JP5863153B2 - Ion implanter - Google Patents
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Description
本発明は、リボン状のイオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を改善する機能を有したイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion implantation apparatus having a function of improving the uniformity of a beam current distribution in the long side direction of a ribbon-like ion beam.
従来から、基板寸法よりも長い長辺を有するリボン状のイオンビームを用いて、当該イオンビームを横断する方向に基板を移動させ、基板全面へのイオン注入処理を行うイオン注入装置が用いられている。 Conventionally, an ion implantation apparatus that uses a ribbon-like ion beam having a longer side longer than the substrate size to move the substrate in a direction transverse to the ion beam and performs ion implantation processing on the entire surface of the substrate has been used. Yes.
特許文献1には、この種のイオン注入装置が記載されている。このイオン注入装置には、基板の面内でのイオンの注入量が均一となるように、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を調整する機能が備えられている。
この機能について簡単に説明する。まず、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流の分布を把握する為に、複数のビーム電流計測器を用いてこの分布の計測が行われる。 This function will be briefly described. First, in order to grasp the distribution of the beam current in the long side direction of the ion beam, this distribution is measured using a plurality of beam current measuring devices.
次に、全ビーム電流計測器で計測されたビーム電流の平均値を演算し、演算された平均値が設定値に近づくように、複数のフィラメントに流す電流量を同じ量だけ増減させる電流値制御ルーチンを実施する。 Next, the current value control that calculates the average value of the beam current measured by all beam current measuring instruments and increases or decreases the amount of current that flows through multiple filaments so that the calculated average value approaches the set value. Perform the routine.
その後、複数のビーム電流計測器をフィラメントの数に対応するようにグループ分けし、各グループ内で計測されたビーム電流の平均値をそれぞれ演算する。 Thereafter, the plurality of beam current measuring devices are grouped so as to correspond to the number of filaments, and the average value of the beam currents measured in each group is calculated.
演算の結果、演算された各グループでのビーム電流の平均値と設定値との差が最も大きいグループを1つ特定する。特定されたグループのビーム電流の平均値が設定値に近づくように、このグループに対応するフィラメントに流す電流量の増減を行う均一性制御ルーチンを実施する。 As a result of the calculation, one group having the largest difference between the average value of the calculated beam current and the set value is specified. A uniformity control routine for increasing / decreasing the amount of current flowing through the filaments corresponding to this group is executed so that the average value of the beam currents of the specified group approaches the set value.
最終的には、設定値から数パーセントの範囲にある停止範囲内に全体のビーム電流の平均値が入るようになるまで、上述した電流値制御ルーチンと均一性制御ルーチンを少なくとも1回ずつ実施する。 Eventually, the current value control routine and the uniformity control routine described above are executed at least once until the average value of the entire beam current falls within a stop range within a range of several percent from the set value. .
図15(A)にはリボン状のイオンビームの長辺方向におけるビーム電流の分布が記載されている。イオン注入装置のビーム輸送経路内に配置された部材の損傷により、ビーム電流の分布には他の部分とはビーム電流の異なる微小な特異点T1、T2が発生することがある。 FIG. 15A shows the distribution of the beam current in the long side direction of the ribbon-like ion beam. Due to damage of members arranged in the beam transport path of the ion implantation apparatus, minute singular points T1 and T2 having different beam currents from other parts may be generated in the beam current distribution.
このようなビーム電流分布を有するイオンビームを特許文献1に記載のビーム電流計測器を用いて計測する場合、次の点で問題になる。
When an ion beam having such a beam current distribution is measured using the beam current measuring device described in
ビーム電流計測器13は図15(B)に記載されているように、計測部51(凹状の部分)と非計測部52(凸状の部分)を有している。図15(A)に記載のビーム電流分布を有するイオンビームが紙面上下方向に沿って、ビーム電流計測器13に照射されているとする。その場合、特異点T1、T2の部分はそれぞれビーム電流計測器13のP1、P2の領域に照射される。ここでP1、P2の領域は、ビーム電流計測器13の非計測部52に当たる為、特異点T1、T2でのビーム電流を計測することができない。換言すると、この計測データからは、特異点の存在を認識することが出来ない。
As shown in FIG. 15B, the beam current measuring
特異点T1、T2でのビーム電流の計測ができない場合、図15(A)に記載のビーム電流分布を有するイオンビームに対して、紙面上下方向に沿って基板8が定速で移動すると、図15(C)に記載されているように基板8には、注入量に応じて概ね3種類の注入領域A1〜A3が形成される。
When the beam current cannot be measured at the singular points T1 and T2, when the
図15(C)に記載の各注入領域に対応する注入量分布の概略が図15(D)に記載されている。各注入領域において、注入量はA3、A1、A2の順に多くなる。近年、半導体デバイスの構造は微細化されているので、特異点による影響が大きく現れて、特異点とその他の点での注入量の差が1%程度であっても、基板8が注入不良となる場合がある。
FIG. 15D shows an outline of the injection amount distribution corresponding to each injection region shown in FIG. In each implantation region, the implantation amount increases in the order of A3, A1, and A2. In recent years, since the structure of a semiconductor device has been miniaturized, the influence of a singular point appears greatly, and even if the difference in the injection amount between the singular point and other points is about 1%, the
仮に何らかの手法を用いて、このような特異点T1、T2におけるビーム電流の計測ができるようになったとしても、 図15(A)に記載されているようなビーム電流の小さい特異点T1とビーム電流の大きい特異点T2が、ビーム電流分布上に近接して現れている場合、特許文献1に記載の均一化調整方法では次の点で問題が生じる。
Even if it becomes possible to measure the beam current at such singular points T1 and T2 by using some method, the singular point T1 and the beam having a small beam current as shown in FIG. When the singular point T2 having a large current appears close to the beam current distribution, the homogenization adjustment method described in
特許文献1ではビーム電流分布をグループ分けして、各グループでのビーム電流の平均値を演算している。2つの特異点におけるビーム電流の関係が互いに打ち消しあうような関係で、同じグループに内にある場合、このグループにおける平均値としては問題なく停止範囲内に収まってしまう。これにより、均一化制御が不十分なまま特異点T1、T2を含んだイオンビームが基板8に照射されることになって、基板8の注入不良を引き起こしてしまう場合がある。
In
そこで、本発明では、ビーム電流の値が突出して他と異なる特異点を有するビーム電流分布の均一性を改善することを主たる目的とする。 Therefore, the main object of the present invention is to improve the uniformity of the beam current distribution having a singular point different from the others with the beam current value protruding.
