JP3368503B2 - Ion beam irradiation apparatus and ion beam irradiation method - Google Patents

Ion beam irradiation apparatus and ion beam irradiation method

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JP3368503B2
JP3368503B2 JP04712391A JP4712391A JP3368503B2 JP 3368503 B2 JP3368503 B2 JP 3368503B2 JP 04712391 A JP04712391 A JP 04712391A JP 4712391 A JP4712391 A JP 4712391A JP 3368503 B2 JP3368503 B2 JP 3368503B2
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ion beam
beam irradiation
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deceleration
electric field
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治久 森
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板に不純物を注
入する際などに利用されるイオンビーム照射装置に関わ
り、特に低質量イオンの注入に不可欠であるイオンビー
ム減速機構に関わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus used when implanting impurities into a semiconductor substrate, and more particularly to an ion beam deceleration mechanism essential for implanting low mass ions.

【0002】半導体装置の製造にイオン注入法を用いる
ことは今日では常態となっている。集積回路に作り込ま
れる素子が微細化するに伴い、素子領域形成のためのイ
オン注入も浅く行われるようになっている。例えばCM
OSのpチャネルトランジスタのS/D領域を形成する
場合には、硼素イオン(B+ )のような低質量のイオンを
10keV或いはそれ以下の低エネルギで注入する処理
が必要となる。
The use of ion implantation in the manufacture of semiconductor devices is commonplace today. Along with the miniaturization of elements built into integrated circuits, shallow ion implantation has been performed to form element regions. For example CM
When forming an S / D region of a p-channel transistor of OS, it is necessary to implant low-mass ions such as boron ions (B + ) at a low energy of 10 keV or less.

【0003】一方、浅いS/D領域を高抵抗化しないた
めにはドーズ量を上げ、1015cm-2以上の多量のイオン注
入を行うことが要求される。このような高注入を実用的
な処理速度で実施するには、数mA程度のイオンビーム
電流が得られる注入装置が必要である。
On the other hand, in order not to increase the resistance of the shallow S / D region, it is necessary to increase the dose amount and to implant a large amount of ions of 10 15 cm -2 or more. In order to carry out such high implantation at a practical processing speed, an implantation device capable of obtaining an ion beam current of about several mA is required.

【0004】ところが低エネルギ注入を行うべく、イオ
ンビーム発生のための引出し電圧を低下させると、電流
は電圧の3/2乗に比例して減少するため、上記の場合
に、引き出し電圧を10keV以下として数mAのイオ
ン電流を得ることは困難である。
However, when the extraction voltage for ion beam generation is lowered in order to perform low energy implantation, the current decreases in proportion to the 3/2 power of the voltage. Therefore, in the above case, the extraction voltage is 10 keV or less. It is difficult to obtain an ion current of several mA.

【0005】[0005]

【従来の技術】この矛盾した要求を満たすべく、高い引
出し電圧によって高電流のイオンビームを発生させ、こ
れを減速して低エネルギとしたものをウエハに照射し
て、低質量の不純物を浅く注入することが行われてい
る。この技術はポストディセレーション(post-decelera
tion)と呼ばれている。
2. Description of the Related Art In order to meet these contradictory requirements, a high extraction voltage is used to generate a high current ion beam, which is decelerated to irradiate a wafer with low energy, and a low mass impurity is shallowly implanted. Is being done. This technique is called post-decelera
tion).

【0006】図7はポストディセレーション注入に使用
される公知のイオンビーム照射装置の構造を模式的に例
示する図で、以下この図面を参照しながら従来技術を説
明する。
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the structure of a known ion beam irradiation apparatus used for post-deceleration implantation. A conventional technique will be described below with reference to this drawing.

【0007】装置全体を収容する筐体1はグラウンド電
位であり、イオンビーム発生部であるターミナル2との
間には減速電圧に相当する電位差が与えられる。ターミ
ナルの内部にはイオン源4、イオン源を作動させるため
のイオン源電源3が設けられ、引出し電極5に電圧を印
加することによってイオン源から引出されたイオンは、
質量分離部7によって特定の質量と電荷を持つイオンに
単色化される。6はイオン源と質量分離部を絶縁保持す
る碍子である。
The housing 1 which houses the entire apparatus has a ground potential, and a potential difference corresponding to a deceleration voltage is applied between the housing 1 and the terminal 2 which is an ion beam generator. An ion source 4 and an ion source power supply 3 for operating the ion source are provided inside the terminal, and ions extracted from the ion source by applying a voltage to the extraction electrode 5 are:
The mass separation unit 7 monochromates the ions having a specific mass and electric charge. Reference numeral 6 is an insulator for insulatingly holding the ion source and the mass separation unit.

