JPH04301345A - イオンビームの平行走査方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イオンビームを電気
的に平行走査（パラレルスキャン）する方式のイオン注
入装置において、イオンビームを正確に平行走査する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム２を静電的に平行走査する
ビームラインの従来例を図８に示す。即ちここでは、図
示しないイオン源から引き出され、かつ必要に応じて質
量分析、加速等の行われたスポット状のイオンビーム２
を、第１の組の走査電極４とその下流側にある第２の組
の走査電極６とを用いてｘ方向（紙面に沿う方向）に走
査するようにしている。

【０００３】この場合、２枚の走査電極間を通過する際
のイオンビーム２の偏向角θは、理想的には次の式で与
えられる。

【０００４】

【数１】ｔａｎθ＝（ＶＳ／２Ｅ）・（Ｌ／Ｄ）ここで
、ＶＳ　は走査電圧、Ｅはイオンビーム２のエネルギー
、Ｌは走査電極の長さ、Ｄは走査電極間隔である。

【０００５】従来は一つの走査電源から互いに１８０度
位相の異なる三角波状の走査電圧ＶＳ　を、上記二組の
走査電極４および６に印加するようにしており、この場
合、両走査電極４、６の形状を、

【数２】Ｌ１／Ｄ１＝Ｌ２／Ｄ２　 となるように設計することにより、理論的には、走査電
極４での偏向の影響は走査電極６で完全にキャンセルさ
れて、イオンビーム２は走査電極４へ入射したときと全
く同じ角度で走査電極６から出射することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記数１は
、イオンビーム２が２枚の走査電極間を通過する際に、
電位の山や谷を越えるという点を無視している。

【０００７】特に下流側の走査電極６においては、走査
の幅が大きいときにイオンビーム２は＋電位側の電極近
傍の非常に電位の高い部分を通過するため、電極内で一
旦減速されてから電極を出たところで再び加速されて元
の速度になる。従って、電極間を通過する時間は、ビー
ム通過点の電位が０であるときよりも長くなる。

【０００８】一方、イオンビーム２の偏向角θは、電極
間の電界が一定の場合、イオンビーム２が電極間を通過
する時間に比例し、真の偏向角θを表す式は次のように
なる。

【数３】 ここで、ｘ（Ｌ）　はイオンビーム２が電極間へＬだけ
進んだときの走査幅、Ｖ（ｘ）　は電極間のｘ方向の電
位分布である。この式に示されているように、イオンビ
ーム２が高電位の部分を通るほど、Ｖ（ｘ）　は大にな
るから、偏向角θは大きくなる。

【０００９】数３を用いて、図８のようなビームライン
において、下流側の走査電極６から出射するイオンビー
ム２の平行度αを計算した例を図９に示す。ここで平行
度αは、図８中に示すように、走査電極６から出射する
ときのイオンビーム２の走査方向に直交する方向からの
角度であり、内向きを＋に、外向きを−にとっている。 図９に示すように、イオンビーム２の走査幅が大きくな
って走査電極６の高電位部を通ると、同電極６での偏向
角が大きくなり過ぎてイオンビーム２は内側に曲がって
行く傾向を持つ。

【００１０】より具体的には、上記走査電極４および６
に同一の走査電圧を印加する従来の走査方法では、走査
電極６から出射するイオンビーム２の平行度は、８イン
チの走査幅において、０．５度程度が限度であり、それ
より良くする（即ち０度に近づける）ことができなかっ
た。

【００１１】ちなみに、イオンビーム２の平行度が悪い
と、ターゲットの表面にトレンチ構造等がある場合に陰
の影響が無視できなくなる他、ターゲット面内において
イオンビーム２の走査速度が不均一になり注入量の均一
性が悪化する、等の不具合が発生する。

【００１２】そこでこの発明は、イオンビームを正確に
平行走査することができる方法を提供することを主たる
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明のイオンビームの平行走査方法は、前述した
ような第１の組および第２の組の走査電極に互いに別で
あるが同期した走査電圧をそれぞれ印加することができ
るようにしておき、まず両方の組の走査電極にそれぞれ
基本となる波形の走査電圧を印加してイオンビームを走
査して第２の組の走査電極から出射するイオンビームの
平行度分布を測定し、そしてこの測定結果に基づいて、
平行度がイオンビームの全走査領域において０度に近づ
くように、第２の組の走査電極に印加する走査電圧の波
形を整形することを特徴とする。

