JP4009013B2

JP4009013B2 - Ion current detection device and ion implantation device

Info

Publication number: JP4009013B2
Application number: JP17081298A
Authority: JP
Inventors: 芳郎大塚; 正道松浦; 勇蔵桜田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP2000011931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入装置の技術分野にかかり、特に、処理対象物に注入されるイオンの電荷質量比を測定できるイオン電流検出装置、及びそのイオン電流検出装置を有するイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置は、半導体表面や金属表面等に所望の不純物を注入するために広く用いられている。
【０００３】
イオン注入装置は半導体の不純物注入に用いられるものの他、金属等の表面改質に用いられている。図６の符号１１０は、イオン注入装置に用いられる従来技術のイオン電流検出装置である。このイオン伝検出装置１１０は、容器１１１を有しており、該容器１１１内にはファラディカップ１１３が配置され、該ファラディカップ１１３の上方には、蓋部１１２が設けられている。
【０００４】
図６は、このイオン電流検出装置１１０が、処理対象物に入射する直前のイオンビーム１３１の経路上に挿入された状態を示しており、その状態では、蓋部１１２にイオンビーム１３１が照射されるようになっている。
【０００５】
蓋部１１２には、スリット１１４が開けられており、蓋部１１２に入射したイオンビーム１３１の一部はスリット１１４から容器１１１内に侵入し、ファラデーカップ１１３内に入射する。
【０００６】
ファラディカップ１１３は、図示しない電流計に接続されており、入射したイオン量を電流値に変換して測定できるようになっている。
【０００７】
上記のようなイオン電流検出装置１１０では、測定した電流値とスリット１１４の開口面積から、ファラディカップ１１３に入射したイオンビーム１３２の密度を求めることができる。また、イオン電流検出装置１１０をイオンビーム１３１の照射方向と垂直な面内で走査すると、イオンビーム１３１の密度分布を求め、処理対象物に照射されるイオンビームの量を測定できるようになっている。
【０００８】
しかし、半導体に用いられるイオン注入装置では、イオン源から引き出したイオンビームを質量分離機構に入射させ、所望のイオンだけを取り出して処理対象物に照射しているが、金属等の表面改質に用いられるイオン注入装置では、質量分離機構を持たず、大照射面積、大電流が特徴のシャワー型イオン注入装置が用いられている。
【０００９】
質量分離機構を有するイオン注入装置の場合、処理対象物には、単一の電荷質量比を有するイオンだけが入射するが、シャワー型イオン注入装置では、一般に質量分離機構が設けられていないため、種々の電荷質量比のイオンが入射してしまう。
【００１０】
従って、シャワー型イオン注入装置では、上記イオン電流検出装置１１０による電流値は、電荷質量比の値が異なるイオン種が含まれていることになる。
【００１１】
質量分離機構を有するイオン注入装置の場合、処理対象物には単一の電荷質量比を有するイオン種だけが入射するため、イオン電流検出装置から測定したイオンビーム量と加速電圧とから、数値計算によって深さ方向の分布を求められるが、近年では、シャワー型イオン注入装置でも、イオンの深さ方向の分布を算出したいという要望がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記要望に応じて創作されたものであり、その目的は、イオンビーム中に含まれるイオン種の割合を測定できる技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、主スリットと主ファラディカップとを有し、前記主スリットから入射したイオンビームが前記主ファラディカップに照射されるように構成されたイオン電流検出装置であって、副スリットと偏向器と副ファラディカップとを有し、前記副スリットから入射したイオンビームは前記偏向器を通過し、質量分析された後、前記副ファラディカップに入射するように構成され、前記主ファラディカップは、異なる磁極を向けて対向配置された２個の磁石の間に配置され、前記偏向器は、前記主ファラディカップが配置された２枚の磁石によって構成されたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のイオン電流検出装置であって、前記副ファラディカップは、異なる磁極を向けて対向配置された２個の磁石の間に配置されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン電流検出装置であって、前記各磁石は平板状に形成され、互いに平行に配置されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、イオン源と、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のイオン電流検出装置とを有し、前記イオン電流検出装置は、前記イオン源から引き出されたイオンビームの進行方向と略垂直方向に移動できるように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は上記のように構成されており、主スリットと主ファラディカップとを有し、主スリットから入射したイオンビームが前記主ファラディカップに照射されるように構成されたイオン電流検出装置である。
【００１５】
そして、このイオン電流検出装置は、副スリットと偏向器と副ファラディカップとを有しており、副スリットから入射したイオンビームは偏向器を通過し、質量分析された後、
副ファラディカップに入射するように構成されている。
【００１６】
従って、偏向器内で質量分析される際に、所望のイオン種だけが副ファラデーカップに入射できるようにしておくと、そのイオン種のイオン電流だけを測定することができる。
