JPH1064472A - イオン注入装置及び汚染観測方法 - Google Patents
イオン注入装置及び汚染観測方法Info
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- JPH1064472A JPH1064472A JP9155157A JP15515797A JPH1064472A JP H1064472 A JPH1064472 A JP H1064472A JP 9155157 A JP9155157 A JP 9155157A JP 15515797 A JP15515797 A JP 15515797A JP H1064472 A JPH1064472 A JP H1064472A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/02—Details
- H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube
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-
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- H01J2237/304—Controlling tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高エネルギー汚染のレベルをモニタする。
【解決手段】 ビームイオンが所要の注入エネルギーま
で減速される前にフィールド電極で一時的に加速される
際に中性化され、その際にこれによって生じるイオンビ
ームの高エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセス
においてモニタする方法であって、フィールド電極上の
電流ドレインをモニタして中性化したイオン（ないしイ
オン中性化物）のターゲットへの流れを指示するステッ
プを有している。
で減速される前にフィールド電極で一時的に加速される
際に中性化され、その際にこれによって生じるイオンビ
ームの高エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセス
においてモニタする方法であって、フィールド電極上の
電流ドレインをモニタして中性化したイオン（ないしイ
オン中性化物）のターゲットへの流れを指示するステッ
プを有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置に
関し、特に、イオン注入プロセスにおける高エネルギー
中性汚染物の観測に関する。
関し、特に、イオン注入プロセスにおける高エネルギー
中性汚染物の観測に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入法（イオンインプランテーシ
ョン）は、集積回路デバイスの製造工程において、半導
体材料の決まった領域に対して、濃度を選択して不純物
をドーピングすることによりこの領域の電気特性を変え
るために用いられる、標準的なプロセスである。この技
術は、予め選択したイオンの種のビームを生成する工程
と、このビームをターゲットとなる基板の方へ指向させ
る工程を含んでいる。イオン注入の深さは、基板上の注
入点におけるイオンビームエネルギー（即ち、「注入エ
ネルギー」）にとりわけ依存している 代表的なイオン注入装置は真空チャンバを具備している
が、１つのチャンバの中には、相互に連通している多数
のコンパートメントが含まれることがある。１つのコン
パートメントには、所要のイオン種を形成するためのイ
オンソースが具備される。イオン注入に用いる代表的な
イオン種は、ボロン（Ｂ+）、リン（Ｐ+）及びヒ素（Ａ
ｓ+）である。イオンソースからのイオンは、イオンソ
ースの動作を効率よくするように選択した抽出エネルギ
ーで抽出される。この抽出エネルギーのイオンは、一定
の輸送エネルギーでフライトチューブの中を輸送され
る。このフライトチューブの中では、イオンは、通常は
磁石及びこれに付いたマスセレクションスリットの形態
をとるマスセレクタ（質量選別器）の中を通過する。そ
して、選別された質量のイオンは、フライトチューブか
ら出口アパーチャで外に出るが、このときも、係る輸送
エネルギーを有している。
ョン）は、集積回路デバイスの製造工程において、半導
体材料の決まった領域に対して、濃度を選択して不純物
をドーピングすることによりこの領域の電気特性を変え
るために用いられる、標準的なプロセスである。この技
術は、予め選択したイオンの種のビームを生成する工程
と、このビームをターゲットとなる基板の方へ指向させ
る工程を含んでいる。イオン注入の深さは、基板上の注
入点におけるイオンビームエネルギー（即ち、「注入エ
ネルギー」）にとりわけ依存している 代表的なイオン注入装置は真空チャンバを具備している
が、１つのチャンバの中には、相互に連通している多数
のコンパートメントが含まれることがある。１つのコン
パートメントには、所要のイオン種を形成するためのイ
オンソースが具備される。イオン注入に用いる代表的な
イオン種は、ボロン（Ｂ+）、リン（Ｐ+）及びヒ素（Ａ
ｓ+）である。イオンソースからのイオンは、イオンソ
ースの動作を効率よくするように選択した抽出エネルギ
ーで抽出される。この抽出エネルギーのイオンは、一定
の輸送エネルギーでフライトチューブの中を輸送され
る。このフライトチューブの中では、イオンは、通常は
磁石及びこれに付いたマスセレクションスリットの形態
をとるマスセレクタ（質量選別器）の中を通過する。そ
して、選別された質量のイオンは、フライトチューブか
ら出口アパーチャで外に出るが、このときも、係る輸送
エネルギーを有している。
【０００３】イオンソースから有効に抽出を行った後に
フライトチューブの中を輸送させるためには、イオンの
抽出エネルギー及びその後の輸送エネルギーは、典型的
には、１０〜２０ｋｅＶである。抽出エネルギーが低い
場合は、抽出の効率が低下する傾向があり、また、エネ
ルギーを高くするためには、更に出力が高く且つ大型の
磁石が必要となる。
フライトチューブの中を輸送させるためには、イオンの
抽出エネルギー及びその後の輸送エネルギーは、典型的
には、１０〜２０ｋｅＶである。抽出エネルギーが低い
場合は、抽出の効率が低下する傾向があり、また、エネ
ルギーを高くするためには、更に出力が高く且つ大型の
磁石が必要となる。
【０００４】従来技術のイオン注入装置では、１６０ｋ
ｅＶあるいはそれ以上もの注入エネルギーを必要として
おり、フライトチューブから出てきたイオンに対してこ
のような高い注入エネルギーを与えることが、標準的な
手法となっていた。この手法は、「質量選別後の加
速」、あるいは「ポスト加速」と呼ばれている。
ｅＶあるいはそれ以上もの注入エネルギーを必要として
おり、フライトチューブから出てきたイオンに対してこ
のような高い注入エネルギーを与えることが、標準的な
手法となっていた。この手法は、「質量選別後の加
速」、あるいは「ポスト加速」と呼ばれている。
【０００５】近年、１０ｋｅＶよりも低いような低エネ
ルギーで注入を行うことへの要請が高まってきている。
これは、質量選別後の減速（ないし「ポスト減速」）へ
の示唆へと導かれる。
ルギーで注入を行うことへの要請が高まってきている。
これは、質量選別後の減速（ないし「ポスト減速」）へ
の示唆へと導かれる。
【０００６】全てのイオン注入プロセスに関する問題点
の１つに、エネルギー汚染の問題がある。基板に所要の
ドープ材料の構造を与える処理を行うためには、注入す
るイオンのエネルギーは予測可能で且つ制御可能である
ことが重要である。目標とする注入エネルギーに達する
前に、イオンビーム中のイオンが中性に変化したとき、
例えば、真空チャンバ中の残留ガスの原子と電子の交換
が生じた場合に、注入装置で問題が発生する。中性化が
生じれば、所要の注入種の原子は、加速場や減速場の影
響下にはなくなり、その従前のエネルギー状態を維持し
続けることになる。ターゲットとする基板に直線で移動
している際にイオンが中性化されれば、中性化した原子
は、中性化した直後のエネルギーで基板に注入されるこ
とになる。
の１つに、エネルギー汚染の問題がある。基板に所要の
ドープ材料の構造を与える処理を行うためには、注入す
るイオンのエネルギーは予測可能で且つ制御可能である
ことが重要である。目標とする注入エネルギーに達する
前に、イオンビーム中のイオンが中性に変化したとき、
例えば、真空チャンバ中の残留ガスの原子と電子の交換
