(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気される注入室内においてホルダに保持された基板にイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置において、前記ホルダに装着される前の基板の第１温度および同ホルダから取り外された後の基板の第２温度を非接触で測定する温度計と、この温度計で測定した第２温度と第１温度との温度差を求める演算器と、この演算器で求めた温度差と予め設定された基準値とを比較して前者が後者よりも小さいときに注入異常信号を出力する比較器とを備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記温度計で測定した第２温度と予め設定された第２の基準値とを比較して前者が後者よりも大きいときに温度異常信号を出力する第２の比較器を更に備える請求項１記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板にイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置に関し、より具体的には、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常の基板を簡単にかつ速やかに検出する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のイオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。このイオン注入装置は、特開平３−１１４１２７号公報に記載されている装置と同様のものであり、イオンビーム２のビームラインの左右に同じ機構がほぼ左右対称に設けられているけれども、ここではその一方（図の右側）を図示してそれを例に説明する。
【０００３】
図示しない真空排気装置によって真空排気される注入室６内に、Ｘ方向（例えば水平方向）に電気的に（即ち電界または磁界によって）走査されたイオンビーム２が導入される。
【０００４】
注入室６内にはホルダ駆動装置１０が設けられている。このホルダ駆動装置１０は、この例では、基板４を保持するホルダ８を例えば矢印Ｃ方向に回転させるモータ１８と、このモータ１８等を支えるアーム１６を矢印Ｂのように往復回転させるモータ１４と、主軸１３およびそれに取り付けられたモータ１４等を矢印Ａのように往復回転させるモータ１２とを備えている。ホルダ８は、通常は冷却水によって冷却されている。
【０００５】
モータ１２によって主軸１３を矢印Ａのように回転させて、その先にアーム１６等を介して取り付けられたホルダ８を、イオン注入のための起立状態（図１の状態）と、基板４の着脱のための水平状態とに駆動することができる。そして起立状態で、モータ１４を矢印Ｂのように正逆転させてアーム１６を揺動回転させると、アーム１６の先端部に取り付けられたホルダ８は、そこに保持した基板４をイオンビーム２に向けた状態で、円弧を描くような形で、Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向に機械的に走査される。それによって、基板４の全面にイオンビーム２を照射してイオン注入を行うことができる。
【０００６】
注入室６の後方部の底部（または天井部）には、基板４を注入室６内と大気側との間で１枚ずつ出し入れするための真空予備室２２が隣接されている。
【０００７】
水平状態にあるホルダ８に対する未注入の基板の装着、注入後の基板４の取り外し、およびホルダ８と真空予備室２２との間の基板４の搬送は、図示しない機構によって矢印Ｄに示すように往復直線運動させられる搬送アーム２０によって行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオン注入装置においては、ホルダ８上の基板４に対するイオン注入量（ドーズ量）は、起立状態にあるホルダ８の側方に設けたファラデーカップ２４にイオンビーム２の一部を入射させ、このファラデーカップ２４に流れるイオンビーム２のビーム電流をビーム電流計測器２６で測定し、かつそのようにして測定したビーム電流を時間積分することによって測定している。
【０００９】
ところが、上記のようなドーズ量を測定する手段では、基板４に現実にイオンビーム２が照射されたか否かを測定するものではないため、複数枚の基板４に連続してイオン注入処理を施している間に、何らかの原因で（例えば、イオンビーム２がファラデーカップ２４に入射している状態でイオンビーム２の電気的走査が何らかの原因で一時的に停止したり、基板４がイオンビーム２外に位置した状態でホルダ８の機械的走査が何らかの原因で一時的に停止した場合等によって）全くイオン注入されていなかったり、注入量の極端に少ない基板４が仮に発生したとしても、ビーム電流計測器２６にはビーム電流が流れているので、このような注入異常を検出することは困難である。