本発明の一のイオン注入装置は、イオン源で生成されたリボン状のイオンビームを用いて、当該イオンビームを横断する方向に基板を移動させることで、前記基板の全面にイオン注入処理を行う分析電磁石と分析スリットとを有する質量分析型のイオン注入装置において、前記分析スリットの下流側で前記イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布を計測するビーム電流計測器と、前記分析電磁石と前記基板との間のビーム輸送経路に少なくとも1つの偏向部材とを、備え、前記基板へのイオン注入処理の間、前記偏向部材が前記イオンビームをその長辺方向に沿って周期的に走査する。 One ion implantation equipment of the present invention, by using a ribbon ion beam generated by the ion source, by moving the substrate in a direction transverse to the ion beam, the ion implantation process on the entire surface of the substrate In a mass spectrometry type ion implantation apparatus having an analysis electromagnet and an analysis slit to be performed, a beam current measuring device for measuring a beam current distribution in a long side direction of the ion beam downstream of the analysis slit, the analysis electromagnet, and the analysis slit At least one deflection member is provided in the beam transport path between the substrate and the ion beam periodically scans the ion beam along its long side during the ion implantation process to the substrate .
上記構成であれば、ビーム電流分布中にビーム電流の値が突出して他と異なる特異点が存在していたとしても、この特異点でのビーム電流の突出量を低減させることができる。これによって、イオン注入処理に用いられるビーム電流分布の均一性を改善できる。 With the above configuration, even if there is a singular point different from the others due to the beam current value protruding in the beam current distribution, the protruding amount of the beam current at this singular point can be reduced. Thereby, the uniformity of the beam current distribution used for the ion implantation process can be improved.
より具体的には、前記基板が配置される処理室を有し、前記偏向部材は前記分析電磁石と前記処理室との間のビーム輸送経路に配置されていることが望ましい。More specifically, it is desirable to have a processing chamber in which the substrate is disposed, and the deflection member is disposed in a beam transport path between the analysis electromagnet and the processing chamber.
また、前記偏向部材は、磁場により前記イオンビームを偏向させる部材であることが望ましい。 The deflecting member is preferably a member that deflects the ion beam by a magnetic field.
電場によりイオンビームを偏向させる部材を用いると、イオンビーム中に含まれる電子が偏向部材に引き寄せられる。このような偏向部材による電子の引き寄せによって、イオンビームに空間電荷効果の影響が強く現れて、イオンビームが大きく発散してしまう。このようなイオンビームへの悪影響を防止する意味では、偏向部材として磁気的な偏向を行う部材を用いることが望ましい。 When a member that deflects an ion beam with an electric field is used, electrons contained in the ion beam are attracted to the deflecting member. By attracting electrons by such a deflecting member, the influence of the space charge effect appears strongly on the ion beam, and the ion beam diverges greatly. In order to prevent such an adverse effect on the ion beam, it is desirable to use a member that performs magnetic deflection as the deflection member.
さらに、前記偏向部材は、前記イオンビームを電場により偏向する第一の偏向部材と、前記第一の偏向部材により偏向されたイオンビームを磁場により偏向する第二の偏向部材とから構成されており、前記基板へのイオン注入処理の間、前記第一の偏向部材で発生する電場の強度は可変であるとともに、第二の偏向部材で発生する磁場の向きと大きさは実質的に一定である構成でもよい。 Further, the deflecting member is composed of a first deflecting member that deflects the ion beam by an electric field and a second deflecting member that deflects the ion beam deflected by the first deflecting member by a magnetic field. During the ion implantation process to the substrate, the intensity of the electric field generated by the first deflection member is variable, and the direction and magnitude of the magnetic field generated by the second deflection member are substantially constant. It may be configured.
このような構成を用いると、第二の偏向部材を駆動させる駆動源の出力をほぼ一定に保つことができるので、第二の偏向部材に対応する駆動源の出力制御が簡単になる。これにより、基板へのイオン注入処理中の制御を簡素なものにすることができる。 When such a configuration is used, the output of the drive source for driving the second deflecting member can be kept substantially constant, so that the output control of the drive source corresponding to the second deflecting member is simplified. Thereby, the control during the ion implantation process to the substrate can be simplified.
一方、前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、各偏向部材での前記イオンビームの偏向量は実質的に等しく、偏向方向が互いに反対である構成でもよい。 On the other hand, the deflection member is composed of a first deflection member and a second deflection member, and the deflection amount of the ion beam at each deflection member is substantially equal and the deflection directions are opposite to each other. But you can.
このような構成を採用することで、第一の偏向部材によって偏向されたイオンビームの進行方向を、第二の偏向部材によって元に戻すことができる。その為、基板へのイオンビームの注入角度の合わせみを簡単に行うことができる。 By adopting such a configuration, the traveling direction of the ion beam deflected by the first deflecting member can be returned to the original by the second deflecting member. Therefore, it is possible to easily adjust the ion beam implantation angle to the substrate.
また、前記偏向部材は、第一の偏向部材と第二の偏向部材とから構成されており、前記分析電磁石と前記分析スリットとの間には前記第一の偏向部材が配置されているとともに、前記分析スリットの下流側に前記第二の偏向部材が配置されている構成であってもよい。 Further, the deflection member is composed of a first deflection member and a second deflection member, and the first deflection member is disposed between the analysis electromagnet and the analysis slit, The second deflecting member may be arranged on the downstream side of the analysis slit.
