JPH025346A - イオン注入装置およびイオンビームの調整方法 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、イオンビームのパラレル走査照射を可能にし
たイオン注入装置およびパラレル走査照射されるイオン
ビームの、２！Ｊ整方法に関する。

（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７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が、加速装置うで加速され、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、彼イオン
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ている。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、半導体ウエノ＼全
面にわたって均一なイオン注入を行うことができなかっ
た。

このような問題を解決するために、近年、イオンビーム
を平行照射走査（以下、パラレルスキャンと呼ぶ）する
ことにより、上記不均一性の問題を解決することが提案
されているが、イオンビムを高精度にパラレルスキャン
させることが困難で、またパラレルスキャンの平行度を
容易にチエツクする方法が確立されていなかったり、さ
らに装置の大型化や製造コストの大幅な上昇を招く等の
ことから今だ実現されていなかった。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、簡素な構造でイオンビームの高精度な
パラレルスキャン化を実現し、かつパラレルスキャンの
平行度のチエツクを容易に行うことを可能にし、高信頼
性のもとてイオン注入作業における均一性の大幅な向上
を可能にしたイオン注入装置およびパラレル化されたイ
オンビームの調整方法を提供することを目的としている
。

［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装置は、被処理物に・イオンビーム
を走査照射して前記被処理物にイオンを注入するイオン
注入装置において、前記イオンビームを水平および垂直
方向に偏向する第１の静電偏向系と、この第１の静電偏
向系で偏向されたイオンビームの水平方向成分を平行ビ
ーム化する静電偏向電極とビーム垂直方向成分を平行ビ
ーム化する静電偏向電極とからなる第２の静電偏向系と
、前記平行ビームの予定軌跡と同軸上に複数の第１のビ
ーム通過孔が設けられた第１のビーム通過ブレートと、
該第１のビーム通過孔に対応して同軸上にかつ所定の距
離を離して平行に第２のビーム通過孔が設けられた第２
のビーム通過プレートと、前記第２のビーム通過孔に対
応して設けられイオンビーム量を測定する４−１定プレ
ートとからなるイオンビーム調整機構と、前記イオンビ
ーム１凋整機構を該イオンビームの走査照射領域とこの
走査照射領域外とに移動させる駆動機構とを具備するこ
とを特徴としている。

また、本発明のイオンビームの調整方法は、第１の静電
偏向系によってイオンビームを水平および垂直方向に偏
向し、前記第１の静電偏向系からのイオンビームを第２
の静電偏向系によって平行ビーム化し、この平行ビーム
化されたイオンビームの被処理物に走査照射する前の調
整に際し、まず第１の静電偏向系のみを動作させ水平・
垂直方向に偏向されたイオンビームの走査照射領域を予
め定められた領域に設定する工程と、次いで第２の静電
偏向系も動作させて予め定められた中央部および周辺部
でのイオンビーム量を調整して前記イオンビームを平行
ビーム化して調整する工程とを具備］７てなることを特
徴としている。

（作　用） 本発明のイオン注入装置においては、垂直・水平方向に
静電走査されたイオンビームを、ビーム水平り同成分お
よびビーム垂直方向成分をそれぞれ独立して静電偏向電
極によりパラレルスキャンさせているので、容易に平行
ビームを得ることが可能である。また、イオンビーム２
１！ｉ機構によれば、平行化されたイオンビームの複数
設けられた第１のおよび第２のビーム通過孔の通過イオ
ンビーム量を測定し、各位置のイオンビームがそれぞれ
同一で最大値となる際を求めることによって、容易に平
行度のチエツクが行える。

また、第１の静電偏向系からのイオンビームを第２の静
７ｄ偏向系によってビーム中心方向に若干反発させて平
行ビーム化するために、予め第１の静電偏向系で水平・
垂直方向に偏向されたナロービームの走査照射領域を平
行ビーム化された後に所定の走査照射領域が得られるよ
うに調整し、この後平行ビームの平行度を調整すること
によって、容易に所定の走査照射領域と平行度を有する
パラレルスキャンビームが得られる。

