JPH025343A - イオン注入方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はイオン注入方法に係り、特にイオンビームを平
行ビーム走査照射してイオンを注入するイオン注入方法
に関する。

（従来の技術） 一般にイオン注入技術は、被処理物例えばシリコンやガ
リウム・ヒ素基板に不純物をドーピングする技術として
広く普及している。

このようなイオン注入に用いるイオン注入装置として、
例えば中電流型イオン注入装置は、第２図に示すように
、イオン発生装置１および質量分析マグネット２等から
なるイオンビーム発生装置３から出力されたイオンビー
ム４は、加速装置５で加速され、四極子静電レンズ６で
所定のビームに整形された後、垂直走査板７および水平
走査板８の電界の作用によりｘ−ｙ方向に走査されなが
ら、グランドマスク９でコリメートされてプラテン１０
上に配置された被処理物例えば半導体ウェハ１１に照射
されるように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来のイオン注入装置では、ビ
ームの走査照射を扇状走査照射しているため、被イオン
注入基板の部位によりビーム入射角度が異なり、均一な
イオン注入作業ができないという問題が生じた。例えば
イオンビームが照射される半導体ウェハの中央部と周辺
部等ではビーム入射角度が異なり、半導体ウェハ全面に
わたって同一人射角によるイオン注入を行うことができ
なかった。

そこで、従来より、イオンビームを平行走査照射（以下
、パラレルスキャンと呼ぶ）することにより、上記具な
る入射角の問題を解決することが提案されているが、装
置の大型化や製造コストの大幅な上昇を招くことや、走
査電極部に発生する電界の乱れ（エツジ効果）によりビ
ーム軌跡が不安定になる等の問題が解決されておらず、
今だ実現されていなかった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、簡素な方法で、イオンビームのパラレルスキャン
化を実現し、イオン注入作業における均一性の大幅な向
上が可能となるイオン注入方法を提供することを目的と
するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のイオン注入方法は、水平・垂直方向走査電極か
らなる第１の静電偏向系と水平・垂直方向偏向電極から
なる第２の静電偏向系によりイオンビームを走査しなが
ら被処理物にイオンを注入するイオン注入方法において
、前記第１の静電偏向系の各走査電極に夫々所定の周期
の水平・垂直方向走査信号に基づく電圧を印加してイオ
ンビームを水平・垂直方向に走査した後、前記第２の静
電偏向系の各偏向電極に夫々前記第１の静電偏向系の水
平・垂直方向走査信号と同期しかつ逆位相の走査信号に
基づいて電圧を印加して前記イオンビームを平行ビーム
化し被処理物に走査照射することを特徴とするものであ
る。

また、第１、第２の静電偏向系の各水平・垂直方向走査
信号の作成については、予め装置制御機構の記憶部に、
処理条件とこの処理条件に対応する走査信号の情報を記
憶させておき、処理条件に対応した所定の走査信号を作
成する。

走査信号としては、三角波や三角波を修正したものが好
適である。

（作　用） 本発明は、第１次静電偏向系を用いて所定の走査信号に
よりイオンビームをｘ−ｙ方向に走査した後、該イオン
ビームを第２次静電偏向系に導き、このとき第２次静電
偏向系のｘ−ｙ偏向板の極性を第１次静電偏向系の走査
信号と同期しかつ逆位相の走査信号により変化させてイ
オンビームを平行ビーム化する方法を用いることで、容
易に平行ビームをつ（りだすことができる。

また、静電偏向系の電界の乱れによるビーム軌跡の変動
分を、予め処理条件に対応させて装置制御部に記憶させ
ておくことで、処理条件に応じた走査信号の補正ができ
、安定したイオンビームによる均一な処理が可能となる
。

（実施例） 以下、本発明方法を中電流型イオン注入装置に適用した
一実施例について図を参照して説明する。尚、第１図（
ａ）は実施例の平面図、第１図（ｂ）はその側面図を示
している。

図示を省略したイオン発生源から出力されたイオンビー
ムは、図示を省略した分析マグネット、加速管、静電レ
ンズ等で所望のイオンビーム２１に整形されて、垂直方
向（以下、ｙ方向と呼ぶ）走査板２２および水平方向（
以下、Ｘ方向と呼ぶ）走査板２３により構成された第１
次静電偏向系２４に入射する。

