JP2008135208A

JP2008135208A - Ion implantation device

Info

Publication number: JP2008135208A
Application number: JP2006318436A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fujita; 秀樹藤田
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-27
Also published as: JP4305500B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion implantation device that suppresses the occurrence of energy contamination while enhancing ion beam transport efficiency by compensating divergence in the Y-direction of an ion beam due to space charge effects or the like. <P>SOLUTION: The ion implantation device is provided with first/second permanent magnet rows 40, 42 that are respectively provided on the further upstream side than a target so as to face each other in the Y-direction across a path of an ion beam 4. The permanent magnet row 40 is composed by arraying a plurality of permanent magnets 44, respectively having a pair of magnetic poles in the X-direction, at prescribed intervals in the X-direction while directing the north pole of each permanent magnet 44 to the same direction. The permanent magnet row 42 is composed by arraying a plurality of permanent magnets 46, respectively having a pair of magnetic poles in the X-direction, at prescribed intervals in the X-direction while directing the north pole of each permanent magnet 46 to the same direction opposite to that of the permanent magnet row 40. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、Ｘ方向の走査を経て、またはＸ方向の走査を経ることなく、Ｘ方向の寸法が当該Ｘ方向と実質的に直交するＹ方向の寸法よりも大きいリボン状（これはシート状または帯状とも呼ばれる）の形をしているイオンビームをターゲットに照射してイオン注入を行う構成のイオン注入装置に関し、より具体的には、イオンビームをＹ方向において絞る手段の改良に関する。 The present invention is a ribbon-like shape having a dimension in the X direction larger than the dimension in the Y direction substantially perpendicular to the X direction without being scanned in the X direction or without being scanned in the X direction. The present invention relates to an ion implantation apparatus configured to perform ion implantation by irradiating a target with an ion beam having a shape of a band (also referred to as a band shape), and more specifically to improvement of means for narrowing the ion beam in the Y direction.

この種のイオン注入装置の従来例を図６に示す。これと同様のイオン注入装置が、例えば特許文献１に記載されている。なお、この明細書および図面において、イオンビーム４を構成するイオンは正イオンの場合を例に説明している。 A conventional example of this type of ion implantation apparatus is shown in FIG. A similar ion implantation apparatus is described in Patent Document 1, for example. In this specification and the drawings, the ion constituting the ion beam 4 is described as an example of positive ions.

このイオン注入装置は、イオン源２から発生させた、リボン状のイオンビームの元になる小さな断面形状（例えば丸または四角いスポット状）をしているイオンビーム４を、質量分離器６を通して質量分離し、加減速器８を通して加速または減速し、エネルギー分離器１０を通してエネルギー分離し、走査器１２を通してＸ方向（例えば水平方向）に走査し、ビーム平行化器１４を通して平行ビーム化した後に、ホルダ２６に保持されたターゲット（例えば半導体基板）２４に照射して、ターゲット２４にイオン注入を行うよう構成されている。イオン源２からターゲット２４までのイオンビーム４の経路は真空雰囲気に保たれる。 This ion implantation apparatus mass-separates an ion beam 4 having a small cross-sectional shape (for example, a round or square spot shape) generated from an ion source 2 and serving as a source of a ribbon-like ion beam through a mass separator 6. After acceleration or deceleration through the accelerator / decelerator 8, energy separation through the energy separator 10, scanning in the X direction (for example, horizontal direction) through the scanner 12, and parallel beam through the beam collimator 14, the holder 26 The target (for example, a semiconductor substrate) 24 held on the substrate 24 is irradiated and ion implantation is performed on the target 24. The path of the ion beam 4 from the ion source 2 to the target 24 is kept in a vacuum atmosphere.

ターゲット２４は、ホルダ２６と共に、ビーム平行化器１４からのイオンビーム４の照射領域内で、ターゲット駆動装置２８によって、Ｙ方向（例えば垂直方向）に沿う方向に機械的に走査（往復駆動）される。 The target 24 is mechanically scanned (reciprocated) in the direction along the Y direction (for example, the vertical direction) by the target driving device 28 within the irradiation region of the ion beam 4 from the beam collimator 14 together with the holder 26. The

なお、この明細書および図面においては、イオンビームの進行方向をＺ方向とし、Ｚ方向と実質的に直交する面内において互いに実質的に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向としている。 In this specification and the drawings, the traveling direction of the ion beam is the Z direction, and two directions substantially orthogonal to each other in a plane substantially orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction.

ビーム平行化器１４は、磁界または電界（この例では磁界）によってイオンビーム４を走査する走査器１２と協働して、Ｘ方向に走査されたイオンビーム４を、磁界または電界（この例では磁界）によって基準軸１６に対して実質的に平行になるように曲げ戻して平行ビーム化して、Ｘ方向の寸法がＹ方向の寸法よりも大きいリボン状の形をしているイオンビーム４（図７も参照）を導出する。リボン状と言っても、Ｙ方向の寸法が紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム４のＸ方向の寸法は３５ｃｍ〜５０ｃｍ程度であり、Ｙ方向の寸法は５ｃｍ〜１０ｃｍ程度である。ビーム平行化器１４は、この例のように磁界を使用する場合は、ビーム平行化マグネットと呼ばれる。 The beam collimator 14 cooperates with the scanner 12 that scans the ion beam 4 by a magnetic field or an electric field (in this example, a magnetic field), and converts the ion beam 4 scanned in the X direction into a magnetic field or an electric field (in this example). The ion beam 4 is bent back so as to be substantially parallel to the reference axis 16 by a magnetic field to form a parallel beam, and has a ribbon shape in which the dimension in the X direction is larger than the dimension in the Y direction (see FIG. 7). The ribbon shape does not mean that the dimension in the Y direction is as thin as paper or cloth. For example, the dimension of the ion beam 4 in the X direction is about 35 cm to 50 cm, and the dimension in the Y direction is about 5 cm to 10 cm. The beam collimator 14 is called a beam collimating magnet when a magnetic field is used as in this example.

