JPH05166486A - Ion implantation device - Google Patents

Ion implantation device

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JPH05166486A
JPH05166486A JP3331751A JP33175191A JPH05166486A JP H05166486 A JPH05166486 A JP H05166486A JP 3331751 A JP3331751 A JP 3331751A JP 33175191 A JP33175191 A JP 33175191A JP H05166486 A JPH05166486 A JP H05166486A
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JP
Japan
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ion
intensity distribution
electromagnet
source
ion beam
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JP3331751A
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Koji Matsuda
耕自 松田
Masahiko Aoki
正彦 青木
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NISSHIN HIGHTECH KK
Nissin Electric Co Ltd
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NISSHIN HIGHTECH KK
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To effect ion implantation over a wide area through making-large in diameter of the ion beams from a compact-sized ion source, and effect uniform ion implantation through adjustment of a beam intensity distribution and selection of an ion kind. CONSTITUTION:The ion beams from an ion source 1 describe different locuses of movement through passing through a fixed magnetic field generated from a sector 2, by which selection is made from among kinds of ions and a desired kind of ions is passed through an analyzing slit 3. It is accelerated by an acceleration tube 4 up to a specified energy. When passing through quartet pole magnetic lenses 61, 62, the beam section is made large into a rectangular shape. When passing through sextet pole magnetic lenses 51, 52, the beam comes to have a uniform intensity distribution in a horizontal direction X of the substrate surface. The reshaped ion beam propagates through a drift space and reaches a position P. A sensor means 7 senses the beam current, and a control means 81 reads the detection signal and adds thereto a beam current data to send the resulting signal to an overall controller 82. In response to the information sent thereto, it controls the current of the lenses 61, 62 and adjusts the beam size at a position P, to thereby make adjustment of the fixed intensity of the lenses 51, 52.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はイオン注入装置に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an ion implanter.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン注入装置は、各種半導体デバイス
の製造、材料表面の耐摩耗性、耐食性等に関する改質、
目的物表面に超伝導膜等の薄膜を形成する等に広く利用
されている。このイオン注入装置は、通常、原料ガスを
プラズマ化し、このプラズマソースの前にあるイオン源
電極のイオン通過孔を介してイオンビームを発し、目的
物表面に照射し、イオン注入する。
2. Description of the Related Art Ion implanters are used for manufacturing various semiconductor devices, modifying the surface of materials for wear resistance, corrosion resistance, etc.
It is widely used for forming a thin film such as a superconducting film on the surface of an object. This ion implantation apparatus usually turns a source gas into plasma, emits an ion beam through an ion passage hole of an ion source electrode in front of the plasma source, irradiates the surface of an object, and implants ions.

【0003】従って、イオン注入できる面積範囲は、イ
オン源の口径に依存している。広い面積にわたりイオン
注入を行うには、特殊な加工技術を必要とする大口径イ
オン源を使用し、該イオン源からのイオンビームを加速
し、基板等の目的物にイオンを注入する。
Therefore, the area range in which ions can be implanted depends on the diameter of the ion source. In order to perform ion implantation over a wide area, a large-diameter ion source that requires a special processing technique is used, the ion beam from the ion source is accelerated, and ions are implanted into a target such as a substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来装置では、イオン源から引き出されるすべてのイオン
種が基板等に注入される。このため、例えばPH3 ガス
を用いて半導体基板にPを注入する場合、Hも同時に注
入され、これがエネルギー源となって基板が加熱され、
半導体の品質が低下する等の問題がある。
However, in such a conventional device, all the ion species extracted from the ion source are injected into the substrate or the like. Therefore, for example, when P is injected into the semiconductor substrate using PH 3 gas, H is also injected at the same time, which serves as an energy source to heat the substrate,
There are problems such as deterioration of semiconductor quality.

【0005】また、イオン注入位置各部でのイオンビー
ム強度分布はイオン源電極のイオン通過孔の分布にのみ
依存している。このためビーム強度分布調整のための自
由度が限られている。さらに、注入面積が大きくなるに
つれてイオン源の口径を大きくしなければならず、製作
が一層困難となる。
Further, the ion beam intensity distribution at each portion of the ion implantation position depends only on the distribution of the ion passage holes of the ion source electrode. Therefore, the degree of freedom for adjusting the beam intensity distribution is limited. Further, as the implantation area increases, the diameter of the ion source must be increased, which makes manufacturing more difficult.

【0006】そこで本発明は、大口径イオン源を使用す
る必要なく、コンパクトなイオン源を用いて、該イオン
源からのイオンビーム径を所望の大きさに容易に拡大し
て広い面積にイオン注入でき、しかも、該広い面積全体
にわたりビーム強度分布状態が均一になるように該強度
分布状態を調整できるとともにイオン源から引き出され
るイオンのうち所望のイオン種を容易に選択でき、該イ
オン種により均一にイオン注入することができるイオン
注入装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention does not require the use of a large-diameter ion source and uses a compact ion source to easily expand the ion beam diameter from the ion source to a desired size and implant ions into a large area. In addition, the intensity distribution state can be adjusted so that the beam intensity distribution is uniform over the entire wide area, and a desired ion species among the ions extracted from the ion source can be easily selected. It is an object of the present invention to provide an ion implantation device capable of implanting ions into a substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、イオン源、前記イオン源が発するイオンビームから
所望のイオン種を選択する質量分析用電磁石(例えばセ
クター電磁石)、前記電磁石を出たイオンのうち不要な
イオンを除去して所望のイオン種を通過させる分析スリ
ット、前記分析スリットを通過したイオンビーム径を拡
大する電磁石レンズ装置、目的物へのインオ注入位置に
おけるイオンビーム強度分布を均一化するように補正す
る補正用電磁石レンズ装置、イオン注入位置におけるイ
オンビーム強度分布状態を検出する手段、所望のイオン
種を選択できるように前記質量分析用電磁石の磁場を制
御する手段、前記注入位置における所望のイオンビーム
拡大径と前記ビーム強度分布状態検出手段からのデータ
に基づいて該所望イオンビーム拡大径を得るように前記
イオンビーム径拡大用電磁石レンズ装置における電磁石
レンズの磁場を制御する手段、前記注入位置における所
望のイオンビーム強度分布と前記ビーム強度分布状態検
出手段からのデータに基づいて該所望ビーム強度分布を
得るように前記補正用電磁石レンズ装置における電磁石
レンズの磁場を制御する手段を備えたことを特徴とする
イオン注入装置を提供するものである。
According to the above object, the present invention provides an ion source, an electromagnet for mass analysis (for example, a sector electromagnet) for selecting a desired ion species from an ion beam emitted from the ion source, and an ion emitted from the electromagnet. Of these, an analysis slit that removes unnecessary ions and passes the desired ion species, an electromagnet lens device that expands the diameter of the ion beam that has passed through the analysis slit, and a uniform ion beam intensity distribution at the injection position on the target object A correction electromagnet lens device for correcting so that the ion beam intensity distribution state at the ion implantation position is detected, a means for controlling the magnetic field of the mass analysis electromagnet so that a desired ion species can be selected, and at the implantation position. Based on the desired ion beam expansion diameter and the data from the beam intensity distribution state detecting means, Based on the data from the means for controlling the magnetic field of the electromagnet lens in the electromagnet lens device for enlarging the ion beam diameter so as to obtain the ion beam expansion diameter, the desired ion beam intensity distribution at the implantation position and the beam intensity distribution state detecting means. The present invention provides an ion implanting device, which is provided with means for controlling a magnetic field of an electromagnet lens in the correcting electromagnet lens device so as to obtain the desired beam intensity distribution.

