JPH0336027Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はイオン打込み装置に係り、特に半導体
ウエハ等の試料へのイオンの打込みに使用するに
好適なイオン打込み装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のイオン打込み装置を第１図に従つて説明
する。

第１図ａは、従来のイオン打込み装置の構成を
示したものである。

該図に示す如く、イオン打込み装置は、イオン
源１から出たイオンビームが質量分離器２の直流
磁界によつて質量分離され、特定のイオン種のみ
を試料４に打込むものである。上記質量分離器２
には、正弦波電流を印加する別のコイル（図示せ
ず）が付加されており、このコイルへの電流の印
加により一定周波数の正弦波磁界が発生する。

このため、質量分離器２のなかでビームの軌道
半径が変わり、質量分離された後のイオンビーム
３は、図中に矢印で示したように走査されること
になる。

一方、試料４は図中、紙面に垂直な方向に機械
的に移動させる。この時のイオンビーム３の試料
４中心からの距離ｘと時間ｔとの関係を第１図ｂ
に示す。この場合、走査磁界が正弦波であるた
め、距離ｘも時間ｔに対して正弦波状に変化す
る。従つて、均一打込みを行なうため、従来装置
では距離ｘの変化が近似的に直線と見なせる部分
に試料４を置き、イオン注入を行なつていた。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、イオンビーム３は試料４の
大きさ以上に振らせる必要がある。つまり、第１
図ｂにおいて、打込みに際しては時刻t₁から時刻
t₂の時間中は、イオンビーム３の照射が行なわれ
なかつた。従つて、イオンビーム電流の1/3〜1/2
は試料４にあたらず、イオンビーム３の利用率は
極めて悪かつた。

本考案上述の点に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、イオンビームを有効に活用し
てイオンビーム電流の利用率を向上させることの
できるイオン打込み装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ビーム位置ｘの時間的変化を三角
波形状になるように質量分離器に改良を加えるこ
とによつて達成される。即ち、ビーム位置ｘの時
間的な変化が三角波形状になるようにするには、
質量分離器で発生する交流磁界を三角波形状にす
れば良い。

しかしながら、高周波成分を多く含む厳密な三
角波形状の電流を質量分離器のコイルに流して
も、一般に、コイルのインダクタンスが大きいた
めに極く低周波の三角波以外では波形がなまり、
また、三角波電流を発生させるための電源も極め
て高価となる。

そこで、本考案では、イオン源からのイオンビ
ームを直流磁界発生用コイルでの直流磁界によつ
て質量分離する質量分離器を、前記直流磁界発生
用コイルとは別に、基本周波数の正弦波磁界を発
生する正弦波磁界発生コイルと、該正弦波磁界発
生コイルの基本周波数の奇数倍の周波数を持つ高
調波正弦波磁界を発生し得る高調波正弦波磁界発
生コイル７とを設置して構成し、この質量分離器
の正弦波磁界発生コイルと高調波正弦波磁界発生
コイルの発生する正弦波磁界と高調波正弦波磁界
とを重畳して概略三角波形状の交流磁界を形成す
るようにしたものである。

つまり、よく知られているように、厳密な三角
波電流はフーリエ級数展開により、次式のように
表わせる。

４／π_∞ 〓 〓ⁿ⁼¹ （−１）ⁿ³¹sin（2n−１）ｕ／（2n−１）²＝４／π
｛sin ｕ／1²−sin3u／3²＋sin5u／5²−…｝ ここで、ｕは角速度と時間との積であり、ｎは
正の整数である。

即ち、基本の正弦波電流に３倍の周波数、５倍
の周波数，…等の高調波電流の加えあわせで三角
波電流が得られることになる。実際には、高調波
電流成分の大きさは１／（2n−１）²で減少するから、 上述の第二、第三項までの考慮で実用上適用でき
る近似的な三角波電流が得られる。第２図ａ〜ｄ
はその原理を説明するためのものである。第２図
ａは逐次磁界発生用コイルに流す基本の正弦波電
流I₁の波形である。本考案では、これに位相がπ
（180゜）だけ異なり、強度が第２図ａの1/9であ
り、かつ、３倍の周波数を有する第２図ｂに示し
た正弦波電流I₂をさらに付加して合成磁界を発生
させ、第２図ｃに示すような三角波形状の交流磁
界を発生させる。また基本正弦波電流I₁の５倍の
周期のものを重畳すれば（ただし、強度はI₁の1/
２５である。）さらに、合成磁界の波形が改善され、
波形ひずみのない三角波に一層近い波形が得られ
る。

