から見た時の様子を表している。
【００３３】
図２に示されるイオンビーム３は、分析スリット５を通過したイオンビーム３で、ターゲット９に照射される所望のイオン種のみを含んでいる。そして、ＹＺ平面において、その断面は略矩形状をしている。前述のように、このようなイオンビーム３を横切るように、ターゲット９が矢印Ａ方向（Ｙ方向）に往復搬送されるので、ターゲット９の全面へのイオンビーム３の照射が可能となる。
【００３４】
この場合において、イオンビーム３の全てがターゲット９に照射されている訳ではない。イオンビーム３、ビーム電流測定器６及び往復搬送されるターゲット９の位置関係を明確にする為に、図２中に処理室７内でのターゲット９の往復搬送される軌跡を破線で描いている。
【００３５】
図２中の９Ａ、９Ｂはターゲットの外形を示す。ここでのターゲット９は、矩形状のガラス基板を想定している。ターゲット９は、９Ａと９Ｂで示されるターゲット間を、Ｙ方向に沿って往復搬送させられる。その際、Ｚ方向において、イオンビーム３の一部はターゲット９に照射されていないことが理解される。このターゲット９に照射されないイオンビームの一部のビーム電流を、ビーム電流測定器６で測定する。
【００３６】
図２に示されるような位置にビーム電流測定器６を配置しているので、ターゲット９へのイオンビーム３の照射に支障を来たすことがない。また、イオンビーム３の進行方向において、ターゲット９よりも上流側にビーム電流測定器６を配置させているので、チャージアップしたターゲット９に起因する空間電位の変動の影響を受けることなく、ビーム電流の測定が可能となる。
【００３７】
ビーム電流測定器６によるビーム電流の測定結果は、図１に示す制御装置１２へ送信される。制御装置１２は、処理室７内の圧力変動によって生じたビーム電流に基づき、ターゲット９に注入されるイオンの注入量が所望のものとなるように、注入量に関連するイオン注入のパラメーターを調節する。
【００３８】
この注入パラメーターの調節は、具体的には、次のようにして行われる。処理室７内での圧力変動が生じる前に、ビーム電流測定器６にてビーム電流を測定しておき、この値を制御装置１２内に記憶しておく。また、一方で、ビーム電流測定器１１により、処理室７内での圧力変動が生じる前のイオンビーム３全体のビーム電流の値を測定しておき、この値も制御装置１２内に記憶しておく。
【００３９】
そして、圧力変動が生じた際に測定されたビーム測定器６での測定値と圧力変動が生じる前に測定されたビーム測定器６での測定値との比から、圧力変動が生じていないときのイオンビーム３の全体のビーム電流の値を用いて、圧力変動が生じた場合におけるイオンビーム３の全体のビーム電流の値（Ｉ）を算出する。
【００４０】
算出されたビーム電流の値（Ｉ）と、処理室７内での圧力計８での測定値（Ｐ）とを基にして、次の数式に代入し、ターゲット９に照射されている実質的なビーム電流の値を算出する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
上記した数式において、Ｋはターゲットに照射されるイオン種やイオン注入装置の構成によって決定される補正係数であり、Ｉｔはターゲット９に照射される実質的なビーム電流を示す。
【００４３】
Ｉｔを算出することにより、ターゲット９に照射されているイオンビームの実質的なビーム電流を知ることが出来るので、この結果を基に、イオンビーム３のビーム電流やターゲット９の往復搬送時の駆動速度を、適宜、変更して最終的にターゲット９に対して所望する注入量のイオン注入を達成することが出来る。
【００４４】
なお、注入パラメーターとして、ビーム電流とターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度を挙げたが、ターゲット１０に注入するイオンの注入量に関連するパラメーターであれば、これら以外のものであっても良い。例えば、スポット状のイオンビームを磁場や電場を用いて走査させるようなタイプのイオン注入装置であれば、イオンビームの走査速度を調節するようにしても良い。
【００４５】
しかしながら、イオンビームのパラメーター（ビーム電流や走査速度）を調節して、イオンビームの特性が所望する特性となるように制御するには時間を要する。また、ターゲット９からの脱ガスの影響を受け、調節後の値が再び変動してしまう恐れもある。
【００４６】
