JPH1064470A - Scanning device for ion-implanting device - Google Patents

Scanning device for ion-implanting device

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JPH1064470A
JPH1064470A JP8231519A JP23151996A JPH1064470A JP H1064470 A JPH1064470 A JP H1064470A JP 8231519 A JP8231519 A JP 8231519A JP 23151996 A JP23151996 A JP 23151996A JP H1064470 A JPH1064470 A JP H1064470A
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JP
Japan
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electrode
electric field
electrodes
parallel
ion beam
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JP8231519A
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Japanese (ja)
Inventor
Tei Kitagawa
禎 北川
Yutaka Inai
裕 井内
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evenly implant the dopant into a wafer in a scanning device for ion-implanting device for scanning the ion beam to be implanted in a semi-conductor wafer in parallel with each other in a constant direction and formed of two pairs of deflecting electrodes by using a U-shaped electrode for at least the second deflecting electrode. SOLUTION: This device is formed by combining a first deflecting electrode, which is provided along the ion beam and in which two parallel electrodes are provided opposite to each other so as to generate the alternating electric field, and a second deflecting electrode, which is provided in rear of the first deflecting electrode 1 along the ion beam and in which two parallel electrodes are provided opposite to each other, so as to apply the alternating electric field in the direction opposite to the electric field of the first deflecting electrode. In this device, parallel electrodes of at least second deflecting electrode are formed into a U-shaped electrode, of which end in parallel with the beam is bent inside, so as to even the distribution of the electric field in the vertical direction of the electrode. Consequently, the distribution of ion beam in a space at the time of incidence of a sample is evened, so as to form a 90-degree angle of incidence.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体製造工程に
おけるイオン注入装置の走査装置に関する。イオン注入
装置は、加速されたイオンビ−ムを半導体ウエハ−など
の試料に注入する装置である。イオン源、質量分離器、
加速管、走査機構等を含む。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a scanning device of an ion implantation apparatus in a semiconductor manufacturing process. An ion implantation apparatus is an apparatus for implanting accelerated ion beams into a sample such as a semiconductor wafer. Ion source, mass separator,
Includes acceleration tube, scanning mechanism, etc.

【0002】イオン源は原料ガスを高周波、マイクロ
波、直流電界放電などによって励起しプラズマとし、電
界の作用によってビームとして引き出す。このビームは
所望のイオンだけでなく様々のイオンを含む。そこで磁
石によってビームを曲げ所望の質量のイオンだけを選択
する。これが質量分離器である。加速管はイオンを所望
のエネルギーに加速するものである。走査機構は細いイ
オンビ−ムを一次元的或いは二次元的に走査して広いウ
エハ−の全面にイオンビ−ムを注入するようにするもの
である。本発明はこの走査装置の改良に関する。
[0002] An ion source excites a raw material gas by high frequency, microwave, DC electric field discharge or the like to produce plasma, and extracts it as a beam by the action of an electric field. The beam contains various ions as well as the desired ions. Therefore, the beam is bent by the magnet and only ions having a desired mass are selected. This is the mass separator. The accelerator tube accelerates ions to a desired energy. The scanning mechanism scans a thin ion beam one-dimensionally or two-dimensionally and implants the ion beam over the entire surface of a wide wafer. The invention relates to an improvement of this scanning device.

【0003】[0003]

【従来の技術】走査装置は磁界を用いたものと、電界を
用いたものの2種類がある。走査というのは電界または
磁界を周期的に変化させ、ビーム経路を左右に振動させ
るものである。1回曲げるだけでも走査はできる。しか
しそれであると試料の端において入射するビームは面に
対して傾く。注入密度が面内で均一であることが強く要
望される。そこで一回曲げたビームを同じ角度だけ反対
方向に曲げて試料面に常に直角に入射するようにする装
置が増えてきた。すると磁石にせよ、電極にせよ二組の
ビーム偏向装置が必要になる。
2. Description of the Related Art There are two types of scanning devices, those using a magnetic field and those using an electric field. Scanning is to change the electric or magnetic field periodically to oscillate the beam path left and right. Scanning can be performed with only one bend. However, this implies that the beam incident at the edge of the sample is inclined with respect to the plane. It is strongly desired that the injection density be uniform in the plane. Accordingly, there has been an increasing number of devices that bend a beam once by the same angle but in the opposite direction so that the beam always enters the sample surface at a right angle. Then, two sets of beam deflectors are required, whether magnets or electrodes.

