JPH08212965A

JPH08212965A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH08212965A
Application number: JP7034675A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ogata; 誠司小方; Yuzo Sakurada; 勇蔵桜田; Nakaya Senda; 中哉千田; Takeshi Hisamune; 武司久宗
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-20
Also published as: US5751002A

Abstract

(57)【要約】［目的］イオン電流の大小に関わらず空間電荷の密度
が一様なイオンビームを基板に高速で操作させ得るイオ
ン注入装置を提供すること。［構成］偏向電磁石６の内部に真空チャンバの一部と
してのチャンバ部に偏向チャンバ７を設け、これに電場
変調をかける。また上流側及び下流側の出口に近接し
て、電極５、８が設けられ、これらにより、偏向電磁石
部では所定の磁場が与えられると共に、その両側では充
分に負の電位が与えられる。これにより、イオン電流の
空間電荷中和を保持しながら、あるいはこの偏向電磁石
６から電子が上流及び下流に飛び出して、空間電荷中和
が損なわれないようにして、電場変調により紙面内で偏
向角を変えて、基板１０に高速で一様なイオン密度で走
査させることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や液晶
画面表示装置の製造工程の一部として、直径が２００ｍ
ｍ程度以上のＳｉウェハや一辺の長さが２００ｍｍ程度
以上のＳｉ薄膜ガラス基板などの大面積の基板に、１ｍ
Ａ程度以上の大電流の質量分離されたほう素（Ｂ）、燐
（Ｐ）、砒素（Ａｓ）などのイオンを走査しながら打ち
込むイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】従来の代表的な中電流型
イオン注入装置の一例を図１３に示す。同図において、
それぞれ独立した電位の与えられるイオン源ａ及び磁石
で成る質量分離器ｂが配設され、その前方には光軸ｄ₁
に沿って質量分離スリットｓ、加減速管ｃ、それぞれの
中心部の電位が基板ｆの電位とほぼ等しい平行平板型の
第１静電偏向器ｅ₁ 、第２静電偏向器ｅ₂ が配置され、
第２静電偏向器ｅ₂ の偏向中心から出発する第２光軸ｄ
₂ 上の例えば１．５ｍ前方に基板ｆがおかれている。

【０００３】この構成によれば、イオン源ａから例えば
３０ｋｅＶのエネルギーで引き出されたイオンは、質量
分離器ｂで所定の質量のイオンのみ選別され、さらに光
軸ｄ₁ に沿って加減速管ｃで所定のエネルギーにまで加
速もしくは減速される。第１静電型偏向器ｅ₁ 及び第２
静電型偏向器ｅ₂ で垂直及び水平方向に高速に走査され
ると同時に、さらに残留ガスとの衝突などによって中性
となり、電磁気的に制御できなくなったイオン（原子）
を除去する目的で第２静電偏向器ｅ₂ では水平方向に所
定の角度（例えば７°）だけ偏向される。すなわち、直
流のバイアスが印加される。

【０００４】一方、従来の代表的な大電流型イオン注入
装置の一例を図１４Ａ、Ｂに示す。同Ａ図において、そ
れぞれ独立した電位の与えられるイオン源ｈ及び電磁石
で成る質量分離器ｉがおかれ、例えばその前方１ｍに複
数の基板ｊを取り付けたウェハーディスクｋがエンドハ
ウジングｍ内に配設されている。

【０００５】同１４Ｂ図で示すようにウエーハディスク
ｋは回転軸ｎに固定され、回転軸ｎと共に、Ｐ₁ 、Ｐ₂
の方向に往復動するように構成されている。この構成に
よれば、イオン源ｈから所定のエネルギーで引き出され
たイオンｑは、質量分離されたのち、基板ｊへ一様に照
射する目的で機械的に回転と並進運動を行なうウェハー
ディスクｋに照射される。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】一般にイオンビーム
はみずからの空間電荷により発散する傾向がある。この
空間電荷効果の程度は、ビームの電流に比例し、イオン
の質量の１／２乗に比例し、イオンの静電ポテンシャル
の３／２乗に反比例し、ビームの平均的な半径に逆比例
する。例えば通常のイオン注入で用いられる１００ｋｅ
Ｖ程度のエネルギーのほう素イオン（Ｂ⁺ ）の場合、１
ｍＡ程度以上では空間電荷効果の影響が顕著になり、ビ
ームの発散が無視出来なくなってくる。

