JP2000011931A - Ion current detection apparatus and ion implantation apparatus - Google Patents
Ion current detection apparatus and ion implantation apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入装置の技
術分野にかかり、特に、処理対象物に注入されるイオン
の電荷質量比を測定できるイオン電流検出装置、及びそ
のイオン電流検出装置を有するイオン注入装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the technical field of an ion implantation apparatus. It relates to an injection device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】イオン注入装置は、半導体表面や金属表
面等に所望の不純物を注入するために広く用いられてい
る。2. Description of the Related Art An ion implantation apparatus is widely used for implanting a desired impurity into a semiconductor surface, a metal surface or the like.
【０００３】イオン注入装置は半導体の不純物注入に用
いられるものの他、金属等の表面改質に用いられてい
る。図６の符号１１０は、イオン注入装置に用いられる
従来技術のイオン電流検出装置である。このイオン伝検
出装置１１０は、容器１１１を有しており、該容器１１
１内にはファラディカップ１１３が配置され、該ファラ
ディカップ１１３の上方には、蓋部１１２が設けられて
いる。An ion implantation apparatus is used not only for implanting impurities into semiconductors but also for modifying the surface of metals and the like. Reference numeral 110 in FIG. 6 is a conventional ion current detection device used in the ion implantation device. This ion conduction detection device 110 has a container 111, and the container 11
1, a Faraday cup 113 is arranged, and a lid 112 is provided above the Faraday cup 113.
【０００４】図６は、このイオン電流検出装置１１０
が、処理対象物に入射する直前のイオンビーム１３１の
経路上に挿入された状態を示しており、その状態では、
蓋部１１２にイオンビーム１３１が照射されるようにな
っている。FIG. 6 shows the ion current detecting device 110.
Shows a state inserted on the path of the ion beam 131 immediately before being incident on the object to be processed. In that state,
The cover 112 is irradiated with the ion beam 131.
【０００５】蓋部１１２には、スリット１１４が開けら
れており、蓋部１１２に入射したイオンビーム１３１の
一部はスリット１１４から容器１１１内に侵入し、ファ
ラデーカップ１１３内に入射する。[0005] A slit 114 is formed in the lid 112, and a part of the ion beam 131 incident on the lid 112 enters the container 111 from the slit 114 and enters the Faraday cup 113.
【０００６】ファラディカップ１１３は、図示しない電
流計に接続されており、入射したイオン量を電流値に変
換して測定できるようになっている。The Faraday cup 113 is connected to an ammeter (not shown) so that the amount of incident ions can be converted to a current value and measured.
【０００７】上記のようなイオン電流検出装置１１０で
は、測定した電流値とスリット１１４の開口面積から、
ファラディカップ１１３に入射したイオンビーム１３２
の密度を求めることができる。また、イオン電流検出装
置１１０をイオンビーム１３１の照射方向と垂直な面内
で走査すると、イオンビーム１３１の密度分布を求め、
処理対象物に照射されるイオンビームの量を測定できる
ようになっている。In the ion current detection device 110 as described above, the measured current value and the opening area of the slit 114
Ion beam 132 incident on Faraday cup 113
Can be determined. When the ion current detection device 110 is scanned in a plane perpendicular to the irradiation direction of the ion beam 131, the density distribution of the ion beam 131 is obtained,
The amount of the ion beam irradiated to the processing target can be measured.
【０００８】しかし、半導体に用いられるイオン注入装
置では、イオン源から引き出したイオンビームを質量分
離機構に入射させ、所望のイオンだけを取り出して処理
対象物に照射しているが、金属等の表面改質に用いられ
るイオン注入装置では、質量分離機構を持たず、大照射
面積、大電流が特徴のシャワー型イオン注入装置が用い
られている。[0008] However, in an ion implantation apparatus used for a semiconductor, an ion beam extracted from an ion source is incident on a mass separation mechanism, and only desired ions are extracted and irradiated on an object to be processed. As an ion implantation apparatus used for reforming, a shower ion implantation apparatus having a large irradiation area and a large current without using a mass separation mechanism is used.
【０００９】質量分離機構を有するイオン注入装置の場
合、処理対象物には、単一の電荷質量比を有するイオン
だけが入射するが、シャワー型イオン注入装置では、一
般に質量分離機構が設けられていないため、種々の電荷
質量比のイオンが入射してしまう。In the case of an ion implantation apparatus having a mass separation mechanism, only ions having a single charge-to-mass ratio enter the object to be treated. In the shower type ion implantation apparatus, a mass separation mechanism is generally provided. Therefore, ions having various charge-mass ratios are incident.
【００１０】従って、シャワー型イオン注入装置では、
上記イオン電流検出装置１１０による電流値は、電荷質
量比の値が異なるイオン種が含まれていることになる。Therefore, in the shower type ion implantation apparatus,
The current value obtained by the ion current detection device 110 includes ion species having different charge-mass ratio values.