【0004】本発明は電界を用いてイオンビ−ムを走査
するものに関する。従来は単純な平行平板電極を用いて
イオンビ−ムの平行走査を行っていた。平行平板電極の
間に電圧を掛けると、その間にほぼ一様な電界が形成さ
れる。電界を正弦波的に振動させる。これにより電極間
で一様にビームを振る事ができる。初めの一組の平行平
板電極に周期的に変化する電圧を印加し、ビームを左右
に振動させる。次の平行平板電極は反対向きの電圧を同
期して印加し、ビームを反対側に曲げる。こうして常に
面に対して直角なビームとする。
The present invention relates to an apparatus for scanning an ion beam using an electric field. Conventionally, parallel scanning of an ion beam has been performed using a simple parallel plate electrode. When a voltage is applied between the parallel plate electrodes, a substantially uniform electric field is formed therebetween. The electric field oscillates sinusoidally. Thereby, the beam can be uniformly oscillated between the electrodes. A periodically changing voltage is applied to the first set of parallel plate electrodes to oscillate the beam left and right. The next parallel plate electrode applies the opposite voltage synchronously and bends the beam to the opposite side. Thus, the beam is always perpendicular to the surface.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし平行平板電極に
よっては一様な電界が形成されない。中央部と端部では
電界、電気力線の分布が異なる。このためにイオンに作
用するクーロン力が中央と端において相違する。従って
イオンビームの偏向量が一様にならない。
However, a uniform electric field cannot be formed by the parallel plate electrodes. The distribution of the electric field and the lines of electric force differ between the center and the end. For this reason, the Coulomb force acting on the ions is different between the center and the end. Therefore, the amount of deflection of the ion beam is not uniform.

【0006】より具体的に説明する。イオンビ−ムの平
行走査を2組の平行平板電極で行うとき、平行平板電極
間に形成される電気力線は図2のようになる。中央部で
はほぼ平行に分布する。しかし電極の両端では電気力線
が外側に膨らむ。電気力線は太鼓のような形状になる。
これは端での電気力線の密度を下げた方がマクスウエル
の応力を低くできるからである。中央部で電気力線の密
度を下げる事はできないから端だけで密度を下げる。た
めに端付近で電界が弱くなるのである。このとき等電位
線は図3のようになる。等電位面は電気力線に直交する
からこのように凹レンズのような分布になる。
This will be described more specifically. When the parallel scanning of the ion beam is performed with two sets of parallel plate electrodes, the lines of electric force formed between the parallel plate electrodes are as shown in FIG. In the center, they are distributed almost in parallel. However, lines of electric force swell outward at both ends of the electrode. The lines of electric force are shaped like a drum.
This is because the lower the density of the lines of electric force at the end, the lower the Maxwell stress. Since the density of the electric flux lines cannot be reduced at the center, the density is reduced only at the ends. Therefore, the electric field becomes weak near the end. At this time, the equipotential lines are as shown in FIG. Since the equipotential surface is orthogonal to the lines of electric force, the distribution becomes like a concave lens.

【0007】イオンビームは中央部から端部にかけて広
くに入射する。これが電界による力を受けて電気力線の
方向に曲がる。ところが電気力線の方向と強さが電極に
近い部位と電極から遠い部位によって異なる。ために端
部と中央部で走査の速度が異なってくるのである。イオ
ンビ−ムは電極間を通り過ぎるので、ビームの曲がりは
通過時間中に受けるクーロン力の和、つまり力積に比例
する。ところが通過する経路によって、力積が異なるか
ら、電界に比例した走査速度とはならない。座標系を取
って説明する。
[0007] The ion beam is widely incident from the center to the end. This bends in the direction of the line of electric force under the force of the electric field. However, the direction and strength of the lines of electric force differ depending on the part close to the electrode and the part far from the electrode. Therefore, the scanning speed differs between the end and the center. Since the ion beam passes between the electrodes, the bending of the beam is proportional to the sum of the Coulomb forces received during the passage time, that is, the impulse. However, since the impulse differs depending on the path that passes, the scanning speed is not proportional to the electric field. A description will be given taking a coordinate system.

【0008】イオンビ−ムの方向をZ軸に、電極面に直
交する方向をX軸にとり、電極面をYZ面とする。電極
のZ方向の長さをW、Y方向の長さをH、電極間隔をB
とする。電極間に印加する電圧はVsinωtという正
弦波によって示す事ができる。中央部での電界は(V/
B)sinωtとなる。その時刻時刻において一様な電
界となる。しかし電極板近く(x=±Bの近く)ではそ
うはゆかない。電極近傍においては、X軸方向に電気力
線が一様でない。つまり電界強度が不均一である。する
と走査量が異なってくる。
The direction of the ion beam is set to the Z axis, the direction orthogonal to the electrode surface is set to the X axis, and the electrode surface is set to the YZ plane. The length of the electrode in the Z direction is W, the length in the Y direction is H, and the electrode interval is B
And The voltage applied between the electrodes can be represented by a sine wave Vsinωt. The electric field at the center is (V /
B) sinωt. At that time, the electric field becomes uniform. However, this is not the case near the electrode plate (near x = ± B). In the vicinity of the electrode, the lines of electric force are not uniform in the X-axis direction. That is, the electric field strength is not uniform. Then, the scanning amount differs.

【0009】従って、中央部を通過するイオンビ−ムと
電極近傍を通過するイオンビ−ムの偏向角度は異なる。
偏向電極が一組だけならばいいのであるが、二組使うの
で新たな問題が生ずる。どうして二組の偏向電極を使う
必要があるのかという事を述べる。
Therefore, the deflection angle of the ion beam passing through the center portion and the ion beam passing near the electrode are different.
It would be fine if there was only one set of deflection electrodes, but a new problem arises because two sets are used. I will explain why it is necessary to use two sets of deflection electrodes.