【0008】単色化されたイオンビーム10は当初の方向
から略90度方向を転じて出射し、ターミナル/筐体間の
絶縁碍子9の内部に存在する減速電界によって運動エネ
ルギを減じた後、回転ディスク12に載置されたウエハ11
に照射される。回転ディスクは回転の他に直径方向に往
復運動することもでき、ウエハ全面にイオンビームを照
射し得るようになっている。スリット8は出射方向の異
なる異種のイオンを除去するためのものである。
The monochromatic ion beam 10 is rotated by about 90 degrees from the initial direction and emitted, and the kinetic energy is reduced by the decelerating electric field existing inside the insulator 9 between the terminal and the housing, and then rotated. Wafer 11 mounted on disk 12
Is irradiated. The rotating disk can reciprocate in the diameter direction in addition to rotating, so that the entire surface of the wafer can be irradiated with the ion beam. The slit 8 is for removing different kinds of ions having different emission directions.

【0009】このようなイオンビーム照射装置を用いて
ディセレーション注入を行えば、低質量のイオンを浅く
注入する際のイオン電流値を高くすることができ、処理
時間を短縮することが可能になる。
By performing deceleration implantation using such an ion beam irradiation apparatus, the ion current value when shallowly implanting low-mass ions can be increased, and the processing time can be shortened. .

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来技術によるディセレーション注入では、基板内の不純
物分布に問題が残る。図3は本発明の効果を示す図であ
るが、同図には本発明による注入不純物分布と併せて従
来技術による注入不純物分布が点線で示されている。処
理条件は、Si単結晶基板にチャネリング抑制のためS
+ 注入を行って表面層の結晶性を乱した後、BF2 +
の注入を、引出し電圧35kV,減速電圧25kV(最
終的な注入エネルギは10keV)で行っている。
However, in the above-described prior art deceleration implantation, a problem remains in the impurity distribution in the substrate. FIG. 3 is a diagram showing the effect of the present invention. In the figure, the distribution of the implanted impurities according to the present invention and the distribution of the implanted impurities according to the prior art are shown by dotted lines. The processing condition is S for suppressing the channeling on the Si single crystal substrate.
After performing i + implantation to disturb the crystallinity of the surface layer, BF 2 +
Is injected with a drawing voltage of 35 kV and a deceleration voltage of 25 kV (final injection energy is 10 keV).

【0011】これを見ると、最大濃度となる深さの近傍
では正規の分布となっているものの、より深い部分では
不純物濃度が正常に低下しておらず、1017cm-3付近以下
の不純物分布が明らかに裾を引いた形状となっている。
From this, it is seen that although the distribution is normal in the vicinity of the depth where the maximum concentration is reached, the impurity concentration is not normally lowered in the deeper portion, and the impurity concentration in the vicinity of 10 17 cm -3 or less is observed. The distribution is clearly tail-shaped.

【0012】このように同元素でありながら、一部のも
のが注入エネルギで定まる深さより深く注入される理由
は次のように理解されている。イオン源から引出された
イオンは、質量分離部で特定のイオンだけが注入軸方向
に偏向される。この時点では質量や電荷の異なる粒子は
分離除去されているが、単色化されたイオンの一部が質
量分離部から減速電極部までの飛程で残留ガスとの相互
作用によって電荷を失い、中性化することが起こる。
The reason why a portion of the same element is implanted deeper than the depth determined by the implantation energy is understood as follows. Among the ions extracted from the ion source, only specific ions are deflected in the injection axis direction in the mass separation unit. At this point, particles with different masses and charges are separated and removed, but some of the monochromatic ions lose their charge due to interaction with residual gas in the range from the mass separation part to the deceleration electrode part. It becomes sexualized.

【0013】このように中性化した粒子は電界によって
減速されないので、高エネルギのまま基板に照射され、
深く注入されることになる。これが、設計値よりも深い
位置まで注入不純物が分布する理由である。
Since the neutralized particles are not decelerated by the electric field, they are irradiated onto the substrate with high energy,
It will be deeply injected. This is the reason why the implanted impurities are distributed to a position deeper than the designed value.

【0014】そこで、減速後のイオンビームを電界或い
は磁界によって偏向させ、高エネルギの中性粒子を分離
することが考えられるが、減速電極の後にこのような偏
向部を設けることはウエハまでの距離を長くすることに
なる。イオンビームのように同極性の荷電粒子から成る
ビームは分散傾向を持ち、飛程が延びるほど分散による
損失が大となるので、ウエハプロセスに於けるイオン注
入処理に不都合な状況となる。特に大電流のイオンビー
ムほどその影響が強く、この方法で中性粒子を分離する
ことは実際的でない。
Therefore, it is conceivable that the decelerated ion beam is deflected by an electric field or a magnetic field to separate high-energy neutral particles. However, providing such a deflecting portion after the decelerating electrode makes it possible to separate the distance to the wafer. Will be longer. A beam composed of charged particles of the same polarity, such as an ion beam, has a tendency to disperse, and the loss due to the dispersion increases as the range increases, which is a situation inconvenient for the ion implantation process in the wafer process. In particular, the larger the current of the ion beam is, the stronger its effect is, and it is not practical to separate neutral particles by this method.