【０００７】一方、イオンビームは正電荷を持っている
ため、真空容器や残留ガスとの衝突により発生した２次
電子を吸収し、イオンビーム自身の持つ空間電荷が電気
的に中和される。この場合、静電偏向器などにより強い
電場が印加されると、この電子がイオンビームから流出
して電気的な中和が低減し、イオンビームの空間電荷効
果が顕著になる。従って、通常のイオン注入装置のよう
に空間電荷効果が比較的に顕著となるイオンビーム装置
においては、静電的な偏向器やレンズの有無により、制
御できるビーム電流が異なっている。

【０００８】従来の図１３で示す中電流型イオン注入装
置では、基板ｆへのイオン注入量の空間的な一様性を確
保する目的で、イオンビームを１０００Ｈｚ程度以上の
高速で走査させている。この高速な走査は静電型偏向器
を用いているため、１ｍＡ程度以上の大電流のイオンビ
ームになると空間電荷効果によりイオンビームの発散が
顕著になり、基板ｆへの注入分布の標準偏差が１％程度
以下の精度を得ることが困難である。例えばビーム電流
が１ｍＡの場合、直径が８インチの基板に１×１０¹⁵／
ｃｍ² のドーパントを注入するために必要な時間は約１
時間である。従って、１×１０¹⁶／ｃｍ² 程度以上の注
入量を必要とするプロセスでは、十分なスループットが
得られないといった問題がある。

【０００９】一方、従来の図１４で示す大電流型イオン
注入装置では、１０ｍＡ程度以上の大電流のイオンビー
ムｑを基板ｊに照射させるために、イオンビームｑが発
散しないように空間電荷の中和を促す必要があり、静電
型偏向器を用いることが出来ない。従って、空間電荷の
中和を保ったままで基板ｊへ一様に照射するために、イ
オンビームｑは固定して基板ｊを機械的に動かしてい
る。しかし、その周波数の上限はせいぜい１Ｈｚ程度で
ある。基板ｊを機械的に動かす変わりに、磁気偏向器を
設けてその磁場を時間的に変化させることによりイオン
ビームｑを走査する場合もある。しかしこの場合、磁場
を高速に変化させた際に発生する渦電流により、１０Ｈ
ｚ程度以上の高速での制御は困難である。このように、
１０ｍＡ程度以上の、大電流のイオンビームｑを空間電
荷中和を保ったまま１０Ｈｚ以上の高速で走査すること
は困難である。このため、大電流型イオン注入装置で
は、十分なスループットは得られても、中電流型イオン
注入装置に比べて一様性が得られないという問題があ
る。

【００１０】図１５に示したように、一般に質量分離ス
リットｓは質量分離電磁石ｂのレンズ作用によるイオン
源ａの結像する位置ｆ₀ に設けられる。しかし図１５の
破線で示したように、イオン源ａから出発したイオンビ
ームが空間電荷効果により発散し、結像する位置ｆが本
来の位置ｆ₀ よりも前方に移動する。この移動の程度は
イオンビームの電流やイオン源ａの形状などにも依存す
るが、例えば、中電流型イオン注入装置で用いられるフ
リーマン型イオン源の場合、イオンビーム電流が１ｍＡ
程度以下のＰ⁺ イオンを３０ｋＶの電圧で引き出した場
合、結像位置の移動は無視することが出来る。これに対
して、イオンビーム電流が５ｍＡ程度になると、結像の
位置は１００ｍｍ以上も前方に移動する。従って、イオ
ンビーム電流が広い範囲にわたって変化した場合、イオ
ンビーム電流によって質量分解能が低下するといった問
題がある。