が生じた場合に、注入装置で問題が発生する。中性化が
生じれば、所要の注入種の原子は、加速場や減速場の影
響下にはなくなり、その従前のエネルギー状態を維持し
続けることになる。ターゲットとする基板に直線で移動
している際にイオンが中性化されれば、中性化した原子
は、中性化した直後のエネルギーで基板に注入されるこ
とになる。
【０００７】注入装置がポスト減速で操作している場合
は、高エネルギーの中性物による汚染は特に深刻な問題
を生じ、イオンが磁場から出てターゲット基板に直線上
を進行する時点と、その後イオンが減速用電界で十分減
速された時点との間で、イオンビームからのイオンを中
性化してしまうことになる。
は、高エネルギーの中性物による汚染は特に深刻な問題
を生じ、イオンが磁場から出てターゲット基板に直線上
を進行する時点と、その後イオンが減速用電界で十分減
速された時点との間で、イオンビームからのイオンを中
性化してしまうことになる。
【０００８】イオンビームに生成する中性物の数は、真
空チャンバの内部の残留ガスの圧力に依存することが知
られており、これはイオンを中性化する電子交換衝突の
数に直接影響する。しかし、残留ガスの圧力が存在して
いる方が望ましい場合もあり、それは、ビームイオンと
残留ガス原子とが衝突すれば、フリーの電子もイオンビ
ームの領域中で生成し、イオンビームの空間荷電量を低
減するからであり、そして、ビーム中の正に荷電したイ
オンが相互に反発してイオンビームが「ブローアップ」
を生じる傾向を、低減するからである
空チャンバの内部の残留ガスの圧力に依存することが知
られており、これはイオンを中性化する電子交換衝突の
数に直接影響する。しかし、残留ガスの圧力が存在して
いる方が望ましい場合もあり、それは、ビームイオンと
残留ガス原子とが衝突すれば、フリーの電子もイオンビ
ームの領域中で生成し、イオンビームの空間荷電量を低
減するからであり、そして、ビーム中の正に荷電したイ
オンが相互に反発してイオンビームが「ブローアップ」
を生じる傾向を、低減するからである
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】フライトチューブの出
口アパーチャから出てきたイオンビームが、注入エネル
ギーまで減速される前に、一時的に加速される場合に、
ターゲット基板への高エネルギー汚染の顕著な問題が生
じる場合もある。一時的に高いエネルギーを獲得しつつ
中性化したイオンの全ては当然に、この高いエネルギー
のままでターゲット基板に注入される。この汚染中性物
のエネルギーは輸送エネルギーよりもかなり高いため、
注入を受けた基板の影響は非常に深刻となる場合があ
る。
口アパーチャから出てきたイオンビームが、注入エネル
ギーまで減速される前に、一時的に加速される場合に、
ターゲット基板への高エネルギー汚染の顕著な問題が生
じる場合もある。一時的に高いエネルギーを獲得しつつ
中性化したイオンの全ては当然に、この高いエネルギー
のままでターゲット基板に注入される。この汚染中性物
のエネルギーは輸送エネルギーよりもかなり高いため、
注入を受けた基板の影響は非常に深刻となる場合があ
る。
【００１０】フライトチューブの出口アパーチャと、フ
ライトチューブに対して負の電位差を有するターゲット
基板との間に、フィールド電極(field electrode)が存
在する場合には、フライトチューブの出口アパーチャか
ら出てくるイオンは、一時的に高いエネルギーに加速さ
れるだろう。このような負のフィールド電極は、電子抑
制電極(electron suppression electrode)として用いて
もよく、この電子抑制電極は、フライトチューブから出
てくるイオンビームの中の電子が、イオンエネルギーを
注入エネルギーまで下げる減速場の作用によりフライト
チューブ内でビームの外に引き出されることを、防止す
るように設計される。しかし、イオンビームがターゲッ
ト基板に到達する前に空間荷電効果によりブローアップ
しやすい傾向に対抗して、フライトチューブの電位より
も比較的低い電位（数キロボルト）だけ負である負のフ
ィールド電極を、フィールド電極を他の電極と組み合わ
せて場を収斂させようとする用途に対して用いてもよ
い。このように比較的低い電位のフィールド電極を用い
る構成は、英国特許第９５２２８８３．９号に記載され
ている。
ライトチューブに対して負の電位差を有するターゲット
基板との間に、フィールド電極(field electrode)が存
在する場合には、フライトチューブの出口アパーチャか
ら出てくるイオンは、一時的に高いエネルギーに加速さ
れるだろう。このような負のフィールド電極は、電子抑
制電極(electron suppression electrode)として用いて
もよく、この電子抑制電極は、フライトチューブから出
てくるイオンビームの中の電子が、イオンエネルギーを
注入エネルギーまで下げる減速場の作用によりフライト
チューブ内でビームの外に引き出されることを、防止す
るように設計される。しかし、イオンビームがターゲッ
ト基板に到達する前に空間荷電効果によりブローアップ
しやすい傾向に対抗して、フライトチューブの電位より
も比較的低い電位（数キロボルト）だけ負である負のフ
ィールド電極を、フィールド電極を他の電極と組み合わ
せて場を収斂させようとする用途に対して用いてもよ
い。このように比較的低い電位のフィールド電極を用い
る構成は、英国特許第９５２２８８３．９号に記載され
ている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴に従
えば、ビームイオンが所要の注入エネルギーまで減速さ
れる前にフィールド電極で一時的に加速される際に中性
化され、その際にこれによって生じるイオンビームの高
エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセスにおいて
モニタする方法であって、フィールド電極上の電流ドレ
インをモニタして中性化したイオン（ないしイオン中性
化物）のターゲットへの流れを指示するステップを有し
ている。このフィールド電極の電流ドレインは、ターゲ
ット基板の汚染の量に対する良好な指示値であることが
見出され、特に、ビームイオンがフィールド電極で加速
されるエネルギーの最大値までのエネルギーに対して良
好な指示値であることが見出された。このことは、ビー
ムイオンの中性化が真空チャンバ内での残留ガス原子と
電子交換することにより生じることを認識することによ
り、説明できるだろう。このことにより、残留ガスの原
子はイオン化するものの、通常は低いエネルギーに維持
されることになる。このような低いエネルギーの残留ガ
スイオンは、次いでフィールド電極に引きつけられ、そ
こで中性化し、この中性化に応じた電流ドレインを電極
に発生させる。その結果、フライトチューブの中のイオ
ンの輸送エネルギーよりも高いエネルギーで生じるター
ゲット基板へのエネルギー汚染に対して、この電極電流
ドレインが直接の測定値となる。
えば、ビームイオンが所要の注入エネルギーまで減速さ
れる前にフィールド電極で一時的に加速される際に中性
化され、その際にこれによって生じるイオンビームの高
エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセスにおいて
モニタする方法であって、フィールド電極上の電流ドレ
インをモニタして中性化したイオン（ないしイオン中性
化物）のターゲットへの流れを指示するステップを有し
ている。このフィールド電極の電流ドレインは、ターゲ
ット基板の汚染の量に対する良好な指示値であることが
見出され、特に、ビームイオンがフィールド電極で加速
されるエネルギーの最大値までのエネルギーに対して良
好な指示値であることが見出された。このことは、ビー
ムイオンの中性化が真空チャンバ内での残留ガス原子と
電子交換することにより生じることを認識することによ
り、説明できるだろう。このことにより、残留ガスの原
子はイオン化するものの、通常は低いエネルギーに維持
されることになる。このような低いエネルギーの残留ガ
スイオンは、次いでフィールド電極に引きつけられ、そ
こで中性化し、この中性化に応じた電流ドレインを電極
に発生させる。その結果、フライトチューブの中のイオ
ンの輸送エネルギーよりも高いエネルギーで生じるター
ゲット基板へのエネルギー汚染に対して、この電極電流
ドレインが直接の測定値となる。
【００１２】本発明の方法は、中性化したイオンの流れ
の測定値としてのフィールド電極の電流ドレインを、予
備検量（ないし予備校正）するステップを有していても