【0015】本発明の目的は大電流のイオンビームに於
いても、分散による損失を増加させることなく減速と中
性粒子の分離除去が行われるイオンビーム照射装置を提
供することであり、イオンビームの減速と中性粒子の分
離を同一領域で行うイオンビーム照射装置を提供するこ
とである。
It is an object of the present invention to provide an ion beam irradiation apparatus capable of decelerating and separating and removing neutral particles without increasing loss due to dispersion even in a high current ion beam. An ion beam irradiation apparatus that decelerates and separates neutral particles in the same region.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のイオンビーム照射装置はイオンビーム減速
電界の等電位面をイオンビームの入射軸に対して傾斜さ
せた構造としている。更に等電位面の傾斜を実現する態
様として、電位の異なる複数の電極板によって減速電極
部を構成した上、次の何れかの形態の単独または組み合
わせが提示される。
In order to achieve the above object, the ion beam irradiation apparatus of the present invention has a structure in which the equipotential surface of the ion beam decelerating electric field is inclined with respect to the incident axis of the ion beam. Further, as a mode for realizing the inclination of the equipotential surface, a deceleration electrode portion is constituted by a plurality of electrode plates having different potentials, and any one of the following forms is used alone or in combination.

【0017】減速電界の中心軸を、イオンビーム入射
軸に平行且つ間隔を持たせて配置し、減速電界等電位面
の湾曲が実効的に電位面の傾斜として作用する点を利用
する。
The center axis of the decelerating electric field is arranged in parallel with the ion beam incident axis with a space, and the fact that the curve of the equipotential surface of the decelerating electric field effectively acts as the inclination of the potential surface is utilized.

【0018】減速電界の中心軸を、イオンビーム入射
軸に対して傾けて配置し、減速電界の等電位面を傾いた
ものとする。 減速電界を形成する電極板を、入射軸に直交する仮想
軸周りの放射状配置とし、傾斜等電位面を実現する。
It is assumed that the center axis of the deceleration electric field is tilted with respect to the ion beam incident axis, and the equipotential surface of the deceleration electric field is tilted. The electrode plates that form the deceleration electric field are arranged radially around an imaginary axis orthogonal to the incident axis to realize a tilted equipotential surface.

【0019】[0019]

【作用】図2は本発明に利用されるイオンビーム偏向の
原理を説明する図である。ここでは先ず、傾斜した等電
位面を持つ電界によってイオンビームの減速と偏向が同
時に行われる状況を、同図を参照しながら説明する。
2 is a diagram for explaining the principle of ion beam deflection used in the present invention. Here, first, a situation in which the deceleration and the deflection of the ion beam are simultaneously performed by the electric field having the inclined equipotential surface will be described with reference to FIG.

【0020】イオンビームは図面の左側から右向き正横
に進行するものとし、減速電界等電位面の法線方向はイ
オンビームの入射軸に対し正反から左上に外れた向きと
する。電界中で荷電粒子が受ける力の作用方向は等電位
面の法線の方向であるから、斜め方向から電界に入射す
るイオンビームに対しては図中に記入されたように、上
向きの分力を持つ減速力が働くことになり、その針路を
上向きに偏向する。
It is assumed that the ion beam travels from the left side of the drawing to the right side and to the right side, and the normal line direction of the decelerating electric field equipotential surface is deviated from the normal to the upper left direction with respect to the ion beam incident axis. Since the acting direction of the force exerted on the charged particles in the electric field is the direction of the normal line of the equipotential surface, as shown in the figure, an upward component force is applied to the ion beam entering the electric field from an oblique direction. A deceleration force having a force will act, and the course will be deflected upward.

【0021】即ち、本発明の如く減速電界をイオンビー
ムの入射軸から傾けて設ければ、荷電粒子の減速と同時
に偏向も行われることになる。イオンビーム中の中性粒
子には減速力は作用しないので偏向されることはなく、
減速されたイオンビームから分離されることになる。
That is, if the decelerating electric field is tilted from the incident axis of the ion beam as in the present invention, the charged particles are decelerated and deflected at the same time. Since the deceleration force does not act on the neutral particles in the ion beam, they are not deflected,
It will be separated from the decelerated ion beam.

【0022】このようにして高エネルギの中性粒子を分
離除去したイオンビームを半導体基板に照射すれば、低
質量の不純物を基板内の浅い位置に注入した際にも不純
物がより深い位置まで裾を引いて分布する現象は生じな
い。
By irradiating the semiconductor substrate with the ion beam from which high-energy neutral particles have been separated and removed in this way, even when a low-mass impurity is injected into a shallow position in the substrate, the impurity reaches a deeper position. Does not occur.

【0023】更に、減速電極にイオンビームを偏向させ
る機能が併せ備わっていることから、減速後の飛程が従
来の装置より長くする必要はなく、ビームが分散する前
に基板に照射することが可能となる。
Further, since the deceleration electrode also has a function of deflecting the ion beam, the range after deceleration does not need to be longer than that of the conventional device, and the substrate can be irradiated before the beam is dispersed. It will be possible.

