JPH03165433A - 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、ワークピースを処理するためのイオンビーム
な備えるイオン源、特に半導体材料を形成するための基
板にイオンをドーピングするのに適したイオン打込み装
置に関する。

（従来の技術） 半導体ウェハのドーピング工程において、制御された径
路に沿う固定したイオンビームに対してウェハを移動さ
せることは一般に知られた技術であり、この場合ウェハ
に衝突するイオンビームの密度は、均一でかつイオンビ
ームに対してウェハ軌道位置を修正することにより制御
できるようになっている。

イオン打込み機は、イオン源、所望のエネルギーレベル
でイオン源によって放出されたイオンを加速する加速装
置、および半導体ウェハ等のワークピースへのイオンビ
ーム処理に対して使用するイオンの良好に特定された質
量をイオンビームからそらすための質量分離器等のアナ
ライザーとを含む構成からなる。

イオンビームをドリフト空間および通常の光学要素を介
して効果的に搬送するために、イオンビーム内の分散度
を均一にしなければならない。

シリコンウェハへの軌道径路におけるイオンビームの形
状を制御するのに役立つ技術としては、空間電荷の中性
化があり、これは負の帯電粒子が制御された密度でイオ
ンビーム内に注入され、ビームの空間電荷を中性化する
。

この工程では、ビーム内のイオンが軌道径路に沿って衝
突位置へ移動するに従い、イオンビームをより拡散させ
る反発作用を伴なうので、空間電荷が減少する傾向を呈
する。

イオンビーム断面の全体にわたって制御を維持するため
の代表的な従来技術では、ビームの焦点装置を含んでお
り、この装置はビーム軌道に沿ってイオンビームを制御
するための作用力でイオンビーム内のイオンを偏向する
。

このような作用力は、特定形状のイオンビームでの空間
電荷反発作用による理論的期待値に基づくビームモデル
の使用を含むものであった。

より明確には、矩形又は円形断面を有するイオンビーム
を用いる技術が知られており、この形状のイオンビーム
の拡散過程は理論的にモデル化されてきた。イオンビー
ムの電荷分布およびイオンビームの均一性についての理
論モデルでは、矩形ゲームの長平方向において電界勾配
が生じないということが確かめられている。

（発明が解決しようとする課題） 矩形ビームにおける均一なビーム密度は、ビームのエツ
ジでシャープな不連続性を有する電界勾配分布の結果で
ある。このため長いイオンビーム軌道の全体にわたり均
一性を保つことは不可能な状況にある。

それ故、どのようなビーム分布で、その結果生じた空間
電荷勾配が矩形ゲームによって実際に得られるか、また
イオンビームをフォーカスする形においてどのようなス
テップが矩形ビーム上に実施されうるかといった問題が
提起される。

矩形ビームで得られる電界の勾配分布におけるシャープ
な不均一性は円形ビームでは見られない、電流密度は、
ビームの中心までの半径が増加するにつれ均一性が低下
する。これはイオンビームのモデリングを単純化するが
、低電流に帰因するもので、イオン打込み効果を減する
。

以上のような事情に鑑みて１本発明の目的は矩形ビーム
において得られる電界勾配のシャープな不連続性を生じ
させないように良好なイオンビームを維持できるイオン
打込み装置およびそのビーム発生方法を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段および作用）上記目的を達
成するために本発明は特許請求の範囲に記載する構成を
有する。

このイオン打込み装置は軌道径路に沿ってイオンビーム
を指向させてワークピースにイオンを衝突させる６本装
置はイオン閉込め室を含むイオン源を有し、このイオン
室は楕円形状に形造られる放出口用の延長スロットを有
する。このイオン室から放出するイオンはこうしてほぼ
楕円形状のイオンビームを形成する。

質量分離器はイオン源から放出するイオンビームを捕ら
え、適当な質量のイオンをワークピースの打込みステー
ションへの衝突軌道に従わせる。ワークピースの打込み
ステーションを画定する構造体はイオン衝突軌道に従う
イオンによってイオンビーム処理のための１つ又はそれ
以上のワークピースを位置決める。

イオン源における楕円形状の放出口の使用によって、イ
オンビームの鮮明度がイオン流の不当な犠牲なしにイオ
ンビームの長さに沿って容易に維持されることになる。

イオンビームを容易に維持できることから、ビーム径路
に沿う構造がより単純化されかつコストを低下させるこ
とができる６イオン源とワークピース処理ス°チージョ
ン間の物理的分離を増加することが可能である。

