JP4562485B2 - Ion implanter - Google Patents
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Description
本発明は、イオン注入装置に係り、特に、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion implantation apparatus, and more particularly, to an ion implantation apparatus that includes a low-cost ion beam distribution measurement device and improves the throughput of ion implantation.
イオン源からのイオンを所望のエネルギーに加速し、半導体等の固体表面に注入する種々のタイプのイオン注入装置が実用に供されている(特許文献1参照)。
以下、従来のイオン注入装置の一例について、図9及び図10を用いて説明する。
図9は、従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図10は、従来のイオン注入装置が用いているビーム分布モニターの外観構成を示す斜視図である。
Various types of ion implantation apparatuses for accelerating ions from an ion source to a desired energy and implanting the ions on a solid surface such as a semiconductor have been put to practical use (see Patent Document 1).
Hereinafter, an example of a conventional ion implantation apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a conventional ion implantation apparatus.
FIG. 10 is a perspective view showing an external configuration of a beam distribution monitor used by a conventional ion implantation apparatus.
イオン注入装置100の主要構成は、図9に示すように、イオン源110、質量分離器120、質量分離スリット130、加速管140、四重極レンズ150、走査器160、平行化装置180、ファラデーカップ等のイオンビームの電流モニター190、ビーム分布モニター200である。
なお、同図中170は、図示しないエンドステーションに配置されたイオンを注入するターゲットとなる基板である。
また、Bはイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
As shown in FIG. 9, the main configuration of the
In the figure,
B is an ion, and may be referred to as an “ion beam” or “beam” hereinafter.
イオン源110は、原子や分子から電子を剥ぎ取ってイオンを生成する装置である。
質量分離器120は、イオンや電子等の荷電粒子が磁場又は電場中で偏向される性質を利用して、磁場、或いは、電場、又は、その双方を発生して、基板170に注入したいイオン種を特定するための装置である。
The
The
加速管140は、質量分離スリット130を通過した所望のイオン種を加速又は減速する装置であるが、図9に示すように、通常は軸対象で、複数の電極を等間隔に並べ、それらの電極に等しい高電圧を印加して、静電界の作用により、イオンビームBを所望の注入エネルギーに加速又は減速する。
The
走査器160は、イオンビームBの進行方向と直交する方向に一様な外部電界を発生させ、この電界の極性や強度を変化させることにより、イオンの偏向角度を制御し、図9に示すように、基板170の注入面の所望の位置にイオンBを走査し、均一に注入する。
The
以下、所望のイオン種を注入したい基板170の注入面を含む平面を「走査面」といい、また、イオンビームBの「走査方向」とは、走査器160によりイオンビームが偏向される方向をいうものとする。
なお、図9では、水平方向にイオンビームBを偏向する走査器160を示したが、垂直方向に偏向する走査器も用いられる場合がある。
Hereinafter, a plane including the implantation surface of the
Although FIG. 9 shows the
また、図9に示すように、基板170の下流側にはイオンビームBの電流モニターとして一般的なファラデーカップ190が、更に、このファラデーカップ190の下流には、ビーム分布モニター200が配置されている。
なお、図9において、192及び202は電流計である。
Further, as shown in FIG. 9, a Faraday
In FIG. 9,
従来のビーム分布モニター200は非特許文献1に記載されているが、図10に示すように、複数の小さなファラデーカップ204が所定幅の間隙を隔てて、ビームの走査方向に多数並んだ構造となっている。
A conventional
以上の構成において、次に、従来のイオン注入装置100の基本動作を図9を用いて説明する。
従来のイオン注入装置100では、基板170のイオンBの注入面全面に渡って一様な密度で所定のイオン種を所定のエネルギーでイオン注入を行うために、イオン源110から例えば30keV程度のエネルギーで引き出されたイオンビームBは、質量分離器120で偏向され、質量分離スリット130で所定のイオン種のみが選別される。
Next, the basic operation of the conventional
In the conventional
選別されたイオンビームBは加速管140で、10〜500keV程度のエネルギーに加速又は減速され、例えば1kHz程度の周期の外部電界を走査器160に印加し、基板170の走査面に走査される。
なお、上記では、外部電界によりイオンビームBをスキャンする静電タイプの走査器160を取り上げたが、走査器160には静電タイプの代わりに磁気タイプのものが用いられる場合がある。
The selected ion beam B is accelerated or decelerated by the
In the above description, the
また、図9に示すように、イオンビームBの基板170上でのビームスポット形状を調整するために、加速管140と走査器160との間に四重極レンズ150等の調整装置を設置する場合が多い。
走査器160の下流側には、ビームBを平行にするための平行化装置180を設置する場合もある。
従って、図9には、四重極レンズ150、及び、平行化装置180を図示しているが、必ずしも、イオン注入装置100の必須の構成要素ではない。
Further, as shown in FIG. 9, in order to adjust the beam spot shape of the ion beam B on the
A
Therefore, although the
イオンBが固体中に入り込む深さは、イオンBのエネルギーで正確に制御できるので、例えば、イオン注入装置100の立ち上げ時等で、イオンビームのドーズ量分布をモニタリングすると、基板170の注入面にイオンビームBを走査することにより所望のイオン種の均一なイオン注入処理が容易に行える。