【0024】[0024]

【実施例】図1(a),(b)は請求項3及び請求項4の発明
に対応する第1の実施例を模式的に示す図である。以
下、同図を参照しながら本実施例を説明する。
1 (a) and 1 (b) are diagrams schematically showing a first embodiment corresponding to the inventions of claims 3 and 4. FIG. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG.

【0025】装置全体の構造は同図(a)に示されてい
る。筐体1の内部にターミナル2が配置されており、質
量分離部7によって単色化されたイオンビームがスリッ
ト8を通って出射され、減速部9で所定のエネルギに減
速される点は、従来技術と同じであり、イオンビーム発
生部も同様である。
The structure of the entire device is shown in FIG. The terminal 2 is arranged inside the housing 1, and the ion beam monochromated by the mass separation unit 7 is emitted through the slit 8 and decelerated to a predetermined energy by the deceleration unit 9. The same applies to the ion beam generator.

【0026】減速部の電極構造の詳細は同図(b)に示さ
れている。ターミナル2の外板は筐体1に対し相対的に
−25kVの電位が与えられている。絶縁碍子25の内部
には減速電界を所望の形に形成するための電極が設けら
れ、前方電極21はターミナルと同電位であり、後方電極
22は筐体と同電位である。両者の中間に設けられた中間
電極23を含むこれ等3個の電極には電界中心軸を共通中
心とする円形の窓が開けられていて、この窓をイオンビ
ームが通過する。
Details of the electrode structure of the deceleration portion are shown in FIG. The outer plate of the terminal 2 is applied with a potential of −25 kV relative to the casing 1. An electrode for forming a deceleration electric field in a desired shape is provided inside the insulator 25, the front electrode 21 has the same potential as the terminal, and the rear electrode
22 has the same potential as the case. A circular window with the central axis of the electric field as a common center is formed in these three electrodes including the intermediate electrode 23 provided between the two, and the ion beam passes through these windows.

【0027】本実施例では図示の如く、電界中心軸はイ
オンビーム入射軸に平行であるが離れて配置される。電
極内の電界の等電位面20は中央部では略平行であるが、
両端の電極近傍では、図示される様に、窓の部分で外に
膨れた形となっているから、中心軸から外れて入射した
イオンビームは等電位面の膨らみに応じた偏向力を受け
ることになる。
In the present embodiment, as shown in the figure, the central axis of the electric field is parallel to the ion beam incident axis, but arranged apart from each other. The equipotential surfaces 20 of the electric field in the electrodes are substantially parallel in the central part,
As shown in the figure, in the vicinity of the electrodes on both ends, the shape of the window is swollen outward, so that the ion beam incident off the central axis is subject to a deflection force according to the swollen equipotential surface. become.

【0028】減速電界の前方では、減速力R1 による偏
向の方向は所望のものとは異なるが、イオンビームのエ
ネルギが比較的高いため、その偏向量は小である。イオ
ンビームはこの偏向力によって少し下方に針路を転じた
後、減速電界後方部分の等電位面の逆方向の湾曲によっ
て上方に向かう偏向力を受ける。その時にはイオンビー
ムは既に減速されて低エネルギとなっているので、減速
力R2 による偏向量も大きく、総合した偏向力は上方に
向かうものとなり、減速されたイオンビームは上方に偏
向されて出射する。
In the front of the deceleration electric field, the direction of deflection by the deceleration force R 1 is different from the desired direction, but the amount of deflection is small because the energy of the ion beam is relatively high. The ion beam slightly deflects downward due to this deflection force, and then receives an upward deflection force due to the reverse curve of the equipotential surface at the rear portion of the deceleration electric field. At that time, since the ion beam has already been decelerated to have low energy, the amount of deflection by the deceleration force R 2 is large, and the total deflection force is directed upward, and the decelerated ion beam is deflected upward and emitted. To do.

【0029】図1(b)では、減速電界は前方から後方に
向けて電位が単調に変化するものとなっているが、図6
に示されるように、イオンビーム中の電子をするための
電極を設ける場合もある。この図の例では安定化電極24
は前方電極21の直後に配置され、前方電極に対し−1k
Vの電圧が印加される。かかる構造の減速電極部では、
入射したイオンビームは始めに僅かに加速されるが、減
速電極部全体で見た場合には、減速効果或いは偏向効果
に及ぼす影響は僅かである。以下に説明する別の実施例
でも、このようなイオン安定のための電極は必要に応じ
て設けられる。
In FIG. 1B, the potential of the deceleration electric field changes monotonically from the front to the rear.
In some cases, an electrode is provided to generate electrons in the ion beam, as shown in FIG. In the example of this figure, the stabilizing electrode 24
Is located immediately after the front electrode 21 and is -1k from the front electrode.
A voltage of V is applied. In the deceleration electrode part having such a structure,
The incident ion beam is slightly accelerated at the beginning, but the effect on the deceleration effect or the deflection effect is small when viewed from the entire deceleration electrode section. In another embodiment described below, such an electrode for ion stabilization is provided if necessary.

