JPH02226645A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被加工物を処理するためのイオンビーム装置
に関するものである。

（従来の技術） 半導体材を製造するためのシリコンウェハなどの被加工
物のイオンビーム処理は、従来から知られている。帯電
させたイオンを発生させて、特定の速度まで加速し、シ
リコンウェハなどの被加工物に衝突させるものである。

シリコンウェハのドーピングを行って半導体材を製造す
る従来技術は、大きく２種類のイオン注入装置に分類さ
れる。

高線量のイオン注入装置は、−船釣にイオン源と、特定
の移動経路に沿って高エネルギのイオンビームな送る集
束部材とを用いている。イオン注入部では、イオン注入
される被加工物を高エネルギのイオンビーム内で制御し
ながら移動させて、被加工物の均一なイオンビーム処理
が得られるようにする。そのような高エネルギイオン注
入・装置を開示している、イートン社（Ｅａｔｏｎ　　
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡された米国特許は、ラ
イディング（Ｒｙｄｉｎｇ）の米国特許第４、２３４．
７９７号である。この特許は参考として本説明に含める
。

第２種類のイオン注入装置は、制御しながら最初の軌道
から偏向させて、イオン注入部のさまざまな部分に衝突
させることができる、ビーム強さが低いイオンビームを
使用している。このビーム強さが低い形式の装置も、イ
オンビーム源と、特定の軌道に沿ってイオンビームを送
る集束部材とを設けている。しかし、この軌道に沿って
電界発生電極が配置されて、これらが制御されながら励
磁されることによって、イオンビームを最初の軌道から
被加工物、−船釣に半導体の製造に使用されるシリコン
ウェハの方へ偏向させることができるようになっている
。

操作電極の電圧を制御することによって１．シリコンウ
ェハの−様なイオンドーピングを達成することができる
。低エネルギのイオン注入装置を開示している代表的な
米国特許は、やはりイートン社（εａｔｏｎ　　Ｃｏｒ
ｐｏｒａｔｉｏｎ）に譲渡されて参考として本説明に含
まれている、マイロン（Ｍｙｒｏｎｌの米国特許第４．
７３６．１０７号である。

（発明が解決しようとする課題） これらの２種類のイオン注入装置には、それぞれ利点と
欠点とがある。高電流イオンビーム注入方法は、−船釣
にウェハの処理量が低く、またウェハをイオンビーム内
で移動させるために大型で費用のかかるウェハ処理部を
必要とする。

低電流イオンビーム注入とともに使用される偏向走査装
置は、大きさおよび単純さの点では有利であるが、イオ
ンがウェハに衝突する時のビームの入射角が変動するこ
とによる欠点がある。この入射角の変動は、イオンビー
ムがシリコンウェハの表面を端から端まで電極走査する
ことが原因である。

本発明の１つの目的は、低電流および高電流のイオンビ
ーム注入装置の利点を組み合わせて、各形式のイオン注
入装置の欠点をなくしたイオン注入装置を提供すること
である。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため特許請求の範囲第１項
ないし８項に記載の構成を有する。

（作用および発明の効果） 本発明によるイオン注入装置は、集合して被加工物イオ
ン注入ビームを形成する複数のイオンビームを発生させ
るイオン源を設けている。

マトリックスに配置された多数のビーム偏向板がイオン
ビームと衝突して、それらを選択的に偏向することによ
り、集合イオンビームを横切る方向のイオンビーム強さ
を制御できる。本発明のビーム偏向板は、イオンを被加
工物の特定の部分の方へ偏向させるために使用されてい
るのではな（、被加工物注入ビームからのイオンを全体
的に偏向するようになっている。このようにして、イオ
ン源からのイオン分散は、被加工物表面で所望のイオン
分散が達成されるように制御することができる。

偏向板の下流側の質量アナライザが、質量に従ってイオ
ンを分析すると共に、偏向板によって集合ビームからビ
ームウェスト部へ偏向されたイオンを分離させる。質量
アナライザ内で、ビームエンベロープは明らかな２つの
ウェスト部を示し、分散平面上の一方は、分解スリット
と一致し、分散平面に直交する非分散平面上の他方は、
偏向率ビームと衝突するように配置されたゲートスリッ
トと一致する。小ビームの偏向は非分散平面上で生じる
ため、それが質量°分散工程に悪影響を与えることはな
い、ウェハ処理部では、質量アナライザを出たイオンが
衝突する位置に、ウェハが配置されている。

制御装置に連結された列状のスイッチが、マトリックス
を有する偏向板にバイヤスをかけて、ウェハに衝突する
イオン分散を制御する。

この制御装置は、複雑な走査電極およびそれらの電極用
の電圧制御アルゴリズムを必要としないで、ウェハに衝
突するイオンの線量な調節する。新た、これにより、従
来の高電流イオン注入装置では必要であったようにウェ
ハをイオンビーム内で機械的に走査する必要がなくなる
という効果を奏する。