一方、ターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度は、制御の応答性が良く、ターゲット９からの脱ガスの影響を受けない。その為、調整対象とする注入パラメーターとしては、ターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度とすることが望ましい。
【００４７】
さらに、上記したような数式にて実質的なビーム電流を算出する方法以外に、次の数式を用いて直接に調節対象とする駆動速度を算出する方法もある。
【００４８】
【数２】
【００４９】
上記した数式において、Ｖは調節対象とするホルダー１０の駆動速度であり、Ｖoは処理室７内での圧力変動が起こる前のホルダー１０の駆動速度である。また、Ｉは処理室７内での圧力変動が起こった後にビーム電流測定器６で測定されたビーム電流の値であり、Ｉoは処理室７内での圧力変動が起こる前にビーム電流測定器６で測定されたビーム電流の値である。同様に、Ｐは圧力計８によって測定された圧力変動後の処理室７の圧力であって、Ｐoは圧力変動前の処理室７の圧力である。そして、Ｋは先の数式同様に、ターゲットに照射されるイオン種やイオン注入装置の構成によって決定される補正係数である。
【００５０】
イオン注入条件やターゲットの種類によっては、制御装置１２によるイオン注入パラメーターの調節が必要ない場合もある。その為、制御装置１２の機能を、イオン注入装置１によって製造されたターゲット上のデバイスの特性に応じて、入り切り出来るように構成しておいても良い。本格的なデバイスの製造の前に、試作として少量のターゲット９がイオン注入装置１にて処理される。この試作段階では、イオン注入装置１に設けられた制御装置１２の機能を働かせておかない。つまり、入り切りで言えば、切りの状態にしておく。そして、このような試作段階で製造されたデバイスの特性（閾値電圧等）を検査して、所望するデバイスが製造されたかどうかを確認する。
【００５１】
前述の確認においては、ある決められたデバイスの特性に対して基準となる範囲を設けておき、この範囲内に、製造されたデバイスの特性があるかどうかの確認がなされる。仮にこの範囲内にデバイスの特性があった場合には、本格的なデバイスの製造時において、制御装置１２の機能を働かせておかない。つまり、制御装置１２の機能を切りにしておく。反対に、範囲内にデバイスの特性がなかった場合には、本格的なデバイスの製造時において、制御装置１２の機能を働かせておく。つまり、制御装置１２の機能を入りにしておく。
【００５２】
このようにして、ターゲット９にデバイスを試作製造した時のデバイスの特性を考慮して、必要に応じて、制御装置１２の機能を入り切りが出来るように制御装置１２を構成した場合、イオン注入装置１の単位時間あたりのターゲット９の処理枚数を増やすことが出来る。これは、制御装置１２の機能を使用しない分、制御装置１２による算出時間等が省略出来るからである。
【００５３】
なお、この制御装置１２の入り切りの切り替えは、制御装置１２の操作が出来るようなユーザーインターフェースを設けておき、それを介してイオン注入装置１のオペレーターが入り切りの操作を行えるようにしておいても良いし、制御装置１２にスイッチ等の物理的な手段を設けておき、これを用いて制御装置１２の機能の入り切りを行えるようにしておいても良い。
＜その他の変形例＞
【００５４】
本発明が適用されるイオン注入装置は、上記した実施例のものに限られない。例えば、質量分析マグネット４と分析スリット５がないタイプのイオン注入装置でも構わない。また、ターゲット９を固定させておいて、ターゲット９よりも寸法が大きいイオンビーム３を用いて、ターゲット９の全面にイオンビーム３を照射するタイプのイオン注入装置であっても良い。
【００５５】
また、イオン源からスポット状のイオンビームを引出して、磁場や電場によってイオンビームの進行方向と直交する方向にイオンビームが広がりを持つように一平面内で走査し、走査されたイオンビームを磁場や電場によって当該平面内で略平行化する平行化器を通して、ターゲットへ照射するような構成のイオン注入装置であっても良い。その場合、例えば、上記実施例に記載したビーム電流測定器６は平行化器とターゲットとの間に配置させておくようにしても良い。
【００５６】
さらに、ビーム電流測定器６をＺ方向に沿って移動可能な構成としておき、ビーム電流測定器１１の機能も兼用できるようにしておいても良い。具体的には、イオン注入処理前にイオンビーム３を処理室７内に照射しておく。この際、ビーム電流測定器６をＺ方向に移動させながら、イオンビーム３のビーム電流の測定を行う。なお、ビーム電流測定器６を移動させる構成については、ホルダー１０の駆動機構を小型化したものを用いるようにすれば良い。