このような構成であれば、偏向対象にするイオンビームの大きさを同等のものにすることができる。これにより、各偏向部材を駆動させる駆動源の容量を同程度のものにすることができるので、各偏向部材を駆動させる駆動源が使いまわせる点でメリットがある。 With such a configuration, the size of the ion beam to be deflected can be made equal. As a result, the capacity of the drive source for driving each deflecting member can be made substantially the same, which is advantageous in that the drive source for driving each deflecting member can be used.
また、前記基板へのイオン注入処理時に、前記偏向部材を通過したイオンビームの内、前記基板に照射されない前記イオンビームの長辺方向における端部を整形する整形マスクを有していることが望ましい。 In addition, it is desirable to have a shaping mask for shaping an end portion in the long side direction of the ion beam that is not irradiated to the substrate among the ion beams that have passed through the deflecting member during the ion implantation process to the substrate. .
基板以外の部材にイオンビームが照射されると、部材がイオンビームによりスパッタリングされ、部材より粉塵(パーティクル)が発生し、これが基板内に混入して基板の注入不良をひきおこしてしまう可能性がある。上述のような整形マスクを用いることで、基板以外の場所に照射されるイオンビームの量を低減させることができるので、基板が注入不良となる可能性を低減させることができる。 When a member other than the substrate is irradiated with an ion beam, the member is sputtered by the ion beam, and dust (particles) is generated from the member, which may enter the substrate and cause poor implantation of the substrate. . By using the shaping mask as described above, the amount of the ion beam irradiated to a place other than the substrate can be reduced, so that the possibility of the substrate becoming defective in implantation can be reduced.
ビーム電流分布中にビーム電流の値が突出して他と異なる特異点が存在していたとしても、この特異点でのビーム電流の突出量を低減させることができる。これによって、イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布の均一性を改善することができる。 Even if the beam current value protrudes in the beam current distribution and there is a singular point different from the others, the protruding amount of the beam current at this singular point can be reduced. Thereby, the uniformity of the beam current distribution in the long side direction of the ion beam can be improved.
図1には、本発明におけるイオン注入装置IMの一例が記載されている。図1(A)はXZ平面での様子を表し、図1(B)はYZ平面での様子を表す。この図および後述する他の図に記載のX、Y、Z軸の方向(X方向、Y方向、Z方向)は、それぞれ基板8に照射されるイオンビーム3の短辺方向、長辺方向、進行方向である。また、本発明で取り扱うイオンビームは特段の断りがない限り、正の電荷を有するイオンビームである。
FIG. 1 shows an example of an ion implantation apparatus IM according to the present invention. FIG. 1A shows a state on the XZ plane, and FIG. 1B shows a state on the YZ plane. The X-, Y-, and Z-axis directions (X direction, Y direction, and Z direction) described in this figure and other figures described later are respectively the short side direction and long side direction of the
図1(A)と図1(B)を参照しながら、本発明で用いられるイオン注入装置IMの一例について説明する。イオン源1の下流側(イオンビーム3の進行方向側)には、引出電極系2が配置されており、これによりイオン源1からリボン状のイオンビーム3の引出しが行われる。
An example of an ion implantation apparatus IM used in the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B). On the downstream side of the ion source 1 (on the traveling direction side of the ion beam 3), an
引出されたイオンビーム3は分析電磁石4と分析スリット5を通過する。これにより、イオンビーム3中に含まれる不要なイオンの除去が行われる。なお、このような分析電磁石4と分析スリット5を設けない構成であってもよい。
The extracted
分析スリット5の下流側には偏向部材6が設けられている。この偏向部材6により、基板8へのイオン注入処理が行われている間、イオンビーム3はその長辺方向(図中のY方向)に沿って連続的に偏向される。換言すると、この偏向は特定の幅を持った周期的な走査として行われている。この様子が図1(B)に描かれている。図中の破線はY方向への偏向が最大になったときのイオンビーム3の軌道を示していて、実線は偏向されていないとき(偏向量がゼロ)のイオンビーム3の軌道を示している。また、図中の一点鎖線はY方向反対側への偏向が最大になったときのイオンビーム3の軌道を示している。
A
上述の3つの軌道は周期的な走査が行われたときの代表的なイオンビーム3の軌道であり、実際には、破線で示されたイオンビーム3の軌道と一点鎖線で示されたイオンビーム3の軌道との間で、イオンビーム3の軌道は時々刻々と変化している。
The above-mentioned three trajectories are
偏向部材6を通過したイオンビーム3は処理室7に進む。処理室7には、基板8(例えば、シリコンやガリウム砒素といった半導体基板)が配置されている。基板8の裏面は支持部材9によって支持されていて、支持部材9は直線駆動機構10によって直線駆動機構10が延出される方向に沿って移動するように構成されている。また、この直線駆動機構10は連結部材11を介して回転機構12に連結している。
