JPH1040852A - イオンビーム平行化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン注入装置において収束イオンビームで
Ｘ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方向に走査するためのＸ
Ｙ走査電極装置のイオンビーム進行方向下流側位置で前
記ＸＹ走査電極装置からのイオンビームを平行化する、
一対の対向平板電極を有するイオンイオンビーム平行化
装置であって、従来よりも、被処理基板表面の所定領域
の全域に均一にイオン注入できるようにイオンビーム平
行化処理を行えるものを提供する。 【解決手段】 イオン注入装置において収束イオンビー
ムでＸＹスキャンするためのＸＹ走査電極装置６のイオ
ンビーム進行方向下流側位置でＸＹ走査電極装置６から
のイオンビームを平行化する、一対の対向平板電極７
１、７１を有するイオンビーム平行化装置７であり、該
電極７１、７１が、イオンビーム進行方向に進むに従い
次第に両者の間隔が拡がるように設置されているととも
に、該電極７１、７１間に進入してくるイオンビームＢ
が平行化の方向に向けられる偏向点Ｐ付近で終わる長さ
Ｌを有しているイオンビーム平行化装置７。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入装置にお
いて四重極レンズ等を通過することで収束したイオンビ
ームでＸ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方向に走査するた
めのＸＹ走査電極装置のイオンビーム進行方向下流側位
置で前記ＸＹ走査電極装置からのイオンビームを平行化
する、一対の対向平板電極を有するイオンビーム平行化
装置に関する。

【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。イオン注入装置の１例の概略構成を図５及
び図６に示す。図５はイオン注入装置の概略平面図であ
り、図６は同イオン注入装置の概略側面図である。

【０００３】図５及び図６に示すイオン注入装置は、イ
オン源１、イオン源１が発するイオンビームから所定の
イオンを選択する質量分析器２、分析器２を出たイオン
のうち所定のイオン種を選択的に通過させる分析スリッ
ト３、スリット３を通過したイオンを加速させる加速管
４、加速管４により加速されたイオンビームを収束させ
る四重極レンズ（いわゆるＱレンズ）５、レンズ５を出
た収束したイオンビームでＸ方向及び該Ｘ方向に垂直な
Ｙ方向に走査するためのＸＹ走査電極装置６、ＸＹ走査
電極装置６からのイオンビームを平行化するイオンビー
ム平行化装置７０及びそれに続くエンドステーション８
を備えている。

【０００４】前記ＸＹ走査電極装置６はイオン注入され
るべき基板（被処理基板）Ｓ表面の所定領域をイオンビ
ームでＸＹスキャンするためのものである。イオンビー
ム平行化装置７０は、基板Ｓ表面の所定領域に均一に精
度よくイオン注入を行うためにイオンビームが基板Ｓ表
面の所定領域の各部に対し概ね垂直に入射するように、
前段のＸＹスキャン走査により一定の広がり角の範囲で
進入してくるイオンビームをその入射角度に応じて前記
平行化の方向へ曲げ戻すためのものであり、その曲げ戻
しのための一対の、ここでは水平方向に所定間隔をあけ
られた平行な平板電極７０１、７０１を備えており、こ
れら電極７０１、７０１間にイオンビーム曲げ戻し電界
を発生させるための三角波や波形整形等により実現され
る所定の波形の交番電圧が印加される。図示のイオンビ
ーム平行化装置７０は第２水平走査電極とも称されてい
る。

【０００５】エンドステーション８は、イオン注入の際
に基板Ｓがセットされるターゲット台８１１を有するタ
ーゲット室８１、ターゲット室８１に連設されたエアロ
ック室８２１、８２２及びエアロック室８２１、８２２
に連設された基板搬送室８３を備えている。基板搬送室
８３内には、それぞれが複数の基板を収納することがで
きるカセットＣ・・・が１又は２以上配置されている。