【００５７】
先の実施形態において、ビーム電流計測器６は、図２に示されるようにイオンビーム３のＺ方向における下側部分のみを測定するものであったが、ターゲット９に照射されていない上側部分も測定できるように別のビーム電流計測器を用意しておいても良い。そうした上で、各ビーム電流計測器による測定結果を平均した値を、ビーム電流の測定値として用いるようにしても良い。このように構成しておくことで、より適切に、イオンビーム３全体に波及する脱ガスの影響に対処することが出来る。
【００５８】
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５９】
１．イオン注入装置
２．イオン源
３．イオンビーム
４．質量分析マグネット
５．分析スリット
６．ビーム電流測定器
７．処理室
８．圧力計
９．ターゲット
１０．ホルダー
１２．制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理室内の圧力が変動した場合であっても、所望される量のイオンを注入することが出来るイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入装置では、ターゲット近傍に配置されたファラデーカップ等のモニター手段を用いて、イオンビームのビーム電流をモニターし、ターゲットに所望量のイオンが注入されるように、イオンビームのビーム電流やターゲットの走査速度の制御がなされている。
【０００３】
ターゲット表面にイオンビームの照射により揮発しやすい物質（例えばフォトレジストなど）が存在している場合、イオンビームがターゲットに照射されることで、当該物質が揮発し、ガスとなって処理室内の圧力が高くなる。このようなガスにイオンビームが衝突すると、荷電変換によりイオンビーム中のイオンが中性粒子となる。
【０００４】
中性粒子となったイオンは、電荷を有していない為、ファラデーカップ等のモニター手段によって検出することが出来ない。その為、このようなイオンの中性化が、先述したような所望量のイオンをターゲットに注入する為のビーム電流等の制御にあたって、問題視されていた。そこで、この問題を解決する技術として、特許文献１のような技術が提案されてきた。
【０００５】
特許文献１では、標的室内のガス圧をイオン化計により測定する。そして、標的室内に配置された工作物を支持する円板が１回転する毎に円板に設けられた溝を介して、イオンビームのビーム電流をファラデーゲージにより測定する。最終的に、これらの測定結果を所定式に代入することによって、工作物に照射されている実質的なイオンビームのビーム電流を算出する旨が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１６４５６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、ファラデーゲージによるビーム電流の測定は、円板を１回転させる必要があるので、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に対応して、工作物に照射されている実質的なビーム電流の値を算出することが出来ない。その為、正確に所望量のイオンを工作物へ注入することが出来ない。
【０００８】
また、工作物にイオンビームが照射されることによって、工作物がチャージアップした場合、特許文献１のように工作物よりも下流側（イオンビームが進行する側）にファラデーゲージを配置していると、ファラデーゲージでのビーム電流の測定値にゆらぎ（空間電位の変動による測定値の時間的な変動）が生じる。
【０００９】
この測定値のゆらぎは、チャージアップされた工作物が走査されることや工作物のチャージアップの状態が変化することに起因して発生される空間電位の変化が原因になると考えられている。このゆらぎによって、正確にビーム電流を測定することが困難となり、ひいては、実質的なビーム電流の算出に影響を及ぼす。
【００１０】
