JP7286420B2

JP7286420B2 - ion implanter

Info

Publication number: JP7286420B2
Application number: JP2019103114A
Authority: JP
Inventors: 徳康佐々木; 琢巳湯瀬; 寿浩寺澤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2023-06-05
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: JP2020198197A

Description

本発明はイオン注入装置の技術分野に係り、特に、イオンビームの光軸のずれや焦点位置のずれを解消することができるイオン注入装置に関する。 The present invention relates to the technical field of ion implanters, and more particularly to an ion implanter capable of eliminating deviations in the optical axis and focal position of an ion beam.

イオン注入装置では、イオンビームの光軸を、イオンが飛行すべき経路の中心軸と一致させ、イオンビームの焦点をスリットに位置させると発生させたイオンが注入対象物に有効に照射され、イオン注入量を多くすることができる。 In the ion implanter, the optical axis of the ion beam is aligned with the central axis of the path along which the ions should fly, and the focal point of the ion beam is positioned at the slit. Injection volume can be increased.

しかしながらメンテナンス作業や経時変化により、イオン源で発生させたイオンが注入対象物に有効に照射されず、照射量が減少するという問題がある。 However, there is a problem that the ions generated by the ion source are not effectively irradiated onto the object to be implanted due to maintenance work or changes over time, and the irradiation dose is reduced.

この問題は、プラズマ生成能力の低下、電離効率の低下、圧力や磁場の変動、部品劣化等が原因である場合があるが、引出電極の取り外しや経時変化によって発生したときには、引出電極の位置が変わってしまうと、イオンビームの光軸が中心軸から離間したり、スリットの外部に焦点が位置し、イオンがスリット装置に衝突して減少することが原因になる。 This problem may be caused by a decrease in plasma generation capacity, a decrease in ionization efficiency, fluctuations in pressure or magnetic field, or deterioration of parts. If it changes, the optical axis of the ion beam will be separated from the central axis, or the focal point will be located outside the slit, causing ions to collide with the slit device and be reduced.

特開平７－５０１４７号公報JP-A-7-50147 特開２０１５－４３２７２号公報JP 2015-43272 A

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために創作された発明であり、その課題は、イオンビームの光軸のずれや焦点位置のずれを解消し、イオン照射量を増加させることができるイオン注入装置を提供することにある。 The present invention is an invention created to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to eliminate the deviation of the optical axis of the ion beam and the deviation of the focus position, and to increase the ion irradiation amount. An object of the present invention is to provide an ion implanter capable of

上記課題を解決するために、本発明は、引出電極に印加する電圧によってイオン源からイオンを引き出しイオンビームとして質量分析装置の内部に入射させ、前記質量分析装置の内部を通過した前記イオンを注入対象物に照射して前記注入対象物に前記イオンを注入するイオン注入装置であって、前記イオン源から引き出され、前記質量分析装置に入射する前の前記イオンを入射させて流れる電流を検出する第一の検出装置と、前記第一の検出装置に前記イオンが飛行する範囲を横断させて前記イオンを入射させる第一の移動装置と、を有するイオン注入装置である。
本発明は、前記引出電極には電極移動装置が設けられ、前記電極移動装置は、前記第一の検出装置が前記電流を検出した複数の検出位置と、各検出位置で検出した前記電流の電流値とに基づいて、前記イオンビームの光軸と一致すべき中心軸に対して垂直な方向に前記引出電極を移動させるイオン注入装置である。
本発明は、前記質量分析装置を通過した前記イオンビームが、前記質量分析装置よりも下流側で焦点を結ぶイオン注入装置であって、前記焦点よりも上流側であって前記質量分析装置よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第二の検出装置と、前記焦点よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第三の検出装置と、前記第二、第三の検出装置に前記イオンが飛行する範囲をそれぞれ横断させて前記イオンをそれぞれ入射させる第二、第三の移動装置と、前記第二、第三の検出装置の間に配置されたスリットと、を有するイオン注入装置である。
本発明は、前記質量分析装置を通過した前記イオンビームが、前記質量分析装置よりも下流側で焦点を結ぶイオン注入装置であって、前記焦点よりも上流側であって前記質量分析装置よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第二の検出装置と、前記焦点よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第三の検出装置と、前記第二、第三の検出装置に前記イオンが飛行する範囲をそれぞれ横断させて前記イオンをそれぞれ入射させる第二、第三の移動装置と、前記第二、第三の検出装置の間に配置されたスリットと、を有し、前記第二、第三の検出装置が前記電流を検出した複数の検出位置と、各前記検出位置で検出した前記電流の電流値とに基づいて、前記電極移動装置は、前記焦点の位置が前記スリットに近くなるように前記引出電極を前記中心軸と平行な方向に移動させるイオン注入装置である。
本発明は、引出電極に印加する電圧によってイオン源からイオンを引き出して質量分析装置の内部に入射させ、前記質量分析装置の内部を通過した前記イオンから成るイオンビームが、前記質量分析装置よりも下流側で焦点を結ぶイオン注入装置であって、前記焦点よりも上流側であって前記質量分析装置よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第二の検出装置と、前記焦点よりも下流側で前記イオンを入射させて電流を検出する第三の検出装置と、前記第二、第三の検出装置に前記イオンが飛行する範囲をそれぞれ横断させて前記イオンをそれぞれ入射させる第二、第三の移動装置と、前記第二、第三の検出装置の間に配置されたスリットと、を有するイオン注入装置である。
本発明は、前記引出電極には電極移動装置が設けられ、前記第二、第三の検出装置が前記電流を検出した複数の検出位置と、各前記検出位置で検出した前記電流の電流値とに基づいて、前記電極移動装置は、前記焦点の位置が前記スリットに近くなるように前記引出電極を前記イオンビームと一致すべき中心軸と平行な方向に移動させるイオン注入装置である。 In order to solve the above problems, the present invention extracts ions from an ion source by applying a voltage to an extraction electrode and causes them to enter a mass spectrometer as an ion beam, and implants the ions that have passed through the mass spectrometer. An ion implanter for irradiating an object to implant the ions into the implanted object, wherein a current flowing through the ions extracted from the ion source before entering the mass spectrometer is detected. The ion implanter has a first detection device and a first moving device for causing the ions to enter the first detection device across a flight range of the ions.
In the present invention, the extraction electrode is provided with an electrode moving device, and the electrode moving device includes a plurality of detection positions where the first detection device detects the current, and the current detected at each detection position. The ion implanter moves the extraction electrode in a direction perpendicular to a central axis that should coincide with the optical axis of the ion beam.
The present invention provides an ion implanter in which the ion beam that has passed through the mass spectrometer is focused on the downstream side of the mass spectrometer, and the ion beam is on the upstream side of the focal point and the mass spectrometer. a second detection device that causes the ions to be incident on the downstream side and detects a current; a third detection device that causes the ions to be incident on the downstream side of the focal point and detects the current; a second and third moving device for causing the ions to enter the detection device of (1) by crossing the flight range of the ions, and a slit disposed between the second and third detection devices; It is an ion implanter with
The present invention provides an ion implanter in which the ion beam that has passed through the mass spectrometer is focused on the downstream side of the mass spectrometer, and the ion beam is on the upstream side of the focal point and the mass spectrometer. a second detection device that causes the ions to be incident on the downstream side and detects a current; a third detection device that causes the ions to be incident on the downstream side of the focal point and detects the current; a second and third moving device for causing the ions to enter the detection device of (1) by crossing the flight range of the ions, and a slit disposed between the second and third detection devices; and based on a plurality of detection positions where the current is detected by the second and third detection devices and current values of the current detected at each of the detection positions, the electrode moving device moves the focal point. In the ion implanter, the extraction electrode is moved in a direction parallel to the central axis so that the position of the extraction electrode is close to the slit.
According to the present invention, ions are extracted from an ion source by a voltage applied to an extraction electrode and entered into a mass spectrometer. An ion implanter with a focus on the downstream side, a second detection device for causing the ions to be incident on the upstream side of the focus and downstream of the mass spectrometer and detecting a current, and the focus A third detection device for detecting current by causing the ions to be incident on the downstream side of the third detection device, and a third detection device for causing the ions to be incident on the second and third detection devices by crossing the range in which the ions fly respectively. An ion implanter comprising second and third moving devices and a slit arranged between the second and third detecting devices.
In the present invention, the extraction electrode is provided with an electrode moving device, the plurality of detection positions at which the second and third detection devices detect the current, and the current value of the current detected at each of the detection positions. , the electrode moving device is an ion implanter that moves the extraction electrode in a direction parallel to the central axis to coincide with the ion beam so that the position of the focal point is close to the slit.