【００１１】質量分離機構を有するイオン注入装置の場
合、処理対象物には単一の電荷質量比を有するイオン種
だけが入射するため、イオン電流検出装置から測定した
イオンビーム量と加速電圧とから、数値計算によって深
さ方向の分布を求められるが、近年では、シャワー型イ
オン注入装置でも、イオンの深さ方向の分布を算出した
いという要望がある。In the case of an ion implantation apparatus having a mass separation mechanism, since only ion species having a single charge-to-mass ratio enter the object to be treated, the ion beam amount and the acceleration voltage measured by the ion current detection apparatus are used. The distribution in the depth direction can be obtained by numerical calculation. In recent years, there has been a demand for calculating the distribution of ions in the depth direction even in a shower-type ion implantation apparatus.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記要望に応
じて創作されたものであり、その目的は、イオンビーム
中に含まれるイオン種の割合を測定できる技術を提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in response to the above demands, and an object of the present invention is to provide a technique capable of measuring the ratio of ion species contained in an ion beam.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、主スリットと主ファラデー
カップとを有し、前記主スリットから入射したイオンビ
ームが前記主ファラディカップに照射されるように構成
されたイオン電流検出装置であって、副スリットと偏向
器と副ファラディカップとを有し、前記副スリットから
入射したイオンビームは前記偏向器を通過し、質量分析
された後、前記副ファラディカップに入射するように構
成されたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus having a main slit and a main Faraday cup, wherein an ion beam incident from the main slit is applied to the main Faraday cup. An ion current detection device configured to be irradiated, the device having a sub-slit, a deflector, and a sub-Faraday cup, and an ion beam incident from the sub-slit passes through the deflector and is subjected to mass analysis. Then, it is configured to be incident on the sub-Faraday cup.
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のイ
オン電流検出装置であって、前記副ファラディカップ
は、異なる磁極を向けて対向配置された２個の磁石の間
に配置されたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the ion current detecting device according to the first aspect, the sub-Faraday cup is disposed between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other. It is characterized by.
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２のいずれか１項記載のイオン電流検出装置であっ
て、前記主ファラディカップは、異なる磁極を向けて対
向配置された２個の磁石の間に配置されたことを特徴と
する。According to a third aspect of the present invention, there is provided the ion current detecting device according to any one of the first and second aspects, wherein the main Faraday cup is disposed so as to face different magnetic poles. Are arranged between the magnets.
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項３記載のイ
オン電流検出装置であって、前記偏向器は、前記主ファ
ラディカップが配置された２枚の磁石によって構成され
たことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the ion current detecting device according to the third aspect, the deflector is constituted by two magnets on which the main Faraday cup is arranged. .
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれか１項記載のイオン電流検出装置であっ
て、前記各磁石は平板状に形成され、互いに平行に配置
されたことを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the ion current detecting device according to any one of the first to fourth aspects, each of the magnets is formed in a flat plate shape and arranged in parallel with each other. It is characterized by.
【００１８】請求項６記載の発明は、イオン源と、請求
項１乃至請求項５のいずれか１項記載のイオン電流検出
装置とを有するイオン注入装置であって、前記イオン電
流検出装置は、前記イオン源から引き出されたイオンビ
ームの進行方向と略垂直方向に移動できるように構成さ
れたことを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ion implantation apparatus having an ion source and the ion current detection device according to any one of the first to fifth aspects. It is characterized in that it is configured to be movable in a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the ion beam extracted from the ion source.
【００１９】本発明は上記のように構成されており、主
スリットと主ファラディカップとを有し、主スリットか
ら入射したイオンビームが前記主ファラディカップに照
射されるように構成されたイオン電流検出装置である。According to the present invention, there is provided an ion current detecting device having a main slit and a main Faraday cup, wherein the ion beam incident from the main slit is applied to the main Faraday cup. Device.
【００２０】そして、このイオン電流検出装置は、副ス
リットと偏向器と副ファラディカップとを有しており、
副スリットから入射したイオンビームは偏向器を通過
し、質量分析された後、副ファラディカップに入射する
ように構成されている。The ion current detecting device has a sub-slit, a deflector, and a sub-Faraday cup.
The ion beam incident from the sub-slit passes through the deflector, is subjected to mass analysis, and then enters the sub-Faraday cup.
【００２１】従って、偏向器内で質量分析される際に、
所望のイオン種だけが副ファラデーカップに入射できる
ようにしておくと、そのイオン種のイオン電流だけを測
定することができる。主ファラディカップでは、全イオ
ン種のイオン電流が測定できるので、主及び副ファラデ
ィカップの測定結果から、イオン種の割合を求めること
ができる。Therefore, when mass analysis is performed in the deflector,
If only the desired ion species can be made incident on the sub-Faraday cup, only the ion current of that ion species can be measured. In the main Faraday cup, the ion currents of all the ion species can be measured, so that the ratio of the ion species can be obtained from the measurement results of the main and sub Faraday cups.
【００２２】異なる磁極を向けて対向配置させた２個の
磁石によって電子トラップを構成させておき、副ファラ
ディカップをその中に配置しておくと、副ファラディカ
ップでイオン電流測定を測定する際に、２次電子放出に
よる誤差を無くすことができる。When an electron trap is formed by two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other, and a sub-Faraday cup is disposed therein, when an ion current measurement is performed with the sub-Faraday cup, In addition, errors due to secondary electron emission can be eliminated.
【００２３】また、主ファラディカップについても、異
なる磁極を向けて対向配置させた２個の磁石で電子トラ
ップを形成し、主ファラディカップをその中に配置して
おくと、２次電子放出による測定誤差を無くすことがで
きる。この場合、偏向器の磁石に、主ファラディカップ
の電子トラップの機能を兼用させることができる。For the main Faraday cup, an electron trap is formed by two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other, and if the main Faraday cup is disposed therein, measurement by secondary electron emission is performed. Errors can be eliminated. In this case, the magnet of the deflector can also have the function of the electron trap of the main Faraday cup.