【0008】前記装置には、必要に応じ、前記分析スリ
ットを通過したあとのイオンビームを加速する加速手
段、例えばイオンビーム加速管を設けてもよい。また、
前記イオン源の電源を制御する手段や前記加速手段の電
源を制御する手段を設けてもよい。前記イオンビーム径
を拡大する電磁石レンズ装置としては、例えば、イオン
ビームを一方向に集束させるとともに該方向に直角な方
向に発散させる多重極マグネットレンズと前記一方向に
発散させるとともに前記直角方向に集束させる多重極マ
グネットレンズを含んでいるレンズシステムが考えらら
れる。かかる多重極マグネットレンズの代表例として、
4重極マグネットレンズを挙げることができる。
If necessary, the apparatus may be provided with accelerating means for accelerating the ion beam after passing through the analysis slit, for example, an ion beam accelerating tube. Also,
A means for controlling the power source of the ion source and a means for controlling the power source of the acceleration means may be provided. Examples of the electromagnet lens device that expands the diameter of the ion beam include, for example, a multi-pole magnet lens that focuses the ion beam in one direction and diverges in a direction perpendicular to the direction, and a multipole magnet lens that diverges in the one direction and focuses in the perpendicular direction. A lens system is contemplated that includes a multipole magnet lens. As a typical example of such a multi-pole magnet lens,
A quadrupole magnet lens can be mentioned.

【0009】前記補正用電磁石レンズ装置がインオ注入
位置におけるイオンビーム強度分布を一方向において均
一化するものであるときは、該一方向に直角な方向での
ビーム強度分布も均一化するため、前記イオン源の電極
を、イオン通過孔分布が中央部で粗又は無しに、前記直
角な方向の両端部で密になるように形成することができ
る。 補正用電磁石レンズ装置の例として、6重極マグ
ネットレンズのような多重極マグネットレンズを含むも
のを挙げることができる。
When the correction electromagnet lens device makes the ion beam intensity distribution in the implantation position uniform in one direction, the beam intensity distribution in the direction perpendicular to the one direction is also made uniform. The electrodes of the ion source can be formed such that the distribution of ion passage holes is rough or absent at the central portion and dense at both ends in the orthogonal direction. An example of the correction electromagnet lens device may include a device including a multipole magnet lens such as a hexapole magnet lens.

【0010】前記イオン源には、そのビーム出射口にイ
オンビームを遮断できる開閉可能なシャッタ装置を設け
てもよい。前記イオン注入位置におけるビーム強度分布
状態を検出する手段は、例えば、ビームの2次元分布状
態を検出できるものが考えられ、より具体的には、個々
のビーム電流を測定できるファラデーカップのようなビ
ーム検知器を複数個、2次元分布させた検出システムを
例示できる。
The ion source may be provided with a shutter device capable of opening and closing the ion beam at the beam exit thereof. The means for detecting the beam intensity distribution state at the ion implantation position may be, for example, one capable of detecting the two-dimensional distribution state of the beam, and more specifically, a beam such as a Faraday cup capable of measuring individual beam currents. An example is a detection system in which a plurality of detectors are two-dimensionally distributed.

【0011】[0011]

【作用】本発明イオン注入装置によると、イオン源から
発せられたイオンビームは、磁場強度が所望のイオン種
を選択できるように制御される質量分析用電磁石を通過
することでイオン注入に必要な所望のイオン種のみの、
又は該イオン種を主体とするイオンビームとされる。次
いで、所望の拡大ビーム径を得るように磁場強度が制御
されるイオンビーム径拡大用電磁石レンズ装置により、
イオン注入すべき目的物表面積に応じたイオンビーム径
に拡大され、該目的物表面に照射され、且つ、ビーム強
度分布補正用の電磁石レンズ装置によりビーム強度分布
が少なくとも一方向に均一化された状態で照射され、前
記目的物表面の各部にわたり所望のイオン種でイオン注
入が行われる。
According to the ion implantation apparatus of the present invention, the ion beam emitted from the ion source is passed through the electromagnet for mass analysis whose magnetic field strength is controlled so that a desired ion species can be selected, so that the ion beam is required for ion implantation. Only the desired ionic species,
Alternatively, the ion beam is mainly composed of the ion species. Then, by the ion beam diameter expanding electromagnet lens device in which the magnetic field strength is controlled so as to obtain a desired expanded beam diameter,
A state in which the diameter of the ion beam is expanded according to the surface area of the target object to be ion-implanted, the target surface is irradiated, and the beam intensity distribution is made uniform in at least one direction by an electromagnet lens device for correcting the beam intensity distribution. And is ion-implanted with desired ion species over each part of the target surface.

【0012】ビーム径拡大用電磁石レンズ装置によるビ
ーム径の拡大及びビーム強度分布補正用電磁石レンズ装
置によるビーム強度分布補正は、イオン注入位置におけ
るビーム強度分布状態を検出する手段により検出された
ビーム強度分布状態データと、予め定めた所望のビーム
拡大径及び所望のビーム強度分布状態とに基づいて、該
所望の拡大径及びビーム強度分布を得るように、ビーム
径拡大用電磁石レンズ装置及び補正用電磁石レンズ装置
の磁場が制御されることで達成される。
The beam diameter expansion by the beam diameter enlarging electromagnet lens device and the beam intensity distribution correction by the beam intensity distribution correcting electromagnet lens device are performed by the beam intensity distribution detected by the means for detecting the beam intensity distribution state at the ion implantation position. A beam diameter enlarging electromagnet lens device and a correcting electromagnet lens so as to obtain the desired enlarging diameter and beam intensity distribution based on state data and a predetermined desired beam enlarging diameter and desired beam intensity distribution state. This is achieved by controlling the magnetic field of the device.

【0013】イオン源の電源を制御する手段があるとき
は、これによって電源出力を制御し、イオン源を出るビ
ームの電流を所望のものにできる。イオンビームを加速
する加速手段を設けてあるときは、分析スリットを出た
あとのイオンビームをこれによって加速できる。この加
速手段の電源を制御する手段が備わっているときは、こ
れによって電源出力を制御し、イオンビームが所望のエ
ネルギーを得るように加速できる。
If there is a means of controlling the power source of the ion source, this will control the power source output and the desired beam current exiting the ion source. When the accelerating means for accelerating the ion beam is provided, the ion beam after exiting the analysis slit can be accelerated by this. When a means for controlling the power source of the acceleration means is provided, the power source output can be controlled by this means and the ion beam can be accelerated so as to obtain a desired energy.