The
回転機構12は直線駆動機構10をY軸周りに回転させる機能を備えており、これによって基板8のチルト角の調整が行われる。チルト角の調整が行われた後、直線駆動機構10によって、その延出方向(図1(A)ではX方向)に沿って、支持部材9に支持された基板8が移動させられる。
The
図1(B)に記載されているように、Y方向においてイオンビーム3の寸法は同方向における基板8の寸法よりも大きい。この為、直線駆動機構10によって基板8がイオンビーム3を横断するようにX方向に移動されることで、基板8の全面にイオンビーム3が照射される。なお、図1(A)、図1(B)に記載の例では、前述のチルト角がゼロ度である為、基板8はX方向に沿って移動することになるが、チルト角がゼロ度でない場合、基板8はX方向に対してチルト角度分傾斜した方向に沿って移動することになる。また、基板8がイオンビーム3を横断する回数は1回でもいいし、それ以上であってもよい。
As shown in FIG. 1B, the dimension of the
処理室7には、ビーム電流計測器13が設けられている。例えば、このビーム電流計測器13は、特許文献1で開示されているような複数のファラデーカップからなる多点ファラデーカップで構成されている。基板8へのイオン注入処理が行われていない間、直線駆動機構10により、基板8はイオンビーム3が照射されない位置に退避させられている。例えば、この退避位置としては図1(A)に記載の直線駆動機構10のX方向側の端部になる。このような退避位置に、基板8を移動させておくことで、基板8へのイオン注入が行われていない間にビーム電流計測器13でイオンビーム3を計測することができる。
A beam current measuring
図2には、図1(B)に記載の偏向部材6を通過した後のイオンビーム3を部分的に拡大したときの様子が記載されている。ここでは、偏向部材6で走査された時の様子を表す3つのイオンビーム3の軌道(図示される実線、破線、一点鎖線で描かれているイオンビームの軌道)に対して、その長辺方向における中心軌道がそれぞれC1〜C3として描かれている。
FIG. 2 shows a state in which the
中心軌道C1と中心軌道C2の成す角度をθ1とし、中心軌道C1と中心軌道C3との成す角度をθ2とした場合、θ1とθ2は同じ角度であってもいいし、異なっていてもいい。換言すると、Y方向に沿ってイオンビーム3を走査する際の走査幅(イオンビーム3の最大偏向幅)は、Y方向側にイオンビーム3を走査するときとY方向反対側にイオンビーム3を走査するときで、同程度にしてもいいし、これを異ならせてもいい。
When the angle formed by the center track C1 and the center track C2 is θ1, and the angle formed by the center track C1 and the center track C3 is θ2, θ1 and θ2 may be the same or different. In other words, the scanning width when scanning the
θ1、θ2の値は、デバイス構造を考慮して決定してもよい。この理由は、基板8に形成されたデバイス構造によって、どの程度の注入角度が許容されるのかが決定されるからである。例えば、注入角度(基板面に対する法線を基準にして、この法線と基板に照射されるイオンビームの進行方向とが成す角度)が大きい場合、デバイス構造として深いトレンチ構造を有していれば、トレンチ構造の底部近傍の側面に対してイオン注入が出来なくなる。その為、このようなデバイス構造によって決定される許容角度を考慮して、許容角度よりも小さいθ1とθ2(現実的な値としては数度程度)となるように、イオンビーム3の最大偏向幅を決定することが考えられる。
The values of θ1 and θ2 may be determined in consideration of the device structure. This is because the degree of implantation angle allowed is determined by the device structure formed on the
なお、基板8へのイオン注入処理が行われている間、偏向部材6によってイオンビーム3をその長辺方向に沿って周期的に走査させることを別の表現を用いて表せば、イオンビーム3の長辺方向において、基板8に照射されるイオンビーム3の中心軌道の位置(中心位置)が変化すると述べることができる。
If the
図3〜図5には、図1に記載の偏向部材6についての具体例が記載されている。これらの具体例について以下に説明する。
3 to 5 show specific examples of the deflecting
図3(A)、(B)には第一の電極21と第二の電極22から構成される一対の偏向電極を有する偏向部材6が記載されている。図3(A)はこの偏向部材6をYZ平面から視たときの様子を表し、図3(B)はXZ平面から視たときの様子を表している。
FIGS. 3A and 3B show a
交流電源23の一端が第一の電極21に接続されており、他端が第二の電極22に接続されている。この交流電源23による各電極への印加電圧を周期的に変化させることで、電極間には図示される電界E1とE2が所定時間毎に交互に現れる。なお、電界E1と電界E2の電界強度は常に一定というわけではなく、時間の経過とともに増減される。このような電界によって、イオンビーム3の周期的な走査が行われる。
One end of the
この例では交流電源23を用いて、各電極への印加電圧を周期的に変化させるように構成されているが、この交流電源23に代えて直流電源を用いてもよい。直流電源を用いる場合には、時間に応じて出力値を連続的に変化させることができ、極性を変更できるようなバイポーラ電源を用いることが考えられる。交流電源23に代えてこのような直流電源を用いることは、後述する他の実施例においても同様である。
In this example, the
図3では電界の作用によりイオンビーム3を走査する例について述べたが、磁界の作用によってイオンビーム3の走査を行うようにしてもよい。この例が図4に記載されている。図4(A)、(B)には、第一のコイル24と第二のコイル25から構成される一対の偏向コイルを有する偏向部材6が記載されている。図4(A)はこの偏向部材6をYZ平面から視たときの様子を表し、図4(B)はXZ平面から視たときの様子を表している。
Although the example in which the
この例に記載されている各コイルは、空芯コイルであって、図示されない支持部材によりビーム輸送経路に支持固定されている。駆動源として交流電源23の一端が第一のコイル24に接続されており、他端が第二のコイル25に接続されている。また、各コイル間には渡り部30が設けられており、これにより各コイルが電気的に接続されている。
Each coil described in this example is an air-core coil, and is supported and fixed to the beam transport path by a support member (not shown). One end of an
この交流電源23によって各コイルに供給される電流量を時間的に変化させることで、コイル間には図示される磁界B1と磁界B2が時間的に交互に現れる。なお、電界の例と同様に、磁界B1と磁界B2の磁束密度は常に一定というわけではなく、時間の経過とともに増減される。このような磁界によって、イオンビーム3の周期的な走査が行われる。
By changing the amount of current supplied to each coil by the