【0010】ビームを左右に1回振っただけでは、試料
に直角にビームが入らない。振った角度だけ直角からず
れてくる。イオンビ−ム入射の均一性が厳しく要求され
る場合、面に直交する方向に入射することが求められ
る。すると一旦角度Θだけ振ったビームをもう一度反対
の方向に同じ角度−Θだけ振る必要がある。そのために
もう一つの電極を設ける。これで反対方向に同じだけ振
るようにする。
[0010] The beam does not enter the sample at right angles if the beam is swung right and left only once. It shifts from the right angle by the angle you shake. When the uniformity of ion beam incidence is strictly required, it is required to be incident in a direction perpendicular to the plane. Then, the beam once swung by the angle Θ needs to be swung again by the same angle − 同 じ in the opposite direction. For that purpose, another electrode is provided. Now shake the same amount in the opposite direction.

【0011】すると試料面に常に直角にビームが入る事
になる。初めの電極を第1偏向電極と呼び、つぎの電極
を第2偏向電極と呼ぶ。図4はそのような2組の電極を
示す。ビームラインにそって第1偏向電極1、第2偏向
電極2、ターゲット3が並んでいる。イオン源(図示し
ない)から出たイオンビ−ムはZ軸方向に進行する。第
1偏向電極1の中央部に入り、ここでVsinωtの力
を受けて左右(X方向)に走査される。
Then, the beam always enters the sample surface at right angles. The first electrode is called a first deflection electrode, and the next electrode is called a second deflection electrode. FIG. 4 shows two such sets of electrodes. The first deflection electrode 1, the second deflection electrode 2, and the target 3 are arranged along the beam line. An ion beam emitted from an ion source (not shown) travels in the Z-axis direction. The beam enters the center of the first deflection electrode 1 and is scanned right and left (X direction) under the force of Vsinωt.

【0012】これが第2偏向電極に入り反対の力−Us
in(ωt−τ)の力を受ける。V、Uは第1偏向電
極、第2偏向電極のX方向の電界振幅である。τはビー
ムが第1偏向電極の中心から第2偏向電極の中心に到る
までに要する遅延時間である。第1偏向電極1よりも第
2偏向電極2の方が電極間隔Bが広い。これは当然のこ
とである。既に左右に(X方向)振られたビームがやっ
てくるからである。長さWも長くなる。電極間の距離B
が広いのに第1電極と同じ力積を与えなくてはならない
から電極の長さW(Z方向)も大きくなるのである。
This enters the second deflection electrode and has the opposite force -Us
in (ωt-τ). V and U are the electric field amplitudes in the X direction of the first deflection electrode and the second deflection electrode. τ is a delay time required for the beam to reach the center of the first deflection electrode from the center of the second deflection electrode. The electrode interval B is wider in the second deflection electrode 2 than in the first deflection electrode 1. This is natural. This is because the beam already swung right and left (X direction) comes. The length W also increases. Distance B between electrodes
Although the width is large, the same impulse as that of the first electrode must be given, so that the length W (Z direction) of the electrode also increases.

【0013】イオン源から出たビームは細くて第1偏向
電極の中央に入るから余り問題はない。しかし第2偏向
電極に入るときは初めから端部(X方向に振れている)
に入るので平行平板電極が形成する電界不均一の影響が
強く現れる。但し注意しなければならない。図2におい
て電極近くを通るビームも、中央部を通るビームもZ方
向には電極板の間の全長を通過するから、電気力線の乱
れのない部分を通過する時間がもっとも長い。電気力線
の乱れのあるz=±W/2の部分を通る時間は短い。
Since the beam emitted from the ion source is thin and enters the center of the first deflection electrode, there is no problem. However, when entering the second deflecting electrode, it is at the end (swaying in the X direction) from the beginning.
Therefore, the influence of the non-uniform electric field formed by the parallel plate electrodes appears strongly. But be careful. In FIG. 2, since the beam passing near the electrode and the beam passing through the central portion pass through the entire length between the electrode plates in the Z direction, the time required to pass the portion where the electric flux lines are not disturbed is the longest. The time required to pass through z = ± W / 2 where there is disturbance in the lines of electric force is short.

【0014】第2電極での電界不均一の二つの影響を受
けるから、ターゲット(試料)に入った時におけるビー
ムの位置はsinωtからはずれてしまう。それだけで
なく入射角も端部と中央部では相違する。ビームが電極
の極近傍(x=±B/2)へ走査されたときは第2偏向
電極での偏向が過度になる傾向にある。つまりビームが
内側に曲がってしまう。これでは試料(ターゲット)面
内に均一にイオンビ−ムを注入することができない。こ
れは図2によって直観的に理解される。x=0のあたり
をZ方向に抜ける時やや弱い電場を感じるが、x=±B
/2の近傍ではより強い電場を感じる。つまりx=0近
傍の電場E0 の方が、x=±B/2の近傍での電場E1
よりも僅かに小さい。E0 <E1 である。このような不
一致があるから、周辺を通るイオンビ−ムは過偏向にな
るのである。
[0014] Because of the two effects of electric field non-uniformity at the second electrode, the beam position when entering the target (sample) deviates from sinωt. In addition, the incident angle is different between the end and the center. When the beam is scanned very close to the electrode (x = ± B / 2), the deflection at the second deflection electrode tends to be excessive. That is, the beam bends inward. In this case, the ion beam cannot be uniformly implanted in the sample (target) surface. This is intuitively understood by FIG. When passing through x = 0 in the Z direction, a slightly weak electric field is felt, but x = ± B
In the vicinity of / 2, a stronger electric field is felt. That person of the electric field E 0 of x = 0 near, the electric field E 1 in the vicinity of x = ± B / 2
Slightly smaller than. E 0 <E 1 . Due to such a mismatch, the ion beam passing through the periphery is over-polarized.

