JPH06196118A - イオンビーム注入装置とその方法 - Google Patents
イオンビーム注入装置とその方法Info
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Abstract
御された均一角度でイオンを衝突させて処理するイオン
ビーム注入装置を提供すること。 【構成】 ビームが通過する双極電界を作り出すための
電極構造体28を有し、この電極により偏向したイオンを
ウエハの目標面に再偏向する電極偏向手段48,49と、加
工部材の支持体51を移動する走査手段とを備え、双極電
界の強さと方向は、加工部材である半導体ウエハとイオ
ンビームとの間の衝突角を調整するように制御する。左
右に動かす走査により半導体ウエハ60の全体に制御され
たドーピングを行う。
Description
横切って走査されるとき、制御された衝突角でウエハに
衝突できるようにイオンをシリコンウエハの表面に向け
て偏向させる構造を含むイオン注入装置とその方法に関
するものである。
って半導体ウエハから集積回路を製造する際の歩留りを
高めるためには、ウェハ表面を横切る均一なドーピング
を達成することが重要である。この均一なドーピングに
影響する第1の要因は、イオン注入中のイオンビームと
シリコンウエハとの間の衝突角を均一にすることであ
る。
ンビームはシリコンウエハを横切って走査するために静
電気的に元の軌道からわずかな角度だけ偏向され、そし
て制御された均一な状態でシリコンウエハをドープす
る。ウエハの直径が10cm程度のものである時、この
ような偏向は衝突角のわずかな角度偏差を生じる。しか
しながら、ウエハの寸法が大きくなると、衝突角におけ
る偏差は中心からウエハ外側縁に向けて増大する。
には、中電流型のイオンビーム軌道は長くなり、ビーム
伝達における問題を生じさせている。さらに適度の角度
偏差でもこれらの注入装置にとっては受け入れ難いもの
となってきた。ビーム偏向によって生じた角度偏差を避
けようと幾多の技術が試みられてきた。最も一般的な方
策は、ビームがウエハに衝突する領域に達する前に、最
初の偏向の後でビームを元に戻して偏向させることであ
る。
は、米国特許第4,794,305 号、第 4,276,477号、第 4,6
87,936号、第 4,922,106号明細書に開示されている。
ビーム注入装置では、離間した平行板を貫通するように
イオンビームが初期軌道から制御可能に偏向される。一
度偏向すると、イオンビームは加速器の中に入り、この
一度偏向されたイオンビームが再偏向され、そしてビー
ム内のイオンを加速して最終の所望エネルギーにする。
加速器から放出されたビーム内のイオンは、制御された
衝突角で加工部材に衝突できる軌道に従う。
焦点が合わされる。フォーカスの強さは偏向角度の2乗
に比例する。結果として、ビームが像を結ぶ仕方は偏向
角度により変化する。偏向角度が大きくなればなるほど
フォーカス効果もまた大きくなる。このフォーカス効果
の結果次第では、目標面でのビームの大きさおよび形状
が位置の関数として変化するので、ドーピングを均一す
ることが難しくなり、加工部材に衝突する角度さえも良
く制御することができないことになる。
て、本発明は、半導体ウェハ等の加工部材をそのウェハ
に制御された均一角度でイオンを衝突させて処理するイ
オンビーム注入装置を提供することを目的としている。
ム注入装置は、加工部材を制御して処理するために、イ
オンを発生するイオン源手段と、イオン源手段に対して
加工部材を目標面に向けるための支持手段とを備えてい
る。イオン源からのイオンは、イオンが双極電界を形作
る電極構造体に至るまで第1軌道に沿って放出される。
この双極電界では第1軌道からのイオンを偏向する。電
極構造体に印加される電極電圧を調整することにより、
イオンは、電極構造体から可能な円すい軌道範囲内で異
なる方向に放出される。第2電極はイオンを目標面に対
し再偏向させ、その結果イオンは制御された角度で目標
面を横断する。目標物すなわち加工部材はその全体が処
理されるようにイオンビームを通過させるために相対的
に移動できるように取り付けられている。
が曲げられる偏向角度は固定されている。これにより、
イオン源から目標面へのビーム線の長さは固定される。
ビームは単に伝達用の初期軸線の回りに回転する。これ
は、ビームの集中を良好にし、目標面での各位置では制
御された入射角の分布によって衝突することが確実とな
る。
図1において、イオン注入装置10は、イオンビーム1
4を発生するイオン源12を備えている。抽出電源15
が抽出電極に電圧(約20kV)を加えており、これに
よってイオン源12から出て軌道に沿ってイオン質量分
析磁石(ビーム形成手段)16に到るイオンが加速され
る。磁石16は、ビームをほぼ直角に屈曲させて、適当
な質量のイオンを移動経路に沿ってシャッター20へ送
る。シャッター20は、イオンビーム14から不適当な
質量のイオンを除去する。
(双極偏向手段)28を通過する。制御電圧は電源29
により印加され、電極列の各要素を励磁して、双極子構
造を有する電界を作り出す。イオンビーム14は電極列
28によってはさまれた領域を通過するので、イオンは