よい。
の測定値としてのフィールド電極の電流ドレインを、予
備検量（ないし予備校正）するステップを有していても
よい。
【００１３】好ましい構成では、本方法は、モニタした
電流ドレインを、高エネルギー中性化汚染物の最大許容
レベルに対応して選択した閾値と比較するステップと、
モニタ値が閾値を超えた場合はアラーム信号を与えるス
テップとを有している。あるいは、モニタした電流ドレ
インを注入プロセスの実行の時間で積分し、この積分値
を、実行の過程の間に閾値関数と比較し、アラームを発
してもよい。
電流ドレインを、高エネルギー中性化汚染物の最大許容
レベルに対応して選択した閾値と比較するステップと、
モニタ値が閾値を超えた場合はアラーム信号を与えるス
テップとを有している。あるいは、モニタした電流ドレ
インを注入プロセスの実行の時間で積分し、この積分値
を、実行の過程の間に閾値関数と比較し、アラームを発
してもよい。
【００１４】このアラーム信号に応じて、システムイン
ターロックを作動させて注入プロセスを停止させてもよ
い。
ターロックを作動させて注入プロセスを停止させてもよ
い。
【００１５】別の特徴では、本発明は、真空チャンバを
備えるイオン注入装置を与え、この真空チャンバは：注
入を行おうとするターゲット基板のホルダと、イオンの
ソースと、ソースからイオンのビームを輸送エネルギー
のレベルで運ぶためのフライトチューブであって、この
フライトチューブは、出口アパーチャと、この出口アパ
ーチャから輸送エネルギーでビーム内に移動するイオン
に対して、所要の質量のイオンだけを選別するための、
マスセレクタ（質量選別器）とを有する、フライトチュ
ーブと、出口アパーチャと基板ホルダとの間に接続さ
れ、この間に減速場を与えて、ビーム内のイオンをホル
ダでの注入エネルギーにまで減速する、第１の電圧電位
供給器と、出口アパーチャと基板ホルダの間に配置され
るフィールド電極と、フィールド電極と出口アパーチャ
との間に接続され、この間に、イオンを輸送エネルギー
よりも高くまで一時的に加速する電位差を与える、第２
の電圧電位供給器と、フィールド電極上の電流ドレイン
を指示する信号を与える電流メーターと、電流ドレイン
信号に応答して、抑制電極を去るビーム中の加速中性粒
子の量を指示する、応答手段とを備えている。
備えるイオン注入装置を与え、この真空チャンバは：注
入を行おうとするターゲット基板のホルダと、イオンの
ソースと、ソースからイオンのビームを輸送エネルギー
のレベルで運ぶためのフライトチューブであって、この
フライトチューブは、出口アパーチャと、この出口アパ
ーチャから輸送エネルギーでビーム内に移動するイオン
に対して、所要の質量のイオンだけを選別するための、
マスセレクタ（質量選別器）とを有する、フライトチュ
ーブと、出口アパーチャと基板ホルダとの間に接続さ
れ、この間に減速場を与えて、ビーム内のイオンをホル
ダでの注入エネルギーにまで減速する、第１の電圧電位
供給器と、出口アパーチャと基板ホルダの間に配置され
るフィールド電極と、フィールド電極と出口アパーチャ
との間に接続され、この間に、イオンを輸送エネルギー
よりも高くまで一時的に加速する電位差を与える、第２
の電圧電位供給器と、フィールド電極上の電流ドレイン
を指示する信号を与える電流メーターと、電流ドレイン
信号に応答して、抑制電極を去るビーム中の加速中性粒
子の量を指示する、応答手段とを備えている。
【００１６】この応答手段は、電流ドレイン信号に応答
して中性粒子の流れを指示する信号を与えるように予備
検量がなされている、検量手段を有していてもよい。
して中性粒子の流れを指示する信号を与えるように予備
検量がなされている、検量手段を有していてもよい。
【００１７】具体例の１つでは、この応答手段は、モニ
タした電流ドレインを、高エネルギー中性汚染物の最大
許容レベルに対応して選択される閾値と比較する、比較
手段と、電流ドレインのモニタ値がこの閾値を超えた場
合にアラーム信号を発するアラーム手段とを有してい
る。装置は、アラーム信号に応答して、注入プロセスを
停止させる動作が可能なシステムインターロックを有し
ていてもよい。
タした電流ドレインを、高エネルギー中性汚染物の最大
許容レベルに対応して選択される閾値と比較する、比較
手段と、電流ドレインのモニタ値がこの閾値を超えた場
合にアラーム信号を発するアラーム手段とを有してい
る。装置は、アラーム信号に応答して、注入プロセスを
停止させる動作が可能なシステムインターロックを有し
ていてもよい。
【００１８】好ましい具体例では、フライトチューブの
出口アパーチャは、フライトチューブの電位にあるスク
リーニング要素を有しており、また、このスクリーニン
グ要素に隣接してフィールド電極が配置される。フィー
ルド電極に隣接し且つフィールド電極の下流には、減速
電極が含まれていてもよく、この減速電極は、ターゲッ
トホルダの電位と実質的に等しくなるように接続され
る。
出口アパーチャは、フライトチューブの電位にあるスク
リーニング要素を有しており、また、このスクリーニン
グ要素に隣接してフィールド電極が配置される。フィー
ルド電極に隣接し且つフィールド電極の下流には、減速
電極が含まれていてもよく、この減速電極は、ターゲッ
トホルダの電位と実質的に等しくなるように接続され
る。
【００１９】本発明の構成は、第２の電圧電位供給器
が、出口アパーチャに対して少なくとも５ｋＶだけ負の
バイアスをフィールド電極に与えている場合に、最も有
用である。実際、第２の電圧電位供給器は、減速電極に
対して５ｋＶ〜４０ｋＶだけ負のバイアスをフィールド
電極に与えるような構成を有していてもよい。フィール
ド電極は、減速電極に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの固
定電圧に保持されることが好ましく、更に好ましくは、
−１５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持される。更に
具体的には、フィールド電極は減速電極に対して約−２
５ｋＶに保持される。
が、出口アパーチャに対して少なくとも５ｋＶだけ負の
バイアスをフィールド電極に与えている場合に、最も有
用である。実際、第２の電圧電位供給器は、減速電極に
対して５ｋＶ〜４０ｋＶだけ負のバイアスをフィールド
電極に与えるような構成を有していてもよい。フィール
ド電極は、減速電極に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの固
定電圧に保持されることが好ましく、更に好ましくは、
−１５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持される。更に
具体的には、フィールド電極は減速電極に対して約−２
５ｋＶに保持される。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、イオン注
入装置１は、イオンのビームを発生するイオンビーム発
生器３と、イオンビーム発生器３に隣接し、自身の質量
に従ってビームイオンを空間的に分解するための磁石５
と、分解磁石５に隣接して配置され、ターゲット基板に
注入しようとするイオン種を、磁石により空間的に分解
したビームから選別し、その他のイオンを排除するため
の、イオンセレクタ７と、イオンセレクタ７に隣接して
配置され、イオンビームの注入直前のエネルギーを制御
するための、電極組立体９と、電極組立体９と間隔をお
いて配置され、ビームイオンを注入しようとするターゲ
ット基板１２を支持するための、支持体１１と、電極組
立体９と基板支持体１１との間に配置され、ターゲット
表面近くのイオンビームに電子を導入してビーム及びウ
エハ表面を中性化するための、電子発生器１３とを備え
ている。基板支持体１１の下流には、イオンビームコレ
クタ１４が配置され、これがビームストップとして、ま
た、ドーズ量測定のためのイオン電流検出器として働
く。
入装置１は、イオンのビームを発生するイオンビーム発
生器３と、イオンビーム発生器３に隣接し、自身の質量
に従ってビームイオンを空間的に分解するための磁石５
と、分解磁石５に隣接して配置され、ターゲット基板に
注入しようとするイオン種を、磁石により空間的に分解
したビームから選別し、その他のイオンを排除するため
の、イオンセレクタ７と、イオンセレクタ７に隣接して
配置され、イオンビームの注入直前のエネルギーを制御
するための、電極組立体９と、電極組立体９と間隔をお
いて配置され、ビームイオンを注入しようとするターゲ