（実施例） 第１図に示されているイオン注入装置は、低エネルギ（
２ｋｖ）イオン源１０を備えて、これから放出されたイ
オンは軌道１１に沿って、イオン分散制御装置１２を通
過して進む。イオン源１０は、複数の小横断面のビーム
を放出し、これらは軌道に沿って進むのに伴って拡散し
て結合することにより、ビーム１４を形成する。ビーム
１４内の個々のビームは「小ビームＪ　１３と呼ばれ、
第２図に概略的に示されている。

制御装置１２は、ある小ビーム１３内のイオンが拡散し
て結合ビーム１４を形成する前に、それらのイオンの偏
向を制御することによって、イオンビーム１４の横断面
内のイオンの強さを選択的に調節する。

ビーム１４は、分析または分解マグネット１６を通過し
そこでイオンがその質量および電荷に応じて屈折される
。この１分散マグネット１６の下流側で、ビーム１４内
のイオンは、分散平面上のビームウェストを形成する金
属製の分解スリット１８に入る。制御装置１２によって
偏向されたイオンは、マグネット１６内の移動経路のほ
ぼ中間位置にあって非分散平面上のビームウェストを形
成するゲートスリット１７によってビーム１４から取り
除かれる０分解スリットを通過したこれらのイオンはさ
らに、イオンを所望のエネルギレベル（５〜２０ｋｖ）
まで加速してからビームを被加工物２２に衝突させる加
速管１９．２０によって加速される。これら２つの加速
管１９−、２０は望遠鏡として作用して、加速エネルギ
の大きさおよび２つの加速管１９．２０間のビーム経路
に沿った距離を制御することにより、被加工物２２に対
するビームの衝突の大きさおよび角度を制御することが
できる。

ウェハ２２は、自動ウェハハンドリング装置によってイ
オンビーム１４内の適当な位置および向きに配置された
り、そこから取り出される。

ビーム１４は、イオン源からウェハ２２の位置まで高説
気空間内にあるため、この装置はウェハを大気圧から極
低圧まで移動させなければならない、この作業を実施で
きる装置は公知である。

制御装置１２は、統合ビーム１４を構成する小ビームを
選択的に減衰させることにより、被加工物２２に対する
イオン注入線量を選択的に制御して、−船釣に均一化す
る。イオン源１０は、被加工物２２のイオン注入表面を
完全にカバーできる大きさのビーム１４を発生するため
、イオン注入部にウェハ走査装置を設ける必要がない、
また、走査電極も必要なく、従って、そのような電極に
加える電圧を調節する電子機器も不必要になる。

本発明の一実施例によれば、イオン源１０は、１センチ
メートルあたりおよそ１キロボルトのエネルギーでおよ
そ２４ミリアンペアの電流を有するイオンを発生できる
多孔式コーフマン（Ｋａｕｆｍａｎｌ型イオン源である
。第１図に示した実施例に使用されている特殊なイオン
源は、横７列、縦７列に並べられた４９個の孔を有する
３センチメートル直径のイオン発生面を備えており、合
計電流容量は１２５ミリアンペアである。

制御装置１２には、ビームからイオンを選択的に偏向さ
せる１つの電極列が設けられている。

最下列の小ビーム用の電極の代表的なサブセットが、第
３図に示されている。

本実施例によれば、２つの偏向板２４．２５が、それぞ
れ各小ビーム１３の両側部に配置されている。偏向板２
４．２５間に加えらえる小電圧（約１０ボルト）が、小
ビーム内のイオンを、ゲートスリット１７に衝突させる
ことができるだけ十分に偏向させる。多対の電極２４．
２５に連結されたスイッチ列２６が、その電極対へ偏向
電圧を供給する。プログラマブルコントローラ２８の制
御下でスイッチ列を選択的に励磁することによって、ビ
ーム１４を横切る方向のイオン分散を調整することがで
きる０例えば、Ｍ、Ｎが小ビーム１３の横列および縦列
を表す時、電極対Ｍ、Ｎの各電極２４．２５は、調節可
能な制御期間中、交互に励磁される。このため、電極の
励磁間隔を調節することにより、イオン線量を標準量の
上下に増減することができる。

電極２４．２５は、連続したアクセスまたは励磁の間、
それらの電荷を保持できる構造にすることができる。こ
れは、従来のマルチプレクサを使用して電極列を系統的
に走査できる記憶装置すなわちメモリを形成する。