【００２４】磁石は、永久磁石であっても電磁石であっ
てもよいが、平板状のものを平行に対向配置させておく
と平行磁場を形成できるので、質量分析を正確に行うこ
とができる。The magnet may be a permanent magnet or an electromagnet, but if a flat plate is arranged in parallel and opposed to each other, a parallel magnetic field can be formed, so that mass analysis can be performed accurately.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の一例を図面を用いて説明
する。図２の符号５は本発明のイオン注入装置の一例で
あり、チャンバー２１を有している。該チャンバー２１
には、イオン走行管２６を介してシャワー型イオン源２
５が接続されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One example of the present invention will be described with reference to the drawings. Reference numeral 5 in FIG. 2 is an example of the ion implantation apparatus of the present invention, which has a chamber 21. The chamber 21
Is connected to the shower type ion source 2 through the ion traveling tube 26.
5 is connected.
【００２６】チャンバー２１内のイオン走行管２６の接
続部分付近には、シャッター２７が配置されており、そ
の後方には、基板ホルダ２２が配置されている。イオン
源２５内には、図示しないイオン発生装置と、引き出し
電極と、加速電極とが設けられており、イオン発生装置
内に導入された気体をイオン化し、引き出し電極によっ
て引き出し、イオンビームを形成するように構成されて
いる。A shutter 27 is disposed in the vicinity of the connection portion of the ion traveling tube 26 in the chamber 21, and a substrate holder 22 is disposed behind the shutter 27. An ion generator (not shown), an extraction electrode, and an accelerating electrode are provided in the ion source 25. The gas introduced into the ion generator is ionized, and the gas is extracted by the extraction electrode to form an ion beam. It is configured as follows.
【００２７】イオン発生装置内から引き出されたイオン
ビームは、加速電極が形成する電界によって加速され、
チャンバー２１内に向けて射出される。チャンバー２１
内に進入したイオンビームは所定の軌道上を直線的に走
行する。その軌道上には、シャッター２７と基板ホルダ
２２が配置されており、シャッター２７を閉じ、イオン
ビームを遮蔽したり、シャッター２７を開け、イオンビ
ームを基板ホルダ２２側に照射させることができるよう
に構成されている。The ion beam extracted from the ion generator is accelerated by an electric field formed by the accelerating electrode,
It is injected into the chamber 21. Chamber 21
The ion beam that has entered inside travels linearly on a predetermined orbit. On the track, a shutter 27 and a substrate holder 22 are arranged. The shutter 27 is closed so that the ion beam is shielded or the shutter 27 is opened so that the ion beam can be irradiated on the substrate holder 22 side. It is configured.
【００２８】また、このイオン注入装置５内には回転装
置２８に取り付けられたイオン電流検出装置１０が設け
られており、回転装置２８を動作させると、イオン電流
検出装置１０は、シャッター２７と基板ホルダ２２の間
の位置で、イオンビームの軌道上を横断できるように構
成されている。An ion current detecting device 10 attached to a rotating device 28 is provided in the ion implanting device 5. When the rotating device 28 is operated, the ion current detecting device 10 At a position between the holders 22, the ion beam can be traversed on the trajectory.
【００２９】このイオン注入装置５を用い、イオン注入
を行う場合は、シャッター２７を閉じた状態で基板ホル
ダ２２に基板２３を保持させ、チャンバー２１内を真空
排気し、高真空雰囲気にした後、イオン源２５からイオ
ンビームを射出させる。この状態では、イオンビームは
シャッター２７に照射され、基板２３には照射されな
い。When ion implantation is performed using the ion implantation apparatus 5, the substrate 23 is held by the substrate holder 22 with the shutter 27 closed, and the chamber 21 is evacuated to a high vacuum atmosphere. An ion beam is emitted from the ion source 25. In this state, the ion beam is irradiated on the shutter 27 and not on the substrate 23.
【００３０】次いで、イオンビームの出力が安定したと
ころでシャッター２７を開け、イオンビームを通過さ
せ、基板２３表面に入射させ、イオン注入を行う。基板
２３表面にイオンビームを所定時間照射した後、シャッ
ター２７を閉じ、次いで、イオンビームの射出を停止し
た後、イオン注入が終了した基板２３をチャンバー２１
外に搬出する。Next, when the output of the ion beam is stabilized, the shutter 27 is opened, the ion beam is passed, and the ion beam is made incident on the surface of the substrate 23 to perform ion implantation. After irradiating the surface of the substrate 23 with the ion beam for a predetermined time, the shutter 27 is closed, and then the injection of the ion beam is stopped.
Take it out.
【００３１】他方、基板２２に照射されるイオンビーム
の量を測定する場合には、イオン電流検出装置１０をイ
オンビームの軌道上に位置させ、シャッター２７を開
け、イオンビームをイオン電流検出装置１０に入射させ
る。On the other hand, when measuring the amount of the ion beam irradiated on the substrate 22, the ion current detector 10 is positioned on the trajectory of the ion beam, the shutter 27 is opened, and the ion beam is irradiated. Incident on
【００３２】図１(ａ)の符号３１は、イオン源２５から
射出され、イオン電流検出装置１０に入射しているイオ
ンビームを示している。Reference numeral 31 in FIG. 1A indicates an ion beam emitted from the ion source 25 and incident on the ion current detection device 10.