ット基板１２を支持するための、支持体１１と、電極組
立体９と基板支持体１１との間に配置され、ターゲット
表面近くのイオンビームに電子を導入してビーム及びウ
エハ表面を中性化するための、電子発生器１３とを備え
ている。基板支持体１１の下流には、イオンビームコレ
クタ１４が配置され、これがビームストップとして、ま
た、ドーズ量測定のためのイオン電流検出器として働
く。
【００２１】更に詳細には、イオンビーム発生器３は、
アークチャンバ１７を有するイオンソース１５を備えて
おり、アークチャンバ１７の前面には、出口アパーチャ
１９が形成されている。アークチャンバからイオンを抽
出してイオンビーム２５を形成するために、１対の抽出
電極２１，２３が出口アパーチャ１９から間隔をおいて
配置される。アークチャンバの出口アパーチャ１９に近
い方の抽出電極２１は、ビーム発生器から先に進んだ電
子がアークチャンバに流入する事を防止する抑制電極と
して機能する。
アークチャンバ１７を有するイオンソース１５を備えて
おり、アークチャンバ１７の前面には、出口アパーチャ
１９が形成されている。アークチャンバからイオンを抽
出してイオンビーム２５を形成するために、１対の抽出
電極２１，２３が出口アパーチャ１９から間隔をおいて
配置される。アークチャンバの出口アパーチャ１９に近
い方の抽出電極２１は、ビーム発生器から先に進んだ電
子がアークチャンバに流入する事を防止する抑制電極と
して機能する。
【００２２】質量分解磁石５の２つの極（図示せず）の
間には、フライトチューブ２７が配置され、このフライ
トチューブは、ビーム発生器３からのイオンビームを受
容し、磁石の２つの極の間をイオンビームが通過する際
にそのエネルギー（輸送エネルギー）を調節する。この
輸送エネルギーは、フライトチューブ２７とイオンソー
スの間の電位差により決めることができる。この特定の
具体例では、分解磁石の磁界強度と磁石を通るイオンビ
ームのエネルギーとを選択して、適当な質量を有するイ
オンが約９０゜屈折するようにし、また、フライトチュ
ーブ２７もこれに従って、フライトチューブ２７の出口
アパーチャ５５が入口アパーチャ２９とほぼ直角となる
ように構成される。
間には、フライトチューブ２７が配置され、このフライ
トチューブは、ビーム発生器３からのイオンビームを受
容し、磁石の２つの極の間をイオンビームが通過する際
にそのエネルギー（輸送エネルギー）を調節する。この
輸送エネルギーは、フライトチューブ２７とイオンソー
スの間の電位差により決めることができる。この特定の
具体例では、分解磁石の磁界強度と磁石を通るイオンビ
ームのエネルギーとを選択して、適当な質量を有するイ
オンが約９０゜屈折するようにし、また、フライトチュ
ーブ２７もこれに従って、フライトチューブ２７の出口
アパーチャ５５が入口アパーチャ２９とほぼ直角となる
ように構成される。
【００２３】イオンセレクタ７は、一連の個別要素３
５，３９，４１及び４３を有しており、これらは、ビー
ムライン４５に沿って間隔をおいて配置され一連のアパ
ーチャを画定し、これらが協働して、ターゲット基板に
注入しようとするイオンのうち適正な質量のイオンを選
別し、残りの、分解磁石５を通過した空間的に分解した
イオンを排除する。この特定の具体例では、イオンセレ
クタ７は、磁石からの不要なイオン種の大部分を排除す
るプレート電極３５と、選別したイオンのみを通過させ
る幅可変の質量分解スリットを協働して画定する、１対
の要素３９，４１と、イオンビームの高さを画定するも
う１つの要素とを備えている。しかし、質量分解要素の
数とその構成とを変更してもよい。
５，３９，４１及び４３を有しており、これらは、ビー
ムライン４５に沿って間隔をおいて配置され一連のアパ
ーチャを画定し、これらが協働して、ターゲット基板に
注入しようとするイオンのうち適正な質量のイオンを選
別し、残りの、分解磁石５を通過した空間的に分解した
イオンを排除する。この特定の具体例では、イオンセレ
クタ７は、磁石からの不要なイオン種の大部分を排除す
るプレート電極３５と、選別したイオンのみを通過させ
る幅可変の質量分解スリットを協働して画定する、１対
の要素３９，４１と、イオンビームの高さを画定するも
う１つの要素とを備えている。しかし、質量分解要素の
数とその構成とを変更してもよい。
【００２４】イオンセレクタ組立体は、チャンバ４７の
中の磁石と電極組立体９との間に収容され、フライトチ
ューブ２７の延長部を形成する。質量分解チャンバ壁４
９は、ビームラインの方向に伸びて略円筒状の外囲を画
定する部分５１と、円筒部分５１に隣接しビームライン
を横断するように配置されるプレート電極を構成しビー
ムを通過させる出口アパーチャ５５を画定する横断部分
５３とを備え、このアパーチャ５５はイオンセレクタ７
の最終の要素４３に隣接している。
中の磁石と電極組立体９との間に収容され、フライトチ
ューブ２７の延長部を形成する。質量分解チャンバ壁４
９は、ビームラインの方向に伸びて略円筒状の外囲を画
定する部分５１と、円筒部分５１に隣接しビームライン
を横断するように配置されるプレート電極を構成しビー
ムを通過させる出口アパーチャ５５を画定する横断部分
５３とを備え、このアパーチャ５５はイオンセレクタ７
の最終の要素４３に隣接している。
【００２５】この特定の具体例では、チャンバ壁４９の
分解磁石５の近隣に真空ポート５７が配置され、この真
空ポート５７は、チャンバ４７を脱気するための真空ポ
ンプ５９に接続している。ただし、この真空ポートを有
していなくてもよい。
分解磁石５の近隣に真空ポート５７が配置され、この真
空ポート５７は、チャンバ４７を脱気するための真空ポ
ンプ５９に接続している。ただし、この真空ポートを有
していなくてもよい。
【００２６】質量分解チャンバ４７の出口アパーチャ５
５と電極組立体９との間にスクリーニング組立体５２が
配置され、電界が電極組立体９から出口アパーチャ５５
を通って質量分解チャンバ４７内に浸透することを低減
する。スクリーニング組立体５２は、円筒電極５４と、
フィールド画定電極５６とを備えている。円筒電極５４
は、出口アパーチャ５５と共軸となるような配置が与え
られ、その一方の端部５８が質量分解チャンバ壁４９の
横断部分（又は前端）５１隣接し且つこれに接続するよ
うに配置される。円筒電極５４は質量分解チャンバ４７
の前に伸び、また、円筒電極５４は、更にスクリーニン
グを付加するために円筒電極５４のもう一方の端部に
（又はその近隣に）形成された、内向きに伸びる円状の
フランジ６０を有している。
５と電極組立体９との間にスクリーニング組立体５２が
配置され、電界が電極組立体９から出口アパーチャ５５
を通って質量分解チャンバ４７内に浸透することを低減
する。スクリーニング組立体５２は、円筒電極５４と、
フィールド画定電極５６とを備えている。円筒電極５４
は、出口アパーチャ５５と共軸となるような配置が与え
られ、その一方の端部５８が質量分解チャンバ壁４９の
横断部分（又は前端）５１隣接し且つこれに接続するよ
うに配置される。円筒電極５４は質量分解チャンバ４７
の前に伸び、また、円筒電極５４は、更にスクリーニン
グを付加するために円筒電極５４のもう一方の端部に
（又はその近隣に）形成された、内向きに伸びる円状の
フランジ６０を有している。
【００２７】フィールド画定電極５６は、正方形のアパ
ーチャ６２が中心に形成された円形プレートを備えてい
るが、このフィールド画定電極は使用してもよいし使用
しなくてもよい。フィールド画定電極５６は、円筒電極
５４の中に載置されこれに支持され、また、円筒電極５
４の両方の端部の中間付近（この位置は変わってもよ
い）に配置されビームライン４５を横切るように配置さ
れる。正方形のアパーチャは、電極組立体９の方へ緩く
外側に向かってテーパー状になっている。この具体例で
は、正方形のアパーチャの幅は約６０ｍｍである。円筒
電極とフィールド画定電極とはそれぞれ、グラファイト
製又はその他の安定な材料製であってもよい。
ーチャ６２が中心に形成された円形プレートを備えてい
るが、このフィールド画定電極は使用してもよいし使用
しなくてもよい。フィールド画定電極５６は、円筒電極
５４の中に載置されこれに支持され、また、円筒電極５
４の両方の端部の中間付近（この位置は変わってもよ
い）に配置されビームライン４５を横切るように配置さ
れる。正方形のアパーチャは、電極組立体９の方へ緩く
外側に向かってテーパー状になっている。この具体例で
は、正方形のアパーチャの幅は約６０ｍｍである。円筒
電極とフィールド画定電極とはそれぞれ、グラファイト
製又はその他の安定な材料製であってもよい。