（実施例） 以下、本発明を中電流型イオン注入装置に適用した一実
施例について図面を参照して説明する。

なお、第１図（ａ）は一実施例の平面図、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、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ビ
ーム状に整形されたイオンビーム２１は、垂直方向（以
下、Ｘ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により構成されている第１次
静電偏向系２４に入射する。

Ｘ方向走査板２２およびＸ方向走査板２３には、夫々例
えばｌ１７．１９１１ｚ　、　１０１！Ｊｔｌｚといっ
た周波数の三角波である走査信号に基く走査波形電圧が
印加され、このときの各電極間の走査波形電界の変化に
より、入射したイオンビーム２１を所定の方向に偏向し
てビームの走査照射が行われる。

また、Ｘ方向走査板２３では、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
れるように印加電圧の制御がなされており、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は
、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に飛翔し、例えばカーボンから
なる遮蔽板２６に衝突して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で照射制限された後、
２次電子抑制電極・２８を通過し、Ｘ方向偏向板２９お
よびＸ方向偏向板３０からなる第２次静７（ｉ偏向系３
１に入射する。

Ｘ方向偏向板２９には、上記Ｘ方向走査板２２とほぼ同
期しかつ逆バイアスの電圧が印加されており、入射され
たイオンビーム２１はＭｙＸ方向偏向板つの電極間中央
方向に若干反発され、Ｘ方向に対してパラレルビーム化
される。

Ｘ方向偏向板２９でＸ方向にパラレルビーム化されたイ
オンビーム２１ａは、次いでＸ方向偏向板３０に入射す
る。該Ｘ方向偏向板３０にも、上記Ｘ方向走査板２３と
ほぼ同期しかつ逆バイアスの電圧が印加されており、上
記Ｘ方向偏向板２９と同様の原理でＸ方向に対してもパ
ラレルビーム化される。

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−Ｘ方向に対してパラレル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３２を通
過して、プラテン３３上に配置した被処理物例えば半導
体ウェハ３４に走査照射される。半導体ウェハ３４は、
チャン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。

なお、第２次静電偏向系の各偏向板２９．３゜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３
５．３６．３７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ためのものである。

また、第２次静電偏向系３１のビーム通過方向後方には
、第２次静電偏向系３１を通過してＸ方向およびＸ方向
それぞれに平行ビーム化されたイオンビーム２１ｂの走
査照射領域とこの走査照射領域外とに必要に応じて位置
する如く、例えばエアーシリンダのような駆動機構３８
によって移動可能とされているイオンビーム調整機構３
９が設けられている。すなわち、イオンビーム調整機構
３９はイオンビーム２１ｂの平行度等を調整する際には
走査照射領域に配置され、実際のイオン注入作業中は走
査照射領域外に配置される。

このイオンビーム調整機構３９は、イオンビーム２１ｂ
の走査照射領域において第２図に示すように、平行ビー
ム化されたイオンビーム２１ｂが、第１のビーム通過プ
レート４０に設けられたイオンビーム２１ｂの予定軌跡
と同軸上の第１のビーム通過孔４１を通過するように配
置されている。

この第１のビーム通過孔４１は、Ｘ方向およびＸ方向に
対してそれぞれ平行度を測定できるように等間隔で複数
設けられている。次いで、第１のビーム通過孔４１を通
過したイオンビーム２１　ｃが第２のビーム通過プレー
ト４２に設けられた第２のビーム通過孔４３を通過する
ように配置されている。この第２のビーム通過孔４３は
、第１のビーム通過孔４１と対応するように同軸上に複
数設けられており、それぞれ対応するビーム通過孔の中
心軸が平行とされている。そして、第２のビーム通過孔
４３を通過したイオンビーム２１ｄのイオンビーム量を
ａＰＩ定するように、第２のビーム通過孔４３にそれぞ
れ対応するように１ｌＦＩ定用カツプ４５が設けられた
測定用プレート４４が配置されている。