【００３３】このイオン電流検出装置１０は、容器１１
を有しており、該容器１１の開口部には蓋部１２が配置
されている。イオン電流検出装置１０の姿勢は、イオン
ビーム３１がこの蓋部１２に垂直に入射するように設定
されている。The ion current detecting device 10 includes a container 11
The lid 11 is disposed at the opening of the container 11. The attitude of the ion current detection device 10 is set such that the ion beam 31 is perpendicularly incident on the lid 12.
【００３４】蓋部１２には、主スリット１４と副スリッ
ト１５とが設けられており(面積１cm2)、図１(ａ)は、
蓋部１２に照射されたイオンビーム３１のうち、一部の
イオンビーム３２が主スリット１４から容器１１内に入
射し、他の一部のイオンビーム３３が副スリット１５か
ら容器１１内に入射している状態を示している。The cover 12 is provided with a main slit 14 and a sub-slit 15 (area 1 cm 2 ), and FIG.
Among the ion beams 31 applied to the lid 12, a part of the ion beam 32 enters the container 11 from the main slit 14, and another part of the ion beam 33 enters the container 11 from the sub slit 15. It shows the state where it is.
【００３５】容器１１内には、主検出部４０と副検出部
５０とが配置されている。主検出部４０は蓋部１２近傍
に配置され、副検出部５０は、主検出部４０の後方位置
(イオンビーム３１の下流側)に配置されている。In the container 11, a main detection section 40 and a sub detection section 50 are arranged. The main detection unit 40 is disposed near the lid unit 12, and the sub-detection unit 50 is located behind the main detection unit 40.
(Downstream of the ion beam 31).
【００３６】主検出部４０内には、主ファラディカップ
４３と偏向器４２とが配置されている。偏向器４２は、
２枚の平板状の永久磁石４２1、４２2が互いに異なる磁
極を向けて平行に対向配置されて構成されている。The main Faraday cup 43 and the deflector 42 are arranged in the main detecting section 40. The deflector 42 is
And it is configured so as to be parallel to face disposed toward the two flat plate-like permanent magnets 42 1, 42 2 are mutually different magnetic poles.
【００３７】図１(ａ)では、２枚の永久磁石４２1、４
２2は重なって見えるが、一方の永久磁石４２1は紙面手
前方向に配置されており、他方の永久磁石４２2は紙面
奥方向に配置されている。従って、この主検出部４０を
紙面左方から見た場合のＢ−Ｂ線截断面図は、図１(ｂ)
に示すように、主ファラディカップ４３の右方に一方の
永久磁石４２1が配置され、左方に他方の永久磁石４２2
が配置されており、右方の永久磁石４２1のＳ極と、左
方の永久磁石４２2のＮ極とが対向して配置され、従っ
て、その間には平行磁場が形成されている。In FIG. 1A, two permanent magnets 42 1 , 4
2 2 may seem to overlap, the one permanent magnet 42 1 is disposed vertically upward direction from the sheet surface, while the other permanent magnet 42 2 is disposed rearward on. Therefore, a sectional view taken along the line BB when the main detection unit 40 is viewed from the left side of the paper is shown in FIG.
As shown in the main Fara one permanent magnet 42 1 to the right of the de-cup 43 is disposed, the other of the permanent magnet 42 2 to the left
There are disposed, and the S pole of the permanent magnet 42 1 on the right side, and the left side of the permanent magnet 42 and second N-pole are arranged to face each other, thus, are formed parallel magnetic field between them.
【００３８】主スリット１４及び副スリット１５から入
射したイオンビーム３２、３３は、２枚の永久磁石４２
1、４２2の間に入射するようになっている。The ion beams 32 and 33 incident from the main slit 14 and the sub slit 15 are
It is incident between 1, 42 2.
【００３９】主ファラディカップ４３は有底円筒形形状
にされており、永久磁石４２1、４２2間の主スリット１
４の直下位置に配置されている。その開口部は、主スリ
ット１４に向けられており、従って、主スリット１４か
ら入射したイオンビーム３２は、主ファラディカップ４
３内に入射するようになっている。The main Faraday cup 43 has a bottomed cylindrical shape, and has a main slit 1 between the permanent magnets 42 1 and 42 2.
4 is located immediately below. The opening is directed to the main slit 14, so that the ion beam 32 incident from the main slit 14 is transmitted to the main Faraday cup 4.
3.
【００４０】他方、副スリット１５から入射したイオン
ビーム３３は、主ファラディカップ４３の側方位置を通
過し、主検出部４０を透過して後方に照射されるように
構成されている。On the other hand, the ion beam 33 incident from the sub slit 15 passes through the side position of the main Faraday cup 43, passes through the main detection unit 40, and is irradiated rearward.
【００４１】副スリット１５から入射した直後のイオン
ビーム３２の軌道は、永久磁石４２ 1、４２2が形成する
磁場と垂直になっているが、主検出部４０を透過する際
にその軌道が曲げられる。Ions immediately after entering from the sub slit 15
The trajectory of the beam 32 is 1, 42TwoForm
Although it is perpendicular to the magnetic field, it passes through the main detection unit 40
The orbit is bent.
【００４２】イオン源２５内での加速電圧をＶ(単位
Ｖ)、永久磁石４２1、４２2の磁束密度をＢ(単位Ｔ)と
した場合、イオンビーム３２中に含まれるイオンの価数
Ｚ(−)、分子量Ｍ(単位a.m.u)のイオンの回転半径をＲ
(単位ｍ)は下記(１)式で表される。[0042] The accelerating voltage of in the ion source 25 V (unit V), the permanent magnets 42 1, 42 2 in the case where the magnetic flux density was B (unit T), the valence of ions Z contained in the ion beam 32 (−), The radius of gyration of an ion having a molecular weight of M (unit: amu) is R
(Unit m) is represented by the following equation (1).