イオン源に密接に隣接して配置された引出し電極組立体
は、イオン源がら離れるイオンを加速する多数組の電極
を有する。この多数組の一方又は他方の１ｆ極は所望の
引出しエネルギーに依存して配置されるので、イオンを
質量分離器に到達する前に特定の引出しエネルギーに加
速することができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はイオン源１０の好ましい構成を示すもので、こ
のイオン源１０はシリコンウェハ等の処理用ワークピー
スに適するイオンビームを発生する。

イオン源１０は接地された真空室１２に配置され調整可
能な支持体１４に取付けられている。

第１図に示すこのイオン源１ｏはイオン化ガスが室１６
（第３図参照）内に導かれる形式であり、室内に支持さ
れたフィラメント１８に電圧を印加して活性化電子を室
内に放出するとともにガス分子に衝突させてイオンを生
じさせる。

イオンは引出し電極組立体２０　（第２図参照）により
発生した電界の影響に基づいてイオン源から放出する。

この電界は分離磁石２２に導く初期軌道に沿ってイオン
を加速する。分離磁石２２はイオンの質量に依存する仕
方でイオンを偏向させることによりイオンビームを分解
する。特定のイオン質量以外の質量でイオンビームから
分解されるイオンがイオン源から放出する。

適切な質量のイオンは、分解磁石から放出され、その後
イオンは付加’Ｔ４ｈ構造体３２によってほぼ直線の径
路３０に沿って加速される。

所望の打込みエネルギーで加速されたイオンは、ウェハ
支持体３５を囲む第２真空室３４内に入り、支持体３５
がこのイオンを捕える軌道径路に沿って多数のシリコン
ウェハを移動する。これによりシリコンウェハをドープ
してウェハに半導体の特性を与えてＩＣや類似物の組立
品に用いることができるようにする。

ウェハに関する付加的な処理ワークステーションについ
ては、米国特許筒４．４１９．５８４号明細書で論じら
れており、本明細書においても参考として包含されてい
る。

イオン源１０は第２図および第３図において詳細に示さ
れている。イオン室１６は直線で囲まれた形状の容積を
有し、好ましいイオンビームエネルギーとして５ＫＶ〜
８０ＫＶの電圧にバイアスされている。イオン室１６は
ほぼ平らな内壁面で囲まれており、この壁は室内にイオ
ン化ガスの望ましい集中をもたらす。このガスはガス源
（図示路）に連結された導管を介して後部壁４Ｉにある
開口４０を通り室の内部に分配される。

フィラメント１８（第３図参照）は、ワイヤの単一ルー
プで形成され、フィラメントに適合する２つの孔を有す
る端部壁４２によって支持されている。絶縁体４３はフ
ィラメント１８に加えられる電気的なバイアスから端部
壁４２を分離する。

フィラメント１８に外部電源により約−１００Ｖの電圧
が印加されているので、高エネルギーの電子が放出され
室内を移動する。そして電子は室Ｉ６内のガス分子と衝
突する。

ガス分子に衝突しない電子は、負の電位（はぼ−１０５
Ｖ）に保たれるとともに絶縁体４６を支持する壁４５か
ら離間したレベラー板４４によって室１６の内部に跳ね
返される。イオン化が起こると室内のイオン集中は増加
し、それらのイオンのいくらかは前側壁５２の楕円形状
の放出口５０を通って室から放出される。

前側壁５２に形成される放出口５０は後側壁４２に対し
ほぼ平行に離間し、かつ方向づけられている。

壁５２は室１６から分離しつる別個に機械加工された金
属開口ブレート５４（第６図参照）で形成されている。

これにより１つのイオン室に異なる形状の放出口を使用
することを可能にするとともにイオン源の周期的なメイ
ンテナンスを容易にすることができる。

第２図において一部断面で示すように、引出し電極組立
体２０は２つの電界を定める引出し電極６０．６２を含
み、これらの電極は開口ブレート５４の放出口５０に対
して位置決めされている。

電極６０は電気的に一２ＫＶにバイアスされかつ放出口
５０に到達するイオンを加速する電極を作り出すために
接地されている。放出口５０に最も接近して配置された
第１電極６０はほぼ円形で支持部材６６に電極６０を結
合する３つの連結棒６４によって支持されている。

電極６０は互いにほぼ平行に指向されている２つの延長
されたスロット６７、６８を画定する。

この電極組立体２０は、２つのスロット６７、６８の一
方又は他方が室１６から放出口５０を通って放出するイ
オンを電極を介して加速するように位置決めされている
。

第２図によれば、第２外側電極６２はスロット６７の近
（にある内側電極６０から離間しており、接地電位に保
たれている。第２図および第４図においてより明確に示
されるように、矩形状の支持部材７０はこれを貫通し第
２電極に取付けられるコネクター６３によって第２電極
６２を固定する。支持体７０はさらにコネクター７３に
よってブラケット７２に連結される。