【0015】イオンビ−ムの注入量の均一性の要求は厳
しく、面内で揺らぎが0.5%以下であることが望まれ
る。すると平行平板電極を2組のイオンビ−ム経路に並
べた従来の走査装置ではその要求を満足する事ができな
い。
The demand for the uniformity of the ion beam implantation amount is severe, and it is desired that the fluctuation in the plane be 0.5% or less. Then, the conventional scanning device in which the parallel plate electrodes are arranged in two sets of ion beam paths cannot satisfy the requirement.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】イオンビ−ムの平行走査
を行う偏向電極をコ字形状のものに(図1参照)にす
る。こうすることによって、電気力線を図5のように矯
正することができる。但し図2はXZ面の断面図、図5
はXY面の断面図である。切断面が違う。しかし平行平
板電極であるから、XY面においても図2と同じような
電気力線の分布になる。
A deflection electrode for parallel scanning of an ion beam is formed in a U-shape (see FIG. 1). By doing so, the electric flux lines can be corrected as shown in FIG. However, FIG. 2 is a sectional view of the XZ plane, and FIG.
Is a sectional view of the XY plane. The cut surface is different. However, since the electrodes are parallel plate electrodes, the distribution of electric lines of force is the same on the XY plane as in FIG.

【0017】図2の場合電気力線が中央部で膨らむ凸レ
ンズ型になるのに反し、コ字型電極の場合は中央で窪む
凹レンズ型になる。x=0の線に沿って進行するイオン
ビ−ムに加わる電界E0 が強化される。周辺x=±B/
2の近くを通るビームが感じる電界E1 が相対的に弱く
なる。ためにE0 =E1 となる。周辺での過度の偏向が
是正されるので、図4に示したような周辺ビームの過偏
向の問題を解決することができる。
In the case of FIG. 2, the lines of electric force have a convex lens type which swells at the center, whereas a U-shaped electrode has a concave lens type which is depressed at the center. The electric field E 0 applied to the ion beam traveling along the line of x = 0 is strengthened. Peripheral x = ± B /
Electric field E 1 that the beam passes close to 2 feel is relatively weak. Therefore, E 0 = E 1 . Since the excessive deflection at the periphery is corrected, the problem of over-deflection of the peripheral beam as shown in FIG. 4 can be solved.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明は、少なくとも第2偏向電
極に図1のようなコ字型電極を用いる。コ字型電極を用
いたときのXY面での電界および等電位線はおのおの図
5及び図6のようになる。電極が両端袖Lを持ってい
る。図5に現れるように、電気力線が袖Lに垂直に交差
するために内側に狭い凹レンズ型の分布になる。イオン
ビ−ムは、中央に描いた線(y=0)の上を左右に揺れ
る(X方向)。中央付近の電界E0 が強化される。同じ
事は図6の等電位面の分布の変化を見てもわかる。両袖
Lが等電位面を両側で持ち上げるから、y=0の線上に
おけるx=±B/2の近傍の電界Eが減少する。つまり
y=0の線にそってビームが走査されるが、その線にお
いてEが一様になる。E0 =E1 となるのである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a U-shaped electrode as shown in FIG. 1 is used as at least a second deflection electrode. The electric fields and equipotential lines on the XY plane when the U-shaped electrode is used are as shown in FIGS. 5 and 6, respectively. The electrodes have sleeves L at both ends. As shown in FIG. 5, since the lines of electric force intersect perpendicularly with the sleeve L, the distribution has a concave lens shape narrow inside. The ion beam sways right and left (X direction) on a line drawn in the center (y = 0). The electric field E 0 near the center is strengthened. The same can be understood from the change in the distribution of the equipotential surfaces in FIG. Since both sleeves L raise the equipotential surface on both sides, the electric field E near x = ± B / 2 on the line at y = 0 decreases. That is, the beam is scanned along the line of y = 0, and E is uniform in the line. E 0 = E 1 .

【0019】電極近傍を通るビームの過偏向を防ぎ、試
料には同時に垂直入射する事ができるようになる。図1
のコ字型電極において、両袖Lの寸法は、電極間隔Bの
0.05以上であれば、中央部の電界E0 を強化する効
果がある。0.1以上であればより効果的である。もち
ろん0.5を越えることはできない。0.2〜0.4程
度でE0 =E1 とすることができる。
The beam passing through the vicinity of the electrode is prevented from being over-deflected, so that the beam can be simultaneously vertically incident on the sample. FIG.
In the U-shaped electrodes, the dimensions of both sleeves L as long 0.05 or more electrode spacing B, the effect of enhancing the electric field E 0 of the central portion. 0.1 or more is more effective. Of course, it cannot exceed 0.5. It can be E 0 = E 1 at about 0.2 to 0.4.

