JPH1064474A - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH1064474A
JPH1064474A JP8212503A JP21250396A JPH1064474A JP H1064474 A JPH1064474 A JP H1064474A JP 8212503 A JP8212503 A JP 8212503A JP 21250396 A JP21250396 A JP 21250396A JP H1064474 A JPH1064474 A JP H1064474A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
ion beam
axis
pole
ion
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JP8212503A
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English (en)
Inventor
Yoshimasa Kawase
吉正 川瀬
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造におけるイオン注入において、半導
体基板表面の絶縁体部分が静電気的に破壊されることを
防止する。 【解決手段】このイオン注入装置は、高速走査を行う方
向にX軸を設定し、低速走査の方向に平行でイオンビー
ムの進行方向とX軸のベクトル積の向きにY軸を設定し
て定義されるX−Y平面の第1乃至第4象限にそれぞれ
4極電磁石のS極、N極、S極及びN極を設置し、且つ
上記4極電磁石のN極同士を結ぶ直線をY軸と45°の
角度で交差させ、更に当該4極電磁石を電子供給機構と
半導体基板との間に設置することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおけるイオン注入技術に使用されるイオン注入装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体製造等に汎用されてい
るイオン注入技術は、正イオンを高エネルギに加速して
シリコンウエハ等の半導体基板に不純物をドーピングす
る技術である。この為、高エネルギのイオンが半導体基
板と衝突する過程で、半導体基板から電子が叩き出され
たり、半導体基板表面に形成した絶縁体部分に正電荷の
蓄積が起こるなど、半導体基板表面が正帯電し易い。特
に、蓄積が著しい場合には、上記絶縁体部分が静電気的
に破壊することがあり、これが低生産性の一因となって
いる。そして今日では、イオン注入技術において、半導
体基板の正帯電の生じる領域に電子線を供給して正電荷
の蓄積を緩和する技術が研究されている。
【0003】ここで、図4には上記電子線供給機構の概
略図を示して説明する。同図において、X軸、Y軸、Z
軸は、それぞれ紙面に垂直な方向、イオンビーム導入管
2に垂直で紙面に平行な方向、イオンビーム導入管2に
平行な方向を表している。イオンビーム4はイオンビー
ム導入管2を通り試料台3上にある半導体基板5に照射
される。この試料台3は、中心軸1Gの周りに回転1H
(≧1000rpm)とY軸方向の往復運動1J(周
期:十数秒以下)をしている。これにより、イオンビー
ム4は半導体基板5に均一に照射される。
【0004】イオンビーム4が半導体基板に照射される
過程で半導体基板5上に正電荷6が蓄積するが、半導体
基板5の裏面はグランド1Fに接続されているので、上
記絶縁体部分8の表面に蓄積した正電荷の量Qから決ま
る電位差Vが発生する。この電位差Vが上記絶縁体部分
8の破壊耐圧を越えると、上記絶縁体部分8は静電気的
に破壊する。この正電荷6の蓄積を防ぐために、イオン
ビーム導入管2に取り付けた電子線供給機構1B〜1E
から発生する電子により中和する。
【0005】以下、図5を参照して、上記電子線供給機
構1B〜1Eの概要を説明する。同図において、フィラ
メント1Bは電源1Cに接続されており、当該フィラメ
ント1Bに電流が流れて加熱されると熱電子9を発生す
る。この熱電子9を引き出し電源1Dを使って加速し
て、ターゲット1Eに衝突させ、二次電子1Aを発生さ
せる。この二次電子1Aは、バイアス電源1Kによりバ
イアス電極1L間に印加された負バイアスの影響を受け
て、半導体基板3上に照射されるので、正帯電6を中和
することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような二次電子1Aをイオンビーム導入管2の全面に
亘り照射する方法では、以下に示す問題がある。即ち、
図5に示したように、ビームが半導体基板5に照射され
て、正帯電する領域15を中和しようとして二次電子を
照射すると、領域16ではイオンビーム4が照射されて
いないため、二次電子ばかりとなって負帯電を起こす。
これを防止する為には、イオンビーム4を速く動かす
か、試料台3の並進運動の速度を速くすることが必要で
あるが、現状の技術では不可能である。
【0007】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、半導体製造におけるイオ
ン注入において、半導体基板表面の絶縁体部分が静電気