上記イオン注入装置は、Ｘ方向の走査を経てリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合の例であるが、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合もある。 The ion implantation apparatus is an example in which the target 24 is irradiated with the ion beam 4 having a ribbon shape through scanning in the X direction, and the ribbon ion beam 4 is generated from the ion source 2. In some cases, the target 24 may be irradiated with the ion beam 4 having a ribbon shape without undergoing scanning in the X direction.

上記イオンビーム４の輸送経路は、図示しない真空容器内にあり、真空雰囲気に保たれるけれども、残留ガスやアウトガス等のガスが僅かではあるが必ず存在する。このガス分子にイオンビーム４が衝突して中性粒子が発生してそれがターゲット２４に入射すると、注入量分布の均一性を悪化させたり、注入量誤差を生じさせたりする等の悪影響が生じる。 Although the transport path of the ion beam 4 is in a vacuum container (not shown) and is maintained in a vacuum atmosphere, there is always a small amount of gas such as residual gas or outgas. When the ion beam 4 collides with the gas molecules and neutral particles are generated and enter the target 24, adverse effects such as deterioration of the uniformity of the injection amount distribution and an injection amount error occur. .

これを防止するためには、ターゲット２４に照射するエネルギー状態（換言すれば、加減速器８を通した後の最終エネルギー状態）のイオンビーム４を、ターゲット２４の近くに設けたイオンビーム偏向器によって磁界または電界の作用で偏向させて、偏向したイオンビーム４と偏向せずに直進する中性粒子１８とを互いに分離して、中性粒子１８がターゲット２４に入射するのを防止するのが好ましく、上記ビーム平行化器１４はこのイオンビーム偏向器を兼ねている。 In order to prevent this, the ion beam deflector in which the ion beam 4 in the energy state irradiated in the target 24 (in other words, the final energy state after passing through the accelerometer 8) is provided near the target 24 is provided. The deflected ion beam 4 is deflected by the action of a magnetic field or an electric field to separate the deflected ion beam 4 from the neutral particles 18 that travel straight without deflection, thereby preventing the neutral particles 18 from entering the target 24. Preferably, the beam collimator 14 also serves as the ion beam deflector.

ところで、イオンビーム４は、その輸送途中において、空間電荷効果によって発散する。装置のスループットを高めると共に、ターゲット２４上に形成する半導体デバイスの微細化のためにイオン注入深さを浅くする等の観点から、ターゲット２４に照射するイオンビーム４は低エネルギーかつ大電流のものが望まれているが、イオンビーム４が低エネルギーかつ大電流になるほど、空間電荷効果によるイオンビーム４の発散は大きくなる。 By the way, the ion beam 4 diverges due to the space charge effect during the transportation thereof. From the standpoint of increasing the throughput of the apparatus and decreasing the ion implantation depth for miniaturization of the semiconductor device formed on the target 24, the ion beam 4 irradiated to the target 24 should have a low energy and a large current. As desired, the divergence of the ion beam 4 due to the space charge effect increases as the ion beam 4 has lower energy and higher current.

このイオンビーム４の発散は、Ｘ、Ｙ両方向において生じるけれども、元々、イオンビーム４のＸ方向の寸法は上記のようにＹ方向に比べてかなり大きいので、Ｙ方向の発散による悪影響の方が大きい。そこで以下においてはこのＹ方向の発散に着目する。 Although the divergence of the ion beam 4 occurs in both the X and Y directions, the size in the X direction of the ion beam 4 is originally considerably larger than that in the Y direction as described above, so that the adverse effect due to the divergence in the Y direction is greater. . In the following, attention is paid to the divergence in the Y direction.

イオンビーム４がＹ方向に発散すると、Ｙ方向におけるイオンビーム４の一部が、イオンビーム４の経路を囲む真空容器や、イオンビーム４を整形するマスク等によってカットされて、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率が低下する。 When the ion beam 4 diverges in the Y direction, a part of the ion beam 4 in the Y direction is cut by a vacuum vessel surrounding the path of the ion beam 4, a mask for shaping the ion beam 4, and the like. The transport efficiency to 24 is reduced.

例えば、ビーム平行化器１４とターゲット２４との間には、図６、図７に示すように、また例えば特許第３５６７７４９号公報にも記載されているように、イオンビーム４を通過させる開口２２を有していてイオンビーム４を整形するマスク２０が設けられていることが多い。このマスク２０によって、イオンビーム４のＹ方向の不要な裾の部分をカットして、イオンビーム４からターゲット２４を逃がす距離Ｌ₂を小さくすることができるからである。 For example, between the beam collimator 14 and the target 24, as shown in FIGS. 6 and 7, and as described in, for example, Japanese Patent No. 3556749, the opening 22 through which the ion beam 4 passes is provided. In many cases, a mask 20 for shaping the ion beam 4 is provided. This is because the mask 20 can cut an unnecessary skirt portion in the Y direction of the ion beam 4 to reduce the distance L ₂ for escaping the target 24 from the ion beam 4.

イオンビーム４が空間電荷効果によってＹ方向に発散すると、例えばこのマスク２０によってカットされる割合が大きくなるので、マスク２０を通過することができるイオンビーム４の量が減り、イオンビーム４の輸送効率が低下する。 When the ion beam 4 diverges in the Y direction due to the space charge effect, for example, the ratio of being cut by the mask 20 is increased, so that the amount of the ion beam 4 that can pass through the mask 20 is reduced and the transport efficiency of the ion beam 4 is reduced. Decreases.

上記課題は、イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状の形をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合にも同様に存在する。 The above problem also exists when a ribbon-shaped ion beam 4 is generated from the ion source 2 and the target 24 is irradiated with the ribbon-shaped ion beam 4 without scanning in the X direction. To do.

イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償する手段として、イオンビーム４の経路に、例えばビーム平行化器１４の下流側近傍または上流側近傍に、例えば非特許文献１に記載されているような電界レンズ（これは静電レンズとも呼ばれる）を設けることが考えられる。 As means for compensating for the divergence in the Y direction due to the space charge effect of the ion beam 4, it is described in the path of the ion beam 4, for example, in the vicinity of the downstream side or the upstream side of the beam collimator 14, for example, in Non-Patent Document 1. It is conceivable to provide an electric field lens (which is also called an electrostatic lens).

その電界レンズの一例を図８に示す。この電界レンズ３０は、イオンビーム４の進行方向Ｚに互いに間をあけて並べられた入口電極３２、中間電極３４および出口電極３６を備えている。入口電極３２および出口電極３６は、互いに同電位（図示例では接地電位）に保たれる。中間電極３４には、直流電源３８から、正（図示例の場合）または負の直流電圧Ｖ₁が印加されて、入口電極３２および出口電極３６とは異なる電位に保たれる。各電極３２、３４および３６は、それぞれ、イオンビーム４の形状に応じた形状をしており、例えば、筒状電極の場合もあるし、平行平板電極の場合もある。 An example of the electric field lens is shown in FIG. The electric field lens 30 includes an entrance electrode 32, an intermediate electrode 34, and an exit electrode 36 that are arranged at intervals in the traveling direction Z of the ion beam 4. The inlet electrode 32 and the outlet electrode 36 are kept at the same potential (ground potential in the illustrated example). A positive (in the illustrated example) or negative DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34 from the DC power supply 38, and the intermediate electrode 34 is kept at a different potential from the entrance electrode 32 and the exit electrode 36. Each of the electrodes 32, 34, and 36 has a shape corresponding to the shape of the ion beam 4, and may be, for example, a cylindrical electrode or a parallel plate electrode.

この電界レンズ３０は、アインツェルレンズ（これはユニポテンシャルレンズとも呼ばれる）の働きをし、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ₁を印加しても、イオンビーム４のエネルギーを変えることなくイオンビーム４をＹ方向において絞る働きをする。なお、図８では、図示の簡略化のためにイオンビーム４は絞られていない状態を図示しているが、実際は絞られる。 The electric field lens 30 functions as an Einzel lens (which is also referred to as a unipotential lens), and changes the energy of the ion beam 4 even when a positive or negative DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34. The ion beam 4 is narrowed in the Y direction. In FIG. 8, the ion beam 4 is not focused for simplification of illustration, but is actually focused.

特開平８−１１５７０１号公報（段落０００３、図１）JP-A-8-115701 (paragraph 0003, FIG. 1) 執筆委員高木俊宜、電気学会大学講座、「電子・イオンビーム工学」、初版、社団法人電気学会、１９９５年３月１日、頁１０５−１０８Writer Toshiyoshi Takagi, University of Electrical Engineers, “Electron / Ion Beam Engineering”, First Edition, The Institute of Electrical Engineers of Japan, March 1, 1995, pages 105-108

上記のような電界レンズ３０を用いてイオンビーム４を絞る技術では、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４の輸送効率を高めることができるけれども、エネルギーコンタミネーション（即ち不所望エネルギー粒子の混入）が発生するという課題がある。 In the technique of focusing the ion beam 4 using the electric field lens 30 as described above, although the divergence in the Y direction due to the space charge effect of the ion beam 4 can be compensated and the transport efficiency of the ion beam 4 can be increased, the energy contamination is increased. There is a problem of occurrence of nation (that is, mixing of undesired energy particles).

即ち、電界レンズ３０の中間電極３４に負の直流電圧Ｖ₁を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦加速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で減速されて元のエネルギーになる。この加速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも高いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、高エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。 That is, when a negative DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34 of the electric field lens 30, the ion beam 4 is once accelerated in a region between the entrance electrode 32 and the intermediate electrode 34, and then the intermediate electrode 34 and the exit electrode 36. It is decelerated in the area between and becomes the original energy. In this acceleration region, when the ion beam 4 collides with the residual gas and neutral particles are generated by charge conversion, neutral particles having energy higher than the energy of the incident ion beam 4 are generated and travel downstream. As a result, it causes energy contamination of high energy components.

中間電極３４に図８に示すように正の直流電圧Ｖ₁を印加する場合、イオンビーム４は、入口電極３２と中間電極３４間の領域で一旦減速された後に、中間電極３４と出口電極３６間の領域で加速されて元のエネルギーになる。この減速領域において、イオンビーム４が残留ガスと衝突して荷電変換によって中性粒子が発生すると、入射イオンビーム４のエネルギーよりも低いエネルギーの中性粒子が発生し、それが下流側へ進行することになり、低エネルギー成分のエネルギーコンタミネーションの原因となる。 When a positive DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34 as shown in FIG. 8, the ion beam 4 is once decelerated in the region between the entrance electrode 32 and the intermediate electrode 34 and then the intermediate electrode 34 and the exit electrode 36. It is accelerated in the area between and becomes the original energy. In this deceleration region, when the ion beam 4 collides with the residual gas and neutral particles are generated by charge conversion, neutral particles having energy lower than the energy of the incident ion beam 4 are generated and travel downstream. In other words, it causes energy contamination of low energy components.

このように、中間電極３４に正、負いずれの直流電圧Ｖ₁を印加しても、エネルギーコンタミネーションが発生する。 As described above, energy contamination occurs even when a positive or negative DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34.

また、中間電極３４に正の直流電圧Ｖ₁を印加すると、図８に示すように、電場のないドリフト空間（即ち中間電極３４付近よりも上流側および下流側における電場のない空間）中の電子３９が中間電極３４に引き込まれて消滅するので、ドリフト空間での電子量が減少してイオンビーム４の空間電荷効果による発散が強くなり、イオンビーム４の輸送効率の低下が大きくなる。 Further, when a positive DC voltage V ₁ is applied to the intermediate electrode 34, as shown in FIG. 8, electrons in a drift space without an electric field (that is, a space without an electric field upstream and downstream from the vicinity of the intermediate electrode 34). Since 39 is drawn into the intermediate electrode 34 and disappears, the amount of electrons in the drift space decreases, the divergence due to the space charge effect of the ion beam 4 increases, and the transport efficiency of the ion beam 4 decreases greatly.