【００１４】

【実施例】図１は、この発明に係るイオンビームの平行
走査方法を実施するイオン注入装置の一例を部分的に示
す概略図である。図７の例と同一または相当する部分に
は同一符号を付し、以下においてはそれとの相違点を主
に説明する。

【００１５】この装置においては、前述した第１の組の
走査電極４および第２の組の走査電極６にそれぞれ別の
走査電源１４および１６を接続して、両走査電極４、６
に互いに別ではあるが同期した走査電圧ＶＳ１およびＶ
Ｓ２をそれぞれ印加することができるようにしている。

【００１６】走査電源１４は、外部から（この例では後
述する制御装置２０から）与えられる走査波形データに
基づいて当該走査波形データに対応する波形の走査信号
を発生する任意波形発生器１４１と、それからの走査信
号を昇圧して互いに逆極性の走査電圧＋ＶＳ１および−
ＶＳ１をそれぞれ出力する高圧アンプ１４２および１４
３を備えている。走査電源１６もこれと同様の構成をし
ており、１６１は任意波形発生器、１６２および１６３
は高圧アンプである。

【００１７】走査電極４および６の長さおよび電極間隔
は、前述した数２で表されるように選択するのが適当で
ある。

【００１８】第２の組の走査電極６の下流側には、イオ
ン注入すべきターゲット（例えばウェーハ）８が設けら
れている。このターゲット８は、例えば、図示しない走
査機構によって、イオンビーム２を電気的に走査する方
向と実質的に直交する方向（図１では紙面の表裏方向）
に機械的に走査される。

【００１９】このターゲット８の近くに（この例ではそ
の前後に）、二つの多点ビームモニタ１０および１２を
配置している。各多点ビームモニタ１０、１２は、イオ
ンビーム２を電気的に検出する複数のビーム検出点がイ
オンビーム２の走査方向に並設されかつ各ビーム検出点
の位置が予め分かっているものである。例えば、各多点
ビームモニタ１０、１２は、イオンビーム２を受けてそ
のビーム電流Ｉをそれぞれ計測する複数の独立したビー
ム電流計測器（例えばファラデーカップ）をイオンビー
ム２の走査方向に並べたものでも良いし、同方向に長い
単一のビーム電流計測器の前方に、複数の孔が走査方向
に並んだマスクを設けたものでも良い。

【００２０】いずれにしても、この多点ビームモニタ１
０および１２は、後述するようにイオンビーム２のビー
ム電流Ｉのピークを検出することが目的であるため、絶
対値としてのビーム電流Ｉの計測精度は必ずしも必要で
はない。

【００２１】両多点ビームモニタ１０および１２によっ
て計測したビーム電流Ｉは、データロガー１８によって
収集かつ記録される。

【００２２】またこの実施例では、このデータロガー１
８によって収集したデータに基づいて、後述するような
演算処理等を行うと共に、走査電源１４および１６の任
意波形発生器１４１および１６１に前述した走査波形デ
ータを与える制御装置２０がこのデータロガー１８に接
続されている。

【００２３】イオンビーム２を正確に平行走査するため
には、簡単に言えば、走査電極６に印加する走査電圧Ｖ
Ｓ２の波形を、イオンビーム２の走査幅が大きいところ
で（即ちＶＳ２の絶対値が大きいところで）、走査電極
４へ印加する走査電圧ＶＳ１より低い電圧が印加される
ように整形すれば良い。

【００２４】このような波形整形は、理論上は、前述し
た数３を用いて、

【数４】ｔａｎθ１＝ｔａｎθ２　 を解くことによって行うことができる。ここでθ１　、
θ２　は、それぞれ、走査電極４および６におけるイオ
ンビーム２の偏向角である。しかし現実的には、■走査
電極４、６の端部における電界の影響、■各走査電源１
４、１６の特性、■ビームラインの工作精度、等による
影響を受けるため、上記計算による波形整形だけではイ
オンビーム２を正確に平行走査するには限界がある。

