JPH0982268A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設備コストの大幅な上昇や装置サイズの増大
といった不具合を招くことなく、試料に対して所望のイ
オンのみを注入することができるイオン注入装置を提供
する。 【解決手段】 イオン生成室から引き出されたイオンビ
ームを質量分析部２にて偏向させ、これによって選別さ
れた目的不純物のイオンを試料に注入するイオン注入装
置である。質量分析部２は、扇形のビーム通路を形成す
る筒型本体７を有しており、その筒型本体７の少なくと
もビーム出口側７ｃの内周面がスパッタ防止のための保
護壁８ａ，８ｂによって全面保護されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関わり、特に目的不純物のイオンをウエハ表面に注入す
るイオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３はイオン注入装置の基本的な構成を
示す概略平面図である。図３において、目的不純物のイ
オン（例えば、Ａｓ⁺ ，Ｂ⁺ 等）は各種のイオンととも
にイオン生成室１にて生成され、そこから図示せぬ引出
電極によってイオンビームが引き出される。こうして引
き出されたイオンビームは、質量分析部２にて与えられ
る扇状磁界により曲げられ（偏向され）、これによって
注入に必要とされるイオンの選別がなされる。質量分析
部２にて選別されたイオンは加速管３にて所定のエネル
ギーに加速され、この加速されたイオンビームがビーム
走査電極４に取り込まれる。ビーム走査電極４ではイオ
ンビームをスキャンさせ、注入室５にセットされた試料
（半導体基板等）６にビームを均一に照射する。これに
より、目的不純物のイオンが試料６に注入されることに
なる。

【０００３】図４は上述した質量分析部２の動作原理を
示す概念図である。先ず、イオン源となるイオン生成室
１では、ソースガスや個体ソースに含まれる各種成分の
イオンが生成される。これに対して質量分析部２では、
目的不純物となる所望のイオンに合わせて磁場の強さが
規定されている。そのため、図中破線で示すように目的
イオンよりも重い元素は大きい半径で、また軽い元素は
小さい半径で曲げられ分離される。したがって、目的不
純物のイオンだけが次の段階、つまり加速管３へと導き
出されることになる。

【０００４】ところで一般に、図４に示す質量分析部２
の筒型本体７は、機械的な剛性の確保や適正な磁場の形
成のためにステンレス等の重金属材料で構成されること
が多い。その場合、質量分析部２でのイオンビームの拡
がりにより、重金属材料の表面に直にビームがヒットす
ると、そのスパッタ作用によって重金属成分が叩き出さ
れ、これがイオン化して所望の目的イオンとともに試料
６に打ち込まれる、いわゆる重金属汚染が起こる。そう
すると、イオン注入後の熱処理（アニール処理）によっ
て重金属成分が拡散され、これによって半導体デバイス
の電気的特性が損なわれてしまう。そのため従来装置に
おいては、質量分析部２でのイオンビームの拡がりに対
応して筒型本体７内の側面をスパッタ防止のための保護
壁８でカバーし、ビームのヒッティングによる重金属成
分の打ち込みを防止するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のイ
オン注入装置では、上述のごとく重金属成分の打ち込み
防止対策を施したにもかかわらず、試料６に対して、目
的不純物以外の不要なイオンが打ち込まれていた。そこ
で、これを回避する手段としては、質量分析部２を通過
させたイオンビームに対し、再度、電場或いは磁場によ
って偏向をかけることで不要な成分を除去することが考
えられる。しかし、そうした場合は電磁場を発生させる
ための電極等が別途必要になるため、設備コストの大幅
な上昇や装置サイズの増大等の新たな問題をはらむこと
になり、必ずしも得策とは言えなかった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、設備コストの大
幅な上昇や装置サイズの増大といった不具合を招くこと
なく、試料に対して所望のイオンのみを注入することが
できるイオン注入装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、イオン生成室から引き出
されたイオンビームを質量分析部にて偏向させ、これに
よって選別された目的不純物のイオンを試料に注入する
イオン注入装置である。質量分析部は、扇形のビーム通
路を形成する筒型本体を有しており、その筒型本体の少
なくともビーム出口側の内周面がスパッタ防止のための
保護壁によって全面保護された構成となっている。

【０００８】したがって本発明のイオン注入装置によれ
ば、、質量分析部の筒型本体のビーム出口側にてイオン
ビームがヒッティングしても、その内周面がスパッタ防
止のための保護壁によって全面保護されているため、質
量分析部にてスパッタされた重金属成分が試料に打ち込
まれることが皆無となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】先ず本発明の実施にあたり、出願
人は、注入室にセットされた試料にイオンビームが到達
した際、所望のイオン以外に重金属系のエネルギーを持
った不純物が混入しているという事実から、この重金属
系不純物の混入源を詳しく調査してみた。そうしたとこ
ろ、イオンビームの経路上で重金属が露出している質量
分析部の筒型本体内の上下面で、多数のビームヒッティ
ング痕が確認された。これはイオンビームが横方向に限
らず縦方向にも拡がりを持つためと考えられ、このこと
から筒型本体の内部が重金属の混入源である可能性がき
わめて高いと判断し、以下に述べるような装置構成を採
用するに至った。

【００１０】図１は本発明に係わるイオン注入装置の一
実施形態を示す図であり、図中（ａ）は質量分析部にお
ける筒型本体の平面概略図、（ｂ）はそのビーム出口側
の斜視図を示している。図１に示すイオン注入装置の構
成において、質量分析部２は扇形のビーム通路を形成す
る筒型本体７を有し、図示せぬ引出し電極によってイオ
ン生成室より引き出されたイオンビームはこの筒型本体
７の内部空間を通して扇状磁界により曲げられ、次段階
の加速管へと導き出されるようになっている。