The depth at which the ions B enter the solid can be accurately controlled by the energy of the ions B. For example, when the dose distribution of the ion beam is monitored when the
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、イオン注入装置に関して、基板に注入されるドーズ量とその面均一性に対する要求は、ますます厳しくなっている。 具体的には、基板の注入面内でのドーズ量の分布は、3σの範囲内で1%以下の均一精度が要求されている。
また、イオン注入装置の稼働効率の関係から、装置の立ち上げ時間の短縮、及び、イオンの注入効率の関係からスループットの向上も当然求められる。
By the way, with the miniaturization of semiconductor devices, the requirements for the dose amount implanted into the substrate and the surface uniformity of the ion implantation apparatus are becoming stricter. Specifically, the dose distribution in the implantation surface of the substrate is required to have a uniform accuracy of 1% or less within the range of 3σ.
In addition, due to the operational efficiency of the ion implantation apparatus, it is naturally required to shorten the apparatus startup time and to improve the throughput from the relation of the ion implantation efficiency.
そこで、以下、従来のイオン注入装置における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためのイオン注入方法について、図9を用いて説明する。
イオンビームBを走査器160で走査した場合、走査角度によって走査器160から基板170まで、例えば、平行化装置180などでのイオンビームBの経路が相違し、ビーム光学上の性質が若干異なるため、基板170上でのイオンビームBのスポット形状は若干異なるのが一般的である。
Therefore, hereinafter, an ion implantation method for obtaining a highly uniform dose surface uniformity in a conventional ion implantation apparatus will be described with reference to FIG.
When the ion beam B is scanned by the
このため、走査器160に印加する外部電界の波形を単純な三角波とし、この三角波でイオンビームBを走査すると、基板170の上でのドーズ量の面内均一性を得られなくなってしまう恐れがある。
これを補正するために、基板170に注入する以前に、基板170をビームライン上から取り外して、ビーム分布モニター200に照射し、ビーム分布モニター200で基板170の走査面内でのビームのドーズ量の分布を計測し、この分布が一様になるように、走査器160に印加する外部電界の走査波形を調整することを行う。
For this reason, if the waveform of the external electric field applied to the
In order to correct this, the
例えば、イオンビームのドーズ量の分布がある領域で、平均より5%多いとすると、その領域に対応する走査角度での走査速度が5%速くなるように、走査器160に印加する外部電界の走査波形を調整する。
なお、ビームを走査しないで、ビーム分布モニター200に照射しながら四重極レンズ150などを操作して、ビームの形状を調整する場合もある。
For example, in a region where the ion beam dose distribution is 5% higher than the average, the external electric field applied to the
In some cases, the beam shape is adjusted by operating the
次に、従来のイオン注入装置100に用いるビーム分布モニター200の問題点について、図10を用いて説明する。
上述したように、ビームの分布をモニターする機構は、基板170の注入面における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためには必須である。
Next, problems of the
As described above, the mechanism for monitoring the distribution of the beam is essential in order to obtain surface uniformity of the dose amount with high accuracy on the implantation surface of the
しかし、従来のイオン注入装置100のビーム分布モニター200では、多数のファラデーカップ204を用い、且つ、そのファラデーカップ204の一部を機械的に可動とする必要があった。
一般に、多数のファラデーカップ204を用いた場合、それらの個体差を補正するために、各多数のファラデーカップ204の各測定値の校正が必要であり、また、その校正を行ったとしても、若干の誤差は残ってしまうという問題を備えている。
However, in the
In general, when a large number of Faraday
また、ファラデーカップ204の一部を機械的に可動とすると、電気的な雑音を防ぐ機構も必要である。
このように、従来のイオン注入装置100では、多数のファラデーカップ204を用いることによる誤差が伴うという問題や、その校正のためにイオン注入装置100の立ち上げ時間が長いという問題と、また、機械的な可動機構に電気的な雑音対策をとる必要があり、高価になってしまうという問題があった。
Further, if a part of the Faraday
As described above, the conventional
また、イオンビームの密度分布は周辺部にテールを持つ場合が多いが、テール部分が大きく広がっていると、走査しなければならない走査角度の範囲が大きくなり、この結果として、スループットが低下し、イオン注入の注入効率が悪くなるという問題がある。 In addition, the ion beam density distribution often has a tail in the peripheral part, but if the tail part is greatly expanded, the range of scanning angles that must be scanned increases, resulting in a decrease in throughput, There is a problem that the implantation efficiency of ion implantation is deteriorated.