図5には、磁界の作用によって、イオンビーム3の走査を行う別の例が記載されている。この例では、H型のヨーク26に形成された一対の磁極27に第一のコイル24と第二のコイル25が巻回されている。各コイルへの電流の供給については、図4の例で説明した交流電源23を用いて行うようにすればいい。図4の例に代えて、このような偏向部材6を用いてイオンビーム3の周期的な走査を行うようにしてもいい。
FIG. 5 shows another example in which the
偏向部材6としては様々な構成があるが、空間電荷効果によるイオンビーム3の広がりを軽減するという観点から、図3で説明した電場によるイオンビーム3の走査より、図4と図5で説明した磁場によるイオンビーム3の走査を行う構成の方が望ましい。
Although there are various configurations as the deflecting
電場を用いた場合、イオンビーム3中に含まれる電子が正の電位を有する電極に引き寄せられてしまうので、イオンビーム3中の電子量が減少する。その結果、空間電荷効果の影響が強く現れて、イオンビーム3が大きく発散してしまう。このようなイオンビーム3への悪影響を考慮すると、偏向部材6としては磁場によってイオンビーム3を走査する構成の方が、電場を用いる構成より好ましいと言える。
When an electric field is used, electrons contained in the
また、図5の構成ではイオンビーム3の周囲を囲むようなヨーク26が必要になる。イオンビームの寸法にもよるが、一般的なイオン注入装置で使用される電磁石のヨークの重量は数百キログラム〜数トンにも及ぶ為、ヨーク26の搬送や製作費用等を考慮すると、図5のヨークを備えた構成よりも図4の空芯コイルを用いた構成の方が望ましいと言える。
Further, in the configuration of FIG. 5, a
図1〜図5で述べた実施形態では、走査されていないときのイオンビーム3を基準にして、イオンビーム3をその長辺方向に沿って、イオンビーム3を両側に走査させる構成であった。これとは別に、走査されていないときのイオンビーム3を基準にして、その片側のみに走査させる構成であってもよい。この例が、図6に記載されている。
In the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 5, the
図6(A)には、このような構成を有するイオン注入装置IMのXZ平面での様子が記載されている。また、図6(B)には、同じイオン注入装置IMのYZ平面での様子が記載されている。図6に記載のイオン注入装置IMの構成は、偏向部材6の構成を除いて、図1で説明した構成と同一である為、各部についての詳細な説明は省略する。
FIG. 6A shows the state of the ion implantation apparatus IM having such a configuration on the XZ plane. FIG. 6B shows a state of the same ion implanter IM on the YZ plane. The configuration of the ion implantation apparatus IM illustrated in FIG. 6 is the same as the configuration described in FIG. 1 except for the configuration of the deflecting
図6の例では、偏向部材6により、イオンビーム3はY方向側にのみ走査される。図6(B)に破線で描かれているイオンビーム3の軌道は、Y方向への偏向が最大になったときのイオンビーム3の軌道である。実線で描かれているイオンビーム3の軌道は、振り幅(偏向量)がゼロのときのイオンビーム3の軌道である。
In the example of FIG. 6, the
また、図示されるθ3は、イオンビーム3の長辺方向において、振り幅がセロのときのイオンビーム3の中心軌道と、振り幅が最大になったときのイオンビーム3の中心軌道とが成す角度である。このθ3の角度については、θ1とθ2のところで説明したように、デバイス構造を考慮した上で決定すればよい。
Further, θ3 shown in the figure forms, in the long side direction of the
偏向部材6としては、図3〜図5で説明した構成を少し変更して、イオンビーム3をY方向に向けて周期的に走査させるようなに構成すればいい。例えば、図3の例では、第一の電極21を接地電位に固定しておき、第二の電極22に印加する電圧を時間の経過とともに0V〜−数Vの範囲で連続的に変化させるようにしておけばよい。こうすると各電極間には電界E2のみが発生するので、これによりY方向へのイオンビーム3の走査を行うことができる。同様に、図4と図5の例では、第一のコイル24と第二のコイル25との間に磁界B2のみが発生するような駆動源の構成を用いればいい。
The deflecting
上述した図6の例を用いても、基板8へのイオン注入処理の間に、イオンビーム3の長辺方向における中心位置を基板8上で移動させることができる。
Even in the example of FIG. 6 described above, the center position of the
本発明で用いられる偏向部材6の構成について説明してきたが、図7と図8を用いてこのような偏向部材6を用いたときの作用効果について説明する。
Although the configuration of the deflecting
リボン状のイオンビーム3の長辺方向におけるビーム電流分布が、図7に記載されている。一般的にイオンビームの長辺方向における端部では、ビーム電流が急激に減少する。この為、基板8の面内での注入量分布を均一にする場合には、イオンビームの長辺方向の中央部分を用いて基板8へのイオン注入処理が行われる。この中央部分は図示されるW1の部分であり、イオンビームの特性やイオンビーム端部からの余裕をどれほど取るかにもよるが、おおよそビーム端部から十数パーセント程度を除いた部分である。本発明ではこのW1を第一の注入有効幅と呼んでいる。
The beam current distribution in the long side direction of the ribbon-
図8(A)〜(C)には、長辺方向に走査されたイオンビーム3のビーム電流分布と基板上に形成される注入量分布との関係が記載されている。図8(A)に記載の3つのビーム電流分布は、図1〜図5の例で、Y方向とY方向反対側にイオンビーム3を最大に振ったときのイオンビーム(破線と一点鎖線で描かれるイオンビーム)のビーム電流分布と、イオンビーム3を振っていないときのイオンビーム(実線で描かれるイオンビーム)のビーム電流分布にそれぞれ対応している。
8A to 8C show the relationship between the beam current distribution of the
図8(A)では、各ビーム電流分布を紙面上下方向に離間させて記載している。これは各ビーム電流分布の様子を見え易くするためにわざとずらして記載している。なお、紙面左右方向は、図1〜図5に記載されたY方向に沿った方向に対応している。 In FIG. 8A, the respective beam current distributions are shown separated in the vertical direction on the paper surface. This is intentionally shifted in order to make it easy to see the state of each beam current distribution. The left-right direction on the paper surface corresponds to the direction along the Y direction described in FIGS.