コネクター７３をゆるめ、そしてブラケット７２に対し
て支持体７０を上下方向に移動すると、プレート６２の
位置はプレート６０に対して調整される。

また、支持体７０は適当なネジ付コネクター７４によっ
てイオンビームの軌道に沿って延在し、矩形平面がある
金属シールド板７６に取付けられる。

イオンビームが開口ブレート６０の延長スロット６７を
一度通過すると、このビームは電極６２および支持体７
０における開ロア７、７８を通過し、シールド板７６に
より定められた間隔を通過する。

コネクター８０は支持体７０を貫通して延び電気的に非
導電性のスペーサ８２に取付けられており、このスペー
サは電極６０と支持体７０の間に固定されている６図示
しない同様のコネクターが電極プレート６０を貫通して
これらのスペーサ８２に結合される。

異なるイオン引出しを与える電極組立体２０は第２引出
し電極によって励起される。支持体７０を側方にシフト
することにより、プレート６０内の第２延長スロツト（
第５図参照）は、放出口から出るイオンが電極６０を通
過するように位置決めされる。このように位置決めされ
ると、イオンはネジ付きコネクター８６によってプレー
ト６０に取付けた金属プレート８４のスロット８２を通
過する。支持体７０はイオンが通過する延長スロット９
０を画定する。

第６図〜第１０図には開口ブレート５４および放出口５
０の詳細が示されている。プレート５４は金属板で鋳物
プレートを機械加工により製作される。このプレート５
４は４隅にそれぞれスロット１１０を有し、このプレー
ト５４をイオン室１６に取付けかつ取り外し可能にする
。

イオン放出口５０はほぼ楕円形状に延ばされている。こ
の放出口の長さ方向の最大径は約２．００インチで幅方
向の最小径は約０．１５フインチである。プレート５４
はその外縁から内方へ放出口５０の領域まで厚さが減少
するように加工されている。放出口５０の両側は、傾斜
面１１２．１１４　（第１０図参照）を形成するように
傾斜している。

イオン室の内部に面するプレート５４の平面図（第６図
）から明らかなように、傾斜面１１２は放出口５０から
離れる方に傾斜し、長円形状の変位ライン１１６に沿う
ほぼ平らな壁面５２ａに至る。

第７．８および１０図において最も明らかなように、傾
斜面１１４はプレート５４の放出口が外方に拡がるよう
に傾斜しており、プレート５４の長平方向に沿って延び
るトラフ１２０を形成する。

プレート５４の両側のいずれかの縁に沿って延長ノツチ
１２２．２２４が延びている。低エネルギーのイオンで
は、引出し電極組立体２０は室１６に対してきわめて接
近するように移動される。

第２図および第５図では、電極６０（又はこれに取付け
られたプレート８４）はイオンが電極を通過する領域で
わずかに凸状となっているにのノツチ１２２．１２４に
より電極にパターンを形成しなくてもプレート５４に触
れることなくこのプレートに近づけることが可能となる
。また、トラフ１２０は電極部分を室１６に対してきわ
めて近接した位置に持ってくることを可能にする。