光軸や焦点の位置がずれても、引出電極を移動させることでイオンビームの焦点をスリットに位置させることができるので、イオン照射量が増大する。 Even if the position of the optical axis or the focus is shifted, the focus of the ion beam can be positioned at the slit by moving the extraction electrode, so the ion irradiation amount increases.

本発明のイオン注入装置を説明するための図A diagram for explaining the ion implantation apparatus of the present invention. (ａ)：光軸と中心軸とが一致し、焦点がスリットに位置している状態を示す図 (ｂ)：光軸が中心軸からずれている状態を説明するための図(ｃ)：焦点がスリットよりも下流側にずれた状態を説明するための図(ｄ)：焦点がスリットよりも上流側にずれた状態を説明するための図(a): Diagram showing a state in which the optical axis and the central axis are aligned and the focal point is located on the slit (b): Diagram for explaining the state in which the optical axis is shifted from the central axis (c): Diagram (d) for explaining a state in which the focus is shifted to the downstream side of the slit: Diagram for explaining a state in which the focus is shifted to the upstream side of the slit 検出装置を説明するための図Diagram for explaining the detection device 検出装置のファラデーカップを説明するための図Diagram for explaining the Faraday cup of the detector

＜イオン注入装置＞
図１の符号２は本発明のイオン注入装置であり、特にＳｉＣ基板にイオンを注入するための装置であり、真空槽１１とイオン源１２と注入室１３とを有している。なお、図示しないがイオン源１２等の各部位は絶縁碍子で独立に電位を与えられるようにされている。 <Ion implanter>
Reference numeral 2 in FIG. 1 denotes an ion implantation apparatus of the present invention, particularly an apparatus for implanting ions into a SiC substrate, having a vacuum chamber 11 , an ion source 12 and an implantation chamber 13 . Although not shown, each portion of the ion source 12 and the like is provided with an insulator so that a potential can be applied independently.

真空槽１１は、高電圧が印加される高電圧槽７と、内部加速電極が配置された加速管８と、接地電位に電気的に接続された接地槽９とを有しており、高電圧槽７の一端と接地槽９の一端とは、加速管８を介して気密に接続されている。 The vacuum chamber 11 has a high voltage chamber 7 to which a high voltage is applied, an acceleration tube 8 in which an internal acceleration electrode is arranged, and a ground chamber 9 electrically connected to a ground potential. One end of the tank 7 and one end of the grounded tank 9 are airtightly connected via an acceleration tube 8 .

高電圧槽７の他端と、接地槽９の他端とは、それぞれイオン源１２と注入室１３とに接続されており、イオン源１２の内部と真空槽１１の内部と注入室１３の内部とは、真空排気されて真空雰囲気が形成されるようになっている。 The other end of the high voltage tank 7 and the other end of the ground tank 9 are connected to the ion source 12 and the implantation chamber 13, respectively. is evacuated to form a vacuum atmosphere.

この例では、真空排気装置２９によって、イオン源１２の内部と真空槽１１の内部と注入室１３の内部とが真空排気され、真空雰囲気にされている。 In this example, the interior of the ion source 12, the interior of the vacuum chamber 11, and the interior of the implantation chamber 13 are evacuated by the evacuation device 29 to create a vacuum atmosphere.