【００４３】[0043]
【数１】 (Equation 1)
【００４４】上式から分かるように、イオンビーム３２
中に含まれるイオン種は、平行磁場内ではその電荷質量
比Ｚ／Ｍの値に応じた回転半径Ｒを有する。回転半径Ｒ
は、電荷質量比Ｚ／Ｍの値が小さいと大きくなり、電荷
質量比Ｚ／Ｍの値が大きいと小さくなる。As can be seen from the above equation, the ion beam 32
The ion species contained therein has a radius of gyration R according to the value of the charge-mass ratio Z / M in a parallel magnetic field. Turning radius R
Is large when the value of the charge-to-mass ratio Z / M is small, and is small when the value of the charge-to-mass ratio Z / M is large.
【００４５】従って、イオンビーム３２に中に含まれる
異なる電荷質量比Ｚ／Ｍのイオン種は、主検出部４０内
を通過する間に分離され、その結果、イオン種の質量分
析が行われる。図１(ａ)の符号３６は、副スリット１５
から入射した直後のイオンビーム３２の進行方向を示し
ており、符号３３1、３３2は、電荷質量比Ｚ／Ｍの値に
応じて曲げられた２種類のイオン種の軌道を示してい
る。Accordingly, the ion species having different charge-to-mass ratios Z / M contained in the ion beam 32 are separated while passing through the main detection unit 40, and as a result, mass analysis of the ion species is performed. The reference numeral 36 in FIG.
And the traveling directions of the ion beam 32 immediately after the incidence, and reference numerals 33 1 and 33 2 denote orbits of two ion species bent in accordance with the value of the charge-mass ratio Z / M.
【００４６】例えば、イオン源２５内で窒素ガスがイオ
ン化されている場合には、イオンビーム３１中には、Ｎ
+イオンとＮ2 +イオンが含まれる。Ｎ+イオンは電荷質量
比が大きいため、回転半径Ｒが小さい方の軌道３３1上
を走行する。Ｎ2 +イオンは電荷質量比が大きく、回転半
径Ｒが大きい方の軌道３３2上を走行する。For example, when nitrogen gas is ionized in the ion source 25, N
+ Ions and N 2 + ions. Since N + ion has a larger charge-to-mass ratio, traveling trajectory 33 1 on towards the rotation radius R is small. N 2 + ion has a large charge-to-mass ratio, traveling trajectories 33 2 on towards the rotation radius R is larger.
【００４７】上記(１)式から分かるように、回転半径Ｒ
は加速電圧Ｖの関数になっており、従って、加速電圧Ｖ
を調節することで、電荷質量比Ｚ／Ｍに対する回転半径
Ｒの大きさを変えることができる。As can be seen from the above equation (1), the turning radius R
Is a function of the acceleration voltage V, and therefore the acceleration voltage V
Is adjusted, the magnitude of the turning radius R with respect to the charge / mass ratio Z / M can be changed.
【００４８】副検出部５０は、有底円筒形形状の副ファ
ラディカップ５３を有しており、該副ファラディカップ
５３は、開口部を蓋部１２側に向けて配置されている。The sub-detection section 50 has a sub-Faraday cup 53 having a cylindrical shape with a bottom. The sub-Faraday cup 53 is arranged with its opening facing the lid 12.
【００４９】ここで、副ファラディカップ５３は、イオ
ン電流検出装置１０内で固定されており、その位置は、
所定の加速電圧Ｖに対し、副スリット１５から入射した
イオンビーム３３中のＮ2 +イオンの軌道３３2上に配置
されている。また、副ファラディカップ５３の位置は、
Ｎ+イオンの軌道３３1からは離れている。Here, the sub-Faraday cup 53 is fixed in the ion current detecting device 10, and its position is
For a given accelerating voltage V, it is disposed on the N 2 + orbit 33 2 ions in the ion beam 33 incident from the secondary slit 15. The position of the sub Faraday cup 53 is
Away from the track 33 1 of N + ions.
【００５０】従って、主検出部４０内で質量分析された
Ｎ2 +イオンは、副ファラディカップ５３内に入射するの
に対し、Ｎ+イオンは副検出部５０から逸れ、容器１１
の壁面に入射する。このように、副スリット１５から入
射したイオンビーム３３は、その中のＮ2 +イオンによる
電流値だけが副ファラディカップ５３で検出される。Therefore, the N 2 + ions mass-analyzed in the main detector 40 enter the sub-Faraday cup 53, whereas the N + ions are deviated from the sub-detector 50 and
Incident on the wall. As described above, in the ion beam 33 incident from the sub slit 15, only the current value due to N 2 + ions therein is detected by the sub Faraday cup 53.
【００５１】他方、主スリット１４から主検出部４０内
に入射したイオンビーム３２は、主ファラディカップ４
３の両側に配置された永久磁石４２1、４２2の影響を受
け、軌道が曲げられるものの、全量が主ファラディカッ
プ４３に入射し、Ｎ+イオンとＮ2 +イオンを合計した電
流値が測定される。On the other hand, the ion beam 32 that has entered the main detector 40 from the main slit 14 is
The track is bent under the influence of the permanent magnets 42 1 , 42 2 arranged on both sides of 3, but the whole quantity is incident on the main Faraday cup 43, and the current value of the sum of N + ions and N 2 + ions is measured Is done.