そこでこの発明は、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができ、しかもエネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができるイオン注入装置を提供することを主たる目的としている。 Therefore, the present invention provides an ion implantation apparatus that can compensate for the divergence in the Y direction due to the space charge effect of the ion beam, increase the ion beam transport efficiency, and suppress the occurrence of energy contamination. The main purpose is to do.

この発明に係るイオン注入装置は、前記ターゲットよりも上流側に設けられていて、前記リボン状のイオンビームの経路を挟んでＹ方向において相対向するように配置された第１の永久磁石列および第２の永久磁石列を備えており、前記第１の永久磁石列は、Ｘ方向に一対の磁極をそれぞれ有する複数の永久磁石を、各永久磁石のＮ極を同一方向に向けて所定の間隔でＸ方向に配列したものであり、前記第２の永久磁石列は、Ｘ方向に一対の磁極をそれぞれ有する複数の永久磁石を、各永久磁石のＮ極を第１の永久磁石列とは反対の同一方向に向けて所定の間隔でＸ方向に配列したものである、ことを特徴としている。 The ion implantation apparatus according to the present invention includes a first permanent magnet array provided upstream of the target and arranged to face each other in the Y direction across the ribbon-shaped ion beam path, and A second permanent magnet array, wherein the first permanent magnet array has a plurality of permanent magnets each having a pair of magnetic poles in the X direction, and the N poles of the permanent magnets face the same direction at a predetermined interval. The second permanent magnet array includes a plurality of permanent magnets each having a pair of magnetic poles in the X direction, and the N pole of each permanent magnet is opposite to the first permanent magnet array. These are arranged in the X direction at a predetermined interval toward the same direction.

このイオン注入装置によれば、第１および第２の永久磁石列によって、それぞれ、Ｘ方向に沿う方向の磁界を発生させることができ（但し、両永久磁石列が発生させる磁界は互いに逆向き）、この磁界によって、イオンビームはＹ方向における内向きのローレンツ力を受けることになる。これによって、イオンビームをＹ方向において絞ることができる。 According to this ion implantation apparatus, the first and second permanent magnet arrays can generate magnetic fields in the direction along the X direction (however, the magnetic fields generated by both permanent magnet arrays are opposite to each other). By this magnetic field, the ion beam receives an inward Lorentz force in the Y direction. Thereby, the ion beam can be narrowed in the Y direction.

前記第１の永久磁石列を構成する各永久磁石と前記第２の永久磁石列を構成する各永久磁石とは、それぞれ、極性が互いに逆であることを除いて、前記イオンビームの経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面に関して実質的に面対称に配置しておくのが好ましい。 The permanent magnets constituting the first permanent magnet row and the permanent magnets constituting the second permanent magnet row are respectively Y in the path of the ion beam except that the polarities are opposite to each other. It is preferable to arrange them substantially plane-symmetrically with respect to a plane of symmetry that passes through the center in the direction and is substantially perpendicular to the X and Y directions.

前記ターゲットに照射するエネルギー状態の前記イオンビームを磁界または電界によって偏向させて当該イオンビームと中性粒子とを分離するイオンビーム偏向器を更に備えている場合は、前記第１の永久磁石列および第２の永久磁石列は、前記イオンビーム偏向器の下流側近傍および上流側近傍の少なくとも一方に設けておいても良い。 In the case of further comprising an ion beam deflector that separates the ion beam and neutral particles by deflecting the ion beam in an energy state with which the target is irradiated by a magnetic field or an electric field, The second permanent magnet array may be provided in at least one of the vicinity of the downstream side and the vicinity of the upstream side of the ion beam deflector.

請求項１〜３に記載の発明によれば、第１および第２の永久磁石列が発生させる磁界によって、イオンビームをＹ方向において絞ることができるので、イオンビームの空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビームの輸送効率を高めることができる。 According to the first to third aspects, since the ion beam can be narrowed in the Y direction by the magnetic field generated by the first and second permanent magnet arrays, the Y direction due to the space charge effect of the ion beam or the like. The ion beam transport efficiency can be increased by compensating for the divergence of the ion beam.

しかも、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビームを加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。 In addition, unlike the case where an electric field lens is used, the ion beam can be narrowed without acceleration / deceleration, so that the occurrence of energy contamination can be suppressed.

請求項２に記載の発明によれば、第１および第２の永久磁石列によって、対称面に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビームを対称性良く絞ることができる、という更なる効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, the first and second permanent magnet arrays can generate a magnetic field having good symmetry with respect to the symmetry plane, so that the ion beam can be focused with good symmetry. There is a further effect.

図１は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。図２は、第１および第２の永久磁石列ならびにイオンビームを、イオンビームの進行方向から見て部分的に示す正面図である。図６に示した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。 FIG. 1 is a plan view partially showing one embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a front view partially showing the first and second permanent magnet arrays and the ion beam as seen from the traveling direction of the ion beam. Portions that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

このイオン注入装置は、上記ターゲット２４よりも上流側に設けられた、より具体的には、イオンビーム４と中性粒子１８（図６参照）とを分離するイオンビーム偏向器を兼ねる上記ビーム平行化器１４の下流側近傍に設けられた第１の永久磁石列４０および第２の永久磁石列４２を備えている。両永久磁石列４０、４２は、上記イオンビーム４の経路を挟んでＹ方向において相対向するように配置されている。 This ion implantation apparatus is provided on the upstream side of the target 24, more specifically, the beam parallel that also serves as an ion beam deflector that separates the ion beam 4 and the neutral particles 18 (see FIG. 6). The first permanent magnet row 40 and the second permanent magnet row 42 provided in the vicinity of the downstream side of the generator 14 are provided. Both permanent magnet arrays 40 and 42 are arranged to face each other in the Y direction across the path of the ion beam 4.