【0020】図4において第1偏向電極の長手方向の長
さをgとし電界をFとし、電子質量をmとする、イオン
ビ−ムのX方向の速度をu、Z方向の速度をw(一定)
とする。長さgだけで電界Eを感ずるとする。第1偏向
電極での運動方程式は、
In FIG. 4, the length of the first deflection electrode in the longitudinal direction is g, the electric field is F, the electron mass is m, the velocity of the ion beam in the X direction is u, and the velocity in the Z direction is w (constant). )
And It is assumed that the electric field E is felt only by the length g. The equation of motion at the first deflection electrode is

【0021】mdu/dt=Fe (1) wdt=dz (2)Mdu / dt = Fe (1) wdt = dz (2)

【0022】(2)はZ方向の速度が一定であることを
利用し、独立変数をtからzにおき変えるための式であ
る。これを解いて第1偏向電極の端でのビームの偏奇と
傾きが分かる。それを延長し第2偏向電極の始端でのビ
ーム偏奇x0 と傾きdx/dzが決まる。
(2) is an equation for changing the independent variable from t to z using the fact that the velocity in the Z direction is constant. By solving this, the deviation and inclination of the beam at the end of the first deflection electrode can be determined. By extending this, the beam deviation x 0 and the inclination dx / dz at the start end of the second deflection electrode are determined.

【0023】x0 =FegS/2mw2 (3) dx/dz=Feg/mw2 (4)X 0 = FegS / 2mw 2 (3) dx / dz = Feg / mw 2 (4)

【0024】となる。第2偏向電極の入口の真中に座標
系をとる。第2偏向電極の電界をEとする。長さWで電
界が一定値を保持しその間でのみ電界を感じるとする
と、第2偏向電極における運動方程式は、
## EQU1 ## A coordinate system is set in the middle of the entrance of the second deflection electrode. The electric field of the second deflection electrode is E. Assuming that the electric field holds a constant value at the length W and the electric field is sensed only during that time, the equation of motion at the second deflection electrode is

【0025】mdu/dt=Ee (5) wdt=dz (6)Mdu / dt = Ee (5) wdt = dz (6)

【0026】これを解いて、 dx/dz=(eFg/mw2 )−(eEz/mw2 ) (7) x=(eFgz/mw2 )−(eEz2 /2mw2 )+(eFgS/2mw2 ) (8)[0026] In solving this, dx / dz = (eFg / mw 2) - (eEz / mw 2) (7) x = (eFgz / mw 2) - (eEz 2 / 2mw 2) + (eFgS / 2mw 2 ) (8)

【0027】となる。ビームが軸線方向に平行になるの
は(7)式が0となるところである。このときのzは z=Fg/E (9)
## EQU1 ## The point where the beam becomes parallel to the axial direction is where equation (7) becomes zero. Z at this time is z = Fg / E (9)

【0028】である。第1偏向電極の電界Eは(時間的
には変化するが)空間的には一定である。ところが第2
偏向電極の電界Eは空間的に一様でない。ビームの入射
点が違うからである。x=0の中央部での値E0 は小さ
く、x=±B/2の電極近くでの値E1 が大きい。する
とビームが軸線平行になるzの値が中央部で大きく、電
極近くで小さいということになる。もしも中央部でビー
ムが軸線平行になるように、第2偏向電極の長さWを決
めたとすると、
Is as follows. The electric field E of the first deflection electrode is spatially constant (although it varies with time). But second
The electric field E of the deflection electrode is not spatially uniform. This is because the beam incident point is different. The value E 0 near the center of x = 0 is small, and the value E 1 near the electrode where x = ± B / 2 is large. Then, the value of z at which the beam becomes parallel to the axis is large at the center and small near the electrode. If the length W of the second deflection electrode is determined so that the beam is parallel to the axis at the center,

【0029】W=Fg/E0 (10)W = Fg / E 0 (10)

【0030】となる。この長さは、電極近くを通るビー
ムに対しては長すぎる。電極近くのビームは既に内向き
に曲がっている。これが過偏向の原因である。過偏向は
ビームを非平行にするだけではない。試料の入射面での
ビーム密度を不均一にする。もしも第2偏向電極の電界
が一様であるとすると、z=Wでのxの値は、W=Fg
/Eを(8)に代入して、
## EQU1 ## This length is too long for a beam passing near the electrodes. The beam near the electrode is already bent inward. This is the cause of over-deflection. Over-deflection does not just make the beam non-parallel. Non-uniform beam density at the sample entrance surface. If the electric field of the second deflection electrode is uniform, the value of x at z = W is W = Fg
/ E into (8),

【0031】 x=(eFg/2Mw2 ){S+(Fg/E)} (11)X = (eFg / 2Mw 2 ) {S + (Fg / E)} (11)

【0032】となる。もしも第2偏向電極の電界が空間
的に一様であれば、E→Esinωt、F→Fsinω
tと置き換えたものが時間変化を与える式になる。これ
は、
## EQU1 ## If the electric field of the second deflection electrode is spatially uniform, E → Esinωt, F → Fsinω
What replaces t is an expression that gives a time change. this is,

【0033】 x=(eFg/2Mw2 ){S+(Fg/E)}sinωt (12)X = (eFg / 2Mw 2 ) {S + (Fg / E)} sinωt (12)

