JP3858682B2 - Extraction electrode system of ion implanter and ion implanter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン源で生成されたイオンを引き出すための引出電極系およびイオン注入装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
シリコンウエーハに水素イオン等を注入する際に使用されるイオン注入装置では、イオンビーム発生部で発生したイオンビームをシリコンウェーハに照射してイオン注入を行う。
図1は、イオン注入装置の一例を概略的に示した構成図である。同図において、イオン注入装置1は、シリコンウェーハWに照射されるイオンビーム(IB)を発生させるイオンビーム発生部2を有している。このイオンビーム発生部2を拡大したものを図2に示す。一般にイオンビーム発生部2は、所望の元素(分子)をイオン化させるイオン源5と、このイオン源5で生成されたイオンを引き出す引出電極8,9とを有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のイオン注入装置においては、引出電極によりイオンビームが引き出される際にイオンビームが所望の方向に対して曲がってしまい、イオンビームの進行方向がずれることがあった。このため、イオンビームがウェーハに到達するまでの間にビームラインの周りに設けられた電極等にイオンビームの一部が当たり、その結果イオンビームが効率よくウェーハに打ち込まれないという不具合が生じていた。
【0004】
具体的には、図3に示すように、引出電極系7において、引出電極8,9の取付プレート13,15を電極本体12,14と同じ非磁性体であるグラファイト等で形成した場合には、引出電極8,9によりイオンビームIBが引き出される際に、イオンビームIBはソースマグネット6の磁場の影響を受けてしまう。すなわち、ソースマグネット6から出た磁力線が引出電極8,9を通るときに、イオンビームIBの通り道であるスリット12a、14a内に磁場が浸透することにより、イオンビームIBは所望の方向に対して曲げられた状態で引き出され、イオンビームIBの進行方向がずれてしまう。このような不具合は、軽元素である水素イオン(H+、H2+など)やヘリウムイオン(He+、He2+など)を打ち込む場合に特に顕著に表れる。
【0005】
このようにイオンビームIBの進行方向のずれが生じると、イオンビームIBの一部が質量分解部18のプレート20のスリットを通過せずにプレート20に当たってしまう可能性がある。この場合には、ウェーハWに到達するイオンビームIBがロスし、イオンビームIBが効率よくウェーハWに打ち込まれなくなる。
【0006】
この問題点を解決するため、引出電極8,9の取付プレート13,15を磁性体で形成すると、図4に示すように、ソースマグネット6から出た磁力線は引出電極8,9の電極本体12,14を通るとき、磁性体である取付プレート13,15側に寄り、スリット12a,14aを避けて通るようになる。つまり、イオンビームIBの通り道であるスリット12a,14a内には、磁場が浸透しなくなる。
【0007】
このようにイオンビームIBの経路においてソースマグネット6の磁場が遮蔽されるので、引出電極8,9によりイオンビームIBが引き出される際に、イオンビームIBはソースマグネット6からの磁場の影響が大幅に低減され、イオンビームIBはほぼ所望の方向に引き出される。従って、引出電極系7からのイオンビームIBの大部分は、質量分解部18のプレート20に当たらずにプレート20のスリットを通過するようになる。これにより、イオンビームIBのロスが低減され、ウェーハWに対するイオンビームIBの照射量が増大すると共に、イオンビームIBがウェーハWに効率良く打ち込まれる。その結果として、イオン注入が効率よく行えるようになる。また、イオンビームIBが電極材料や保護部材に当たりにくくなり、それに伴い、部材の長寿命化、パーティクル汚染の低減、真空ポンプの長寿命化等がもたらされると考えられた。
【0008】
ところが、引出電極8の取付プレート13を比透磁率の大きい磁性体で形成してしまうと、図5に示すように、引出電極8をイオン源5に近づけたとき、ソースマグネット6の磁場(磁力線)が、イオン源5の内部から引出電極8の取付プレート13側へ寄るようになるので、ソースマグネット6内の磁場が低減してしまう。これにより、イオン源5の内部で形成されているプラズマに対し、ソースマグネット6からの磁気エネルギーが低減してしまうので、イオン源5の内部において原料ガスのイオン化が促進されなくなり、さらに、プラズマ状態が不安定になるので、所望のビームが得られなくなってしまう。
【0009】
ここで、引出電極系7にかける加速電圧が大きい場合、イオン源5と引出電極8の間隔(以下、ソースギャップという。)を広げても、イオン源5からイオンを引き出す引出電界を十分に確保できるので、効率よくイオンを引き出し、ウェーハWに対するイオンビームIBの照射量を十分なものとすることが出来る。
しかし、引出電極系7にかける加速電圧が小さい場合、イオン源5内の磁力線が引出電極8に引き寄せられる事を防止するために、引出電極8をイオン源5に近づけることができないので、イオン源5からイオンを引き出す引出電界を十分に確保することができなくなる。
このため、イオン源5から効率よくイオンを引き出すことができなくなり、ウエーハWに対するイオンビームIBの照射量が減少してしまう。
【0010】
すなわち、イオン源内のプラズマを安定させるために、イオン源と引出電極の間隔を一定間隔以上広げて、イオンの加速電圧を下げたとき、(引出電界)=(加速電圧)/(イオン源と引出電極の間隔)の関係式に従って引出電界が低下し、イオン源から引き出されるイオンビームが小さくなってしまう。つまり、加速電圧を下げるほど、イオンビームが小さくなり、イオンビームを効率よく基板に打ち込めなくなるという問題が生じる。
【0011】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、加速電圧が小さくても効率良くイオンビームを引き出すことができ、かつ、所定の方向にイオンビームを引き出すことができるイオン注入装置の引出電極系およびイオン注入装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を重ねたところ、イオン源の周囲に配置されたソースマグネットの磁場の影響により、イオンビームが曲げられてしまうことを防止するため、前記のような磁性体製の複数の引出電極を採用したが、磁性体製の引出電極をイオン源に近づけると、イオン源内の磁場が磁性体製の引出電極の影響を受けてイオン源内の磁力が低下し、プラズマ状態が不安定になることを知見し、本発明を完成させるに至った。
【0013】
すなわち、本発明によれば、イオン注入装置のイオンビーム発生用チャンバー内に設けられ、ソースマグネットの磁場が印加されたイオン源で生成されたイオンを、前記磁場とは垂直の方向に引き出してイオンビームを発生させる2組以上の引出電極を備えた引出電極系であって、前記引出電極が、電極本体と取付プレートを有し、少なくともイオン源に最も近い位置となる引出電極の取付プレートの比透磁率が、その他の少なくとも1組の引出電極の取付プレートの比透磁率より小さいことを特徴とするイオン注入装置の引出電極系が提供される(請求項1)。
