JP2011018578A - Ion implantation device equipped with two or more uniformizing lenses, and selecting method of two or more uniformizing lenses - Google Patents

Ion implantation device equipped with two or more uniformizing lenses, and selecting method of two or more uniformizing lenses Download PDF

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Iko Cho
維江 趙
Takatoshi Yamashita
貴敏 山下
Tadashi Ikejiri
忠司 池尻
Tetsuya Iai
哲也 井合
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To irradiate an ion beam having sufficiently uniform current density distribution against a semiconductor substrate even when energy reduction of the ion beam is advanced.SOLUTION: This ion injection device includes: an accelerating and decelerating device to accelerate or decelerate a ribbon-shaped ion beam in order to irradiate the ribbon-shaped ion beam having a desired energy onto the semiconductor substrate; a first uniformizing lens and a second uniformizing lens in order to uniformly control the electric current density distribution in the longitudinal direction of the ribbon-shaped ion beam; a treatment room in which the semiconductor substrate is arranged; and a beam current meter which is arranged in the treatment room and carries out measurement of the current density distribution in the longitudinal side direction of the ribbon-shaped ion beam. Then, when a route of the ribbon-shaped ion beam is seen from a treatment room side, the second uniformizing lens, the accelerating and decelerating device, and the first uniformizing lens are arranged in this order along the route of the ion beam.

Description

この発明は、例えば、リボン状のイオンビームの長辺方向におけるイオンビームの電流密度分布が均一となるように制御する為の均一化レンズを複数有するイオン注入装置に関する。更には、複数の均一化レンズの使い分けの手法に関する。   The present invention relates to, for example, an ion implantation apparatus having a plurality of uniformizing lenses for controlling the current density distribution of the ion beam in the long side direction of the ribbon-like ion beam to be uniform. Further, the present invention relates to a method for properly using a plurality of uniformizing lenses.

従来から、イオン注入装置には、シリコン等の半導体基板に所望のエネルギーを有するイオンビームを照射させる為に、イオンビームを加速あるいは減速させる機能を有する加減速器が備えられている。また、デバイスの製作にあたっては、半導体基板全面に渡って均一な特性を有するデバイスを製作することが望まれる。その為、イオン注入装置には半導体基板に照射されるイオンビームの電流密度分布を均一に制御する為の均一化レンズが備えられている。   Conventionally, ion implantation apparatuses have been provided with an accelerator / decelerator having a function of accelerating or decelerating an ion beam in order to irradiate a semiconductor substrate such as silicon with an ion beam having a desired energy. Further, when manufacturing a device, it is desired to manufacture a device having uniform characteristics over the entire surface of the semiconductor substrate. Therefore, the ion implantation apparatus is provided with a uniformizing lens for uniformly controlling the current density distribution of the ion beam irradiated to the semiconductor substrate.

一般に、イオンビームは空間電荷効果の影響で発散する。イオンビームの発散の度合いは、イオンビームの飛行距離が長くなるほど、イオンビーのエネルギーが低くなるほど、顕著となる。イオンビームが十分に発散してしまうと、ウェハに照射されるイオンビームのビーム径が大きくなって目的箇所へのビーム照射利用効率を下げると共に、ビーム径内での各イオン粒子の進行方向の角度が拡がり、照射時の基板への入射角度も拡がる。その為、設定角度から或る角度幅を持って入射角が悪化する。換言すれば、電流密度分布の均一性が悪化する。これを改善する為に、低いエネルギーのイオンビームを扱うイオン注入装置では、出きるだけ半導体基板が配置される処理室と近い位置に加減速器を設置し、半導体基板にイオンビームが照射される直前にイオンビームのエネルギーを低くしていた。   In general, the ion beam diverges under the influence of the space charge effect. The degree of divergence of the ion beam becomes more remarkable as the flight distance of the ion beam becomes longer and the energy of the ion beam becomes lower. If the ion beam diverges sufficiently, the beam diameter of the ion beam applied to the wafer increases, reducing the efficiency of beam irradiation at the target location, and the angle of the traveling direction of each ion particle within the beam diameter. And the angle of incidence on the substrate during irradiation also increases. Therefore, the incident angle deteriorates with a certain angle width from the set angle. In other words, the uniformity of the current density distribution deteriorates. In order to improve this, in an ion implantation apparatus that handles a low-energy ion beam, an accelerator / decelerator is installed as close as possible to the processing chamber in which the semiconductor substrate is placed, and the semiconductor substrate is irradiated with the ion beam. Immediately before, the energy of the ion beam was lowered.

また、イオン注入装置で取り扱うイオンビームのエネルギー範囲は広い。例えば、電流のイオン注入装置では、取り扱うイオンビームのエネルギーの範囲は、数keV〜数百keVに及ぶ。なお、ここで言うエネルギーは、半導体基板に照射されるイオンビームのエネルギーをさす。高いエネルギーを有するイオンビームを偏向させる場合は、強い電界や強い磁界が必要となる。一方、低いエネルギーを有するイオンビームの場合は、弱い電界や弱い磁界で良い。電界や磁界を発生させる為のレンズの駆動源として、通常は直流電源が、場合によっては交流電源が用いられる。均一化レンズで取り扱うイオンビームのエネルギーが広範囲に及ぶ場合には、この電源の電圧も広範囲に設定できるようなものを使用する必要がある。   In addition, the energy range of the ion beam handled by the ion implantation apparatus is wide. For example, in a current ion implantation apparatus, the energy range of an ion beam to be handled ranges from several keV to several hundred keV. Note that the energy here refers to the energy of an ion beam applied to the semiconductor substrate. When deflecting an ion beam having high energy, a strong electric field or a strong magnetic field is required. On the other hand, in the case of an ion beam having low energy, a weak electric field or a weak magnetic field is sufficient. As a lens driving source for generating an electric field or a magnetic field, a DC power source is usually used, and an AC power source is used in some cases. When the energy of the ion beam handled by the homogenizing lens covers a wide range, it is necessary to use a power source voltage that can be set within a wide range.

一方で、広範囲に渡って電圧の設定が出来るような電源は高価であるので、あまり使用したくないという要望もある。その為、従来のイオン注入装置では、イオンビームが通過する経路において、加減速器の上流側に均一化レンズを配置し、加減速器にてイオンビームのエネルギーの変換が行われる前のイオンビーム(エネルギーの範囲が広域でないイオンビーム)に対して、均一化制御を行っていた。   On the other hand, since a power supply capable of setting a voltage over a wide range is expensive, there is a demand for not using it. Therefore, in the conventional ion implantation apparatus, in the path through which the ion beam passes, a uniformizing lens is arranged on the upstream side of the accelerator / decelerator, and the ion beam before the ion beam energy conversion is performed by the accelerator / decelerator. Uniformity control was performed for (ion beams whose energy range is not wide).

特開2008−97975号公報(段落0275−0276、段落0228−0229、図1)JP 2008-97975 A (paragraph 0275-0276, paragraph 0228-0229, FIG. 1)

半導体基板に形成される回路パターンは、年々、微細化の一途をたどっている。それに伴って、半導体基板の表面から浅い位置にイオンを注入することが重要となっている。半導体基板表面からどれぐらいの位置にイオンが注入されるのかは、イオンビームのエネルギーに依存している。半導体基板に照射されるイオンビームのエネルギーが低いほど、半導体基板表面から浅い位置にイオンが注入される。   The circuit pattern formed on the semiconductor substrate is increasingly miniaturized year by year. Accordingly, it is important to implant ions at a shallow position from the surface of the semiconductor substrate. The position where ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate depends on the energy of the ion beam. Ions are implanted at a shallower position from the surface of the semiconductor substrate as the energy of the ion beam applied to the semiconductor substrate is lower.