注入室１３はイオンを注入する例えば半導体基板等の対象物を搬出入可能に構成されており、ここでは注入室１３の内部に注入対象物１０が配置されている。 The implantation chamber 13 is configured such that an object to be implanted with ions, such as a semiconductor substrate, can be moved in and out.

イオン源１２には、注入ガス供給装置１８が接続されている。イオン源１２の内部にはプラズマ生成装置が配置されており、注入ガス供給装置１８からイオン源１２に注入ガスが導入され、プラズマ生成装置が動作すると注入ガスが電離され、プラズマ１９が生成される。プラズマ１９はイオン源１２の内部に充満する。 An implantation gas supply device 18 is connected to the ion source 12 . A plasma generation device is arranged inside the ion source 12 , an injection gas is introduced into the ion source 12 from an injection gas supply device 18 , and when the plasma generation device operates, the injection gas is ionized and plasma 19 is generated. . Plasma 19 fills the interior of ion source 12 .

高電圧槽７の内部のイオン源１２の近くの場所にはプラズマ電極２１が配置され、真空槽１１の内部のプラズマ電極２１よりもイオン源１２から遠い場所には引出電極２２が配置されている。引出電極２２は、通常、加速・減速の２枚電極構造になっているが、ここでは簡略化して１枚で図示している。 A plasma electrode 21 is arranged inside the high-voltage chamber 7 near the ion source 12, and an extraction electrode 22 is arranged at a location farther from the ion source 12 than the plasma electrode 21 inside the vacuum chamber 11. . The lead-out electrode 22 normally has a two-electrode structure for acceleration and deceleration, but is shown as one electrode for simplification here.

真空槽１１の外部には電源装置３０が配置されており、高電圧槽７を基準電位としている。プラズマ電極２１と引出電極２２とは電源装置３０に接続されている。 A power supply device 30 is arranged outside the vacuum chamber 11, and the high voltage chamber 7 is used as a reference potential. The plasma electrode 21 and extraction electrode 22 are connected to a power supply device 30 .

プラズマ電極２１と引出電極２２とには、通過孔３１、３２がそれぞれ設けられている。 Through holes 31 and 32 are provided in the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22, respectively.

イオン源１２の内部はプラズマ電極２１の通過孔３１によって高電圧槽７の内部に接続されており、電源装置３０によってプラズマ電極２１と引出電極２２とに電圧を印加して、イオン源１２の内部と高電圧槽７の内部のイオン源１２の近傍とに電界を形成すると、イオン源１２の内部に生成されたプラズマ１９からイオンが引き出され、通過孔３１、３２を通過して高電圧槽７の内部に放出され、放出されたイオンは高電圧槽７の内部を飛行する。 The inside of the ion source 12 is connected to the inside of the high voltage tank 7 by the passage hole 31 of the plasma electrode 21, and the voltage is applied to the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 by the power supply device 30, so that the inside of the ion source 12 is opened. and near the ion source 12 inside the high voltage chamber 7, ions are extracted from the plasma 19 generated inside the ion source 12, pass through the passage holes 31 and 32, and enter the high voltage chamber 7. , and the emitted ions fly inside the high-voltage tank 7 .

飛行するイオンの進行方向には、内部湾曲された質量分析装置１６が配置されている。質量分析装置１６は磁力装置２３を有しており、質量分析装置１６が設けられた高電圧槽７の内部には、イオンの飛行方向を曲げる磁界が形成されており、質量分析装置１６に入射したイオンはその質量電荷比に応じた曲げ量で飛行方向が曲げられ、質量分析装置１６に設定された質量電荷比のイオンが質量分析装置１６を通過する。 An internally curved mass spectrometer 16 is arranged in the traveling direction of the flying ions. The mass spectrometer 16 has a magnetic force device 23 , and a magnetic field is formed inside the high voltage tank 7 in which the mass spectrometer 16 is provided to bend the flight direction of ions. The flight direction of the ions is bent according to the mass-to-charge ratio, and the ions having the mass-to-charge ratio set in the mass spectrometer 16 pass through the mass spectrometer 16 .

イオンの流れについてイオン源１２を上流側、注入室１３を下流側とすると、質量分析装置１６の下流側にはスリット装置２４が配置されており、スリット装置２４には、鉛直な上下方向に長く、水平な左右方向に狭い縦長のスリット３４が設けられている。 Assuming that the ion source 12 is on the upstream side and the injection chamber 13 is on the downstream side of the ion flow, a slit device 24 is disposed downstream of the mass spectrometer 16. , a vertically elongated slit 34 narrow in the horizontal left-right direction is provided.

質量分析装置１６の中に入射したイオンは、飛行方向が湾曲されると共に、質量分析装置１６の内部を飛行する間に幅が狭くなるように集束され、質量分析装置１６から放出されてスリット装置２４に入射するとスリット３４を通過する。 The ions entering the mass spectrometer 16 are curved in their flight direction, converged so as to narrow in width while flying inside the mass spectrometer 16, and emitted from the mass spectrometer 16 into a slit device. 24 passes through the slit 34 .

上述の加速管８は、スリット装置２４の下流側に配置されており、スリット３４を通過したイオンが加速管８の内部に入射すると、加速管８の内部に配置された加速電極によって所定の速度まで加速される。 The acceleration tube 8 described above is arranged on the downstream side of the slit device 24 , and when the ions passing through the slit 34 enter the acceleration tube 8 , they are accelerated to a predetermined speed by the acceleration electrode arranged inside the acceleration tube 8 . accelerated to

加速管８の下流側には下流側スリット装置２５が配置されている。 A downstream slit device 25 is arranged downstream of the acceleration tube 8 .

下流側スリット装置２５の内部には下流側スリット３５が設けられており、加速管８で加速されたイオンは下流側スリット装置２５に入射し、下流側スリット３５を通過する。 A downstream slit 35 is provided inside the downstream slit device 25 , and ions accelerated by the acceleration tube 8 enter the downstream slit device 25 and pass through the downstream slit 35 .

下流側スリット装置２５の下流側には走査装置２６が配置されている。 A scanning device 26 is arranged downstream of the downstream slit device 25 .