【0014】
このように、複数の引出電極から構成される引出電極系のうち、少なくともイオン源に最も近くなる引出電極の取付プレートの比透磁率を他の取付プレートよりも小さくすることで、イオン源内の元素のイオン化を促進するソースマグネットからの磁力の低減を抑えつつ、引出電極をイオン源に近づけることが出来るようになる。このため、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電界を向上させることが出来る。
【0015】
また、他の引出電極の取付プレートのうち少なくとも1つを比透磁率の大きい磁性体で形成することにより、磁力線が磁性体である取付プレート部側に寄るようになるため、イオンビームの通り道であるスリット内への磁場の浸透が低減される。このため、引出電極によりイオンビームが引き出される際にイオンビームがソースマグネットの磁場の影響をほとんど受けなくなり、イオンビームは所望の方向に引き出されるようになる。
【0016】
従って、本発明に係る引出電極系をイオン注入装置に用いれば、上記2つの効果により、引出電極系をイオン源に近づけてイオンビームを効率よく引き出せると同時に、イオンビームの進行方向のズレが低減し、イオンビームのロスを抑えてイオンビームを効率良く基板(ウエーハ)に打ち込むことが出来る。
【0017】
この場合、イオン源に最も近い位置となる引出電極の取付プレートが、非磁性体から成ることが好ましい(請求項2)。また、他の引出電極の取付プレートは、磁性体から成ることが好ましい(請求項3)。
これにより、イオンビームに対するソースマグネットの磁場の影響を更に低減し、イオンビームをより効率良くウエーハに打ち込むことができる。
【0018】
非磁性体としては、グラファイト、カーボン、またはタングステンが好適である(請求項4)。また、磁性体としては、磁性を有するステンレス鋼、または鉄の表面に耐腐食性のコーティングを施したものが好ましい(請求項5)。
これにより、イオン源内の磁力に影響を与えず、耐熱性、あるいは耐腐食性の高い引出電極とすることが出来る。
【0019】
また、電極本体と取付プレートが一体形成が可能であるときは、引出電極の電極本体と取付プレートを一体的に形成したものとすることもできる(請求項6)。
すなわち、引出電極の電極本体と取付プレートを一体的なものとすれば、引出電極の部品点数を削減したり、引出電極の小型化、軽量化が可能となる。
【0020】
さらに、イオン源に最も近い位置となる引出電極については、任意に電圧を設定できるものであり(請求項7)、また、他の引出電極とは独立に位置を設定できるものであることが好ましい(請求項8)。
この場合、イオン源に最も近い位置となる引出電極の電圧や位置を調節することで引出電界を最適状態にすることができ、イオン源から安定してイオンを引き出すことができる。
【0021】
引出電極系は、イオン源で生成された水素イオンを引き出すものであることが好ましい(請求項9)。
すなわち、本発明の引出電極系を軽元素である水素イオンを生じるイオン源に対して使用するものとすれば、水素イオンを引き出して水素イオンビームを進行方向がずれることなく効率的にウエーハに打ち込むことができる。
【0022】
さらに本発明によれば、少なくとも前記引出電極系を具備していることを特徴とするイオン注入装置が提供される(請求項10)。
このようなイオン注入装置を用いれば、イオンビームのロスを抑えて、イオンビームを効率良く基板に打ち込むことが出来る。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、引出電極系に特徴を有するものであり、典型的には、少なくともイオン源に最も近い側となる引出電極が、イオンビームを通すためのスリットを有する電極本体と、電極本体を囲むように構成されていると共にチャンバー内に固定される比透磁率の小さい取付プレートとを有し、一方、イオン源から遠い側となる引出電極が、イオンビームを通すためのスリットを有する電極本体と、電極本体を囲むように構成されていると共にチャンバー内に固定される比透磁率の大きい取付プレートとを有するものである。
【0024】
図6は、本発明に係る引出電極系の一実施形態の磁力線の経路を示したものである。
本実施形態では、引出電極8の取付プレート13を電極本体12,14と同じ非磁性体であるグラファイト製とし、引出電極9の取付プレート15を磁性体であるステンレス鋼で形成している。このような構成により、引出電界を高めてイオンの引出効率を上げるため、図6に示すように引出電極8をイオン源5に近づけても、磁力線は引出電極8に引き寄せられずにイオン源5内部に十分な磁力線を確保することができる。従って、イオン源5の内部において効率よく原料ガスをイオン化し、そのイオンをイオン源5から引き出すことが出来る。
【0025】
さらにこれと同時に、ソースマグネット6から出た磁力線は引出電極9の電極本体14を通るとき、磁性体である取付プレート15側に寄り、スリット14aを避けて通るようになるので、イオンビームIBの通り道であるスリット14a内に、磁場が浸透しなくなり、イオンビームIBの通り道を避けるようになる。このようにイオンビームIBの経路においてソースマグネット6の磁場が遮蔽されるので、引出電極9によりイオンビームIBが引き出される際に、イオンビームIBはソースマグネット6からの磁場の影響が大幅に低減され、イオンビームIBはほぼ所望の方向に引き出される。
【0026】
また、引出電極系7にかける加速電圧が低い場合でも、ソースギャップを狭めて引出電界を高めることが出来るので、イオン源5から効率よくイオンを引き出せると同時に、引出電極9においてソースマグネット6の磁場を遮蔽し、イオンビームIBの通り道であるスリット14aに浸透する磁力線を低減させることが出来るので、イオンビームIBを所望の方向に効率良く引き出し、ウェーハへ効率よくイオンを照射することが出来る。
【0027】
ここで、前記図1及び図2も参考しながら、本発明に係る引き出し電極系を具備したイオン注入装置について詳しく説明する。
図2において、イオンビーム発生部2はソースチャンバー(イオンビーム発生用チャンバ)3を有し、このソースチャンバー3内はターボ分子ポンプ4により所定の真空度に減圧されている。ソースチャンバー3内にはイオン源5が収容されている。このイオン源5は、ガス供給源(図示せず)から送り込まれたドーピングガスを放電させてプラズマ状態を作り出し、所望の元素(分子)をイオン化させる。イオン源5の周囲には、プラズマ密度を高めてイオン化を促進させるためのソースマグネット6が配置されている。
【0028】
イオン源5の前面側には、イオン源5で生成されたイオンを引き出すための引出電極系7が配置されている。この引出電極系7は、図2および図6に示すように、対向する2組の引出電極8,9を有している。ここで、引出電極8は主電極とし、引出電極9は接地電極としている。
【0029】
主電極8は、イオンビームIBを通すためのスリット12aを有する電極本体12と、この電極本体12を囲むように構成された円盤状の取付プレート13とを有している。
電極本体12および取付プレート13は、比透磁率の小さい材質であり、純度が高くかつ耐熱性を有する材質、例えばグラファイト、カーボン、タングステン等の非磁性体が好ましく使用される。なお、取付プレート13のみを比透磁率の小さい材質としても良い。
