JPH03272557A - 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〕 この発明は、イオンビームを静電的に走査する方式のイ
オン注入装置に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン注入装置の従来例を第９図に示す。

このイオン注入装置は、例えばハイブリッドスキャン方
式のものであり、イオン源から引き出され、かつ必要に
応して質量分析、加速等が行われたスポット状のイオン
ビーム２を、走査電極系を構成する一組の走査電極（平
行平板電極）６によってＸ方向（例えば水平方向）に静
電的に走査してターゲット１４に入射させると共に、タ
ーゲット１４をＸ方向と直交するＹ方向（例えば垂直方
向）に機械的に走査するようにしている。走査電極６に
は、走査電源８から走査電圧（例えば三角波電圧）が印
加される。

また、この例では走査電極６の下流側に、イオンビーム
２が雰囲気中の残留ガスに衝突することによって発生す
る電子が下流側から走査電極６に吸い込まれて走査電源
８に負荷がかかるのを防止するために、サプレッサ電源
１２から負のサプレッサ電圧Ｖｓが印加されるサプレッ
サ電極１０が設けられている。

なお、このようなサプレッサ電極１０等は、走査電極６
の下流側の代わりに、あるいは下流側と共に、走査電極
６の上流側に設ける場合もある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようなイオン注入装置においては、走査電極６に
入射するイオンビーム２のエネルギーが変わると（例え
ばビームエネルギーの設定を変えると）、同じ角度だけ
イオンビーム２を走査（偏向）するのに要する走査電圧
の大きさも変わる。

例えば、イオンビーム２中のイオンのエネルギーをＥ、
電荷をｑ、質量をｍ、走査電極６の長さをＱ、電極間隔
をｄ、イオンビーム２の偏向角をθ、走査電圧を士■と
すると、 ｔａｎθ−（ｑｍＱ　／ｄ）Ｘ　（Ｖ／Ｅ）・・・　（
１） という関係になる。

つまり、同し角度だけイオンビーム２を走査するために
は、走査電圧の大きさをイオンビーム２のエネルギーＥ
に比例させなければならず、従来からそのようにしてい
る。

ところが、従来のイオン注入装置においては、サプレッ
サ電極１０に印加するサプレッサ電圧ＶＳの大きさを一
定にしているため、イオンビーム２がこのサプレッサ電
極１０の電界によって影響を受ける（より具体的には軌
道が曲げられる）程度は、イオンビーム２のエネルギー
Ｅが違うと異なってしまう。例えば、イオンビーム２の
エネルギーＥが小さくなるほど、イオンビーム２が受ケ
ル影響は大きくなる。

その結果、イオンビーム２の走査の均一性が、ひいては
ターゲット１４に対するイオン注入の均一性が、イオン
ビーム２のエネルギーによって変化する、より具体的に
は低エネルギー時における均一性が悪化するという不都
合が生しる。

そこでこの発明は、このような点を改善したイオン注入
装置を提供することを主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン注入装置は
、前記サプレッサ電極に印加するサプレッサ電圧の大き
さを、走査電極系に入射するイオンビームのエネルギー
に応じて変化させるようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

サプレッサ電圧の大きさを上記のように変化させると、
イオンビームがサプレッサ電極の電界から受ける影響は
、イオンビームのエネルギーが変化しても相対的に同し
ものになる。その結果、イオンビームの走査の均一性が
イオンビームのエネルギーによって変化することが防止
される。

（実施例） 第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
部分的に示す図である。第９図の例と同一または相当す
る部分には同一符号を付し、以下においては従来例との
相違点を主に説明する。

この実施例においては、前述したサプレッサ電源１２に
相当するサプレッサ電源２２を、そこから出力するサプ
レッサ電圧Ｖｓの大きさを変化させることができる電圧
可変型のものとしている。

また、走査電極系を構成する走査電極６に入射するイオ
ンビーム２のエネルギーＥを、ビームエネルギー測定器
２６によって次のようにして測定し、それに応答する制
御装置２４によって、サプレッサ電源２２から出力する
サプレッサ電圧Ｖｓの大きさをイオンビーム２のエネル
ギーＥに比例させて変化させるようにしている。

通常の後段加速型のイオン注入装置では、イオンビーム
２は図示例のようにイオン源２８から引き出された後に
加速管３２によって加速されるので、ビームエネルギー
測定器２６は、このイオン源２８に引出し電源３０から
印加する引出し電圧Ｖｅと加速管３２に加速電源３４か
ら印加する加速電圧Ｖａとの和（Ｖｅ　＋Ｖａ　）によ
って、走査電極６に入射するイオンビーム２のエネルギ
ーＥを求めるようにしている。