【0014】また、ビーム強度分布の補正用電磁石レン
ズ装置が、ビーム強度分布を一方向において均一化する
もので、イオン源電極がイオン通過孔分布を中央部で粗
又は無しに、該一方に直交する方向の両端部では密にな
るように形成してあるときは、該レンズ装置が、質量分
析用電磁石通過によるイオンビーム収差に起因するビー
ム強度分布の不均一を一方向において均一化し、該イオ
ン源電極におけるイオン通過孔分布の粗密が、該一方向
に直角な方向においてビーム強度分布を均一化する。
Further, the beam intensity distribution correcting electromagnet lens device makes the beam intensity distribution uniform in one direction, and the ion source electrode is arranged so that the ion passage hole distribution is rough or absent in the central portion and is orthogonal to the one. If the lens device is formed so as to be dense at both ends in the direction, the nonuniformity of the beam intensity distribution caused by the ion beam aberration due to the passage of the electromagnet for mass analysis is made uniform in one direction, The density of the ion passage hole distribution in the source electrode makes the beam intensity distribution uniform in the direction perpendicular to the one direction.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は一実施例の概略斜視図、図2は図1の装置
の一部を部分的に水平断面で示す平面図、図3は図1の
装置の一部を部分的に垂直断面で示す側面図である。こ
のイオン注入装置は、縦8cm、横4cmの引き出し形
状をもつイオン源1、質量分析用セクターマグネット
2、分析スリット3、イオンビーム加速管4、収差補正
用の6重極マグネットレンズ51、イオンビーム径拡大
用の一組の4重極マグネットレンズ61、62、もう一
つの収差補正用の6重極マグネットレンズ52を備えて
いる。また、このイオン注入装置は、目的物へイオンを
注入するイオン注入位置Pにおけるイオンビーム強度分
布状態を検出するための検出装置7、コンピュータを中
心とする第1のコントローラ81及びコンピュータを中
心とする第2のコントローラ82を備えている。コント
ローラ82にはディスプレイ83及び各種データを入力
するためのキーボード84が接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic perspective view of one embodiment, FIG. 2 is a plan view showing a part of the device of FIG. 1 in a partial horizontal section, and FIG. 3 is a part of the device of FIG. 1 in a vertical section. It is a side view. This ion implanter includes an ion source 1 having an extraction shape of 8 cm in length and 4 cm in width, a sector magnet 2 for mass analysis, an analysis slit 3, an ion beam accelerating tube 4, a hexapole magnet lens 51 for aberration correction, an ion beam. A pair of quadrupole magnet lenses 61, 62 for expanding the diameter and another hexapole magnet lens 52 for aberration correction are provided. Further, this ion implantation apparatus mainly includes a detection apparatus 7 for detecting an ion beam intensity distribution state at an ion implantation position P for injecting ions into a target object, a first controller 81 centered on a computer, and a computer. A second controller 82 is provided. A display 83 and a keyboard 84 for inputting various data are connected to the controller 82.

【0016】位置Pに配置されるべき目的物、例えば半
導体基板は、イオン注入位置Pに対し基板を搬入搬出す
る装置91(図2参照)により、イオン注入時には位置
Pに配置され、ビーム調整時やイオン注入終了時には位
置P外へ後退する。イオン源1は電圧(又は電流)可変
の電源P1から電力を供給される。イオン源1のプラズ
マソースの前に配置される電極は、図4の(A)に示す
ように、電極11のイオン通過孔11aが、水平方向X
には等分布に、しかし、垂直方向(Y方向)の上下各端
部では高さ約2cmにわたり密に形成され、中央部には
無い。
An object to be placed at the position P, for example, a semiconductor substrate, is placed at the position P at the time of ion implantation by the device 91 (see FIG. 2) for loading and unloading the substrate at the ion implantation position P, and at the time of beam adjustment. At the end of the ion implantation, the position P is retracted. The ion source 1 is supplied with power from a power source P1 whose voltage (or current) is variable. As shown in FIG. 4A, the electrode arranged in front of the plasma source of the ion source 1 has the ion passage hole 11 a of the electrode 11 in the horizontal direction X.
However, it is densely distributed over the height of about 2 cm at the upper and lower ends in the vertical direction (Y direction), and not at the central part.

【0017】また、このイオン源には、イオンビームを
遮断できるシャッタ装置10を付設してある。装置10
は、イオン源のビーム出射口を開閉するビームシャッタ
12、これを伝動装置13を介して開閉駆動するモータ
14を含んでいる。セクターマグネット2は、図5にそ
の断面を示すように、通電コイル21を巻いたヨーク2
2に上下一対のポールピース23(曲率半径R=50c
m)を10cmの間隔をおいて固定したもので、イオン
ビームはこのポールピース間を通過する。このマグネッ
トにはイオンビームの水平方向(X方向)及び垂直方向
(Y方向)の集束発散を可能にするため、図2に示すよ
うに、ポールピースへの斜め入射及びポールピースから
の斜め出射機能を付加してある。本例では、入射角αを
7.8度、出射角βを30度としている。この角度はビ
ームが分析スリット3で焦点を結ぶために必要である。
さらにビームがこのマグネットを通過することにより発
生する収差を補正するためにポールピースの断面は有限
の曲率半径を持たせることがある(通常は半径無限大で
ある)。この例では、入射側、出射側ともに曲率半径r
=90cmとしてある。コイル21は電流可変の電源P
2から給電される(図1参照)。
A shutter device 10 capable of blocking the ion beam is attached to the ion source. Device 10
Includes a beam shutter 12 that opens and closes the beam emission port of the ion source, and a motor 14 that opens and closes the beam shutter through a transmission device 13. The sector magnet 2 has a yoke 2 around which an energizing coil 21 is wound, as shown in the cross section of FIG.
2 a pair of upper and lower pole pieces 23 (radius of curvature R = 50c
m) is fixed at an interval of 10 cm, and the ion beam passes between the pole pieces. As shown in FIG. 2, this magnet has a function of obliquely entering and exiting the pole piece in order to enable focusing and divergence of the ion beam in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction). Is added. In this example, the incident angle α is 7.8 degrees and the outgoing angle β is 30 degrees. This angle is necessary for the beam to focus at the analysis slit 3.
In addition, the cross section of the pole piece may have a finite radius of curvature (usually an infinite radius) in order to correct the aberration caused by the beam passing through this magnet. In this example, the radius of curvature r is
= 90 cm. The coil 21 is a variable current power source P.
Power is supplied from 2 (see FIG. 1).

【0018】イオンビーム加速管4は電圧可変の電源P
4から電圧が印加される。4重極マグネットレンズ6
1、62のそれぞれは、図6にその断面の概略を例示す
ように、それぞれにコイルを巻いた四つのコアを等中心
角度間隔で配置し、各コイルに電流を流すことで、N
極、S極を交互に形成するものであり、コイルに流す電
流の大きさを制御することで、磁場強度を制御し、イオ
ン注入位置Pでのビーム形状(ビーム径)を変化させる
ことができる。レンズ61のコイルには電流可変の電源
P61から、レンズ62のコイルには電流可変の電源P
62から給電される。
The ion beam accelerating tube 4 is a power source P with a variable voltage.
Voltage is applied from 4. Quadrupole magnet lens 6
As shown in FIG. 6 as an example of its cross section, each of the Nos. 1 and 62 has four cores wound with coils arranged at equal angular intervals, and a current is passed through each coil.
The poles and the S poles are formed alternately. By controlling the magnitude of the current flowing in the coil, the magnetic field strength can be controlled and the beam shape (beam diameter) at the ion implantation position P can be changed. .. The coil of the lens 61 has a variable current source P61, and the coil of the lens 62 has a variable current source P.
Power is supplied from 62.

【0019】マグネット61は、イオンビームを水平方
向Xに集束させるとともに垂直方向Yに発散させるもの
で、ここでは、磁場有効長20cm、内径r6=10c
mにセットされている。マグネット62は、イオンビー
ムを水平方向Xに発散させるとともに垂直方向Yに集束
させるもので、ここでは、磁場有効長20cm、内径r
6=10cmにセットされている。これら両レンズによ
りイオンビーム径を矩形状に拡大できる。
The magnet 61 focuses the ion beam in the horizontal direction X and diverges it in the vertical direction Y. Here, the magnetic field effective length is 20 cm and the inner diameter r6 = 10 c.
It is set to m. The magnet 62 diverges the ion beam in the horizontal direction X and focuses the ion beam in the vertical direction Y. Here, the magnetic field effective length is 20 cm and the inner diameter is r.
It is set to 6 = 10 cm. With these two lenses, the ion beam diameter can be expanded in a rectangular shape.