この問題について、図11及び図12を用いて説明する。
図11は、従来のイオン注入装置100において、イオンビームBの基板170の走査面における密度分布のテール部分が狭い場合を示す図である。
図12は、従来のイオン注入装置100において、イオンビームBの基板170の走査面における密度分布のテール部分が広い場合を示す図である。
This problem will be described with reference to FIGS.
FIG. 11 is a diagram showing a case where the tail portion of the density distribution on the scanning surface of the
FIG. 12 is a diagram showing a case where the tail portion of the density distribution on the scanning surface of the
ところで、一般に、イオンビームの光軸に直交する面内でのイオンの密度分布は、非特許文献2に記載されているように、中心部分が高く、周辺にテールを持っている形状である。
そこで、密度分布のテール部分が基板170の周辺に当たってしまい、周辺部のドーズが設定値よりも大きくなってしまうのを避けるために、図11及び図12に示すように、イオンビームBをそのテールの部分も含めて、ほぼ完全に基板170の外に出るまで走査器160で偏向する必要がある。
By the way, in general, the ion density distribution in a plane orthogonal to the optical axis of the ion beam has a shape having a high central portion and a tail in the periphery as described in Non-Patent Document 2.
Therefore, in order to avoid that the tail portion of the density distribution hits the periphery of the
従って、図11に示すように、イオンビームの密度分布のテール幅が小さい場合は、イオンビームBを走査する走査範囲が小さくて済むが、一方、図11に示すように、イオンビームBの密度分布のテール幅が大きい場合は、イオンビームBを走査する走査範囲が大きくなる。
イオンビームBの走査器160による走査範囲が大きくなると、基板170の注入面に注入されないイオンビームの量が増大するために、イオン注入のスループットが低下し、注入効率が悪化する。
従って、イオンビームの密度分布のテール部分による悪影響を除去する必要がある。
Therefore, as shown in FIG. 11, when the tail width of the ion beam density distribution is small, the scanning range for scanning the ion beam B may be small. On the other hand, as shown in FIG. When the tail width of the distribution is large, the scanning range for scanning the ion beam B becomes large.
When the scanning range of the ion beam B by the
Therefore, it is necessary to remove the adverse effect caused by the tail portion of the density distribution of the ion beam.
本発明は、上記従来の課題を解決し、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide an ion implantation apparatus provided with a low-cost ion beam distribution measuring apparatus and having improved ion implantation throughput.
本発明のイオン注入装置は、請求項1に記載のものでは、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測する電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。 In the ion implantation apparatus according to the present invention, a desired ion species is extracted from an ion source that generates ions, accelerated or decelerated to a desired energy, and the ions are applied to a semiconductor wafer or the like by a scanner. In an ion implantation apparatus that scans and implants ions on an implantation surface of a substrate, the device is disposed downstream of the substrate and is disposed between the substrate and the current monitor, and a current monitor that measures a current value of an ion beam. The ion beam distribution measuring device includes a shielding plate that can move in the same direction as the scanning direction of the ion beam and has a single slit.
請求項2に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測する電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。 The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein a desired ion species is extracted from an ion source that generates ions, accelerated or decelerated to a desired energy, and the ions are ionized on an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer by a scanner. In the ion implantation apparatus that scans and implants, a current monitor that is disposed on the downstream side of the substrate and measures a current value of the ion beam, and is disposed between the substrate and the current monitor. The ion beam distribution measuring device includes a strip-shaped shielding plate that is movable in the same direction as the direction and has a predetermined width.
請求項3に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能である構成とした。 4. The ion implantation apparatus according to claim 3, wherein the shielding plate disposed between the substrate and the current monitor is removable from the front surface of the ion beam current monitor. The configuration.