【００１１】ここで従来においては、筒型本体７の内周
面のうち、イオンビームの拡がりが主として横方向であ
るとの配慮から、左右の側面に対してのみスパッタ防止
のための保護壁を設けるようにしていたが、本実施形態
では機械的な剛性を損なわないよう、筒型本体７の構造
材を従来同様に重金属系の材料（ステンレス等）とした
うえで、筒型本体７内の上下面も含めて、筒型本体７の
内周面を、イオンビームの進行方向に沿ったビーム入口
側７ａ、ビーム偏向領域７ｂ及びビーム出口側７ｃに至
るまで、スパッタ防止のための保護壁８ａ，８ｂにより
全面保護するようにした。

【００１２】さらに詳述すると、筒型本体７内の側面に
対しては従来同様に左右一対の保護壁８ａを装着するよ
うにした。一方、筒型本体７内の上下面に対してはビー
ム偏向領域７ｂが湾曲していることから、筒型本体７を
図１（ａ）に示すようにビーム入口側７ａ、ビーム偏向
領域７ｂ及びビーム出口側７ｃに区分し、各々の領域７
ａ，７ｂ，７ｃに上下一対の保護壁８ｂを個別に装着す
るようにした。

【００１３】ここで、ビーム入口側７ａ及びビーム出口
側７ｃでは、図１（ｂ）に示すように、筒型本体７の内
周面に鍵型の溝を形成し、この鍵型の溝に沿って保護壁
８ｂを着脱自在に装着するようにした。またビーム偏向
領域７では、そのコーナー部Ｒ（図１（ａ））を開閉式
にして、そこから上下部分に保護壁８ｂを着脱自在に装
着するようにした。ちなみに本実施形態においては、ス
パッタ防止のための保護壁８ａ，８ｂとして高純度のグ
ラファイトを採用している。

【００１４】上記構成からなるイオン注入装置において
は、質量分析部２にて扇形のビーム通路を形成する筒型
本体７の内周面がスパッタ防止のための保護壁８ａ，８
ｂによって全面保護されているため、質量分析部２のビ
ーム経路上で重金属の露出箇所が完全に遮蔽される。こ
れにより、筒型本体７内に進入したイオンビームは、縦
横いずれの方向に拡がっても、その内周面を全面保護す
る保護壁８ａ，８ｂにヒッティングするようになるた
め、イオンビームによって重金属がスパッタされること
がなくなる。

【００１５】したがって、注入室にセットされた試料に
対しは、質量分析部２で選別した所望のイオンのみを的
確に注入することが可能となる。ちなみに出願人の実験
結果でも、筒型本体７の内周面を保護壁８ａ，８ｂで全
面保護することにより、従来装置に比較して重金属成分
の汚染濃度が大幅に減少することが確認されている。

【００１６】ところで、筒型本体７のビーム入口側７ａ
やビーム偏向領域７ｂでは、イオンビームによって重金
属がスパッタされても、このスパッタされた重金属成分
と目的とする所望のイオンとの質量差が大きいため、質
量分析部２での扇状磁界によって重金属成分を分離する
ことができるが、ビーム偏向がなされたあとのビーム出
口側７ｃでは、スパッタされた重金属がそのまま所望の
イオンと一緒に加速管へと導出される危険性が高い。

【００１７】このことからイオン注入装置の構成として
は、図２に示すように、筒型本体７の少なくともビーム
出口側７ｃの内壁面をスパッタ防止のための保護壁８
ａ，８ｂによって全面保護しておくだけでも、重金属汚
染を効果的に防止することが可能である。

【００１８】但し、質量分析部２のイオン分解能等によ
っては、ビーム入口側７ａやビーム偏向領域７ｂでスパ
ッタされた重金属を十分に分離できない場合も考えられ
るため、そうした場合は先の実施形態（図１）のように
筒型本体７の全領域７ａ，７ｂ，７ｃにわたり、その内
周面を保護壁８ａ，８ｂによって全面保護しておく方が
重金属汚染対策としては万全である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明のイオン注入
装置によれば、所望のイオンを選別する質量分析部の筒
型本体に対し、少なくともビーム出口側の内周面をスパ
ッタ防止のための保護壁で全面保護することにより、タ
ーゲットとなる試料に対して所望のイオンのみを注入す
ることが可能となるため、イオン注入における重金属汚
染を大幅に低減することができる。その結果、半導体デ
バイスの電気的特性の向上が図られ、特に固体撮像デバ
イスにあっては点欠陥を減少させることができる。また
本発明の実施にあたっては、質量分析部の筒型本体内に
保護壁を装着するだけで済むため、従来のように設備コ
ストの大幅な上昇や装置サイズの増大を招くこともな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるイオン注入装置の一実施形態を
示す図である。

【図２】他の実施形態を示す図である。

【図３】イオン注入装置の基本的な構成を示す概略平面
図である。

【図４】質量分析部の原理説明図である。

【図５】従来装置での質量分析部の構造説明図である。

【符号の説明】

２ 質量分析部 ７ 筒型本体 ８ａ，８ｂ 保護壁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン生成室から引き出されたイオンビ
   ームを質量分析部にて偏向させ、これによって選別され
   た目的不純物のイオンを試料に注入するイオン注入装置
   において、 前記質量分析部は、扇形のビーム通路を形成する筒型本
   体を有するとともに、その筒型本体の少なくともビーム
   出口側の内周面がスパッタ防止のための保護壁によって
   全面保護されていることを特徴とするイオン注入装置。