JPH0950782A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオンビームの一部がシールド板に当たった
際にそれから二次電子が放出されるのを抑制することに
よって二次電子が走査電極に吸い込まれるのを抑制し、
それによって走査電源に対する負荷を軽くかつ負荷変動
を小さくして基板に対する注入均一性が悪化するのを防
止することができるようにしたイオン注入装置を提供す
る。 【解決手段】 走査電極４のすぐ下流側に設けているシ
ールド板６を、大地電位にある支柱３０から絶縁碍子３
２によって支持することによって、シールド板６を大地
電位部から電気的に絶縁した。更に、このシールド板６
に大地電位に対して正の電圧Ｖ₃ を印加する直流電源３
４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、静電走査を採用
するイオン注入装置に関し、より具体的には、その走査
電源から出力される走査電圧に歪が発生するのを抑え
て、基板に対する注入均一性が悪化するのを防止する手
段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来のイオン注入装置の一例を
部分的に示す平面図である。図９は、図８のイオン注入
装置の側面図である。

【０００３】このイオン注入装置は、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離、加速
（または減速）等の行われたスポット状のイオンビーム
２を、Ｙ方向（例えば垂直方向）に静電的に走査する一
対の走査電極４と、この走査電極４の下流側に設けられ
ていて、この走査電極４でＹ方向に走査されたイオンビ
ーム２をＹ方向と直交するＸ方向（例えば水平方向）に
静電的に走査する一対の走査電極８とを備えている。

【０００４】走査電極４には、走査電源２０から概ね三
角波状の走査電圧Ｖ₁ およびＶ₂ が印加される。走査電
源２０は、この例では、概ね三角波状の走査信号を発生
させる走査信号発生器２２と、この走査信号を増幅して
昇圧して互いに１８０度位相の異なる走査電圧Ｖ₁ およ
びＶ₂ をそれぞれ出力する高電圧アンプ２４および２６
とを備えている。

【０００５】走査電極８にも、上記走査電源２０と同様
の構成をした走査電源（図示省略）から概ね三角波状の
走査電圧が印加される。但し、走査電極８は、直進する
中性粒子を除去するために、幾らかの（例えば７度程度
の）オフセットを付けてイオンビーム２を走査するよう
に折り曲げられており、それに印加される走査電圧も、
上記オフセットに相当するオフセット電圧を持たせた波
形となっている。

【０００６】走査電極８を通過したイオンビーム２は、
ホルダ１２に保持された基板（例えばウェーハ）１０の
全面に照射され、それによって基板１０に対してイオン
注入が行われる。基板１０に対するイオン注入量は、ホ
ルダ１２に流れるイオンビーム電流を計測し、このイオ
ンビーム電流に基づいて制御される。

【０００７】走査電極４のすぐ下流側には、走査電極４
の電界が及ぶ範囲を限定するためのシールド板６が、従
来は大地電位部に固定して設置されている。このシール
ド板６は、イオンビーム２を通過させる開口部６ａを有
しており、この開口部６ａを通過したイオンビーム２が
走査電極８に入射する。開口部６ａは、図８および図９
を参照すれば分かるように、Ｙ方向に細い長方形をして
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記シールド板６の開
口部６ａは、イオンビーム２のＹ方向の走査範囲や、ス
ポット状のイオンビームの断面寸法（断面円形の場合は
その直径）を考慮してできるだけ小さく設計される。な
ぜなら、開口部６ａを大きくすると、開口部６ａからの
電界の滲み出しが大きくなり、走査電極４の電界の影響
範囲が下流側に広がって、イオンビーム２が走査電極４
の下流側付近でも曲げられるためその走査角度が所定の
ものよりも大きくなり、しかもこの走査角度が大きくな
る度合が中心軸付近と外側とでは異なるため、イオンビ
ーム２の走査速度が不均一になり、ひいては基板１０に
対する注入均一性を悪化させる原因になるからである。

【０００９】それゆえ、シールド板６の開口部６ａはで
きるだけ小さく設計するけれども、イオンビーム２の断
面寸法はイオン源の運転条件等によって変わり、その断
面寸法の予想を行うことは非常に困難であり、またまれ
に起こる最大寸法の場合を想定して開口部６ａを設計す
ると、通常時は上記のように、電界の影響範囲が広がる
問題が発生してしまう。