【００１１】上述したように、従来のイオン注入装置で
は、良い一様性を得るためにはスループットが低くな
り、高いスループットを得るためには一様性が悪くなる
と言った問題があり、さらにこの問題は基板サイズが大
きくなるにしたがって顕著になるという傾向があった。
また、一般にイオンビームの電流が大きく変化するのに
伴って、質量分解能が変化するといった問題があった。

【００１２】本発明は、上述の問題に鑑みてなされ、高
いスループットで良い一様性を得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。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、真空チ
ャンバ内でイオン源の前方に質量分離電磁石を配置し、
該質量分離電磁石で選別されたイオンのイオンビームを
基板に走査しながら照射するイオン注入装置において、
前記質量分離電磁石の前方に前記イオンビームを基準軸
に対して所定の面内で偏向させるための偏向電磁石を設
け、前記イオンビームの通過する前記真空チャンバのう
ちで、前記偏向電磁石を設けているチャンバ部分を電気
的に独立させ、さらに該偏向電磁石を通過するイオンの
電位を変調させることにより、前記偏向電磁石での偏向
角を変調させ、これにより前記基板上でビームを走査し
ながら該イオンを照射することを特徴とするイオン注入
装置、によって達成される。

【００１４】なお、上記構成において、前記偏向電磁石
を設けられ電気的に独立された前記真空チャンバのチャ
ンバ部分の入射部と出射部に、各々イオンビームに対し
て開口を持つ電極を設けて、これらに前記の変調電位よ
り十分に負の電位を与えることが好ましい。

【００１５】なおまた、前記質量分離電磁石の前方に質
量分離スリットを設け、これらの間に第１の磁気四重極
レンズを設け、さらに前記質量分離スリットと前記偏向
電磁石の間に、前記第１磁気四重極レンズとは独立に制
御できる第２の磁気四重極レンズを設けることが好まし
い。

【００１６】なおまた、偏向面が前記偏向電磁石の偏向
面と直行する第２の偏向電磁石を、前記偏向電磁石の前
方に設けることが好ましい。

【００１７】もしくは、前記偏向電磁石の前方に、この
偏向面内で基準軸に関して反対称な磁場を発生させる電
磁石を設け、偏向されたビームを前記基準軸と一定の角
度に向けなおして基板に照射させることが好ましい。

【００１８】さらに又、偏向面が前記偏向電磁石と一致
する静電偏向器を、前記偏向電磁石の偏向中心にほぼ一
致させて設けることが好ましい。

【００１９】

【作用】質量分離電磁石で選別されたイオンビームは、
一定の磁場を発生させている偏向電磁石を通過する際に
エネルギーを変調されることにより偏向角が変化し、こ
れにより基板は偏向電磁石の偏向面内で高速に、かつ一
様にイオンを走査される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２１】第１実施例は図１に示されており、同図に
おいて、イオン源１の前方に質量分離電磁石２に囲まれ
た真空チャンバとしての分析管３が配置され、その前方
には質量分離スリット４が配設される。その前方には偏
向電磁石６が配置されている。この偏向電磁石６に囲ま
れて、上記分析管３とは一体的に真空チャンバを形成し
ているが、電気的には独立した偏向チャンバ７が配置さ
れている。その前方には前記分析管３及び偏向チャンバ
７とは一体的に真空チャンバを形成するが電気的には独
立した走査管９が配置される。また、その内部に基板１
０が配置されている。偏向チャンバ７の前後には電極５
と電極８が備えられている。図２に示すように分析管
３、質量分離スリット４、走査管９及び基板１０はグラ
ウンド電位Ｖ₀ に置かれ、電極５と電極８には負の電位
Ｖ₂ が印加されている。基板１０は、図面垂直方向に機
械的に駆動できる構造となっている。イオン源１には、
引き出し電極Ｐに取り付けられた絶縁体Ｉにより絶縁さ
れて、十分に高い電位Ｖ₁ が印加されている。偏向チャ
ンバ７に印加する電位Ｖ₃ は一定の電位例えばＶ₀ を中
心に、イオン源の電位Ｖ₁ との電位差φ₀ の１０％程度
の振幅で１００Ｈｚ程度で変調させる。