主ファラディカップでは、全イオン種のイオン電流が測定できるので、主及び副ファラディカップの測定結果から、イオン種の割合を求めることができる。
【００１７】
異なる磁極を向けて対向配置させた２個の磁石によって電子トラップを構成させておき、副ファラディカップをその中に配置しておくと、副ファラディカップでイオン電流測定を測定する際に、２次電子放出による誤差を無くすことができる。
【００１８】
また、主ファラディカップについても、異なる磁極を向けて対向配置させた２個の磁石で電子トラップを形成し、主ファラディカップをその中に配置しておくと、２次電子放出による測定誤差を無くすことができる。
この場合、偏向器の磁石に、主ファラディカップの電子トラップの機能を兼用させることができる。
【００１９】
磁石は、永久磁石であっても電磁石であってもよいが、平板状のものを平行に対向配置させておくと平行磁場を形成できるので、質量分析を正確に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一例を図面を用いて説明する。
図２の符号５は本発明のイオン注入装置の一例であり、チャンバー２１を有している。
該チャンバー２１には、イオン走行管２６を介してシャワー型イオン源２５が接続されている。
【００２１】
チャンバー２１内のイオン走行管２６の接続部分付近には、シャッター２７が配置されており、その後方には、基板ホルダ２２が配置されている。
イオン源２５内には、図示しないイオン発生装置と、引き出し電極と、加速電極とが設けられており、イオン発生装置内に導入された気体をイオン化し、引き出し電極によって引き出し、イオンビームを形成するように構成されている。
【００２２】
イオン発生装置内から引き出されたイオンビームは、加速電極が形成する電界によって加速され、チャンバー２１内に向けて射出される。
チャンバー２１内に進入したイオンビームは所定の軌道上を直線的に走行する。その軌道上には、シャッター２７と基板ホルダ２２が配置されており、シャッター２７を閉じ、イオンビームを遮蔽したり、シャッター２７を開け、イオンビームを基板ホルダ２２側に照射させることができるように構成されている。
【００２３】
また、このイオン注入装置５内には回転装置２８に取り付けられたイオン電流検出装置１０が設けられており、回転装置２８を動作させると、イオン電流検出装置１０は、シャッター２７と基板ホルダ２２の間の位置で、イオンビームの軌道上を横断できるように構成されている。
【００２４】
このイオン注入装置５を用い、イオン注入を行う場合は、シャッター２７を閉じた状態で基板ホルダ２２に基板２３を保持させ、チャンバー２１内を真空排気し、高真空雰囲気にした後、イオン源２５からイオンビームを射出させる。
この状態では、イオンビームはシャッター２７に照射され、基板２３には照射されない。
【００２５】
次いで、イオンビームの出力が安定したところでシャッター２７を開け、イオンビームを通過させ、基板２３表面に入射させ、イオン注入を行う。
基板２３表面にイオンビームを所定時間照射した後、シャッター２７を閉じ、次いで、
イオンビームの射出を停止した後、イオン注入が終了した基板２３をチャンバー２１外に搬出する。
【００２６】
他方、基板２２に照射されるイオンビームの量を測定する場合には、イオン電流検出装置１０をイオンビームの軌道上に位置させ、シャッター２７を開け、イオンビームをイオン電流検出装置１０に入射させる。
【００２７】
図１(ａ)の符号３１は、イオン源２５から射出され、イオン電流検出装置１０に入射しているイオンビームを示している。
【００２８】
このイオン電流検出装置１０は、容器１１を有しており、該容器１１の開口部には蓋部１２が配置されている。イオン電流検出装置１０の姿勢は、イオンビーム３１がこの蓋部１２に垂直に入射するように設定されている。
【００２９】
蓋部１２には、主スリット１４と副スリット１５とが設けられており(面積１ｃｍ²)、図１(ａ)は、蓋部１２に照射されたイオンビーム３１のうち、一部のイオンビーム３２が主スリット１４から容器１１内に入射し、他の一部のイオンビーム３３が副スリット１５から容器１１内に入射している状態を示している。
【００３０】
容器１１内には、主検出部４０と副検出部５０とが配置されている。主検出部４０は蓋部１２近傍に配置され、副検出部５０は、主検出部４０の後方位置(イオンビーム３１の下流側)に配置されている。
【００３１】
主検出部４０内には、主ファラディカップ４３と偏向器４２とが配置されている。偏向器４２は、２枚の平板状の永久磁石４２₁、４２₂が互いに異なる磁極を向けて平行に対向配置されて構成されている。
【００３２】
図１(ａ)では、２枚の永久磁石４２₁、４２₂は重なって見えるが、一方の永久磁石４２₁は紙面手前方向に配置されており、他方の永久磁石４２₂は紙面奥方向に配置されている。従って、この主検出部４０を紙面左方から見た場合のＢ−Ｂ線截断面図は、図１(ｂ)に示すように、主ファラディカップ４３の右方に一方の永久磁石４２₁が配置され、左方に他方の永久磁石４２₂が配置されており、右方の永久磁石４２₁のＳ極と、左方の永久磁石４２₂のＮ極とが対向して配置され、従って、その間には平行磁場が形成されている。
【００３３】
主スリット１４及び副スリット１５から入射したイオンビーム３２、３３は、２枚の永久磁石４２₁、４２₂の間に入射するようになっている。
【００３４】
主ファラディカップ４３は有底円筒形形状にされており、永久磁石４２₁、４２₂間の主スリット１４の直下位置に配置されている。
その開口部は、主スリット１４に向けられており、従って、主スリット１４から入射したイオンビーム３２は、主ファラディカップ４３内に入射するようになっている。
【００３５】
他方、副スリット１５から入射したイオンビーム３３は、主ファラディカップ４３の側方位置を通過し、主検出部４０を透過して後方に照射されるように構成されている。
【００３６】
副スリット１５から入射した直後のイオンビーム３２の軌道は、永久磁石４２₁、４２₂が形成する磁場と垂直になっているが、主検出部４０を透過する際にその軌道が曲げられる。
【００３７】
イオン源２５内での加速電圧をＶ(単位Ｖ)、永久磁石４２₁、４２₂の磁束密度をＢ(単位Ｔ)とした場合、イオンビーム３２中に含まれるイオンの価数Ｚ(−)、分子量Ｍ(単位a.m.u)のイオンの回転半径をＲ(単位ｍ)は下記(１)式で表される。
【００３８】
【数１】