【００５２】このイオン電流検出装置１０は、イオンビ
ーム３１が蓋部１２表面に垂直に入射するように配置さ
れており、その状態で、イオンビーム３１の進行方向と
略垂直方向(イオンビーム３１の径方向)に移動させられ
るようになっている。The ion current detecting device 10 is arranged so that the ion beam 31 is perpendicularly incident on the surface of the lid portion 12, and in this state, the ion beam 31 is substantially perpendicular to the traveling direction of the ion beam 31 (the ion beam 31 is (Radial direction).
【００５３】主及び副ファラディカップ４３、５３は、
配線１９によって図示しない電流計に接続されており、
イオン電流値を測定しながらイオン電流検出装置１０を
イオンビーム３２の径方向に移動させると、主検出部４
０によるイオン電流の測定値(及び主スリット１４の面
積)から、イオンビーム３１の全イオン量及びその径方
向の分布が測定できるようになっている。The main and sub Faraday cups 43, 53
It is connected to an ammeter (not shown) by a wire 19,
When the ion current detector 10 is moved in the radial direction of the ion beam 32 while measuring the ion current value, the main detector 4
The total ion amount of the ion beam 31 and its radial distribution can be measured from the measured value of the ion current (and the area of the main slit 14) by 0.
【００５４】上記のようにイオンビーム３２、３３が主
又は副ファラディカップ４３、５３に入射すると、ファ
ラディカップ４３、５３壁面から２次電子が放出されて
しまう。その２次電子は、イオン電流を測定する際の誤
差原因となるが、副検出部５０内では、副ファラディカ
ップ５３は電子トラップ５２内に配置されている。As described above, when the ion beams 32 and 33 are incident on the main or sub Faraday cups 43 and 53, secondary electrons are emitted from the walls of the Faraday cups 43 and 53. The secondary electrons cause an error in measuring the ion current. In the sub-detection unit 50, the sub-Faraday cup 53 is disposed in the electron trap 52.
【００５５】この電子トラップ５２は、平板状の２枚の
永久磁石５２1、５２2を有している。電子トラップ５２
の図１(ａ)のＣ−Ｃ線切断面図を同図(ｃ)に示す。２枚
の永久磁石５２1、５２2は、偏向器４２内の磁石４
２1、４２2と同様に、異なる磁極を向けて互いに平行に
対向配置されている。[0055] The electron trap 52 has a flat plate-like permanent magnet 52 1 of two, 52 2. Electron trap 52
FIG. 1C is a sectional view taken along line CC of FIG. 1A. The two permanent magnets 52 1 and 52 2 are connected to the magnet 4 in the deflector 42.
2 1, 42 2 similarly to and parallel to face each other toward the different magnetic poles.
【００５６】従って、副検出部５０内では、有底円筒状
の副ファラディカップ５３の中心軸線に対し、垂直方向
の平行磁場が形成されており、副ファラディカップ５３
から放出された２次電子は、電子トラップ５２が形成す
る磁場に捕捉され、副ファラディカップ５３に再入射す
る。このように、副検出部５０内で発生した２次電子は
系外に脱出できず、高精度のイオン電流測定を行うこと
ができる。Therefore, in the sub-detecting section 50, a parallel magnetic field is formed in a direction perpendicular to the center axis of the cylindrical bottomed Faraday cup 53, and the sub-Faraday cup 53 is formed.
The secondary electrons emitted from are trapped by the magnetic field formed by the electron trap 52 and re-enter the sub-Faraday cup 53. As described above, the secondary electrons generated in the sub-detection unit 50 cannot escape to the outside of the system, and high-accuracy ion current measurement can be performed.
【００５７】また、主検出部４０内でも、主ファラディ
カップ４３は２枚の永久磁石４２1、４２2で構成された
偏向器４２内に配置されており、その２枚の永久磁石４
２1、４２2はイオントラップとしても機能するから、主
ファラディカップ４３内で発生した２次電子も主検出部
４０の系外には放出されず、高精度のイオン電流測定が
できるようになっている。Also in the main detecting section 40, the main Faraday cup 43 is disposed in a deflector 42 composed of two permanent magnets 42 1 and 422, and the two permanent magnets 4
Since 2 1, 42 2 also functions as an ion trap, secondary electrons generated in the main Faraday cup 43 is also not in the outside of the system of the main detection section 40 is released, so it is the ion current measurement precision ing.
【００５８】以上は副検出部５０にＮ2 +イオンが入射す
る場合を説明したが、イオン源２５内の加速電圧Ｖ(Ｖ)
を変えることにより、イオンの回転半径Ｒを変え、副検
出部５０によってＮ+イオン等の種々の電荷質量比を有
するイオン種を測定することができる。The case where N 2 + ions are incident on the sub-detecting section 50 has been described above, but the acceleration voltage V (V) in the ion source 25 has been described.
Is changed, the radius of gyration R of the ions is changed, and the ion species having various charge-mass ratios such as N + ions can be measured by the sub-detection unit 50.
【００５９】図３は、イオン電流検出装置１０を、イオ
ンビーム３２のほぼ中心付近に静止させ、加速電圧(ｋ
Ｖ)を変化させた場合に、副検出部５０で検出されるイ
オン電流の大きさを示したグラフである。FIG. 3 shows that the ion current detecting device 10 is stopped almost at the center of the ion beam 32 and the acceleration voltage (k
5 is a graph showing the magnitude of an ion current detected by a sub-detection unit 50 when V) is changed.