【００２２】なお、図１において、偏向電磁石６の入射
口及び出射口の近傍には、上述したように電極５及び電
極８が設けられているが、これらは実際には３つのリン
グ状の電極板５ａ、５ｂ、５ｃ及び８ａ、８ｂ、８ｃか
ら成り、これらの間に絶縁物Ｉが配設されている。これ
ら電極板５ａ、５ｂ、５ｃ及び８ａ、８ｂ、８ｃによ
り、図２に示すような電位分布が得られるのであるが、
偏向電磁石６の入射口の近傍に配設された電極板５ａに
より、上流側のグラウンド電位Ｖ₀ と同電位とされてい
るが、真ん中の電極板５ｂは、充分に深い負の電位Ｖ₂
が印加されている。さらに、最下流側の電極板５ｃには
一定の電位例えばグラウンド電位Ｖ₀ を中心に、イオン
源の電位Ｖ₁ との電位差φの１０％程度を変化させた電
位Ｖ₃ が印加される。また、偏向電磁石６の出射口の近
傍に配設された電極８の最上流側の電極板８ａには、電
位Ｖ₃ が印加され、真ん中の電極板８ｂには上流側の電
極板５ｂと同じ電位Ｖ₂ が印加され、最下流側の電極板
８ｃにはグラウンド電位Ｖ₀が印加されている。

【００２３】以上のようにして、図２に示すような電位
分布が得られるのであるが、図１を参照して、これを更
に詳細に説明すると、イオンは電位Ｖ₁ が与えられたイ
オン源１から出射する。分析管３の上流側菅部３ａ及び
下流側の管部３ｂ及び質量分離スリット板４にはグラウ
ンド電位Ｖ₀ が与えれている。また電極５により、負電
圧Ｖ₂ にまで低下し、かつ偏向チャンバ７には電圧Ｖ₃
まで上昇し、更に下流側の電極８により、入射口と同様
に電圧Ｖ₂ まで負の電位とされ、走査管９ではグラウン
ド電位Ｖ₀ とされる。なお、偏向電磁石６は偏向チャン
バ７と電気的に絶縁する事により、グラウンド電位Ｖ₀
に置くことが出来る。

【００２４】一般に、一定の運動エネルギーで一定の磁
場を通過するイオンは円運動を行なうが、この軌道半径
はエネルギーに依存する。一方、扇形電磁石で偏向され
るイオンは、扇型電磁石内部での軌道半径が変化する
と、それに従って偏向角が変化する。従って、一定の磁
場の扇形電磁石に入射するイオンの運動エネルギーを変
化させることにより、出射するイオンの偏向角が変化
し、これによってイオンビームを図面方向に操作するこ
とが出来る。以下、これを定量的に評価する。

【００２５】一定の磁場Ｂを静電ポテンシャルφ₀ で通
過するイオンは円運動を行なうが、その際の軌道半径Ｒ
₀ は、以下の数１で与えられる。ｅはイオン電荷、ｍは
イオンの質量である。ここで、静電ポテンシャルがφ＝
φ₀ ＋δφに微小変化した場合の軌道半径Ｒ＝Ｒ₀ ＋δ
Ｒは、数２で与えられる。一方、軌道半径が微小変化し
た場合の扇形電磁石６の出口での変位δＸと角度δθ
は、以下の数３で与えられる。ここでψ₀ は偏向角、ま
た、扇形電磁石６の出口側での斜め出射角をβとする
と、出射後の基準軸となす角度Δθは、以下の数４であ
る。従って、一定の磁場の扇形電磁石６に入射するイオ
ンの静電ポテンシャルをφ＝φ₀ ＋δφと微小変化させ
た場合、出射するイオンの基準軸となす角度Δθは、以
下の数５で与えられる。