小ビームを偏向させる別の方法では、Ｎ×Ｍの電極マト
リックス内のある横列またはある縦列に沿って連結され
た電極を利用する。この制御方法では、励磁された横列
および縦列の交点にある小ビームだけが実質的に偏向さ
れる。

この方法では、小ビームの軌道の上下に間隔を置いた四
重３連レンズ配置を利用する０代表的な四重３連レンズ
配置が、第４図に示されている。

第４図は、小ビーム１３が、２つの四重３連レンズとし
て配置された１２個の電極間を通過するところを示して
いる。６個の電極３０〜３５が、電極を電営的に励磁す
ることによって作動される一方の回連レンズを形成して
いる。第４区において、２つの電極３０．３１は互いに
電気的に接続されているため、電極３０を励磁すれば、
電極３１も励磁される。また、導線３６が電極３０．３
１を電極３４．３５に接続している。

電極３０〜３５間には、やはり以下に記載するスイッチ
列によって制御されながら励磁される一組になったざら
に６個の電極４０〜４５が間隔を置いて配置されている
。この第２四重３連配置では、電極４０．４１が、導体
４６によって２つの電極４４、４５に電気的に接続され
ている。要約すると、第１四連レンズを形成している電
極３０〜３５の間に、電極４４．４５によって形成され
た第２レンズが間隔を置いて配置されている。イオン小
ビーム１３が離間した四重レンズに入る場合に考えられ
る３つの軌道が、第４図に示されている。四重レンズの
一方だけが（そのレンズを構成する電極の励磁によって
）作動すると、電界が発生して、イオンビームが集束し
て最初の軌道へ戻る。しかし、四重レンズの両方が以下
に記載された適当な励磁によって作動すると、この小ビ
ーム１３からのイオンが偏向されて、スリット１８（第
１図）においてビーム１４から出る。これにより、離間
した四重３連レンズを作動させるスイッチ列に関連させ
て以下に記載する制御方法で選択的にビームを減衰させ
ることができる。

第５図は、概略的に楕円で示された四重対の配列５０の
一部を示している。各楕円が、第４図に示されているよ
うな３連に対応していることは、理解されるであろう、
配列５０は、第５図の多数の横列のスイッチ５２および
縦列のスイッチ５４によって選択的に作動される。また
、マトリックスアレイ内にある四重レンズには正および
負の両電圧が通っているので、各スイッチには２つのス
イッチ接点が設けられている。第５図には横５列、縦４
列のスイッチが示されているが、横７列、縦７列の小ビ
ームを発生するイオン源ｌＯには、合計４９の四重対が
必要であることは、理解されるであろう。

小ビーム１３の代表例が、横列Ｃ９縦列Ｂで示された四
重レンズ対を通過しているところが図示されている。ス
イッチ５２ｃおよび５４Ｂのいずれも閉じていない時、
またはこれら２つのスイッチのうちのいずれか一方が閉
じている時、小ビームを構成するイオンがウェハ２２に
衝突する。小ビーム１３を減衰するためには、両方のス
イッチ５２ｃおよび５４Ｂを閉じて、横列Ｃ１縦列Ｂの
マトリックス位置の離間した四重対のすべての電極を励
磁する必要がある。

各マトリックス位置の四重３連対は、ある横列および縦
列内のその他のすべてのマトリックス位置に電気的に接
続している。これにより、配列５０を制御しながら作動
させるために必要なスイッチの数を減少させることがで
きる。４９本の小ビームを結合してイオンビームを形成
する好適な実施例では、配列５０に選択的に作動させて
、その配列を通過する小ビームのビーム強さを制御する
ためには、各横列に１つずつ、各縦列に１つずつ、合計
１４個のスイッチが必要である。

前述したように、励磁されたスイッチ組が交わることに
より、その位置を通過する小ビームが減衰され、またあ
るスイッチ組の作動時間を制御することにより、ある小
ビームのビーム強さを制御することができる。

一定の周波数でマトリックス５０を連続的に走査し、ま
た別のデユーティ比で各小ビームをオン−オフさせるこ
とにより、被加工物２２における均一分散のために必要
な所望の平均的強さ分散を得ることができる。

第１図の統合ビーム方法では、マグネット１６が、ビー
ム１４を形成する個々の小ビームを１本の統合ビームに
集束して、この統合ビームが１つのスリット１８で分解
されてから、１本のビームとして加速される。

この統合ビーム方法を用いることにより。

個々の小ビームを分解して加速する方法に勝る利点が得
られる。イオン源ｌＯ自体の横断面積が小さいので、分
解マグネットギャップを小さ（しておくことができる。

共通の分解スリット１Ｂは、それぞれの小ビームごとに
設けて多数のスリットにした場合よりも、簡単に形成で
きる。

各小ビームに対して二重の加速電極を必要としないので
、分解およびイオン加速を簡単に実施することができる
。また、加速後の装置が単純であるから、凝縮物が堆積
する表面を少なくすることができる。