【００１０】従って、あまり発生しないようなイオンビ
ーム２の断面寸法は考慮外として開口部６ａを設計する
ことが一般的に行われている。

【００１１】そのため、イオンビーム２の断面寸法が上
記手法による設計値より大きくなると、イオンビーム２
の一部がシールド板６に当たるようになる。イオンビー
ム２の一部がシールド板６に当たると、そこから二次電
子が発生するが、この二次電子は、その時に正電位にな
っている側の走査電極４に吸い込まれ、走査電源２０に
流れる。即ち、二次電子が走査電極４に吸い込まれる分
だけ、走査電源２０の負荷が増大することになる。

【００１２】ところが、走査電極４に印加されている走
査電圧Ｖ₁ およびＶ₂ は、例えば図１０に示すように概
ね三角波であり、０Ｖラインと交差する。走査電圧
Ｖ₁ 、Ｖ₂ が０Ｖ付近にある時は二次電子は走査電極４
に吸い込まれないので走査電源２０の負荷は軽くなり、
走査電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ が０Ｖ付近以外にある時は二次電子
は走査電極４に吸い込まれるので走査電源２０の負荷は
重くなる。

【００１３】このような走査電源２０に対する負荷の変
動は、走査電源２０の特性、より具体的にはそれを構成
している高電圧アンプ２４および２６の特性にもよる
が、大なり小なり高電圧アンプ２４および２６の増幅特
性の直線性に悪影響を及ぼし、その出力電圧である走査
電圧Ｖ₁ およびＶ₂ に歪を生じさせる。その一例を図１
１に示す。０Ｖ付近の傾きが小さくなるように歪んでい
る。

【００１４】走査電極４に印加する走査電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂
にこのような歪が生じると、イオンビーム２の走査速度
が一様でなくなるため、基板１０の面内における注入均
一性が悪化する。例えば、図１１に示すような歪がある
と、走査電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ が０Ｖ付近にある時に、即ちイ
オンビーム２が基板１０の中央部付近にある時に、イオ
ンビーム２のＹ方向の走査速度が一時的に遅くなるた
め、基板１０の中央部付近に水平方向に、注入量の濃い
領域が生じてしまう（図５参照）。

【００１５】そこでこの発明は、イオンビームの一部が
シールド板に当たった際にそれから二次電子が放出され
るのを抑制することによって二次電子が走査電極に吸い
込まれるのを抑制し、それによって走査電源に対する負
荷を軽くかつ負荷変動を小さくして基板に対する注入均
一性が悪化するのを防止することができるようにしたイ
オン注入装置を提供することを主たる目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のイオン注入装置は、前記シールド板を大
地電位部から電気的に絶縁し、このシールド板に大地電
位に対して正の電圧を印加する直流電源を設けたことを
特徴とする。

【００１７】上記構成によれば、シールド板に直流電源
から正の電圧を印加することができ、そのようにしてお
くと、イオンビームの一部がシールド板に当たっても、
この正の電圧による電位障壁によって、二次電子がシー
ルド板から放出されるのが抑制される。その結果、二次
電子が走査電極に吸い込まれるのを抑制することがで
き、それによって走査電源に対する負荷が軽くなり、か
つ負荷変動も小さくなるため、走査電源から出力される
走査電圧の歪がなくなり、基板に対する注入均一性が悪
化するのを防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン注
入装置の一例を部分的に示す平面図である。図２は、図
１のイオン注入装置の側面図である。図８および図９の
従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、
以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１９】このイオン注入装置においては、前述した
走査電極４のすぐ下流側に設けているシールド板６を、
大地電位にある支柱３０から絶縁碍子３２によって支持
することによって、当該シールド板６を大地電位部から
電気的に絶縁している。

