JPH03219544A - 荷電粒子注入装置 - 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〕 この発明は、半導体製造のためのイオン注入工程等に用
いられる荷電粒子注入装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は昭和６１年９月２５日に日刊工業新聞社から発
行された「電子・イオンビームハンドブック（第２版）
」のｐｐ　５８６に示されている従来の荷電粒子注入装
置の模式平面図である。図において、１はイオンなど目
的とする荷電粒子を発生する装置、２は荷電粒子の軌道
、３は荷電粒子を曲げる二極電磁石、４及び６は上記二
極電磁石３の入射側及び出射側のそれぞれに位置し、そ
の端部の角度５及び７を変化することによって荷電粒子
の集束位置を調整する磁性片、８は分析スリット、９は
成形スリット、１０は材料配置装置によって配置された
材料の注入面、１１は荷電粒子束の集束点である。

次に動作について説明する。

発生装置１から発射された荷電粒子は軌道２に沿って入
射集束位置澗整磁極片４を経て二極電子石３に入り、こ
こで軌道を９０°曲げられて出射集束位置調整磁極片６
で集束作用を受け、集束点１１に集束する。所要の種類
以外の荷電粒子はここで異なる位置に達するため分析ス
リット８で捕獲される。ここを通過した所要の荷電粒子
束は成形スリット９で必要な断面形状に成形され、材料
の注入面１０に達する。

また、本発明の他の従来例として、前述の［電子・イオ
ンビームハンドブックＪ　ｐｐ５Ｂ５〜５９３に記載さ
れたイオン注入装置の構成を第６図に示す。

図において、２１はイオンを生成し、ビームを引き出す
イオン源、２２は注入イオンと不要イオンとを分析する
だめの質量分析器、２３は注入イオンのみを抽出するた
めの開口幅固定の分析スリット、２４は開口幅固定の成
形スリットであり、当該分析スリット２３の後に配置さ
れ、注入面２５の位置でのビームの形状を決定する。２
６はイオンビームのＬａ、２７は注入イオンの最外ビー
ム軌道、２８は不要イオンの最外ビーム軌道、２９およ
び３０は注入イオンおよび不要イオンの中心ビーム軌道
、３１は注入イオンビームのＸ方向の集束点、３２およ
び３３は質量分析器２２のそれぞれビーム入射側端面お
よびビーム出射側端面、３４はビームを測定する測定器
とデータを解析するコンピュータなどのデータ解析部と
からなるイオンビーム測定装置を示している。ここで、
図の座標系は紙面上で中心ビーム軌道２９に垂直な方向
をＸ座標、紙面に垂直な方向をＸ座標とする。

次に動作について説明する。

イオン源２１でイオンを生成し、注入に必要なエネルギ
ーでイオンをビームとして引き出す。しかし、当該イオ
ンビームの中には注入イオンの他に注入イオンの同位元
素のイオンやイオン源の構造物からのスパッタ粒子のイ
オンなど、注入に不必要な不要イオンが混在している。

ここで、イオン注入は例えば半導体製造に一般的に用い
られている”Ａｓ”″であり、不要イオンは注入イオン
と同種でイオン価数が異なる７５Ａ　Ｓ　”、イオン源
構造物からのスパッタ粒子のイオンはＦｅイオンなどが
ある。そこで、当イオンビームから注入イオンのみを抽
出するため、まず物点２６からＬｌの距離にビーム入射
側端面３２が位置するように設けた質量分析器２２によ
りビームの分析を行う。

質量分析器２２は回転半径Ｒ１回転角度φのセクターマ
グネット方式であり、注入イオンビームと不要イオンと
を分析すると共に、ビームをＸ方向に集束する。注入イ
オンビームはビーム出射側端面３３からの距離（以下に
述べる式で決定される）Ｒ２の位置にある集束点３１に
集束する。

Ｒ２＝ＬＩ　　（（１＋　（Ｒ／Ｔ−１）ｔａｎφ）／
（−１＋（Ｌ、／Ｒ）ｔａｎφ）〕 そして、この集束点位置において、不要イオンの中心ビ
ーム軌道３０は注入イオンの中心ビーム軌道２９から、
以下に述べる弐で決定されるΔχはどＸ方向に変位して
いる。

ΔＸ１−（δ−／２ｍｏ） （Ｒ（１−ｃｏｓφ）＋Ｌ２ｓｉｎφ〕式中、ｍｏはイ
オンの分子量、δ、は分離すべき不要イオンの分子量と
注入イオンの分子量との差を示す。

従って、この位置において、開口片幅Ｘ　ｓ　／　２が
、注入イオンの最外ビーム軌道２７の集束点３−４纂 １における注入イオンビームの片幅よりも大きく、かつ
各種不要イオンに対する１ΔＸ１の最小値から集束点３
１における不要イオンビームの片幅を引いた値以下であ
る固定開口幅の分析スリット２３を設けることにより、
注入イオンのみを抽出していた。