【００３９】
上式から分かるように、イオンビーム３２中に含まれるイオン種は、平行磁場内ではその電荷質量比Ｚ／Ｍの値に応じた回転半径Ｒを有する。回転半径Ｒは、電荷質量比Ｚ／Ｍの値が小さいと大きくなり、電荷質量比Ｚ／Ｍの値が大きいと小さくなる。
【００４０】
従って、イオンビーム３２に中に含まれる異なる電荷質量比Ｚ／Ｍのイオン種は、主検出部４０内を通過する間に分離され、その結果、イオン種の質量分析が行われる。図１(ａ)の符号３６は、副スリット１５から入射した直後のイオンビーム３２の進行方向を示しており、符号３３₁、３３₂は、電荷質量比Ｚ／Ｍの値に応じて曲げられた２種類のイオン種の軌道を示している。
【００４１】
例えば、イオン源２５内で窒素ガスがイオン化されている場合には、イオンビーム３１中には、Ｎ⁺イオンとＮ₂ ⁺イオンが含まれる。Ｎ⁺イオンは電荷質量比が大きいため、回転半径Ｒが小さい方の軌道３３₁上を走行する。Ｎ₂ ⁺イオンは電荷質量比が大きく、回転半径Ｒが大きい方の軌道３３₂上を走行する。
【００４２】
上記(１)式から分かるように、回転半径Ｒは加速電圧Ｖの関数になっており、従って、加速電圧Ｖを調節することで、電荷質量比Ｚ／Ｍに対する回転半径Ｒの大きさを変えることができる。
【００４３】
副検出部５０は、有底円筒形形状の副ファラディカップ５３を有しており、該副ファラディカップ５３は、開口部を蓋部１２側に向けて配置されている。
【００４４】
ここで、副ファラディカップ５３は、イオン電流検出装置１０内で固定されており、その位置は、所定の加速電圧Ｖに対し、副スリット１５から入射したイオンビーム３３中のＮ₂ ⁺イオンの軌道３３₂上に配置されている。また、副ファラディカップ５３の位置は、
Ｎ⁺イオンの軌道３３₁からは離れている。
【００４５】
従って、主検出部４０内で質量分析されたＮ₂ ⁺イオンは、副ファラディカップ５３内に入射するのに対し、Ｎ⁺イオンは副検出部５０から逸れ、容器１１の壁面に入射する。このように、副スリット１５から入射したイオンビーム３３は、その中のＮ₂ ⁺イオンによる電流値だけが副ファラディカップ５３で検出される。
【００４６】
他方、主スリット１４から主検出部４０内に入射したイオンビーム３２は、主ファラディカップ４３の両側に配置された永久磁石４２₁、４２₂の影響を受け、軌道が曲げられるものの、全量が主ファラディカップ４３に入射し、Ｎ⁺イオンとＮ₂ ⁺イオンを合計した電流値が測定される。
【００４７】
このイオン電流検出装置１０は、イオンビーム３１が蓋部１２表面に垂直に入射するように配置されており、その状態で、イオンビーム３１の進行方向と略垂直方向(イオンビーム３１の径方向)に移動させられるようになっている。
【００４８】
主及び副ファラディカップ４３、５３は、配線１９によって図示しない電流計に接続されており、イオン電流値を測定しながらイオン電流検出装置１０をイオンビーム３２の径方向に移動させると、主検出部４０によるイオン電流の測定値(及び主スリット１４の面積)から、イオンビーム３１の全イオン量及びその径方向の分布が測定できるようになっている。
【００４９】
上記のようにイオンビーム３２、３３が主又は副ファラディカップ４３、５３に入射すると、ファラディカップ４３、５３壁面から２次電子が放出されてしまう。その２次電子は、イオン電流を測定する際の誤差原因となるが、副検出部５０内では、副ファラディカップ５３は電子トラップ５２内に配置されている。
【００５０】
この電子トラップ５２は、平板状の２枚の永久磁石５２₁、５２₂を有している。電子トラップ５２の図１(ａ)のＣ−Ｃ線切断面図を同図(ｃ)に示す。２枚の永久磁石５２₁、５２₂は、偏向器４２内の磁石４２₁、４２₂と同様に、異なる磁極を向けて互いに平行に対向配置されている。
【００５１】
従って、副検出部５０内では、有底円筒状の副ファラディカップ５３の中心軸線に対し、垂直方向の平行磁場が形成されており、副ファラディカップ５３から放出された２次電子は、電子トラップ５２が形成する磁場に捕捉され、副ファラディカップ５３に再入射する。このように、副検出部５０内で発生した２次電子は系外に脱出できず、高精度のイオン電流測定を行うことができる。
【００５２】
また、主検出部４０内でも、主ファラディカップ４３は２枚の永久磁石４２₁、４２₂で構成された偏向器４２内に配置されており、その２枚の永久磁石４２₁、４２₂はイオントラップとしても機能するから、主ファラディカップ４３内で発生した２次電子も主検出部４０の系外には放出されず、高精度のイオン電流測定ができるようになっている。
【００５３】
以上は副検出部５０にＮ₂ ⁺イオンが入射する場合を説明したが、イオン源２５内の加速電圧Ｖ(Ｖ)を変えることにより、イオンの回転半径Ｒを変え、副検出部５０によってＮ⁺イオン等の種々の電荷質量比を有するイオン種を測定することができる。
【００５４】
図３は、イオン電流検出装置１０を、イオンビーム３２のほぼ中心付近に静止させ、加速電圧(ｋＶ)を変化させた場合に、副検出部５０で検出されるイオン電流の大きさを示したグラフである。
【００５５】
このグラフでは、加速電圧が約２５ｋＶのところと約５０ｋＶのところにピークが観察されるが、加速電圧が約２５ｋＶのときには、副検出部５０に窒素分子イオンが入射し、約５０ｋＶのときには窒素原子イオンが入射している。従って、このグラフのピークの比からイオンビーム３２中の分子イオンと原子イオンの比を求めることができる。
【００５６】
図４は、イオン電流検出装置１０をイオンビーム３２の径方向に移動させ、主検出部４０によってイオン電流密度を測定した場合のグラフである(移動量はイオンビーム３２の半径)。このグラフから、イオンビーム３２の均一性が分かる。
【００５７】
図５は、図３のグラフから求められる割合で窒素原子イオン(Ｎ⁺)と窒素分子イオン(Ｎ₂ ⁺)が含まれるイオンビームをシリコンウェハに照射したときに得られる深さ方向の分布の数値計算(シミュレーション)結果である。
【００５８】
この図５のグラフは、加速電圧が５０ｋＶの場合であり、窒素原子イオン(Ｎ⁺)についてはその加速電圧で計算し、窒素分子イオン(Ｎ₂ ⁺)については、２５ｋＶで加速された窒素原子イオン２個分に換算して計算し、両方のイオンの分布を図３のグラフで求めた割合で重みづけし、足し合わせて示してある。
【００５９】
以上説明したように、本発明のイオン電流検出装置１０を用いれば、イオンビーム中の原子イオンと分子イオンの比が分かるので、基板に注入した場合の深さ方向の分布を求めることが可能となっている。
また、イオンビームの径方向を走査できるので、イオンビームの均一性も知ることができる。
【００６０】
なお、上記図３のグラフでは、加速電圧を変えることでイオンの回転半径Ｒを変え、それによって副検出部５０で検出するイオン種を変えていたが、偏向器４０内の永久磁石４２₁、４２₂を移動可能に構成しておき、永久磁石４２₁、４２₂間の距離を変えることで、イオンの回転半径Ｒを変えるようにしてもよい。
【００６１】
また、上記偏向器(電子トラップ)４０と電子トラップ５０は、永久磁石４２₁、４２₂、５２₁、５２₂を用いて平行磁場を形成したが、永久磁石ではなく、電磁石を用いることも可能であり、偏向器４０内の電磁石への通電量を変え、磁場強度を調節することで、イオンの回転半径Ｒを変えることもできる。
【００６２】
更にまた、電子トラップ兼用の偏向器４０内では、電子トラップ用の磁石と偏向器用の磁石とを別々に設けてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、イオンビーム中のイオン種に対応付けてイオン電流を測定することができる。従って、イオンビームに含まれるイオン種の割合を求めることができる。
その結果、イオン注入深さを正確に計算できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)：本発明のイオン電流検出装置の一例
(ｂ)：主検出部のＢ−Ｂ線切断面図
(ｃ)：副検出部のＣ−Ｃ線切断面図
【図２】本発明のイオン注入装置の一例
【図３】イオンビーム中のイオン種の割合を示すグラフ
【図４】イオンビームの均一性を示すグラフ
【図５】注入量の深さ方向の計算結果を説明するためのグラフ
【図６】従来技術のイオン電流検出装置
【符号の説明】
５……イオン注入装置１０……イオン電流検出装置１４……主スリット１５……副スリット２１……真空槽２３……基板２５……イオン源３１……イオンビーム３２……主スリットから入射したイオンビーム３３……副スリットから入射したイオンビーム４０……主検出部４２……電子トラップ兼用の偏向器(４２₁、４２₂……磁石) ４３……主ファラディカップ５０……副検出部５２……電子トラップ(５２₁、５２₂……磁石) ５３……副ファラディカップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the technical field of an ion implantation apparatus, and more particularly to an ion current detection apparatus capable of measuring a charge-mass ratio of ions implanted into a processing object, and an ion implantation apparatus having the ion current detection apparatus.
[0002]
[Prior art]
An ion implantation apparatus is widely used for implanting desired impurities into a semiconductor surface, a metal surface, or the like.
[0003]
In addition to those used for impurity implantation of semiconductors, ion implantation apparatuses are used for surface modification of metals and the like. Reference numeral 110 in FIG. 6 is a conventional ion current detector used in an ion implantation apparatus. The ion transmission detection device 110 includes a container 111, a Faraday cup 113 is disposed in the container 111, and a lid 112 is provided above the Faraday cup 113.
[0004]
FIG. 6 shows a state in which the ion current detection device 110 is inserted on the path of the ion beam 131 immediately before entering the object to be processed. In this state, the lid 112 is irradiated with the ion beam 131. It has become so.