【0030】図1(a)に戻って、ウエハ11を保持する回
転ディスク12は、偏向されたイオンビームが正規の角度
(通常は垂直)で入射するように傾けて配置されている。
単色化後に電荷を失った中性粒子は減速電界中を直進す
るので、中性粒子トラップ13を設けてこれを捕捉し、ウ
エハに到達しないようにする。
Returning to FIG. 1 (a), the rotating disk 12 holding the wafer 11 has a deflected ion beam at a normal angle.
It is placed so that it is incident (normally vertical).
Neutral particles that have lost their charge after monochromatization go straight through the decelerating electric field, so a neutral particle trap 13 is provided to trap this and prevent it from reaching the wafer.

【0031】本実施例の構成では、電界中心軸とイオン
ビーム入射軸のずれ量を変化させることにより減速電界
中の偏向力を増減することが可能で、注入しようとする
不純物イオンの質量や電荷に応じて注入方向を所定の方
向とすることが出来る。
In the structure of this embodiment, the deflection force in the deceleration electric field can be increased or decreased by changing the deviation amount between the central axis of the electric field and the incident axis of the ion beam, and the mass or charge of the impurity ions to be injected. According to the above, the injection direction can be set to a predetermined direction.

【0032】図3には本発明の効果が従来技術と対比し
て示されている。実線は本発明のイオンビーム照射装置
を用いてSi基板に不純物としてBを注入した際の不純
物濃度分布曲線である。一見して明らかなように、従来
の装置による濃度分布(点線で表示)と異なり、裾引きは
現れていない。ここでの注入条件は、既に説明した通
り、Si+ の予備注入によって基板の結晶性を乱し、チ
ャネリングの発生を防止した後、10keVのエネルギ
でBF2 + の注入を行ったものである。
FIG. 3 shows the effect of the present invention in comparison with the prior art. The solid line is an impurity concentration distribution curve when B is injected as an impurity into a Si substrate using the ion beam irradiation apparatus of the present invention. As is apparent at first glance, unlike the density distribution (displayed by a dotted line) by the conventional device, the trailing does not appear. As described above, the implantation conditions are that BF 2 + is implanted at an energy of 10 keV after preliminarily implanting Si + to disturb the crystallinity of the substrate and prevent the occurrence of channeling.

【0033】図4は請求項5〜請求項7の発明に対応す
る第2の実施例を示す図である。イオンビーム照射装置
全体の構成は図1(a)と同じで、図4にはその減速電極
部の構造だけが示されている。以下、同図を参照しなが
ら本実施例を説明する。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment corresponding to the inventions of claims 5 to 7. The overall configuration of the ion beam irradiation apparatus is the same as that in FIG. 1A, and FIG. 4 shows only the structure of the deceleration electrode section. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG.

【0034】図に明らかな通り、本実施例ではビーム減
速のための電極構造部分は、電界中心軸がイオンビーム
入射軸に対し傾けて配置されている。そのため減速電界
の等電位面も、それが湾曲している影響はあるものの、
平均的にはイオンビーム入射軸に対して傾いて存在する
ことになり、「作用」の項で説明した通りの偏向力が生
ずる。イオンビーム中に含まれる中性粒子は偏向を受け
ず直進するので、中性粒子トラップ13によって捕捉さ
れ、ウエハ11に注入されることはない。
As is apparent from the figure, in this embodiment, the electrode structure portion for beam deceleration is arranged such that the central axis of the electric field is inclined with respect to the ion beam incident axis. Therefore, the equipotential surface of the deceleration electric field has the effect of being curved,
On average, the ion beam is inclined with respect to the ion beam incident axis, and the deflection force as described in the "action" section is generated. Neutral particles contained in the ion beam go straight without being deflected, so that they are trapped by the neutral particle trap 13 and are not injected into the wafer 11.

【0035】本実施例では電界中心軸の傾きを変えるこ
とによって、減速電極部に於ける偏向角を変化させるこ
とができる上に、第1の実施例に於けると同様、イオン
ビーム入射軸に対する電界中心軸の位置を変化させるこ
とによっても偏向角を変化させ得るので、両者を併用す
ることによって、より広範囲にイオンの質量や注入エネ
ルギの変化に対応することが出来る。
In this embodiment, by changing the inclination of the central axis of the electric field, it is possible to change the deflection angle in the deceleration electrode portion, and, in the same way as in the first embodiment, with respect to the ion beam incident axis. Since the deflection angle can be changed also by changing the position of the central axis of the electric field, by using both of them together, it is possible to cope with changes in ion mass and implantation energy in a wider range.