第１の永久磁石列４０は、Ｘ方向に一対の磁極（Ｎ極およびＳ極）をそれぞれ有する棒状または板状をした複数の永久磁石４４を、各永久磁石４４のＮ極を同一方向（図２では左方向）に向けて所定の間隔Ｌ₃でＸ方向に配列したものである。各永久磁石４４は、それぞれ実質的に同じ形状、寸法、起磁力を有している。Ｘ方向に配列する永久磁石４４の数や間隔Ｌ₃等は、イオンビーム４のＸ方向の寸法等に応じて決めれば良い。この永久磁石列４０の隣り合う永久磁石４４が、イオンビーム４の経路側に発生させる磁界を、図２中に磁力線４８で模式的に示している。隣り合う永久磁石４４間に、Ｘ方向に沿う磁界が発生することが分かる。 The first permanent magnet row 40 includes a plurality of rod-like or plate-like permanent magnets 44 each having a pair of magnetic poles (N pole and S pole) in the X direction, and the N poles of the permanent magnets 44 are arranged in the same direction (see FIG. 2, toward the left direction) in which are arranged in X direction at a predetermined interval L _3. Each permanent magnet 44 has substantially the same shape, size, and magnetomotive force. The number of permanent magnets 44 arranged in the X direction, the distance L _{3, and the} like may be determined according to the size of the ion beam 4 in the X direction. A magnetic field generated on the path side of the ion beam 4 by the adjacent permanent magnets 44 in the permanent magnet row 40 is schematically shown by magnetic force lines 48 in FIG. It can be seen that a magnetic field along the X direction is generated between the adjacent permanent magnets 44.

第２の永久磁石列４２は、Ｘ方向に一対の磁極（Ｎ極およびＳ極）をそれぞれ有する棒状または板状をした複数の永久磁石４６を、各永久磁石４６のＮ極を永久磁石列４０とは反対の同一方向（図２では右方向）に向けて所定の間隔Ｌ₄でＸ方向に配列したものである。各永久磁石４６は、それぞれ実質的に同じ形状、寸法、起磁力を有している。Ｘ方向に配列する永久磁石４６の数や間隔Ｌ₄等は、イオンビーム４のＸ方向の寸法等に応じて決めれば良い。この永久磁石列４２の隣り合う永久磁石４６が、イオンビーム４の経路側に発生させる磁界を、図２中に磁力線５０で模式的に示している。隣り合う永久磁石４６間に、Ｘ方向に沿う磁界（但し永久磁石列４０が発生させる磁界とは逆向きの磁界）が発生することが分かる。 The second permanent magnet row 42 includes a plurality of rod-like or plate-like permanent magnets 46 each having a pair of magnetic poles (N pole and S pole) in the X direction, and the N pole of each permanent magnet 46 is the permanent magnet row 40. Are arranged in the X direction at a predetermined interval L ₄ in the same direction opposite to (in the right direction in FIG. 2). Each permanent magnet 46 has substantially the same shape, size, and magnetomotive force. The number of permanent magnets 46 arranged in the X direction, the interval L _{4, and the} like may be determined according to the size of the ion beam 4 in the X direction. The magnetic field generated by the permanent magnets 46 adjacent to the permanent magnet array 42 on the path side of the ion beam 4 is schematically shown by magnetic lines of force 50 in FIG. It can be seen that a magnetic field along the X direction (a magnetic field opposite to the magnetic field generated by the permanent magnet array 40) is generated between the adjacent permanent magnets 46.

Ｘ方向の走査を経てリボン状のイオンビーム４を形成する場合は、例えば図２中に破線で示すように、小さな断面形状のイオンビーム４ａがＸ方向に走査される。 When the ribbon-shaped ion beam 4 is formed through scanning in the X direction, for example, as shown by a broken line in FIG. 2, an ion beam 4a having a small cross-sectional shape is scanned in the X direction.

第１の永久磁石列４０を構成する各永久磁石４４は、イオンビーム４の進行方向Ｚに沿う方向に伸びた棒状をしていて、この実施形態では、図１に示すように、平面的に見てイオンビーム４の進行方向Ｚに対して実質的に平行に配置されている。同様に、第２の永久磁石列４２を構成する各永久磁石４６も、イオンビーム４の進行方向Ｚに沿う方向に伸びた棒状をしていて、この実施形態では、平面的に見てイオンビーム４の進行方向Ｚに対して実質的に平行に配置されている。 Each permanent magnet 44 constituting the first permanent magnet row 40 has a rod shape extending in the direction along the traveling direction Z of the ion beam 4, and in this embodiment, as shown in FIG. As viewed, the ion beam 4 is arranged substantially parallel to the traveling direction Z. Similarly, each permanent magnet 46 constituting the second permanent magnet row 42 has a rod shape extending in the direction along the traveling direction Z of the ion beam 4. In this embodiment, the ion beam is viewed in plan view. 4 are arranged substantially parallel to the traveling direction Z.