次に、抽出された注入イオンは集束点３１より任意の発
散角をもって集束点３１からＲ３の距離に位置する注入
面２５に注入されるが、その際、注入面２５における所
望のビーム幅ＸＩ＋に応じて、注入イオンの最外ビーム
軌道２７を、集束点３１からＬ４の位置にあり、以下に
述べる式で決定される開口幅ｘＦの固定された成形スリ
ット２４により制限し、注入面２５に注入イオンを注入
していた。

ＸＦ　＝Ｘｎ　　’　Ｌ４／Ｌ３ 以上、ビームのＸ方向についてのみ述べたが、ビームの
Ｘ方向については注入イオンと不要イオンとの分析には
無関係であり、また注入面におけるＸ方向のビームの幅
は開口幅固定の分析スリット２３および開口幅固定の成
形スリット２４のＸ方向の開口幅で一意的に決定されて
いる。

そして、上記のようにして得られた注入面２５上でのビ
ーム形状、電流量などはイオンビーム測定装置３４でモ
ニターされていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の荷電粒子注入装置は以上のように構成されている
が、荷電粒子を選択する装置である分析スリット及び成
形スリットの位置が固定されているため、荷電粒子の種
類、エネルギー及び電流を変えた時に選択機能が弱くな
り、このため注入面に一様なスポットを形成せず、半導
体の不良の原因となっていた。

即ち、荷電粒子の種類、エネルギー及び粒子のビーム電
流を変えると粒子の電荷の反発力によって第５図の２ａ
、２ｂのように粒子の軌道が変わり、集束点の位置が移
動するため分析スリットに当たる。この集束位置の移動
については二極電磁石の出口磁極端の角度を調整するこ
とによって軌道を変え、分析磁石の位置に合わせること
は可能であるが、この場合でも成形スリットに荷電粒子
が当たるので注入面での電流密度分布が一定にならず、
静電破壊を起こしやすかった。

また従来のイオン注入装置は、イオン源でのイオンの発
生状態の違いによる物点と質量分析器のビーム入射側端
面との距離Ｌ１の変化、またイオンの空間電荷効果のた
め注入イオンの種類、エネルギー、電流量の違いにより
生ずる、質量分析器のビーム出射側端面と集束点との距
離Ｌ２の変化。

距ＭＬ２の変化に伴う集束点と注入面との距離Ｌ３の変
化、及び集束点と成形スリットとの距離Ｌ４の変化など
により、注入面上でのビームの形状が一定とならないと
いう問題点があった。

この発明は、上記のような従来のものの問題点を解消す
るためになされたもので、荷電粒子の選択機能を一定に
でき、半導体の不良率を小さくできる荷電粒子注入装置
を実現することを目的としている。

また、この発明は、イオン注入面上でのビーム電流量を
抑制し、かつビーム形状を一定にできる荷電粒子注入装
置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る荷電粒子注入装置は、荷電粒子の種類、
エネルギー及びビーム電流に応じて荷電粒子選択装置で
ある分析スリット及び成形スリットを可動することによ
って、荷電粒子の選択機能を一定に揃えることができる
ようにしたものである。

また、この発明に係る荷電粒子注入装置は、開口幅が可
変な分析スリット、および開口幅が可変な成形スリット
を設け、イオンビーム測定装置により測定、解析された
注入面位置でのビーム形状電流量に基づき、上記分析ス
リットおよび成形スリットの開口幅を変えるようにした
ものである。

〔作用〕

この発明における荷電粒子注入装置は、上述のように構
成したので、分析作用が強化され、注入面でのスポット
の分析が一様になるため静電破壊などによる半導体の不
良を防ぐことができる。

また、この発明における荷電粒子注入装置は、上記のよ
うに構成したので、イオン源からのイオンの発生状態、
注入イオンの種類、エネルギー。

電流量などの違いにより変化する注入面上でのイオンビ
ームの形状を一定にすることができ、かつ注入面上での
ビーム電流量の減衰を抑え、イオン注入工程での注入量
の管理が容易にできる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例による荷電粒子注入装置
を示し、図において、１はイオンなど目的０ とする荷電粒子を発生する装置、２は荷電粒子の軌道、
３は荷電粒子を曲げる二極電磁石、４及び６は上記二極
電磁石３の入射側及び出射側のそれぞれに位置し、その
端部の角度５及び７を変化することによって荷電粒子の
集束位置を調整する磁性片、８及び９は駆動装置（図示
せず）によってビームの軸方向に移動可能な分析スリッ
ト及び成形スリット、１０は材料配置装置によって配置
された材料の注入面、１１は荷電粒子束の集束点である
。