【0036】図5は請求項8及び請求項9の発明に対応
する第3の実施例を示す図である。イオンビーム照射装
置全体の構成は図1(a)と同じで、図5にはその減速電
極部の構造だけが示されている。以下、同図を参照しな
がら本実施例を説明する。
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment corresponding to the inventions of claims 8 and 9. The overall configuration of the ion beam irradiation apparatus is the same as that shown in FIG. 1A, and FIG. 5 shows only the structure of the deceleration electrode section. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to FIG.

【0037】本実施例ではビーム減速のための電極構造
は次のように設定されている。先ず、ビームは紙面内水
平に左方から入射するものとし、入射軸下方に紙面に垂
直な仮想の軸を想定する。減速電界を形成する複数の板
状電極は、この仮想の軸を共有して放射状に配置された
形状であり、それによって形成される等電位面も同様に
放射状に存在することになる。更に、最前方の電極付近
に存在する等電位面はイオンビームの入射軸にほぼ垂直
となるように設定されており、後方に移るに従って等電
位面の傾きが増している。
In this embodiment, the electrode structure for beam deceleration is set as follows. First, it is assumed that the beam is incident horizontally from the left in the plane of the drawing, and an imaginary axis perpendicular to the plane of the drawing is assumed below the incident axis. The plurality of plate-shaped electrodes forming the deceleration electric field have a shape radially arranged with the virtual axis in common, and the equipotential surfaces formed thereby also exist radially. Further, the equipotential surface existing near the frontmost electrode is set to be substantially perpendicular to the incident axis of the ion beam, and the inclination of the equipotential surface increases toward the rear.

【0038】このような減速電界に入射したイオンビー
ムは減速されながら進む際に、その前進に伴って次第に
強い偏向力を受けることになる。従って、本実施例によ
ってもウエハに注入しようとする低エネルギのイオンと
高エネルギの中性粒子とを分離することができる。
When the ion beam incident on such a decelerating electric field advances while decelerating, it gradually receives a strong deflection force as it advances. Therefore, according to this embodiment as well, it is possible to separate low-energy ions to be injected into the wafer from high-energy neutral particles.

【0039】本実施例では放射状に配置された電極相互
間の開き角を変更することによってもイオンビームに対
する偏向力を変えることが可能であるが、開き角の固定
された減速電極構造体を、放射状配置の仮想中心軸回り
に回転させることによっても、より容易に偏向力を変化
させることが出来る。
In this embodiment, it is possible to change the deflection force for the ion beam by changing the opening angle between the radially arranged electrodes. However, the deceleration electrode structure having a fixed opening angle is used. The deflection force can also be changed more easily by rotating around the virtual central axis of the radial arrangement.

【0040】上記の本発明のイオンビーム照射装置を用
いて半導体基板にイオン注入を行う場合、イオン種や注
入深さに応じてイオンビーム発生時の加速電圧、低エネ
ルギ化の減速電圧が選ばれるのは当然であり、減速電界
中の偏向力の調整もこれ等の注入条件に合わせて行うこ
とになる。
When ion implantation is performed on a semiconductor substrate using the above ion beam irradiation apparatus of the present invention, an acceleration voltage at the time of ion beam generation and a deceleration voltage for energy reduction are selected according to the ion species and implantation depth. Naturally, the deflection force in the deceleration electric field is adjusted according to these injection conditions.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明のイオンビーム照射装置では、照
射しようとするイオンビームは減速電界通過中に偏向力
を受け、中性粒子が分離されるので、該部から出射した
直後にこれをウエハに照射することが可能である。
In the ion beam irradiation apparatus of the present invention, the ion beam to be irradiated receives a deflection force while passing through the deceleration electric field, and neutral particles are separated. It is possible to irradiate.

【0042】中性粒子を分離してイオン注入を行うこと
の効果は前出の図3に示された通りであり、イオンビー
ムの減速と偏向が同一空間で行われるためにビームの分
散が避けられ、効率良くイオン注入を行うことが可能と
なっている。
The effect of separating the neutral particles and performing the ion implantation is as shown in FIG. 3 described above. Since the deceleration and the deflection of the ion beam are performed in the same space, the beam dispersion is avoided. Therefore, it is possible to perform ion implantation efficiently.

【0043】更に、本発明の減速電極構造であれば、そ
れを僅かに移動させ或いは回転させることによってイオ
ンビームの出射角を変化させることが出来るので、イオ
ン種や注入条件の変化に容易に対応することができる。
Furthermore, with the deceleration electrode structure of the present invention, the outgoing angle of the ion beam can be changed by slightly moving or rotating it, so that it is possible to easily respond to changes in ion species and implantation conditions. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1の実施例のイオンビーム照射装置を模式
的に示す図
FIG. 1 is a diagram schematically showing an ion beam irradiation device according to a first embodiment.

【図2】 本発明の減速電界の作用を説明する図FIG. 2 is a diagram for explaining the action of the deceleration electric field of the present invention.

【図3】 本発明の効果を従来技術と対比して示す図FIG. 3 is a diagram showing an effect of the present invention in comparison with a conventional technique.