【００２６】

【数１】

【００２７】

【数２】

【００２８】

【数３】

【００２９】

【数４】

【００３０】

【数５】

【００３１】なお、以上において、βは偏向電磁石６の
出射角、これは図３で示されており、これに対して入射
角αも存在するが、上述の解析には直接は関わらないの
で、、αは０とされている。図３において、偏向電磁石
６内には、図３において、紙面に垂直方向に直流の磁場
を発生させているが、イオンビームの入射点及び出射点
に至るまで磁場が一定であると仮定されている。実際に
はイオンビームＩ₀ の入射点及び出射点においては、磁
場が歪んでおり、図３に示すようにイオンビームが走行
しないが、理論的に説明するために、これらの歪や漏れ
はないものとしている。

【００３２】すなわち、図３において、イオンビームＩ
₀ は偏向電磁石６に侵入すると、静電場変化なしでは上
述したローレンツ力を受けて半径Ｒ₀ の軌道半径で円軌
道を走行し、点Ａから、この時の接線方向でイオンビー
ムＩ₀ が出射する。このイオンビームＩ₀ を基準軸アと
している。

【００３３】また、上述したように、偏向電磁石６内で
は、静電場を変化させられるのであるが、この変化によ
りイオンビームＩ₀ は、偏向電磁石６内では、破線で示
すような半径Ｒで走行する。Ａ点を通る基準軸アに直交
する直線をエ、さらにＡ点を通り線エに対して角度βを
なす直線をカとする。半径Ｒの円弧と直線カとの交点を
Ｃとする。この半径Ｒで、偏向電磁石６からの出射点、
Ｃ点から、この半径Ｒに対して接線方向に伸びる直線を
ウとし、また、半径Ｒでの円弧がエ線まで磁場内にある
とすれば、半径Ｒのイオンビームは点Ｂで出射する。こ
の点での半径Ｒの接線方向に伸びる直線をイとする。ま
た、点Ｂに垂直方向の直線をオとする。。これにより、
上述のδＸは点ＡＢ間の長さであり、またδθは直線ア
とイとの成す角、また基準軸アと直線ウとの成す角がΔ
θである。このような条件で、上述の数１乃至数５が得
られる。

【００３４】例えば、偏向角ψ₀ が９０°で出射角βが
３５°の扇型電磁石６の前方２ｍに基板１０を置き、こ
の扇型電磁石６を通過するイオンの静電ポテンシャルを
基準電圧φ₀ の７％変化させると、出射するイオンは基
準軸に対して約５°偏向し、基板１０上でのビームの変
位は約１７ｃｍとなる。従って、扇形電磁石６を通過す
るイオンの静電ポテンシャルを基準電圧の７％の振幅で
変調させることにより、基板１０上でビームを１７ｃｍ
の振幅で走査することが出来る。この際、扇形電磁石６
の磁場は一定であり、渦電流による磁場の変化で時間的
に遅れるということがないので、１００Ｈｚ程度の高速
でビームを図面方向に走査することが出来る。これと同
時に図面垂直方向に基板を機械的に１Ｈｚ程度で駆動す
ることにより、一様性よく数ｍＡ程度の大電流のイオン
ビームを基板１０に注入することが出来る。

【００３５】なお、上記のようにビームの走査のために
電位を変調した場合、ビームに印加された電場により空
間電荷中和が破られるおそれがある。そこで図１に示し
たように偏向チャンバ７の前後に電極５及び電極８を設
け、図２に模式的に示したように偏向チャンバ７の電位
Ｖ₃ より十分に負の電位Ｖ₂ を印加することにより、電
子の流出を防ぐことが出来る。こうすることにより、空
間電荷効果によるビームの発散を抑えることが出来る。