下流側スリット３５を通過したイオンは走査装置２６に入射し、走査装置２６の内部を飛行する間に、飛行方向が制御されて走査装置２６から放出される。 After passing through the downstream slit 35 , the ions enter the scanning device 26 and are emitted from the scanning device 26 while flying inside the scanning device 26 while being controlled in flight direction.

注入室１３は走査装置２６の下流側に配置されており、走査装置２６から放出されたイオンは注入対象物１０の表面に照射される。 The implantation chamber 13 is arranged downstream of the scanning device 26 , and the surface of the implantation object 10 is irradiated with the ions emitted from the scanning device 26 .

イオンが照射される注入対象物１０上の位置は、走査装置２６によって変更されるので、イオンが照射される範囲の面積は注入対象物１０の表面の面積よりも小さくても、走査装置２６によって照射位置が移動されて注入対象物１０の表面全部にイオンが照射されるようになっている。 Since the position on the implant target 10 irradiated with ions is changed by the scanning device 26, even if the area of the range irradiated with ions is smaller than the area of the surface of the implant target 10, the scanning device 26 The irradiation position is moved so that the entire surface of the object to be implanted 10 is irradiated with ions.

注入対象物１０に照射されたイオンは注入対象物１０の内部に注入される。 The ions irradiated to the implantation target 10 are implanted inside the implantation target 10 .

＜第一～第三の検出装置＞
引出電極２２と質量分析装置１６との間の位置と、質量分析装置１６とスリット装置２４との間の位置と、スリット装置２４と加速管８との間の位置とには、第一～第三の検出装置４１～４３がそれぞれ設けられている。 <First to third detection devices>
First to second Three detection devices 41-43 are provided respectively.

第一～第三の検出装置４１～４３の平面図を図３に示し、そのＡ－Ａ線截断断面図を図４に示す。 A plan view of the first to third detection devices 41 to 43 is shown in FIG. 3, and a cross-sectional view taken along the line AA is shown in FIG.

第一～第三の検出装置４１～４３は同じ構造であり、第一～第三の検出装置４１～４３は、複数個のファラデーカップ５１が一列に並べられて成るカップ列をそれぞれ複数列有している。 The first to third detection devices 41 to 43 have the same structure, and each of the first to third detection devices 41 to 43 has a plurality of cup rows each having a plurality of Faraday cups 51 arranged in a row. are doing.

図３の符号５０₁～５０₅はカップ列を示しており、カップ列５０₁～５０₅は互いに平行で等間隔に配置されている。 Reference numerals 50 ₁ to 50 ₅ in FIG. 3 indicate rows of cups, and the rows of cups 50 ₁ to 50 ₅ are arranged parallel to each other at equal intervals.

各ファラデーカップ５１は容器形形状であり、開口５３を有している。各ファラデーカップ５１は、開口５３が同じ方向に向けられると共に、開口５３が同一の平面に位置するように配置されて取り付け板５８に固定されている。各ファラデーカップ５１の開口５３と近接して平行な位置には入射制限板５５が設けられており、入射制限板５５の各ファラデーカップ５１の開口５３の中心と対面する位置には、貫通孔５２が形成されており、後述するように入射制限板５５にイオンが照射されると、貫通孔５２を通過してイオンだけがファラデーカップ５１に入射し、電流を検出するようになっている。 Each Faraday cup 51 is container-shaped and has an opening 53 . Each Faraday cup 51 is arranged and fixed to a mounting plate 58 so that the openings 53 are oriented in the same direction and the openings 53 are located on the same plane. An incident limiting plate 55 is provided at a position close to and parallel to the opening 53 of each Faraday cup 51 , and a through hole 52 is provided at a position of the incident limiting plate 55 facing the center of the opening 53 of each Faraday cup 51 . As will be described later, when the incident limiting plate 55 is irradiated with ions, only the ions pass through the through hole 52 and enter the Faraday cup 51 to detect current.

第一～第三の検出装置４１～４３は、各カップ列５０₁～５０₅が鉛直になるように高電圧槽７の内部でそれぞれ立設されている。 The first to third detectors 41 to 43 are erected inside the high voltage tank 7 so that the cup rows 50 ₁ to 50 ₅ are vertical.

各ファラデーカップ５１の開口５３が位置する平面を入射平面５６とし、入射平面５６に含まれ、カップ列５０₁～５０₅と平行な方向に伸びる一直線をＹ軸とし、また、同じ入射平面５６に含まれ、カップ列５０₁～５０₅と直角な方向に伸びる一直線をＸ軸として、第一～第三の検出装置４１～４３にそれぞれ一組のＸ軸とＹ軸とを定めると、各カップ列５０₁～５０₅はそれぞれ平行で等間隔Δｘで並んでおり、各カップ列５０₁～５０₅中の一列の中では、各ファラデーカップ５１も一列中に等間隔Δｙに並んでいる。 A plane on which the opening 53 of each Faraday cup 51 is located is defined as an incident plane 56, and a straight line included in the incident plane 56 and extending in a direction parallel to the rows of cups 50 ₁ to 50 ₅ is defined as a Y-axis. A straight line extending in a direction perpendicular to the rows of cups 50 ₁ to 50 ₅ is defined as the X axis, and a set of X and Y axes is defined for each of the first to third detection devices 41 to 43. Each cup The rows 50 ₁ to 50 ₅ are parallel and arranged at regular intervals Δx, and the Faraday cups 51 are also arranged at regular intervals Δy in one row among the cup rows 50 ₁ to 50 ₅ .

ここで、第一～第三の検出装置４１～４３のうち、一台の検出装置の中では、隣接する二列のカップ列５０₁～５０₅の間では、ファラデーカップ５１は高さがΔｔ(Δｙ＝列数×Δｔ)だけ異なるようにされており、従って、同じ高さのファラデーカップ５１はないようになっている。 Here, among the first to third detection devices 41 to 43, in one detection device, the Faraday cup 51 has a height of Δt between two adjacent cup rows 50 ₁ to 50 ₅ . The difference is made by (Δy=number of rows×Δt), so that there are no Faraday cups 51 with the same height.