【0030】
接地電極9もまた、イオンビームIBを通すためのスリット14aを有する電極本体14と、この電極本体14を囲むように構成された円盤状の取付プレート15とを有している。
電極本体14の材質は、前記電極本体12と同じグラファイト等の非磁性体とすることができ、一方、取付プレート15は比透磁率が大きい磁性体(例えば、比透磁率が102〜105程度)で形成されている。磁性体としては、腐食性が高いものが好ましく、例えば、磁性を有するステンレス鋼や、鉄の表面に耐腐食性のコーティングを施したものを使用するのが望ましい。
また、引出電極8,9は、可動式であっても固定式であっても良いが、それぞれ独立に位置を設定できることが好ましい。
【0031】
なお、各引出電極8,9のスリット12a、14aは、同じ径としても良いし、異なる径としても良く、イオン注入条件等に応じて決定すれば良い。また、電極本体12,14の各々に、径の異なるスリットを2つ以上設け、イオンビームIBの引き出し位置を切り換えてもよい。
【0032】
このようにイオン源に最も近い側となる引出電極を比透磁率が小さい材質とし、その他の引出電極の取付プレートを比透磁率が大きい磁性体とすることで、上述したように、引出電極をイオン源に近づけても、イオン源内の磁場に及ぼす影響を少なくしつつ引出電極系によりイオンビームを引き出す際に、引出電界を高めて、効率よくイオンビームを引き出せると同時に、イオンビームがソースマグネットの磁場の影響を受けにくくなるので、イオンビームは所望の方向に引き出されるようになる。このため、イオンビームが電極材料や保護部材に当たりにくくなり、それに伴い、部材の長寿命化、パーティクル汚染の低減、真空ポンプの長寿命化等がもたらされる。
なお、比透磁率の大きい材質を使用することで、イオン源内の磁場が影響を受け、磁力が低下した場合は、必要に応じてソースマグネットの磁力を大きくとることが望ましい。
【0033】
このような構造を有する引出電極系7において、イオン源5と引出電極(主電極)8との間に所望の電圧を印加すると、イオンが引き出されると共に加速され、イオンビームIBが形成される。例えば、イオン源5に+60kV、主電極8に−5kVの電圧(接地電極9は0kV)を印加すると、60keVのエネルギーをもったイオンビームIBが引き出される。
【0034】
上記のようにイオンビーム発生部2で発生したイオンビームIBは、図1に示されているように、質量分析部17、質量分解部18を介してイオン注入部19に送られ、このイオン注入部19においてシリコンウェーハWにイオン注入が行われる。
【0035】
ここで、質量分析部17は分析マグネットを有し、磁界の強さを調整することで上記イオンビームIBから所望のイオン種のみを取り出す。質量分解部18は、イオンビームIBを通すためのスリットを持った複数のプレート20およびシャッター21を有し、質量分析部17からのイオンビームIBのうち必要とするイオンビームのみを通過させる。
これらの質量分析部17および質量分解部18は、ハウジングないしチューブにより囲まれており、その内部はターボ分子ポンプ22により所定の真空度に減圧されている。
【0036】
イオン注入部19はターゲットチャンバー23を有し、このターゲットチャンバー23内部は、クライオポンプ24により所定の真空度に減圧されている。ターゲットチャンバー23内には、イオン注入されるべきウェーハWを支持するためのウェーハ支持台25が配置されている。
ウェーハ支持台25は、回転可能かつ揺動可能に設けられた本体部26を有し、この本体部26には複数本のアーム27が放射状に設けられ、各アーム27の先端には、ウェーハWを保持するためのウェーハ保持部28が設けられている。また、ターゲットチャンバー23内にはプラズマシャワー29が設置されており、このプラズマシャワー29によって、ウェーハWにイオンビームIBが入射されたときに、ウェーハWがチャージアップするのが防止される。
【0037】
ターゲットチャンバー23にはファラデーボックス30が連結されており、このファラデーボックス30内には、イオンビームIBを受け止めるためのビームストップ31が配置されている。ビームストップ31は、イオンビームIBの照射量をビーム電流値として計測するイオン検出器(図示せず)を有している。
【0038】
以上のように構成したイオン注入装置1によりイオン注入を行う場合、質量分解部18のシャッター21を閉じた状態で、イオン源5と引出電極8,9との間に所望の電圧を印加してイオンビームIBを発生させる。そして、図示しないウェーハ搬送ロボットにより、ウェーハWをウェーハ支持台25の各ウェーハ保持部28に装着する。その後、質量分解部18のシャッター21を開き、イオンビームIBを通過させると共に、図示しないモーターを回転駆動してウェーハ支持台25を回転・揺動させる。これにより、各ウェーハWにイオンビームIBが照射されてイオン注入が行われる。
【0039】
なお、イオン源から生成されるイオンに関しては特に限定されないが、軽元素である水素イオンを生じるイオン源に対して本発明の引出電極系を適用すれば、特に水素イオンを効率よく基板に打ち込むことができる。従来の引出電極系を用いて水素イオン注入を行う場合、水素イオンビームの進行方向がずれやすかったが、本発明の引出電極系ではイオンビームが引き出される際にソースマグネットの磁場の影響をほとんど受けなくなり、水素イオンビームが所望の方向に引き出されるようになる。
【0040】
上記実施形態では、接地電極9の電極本体14はグラファイト等の非磁性体で形成したものとしたが、これを比透磁率の大きい磁性体で形成しても良い。この様に電極本体14等を磁性体で構成すれば、イオンビームに対するソースマグネット6の磁場の影響をさらに低減することもできる。
また、電極本体、取付プレートが、それぞれ同じ材質であるときは、同じ材質となるものを一体的に形成することで、引出電極の小型化、軽量化を図ることができる。
【0041】
また、磁性体としてステンレス鋼など、金属汚染を発生させる可能性のある材質を使用するときは、ターゲットとなるウェーハWの材質にあわせて、引出電極系の各部品の表面をコーティングすることができる。例えば、ウェーハWがシリコンの場合、引出電極系の表面をシリコンやSiC等でコーティングすることが出来る。これにより、ウェーハWへの金属汚染を防止することができる。
【0042】
さらに、各引出電極は、目的、配置場所等に応じて、その形状を自由に変えても良い。これにより、引出電極を軽量化して取扱いを容易にしたり、取付困難な場所や取付強度の弱い場所、例えばイオン源等に設置することも出来る。
また、比透磁率の大きい磁性体からなる取付プレートの大きさを小さくすることで、比透磁率の小さい材質を使用したときと同様にイオン源内の磁場に及ぼす影響を小さくし、効率良くイオンビームを引き出すことができる。
【0043】
上記実施形態では、2組の引出電極を備えた引出電極系について説明したが、本発明は、3組以上の引出電極系にも適用することが出来る。この場合も、イオン源に最も近い位置となる引出電極の取付プレートを比透磁率の小さな材質とし、その他の引出電極のうち、少なくとも1組の引出電極の取付プレートを比透磁率の大きな磁性体とすれば良い。例として、前記したような主電極と接地電極のほかに、引出電極(主電極)とイオン源の間にさらにもう1つの引出電極(中間電極)を設置した、つまり3組の引出電極を有する引出電極系について、図10、図11を用いて説明する。