今後、微細化が進むことで、更なるイオンビームの低エネルギー化が求められた場合、従来のイオン注入装置では半導体基板全面に渡って均一な特性を有するデバイスを製作することが困難になる。その理由としては、従来のイオン注入装置では、加減速器と半導体基板との間にイオンビームの均一化制御を行う為の均一化レンズが存在していない。これまでは、加減速器と半導体基板との間の物理的な距離に応じて、多少のイオンビームの発散があったにしろ、デバイスの製作にあたって、イオンビームの電流密度分布の均一性は許容範囲内であった。しかしながら、加減速器でイオンビームがこれまで以上に低いエネルギーに変換されると、更にイオンビームは発散することになり、最終的には許容出来る範囲を超えてしまう。   In the future, when further miniaturization is required and further reduction in energy of the ion beam is required, it becomes difficult to manufacture a device having uniform characteristics over the entire surface of the semiconductor substrate with the conventional ion implantation apparatus. The reason is that in the conventional ion implantation apparatus, there is no homogenization lens for performing the ion beam homogenization control between the accelerator / decelerator and the semiconductor substrate. Until now, even if there was some divergence of the ion beam depending on the physical distance between the accelerometer and the semiconductor substrate, the uniformity of the ion beam current density distribution is acceptable in device fabrication. It was within the range. However, if the ion beam is converted to a lower energy than before by the accelerator / decelerator, the ion beam will further diverge and eventually exceed the allowable range.

この為、従来のイオン注入装置では、イオンビームの低エネルギー化が進んだ場合、半導体基板に対して十分に均一な電流密度分布を有するイオンビームを照射させることが出来ないという課題があった。   For this reason, the conventional ion implantation apparatus has a problem that when the energy of the ion beam is reduced, the semiconductor substrate cannot be irradiated with an ion beam having a sufficiently uniform current density distribution.

そこでこの発明は、イオンビームの低エネルギー化が進んだ場合においても、半導体基板に対して十分に均一な電流密度分布を有するイオンビームを照射することを主たる目的としている。   Accordingly, the main object of the present invention is to irradiate a semiconductor substrate with an ion beam having a sufficiently uniform current density distribution even when the energy of the ion beam is reduced.

この本発明に係るイオン注入装置は、所望のエネルギーを有するリボン状のイオンビームを半導体基板に照射する為に前記リボン状のイオンビームを加速あるいは減速させる加減速器と、前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布を均一に制御する為の第1の均一化レンズおよび第2の均一化レンズと、前記半導体基板が配置される処理室と、前記処理室内に配置され前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の測定を行うビーム電流計測器と、を備えたイオン注入装置において、前記処理室側から前記リボン状のイオンビームの経路を見た時、前記第2の均一化レンズ、前記加減速器、前記第1の均一化レンズの順に、イオンビームの経路に沿って配置されていることを特徴とする。   The ion implantation apparatus according to the present invention includes an acceleration / decelerator for accelerating or decelerating the ribbon-like ion beam to irradiate a semiconductor substrate with a ribbon-like ion beam having a desired energy, and the ribbon-like ion beam. A first uniformizing lens and a second uniformizing lens for uniformly controlling the current density distribution in the long side direction, a processing chamber in which the semiconductor substrate is disposed, and a ribbon shape disposed in the processing chamber. An ion implantation apparatus comprising a beam current measuring device for measuring a current density distribution in the long side direction of the ion beam when the path of the ribbon-like ion beam is viewed from the processing chamber side. The uniformizing lens, the accelerator / decelerator, and the first uniforming lens are arranged in this order along the path of the ion beam.

本発明の1つの局面によれば、イオンビームの低エネルギー化が進んだ場合においても、半導体基板に対して十分に均一な電流密度分布を有するイオンビームを照射させることが出来る。   According to one aspect of the present invention, an ion beam having a sufficiently uniform current density distribution can be irradiated onto a semiconductor substrate even when the energy of the ion beam is reduced.

本発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the ion implantation apparatus which concerns on this invention. イオンビームの斜視図である。It is a perspective view of an ion beam. ビーム電流計測器の平面図である。It is a top view of a beam current measuring device. 均一化レンズの斜視図である。It is a perspective view of a uniform lens. ビーム電流計測器によって計測されたY軸方向に沿った電流密度分布である。It is the current density distribution along the Y-axis direction measured by the beam current measuring instrument. 図5に全体のビーム電流密度の平均値と所定範囲を追記した図である。FIG. 5 is a diagram in which an average value of a whole beam current density and a predetermined range are added to FIG. 図5に所定範囲と各グループでのビーム電流密度の平均値を追記した図である。It is the figure which added the average value of the beam current density in a predetermined range and each group to FIG. 均一化レンズによる制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control by a uniformization lens. イオンビームのエネルギーによる均一化レンズの使い分け方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the proper use method of the uniformization lens by the energy of an ion beam. イオンビームの電流量による均一化レンズの使い分け方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the proper use method of the uniformization lens by the electric current amount of an ion beam. 他の様態における均一化レンズの斜視図である。It is a perspective view of the homogenization lens in another mode.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は、この発明に係るイオン注入装置の一実施形態を示す平面図である。この図1において、Z軸方向はイオン
ビーム2の進行方向をいう。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the Z-axis direction refers to the traveling direction of the ion beam 2.

このイオン注入装置では、イオン源1より射出されたイオンビーム2は、Z軸方向と互いに直交するX軸方向とY軸方向において長さを有しており、それぞれの長さを比較した場合、X軸方向よりもY軸方向の方が長い形状のイオンビームである。このような形状のビームは、リボンビームもしくはシートビーム、長尺ビームとも呼ばれている。なお、図1では、便宜上、イオンビーム2の軌跡としてその中心軌道のみを記載している。   In this ion implantation apparatus, the ion beam 2 emitted from the ion source 1 has a length in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction, and when comparing the lengths, The ion beam has a shape that is longer in the Y-axis direction than in the X-axis direction. Such a beam is also called a ribbon beam, a sheet beam, or a long beam. In FIG. 1, only the center trajectory is shown as the trajectory of the ion beam 2 for convenience.

より詳細には、このようなイオンビームは、図2に示すように、Y軸方向に沿って長さBH(具体的には、約300〜500mm)を有し、Y軸と直交するX軸方向に長さBW(具体的には、約80〜100mm)を有する。   More specifically, as shown in FIG. 2, such an ion beam has a length BH (specifically, about 300 to 500 mm) along the Y-axis direction, and an X-axis orthogonal to the Y-axis. The direction has a length BW (specifically, about 80 to 100 mm).

イオンビーム2はイオン源1より射出された後、質量分析マグネット3、分析スリット4を通過する。これによって、半導体基板8に注入されるべきイオン種の選別が行われる。この半導体基板8は、具体的には、シリコンウェハや半導体素子が表面に形成されているガラス基板である。   After the ion beam 2 is emitted from the ion source 1, it passes through the mass analysis magnet 3 and the analysis slit 4. Thereby, selection of ion species to be implanted into the semiconductor substrate 8 is performed. Specifically, the semiconductor substrate 8 is a glass substrate on which a silicon wafer or a semiconductor element is formed.

質量分析されたイオンビーム2は、第1の均一化レンズ5、加減速器6、第2の均一化レンズ7を通過した後、処理室9内に配置された半導体基板8に照射される。   The ion beam 2 subjected to mass analysis passes through the first homogenizing lens 5, the accelerator / decelerator 6, and the second homogenizing lens 7, and then is irradiated onto the semiconductor substrate 8 disposed in the processing chamber 9.