請求項4に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるように構成した。 The ion implantation apparatus according to claim 4, wherein in the ion beam distribution measuring apparatus, secondary electrons are incident on a current monitor of the ion beam downstream of a single slit formed in the shielding plate. It was configured to attach a permanent magnet to prevent.
請求項5に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。 The ion implantation apparatus according to claim 5, wherein, in the ion beam distribution measurement apparatus, a beam current amount in a state where the shielding plate having the single slit is removed from a front surface of the current monitor of the ion beam; With the shielding plate having one slit in front of the current monitor of the ion beam, while moving the shielding plate in the ion beam scanning direction, the position of the slit of the shielding plate and the slit of the shielding plate And an electronic circuit or a computer for storing the current amount of the ion beam that has passed through.
請求項6に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。 7. The ion implantation apparatus according to claim 6, wherein in the ion beam distribution measuring apparatus, a beam current amount in a state where the strip-shaped shielding plate is removed from a front surface of the ion beam current monitor, and the strip-shaped shielding. While the plate is in front of the ion beam current monitor, while moving the shielding plate in the ion beam scanning direction, the position of the shielding plate and the current amount of the ion beam shielded by the shielding plate are determined. The electronic circuit or the computer for storing is provided.
請求項7に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。 The ion implantation apparatus according to claim 7, wherein a desired ion species is extracted from an ion source that generates ions, accelerated or decelerated to a desired energy, and the ions are ionized on an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer by a scanner. In the ion implantation apparatus that scans and implants, a beam shaping slit having a variable slit width is disposed upstream of the scanner so as to remove a tail portion of a density distribution on the scanning surface of the substrate of the ion beam. Configured.
請求項8に記載のイオン注入装置は、請求項1乃至6のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。 The ion implantation apparatus according to claim 8 is the ion implantation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a tail portion of a density distribution on a scanning surface of the substrate of the ion beam is disposed upstream of the scanner. A beam forming slit having a variable slit width is disposed.
請求項9に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査した状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面におけるドーズ量分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。 10. The ion implantation apparatus according to claim 9, wherein the ion beam is uniformly irradiated from the dose distribution on the scanning surface of the substrate of the ion beam measured by the ion beam distribution measuring apparatus in a state where the ion beam is scanned. Is provided with a control mechanism for adjusting the width of the beam shaping slit so that the value becomes equal to or greater than a predetermined value including the optimum value.
請求項10に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査しない状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面における密度分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。
The ion implantation apparatus according to
本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
(1)請求項1に記載したように構成すると、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
(2)また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
Since the ion implantation apparatus of the present invention is configured as described above, it has the following excellent effects.
(1) When configured as described in claim 1, it is possible to make a single current monitor, eliminating measurement errors due to individual differences compared to the conventional case, and eliminating the need for calibration of measured values. The start-up time of the ion implantation apparatus can be greatly shortened.
(2) In addition, since the movable part is not directly related to current measurement, there is no risk of electrical noise, and many current monitors are not used. Wiring to be attached to can be greatly reduced.
(3)請求項2に記載したように構成すると、請求項1同様に、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
(4)また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
(3) When configured as described in claim 2, it is possible to make a single current monitor as in claim 1, and there is no measurement error due to individual differences compared to the conventional case, and the measured value This eliminates the need to calibrate the ion implantation apparatus and significantly shortens the startup time of the ion implantation apparatus.
(4) In addition, because the movable part is not directly related to current measurement, there is no risk of electrical noise generation, and many current monitors are not used. Wiring to be attached to can be greatly reduced.
(5)請求項3に記載したように構成すると、遮蔽板を電流モニター前面から取り外すことにより、イオンビーム電流の総量が測定できる。 (5) When configured as described in claim 3, the total amount of the ion beam current can be measured by removing the shielding plate from the front surface of the current monitor.
(6)請求項4に記載したように構成すると、イオンビームが照射されて、遮蔽板のスリットの側壁等から出る二次電子が、電流モニターに入射するのを防ぐことができる。 (6) With the configuration described in claim 4, it is possible to prevent the secondary electrons emitted from the side walls of the slits of the shielding plate from being incident on the current monitor by being irradiated with the ion beam.
(7)請求項5に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。 (7) With the configuration described in claim 5, the distribution of the ion beam on the scanning surface of the substrate can be accurately measured and stored.