制御された角度で各電極に印加した電位に基づく制御量
で偏向される。
的導電体の細長く伸びたロッド40〜47を備えてお
り、これらのロッドは、分析磁石から放出されるイオン
ビームの初期軌道に沿って互いに平行に整列されてい
る。隣接電極間の角度間隔は360/8=45°が最も好まし
い。
の湾曲した定電位電極(電極偏向手段)48,49を通
過して再び偏向される。このイオンの2度の偏向の後
で、イオンは制御された衝突角で加工部材に衝突する。
図1に示すイオン注入ステーション50はウエハ支持体
51を有し、この支持体は、2度偏向したイオンを横断
させるために、半導体ウエハ60を所定位置に向けるこ
とができる。イオンビームと他の粒子との衝突はビーム
の集中を減じさせるので、イオン源12から注入ステー
ション50までのビーム経路全体を脱気している。
され、また室52の加圧及び減圧を繰り返さないように
するため、ウェハはロードロックに挿入され、それから
引き出される。機械式アーム54が室52の外に配置さ
れていて、このアームがカセット64からシャトル62
上に取り出されたウェハを把持する。アーム54は、最
初にドープされていない各ウェハをウェハ方向決め装置
66上に載置する。方向決め装置66は、イオン注入が
行われる前にドープされていないウェハを所定向きへ回
転させて、イオンがウェハに衝突する時、イオンを結晶
格子構造の特定の向きに当たるようにする。次に、ウェ
ハをロードロック68内へ移動させると、第2アーム7
0がウェハを室52内の注入位置へ移動させることがで
きる。この注入位置では、ウェハ支持体59が、ウェハ
60をイオンビームに対して所定向きに向け、そしてウ
エハを前後に移動させてイオンビームを通過させる。一
度ウエハが処理されると、ウエハは、アーム72により
動かされ第2ロードロック74に移動する。処理済ウエ
ハがこの第2ロードロック74からカセット80内に収
納されるシャトル78にアーム76によって移動され
る。
された領域を通るイオンビーム14は、シャッター20
を通過して方向が定まった平行なビームである。このビ
ームは、電源29により電極電圧が適切に制御されてい
るので、その量および角度が制御され、初期経路から離
れて偏向させることができる。本発明の好ましい実施例
によれば、偏向量は一定に保持され、偏向の方位量も制
御される。図2に示すように、電源から印加された交流
電圧により、イオンビーム14は電極列28から離れる
と、弓状軌道範囲を走査する。いつでもビームは図2に
示す経路の1つのみを通過し、この図2は時間と共に経
過するイオンビームの進路を表す。
ビーム14により走査されるもので、半導体ウエハ60
を横断するイオンビームが示されている。制御された電
源により電極列26に作り上げられた電極が励起される
と、アーク82に沿って左右に走査される。支持体51
はアクチュエータ(図示略)に連結され、図3に示す矢
印のようにウエハ60を上下に動かしてウエハ60のイ
オン注入を完了させる。ウエハ60の適切な傾斜によ
り、イオンビームとウエハ間の衝突角は制御され、比較
的均一なイオン衝突角を得ることができる。
力を有する。規則的な周期で電極列28に印加された電
圧を切り替えることによって、ウエハ60を横切って制
御された弓形状にイオンビームを走査するため双極電界
要素が前後に走査されるように作り上げることができ
る。
偏向の後段に弓状に形成され、イオンビームを再偏向す
る。図2に示すように、偏向板48,49は、偏向電圧
源102に接続されて弓状の電極列を形成しており、か
つ上述した従来の2重偏向機構の焦点面をなくしてい
る。
28から支持体51までのビーム線の長さが固定され
る。実際、イオンビーム14の形状は、不変に作られ、
伝達の初期軸線の回りに単に回転する。これにより安定
した角度の統合が保証される。大きな偏向角は多数電極
列28により達成される。この結果ビームの強い集中が
達成されると、弓状電極列48,49を用いて適切に位
置決めることができる。短いビーム線の伝達が達成され
るとともに、大径ウエハのために、より大きな走査角度
を維持する。
向角なしで大きな走査角度が得られる配置を示してい
る。この配列は多極電極列にも同様に利用できるが、こ
のような電極列により生じる偏向量は小さな量、例えば
6°に制限される。後段の偏向装置が残りの偏向を与え
る。この付加的な偏向は、第1の多極電極列から下流に
位置する円筒形状の対称電極90により達成できる。そ
の地点からは、図4および図2の実施例は、同じであ
る。図4は、交番するイオンビームの走査配置に基づい
たビームが通過する断面図を示している。
発明はこれに付随する請求項の範囲から逸脱しないすべ
ての修正および変更を含むように意図されている。
イオン源手段、加工部材の支持手段、及びビーム形成手
段を備えるイオンビーム注入装置において、イオンビー
ム内のイオンを第1軌道から制御量だけ制御された方位
方向に偏向させる双極偏向手段と、双極偏向手段により
偏向したイオンを加工部材の目標面に再偏向する電極偏
向手段と、イオンを加工部材表面上の制御領域に衝突さ
せるために支持手段を移動する走査手段とを有して、制