イオンビーム2が処理室9内に配置された半導体基板8に照射されている間、半導体基板8の全面にイオンビーム2を照射させるために、図示されない駆動機構によって、半導体基板8はX軸と平行なWの方向に往復走査させられる。この往復走査の際、半導体基板8は完全にイオンビーム2が半導体基板8上に照射されない領域まで移動させられる。なお、イオン注入装置のセットアップ時等の半導体基板8に対してイオン注入処理が実施されない間も、半導体基板8をイオンビーム2が照射されない位置に図示されない駆動機構によってイオンビームが通過する経路から半導体基板8は退避させている。   In order to irradiate the entire surface of the semiconductor substrate 8 with the ion beam 2 while the ion beam 2 is irradiated onto the semiconductor substrate 8 disposed in the processing chamber 9, the semiconductor substrate 8 is placed on the X axis by a drive mechanism (not shown). Reciprocating scanning is performed in the parallel W direction. During this reciprocating scanning, the semiconductor substrate 8 is completely moved to a region where the ion beam 2 is not irradiated onto the semiconductor substrate 8. Even when the ion implantation process is not performed on the semiconductor substrate 8 at the time of setting up the ion implantation apparatus or the like, the semiconductor substrate 8 passes through the path through which the ion beam passes by a driving mechanism (not shown) at a position where the ion beam 2 is not irradiated. The substrate 8 is retracted.

処理室9内において、半導体基板8の下流側には、イオンビーム2の中心軌道が通る位置にビーム電流計測器10が配置されている。このビーム電流計測器10は、複数のファラデーカップから構成されている。   In the processing chamber 9, a beam current measuring instrument 10 is disposed on the downstream side of the semiconductor substrate 8 at a position where the central trajectory of the ion beam 2 passes. The beam current measuring instrument 10 is composed of a plurality of Faraday cups.

ビーム電流計測器10の一例は、図3に示されている。ここではビーム電流計測器10は16個のファラデーカップ12から構成されており、各ファラデーカップ12はY軸に沿って配列されている。これによって、半導体基板8にイオンビーム2が照射されていない間、つまりはイオン注入処理の途中あるいは装置のセットアップ等によるイオン注入処理の未実施時に、ビーム電流計測器10にイオンビーム2が照射され、イオンビーム2の長辺方向におけるビーム電流密度分布計測が可能となる。なお、このビーム電流計測器10のY軸方向の寸法は、処理室内で想定される設計上のイオンビーム2のY軸方向の寸法を十分にカバー出来るように設定されている。   An example of the beam current measuring instrument 10 is shown in FIG. Here, the beam current measuring instrument 10 is composed of 16 Faraday cups 12, and each Faraday cup 12 is arranged along the Y axis. Thus, the ion beam 2 is irradiated to the beam current measuring instrument 10 while the semiconductor substrate 8 is not irradiated with the ion beam 2, that is, during the ion implantation process or when the ion implantation process is not performed due to the setup of the apparatus. The beam current density distribution measurement in the long side direction of the ion beam 2 becomes possible. The dimension of the beam current measuring instrument 10 in the Y-axis direction is set so as to sufficiently cover the dimension of the designed ion beam 2 in the Y-axis direction assumed in the processing chamber.

ビーム電流計測器10で計測されたビーム電流密度分布のデータは、図1の制御装置11に送信され、送信されたデータを基に制御装置11が第1の均一化レンズ5あるいは第2の均一化レンズ6を制御し、イオンビーム2の均一化制御が実施される。   The data of the beam current density distribution measured by the beam current measuring instrument 10 is transmitted to the control device 11 of FIG. 1, and the control device 11 uses the first uniformizing lens 5 or the second uniformization based on the transmitted data. The control lens 6 is controlled, and uniform control of the ion beam 2 is performed.

ここで、制御装置11による均一化制御の手法を説明する。   Here, a method of uniformization control by the control device 11 will be described.

図4に、第1の均一化レンズ5、第2の均一化レンズ6の一例を示す。ここでは、均一化レンズとして電界レンズを用いている。この電界レンズには、イオンビーム2をX軸方向から挟むように設けられた電極A13、電極B14からなる電極対15がイオンビームの長辺方向に沿って9個配列されている。   FIG. 4 shows an example of the first homogenizing lens 5 and the second homogenizing lens 6. Here, an electric field lens is used as the homogenizing lens. In this electric field lens, nine electrode pairs 15 including electrodes A13 and B14 provided so as to sandwich the ion beam 2 from the X-axis direction are arranged along the long side direction of the ion beam.

この例では、9個の電極対15をイオンビームの進行方向(Z方向)から挟むとともに、X軸方向においてイオンビーム2と干渉しない位置に遮蔽板16が配置されている。この遮蔽板16は、電気的に接地されており、隣接する加減速器6からの電界が均一化レンズ側に漏れ出すのを防止する為に設けられている。なお、加減速器6に隣接していない側の均一化レンズの遮蔽板16はイオンビーム2が均一化レンズを構成する電極対15に衝突して、電極対の電位が変化してしまうのを防止する為に設けられている。処理室側に位置する均一化電極の遮蔽板は、均一化電極からの汚染物が処理室側へ流出するのを防止する役割を果たしている。   In this example, nine electrode pairs 15 are sandwiched from the traveling direction (Z direction) of the ion beam, and the shielding plate 16 is disposed at a position that does not interfere with the ion beam 2 in the X-axis direction. The shielding plate 16 is electrically grounded, and is provided to prevent the electric field from the adjacent accelerometer 6 from leaking to the homogenizing lens side. It should be noted that the shielding plate 16 of the homogenizing lens on the side not adjacent to the accelerator / decelerator 6 prevents the ion beam 2 from colliding with the electrode pair 15 constituting the homogenizing lens and changing the potential of the electrode pair. It is provided to prevent this. The shielding plate of the homogenizing electrode located on the processing chamber side plays a role of preventing contaminants from the homogenizing electrode from flowing out to the processing chamber side.

電極A13と電極B14は図示されない導体によって電気的に接続されている。また、9個の電極対のそれぞれは、個別の直流電源に接続されている。そしてそれぞれの電極対15に印加される電圧の値を異ならせることによって、電極対間に電界を発生させることが出来る。この電界により、イオンビームをその進行方向であるZ軸方向からいくらかY軸方向に向けて偏向させることが出来る。   Electrode A13 and electrode B14 are electrically connected by a conductor (not shown). Each of the nine electrode pairs is connected to an individual DC power source. An electric field can be generated between the electrode pairs by changing the value of the voltage applied to each electrode pair 15. By this electric field, the ion beam can be deflected in some direction from the Z-axis direction, which is the traveling direction, to the Y-axis direction.

この例では、イオンビームは正の電荷を有するものとする。この時、均一化レンズの電極対15のY軸方向において上から1番目の電極対に負の電圧を印加し、その他の電極対を接地しておく。そうすると、上から1番目と2番目の電極対間を通過する一部のイオンビームは、電極対間に発生した電界によってZ方向からいくらか1番目の電極対側へ偏向させられる。つまり、この偏向により1番目と2番目の電極対間を通過する一部のイオンビームはZ方向に対して角度をもつことになる。その他の電極対の部分では、電界が発生していないので、その他の電極対間を通過するイオンビームの偏向は生じない。このようにして、均一化レンズでは局所的なイオンビーム(イオンビーム全体の内、電界が発生している部分を通過する一部分のイオンビーム)の偏向を達成することが出来る。   In this example, the ion beam is assumed to have a positive charge. At this time, a negative voltage is applied to the first electrode pair from the top in the Y-axis direction of the electrode pair 15 of the uniformizing lens, and the other electrode pairs are grounded. Then, a part of the ion beam passing between the first and second electrode pairs from the top is deflected somewhat from the Z direction toward the first electrode pair side by the electric field generated between the electrode pairs. That is, a part of the ion beam passing between the first and second electrode pairs has an angle with respect to the Z direction by this deflection. Since no electric field is generated in the other electrode pairs, the deflection of the ion beam passing between the other electrode pairs does not occur. In this way, the uniformizing lens can achieve deflection of a local ion beam (a portion of the entire ion beam that passes through a portion where an electric field is generated).