各ビーム電流分布は、図7で説明した第一の注入有効幅W1を有している。具体的には、破線で描かれるビーム電流分布では、D1とD2間の幅が第一の注入有効幅W1に当たる。また、実線で描かれるビーム電流分布では、E1とE2間の幅が第一の注入有効幅W1に当たる。そして、一点鎖線で描かれているビーム電流分布では、F1とF2間の幅が第一の注入有効幅W1に当たる。また、図示される2dはイオンビーム3の走査幅である。
Each beam current distribution has the first implantation effective width W1 described in FIG. Specifically, in the beam current distribution drawn by a broken line, the width between D1 and D2 corresponds to the first implantation effective width W1. Further, in the beam current distribution drawn by the solid line, the width between E1 and E2 corresponds to the first injection effective width W1. In the beam current distribution drawn by the one-dot chain line, the width between F1 and F2 corresponds to the first injection effective width W1. In addition, 2d shown is the scanning width of the
図7で説明したように、基板8への注入量分布を均一なものにするには、第一の注入有効幅W1を使って基板8へのイオン注入処理を行うことが望ましいことを説明したが、本発明のようにイオン注入処理の間にイオンビーム3を走査する場合、第一の注入有効幅W1よりも狭い第二の注入有効幅W2に対応する領域を使用して、基板8へのイオン注入処理を行うことが望ましい。このようにすれば、基板8の面内での注入均一性をより高いものにすることができる。
As described with reference to FIG. 7, it has been described that it is desirable to perform ion implantation processing on the
ただし、デバイスの特性によって、基板8の面内での注入均一性の要求される程度が異なるので、必ずしもここで説明した第二の注入有効幅W2の領域を使用して、基板8へのイオン注入処理を行う必要はない。場合によっては、第二の注入有効幅W2や第一の注入有効幅W1からはみ出た領域を使用して、基板8へのイオン注入処理を行ってもいい。
However, since the required degree of implantation uniformity in the plane of the
イオンビーム3の利用効率の観点から、イオンビーム3の走査幅を大きくし過ぎると、基板8に照射されない領域が多くなってしまうのであまり効率のいい注入処理とは言えない。その為、少なくとも基板8へのイオン注入処理時に、基板8を移動させる方向から視て、周期的に走査されたイオンビーム3が基板8を包含するような関係となるように、イオンビーム3の走査幅を設定しておくことが考えられる。これを換言すると、イオンビーム3の端部が基板8の面にかからない程度で、イオンビーム3を走査するということである。
From the viewpoint of the utilization efficiency of the
図8に記載の各ビーム電流分布は、従来例として説明した図15のように他の部分に比べてビーム電流の異なる2つの特異点T1とT2を有している。イオン注入処理の間、イオンビーム3を周期的に走査させたときに、基板8に形成される注入領域の様子が図8(B)に記載されている。
Each beam current distribution shown in FIG. 8 has two singular points T1 and T2 having different beam currents compared to other portions as shown in FIG. 15 described as a conventional example. FIG. 8B shows the state of the implantation region formed in the
図15(C)で示した従来例に比べると、図8(B)では、特異点による注入領域の幅(A2とA3で示されている領域で、紙面左右方向における幅)が広くなっている。これは、イオンビーム3が周期的に走査されることで、特異点の影響が走査方向に広がるからである。
Compared with the conventional example shown in FIG. 15C, in FIG. 8B, the width of the injection region due to the singular point (the width shown in the left and right direction on the paper in the regions indicated by A2 and A3) is wider. Yes. This is because the influence of a singular point spreads in the scanning direction when the
一方で、基板8の面内での注入量分布について、従来例の図15(D)と本発明の図8(C)を比較すると理解できるように、本発明の方が基板8の面内における注入量の均一性が高いことがわかる。これは、本発明ではイオンビーム3が周期的に走査されるので、特異点におけるビーム電流の突出した部分が、イオンビーム3の走査方向に広がって、走査幅に応じて平均化されるからである。これにより、イオンビーム3のビーム電流分布の均一性が改善されて、基板8の面内における注入分布の均一性を高めることができる。
On the other hand, as can be understood by comparing the implantation amount distribution in the plane of the
これまでに述べた実施形態では、基板8に照射されるイオンビーム3は、偏向部材6によって周期的に走査されることで、時間的にイオンビーム3の進行方向にバラツキが生じていた。このようなバラツキの存在により、基板8への注入角度を所定の角度に合わせこむことが困難であった。
In the embodiments described so far, the
このような問題を解決する手法として、図9に記載のイオン注入装置IMを用いることが考えられる。図9(A)はこのイオン注入装置IMをXZ平面から視たときの様子を表し、図9(B)はこのイオン注入装置IMをYZ平面から視たときの様子を表している。 As a technique for solving such a problem, it is conceivable to use the ion implantation apparatus IM shown in FIG. FIG. 9A shows a state when the ion implantation apparatus IM is viewed from the XZ plane, and FIG. 9B illustrates a state when the ion implantation apparatus IM is viewed from the YZ plane.
図9に記載のイオン注入装置IMの構成の大部分は、図1に記載の構成と同一である為、ここでは構成の異なる部分について、その説明を行う。 Since most of the configuration of the ion implantation apparatus IM illustrated in FIG. 9 is the same as the configuration illustrated in FIG. 1, a description will be given here of portions having different configurations.