【０００６】イオン注入時には、図示しない大気側ロボ
ットによりカセットＣから被処理基板が１枚取り出され
て、例えば一方のエアロック室８２２内に搬送され、エ
アロック室８２２が真空引きされた後、該基板は図示し
ない真空側ロボットによりターゲット台８１１上に載置
され、立ち起こされてイオン注入が行われる。イオン注
入後は、イオン注入された基板は、図示しない真空側ロ
ボットによりエアロック室８２１に搬入され、エアロッ
ク室８２１が大気ベントされた後、図示しない大気側ロ
ボットにより元のカセット位置に戻される。このような
操作が繰り返される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記イ
オンビーム平行化装置７０には次のような問題がある。
すなわち、同装置におけるイオンビーム曲げ戻しのため
の一対の対向する平行平板電極７０１、７０１間に進入
してくるイオンビームＢは、前段のＸＹ走査電極装置６
によりＸＹ方向に振られつつ一定の広がり角の範囲内で
装置７０に対し種々の入射角度（図７において両電極板
間のイオンビーム進行方向の中心面ｃｓに対する角度）
及び種々の入射方向で進入してくる。そして、図７に示
すように、比較的大きい入射角度θで平行化装置７０へ
進入し、比較的早く電極７０１に接近するイオンビーム
ほど大きく曲げ戻され、平行化装置７０を出たときに
は、曲げ戻され過ぎていることが多い一方、比較的小さ
い入射角度で進入し、比較的遅く電極７０１に接近する
イオンビームは曲げ戻し量が少ない。その結果、これら
曲げ戻し作用を受けたイオンビームが到達する被処理基
板Ｓの表面でみると、部分的にイオンビーム到達密度が
高い領域と低い領域とが発生し、このバラツキのために
イオン注入密度にバラツキが発生する。

【０００８】そこで本発明は、イオン注入装置において
収束イオンビームでＸ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方向
に走査するためのＸＹ走査電極装置のイオンビーム進行
方向下流側位置で前記ＸＹ走査電極装置からのイオンビ
ームを平行化する、一対の対向平板電極を有するイオン
ビーム平行化装置であって、従来よりも、被処理基板表
面の所定領域の全域に均一にイオン注入できるようにイ
オンビーム平行化処理を行えるものを提供することを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、イオン注入装置において収束イオンビームで
Ｘ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方向に走査するためのＸ
Ｙ走査電極装置のイオンビーム進行方向下流側位置で前
記ＸＹ走査電極装置からのイオンビームを平行化する、
一対の対向平板電極を有するイオンビーム平行化装置に
おいて、前記一対の対向平板電極が、イオンビーム進行
方向に進むに従い次第に両者の間隔が拡がるように設置
されていることを特徴とするイオンビーム平行化装置を
提供する。

【００１０】本発明のイオンビーム平行化装置による
と、収束イオンビームは前段のＸＹ走査電極装置により
ＸＹ方向に振られつつ一定の広がり角の範囲内で種々の
角度及び方向で進入してくるが、前記一対の対向平板電
極はイオンビーム進行方向に進むに従い次第に両者の間
隔が拡がるように設置されているので、該両平板電極間
のイオンビーム進行方向の中心面に対し大きい角度（入
射角度）で進入してくるイオンビームであっても、従来
よりは該電極面に対する入射の角度は小さく抑制され
（換言すれば、そのようなイオンビームでも従来よりも
電極に平行に近づいた状態で入射することになり）、そ
れだけかかるイオンビームの曲げ戻し量が過度になるこ
とはない。従ってイオンビーム平行化装置を出たイオン
ビームをいずれも実質上一定方向に向けることができ、
従って被処理基板へのイオンビームの到達、従ってイオ
ン注入は、該基板の所定領域の全体にわたり従来より均
一に行うことができる。

【００１１】なお、イオンビームの曲げ戻し量は、前記
対向平板電極のイオンビーム進行方向の長さ及び（又
は）該対向平板電極へ印加する電圧を変えることで調整
できる。例えば、前記一対の対向平板電極を、その間に
進入してくるイオンビームが前記平行化の方向に向けら
れる偏向点付近で終わるイオンビーム進行方向長さに設
定する場合が考えられ、この場合、この点でもイオンビ
ームの曲げ戻しが過度に行われることがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の一実施形態であるイオン
ビーム平行化装置を備えたイオン注入装置の１例の概略
構成を図１及び図２に示す。図１は該イオン注入装置の
概略平面図であり、図２は同イオン注入装置の概略側面
図である。

