JPH0451443A - 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〕 この発明は半導体製造のためのイオン注入工程などに用
いられるイオン注入装置に関し、注入面位置におけるビ
ームのサイズを注入条件によらず一定にすることができ
るイオン注入装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば「電子・イオンビームハンドブックｐ、
ｓ８５〜５９３」に示された従来のイオン注入装置を示
す概略図であり、図において、１はイオンを生成し、ビ
ームを引き出すイオン源、２は注入イオンと不要イオン
とを分析するための質量分析器、３は注入イオンのみを
抽出するための分析スリット、４は成形スリットであり
、分析スリット３の後に配置され、６の位置固定型の注
入面の位置でのビームの形状を決定する。また、５はイ
オンビームの物点、７は注入イオンの最外ビーム軌道、
８は不要イオンの最外ビーム軌道、９および１０は注入
イオンおよび不要イオンの中心ビーム軌道、１工は注入
イオンビームのＸ方向の集束点を示し、さらに１２およ
び１３は質量分析器２のそれぞれビーム入力側端面およ
びビーム出射側端面、そして１４はビームを測定する測
定部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。

なお、当面の座標系は紙面上で中心ビーム軌道９に垂直
な方向をＸ座標、紙面に垂直な方向をＸ座標、また中心
ビーム軌道９上でビームの進行方向をＺ座標とする。

次に動作について説明する。イオン源１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
などの他に、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。例えば、注入イオンは
半導体製造に一般的に用いられている７５Ａ、ｓ＋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７５Ａｓ２゛であり、またイオン源構造物からのスパ
ッタ量子のイオンとしてＦｅイオンなどがある。そこで
、当該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５からＬｌの距離にビーム入射側端面１２が
位置するようにした質量分析器２でビームの分析を行う
。該質量分析器２は回転半径Ｒ３回転角度φのセクター
マグネット方式のものであり、注入イオンと不要イオン
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１３がら下記の式で決
定されるＬ２の位置にある集束点１１に集束し、また当
該位置においては不要イオンの中心ビーム軌道１０は注
入イオンの中心ビーム軌道９からΔＸはどＸ方向に変位
する。

Ｌ２−Ｌｌ　［（１→（Ｒ／Ｌ、）ｔａｎ　φ）　／　
（−１＋（Ｌ＋／Ｒ）ｔａｎφ）ｍｏ　：注入イオンの
分子量 δｍ：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 従って当該位置に開口片幅Ｘ　ｓ　／　２が、注入イオ
ンの最外ビーム軌道７の集束点１１における半径よりも
大きく、かつ各種不要イオンに対するΔＸ１の最小値か
ら集束点１１における不要イオンの最外ビーム軌道８の
半径を引いた値以下の分析スリット３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１１より任意の発散角をもって集束点
１１から距離Ｌ３に位置する位置固定型の注入面６に注
入されるが、その際、注入面６におけるビームの所望の
Ｘ方向の幅Ｗｘに応じて、注入イオンの最外ビーム軌道
７を、集束点１１からＬ４の位置にあり、かつ次式で決
定される開口幅がＸＦである成形スリット４で制限して
注入面６に注入イオンを注入していた。

Ｘ、＝Ｗｘ　−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方向のビームの形状
は分析スリット３および成形スリット４のＸ方向の開口
幅で一意的に決定されるものである。なお、上記のよう
にして得られた注入面上でのビーム形状等はイオンビー
ム測定装置１４でモニターされるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のイオン注入装置では以上のように構成されており
、注入イオンの種類、エネルギー、電流量を変えるとイ
オンの空間電荷効果により、質量分析器２のビーム出射
側端面１３と集束点１１との距離Ｌ２の変化、そして距
離Ｌ２の変化に伴う集束点１１と注入面６との距離Ｌ３
および集束点１１と成形スリット４との距離り、などが
変化し、注入面上でのビームのＸ方向の幅が一定となら
ないという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、注入面上でのビームＸ方向の幅を常に一定に
することができるイオン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〕