[0005]
A slit 114 is formed in the lid 112, and a part of the ion beam 131 incident on the lid 112 enters the container 111 through the slit 114 and enters the Faraday cup 113.
[0006]
The Faraday cup 113 is connected to an ammeter (not shown) so that the amount of incident ions can be converted into a current value and measured.
[0007]
In the ion current detection device 110 as described above, the density of the ion beam 132 incident on the Faraday cup 113 can be obtained from the measured current value and the opening area of the slit 114. Further, when the ion current detection device 110 is scanned in a plane perpendicular to the irradiation direction of the ion beam 131, the density distribution of the ion beam 131 can be obtained and the amount of the ion beam irradiated to the object to be processed can be measured. Yes.
[0008]
However, in an ion implantation apparatus used for semiconductors, an ion beam extracted from an ion source is incident on a mass separation mechanism, and only desired ions are extracted and irradiated on a processing target. In the ion implantation apparatus used, a shower type ion implantation apparatus characterized by a large irradiation area and a large current is used without having a mass separation mechanism.
[0009]
In the case of an ion implantation apparatus having a mass separation mechanism, only ions having a single charge-mass ratio are incident on the object to be processed, but in a shower type ion implantation apparatus, a mass separation mechanism is generally not provided. Ions having various charge mass ratios are incident.
[0010]
Therefore, in the shower type ion implantation apparatus, the current value by the ion current detection apparatus 110 includes ion species having different charge mass ratio values.
[0011]
In the case of an ion implantation apparatus having a mass separation mechanism, only an ion species having a single charge-mass ratio is incident on an object to be processed. Therefore, numerical calculation is performed based on an ion beam amount and an acceleration voltage measured from an ion current detection apparatus. However, in recent years, there is a demand for calculating the distribution of ions in the depth direction even in a shower type ion implantation apparatus.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created in response to the above-described demand, and an object of the present invention is to provide a technique capable of measuring the proportion of ion species contained in an ion beam.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is an ion having a main slit and a main Faraday cup, and configured to irradiate the main Faraday cup with an ion beam incident from the main slit. A current detection device having a sub slit, a deflector, and a sub Faraday cup, and an ion beam incident from the sub slit passes through the deflector and is subjected to mass analysis and then enters the sub Faraday cup. The main Faraday cup is arranged between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other, and the deflector is constituted by two magnets on which the main Faraday cup is arranged. It is characterized by that.
A second aspect of the present invention is the ion current detection device according to the first aspect, wherein the sub-Faraday cup is disposed between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other. To do.
A third aspect of the present invention is the ion current detecting device according to the first or second aspect , wherein the magnets are formed in a flat plate shape and are arranged in parallel to each other. To do.
The invention according to claim 4 has an ion source and the ion current detection device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the ion current detection device is an ion extracted from the ion source. It is configured to be movable in a direction substantially perpendicular to the beam traveling direction.
[0014]
The present invention is an ion current detection device configured as described above, having a main slit and a main Faraday cup, and configured to irradiate the main Faraday cup with an ion beam incident from the main slit. .
[0015]
And this ion current detection device has a sub slit, a deflector, and a sub Faraday cup, and the ion beam incident from the sub slit passes through the deflector and is subjected to mass analysis.
It is comprised so that it may inject into a sub Faraday cup.
[0016]
Therefore, when mass analysis is performed in the deflector, if only the desired ion species can enter the sub-Faraday cup, only the ion current of the ion species can be measured.
Since the main Faraday cup can measure the ion currents of all the ion species, the ratio of the ion species can be obtained from the measurement results of the main and sub Faraday cups.