【００６０】このグラフでは、加速電圧が約２５ｋＶの
ところと約５０ｋＶのところにピークが観察されるが、
加速電圧が約２５ｋＶのときには、副検出部５０に窒素
分子イオンが入射し、約５０ｋＶのときには窒素原子イ
オンが入射している。従って、このグラフのピークの比
からイオンビーム３２中の分子イオンと原子イオンの比
を求めることができる。In this graph, peaks are observed at acceleration voltages of about 25 kV and about 50 kV.
When the acceleration voltage is about 25 kV, nitrogen molecule ions are incident on the sub-detection unit 50, and when the acceleration voltage is about 50 kV, nitrogen atom ions are incident. Therefore, the ratio of molecular ions to atomic ions in the ion beam 32 can be determined from the ratio of the peaks in this graph.
【００６１】図４は、イオン電流検出装置１０をイオン
ビーム３２の径方向に移動させ、主検出部４０によって
イオン電流密度を測定した場合のグラフである(移動量
はイオンビーム３２の半径)。このグラフから、イオン
ビーム３２の均一性が分かる。FIG. 4 is a graph when the ion current detector 10 is moved in the radial direction of the ion beam 32 and the ion current density is measured by the main detector 40 (the amount of movement is the radius of the ion beam 32). This graph shows the uniformity of the ion beam 32.
【００６２】図５は、図３のグラフから求められる割合
で窒素原子イオン(Ｎ+)と窒素分子イオン(Ｎ2 +)が含ま
れるイオンビームをシリコンウェハに照射したときに得
られる深さ方向の分布の数値計算(シミュレーション)結
果である。FIG. 5 shows a depth direction obtained when a silicon wafer is irradiated with an ion beam containing nitrogen atom ions (N + ) and nitrogen molecular ions (N 2 + ) at a ratio determined from the graph of FIG. Is a result of numerical calculation (simulation) of the distribution.
【００６３】この図５のグラフは、加速電圧が５０ｋＶ
の場合であり、窒素原子イオン(Ｎ+)についてはその加
速電圧で計算し、窒素分子イオン(Ｎ2 +)については、２
５ｋＶで加速された窒素原子イオン２個分に換算して計
算し、両方のイオンの分布を図３のグラフで求めた割合
で重みづけし、足し合わせて示してある。The graph in FIG. 5 shows that the acceleration voltage is 50 kV
In the case of nitrogen atom ion (N + ), calculation is performed at the accelerating voltage, and for nitrogen molecule ion (N 2 + ), 2
The calculation is performed by converting into two nitrogen atom ions accelerated at 5 kV, and the distribution of both ions is weighted by the ratio obtained in the graph of FIG. 3 and added together.
【００６４】以上説明したように、本発明のイオン電流
検出装置１０を用いれば、イオンビーム中の原子イオン
と分子イオンの比が分かるので、基板に注入した場合の
深さ方向の分布を求めることが可能となっている。ま
た、イオンビームの径方向を走査できるので、イオンビ
ームの均一性も知ることができる。As described above, if the ion current detecting device 10 of the present invention is used, the ratio of the atomic ions to the molecular ions in the ion beam can be known, and therefore, the distribution in the depth direction when implanted into the substrate can be obtained. Is possible. In addition, since the ion beam can be scanned in the radial direction, the uniformity of the ion beam can be known.
【００６５】なお、上記図３のグラフでは、加速電圧を
変えることでイオンの回転半径Ｒを変え、それによって
副検出部５０で検出するイオン種を変えていたが、偏向
器４０内の永久磁石４２1、４２2を移動可能に構成して
おき、永久磁石４２1、４２2間の距離を変えることで、
イオンの回転半径Ｒを変えるようにしてもよい。In the graph of FIG. 3, the radius of gyration R of the ions is changed by changing the acceleration voltage, thereby changing the ion species detected by the sub-detecting section 50. 42 1, 42 2 leave movable in the, by changing the distance between the permanent magnets 42 1, 42 2,
The radius of gyration R of the ions may be changed.
【００６６】また、上記偏向器(電子トラップ)４０と電
子トラップ５０は、永久磁石４２1、４２2、５２1、５
２2を用いて平行磁場を形成したが、永久磁石ではな
く、電磁石を用いることも可能であり、偏向器４０内の
電磁石への通電量を変え、磁場強度を調節することで、
イオンの回転半径Ｒを変えることもできる。The deflector (electron trap) 40 and the electron trap 50 are composed of permanent magnets 42 1 , 42 2 , 52 1 , 5
To form a parallel magnetic field using a 2 2 but, instead of the permanent magnets, it is also possible to use an electromagnet, changing the amount of current to the electromagnet in the deflector 40, by adjusting the magnetic field strength,
The radius of gyration R of the ions can also be changed.
【００６７】更にまた、電子トラップ兼用の偏向器４０
内では、電子トラップ用の磁石と偏向器用の磁石とを別
々に設けてもよい。Further, the deflector 40 also serves as an electron trap.
Inside, a magnet for an electron trap and a magnet for a deflector may be separately provided.
【００６８】[0068]
【発明の効果】本発明によれば、イオンビーム中のイオ
ン種に対応付けてイオン電流を測定することができる。
従って、イオンビームに含まれるイオン種の割合を求め
ることができる。その結果、イオン注入深さを正確に計
算できるようになる。According to the present invention, the ion current can be measured in association with the ion species in the ion beam.
Therefore, the ratio of the ion species contained in the ion beam can be obtained. As a result, the ion implantation depth can be accurately calculated.