次に動作について説明する。

発生装置１から発射された荷電粒子は軌道２に沿って入
射集束位置刊整磁極片４を経て二極電磁石に入り、ここ
で軌道を９０°曲げられて出射集束位置調整磁極片６で
集束作用を受けて集束点１１に集束する。

荷電粒子の種類、エネルギー及びビーム電流を変えると
粒子の電荷の反発力によって粒子の軌道は第１図の２ａ
のように変わるが、駆動装置により分析スリット８を集
束点１１の位置８ａに、また成形スリットをそれに応じ
て９ａの位置に移動すれば、注入面１０での荷電粒子の
分布は変化しない。これによって電流分布に斑がなく、
従って半導体製品の不良を少なくできる。

なお、上記実施例では成形スリットは分析スリットと独
立に移動するものとしたが、注入装置の運転範囲が狭い
場合には駆動装置を一つにして一体にして移動すること
も可能である。

また、スリットを電気的に絶縁し、電流計を接続するこ
とによってスリットに捕獲される荷電粒子の電流を測定
し、最適位置を特定する方法が有効である。

また、上記実施例では、二極電磁石は軌道を９０°曲げ
るものとしたが、これに限るものでないことは言うまで
もない。

次に、この発明の他の実施例を図について説明する。

第２図は本発明の第２の実施例によるイオン注入装置の
構成を示す図であり、図において、従来装置と全く同一
のものには、同一符号を付し、説１ ２ 明を省略する。４９ば注入イオンＡ（図中、実線で示す
）の最外ビーム軌道、５０は注入イオンへのビームのＸ
方向の集束点、３５は開口幅可変型の分析スリット、３
６は開口幅可変型の成形スリット、３７は分析スリット
３５の駆動装置、３８は成形スリット３６の駆動装置で
ある。また、３９は注入イオンＡの集束点５０よりも質
量分析器２２側に位置する注入イオンＢ（図中、破線で
示す）のビームのＸ方向の集束点を示し、４０は注入イ
オンＢの最外ビーム軌道である。

第４図は、注入イオンのビーム軌道に対し、開口幅可変
型の分析スリットの設定位置と原子量あるいは分子量の
大きさとの相関を示した図であり、第４図（ａ）は、開
口幅可変型の分析スリット３５を、注入工程に使用され
る種々の注入イオンの中で、その原子量あるいは分子量
が最小の注入イオンＣのビームの集束点に設置した場合
のものである。

第４図（ハ）は、開口幅可変型の分析スリット３５を、
注入工程に使用される種々の注入イオンの中で、その原
子量あるいは分子量が最大の注入イオンＤのビームの集
束点に設置した場合のものである。

図において、４３は注入イオンＤのビームのＸ方向の集
束点、４４．４５は注入イオンＤの最外ビーム軌道、そ
の不要イオンの最外ビーム軌道である。４６は注入イオ
ンＣのビームのＸ方向の集束点、４７．４８は注入イオ
ンＣの最外ビーム軌道、その不要イオンの最外ビーム軌
道を示す。

次に動作について説明する。

第２図のように構成されたイオン注入装置において、例
えば注入イオンＡを注入イオンＢに変えた場合、空間電
荷効果により集束点が５０から３９に移動し、質量分析
器２２のビーム出射側端面３３と注入イオンＢの集束点
３９との距離がＬ２１、そして注入イオンＢの集束点３
９と注入面２５との距離がＬ４１、及び注入イオンＢの
集束点３９と成形スリット３６との距離がＬ３１となり
、注入面上でのビームの形状が変化したとしても、イオ
ンビーム測定装置３４で測定・解析されるビームの形状
及び電流量を基に、開口幅可変型の分析スリット３５の
開口幅を、注入イオンＢの同位元素の３ ４ イオンなどの不要イオンをカットでき、かつ注入イオン
Ｂの最外ビーム軌道４０よりも大きく、あるいはできる
だけ多くの注入イオンを抽出できる大きさに駆動装置３
７により可変させ、かつイオンビーム測定装置３４で測
定・解析されたビームの形状を基に、開口幅可変型の成
形スリット３６の開口幅を、駆動装置３８により可変す
る。これにより、注入面２５上でのビーム電流量の減衰
を抑え、かつ注入イオンのビーム形状を一定にできる。

従って、いかなる注入イオンに対しても対応でき、注入
面上でのビーム形状を一定にすることができる。

ただし、開口幅可変型の分析スリット３５の位置を、第
４図における注入イオンＤの集束点４３の位置に配置し
なければならない。なぜなら、注入イオンＤのような場
合は、第４図（ａ）に示すように、その分解能ΔＸは小
さくなり、注入イオンＤおよびその不要イオンのビーム
軌道より明らかなように、両イオンビームの分析ができ
なくなる。