【0020】ビーム形状(ビーム径)が大きくなると、
イオンビームがセクターマグネット2を通過することに
よる収差のためにビームに歪みが生じ、ビームの強度分
布が不均一になったり、ビームの中心がビームラインの
中心とずれることが生じる。4重極マグネットレンズシ
ステムの前後に配置した前記6重極マグネットレンズ5
1、52はこの問題を解決するものである。これら二つ
の6重極マグネットレンズの磁場強度、すなわちコイル
電流を制御することによりイオン注入位置Pでのビーム
強度分布を均一化するように補正することができる。
When the beam shape (beam diameter) becomes large,
Aberration caused by the ion beam passing through the sector magnet 2 causes distortion of the beam, resulting in non-uniform intensity distribution of the beam or deviation of the center of the beam from the center of the beam line. The hexapole magnet lens 5 arranged before and after the quadrupole magnet lens system 5
1, 52 are for solving this problem. By controlling the magnetic field intensities of these two hexapole magnet lenses, that is, the coil current, the beam intensity distribution at the ion implantation position P can be corrected to be uniform.

【0021】6重極マグネットレンズ51、52のそれ
ぞれは、図7にその断面の概略を例示するように、それ
ぞれにコイルを巻いた六つのコアを等中心角度間隔で配
置し、各コイルに電流を流すことで、N極、S極を交互
に形成するものであり、コイルに流す電流の大きさを制
御することで、磁場強度を制御できる。レンズ51のコ
イルには電流可変の電源P51から、レンズ52のコイ
ルには電流可変の電源P52から給電できる。マグネッ
トレンズ51、52はイオン注入位置Pでのビーム分布
を水平方向(X方向)において均一化できるように構成
してある。マグネットレンズ51、52はれぞれ、磁場
有効長10cm、内径r5=20cmにセットされてい
る。
Each of the sextupole magnet lenses 51 and 52 has six cores, each having a coil wound around it, arranged at equal central angular intervals, as shown in the cross section of FIG. The magnetic field strength can be controlled by controlling the magnitude of the electric current flowing through the coil. Power can be supplied to the coil of the lens 51 from a power source P51 with a variable current, and power can be supplied to the coil of the lens 52 from a power source P52 with a variable current. The magnet lenses 51 and 52 are configured so that the beam distribution at the ion implantation position P can be made uniform in the horizontal direction (X direction). The magnet lenses 51 and 52 are set to have a magnetic field effective length of 10 cm and an inner diameter r5 of 20 cm, respectively.

【0022】前記イオンビーム強度分布状態を検出する
装置7は、ファラデーカップ71を水平方向X及び垂直
方向Yにそれぞれn個(複数個)配列して支持体72に
支持させたもので、各カップ71は、これに到来するビ
ーム電流を検出し、図示しない増幅器を介してコントロ
ーラ81へ送信することができる。2次元配置されたこ
れらカップでイオン注入位置各部におけるビーム電流を
知ることで、ビーム強度分布及び拡大されたビーム径サ
イズを知ることができる。なお、カップ71群は、支持
体72の駆動装置73(図1参照)により、イオン注入
時には、注入位置Pより後退し、検出乃至測定時には、
位置Pに配置される。
The apparatus 7 for detecting the ion beam intensity distribution state comprises n (a plurality) Faraday cups 71 arranged in the horizontal direction X and the vertical direction Y, respectively, and supported by a support 72. 71 can detect the beam current that arrives at it and send it to the controller 81 via an amplifier (not shown). By knowing the beam current at each part of the ion implantation position with these two-dimensionally arranged cups, the beam intensity distribution and the expanded beam diameter size can be known. It should be noted that the cup 71 group is retracted from the implantation position P during ion implantation by the drive device 73 (see FIG. 1) of the support body 72, and during detection or measurement,
It is located at position P.

【0023】コントローラ81は、各ファラデーカップ
71からの信号を読み込み、各カップの位置データにビ
ーム電流データを付加してコントローラ82へ送信す
る。コントローラ82は、コントローラ81から送られ
てくるビームデータを基にしてビーム電流分布を画像処
理し、ディスプレイ83に表示させる。また、ビームデ
ータを基にして、イオン注入位置Pでのビーム径が所定
サイズ(面積S)になるように電源P61、P62の電
流を制御し、各マグネットレンズ61、62の磁場強度
を調節する。さらに、ビーム強度分布のばらつきを計算
し、その値が予め定めた所望のビーム強度分布の均一性
を表す値(σ)以下になるように、電源P51、P52
の電流を制御し、各マグネットレンズ51、52の磁場
強度を調節する。
The controller 81 reads the signal from each Faraday cup 71, adds beam current data to the position data of each cup, and sends it to the controller 82. The controller 82 image-processes the beam current distribution based on the beam data sent from the controller 81, and displays it on the display 83. Also, based on the beam data, the currents of the power supplies P61 and P62 are controlled so that the beam diameter at the ion implantation position P becomes a predetermined size (area S), and the magnetic field strength of each magnet lens 61 and 62 is adjusted. .. Further, the dispersion of the beam intensity distribution is calculated, and the power supplies P51 and P52 are set so that the value is equal to or less than a predetermined value (σ) representing the uniformity of the desired beam intensity distribution.
Is controlled to adjust the magnetic field strength of each magnet lens 51, 52.

【0024】コントローラ82は、さらに、イオン源
1からの出射ビームの電流を所望のビーム電流値(I)
とするように、電源P1を制御し、セクターマグネッ
ト2において所望のイオン種を選択できるように、該マ
グネットの磁場強度を調節すべく電源P2の電流を制御
し、要求されるイオンビームエネルギー(E)を加速
管4において得るように電源P4を制御し、イオン注
入時にはイオン源1からビームシャッタ12を抜き出し
てビーム通過を許し、ビーム調節時にはシャッタ12を
挿入してビームを遮断するようにシャッタモータ14を
制御し、イオン注入位置Pでのビーム強度分布状態検
出時には、ファラデーカップ71を位置Pに配置し、非
検出時にはカップ71を位置Pから後退させるように駆
動装置73を制御し、イオン注入時にはイオン注入す
べき物体、例えば半導体基板を位置Pに配置し、ビーム
調整時や注入終了時には、基板を位置P外へ移動させる
ように基板駆動装置91を制御する。
The controller 82 further sets the current of the beam emitted from the ion source 1 to a desired beam current value (I).
As described above, the power source P1 is controlled to control the current of the power source P2 so as to adjust the magnetic field strength of the sector magnet 2 so that the desired ion species can be selected, and the required ion beam energy (E ) Is obtained in the acceleration tube 4, the beam shutter 12 is extracted from the ion source 1 during ion implantation to allow beam passage, and the shutter 12 is inserted during beam adjustment to block the beam. 14, the Faraday cup 71 is arranged at the position P when the beam intensity distribution state is detected at the ion implantation position P, and the drive device 73 is controlled so as to retract the cup 71 from the position P when not detected. Sometimes, an object to be ion-implanted, for example, a semiconductor substrate is placed at position P, and when the beam is adjusted or the implantation is completed, The to move to a position P out controlling the substrate driving device 91.