そこで本発明では、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に応じて、ターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値を算出可能にするとともに、ターゲットのチャージアップに起因するゆらぎの影響を受けずに正確なビーム電流の測定を可能とするビーム電流測定器を備えたイオン注入装置を提供することを所期課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明に係るイオン注入装置は、イオン源と、前記イオン源から引出されたイオンビームが照射されるターゲットと、前記ターゲットが配置される処理室と、前記処理室内の圧力を測定する圧力計と、前記ターゲット上に照射される前記イオンビームの照射領域を妨げないようにして、前記イオン源と前記ターゲットとの間に配置されているとともに、前記ターゲットに照射されない前記イオンビームの少なくとも一部のビーム電流を測定するビーム電流測定器と、前記圧力計による測定値が予め決められた基準値以上となった時、前記ターゲットに所定量のイオンが注入されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記したように、ターゲット上に照射されるイオンビームの照射領域を妨げないようにして、イオン源とターゲットとの間にビーム電流測定器を配置するとともに、ターゲットに照射されていないイオンビームの一部を利用して、当該イオンビームのビーム電流の変動を検出するようにしているので、イオンビームがターゲットに向けて照射されている間は、常に、イオンビームの一部のビーム電流を測定することが可能となる。これによって、処理室内での時々刻々と変化する圧力変動に応じて、即座にターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値を算出することが可能となる。
【００１３】
また、前記イオン注入装置は、前記ターゲットを保持するホルダーと、前記ホルダーを駆動するホルダー駆動手段を、さらに備えており、前記注入パラメーターは、前記ホルダー駆動手段によって前記ホルダーが駆動される際の速度であることが望ましい。
【００１４】
ホルダーの駆動速度の変更は、イオンビーム電流等を変更する場合と比較して、手早く行うことが出来る。また、変更後の値がターゲットからの脱ガスの影響を受けることがないので、正確に所望する注入量のイオンをターゲットに注入することが出来る。
【００１５】
さらに、前記制御装置の機能を入り切り出来る機能を設けておくことが望ましい。そのようにすれば、制御装置を使わなくても済む場合には、制御装置の機能を働かさないようにしておくことが出来るので、制御装置での処理が省略出来る分、イオン注入装置で単位時間当たりに処理されるターゲットの枚数を増やすことが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオン注入装置に備えられたビーム電流測定器は、イオンビームがターゲットに向けて照射されている間は、常に、イオンビームの一部のビーム電流を測定するように構成されている為、時々刻々と変化する処理室内での圧力変動に応じて、ターゲットに照射されている実質的なビーム電流の値が算出可能となる。さらに、ビーム電流測定器をイオン源とターゲットとの間に配置している為、ターゲットのチャージアップに起因するゆらぎの影響を受けずに正確なビーム電流の測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係るイオン注入装置を示す平面図である。
【図２】図１に記載のビーム電流測定器６をＸ方向と反対方向から見た時の様子を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のイオン注入装置の一例が、図１に示されている。
【００１９】
このイオン注入装置１では、イオン源２より引出されたイオンビーム３から所望のイオンのみがターゲット９に照射されるよう、質量分析マグネット４と分析スリット５を用いて、質量分析が行われる。なお、図１において、イオンビーム３はＸＹ平面上での中心軌道のみが一点鎖線で描かれている。
【００２０】
処理室７内で、ターゲット９は、ホルダー１０により支持され、図示されない駆動機構により矢印Ａの方向に往復搬送される。この往復搬送の際、処理室７に導入されたイオンビーム３を横切ることで、ターゲット９の全面へのイオン注入処理が実施される。駆動機構としては従来から用いられているものを用いれば良い。
【００２１】