【００２５】そこでこの発明は、簡単に言えば、例えば
上記のような計算によって求めた基本波形を元にしてイ
オンビーム２の走査を行ってその平行度分布を測定し、
この測定結果に基づいて、走査電圧ＶＳ２の波形整形を
行うようにしている。

【００２６】このような波形整形方法の具体例を、図２
を参照して説明する。なお、以下に述べるような処理は
、具体的には制御装置２０において、あるいはその制御
下で行われる。

【００２７】まず、制御装置２０において基本となる二
つの走査電圧波形ＶＳ１（ｔ）　およびＶＳ２（ｔ）　
を設定し（ステップ３１）、これが走査電源１４および
１６からそれぞれ出力されるようにする。第１の波形Ｖ
Ｓ１（ｔ）　は、例えば三角波あるいはそれに近いもの
であり、第２の波形ＶＳ２（ｔ）　は、前記数４を解く
ことによって第１の波形を理論的に整形したものである
。もっとも、上記第２の波形ＶＳ２（ｔ）を設定する代
わりに、それと第１の波形ＶＳ１（ｔ）　との比

【数５】Ｒ（ｔ）＝ＶＳ２／ＶＳ１（ｔ）を設定して、
この比Ｒ（ｔ）　に基づいて第１の波形ＶＳ２（ｔ）　
を作成するようにしても良く、以下ではそのようにする
場合を例に説明する。図３にこの比Ｒ（ｔ）の一例を示
す。

【００２８】次に、上記のようにして得られる走査電圧
波形ＶＳ１（ｔ）　およびＶＳ２（ｔ）　を用いて、実
際にイオンビーム２を走査し（ステップ３２）、そのと
きのイオンビーム２の平行度分布を多点ビームモニタ１
０および１２を用いて測定する（ステップ３３）。この
平行度分布の測定は、例えば次のようにして行う。

【００２９】■まず、上流側の多点ビームモニタ１０お
よび下流側の多点ビームモニタ１２にイオンビーム２が
入射する状態で最低１往復ずつ走査を行う。両多点ビー
ムモニタ１０、１２にイオンビーム２が入射するように
するには、例えば両多点ビームモニタ１０、１２を上下
に（紙面の表裏方向に）少しずらして配置しておくと共
に走査電極４、６間に偏向電極を設けておいてこれによ
ってイオンビーム２を上下に切り換えるようにしても良
いし、あるいはそのようにせずに上流側の多点ビームモ
ニタ１０を移動させてビームラインから外すようにして
も良い。

【００３０】■このとき、データロガー１８は、いずれ
か一方の任意波形発生器、例えば任意波形発生器１４１
から与えられる同期信号（クロック信号）を用いて、任
意波形発生器１４１の１クロック分の動作に対応して、
両多点ビームモニタ１０および１２への入射イオンビー
ム２のビーム電流Ｉのサンプリングを行う。

【００３１】■上記サンプリングにより、任意波形発生
器１４１からの同期信号のクロック数で数えた時間ｔ（
＝クロック数×周期）とビーム電流Ｉとの関係を表すデ
ータが、上流側の多点ビームモニタ１０および下流側の
多点ビームモニタ１２についてそれぞれ得られる。この
上下流側のデータは、例えば図４（Ａ）に示すように、
多点ビームモニタ１０、１２の複数のビーム検出点の中
心にイオンビーム２が入射している状態に対応する複数
のピークを持つ（ちなみに図４（Ａ）は、多点ビームモ
ニタ１０、１２が前述した単一のビーム電流計測器の前
方に多孔マスクを設けたタイプの場合の例である）。

【００３２】この各ピークの位置の時間ｔ１　、ｔ２　
、・・・は、そのときの同期信号のクロック数から求め
ることができる。

【００３３】また、両多点ビームモニタ１０および１２
の各ビーム検出点の位置は予め分かっている。例えば、
図１中に示すように、多点ビームモニタ１０のビーム検
出点ａ、ｂの位置は、それぞれ、−ｘａ、−ｘｂである
。