【図１】(ａ)：本発明のイオン電流検出装置の一例 (ｂ)：主検出部のＢ−Ｂ線切断面図 (ｃ)：副検出部のＣ−Ｃ線切断面図FIG. 1 (a): Example of the ion current detection device of the present invention (b): BB line section of the main detector (c): CC line section of the sub detector
【図２】本発明のイオン注入装置の一例FIG. 2 shows an example of the ion implantation apparatus of the present invention.
【図３】イオンビーム中のイオン種の割合を示すグラフFIG. 3 is a graph showing the ratio of ion species in an ion beam.
【図４】イオンビームの均一性を示すグラフFIG. 4 is a graph showing ion beam uniformity.
【図５】注入量の深さ方向の計算結果を説明するための
グラフFIG. 5 is a graph for explaining a calculation result of an injection amount in a depth direction.
【図６】従来技術のイオン電流検出装置FIG. 6 shows a conventional ion current detecting device.
５……イオン注入装置 １０……イオン電流検出装置
１４……主スリット １５……副スリット ２
１……真空槽 ２３……基板 ２５……イオン源
３１……イオンビーム ３２……主スリットから入
射したイオンビーム ３３……副スリットから入射し
たイオンビーム ４０……主検出部 ４２……電子トラップ兼用の偏向器(４２1、４２2……
磁石) ４３……主ファラディカップ ５０……副
検出部 ５２……電子トラップ(５２1、５２2……磁
石) ５３……副ファラディカップ5 ... Ion implantation apparatus 10 ... Ion current detection apparatus 14 ... Main slit 15 ... Sub slit 2
1. Vacuum tank 23 Substrate 25 Ion source
31 ... Ion beam 32 ... Ion beam entered from the main slit 33 ... Ion beam entered from the sub slit 40 ... Main detection unit 42 ... Deflector (42 1 , 42 2 ... also serving as electron trap)
Magnet) 43 ...... main Faraday cup 50 ...... sub-detection unit 52 ...... electron traps (52 1, 52 2 ...... magnets) 53 ...... sub Faraday cup
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜田 勇蔵 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 Ｆターム(参考） 5C030 AA02 AA10 AB05 5C034 CC07 CC19 CD06 CD10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yuzo Sakurada 2500 Hagizono, Chigasaki-shi, Kanagawa Japan Vacuum Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 5C030 AA02 AA10 AB05 5C034 CC07 CC19 CD06 CD10
Claims (6)
し、前記主スリットから入射したイオンビームが前記主
ファラディカップに照射されるように構成されたイオン
電流検出装置であって、 副スリットと偏向器と副ファラディカップとを有し、 前記副スリットから入射したイオンビームは前記偏向器
を通過し、質量分析された後、前記副ファラディカップ
に入射するように構成されたことを特徴とするイオン電
流検出装置。1. An ion current detecting device having a main slit and a main Faraday cup, wherein an ion beam incident from the main slit is applied to the main Faraday cup, the ion current detecting device comprising: a sub-slit; An ion beam having a detector and a sub-Faraday cup, wherein the ion beam incident from the sub-slit passes through the deflector, is subjected to mass analysis, and then is incident on the sub-Faraday cup. Current detector.
向けて対向配置された２個の磁石の間に配置されたこと
を特徴とする請求項１記載のイオン電流検出装置。2. The ion current detecting device according to claim 1, wherein the sub-Faraday cup is disposed between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other.
向けて対向配置された２個の磁石の間に配置されたこと
を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載
のイオン電流検出装置。3. The ion according to claim 1, wherein the main Faraday cup is disposed between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other. Current detector.
配置された２枚の磁石によって構成されたことを特徴と
する請求項３記載のイオン電流検出装置。4. The ion current detecting device according to claim 3, wherein said deflector is constituted by two magnets on which said main Faraday cup is arranged.
行に配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４
のいずれか１項記載のイオン電流検出装置。5. The apparatus according to claim 1, wherein each of said magnets is formed in a flat plate shape and arranged in parallel with each other.
The ion current detection device according to any one of claims 1 to 7.
れか１項記載のイオン電流検出装置とを有し、 前記イオン電流検出装置は、前記イオン源から引き出さ
れたイオンビームの進行方向と略垂直方向に移動できる
ように構成されたことを特徴とするイオン注入装置。6. An ion current detection device according to claim 1, further comprising an ion source, wherein the ion current detection device travels an ion beam extracted from the ion source. An ion implanter characterized by being movable in a direction substantially perpendicular to the direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17081298A JP4009013B2 (en) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Ion current detection device and ion implantation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17081298A JP4009013B2 (en) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Ion current detection device and ion implantation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000011931A true JP2000011931A (en) | 2000-01-14 |
| JP4009013B2 JP4009013B2 (en) | 2007-11-14 |
Family
ID=15911802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17081298A Expired - Lifetime JP4009013B2 (en) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Ion current detection device and ion implantation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4009013B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008016209A (en) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Hitachi High-Technologies Corp | Focused ion beam device |
| JP2010507194A (en) * | 2006-10-11 | 2010-03-04 | アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド | Sensors for ion implanters |
-
1998
- 1998-06-18 JP JP17081298A patent/JP4009013B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008016209A (en) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Hitachi High-Technologies Corp | Focused ion beam device |
| JP2010507194A (en) * | 2006-10-11 | 2010-03-04 | アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド | Sensors for ion implanters |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4009013B2 (en) | 2007-11-14 |
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