【図4】 第2の実施例の細部を模式的に示す図FIG. 4 is a diagram schematically showing details of the second embodiment.

【図5】 第3の実施例の細部を模式的に示す図FIG. 5 is a diagram schematically showing details of the third embodiment.

【図6】 安定化電極を設けた減速部を模式的に示す図FIG. 6 is a diagram schematically showing a speed reducer provided with a stabilizing electrode.

【図7】 従来のイオンビーム照射装置を模式的に示す
FIG. 7 is a diagram schematically showing a conventional ion beam irradiation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 筐体 2 ターミナル 3 イオン源電源 4 イオン源 5 引出し電極 6 碍子 7 質量分離部 8 スリット 9 碍子 10 イオンビーム 11 ウエハ 12 回転ディスク 13 中性粒子トラップ 21 前方電極 22 後方電極 23 中間電極 24 安定化電極 25 絶縁碍子 1 case 2 terminals 3 Ion source power supply 4 ion source 5 Extraction electrode 6 insulator 7 Mass separation section 8 slits 9 insulator 10 ion beam 11 wafer 12 rotating discs 13 Neutral particle trap 21 front electrode 22 Rear electrode 23 Intermediate electrode 24 Stabilizing electrode 25 Insulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−233955(JP,A) 特開 平2−158042(JP,A) 特開 平2−260358(JP,A) 特開 昭63−131454(JP,A) 特開 平1−305391(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/317 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A 61-233955 (JP, A) JP-A 2-158042 (JP, A) JP-A 2-260358 (JP, A) JP-A 63- 131454 (JP, A) JP-A-1-305391 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/317

