JPH11144671A - イオン注入装置 - Google Patents

イオン注入装置

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JPH11144671A
JPH11144671A JP9304544A JP30454497A JPH11144671A JP H11144671 A JPH11144671 A JP H11144671A JP 9304544 A JP9304544 A JP 9304544A JP 30454497 A JP30454497 A JP 30454497A JP H11144671 A JPH11144671 A JP H11144671A
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JP
Japan
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ion
ion implantation
vacuum
chamber
degree
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JP9304544A
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Yasuo Yamashita
泰郎 山下
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-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
    • H01J37/3171Electron-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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412Plasma immersion ion implantation

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ等の被加物のチャージアップを防止し
て被加工物を高精度に加工することを可能にしたイオン
注入装置を提供すること。 【解決手段】 イオンビームを発生するイオン源2と、
イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射す
る質量分離器4と、放射されたイオンビームをイオン注
入に必要なエネルギーにまで追加速する後段加速管7
と、追加速されたイオンビームの形状をイオン注入に適
した形状に整形する四重極レンズ部8と、成形されたイ
オンビームから中性なビーム成分を分離除去するイオン
偏向部13と、中性ビーム成分が除去されたイオンビー
ムを入射して被加工物15にイオンを注入するイオン注
入室14と、から構成されるイオン注入装置1におい
て、少なくとも、後段加速管7は高真空度に保持し、イ
オン注入室14の真空度はビームプラズマを発生し得る
程度の真空度に保持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、イオン注入装置に
係わり、特に、シリコンウエハ等の被加工物に高速イオ
ンを注入して加工するイオン注入装置において、被加工
物上のチャージアップを防止して被加工物を高精度に加
工することを可能にしたイオン注入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】以下に、従来のイオン注入装置の一例を
図3を用いて説明する。
【0003】図3はイオン注入装置1の全体構成を示す
断面図であり、イオン源2から引き出されたイオンビー
ムは、質量分離器4でウエハ15に注入したいイオン種
のみをウエハ15にまで到達するように磁場を印加し、
イオンビームの方向を変更する。そのため、注入イオン
以外のイオンは、質量分離器4内に設けたビームダンプ
5や分離スリット6に当たり除去される。さらに質量分
離器4を出たイオンビームは、後段加速管7により、イ
オン注入に必要なエネルギーにまで追加速され、四重極
レンズ部8に入射される。四重極レンズ部8に入射した
ビームは、ビーム形状をイオン注入に適した形状に整形
される。四重極レンズ部8を出たイオンビームは、質量
分離器4の出口以降で電気的に中性なビームとなった成
分を分離除去するためのイオン偏向部13に入射し、イ
オン成分のみをイオン注入室14に入射し、ウエハ15
に注入する。
【0004】一方、イオン偏向部13とイオン注入室1
4との間に、電子銃18と、電子銃18から放射した電
子によって2次電子を発生する2次電子供給板19とを
設け、発生した2次電子をウエハ15に供給している。
このようにすることにより、ウエハ15のチャージアッ
プを防止し、チャージされた電荷が放電する時に、パー
ティクルを発生したり、絶縁膜を破壊することによる、
ウエハ15の品質低下を防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、イオン注入装置
は、ビーム電流の増大に伴い、電子供給系が大型化、複
雑化しており、それと共に注入イオン量の計測系も複雑
化してきており、これが装置のコストアップ要因となっ
ている。さらに、SIMOX(Separation by IMplanti
on Oxygen) 基板製作用のイオン注入装置においては、
ウエハの温度を高温に保持する必要があることから、従
来の装置を用いたのでは、注入イオン量の計測が困難に
なるという問題も生じてきた。また、大電流のイオン注
入装置では、従来のものに比べて、注入されるイオンビ
ーム電流が大きくなることから、被注入物であるウエハ
がチャージアップを起こし易すくなっている。
【0006】本発明の目的は、上記の従来技術の種々の
問題点に鑑みて、従来技術とは異なる方式によって、ウ
エハのチャージアップを効果的に防止することのできる