【００３６】本発明の第２実施例が図４に示されてお
り、同図において、質量分離電磁石２と質量分離スリッ
ト４の間に第１四重極電磁石１１が設けられ、さらに質
量分離スリット４と偏向電磁石６の間に第２四重極電磁
石１２が設けられ、この２台の四重極電磁石はそれぞれ
独立に制御される。

【００３７】第１、第２四重極レンズ１１、１２は、磁
気四重極レンズとも言われ、その構造は図５に示される
が、環状の磁性材で成る環状ヨーク部１１ａ及びこの内
周壁面に一体的に径内方向に形成された４つの磁極１１
ｂ、１１ｂ、１１ｂ、１１ｂに及び、これらに巻装され
た電磁コイル１１ｃ、１１ｃ、１１ｃ、１１ｃから成
り、これらコイル１１ｃに電流を通電することにより、
これら４つの磁極１１ｂの内側に形成されるイオン通路
１１ｅ内を通るイオン流を、そのレンズ作用で絞るよう
に構成されている。

【００３８】本実施例での、イオンビームの広がりを図
６に模式的に示す。図６で、実線はビーム電流が少なく
て空間電荷効果の影響が小さい場合、破線はビーム電流
が多くて空間電荷効果によるビームの広がりが大きい場
合を示す。質量分離電磁石２と質量分離スリット４の間
に第１四重極電磁石１１を設け、この第１四重極電磁石
１１に流すコイル電流を調整してレンズ作用を変化さ
せ、ビーム電流によらずに質量分解能が低下するのを防
ぐことが出来る。なおこの場合、ビーム電流や第１四重
極電磁石１１のレンズ作用の変化に伴い、質量分離スリ
ット４を通過するビームの角度分布が変化して、質量分
離スリット４より前方でのビームの広がりが変化する可
能性がある。これを修正する目的で、第２四重極レンズ
１２を第１四重極レンズ１１とは独立に制御することに
より、質量分離スリット４を通過後のビームの角度分布
をビーム電流によらず、基板１０への注入量の一様性を
ほぼ一定に保つことができる。

【００３９】本発明の第３実施例を図７に示す。同図に
おいて、電極８の前方に第２偏向電磁石１３が設けられ
ている。第２偏向電磁石１３は、その発生する磁場の向
きが矢印１４で示されるが、ビームの進行方向と偏向電
磁石６の磁場の向きにそれぞれ直交するように設けられ
ている。この実施例では、基板１０は機械的に固定され
ている。

【００４０】この第２偏向電磁石１３は、走査管９の外
方で上方に配設されたコの字形状の電磁石１３ａ、１３
ｂ及びこれらに巻装された電磁コイル１３ｃ、１３ｄか
ら成り、電磁コイル１３ｃ、１３ｄに電流を通電する
と、矢印１４で示す方向に磁場を発生させる。なお、電
磁石１３ａ、１３ｂは一体化してＣ形状とし、この中央
のアーム部に一個の電磁コイルを巻装して、これに電流
を流すことにより、矢印１４に示す磁場を発生させるよ
うにしてもよい。何れにしても、上流側からのイオンビ
ームに鎖交する磁束を発生させる。

【００４１】この構成において、偏向チャンバ７の電位
を１００Ｈｚ程度で高速に変調してビームを図面内で走
査すると同時に、第２偏向電極１３の磁場を数Ｈｚ程度
で交流的に変化させることにより、ビームを紙面垂直方
向に走査させながら、固定された基板１０にビームを照
射する。このように、固定した基板１０に紙面方向には
１００Ｈｚ程度、図面垂直方向には数Ｈｚ程度でビーム
を２次元的に走査しながら照射することにより、一様性
よく数ｍＡ程度の大電流のイオンビームを基板１０に注
入することが出来る。