第１次静電偏向系２４の各電極２２．２３は、第２図に
示すように装置ＣＰＵ４１により制御されるシステムコ
ントローラ４２に接続されており、この装置ＣＰＵ４１
の所定のプログラムに従って、該システムコントローラ
４２が、Ｘ方向走査板２２およびＸ方向走査板２３に、
所定の周期の走査信号に基づく電圧を印加する。

このＸ方向走査板２２およびＸ方向走査板２３に印加さ
れる電圧を制御する走査信号としては、例えば第３図お
よび第４図に示すように、Ｘ方向走査板２２については
、周波数１１７．１９）ｉｚの三角波としく第３図（ａ
））　、Ｘ方向走査板２３については、周波数１０１９
Ｈｚの三角波（第４図（ａ））の走査信号とする。そし
て、各走査板２２．２３の電界の変化により、入射した
イオンビーム２１を所定の方向に偏向してイオンビーム
の走査を行う。

本例では、Ｘ方向走査板２３におけるビーム走査信号を
、イオンビーム２１がビーム進行軸に対してオフセット
角θ、例えば７“で屈曲されるように設定している。こ
のようにオフセット角θを設けることで、イオンビーム
２１中に混在するニュートラルイオン等の雑イオンが、
このビーム屈曲部で選別されて所望のイオンとは別方向
例えば直進方向２５に飛翔する。

この選別された雑イオン例えばニュートラルイオンは、
ニュートラルイオンの飛翔方向２５に配設された例えば
カーボンからなる遮蔽体２６に衝突し、ここで被処理物
方向への進入が阻止される。

こうして、第１次静電偏向系２４を通過したイオンビー
ムは、第１のグランドマスク２７で通過されるビーム範
囲を限定された後、２次電子逆防止用電極２８を通過し
、ｙ方向偏向板２９およびＸ方向偏向板３０からなる第
２次静電偏向系３１に入射する。

この第２次静電偏向系３１の各偏向板２９．３０も第１
次静電偏向系と同様に、システムコントローラ４２から
の走査信号に基づいて極性が変化し、その走査信号は、
第１次静電偏向系２４の走査信号と同期しかつ逆位相の
波形である。例んば、ｙ方向偏向板２９の走査信号は、
第３図（ｂ）に示すように、上記ｙ方向走査板２２とほ
ぼ同期しかつ逆位相の三角波であり、入射したイオンビ
ーム２１を該ｙ方向偏向板２９の電極間中央方向に押し
戻して、ｙ方向に対して平行ビーム化する。

こうしてｙ方向偏向板２９でｙ方向に平行ビーム化され
たイオンビーム２１ａは、Ｘ方向偏向板３０に入射する
。該Ｘ方向偏向板３０には、第４図（ｂ）に示すように
Ｘ方向走査板２３とほぼ同期し、逆位相の三角波である
走査信号に基づいて電圧が印加されており、上記ｙ方向
偏向板２９と同様の原理でＸ方向走査に関してイオンビ
ームを平行ビーム化する。

こうして第２次静電偏向系３１を通過したイオンビーム
は、ｘ−ｙ方向に対して平行ビーム化したイオンビーム
２１ｂとなって、第２のグランドマスク３３を通過して
、プラテン３４上に配置した被処理物例えば半導体ウェ
ハ３５に走査照射される。半導体ウェハ３５は、チャネ
リング防止の目的で、ビーム照射軸に対して例えば約７
″のチルト角で傾斜配置されている。

尚、第２次静電偏向系の各偏向板２９．３０を挟むよう
にイオンビーム照射軸上に配設されたグランド電極３６
．３７．３８は、各偏向板２９．３０の端部における電
界のみだれを防止するだめのものである。また、グラン
ド電極３８の最終段は、２次電子逆防止用電極２８と同
様の電子逆防止用電極となっている。