図9(A)、図9(B)に記載されているように、このイオン注入装置IMは、第一の偏向部材61と第二の偏向部材62を備えている。このような2つの偏向部材によってイオンビーム3の曲げ戻しが行われる。具体的には、図10に記載の構成を用いて行われる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the ion implantation apparatus IM includes a
図10(A)、図10(B)には、ある時間に、第一のコイル24と第二のコイル25を備えた第一の偏向部材61と第三のコイル28と第四のコイル29を備えた第二の偏向部材62を通過するイオンビーム3の様子が描かれている。
10A and 10B, at a certain time, the
第一の偏向部材61と第二の偏向部材62の個々の構成は、図4で説明した構成と同一である。各偏向部材では、向きが反対で、大きさが同じ磁場が発生されるように、各コイルに対して電流が流れている。このような構成により、各偏向部材をイオンビーム3が通過する際に、力の大きさが等しく向きが逆向きのローレンツ力がイオンビーム3に作用することになる。これにより、イオンビーム3の進行方向を元に戻すことができる。
Individual configurations of the
この例では、ある特定の時間におけるイオンビーム3の軌道を復元する手法について述べたが、このようなイオンビーム3の進行方向の補正を、各コイルに流す電流量や電流の向きを制御して、周期的な走査により時間的に変化するイオンビーム3の軌道に合わせて行うようにしておく。
In this example, the method of restoring the trajectory of the
図11には、第一の偏向部材61と第二の偏向部材62によって、周期的に走査されたイオンビーム3の長辺方向における中心軌道C1〜C3の位置が変化する様子が描かれている。各中心軌道C1〜C3の方向は互いに平行な関係になるので、後は、基板8を所望する角度傾斜させるだけでよい。よって、基板8への注入角度を所定の角度に簡単に合わせこむことが可能になる。
FIG. 11 illustrates a state in which the positions of the central trajectories C1 to C3 in the long side direction of the
図9の例では、第一の偏向部材61と第二の偏向部材62として、磁場によりイオンビーム3を偏向する部材を用いる構成であったが、両部材を電場によりイオンビーム3を偏向する部材で構成しておいてもいい。また、一方の偏向部材に電場によりイオンビーム3を偏向する部材を用いて、他方の偏向部材に磁場によりイオンビーム3を偏向する部材を用いるというものでもよい。
In the example of FIG. 9, the first deflecting
電場と磁場の組み合わせによりイオンビーム3を周期的に走査する偏向部材の例が図12に記載されている。図12のイオン注入装置IMでは、引出電極系2でイオン源1からリボン状のイオンビーム3を引出して、分析電磁石4と分析スリット5によってイオンビーム3から不要な成分のイオンが除去される。
An example of a deflecting member that periodically scans the
その後、第一の偏向部材61(例えば、静電スキャナー)で、長辺方向に沿ってイオンビーム3が電場によって走査される。走査されたイオンビーム3は第二の偏向部材62(例えば、コリメーター)に入射する。第二の偏向部材62でイオンビーム3は磁場により偏向されるが、このときの偏向量は一定である。
Thereafter, the
第二の偏向部材62はX方向において対向する一対の磁極40を備えた電磁石である。第一の偏向部材61でのイオンビーム3の走査によって、イオンビーム3の軌道が実線のものから、破線のものに徐々に時間的に変化する。その為、走査されるイオンビーム3の外形(紙面下側の実線と紙面上側の破線からなるイオンビーム3の軌道)を考慮に入れた上で、これが第二の偏向部材62を通過した際に、平行なイオンビーム3に整形されるように予め第二の偏向部材62の磁極40の形状と磁場の大きさを設定しておく。
The
このような構成を用いることで、第二の偏向部材62の出力を一定の値に固定しておくことができる。これにより、イオン注入処理中のイオンビーム3の走査制御は、第一の偏向部材61の出力を制御するだけでよい。
By using such a configuration, the output of the
第二の偏向部材62を通過した平行なイオンビーム3は処理室7内に配置された基板8に照射される。これまでの実施形態と同様に、基板8は図示されない支持部材に支持されて、イオンビーム3を横断するようにX方向に往復して移動される。これにより、基板8の全面にイオンビーム3が照射される。
The
図12の例には、ビーム電流計測器33として単一の測定部を有するファラデーカップが記載されている。このビーム電流計測器33は計測器駆動機構14によって、計測器駆動機構14の延出方向に沿って移動するように構成されている。これにより、イオンビーム3の長辺方向におけるビーム電流分布の計測が可能となる。もちろん、このビーム電流計測器33による計測中、基板8は紙面上または下に設けられた図示されない退避位置に移動している。これまでの実施形態で述べた多点ファラデーカップのビーム電流計測器13に代えて、ここで述べた単一の測定部を有するファラデーカップで構成されたビーム電流計測器33を用いてもよい。
In the example of FIG. 12, a Faraday cup having a single measuring unit is described as the beam
イオンビーム3の長辺方向において、その全てのイオンビーム3が基板8には照射されない。例えば、イオンビーム3の端部は基板8に照射されずに、処理室7内の壁面や他の部材(ビーム電流計測器13や支持部材9、直線駆動機構10等)に照射される。他の部材へのイオンビーム3の照射によって、他の部材がスパッタリングされて、粉塵(パーティクル)が発生する。
The
これが基板8に混入すると注入不良の原因となるので、このような余計なパーティクルの発生を低減することが考えられる。具体的な手法としては、図13に記載の整形マスク31を設けておく。
If this is mixed into the
図13には、図9に記載のイオン注入装置IMに整形マスク31を追加した構成が記載されている。図13(A)はYZ平面での様子を表し、図13(B)はXY平面で整形マスク31によってイオンビーム3が整形される様子が記載されている。
FIG. 13 shows a configuration in which a shaping
この整形マスク31は、基板8に照射されないイオンビーム3の長辺方向における端部を遮蔽する位置に設けられている。具体的には、図13(B)に記載されているように、イオンビーム3の上下端部を遮蔽する位置に2つの整形マスク31を設けておく。このような整形マスク31によって、基板8に照射されない余計なイオンビーム3の端部を遮蔽することができるので、処理室7内でのパーティクルの発生を軽減させることができる。なお、ここでは整形マスク31を個別の部材として2つ設ける構成が記載されているが、この整形マスク31は一体形成されていてもよい。
The shaping
分析スリット5にこのような整形マスク31の機能を持たせることもできる。この例が図14に記載されている。図14(A)は、これまでの実施形態で用いられた分析スリット5である。図14(B)は整形マスク31の機能を有する分析スリット5である。図14(B)を参照すると理解できるように、例えば、Z方向から視て、分析スリット5の形状をロの字状にしておく。こうすることで分析スリット5のY方向における上下端を利用して、イオンビーム3の長辺方向における端部を整形することが可能となる。
The function of the shaping
分析スリット5に整形マスク31の機能を持たせる場合、偏向部材6の配置は分析スリット5よりも上流側に配置される。これは、分析スリット5を通過した下流側でイオンビーム3が走査される場合、基板8に照射されないイオンビーム3の領域が大きくなってしまう為である。
When the analysis slit 5 is provided with the function of the shaping
これまでの実施形態では、偏向部材6を構成する部材に対して電源を共通化させて使用していたが、各部材(一対の電極やコイルを構成する個々の電極やコイル)に対応する電源を個別に用意しておき、これらの電源の出力を個別に制御するようにしてもいい。ただし、電源の出力を同期させておくことや費用の観点から、駆動源としての電源はできるだけ共通化させておいた方がいい。
In the embodiments so far, the power source is used in common with the members constituting the deflecting
また、周期的にイオンビーム3を走査する例について述べたが、非周期的に走査されるような構成であってもよい。つまり、本発明の場合、Y方向からY方向反対側に向けてイオンビーム3を走査し、これを繰り返し行うような構成であるが、各走査のたびに、走査速度を変更したり、走査幅を変化させたりするようにしてもよい。ただし、イオンビーム3を特定の走査幅を持って周期的に偏向させる方が、制御の観点からして簡単である。
Moreover, although the example which scans the