つまり、一台の検出装置中で各ファラデーカップ５１のＹ軸の座標を昇べき又は降べきの順に並べたときには隣接するＹ軸の座標はΔｔだけ異なるようになっている。 That is, when the Y-axis coordinates of the respective Faraday cups 51 are arranged in ascending or descending order in one detecting device, adjacent Y-axis coordinates differ by Δt.

＜第一～第三の移動装置＞
第一～第三の検出装置４１～４３は第一～第三の移動装置４６～４８にそれぞれ接続されており、第一～第三の移動装置４６～４８が動作すると、第一～第三の検出装置４１～４３は高電圧槽７の内部で、第一～第三の検出装置４１～４３のＸ軸に沿った方向に移動する。ここではＸ軸は水平面内に位置しており、第一～第三の検出装置４１～４３は水平面内で直線移動する。 <First to third moving devices>
The first to third detection devices 41 to 43 are connected to first to third moving devices 46 to 48, respectively, and when the first to third moving devices 46 to 48 operate, the first to third detection devices 41 to 43 The detectors 41 to 43 move in the direction along the X-axis of the first to third detectors 41 to 43 inside the high voltage tank 7 . Here, the X-axis is positioned in the horizontal plane, and the first to third detectors 41-43 move linearly in the horizontal plane.

図２(ａ)～(ｄ)は、高電圧槽７の壁面に沿ったイオンの飛行軌道を示した平面図であり、質量分析装置１６内部の高電圧槽７の壁面も平面としてイオンが飛行する軌道が表されている。 2A to 2D are plan views showing the flight trajectories of ions along the wall surface of the high-voltage chamber 7, and the ions fly assuming that the wall surface of the high-voltage chamber 7 inside the mass spectrometer 16 is also flat. trajectory is shown.

各図では、第一～第三の検出装置４１～４３は移動開始位置６１～６３に配置されており、第一～第三の移動装置４６～４８が動作して移動を開始すると、第一～第三の検出装置４１～４３は、移動開始位置６１～６３から移動終了位置７１～７３まで移動できるようにされている。 In each figure, the first to third detection devices 41 to 43 are arranged at movement start positions 61 to 63, and when the first to third movement devices 46 to 48 operate and start moving, the first The third detection devices 41-43 are movable from movement start positions 61-63 to movement end positions 71-73.

引出電極２２によってイオン源１２からイオンが引き出され、高電圧槽７の内部をイオンが飛行している状態で第一～第三の検出装置４１～４３が移動開始位置６１～６３から移動終了位置７１～７３まで移動すると、入射制限板５５がイオンの上流側に向けられた状態で、第一～第三の検出装置４１～４３は、イオンが飛行する範囲４４を横断する。 Ions are extracted from the ion source 12 by the extraction electrode 22, and the first to third detection devices 41 to 43 move from the movement start positions 61 to 63 to the movement end positions while the ions are flying inside the high voltage tank 7. Moving to 71-73, the first through third detectors 41-43 traverse the ion flight range 44 with the entrance limiting plate 55 directed upstream of the ions.

第一～第三の検出装置４１～４３の入射制限板５５は、横断するイオンが飛行する範囲４４に対して略垂直にされており、入射制限板５５に入射したイオンの一部が貫通孔５２を通過してファラデーカップ５１の底面に入射する。 The incidence limiting plates 55 of the first to third detectors 41 to 43 are substantially perpendicular to the flight range 44 of the traversing ions. 52 and enters the bottom surface of the Faraday cup 51 .

各ファラデーカップ５１には、イオンの入射量に応じた電流が流れ、第一～第三の検出装置４１～４３によってファラデーカップ５１の電流が検出され、測定装置４０に出力されて電流値が求められる。 A current corresponding to the amount of incident ions flows through each Faraday cup 51, and the current of the Faraday cup 51 is detected by the first to third detectors 41 to 43 and output to the measuring device 40 to obtain the current value. be done.

第一～第三の移動装置４６～４８は測定装置４０に接続され、測定装置４０によって制御されている。ここでは第一～第三の移動装置４６～４８によって第一～第三の検出装置４１～４３の位置が検出されており、第一～第三の検出装置４１～４３が検出した電流が測定装置４０に出力され測定装置４０で電流値が求められる。測定装置４０には、第一～第三の移動装置４６～４８から電流を検出したときの第一～第三の検出装置４１～４３の位置が出力され、電流を検出した各ファラデーカップ５１の位置が、検出位置として、各ファラデーカップ５１が検出した電流の電流値と対応付けられて第一～第三の測定結果としてそれぞれ記憶される。 First to third moving devices 46 to 48 are connected to and controlled by measuring device 40 . Here, the positions of the first to third detection devices 41 to 43 are detected by the first to third moving devices 46 to 48, and the currents detected by the first to third detection devices 41 to 43 are measured. The current value is output to the device 40 and measured by the measuring device 40 . The measuring device 40 outputs the positions of the first to third detecting devices 41 to 43 when the current is detected from the first to third moving devices 46 to 48, and the position of each Faraday cup 51 that detects the current. The position is associated with the current value of the current detected by each Faraday cup 51 as the detection position and stored as the first to third measurement results.

従って、第一～第三の測定結果から、イオンが飛行する範囲の境界と面積やイオンの強度分布を求めることができる。 Therefore, from the first to third measurement results, the boundary and area of the flight range of ions and the intensity distribution of ions can be obtained.

高電圧槽７の内部を飛行するイオンをイオンビームとすると、イオンビームの断面形状や、断面形状内のイオンの強度分布が分かる。イオンが飛行する範囲の中心を通る直線はイオンビームの中心を通る直線であり、それら中心を通る直線を光軸と呼ぶと、測定装置４０によって高電圧槽７内の光軸の位置が求められる。 Assuming that the ions flying inside the high-voltage tank 7 are an ion beam, the cross-sectional shape of the ion beam and the ion intensity distribution within the cross-sectional shape can be known. A straight line passing through the center of the range in which ions fly is a straight line passing through the center of the ion beam, and the straight line passing through these centers is called an optical axis. .