(8)請求項6に記載したように構成すると、請求項5同様に、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。 (8) When configured as described in claim 6, as in the case of claim 5, the distribution of the ion beam on the scanning surface of the substrate can be accurately measured and stored.
(9)請求項7に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの密度分布のテール部分を除去でき、イオンビームの走査範囲を狭めることができるので、スループットの低下を防止でき、イオンの注入効率を向上することができる。 (9) According to the seventh aspect, the tail portion of the ion beam density distribution on the scanning surface of the substrate can be removed, and the scanning range of the ion beam can be narrowed, so that a reduction in throughput can be prevented. The ion implantation efficiency can be improved.
(10)請求項8に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を測定し、この測定値に基づいて、除去すべき密度分布のテール部分を算出し、イオンビームの走査範囲を定めることができるので、イオンの注入効率を一層向上させることができる。 (10) According to the configuration described in claim 8, the distribution of the ion beam on the scanning surface of the substrate is measured, and the tail portion of the density distribution to be removed is calculated based on the measured value. Since the scanning range can be determined, the ion implantation efficiency can be further improved.
(11)請求項9に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームのドーズ量分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。 (11) According to the ninth aspect, the ion implantation efficiency can be quickly achieved by controlling the slit width of the beam shaping slit in accordance with the dose distribution of the ion beam on the scanning surface of the substrate. Can be improved.
(12)請求項10のように、イオンビームを走査しない状態で測定した前記基板の走査面における密度分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。
(12) As in
本発明のイオン注入装置の第1乃至第4の実施の形態について、図1乃至図8を用いて、順次、説明する。 First to fourth embodiments of an ion implantation apparatus according to the present invention will be sequentially described with reference to FIGS.
第1の実施の形態
先ず、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態について、図1及び図2を用い、図9及び図10を参照して説明する。
図1は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置10の構成を示す外観斜視図である。
また、図2は、本発明のイオン注入装置の第1の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置10の基本動作を説明する外観斜視図である。
First Embodiment First, a first embodiment of an ion implantation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10 using FIGS.
FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration of an ion beam
FIG. 2 is an external perspective view for explaining the basic operation of the ion beam
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、図9に示す従来のイオン注入装置100において、基板170の下流側にイオンビーム分布測定装置10を取り付けた点である。
従って、基板170の上流側では、従来のイオン注入装置100と同一の構成であり、その説明については割愛し、以下、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置10を中心に説明する。
The ion implantation apparatus according to the present embodiment is characterized in that the ion beam
Accordingly, the upstream side of the
先ず、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置10の基本構成について説明する。
このイオンビーム分布測定装置10は、イオン注入装置において、基板170の下流側に配置され(図9参照)、イオンビームBの電流値を計測する電流モニターとして一般的なファラデーカップ20と、基板170とこのファラデーカップ20との間に配置され、単一のスリット32が形成された遮蔽板30と、この遮蔽板30に形成されたスリット32の下流側に配置された1対の永久磁石40A、40Bから構成される。
なお、図1及び図2において、22は、ファラデーカップ20の電流計である。
First, the basic structure of the ion beam
The ion beam
In FIGS. 1 and 2,
ファラデーカップ20は、イオンビームを走査器160(図9参照)により、基板170の走査面に走査した場合、イオンビームの電流量が測定できる十分な幅を有している。
遮蔽板30は、図1に示すように、イオンビームBの走査方向と同一方向に、遮蔽板ホルダー36を介して機械的に移動可能である。
また、この遮蔽板ホルダー36は軸回転自在であり、遮蔽板30は、例えば、図2に示すように水平に倒すことにより、ファラデーカップ20の前面から取り外し可能である。
The
As shown in FIG. 1, the shielding
The shielding
また、図示は省略するが、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置10では、遮蔽板30をファラデーカップ20の前面から取り外した状態でのビーム電流量と、遮蔽板30がファラデーカップ20の前面にある状態で、遮蔽板30のスリット32の位置、及び、遮蔽板30のスリット32を透過したイオンビームの電流量を記憶するコンピュータを備えている。
Although not shown, in the ion beam
本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置10を以上のように構成すると、図1に示すように、遮蔽板30がファラデーカップ20の前面にある状態で、遮蔽板30のスリット32の位置、及び、その位置おける遮蔽板30のスリットを透過したイオンビームの電流量が測定できる上に、コンピュータに記憶することが可能になる。
また、図2に示すように、遮蔽板30を水平に傾け、ファラデーカップ20の前面から遮蔽板30を取り外した状態でのビーム電流量を測定することにより、イオンビーム全体の総電流量を測定することができる。
When the ion beam
In addition, as shown in FIG. 2, the total current amount of the entire ion beam is measured by tilting the shielding