【0025】所望のイオン種、ビームエネルギー値
(E)、ビーム電流値(I)、イオン注入する基板等の
サイズ(換言すれば要求される拡大ビーム径面積S)、
所望のビーム分布の均一性値(σ、例えばσ=±10
%)、所望注入量(φ)等のデータはキーボード84か
ら入力できる。なお、均一性値σは所定の水平方向X、
垂直方向Yにおける各位置でのビーム分布を平均した値
meanIX、meanIYに占める標準偏差stdevIX 、stdevIY の
割合、すなわち、stdevIX /meanIX、stdevIY /meanIY
である。
Desired ion species, beam energy value (E), beam current value (I), size of substrate for ion implantation (in other words, required expanded beam diameter area S),
Uniformity value of desired beam distribution (σ, for example, σ = ± 10
%), Desired injection amount (φ), and other data can be input from the keyboard 84. The uniformity value σ is a predetermined horizontal direction X,
Value obtained by averaging the beam distribution at each position in the vertical direction Y
The ratio of standard deviation stdevIX, stdevIY to meanIX, meanIY, that is, stdevIX / meanIX, stdevIY / meanIY
Is.

【0026】以上説明した実施例装置により、イオン注
入位置Pに配置した、例えば半導体の基板9の表面に、
PH3 をイオン源における原料ガスとし、Pイオンを注
入する場合について説明する。基板は本例では40cm
×40cmの四角形とし、縁辺を水平方向Xと垂直方向
Yに揃えた。先ず、ビーム強度分布検出装置7のカツプ
71がコントローラ82の指示により位置Pに配置さ
れ、キーボード84を用いて前記所望のイオン種及びデ
ータE、I、S、σ、φが入力される。次いで入力デー
タに基づくコントローラ82からの指示により各源電が
制御運転開始される。イオン源1から平行に近いイオン
ビームが引き出される。このイオンビームは、図4の
(A)に示す電極11のイオン通過孔分布により、図4
の(B)に示すように、X方向には実質上均一分布で引
き出され、図4の(C)に示すように、Y方向には、上
下部分で多く、中央部で少なく又は無しの状態で引き出
される。
With the apparatus of the embodiment described above, for example, on the surface of the semiconductor substrate 9 arranged at the ion implantation position P,
A case will be described in which PH 3 is used as a source gas in the ion source and P ions are implanted. The substrate is 40 cm in this example
A square of × 40 cm was formed, and the edges were aligned in the horizontal direction X and the vertical direction Y. First, the cup 71 of the beam intensity distribution detector 7 is placed at the position P according to an instruction from the controller 82, and the desired ion species and data E, I, S, σ, and φ are input using the keyboard 84. Next, each power source is started in control operation according to an instruction from the controller 82 based on the input data. An ion beam close to parallel is extracted from the ion source 1. This ion beam is generated by the ion passage hole distribution of the electrode 11 shown in FIG.
As shown in FIG. 4 (B), a substantially uniform distribution is drawn in the X direction, and as shown in FIG. 4 (C), the upper and lower parts are large in the Y direction, and the central part is small or absent. Be withdrawn.

【0027】イオン源1から発せられたイオンビームは
質量分析を行うセクターマグネット2における一定の磁
場を通過することで、イオン種によって運動量に差が生
じ、異なる運動軌跡を描き、これによってイオン注入に
要求される所望のイオン種が選択され、次いで、分析ス
リット3において不要なイオン種が除去されるとともに
所望のイオン種がこれを通過する。
The ion beam emitted from the ion source 1 passes through a constant magnetic field in the sector magnet 2 for mass analysis, and a difference in momentum occurs depending on the ion species, and a different locus of motion is drawn, whereby ion implantation is performed. The desired ionic species required is selected, then unwanted ionic species are removed in the analysis slit 3 and the desired ionic species pass through.

【0028】分析スリット3を通過したイオンビームは
加速管4により所定のエネルギーを得るまで加速され、
次のレンズシステム51、61、62、52へ入る。こ
のレンズシステムでは、イオンビーム径が整形され、ビ
ーム強度分布が補正される。すなわち、一対の4重極マ
グネットレンズ61、62を通過することで、イオンビ
ーム径が矩形状に広がるように拡大される。また、6重
極マグネットレンズ51、52を通過することで、基板
表面の水平方向Xにおけるビーム強度分布が均一化され
る。さらに、イオン源電極11における前記イオン通過
孔分布の採用により、基板表面の垂直方向Yにおけるビ
ーム強度分布が均一化される。整形されたイオンビーム
は引き続きドリフト空間を移行して位置Pに至る。
The ion beam passing through the analysis slit 3 is accelerated by the acceleration tube 4 until a predetermined energy is obtained,
Enter the next lens system 51, 61, 62, 52. In this lens system, the ion beam diameter is shaped and the beam intensity distribution is corrected. That is, by passing through the pair of quadrupole magnet lenses 61 and 62, the ion beam diameter is expanded so as to spread in a rectangular shape. Further, the beam intensity distribution in the horizontal direction X on the substrate surface is made uniform by passing through the hexapole magnet lenses 51 and 52. Further, by adopting the ion passage hole distribution in the ion source electrode 11, the beam intensity distribution in the vertical direction Y of the substrate surface is made uniform. The shaped ion beam continues to move in the drift space to reach the position P.

【0029】位置Pでは、装置7の各カップ71がこれ
へ入射されるビームの電流を検出する。コントローラ8
1がこの検出信号を増幅器を介して読み込み、各カップ
の位置データにビーム電流データを付加してコントロー
ラ82へ送信する。コントローラ82は、コントローラ
81から送られてくるビームデータを基にして位置Pで
のビーム径が所定サイズ(面積S)、すなわち基板9の
表面を覆い得るサイズに拡大されるように電源P61、
P62の電流を制御し、各マグネットレンズ61、62
の磁場強度を調節する。さらに、ビーム強度分布のばら
つきを計算し、均一性値(σ)以下になるように、電源
P51、P52の電流を制御し、各マグネットレンズ5
1、52の磁場強度を調節する。
At position P, each cup 71 of the device 7 detects the current of the beam incident on it. Controller 8
1 reads this detection signal through an amplifier, adds beam current data to the position data of each cup, and sends it to the controller 82. The controller 82 uses the power source P61 so that the beam diameter at the position P is expanded to a predetermined size (area S), that is, a size capable of covering the surface of the substrate 9, based on the beam data sent from the controller 81.
By controlling the current of P62, each magnet lens 61, 62
Adjust the magnetic field strength of. Further, the dispersion of the beam intensity distribution is calculated, and the currents of the power supplies P51 and P52 are controlled so as to be equal to or less than the uniformity value (σ).
The magnetic field strength of 1, 52 is adjusted.

【0030】かくして、位置Pでのビーム径サイズ及び
ビーム分布状態が所望のものに制御されると、コントロ
ーラ82の指示に基づき、カップ71が位置Pから後退
し、代わって基板9が位置Pに搬入され、イオン注入が
開始される。このカップ後退及び基板搬入時には、コン
トローラ82の指示により、イオン源1がビームシャッ
タ12にて閉じられる。なお、基板搬出時にもシャッタ
は閉じられる。イオン注入中もコントローラ82はコン
トローラ81からデータを読み込み、ビーム強度分布均
一性がσ以下か否かを判断し、必要に応じ、6重極マグ
ネットレンズ電源を調整する。
Thus, when the beam diameter size and the beam distribution state at the position P are controlled to desired values, the cup 71 retracts from the position P based on the instruction of the controller 82, and the substrate 9 is moved to the position P instead. It is carried in and ion implantation is started. When the cup is retracted and the substrate is loaded, the ion source 1 is closed by the beam shutter 12 according to an instruction from the controller 82. The shutter is also closed when the substrate is carried out. Even during ion implantation, the controller 82 reads the data from the controller 81, determines whether the beam intensity distribution uniformity is σ or less, and adjusts the sextupole magnet lens power source as necessary.