【００２８】イオンビームの注入エネルギーを制御する
ための電極組立体９は、スクリーニング組立体５２のす
ぐ向こうに配置され、フィールド電極６１及び減速電極
６５を備えている。フィールド電極６１は、スクリーニ
ング組立体５２の出口アパーチャと実質的に共軸であり
且つこれに隣接する方形アパーチャ６３を画定する。減
速電極６５は、ビームライン４５をほぼ横断するように
配置され、また、イオンビームを通過させる別のアパー
チャ６７を画定する。この別のアパーチャ６７は、フィ
ールド電極アパーチャ６３に隣接して配置される。フィ
ールド電極と減速電極とはそれぞれ、グラファイト製又
はその他の安定な材料製であってもよい。
ための電極組立体９は、スクリーニング組立体５２のす
ぐ向こうに配置され、フィールド電極６１及び減速電極
６５を備えている。フィールド電極６１は、スクリーニ
ング組立体５２の出口アパーチャと実質的に共軸であり
且つこれに隣接する方形アパーチャ６３を画定する。減
速電極６５は、ビームライン４５をほぼ横断するように
配置され、また、イオンビームを通過させる別のアパー
チャ６７を画定する。この別のアパーチャ６７は、フィ
ールド電極アパーチャ６３に隣接して配置される。フィ
ールド電極と減速電極とはそれぞれ、グラファイト製又
はその他の安定な材料製であってもよい。
【００２９】この具体例では、電子インジェクタ１３
は、イオンビームのターゲット近くの部分に低いエネル
ギーの電子を導入するプラズマフラッドシステムを備え
ている。このプラズマフラッドシステムは、減速電極ア
パーチャ６７からターゲット基板１２へと進むイオンビ
ームを通過させるガイドチューブ６９を備え、このガイ
ドチューブは、イオンビームの近隣で低いエネルギーの
電子を維持し、且つ、イオンビームのうち減速電極アパ
ーチャとウエハの間にある部分をスクリーニングする。
は、イオンビームのターゲット近くの部分に低いエネル
ギーの電子を導入するプラズマフラッドシステムを備え
ている。このプラズマフラッドシステムは、減速電極ア
パーチャ６７からターゲット基板１２へと進むイオンビ
ームを通過させるガイドチューブ６９を備え、このガイ
ドチューブは、イオンビームの近隣で低いエネルギーの
電子を維持し、且つ、イオンビームのうち減速電極アパ
ーチャとウエハの間にある部分をスクリーニングする。
【００３０】イオン注入装置は更に、イオンソースにバ
イアスを与えるためのイオンソース電圧源７１と、抑制
電極２１にバイアスを与えるための抑制電極電圧源７３
と、フライトチューブ２７と質量分解チャンバ４７及び
その他の注入電極２３にバイアスを与えるためのフライ
トチューブ電圧源７５と、電極組立体９１のフィールド
電極６１にバイアスを与えるためのフィールド電極電圧
源７７と、電子閉じ込め電極６９にバイアスを与えるた
めのプラズマフラッド電圧源７９とを備えている。減速
電極６５と、ターゲット基板支持体１１と、基板１２と
は、接地電位に維持され、これにより、ターゲット基板
の取り扱いが容易になり、支持組立体を簡単なものに
し、その他の電極に対する簡便な参照電位として機能す
る。
イアスを与えるためのイオンソース電圧源７１と、抑制
電極２１にバイアスを与えるための抑制電極電圧源７３
と、フライトチューブ２７と質量分解チャンバ４７及び
その他の注入電極２３にバイアスを与えるためのフライ
トチューブ電圧源７５と、電極組立体９１のフィールド
電極６１にバイアスを与えるためのフィールド電極電圧
源７７と、電子閉じ込め電極６９にバイアスを与えるた
めのプラズマフラッド電圧源７９とを備えている。減速
電極６５と、ターゲット基板支持体１１と、基板１２と
は、接地電位に維持され、これにより、ターゲット基板
の取り扱いが容易になり、支持組立体を簡単なものに
し、その他の電極に対する簡便な参照電位として機能す
る。
【００３１】以下、特定の具体例を参照して、イオン注
入装置を作動させて低エネルギーでイオン注入を行う方
法を説明するが、この具体例は、例示の目的のものであ
ることを注記しておく。
入装置を作動させて低エネルギーでイオン注入を行う方
法を説明するが、この具体例は、例示の目的のものであ
ることを注記しておく。
【００３２】イオン注入エネルギーは、基板１２とイオ
ンソース１５の間の電位差によって決定される。基板が
接地電位に維持されているため、イオンソース電圧源７
１には、接地に対して正のバイアスが与えられ、その大
きさがイオン注入エネルギーを決める。例えば、２ｋｅ
Ｖの注入に対しては、イオンソース電圧源には、＋２ｋ
Ｖのバイアスが与えられる。分解磁石５及び質量分解チ
ャンバ４７を通るイオンビームの輸送エネルギーは、イ
オンソース１５とフライトチューブの間の電位差により
決定され、フライトチューブ７５によって制御される。
このイオンビームの輸送エネルギーは、イオンビームの
抽出エネルギーと呼ぶこともできる。従って、フライト
チューブの中を１０ｋｅＶのエネルギーでイオンビーム
を輸送するためには、フライトチューブはイオンソース
に対して−１０ｋＶのバイアスが与えられ、あるいは接
地電位に対して−８ｋＶのバイアスが与えられる。イオ
ンビームは分解磁石の中を実質的に一定のエネルギーで
輸送され、イオンビーム中の様々なイオン化種が、自身
の質量に従って磁石により空間的に分解される。このよ
うに空間的に分解したビームは、質量分解チャンバの中
に進入し、その中では、ビームは先ず、分解磁石５に近
い方のプレート電極３５に画定された予備画定アパーチ
ャを通過する。このプレート電極３５は、空間的に分解
したビームに対するコース上の第１のステージフィルタ
として作用し、空間的に分解したビームのうちイオン注
入に必要のない部分をブロックする。第２の要素３９と
第３の要素４１は、分解磁石５から間隔をおいて配置さ
れ、ビームラインに沿って相互に軸上に配置され、幅が
可変の分解スリット４２を画定する。そのポジション
は、ビームラインを横切る方向に変化させることがで
き、フィルタを通過したビームから注入すべきイオン種
を選別する。
ンソース１５の間の電位差によって決定される。基板が
接地電位に維持されているため、イオンソース電圧源７
１には、接地に対して正のバイアスが与えられ、その大
きさがイオン注入エネルギーを決める。例えば、２ｋｅ
Ｖの注入に対しては、イオンソース電圧源には、＋２ｋ
Ｖのバイアスが与えられる。分解磁石５及び質量分解チ
ャンバ４７を通るイオンビームの輸送エネルギーは、イ
オンソース１５とフライトチューブの間の電位差により
決定され、フライトチューブ７５によって制御される。
このイオンビームの輸送エネルギーは、イオンビームの
抽出エネルギーと呼ぶこともできる。従って、フライト
チューブの中を１０ｋｅＶのエネルギーでイオンビーム
を輸送するためには、フライトチューブはイオンソース
に対して−１０ｋＶのバイアスが与えられ、あるいは接
地電位に対して−８ｋＶのバイアスが与えられる。イオ
ンビームは分解磁石の中を実質的に一定のエネルギーで
輸送され、イオンビーム中の様々なイオン化種が、自身
の質量に従って磁石により空間的に分解される。このよ
うに空間的に分解したビームは、質量分解チャンバの中
に進入し、その中では、ビームは先ず、分解磁石５に近
い方のプレート電極３５に画定された予備画定アパーチ
ャを通過する。このプレート電極３５は、空間的に分解
したビームに対するコース上の第１のステージフィルタ
として作用し、空間的に分解したビームのうちイオン注
入に必要のない部分をブロックする。第２の要素３９と
第３の要素４１は、分解磁石５から間隔をおいて配置さ
れ、ビームラインに沿って相互に軸上に配置され、幅が
可変の分解スリット４２を画定する。そのポジション
は、ビームラインを横切る方向に変化させることがで
き、フィルタを通過したビームから注入すべきイオン種
を選別する。
【００３３】一例として、ボロン注入の工程では、分解
磁石を通過した空間分解ビームは、ＢＦ3、ＢＦ2、Ｂ
Ｆ、Ｂ及びＦのイオンや分子を含んでいてもよく、ま
た、ボロンイオンにはボロン同位体10Ｂ又は11Ｂが含ま
れていてもよい。従って、「ボロン１１」の注入に対し
ては、予備画定要素３５及び質量分解要素３９，４１が
フィルタとなり、11Ｂ以外の全てのイオン化種を取り除
くだろう。
磁石を通過した空間分解ビームは、ＢＦ3、ＢＦ2、Ｂ
Ｆ、Ｂ及びＦのイオンや分子を含んでいてもよく、ま
た、ボロンイオンにはボロン同位体10Ｂ又は11Ｂが含ま
れていてもよい。従って、「ボロン１１」の注入に対し
ては、予備画定要素３５及び質量分解要素３９，４１が
フィルタとなり、11Ｂ以外の全てのイオン化種を取り除
くだろう。