なお、イオンビーム２のエネルギーＥは、それ自体をエ
ネルギー分析器等の測定手段によって直接測定しても良
いが、上記のようなビームエネルギー測定器２６を用い
る方が簡単である。

上記構成によれば、走査電極６に入射するイオンビーム
２のエネルギーＥを変化させると、サプレッサ電極１０
に印加するサプレッサ電圧Ｖｓもそれに比例して自動的
に変化する。

これにより、イオンビーム２がサブレ・ンサ電極１０の
電界から受ける影響は、イオンビーム２のエネルギーＥ
が変化しても相対的に同しものになる。

その結果、イオンビーム２の走査の均一性が、ひいては
ターゲラ１−１４に対するイオン注入の均一性が、イオ
ンビーム２のエネルギーによって変化するのを防止する
ことができる。即ち、常に均一性の良好なイオン注入を
行うことができる。

特に、イオンビーム２を平行ビーム化してターゲット１
４にイオン注入する場合は、イオンビーム２の平行度が
非常に重要になるので、イオンビーム２がサプレッサ電
極１０から受ける電界の影響を上記のようにして一定に
する効果は大きい。

なお、サプレッサ電極１０に印加するサプレッサ電圧Ｖ
ｓを上記のようにイオンビーム２のエネルギーＥに比例
して変化させても、走査電極６に印加する走査電圧も上
記（１）式で説明したようにイオンビーム２のエネルギ
ーＥに比例して変化させるから、電子が走査電極６に吸
い込まれるのをサプレッサ電極１０によって防止する作
用に悪影響はない。

次に、上記の状況を、ビーム軌道の計算結果に基づいて
更に具体的に説明する。

第２図は、イオンビーム２が高エネルギーの場合の例で
あり、条件は次のとおりである。

イオンビーム２のエネルギー　　：　３０ｋｅＶ走査電
極６への印加電圧　　　　：±３ｋＶサプレッサ電極１
０への印加電圧ニー３　ｋＶ等電位線Ａの間隔　　　　
　　　：２００Ｖ同図から分かるように、イオンビーム
２は走査電極６によって均一（−様）に偏向されている
。

第３図は、イオンビーム２が低エネルギーでしかもサプ
レッサ電極１０に印加する電圧を上記のように変化させ
た場合の例であり、条件は次のとおりである。

イオンビーム２のエネルギー　　：　３０ｋｅＶ走査電
極６への印加電圧　　　　：±０．３ｋＶサプレッサ電
極１０への印加電圧ニーＱ、３ｋＶ等電位線Ａの間隔　
　　　　　　：２００Ｖ同図から分かるように、イオン
ビーム２の軌道は、そのエネルギーを小さくしても、第
２図の場合と同しになっており、サプレッサ電極１０に
印加する電圧を小さくした効果が表れている。

第４図は、イオンビーム２が低エネルギーでしかもサプ
レッサ電極１０に印加する電圧を高エネルギーの場合と
同じにした（即ち従来例と同し）場合の例であり、条件
は次のとおりである。

イオンビーム２のエネルギー　　：　３ｋｅＶ走査電極
６への印加電圧　　　　：±０．３ｋＶサプレッサ電極
１０への印加電圧ニー３ｋＶ等電位線Ａの間隔　　　　
　　　：２００Ｖ同図から分かるように、イオンビーム
２の軌道が、サプレッサ電極ｌＯの電界の影響を大きく
受けて、第２図および第３図の場合に比べてかなり歪ん
でいる。このようになると、ターゲット１４に対するイ
オン注入の均一性が悪化する。

なお、走査電極６にその上流側から電子が流入すること
も防止したい場合は、例えば第５図に示すように、走査
電極６の上流側にも、上記サプレッサ電極１０およびサ
プレッサ電源２２と同様のサプレッサ電極４０およびサ
プレッサ電源４２を設け、両すプレッサ電ａ２２および
４２を制御装置２４で上記のように制御するようにすれ
ば良い。

また、上記のようなサプレッサ電極１０および／または
４０に印加するサプレッサ電圧Ｖｓの大きさは、イオン
ビーム２のエネルギーＥに完全に比例させるのではなく
、例えば、 Ｖｓ　＝ＫＥ十α、（Ｋ、αは定数） のような形で変化させるようにしても良い。

また、サプレッサ電極１０．４０に印加するサプレッサ
電圧Ｖｓの大きさを、イオンビーム２のエネルギーによ
って段階的に変化させるようにしてもよい。この場合例
えば、イオンビーム２のエネルギーＥが、０ｋｅＶ以上
３０ｋｅＶ未満のときはサプレッサ電圧Ｖｓを一〇、３
ｋＶにし、３０ｋｅＶ以上１００ｋｅＶ未満のときには
サプレッサ電圧Ｖｓを一３ｋＶにするというような形で
変化させるようにすればよい。