【００２０】更に、このシールド板６に大地電位に対し
て正の電圧Ｖ₃ を印加する直流電源３４を設けている。

【００２１】直流電源３４は、大きさの固定された電圧
Ｖ₃ を出力するものでも良いが、手動または外部から与
えられる制御信号によって、出力電圧Ｖ₃ を段階的また
は連続的に変化させることができるものの方が好まし
い。後者の場合、更に進んで、上位の制御装置から各種
条件（例えばイオンビーム２のエネルギー、断面寸法
等）に応じた制御信号を直流電源３４に与えて、直流電
源３４の出力電圧Ｖ₃ を上記各種条件に応じたものに自
動的に制御するようにしても良い。

【００２２】上記のように直流電源３４の出力電圧Ｖ₃
を可変にするのが好ましいのは、シールド板６に印加さ
れた出力電圧Ｖ₃ によるレンズ効果によってイオンビー
ム２の軌道が多少なりとも変化するので、シールド板６
に印加する電圧は二次電子放出を抑制できる範囲で低い
方に調整するのが好ましいからである。

【００２３】イオンビーム２がシールド板６に当たった
際にそこから放出される二次電子のエネルギー分布は、
イオンビーム２のエネルギーおよびシールド板６の材質
等によって変化するので一概には言えないが、概ね図７
に示すような分布をしている。この図７は、モリブデン
に１５ｋｅＶのＡｒイオンを照射したときの例であり、
放出される二次電子のエネルギー分布は５ｅＶ以下にピ
ークがあり、そこから指数関数的に減少しているが、１
００ｅＶ程度のエネルギーを持つ二次電子も少しは含ま
れている。他のイオンエネルギーおよび他の材質の場合
もこれに似た傾向を示す。

【００２４】従って、直流電源は、最大で少なくとも１
００Ｖ程度の、より好ましくは少し余裕を見て３００Ｖ
程度の電圧Ｖ₃ を出力することができるものが好まし
い。この実施例では、３００Ｖ固定の電圧Ｖ₃ を出力す
ることができる直流電源３４を用いた。

【００２５】上記構成によって、シールド板６に直流電
源３４から正の電圧Ｖ₃ を印加しておくと、イオンビー
ム２の断面寸法が大きくなる等してイオンビーム２の一
部がシールド板６に当たっても、この正の電圧Ｖ₃ によ
る電位障壁によって、二次電子がシールド板６から放出
されるのが抑制される。即ち、この時にシールド板６か
ら放出されるのは、電圧Ｖ₃ （この例では３００Ｖ）よ
りも大きいエネルギーを有する二次電子のみであり、そ
の量は図７を参照して説明したように極めて少ない。従
って、二次電子が走査電極４に吸い込まれるのを抑制す
ることができる。

【００２６】その結果、走査電源２０に対する負荷が軽
くなり、かつ負荷変動も小さくなるため、走査電源２０
から出力される走査電圧Ｖ₁ およびＶ₂ の歪がなくな
り、基板１０に対する注入均一性が悪化するのを防止す
ることができる。

【００２７】例えば、直流電源３４からシールド板６に
印加する電圧Ｖ₃ を０Ｖにした場合、シールド板６を大
地電位部に接地したのと同じになり、つまりは前述した
従来例と同じになる。その結果、走査電源２０から出力
される走査電圧Ｖ₁ およびＶ₂ の波形は、図３に示すよ
うに歪み、その場合の基板１０の面内における注入量分
布は図５に示すようになる。

【００２８】この図３の波形は、先の図１１の波形と同
じであり、０Ｖ付近の傾きが小さくなるように歪んでい
る。走査電極４に印加する走査電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ にこのよ
うな歪が生じると、走査電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ が０Ｖ付近にあ
る時に、即ちイオンビーム２が基板１０の中心部付近に
ある時に、イオンビーム２のＹ方向の走査速度が一時的
に遅くなるため、図５に示すように、基板１０の中央部
付近に水平方向に、注入量の濃い領域が生じて注入均一
性が悪化する。なお、図５および図６中の符号０は基準
となる注入量の部分を示し、符号＋は隣よりも注入量が
濃い部分を示し、符号−は隣よりも注入量が淡い部分を
示し、線はこれらの注入量分布を等高線的に示したもの
である。