更にこの実施形態では、第１の永久磁石列４０を構成する各永久磁石４４と、第２の永久磁石列４２を構成する各永久磁石４６とは、それぞれ、極性が互いに逆であることを除いて、イオンビーム４の経路のＹ方向における中心を通りかつＸ方向およびＹ方向に実質的に直交する対称面５２に関して実質的に面対称に配置されている。より具体的には、永久磁石４４と永久磁石４６とを互いに実質的に同じ形状および寸法とし、上記間隔Ｌ₃と間隔Ｌ₄とを互いに実質的に等しくし、各永久磁石４４と各永久磁石４６とをそれぞれＹ方向において実質的に正対させて（換言すればＸ方向上の位置を実質的に同じにして）配置し、かつ対称面５２から各永久磁石４４までの距離と各永久磁石４６までの距離とを実質的に等しくしている。従って、対称面５２付近では、上下の磁界が互いに打ち消し合って磁界の強さは実質的に０になり、対称面５２からＹ方向の上下に離れるに従って磁界の強さは大きくなる。 Further, in this embodiment, the permanent magnets 44 constituting the first permanent magnet row 40 and the permanent magnets 46 constituting the second permanent magnet row 42 are opposite in polarity to each other. Thus, the ion beam 4 is disposed substantially in plane symmetry with respect to a symmetry plane 52 that passes through the center in the Y direction of the path of the ion beam 4 and is substantially orthogonal to the X direction and the Y direction. More specifically, the permanent magnet 44 and the permanent magnet 46 have substantially the same shape and dimensions, and the interval L ₃ and the interval L ₄ are substantially equal to each other. 46 are arranged so as to face each other substantially in the Y direction (in other words, the positions in the X direction are substantially the same), and the distance from the symmetry plane 52 to each permanent magnet 44 and each permanent magnet The distance to 46 is substantially equal. Accordingly, in the vicinity of the symmetry plane 52, the upper and lower magnetic fields cancel each other and the magnetic field strength becomes substantially zero, and the magnetic field strength increases as the distance from the symmetry plane 52 increases in the Y direction.

このイオン注入装置によれば、第１および第２の永久磁石列４０、４２によって、それぞれ、Ｘ方向に沿う方向の磁界を発生させることができ（但し、両永久磁石列４０、４２が発生させる磁界は互いに逆向き）、この磁界によって、イオンビーム４はＹ方向における内向きのローレンツ力Ｆ（図２、図３参照）を受けることになる。これによって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。 According to this ion implantation apparatus, the first and second permanent magnet rows 40 and 42 can generate magnetic fields in the direction along the X direction (however, both permanent magnet rows 40 and 42 are generated). The magnetic fields are opposite to each other), and the ion beam 4 receives an inward Lorentz force F (see FIGS. 2 and 3) in the Y direction due to this magnetic field. Thereby, the ion beam 4 can be narrowed in the Y direction.

両永久磁石列４０、４２によってイオンビーム４がＹ方向において絞られた状態の一例を図３に示す。この例では、Ｙ方向において発散するイオンビーム４を両永久磁石列４０、４２間に入射させており、両永久磁石列４０、４２がなければ符号４ｂで示すようにそのまま直進するはずのイオンビームを、符号４ｃで示すようにＹ方向において絞ることができている。 An example of a state in which the ion beam 4 is narrowed in the Y direction by both permanent magnet arrays 40 and 42 is shown in FIG. In this example, the ion beam 4 that diverges in the Y direction is incident between the permanent magnet arrays 40 and 42. If both the permanent magnet arrays 40 and 42 are not present, the ion beam that should go straight as indicated by reference numeral 4b is used. Can be narrowed down in the Y direction as indicated by reference numeral 4c.

イオンビーム４が絞られる程度は、磁界の磁束密度に比例し、イオンビーム４のエネルギーに反比例する。従って、磁束密度を一定とするならば、低エネルギーのイオンビーム４ほど強く絞ることができる。 The degree to which the ion beam 4 is narrowed is proportional to the magnetic flux density of the magnetic field and inversely proportional to the energy of the ion beam 4. Therefore, if the magnetic flux density is kept constant, the ion beam 4 with lower energy can be focused more strongly.

このようにこのイオン注入装置によれば、第１および第２の永久磁石列４０、４２が発生させる磁界によって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果等によるＹ方向の発散を補償して、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率を高めることができる。 Thus, according to this ion implantation apparatus, since the ion beam 4 can be narrowed in the Y direction by the magnetic field generated by the first and second permanent magnet arrays 40 and 42, the space charge effect of the ion beam 4 and the like. It is possible to enhance the transport efficiency of the ion beam 4 to the target 24 by compensating for the divergence in the Y direction due to.

イオンビーム４をＹ方向において絞ることができるので、イオンビーム４の空間電荷効果以外によるＹ方向の発散を抑制することもできる。また、Ｙ方向においてイオンビーム４を絞る程度を調整することによって、Ｙ方向において発散が実質的に０である平行なイオンビーム４を導出することも可能になる。 Since the ion beam 4 can be narrowed in the Y direction, divergence in the Y direction due to other than the space charge effect of the ion beam 4 can also be suppressed. Further, by adjusting the degree to which the ion beam 4 is narrowed in the Y direction, it becomes possible to derive the parallel ion beam 4 whose divergence is substantially zero in the Y direction.

より具体例を挙げると、図１に示す例のように両永久磁石列４０、４２の下流側に前述したマスク２０が設けられている場合は、ビーム平行化器１４とマスク２０との間において、イオンビーム４の空間電荷効果によるＹ方向の発散を補償して、マスク２０の開口２２を通過するイオンビーム４の量を増やして、ターゲット２４へのイオンビーム４の輸送効率を高めることができる。 More specifically, when the above-described mask 20 is provided on the downstream side of both permanent magnet arrays 40 and 42 as in the example shown in FIG. 1, between the beam collimator 14 and the mask 20. By compensating for the divergence in the Y direction due to the space charge effect of the ion beam 4, the amount of the ion beam 4 passing through the opening 22 of the mask 20 can be increased, and the transport efficiency of the ion beam 4 to the target 24 can be increased. .

しかも、電界レンズを用いる場合と違って、イオンビーム４を加減速することなく絞ることができるので、エネルギーコンタミネーションの発生を抑制することができる。 In addition, unlike the case where an electric field lens is used, the ion beam 4 can be narrowed without acceleration / deceleration, so that the occurrence of energy contamination can be suppressed.

また、前述したようにこの実施形態では、第１の永久磁石列４０を構成する各永久磁石４４と第２の永久磁石列４２を構成する各永久磁石４６とを対称面５２に関して実質的に面対称に配置していて、第１および第２の永久磁石列４０、４２によって、対称面５２に関して対称性の良い磁界を発生させることができるので、イオンビーム４を対称性良く絞ることができる。 Further, as described above, in this embodiment, each permanent magnet 44 constituting the first permanent magnet row 40 and each permanent magnet 46 constituting the second permanent magnet row 42 are substantially planes with respect to the symmetry plane 52. Since the magnetic fields having good symmetry with respect to the symmetry plane 52 can be generated by the first and second permanent magnet arrays 40 and 42 arranged symmetrically, the ion beam 4 can be narrowed with good symmetry.