【００３４】ビームが質量分解チャンバを通過する際に
は、ビームのエネルギーは一定に維持され、この実施例
ではこの値は１０ｋｅＶである。１０ｋｅＶの質量分解
ビーム４６は、質量分解チャンバ４７の出口アパーチャ
５５を通過し、スクリーニング組立体５２を通過して、
電極組立体９に至る。
は、ビームのエネルギーは一定に維持され、この実施例
ではこの値は１０ｋｅＶである。１０ｋｅＶの質量分解
ビーム４６は、質量分解チャンバ４７の出口アパーチャ
５５を通過し、スクリーニング組立体５２を通過して、
電極組立体９に至る。
【００３５】フィールド電極６１に電位を印加すること
により、フィールド電極が質量分解チャンバ４７に対し
て負になる。円筒電極６１に印加する電位の大きさは、
接地した減速電極６５の最終アパーチャ６７とスクリー
ニング電極５４のフランジ６０のアパーチャとの間の領
域に収斂する静電界を形成できる程度に十分な大きさで
ある。減速電極６５の電位に対して−５ｋＶ〜−３０ｋ
Ｖの電位がフィールド電極にあれば、最終のアパーチャ
６７で所望の収斂静電界を形成して最終アパーチャ６７
とターゲット基板の間でビームの中にビームイオンを維
持するに十分である。しかしながら、フィールド電極６
１は−２５ｋＶに維持されることが好ましい。
により、フィールド電極が質量分解チャンバ４７に対し
て負になる。円筒電極６１に印加する電位の大きさは、
接地した減速電極６５の最終アパーチャ６７とスクリー
ニング電極５４のフランジ６０のアパーチャとの間の領
域に収斂する静電界を形成できる程度に十分な大きさで
ある。減速電極６５の電位に対して−５ｋＶ〜−３０ｋ
Ｖの電位がフィールド電極にあれば、最終のアパーチャ
６７で所望の収斂静電界を形成して最終アパーチャ６７
とターゲット基板の間でビームの中にビームイオンを維
持するに十分である。しかしながら、フィールド電極６
１は−２５ｋＶに維持されることが好ましい。
【００３６】注入エネルギー２ｋｅＶに対してフライト
チューブ及び質量分解チャンバがー８ｋＶにあるため、
フィールド電極６１には、フライトチューブの電位より
も低い電位にバイアスされる。質量分解領域内で電子が
減速電極に引き寄せられれば、この領域で空間荷電の中
性化が破壊されビームが分散し電流が損失してしまう
が、このバイアスが、質量分解領域内で電子が減速電極
に引き寄せられることを防止する作用をする。
チューブ及び質量分解チャンバがー８ｋＶにあるため、
フィールド電極６１には、フライトチューブの電位より
も低い電位にバイアスされる。質量分解領域内で電子が
減速電極に引き寄せられれば、この領域で空間荷電の中
性化が破壊されビームが分散し電流が損失してしまう
が、このバイアスが、質量分解領域内で電子が減速電極
に引き寄せられることを防止する作用をする。
【００３７】この具体例では、質量分解ビーム４６がフ
ィールド電極６１に近づく際に、ビームは１０ｋｅＶで
ある輸送（抽出）エネルギーよりも高く、イオンソース
１５とフィールド電極６１の間の電位差で実質的に決め
られるエネルギーまで容易に加速され、この値は典型的
には２５ｋｅＶである。ビームはフィールド電極アパー
チャ６３を通過した後、フィールド電極アパーチャ６３
と減速電極６５の最終アパーチャ６７の間のギャップの
中で、実質的に要求されている注入エネルギーまで減速
される。同時に、フランジ６０とフィールド電極６１の
間の領域と、フィールド電極６１と減速電極６５の間の
領域と、その向こう側とで、正味の収斂力がイオンビー
ムに作用する。
ィールド電極６１に近づく際に、ビームは１０ｋｅＶで
ある輸送（抽出）エネルギーよりも高く、イオンソース
１５とフィールド電極６１の間の電位差で実質的に決め
られるエネルギーまで容易に加速され、この値は典型的
には２５ｋｅＶである。ビームはフィールド電極アパー
チャ６３を通過した後、フィールド電極アパーチャ６３
と減速電極６５の最終アパーチャ６７の間のギャップの
中で、実質的に要求されている注入エネルギーまで減速
される。同時に、フランジ６０とフィールド電極６１の
間の領域と、フィールド電極６１と減速電極６５の間の
領域と、その向こう側とで、正味の収斂力がイオンビー
ムに作用する。
【００３８】次いで、イオンビームは、最終のアパーチ
ャ６７とターゲット基板の間の領域の中を通過する。こ
の領域の中では、イオンビームは実質的に所要の注入エ
ネルギーで基板まで輸送される。プラズマフラッドシス
テム１３を用いてビームを低いエネルギーの電子で満た
すことにより、速度の低くなったビームの拡散を最小に
する。また、プラズマフラッドシステムは、イオン注入
の工程の間、ターゲット基板の表面電荷を最小にし、同
時に、イオンビームの電位を下げ、ビームが基板に到達
する前のビームの拡散の程度を最小にする。
ャ６７とターゲット基板の間の領域の中を通過する。こ
の領域の中では、イオンビームは実質的に所要の注入エ
ネルギーで基板まで輸送される。プラズマフラッドシス
テム１３を用いてビームを低いエネルギーの電子で満た
すことにより、速度の低くなったビームの拡散を最小に
する。また、プラズマフラッドシステムは、イオン注入
の工程の間、ターゲット基板の表面電荷を最小にし、同
時に、イオンビームの電位を下げ、ビームが基板に到達
する前のビームの拡散の程度を最小にする。
【００３９】イオンビームがイオンソース３からターゲ
ット基板１２へと移動する間、ビーム内のイオンから電
子を奪って中性化することができる。イオンソース３と
プラズマフラッドシステム１３の領域との間では、ビー
ムイオンが中性化する通常のメカニズムは、残留ガス原
子との電子交換である。ビームイオンが一度中性化され
れば、磁界や電界による影響を受けなくなる。従って、
ビームイオンがターゲット基板まで視界直線上を移動す
る前に形成された中性原子は全て、ビームイオンが中性
化されたときの方向に飛行し、フライトチューブや質量
選別チャンバ４７に吸収され、そして、出口アパーチャ
５５を出ていくビームへと、質量選別要素４１，４２を
介して出ていくことは、ない。しかし、ビームイオンは
一旦中性化されれば、ターゲット基板へ直線で移動する
これらイオン中性化物は、一定のエネルギーを維持し、
このエネルギーのままで基板へと注入される。
ット基板１２へと移動する間、ビーム内のイオンから電
子を奪って中性化することができる。イオンソース３と
プラズマフラッドシステム１３の領域との間では、ビー
ムイオンが中性化する通常のメカニズムは、残留ガス原
子との電子交換である。ビームイオンが一度中性化され
れば、磁界や電界による影響を受けなくなる。従って、
ビームイオンがターゲット基板まで視界直線上を移動す
る前に形成された中性原子は全て、ビームイオンが中性
化されたときの方向に飛行し、フライトチューブや質量
選別チャンバ４７に吸収され、そして、出口アパーチャ
５５を出ていくビームへと、質量選別要素４１，４２を
介して出ていくことは、ない。しかし、ビームイオンは
一旦中性化されれば、ターゲット基板へ直線で移動する
これらイオン中性化物は、一定のエネルギーを維持し、
このエネルギーのままで基板へと注入される。
【００４０】円筒電極５４かた出る前に中性化されたビ
ームイオンは、輸送エネルギーを有しており、これは典
型的には１０ｋｅＶである。このような中性原子は、こ
のエネルギー（典型的には１０ｋｅＶ）で基板へエネル
ギー汚染を生じさせ、所要の注入エネルギー（典型的に
は２ｋｅＶ）を有するイオンよりも更に浸透する。
ームイオンは、輸送エネルギーを有しており、これは典
型的には１０ｋｅＶである。このような中性原子は、こ
のエネルギー（典型的には１０ｋｅＶ）で基板へエネル
ギー汚染を生じさせ、所要の注入エネルギー（典型的に
は２ｋｅＶ）を有するイオンよりも更に浸透する。
【００４１】しかし、フィールド電極６１を通過して一
時的に加速された時に中性化されたイオンはこれよりも
高いエネルギーを有しており、これが更に深刻なエネル
ギー汚染を生じさせる。このような領域で形成された中
性化原子の有しているエネルギーは、２５ｋｅＶにまで
なっていることもある。
時的に加速された時に中性化されたイオンはこれよりも
高いエネルギーを有しており、これが更に深刻なエネル
ギー汚染を生じさせる。このような領域で形成された中
性化原子の有しているエネルギーは、２５ｋｅＶにまで
なっていることもある。
【００４２】図１に示される本発明の具体例では、フィ
ールド電極６１の電流ドレインをモニタすることによ
り、フィールド電極６１を通過して一時的に加速された
時にこのように高いエネルギーのまま中性化するイオン
の量をモニタする。