【００１３】図１及び図２に示すイオン注入装置は、イ
オン源１、イオン源１が発するイオンビームから所定の
イオンを選択する質量分析器２、分析器２を出たイオン
のうち所定のイオン種を選択的に通過させる分析スリッ
ト３、スリット３を通過したイオンを加速させる加速管
４、加速管４により加速されたイオンビームを収束させ
る四重極レンズ（いわゆるＱレンズ）５、レンズ５を出
た収束したイオンビームでＸ方向及び該Ｘ方向に垂直な
Ｙ方向に走査するためのＸＹ走査電極装置６、ＸＹ走査
電極装置６からのイオンビームを平行化するイオンビー
ム平行化装置７及びそれに続くエンドステーション８を
備えている。

【００１４】このイオン注入装置はイオンビーム平行化
装置７の点を除けば図５及び図６に示すイオン注入装置
と同構成のものであり、両イオン注入装置において同じ
部品には同じ参照符号を付してある。なお、このイオン
注入装置においてＸＹ走査電極装置６は水平垂直走査を
行う電極装置である。

【００１５】イオンビーム平行化装置７は、図３及び図
４にも示してあり、図３は水平面に沿って切断した断面
図であ、図４は側面図である。このイオンビーム平行化
装置７は、装置ケース７２、ケース７２内に配置された
一対の平板電極７１、７１、ケース７２内において平板
電極７１、７１の前後に設けられた開口付き制限板７
３、７４を備えている。

【００１６】一対の平板電極７１、７１のそれぞれは四
角形の平板電極であり、両者は水平方向に間隔をおいて
配置されており、且つ、イオンビーム進行方向に進むに
従い次第に両者の間隔が拡がるように平面でみて「ハ」
の字形に配置されている。また、平板電極７１、７１
は、イオンビーム進行方向へ頂部が若干先行するように
前倒し状に配置されている。

【００１７】ケース７２は、一側壁７２１が扉に形成さ
れており、これはケース本体と扉７２１とを連結するヒ
ンジ７２２により開閉できる。そして、扉７２１の内面
には電極取り付け金具７１１ａ、７１１ｂが取り付けら
れており、さらにこれに傾斜ブロック７１２ａ、７１２
ｂが固定され、この傾斜ブロックに絶縁支持碍子７１３
ａ、７１３ｂを介して一方の平板電極７１が支持されて
いる。

【００１８】また、ケース７２の扉７２１に対向する反
対側の内面には、電極取り付け金具７１１ｃ、７１１ｄ
が取り付けられており、さらにこれに傾斜ブロック７１
２ｃ、７１２ｄが固定され、この傾斜ブロックに絶縁支
持碍子７１３ｃ、７１３ｄを介して他方の平板電極７１
が支持されている。各電極７１には、図示しない電源か
ら、ケース７２の天井壁に設けたフィードスルーＦを介
して電圧を印加できる。この電圧は、イオンビームが基
板Ｓ表面の所定領域の各部に対し概ね垂直に入射するよ
うに、前段のＸＹ走査電極装置６によるＸＹスキャンに
より一定の広がり角の範囲で進入してくるイオンビーム
Ｂをその入射角度に応じて前記基板Ｓに対し概ね垂直と
なる方向へ曲げ戻せる電界を発生させることができるも
のであり、三角波や波形整形等により実現される所定の
波形の交番電圧が採用される。

【００１９】また、各平板電極７１は、一対の平板電極
７１、７１間に進入してくるイオンビームＢがこの電極
間を通過したあとイオン注入位置に配置された被処理基
板Ｓに概ね垂直に入射する方向に向けられる偏向点Ｐ付
近で終わるように、イオンビーム進行方向長さＬが定め
られている。なお、電極７１、７１が前記のように前倒
し状に配置されているのは、被処理基板Ｓへのイオン注
入時、イオンビームはある一定の角度下にオフセットさ
れているので、電極７１、７１もビーム軌道に沿って平
行に配置することで（上記前倒し状に配置することで）
効率よくイオンビーム走査するためである。

【００２０】平板電極７１、７１前方の前記開口付き制
限板７３は、ＸＹ走査電極装置６から出るイオンビーム
のうち広がり角が過度に大きいものを阻止するものであ
り、通過を許可するイオンビームを通すための開口７３
１を有している。また、平板電極７１、７１後方の前記
開口付き制限板７４は、平行化処理されたイオンビーム
のうち、イオン注入に不要な範囲のイオンビームを阻止
するものであり、通過を許可するイオンビームを通すた
めの開口７４１を有している。これら制限板７３、７４
も電極７１、７１と同角度前倒し状に配置されている。