【0044】
これらの態様では、イオン源5に最も近い位置となるように引出電極32が設置されている。この引出電極32は、イオン源5内の磁力線に影響を与えないようにするため、非磁性体であるグラファイトにより、電極本体と取付プレートが一体的に形成されている。このため、引出電極32はイオン源5に近づけてイオンを引き出すための引出電界を大きくすることが出来る。
【0045】
引出電極32は、可動式であっても、固定式であっても良いし、チャンバー内やイオン源5等に設置されていても良いが、他の引出電極とは独立に位置を設定できることが好ましい。
また、引出電極32の電圧を任意に設定できるようにすれば、その電圧を調節することで引出電界を最適状態にすることが出来る。従って、引出電界を高めるために磁性体製の引出電極をイオン源5に近づける必要が無くなる。
【0046】
この場合、引出電極8,9の取付プレート13,15に関しては、図10のように、2枚とも比透磁率の大きい磁性ステンレス鋼製とすることで、ソースマグネット6から出た磁力線を効果的に遮蔽し、イオンビームIBの通り道であるスリット12a,14aに浸透する磁力線を低減することが出来る。また、図11のように一方のみを磁性ステンレス鋼とすることもできる。
【0047】
引出電極32を、上記したように任意の電圧、あるいは、位置を独立して設定することが出来るものとすれば、加速電圧の大きさに係わらず、最も効率良くイオンを引き出せる引出電界を設定することが出来ると同時に、イオン源5に比透磁率の大きい磁性体の引出電極を近づける必要が無く、イオン源5から安定してイオンを引き出すことが出来る。さらに、引出電極8,9においてソースマグネット6の磁場を遮蔽し、イオンビームIBの通り道であるスリット14aに浸透する磁力線を低減させることが出来るので、イオンビームIBを所望の方向に導き、ウェーハWへ効率よくイオンを照射することが出来る。
【0048】
本実施例では、イオン源に最も近い引出電極を、比透磁率の小さい材質として非磁性体のグラファイト製として説明した。しかしながら、イオン源に最も近い引出電極の比透磁率が、その他の引出電極の比透磁率より小さく、イオン源内の磁場に及ぼす影響が小さければ、イオン源に最も近い引出電極を磁性体としても良い。
【0049】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例及び比較例)
[ソースギャップ依存性試験]
図1のようなイオン注入装置を用い、引出電極系7を、引出電極8,9の取付プレート13,15の材質を比透磁率の大きい磁性を有するステンレス鋼とした場合(比較例)と、引出電極8の取付プレート13を磁性ステンレス鋼より比透磁率の小さいグラファイトとし、引出電極9の取付プレート15を比透磁率の大きい磁性を有するステンレス鋼とした場合(実施例)のソースギャップとビーム電流値の関係(図8)及びソースギャップとイオン源内の磁力の関係(図7)を調べた。
【0050】
図7の●は、引出電極8,9の取付プレート13,15の材質を磁性ステンレス鋼とした場合(比較例)のグラフで、図7の○は、引出電極8の取付プレート13をグラファイトとし、引出電極9の取付プレート15を磁性ステンレス鋼とした場合(実施例)のグラフを表している。これらの磁力は、イオン源を外した状態で、イオン源の位置にガウスメーターのプローブを設置(図示せず)して計測したものである。
【0051】
ソースギャップの間隔が狭く、イオン源と引出電極8,9が近くなるほど、イオン源の磁力が低下する傾向が見られた。特に、取付プレート13,15に比透磁率の大きい磁性を有するステンレス鋼を使用した場合と比較して、取付プレート13のみを比透磁率の小さいグラファイトとした場合、全体的にイオン源内の磁力の低下が抑制される傾向が見られた。
【0052】
図8の●は、引出電極8,9の取付プレート13,15の材質を磁性ステンレス鋼とした場合(比較例)のグラフで、○は、引出電極8の取付プレート13をグラファイトとし、引出電極9の取付プレート15を磁性ステンレス鋼とした場合(実施例)のグラフを表している。これらのビーム電流値は、ビームストップ31に設けたイオン検出器(不図示)により計測して得たものである。このとき、加速電圧を80kV、イオン源5のアーク電圧を90V、アーク電流を8366mAとした。
【0053】
取付プレート13,15が共に比透磁率の大きい磁性を有するステンレス鋼の場合には、ソースギャップを30mm以下とすると、イオン源5のプラズマが不安定となり、イオンビームIBが得られていない。これは、図7に示したように、イオン源内の磁力が、比透磁率の大きい磁性体の影響を受けて低下していることが原因である。一方、イオン源5に近い取付プレート13をグラファイトとし、遠い方の取付プレート15を比透磁率の大きい磁性を有するステンレス鋼とした場合は、ソースギャップが、15mmから装置が稼働できる45mmまで、安定してイオンビームが得られている。
【0054】
[加速電圧依存性試験]
次に、前記2つの引出電極系を用いた場合の加速電圧とビーム電流値の関係を調べた。図9は、その結果を示した図である。これらのビーム電流値は、イオン検出器を用いて前記と同様に測定して得たものである。このとき、イオン源5のアーク電圧を90V、アーク電流を8366mAとした。
【0055】
取付プレート13,15が共に磁性ステンレス鋼(比較例)で、ソースギャップが32mmの場合、加速電圧が80kVのときはビーム電流値が約25mAであり、加速電圧が40kVのときはビーム電流値が約16mAであったが、ソースギャップを30mm以下にすると、イオン源内の磁力が200Gauss以下に低下し、ビーム電流が安定して得られなくなった。
【0056】
一方、取付プレート13をグラファイトとし、引出電極9の取付プレート15を磁性ステンレス鋼とした場合(実施例)には、ソースギャップをイオン源に近接させてもイオン源内の磁力は200Gauss以上が得られるため、ソースギャップを30mm以下にしても安定してビーム電流値が得られるようになった。そこで、ソースギャップを22mmにすることにより、加速電圧が80kVのときはビーム電流値が約27mA、加速電圧が40kVのときには約18mAが得られ、取付プレート13,15が磁性を有するステンレス鋼の場合と比較して10%ほどビーム電流値を向上させることができた。
【0057】
以上の結果から分かるように、イオン源に最も近い位置となる引出電極の取付プレートが比透磁率の小さい材料(グラファイトなど)から成り、他の引出電極の取付プレートが比透磁率の大きい磁性体(磁性を有するステンレス鋼など)から成る引出電極系とすることで、ソースギャップを小さくしても安定したイオンビームIBが得られ、また、加速電圧を小さくした場合でも比較的高いビーム電流値が得られ、結果的に効率よくイオン注入を行うことができる。
【0058】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0059】
例えば、本発明は、水素イオンの注入に限らず、B、P、As等のイオン注入にも適用できることは言うまでもない。
また、上記実施形態では、イオンビームIBの走査をウェーハ支持台の回転・揺動動作で行うものとしたが、本発明は、特にこれに限らず、イオンビーム自体を移動させるタイプのイオン注入装置等にも適用可能である。
【0060】