電極対にどのような電圧を印加するのかは、電流密度分布の測定結果に応じて変更される。図4の例では均一化レンズを構成する電極対15を9個としているので、Y軸方向において電極対間の空間は8個存在することになる。一方、図3のビーム計測器を構成する16個のファラデーカップを、隣り合うファラデーカップどうしを一組のグループとして、グループA〜Hの8個のグループに分け、前述の各電極対間に形成された8個の空間にそれぞれ対応させる。   What voltage is applied to the electrode pair is changed according to the measurement result of the current density distribution. In the example of FIG. 4, since there are nine electrode pairs 15 constituting the homogenizing lens, there are eight spaces between the electrode pairs in the Y-axis direction. On the other hand, the 16 Faraday cups constituting the beam measuring device of FIG. 3 are divided into 8 groups A to H, with adjacent Faraday cups as a group, and formed between the electrode pairs described above. Each of the eight spaces is made to correspond.

図5〜7はビーム電流計測器10によって計測されたビーム電流密度分布である。図の横軸にはビーム電流計測器10でグループ分けされたグループA〜Hに対応する領域が示されており、縦軸にはイオンビーム電流密度が示されている。   5 to 7 are beam current density distributions measured by the beam current measuring instrument 10. In the figure, the horizontal axis shows regions corresponding to the groups A to H grouped by the beam current measuring instrument 10, and the vertical axis shows the ion beam current density.

図5〜7と図8に示す均一化制御のフローチャートと併せて説明する。   This will be described together with the flowcharts of the equalization control shown in FIGS.

図8の均一化制御のフローチャートでは、まずA〜Hまでの各グループで計測されたビーム電流密度の平均値(AVE A〜H)と全体のビーム電流密度(A〜Hまでの全グループで計測された電流密度の総和)の平均値(AVE TOTAL)をそれぞれ求める。   In the uniformity control flowchart of FIG. 8, first, the average value (AVE A to H) of the beam current density measured in each group from A to H and the total beam current density (measured in all groups from A to H). The average value (AVE TOTAL) of the sum of the current densities is obtained.

次に、図8のフローにおいて、各グループでの平均値が所定範囲内にあるかどうかの判定が行われる。仮に、所定範囲内にあれば、均一性が所望の条件を満たすとして、フローは終了する。なお、ここで言う所定範囲内とは、予めイオン注入装置のオペレーターにより設定される値で、所望されるイオンビームの電流密度分布の均一性の程度に応じて決定される。具体的には、所定範囲は全体のビーム電流密度の平均値を基準として設定される。   Next, in the flow of FIG. 8, it is determined whether or not the average value in each group is within a predetermined range. If it is within the predetermined range, the flow ends, assuming that the uniformity satisfies a desired condition. The term “within the predetermined range” as used herein refers to a value set in advance by the operator of the ion implantation apparatus, and is determined according to the degree of uniformity of the desired current density distribution of the ion beam. Specifically, the predetermined range is set based on the average value of the entire beam current density.

この部分の処理をより詳細に説明する為に、図6と図7を参照する。図6では、全体のビーム電流密度の平均値(AVE TOTAL)を二点鎖線で示すとともに、全体のビーム電流密度の平均値に対しての所定範囲は実線で示している。図7ではA〜Hまでの各グループで計測されたビーム電流密度の平均値(AVE A〜H)を一点鎖線で示している。なお、図7において、グループEおよびFにおけるビーム電流密度の平均値が所定範囲から外れていることがわかる。   In order to explain the processing of this part in more detail, FIG. 6 and FIG. 7 are referred to. In FIG. 6, the average value (AVE TOTAL) of the entire beam current density is indicated by a two-dot chain line, and the predetermined range with respect to the average value of the entire beam current density is indicated by a solid line. In FIG. 7, the average value (AVE A to H) of the beam current density measured in each group from A to H is indicated by a one-dot chain line. In FIG. 7, it can be seen that the average value of the beam current densities in the groups E and F is out of the predetermined range.

次に、図8のフローにおいて、所定範囲を満たさなかったグループの電流密度の平均値を抽出する作業が行われる。以降、説明をよりわかり易くするために、一例として具体的な数字を用いて説明する。イオンビーム全体の電流密度の平均値を200、所定範囲を全体の平均値から5%の範囲(190〜210)とし、グループD〜Gでの平均値をそれぞれ195、215、225、200とする。なお、単位は省略する。   Next, in the flow of FIG. 8, an operation of extracting an average value of current densities of groups that do not satisfy the predetermined range is performed. Hereinafter, in order to make the description easier to understand, a specific number will be used as an example. The average value of the current density of the entire ion beam is 200, the predetermined range is a range (190 to 210) of 5% from the average value of the whole, and the average values in groups D to G are 195, 215, 225, and 200, respectively. . The unit is omitted.

図7の計測結果によると、所定範囲外となる為、グループEおよびFの平均値データが抽出される。次に抽出されたグループの平均値が所定範囲の上限を超えているかどうかを判定する。この場合、いずれのグループにおいても上限を超えている。   According to the measurement result of FIG. 7, since it is outside the predetermined range, the average value data of groups E and F is extracted. Next, it is determined whether or not the average value of the extracted group exceeds the upper limit of the predetermined range. In this case, the upper limit is exceeded in any group.

次に、対象となるグループの平均値(この場合、グループEとグループFとの平均値)とそれに隣り合うグループの平均値との比較が行われる。まず、グループEを対象に見ると、グループEと隣り合うグループはグループDとFであり、それぞれの平均値は、グループEが215、グループDが195、グループFが225である。次にそれぞれの差を計算し、比較を行う。グループEとグループDの差(215−195)は20、グループEとグループFの差(215−225)は−10となる。一方、グループFを対象に見ると、グループFと隣り合うグループはグループEとGであり、グループFとグループEの差(225−215)は10、グループFとグループGの差(225−200)は25となる。   Next, the average value of the target group (in this case, the average value of group E and group F) is compared with the average value of the adjacent groups. First, when looking at group E, the groups adjacent to group E are groups D and F. The average values of group E are 215 for group E, 195 for group D, and 225 for group F, respectively. Next, each difference is calculated and compared. The difference between group E and group D (215-195) is 20, and the difference between group E and group F (215-225) is -10. On the other hand, when looking at the group F, the groups adjacent to the group F are the groups E and G, the difference between the group F and the group E (225-215) is 10, and the difference between the group F and the group G (225-200). ) Is 25.

この結果を踏まえて、イオンビームの局所的な偏向を実施する。具体的には、グループEに対応する均一化レンズの電極対間に形成される空間からグループDに対応する均一化レンズの電極対間に形成される空間に向けてイオンビームの局所的な偏向が達成されるように、各電極対に対して適当な電圧を印加させる。これと同時にグループFに対応する均一化レンズの電極対間に形成される空間からグループGに対応する均一化レンズの電極対間に形成される空間に向けて、イオンビームの局所的な偏向が達成されるように、各電極対に対して適当な電圧を印加させる。この均一化制御によって、全体に渡り電流密度の平均化が行われる。なお、その他の電極対間には、イオンビームの局所的な偏向を生じさせないように、電極対間の電位差がゼロになるように適当な電圧が印加されている。   Based on this result, local deflection of the ion beam is performed. Specifically, the local deflection of the ion beam from the space formed between the electrode pairs of the homogenizing lens corresponding to group E to the space formed between the electrode pairs of the homogenizing lens corresponding to group D Appropriate voltages are applied to each electrode pair so that is achieved. At the same time, local deflection of the ion beam is performed from the space formed between the electrode pairs of the homogenizing lens corresponding to the group F to the space formed between the electrode pairs of the homogenizing lens corresponding to the group G. Appropriate voltages are applied to each electrode pair as achieved. By this equalization control, the current density is averaged over the whole. An appropriate voltage is applied between the other electrode pairs so that the potential difference between the electrode pairs becomes zero so as not to cause local deflection of the ion beam.