これら第１のビーム通過プレート４０、第２のビーム通
過プレート４２およびｉ’１ｌｌｌ定用プレート４４は
、上記条件を満足するように連結材４６で固定されてい
る。

また、測定用プレート４４には、イオンビームの照射に
より生じる電流からイオンの照射状況を示す、たとえば
電圧値等のモニタ信号を作成し、このモニタ信号により
例えばＣＲＴ等にモニタ波形の表示させイオン照射状況
を表示するイオンニ検出機構４７が接続されている。

こうして、イオンビーム２１をパラレルビーム化して走
査照射することで、半導体ウニノー３４の均一なイオン
注入処理が行える。また、イオンビーム３３整機構３９
によって、イオンビームの平行度を容易に調整すること
ができ、高精度なパラレルスキャンが実現できる。

次に、上記構成のイオン注入装置におけるイオンビーム
の、ｇｇ方法について説明する。

まず、イオンビーム調整機構３９を駆動機（１・５３８
によってイオンビーム２１ｂの走査照射領域に移動させ
、第１の静電−同系２４のみを動作させて水平・垂直方
向にイオンビーム２１を走査照射させる。このナロース
キャンの状態におけるイオンビーム調整機構３９内での
イオンビームの通過状況は、第４図に示す通りである。

すなわち、イオンビーム２１の走査領域のほぼ中心に設
けられた上記調整機構３９の第１のビーム通過孔４１ｂ
および第２のビーム通過孔４３ｂを通過して、これに対
応する測定用カップ４５ｂでΔＨされ、この中央の第２
のビーム通過孔４１ｂを通過するイオンビーム量が第４
図に示す如く周辺部に比較して最大となる。そして、周
辺部である外側に設けられた第１のビーム通過孔４１ａ
、４１ｃを通過するイオンビーム２１は、その一部が第
２のビーム通過プレート４２で遮蔽されるため、第２の
ビーム通過孔４３ａ、４３ｃを通過してＡ１１ｌ定用カ
ツプ４５　ａ　ｓ　４５　ｃによって４１定されるイオ
ンビーム量は、測定用カップ４５ｂでＡｐ１定されるイ
オンビーム量より減少する。

第４図に、これら／ｌ１ｌｌ定用カップ４５　ａ　ｓ　
４５　ｂ　５４５ｃでのｎ１定結果を、例えばモニタ信
号として電圧値を使用した場合のモニタ波形を模式的に
示す。ここで第４図においてピークＡ、Ｃはａｌｌｌ定
用カップ４５ｇ、４５ｃのｆｌｉｌＪ定結果に対応し、
ビクＢが４ｐｊ定用カツプ４５ｂの測定結果に対応する
。

そして、ピークＡおよびＣがＸ方向およびＸ方向ともに
同一値となるように第１次静電偏向系２４を３３整する
ことによって、イオンビーム２１の走査中心を調整する
。

次に、第２の静電偏向系３１を動作させてイオンビーム
２１を平行ビーム化すると、第２の静電偏向系３１の偏
向電極内で中心方向に若干反発されるため、所定の走査
照射領域を有するパラレルスキャンビームを得るために
は、ナロースキャンビームの段階で予め走査角度を大き
くとる必要が生じる。このため、第１の静電偏向系２４
のみを動作させた際の調整において、所定のパラレルス
キャンビームが得られるように、Ｘ方向およびＸ方向と
もに予めオーバースキャンとなるように第１次静電偏向
系２４で走査角度を調整する。

このようにして第１の静電偏向系２４のみを動作させた
際の２１整を行った後、第２の静電偏向系３１を動作さ
せて、イオンビーム２１を平行ビーム２１ｂとし、平行
度の調整を行う。