【0031】かくして、基板表面に所望のイオン種を用
いて、各部均一に良好にイオン注入できる。次に、コン
トローラ81の動作を図8のフローチャートを参照し
て、コントローラ82の動作を図9及び図10のフロー
チャートを参照して説明する。なお、フローチャート中
の各ステップは「S」の文字とそれに続く数字で表示す
る。
Thus, the desired ion species can be used on the surface of the substrate to uniformly and satisfactorily ion-implant each part. Next, the operation of the controller 81 will be described with reference to the flowchart of FIG. 8, and the operation of the controller 82 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 9 and 10. It should be noted that each step in the flowchart is indicated by the letter "S" and the number following it.

【0032】図8に示すように、コントローラ81で
は、プログラムがスタートすると、どのファラデーカッ
プ71についてビーム電流を読み込むかを決めるため
に、X方向にi番目、Y方向にj番目のカップを指定し
(S1)、そのカップにより検出したビーム電流Iij
を読み込む(S2)。カップ位置データにIijを付加
したビームデータを作成し(S3)、このデータをコン
トローラ82へ送信する。この作業を各カップ71につ
いて順次繰り返す。
As shown in FIG. 8, in the controller 81, when the program starts, the i-th cup in the X direction and the j-th cup in the Y direction are designated in order to determine which Faraday cup 71 to read the beam current. (S1), the beam current Iij detected by the cup
Is read (S2). Beam data is created by adding Iij to the cup position data (S3), and this data is transmitted to the controller 82. This operation is sequentially repeated for each cup 71.

【0033】図9及び図10に示すように、コントロー
ラ82では、プログラムがスタートすると、キーボード
84にて入力されたイオン種及びデータE、I、S、
σ、φを読み込み(S5)、所望のイオン種に応じて図
示しないガス源を選択し、これをイオン源1へ接続する
(S6)。次いで、ビーム電流Iに応じてイオン源電源
P1の出力を調整し(S7)、さらにイオン種とイオン
引き出しエネルギーに応じて質量分析用セクターマグネ
ット2の電源P2を調整する(S8)。次いでイオンエ
ネルギーEに応じて加速管電源P4の加速電圧を調整し
(S9)、基板サイズ(面積S)に応じて4重極マグネ
ットレンズ61、62の電源P61、P62を調整する
(S10)。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the controller 82, when the program starts, the ion species and data E, I, S
σ and φ are read (S5), a gas source (not shown) is selected according to the desired ion species, and this is connected to the ion source 1 (S6). Next, the output of the ion source power supply P1 is adjusted according to the beam current I (S7), and further the power supply P2 of the mass spectrometry sector magnet 2 is adjusted according to the ion species and ion extraction energy (S8). Next, the acceleration voltage of the acceleration tube power source P4 is adjusted according to the ion energy E (S9), and the power sources P61 and P62 of the quadrupole magnet lenses 61 and 62 are adjusted according to the substrate size (area S) (S10).

【0034】カップ71を位置Pにおいてコントローラ
81からビームデータを読み込み(S11)、ビーム強
度分布範囲を計算し(S12)、位置Pにおけるビーム
径サイズが面積Sに見合っているか否かを判断し(S1
3)、「否」のときは、ステップS10〜S12を繰り
返し、面積Sに見合うと、次に6重極マグネットレンズ
51、52の電源P51、P52を調整する(S1
4)。
At the position P of the cup 71, the beam data is read from the controller 81 (S11), the beam intensity distribution range is calculated (S12), and it is determined whether the beam diameter size at the position P matches the area S ( S1
3) If "No", steps S10 to S12 are repeated. When the area S is satisfied, the power supplies P51 and P52 of the hexapole magnet lenses 51 and 52 are adjusted (S1).
4).

【0035】コントローラ81からビームデータを読み
込み(S15)、ビーム強度分布の均一性を計算し(S
16)、均一性がσ以下か否かを判断し(S17)、
「否」の場合はステップS14〜S16を繰り返し、σ
以下のときは、ビームシャッタ12を挿入して(S1
8)、カップ71を後退させるとともに基板9を位置P
へ搬入する(S19)。そのあとシャッタ12を抜き出
し(S20)、イオン注入をスタートする(S21)。
The beam data is read from the controller 81 (S15), and the uniformity of the beam intensity distribution is calculated (S15).
16), determine whether the uniformity is σ or less (S17),
In the case of "no", steps S14 to S16 are repeated, and?
In the following cases, insert the beam shutter 12 (S1
8), retract the cup 71 and position the substrate 9 at the position P.
It is carried in to (S19). After that, the shutter 12 is extracted (S20), and ion implantation is started (S21).

【0036】イオン注入スタートにより注入時間カウン
トをスタートし(S22)、再びコントローラ81より
ビームデータを読み込み(S23)、ビーム強度分布均
一性を計算し(S24)、均一性がσ以下か否かを判断
する(S25)。ステップS24における計算は次のよ
うに行う。イオン注入中は全てのカップ71のデータを
読み込むことができないため、基板9より少し広めに分
布していて基板9で覆われていない場所の複数個のカッ
プ71のデータを読み込む。このとき均一性を計算する
のではなく、イオン注入前のカップデータと比較してあ
る範囲内に納まっているかどうかを判断する例えば図1
1に示すような場所F11、F12・・・・のカップデータ
Fを読み込み、それぞれの値を注入前のデータと比較す
る。比較計算は個々のデータを比較しても良いし、四隅
のデータの平均を計算して注入前のデータと比較しても
よい。ある変動範囲を越えると均一性異常と判断し、ス
テップS30でビームシャッタを挿入する指令信号を発
する。
Implantation time counting is started by starting the ion implantation (S22), the beam data is read again from the controller 81 (S23), the beam intensity distribution uniformity is calculated (S24), and it is determined whether the uniformity is σ or less. A judgment is made (S25). The calculation in step S24 is performed as follows. Since the data of all the cups 71 cannot be read during the ion implantation, the data of a plurality of cups 71 in a place which is distributed a little wider than the substrate 9 and is not covered by the substrate 9 is read. At this time, instead of calculating the uniformity, it is compared with the cup data before the ion implantation to judge whether or not it is within a certain range.
The cup data F at the locations F 11 , F 12, ... As shown in 1 are read, and the respective values are compared with the data before injection. In the comparison calculation, individual data may be compared, or an average of data at four corners may be calculated and compared with data before injection. If it exceeds a certain variation range, it is determined that the uniformity is abnormal, and a command signal for inserting the beam shutter is issued in step S30.

【0037】具体例としては、次の式1又は式2を満足
するか否かで均一性異常か否かを判断できる。式1にお
いてB は注入前指標、P は注入中指標、K1 は10-2
の値である。式2において、SFはある隅の複数点のF
の標準偏差、MFはある隅の複数点のFの平均値、K2
は10-2等の値である。この比較を四隅で行い、1ケ所
でも異常があると注入を停止する。
As a specific example, whether or not the uniformity is abnormal can be determined by whether or not the following Expression 1 or Expression 2 is satisfied. In Formula 1, B is an index before injection, P is an index during injection, and K 1 is a value such as 10 -2 . In Expression 2, SF is F at a plurality of points in a corner.
Standard deviation, MF is the average value of F at multiple points in a corner, K 2
Is a value such as 10 -2 . This comparison is performed at the four corners, and if there is any abnormality in one place, the injection is stopped.