的に破壊されることを防止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の態様によるイオン注入装置は、半導
体基板を搭載した試料台の低速並進運動と高速回転運動
とにより半導体基板に対してイオンビームの走査を行う
走査機構、イオンビームの低速走査と試料台の高速回転
運動とにより半導体基板に対してイオンビームの走査を
行う走査機構、半導体基板を乗せた試料台の低速並進運
動とイオンビームの高速走査とにより半導体基板に対し
てイオンビームの走査を行う走査機構のうち少なくとも
いずれかを備え、上記半導体基板の前面に設置され電子
を上記半導体基板に供給する電子供給機構を有したイオ
ン注入装置において、高速走査を行う方向にX軸を設定
し、低速走査の方向に平行でイオンビームの進行方向と
X軸のベクトル積の向きにY軸を設定して定義されるX
−Y平面の第1乃至第4象限に4極電磁石のS極、N
極、S極及びN極をそれぞれ設置し、上記4極電磁石の
N極同士を結ぶ直線をY軸と所定角度をもって交差さ
せ、当該4極電磁石を上記電子供給機構と半導体基板と
の間に設置することを特徴とする。
【0009】そして、第2の態様によるイオン注入装置
は、上記4極電磁石のN極同士を結ぶ直線をY軸と交差
させる所定角度は45度であることを特徴とする。この
ような第1及び第2の態様によれば、イオンの種類・エ
ネルギー等の条件が変わってイオンビームのサイズが変
化した場合において、磁場が調整され、走査速度の小さ
いY軸方向の二次電子のみ照射される領域が最小にさ
れ、イオンビームのサイズに対応して有効に正帯電が防
止されることになる。
【0010】
【実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の
形態について説明する。図1は本発明のイオン注入装置
の構成を示す図である。同図に示されるように、X軸、
Y軸、Z軸は、それぞれ紙面に垂直な方向、イオンビー
ム導入管2に垂直で紙面に平行な方向、イオンビーム導
入管2に平行な方向を表している。イオンビーム4はイ
オンビーム導入管2を通り試料台3上にある半導体基板
5に照射される。この試料台3は、中心軸1Gの周りに
回転1H(≧1000rpm)とY軸方向の往復運動1
J(周期:十数秒以下)をしている。これにより、イオ
ンビーム4は半導体基板5に均一に照射される。
【0011】イオンビーム4が半導体基板に照射される
過程で半導体基板5上に正電荷6が蓄積するが、半導体
基板5の裏面はグランド1Fに接続されているので、上
記絶縁体部分8の表面に蓄積した正電荷の量Qから決ま
る電位差Vが発生する。この電位差Vが上記絶縁体部分
8の破壊耐圧を越えると、上記絶縁体部分8は静電気的
に破壊する。この正電荷6の蓄積を防ぐために、イオン
ビーム導入管2に取り付けた電子線供給機構1B〜1E
から発生する電子により中和する。
【0012】本発明では、特に上記電子供給機構1B〜
1Eと上記半導体基板5の間のイオンビーム導入管2に
4極電磁石7が配設されている点で従来技術と相違す
る。上記電子線供給機構1B〜1Eの概要は先に図5に
示した通りであり、フィラメント1Bに電流が流れて加
熱されると熱電子9を発生する。この熱電子9を引き出
し電源1Dを使って加速して、ターゲット1Eに衝突さ
せ、二次電子1Aを発生させる。この二次電子1Aは、
バイアス電源1Kによりバイアス電極1L間に印加され
た負バイアスの影響を受けて、半導体基板3上に照射さ
れるので、正帯電6を中和することができる。
【0013】以下、図2を参照して上記4極電磁石7の
取り付け方法について説明する。同図において、X軸、
Y軸は図1に示したものと同じ方向を表し、Z軸は図2
の紙面に垂直な方向を示している。先ず、4極電磁石7
のN極9を、XY平面の第一象限と第三象限で、N極9
同士を結ぶ直線がY軸と45°の角度で交差する位置に
取り付ける。S極10については、Z軸の周りにN極9
を90°回転させた位置に取り付ける。このように配設
された4極電磁石7からは、図中破線で示すような磁場
B11が発生する。
【0014】次に本発明により半導体基板の帯電がどの
ように解消されるかを説明する。図1のイオンビーム導
入管2に取り付けた電子供給機構1B〜1Eから発生し
た二次電子1Aをイオンビーム4が照射して半導体基板
5の正帯電の生じる領域に供給する。このイオンビーム
4と二次電子1Aは共にZ軸方向の速度成分を有してい
るので、図2に示される磁場B11から次式で示される
ローレンツ力Fを受けることになる。
【0015】F=Q・V・B …(1) Q:粒子の荷電量、V:粒子の速度、B:磁界 以下、図3を参照して、上記のローレンツ力Fによるイ
オンビーム4照射領域と二次電子1A照射領域の変化を
説明する。尚、図3(a)は従来技術の二次電子照射領
域12とイオン照射領域13を示し、図3(b)に本発
明での二次電子照射領域14とイオン照射領域13を示
している。
【0016】ここで、二次電子1Aに比べイオンの速度
が遅いこと及び質量が大きいことを考慮すれば、二次電
子1Aに比してイオンに働くローレンツ力Fの影響は無
視できる。従って、上記ローレンツ力Fによって、図3
(b)に示されるように本発明の二次電子照射領域14
は、従来技術での二次電子照射領域12に比べY軸方向
に縮小し、X軸方向に拡大する。
【0017】前述したように、半導体基板5の帯電によ
る電気ストレスの影響が大きいのはイオンビーム4の走