ールド電極６１の電流ドレインをモニタすることによ
り、フィールド電極６１を通過して一時的に加速された
時にこのように高いエネルギーのまま中性化するイオン
の量をモニタする。
【００４３】前述のように、フィールド電極６１を通過
する際に中性化したビームイオンは、残留ガス原子と電
子交換して、正に荷電した低エネルギー残留ガスを発生
させる。この低エネルギー残留ガスは、フィールド電極
６１上の負電位に引き寄せられ、その際放電を生じ、こ
れがフィールド電極６１上の電流ドレインに寄与する。
する際に中性化したビームイオンは、残留ガス原子と電
子交換して、正に荷電した低エネルギー残留ガスを発生
させる。この低エネルギー残留ガスは、フィールド電極
６１上の負電位に引き寄せられ、その際放電を生じ、こ
れがフィールド電極６１上の電流ドレインに寄与する。
【００４４】図１では、電流メータ８０が、電源７７の
電流ドレインを指示する信号をライン８１に与え、フィ
ールド電極６１を所望の電位に維持する。ライン８１の
電流ドレイン信号は、検量及びユーティリティのための
ユニット８２に供給される。
電流ドレインを指示する信号をライン８１に与え、フィ
ールド電極６１を所望の電位に維持する。ライン８１の
電流ドレイン信号は、検量及びユーティリティのための
ユニット８２に供給される。
【００４５】検量及びユーティリティのためのユニット
８２の最も簡単な構成は、閾値検出器であり、これは電
極６１の電流ドレインを示すライン８１の信号が所定の
閾値を超えたときにアラーム信号を発するように設定さ
れる。この所定の閾値は、ターゲット基板１２に到達す
るイオンビームの中の高いエネルギー汚染の最大許容値
のレベルに対応する。この所定の最大電流ドレインの値
は、実験により求めることができる。このアラーム信号
は、注入装置において音声アラームや可視アラームとし
てもよいが、電気信号として注入装置のシステムコント
ローラへ供給することが好ましい。
８２の最も簡単な構成は、閾値検出器であり、これは電
極６１の電流ドレインを示すライン８１の信号が所定の
閾値を超えたときにアラーム信号を発するように設定さ
れる。この所定の閾値は、ターゲット基板１２に到達す
るイオンビームの中の高いエネルギー汚染の最大許容値
のレベルに対応する。この所定の最大電流ドレインの値
は、実験により求めることができる。このアラーム信号
は、注入装置において音声アラームや可視アラームとし
てもよいが、電気信号として注入装置のシステムコント
ローラへ供給することが好ましい。
【００４６】図２は、代表的なイオン注入装置のシステ
ムコントローラの非常に概説的な形態を例示する。ここ
で、注入装置はボックス８０で大きく表され、システム
コントローラは点線で示されるボックス８１で大きく示
されている。システムコントローラは、ライン９２で注
入装置９０から多数のシステムパラメータ信号を受容
し、ライン９３で多数のシステム制御出力信号を注入装
置に伝達する。図２に示されるように、フィールド電極
６１の電流ドレインを指示する信号を供給するライン８
１は、注入装置９０からシステムコントローラ９１へ供
給する。コントローラ９１の内部では、ライン８１の信
号は検量ユニット９４へと伝達されてもよい。この検量
ユニットでは、ターゲット基板に到達するイオンビーム
のエネルギー汚染のレベルを表すように、比例して変動
しないし変換される。この比例変動関す又は変換関数に
用いられる係数は予備検量のプロセスにより実験的に求
めることができる。
ムコントローラの非常に概説的な形態を例示する。ここ
で、注入装置はボックス８０で大きく表され、システム
コントローラは点線で示されるボックス８１で大きく示
されている。システムコントローラは、ライン９２で注
入装置９０から多数のシステムパラメータ信号を受容
し、ライン９３で多数のシステム制御出力信号を注入装
置に伝達する。図２に示されるように、フィールド電極
６１の電流ドレインを指示する信号を供給するライン８
１は、注入装置９０からシステムコントローラ９１へ供
給する。コントローラ９１の内部では、ライン８１の信
号は検量ユニット９４へと伝達されてもよい。この検量
ユニットでは、ターゲット基板に到達するイオンビーム
のエネルギー汚染のレベルを表すように、比例して変動
しないし変換される。この比例変動関す又は変換関数に
用いられる係数は予備検量のプロセスにより実験的に求
めることができる。
【００４７】あるいは、予備検量のプロセスを用いて、
ビーム中の汚染のレベルの最大許容量を指示する閾値レ
ベルを決めてもよい。
ビーム中の汚染のレベルの最大許容量を指示する閾値レ
ベルを決めてもよい。
【００４８】ライン８１の電流ドレイン信号が検量ユニ
ット９４において許容最大値を超える高エネルギー汚染
のレベルを示すように決められる場合は、アラームユニ
ット９５に供給されたときにアラーム信号を発生する。
これは、マシンオペレータに対しての可視アラーム信号
又は音声アラーム信号であってもよい。
ット９４において許容最大値を超える高エネルギー汚染
のレベルを示すように決められる場合は、アラームユニ
ット９５に供給されたときにアラーム信号を発生する。
これは、マシンオペレータに対しての可視アラーム信号
又は音声アラーム信号であってもよい。
【００４９】更に、検量ユニット９４からの信号を供給
して、システムコントローラの中のユニット９６を補償
的に制御し、且つ／又はインターロックする。高エネル
ギー汚染が過剰なレベルにあることを示す検量ユニット
９４からの信号に応答して、システムのインターロック
を作動させることによって注入プロセスを停止させるよ
うに、このユニットの構成を与えてもよい。
して、システムコントローラの中のユニット９６を補償
的に制御し、且つ／又はインターロックする。高エネル
ギー汚染が過剰なレベルにあることを示す検量ユニット
９４からの信号に応答して、システムのインターロック
を作動させることによって注入プロセスを停止させるよ
うに、このユニットの構成を与えてもよい。
【００５０】これとは別の構成としては、電極６１にお
ける電流ドレインが高いレベルにあることに対してユニ
ット９６が応答し、ビーム中の高エネルギー中性物汚染
のレベルを制御する目的で他のシステムパラメータを制
御するような構成が、ユニット９６に与えられてもよ
い。例えば、ビーム電流を停止させあるいは注入を中断
させて、フィールド電極の領域に真空を復帰させてもよ
い。
ける電流ドレインが高いレベルにあることに対してユニ
ット９６が応答し、ビーム中の高エネルギー中性物汚染
のレベルを制御する目的で他のシステムパラメータを制
御するような構成が、ユニット９６に与えられてもよ
い。例えば、ビーム電流を停止させあるいは注入を中断
させて、フィールド電極の領域に真空を復帰させてもよ
い。
【００５１】ここまで、ビームの焦点がフィールド電極
にあるようなポスト減速の注入装置及び注入方法に関し
て本発明を説明してきたが、本発明は、ビームイオンを
フィールド電極を過ぎた後に加速するような構成であっ
てもよい。
にあるようなポスト減速の注入装置及び注入方法に関し
て本発明を説明してきたが、本発明は、ビームイオンを
フィールド電極を過ぎた後に加速するような構成であっ
てもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に従
えば、高エネルギー汚染のレベルをモニタすることが可
能となる。
えば、高エネルギー汚染のレベルをモニタすることが可
能となる。
【図１】イオン注入装置の断面図である。
【図２】図１の装置の制御システムのブロック線図であ
る。
る。
１…イオン注入装置、３…イオンビーム発生器、５…磁
石、７…イオンセレクタ、９…電極組立体、１１…基板
支持体、１２…基板、１３…電子発生器、１４…イオン
ビームコレクタ、１７…アークチャンバ、１９…出口ア
パーチャ、２１，２３…抽出電極、２７…フライトチュ
ーブ、２９…出口アパーチャ、３５，３９，４１，４３
…個別要素、５１…部分、５２…スクリーニング組立
体、５５…入口５６…フィールド画定電極、５７…真空
ポート、５９…アパーチャ、６０…フランジ、６１…フ
ィールド電極、６２…正方形アパーチャ、６５…減速電
極。
石、７…イオンセレクタ、９…電極組立体、１１…基板
支持体、１２…基板、１３…電子発生器、１４…イオン
ビームコレクタ、１７…アークチャンバ、１９…出口ア
パーチャ、２１，２３…抽出電極、２７…フライトチュ
ーブ、２９…出口アパーチャ、３５，３９，４１，４３
…個別要素、５１…部分、５２…スクリーニング組立
体、５５…入口５６…フィールド画定電極、５７…真空