【００４２】本発明の第４実施例が図９に示されてお
り、同図において、基板１０の手前に一対の角度補正電
磁石１５が設けられている。図１１に、この角度補正電
磁石１５の拡大断面を示す。同図に示したように、一対
のＣ型の電磁石１５ａ、１５ａを設け、基準軸アに対し
て反対称な磁場１７を発生させる。

【００４３】図１１において、真空チャンバの一部であ
る走査管９の外側に一対のＣ型の電磁石１５ａ、１５ａ
が配設され、これらの空隙の両側に、それぞれ電磁コイ
ル１５ｂ、１５ｂを巻装させている。そして、一方の電
磁コイル１５ｂに流す電流を他方の電磁コイル１５ｂに
流す電流とは逆方向にすることにより、基準軸アを中心
として反対方向に磁場１７ｂ、１７ｂを発生させるが、
これらは基準軸アにおいては０であり、これから両側に
距離が大きくなるにつれ、大きな磁束１７ａ、１７ｂを
発生させる。

【００４４】この構成において、偏向チャンバ７で紙面
内で基準軸アを中心に走査されたイオンビームは、一対
の角度補正電磁石１５ａ、１５ｂにより発生された基準
軸アに関して反対称磁場１７により基準軸にほぼ平行に
戻されて、基板１０に照射される。このように、基板１
０に対して一定の角度を保ったまま、ビームを１００Ｈ
ｚ程度の高速で走査しながら基板１０に注入することが
できる、

【００４５】本発明の第５実施例を図１２に示す。同図
のおいて、偏向チャンバ７の内部に一対の偏向電極１８
ａ、１８ｂをその電場の方向が偏向電磁石６の磁場に直
交するように設けられている。ビーム電流が数ｍＡ程度
以上の場合は、ビームの空間電荷中和を促す目的で静電
的なビームの偏向は好ましくない。これに対して、ビー
ム電流がｍＡ程度以下の場合には静電偏向器で１０００
Ｈｚ程度の高速で走査することは容易である。

【００４６】従って、この構成でビーム電流がｍＡ程度
以下と少ない場合は、偏向チャンバ７に印加する電位は
例えばグラウンド電位Ｖ₀ に固定し、偏向電磁石６の磁
場もはそのまま一定とし、偏向電極１８ａ、１８ｂに印
加する電位を１０００Ｈｚ程度で交流的に変調すること
により、イオンビームを紙面方向に高速で走査しながら
基板１０に照射することが出来る。一方、ビーム電流が
ｍＡ程度以上の場合には、この偏向電極１８ａ、１８ｂ
の電位は偏向チャンバ７と同一にして、第１の実施例と
同じ動作でビームを走査することが出来る。このよう
に、ビーム電流がｍＡ程度以上の場合は１００Ｈｚ程度
の高速で、またビーム電流がｍＡ程度以下の場合は１０
００Ｈｚ程度のさらに高速で、同じ装置でイオンビーム
を紙面内で走査しながら基板に注入することが出来る。

【００４７】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００４８】例えば、本発明の第３実施例では、一対の
角度偏向磁石１３ａ、１３ｂを設け、この下流側に配設
された基板１０を固定しておいても、この電磁コイル１
３ｃ、１３ｄに流す電流を変調させることにより、紙面
に対し垂直方向にイオン電流を走査させるようにした
が、この場合においてもイオン電流を基板１０に対し、
一定の角度で照射させるよう第４実施例で示すような角
度補正用電磁石１５を配設するようにしてもよい。

【００４９】また、第３の実施例において、図８に示す
ように、第２実施例と同様に一対の四重極レンズ１１、
１２を設け、イオン電流が大なる場合に質量分解能を上
げるようにしても良い。