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、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。
【0008】イオン注入装置において、イオンが注入さ
れる被加物近傍にイオンビームによるビームプラズマを
生成する手段を設けたことを特徴とする。
【0009】イオンビームを発生するイオン源と、前記
イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射す
る質量分離器と、前記放射されたイオンビームをイオン
注入に必要なエネルギーにまで追加速する後段加速管
と、前記追加速されたイオンビームの形状をイオン注入
に適した形状に整形する四重極レンズ部と、前記成形さ
れたイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する
イオン偏向部と、前記中性ビーム成分が除去されたイオ
ンビームを入射して被加工物にイオンを注入するイオン
注入室と、から構成されるイオン注入装置において、少
なくとも、前記後段加速管は高真空度に保持し、前記イ
オン注入室の真空度をビームプラズマを発生し得る程度
の真空度に保持することを特徴とする。
【0010】また、請求項2に記載のイオン注入装置に
おいて、前記後段加速管と前記イオン注入室間のいずれ
かの位置に、前記後段加速管と前記イオン注入室間の真
空度差を形成する真空膨張室を設けたことを特徴とす
る。
【0011】また、請求項3に記載のイオン注入装置に
おいて、前記真空膨張室に、真空排気ポンプを設けたこ
とを特徴とする。
【0012】また、請求項3ないしは請求項4のいずれ
か1つの請求項記載のイオン注入装置において、前記真
空膨張室の入口側および出口側に、少なくとも真空のコ
ンダクタンスを小さくするためのビームリミッタを設け
たことを特徴とする。
【0013】また、請求項2に記載のイオン注入装置に
おいて、前記ビーム偏向器の入口側および出口側に、少
なくとも真空のコンダクタンスを小さくするためのビー
ムリミッタを設けたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の第1の実施形態
を図1を用いて説明する。
【0015】図1は、本実施形態に係わるイオン注入装
置の全体構成図である。
【0016】図において、1はイオン注入装置、2はイ
オン源コイル3を備えイオンビームを発生するイオン
源、4は図示されていない磁場によってイオンビームの
方向を変更する質量分離器、5は質量分離器4内に設け
られ不要なイオンを除去するためのビームダンプ、6は
質量分離器4の出口に設けられ不要イオンを除去する分
離スリット、7は注入されたイオンを加速する後段加速
管、8はビーム形状をイオン注入に適した形状(縦長ま
たは横長の断面形状)にする四重極レンズ部、9は四重
極磁石、10は、後段加速管部7において放電破壊を発
生しない程度の高真空に保持し、イオン注入室14のウ
エハ15近傍ではビームプラズマを発生し得る程度の真
空度に保持するための真空勾配を形成する真空膨張室、
11は真空膨張室の出入口にビーム形状を整えまたは真
空のコンダクタンスを大きくするために設けられるビー
ムリミッタ、12は真空膨張室10内に真空勾配を形成
するための排気ポンプ、13はイオンビームを偏向させ
て質量分離器4の出口以降の電気的に中性になったビー
ム成分を分離除去するためのビーム偏向部、14はイオ
ンが注入されるイオン注入室、15はイオン注入室14
内に配置されイオン注入される被加工物としてのシリコ
ン等のウエハ、16はイオン注入室14内の真空度を制
御するガス導入装置である。なお、図示されていない
が、イオン源2からイオン注入室14の間には、各区画
を高真空に排気するための排気ポンプが必要箇所に設け
られている。
【0017】上記のごとく、本実施形態では、イオン注
入室14の真空度を、単にビームプラズマが生成できる
レベルまで低下させると、後段加速管部7の真空度も低
下して放電破壊が多発し、イオンビームの加速が不可能
になるので、後段加速管部7とイオン注入室部14との
間に真空度の傾きを形成するように真空膨張室10を設
けた。また、真空膨張室10には、上記の真空度の傾き
を形成するためにビームリミッタ11を設けて真空のコ
ンダクタンスを悪くすると共に排気ポンプ12を設け
た。
【0018】また、イオン注入室14の真空度がビーム
プラズマの発生可能レベルまで達しない場合には、ガス
導入装置16によって真空度を制御することも可能であ
る。
【0019】ここで、ウエハ15へのイオン注入は、は
じめに、イオン源2から引き出されたイオンビームが、
質量分離器4でウエハ15に注入したいイオン種のみを
ウエハ15にまで到達するように磁場を印加してイオン
ビームの方向を変更する。注入イオン以外のイオンはビ
ームダンプ4や分離スリット5に当たり除去される。さ
らに質量分離器4を出たイオンビームは、後段加速管7
により、イオン注入に必要なエネルギーにまで追加速さ
れ、さらに四重極レンズ部7に注入されて、四重極磁石
9によりビーム形状がイオン注入に適した形状に整形さ
れる。四重極レンズ部8を出たイオンビームは、ビーム
偏向部13において、質量分離器7の出口以降で電気的
に中性なビームになった成分が分離除去され、イオン成
分のみがイオン注入室14に入射され、ウエハ15に注
入される。
【0020】次に、本実施形態のイオン注入装置1にお
けるチャージアップの防止について説明する。
【0021】通常、真空中を高エネルギーのビームが進
む場合、ビーム近傍の真空度が悪ければ、ビーム近傍の
ガスに高エネルギービームが衝突し、ビーム近傍のガス
がプラズマ化し、良導体のビームプラズマが生成され
る。
【0022】本実施形態では、この原理を応用してチャ
ージアップを防止するために、真空膨張室10を設け、
真空膨張室10の入口側を高真空に保持するとともに、
出口側を所定のビームプラズマが発生し得る程度の真空
度に保持する。その結果、イオン注入室14内のウエハ
15に注入されるイオンビームは、ビームプラズマを発
生し、このプラズマがウエハ15上に溜った電荷の放電