【００３４】■このようにして求めた離散的な位置と時
間の関係を示すデータに適当な内挿および外挿を行うこ
とにより、例えば図４（Ｂ）に示すように、イオンビー
ム２の走査位置ｘの連続的な時間的変化を示す関数を、
上流側の多点ビームモニタ１０および下流側の多点ビー
ムモニタ１２についてそれぞれ求める。この場合、イオ
ンビーム２の平行度が全走査領域において一定である場
合は、上記関数例えば図４（Ｂ）に示すようなきれいな
三角波になり、平行度が一定でない場合は歪んだ三角波
になる。

【００３５】■上記二つの（即ち上流側および下流側に
ついての）関数から、互いに対応する時刻ｔにおけるイ
オンビーム２の上流側の多点ビームモニタ１０での走査
位置ｘｕ（ｔ）　および下流側の多点ビームモニタ１２
での走査位置ｘｄ（ｔ）　を求め、この両方の位置関係
によって、イオンビーム２の時刻ｔにおける平行度を求
める。

【００３６】例えば、図５を参照して、両多点ビームモ
ニタ１０および１２間の距離をＭとし、イオンビーム２
の走査方向に直交する方向をＺとした場合、この明細書
ではイオンビーム２のこのＺ方向に対する角度αを平行
度と定義しており、時刻ｔにおける平行度α（ｔ）　は
、

【数６】 α（ｔ）＝ｔａｎ−１｛（ｘｕ（ｔ）−ｘｄ（ｔ））／
Ｍ｝で定量的に求めることができる。例えば、ある時刻
におけるイオンビーム２がＺ方向に完全に平行な場合は
、α＝０°となる。また、この注目する時刻ｔを変える
ことより、イオンビーム２の走査領域内での複数点の平
行度を、即ち平行度分布を求めることができる。その一
例を図６に示す。

【００３７】次に、再び図２を参照して、上記のように
して測定した平行度分布が所定の基準を満たしているか
否かをチェックし（ステップ３４）、満たしていなけれ
ば、ステップ３６へ進んで、走査電極６に印加する走査
電圧ＶＳ２の波形整形を行う。

【００３８】即ち、図６に示すような平行度分布が分か
れば、平行度αがイオンビーム２の全走査領域において
、０度に近づくようにするためには、図３に示した比Ｒ
（ｔ）をどのように補正すれば良いかを知ることができ
る。まず、第１の組の走査電極４ではイオンビーム２が
電極間の真中付近を通過するため電位の効果が無視でき
ると仮定する。この時求められた平行度αは、前記数１
を参照すれば分かるように、次のように表される。

【数７】 ここでＣ（ｔ）　は第２の組の走査電極６の効率である
。 波形整形の目的はα（ｔ）＝０、即ちｔａｎ｛α（ｔ）
｝＝０であるから、新しいＲ（ｔ）は、

【数８】 なる演算を行って求められる。ここで電極効率Ｃ（ｔ）
は数７より次のように求めることができる。

【数９】 このようにして新たに求めたＲ（ｔ）を用いて走査電圧
波形ＶＳ２（ｔ）を作成する。

【００３９】このようにして作られる走査電圧ＶＳ２の
波形の一例を図７中に破線で示す。即ち、この例では図
６から分かるように２枚の走査電極６間の電極に近いと
ころでイオンビーム２が内側に偏向され過ぎて平行度α
が悪化しているから、電極に近いところで（即ち走査電
圧ＶＳ２の絶対値が一番大きくなる付近で）走査電圧Ｖ
Ｓ２の絶対値が三角波よりも小さくなるようにしている
。

【００４０】上記のようにして走査電圧ＶＳ２の波形整
形を行ったら、再び前記と同様にしてビーム走査（ステ
ップ３２）、平行度分布測定（ステップ３３）および平
行度分布チェック（ステップ３４）を行い、これらを所
望の平行度分布が得られるまで繰り返せば良い。

【００４１】上記のようにして走査電圧ＶＳ２の波形整
形を行い、これをイオンビーム２の走査に用いることに
よって、■走査電極４、６の端部における電界の影響、
■各走査電源１４、１６の特性、■ビームラインの工作
精度、等による影響を排除して、イオンビーム２を極め
て正確に（例えば最大でも０．２度以下に）平行走査す
ることができる。