【００５０】更に、第４実施例において、質量分離スリ
ット４の両側に第２実施例と同様に図１０に示すように
第１、第２の四重極電磁石１１、１２を設けても、同様
な効果を得ることが出来る。

【００５１】更に、第５実施例においては、偏向チャン
バ７内に静電偏向器１８ａ、１８ｂを配設したが、これ
は偏向チャンバ７の下流側で外部に配設するようにして
も良い。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のイオン注入
装置によれば、イオン電流が大きくても小さくても、一
様な空間密度で基板に高速で走査させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるイオン注入装置の概
略平面図である。

【図２】同装置における各部の電位を示す模式図であ
る。

【図３】同装置の作用を示すための模式図である。

【図４】本発明の第２実施例によるイオン注入装置の概
略平面図である。

【図５】同装置における四重極電磁石の断面図である。

【図６】同装置の作用を示すための概略平面図である。

【図７】本発明の第３実施例によるイオン注入装置の概
略平面図である。

【図８】図７の変形例を示すイオン注入装置の概略平面
図である。

【図９】本発明の第４実施例よるイオン注入装置の概略
平面図である。

【図１０】図９の変形例を示すイオン注入装置の概略平
面図である。

【図１１】本発明の第４実施例によるイオン注入装置の
要部の拡大断面図である。

【図１２】本発明の第５実施例よるイオン注入装置の概
略平面図である。

【図１３】従来例のイオン注入装置の概略平面図であ
る。

【図１４】他従来例のイオン注入装置の一部破断平面図
である。Ａはその概略平面図、Ｂ同要部の拡大斜視図で
ある。

【図１５】一般的に従来のイオン注入装置が持つ欠点を
示すイオン注入装置の概略平面図である。

【符号の説明】

５電極６偏向電磁石７偏向チャンバ８電極１０基板１１第１四重極電磁石１２第２四重極電磁石１３第２偏向電磁石１５角度補正用電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久宗武司神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバ内でイオン源の前方に質量
分離電磁石を配置し、該質量分離電磁石で選別されたイ
オンのイオンビームを基板に走査しながら照射するイオ
ン注入装置において、前記質量分離電磁石の前方に前記
イオンビームを基準軸に対して所定の面内で偏向させる
ための偏向電磁石を設け、前記イオンビームの通過する
前記真空チャンバのうちで、前記偏向電磁石を設けてい
るチャンバ部分を電気的に独立させ、さらに該偏向電磁
石を通過するイオンの電位を変調させることにより、前
記偏向電磁石での偏向角を変調させ、これにより前記基
板上でビームを走査しながら該イオンを照射することを
特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】前記偏向電磁石を設けられ電気的に独立
された前記真空チャンバのチャンバ部分の入射部と出射
部に、各々イオンビームに対して開口を持つ電極を設け
て、これらに前記の変調電位より十分に負の電位を与え
た請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】前記質量分離電磁石の前方に質量分離ス
リットを設け、これらの間に第１の磁気四重極レンズを
設け、さらに前記質量分離スリットと前記偏向電磁石の
間に、前記第１磁気四重極レンズとは独立に制御できる
第２の磁気四重極レンズを設けた請求項１または請求項
２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】偏向面が前記偏向電磁石の偏向面と直行
する第２の偏向電磁石を、前記偏向電磁石の前方に設け
た請求項１、請求項２又は請求項３に記載のイオン注入
装置。
【請求項５】前記第１の偏向電磁石の前方に、この偏
向面内で基準軸に関して反対称な磁場を発生させる一対
の角度補正電磁石を設け、偏向されたイオンビームを前
記基準軸と一定の角度に向けなおして基板に照射させる
請求項１、請求項２又は請求項３に記載のイオン注入装
置。
【請求項６】偏向面が前記第１の偏向電磁石の偏向面
と一致する静電偏向器を、前記第１の偏向電磁石の偏向
中心にほぼ一致させて設けた請求項１、２、３、４又は
請求項５に記載のイオン注入装置。