例えば、処理室７の外部に設けられたモーターによって正逆に回転可能なボールねじを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このボールねじに、回転運動を直線運動に変換するボールナットを螺合させ、最終的に、このボールナットとホルダー１０とを接続させることで、矢印Ａ方向へのホルダー１０の搬送を可能とする機構や、処理室７の外部に設けられたモーターによって矢印Ａ方向に沿って移動可能なシャフトを、真空シールを介して、処理室７内に導入しておき、このシャフトの端部にホルダー１０を支持させることで、矢印Ａ方向へのホルダー１０の搬送を可能とする機構がそれに当たる。
【００２２】
処理室７内の側壁には、イオンビーム３のビーム電流密度分布を測定する為のビーム電流測定器１１が設けられている。このビーム電流測定器１１は、イオン源２より引出されたイオンビーム３のＺ方向（イオンビームの長辺方向）に渡ってのビーム電流密度分布を調整する際に用いられる。その為、ビーム電流計測器１１は、Ｚ方向において、少なくとも後述する図２に記載されるイオンビーム３の寸法よりも大きな寸法を有している。なお、ビーム電流測定器１１は、従来から用いられているような複数個のファラデーカップをＺ方向に沿って配列させた測定器を用いれば良い。
【００２３】
圧力計８は処理室７内の圧力を測定する為に、処理室７に取り付けられており、この圧力計８による測定結果を基にして、処理室７内で発生するターゲット９からの脱ガスによる処理室７内での圧力変動を検出している。
【００２４】
ターゲット９としては、半導体基板、より具体的には、シリコンウェハやガラス基板が挙げられる。ガラス基板はシリコンウェハに比べて、イオンビームが照射される面積が数十倍大きい。その分、チャージアップしたガラス基板が移送される際に起こる空間電位の変動は、チャージアップしたシリコンウェハが移動される際に起こる空間電位の変動と比べて大きなものとなる。よって、本発明をガラス基板へのイオン注入を行うイオン注入装置に適用した場合、その効果は大きいと言える。
【００２５】
もちろん、イオンビーム３がターゲット９に照射された際に、ターゲット９の表面に設けられたレジスト等が揮発することによって、ターゲット９より脱ガスが発生するようなものであれば、ターゲット９としてはどのようなものであっても構わない。
【００２６】
実際の圧力変動の検出に当たっては、予め決められた圧力の基準値を用意しておき、この基準値を圧力計８による測定値が超えた場合に、処理室７内での圧力変動があったと判断する。
【００２７】
この判断を経た後、後述する注入パラメーターの調節が行われる。圧力変動を検出しないで、注入パラメーターの調節をした場合、イオン源２のフィラメントの断線を招く恐れがある。
【００２８】
この理由について述べる。注入パラメーターの調節に先立って、分析スリット５の下流側に配置されたビーム電流測定器６でイオンビーム３のビーム電流が測定される。この際、処理室７内での圧力変動が原因となって、ビーム電流の値が想定される値よりも小さくなっていると誤認識し、ターゲット９へ所定量のイオン注入が達成されるように、イオン源２のフィラメントに流す電流量を増加させたとする。この場合において、実際には、イオン源のフィラメントがスパッタリング等により、先細りしていたことによって、ビーム電流測定器６による測定結果が減少してしまっていたのだとすると、細くなってしまったフィラメントに多量の電流を流すことになるので、フィラメントの断線を招くことになりかねない。
【００２９】
しかしながら、圧力計８にて、処理室７内の圧力変動を検出することで、少なくともターゲット９からの脱ガスが原因でイオンビーム３のビーム電流が減少しているのかどうかを知ることが出来るので、いたずらにイオン源２のフィラメントに流す電流量を増加させるといった操作がなされる危険性を少なくすることが出来る。また、ビーム電流の減少要因となる要因を分析する為の一助となる。
【００３０】
圧力計８により処理室９内の圧力が脱ガスにより変動したことを検出すると、ビーム電流測定器６による測定結果に基づいて、制御装置１２がターゲットへ照射される実質的なイオンビームのビーム電流を算出する。ここで言う、実質的なイオンビームのビーム電流とは、電流測定器で測定可能な電荷を有するイオンによるビーム電流だけでなく、ターゲット９に照射されるイオンビーム中に含まれる中性粒子化したイオンによるビーム電流も考慮したビーム電流を意味している。
【００３１】
ビーム電流測定器６では、ターゲット９に照射されないイオンビームの一部を利用して、イオンビームのビーム電流の変動を検出するようにしている。この様子が図２に描かれている。なお、このビーム電流測定器６としては、従来から用いられているファラデーカップを用いれば良い。
【００３２】