トラフ１２０および傾斜面１１２の形状により放出口５
０の領域での電界が確定し、イオン源から放出するイオ
ンが加速されて電極組立体２０を通過する。

（発明の効果） 本発明によればイオンビームが楕円形状の放出口から放
射されるので、矩形又は円形ビームよりも中間電荷分布
を均一にしてイオンビームの拡散を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリコンウェハのイオンビーム処理に適したイ
オン注入装置の概略構成図、第２図は楕円形状のイオン
ビームを与えるイオンビーム源および抽出電極構造を示
す側面図。 第３図は第２図の３−３線に沿って見た正面図、 第４図はイオンビーム源から出力するイオンを加速する
抽出電極を示す平面図、 第５図は第４図の５−５線に沿って見た断面図、 第６図はイオン源の内部から見られるプレートに形成す
る開口を示す断面図、 第７図は第６図の７−７線に沿って見た開口ブレートの
断面図、 第８図はこのプレートの外側対向面を示す開口ブレート
の平面図、 第９図は第７図の９−９線に沿って見た断面図、 第１０図は第９図の拡大断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）移動経路に沿ってイオンビームを指向してワーク
   ピースにイオンを衝突させるために、イオンを閉込める
   室（１６）を画定する構造でなるイオン源（１０）と；
   前記イオン室 （１６）のガラス分子と衝突し、そしてこれらの分子を
   イオン化させるための活性化電子を供給するためにイオ
   ン室内に取付けられた電子源（１８）と；イオンビーム
   を捕えて適当な質量のイオンをワークピースへの衝突軌
   道に従わせるための質量分離手段（２２）と；ワークピ
   ースの打込みステーション（３５）を画定し、前記イオ
   ン衝突軌道に従うイオンによってイオンビーム処理する
   ための１つ又はそれ以上のワークピースを位置決める構
   造体と；前記ステーション（３５）で１つ以上のワーク
   ピースと衝突する前に望ましいエネルギにイオンを加速
   するビーム加速手段（３２）とを備え、 前記イオン閉込め室は、イオンをこのイオ ン室から放出させるとともにほぼ楕円形状のイオンビー
   ムを形成するための楕円形状の放出口（５０）を含んで
   いることを特徴とするイオン打込み装置。 （２）イオン源に対して位置決められ、少なくと　も２
   つの異なる形状の連続する開口の組 （６７、６８）を形成し、 楕円形状の放出口を通って放出するイオン を加速し、このイオンが前記組の選択した １つの開口を通過するように調整可能なイオン引出し電
   極組立体（２０）をさらに含んでいる請求項１記載の装
   置。 （３）楕円形状の放出口（５０）はイオン室の壁部材（
   ５４）に形成されており、この放出口はその外縁の周囲
   に第１の厚さを有し、この外縁は外周縁の回りの第１の
   厚さから楕円形状の放出口と境する領域へその厚さを減
   らすように傾斜していることを特徴とする請求項１記載
   の装置。 （４）壁部材（５４）がこの両面から内方に向つて先細
   る楕円形状の放出口を形成していることを特徴とする請
   求項３記載の装置。 （５）移動径路に沿ってイオンビームを指向してワーク
   ピースにイオンを衝突させるために、イオンを閉込める
   室（１６）を画定する構造であって、このイオン室（１
   ６）からイオンを放出させるためのイオン放出口（５０
   ）を備えてイオンビームを形成するイオン源（１０）と
   ； 前記イオン室のガラス分子と衝突し、そし てこれらの分子をイオン化させるための活性化電子を供
   給するためにイオン室内に取付けられた電子源（１８）
   と； イオン源から放出するビーム内でイオンを 加速するビーム引出し手段（２０）と； イオンビームを捕えて適当な質量のイオン をワークピースへの衝突軌道に従わせるための質量分離
   手段（２２）と； ワークピースの打込みステーション（３５）を画定し、
   前記イオン衝突軌道に従うイオンによってイオンビーム
   処理するための１つ又はそれ以上のワークピースを位置
   決める構造体とを備え、 前記イオン放出口は、その中心部近くに最 大幅を有し、かつこの最大幅から湾曲端部に向ってその
   幅が狭まっている延長スロットからなることを特徴とす
   るイオン打込み装置。 （６）ビーム引出し手段はイオン源に対して位置決めら
   れる引出し電極組立体（６０、６２）からなり、この組
   立体が少なくとも２つの異なる形状の連続する開口（６
   ７、６８）の組を形成して楕円形状の放出口を通って放
   出するイオンを加速し、このイオンが前記組の選択した
   一方を通過するように調整可能であることを特徴とする
   請求項５記載の装置。 （７）放出口（５０）は、イオン室の壁部（５４）に形
   成され、前記壁部の外周縁の回りの第１の厚さから前記
   放出口の延長スロットと境する領域へ向け先細っている
   ことを特徴とする請求項５記載の装置。 （８）放出口の最大開口幅が延長スロットの長さの１／
   １０よりも小さいことを特徴とする請求項５記載の装置
   。 （９）イオン室の壁部に形成する放出口は、この壁部の
   いずれか一方の側面から延長スロットと境する領域に向
   けて内方に先細っていることを特徴とする請求項７記載
   の装置。 （１０）壁部の内方に先細った部分は、その放出側にあ
   ってトラフ（１２０）を形成し、該トラフは放出口領域
   における電界の一部を定めることを特徴とする請求項９
   記載の装置。 （１１）イオン化ガスを含む領域内に高エネルギー電子
   を放射してガス分子をイオン化し、 前記領域内に作り出されたイオンをほぼ楕 円形状に形造られ可変の幅を有する延長した放出口（５
   ０）を通って前記領域から放出させ、さらに 放出口と引出し電極との間に加速電界を作 り出すためのスロットを有し、このスロットを通過する
   イオンを加速するために、少なくとも２組の離間した引
   出し電極（６０、６２）にバイアスを加えて放出口から
   放出されるイオンを引きつける、各ステップを含むイオ
   ン ビーム発生方法。 （１２）少なくとも２つ以上の引出し電極からなる２組
   が、共通の支持体に取付けられ、前記組の適切な一方が
   イオンを引きつけるために放出口に対して位置決めされ
   ていることを特徴とする請求項１１記載の方法。