均一化制御の結果、再度、それぞれのグループの平均値が所定範囲内に入ったかどうかの確認がなされる。この際、所定範囲外であれば、再び前述の均一化制御が行われる。   As a result of the uniform control, it is confirmed again whether the average value of each group is within a predetermined range. At this time, if it is outside the predetermined range, the above-described equalization control is performed again.

均一化制御にあたって各電極対に印加する電圧を適当な電圧としたが、これについて詳述しておく。   An appropriate voltage is applied to each electrode pair in the uniformization control. This will be described in detail.

均一化レンズの電極対間に同じ強さの電界を発生させたとしても取り扱うイオンビームのエネルギーによってイオンビームの偏向量は異なる。その為、イオンビームのエネルギー、電極対間に発生させる電位差(電界の強さ)およびイオンビームの局所的な偏向量についての関係を、実際の均一化制御の前に、実験を行うことで予め調べておき、調べた結果をデータテーブルの形で制御装置11に記憶させておく。   Even if an electric field having the same strength is generated between the electrode pairs of the homogenizing lens, the amount of deflection of the ion beam differs depending on the energy of the ion beam to be handled. For this reason, the relationship between the ion beam energy, the potential difference (electric field strength) generated between the electrode pairs, and the local deflection amount of the ion beam is preliminarily determined by conducting an experiment before actual uniformization control. The result of the examination is stored, and the result of the examination is stored in the control device 11 in the form of a data table.

また、電界を発生させる電位差の値が分かっていても、具体的に電極対へ印加される電圧値は無数に選択出来てしまう。よって、イオンビームの偏向が必要のない部分に設けられた電極対は必ず接地(0V)されるようにしておき、この値を電位差に応じた電圧を印加する際の基準値とする。こうして基準値が設定されると、それをもとに、電位差の値に従って、それぞれの電極対に対して適切な電圧の印加が可能となる。但し、ここでは便宜上、0Vという数値を選択したが、他の値でも構わない。   Further, even if the value of the potential difference that generates the electric field is known, the voltage value specifically applied to the electrode pair can be selected innumerably. Therefore, the electrode pair provided in the portion where the ion beam does not need to be deflected is always grounded (0 V), and this value is used as a reference value when a voltage corresponding to the potential difference is applied. When the reference value is set in this manner, an appropriate voltage can be applied to each electrode pair according to the value of the potential difference based on the reference value. However, although the numerical value of 0V is selected here for convenience, other values may be used.

一方で、イオン注入処理の実施前に、イオン注入装置のオペレーターによって設定されたイオンビームのエネルギーの値を、オペレーターが設定を行った段階で、インターフェース等を介して制御装置へ送信されるようにしておく。また、制御装置に対して直接に入力されるようにしておいても良い。   On the other hand, before the ion implantation process is performed, the ion beam energy value set by the operator of the ion implantation apparatus is transmitted to the control device via an interface or the like when the operator sets the value. Keep it. Further, it may be input directly to the control device.

さらに、ビーム電流計測器によって測定されたビーム電流密度のデータ(図5〜7に記載されるデータ)もイオン注入処理の実施前あるいは実施中に、適宜、制御装置へ送信されるようにしておく。   Further, the beam current density data (data described in FIGS. 5 to 7) measured by the beam current measuring device is also appropriately transmitted to the control device before or during the ion implantation process. .

また、均一化制御を行う場合、全体の電流密度を平らにさせる為に、均一化制御が繰り返されるに従って、イオンビームの偏向量を徐々に少なくなるように設定されることが考えられる。このようにすることで、制御の度に、常に大きな偏向量をもってイオンビームの遷移が行われる為に制御が収束しないといった問題や常に小さな偏向量をもってイオンビームの遷移が行われることで制御に時間を要するといった問題を解消することが出来る。   Further, when performing the homogenization control, in order to make the entire current density flat, it is conceivable that the deflection amount of the ion beam is gradually decreased as the homogenization control is repeated. In this way, the ion beam transition is always performed with a large deflection amount every time the control is performed, so that the control does not converge, and the ion beam transition is always performed with a small deflection amount, so that the control takes time. Can be solved.

より具体的には、1回目、2回目、3回目・・・といったように均一化制御の回数毎にイオンビームの偏向量が徐々に小さくなるように、例えば2回目の偏向量は1回目の偏向量よりも数%小さくするといった予め決められた規則を用いて、制御装置に設定しておく。ここで言う均一化制御の回数は、最初に所定範囲内に個々のグループの平均値が入っているかどうかの判断を行ってから、再び同じ判断が行われるまでの一連の流れを1回とカウントしている。そして、何回目の均一化制御であるかは、均一化制御の開始から数えて何回のカウントがなされたかで決定される。   More specifically, for example, the second deflection amount is set to be the first deflection amount so that the ion beam deflection amount is gradually reduced at each number of equalization control, such as the first time, the second time, the third time, and so on. It is set in the control device using a predetermined rule such as a few percent smaller than the deflection amount. The number of times of equalization control mentioned here is counted as a series of flows from the determination of whether the average value of each group is within a predetermined range until the same determination is made again. is doing. The number of times of equalization control is determined by how many times counting has been performed from the start of the uniformity control.

こうすることで、実際の均一化制御の際、ビーム電流計測器によって測定された結果とイオン注入装置のオペレーターによって設定されたイオンビームのエネルギーの値をもとにして、適宜、制御装置に予め記憶されているエネルギー、偏向量、電圧値からなるデータテーブルから制御装置が適当な値を読み出し、それをもとに均一化レンズによる均一化制御の自動化が実現できる。   In this way, during the actual homogenization control, the controller is appropriately preliminarily preliminarily determined based on the result of measurement by the beam current measuring instrument and the ion beam energy value set by the operator of the ion implantation apparatus. The control device reads an appropriate value from the data table including the stored energy, deflection amount, and voltage value, and based on this value, the homogenization control by the homogenization lens can be automated.

なお、均一化制御は手動で行っても良い。その場合は、ビーム電流計測器10によって得られる計測結果をイオン注入装置のオペレーターがモニターしながら、均一化レンズの各電極対に印加する電圧の設定値を調節することで行われる。   Note that the homogenization control may be performed manually. In this case, the measurement result obtained by the beam current measuring instrument 10 is monitored by the operator of the ion implantation apparatus while adjusting the set value of the voltage applied to each electrode pair of the homogenizing lens.

次に、第1の均一化レンズ5と第2の均一化レンズ7との使い分けについて説明する。これらの均一化レンズは半導体基板8に照射されるイオンビーム2のエネルギー、ビーム電流計測器10で計測されるビーム電流量によって使い分けがなされる。   Next, the proper use of the first uniformizing lens 5 and the second uniformizing lens 7 will be described. These homogenizing lenses are selectively used depending on the energy of the ion beam 2 applied to the semiconductor substrate 8 and the amount of beam current measured by the beam current measuring device 10.

まずは、イオンビーム2のエネルギーによる使い分けについて説明する。   First, how to use the ion beam 2 according to energy will be described.

半導体基板8に照射されるイオンビーム2のエネルギーが高い場合、加減速器6でイオンビームは加速される。この為、第2の均一化レンズ7を通過するイオンビームのエネルギーは高くなる。第2の均一化レンズ7を使用して均一化制御を行う場合、強い電界を発生させる為の高電圧に対応した電源が必要となる。   When the energy of the ion beam 2 irradiated to the semiconductor substrate 8 is high, the ion beam is accelerated by the accelerator / decelerator 6. For this reason, the energy of the ion beam passing through the second homogenizing lens 7 becomes high. When the homogenization control is performed using the second homogenization lens 7, a power source corresponding to a high voltage for generating a strong electric field is required.