ところで、第１および第２の永久磁石列４０、４２間を通過したイオンビーム４は、厳密に見れば、そのＹ方向における端部付近で幾分波打っている。その一例を、四角いスポット状のイオンビーム４ａを例に図４に拡大して示す。これは、図２も参照すれば分かるように、イオンビーム４、４ａの経路側に張り出す磁界は、隣り合う永久磁石４４間および隣り合う永久磁石４６間において強くなり、イオンビーム４、４ａが受けるローレンツ力Ｆも強くなるからである。 By the way, the ion beam 4 that has passed between the first and second permanent magnet arrays 40 and 42 is somewhat undulated in the vicinity of the end in the Y direction. An example of this is shown in an enlarged manner in FIG. 4 using a square spot ion beam 4a as an example. As can be seen from FIG. 2, the magnetic field extending toward the path side of the ion beams 4 and 4a becomes stronger between the adjacent permanent magnets 44 and between the adjacent permanent magnets 46. This is because the received Lorentz force F is also increased.

上記イオンビーム４の波打ちについては、例えば次のようにして対処することができる。 The undulation of the ion beam 4 can be dealt with as follows, for example.

（ａ）スポット状のイオンビーム４ａをＸ方向に走査してリボン状のイオンビーム４を形成する場合は、このＸ方向の走査によって、波打ち部分のイオンビームの濃淡が平均化されるので、波打ちの影響は軽減される。また、必要に応じて、次の（ｂ）と同様にカットすることを採用しても良い。 (A) When the ribbon-like ion beam 4 is formed by scanning the spot-like ion beam 4a in the X direction, the density of the ion beam in the undulating portion is averaged by the X-direction scanning. The impact of is reduced. Moreover, you may employ | adopt cutting similarly to the following (b) as needed.

（ｂ）イオンビームをＸ方向に走査しない場合は、即ちＸ方向の走査を経ることなくイオンビーム４がリボン状をしている場合は、上記波打ちが不都合であれば、波打ち部分をマスク等でカットすれば良い。例えば、上記マスク２０でカットすれば良い。このように波打ち部分をカットするとしても、永久磁石列４０、４２を設けずに全体的に発散しているイオンビーム４をマスク等によってカットするよりかは、イオンビーム４を多く通過させることができる。即ち、イオンビーム４の輸送効率を高めることができる。 (B) When the ion beam is not scanned in the X direction, that is, when the ion beam 4 has a ribbon shape without being scanned in the X direction, if the undulation is inconvenient, the undulation portion is covered with a mask or the like. Cut it. For example, the mask 20 may be used for cutting. Even if the wavy portion is cut in this way, the ion beam 4 can be passed through more than the ion beam 4 that is totally diverging without providing the permanent magnet arrays 40 and 42 with a mask or the like. it can. That is, the transport efficiency of the ion beam 4 can be increased.

なお、隣り合う永久磁石４４の間隔Ｌ₃および隣り合う永久磁石４６の間隔Ｌ₄を大きくすると、イオンビーム４の経路側に張り出す磁界は強くなるのでイオンビーム４を強く絞ることができるけれども、イオンビーム４のＹ方向における端部付近での波打ちは大きくなる。従って、上記間隔Ｌ₃、Ｌ₄は、両者（絞りと波打ち）との兼ね合いで決めれば良い。 If the distance L ₃ between the adjacent permanent magnets 44 and the distance L ₄ between the adjacent permanent magnets 46 are increased, the magnetic field protruding toward the path of the ion beam 4 becomes stronger, so that the ion beam 4 can be strongly squeezed. The undulation near the end of the ion beam 4 in the Y direction becomes large. Therefore, the distances L ₃ and L ₄ may be determined in consideration of both (aperture and undulation).

第１の永久磁石列４０を構成する各永久磁石４４は、例えば図５に示す例のように、平面的に見てイオンビーム４の進行方向Ｚに対して、それぞれ実質的に同一の角度βで斜めに配置しても良い。同様に、第２の永久磁石列４２を構成する各永久磁石４６も、平面的に見てイオンビーム４の進行方向Ｚに対して、それぞれ同一角度で斜めに配置しても良い。このように配置しても、隣り合う永久磁石４４間および隣り合う永久磁石４６間に、Ｘ方向に沿う磁界が発生するので、上記とほぼ同様の作用によって、イオンビーム４をＹ方向において絞ることができる。 Each permanent magnet 44 constituting the first permanent magnet row 40 has substantially the same angle β with respect to the traveling direction Z of the ion beam 4 as viewed in plan, for example, as in the example shown in FIG. May be arranged diagonally. Similarly, the permanent magnets 46 constituting the second permanent magnet row 42 may also be arranged obliquely at the same angle with respect to the traveling direction Z of the ion beam 4 as viewed in plan. Even in this arrangement, a magnetic field along the X direction is generated between the adjacent permanent magnets 44 and between the adjacent permanent magnets 46, so that the ion beam 4 is narrowed in the Y direction by substantially the same action as described above. Can do.

上記第１および第２の永久磁石列４０、４２は、上記実施形態のようにビーム平行化器１４の下流側近傍に設ける代わりに、ビーム平行化器１４の上流側近傍に設けても良い。そのようにすれば、ビーム平行化器１４に入射してそこを通過するイオンビーム４の量を増やすことができるので、イオンビーム４の輸送効率を高めることが容易になる。 The first and second permanent magnet arrays 40 and 42 may be provided near the upstream side of the beam collimator 14 instead of being provided near the downstream side of the beam collimator 14 as in the above embodiment. By doing so, it is possible to increase the amount of the ion beam 4 incident on the beam collimator 14 and passing therethrough, so that it becomes easy to increase the transport efficiency of the ion beam 4.