[0017]
When an electron trap is composed of two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other and a secondary Faraday cup is placed therein, the secondary current is measured when measuring the ion current with the secondary Faraday cup. Errors due to electron emission can be eliminated.
[0018]
In addition, with respect to the main Faraday cup, if an electron trap is formed by two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other, and the main Faraday cup is placed therein, measurement errors due to secondary electron emission are eliminated. be able to.
In this case, the magnet of the deflector can also function as the electron trap of the main Faraday cup.
[0019]
The magnet may be a permanent magnet or an electromagnet, but a parallel magnetic field can be formed by arranging flat plates facing each other in parallel, so that mass analysis can be performed accurately.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the present invention will be described with reference to the drawings.
Reference numeral 5 in FIG. 2 is an example of the ion implantation apparatus of the present invention, and has a chamber 21.
A shower type ion source 25 is connected to the chamber 21 via an ion traveling tube 26.
[0021]
A shutter 27 is disposed near the connection portion of the ion traveling tube 26 in the chamber 21, and a substrate holder 22 is disposed behind the shutter 27.
The ion source 25 is provided with an ion generator (not shown), an extraction electrode, and an acceleration electrode. The gas introduced into the ion generation apparatus is ionized and extracted by the extraction electrode to form an ion beam. It is configured as follows.
[0022]
The ion beam extracted from the inside of the ion generator is accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode, and is emitted toward the chamber 21.
The ion beam that has entered the chamber 21 travels linearly on a predetermined trajectory. The shutter 27 and the substrate holder 22 are disposed on the trajectory so that the shutter 27 can be closed and the ion beam can be shielded, or the shutter 27 can be opened and the ion beam can be irradiated to the substrate holder 22 side. It is configured.
[0023]
In addition, an ion current detection device 10 attached to the rotation device 28 is provided in the ion implantation device 5. When the rotation device 28 is operated, the ion current detection device 10 is connected to the shutter 27 and the substrate holder 22. It is configured to be able to cross the trajectory of the ion beam at a position between.
[0024]
When ion implantation is performed using this ion implantation apparatus 5, the substrate 23 is held by the substrate holder 22 with the shutter 27 closed, the inside of the chamber 21 is evacuated to a high vacuum atmosphere, and then the ion source 25. Ion beam is emitted from
In this state, the ion beam is applied to the shutter 27 and is not applied to the substrate 23.
[0025]
Next, when the output of the ion beam is stabilized, the shutter 27 is opened, the ion beam is allowed to pass through, and incident on the surface of the substrate 23 to perform ion implantation.
After irradiating the surface of the substrate 23 with an ion beam for a predetermined time, the shutter 27 is closed, and then
After stopping the emission of the ion beam, the substrate 23 on which ion implantation has been completed is carried out of the chamber 21.
[0026]
On the other hand, when measuring the amount of the ion beam applied to the substrate 22, the ion current detection device 10 is positioned on the orbit of the ion beam, the shutter 27 is opened, and the ion beam is incident on the ion current detection device 10. .
[0027]
Reference numeral 31 in FIG. 1A indicates an ion beam emitted from the ion source 25 and incident on the ion current detection device 10.
[0028]
The ion current detection device 10 includes a container 11, and a lid 12 is disposed in the opening of the container 11. The attitude of the ion current detection device 10 is set so that the ion beam 31 is perpendicularly incident on the lid portion 12.
[0029]
The lid portion 12 is provided with a main slit 14 and a sub slit 15 (area 1 cm ² ). FIG. 1A shows a part of the ion beam 31 irradiated to the lid portion 12. 32 shows a state in which the main slit 14 enters the container 11 and another part of the ion beam 33 enters the container 11 from the sub slit 15.
[0030]
In the container 11, a main detection unit 40 and a sub detection unit 50 are arranged. The main detection unit 40 is disposed in the vicinity of the lid 12, and the sub detection unit 50 is disposed at a position behind the main detection unit 40 (downstream of the ion beam 31).
[0031]
A main Faraday cup 43 and a deflector 42 are disposed in the main detection unit 40. The deflector 42 is configured by two flat