図２(ａ)の符号４５は光軸を示している。スリット３４の中心と、プラズマ電極２１の通過孔３１の中心とを結ぶ直線を中心軸５７と呼ぶと、図２(ａ)では光軸４５と中心軸５７とは一致している。中心軸５７は光軸４５と一致すべき直線である。 Reference numeral 45 in FIG. 2(a) indicates the optical axis. A straight line connecting the center of the slit 34 and the center of the passage hole 31 of the plasma electrode 21 is called a center axis 57. In FIG. 2(a), the optical axis 45 and the center axis 57 coincide. The central axis 57 is a straight line that should coincide with the optical axis 45 .

質量分析装置１６によって集束されたイオンは、スリット３４中で焦点が結ぶようにされており、スリット３４は縦長であるから、質量分析装置１６によって集束左右方向に集束されていないと、イオンの一部分はスリット装置２４に衝突し、衝突した部分はスリット３４を通過することができない。 Ions focused by the mass spectrometer 16 are brought to focus in the slit 34, which is elongated so that when not focused laterally by the mass spectrometer 16, a portion of the ions collides with the slit device 24 and the collided portion cannot pass through the slit 34. - 特許庁

なお、第一～第三の検出装置４１～４３が静止しているときに、イオンによる電流を測定する場合は、第一～第三の検出装置４１～４３に静止と移動を繰り返させてイオンが飛行する範囲４４を横断させて電流を検出するようにすればよい。 In addition, when the current due to ions is measured while the first to third detection devices 41 to 43 are stationary, the first to third detection devices 41 to 43 are caused to repeat rest and movement to detect the ions. traverses the range 44 over which the current is detected.

＜電極移動装置＞
引出電極２２は消耗品であり寿命に達した引出電極２２は取り外して新しい引出電極２２を取り付ける。この取り付けの際に位置がずれると、イオンビームの光軸４５がずれることになる。 <Electrode moving device>
The extraction electrode 22 is a consumable item, and the extraction electrode 22 that has reached the end of its life is removed and a new extraction electrode 22 is attached. If the position shifts during this attachment, the optical axis 45 of the ion beam shifts.

図２(ｂ)は、引出電極２２がＸ軸に沿った方向にずれてしまい、その結果、イオンが飛行する範囲４４の一方向側(この例では移動終了位置７１側)に引出電極２２が近接し、その反対側では引出電極２２から離間された場合である。 In FIG. 2B, the extraction electrode 22 is displaced in the direction along the X-axis, and as a result, the extraction electrode 22 is positioned on one side of the ion flight range 44 (in this example, on the movement end position 71 side). This is the case when they are close to each other and separated from the extraction electrode 22 on the other side.

一般に飛行するイオンに引出電極２２が近づいた場合は、イオンは引出電極２２に引きつけられて、近づいた引出電極２２が位置する方向に曲がる。つまり、光軸４５は中心軸５７と一致しなくなり、曲がりが大きい程、スリット装置２４の表面に衝突するイオンが増加し、注入対象物１０に入射するイオンが減少する。 In general, when the extraction electrode 22 approaches flying ions, the ions are attracted to the extraction electrode 22 and bend in the direction of the approaching extraction electrode 22 . That is, the optical axis 45 does not coincide with the central axis 57, and the greater the bend, the more ions collide with the surface of the slit device 24 and the less ions enter the implantation target 10. FIG.

このような減少が確認されたときには、第一の検出装置４１を移動させて第一の測定結果を求めると、第一の測定結果から、中心軸５７の所定位置上での、光軸４５の中心軸５７に対して垂直な方向のずれである、垂直方向ずれ距離と、中心軸５７に対して垂直な平面内の方向であるずれ方向とを算出することができる。 When such a decrease is confirmed, the first detection device 41 is moved to obtain the first measurement result. A vertical displacement distance, which is the displacement in the direction perpendicular to the central axis 57, and a displacement direction, which is the direction in the plane perpendicular to the central axis 57, can be calculated.

引出電極２２には、引出電極２２を移動させる電極移動装置３６が設けられており、電極移動装置３６を動作させると、引出電極２２を中心軸５７に対して垂直な方向と、中心軸５７に沿った方向とに移動できるようにされている。 The extraction electrode 22 is provided with an electrode moving device 36 for moving the extraction electrode 22 . When the electrode movement device 36 is operated, the extraction electrode 22 is moved in a direction perpendicular to the central axis 57 and along the central axis 57 . It is designed to be able to move along and along.

引出電極２２を、中心軸５７と垂直な平面内で移動させたときの、引出電極２２の移動方向と移動距離と、光軸４５の所定位置での中心軸５７に垂直な平面内の移動方向や移動距離との関係を、シミュレーションや実験によって光軸移動関係として予め求めておき、第一の測定結果から、垂直方向ずれ距離とずれ方向とを算出し、算出した垂直方向ずれ距離とずれ方向と求めておいた光軸移動関係とから、光軸４５を中心軸５７に一致させるための引出電極２２の移動方向と移動距離とを算出し、引出電極２２を、算出した移動方向に移動距離だけ移動させると、ずれを解消させることができる。 The movement direction and movement distance of the extraction electrode 22 when the extraction electrode 22 is moved in a plane perpendicular to the central axis 57, and the movement direction in the plane perpendicular to the central axis 57 at a predetermined position of the optical axis 45. and the movement distance is obtained in advance as an optical axis movement relationship by simulation or experiment, and from the first measurement result, the vertical displacement distance and the displacement direction are calculated, and the calculated vertical displacement distance and displacement direction From the calculated optical axis movement relationship, the movement direction and movement distance of the extraction electrode 22 for matching the optical axis 45 with the central axis 57 are calculated, and the extraction electrode 22 is moved in the calculated movement direction by the movement distance The deviation can be eliminated by moving the

引出電極２２を算出した移動方向に少しだけ移動させて第一の測定結果を求め、移動方向と移動距離を再度算出するようにして、引出電極２２の移動と第一の測定結果を求めることとを繰り返し行い、ずれを解消させることもできる。 Moving the extraction electrode 22 slightly in the calculated movement direction to obtain the first measurement result, calculating the movement direction and the movement distance again, and obtaining the movement of the extraction electrode 22 and the first measurement result. can be repeated to eliminate the deviation.