図２は、図１に記載のビーム電流測定器６をＸ方向と反対方向から見た時の様子を表している。
【００３３】
図２に示されるイオンビーム３は、分析スリット５を通過したイオンビーム３で、ターゲット９に照射される所望のイオン種のみを含んでいる。そして、ＹＺ平面において、その断面は略矩形状をしている。前述のように、このようなイオンビーム３を横切るように、ターゲット９が矢印Ａ方向（Ｙ方向）に往復搬送されるので、ターゲット９の全面へのイオンビーム３の照射が可能となる。
【００３４】
この場合において、イオンビーム３の全てがターゲット９に照射されている訳ではない。イオンビーム３、ビーム電流測定器６及び往復搬送されるターゲット９の位置関係を明確にする為に、図２中に処理室７内でのターゲット９の往復搬送される軌跡を破線で描いている。
【００３５】
図２中の９Ａ、９Ｂはターゲットの外形を示す。ここでのターゲット９は、矩形状のガラス基板を想定している。ターゲット９は、９Ａと９Ｂで示されるターゲット間を、Ｙ方向に沿って往復搬送させられる。その際、Ｚ方向において、イオンビーム３の一部はターゲット９に照射されていないことが理解される。このターゲット９に照射されないイオンビームの一部のビーム電流を、ビーム電流測定器６で測定する。
【００３６】
図２に示されるような位置にビーム電流測定器６を配置しているので、ターゲット９へのイオンビーム３の照射に支障を来たすことがない。また、イオンビーム３の進行方向において、ターゲット９よりも上流側にビーム電流測定器６を配置させているので、チャージアップしたターゲット９に起因する空間電位の変動の影響を受けることなく、ビーム電流の測定が可能となる。
【００３７】
ビーム電流測定器６によるビーム電流の測定結果は、図１に示す制御装置１２へ送信される。制御装置１２は、処理室７内の圧力変動によって生じたビーム電流に基づき、ターゲット９に注入されるイオンの注入量が所望のものとなるように、注入量に関連するイオン注入のパラメーターを調節する。
【００３８】
この注入パラメーターの調節は、具体的には、次のようにして行われる。処理室７内での圧力変動が生じる前に、ビーム電流測定器６にてビーム電流を測定しておき、この値を制御装置１２内に記憶しておく。また、一方で、ビーム電流測定器１１により、処理室７内での圧力変動が生じる前のイオンビーム３全体のビーム電流の値を測定しておき、この値も制御装置１２内に記憶しておく。
【００３９】
そして、圧力変動が生じた際に測定されたビーム測定器６での測定値と圧力変動が生じる前に測定されたビーム測定器６での測定値との比から、圧力変動が生じていないときのイオンビーム３の全体のビーム電流の値を用いて、圧力変動が生じた場合におけるイオンビーム３の全体のビーム電流の値（Ｉ）を算出する。
【００４０】
算出されたビーム電流の値（Ｉ）と、処理室７内での圧力計８での測定値（Ｐ）とを基にして、次の数式に代入し、ターゲット９に照射されている実質的なビーム電流の値を算出する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
上記した数式において、Ｋはターゲットに照射されるイオン種やイオン注入装置の構成によって決定される補正係数であり、Ｉｔはターゲット９に照射される実質的なビーム電流を示す。
【００４３】
Ｉｔを算出することにより、ターゲット９に照射されているイオンビームの実質的なビーム電流を知ることが出来るので、この結果を基に、イオンビーム３のビーム電流やターゲット９の往復搬送時の駆動速度を、適宜、変更して最終的にターゲット９に対して所望する注入量のイオン注入を達成することが出来る。
【００４４】
なお、注入パラメーターとして、ビーム電流とターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度を挙げたが、ターゲット１０に注入するイオンの注入量に関連するパラメーターであれば、これら以外のものであっても良い。例えば、スポット状のイオンビームを磁場や電場を用いて走査させるようなタイプのイオン注入装置であれば、イオンビームの走査速度を調節するようにしても良い。
【００４５】
しかしながら、イオンビームのパラメーター（ビーム電流や走査速度）を調節して、イオンビームの特性が所望する特性となるように制御するには時間を要する。また、ターゲット９からの脱ガスの影響を受け、調節後の値が再び変動してしまう恐れもある。
【００４６】