【0038】[0038]

【数1】 [Equation 1]

【0039】[0039]

【数2】 [Equation 2]

【0040】このようにして、σ以下でないときは、再
びビームシャッタ12を挿入し(S30)、基板9を後
退させ(S31)、カップ71を位置Pへ配置してビー
ムシャッタ12を抜き出し(S32)、6重極マグネッ
トレンズの電源P51、P52を調整したのち(S3
3)、コントローラ81からビームデータを読み込み
(S34)、ビーム強度分布均一性を計算し(S3
5)、均一性がσ以下か否かを判断する(S35)。
In this way, when it is not below σ, the beam shutter 12 is inserted again (S30), the substrate 9 is retracted (S31), the cup 71 is placed at the position P, and the beam shutter 12 is pulled out (S32). ), After adjusting the power supplies P51 and P52 of the hexapole magnet lens (S3
3), the beam data is read from the controller 81 (S34), and the beam intensity distribution uniformity is calculated (S3).
5) It is determined whether or not the uniformity is σ or less (S35).

【0041】σ以下でないときはステップS33〜S3
5を繰り返す。σ以下になると、ビームシャッタ12を
挿入し(S37)、カップ71を後退させて基板9を位
置Pへ配置し(S38)、シャッタ12を抜き出す(S
39)。このステップS39のあと、又はステップS2
5において均一性がσ以下のときは、注入時間に到達し
たか否かを判断し(S26)、未だのときはステップS
23へ戻り、到達していると、イオン注入を終了し(S
27)、シャッタ12を挿入し(S28)、基板9を搬
出する(S29)。
If not less than σ, steps S33 to S3
Repeat 5 When σ becomes less than or equal to σ, the beam shutter 12 is inserted (S37), the cup 71 is retracted to position the substrate 9 at the position P (S38), and the shutter 12 is pulled out (S).
39). After this step S39, or step S2
In step 5, if the uniformity is less than or equal to σ, it is judged whether or not the injection time has been reached (S26), and if not, step S
23, and if it has reached, the ion implantation is terminated (S
27), the shutter 12 is inserted (S28), and the substrate 9 is carried out (S29).

【0042】なお、注入時間TはT=qφS/Iで表さ
れる。qは電子の電荷である。ここで、具体例として、
イオン源電極としてイオン通過孔が電極全体にわたり均
等に分布している従来タイプのものを採用したとすれ
ば、出射時のイオンビーム強度分布が、図12に示すよ
うに、水平方向Xで±3.6%、垂直方向Yで±2.4
%のイオンビームを引き出せるイオン源を用いる場合に
ついて説明する。
The injection time T is represented by T = qφS / I. q is the charge of the electron. Here, as a specific example,
Assuming that a conventional type ion source electrode in which the ion passage holes are evenly distributed over the entire electrode is adopted, the ion beam intensity distribution at the time of emission is ± 3 in the horizontal direction X as shown in FIG. 0.6%, ± 2.4 in the vertical direction Y
The case of using an ion source that can extract a% ion beam will be described.

【0043】図12の(A)において、Xiはビーム出
射口の中心から水平方向Xへの距離を、IXiは各位置
Xiでのビーム数を示している。また、X方向での平均
ビーム数をmeanIXとし、標準偏差をstdevIX とすると、
stdevIX /meanIXが前記X方向のビーム強度分布±3.
6%となる。図12の(B)において、Yiはビーム出
射口の中心から垂直方向Yへの距離を、IYiは各位置
Yiでのビーム数を示している。Y方向での平均ビーム
数をmeanIYとし、標準偏差をstdevIY とすると、stdevI
Y /meanIYが前記Y方向のビーム強度分布±2.4%と
なる。
In FIG. 12A, Xi represents the distance from the center of the beam emission port in the horizontal direction X, and IXi represents the number of beams at each position Xi. If meanIX is the average number of beams in the X direction and stdevIX is the standard deviation,
stdevIX / meanIX is the beam intensity distribution in the X direction ± 3.
It will be 6%. In FIG. 12B, Yi represents the distance from the center of the beam emission port in the vertical direction Y, and IYi represents the number of beams at each position Yi. If meanIY is the average number of beams in the Y direction and stdevIY is the standard deviation, stdevI
Y / meanIY becomes the beam intensity distribution in the Y direction of ± 2.4%.

【0044】かかるイオンビームを出射できる能力のあ
るイオン源1を採用した前記実施例装置では、イオン源
1から引き出されるイオンビーム強度分布は、前記電極
11におけるイオン通過孔11aの不均一分布のため、
図13に示すようになる。すなわち、X方向に約4c
m、Y方向に約2cmにわたる範囲のビームが上下に分
布している。
In the above-described apparatus employing the ion source 1 capable of emitting such an ion beam, the intensity distribution of the ion beam extracted from the ion source 1 is due to the non-uniform distribution of the ion passage holes 11a in the electrode 11. ,
As shown in FIG. That is, about 4c in the X direction
Beams in the range of about 2 cm are vertically distributed in the m and Y directions.

【0045】そして最終的に、イオン注入位置Pにおけ
るX方向でのビーム強度分布は図14の(A)に示すよ
うに±8.9%となり、Y方向でのビーム分布は図14
の(B)に示すように±8.7%となり、いずれも所望
値σ=±10%以下となった。以上説明したイオン注入
装置によると、基板サイズ、所望のイオン種等が変更さ
れても、それらに関するデータを入力しておけば、あと
は自動的にビームが調整されるので、きわめて便利であ
る。
Finally, the beam intensity distribution in the X direction at the ion implantation position P is ± 8.9% as shown in FIG. 14A, and the beam distribution in the Y direction is shown in FIG.
As shown in (B) of, the value was ± 8.7%, and in all cases, the desired value σ was ± 10% or less. According to the ion implantation apparatus described above, even if the substrate size, desired ion species, etc. are changed, the beam is automatically adjusted after the data is input, which is extremely convenient.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明イオン注入装置によると、大口径
イオン源を使用する必要なく、コンパクトなイオン源を
用いて、該イオン源からのイオンビーム径を所望の大き
さに容易に拡大して広い面積にイオン注入でき、しか
も、該広い面積全体にわたりイオンビーム強度分布状態
が均一になるように該分布状態を調整できるとともにイ
オン源から引き出されるイオンのうち所望のイオン種を
選択でき、煩雑なビーム調整の必要なく容易に所望のイ
オン種により均一にイオン注入することができ、それに
よって高品質のデバイスを製作することができる。
According to the ion implantation apparatus of the present invention, it is not necessary to use a large-diameter ion source, and a compact ion source can be used to easily expand the ion beam diameter from the ion source to a desired size. Ions can be implanted in a wide area, and the distribution state can be adjusted so that the distribution state of the ion beam intensity is uniform over the entire large area, and a desired ion species can be selected from the ions extracted from the ion source, which is complicated. The desired ion species can be easily and uniformly ion-implanted without the need for beam adjustment, whereby a high-quality device can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一実施例の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an embodiment.

【図2】図1の装置の、一部を水平断面で示す平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view showing a part of the device of FIG. 1 in a horizontal section.

【図3】図1の装置の、一部を垂直断面で示す側面図で
ある。
3 is a side view of the device of FIG. 1 in a vertical section.