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ facing each other in parallel with different magnetic poles.
[0032]
In FIG. 1 (a), the two

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ appear to overlap, but one permanent magnet 42 ₁ is arranged in the front direction of the page, and the other permanent magnet 42 ₂ is positioned in the rear direction of the page. Has been placed. Accordingly, a cross-sectional view taken along the line BB when the main detection unit 40 is viewed from the left side of the drawing shows that one permanent magnet 42 ₁ is located on the right side of the main Faraday cup 43 as shown in FIG. The other permanent magnet 42 ₂ is arranged on the left side, and the S pole of the right permanent magnet 42 _{1 and} the N pole of the left permanent magnet 42 ₂ are arranged opposite to each other, and accordingly, A parallel magnetic field is formed between them.
[0033]
The ion beams 32 and 33 incident from the main slit 14 and the sub slit 15 are incident between the _two

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ .
[0034]
The main Faraday cup 43 has a bottomed cylindrical shape and is disposed immediately below the main slit 14 between the

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ .
The opening is directed to the main slit 14, so that the ion beam 32 incident from the main slit 14 enters the main Faraday cup 43.
[0035]
On the other hand, the ion beam 33 incident from the sub slit 15 passes through the side position of the main Faraday cup 43, passes through the main detector 40, and is irradiated backward.
[0036]
The trajectory of the ion beam 32 immediately after entering from the sub slit 15 is perpendicular to the magnetic field formed by the

permanent magnets

42 ₁ and 42 _2, but the trajectory is bent when passing through the main detection unit 40.
[0037]
When the acceleration voltage in the ion source 25 is V (unit V) and the magnetic flux density of the

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ is B (unit T), the valence Z (−) of ions contained in the ion beam 32. The rotation radius of an ion having a molecular weight M (unit amu), R (unit m), is expressed by the following formula (1).
[0038]
[Expression 1]

[0039]
As can be seen from the above equation, the ion species contained in the ion beam 32 has a radius of rotation R corresponding to the value of the charge mass ratio Z / M in the parallel magnetic field. The rotation radius R increases when the value of the charge mass ratio Z / M is small, and decreases when the value of the charge mass ratio Z / M is large.
[0040]
Accordingly, ion species having different charge mass ratios Z / M contained in the ion beam 32 are separated while passing through the main detection unit 40, and as a result, mass analysis of the ion species is performed. Reference numeral 36 in FIG. 1A indicates the traveling direction of the ion beam 32 immediately after entering from the sub slit 15.