【００２１】以上説明したイオン注入装置においては、
イオン源１で発生したイオンは質量分析器２に送り込ま
れ、イオン質量に応じて異なる軌跡を描くように曲げら
れ、次いで分析スリット３へ進行する。このとき、被処
理基板Ｓに注入すべきイオンが分析スリット３を通過
し、他のイオンの通過が阻止される。分析スリット３を
通過したイオンは加速管４で加速され、四重極レンズ５
で収束され、ＸＹ走査電極装置６で水平垂直方向に振ら
れ、イオンビーム平行化装置７に至る。ここで平行化処
理されたあと、ターゲット室８１に設置された被処理基
板Ｓの所定領域に照射され、かくして該基板Ｓにイオン
注入される。

【００２２】このイオン注入装置において、四重極レン
ズ５で収束したイオンビームはＸＹ走査電極装置６によ
りＸＹ方向に振られつつ一定の広がり角の範囲内でイオ
ンビーム平行化装置７に対し種々の角度及び方向で進入
してくるが、該装置７における一対の対向平板電極７
１、７１はイオンビーム進行方向に進むに従い次第に両
者の間隔が拡がるように「ハ」の字形に設置されている
ので、図３に示すように、両電極７１、７１間のイオン
ビーム進行方向の中心面ＣＳに対し大きい角度α（大き
い入射角度α）で進入してくるイオンビームＢであって
も、従来よりは該電極７１の面に対する入射の角度は小
さく抑制され（換言すれば、そのようなイオンビームで
も従来よりも電極に平行に近づいた状態で入射すること
になり）、それだけかかるイオンビームの曲げ戻し量が
過度になることはなく、また、一対の対向平板電極７
１、７１のイオンビーム進行方向長さＬは、該両電極間
に進入してくるイオンビームが被処理基板Ｓに概ね垂直
な方向に向けられる偏向点Ｐ付近で終わる長さに設定さ
れているので、この点でもイオンビームの曲げ戻しが過
度に行われることがなく、これらにより、このイオンビ
ーム平行化装置７を出たイオンビームはいずれも実質上
一定方向に向けられ、従って被処理基板へのイオンビー
ムの到達、従ってイオン注入は、該基板の所定領域の全
体にわたり従来より均一に行われる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によると、イオン注入装置におい
て収束イオンビームでＸ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方
向に走査するためのＸＹ走査電極装置のイオンビーム進
行方向下流側位置で前記ＸＹ走査電極装置からのイオン
ビームを平行化する、一対の対向平板電極を有するイオ
ンビーム平行化装置であって、従来よりも、被処理基板
表面の所定領域の全域に均一にイオン注入できるように
イオンビーム平行化処理を行えるものを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンビーム平行化装置を備えたイオ
ン注入装置の１例の概略平面図である。

【図２】図１に示すイオン注入装置の概略側面図であ
る。

【図３】図１に示すイオン注入装置におけるイオンビー
ム平行化装置の水平面に沿って切断した断面図である。

【図４】図３に示すイオンビーム平行化装置の側面図で
ある。

【図５】従来のイオンビーム平行化装置を備えたイオン
注入装置の１例の平面図である。

【図６】図５に示すイオン注入装置の概略側面図であ
る。

【図７】図５に示すイオン注入装置におけるイオンビー
ム平行化装置の水平面に沿って切断した断面図である。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ 質量分析器 ３ 分析スリット ４ 加速管 ５ 四重極レンズ ６ ＸＹ走査電極装置 ７ イオンビーム平行化装置 ７１ 平板電極 Ｂ イオンビーム Ｐ 偏向点 ８ エンドステーション ８１ ターゲット室 ８１１ ターゲット台 ８２１、８２２ エアロック室 ８３ 基板搬送室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン注入装置において収束イオンビーム
   でＸ方向及び該Ｘ方向に垂直なＹ方向に走査するための
   ＸＹ走査電極装置のイオンビーム進行方向下流側位置で
   前記ＸＹ走査電極装置からのイオンビームを平行化す
   る、一対の対向平板電極を有するイオンビーム平行化装
   置において、前記一対の対向平板電極が、イオンビーム
   進行方向に進むに従い次第に両者の間隔が拡がるように
   設置されていることを特徴とするイオンビーム平行化装
   置。