【発明の効果】
本発明によれば、2組以上の引出電極から構成されている引出電極系のうち、少なくともイオン源に最も近い位置となる引出電極の取付プレートを比透磁率が小さい材質とし、また、残りの引出電極のうち、少なくとも1組の引出電極の取付プレートを前者よりも比透磁率が大きい材質とすることで、イオン源内の磁場に及ぼす影響を最小限に留めると同時に、ソースギャップを狭めて、イオンの引出電界を大きくし、ソースマグネットの磁場の影響をほとんど受けずにイオンビームを所望の方向に引き出すことが出来る。従って、加速電圧を下げた場合でも、ソースギャップの間隔を狭めることでイオンの引出電界を大きくすることが出来る上、ソースマグネットによるイオンビームの損失が抑えられるので、基板に対するイオンビームの照射効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】イオン注入装置の一例を示す概略構成図(上面図)である。
【図2】図1に示すイオンビーム発生部の拡大図である。
【図3】引出電極の取付プレートを非磁性体とした場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図であり、(a)は上面図、(b)は取付プレート部分の正面図である。
【図4】引出電極の取付プレートを磁性体とした場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図であり、(a)は上面図、(b)は取付プレート部分の正面図である。
【図5】図4の引出電極をイオン源に近づけた場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図である。
【図6】2組の引出電極から構成された本発明に係る引出電極系を用いた場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図である。
【図7】ソースギャップとイオン源内の磁力との関係を示すグラフである。
【図8】実施例及び比較例の引出電極系を用いた場合のソースギャップとビーム電流値の関係を示す図である。
【図9】実施例及び比較例の引出電極系を用いた場合の加速電圧とビーム電流値の関係を示す図である。
【図10】3組の引出電極から構成された本発明に係る引出電極系を用いた場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図である。
【図11】3組の引出電極から構成された本発明に係る他の引出電極系を用いた場合にソースマグネットから出た磁力線の経路を示す図である。
【符号の説明】
1…イオン注入装置、 2…イオンビーム発生部、 3…ソースチャンバー(イオンビーム発生用チャンバ)、 5…イオン源、 6…ソースマグネット、 7…引出電極系、 8…引出電極(主電極)、 9…引出電極(接地電極)、 12…電極本体、 12a…スリット、 13…取付プレート、 14…電極本体、 14a…スリット、 15…取付プレート、 19…イオン注入部、 32…引出電極(中間電極)、 IB…イオンビーム、 W…ウェーハ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an extraction electrode system and an ion implantation apparatus for extracting ions generated by an ion source.
[0002]
[Prior art]
In an ion implantation apparatus used for implanting hydrogen ions or the like into a silicon wafer, ion implantation is performed by irradiating a silicon wafer with an ion beam generated by an ion beam generation unit.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of an ion implantation apparatus. In the figure, an ion implantation apparatus 1 has an
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional ion implantation apparatus, when the ion beam is extracted by the extraction electrode, the ion beam is bent with respect to a desired direction, and the traveling direction of the ion beam may be shifted. For this reason, a part of the ion beam hits an electrode or the like provided around the beam line until the ion beam reaches the wafer, and as a result, there is a problem that the ion beam is not efficiently implanted into the wafer. It was.
[0004]
Specifically, as shown in FIG. 3, in the
[0005]
When the deviation of the traveling direction of the ion beam IB occurs in this way, a part of the ion beam IB may hit the
[0006]
In order to solve this problem, when the
[0007]
Thus, since the magnetic field of the source magnet 6 is shielded in the path of the ion beam IB, when the ion beam IB is extracted by the
[0008]
However, if the
[0009]
Here, when the acceleration voltage applied to the
However, when the acceleration voltage applied to the
For this reason, ions cannot be efficiently extracted from the
[0010]