〔作用〕

かかる本考案の特徴的な構成により、磁界の波
形形状がほぼ三角波となるため、イオンビームの
走査速度が全走査範囲に亘つて均一となり、その
結果、均一なイオン打込みが可能となり、その
上、全イオンビームを有効に活用できるためイオ
ンビーム電流の利用率も格段に向上できる。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本考案を説明
する。

第３図に本考案の１つの実施例を示し、本考案
によるイオン打込み装置の質量分離器１１の構成
を示したものである。

該図において、質量分離器１１は磁石８のギヤ
ツプ近傍に、２ケのコイルが一組になつて計３組
のコイルを取付けて構成されている。図中、５は
直流磁界発生用コイルであり、６は17Hzの基本正
弦波磁界発生コイル、７は50Hzの高調波正弦波磁
界発生コイルである。そして、基本正弦波磁界発
生コイル６、高調波正弦波磁界発生７は、各々交
流電源（図示せず）に接続される。この場合、高
調波正弦波磁界発生コイル７による発生磁界は、
直流磁界発生用コイル５による発生磁界の強度の
約1/9で、かつ、位相がπ（180゜）だけずれてい
る。そして、この基本正弦波磁界発生コイル６と
高調波正弦波磁界発生コイル７の発生するそれぞ
の正弦波磁界が重畳されて、近似的な三角波形状
の波形を有する交流磁界が発生することになる。
この質量分離器１１を用いて構成したイオン打込
み装置により打込んだ半導体ウエハの均一性を調
べたところ、イオンビームをウエハの寸法と同程
度に振らしただけで、従来装置に比べ数倍以上も
均一な打込み分布をもつ試料が作製できた。ま
た、従来装置に比べてイオンビームの走査幅は1/
２〜1/3ほど小さくできたため、同一出力での打込
み電流も２倍程多くすることができた。さらに、
イオンビームの走査幅が狭くできるため、イオン
ビームを振らせるに必要な磁界の強度も小さくで
きるようになり、したがつて、基本正弦波磁界発
生コイル６及び高調波正弦波磁界発生コイル７へ
の通電用電源の容量も小さくできる。

〔考案の効果〕

以上説明した本考案のコイル打込み装置によれ
ば、イオン源からのイオンビームを直流磁界発生
用コイルでの直流磁界によつて質量分離する質量
分離器を、直流磁界発生用コイルとは別に、基本
周波数の正弦波磁界を発生する正弦波磁界発生コ
イルと、該正弦波磁界発生コイルの基本周波数の
奇数倍の周波数を持つ高調波正弦波磁界を発生し
得る高調波正弦波磁界発生コイルとを設置して構
成し、この質量分離器の正弦波磁界発生コイルと
高調波正弦波磁界発生コイルの発生する正弦波磁
界と高調波正弦波磁界とを重畳して概略三角波波
形の交流磁界を形成するようにしたものであるか
ら、イオンビームの走査速度が走査方向に沿つて
ほぼ一定となるから、イオンビームの走査幅を大
幅に狭くでき、イオンビームの利用率が格段に改
良され、大電流イオンビームを有効に利用できる
均一なイオン打込み装置が実現でき、実用に供し
その効果を著しく大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、従来のイオン打込み装置を説明す
るための構成図、第１図ｂは、第１図ａの装置に
おけるビーム走査に伴う試料面でビーム位置変化
を説明するための特性図、第２図ａ〜ｃは本考案
の原理を説明するための波形図、第３図は本考案
に基づくイオン打込み装置の質量分離器を説明す
るための構成図である。 １……イオン源、２，１１……質量分離器、３
……打込みイオンビーム、４……試料、５……直
流磁界発生コイル、６……基本正弦波磁界発生コ
イル、７……高調波正弦波磁界発生コイル、８…
…磁石。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. イオンビームを取り出すためのイオン源１と、
   該イオン源１からのイオンビームを直流磁界発生
   用コイル５での直流磁界によつて質量分離する質
   量分離器２，１１とを備え、前記質量分離器２，
   １１で質量分離されたイオンビーム３を試料４に
   照射して該試料４にイオンを打込むイオン打込み
   装置において、前記質量分離器２，１１は、前記
   直流磁界発生用コイル５とは別に、基本周波数の
   正弦波磁界を発生する正弦波磁界発生コイル６
   と、該正弦波磁界発生コイル６の基本周波数の奇
   数倍の周波数を持つ高調波正弦波磁界を発生し得
   る高調波正弦波磁界発生コイル７とが設置されて
   成り、前記質量分離器２，１１の正弦波磁界発生
   コイル６と高調波正弦波磁界発生コイル７の発生
   する正弦波磁界と高調波正弦波磁界とが重畳され
   て概略三角波形状の交流磁界を形成するようにし
   たことを特徴とするイオン打込み装置。