このような高電圧の印加が可能な電源を用いることで一応のところイオンビームを局所的に偏向させ、イオンビームの均一化制御を行うことも出来るが、やはり高いエネルギーのイオンビームは偏向させ難いので、低いエネルギーのイオンビームに対しての制御と比べて制御が難しくなり、均一化制御を行う際の効率が低下する。   By using such a power supply capable of applying a high voltage, the ion beam can be locally deflected to control the uniformity of the ion beam, but it is still difficult to deflect the high energy ion beam. Therefore, the control becomes difficult as compared with the control for the low energy ion beam, and the efficiency at the time of performing the uniform control is lowered.

同じイオンビームの偏向量を達成させる場合、高いエネルギーのイオンビームは、低いエネルギーのイオンビームと比較してより広い範囲の電圧値が求められる。エネルギー大きさにもよるが、例えば、低いエネルギーのイオンビームをZ軸方向に対してY軸方向に向けて0〜10度偏向させる場合、均一化レンズの電極対に印加する電位差が0〜数Vで済む。これに対して、高いエネルギーのイオンビームの場合には、0〜数千Vといった広い範囲が必要とされる。   In order to achieve the same amount of ion beam deflection, a high energy ion beam requires a wider range of voltage values than a low energy ion beam. Depending on the energy size, for example, when a low-energy ion beam is deflected 0 to 10 degrees in the Y-axis direction with respect to the Z-axis direction, the potential difference applied to the electrode pair of the uniformizing lens is 0 to several V is enough. On the other hand, in the case of a high energy ion beam, a wide range of 0 to several thousand volts is required.

一方で、加減速器6を通過する前のイオンビーム2に対して均一化制御を実施することは従来から行われているように簡単である。これは取り扱うイオンビーム2のエネルギーが比較的低いからである。その為、半導体基板8に高いエネルギーのイオンビーム2を照射させる場合には、高いエネルギーに変換される前のイオンビーム2に対して均一化制御を行うことが均一化制御の効率の点からも望ましい。よって、半導体基板8に高いエネルギーのイオンビームを照射する場合には、加減速器6の上流側の第1の均一化レンズ5を用いて均一化制御を行う。   On the other hand, it is easy to perform the homogenization control on the ion beam 2 before passing through the accelerator / decelerator 6 as is conventionally done. This is because the energy of the ion beam 2 to be handled is relatively low. Therefore, when irradiating the semiconductor substrate 8 with the high energy ion beam 2, the uniformization control is performed on the ion beam 2 before being converted into the high energy from the viewpoint of the efficiency of the uniformization control. desirable. Therefore, when irradiating the semiconductor substrate 8 with a high energy ion beam, the homogenization control is performed using the first homogenization lens 5 on the upstream side of the accelerator / decelerator 6.

反対に、半導体基板8に低いエネルギーのイオンビーム2を照射する場合には、第1の均一化レンズ5を用いて均一化制御を行うことは難しい。これは低いエネルギーのイオンビーム2は空間電荷効果の影響を受けやすく、半導体基板8に到達するころには、もはやイオンビーム2としては発散してしまい、均一化制御が難しくなるからである。   On the other hand, when irradiating the semiconductor substrate 8 with the low-energy ion beam 2, it is difficult to perform the homogenization control using the first homogenization lens 5. This is because the low-energy ion beam 2 is easily affected by the space charge effect, and when it reaches the semiconductor substrate 8, it is no longer emitted as the ion beam 2 and uniform control becomes difficult.

これについて詳述すると、空間電荷効果によりイオンビーム2全体の外形は広がる。一方、マクロな視点で見た場合、つまりイオンビーム2の個々の部分に着目すると、空間電荷効果の影響をうけてイオンビーム2はあらゆる方向に進行している。どのような方向にイオンビーム2が進行するのかは、着目している部分のイオンビーム2の電荷の状態、イオンビーム経路中に存在する残留ガスの濃度あるいは残留ガスから電離される電子の量等の状況に依存する。これらの状況は、時間的に変化する。よって、空間電荷効果によってイオンビームの一部がどのような方向に進行するかを予想するということは非常に困難である。   If this is explained in full detail, the external shape of the whole ion beam 2 will spread by the space charge effect. On the other hand, when viewed from a macro viewpoint, that is, when attention is paid to individual portions of the ion beam 2, the ion beam 2 travels in all directions under the influence of the space charge effect. The direction in which the ion beam 2 travels depends on the state of charge of the ion beam 2 in the focused area, the concentration of the residual gas present in the ion beam path, the amount of electrons ionized from the residual gas, etc. Depends on the situation. These situations change over time. Therefore, it is very difficult to predict in which direction a part of the ion beam travels due to the space charge effect.

半導体基板8に照射されるイオンビーム2のエネルギーが低い場合に、第1の均一化レンズ5を用いて均一化制御を実施する場合を考える。第1の均一化レンズ5から半導体基板8までの間には加減速器が存在している為、第1の均一化レンズ5から半導体基板8までの物理的な距離は遠い。よって、第1の均一化レンズ5で制御されたイオンビーム2は半導体基板8に到達するまでに空間電荷効果の影響を強く受けてしまう。   Consider a case where uniformization control is performed using the first homogenization lens 5 when the energy of the ion beam 2 irradiated to the semiconductor substrate 8 is low. Since an accelerator / decelerator exists between the first homogenizing lens 5 and the semiconductor substrate 8, the physical distance from the first homogenizing lens 5 to the semiconductor substrate 8 is long. Therefore, the ion beam 2 controlled by the first homogenizing lens 5 is strongly affected by the space charge effect before reaching the semiconductor substrate 8.

イオンビーム2の個々の部分を見た場合に、半導体基板8に到達するイオンビーム2は第1の均一化レンズ5で制御された進行方向とは異なる方向に進んでしまうことになるので、均一化制御によって十分に電流密度分布が均一なイオンビーム2を半導体基板8に照射させることが出来ない。   When individual portions of the ion beam 2 are viewed, the ion beam 2 that reaches the semiconductor substrate 8 travels in a direction different from the traveling direction controlled by the first uniformizing lens 5, so that it is uniform. The semiconductor substrate 8 cannot be irradiated with the ion beam 2 having a sufficiently uniform current density distribution due to the control.

よって、本発明では、半導体基板8に照射されるイオンビーム2が低いエネルギーを有する場合には、第2の均一化レンズ7を用いて均一化制御を実施している。この様な使い分けをすることで、広範囲に電圧を設定出来る高価な電源が不要となる。さらには、第2の均一化レンズ7と半導体基板8との距離が近い。その為、空間電荷効果による影響がさほど発生しないので、十分に電流密度分布が均一なイオンビーム2を半導体基板8に照射させることが出来るといった点で従来技術と比較して有利となる。   Therefore, in the present invention, when the ion beam 2 irradiated to the semiconductor substrate 8 has low energy, the homogenization control is performed using the second homogenization lens 7. By using them in this way, an expensive power supply that can set a voltage over a wide range is not necessary. Furthermore, the distance between the second uniformizing lens 7 and the semiconductor substrate 8 is short. Therefore, since the influence by the space charge effect does not occur so much, it is advantageous compared with the prior art in that the semiconductor substrate 8 can be irradiated with the ion beam 2 having a sufficiently uniform current density distribution.

なお、X軸方向における電流密度分布の均一性は、この実施例において問題とならない。本実施例では半導体基板をX軸と平行なWの方向にイオンビームを横切るように走査しているので、X軸方向における電流密度分布が均一でなかったとしても、Y軸方向でのビーム電流密度分布の均一性が保たれれば、半導体基板の全面に対して均一なイオン注入が可能となる。 Note that the uniformity of the current density distribution in the X-axis direction is not a problem in this embodiment. In this embodiment, since the semiconductor substrate is scanned across the ion beam in the direction of W parallel to the X axis, the beam current in the Y axis direction can be obtained even if the current density distribution in the X axis direction is not uniform. If the uniformity of the density distribution is maintained, uniform ion implantation can be performed on the entire surface of the semiconductor substrate.

これまでに説明した均一化レンズの使い分けの具体例を図9に示す。   FIG. 9 shows a specific example of how to use the uniformizing lens described so far.