従って、本実施の形態のイオン注入装置では、従来のものとは相違して、位置分解能を得るための多数のファラデーカップ204を用いないで済むので、電流モニターを単一のファラデーカップ20にすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板30のために、電気的なノイズが発生する虞がなく、多数のファラデーカップ204を用いないので、コストが大幅に削減でき、ファラデーカップ20に取り付ける配線も大幅に減らすことができる(図9参照)。
更に、遮蔽板30に形成するスリット32の幅を調整することにより、測定されるイオンビームの分布の精度を所望のクラスまで上げることができる。
Therefore, in the ion implantation apparatus of the present embodiment, unlike the conventional one, it is not necessary to use a large number of Faraday cups 204 for obtaining position resolution, so that the current monitor is a
Further, since the movable part is not directly related to the current measurement, there is no possibility that electrical noise is generated, and since many Faraday cups 204 are not used, the cost can be greatly reduced, and the
Furthermore, by adjusting the width of the
また、遮蔽板30に形成されたスリット32の下流側に、1対の永久磁石40A、40Bを配置することにより、イオンビームBが照射されて、遮蔽板30のスリット32の側壁等から二次電子が放出された場合でも、この電子は永久磁石40A、40Bにトラップされるか、又は、大きく進路が曲げられるので、ファラデーカップ20に入射するのを防ぐことができ、測定データの信頼度が向上する。
Further, by arranging a pair of
第2の実施の形態:
次に、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態について、図3乃至図5を用い、図9を参照して説明する。
図3は、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置10Bの構成を示す外観斜視図である。
図4及び図5は、本発明のイオン注入装置の第2の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置10Bの測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
Second embodiment:
Next, a second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 9 using FIG. 3 to FIG.
FIG. 3 is an external perspective view showing a configuration of an ion beam
4 and 5 are characteristic curves showing the relationship between the measured current amount of the ion beam
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、上記第1の実施の形態と同様に、図9に示す従来のイオン注入装置100において、図3に示す基板170の下流側にイオンビーム分布測定装置10Bを取り付けた点である。
ところで、上記第1の実施の形態では、イオンビーム分布測定装置10に単一のスリット32を有する遮蔽板30を用いた例で説明した。
一方、本実施の形態のイオンビーム分布測定装置10Bでは、基板170とファラデーカップ20との間に配置され、図3に示すような、イオンビームBの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板50を用いている。
As in the first embodiment, the ion implantation apparatus according to the present embodiment is characterized in that the ion beam distribution measurement apparatus is provided downstream of the
By the way, in the said 1st Embodiment, it demonstrated by the example using the shielding
On the other hand, in the ion beam
この場合、短冊状の遮蔽板50をファラデーカップ20の前面から取り外した状態でビーム電流量を測定することにより、ビーム全体の総電流量が測定できるが、このビームの総電流量を図4において、破線Tで示す。
一方、図3に示すように、遮蔽板50がファラデーカップ20の前面にある状態で、遮蔽板50を走査方向に移動させた場合の遮蔽板50の位置と、ファラデーカップ20に入射したイオンビームBの電流量を計測できるが、これを図4において、曲線Sで示す。
In this case, the total current amount of the entire beam can be measured by measuring the beam current amount with the strip-shaped
On the other hand, as shown in FIG. 3, the position of the shielding
遮蔽板50がファラデーカップ20の前面にある状態で、遮蔽板50を走査方向に移動させた場合の電流量Sは、遮蔽板50に遮蔽されなかった残りのイオンビームBの電流量を測定することになる。
従って、図5に示すように、総電流量Tから電流量Sを差し引くことにより、遮蔽板50の位置と、遮蔽板50に遮蔽されたイオンビームBの電流量、即ち、遮蔽板50の位置にあるイオンビームの分布が算出され、これにより、基板170の走査面内におけるイオンビームの分布が測定できる。
従って、第2の実施の形態のイオンビーム分布測定装置10Bでも、第1の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。
The amount of current S when the shielding
Therefore, as shown in FIG. 5, by subtracting the current amount S from the total current amount T, the position of the shielding
Therefore, the ion beam
第3の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置の第3の実施の形態について、図6乃至図8を用いて説明する。
図6は、本発明のイオン注入装置の第3の実施の形態を説明するための要部平面図である。
図7は、本発明のイオン注入装置の基本動作を説明するために、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分の影響を示す模式図である。
図8は、本発明のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分を除去した状態を示す模式図である。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a plan view of an essential part for explaining a third embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing the influence of the tail portion of the density distribution on the scanning surface of the substrate of the ion beam in order to explain the basic operation of the ion implantation apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the tail portion of the density distribution on the scanning surface of the substrate of the ion beam is removed in the ion implantation apparatus of the present invention.