この平行度の調整は、第５図に示すように、平行ビーム
の予定軌跡と同一となれば、第１のビーム通過孔４１ａ
、４１ｂ、４１ｃおよび第２のビーム通過孔４３ａｓ　
４３ｂｓ　４３ｃを通過して、これらに対応する測定用
カップ４５　ａ　、　、４５　ｂ、４５ｃによって測定
されるイオンビーム量が、第６図に示すようにＸ方向お
よびＸ方向それぞれに対して同一となるとともにそのａ
ｌｌｌ定ピーク値が最大となる。このように、測定ピー
クを調整することによって、パラレルスキャンビームの
平行度を正確に調整することができる。

このように、予めナロースキャンの段階で走査照射領域
を決定しておくことによって、平行度の調整段階で走査
領域とともに平行度の調整を行うような煩わしさが無く
なり、短時間で高精度のパラレルスキャンを達成するこ
とが可能となる。

［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、イオンビームの高精度な
パラレルスキャンが可能となり、イオン注入処理作業に
おける均一性向上に大きく貢献することができる。また
、そのパラレルスキャンの調整も本発明の方法によれば
、短時間でかつ正確に行え、品質向上ととともに作業能
率の向上にも大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図で、第１図（
ａ）はこの実施例の毛面図、第１図（ｂ）はその側面図
、第２図は第１図のイオンビーム調整機構の構成を示す
図、第３図および第５図は第２図のイオンビーム１凋整
機構を使用したイオンビームの調整状態を示す図、第４
図および第６図は第３図および第５図におけるモニタ波
形をそれぞれ模式的に示す図、第７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・・・・・・Ｘ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
ルビーム遮蔽板、２９・・・・・・Ｘ方向偏向板、３０
・・・・・・Ｘ方向偏向板、３１・・・・・・第２次静
電偏向系、３４・・・・・・半導体ウェハ、３８・・・
・・・駆動機構、３９・・・・・・イオンビーム調整機
構、４０・・・・・・第１のビーム通過プレート、４１
・・・・・・第１のビーム通過孔、４２・・・・・・第
２のビーム通過プレート、４３・・・・・・第２のビー
ム通過孔、４４・・・・・・測定用プレート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理物にイオンビームを走査照射して前記被処
   理物にイオンを注入するイオン注入装置において、 前記イオンビームを水平および垂直方向に偏向する第１
   の静電偏向系と、 この第１の静電偏向系で偏向されたイオンビームの水平
   方向成分を平行ビーム化する静電偏向電極とビーム垂直
   方向成分を平行ビーム化する静電偏向電極とからなる第
   ２の静電偏向系と、 前記平行ビームの予定軌跡と同軸上に複数の第１のビー
   ム通過孔が設けられた第１のビーム通過プレートと、該
   第１のビーム通過孔に対応して同軸上にかつ所定の距離
   を離して平行に第２のビーム通過孔が設けられた第２の
   ビーム通過プレートと、前記第２のビーム通過孔に対応
   して設けられイオンビーム量を測定する測定プレートと
   からなるイオンビーム調整機構と、 前記イオンビーム調整機構を該イオンビームの走査照射
   領域とこの走査照射領域外とに移動させる駆動機構とを
   具備することを特徴とするイオン注入装置。
2. （２）第１の静電偏向系によってイオンビームを水平お
   よび垂直方向に偏向し、前記第１の静電偏向系からのイ
   オンビームを第２の静電偏向系によって平行ビーム化し
   、この平行ビーム化されたイオンビームの被処理物に走
   査照射する前の調整に際し、 まず第１の静電偏向系のみを動作させ水平・垂直方向に
   偏向されたイオンビームの走査照射領域を予め定められ
   た領域に設定する工程と、次いで第２の静電偏向系も動
   作させて予め定められた中央部および周辺部でのイオン
   ビーム量を調整して前記イオンビームを平行ビーム化し
   て調整する工程とを具備してなることを特徴とするイオ
   ンビームの調整方法。