Reference numerals

33 ₁ and 33 ₂ are bent according to the value of the charge mass ratio Z / M. The trajectories of two types of ion species are shown.
[0041]
For example, when nitrogen gas is ionized in the ion source 25, the ion beam 31 includes N ⁺ ions and N ₂ ⁺ ions. Since N ⁺ ions have a large charge-mass ratio, they travel on the track 33 ₁ having the smaller radius of rotation R. N ₂ ⁺ ions travel on a track 33 ₂ having a larger charge-mass ratio and a larger radius of rotation R.
[0042]
As can be seen from the above equation (1), the rotation radius R is a function of the acceleration voltage V. Therefore, adjusting the acceleration voltage V changes the size of the rotation radius R with respect to the charge mass ratio Z / M. be able to.
[0043]
The sub detection unit 50 has a bottomed cylindrical sub Faraday cup 53, and the sub Faraday cup 53 is arranged with the opening facing the lid 12 side.
[0044]
Here, the secondary Faraday cup 53 is fixed in the ion current detector 10, and the position thereof is the trajectory of N ₂ ⁺ ions in the ion beam 33 incident from the secondary slit 15 with respect to a predetermined acceleration voltage V. It is disposed on the 33 _2. In addition, the position of the secondary Faraday cup 53 is
It is far from the orbital 33 ₁ of the N ⁺ ion.
[0045]
Therefore, N ₂ ⁺ ions subjected to mass spectrometry in the main detection unit 40 enter the sub-Faraday cup 53, whereas N ⁺ ions deviate from the sub-detection unit 50 and enter the wall surface of the container 11. Thus, the ion beam 33 incident from the secondary slit 15 is detected by the secondary Faraday cup 53 only for the current value of N ₂ ⁺ ions therein.
[0046]
On the other hand, the ion beam 32 incident from the main slit 14 into the main detection unit 40 is affected by the

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ disposed on both sides of the main Faraday cup 43, and the trajectory is bent, but the total amount is the main amount. The light enters the Faraday cup 43 and the current value obtained by summing N ⁺ ions and N ₂ ⁺ ions is measured.
[0047]
The ion current detection device 10 is arranged so that the ion beam 31 is perpendicularly incident on the surface of the lid 12, and in this state, the ion beam 31 is substantially perpendicular to the traveling direction of the ion beam 31 (the radial direction of the ion beam 31). Can be moved to.
[0048]
The main and sub Faraday cups 43 and 53 are connected to an ammeter (not shown) by the wiring 19. When the ion current detector 10 is moved in the radial direction of the ion beam 32 while measuring the ion current value, the main detector From the measured value of the ion current 40 (and the area of the main slit 14), the total ion amount of the ion beam 31 and its radial distribution can be measured.
[0049]
When the ion beams 32 and 33 are incident on the main or sub Faraday cups 43 and 53 as described above, secondary electrons are emitted from the Faraday cups 43 and 53 wall surfaces. The secondary electrons cause an error when measuring the ion current. In the sub-detecting unit 50, the sub-Faraday cup 53 is arranged in the electron trap 52.
[0050]
The electron trap 52 includes two flat

permanent magnets

52 ₁ and 52 ₂ . A sectional view taken along line CC of FIG. 1A of the electron trap 52 is shown in FIG. The two

permanent magnets

52 ₁ and 52 ₂ are opposed to each other in parallel with each other with different magnetic poles, like the

magnets

42 ₁ and 42 ₂ in the deflector 42.
[0051]
Accordingly, a parallel magnetic field perpendicular to the central axis of the bottomed cylindrical sub-Faraday cup 53 is formed in the sub-detection unit 50, and secondary electrons emitted from the sub-Faraday cup 53 are trapped in an electron trap. It is captured by the magnetic field formed by 52 and re-enters the secondary Faraday cup 53. Thus, secondary electrons generated in the sub-detecting unit 50 cannot escape out of the system, and highly accurate ion current measurement can be performed.
[0052]
Also in the main detector 40, the main Faraday cup 43 is disposed in a deflector 42 composed of _two