【００２９】これに対して、直流電源３４からシールド
板６に＋３００Ｖの電圧Ｖ₃ を印加した場合、走査電源
２０から出力される走査電圧Ｖ₁ およびＶ₂ の波形に
は、図４に示すように、歪がなくなり、その場合の基板
１０の面内における注入量分布は、図６に示すように、
図５の場合よりも遙かに一様であり、良好な注入均一性
が得られている。

【００３０】なお、上記実施例のように走査電極４のす
ぐ下流側にシールド板６を設ける代わりに、走査電極８
のすぐ下流側にシールド板６を設けている場合は、その
シールド板６に対して上記実施例と同様の構成を採用す
れば良い。また、走査電極４のすぐ下流側と走査電極８
のすぐ下流側の両方にシールド板６を設けている場合
は、そのいずれか一方のシールド板６に対して上記実施
例と同様の構成を採用しても良いし、両方のシールド板
６に対してそれを採用しても良い。

【００３１】また、イオンビーム２は、必ずしも上記例
のようにＹ方向に走査した後にＸ方向に走査する必要は
なく、それとは逆に、Ｘ方向に走査した後にＹ方向に走
査しても良い。即ち上記Ｘ、Ｙ方向は、直交する２方向
を表すだけであり、従って例えば、Ｘ方向を水平方向と
見ても、垂直方向と見ても、更にはそれらから傾いた方
向と見ても良い。

【００３２】また、ハイブリッドスキャン方式のイオン
注入装置のように、ＸＹ方向の内の一方向に基板１０を
機械的に走査し、他方向にイオンビーム２を静電的に走
査する装置の場合も、このイオンビーム２を静電的に走
査する走査電極のすぐ下流側に設けられた上記のような
シールド板に対して、上記実施例と同様の構成を採用す
れば良い。

【００３３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、シール
ド板に直流電源から正の電圧を印加するようにしたの
で、イオンビームの一部がシールド板に当たっても、こ
の正の電圧による電位障壁によって、二次電子がシール
ド板から放出されるのが抑制される。その結果、二次電
子が走査電極に吸い込まれるのを抑制することができ、
それによって走査電源に対する負荷が軽くなり、かつ負
荷変動も小さくなるため、走査電源から出力される走査
電圧の歪がなくなり、基板に対する注入均一性が悪化す
るのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン注入装置の一例を部分的
に示す平面図である。

【図２】図１のイオン注入装置の側面図である。

【図３】図１中のシールド板へ印加する電圧を０Ｖにし
た場合の走査電圧波形の一例を示す図である。

【図４】図１中のシールド板へ印加する電圧を＋３００
Ｖにした場合の走査電圧波形の一例を示す図である。

【図５】図１中のシールド板へ印加する電圧を０Ｖにし
た場合の基板面内の注入量分布の一例を示す図である。

【図６】図１中のシールド板へ印加する電圧を＋３００
Ｖにした場合の基板面内の注入量分布の一例を示す図で
ある。

【図７】イオンビームが当たった金属板から放出される
二次電子のエネルギー分布の一例を示す概略図である。

【図８】従来のイオン注入装置の一例を部分的に示す平
面図である。

【図９】図８のイオン注入装置の側面図である。

【図１０】正常な走査電圧波形の一例を示す図である。

【図１１】走査電源に対して大きな負荷変動がある場合
の走査電圧波形の一例を示す図である。

【符号の説明】

２ イオンビーム ４ 走査電極 ６ シールド板 ６ａ 開口部 ８ 走査電極 １０ 基板 ２０ 走査電源 ３０ 支柱 ３２ 絶縁碍子 ３４ 直流電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームを静電的に走査する一対の
   走査電極と、この走査電極に概ね三角波状の走査電圧を
   印加する走査電源と、前記走査電極のすぐ下流側に設け
   られていて当該走査電極の電界の影響が及ぶ範囲を限定
   するものであってイオンビームを通過させる開口部を有
   するシールド板とを備えるイオン注入装置において、前
   記シールド板を大地電位部から電気的に絶縁し、このシ
   ールド板に大地電位に対して正の電圧を印加する直流電
   源を設けたことを特徴とするイオン注入装置。