走査時の走査速度としては、イオン注入時における基板8の移動速度よりも遅くても、本発明の効果を得ることはできるが、より顕著な効果を得るためには、走査時の走査速度は基板の移動速度よりも速くしておいた方が望ましい。
Even if the scanning speed at the time of scanning is slower than the moving speed of the
さらに、第一の偏向部材61と第二の偏向部材62を用いる場合、各偏向部材に使用される電源の容量は同じものを使用する方が望ましい。このようにすれば、個別の偏向部材に対応した電源を設ける必要がないので、電源の使い回しが利く。これを実現するには、例えば、図9の例のように分析スリット5を挟むようにして2つの偏向部材を配置することが考えられる。この場合、各偏向部材を通過するイオンビームの断面の寸法がほぼ同等になるので、これを同じ量だけ偏向させることができる電源であれば、電源容量も自ずと同じような容量を持つものになる。
Further, when the first deflecting
また、ビーム電流計測器13をその長さ方向に移動させることで、特異点T1、T2におけるビーム電流を計測できるようにしておいてもいい。
Further, the beam
この場合、計測結果によって、イオンビーム3の走査幅を決定するようにしてもいい。走査幅が広いほど、特異点でのビーム電流の突出量を平均化することができる。その為、注入処理で必要とされるビーム電流分布の均一性と計測結果を考慮して、イオンビーム3の走査幅を決めるようにしてもいい。
In this case, the scanning width of the
さらに、計測結果をみて、特異点で突出したビーム電流を平均化してもビーム電流分布の均一性が所定のものにならない場合には、イオン注入装置のオペレーターに注入処理を停止させるためのアラームを通知する機能を設けるようにしてもいい。 Furthermore, if the beam current distribution is not uniform even after averaging the beam currents protruding at the singular points based on the measurement results, an alarm is issued to stop the implantation process from the operator of the ion implantation system. You may make it provide the function to notify.
また、これまでに述べた実施形態では、イオン注入処理される基板8の枚数は1枚であったが、本発明は2枚以上の基板を処理する場合にも用いることができる。
Further, in the embodiments described so far, the number of the
2枚以上の基板に対して、イオン注入処理する場合、X方向に沿って複数枚の基板を配置する場合は、各基板の全面にイオンビームが照射されるように、基板を移動させる距離を変更してやればいい。 When ion implantation is performed on two or more substrates, and when a plurality of substrates are arranged along the X direction, the distance to which the substrates are moved is set so that the entire surface of each substrate is irradiated with an ion beam. Just change it.
また、Y方向に沿って複数枚の基板を配置する場合、イオンビームの長辺方向において、イオンビームの寸法は複数枚の基板を跨ぐほどの長さを有するようにしておく。そして、これまでに述べたように、基板へのイオン注入処理中にイオンビームを周期的に走査するようにしておけばいい。 In addition, when a plurality of substrates are arranged along the Y direction, the dimension of the ion beam has a length that straddles the plurality of substrates in the long side direction of the ion beam. As described above, the ion beam may be periodically scanned during the ion implantation process to the substrate.
さらに、X方向とY方向に複数枚の基板を行列状に配置する場合、複数枚の基板を1枚の大きな基板としてみて、この大きな基板に対してこれまでに述べた実施形態を用いてイオン注入処理を行うようにすればよい。 Further, when a plurality of substrates are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction, the plurality of substrates are regarded as one large substrate, and the ions described above are used for the large substrate using the embodiments described above. An injection process may be performed.
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。 In addition to the above, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1.イオン源
3.イオンビーム
4.分析電磁石
5.分析スリット
6.偏向部材
8.基板
61.第一の偏向部材
62.第二の偏向部材
W1.第一の注入有効幅
W2.第二の注入有効幅
IM.イオン注入装置
1. 2. ion source Ion beam4. 4. Analysis electromagnet Analysis slit6.
Claims (7)
前記分析スリットの下流側で前記イオンビームの長辺方向におけるビーム電流分布を計測するビーム電流計測器と、
前記分析電磁石と前記基板との間のビーム輸送経路に少なくとも1つの偏向部材とを、備え、
前記基板へのイオン注入処理の間、前記偏向部材が前記イオンビームをその長辺方向に沿って周期的に走査することを特徴とするイオン注入装置。 Using a ribbon-like ion beam generated by an ion source and moving the substrate in a direction transverse to the ion beam, mass spectrometry having an analysis electromagnet that performs ion implantation processing on the entire surface of the substrate and an analysis slit Type ion implanter,
A beam current measuring device for measuring a beam current distribution in the long side direction of the ion beam downstream of the analysis slit;
At least one deflection member in a beam transport path between the analysis electromagnet and the substrate;
During the ion implantation process on the substrate, the deflection member periodically scans the ion beam along the long side direction.
前記基板へのイオン注入処理の間、前記第一の偏向部材で発生する電場の共同は可変であるとともに、第二の偏向部材で発生する磁場の大きさは実質的に一定であることを特徴とする請求項1記載のイオン注入装置。 The deflection member includes a first deflection member that deflects the ion beam by an electric field, and a second deflection member that deflects the ion beam deflected by the first deflection member by a magnetic field,
During the ion implantation process on the substrate, the electric field generated by the first deflection member is variable, and the magnitude of the magnetic field generated by the second deflection member is substantially constant. The ion implantation apparatus according to claim 1.
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