御された衝突角で加工部材に衝突できるようにイオンを
目標面に向けて偏向させるので、加工部材表面を横切る
際のイオン衝突角度の変動を減少させて均一なドーピン
グを行うことができる。
本発明に係るイオン注入装置の概略図である。
視図である。
である。
Claims (8)
- 【請求項1】a)加工部材(60)を処理するためのイオン
を発生するイオン源手段(12)と、 b)加工部材をイオン源手段に対して目標面に向けるた
めの支持手段(51)と、 c)イオンをイオン源手段から放出させて第1軌道内を
移動するイオンビーム(14)に形成するためのビーム形成
手段(16)とを備えて、加工部材(60)を制御可能に処理す
るイオンビーム注入装置(10)において、 d)前記イオンビーム内のイオンを前記第1軌道から制
御量だけ制御された方位方向に偏向させる双極偏向手段
(28)と、 e)双極偏向手段により偏向したイオンを前記目標面に
再偏向する電極偏向手段(48,49) と、 f)イオンを加工部材表面上の制御領域に衝突させるた
めに前記支持手段を移動する走査手段と、 をさらに備えていることを特徴とするイオンビーム注入
装置。 - 【請求項2】 電極偏向手段は、離間配置された弓状電
極板からなり、これらの電極板(48,49) はイオンを加工
部材に向けて再偏向するために制御電圧にバイアスされ
ていることを特徴とする請求項1のイオンビーム注入装
置。 - 【請求項3】 加工部材(60)にイオンビームを注入する
方法であって、 a)イオンビーム(14)を初期軌道に沿って移動させ、 b)加工部材を目標位置に配置し、 c)イオンビームにより照射された領域における双極電
界を調節することにより制御された方位角でイオンを初
期軌道から発散させ、 d)ビームの発散に続いてイオンを再偏向させる静電界
を発生させることにより前記イオンを再偏向し、 e)加工部材を前後に移動して、イオンが加工部材表面
の全体に注入されるように静電界中を通過させる、各ス
テップを含むことを特徴とするイオンビーム注入方法。 - 【請求項4】 イオンを発散させるステップは、双極電
界の方向を調整することによりビームが加工部材を横切
って全面を走査するように実行されることを特徴とする
請求項3の注入方法。 - 【請求項5】a)加工部材(60)を処理するためのイオン
を発生するイオン源手段(12)と、 b)加工部材をイオン源手段に対して目標面に向けるた
めの支持手段(51)と、 c)イオンをイオン源手段から放出させて第1軌道内を
移動するイオンビーム(14)に形成するためのビーム形成
手段(16)とを備えて、加工部材(60)を制御可能に処理す
るイオンビーム注入装置(10)において、 d)前記イオンビーム内のイオンを前記第1軌道から制
御量だけ制御された方位方向に偏向させる双極偏向手段
(28)と、 e)双極偏向手段により偏向したイオンを前記目標面に
再偏向する電極偏向手段(48,49) と、 f)イオンを加工部材表面上の制御領域に衝突させるた
めに前記支持手段を移動する走査手段と、 g)時間可変制御信号を双極偏向手段に供給してイオン
ビームが偏向される方位方向を変えて加工部材平面に弓
状に横切ってビームを走査させるための制御手段(29)
と、を備えていることを特徴とするイオンビーム注入装
置。 - 【請求項6】 双極偏向手段は、互いに平行に延在する
細長い金属製電極(40 〜47) からなり、この電極により
制限された領域にビームが入るように前記電極はビーム
の入口軌道にほぼ平行に延在していることを特徴とする
請求項5記載のイオンビーム注入装置。 - 【請求項7】 制御手段は、細長い金属電極における電
位を個々に制御することを特徴とする請求項6記載のイ
オンビーム注入装置。 - 【請求項8】 電極偏向手段は、2つの離間した湾曲電
極(48,49) と、この電極間に固定電位を印加するための
電源(102) を備えていることを特徴とする請求項5記載
のイオンビーム注入装置。
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1994
- 1994-02-18 US US08/198,548 patent/US5373164A/en not_active Expired - Fee Related
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WO2005055271A1 (ja) * | 2003-12-04 | 2005-06-16 | Nissin Ion Equipment Co., Ltd. | イオンビーム装置 |
US7435976B2 (en) | 2003-12-04 | 2008-10-14 | Nissin Ion Equipment Co., Ltd. | Ion beam device |
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US5373164A (en) | 1994-12-13 |
EP0581440B1 (en) | 2001-09-05 |
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