空間電荷効果の影響は、イオンビーム経路の距離とエネルギーに依存することについて述べてきた。ここでは、その点に着目して、均一化レンズの使い分けを行っている。   It has been stated that the influence of the space charge effect depends on the distance and energy of the ion beam path. Here, paying attention to this point, the uniformizing lens is selectively used.

図9に示すフローチャートでは、まず半導体基板8に照射されるイオンビーム2のエネ
ルギーの設定を行う。これについてはイオン注入装置のオペレーターが適宜行う。次に設定されたエネルギー(便宜上、最終エネルギーと呼ぶ)と予め設けられている所定のエネルギー(便宜上、基準エネルギーと呼ぶ)との比較を行う。
In the flowchart shown in FIG. 9, first, the energy of the ion beam 2 irradiated to the semiconductor substrate 8 is set. This is appropriately performed by the operator of the ion implantation apparatus. Next, a comparison is made between the set energy (referred to as final energy for convenience) and predetermined energy (referred to as reference energy for convenience) provided in advance.

基準エネルギーは各イオン注入装置の構成に依存して設定される。このように設定される理由は、各イオン注入装置で加減速器と半導体基板までの距離が一定ではない為、同じエネルギーを有するイオンビームを取り扱う場合でも空間電荷効果の影響が異なってくるからである。なお、この基準エネルギーは、高いエネルギーと低いエネルギーの境界のエネルギーを意味しており、イオン注入装置を用いた実験や設計者の経験則から決定される値である。   The reference energy is set depending on the configuration of each ion implantation apparatus. The reason for this setting is that the distance between the acceleration / decelerator and the semiconductor substrate in each ion implantation apparatus is not constant, and the influence of the space charge effect differs even when handling ion beams with the same energy. is there. This reference energy means the energy at the boundary between high energy and low energy, and is a value determined from experiments using an ion implantation apparatus and empirical rules of designers.

比較の結果、最終エネルギーが基準エネルギーよりも小さければ、最終エネルギーは低いエネルギーであるので、加減速器6の下流側に設けられた第2の均一化レンズ7を用いて均一化制御が実施される。反対に、最終エネルギーが基準エネルギーよりも大きければ、最終エネルギーは高いエネルギーであるので、加減速器6の下流側に設けられた第1の均一化レンズ5を用いて均一化制御が実施される。   As a result of comparison, if the final energy is smaller than the reference energy, the final energy is low, so that the homogenization control is performed using the second homogenization lens 7 provided on the downstream side of the accelerator / decelerator 6. The On the other hand, if the final energy is larger than the reference energy, the final energy is high, so that the homogenization control is performed using the first homogenization lens 5 provided on the downstream side of the accelerator / decelerator 6. .

図9に示されるフローチャートに示される判定機能を制御装置11に設けておいても良い。その場合、予め制御装置11に基準エネルギーの値を記憶させておく。後は、イオン注入装置のオペレーターが、最終エネルギーの設定を行った際に、適宜、その情報が制御装置11にユーザーインターフェースを介して入力されるようにしておく。そうすると、使用する均一化レンズの選択判断と選択された均一化レンズを用いての均一化制御の実施とを、全て自動化して行うことが出来る。   The determination function shown in the flowchart shown in FIG. 9 may be provided in the control device 11. In that case, a reference energy value is stored in the control device 11 in advance. Thereafter, when the operator of the ion implantation apparatus sets the final energy, the information is appropriately input to the control apparatus 11 via the user interface. Then, it is possible to automatically perform all the selection determination of the uniformizing lens to be used and the uniformization control using the selected uniformizing lens.

一方、イオン注入装置のオペレーターが手動で行うことも可能である。予め基準エネルギーの値を求めておき、最終エネルギーを設定する際に、適宜、オペレーターが比較を行って使用する均一化レンズを選択すれば良い。   On the other hand, it can also be performed manually by an operator of the ion implantation apparatus. A reference energy value is obtained in advance, and when setting the final energy, the operator may appropriately select a uniformizing lens to be used for comparison.

エネルギーの値に基づいて均一化レンズの使い分けを行う方法について説明したが、ビーム電流計測器によるビーム電流値(ビーム電流量)に基づいて均一化レンズの使い分けをしても良い。   Although the method of selectively using the uniformizing lens based on the energy value has been described, the uniformizing lens may be selectively used based on the beam current value (beam current amount) by the beam current measuring device.

低いエネルギーのイオンビームは、空間電荷効果の影響を強く受ける為、高いエネルギーのイオンビームと比べると、イオンビームの外形が大きく広がってしまう。その為、複数のファラデーカップからなるビーム電流計測器10で計測されるビーム電流量に着目すると、低いエネルギーのイオンビームの電流量は高いエネルギーのイオンビームの電流量よりも小さくなる。つまり、低いエネルギーのイオンビームではその外形が広がってしまう為、ビーム電流計測器からはみ出てしまう。その為、全てのイオンビームに対しての計測が出来ないので、ビーム電流量は減少する。   Since the low energy ion beam is strongly affected by the space charge effect, the outer shape of the ion beam is greatly expanded compared to the high energy ion beam. Therefore, when attention is paid to the beam current amount measured by the beam current measuring device 10 including a plurality of Faraday cups, the current amount of the low energy ion beam is smaller than the current amount of the high energy ion beam. In other words, the outer shape of a low-energy ion beam spreads out, so that it protrudes from the beam current measuring instrument. For this reason, since measurement cannot be performed for all ion beams, the amount of beam current decreases.

この場合における具体的な手法は、図10に従って行われる。ビーム電流量の場合もエネルギーの場合と同じく、予め実験を行って基準となる所定のビーム電流量を決定しておく。そして、実際にビーム電流計測器で測定されたビーム電流量と所定のビーム電流量との比較を行い、適宜、使用する均一化レンズの選択を行う。   A specific method in this case is performed according to FIG. In the case of the beam current amount, as in the case of energy, an experiment is performed in advance to determine a predetermined beam current amount serving as a reference. Then, the beam current amount actually measured by the beam current measuring device is compared with a predetermined beam current amount, and a uniformizing lens to be used is appropriately selected.

このビーム電流量を用いた選択方法の場合もエネルギーを用いた選択方法の場合と同様に、制御装置で行うようにしても良いし、オペレーターの判断に任せても良い。   In the case of the selection method using the beam current amount, as in the case of the selection method using energy, the selection may be performed by the control device or may be left to the operator's judgment.

なお、これまでイオンビームのエネルギーとイオンビーム電流量に基づいて均一化レンズを使い分ける手法を述べてきたが、例えば、イオンビーム全体の広がり角度を用いても同様に均一化レンズの使い分けを行うことが出来る。何故なら、これらのパラメーターは半導体基板に照射されるイオンビームに対して空間電荷効果の影響がどの程度現れるかを示すものである。よって、本発明で着目すべきパラメーターは、イオンビームのエネルギーや電流量に限られず、イオンビームのエネルギーの違いによって半導体基板に照射されるイオンビームに対しての空間電荷効果の影響度を示すその他のパラメーターであっても構わない。   In addition, until now, the method of properly using the uniformizing lens based on the ion beam energy and the amount of ion beam current has been described. For example, the uniformizing lens should be used in the same way even if the spread angle of the entire ion beam is used. I can do it. This is because these parameters indicate how much the effect of the space charge effect appears on the ion beam irradiated to the semiconductor substrate. Therefore, the parameters to be noted in the present invention are not limited to the energy and current amount of the ion beam. Other parameters indicating the influence of the space charge effect on the ion beam irradiated on the semiconductor substrate due to the difference in the energy of the ion beam. The parameters may be

<その他の実施形態>
前述の実施形態に限らず、次のような形態を採用しても良い。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following form may be adopted.