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ , and the two

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ are Since it also functions as an ion trap, secondary electrons generated in the main Faraday cup 43 are not emitted out of the system of the main detection unit 40, so that highly accurate ion current measurement can be performed.
[0053]
The case where N ₂ ⁺ ions are incident on the sub detection unit 50 has been described above. However, by changing the acceleration voltage V (V) in the ion source 25, the rotation radius R of the ions is changed, and the sub detection unit 50 performs N It is possible to measure ionic species having various charge mass ratios such as ⁺ ions.
[0054]
FIG. 3 shows the magnitude of the ion current detected by the sub-detection unit 50 when the ion current detection device 10 is stopped near the center of the ion beam 32 and the acceleration voltage (kV) is changed. It is a graph.
[0055]
In this graph, peaks are observed at acceleration voltages of about 25 kV and about 50 kV. When the acceleration voltage is about 25 kV, nitrogen molecular ions are incident on the sub-detection unit 50, and when the acceleration voltage is about 50 kV, nitrogen atoms are incident. Ions are incident. Therefore, the ratio of molecular ions to atomic ions in the ion beam 32 can be determined from the peak ratio of this graph.
[0056]
FIG. 4 is a graph when the ion current detection apparatus 10 is moved in the radial direction of the ion beam 32 and the ion current density is measured by the main detection unit 40 (the movement amount is the radius of the ion beam 32). From this graph, the uniformity of the ion beam 32 can be seen.
[0057]
FIG. 5 shows the distribution in the depth direction obtained when the silicon wafer is irradiated with an ion beam containing nitrogen atomic ions (N ⁺ ) and nitrogen molecular ions (N ₂ ⁺ ) at a ratio determined from the graph of FIG. It is a numerical calculation (simulation) result.
[0058]
The graph of FIG. 5 shows the case where the acceleration voltage is 50 kV. The nitrogen atom ion (N ⁺ ) is calculated with the acceleration voltage, and the nitrogen molecular ion (N ₂ ⁺ ) is accelerated at 25 kV. It is calculated by converting into two ions, and the distribution of both ions is weighted by the ratio obtained from the graph of FIG. 3 and added together.
[0059]
As described above, if the ion current detection device 10 of the present invention is used, the ratio of atomic ions to molecular ions in the ion beam can be known, so that the distribution in the depth direction when implanted into the substrate can be obtained. It has become.
In addition, since the radial direction of the ion beam can be scanned, the uniformity of the ion beam can also be known.
[0060]
In the graph of FIG. 3, the ion rotation radius R is changed by changing the acceleration voltage, and the ion species detected by the sub-detecting unit 50 is thereby changed. However, the permanent magnet 42 ₁ in the

deflector

40, 42 ₂ may be configured to be movable, and the rotation radius R of the ions may be changed by changing the distance between the

permanent magnets

42 ₁ and 42 ₂ .
[0061]
Further, the deflector (electron trap) 40 and the electron trap 50, the permanent magnets 42 _1, 42 _2, 52 _1, 52 ₂ has formed the parallel magnetic field with, instead of the permanent magnet, also possible to use electromagnets The rotational radius R of the ions can be changed by changing the energization amount to the electromagnet in the deflector 40 and adjusting the magnetic field strength.
[0062]
Furthermore, in the deflector 40 also serving as an electron trap, an electron trap magnet and a deflector magnet may be provided separately.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, an ion current can be measured in association with an ion species in an ion beam. Therefore, the proportion of ion species contained in the ion beam can be obtained.
As a result, the ion implantation depth can be accurately calculated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a): an example of an ion current detector of the present invention
(b): BB line sectional view of the main detection unit
(c): Cross-sectional view taken along the line C-C of the sub-detection unit [FIG. 2] An example of the ion implantation apparatus of the present invention [FIG. 3] A graph showing the ratio of ion species in the ion beam [FIG. FIG. 5 is a graph for explaining the calculation result in the depth direction of the injection amount. FIG. 6 is a conventional ion current detection device.
5 ... Ion implantation device 10 ... Ion current detection device 14 ... Main slit 15 ... Sub slit 21 ... Vacuum chamber 23 ... Substrate 25 ... Ion source 31 ... Ion beam 32 ... Incident from the main slit Ion beam 33... Ion beam incident from the sub slit 40... Main detection unit 42... Deflector also serving as an electron trap (42 ₁ , 42 ₂ ... Magnet) 43... Main Faraday cup 50. …… Electronic trap (52 ₁ , 52 ₂ …… Magnet) 53 …… Vice Faraday Cup

Claims

An ion current detection device having a main slit and a main Faraday cup, and configured to irradiate the main Faraday cup with an ion beam incident from the main slit,
A sub slit, a deflector, and a sub Faraday cup;
The ion beam incident from the sub slit passes through the deflector and is subjected to mass analysis.
Configured to enter the secondary Faraday cup ;
The main Faraday cup is arranged between two magnets arranged opposite to each other with different magnetic poles facing each other,
The ion current detecting device , wherein the deflector is constituted by two magnets on which the main Faraday cup is disposed .

The ion current detection device according to claim 1, wherein the sub-Faraday cup is disposed between two magnets facing each other with different magnetic poles facing each other.

3. The ion current detection device according to claim 1, wherein the magnets are formed in a flat plate shape and are arranged in parallel to each other.

An ion source, and the ion current detection device according to any one of claims 1 to 3 ,
The ion implantation apparatus, wherein the ion current detection apparatus is configured to move in a direction substantially perpendicular to a traveling direction of an ion beam extracted from the ion source.