上記第１および第２の永久磁石列４０、４２を、ビーム平行化器１４の下流側近傍および上流側近傍の少なくとも一方に設けても良いし、両方に設けても良い。両方に設ければ、ビーム平行化器１４を通過するイオンビーム４の量を増やすと共に、ビーム平行化器１４を通過したイオンビームのＹ方向の発散を抑制することができるので、イオンビーム４のターゲット２４への輸送効率をより高めることができる。 The first and second permanent magnet arrays 40, 42 may be provided in at least one of the vicinity of the downstream side and the upstream side of the beam collimator 14, or may be provided in both. If both are provided, the amount of the ion beam 4 passing through the beam collimator 14 can be increased, and the divergence in the Y direction of the ion beam that has passed through the beam collimator 14 can be suppressed. The transport efficiency to the target 24 can be further increased.

但し、上記第１および第２の永久磁石列４０、４２を設ける場所は、上記場所に限られるものではなく、ターゲット２４よりも上流側であれば、どこに設けても良い。それでも、イオンビーム４をＹ方向において絞ってイオンビーム４の空間電荷効果等による発散を補償して、イオンビーム４の輸送効率を高めることができる。もっとも、図６に示す例のようにＸ方向の走査を経てリボン状の形状をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合は、その走査を行う走査器１２よりも下流側に設けることになる。イオン源２からリボン状のイオンビーム４を発生させて、Ｘ方向の走査を経ることなくリボン状をしているイオンビーム４をターゲット２４に照射する場合は、走査器１２は不要であるので上記なような制限はない。 However, the place where the first and second permanent magnet arrays 40 and 42 are provided is not limited to the above place and may be provided anywhere as long as it is upstream of the target 24. Nevertheless, the ion beam 4 can be narrowed in the Y direction to compensate for the divergence of the ion beam 4 due to the space charge effect, etc., and the transport efficiency of the ion beam 4 can be increased. However, when the target 24 is irradiated with the ion beam 4 having a ribbon shape after scanning in the X direction as in the example shown in FIG. 6, it is provided downstream of the scanner 12 that performs the scanning. become. When the ribbon-like ion beam 4 is generated from the ion source 2 and the target 24 is irradiated with the ribbon-like ion beam 4 without performing scanning in the X direction, the scanner 12 is unnecessary, and thus the above. There are no restrictions.

この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を部分的に示す平面図である。It is a top view which shows partially one Embodiment of the ion implantation apparatus which concerns on this invention. 第１および第２の永久磁石列ならびにイオンビームを、イオンビームの進行方向から見て部分的に示す正面図である。It is a front view which shows partially the 1st and 2nd permanent magnet row | line | column and an ion beam seeing from the advancing direction of an ion beam. 第１および第２の永久磁石列によってイオンビームがＹ方向において絞られた状態の一例を示す概略側面図であり、図１中の矢印Ｐ方向に見たものに相当する。It is a schematic side view which shows an example of the state which the ion beam was narrowed down by the 1st and 2nd permanent magnet row | line | column in the Y direction, and is equivalent to what was seen in the arrow P direction in FIG. 第１および第２の永久磁石列間を通過したスポット状のイオンビームの形状の一例を、イオンビームの進行方向から見て拡大して示す正面図である。It is a front view which expands and shows an example of the shape of the spot-like ion beam which passed between the 1st and 2nd permanent magnet row | line | columns from the advancing direction of an ion beam. 第１の永久磁石列を構成する各永久磁石を、平面的に見てイオンビームの進行方向に対して斜めに配置した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which has arrange | positioned each permanent magnet which comprises a 1st permanent magnet row | line | column diagonally with respect to the advancing direction of an ion beam seeing planarly. 従来のイオン注入装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the conventional ion implantation apparatus. 図６中のマスクおよびターゲットをイオンビームの進行方向に見て拡大して示す正面図である。It is a front view which expands and shows the mask and target in FIG. 6 seeing in the advancing direction of an ion beam. 電界レンズの一例を電源と共に示す側面図である。It is a side view which shows an example of an electric field lens with a power supply.

Explanation of symbols

４イオンビーム
１４ビーム平行化器（イオンビーム偏向器）
２４ターゲット
４０第１の永久磁石列
４２第２の永久磁石列
４４、４６永久磁石 4 Ion beam 14 Beam collimator (ion beam deflector)
24 target 40 first permanent magnet row 42 second permanent magnet row 44, 46 permanent magnet

Claims

An ion beam having a ribbon-like shape whose X-direction dimension is larger than the Y-direction dimension substantially orthogonal to the X-direction is passed through the X-direction scan or without the X-direction scan. In an ion implantation apparatus configured to irradiate
A first permanent magnet row and a second permanent magnet row are provided upstream of the target and arranged to face each other in the Y direction across the ribbon-like ion beam path. And
The first permanent magnet row is a plurality of permanent magnets each having a pair of magnetic poles in the X direction, and the N poles of the permanent magnets are arranged in the X direction at predetermined intervals with the same direction.
The second permanent magnet array has a plurality of permanent magnets each having a pair of magnetic poles in the X direction, and the N poles of the permanent magnets are directed in the same direction opposite to the first permanent magnet array at a predetermined interval. An ion implantation apparatus characterized by being arranged in the X direction.

The permanent magnets constituting the first permanent magnet row and the permanent magnets constituting the second permanent magnet row are respectively Y in the path of the ion beam except that the polarities are opposite to each other. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the ion implantation apparatus is disposed substantially in plane symmetry with respect to a plane of symmetry passing through a center in the direction and substantially perpendicular to the X direction and the Y direction.

The apparatus further includes an ion beam deflector that separates the ion beam and neutral particles by deflecting the ion beam in an energy state irradiated on the target by a magnetic field or an electric field, and the first permanent magnet array and the second 3. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the permanent magnet array is provided in at least one of the vicinity of the downstream side and the vicinity of the upstream side of the ion beam deflector.