第1の均一化レンズ5と第2の均一化レンズ7は、異なる部材であってもよいが、制御性の観点から同一の部材を用いるのが望ましい。また、一例として図4に示される静電レンズアレイからなる電界レンズを用いるものを挙げたが、これに限らず、従来からビーム電流密度の均一化に用いられている磁界レンズを使用しても構わない。   The first homogenizing lens 5 and the second homogenizing lens 7 may be different members, but it is desirable to use the same member from the viewpoint of controllability. Further, as an example, the one using the electric field lens composed of the electrostatic lens array shown in FIG. 4 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic lens conventionally used for uniformizing the beam current density may be used. I do not care.

また、均一化レンズとしては、より細かな制御を行う為に図11に示すようなレンズを使用しても良い。図11のレンズは、Z方向に図2に示した2つの均一化レンズを配置するとともに、片方のレンズの電極対間に、もう片方のレンズの電極対が配置されるようにY軸方向にずらして配置された均一化レンズである。このような均一化レンズを用いれば、
均一化制御の精度を向上させることが出来る。
Further, as the uniformizing lens, a lens as shown in FIG. 11 may be used for finer control. The lens of FIG. 11 has the two uniformizing lenses shown in FIG. 2 arranged in the Z direction, and the electrode pair of the other lens is arranged in the Y axis direction between the electrode pair of one lens. This is a uniform lens arranged in a shifted manner. With such a uniform lens,
The accuracy of the homogenization control can be improved.

さらに、ビーム電流計測器10として、処理室内に配置され、Y軸方向に沿って複数のファラデーカップが配列されたものを一例として挙げたが、これに限られない。例えば、ビーム電流計測器を1つのファラデーカップで構成する。これと組み合わせて、ビーム電流計測器をY軸方向に沿って移動可能な駆動機構を設けることで、同等の機能を有するビーム電流計測器が実現できる。   Furthermore, the beam current measuring instrument 10 is arranged in the processing chamber and has a plurality of Faraday cups arranged in the Y-axis direction as an example, but is not limited thereto. For example, the beam current measuring device is constituted by one Faraday cup. In combination with this, by providing a drive mechanism capable of moving the beam current measuring instrument along the Y-axis direction, a beam current measuring instrument having an equivalent function can be realized.

その上、低いエネルギーのイオンビームを取り扱う場合、イオンビームの外形が広がってしまう。これによって、半導体基板に達するまでにイオンビームがイオン注入装置を構成する部材等に衝突し、消滅してしまう可能性もある。その為、低いエネルギーを有するイオンビームに対しては、第2の均一化レンズで均一化制御を実施する前に、第1の均一化レンズ5で、一旦、イオンビームの外形を狭めるような制御を行うようにしておいても良い。   In addition, when a low energy ion beam is handled, the outer shape of the ion beam is expanded. As a result, the ion beam may collide with a member or the like constituting the ion implantation apparatus before reaching the semiconductor substrate and disappear. Therefore, for the ion beam having a low energy, the first homogenization lens 5 temporarily narrows the outer shape of the ion beam before the homogenization control is performed by the second homogenization lens. You may be allowed to do.

1 イオン源
2 イオンビーム
3 質量分析マグネット
4 分析スリット
5 第1の均一化レンズ
6 加減速器
7 第2の均一化レンズ
8 基板
9 処理室
10 ビーム電流測定器
11 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 2 Ion beam 3 Mass analysis magnet 4 Analysis slit 5 1st homogenization lens 6 Accelerator / decelerator 7 2nd homogenization lens 8 Substrate 9 Processing chamber 10 Beam current measuring device 11 Controller

Claims (5)

所望のエネルギーを有するリボン状のイオンビームを半導体基板に照射する為に前記リボン状のイオンビームを加速あるいは減速させる加減速器と、 前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布を均一に制御する為の第1の均一化レンズおよび第2の均一化レンズと、 前記半導体基板が配置される処理室と、 前記処理室内に配置され前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の測定を行うビーム電流計測器と、を備えたイオン注入装置において、 前記処理室側から前記リボン状のイオンビームの経路を見た時、前記第2の均一化レンズ、前記加減速器、前記第1の均一化レンズの順に、イオンビームの経路に沿って配置されていることを特徴とするイオン注入装置。 An acceleration / decelerator for accelerating or decelerating the ribbon ion beam to irradiate the semiconductor substrate with a ribbon ion beam having a desired energy, and a uniform current density distribution in the long side direction of the ribbon ion beam A first homogenizing lens and a second homogenizing lens for controlling the semiconductor substrate, a processing chamber in which the semiconductor substrate is disposed, a current density in a long side direction of the ribbon-shaped ion beam disposed in the processing chamber In an ion implantation apparatus comprising a beam current measuring device that measures distribution, when the path of the ribbon-shaped ion beam is viewed from the processing chamber side, the second uniformizing lens, the accelerometer, An ion implantation apparatus characterized by being arranged along a path of an ion beam in the order of the first uniformizing lens. 前記第1の均一化レンズと前記第2の均一化レンズとが、同一の構成を有する均一化レンズ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。 2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the first homogenizing lens and the second homogenizing lens are homogenizing lenses having the same configuration. 前記半導体基板に照射される前記リボン状のイオンビームのエネルギーの値と基準となるエネルギーの値とを比較することによって、前記第1の均一化レンズと前記第2の均一化レンズのいずれを用いて前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の均一化制御を行うかを判定する機能を有した制御装置を備えていることを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。 By comparing the energy value of the ribbon-shaped ion beam irradiated on the semiconductor substrate with the energy value serving as a reference, either the first homogenizing lens or the second homogenizing lens is used. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a control device having a function of determining whether to perform uniform control of current density distribution in a long side direction of the ribbon-shaped ion beam. 前記ビーム電流測定器により測定されたビーム電流量と基準となるビーム電流量の値を比較することによって、前記第1の均一化レンズと前記第2の均一化レンズのいずれを用いて前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の均一化制御を行うかを判定する機能を有した制御装置を備えていることを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。 By comparing the beam current amount measured by the beam current measuring device with the value of the reference beam current amount, it is possible to use either the first uniformizing lens or the second uniformizing lens to form the ribbon shape. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising a control device having a function of determining whether to perform uniform control of current density distribution in the long side direction of the ion beam. 所望のエネルギーを有するリボン状のイオンビームを半導体基板に照射する為に前記リボン状のイオンビームを加速あるいは減速させる加減速器と、 前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布を均一に制御する為の第1の均一化レンズおよび第2の均一化レンズと、 前記半導体基板が配置された処理室と、 前記処理室内に配置され前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の測定を行うビーム電流計測器を備え、 前記処理室側からイオンビームの経路を見た時、前記第2の均一化レンズ、前記加減速器、前記第1の均一化レンズの順番に配置されているイオン注入装置において、 前記リボン状のイオンビームの長辺方向における電流密度分布の均一制御を行うにあたり、前記半導体基板に照射されるイオンビームのエネルギーあるいはイオンビームの電流量に応じて、前記第1の均一化レンズと前記第2の均一化レンズとを使い分けることを特徴とする均一化レンズの選択方法。
An acceleration / decelerator for accelerating or decelerating the ribbon ion beam to irradiate the semiconductor substrate with a ribbon ion beam having a desired energy, and a uniform current density distribution in the long side direction of the ribbon ion beam A first homogenizing lens and a second homogenizing lens for controlling the semiconductor substrate, a processing chamber in which the semiconductor substrate is disposed, and a current density in a long side direction of the ribbon-shaped ion beam disposed in the processing chamber A beam current measuring device for measuring distribution, and when the ion beam path is viewed from the processing chamber side, the second homogenizing lens, the accelerometer, and the first homogenizing lens are arranged in this order. In the ion implantation apparatus, the semiconductor substrate is irradiated to uniformly control the current density distribution in the long side direction of the ribbon-like ion beam. According to the current amount of energy or ion beam of the ion beam, a method of selecting the first uniform lens with uniform lens characterized by selectively using said second homogenization lens.
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