【００４２】なお、上記のようにしてイオンビーム２の
正確な平行走査が達成できれば、平行度が悪い場合に比
べて、ターゲット８上でのイオンビーム２の走査速度も
均一になるため、それに見合った分だけ、ターゲット面
内でのイオン注入量の均一性も向上するが、厳密に見れ
ば、上記のようにして走査電圧ＶＳ２の波形整形を行っ
た場合、大振幅の部分ではイオンビーム２の走査速度が
若干小さくなるため、これが原因で、ターゲット８の面
内でのイオン注入量の均一性を低下させることにもなり
かねない。

【００４３】これを防止するためには、図２に示すよう
に、均一性チェックのステップ３５および走査電圧ＶＳ
１の波形整形ステップ３７を追加しても良い。即ち、タ
ーゲット８にイオン注入を行ってその面内での注入量の
均一性をチェックし（ステップ３５）、それが所定の基
準を満たしていなければ、第１の組の走査電極４に対す
る走査電圧ＶＳ１の波形整形を次のようにして行う（ス
テップ３７）。

【００４４】即ち、前記二つの多点ビームモニタ１０お
よび１２でのイオンビーム２の走査速度は分かるから、
そのデータを用いて補間法によって、ターゲット８上の
各点でのイオンビーム２の走査速度とそのときの走査電
圧ＶＳ１との関係を求め、この関係から、ターゲット８
上の全域でイオンビーム２の走査速度が一定になるよう
に、走査電圧ＶＳ１の波形を整形する。例えば、前述し
たように大振幅の部分で走査速度が小さければ、それを
補うように、図７中に１点鎖線で示すように、大振幅部
分の走査電圧ＶＳ１の絶対値を三角波よりも少し大きく
すれば良い。

【００４５】そしてこのようにして走査電圧ＶＳ１の波
形整形を行ったら、図２中のステップ３２に戻り、所望
の平行度分布および均一性が得られるまで上記のような
処理を繰り返せば良い。

【００４６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１お
よび第２の組の走査電極に互いに別であるが同期した走
査電圧を印加することができるようにしておき、そして
第２の組の走査電極から出射するイオンビームの平行度
分布を測定し、平行度がイオンビームの全走査領域にお
いて０度に近づくように、第２の組の走査電極に印加す
る走査電圧の波形を整形するようにしたので、走査電極
の端部における電界の影響、各走査電源の特性、ビーム
ラインの工作精度等による影響を排除して、イオンビー
ムを極めて正確に平行走査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明に係るイオンビームの平行走査方
法を実施するイオン注入装置の一例を部分的に示す概略
図である。

【図２】　　走査電圧の波形整形方法の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図３】　　二つの走査電圧波形の比Ｒ（ｔ）　の一例
を示す概略図である。

【図４】　　（Ａ）は多点ビームモニタで計測したビー
ム電流波形の一例を示す概略図であり、（Ｂ）はこの波
形に基づいて得られるイオンビームの走査位置の時間的
変化の一例を示す概略図である。

【図５】　　イオンビームの平行度を求める方法を示す
図である。

【図６】　　イオンビームの平行度分布の測定結果の一
例を示す概略図である。

【図７】　　整形された走査電圧波形の例を示す概略図
である。

【図８】　　イオンビームを静電的に平行走査するビー
ムラインの従来例を示す図である。

【図９】　　従来の平行走査方法によるイオンビームの
平行度分布の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

２　　イオンビーム ４，６　　走査電極 １０，１２　　多点ビームモニタ １４，１６　　走査電源 １８　　データロガー ２０　　制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の組の走査電極とその下流側にあ
   る第２の組の走査電極とを用いてイオンビームを平行走
   査する方法において、両方の組の走査電極に互いに別で
   あるが同期した走査電圧をそれぞれ印加することができ
   るようにしておき、まず両方の組の走査電極にそれぞれ
   基本となる波形の走査電圧を印加してイオンビームを走
   査して第２の組の走査電極から出射するイオンビームの
   平行度分布を測定し、そしてこの測定結果に基づいて、
   平行度がイオンビームの全走査領域において０度に近づ
   くように、第２の組の走査電極に印加する走査電圧の波
   形を整形することを特徴とするイオンビームの平行走査
   方法。