一方、ターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度は、制御の応答性が良く、ターゲット９からの脱ガスの影響を受けない。その為、調整対象とする注入パラメーターとしては、ターゲット９を支持するホルダー１０の駆動速度とすることが望ましい。
【００４７】
さらに、上記したような数式にて実質的なビーム電流を算出する方法以外に、次の数式を用いて直接に調節対象とする駆動速度を算出する方法もある。
【００４８】
【数２】
【００４９】
上記した数式において、Ｖは調節対象とするホルダー１０の駆動速度であり、Ｖoは処理室７内での圧力変動が起こる前のホルダー１０の駆動速度である。また、Ｉは処理室７内での圧力変動が起こった後にビーム電流測定器６で測定されたビーム電流の値であり、Ｉoは処理室７内での圧力変動が起こる前にビーム電流測定器６で測定されたビーム電流の値である。同様に、Ｐは圧力計８によって測定された圧力変動後の処理室７の圧力であって、Ｐoは圧力変動前の処理室７の圧力である。そして、Ｋは先の数式同様に、ターゲットに照射されるイオン種やイオン注入装置の構成によって決定される補正係数である。
【００５０】
イオン注入条件やターゲットの種類によっては、制御装置１２によるイオン注入パラメーターの調節が必要ない場合もある。その為、制御装置１２の機能を、イオン注入装置１によって製造されたターゲット上のデバイスの特性に応じて、入り切り出来るように構成しておいても良い。本格的なデバイスの製造の前に、試作として少量のターゲット９がイオン注入装置１にて処理される。この試作段階では、イオン注入装置１に設けられた制御装置１２の機能を働かせておかない。つまり、入り切りで言えば、切りの状態にしておく。そして、このような試作段階で製造されたデバイスの特性（閾値電圧等）を検査して、所望するデバイスが製造されたかどうかを確認する。
【００５１】
前述の確認においては、ある決められたデバイスの特性に対して基準となる範囲を設けておき、この範囲内に、製造されたデバイスの特性があるかどうかの確認がなされる。仮にこの範囲内にデバイスの特性があった場合には、本格的なデバイスの製造時において、制御装置１２の機能を働かせておかない。つまり、制御装置１２の機能を切りにしておく。反対に、範囲内にデバイスの特性がなかった場合には、本格的なデバイスの製造時において、制御装置１２の機能を働かせておく。つまり、制御装置１２の機能を入りにしておく。
【００５２】
このようにして、ターゲット９にデバイスを試作製造した時のデバイスの特性を考慮して、必要に応じて、制御装置１２の機能を入り切りが出来るように制御装置１２を構成した場合、イオン注入装置１の単位時間あたりのターゲット９の処理枚数を増やすことが出来る。これは、制御装置１２の機能を使用しない分、制御装置１２による算出時間等が省略出来るからである。
【００５３】
なお、この制御装置１２の入り切りの切り替えは、制御装置１２の操作が出来るようなユーザーインターフェースを設けておき、それを介してイオン注入装置１のオペレーターが入り切りの操作を行えるようにしておいても良いし、制御装置１２にスイッチ等の物理的な手段を設けておき、これを用いて制御装置１２の機能の入り切りを行えるようにしておいても良い。
＜その他の変形例＞
【００５４】
本発明が適用されるイオン注入装置は、上記した実施例のものに限られない。例えば、質量分析マグネット４と分析スリット５がないタイプのイオン注入装置でも構わない。また、ターゲット９を固定させておいて、ターゲット９よりも寸法が大きいイオンビーム３を用いて、ターゲット９の全面にイオンビーム３を照射するタイプのイオン注入装置であっても良い。
【００５５】
また、イオン源からスポット状のイオンビームを引出して、磁場や電場によってイオンビームの進行方向と直交する方向にイオンビームが広がりを持つように一平面内で走査し、走査されたイオンビームを磁場や電場によって当該平面内で略平行化する平行化器を通して、ターゲットへ照射するような構成のイオン注入装置であっても良い。その場合、例えば、上記実施例に記載したビーム電流測定器６は平行化器とターゲットとの間に配置させておくようにしても良い。
【００５６】
さらに、ビーム電流測定器６をＺ方向に沿って移動可能な構成としておき、ビーム電流測定器１１の機能も兼用できるようにしておいても良い。具体的には、イオン注入処理前にイオンビーム３を処理室７内に照射しておく。この際、ビーム電流測定器６をＺ方向に移動させながら、イオンビーム３のビーム電流の測定を行う。なお、ビーム電流測定器６を移動させる構成については、ホルダー１０の駆動機構を小型化したものを用いるようにすれば良い。