査速度の小さいY軸方向である。本発明では、従来技術
と比較して二次電子1Aのみが照射される領域が圧倒的
に小さくなっているので、負帯電を抑制し、有効に正帯
電の防止が可能となる。一方、X軸方向については、従
来技術よりも二次電子1Aの照射する領域は大きくなる
が、イオンビーム4が高速で走査され、正帯電によって
中和されるので、電気ストレスにほとんど寄与しないこ
とが同図より判る。
【0018】このように、本発明のイオン注入装置で
は、イオンの種類・エネルギ等の条件が変わって、イオ
ンビームのサイズが変化しても、磁場B11を調整すれ
ば、走査速度の小さいY軸方向の二次電子1Aのみが照
射される領域を最小にでき、イオンビームのサイズに対
応して有効な正帯電の防止が可能である。
【0019】以上説明したように、本発明によれば、従
来、二次電子1Aのみが照射される領域がイオンビーム
4の走査速度の小さい方向に広がっていたのを、4極電
磁石を設けることにより、イオンビーム4走査速度の大
きい方向に広げたため、負帯電を生じにくく、適正に正
帯電を防止することができる。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
半導体製造におけるイオン注入において、半導体基板表
面の絶縁体部分が静電気的に破壊されることを防止する
イオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン注入装置の概略図である。
【図2】4極電磁石の取り付け方法を表す図である。
【図3】(a)は従来技術でイオン及び二次電子が照射
する領域を表し、(b)は本発明でイオン及び二次電子
が照射する領域を表す図である。
【図4】従来技術のイオン注入装置の概略図である。
【図5】従来技術で半導体基板の帯電中和する方法を表
す図である。
【符号の説明】
1A…二次電子、1B…フィラメント、1C…フィラメ
ント電源、1D…引き出し電源、1E…ターゲット、1
F…グランド、1G…試料台の回転軸、1H…試料台の
回転運動、1J…試料台の往復運動、1K…バイアス電
源、1L…バイアス電源、2…イオンビーム導入管、3
…試料台、4…イオンビーム、5…半導体基板、6…正
電荷、7…4極電磁石導入管、8…絶縁体、9…一次電
子、10N…N極、10S…S極、11…磁場、12…
従来技術で二次電子線が照射する領域、13…イオンが
照射する領域、14…本発明で二次電子線が照射する領
域、15…半導体基板上の正帯電した領域、16…半導
体基板上の負帯電した領域。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を搭載した試料台の低速並進
    運動と高速回転運動とにより半導体基板に対してイオン
    ビームの走査を行う走査機構、イオンビームの低速走査
    と試料台の高速回転運動とにより半導体基板に対してイ
    オンビームの走査を行う走査機構、半導体基板を乗せた
    試料台の低速並進運動とイオンビームの高速走査とによ
    り半導体基板に対してイオンビームの走査を行う走査機
    構のうち少なくともいずれかを備え、上記半導体基板の
    前面に設置され電子を上記半導体基板に供給する電子供
    給機構を有したイオン注入装置において、 高速走査を行う方向にX軸を設定し、低速走査の方向に
    平行でイオンビームの進行方向とX軸のベクトル積の向
    きにY軸を設定して定義されるX−Y平面の第1乃至第
    4象限に4極電磁石のS極、N極、S極及びN極をそれ
    ぞれ設置し、上記4極電磁石のN極同士を結ぶ直線をY
    軸と所定角度をもって交差させ、当該4極電磁石を上記
    電子供給機構と半導体基板との間に設置することを特徴
    とするイオン注入装置。
  2. 【請求項2】 上記4極電磁石のN極同士を結ぶ直線を
    Y軸と交差させる所定角度は45度であることを特徴と
    する請求項1に記載のイオン注入装置。
JP8212503A 1996-08-12 1996-08-12 イオン注入装置 Pending JPH1064474A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100474533B1 (ko) * 1997-12-30 2005-05-17 삼성전자주식회사 와이드빔을이용하는반도체장치제조용이온주입설비및이를이용한와이드빔균일도향상방법
KR100950021B1 (ko) 2007-11-27 2010-03-29 한국원자력연구원 이중 및 삼중 사극전자석
JP2019525394A (ja) * 2017-04-13 2019-09-05 ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド 被処理物体の表面に1価又は多価イオンを注入する方法及び方法を実施するデバイス

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KR100474533B1 (ko) * 1997-12-30 2005-05-17 삼성전자주식회사 와이드빔을이용하는반도체장치제조용이온주입설비및이를이용한와이드빔균일도향상방법
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