路となり、ウエハ15上からの電荷を放出してチャージ
アップを防止することができる。
【0023】上記のごとく、本実施形態によれば、真空
膨張室10を設けることにより、後段加速管7とイオン
注入室14間に真空度の傾きを形成することができ、イ
オン注入室14のウエハ15近傍には、ビームプラズマ
が発生するため、ウエハ15のチャージアップを防止で
きる。そのため、ウエハ15の放電によるパーティクル
の発生や絶縁膜の破壊等ウエハの品質低下をもたらす現
象を防止でき、一方、後段加速管7の真空度は、放電破
壊を生じるレベルより十分高い真空度に保つことができ
るので、正常なイオン注入が可能となる。これにより、
従来のもののように、複雑な電子銃やこれに伴う計測系
を追加することなく、ウエハのチャージアップを防止す
ることができ、コスト的にも信頼性においても、有利な
イオン注入装置を提供することが可能となる。
【0024】次に、本発明の第2の実施形態を図2を用
いて説明する。
【0025】図2は、本実施形態に係わるイオン注入装
置の全体構成図である。
【0026】図2において、17はビーム偏向部13の
出入口に設けられ、ビーム形状を整えまたは真空のコン
ダクタンスを大きくするために設けられるビームリミッ
タである。
【0027】第1の実施形態では、真空度の勾配を形成
するために真空膨張室10を設けていたのに対して、本
実施形態では、ビームリミッタ11を備える真空膨張室
10を省略し、ビーム偏向部13の出入口にビームリミ
ッタ17を設けた点で、第1の実施形態と相違し、その
他の構成は相違しない。
【0028】本実施形態では、図示されていないが、通
常、ビーム偏向部13には真空ポンプが設けられている
ので、この真空ポンプによる真空度調節とビーム偏向部
13の入口部と出口部に設けたビームリミッタ13によ
る真空のコンダクタンスの調節とにより、第1の実施形
態の真空膨張室10の場合と同様に、ビーム偏向部13
内に真空度の勾配を形成し、ウエハ15近傍にビームプ
ラズマを発生させることができ、ウエハ15上のチャー
ジアップを防止することができる。
【0029】上記のごとく、本実施形態においても、ビ
ーム偏向部13の入口部と出口部に設けたビームリミッ
タ13等によって真空度の勾配を形成するようにしたの
で、イオン注入室14のウエハ15近傍にビームプラズ
マを発生することができ、第1の実施形態と同様の効果
を奏することができる。
【0030】
【発明の効果】上記のごとく、本発明のイオン注入装置
によれば、被加工物近傍にビームプラズマを発生するこ
とができるので、被加工物のチャージアップを防止で
き、被加工物の放電によるパーティクルの発生や絶縁膜
の破壊等、被加工物の品質低下をもたらす現象を防止で
き、コスト的にもまた信頼性においても、有利なイオン
注入装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わるイオン注入装
置の全体構成図である。
【図2】本発明の第2の実施形態に係わるイオン注入装
置の全体構成図である。
【図3】従来技術に係わるイオン注入装置の全体構成図
である。
【符号の説明】
1 イオン注入装置 2 イオン源 4 質量分離器 7 後段加速管 8 四重極レンズ部 10 真空膨張室 11,17 ビームリミッタ 12 排気ポンプ 13 ビーム偏向器 14 イオン注入室 15 ウエハ 16 ガス導入装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン注入装置において、 イオンが注入される被加物近傍にイオンビームによるビ
    ームプラズマを生成する手段を設けたことを特徴とする
    イオン注入装置。
  2. 【請求項2】 イオンビームを発生するイオン源と、 前記イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放
    射する質量分離器と、 前記放射されたイオンビームをイオン注入に必要なエネ
    ルギーにまで追加速する後段加速管と、 前記追加速されたイオンビームの形状をイオン注入に適
    した形状に整形する四重極レンズ部と、 前記成形されたイオンビームから中性なビーム成分を分
    離除去するイオン偏向部と、 前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射し
    て被加工物にイオンを注入するイオン注入室と、 から構成されるイオン注入装置において、 少なくとも、前記後段加速管は高真空度に保持し、前記
    イオン注入室の真空度をビームプラズマを発生し得る程
    度の真空度に保持することを特徴とするイオン注入装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項2の記載において、 前記後段加速管と前記イオン注入室間のいずれかの位置
    に、前記後段加速管と前記イオン注入室間の真空度差を
    形成する真空膨張室を設けたことを特徴とするイオン注
    入装置。
  4. 【請求項4】 請求項3の記載において、 前記真空膨張室に、真空排気ポンプを設けたことを特徴
    とするイオン注入装置。
  5. 【請求項5】 請求項3ないしは請求項4のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記真空膨張室の入口側および出口側に、少なくとも真
    空のコンダクタンスを小さくするためのビームリミッタ
    を設けたことを特徴とするイオン注入装置。
  6. 【請求項6】 請求項2の記載において、前記ビーム偏
    向器の入口側および出口側に、少なくとも真空のコンダ
    クタンスを小さくするためのビームリミッタを設けたこ
    とを特徴とするイオン注入装置。
JP9304544A 1997-11-06 1997-11-06 イオン注入装置 Pending JPH11144671A (ja)

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