この発明に係るイオン注入装置は、イオンビーム測定装
置の注入面位置でのビーム形状など測定解析結果を基に
、注入面でのビームＸ方向の幅が一定になるように注入
面の位置を可変させる手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明におけるイオン注入装置は、イオンビーム測定
装置の注入面位置でのビーム形状などの測定、解析結果
を基に、注入面でのビームＸ方向の幅が一定になるよう
に注入面の位置を可変させる手段を設けたので、注入イ
オンの種類、エネルギー、電流量などの違いにかかわら
ず注入面上でのイオンビームのＸ方向の幅を一定にする
ことができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例によるイオン注入装置の概略図で
あり、第５図と同一符号は同一または相当部分を示し、
１９は注入イオンへの最外ビーム軌道、２０は注入イオ
ンＡのビームのＸ方向の集束点、１５は位置可変型の注
入面、１６は注入面１５の駆動装置であり、１７は注入
面１５の移動方向を示す。また、２２は注入イオンＡの
集束点２０よりも質量分析器２側に位置する注入イオン
ＢのビームのＸ方向の集束点を示し、２１は注入イオン
Ｂの最外ビーム軌道である。

第３図は空間電荷効果を考慮したビームのＸ方向の幅の
イオン種依存性をシミュレーションした結果を示してお
り、２５は各種注入イオンのビームのＸ方向の幅がほぼ
等しいビーム出射源がらの位置を示している。

第４図は、いろいろな注入条件のイオンビームのＸ方向
の幅と注入面の位置との関係を示す図であり、１５は注
入イオンＡに対し注入面上でのビームのＸ方向の幅がＷ
ｘになるように位置を設定された注入面であり、２６お
よび２７は注入イオンＢおよび注入イオンＣに対しＸ方
向の幅がＷｘになるように注入面１５を駆動装置１６で
移動方向１７に沿ってそれぞれ移動した後の注入面であ
る。

次に動作について説明する。

第１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２０がら２２に移動し、質量分析
器２のビーム出射側端面１３と注入イオンＢの集束点２
２との距離がＬ％そして注入イオンＢの集束点２２と分
析スリット４との距離がＩ、３　　“、および注入イオ
ンＢの集束点２２と注入面１５との距離がＩ、４′とな
り、注入面１５上でのビームのＸ方向の幅が変化したと
しても、イオンビーム測定装置１４で測定、解析される
ビームの形状や電流量などを基に、注入面１５の位置を
移動方向１７に沿って駆動装置１６で１８で示す移動後
の注入面の位置に移動することにより、注入面での注入
イオンビームのＸ方向の幅を一定にすることができる。

すなわち、注入条件の異なるいかなる注入イオンに対し
ても注入面上でのビームのＸ方向の幅を一定にすること
ができる。

次に注入面の位置の設定方法について説明する。

第３図に示したとおり注入イオンのイオン種を変えてシ
ミュレーションを行った結果、イオン種が異なると空間
電界効果により質量数の重いものほどその最外ビーム軌
道は大きく、かつ集束点は注入面側に移動するが、集束
点以後もそれぞれ空間電荷効果を受けることによりそれ
ぞれのビームのＸ方向の幅がほぼ等しくなるＺ位置２５
があることが見出された。従って、第４図において、実
際に使用する注入条件に対し、前述したシミュレーショ
ンを行い、ビームのＸ方向の幅がほぼ等しくなるＺ位置
２５を求め、その位置に例えば注入イオンＡに対してビ
ームのＸ方向の幅Ｗｘが確保できる注入面１５を初期設
定することにより、注入イオンをＢおよびＣに変えても
、ビームのＸ方向の幅がほぼＷｘに近似した値Ｗｘ’お
よびＷｘ’“となる。さらには注入イオンＢに対しては
注入面２６の位置に、そして注入イオンＣに対しては注
入面２７の位置に移動させることにより、ビームのＸ方
向の幅を注入イオンＡ、ＢおよびＣのそれぞれの注入面
上において同じにすることができ、注入面の初期設定位
置を第３図中のＺ位置２５と全く無関係の位置に設定し
た場合に比べてその移動量は少なくてすみ、装置構成が
簡易化できる。