【００１０】
上記のようなことが起こるのは極めて希であるけれども、特に高い信頼性を要求される生産機等では、このような注入異常の基板４が検出されることなく次の工程に流れることを避けなければならない。
【００１１】
また、イオン注入の際の基板４の温度が異常に上昇したか否かを検知するために、ホルダ８から排出される冷却水の温度監視を温度センサー（図示省略）を用いて行っているけれども、このような手段では、基板４の温度を直接測定するものではないため、信頼性の点で劣る。
【００１２】
そこでこの発明は、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常の基板を簡単にかつ速やかに検出することを主たる目的とする。また、イオン注入の際に基板の温度が異常に上昇したことを簡単に確実にかつ速やかに検出することを他の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明のイオン注入装置は、前記ホルダに装着される前の基板の第１温度および同ホルダから取り外された後の基板の第２温度を非接触で測定する温度計と、この温度計で測定した第２温度と第１温度との温度差を求める演算器と、この演算器で求めた温度差と予め設定された基準値とを比較して前者が後者よりも小さいときに注入異常信号を出力する比較器とを備えることを特徴としている。
【００１４】
イオン注入時に基板に照射されたイオンビームのエネルギーは最終的には熱となるので、基板にイオン注入が行われれば、注入後の基板の温度は必ず上昇する。しかし、未注入であったり注入量が極端に少ないと、注入の前後で基板の温度差は小さくなる。注入前の基板の温度はホルダに装着される前の第１温度として、かつ注入後の基板の温度はホルダから取り外された後の基板の第２温度として温度計によって計測され、両温度の温度差が演算器によって求められ、その温度差が基準値よりも小さければ比較器から注入異常信号が出力される。このようにして、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常の基板を、簡単に、かつイオン注入直後に速やかに検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。図２は、図１中の温度計周りを横から見て示す断面図である。図３の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１６】
前述したように、このイオン注入装置においては、ホルダ８に対する未注入の基板４の装着および同ホルダ８からの注入後の基板４の取り外しは、搬送アーム２０によって行われる。
【００１７】
そこでこの実施例では、この搬送アーム２０による基板４の搬送経路の途中に、より具体的には当該搬送経路の下側に位置する注入室６の底面７に、覗き窓３０を設け、その外側に放射温度計３２を設けて、覗き窓３０を介してこの放射温度計３２によって、その上を横切って搬送される基板４の温度を、より具体的にはホルダ８に装着される直前の基板４の第１温度Ｔ１  および同ホルダから取り外された直後の基板４の第２温度Ｔ２  を、非接触で測定するようにしている。ちなみに、搬送アーム２０は、基板４の周縁部のみを下から支える構造であるため、この搬送アームに載せられた基板４の温度（より具体的には裏面の温度）を下側から放射温度計３２によって何ら支障なく測定することができる。
【００１８】
放射温度計３２は、物体の放射するエネルギーを測定してその物体の温度を非接触で測定するものである。この実施例ではこの放射温度計３２として、物体の放射する赤外線を検出する赤外線放射温度計を用いている。そのため、覗き窓３０には、赤外線の透過特性に優れた材質、例えばサファイアガラス等を用いるのが好ましい。
【００１９】
なお、基板４の搬送を制御している、より具体的には搬送アーム２０の移動を制御しているコントローラ（図示省略）と放射温度計３２とを接続して互いに信号のやり取りを行うことによって、基板４が放射温度計３２の測定範囲に入った時にのみ温度測定を行わせるのが好ましい。
【００２０】