【0034】となり常に平行ビーム(dx/dz=0)
である。そのままの密度を保って試料に入射する事がで
きる。試料面では一様分布のイオンビ−ムが注入される
ことになる。ところがEが空間的に一様でなく電極近く
では強く過偏向になる。試料面での入射角Φの90゜か
らのズレの角の変動と、入射ビーム不均一の関係は次の
ような式によって評価する事ができる。
And always a parallel beam (dx / dz = 0)
It is. It is possible to enter the sample while maintaining the same density. Ion beams having a uniform distribution are implanted on the sample surface. However, E is not spatially uniform, and becomes strongly deflected near the electrode. The relationship between the variation of the deviation of the incident angle Φ from 90 ° on the sample surface and the non-uniformity of the incident beam can be evaluated by the following equation.

【0035】TdΦ/dx (13)TdΦ / dx (13)

【0036】Tは第2偏向電極と試料の距離である。本
発明は第2偏向電極の電極板の両側に折れ曲がり部Lを
作っているから、y=±H/2の近傍で電気力線を絞
り、x→0の方へ引き寄せるので、y=0の近傍でのE
のx依存性を少なくする事ができる。つまりδE/δx
=0(y=0)とすることができる。するとz=Wの面
でのビームは常にZ軸に平行となる。すると試料面への
入射点の変化は(12)によって与えられる。走査関数
sinωtと全く同じ変動をするから入射ビーム密度が
均一になる。
T is the distance between the second deflection electrode and the sample. In the present invention, since the bent portions L are formed on both sides of the electrode plate of the second deflecting electrode, the electric lines of force are narrowed in the vicinity of y = ± H / 2 and are drawn toward x → 0. E near
Can be reduced. That is, δE / δx
= 0 (y = 0). Then, the beam on the plane of z = W is always parallel to the Z axis. Then, the change of the incident point on the sample surface is given by (12). Since the fluctuation is exactly the same as the scanning function sinωt, the incident beam density becomes uniform.

【0037】[0037]

【実施例】図4における第2偏向電極を図1のようなコ
字型電極とした。すると中央部の電界強度が増えて、周
辺部の強度が相対的に低下し、過偏向の問題が矯正され
る。より一様な偏向をする事ができる。本発明は、二組
の偏向電極を組み合わせたイオンビ−ム走査装置におい
て、特に第2偏向電極にコ字型電極を用いて電界分布を
電極垂直方向に一様にしたので、試料入射時のイオンビ
−ムの空間分布が一様になり、入射角度が90゜にそろ
うようになる。ウエハ−に対してドーパントを一様に注
入することができる。精度の高い不純物注入を行うこと
ができる。もちろん第1偏向電極もコ字型電極にするこ
ともできる。
EXAMPLE The U-shaped electrode as shown in FIG. 1 was used as the second deflection electrode in FIG. Then, the electric field intensity at the central portion increases, and the intensity at the peripheral portion relatively decreases, so that the problem of over-deflection is corrected. A more uniform deflection can be achieved. According to the present invention, in an ion beam scanning apparatus in which two sets of deflection electrodes are combined, an electric field distribution is made uniform in a direction perpendicular to the electrodes by using a U-shaped electrode as a second deflection electrode. The spatial distribution of the beam is uniform and the angle of incidence is aligned with 90 °. The dopant can be uniformly implanted into the wafer. Accurate impurity implantation can be performed. Of course, the first deflection electrode can also be a U-shaped electrode.

【0038】図7は従来の平行平板電極を使用した走査
装置によってビーム走査した時の、試料面でのビームの
注入角の90゜からのズレをウエハ−面内で測定した結
果を示すグラフである。P+ イオンを50keVに加速
してこれを二組の偏向電極によって偏向したものであ
る。ウエハ−は直径200mmの8インチウエハ−であ
る。横軸はウエハ−のX軸に平行な直径に沿う端から中
心を経て他の端に至るまでの点である。縦軸はビームの
入射角の90゜からのずれである。角度の1目盛りは
0.2゜である。
FIG. 7 is a graph showing the result of measuring the deviation from 90 ° of the beam injection angle on the sample surface in the wafer plane when beam scanning is performed by a conventional scanning device using parallel plate electrodes. is there. P + ions are accelerated to 50 keV and deflected by two sets of deflection electrodes. The wafer is an 8-inch wafer having a diameter of 200 mm. The horizontal axis is the point from one end along the diameter parallel to the X axis of the wafer to the other end via the center. The vertical axis represents the deviation of the incident angle of the beam from 90 °. One angle scale is 0.2 °.

【0039】曲線が2本あるがこれはビームがウエハ−
を往復するときの経路が異なることによる。電極には正
弦波の電圧sinωtを掛けているが行きと帰りで必ず
しも同一の角度にならないようである。行きにビームは
−0.2゜から+0.2゜まで振れている。帰りのビー
ムは−0.3゜から+0.1゜程度まで振れている。上
下で0.4゜程度の振れである。これは見方によっては
微小な角度ゆらぎに過ぎない。しかし要求水準がより厳
しい場合もあり、90゜からのふれが、0.2゜或いは
0.1゜以下であることが要求される事もある。
There are two curves, which indicate that the beam
This is due to the different route when going back and forth between. Although a sinusoidal voltage sinωt is applied to the electrodes, it does not seem to always be at the same angle in going and returning. On the way, the beam swings from -0.2 ° to + 0.2 °. The return beam swings from -0.3 ° to + 0.1 °. The vertical swing is about 0.4 °. This is only a small angle fluctuation depending on the viewpoint. However, the required level may be more severe, and the deviation from 90 ° may be required to be 0.2 ° or 0.1 ° or less.