That is, in order to stabilize the plasma in the ion source, when the ion acceleration voltage is lowered by increasing the distance between the ion source and the extraction electrode by a certain distance or more, (extraction electric field) = (acceleration voltage) / (ion source and extraction) The extraction electric field is lowered according to the relational expression of (electrode spacing), and the ion beam extracted from the ion source becomes small. That is, as the acceleration voltage is lowered, the ion beam becomes smaller, which causes a problem that the ion beam cannot be efficiently implanted into the substrate.
[0011]
In view of the above problems, an object of the present invention is to extract an ion beam efficiently even if the acceleration voltage is small and to extract an ion beam in a predetermined direction and An ion implanter is provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a result of extensive studies, the inventors of the present invention have made a magnetic body as described above in order to prevent the ion beam from being bent due to the influence of the magnetic field of the source magnet disposed around the ion source. Although multiple extraction electrodes have been adopted, when the magnetic extraction electrode is brought close to the ion source, the magnetic field in the ion source is affected by the magnetic extraction electrode, and the magnetic force in the ion source is reduced, resulting in an unstable plasma state. The inventors have found that it becomes stable and have completed the present invention.
[0013]
That is, according to the present invention, provided in the ion beam generating chamber of the ion implantation apparatus, The source magnet's magnetic field was applied Ions generated by the ion source , In a direction perpendicular to the magnetic field An extraction electrode system comprising two or more extraction electrodes for extracting and generating an ion beam, the extraction electrode having an electrode body and a mounting plate, and mounting the extraction electrode at least at a position closest to the ion source An extraction electrode system of an ion implantation apparatus is provided in which the relative permeability of the plate is smaller than the relative permeability of the mounting plate of at least one other set of extraction electrodes.
[0014]
Thus, by making the relative permeability of the attachment plate of the extraction electrode closest to the ion source out of the extraction electrode system composed of a plurality of extraction electrodes smaller than other attachment plates, the elements in the ion source The extraction electrode can be brought closer to the ion source while suppressing the reduction of the magnetic force from the source magnet that promotes the ionization of the ion source. For this reason, the extraction electric field for extracting an ion beam from an ion source can be improved.
[0015]
In addition, since at least one of the other extraction electrode mounting plates is formed of a magnetic material having a large relative permeability, the magnetic lines of force approach the mounting plate portion side, which is a magnetic material. The penetration of the magnetic field into a slit is reduced. For this reason, when the ion beam is extracted by the extraction electrode, the ion beam is hardly affected by the magnetic field of the source magnet, and the ion beam is extracted in a desired direction.