本実施の形態のイオン注入装置は、図6に示すように、従来のイオン注入装置100において(図9参照)、走査器160の上流側に、イオンビームBの基板170の走査面における密度分布のテール部分を除去できるスリット幅が可変なビーム成形スリット60を配置するようにしたことを特徴としている。
なお、本実施の形態では、このビーム成形スリット60は、加速管140と四重極レンズ150の間に配置した構成のもので示しているが、この箇所に限定されるものではない。
As shown in FIG. 6, the ion implantation apparatus of the present embodiment has a density distribution on the scanning surface of the
In the present embodiment, the beam shaping slit 60 is shown as having a configuration arranged between the
このように構成すると、例えば、図7に示すように、イオンビームの基板170の走査面の密度分布におけるテール部分の広がりが大きい場合、スループットが低下する問題があることは上述したが、ビーム成形スリット60により、図6の矢印で示すように、成形スリット60のスリット幅を調整することにより、このテール部分をカットすれば、図8に示すように、走査器160によりビームを走査する走査範囲が小さくできる。
即ち、本実施の形態のイオン注入装置では、ビーム成形スリット60を用いることにより、イオンビームBの密度分布のテール部分の悪影響を除去することにより、無駄に走査されるイオンビームBの量を少なくするのが可能になり、スループットが増大し、イオンの注入効率が向上する。
As described above, for example, as shown in FIG. 7, when the spread of the tail portion in the density distribution of the scanning surface of the
That is, in the ion implantation apparatus of the present embodiment, by using the beam shaping slit 60, the adverse effect of the tail portion of the density distribution of the ion beam B is eliminated, so that the amount of the ion beam B that is scanned unnecessarily is reduced. This increases the throughput and improves the ion implantation efficiency.
第4の実施の形態
次に、本発明の第4の実施の形態について図1、図2及び図6を参照して説明する。
上記第3の実施の形態では、ビーム成形スリット60により、イオンビームの密度分布のテール部分を除去し、スループットが増大することを説明したが、ビーム成形スリット60のスリット幅を絞りすぎて、このテール部分をカットしすぎると、走査器160による走査範囲は狭まるものの、成形スリット60を通過するイオンビームの総量が低下し、逆に、イオン注入効率が低下してしまう恐れがある。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
In the third embodiment, it has been described that the tail portion of the density distribution of the ion beam is removed by the beam shaping slit 60 and the throughput increases. However, the slit width of the beam shaping slit 60 is excessively narrowed, If the tail portion is cut too much, the scanning range by the
そこで、本実施の形態のイオン注入装置では、第1の実施の形態で示したイオンビーム分布測定装置10と、ビーム成形スリット60と、このスリット幅を制御する制御機構を具備している構成とした。
イオンビーム分布測定装置10と、ビーム成形スリット60の特徴については、上述している関係上、改めて説明はしない。
Therefore, the ion implantation apparatus according to the present embodiment includes the ion beam
The characteristics of the ion beam
一方、このスリット幅を制御する制御機構は、イオンビームを走査した状態で、イオンビーム分布測定装置10により基板170の走査面におけるドーズ量分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器160により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行い、イオンビームの均一な照射効率が、最適値を含む所定値以上となるようなビーム成形スリット60の幅を調整する機能を有している。
また、イオンビームを走査しない状態で、イオンビーム分布測定装置10により基板170の走査面における密度分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器160により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行っても良い。
On the other hand, the control mechanism for controlling the slit width measures the dose distribution on the scanning surface of the
Further, the density distribution on the scanning surface of the
このような構成としておくと、注入するイオン種、注入エネルギー、ビームクオリティー、運転条件等の各パラメーターが様々に変化した場合でも、迅速に、最適若しくは好適なビーム成形を行い、イオンの注入効率を向上させることができる。 With such a configuration, even if the parameters such as ion species to be implanted, implantation energy, beam quality, and operating conditions change variously, the optimum or suitable beam shaping can be performed quickly and the ion implantation efficiency can be improved. Can be improved.