また、注入イオンＣの場合は、第４図（ｂ）に示すよう
に、その分解能ΔＸが大きいことから分析スリット３５
を、注入面側の集束点４３に配置しても、注入イオンＣ
とその不要イオンのビーム軌道４７および４８に対し分
析できる。これにより分析スリット３５を、質量分析器
側にある注入イオンＣの集束点４６の位置に配置せずに
、分析スリット３５の設定位置を注入イオンＤの集束点
４３に配置する。

なお、第３図は本発明の第３の実施例によるイオン注入
装置であり、上記第２図の実施例による装置構成部と同
一のものは同一記号を付し、説明を省略する。４１．４
２はそれぞれ分析スリットおよび成形スリットの駆動装
置を制御する制御装置であり、イオンビーム測定装置に
接続されている。

この第３図の実施例によるイオン注入装置においては、
イオンビーム測定装置３４で測定・解析された結果を、
当該イオンビーム測定装置の一部であるデータ解析部で
制御装置４１および４２に必要なデータ信号に変化し、
さらに当該制御装置５ ６ に転送する。制御装置４１および４２は転送された当該
データ信号を基に、分析スリット３５および成形スリッ
ト３６の開口幅を可変するための駆動装置３７および３
８を制御する。従って、両スリットの開口幅を制御し、
注入面２５上でのビームの形状を常に一定にすることが
できる。

また、上記第２図および第３図の２つの実施例において
は、イオン種の違いにより注入面上でのビームの形状が
変化してしまう場合についてのみ述べたが、イオン種が
同一であるが、加速電圧、又はビーム電流量が異なる場
合においても、当然注入面上でのビームの形状を一定に
することができ、さらにビーム形状を所望の形状に制御
できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、荷電粒子選択装置を
移動可能にしたので、荷電粒子の種類。

エネルギー及び電流に応じて荷電粒子の選択機能を一定
にすることができ、不良率の少ない荷電粒子注入装置が
安価に得られるという効果がある。

また、この発明によれば、注入イオンの種類、エネルギ
ー、電流量などの違いにより変化する注入面上でのイオ
ンビームの形状を一定にすることができ、かつ注入面上
でのビーム電流量の減衰を抑え、イオン注入工程での注
入量の管理が容易にでき、不良率を低下できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による荷電粒子注入装
置の構成図及び動作説明図、第２図はこの発明の第２の
実施例による荷電粒子注入装置の構成図、第３図はこの
発明の第３の実施例の荷電粒子注入装置の構成を示す図
、第４図は開口幅可変型の分析スリットの設定位置とイ
オンのビーム軌道との相関図、第５図は従来の荷電粒子
注入装置の構成図及び動作説明図、第６図は従来のイオ
ン注入装置を示す構成図である。 図において、１は荷電粒子発生装置、２，２ａ２ｂは荷
電粒子の軌道、３は二極電磁石、４は入射側集束位置調
整磁性片、５は端部の角度、６は出射側集束位置調整磁
性片、７は端部の角度、８は分析スリット、９は成形ス
リット、１０は注入７ ８ 面、１１は荷電粒子束の集束点、２１はイオン源、２２
は質量分析器、２５は注入面、２６は物点、３２は質量
分析器のビーム入射側端面、３３は開口幅可変型の成形
スリット、３７．３８は駆動装置、３９は注入イオンＢ
のビームのＸ方向の集束点、４０は注入イオンＢの最外
ビーム軌道、４１４２は制御装置、４９は注入イオンＡ
の最外ビーム軌道、５０は注入イオンＡのビームのＸ方
向の集束点である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子発生装置と、 該装置により発生された荷電粒子を曲げる二極電磁石と
   、 該電磁石の出射側に設けられ所要の荷電粒子を選択する
   荷電粒子選択装置と、 荷電粒子を注入すべき材料を配置する材料配置装置と、 上記荷電粒子選択装置を移動する装置とを備えたことを
   特徴とする荷電粒子注入装置。
2. （２）イオン注入される基板面上でのビームの形状およ
   び電流量を計測・解析するイオンビーム測定装置と、 イオンビーム軌道上に設けられ、注入すべきイオンのみ
   を抽出するその開口幅が可変な分析スリットと、 該分析スリットの後に設けられ、注入面上でのビーム形
   状を決定するためのその開口幅が可変な成形スリットと
   を備え、 上記イオンビーム測定装置の測定結果であるビーム形状
   および電流量に基づき、上記分析スリットおよび成形ス
   リットの開口幅を変えるようにしたことを特徴とする荷
   電粒子注入装置。