[0016]
Therefore, if the extraction electrode system according to the present invention is used in an ion implantation apparatus, the ion beam can be efficiently extracted by bringing the extraction electrode system close to the ion source and at the same time, the deviation of the ion beam traveling direction is reduced. In addition, the ion beam can be efficiently injected into the substrate (wafer) while suppressing the loss of the ion beam.
[0017]
In this case, it is preferable that the extraction electrode mounting plate located closest to the ion source is made of a non-magnetic material. Moreover, it is preferable that the other extraction electrode mounting plate is made of a magnetic material.
As a result, the influence of the magnetic field of the source magnet on the ion beam can be further reduced, and the ion beam can be driven into the wafer more efficiently.
[0018]
As the nonmagnetic material, graphite, carbon, or tungsten is preferable. Moreover, as a magnetic body, the stainless steel which has magnetism, or what gave the corrosion-resistant coating to the surface of iron is preferable (Claim 5).
Thereby, it is possible to obtain an extraction electrode having high heat resistance or high corrosion resistance without affecting the magnetic force in the ion source.
[0019]
Further, when the electrode main body and the mounting plate can be integrally formed, the electrode main body and the mounting plate of the extraction electrode can be integrally formed (Claim 6).
That is, if the electrode body and the mounting plate of the extraction electrode are integrated, the number of parts of the extraction electrode can be reduced, and the extraction electrode can be reduced in size and weight.
[0020]
Further, the extraction electrode that is closest to the ion source can be arbitrarily set with a voltage (Claim 7), and it is preferable that the position can be set independently of other extraction electrodes. (Claim 8).
In this case, the extraction electric field can be optimized by adjusting the voltage and position of the extraction electrode that is closest to the ion source, and ions can be stably extracted from the ion source.
[0021]
The extraction electrode system preferably extracts hydrogen ions generated by the ion source (claim 9).
That is, if the extraction electrode system of the present invention is used for an ion source that generates hydrogen ions, which are light elements, the hydrogen ions are extracted and the hydrogen ion beam is efficiently injected into the wafer without shifting the traveling direction. be able to.
[0022]
Furthermore, according to the present invention, there is provided an ion implantation apparatus comprising at least the extraction electrode system (claim 10).
If such an ion implantation apparatus is used, the loss of the ion beam can be suppressed and the ion beam can be efficiently implanted into the substrate.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
The present invention is characterized by an extraction electrode system. Typically, at least an extraction electrode closest to the ion source surrounds an electrode body having a slit for passing an ion beam, and the electrode body. And an electrode body having a small relative permeability fixed in the chamber and an extraction electrode on the side far from the ion source having a slit for passing an ion beam; And an attachment plate having a large relative permeability that is configured to surround the electrode body and is fixed in the chamber.
[0024]
FIG. 6 shows a path of magnetic lines of force in one embodiment of the extraction electrode system according to the present invention.
In this embodiment, the mounting
[0025]
At the same time, the magnetic lines of force from the source magnet 6 pass through the
[0026]
Further, even when the acceleration voltage applied to the
[0027]
Here, the ion implantation apparatus having the extraction electrode system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 2, the
[0028]
On the front side of the
[0029]
The
The
[0030]
The
The material of the
The
[0031]
The
[0032]
As described above, the extraction electrode on the side closest to the ion source is made of a material having a low relative magnetic permeability, and the mounting plate for the other extraction electrode is made of a magnetic material having a high relative magnetic permeability. When the ion beam is extracted by the extraction electrode system while reducing the influence on the magnetic field in the ion source even if it is close to the ion source, the extraction electric field can be raised and the ion beam can be extracted efficiently. Since it becomes difficult to be influenced by the magnetic field, the ion beam is drawn out in a desired direction. For this reason, it becomes difficult for the ion beam to hit the electrode material or the protective member, and accordingly, the life of the member is extended, the particle contamination is reduced, the life of the vacuum pump is extended, and the like.
In addition, it is desirable to increase the magnetic force of the source magnet as necessary when the magnetic field in the ion source is affected and the magnetic force is reduced by using a material having a high relative magnetic permeability.
[0033]
In the
[0034]
As described above, the ion beam IB generated by the
[0035]
Here, the
The
[0036]
The
The
[0037]
A
[0038]
When ion implantation is performed by the ion implantation apparatus 1 configured as described above, a desired voltage is applied between the
[0039]
In addition, although it does not specifically limit regarding the ion produced | generated from an ion source, If the extraction electrode system of this invention is applied with respect to the ion source which produces | generates the hydrogen ion which is a light element, especially a hydrogen ion will be efficiently injected into a board | substrate. Can do. When performing hydrogen ion implantation using a conventional extraction electrode system, the traveling direction of the hydrogen ion beam was easily shifted. However, in the extraction electrode system of the present invention, when the ion beam is extracted, it is almost affected by the magnetic field of the source magnet. The hydrogen ion beam is extracted in a desired direction.
[0040]
In the above embodiment, the
In addition, when the electrode body and the mounting plate are made of the same material, the same material can be integrally formed to reduce the size and weight of the extraction electrode.
[0041]
In addition, when using a material that may cause metal contamination, such as stainless steel, as the magnetic material, the surface of each part of the extraction electrode system can be coated in accordance with the material of the target wafer W. . For example, when the wafer W is silicon, the surface of the extraction electrode system can be coated with silicon, SiC, or the like. Thereby, metal contamination to the wafer W can be prevented.
[0042]
Furthermore, the shape of each extraction electrode may be freely changed according to the purpose, the arrangement location, and the like. This makes it possible to reduce the weight of the extraction electrode for easy handling, or to install the extraction electrode in a place where it is difficult to attach or a place where the attachment strength is weak, such as an ion source.