電極移動装置３６や測定装置４０は制御装置１５に接続されており、制御装置１５に光軸移動関係を記憶させ、測定装置４０や制御装置１５によって第一の測定結果から垂直方向ずれ距離とずれ方向とを算出し、算出した垂直方向ずれ距離とずれ方向と電極移動装置３６や測定装置４０に記憶された光軸移動関係とから、引出電極２２を移動させる移動方向と移動距離とを算出し、電極移動装置３６によって引出電極２２を移動させることができる。 The electrode moving device 36 and the measuring device 40 are connected to the control device 15, the optical axis moving relationship is stored in the control device 15, and the vertical deviation distance and the deviation are calculated from the first measurement result by the measuring device 40 and the control device 15. Then, from the calculated vertical displacement distance and displacement direction and the optical axis displacement relationship stored in the electrode moving device 36 and the measuring device 40, the moving direction and moving distance for moving the extraction electrode 22 are calculated. , the electrode moving device 36 can move the extraction electrode 22 .

上述の図２(ｂ)は、引出電極２２が、中心軸５７と垂直な左右方向にずれた場合であり、その場合のずれの解消手順を説明したが、左右方向ではなく、中心軸５７と垂直な上方又は下方にずれた場合でも、ずれの解消手順は同じである。 FIG. 2(b) above shows the case where the extraction electrode 22 is displaced in the horizontal direction perpendicular to the central axis 57, and the procedure for resolving the displacement in that case has been described. The clearing procedure is the same for vertical upward or downward deviations.

次に、図２(ｃ)、(ｄ)は、引出電極２２が、中心軸５７と平行な方向にずれた場合であり、図２(ｃ)は、引出電極２２がプラズマ電極２１から離間する方向にずれ、図２(ｄ)は、引出電極２２がプラズマ電極２１に近接する方向にずれている。 Next, FIGS. 2C and 2D show the case where the extraction electrode 22 is displaced in the direction parallel to the central axis 57, and FIG. In FIG. 2(d), the extraction electrode 22 is shifted in the direction of approaching the plasma electrode 21. FIG.

図２(ａ)のように、引出電極２２にずれが無い場合には、飛行するイオンの焦点４９はスリット３４が配置された場所に位置するが、引出電極２２がプラズマ電極２１から離間すると、焦点４９がスリット３４よりも下流側に移動し、引出電極２２がプラズマ電極２１に近接すると、焦点４９はスリット３４の上流側に移動する。 As shown in FIG. 2A, when the extraction electrode 22 is not displaced, the focal point 49 of the flying ions is located at the position where the slit 34 is arranged. When the focal point 49 moves downstream of the slit 34 and the extraction electrode 22 approaches the plasma electrode 21 , the focal point 49 moves upstream of the slit 34 .

引出電極２２がプラズマ電極２１から最も離間したときと、最も近接したときとの焦点４９が位置する場所は予め求められており、焦点４９が最も上流側に移動したときの位置よりも上流側に第二の検出装置４２が配置され、焦点４９が最も下流側に移動したとき位置よりも下流側に第三の検出装置４３が配置されている。 The locations where the focal point 49 is positioned when the extracting electrode 22 is the farthest from the plasma electrode 21 and when the extraction electrode 22 is the closest to the plasma electrode 21 are determined in advance, and are upstream of the position when the focal point 49 moves most upstream. A second detection device 42 is arranged, and a third detection device 43 is arranged on the downstream side of the position when the focal point 49 moves to the most downstream side.

図２(ａ)のように、焦点４９がスリット３４に位置しているときの、第二、第三の検出装置４２、４３の電流の検出によって得られたイオンが飛行する範囲の面積を、第二、第三の基準面積としてそれぞれ求めて測定装置４０や制御装置１５に記憶させておき、第二、第三の移動装置４７，４８によって第二、第三の検出装置４２、４３を移動させ、第二の検出装置４２のファラデーカップ５１に流れた電流の電流値と、電流を検出したファラデーカップ５１の検出位置とを第二の測定結果として求め、また、第三の検出装置４３のファラデーカップ５１に流れた電流の電流値と、電流を検出したファラデーカップ５１の検出位置とを第三の測定結果として求め、第二、第三の測定結果から算出したイオンが飛行する範囲の面積と、予め測定された第二、第三の基準面積と比較することができる。 As shown in FIG. 2(a), when the focal point 49 is positioned at the slit 34, the area of the flight range of the ions obtained by detecting the current of the second and third detectors 42 and 43 is Second and third reference areas are obtained respectively and stored in the measuring device 40 and the control device 15, and the second and third detecting devices 42 and 43 are moved by the second and third moving devices 47 and 48. Then, the current value of the current flowing through the Faraday cup 51 of the second detection device 42 and the detection position of the Faraday cup 51 where the current is detected are obtained as second measurement results. The current value of the current flowing through the Faraday cup 51 and the detection position of the Faraday cup 51 where the current is detected are obtained as the third measurement result, and the area of the range in which the ions fly calculated from the second and third measurement results , and can be compared with second and third reference areas measured in advance.

この場合、第二の測定結果から算出した範囲の面積が第二の基準面積よりも大きくなり、第三の測定結果から算出した範囲の面積が第三の基準面積よりも小さくなった場合は、焦点４９がスリット装置２４よりも下流側に位置することが分かり、逆に、第二の測定結果から求めた面積が第二の基準面積よりも小さくなり、第三の測定結果から算出した面積が第三の基準面積よりも大きくなった場合は焦点４９がスリット装置２４よりも上流側に位置することが分かる。 In this case, if the area of the range calculated from the second measurement result is larger than the second reference area and the area of the range calculated from the third measurement result is smaller than the third reference area, It can be seen that the focal point 49 is located downstream of the slit device 24, conversely, the area obtained from the second measurement result is smaller than the second reference area, and the area calculated from the third measurement result is It can be seen that the focal point 49 is located on the upstream side of the slit device 24 when the area is larger than the third reference area.