このように第１次静電偏向系２４を用いて所定の走査信
号例えば三角波の走査信号によりイオンビーム２１をｘ
−ｙ方向に走査した後、該イオンビーム２１を第２次静
電偏向系３１に導き、このとき第２次静電偏向系３１に
第１次静電偏向系２４の走査信号と同期しかつ逆位相の
走査信号例えば三角波の走査信号により各偏向板２９．
３ｏの極性を変化させてイオンビームを平行ビーム化ス
る方法を用いることで、容易に平行ビームをつくりだす
ことができ、半導体ウェハ３５の均一なイオン注入処理
が行える。

ところで、上述実施例のように平行平板電極により構成
した静電偏向系２４．３１では、電極両端部で電界が歪
むいわゆるエツジ効果が発生する場合がある。このよう
なエツジ効果が発生すると、電極を通過するイオンビー
ムが電極端部における電界の乱れにより不安定な飛翔軌
跡となることがあり、イオンビームの平行ビーム化が不
可能となる場合がある。

この場合には、イオンビームが平行ビーム化するように
予め第２次静電偏向系３１の走査信号の波形を修正して
おく必要がある。

例えば、第５図に示すように第２次静電偏向系３１のＸ
方向走査板３０の走査信号が三角波である場合には、こ
れを修正して三角波の一辺を、振幅の中心即ちグランド
から振幅の頂点Ｖ、−Ｖ方向に対しグランド側に凸のＳ
字状波形に修正することで、Ｘ方向に対して平行ビーム
が得られる。

第６図は、第２次静電偏向系３１のＸ方向偏向板３０の
走査信号を、上述したような補正三角波により処理半導
体ウェハ３５と（第６図（ａ））、補正しない三角波に
より処理した半導体ウェハ３５ａ（第６図（ｂ））との
シート抵抗値によるユニフォミイティの比較を行った結
果を示す図である。尚、測定は、直流四探針法を用い、
７行×７列の格子点間隔で測定した。同図中、実線は４
９箇所の測定点のシート抵抗値の平均を示しており、符
号子は平均値よりも大きい測定点、符号−は平均値より
も小さい測定点を示している。

同図に示すように、補正三角波による処理をした半導体
ウェハ３５の方が均一な処理がなされており、両者のユ
ニフォミティを算出したところ、通常の三角波による処
理のものが３．０８％であったのに対し、補正三角波の
処理によるものは０．７４％と、大幅に向上していた。

このように、静電偏向系を構成する電極に例えばエツジ
効果等による電界の乱れが生じた場合でも、第２次静電
偏向系３１の走査信号を補正することにより平行ビーム
化が可能となる。

補正波形は、上述第５図の波形に限定されるものではな
く、例えば走査信号の周波数、ビームエネルギー、各静
電偏向系間の距離等、処理条件により補正波形は異なる
。従って、補正波形の作成については、予め装置ＣＰＵ
４１やシステムコントローラ４２等の記憶部に、これら
処理条件と補正波形の情報を記憶させておき、処理内容
に応じて所定の走査信号を作成するようにしておく。

尚、上述実施例では、第２次静電偏向系３１のＸ方向偏
向板３０の走査信号を補正したが、もちろんＸ方向偏向
板２９の走査信号についても補ろんＸ方向偏向板２９の
走査信号についても補正してもよい。

ところで、エツジ効果による問題は、上述したように平
行ビーム化の障害ばかりでなく、第７図に示すようにイ
オンビームの走査折返し部ａにおいて、ビームフォーカ
スを甘くするという問題も招く。このようにビームフォ
ーカスが甘くなると、ビームスポット径が広がり、ビー
ム中のイオン密度が小さくなる。ここで、イオンビーム
の走査折返し部ａは半導体ウェハの周縁部に相当するた
め、イオン注入量が半導体ウェハ周辺部で少なくなり、
均一性低下の原因となる。

このような場合には、第１次静電偏向系２４の走査板例
えばＸ方向走査板２３の走査信号を、第８図に示すよう
に三角波の一辺の中心より下ではグランド側に凸、中心
より上側では上方に凸の波形にすればよい。

このような波形によるビーム走査は、第９図に示すよう
に、半導体ウェハ３５の中心部で走査速度が速く、半導
体ウェハ両端部に近づくにつれて徐々に遅くなる。即ち
、イオン密度の小さいビームが照射される半導体ウェハ
両端部において走査速度を遅くすることでビーム照射時
間を長くし、半導体ウェハ両端部においても半導体ウェ
ハ中央部と同等のイオン注入が行える。