多数の小ビームを発生する横断面積が大きいイオン源を
用いることにより、被加工物のイオン注入のための無走
査、不偏向式のイオンビーム装置が得られる０以上に本
発明の好適な実施例を説明してきたが、添付の特許請求
範囲に記載した構成の範囲内にある本実施例の変更は、
本発明に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオン注入装置の概略図、 第２図は本発明に係るビーム源の斜視図、第３図は第２
図のビーム源を出たイオンが通る最初の軌道からイオン
を偏向させる偏向電極の相対位置を示す斜視図、 第４図は最初の軌道からイオンを偏向させる別の偏向板
の一組を示す概略立面図、 第５図は列状の電極位置およびその電極列の励磁回路を
示す斜視図である。 １０・・・イオン源　　　　　　１１・・・軌道１２・
・・イオン分散制御装置　１３・・・小ビーム１４・・
・ビーム　　　　　　　１６・・・分解マグネット２２
・・・被加工物　　　　　　２４．２５・・・偏向板２
６・・・スイッチ列

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ウェハの処理に使用されるイオンビームを形成する
   装置が ａ）集合して処理すべきウェハ表面とほぼ同じ横断面を
   持つ大きいビーム（１４）を形成する複数の比較的小さ
   い横断面のイオンビーム （１３）を発生させるイオン源（１０）と、ｂ）小さい
   横断面のイオンビーム内のイオンを選択的に偏向させる
   複数の離間したビーム電極（２４、２５）を含んでいる
   イオン分散制御装置（１２）と、 ｃ）この制御装置から出たイオンを分析し て、一定のイオンをウェハ処理軌道に沿って進ませるマ
   グネット（１６）と、 ｄ）前記一定のイオンが質量アナライザを出た後、前記
   イオンと衝突する位置にウェハ （２２）を配置するウェハ処理部と、 ｅ）ビーム電極のバイアス電位を個別に制御するイオン
   分散制御装置に連結されて、ウェハ処理部においてウェ
   ハ表面に衝突するイオンの制御イオン分散を行うように
   するスイッチ手段（２６）とを有していることを特徴と
   するイオン注入装置。 ２）イオン分散制御装置（１２）が、各々小さい横断面
   のイオンビームの各側に離間した２つの電極（２４、２
   ５）を有し、前記スイッチ手段（２６）が、前記２つの
   電極間に異なった電位を加えるエネルギ源を有している
   請求項１に記載のイオン注入装置。 ３）イオン分散制御装置が、四重３連電極（３０〜３５
   ）（４０〜４５）配列を有しており、一方の四重３連電
   極組が、各々小さい横断面のイオンビームのイオンビー
   ム強さを調節するようにした請求項１に記載のイオン注
   入装置。 ４）さらに、マグネットから出たイオンを、そのイオン
   がウェハに衝突する前に、特定のエネルギに加速する手
   段（１９、２０）を有している請求項１に記載のイオン
   注入装置。 ５）被加工物をイオンビームで処理する方法であって、 複数の孔からイオンを放出して小さい横断 面の複数のイオンビーム１３を形成し、これらがほぼ平
   行な軌道に沿って移動して、組み合わされて、大きい横
   断面の被加工物処理ビーム（１４）を形成する段階と、 選択された小さい横断面のイオンビームの 中のイオンを制御しながら偏向させる段階 と、 小さい横断面のイオンビームからのイオン を分解マグネット（１６）と衝突させて、これによって
   そのイオンを軌道に沿って屈曲させて、制御しながら偏
   向させたイオンが被加工物処理ビームからなくなるよう
   にする段階 と、 大きい横断面の被加工物処理ビーム内に 残って分解マグネットから出たイオンを、これらのイオ
   ンが被加工物イオン注入部において固定の被加工物（２
   ２）と衝突する前に、制御エネルギまで加速する段階と
   を有している方法。 ６）偏向段階が、小さい横断面のイオンビームに隣接し
   て配置された電極（２４、２５）を選択的に励磁するこ
   とによって実行されるようにした請求項５に記載の方法
   。 ７）加速段階が、分解マグネットに後続の大きい横断面
   のビームの移動経路に沿った段階で実行されるようにし
   た請求項５に記載の方 法。 ８）電極を励磁する段階が、すべての小さい横断面のイ
   オンビームに対応した電極に対して繰り返し実施され、
   各電極のデューティ比を調節することによって、前記被
   加工物のイオン注入表面を横切る方向に大きい横断面の
   イオンビームの所望の分散が得られるようにした請求項
   ６に記載の方法。