次に、実験結果の幾つかの例を説明する。第６図ないし
第８図は、ウェーハ１４’に対してイオン注入を行った
際に、注入の均一性を調べるために、当業者で一般的に
行われているシート抵抗測定の結果である。図中の線は
等注入量線（１％きざみ）を示しており、その内の太線
は平均値を示している。また、図中の（＋）は、シート
抵抗が平均より高い（即ち注入量が平均より少ない）こ
とを示すマークであり、（−）はその逆のことを示すマ
ークである。

第６図は、イオンビーム２が高エネルギーの場合であり
、注入条件及び結果は次のとおりである。

イオンビーム２のイオン種　　１Ｂ４ イオンビーム２のエネルギー　１００ｋｅＶ注入量　　
　　　　　　　　　５Ｘｂ サプレッサ電圧Ｖｓ　　　　　　−３ｋＶ注入均一性（
結果）　　　　　　１．１８％ここで、良好な注入とは
、注入均一性が小さいものである。この結果は、−船釣
に良好な通常の注入であることを示している。

第７図は、イオンビーム２のエネルギーを下げて、サプ
レッサ電圧Ｖｓを第６図と同じままにした場合であり（
即ちこれは従来例に相当する）、注入条件及び結果は次
のとおりである。

イオンビーム２のイオン種　　！　１　Ｉ３　＋イオン
ビーム２のエネルギー　５ｋｅＶ注入量　　　　　　　
　　　　５Ｘ１ｂサプレッサ電圧Ｖｓ　　　　　　−３
ｋＶ注入均一性（結果）　　　　　　、２１．４３％こ
の場合は、注入均一性が非常に悪化している。

第８図は、第７図の場合のサプレッサ電圧Ｖｓを下げた
場合であり、注入条件及び結果は次のとおりである。

イオンビーム２のイオン種　　■Ｂ゛ イオンビーム２のエネルギー　５ｋｅＶ注入量　　　　
　　　　　　　５　Ｘ　１０”ｎ／　ｃｍ２サプレッサ
電圧Ｖｓ　　　　　　−０，３ｋＶ注入均一性（結果）
　　　　　　２．２２２％同図は、この発明に従って、
サプレッサ電圧Ｖｓを変化させることにより、注入均一
性が良くなり、良好なイオン注入が行えるようになった
ことを示している。

なお、走査電極系の構成は、必ずしも上記例のようなも
のに限定されるものではない。例えば、ハイブリッドス
キャンではなくイオンビーム２をＸ７両方向に静電的に
走査する場合は、Ｘ方向走査用の走査電極とＹ方向走査
用の走査電極とで走査電極系を構成すれば良い。その場
合は勿論、ターゲット１４を機械的に走査する必要はな
い。また、イオンビーム２を平行ビーム化したい場合は
、互いに逆極性の走査電圧が印加される二組の走査電極
を上下流二段に設ければ良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、イオンビームがサプレ
ッサ電極の電界から受ける影響が、当該イオンビームの
エネルギーが変化しても相対的に同しものになる。

その結果、イオンビームの走査の均一性が、ひいてはタ
ーゲットに対するイオン注入の均一性が、イオンビーム
のエネルギーによって変化するのを防止することができ
、常に均一性の良好なイオン注入を行うことができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン注入装置を
部分的に示す図である。第２図ないし第４図は、それぞ
れ、ビーム軌道の計算結果の例を示す図である。第５図
は、この発明の他の実施例に係るイオン注入装置を部分
的に示す図である。 第６図ないし第８図は、それぞれ、ウェーハに対してイ
オン注入を行った際に、注入の均一性を調べるために、
当業者で一般的に行われているシート抵抗測定の結果を
示す図である。第９図は、従来のイオン注入装置の一例
を部分的に示す図である。 ２・・・イオンビーム、６・・・走査電極（走査電極系
）、１０・・・サプレッサ電極、２２・・・サプレッサ
電源、２４・・・制御装置、２６・・・ビームエネルギ
ー測定器、４０・・・サプレッサ電極、４２・・・サプ
レッサ電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームを静電的に走査する走査電極系の上
   流側および下流側の少なくとも一方に、電子が走査電極
   系に吸い込まれるのを防止するサプレッサ電極を設けた
   ものにおいて、前記サプレッサ電極に印加するサプレッ
   サ電圧の大きさを、走査電極系に入射するイオンビーム
   のエネルギーに応じて変化させるようにしたことを特徴
   とするイオン注入装置。