ポート、５９…アパーチャ、６０…フランジ、６１…フ
ィールド電極、６２…正方形アパーチャ、６５…減速電
極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン ジェラルド イングランド イギリス国， アールエイチ11 １エヌイ ー， ウェスト サセックス， ホーシャ ム ヒルサイド 17 (72)発明者 ステファン モファット イギリス国， ケーティー23 ３キューユ ー， スーレイ， ブックハム ハイクロ フト コート ６ (72)発明者 ホセ アントニオ マリン アメリカ合衆国， テキサス州， オース ティン， ビッグ ヴュー ドライヴ 10113
Claims (14)
- 【請求項１】ビームイオンが所要の注入エネルギーまで
減速される前にフィールド電極で一時的に加速される
際、イオンが中性化されるときに生じるイオンビームの
高エネルギー中性物汚染を、イオン注入プロセスにおい
てモニタする方法であって、フィールド電極上の電流ド
レインをモニタして、イオン中性化物のターゲットへの
流量を指示するステップを有する、方法。 - 【請求項２】 前記フィールド電極の電流ドレインを、
イオン中性化物の流れの指示値として予備校正するステ
ップを有する請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 モニタした電流ドレインを、高エネルギ
ー中性化物汚染の最大許容レベルに対応して選択した閾
値と比較するステップと、モニタ電流が閾値を超えた場
合はアラーム信号を与えるステップとを有する請求項１
又は２のいずれかに記載の方法。 - 【請求項４】 前記アラーム信号に応答して、システム
インターロックを作動させ注入プロセスを停止させるス
テップを有する請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 真空チャンバを備えるイオン注入装置で
あって、前記チャンバの内部に、 注入しようとするターゲット基板のためのホルダと、 イオンのソースと、 ソースからイオンのビームを輸送エネルギーのレベルで
運ぶためのフライトチューブであって、このフライトチ
ューブは、出口アパーチャと、前記出口アパーチャから
輸送エネルギーでビーム内に移動するイオンに対して、
所要の質量のイオンだけを選別するための、マスセレク
タ（質量選別器）とを有する、フライトチューブと、 前記出口アパーチャと前記基板ホルダとの間に接続さ
れ、ビーム内のイオンをホルダでの注入エネルギーにま
で減速する、第１の電圧電位供給器と、 前記出口アパーチャと前記基板ホルダの間に配置される
フィールド電極と、 前記フィールド電極と前記出口アパーチャとの間に接続
され、この間に、イオンを輸送エネルギーよりも高くま
で一時的に加速する電位差を与える、第２の電圧電位供
給器と、 前記フィールド電極上の電流ドレインを指示する信号を
与える電流メーターと、 該電流ドレイン信号に応答して、抑制電極を去るビーム
中の加速中性粒子の量を指示する、応答手段とを備える
イオン注入装置。 - 【請求項６】 前記応答手段が、電流ドレイン信号に応
答して前記中性粒子の流れを指示する信号を与えるよう
に予備検量されている検量手段を有する請求項５に記載
のイオン注入装置。 - 【請求項７】 前記応答手段が、 モニタした電流ドレインを高エネルギー中性汚染物の最
大許容レベルに対応して選択される閾値と比較する、比
較手段と、 電流ドレインのモニタ値がこの閾値を超えた場合にアラ
ーム信号を発するアラーム手段とを有する請求項５又は
６のいずれかに記載のイオン注入装置。 - 【請求項８】 アラーム信号に応答して注入プロセスを
停止させる動作をすることが可能なシステムインターロ
ックを有する請求項７に記載のイオン注入装置。 - 【請求項９】 前記フライトチューブの前記出口アパー
チャが、フライトチューブの電位にあるスクリーニング
要素を有し、前記フィールド電極が前記スクリーニング
要素に隣接して配置される請求項５〜８のいずれかに記
載のイオン注入装置。 - 【請求項１０】 前記フィールド電極に隣接し且つ前記
フィールド電極の下流に減速電極を有し、前記減速電極
の電位がターゲットホルダの電位と実質的に等しくなる
ように前記減速電極が接続される請求項８又は９のいず
れかに記載のイオン注入装置。 - 【請求項１１】 前記第２の電圧電位供給器が、出口ア
パーチャに対して少なくとも５ｋＶだけ負であるバイア
スをフィールド電極に与える構成を有する請求項１０に
記載のイオン注入装置。 - 【請求項１２】前記第２の電圧電位供給器が、前記減速
電極に対して５ｋＶ〜４０ｋＶだけ負であるバイアスを
前記フィールド電極に与える構成を有する請求項１０又
は１１のいずれかに記載のイオン注入装置。 - 【請求項１３】 前記フィールド電極が、前記減速電極
に対して−５ｋＶ〜−３０ｋＶの固定電圧に保持される
請求項１２に記載のイオン注入装置。 - 【請求項１４】 前記フィールド電極が、前記減速電極
に対して約−２５ｋＶに保持される請求項１３に記載の
イオン注入装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9612535.6 | 1996-06-14 | ||
| GB9612535A GB2314202B (en) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | Ion implantation apparatus and a method of monitoring high energy neutral contamination in an ion implantation process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1064472A true JPH1064472A (ja) | 1998-03-06 |
| JP3751714B2 JP3751714B2 (ja) | 2006-03-01 |
Family
ID=10795343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15515797A Expired - Fee Related JP3751714B2 (ja) | 1996-06-14 | 1997-06-12 | イオン注入装置及び汚染観測方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5883391A (ja) |
| JP (1) | JP3751714B2 (ja) |
| DE (1) | DE19725168C2 (ja) |
| GB (1) | GB2314202B (ja) |
| TW (1) | TW317640B (ja) |
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| KR101046964B1 (ko) * | 2003-10-17 | 2011-07-06 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 이온 주입기 전극들 |
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| WO2014100506A1 (en) | 2012-12-19 | 2014-06-26 | Intevac, Inc. | Grid for plasma ion implant |
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| US4782304A (en) * | 1986-08-20 | 1988-11-01 | Applied Materials, Inc. | Systems and methds for ion beam acceleration |
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-
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101046964B1 (ko) * | 2003-10-17 | 2011-07-06 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 이온 주입기 전극들 |
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