ここで、注入面上でのビームのＸ方向の幅Ｗｘば、成形
スリット４の位置及び開口幅により変えることができ、
またその際の２位置は成形スリット４の位置及び開口幅
を考慮したシミュレーションを行うことにより求めるこ
とができる。

なお、上記実施例では注入面の可変手段として駆動装置
１６を用いたが、第２図に示すように、イオンビーム測
定装置１４の測定、解析結果をイオンビーム測定装置の
一部であるデータ解析部で、制御袋Ｗ２３に必要なデー
タ信号に変化し、それを該制御装置２３に転送し、この
転送データ信号を基に注入面の位置を可変するための駆
動装置１６を制御するようにしてもよい。このようにす
ることで注入面の位置を自動的に制御し、注入面１５上
でのビームのＸ方向の幅を自動的に一定にすることがで
きる。

また、上記両実施例においては、イオン種の違いにより
注入面上でのビームのＸ方向の幅が変化する場合につい
て述べたが、ビームのＸ方向の幅の変化はこれ以外にも
、上述したように加速電圧。

ビーム電流量が異なる場合にも生じ、本発明はこれらの
場合においても注入面上でのビームのＸ方向の幅を一定
にすることができるとともに、ビームのＸ方向の幅を所
望の形状に自由に制御できることは言うまでもない。

さらに、−１＝記実施例においては、ビームのＸ方向の
幅を一定に、あるいは自由に制御することについて述べ
たが、Ｘ方向に限らずビームのＸ方向の幅の制御、ある
いはビームのＸ方向の幅とＸ方向の幅を比率をもって制
御することを目的とする場合においても、注入面を移動
させることにより一定に、あるいは自由に制御すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係るイオン注入装置にによれば
、イオンビーム測定装置の注入面位置でのビーム形状な
どの測定、解析結果を基に、注入面でのビームＸ方向の
幅が一定になるように注入面の位置を可変させる手段を
設けたので、イオン種の違いや加速電圧あるいはビーム
電流量が異なる場合においても、注入面上での注入イオ
ンのビームのＸ方向の幅を一定にすることができ、イオ
冊 ン注入工程での注入量などの管理がし易くなると共に、
注入条件が変化しても不良率の低減を保持することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオン注入装置の概
略図、第２図はこの発明の他の実施例によるイオン注入
装置を示す概略図、第３図は空間電荷効果を考慮したビ
ームのＸ方向の幅のイオン種依存性をシミュレーション
した結果を示す図、第４図はいろいろな注入条件のイオ
ンビームのＸ方向の幅と注入面の位置との関係を説明す
る図、第５図は従来のイオン注入装置を示す概略図であ
る。 １はイオン源、２は質量分析器のビーム入射側端面、３
は分析スリット、４は成形スリット、５は物点、１２は
質量分析器のビーム入射側端面、１３は質量分析器のビ
ーム出射側端面、１４はイオンビーム測定装置、１５は
位置可変型の注入面、１６は駆動装置、１７は注入面の
移動方向、１８は移動後の注入面、１９は注入イオンＡ
の最外ビ−ム軌道、２０は注入イオンＡのビームのＸ方
向の集束点、２１は注入イオンＢの最外ビーム軌道、２
２は注入イオンＢのビームのＸ方向の集束点、２３は制
御装置である。 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）注入イオンのみを抽出するための分析スリットと
   、注入面位置でのビーム形状を決定するための成形スリ
   ットと、ビームの形状などを計測、解析するためのイオ
   ンビーム測定装置とを備えたイオン注入装置において、
   注入条件に応じて注入面の位置を変化させ、ビームの幅
   がほぼ等しくなる位置に注入面を位置させるようにした
   ことを特徴とするイオン注入装置。
2. （２）イオンビーム測定装置の測定、解析結果を基に上
   記注入面の位置を制御する制御装置を備えたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のイオン注入装置。