イオン注入後の基板４の放熱は、ホルダ８から取り外した時点から、ほぼ輻射だけになり、基板４の温度は殆ど下がらなくなる。なぜなら、基板４にゴミが付着するのを極力避けるために、基板４の搬送は、搬送アーム２０等の構造物が可能な限り基板４に接触しないようにして行っており、従って伝導による熱伝達は非常に少ない。また、注入室６内は真空であるため、気体の対流による熱伝達はない。従って、イオン注入後の基板４の注入室６内における搬送途中の温度は、ホルダ８上でのイオン注入の際の基板４の温度をほぼ反映していると言える。
【００２１】
上記放射温度計３２で測定した第１温度Ｔ１  および第２温度Ｔ２  は、この実施例では記憶装置３４に入力されてそれぞれ記憶される。これは、第２温度Ｔ２  の測定後に両温度Ｔ１  、Ｔ２  の温度差ΔＴ（＝Ｔ２  −Ｔ１  ）を演算器３６において求めるためである。もっとも、第１温度Ｔ１  のみを記憶装置３４に記憶し、第２温度Ｔ２  が得られた時点で即刻、両温度Ｔ１  、Ｔ２  の温度差ΔＴを演算器３６によって求めるようにしても良い。
【００２２】
演算器３６で求めた温度差ΔＴは比較器３８に入力される。比較器３８は、この温度差ΔＴと、予め設定された基準値Ｒ１  とを比較して、温度差ΔＴが基準値Ｒ１  よりも小さいときに注入異常信号Ｓ１  を出力する。この基準値Ｒ１  は、例えば、基板４に所定のドーズ量注入されたときの基板４の温度上昇分に相当する温度（例えば７０℃程度）よりも小さい温度で任意であるが、その内でもあまり小さくしておくと未注入は検出できても注入量不足は検出しにくくなり、あまり大きくしておくと所定のドーズ量注入された場合でも注入量不足と判断する可能性が出てくるので、具体的には、大電流領域で５〜１０℃、中〜小電流領域で１〜５℃程度に設定しておくのが好ましい。
【００２３】
ホルダ８に装着され処理後に同ホルダ８から取り外された基板４に万一、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常があると、当該基板４の処理の前後における温度差が小さく、従って上記温度差ΔＴが基準値Ｒ１  より小さくなるので、比較器３８から注入異常信号Ｓ１  が出力される。これによって、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常の基板４を、複雑な測定系を用いたり複雑なデータ解析を行うことなく簡単に検出することができる。しかも、１枚１枚の基板４についてそのイオン注入直後に速やかに検出することができる。従って、注入異常の不良品が次の工程に流れることを未然に防ぐことができる。
【００２４】
なお、上記比較器３８から注入異常信号Ｓ１  が出力された場合は、それを表示する等してオペレータにイオン注入停止を促しても良いし、更に進んで、この注入異常信号Ｓ１  に応答してそれ以降のイオン注入を自動的に停止させるようにしても良い。
【００２５】
また、上記実施例のように、放射温度計３２によって、基板４の表面ではなく裏面の温度を測定すれば、次のような効果が得られる。即ち、基板４の表面には、通常はデバイスパターンが作り込まれ、かつレジストが塗布されている。これらは作製するデバイスによって異なるため、放射温度計３２で温度を測定するための黒度が異なることが多い。放射温度計３２では、測定対象物の黒度を正しく設定しないと、その温度を正確に測定することはできない。従って、基板４の表面の温度を放射温度計３２によって測定する場合は、基板４の表面に作製されているデバイスのタイプごとに、即ち基板４の表面のタイプごとに、放射温度計３２において黒度設定をする必要があり、測定が煩雑になる。これに対して、基板４の裏面には表面と違ってデバイスパターン等が形成されていないため、その黒度は基板４の表面のタイプによらずほぼ一定である。従って基板４の裏面の温度を測定すれば、放射温度計３２において黒度設定を基板４の表面のタイプごとに設定し直す煩雑さを無くすることができるので、測定がより簡単になる。
【００２６】
この実施例では更に、放射温度計３２で測定した前記第２温度Ｔ２  と、予め設定された第２の基準値Ｒ２  とを比較して第２温度Ｔ２  が基準値Ｒ２  よりも大きいときに温度異常信号Ｓ２  を出力する第２の比較器４０を設けている。この比較器４０への第２温度Ｔ２  の取り込みは、放射温度計３２から直接行っても良いし、図示例のように前記記憶装置３４から行っても良い。
【００２７】
上記基準値Ｒ２  は、例えば基板４の表面に塗布されているレジストが劣化を始める温度、より具体的には１００℃程度に設定しておけば良い。また、注入時の条件に応じて、具体的には基板４やその表面のレジストの種類、注入に用いるイオンビーム２のビーム電流、ビームエネルギー、更にはドーズ量等に応じて、この基準値Ｒ２  をきめ細かく変えても良く、そのようにすればきめ細かな検出が可能になる。また、各種注入条件時の基板４の標準的な温度上昇を一度予め測定しておけば、上記のような基準値Ｒ２  の具体的な値をより簡単に定めることができる。