本発明のイオン注入装置の走査器は、上記各実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、上記実施の形態としては、イオンの電流モニターとして一般的なファラデーカップを用いたもので説明したが、他の電流モニターを用いても良い。
また、図9に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、走査器を用いてイオンビームを走査して基板にイオンを注入する装置全般に本発明が適用できる。
更に、上記実施の形態では、遮蔽板が水平方向に移動する例で説明したが、垂直方向にイオンビームを走査する場合は、遮蔽板も垂直方向に移動するものとする。
The scanner of the ion implantation apparatus of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
First, the above embodiment has been described by using a general Faraday cup as an ion current monitor, but other current monitors may be used.
Further, although the example of the ion implantation apparatus having the configuration shown in FIG. 9 has been described, the present invention can be applied to all apparatuses for implanting ions into a substrate by scanning an ion beam using a scanner.
Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the shielding plate moves in the horizontal direction has been described. However, when the ion beam is scanned in the vertical direction, the shielding plate also moves in the vertical direction.
10:イオンビーム分布測定装置
20:ファラデーカップ(ビーム電流モニター)
30:遮蔽板
32:スリット
40A、40B:永久磁石
60:ビーム成形スリット
160:走査器
B:イオンビーム
10: Ion beam distribution measuring device
20: Faraday cup (beam current monitor)
30: Shield plate
32: Slit 40A, 40B: Permanent magnet
60: Beam shaping slit 160: Scanner
B: Ion beam
Claims (10)
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測する電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。 In an ion implantation apparatus that extracts a desired ion species from an ion source that generates ions, accelerates or decelerates to a desired energy, and scans and injects the ions onto an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer by a scanner.
A current monitor disposed on the downstream side of the substrate and measuring a current value of an ion beam; disposed between the substrate and the current monitor; and movable in the same direction as the scanning direction of the ion beam; An ion implantation apparatus comprising an ion beam distribution measuring apparatus including a shielding plate having a single slit.
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測する電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。 In an ion implantation apparatus that extracts a desired ion species from an ion source that generates ions, accelerates or decelerates to a desired energy, and scans and injects the ions onto an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer by a scanner.
A current monitor disposed on the downstream side of the substrate and measuring a current value of an ion beam; disposed between the substrate and the current monitor; and movable in the same direction as the scanning direction of the ion beam; An ion implantation apparatus comprising an ion beam distribution measuring apparatus including a strip-shaped shielding plate having a predetermined width.
前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載のイオン注入装置。 In the ion beam distribution measuring apparatus,
The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the shielding plate disposed between the substrate and the current monitor is removable from a front surface of the ion beam current monitor.
前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のイオン注入装置。 In the ion beam distribution measuring apparatus,
Downstream of a single slit formed in the shielding plate, according to claim 1, characterized in that the secondary electrons to attach a permanent magnet to prevent from entering the current monitor of the ion beam Ion implanter.
前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項1又は4に記載のイオン注入装置。 In the ion beam distribution measuring apparatus,
A beam current amount in a state where the shielding plate having the single slit is removed from the front surface of the ion beam current monitor;
With the shielding plate having the single slit in front of the ion beam current monitor, while moving the shielding plate in the ion beam scanning direction, the position of the slit of the shielding plate and the shielding plate ion implantation apparatus according to claim 1 or 4, the amount of current of the ion beam slit was transmitted and characterized by comprising an electronic circuit or computer stores.
前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項2に記載のイオン注入装置。 In the ion beam distribution measuring apparatus,
A beam current amount in a state in which the strip-shaped shielding plate is removed from the front surface of the ion beam current monitor;
While the strip-shaped shielding plate is in front of the current monitor of the ion beam, the position of the shielding plate and the ion beam shielded by the shielding plate while moving the shielding plate in the ion beam scanning direction. The ion implantation apparatus according to claim 2 , further comprising an electronic circuit or a computer for storing the current amount of the current.
前記走査器の上流側に、イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するようにしたことを特徴とするイオン注入装置。 In an ion implantation apparatus that extracts a desired ion species from an ion source that generates ions, accelerates or decelerates to a desired energy, and scans and injects the ions onto an implantation surface of a substrate such as a semiconductor wafer by a scanner.
Upstream of the scanner, an ion implantation apparatus which is characterized in that so as to remove the tail of the density distribution in the scanning plane of the substrate of the ion beam, the slit width is disposed a variable beam shaping slit.
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