In addition, by reducing the size of the mounting plate made of a magnetic material having a high relative permeability, the effect on the magnetic field in the ion source is reduced in the same manner as when a material with a low relative permeability is used. Can be pulled out.
[0043]
In the above embodiment, the extraction electrode system including two sets of extraction electrodes has been described. However, the present invention can also be applied to three or more sets of extraction electrode systems. Also in this case, the extraction electrode mounting plate closest to the ion source is made of a material having a small relative permeability, and among the other extraction electrodes, at least one set of the extraction electrode mounting plate is a magnetic body having a large relative permeability. What should I do? As an example, in addition to the main electrode and the ground electrode as described above, another extraction electrode (intermediate electrode) is installed between the extraction electrode (main electrode) and the ion source, that is, three sets of extraction electrodes are provided. The extraction electrode system will be described with reference to FIGS.
[0044]
In these embodiments, the extraction electrode 32 is installed so as to be closest to the
[0045]
The extraction electrode 32 may be movable or fixed, and may be installed in the chamber, the
If the voltage of the extraction electrode 32 can be set arbitrarily, the extraction electric field can be brought into an optimum state by adjusting the voltage. Therefore, it is not necessary to bring the magnetic extraction electrode close to the
[0046]
In this case, with respect to the mounting
[0047]
If the extraction electrode 32 can be set to any voltage or position independently as described above, an extraction electric field that can extract ions most efficiently is set regardless of the magnitude of the acceleration voltage. At the same time, it is not necessary to bring a magnetic extraction electrode having a high relative permeability close to the
[0048]
In the present embodiment, the extraction electrode closest to the ion source is described as being made of nonmagnetic graphite as a material having a small relative magnetic permeability. However, if the relative permeability of the extraction electrode closest to the ion source is smaller than the relative permeability of other extraction electrodes and the influence on the magnetic field in the ion source is small, the extraction electrode closest to the ion source may be a magnetic body. .
[0049]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Examples and Comparative Examples)
[Source gap dependency test]
Using the ion implantation apparatus as shown in FIG. 1, when the
[0050]
7 is a graph when the material of the mounting
[0051]
As the distance between the source gaps was narrow and the ion source and the
[0052]
8 is a graph when the material of the mounting
[0053]
In the case where both the mounting
[0054]
[Acceleration voltage dependence test]
Next, the relationship between the acceleration voltage and the beam current value when the two extraction electrode systems were used was examined. FIG. 9 is a diagram showing the results. These beam current values were obtained by measuring in the same manner as described above using an ion detector. At this time, the arc voltage of the
[0055]
When the mounting
[0056]
On the other hand, when the mounting
[0057]
As can be seen from the above results, the extraction electrode mounting plate closest to the ion source is made of a material having a low relative permeability (such as graphite), and the other extraction electrode mounting plate is a magnetic material having a high relative permeability. By using an extraction electrode system made of (such as stainless steel having magnetism), a stable ion beam IB can be obtained even if the source gap is reduced, and a relatively high beam current value can be obtained even when the acceleration voltage is reduced. As a result, ion implantation can be performed efficiently.
[0058]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0059]
For example, the present invention is not limited to hydrogen ion implantation, but can be applied to ion implantation of B, P, As, and the like.
In the above-described embodiment, the scanning of the ion beam IB is performed by the rotation / oscillation operation of the wafer support. However, the present invention is not limited to this, and an ion implantation apparatus of a type that moves the ion beam itself. The present invention can also be applied.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, among the extraction electrode system composed of two or more extraction electrodes, the extraction electrode mounting plate that is at least closest to the ion source is made of a material having a low relative permeability, and the remaining Of the extraction electrodes, at least one set of extraction electrode mounting plates is made of a material having a relative permeability larger than that of the former, thereby minimizing the influence on the magnetic field in the ion source and at the same time narrowing the source gap, The ion extraction electric field can be increased, and the ion beam can be extracted in a desired direction with almost no influence of the magnetic field of the source magnet. Therefore, even if the acceleration voltage is lowered, the ion extraction electric field can be increased by narrowing the gap of the source gap, and the loss of the ion beam by the source magnet can be suppressed. improves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (top view) showing an example of an ion implantation apparatus.
FIG. 2 is an enlarged view of the ion beam generator shown in FIG.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a path of magnetic lines of force emitted from a source magnet when the extraction electrode mounting plate is made of a non-magnetic material, FIG. 3A is a top view, and FIG. 3B is a front view of a mounting plate portion; .
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing paths of magnetic lines of force emitted from a source magnet when the extraction electrode mounting plate is made of a magnetic material, FIG. 4A is a top view, and FIG. 4B is a front view of the mounting plate portion;
5 is a diagram showing a path of magnetic lines of force emitted from a source magnet when the extraction electrode of FIG. 4 is brought close to an ion source.
FIG. 6 is a diagram showing a path of lines of magnetic force emitted from a source magnet when an extraction electrode system according to the present invention configured from two sets of extraction electrodes is used.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the source gap and the magnetic force in the ion source.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a source gap and a beam current value when the extraction electrode systems of Examples and Comparative Examples are used.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the acceleration voltage and the beam current value when the extraction electrode systems of Examples and Comparative Examples are used.
FIG. 10 is a diagram showing a path of lines of magnetic force emitted from a source magnet when the extraction electrode system according to the present invention configured from three sets of extraction electrodes is used.
FIG. 11 is a diagram showing a path of lines of magnetic force emitted from a source magnet when another extraction electrode system according to the present invention configured from three sets of extraction electrodes is used.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion implantation apparatus, 2 ... Ion beam generation part, 3 ... Source chamber (chamber for ion beam generation), 5 ... Ion source, 6 ... Source magnet, 7 ... Extraction electrode system, 8 ... Extraction electrode (main electrode), DESCRIPTION OF
Claims (10)
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