また、焦点４９の中心軸５７に沿った方向の位置と、第二、第三の測定結果とを対応させて測定装置４０や制御装置１５に記憶させておくと、求めた第二、第三の測定結果から、焦点４９の中心軸５７上の実際位置を求め、スリット３４からの焦点４９が位置する方向と、スリット３４と焦点４９との間の距離を算出することができる。 Further, if the position of the focal point 49 in the direction along the central axis 57 is associated with the second and third measurement results and stored in the measuring device 40 and the control device 15, the determined second and third From the measurement result of , the actual position of the focal point 49 on the central axis 57 can be obtained, and the direction of the focal point 49 from the slit 34 and the distance between the slit 34 and the focal point 49 can be calculated.

また、引出電極２２の、中心軸５７と平行な方向の移動方向と移動距離と、焦点４９の中心軸５７と平行な方向内での移動方向と移動距離との関係である焦点移動関係を、予めシミュレーションや実験によって求め、制御装置１５や測定装置４０に記憶させておく。 In addition, the focus movement relationship, which is the relationship between the moving direction and moving distance of the extraction electrode 22 in the direction parallel to the central axis 57 and the moving direction and moving distance of the focal point 49 in the direction parallel to the central axis 57, It is determined in advance by simulation or experiment and stored in the control device 15 and the measurement device 40 .

第二、第三の測定結果から、スリット３４からの焦点４９が位置する方向と距離とを算出し、焦点移動関係から、焦点４９をスリット３４に位置させるために引出電極２２を中心軸５７と平行に移動させるための方向と移動距離とが算出できるから、算出した方向に算出した移動距離引出電極２２を移動させることで、焦点４９をスリット３４中に配置することができる。 From the second and third measurement results, the direction and distance of the focal point 49 from the slit 34 are calculated. Since the direction and the moving distance for moving in parallel can be calculated, the focal point 49 can be arranged in the slit 34 by moving the calculated moving distance extraction electrode 22 in the calculated direction.

２……イオン注入装置
１０……注入対象物
１６……質量分析装置
１２……イオン源
２２……引出電極
３４……スリット
３６……電極移動装置
４１……第一の検出装置
４２……第二の検出装置
４３……第三の検出装置
４５……光軸
４６……第一の移動装置
４７……第二の移動装置
４８……第三の移動装置
４９……焦点
５７……中心軸 2...Ion implanter 10...Injection object 16...Mass spectrometer 12...Ion source 22...Extraction electrode 34...Slit 36...Electrode moving device 41...First detection device 42...Second Second detection device 43 Third detection device 45 Optical axis 46 First moving device 47 Second moving device 48 Third moving device 49 Focus 57 Central axis

Claims

Ions are extracted from the ion source by a voltage applied to the extraction electrode, and are made to enter and pass through the mass spectrometer . and implanting the ions into the implantation target,
an electrode moving device capable of moving the focal point in the direction parallel to the central axis by moving the extraction electrode in the direction parallel to the central axis with which the optical axis of the ion beam should coincide;
a first detection device for detecting a current flowing through the ions extracted from the ion source before they enter the mass spectrometer;
A second method in which the ions are incident on the upstream side of the position of the focal point when the focal point is moved to the most upstream side by the movement of the extraction electrode and on the downstream side of the mass spectrometer, and the current is detected. a detection device;
a third detection device that causes the ions to be incident on the downstream side of the position of the focal point when the focal point moves to the most downstream side due to the movement of the extraction electrode, and detects current;
a first moving device, a second moving device, and a second moving device that cause the ions to enter the first detection device, the second detection device, and the third detection device, respectively , across a flight range of the ions, and a third mobile device ;
an ion implanter having

The electrode moving device is capable of moving the extraction electrode in a direction perpendicular to the central axis, and a plurality of detection positions where the first detection device detects the current, and the current detected at each detection position. 2. The ion implanter according to claim 1 , wherein said extraction electrode is moved in a direction perpendicular to said central axis so that the optical axis of said ion beam coincides with said central axis, based on the current value of the current.

3. The ion implanter according to claim 1, further comprising a slit disposed between said second and third detectors.

The electrode moving device determines the position of the focal point based on a plurality of detection positions where the current is detected by the second and third detection devices and the current value of the current detected at each of the detection positions. 4. The ion implanter according to claim 3 , wherein said extraction electrode is moved in a direction parallel to said central axis so as to be closer to said slit.

Ions are extracted from the ion source by a voltage applied to the extraction electrode, are incident on the interior of the mass spectrometer, and are caused to pass through the mass spectrometer. An ion implanter for implanting the ions into an object to be implanted,
an electrode moving device capable of moving the focal point in the direction parallel to the central axis by moving the extraction electrode in the direction parallel to the central axis with which the optical axis of the ion beam should coincide;
A second method in which the ions are incident on the upstream side of the position of the focal point when the focal point is moved to the most upstream side by the movement of the extraction electrode and on the downstream side of the mass spectrometer, and the current is detected. a detection device;
a third detection device that causes the ions to be incident on the downstream side of the position of the focal point when the focal point moves to the most downstream side due to the movement of the extraction electrode, and detects current;
second and third moving devices that cause the ions to enter the second and third detection devices by crossing the flight range of the ions , respectively;
an ion implanter having

The ion implanter further has a slit disposed between the second and third detectors,
The electrode moving device determines the position of the focal point based on a plurality of detection positions where the current is detected by the second and third detection devices and the current value of the current detected at each of the detection positions. 6. The ion implanter according to claim 5, wherein said extraction electrode is moved in a direction parallel to said central axis so as to be closer to said slit.