【００２８】
また、前述したようにイオン注入後の基板４の注入室６内における搬送途中の温度は、ホルダ８上でのイオン注入の際の基板４の温度をほぼ反映しているけれども、仮に、基板４のホルダ８上での温度と搬送途中の温度との差が問題になるのであれば、その差を加味して上記基準値Ｒ２  を設定しておけば、この差は問題にならなくなる。即ち、この差に相当する分だけ基準値Ｒ２  を下げておけば良い。
【００２９】
イオン注入時に基板４の温度が異常に上昇すると、上記第２温度Ｔ２  が基準値Ｒ２  よりも大きくなるので、比較器４０から温度異常信号Ｓ２  が出力される。これによって、イオン注入の際に基板４の温度が異常に上昇したことを、複雑な測定系を要することなく簡単に検出することができる。しかも、従来の冷却水の温度測定のように間接的にではなく、基板４そのものの温度によって直接的に確実に検出することができる。更に、１枚１枚の基板４についてそのイオン注入直後に速やかに検出することができる。従って、温度上昇異常の不良品が次の工程に流れることを未然に防ぐことができる。また、基板冷却系（具体的にはホルダ８の冷却系）の故障等をも速やかに検出することができる。
【００３０】
またこの場合も、上記比較器４０から温度異常信号Ｓ２  が出力された場合は、それを表示する等してオペレータにイオン注入停止を促しても良いし、更に進んで、この温度異常信号Ｓ２  に応答してそれ以降のイオン注入を自動的に停止させるようにしても良い。
【００３１】
なお、ホルダ８に対する未注入の基板４の装着と注入後の基板４の取り外しとは、この実施例のように互いに同じ搬送経路で行われる場合が多いけれども、両者が別の搬送経路で行われる場合は、その一方の搬送経路に上記第１温度Ｔ１  を計測する放射温度計３２を設け、他方の搬送経路に上記第２温度Ｔ２  を計測する放射温度計３２を設け、この両放射温度計３２からの温度Ｔ１  、Ｔ２  を記憶装置３４に取り込む等すれば良い。それ以降は、上記実施例と同様である。
【００３２】
また、以上は、イオンビーム２を電気的に走査すると共に基板４を機械的に走査するいわゆるハイブリッドスキャン方式の装置であって、しかもイオンビーム２のビームラインの左右にほぼ同じ機構を設けたいわゆるデュアルタイプのイオン注入装置を例に説明したが、この発明はそのようなものに限定されるものではない。例えば、イオンビーム２をＸＹ両方向に電界または磁界によって走査する、あるいはＸＹの一方は電界によって、他方は磁界によって走査するイオン注入装置でも良い。このＸＹは、直交する２方向を表すだけであり、従って例えば、Ｘ方向を水平方向と見ても、垂直方向と見ても、更にはそれらから傾いた方向と見ても良い。またイオンビーム２の走査は、平行走査（パラレルスキャン）でも良いし、通常の角度を持った走査でも良い。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、上記のような温度計、演算器および比較器を備えているので、未注入や注入量の極端に少ないといった注入異常の基板を、複雑な測定系を用いたり複雑なデータ解析を行うことなく簡単に検出することができる。しかも各基板についてイオン注入直後に速やかに検出することができる。その結果、注入異常の不良品が次の工程に流れることを未然に防止することができる。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、次のような更なる効果を奏する。即ち、上記のような第２の比較器を更に備えているので、イオン注入の際に基板の温度が異常に上昇したことを、複雑な測定系を要することなく簡単に、しかも基板そのものの温度によって直接的に確実に検出することができる。しかも各基板についてイオン注入直後に速やかに検出することができる。その結果、温度上昇異常の不良品が次の工程に流れることを未然に防ぐことができる。また、基板冷却系の故障等をも速やかに検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。
【図２】図１中の温度計周りを横から見て示す断面図である。
【図３】従来のイオン注入装置の一例を部分的に示す平面図である。
【符号の説明】
２  イオンビーム
４  基板
６  注入室
８  ホルダ
１０  搬送アーム
３０  覗き窓
３２  放射温度計
３４  記憶装置
３６  演算器
３８  比較器
４０  第２の比較器
【図１】
0003610698.tif 000002
【図２】
0003610698.tif 000003
【図３】
0003610698.tif 000004