【００５７】
先の実施形態において、ビーム電流計測器６は、図２に示されるようにイオンビーム３のＺ方向における下側部分のみを測定するものであったが、ターゲット９に照射されていない上側部分も測定できるように別のビーム電流計測器を用意しておいても良い。そうした上で、各ビーム電流計測器による測定結果を平均した値を、ビーム電流の測定値として用いるようにしても良い。このように構成しておくことで、より適切に、イオンビーム３全体に波及する脱ガスの影響に対処することが出来る。
【００５８】
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５９】
１．イオン注入装置
２．イオン源
３．イオンビーム
４．質量分析マグネット
５．分析スリット
６．ビーム電流測定器
７．処理室
８．圧力計
９．ターゲット
１０．ホルダー
１２．制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、
前記イオン源から引出されたイオンビームが照射されるターゲットと、
前記ターゲットが配置される処理室と、
前記処理室内の圧力を測定する圧力計と、
前記ターゲット上に照射される前記イオンビームの照射領域を妨げないようにして、前記イオン源と前記ターゲットとの間に配置されているとともに、前記ターゲットに照射されない前記イオンビームの少なくとも一部のビーム電流を測定するビーム電流測定器と、
前記圧力計による測定値が予め決められた基準値以上となった時、前記ターゲットに所定量のイオンが注入されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置と、を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオン注入装置は、
前記ターゲットを保持するホルダーと、
前記ホルダーを駆動するホルダー駆動手段を、さらに備えており、
前記注入パラメーターは、前記ホルダー駆動手段によって前記ホルダーが駆動される際の速度であ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】
前記ターゲットは、ガラス基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御装置の機能を入り切り出来る機能が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のイオン注入装置。
【請求項１】
イオン源と、
前記イオン源から引出されたイオンビームが照射されるターゲットと、
前記ターゲットが配置される処理室と、
前記処理室内の圧力を測定する圧力計と、
前記ターゲット上に照射される前記イオンビームの照射領域を妨げないようにして、前記イオン源と前記ターゲットとの間に配置されているとともに、前記ターゲットに照射されない前記イオンビームの少なくとも一部のビーム電流を測定するビーム電流測定器と、
前記圧力計による測定値が予め決められた基準値以上となった時、前記ターゲットに所定量のイオンが注入されるように、イオン注入パラメーターを調節する制御装置と、を備えていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記イオン注入装置は、
前記ターゲットを保持するホルダーと、
前記ホルダーを駆動するホルダー駆動手段を、さらに備えており、
前記注入パラメーターは、前記ホルダー駆動手段によって前記ホルダーが駆動される際の速度であ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】
前記ターゲットは、ガラス基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御装置の機能を入り切り出来る機能が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４３４５０（Ｐ２０１１−２４３４５０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５４０７（Ｐ２０１０−１１５４０７）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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