上述説明では、第１次静電偏向系２４のＸ方向偏向板２
３の走査信号を補正したが、もちろんＸ方向偏向板２２
の走査信号について補正してもよく、また、補正波形は
、上述第８図の形に限定されるものではなく、処理条件
により補正波形は異なり、予め装置ＣＰＵやシステムコ
ントローラ等の記憶部に、これら処理条件と補正波形の
情報を記憶させておき、処理条件に応じて所定の走査信
号を作成するようにしておく。

さらに本発明の他の実施例として、上述各実施例で説明
した補正波を組合せてもよい。

第１０図は、第１次静電偏向系２４のＸ方向走査板２３
の走査信号（第１０図（ａ））と、第２次静電偏向系３
１のＸ方向偏向板３０の走査信号（第１０図（ｂ））を
夫々補正波三角波にした組合せの一例を示す図で、この
ような走査信号によりビームの走査照射を行うことによ
り、確実に平行ビーム化が可能となり、かつ均一なイオ
ン注入処理が行える。

尚、上述実施例中、第２次静電偏向系３１への電圧印加
を停止すれば、通常のイオン注入装置よりも注入角度が
狭い走査方法（六ロースキャン）も行え、処理内容に応
じて所望のビームスキャン方式を選択することができる
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のイオン注入装置は、簡素
な構造であるにもかかわらず、イオンビームのパラレル
スキャンが可能となり、また、各静電偏向系の電界の乱
れによるビーム軌跡の変動も防止でき、平行ビームによ
る均一なイオン注入処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用した実施例のイオン注入装置
の構成を示す図で、第１図（ａ）は実施例の平面図、第
１図（ｂ）はその側面図、第２図は実施例の各静電偏向
系の制御系を示す図、第３図は各静電偏向系のＸ方向偏
向板の走査信号の波形を示す図、第４図は各静電偏向系
のＸ方向偏向板の走査信号の波形を示す図、第５図は第
２次静電偏向系のＸ方向偏向板の補正走査信号の波形を
示す図、第６図は第５図の補正走査信号により処理した
半導体ウェハと三角波により処理した半導体ウェハのシ
ート抵抗値マツプを示す図、第７図は静電偏向板のエツ
ジ効果を示す図、第８図は第１次静電偏向系のＸ方向走
査数の補正走査信号の波形を示す図、第９図は第８図の
補正走査信号によるビーム走査速度を半導体ウェハに投
影して説明するための図、第１０図は第１次静電偏向系
と第２次静電偏向系にＸ方向偏向板に補正走査信号を適
用した組合せの一例を示す図、第１１図は従来のイオン
注入装置の構成を示す図である。 ２１・・・・・・イオンビーム、２２・・・・・・ｙ方
向走査板、２３・・・・・・Ｘ方向走査板、２４・・・
・・・第１次静電偏向系、２６・・・・・・ニュートラ
ルビーム遮蔽体、２９・・・・・・Ｘ方向偏向板、３０
・・・・・・Ｘ方向偏向板、３１・・・・・・第２次静
電偏向系、３４・・・・・・プラテン、３５・・・・・
・半導体ウェハ、４１・・・・・・装置ＣＰＵ、４２・
・・・・・システムコントローラ。 第５図 （ａ） （ｂ） 第９図 （ａ） 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水平・垂直方向走査電極からなる第１の静電偏向系と水
   平・垂直方向偏向電極からなる第２の静電偏向系により
   イオンビームを走査しながら被処理物にイオンを注入す
   るイオン注入方法において、前記第１の静電偏向系の各
   走査電極に夫々所定の周期の水平・垂直方向走査信号に
   基づく電圧を印加してイオンビームを水平・垂直方向に
   走査した後、前記第２の静電偏向系の各偏向電極に夫々
   前記第１の静電偏向系の水平・垂直方向走査信号と同期
   しかつ逆位相の走査信号に基づいて電圧を印加して前記
   イオンビームを平行ビーム化し被処理物に走査照射する
   ことを特徴とするイオン注入方法。