【図4】図(A)はイオン源電極の正面図であり、図
(B)は該電極による水平方向でのイオンビーム分布を
示す図であり、図(C)は該電極による垂直方向でのイ
オンビーム分布を示す図である。
4A is a front view of an ion source electrode, FIG. 4B is a diagram showing an ion beam distribution in the horizontal direction by the electrode, and FIG. 4C is a vertical direction by the electrode. It is a figure which shows the ion beam distribution of.

【図5】セクターマグネットの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a sector magnet.

【図6】4重極マグネットレンズの断面の概略例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic example of a cross section of a quadrupole magnet lens.

【図7】6重極マグネットレンズの断面の概略例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic example of a cross section of a hexapole magnet lens.

【図8】第1コントローラの動作を示すフローチャート
である。
FIG. 8 is a flowchart showing an operation of the first controller.

【図9】第2コントローラの動作を示すフローチャート
の一部である。
FIG. 9 is a part of a flowchart showing the operation of the second controller.

【図10】第2コントローラの動作を示すフローチャー
トの残部である。
FIG. 10 is the rest of the flowchart showing the operation of the second controller.

【図11】イオン注入中におけるビーム強度分布均一性
計算の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of beam intensity distribution uniformity calculation during ion implantation.

【図12】イオン源従来電極からの出射時におけるイオ
ンビームの水平、垂直方向の強度分布状態を示す図であ
り、図(A)は水平方向の分布を、図(B)は垂直方向
の分布を示している。
12A and 12B are diagrams showing horizontal and vertical intensity distribution states of an ion beam when emitted from a conventional electrode of an ion source. FIG. 12A shows a horizontal distribution and FIG. 12B shows a vertical distribution. Is shown.

【図13】図1の実施例におけるイオン源からの出射時
におけるイオンビーム強度分布状態を示す図である。
13 is a diagram showing an ion beam intensity distribution state at the time of emission from the ion source in the embodiment of FIG.

【図14】図1の実施例によるイオン注入位置でのイオ
ンビーム強度分布状態を示す図で、図(A)は水平方向
の分布を、図(B)は垂直方向の分布を示している。
14A and 14B are diagrams showing an ion beam intensity distribution state at an ion implantation position according to the embodiment of FIG. 1, wherein FIG. 14A shows a horizontal distribution and FIG. 14B shows a vertical distribution.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 11 イオン源電極 11a イオン通過孔 10 シャッタ装置 12 シャッタ P1 イオン源電源 2 セクターマグネット P2 セクターマグネット電源 3 分析スリット 4 加速管 P4 加速管電源 51、52 6重極マグネットレンズ P51、P52 6重極マグネットレンズ電源 61、62 4重極マグネットレンズ P61、P62 4重極マグネットレンズ電源 7 ビーム分布状態検出装置 71 ファラデーカップ 73 カップ駆動装置 81 第1コントローラ 82 第2コントローラ 83 ディスプレイ 84 キーボード 9 基板 91 基板搬入搬出装置 P イオン注入位置 1 Ion Source 11 Ion Source Electrode 11a Ion Passage Hole 10 Shutter Device 12 Shutter P1 Ion Source Power Supply 2 Sector Magnet P2 Sector Magnet Power Supply 3 Analysis Slit 4 Acceleration Tube P4 Acceleration Tube Power Supply 51, 52 6-pole Magnet Lens P51, P52 6-fold Pole magnet lens power supply 61, 62 Quadrupole magnet lens P61, P62 Quadrupole magnet lens power supply 7 Beam distribution state detection device 71 Faraday cup 73 Cup drive device 81 First controller 82 Second controller 83 Display 84 Keyboard 9 Board 91 Board Loading / unloading device P Ion implantation position

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源、前記イオン源が発するイオン
ビームから所望のイオン種を選択する質量分析用電磁
石、前記電磁石を出たイオンのうち不要なイオンを除去
して所望のイオン種を通過させる分析スリット、前記分
析スリットを通過したイオンビーム径を拡大する電磁石
レンズ装置、目的物へのインオ注入位置におけるイオン
ビーム強度分布を均一化するように補正する補正用電磁
石レンズ装置、イオン注入位置におけるイオンビーム強
度分布状態を検出する手段、所望のイオン種を選択でき
るように前記質量分析用電磁石の磁場を制御する手段、
前記注入位置における所望のイオンビーム拡大径と前記
ビーム強度分布状態検出手段からのデータに基づいて該
所望イオンビーム拡大径を得るように前記イオンビーム
径拡大用電磁石レンズ装置における電磁石レンズの磁場
を制御する手段、前記注入位置における所望のイオンビ
ーム強度分布と前記ビーム強度分布状態検出手段からの
データに基づいて該所望ビーム強度分布を得るように前
記補正用電磁石レンズ装置における電磁石レンズの磁場
を制御する手段を備えたことを特徴とするイオン注入装
置。
1. An ion source, an electromagnet for mass analysis for selecting a desired ion species from an ion beam emitted from the ion source, and unnecessary ions of ions leaving the electromagnet are removed to allow passage of the desired ion species. Analysis slit, electromagnet lens device for enlarging the diameter of the ion beam that has passed through the analysis slit, correction electromagnet lens device for correcting the ion beam intensity distribution at the ion implantation position on the object to be uniform, and ions at the ion implantation position Means for detecting a beam intensity distribution state, means for controlling the magnetic field of the mass analysis electromagnet so that a desired ion species can be selected,
The magnetic field of the electromagnet lens in the ion beam diameter enlarging electromagnet lens device is controlled so as to obtain the desired ion beam expansion diameter based on the desired ion beam expansion diameter at the implantation position and the data from the beam intensity distribution state detecting means. Means for controlling the magnetic field of the electromagnet lens in the correction electromagnet lens device so as to obtain the desired ion beam intensity distribution at the implantation position and the data from the beam intensity distribution state detecting means. An ion implantation apparatus comprising means.
【請求項2】 前記分析スリットを通過したあとのイオ
ンビームを加速する加速手段を設けた請求項1記載のイ
オン注入装置。
2. The ion implantation apparatus according to claim 1, further comprising an acceleration means for accelerating the ion beam after passing through the analysis slit.
【請求項3】 前記イオン源の電源を制御する手段及び
前記加速手段の電源を制御する手段を備えた請求項2記
載のイオン注入装置。
3. The ion implantation apparatus according to claim 2, further comprising means for controlling the power source of the ion source and means for controlling the power source of the acceleration means.
【請求項4】前記補正用電磁石レンズ装置がインオ注入
位置におけるイオンビーム強度分布を一方向において均
一化するものであり、前記イオン源の電極が、イオン通
過孔分布を中央部で粗又は無しに、前記一方向に直角な
方向の両端部で密になるように形成してある請求項1、
2又は3記載のイオン注入装置。
4. The correction electromagnet lens device uniformizes the ion beam intensity distribution at the implantation position in one direction, and the electrode of the ion source is configured to make the ion passage hole distribution coarse or absent in the central portion. ., Are formed so as to be dense at both ends in a direction perpendicular to the one direction.
The ion implanter according to 2 or 3.
【請求項5】 前記イオン源のビーム出射口にイオンビ
ームを遮断できる開閉可能なシャッタ装置を設けた請求
項1から4の何れかに記載のイオン注入装置。
5. The ion implanter according to claim 1, wherein a shutter device capable of blocking an ion beam is provided at a beam exit of the ion source.
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KR100668746B1 (en) * 2005-12-29 2007-01-29 주식회사 하이닉스반도체 Apparatus and method of partial ion implantation using wide beam

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