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 質量分離部の出力口とイオンビーム被照
射体との間に、異なる電位が印加された複数の開口電極
によってイオンビーム減速電界を形成するイオンビーム
光学系が配置されたイオンビーム照射装置において、 該イオンビーム光学系は、該複数の開口電極が相互に平
行であるとともに各開口電極の開口中心が該開口電極面
に垂直な同一直線上にあり、 該開口中心を結ぶ直線と該イオンビーム減速電界に入射
するイオンビームの入射軸とは平行且つ間隔を持ってい
ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
1. A plurality of aperture electrodes to which different electric potentials are applied between the output port of the mass separation section and the ion beam irradiation object.
In an ion beam irradiation apparatus in which an ion beam optical system for forming an ion beam decelerating electric field is arranged, the ion beam optical system is configured such that the plurality of aperture electrodes are mutually flat.
And the center of the aperture of each aperture electrode is the surface of the aperture electrode
There perpendicular collinear to the incident to the straight line and the ion beam retarding field connecting the opening centers
Parallel to the incident axis of the ion beam
Ion beam irradiation apparatus characterized by that.
【請求項2】 請求項1のイオンビーム照射装置であっ
て、 前記開口中心を結ぶ直線と前記イオンビームの入射軸と
の間隔が変更可能な構造となっている ことを特徴とする
イオンビーム照射装置。
2. The ion beam irradiation apparatus according to claim 1,
Te, the incident axis of the linearly with the ion beam connecting the aperture center
The ion beam irradiation device is characterized by having a structure in which the distance between can be changed .
【請求項3】 質量分離部の出力口とイオンビーム被照
射体との間に、異なる電位が印加された複数の開口電極
によってイオンビーム減速電界を形成するイオンビーム
光学系が配置されたイオンビーム照射装置において、 該イオンビーム光学系は、該複数の開口電極が相互に平
行であるとともに各開口電極の開口中心が該開口電極面
に垂直な同一直線上にあり、 該開口中心を結ぶ直線が該イオンビーム減速電界に入射
するイオンビームの入射軸に対し傾きを持っている こと
を特徴とするイオンビーム照射装置。
3. An output port of a mass separation section and ion beam irradiation
Multiple aperture electrodes with different potentials applied to the projectile
Beam that forms an ion beam deceleration electric field by
In an ion beam irradiation apparatus in which an optical system is arranged, the ion beam optical system has a plurality of aperture electrodes that are mutually flat.
And the center of the aperture of each aperture electrode is the surface of the aperture electrode
On the same straight line that is perpendicular to the line and connects the center of the aperture to the ion beam deceleration electric field.
The ion beam irradiation device is characterized by having an inclination with respect to the incident axis of the ion beam.
【請求項4】 請求項3のイオンビーム照射装置であっ
て、 前記開口中心を結ぶ直線と前記イオンビームの入射軸と
は間隔を持っていることを特徴とするイオンビーム照射
装置。
4. The ion beam irradiation apparatus according to claim 3, wherein a straight line connecting the center of the opening and an incident axis of the ion beam are included.
Is an ion beam irradiation device characterized by having intervals .
【請求項5】 請求項3又は請求項4のイオンビーム照
射装置であって、前記開口中心を結ぶ直線の前記イオン
ビームの入射軸に対する傾き、及び/又は、該開口中心
を結ぶ直線と該イオンビームの入射軸との間隔が変更可
能な構造となっていることを特徴とするイオンビーム照
射装置。
5. The ion beam irradiation apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the ions are straight lines connecting the centers of the openings.
Inclination of the beam with respect to the axis of incidence and / or the center of the aperture
The distance between the straight line connecting the lines and the incident axis of the ion beam can be changed
An ion beam irradiation device characterized by an effective structure .
【請求項6】 質量分離部の出力口とイオンビーム被照
射体との間に、異なる電位が印加された複数の開口電極
によってイオンビーム減速電界を形成するイオンビーム
光学系が配置されたイオンビーム照射装置において、 該イオンビーム光学系は、前記複数の開口電極が該イオ
ンビーム減速電界に入射 するイオンビームの入射軸を含
む平面に垂直な軸周りに放射状に配置され、該電極中の
イオンビーム入射側最前部に配置された電極は、その入
射軸に垂直な面からの傾きが、該電極中の最後方に配置
された電極の同傾きより小である ことを特徴とするイオ
ンビーム照射装置。
6. An output port of a mass separation unit and ion beam irradiation
Multiple aperture electrodes with different potentials applied to the projectile
Beam that forms an ion beam deceleration electric field by
In an ion beam irradiation apparatus in which an optical system is arranged, in the ion beam optical system, the plurality of aperture electrodes are
Containing the axis of incidence of the ion beam entering the Nbimu retarding field
Are arranged radially around an axis perpendicular to the plane
The electrode located at the front of the ion beam entrance side is
Inclination from the plane perpendicular to the injection axis is located at the rearmost position in the electrode
The ion beam irradiation device is characterized in that it has a smaller inclination than the same inclination of the formed electrode .
【請求項7】 請求項6のイオンビーム照射装置であっ
て、前記複数の開口電極が前記放射状配置の中心軸周りに回
転可能な構造となっている ことを特徴とするイオンビー
ム照射装置。
7. The ion beam irradiation apparatus according to claim 6 , wherein the plurality of aperture electrodes are rotated around a central axis of the radial arrangement.
An ion beam irradiation device with a structure that can be rotated .
【請求項8】 請求項1〜請求項7のイオンビーム照射
装置であって、前記イオンビームの入射軸の延長上、前
記イオンビーム減速電界出射側に中性粒子を捕捉するト
ラップが設けられて成ることを特徴とするイオンビーム
照射装置。
8. The ion beam irradiating device according to claim 1 , wherein the ion beam irradiation device is provided with an extension of an incident axis of the ion beam.
Note that the ion beam deceleration field traps neutral particles on the output side.
An ion beam irradiation apparatus comprising a wrap .
【請求項9】 請求項2,請求項4又は請求項5のいず
れかのイオンビーム照射装置を用い、 前記イオンビーム減速電界を形成する複数の開口電極に
印加する電圧を、減速後のイオン粒子が所定の照射エネ
ルギを有するように設定するとともに、 該イオンビーム減速電界におけるイオンビームの偏向角
度が所定値となるように該複数の開口電極の開口中心を
結ぶ直線と該イオンビームの入射軸との間隔、又は/及
び、該複数の開口電極の開口中心を結ぶ直線の該イオン
ビームの入射軸に対する傾きを調整して、前記被照射体
にイオンビーム照射を行うことを特徴とするイオンビー
ム照射方法。
9. Either of claim 2, claim 4 or claim 5.
Using any of the ion beam irradiation equipment ,
The applied voltage is adjusted so that the ion particles after deceleration have the predetermined irradiation energy.
And the deflection angle of the ion beam in the ion beam deceleration electric field.
The aperture centers of the plurality of aperture electrodes are adjusted so that the degree becomes a predetermined value.
Distance between the connecting straight line and the incident axis of the ion beam, and / or
And a straight line connecting the centers of the apertures of the plurality of aperture electrodes
By adjusting the inclination of the beam with respect to the incident axis,
Ion beam characterized by performing ion beam irradiation on the
Irradiation method.
【請求項10】 請求項7のイオンビーム照射装置を用
い、 前記イオンビーム減速電界を形成する複数の開口電極に
印加する電圧を、減速後のイオン粒子が所定の照射エネ
ルギを有するように設定するとともに、 該イオンビーム減速電界におけるイオンビームの偏向角
度が所定値となるように該複数の開口電極を前記放射状
配置の中心軸周りの回転角度を調整して、前記被照射体
にイオンビーム照射を行うことを特徴とするイオンビー
ム照射方法。
10. An ion beam irradiation apparatus according to claim 7 is used.
The plurality of aperture electrodes that form the ion beam deceleration electric field
The applied voltage is adjusted so that the ion particles after deceleration have the predetermined irradiation energy.
And the deflection angle of the ion beam in the ion beam deceleration electric field.
The plurality of aperture electrodes so that the degree becomes a predetermined value.
By adjusting the rotation angle around the central axis of the arrangement,
Ion beam characterized by performing ion beam irradiation on the
Irradiation method.
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