【0040】従来の平行平板電極はそのような厳しい条
件に答えることができない。これはビームの平行度(9
0゜からのずれ)の測定結果であるが、平行度からのず
れはビーム分布の乱れと直接の関係があるから、これは
ビーム分布揺らぎを表していると考えて良い。ビーム入
射密度揺らぎは測定し難いので角度揺らぎをここでは測
定している。
The conventional parallel plate electrode cannot meet such severe conditions. This is the beam parallelism (9
(A deviation from 0 °), the deviation from the parallelism has a direct relationship with the disturbance of the beam distribution, so it can be considered that this represents the fluctuation of the beam distribution. Since the beam incident density fluctuation is difficult to measure, the angle fluctuation is measured here.

【0041】図8は本発明の実施例に係るコ字型電極を
使用した時のウエハ−への入射角度の90゜からのズレ
角のX軸に平行な直径に沿う面内分布の測定結果を示す
グラフである。図1の寸法において、L:B=0.3:
1である。これも行きと帰りによってビームの経路が僅
かに異なる。90゜からの負のズレがある。これはウエ
ハ−面内において−0.1゜〜−0.2゜の範囲に収ま
っている。振れの角度は最大で−0.1゜に過ぎない。
全体に90゜からずれているがそれはあまり差し支えな
いことである。面内での角度揺らぎが少なければ良いの
である。
FIG. 8 shows a measurement result of an in-plane distribution along a diameter parallel to the X-axis of a deviation angle from 90 ° of the incident angle on the wafer when the U-shaped electrode according to the embodiment of the present invention is used. FIG. In the dimensions of FIG. 1, L: B = 0.3:
It is one. Again, the path of the beam is slightly different for going and returning. There is a negative deviation from 90 °. This falls within the range of -0.1 ° to -0.2 ° within the wafer plane. The deflection angle is only -0.1 ° at the maximum.
Although it is shifted from 90 ° as a whole, it is not a problem. It suffices if the angle fluctuation in the plane is small.

【0042】図9は、ビームエネルギーを30keV〜
130keVの範囲で変えたときの、試料面での入射ビ
ーム角度の揺らぎ測定の結果を示す。これは90゜から
のズレの角度の最大値から最小値を差し引いたものであ
る。これは標準偏差σではない。
FIG. 9 shows that the beam energy is 30 keV or more.
The result of the fluctuation measurement of the incident beam angle on the sample surface when changing in the range of 130 keV is shown. This is obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the deviation angle from 90 °. This is not the standard deviation σ.

【0043】黒角点が第2偏向電極を平行平板電極にし
たものである。今度は測定点が先ほどの200mmでは
なくて、図7、図8の横軸範囲いっぱいでの最大値−最
小値を求めている。範囲が約300mmである。
The black points indicate the second deflection electrodes formed as parallel plate electrodes. This time, the maximum value-minimum value is obtained not at the measurement point of 200 mm as described above but over the full range of the horizontal axis in FIGS. The range is about 300 mm.

【0044】平行平板電極の場合、130keVに加速
したビームの面内最大角度偏差は0.36゜である。本
発明のコ字型電極の場合は0.18゜である。約半分に
減っている。コ字型電極が特に第2偏向電極として優れ
た効果のあることが如実に分かる。50keVに加速し
た場合も、平行平板電極での最大最小角度差は0.49
゜、本発明では0.26゜というふうに十分に減少して
いる。
In the case of a parallel plate electrode, the maximum in-plane angular deviation of the beam accelerated to 130 keV is 0.36 °. In the case of the U-shaped electrode of the present invention, the angle is 0.18 °. It has been reduced by about half. It can be clearly seen that the U-shaped electrode has an excellent effect particularly as the second deflection electrode. Even when accelerating to 50 keV, the maximum and minimum angle difference between the parallel plate electrodes is 0.49.
{Circle around (2)}, in the present invention, it is sufficiently reduced to 0.26%.

【0045】これは最大値−最小値を測定した結果であ
る。標準偏差はもっと小さい。300mmの範囲で0.
1゜程度である。これは現在の半導体生産技術の厳しい
要求にも十分に答えることができるものである。
This is the result of measuring the maximum value-minimum value. The standard deviation is smaller. 0 in the range of 300 mm.
It is about 1 ゜. This can sufficiently respond to the strict requirements of the current semiconductor production technology.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明は、二組の偏向電極を組み合わせ
たイオンビ−ム走査装置において、特に第2偏向電極に
コ字型電極を用いて電界分布を電極垂直方向に一様にし
たので、試料入射時のイオンビ−ムの空間分布が一様に
なり、入射角度が90゜にそろうようになる。ウエハ−
に対してドーパントを一様に注入することができる。精
度の高い不純物注入を行うことができる。
According to the present invention, in an ion beam scanning apparatus in which two sets of deflection electrodes are combined, in particular, the electric field distribution is made uniform in the vertical direction by using a U-shaped electrode as the second deflection electrode. The spatial distribution of the ion beam at the time of incidence on the sample becomes uniform, and the incidence angle becomes 90 °. Wafer
Can be uniformly implanted. Accurate impurity implantation can be performed.

【0047】入射ビーム密度の揺らぎの方が、角度揺ら
ぎよりも重大な問題である。ここでは密度揺らぎの代わ
りに角度の揺らぎを測定している。両者は相関が強く、
角度の揺らぎが大きいと密度揺らぎも大きくなるから、
後者を前者によって評価することができる。
The fluctuation of the incident beam density is a more serious problem than the fluctuation of the angle. Here, angle fluctuation is measured instead of density fluctuation. Both are strongly correlated,
If the angle fluctuation is large, the density fluctuation also becomes large,
The latter can be evaluated by the former.

【0048】この結果を比較すると、本発明はビーム平
行度の向上に著しい効果を得られることが確認できる。
つまり、ビーム入射密度も一様であるということであ
る。8インチウエハ−において、ビーム入射角の面内の
揺らぎを0.1゜以下にすることも可能である。密度揺
らぎを0.5%以下にできる。優れた発明である。
By comparing the results, it can be confirmed that the present invention can obtain a remarkable effect on the improvement of the beam parallelism.
That is, the beam incident density is also uniform. In an 8-inch wafer, the in-plane fluctuation of the beam incident angle can be made 0.1 ° or less. Density fluctuation can be reduced to 0.5% or less. This is an excellent invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が提案するコ字型電極の軸線方向に直角
な面で切断した断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a U-shaped electrode proposed by the present invention cut along a plane perpendicular to the axial direction.

【図2】従来例に係る平行平板電極による電気力線を描
いた説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating lines of electric force by a parallel plate electrode according to a conventional example.

【図3】従来例に係る平行平板電極による等電位面を描
いた説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an equipotential surface by a parallel plate electrode according to a conventional example.

【図4】イオン注入装置における水平走査のためにふた
つの偏向電極を含む走査装置の概略図。
FIG. 4 is a schematic diagram of a scanning device including two deflection electrodes for horizontal scanning in an ion implantation device.

【図5】コ字型電極が形成する電気力線の分布を示す概
略断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing distribution of lines of electric force formed by U-shaped electrodes.

【図6】コ字型電極が形成する等電位面の分布を表す概
略断面図。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a distribution of equipotential surfaces formed by U-shaped electrodes.

【図7】平行平板電極二組を組み合わせた従来例に係る
平行走査装置によって走査されるイオンビ−ムがウエハ
−に入射する時の入射角度のウエハ−面内分布を示すグ
ラフ。
FIG. 7 is a graph showing an in-plane distribution of an incident angle when an ion beam scanned by a parallel scanning apparatus according to a conventional example in which two parallel plate electrodes are combined is incident on the wafer.

【図8】コ字型電極二組を組み合わせた本発明の実施例
に係る平行走査装置によって走査されるイオンビ−ムが
ウエハ−に入射する時の入射角度のウエハ−面内分布を
示すグラフ。
FIG. 8 is a graph showing an in-plane distribution of an incident angle when an ion beam scanned by a parallel scanning device according to an embodiment of the present invention, which is a combination of two U-shaped electrodes, is incident on the wafer.

【図9】第2偏向電極を平行平板電極とする従来例と、
平行コ字型電極とする本発明において、ビームエネルギ
ーと試料入射角度の90゜からのばらつきの関係につい
ての測定結果を示すグラフ。
FIG. 9 shows a conventional example in which the second deflection electrode is a parallel plate electrode,
FIG. 7 is a graph showing a measurement result on a relationship between beam energy and a variation of a sample incident angle from 90 ° in the present invention having a parallel U-shaped electrode. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1偏向電極 2 第2偏向電極 3 ターゲット(試料) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st deflection electrode 2 2nd deflection electrode 3 Target (sample)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウエハに注入されるイオンビ−ム
を一定方向に平行走査するための装置であって、イオン
ビームにそって設けられる平行電極2枚を対向させ交番
電界を発生させる第1偏向電極と、イオンビ−ムにそっ
て第1偏向電極の後方に設けられ平行電極2枚を対向さ
せ第1偏向電極の電界と反対方向の交番電界を印加する
第2偏向電極とよりなり、少なくとも第2偏向電極の平
行電極はビームに平行な端部が内側に折曲がった形状の
コ字型電極であることを特徴とするイオン注入装置の走
査装置。
An apparatus for scanning an ion beam implanted into a semiconductor wafer in parallel in a predetermined direction, wherein a first electrode is provided to face two parallel electrodes provided along the ion beam to generate an alternating electric field. An electrode and a second deflecting electrode provided behind the first deflecting electrode along the ion beam so as to oppose two parallel electrodes and apply an alternating electric field in a direction opposite to the electric field of the first deflecting electrode. A scanning device for an ion implantation apparatus, wherein the parallel electrodes of the two deflection electrodes are U-shaped electrodes whose ends parallel to the beam are bent inward.
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