JPS58147949A - イオン打込み装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に大電流ビームの打込みの際に改善された打
込みの均一性を有するイオン打込み装置に関する。

イオン打込み装置、特に数ｍＡ以上の大電流ビームの打
込み装置において、イオ／・ビームの電気的々走査は電
磁石による磁場走査で行々われろＬしかし、一般的には
磁石構造が大きくなることか。

ら、走査方向の一軸を電磁石によるものとし、−。

軸を機械的な走査とするのが普通である。　　　。

従来のイオン打込み装置の打込み方法を第１図５を用い
て説明する。イオン・ビーム１は交流電源（正弦波発生
電源）ろで制御されろ電磁石２を通。

過することにより水平方向の走査ビーム５となり試料４
面に達する。同図において、試料４は走査・ビーム５と
直交するように機械的に垂直方向に移１・）動させられ
、ろ。ここで、試料４への打込均一性を。

見ると、垂直方向ではビーム５の走査速度に較べ。

試料４の移動速度を十分小さくすれば、所望の均。

一度が得られろ。しかし、水平方向には、交流電。

源乙の波形か正弦波である場合は均一性を得ろと−とは
離かしい。第２図は、横軸に時間、縦軸にビーム５の走
査軸に沿った位置をとり、ビーム軌跡を□示すものであ
る。ビーム軌跡から分るように、走査軸の中心をはずね
、ろほど直線性が悪くなる。

しノ＠がって、ビーム走査幅（２Ｘ）は試料４の幅（２
ｒ）に比較し十分大きくとる必要がある。第”６図は、
横軸にビーム５の走査軸に沿った位置、゛縦軸に走査軸
の方向に単位長さ当りのビーム強度゛■をとり、試料４
に対する走査ビーノ、の打込みの。

均一性を模示したものである。試料４の中心にお“ける
強度（Ｔｏ）と縁におけろ強度（］ｏ　）の差均−精度
である。同図から分るように、試料４の・幅（２ｒ）と
ビーム５の走査幅（２Ｘ）との比（１１１Ｘ／、）を大
きくとれば均一度は上げられろ。しか。

し、ビーｌ、の走査幅を広げろことは磁場構成上種々問
題があること、およびビート電流１の有効打。

込み割合が減少すること等により、得策では々い、。

以」−述べたように、従来装置では、ビームの走査ｌ。

は交流正弦波の磁場による走査であり、あ捷り均一性を
要求し々い打込み装置に用いていた。例えば後述（第８
図で説明）する質量分離用の直流磁場に交流正弦波磁場
を重畳させる方法では、ｘ／ｒ＝２とするとき、１０係
の均一打込み誤差がある・　３　・ ことが実験的に確かめられている。

以上述べたように、従来装置ではあ捷り均一度。

を要求しない打込みを目的として（例えば、太陽゛電池
用のノリコン接合素子形成用）、正弦波磁場。

によろイオン・ビーム走査を行なっていた。しか１“し
打込均一度を要求する半導体素子にも適する汎用性ある
打込み装置としては三角波発生電源によ゛ろ直線的なビ
ーム走査が必要である。

電磁石２の磁場発生コイルは、第４図に示すよ・うに、
抵抗１１　（Ｒ）と自己インダクタンス１２１・１（■
・）と見々すことができる。同図において三角。

波発生電源１３の電圧（Ｅ［）が１交番ごとに変化する
ときの回路電流■ｆは次式で表わされろ。

回路に流れる電流■ｆと磁場強度は比例するから、イオ
ン・ビームの走査の直線性は得られないことになる。第
５図は（１）式の現象説明図である。第５図は、先の第
２図と同じく縦軸に走査軸に泊った位置、横軸に時間を
とり、走査ビーム軌跡（実線・　４　・ ）を示すもので、点線は電源１３の三角波電圧　１すｆ
　　を示す。同図の点線に対する実線のずれは（１）。

式の右辺括弧内の第２項であり、過渡特性を示すλしだ
がって、三角波発生電源を用いろ場合におい。

ても均一打込みは行々われないことに々ろ。　　５本発
明の目的は、したがって、上述の過渡特性を持っていな
い、冒頭に述べた種類のイオン打込。

み装置を提供することである。

」二記目的を達成するために、本発明によろイオ・ン打
込み装置は、磁場発生コイルの磁場制御系回国路内に該
磁場発生コイルの過渡現象特性を補償す。

ろような補正回路を有することを要旨とする。

本発明の有利々実施の態様においては、上記イオン打込
装置がイオン・ビームの走査面上に、イ。

オノ・ビームの走査状態を監視することを可能に１゜す
る複数個のファラデー・カップを備えている。

第６図は上述の過渡現象特性を補正する本発明の回路構
成を示す。本発明によれば、三角波発生電源１３と電磁
石２０間に補正回路１５（コンデンサＣ６と抵抗Ｒ・。

で構成される微分回路）と電圧、１゜加算回路１６が追
加される。

同図で補正回路１５の出力電圧（Ｅｄ）け　　。

１・　　　　　・・（２）゛ Ｅｄ−Ｅｆ−ｅ−７ で表わされる。しだがって、加算回路１６の出力。

電圧Ｅｆ′は 。・−１，−１，。、−去・ ｆ（ｆ ＝１・　　　・・・・・（６） ＝　Ｅ（（１−１−ｅ　　ＣＲ） となる。（１）式のＥ「をＥｆ′と置き換え、磁場コイ
ル・に流れる電流Ｉｆ′は　　　　　　　　　　　　１
・・・・・・（４）。

となろ。ここで、■＜〈１、実際にはＫ　＜　０．１程
度であるから、（５）式右辺括弧内の第２項は極めて小
。

さくすることができろ（Ｋ　（０，０１）。第７図は。

第６図でＭＳ）、明しだ補正回路１５を付加したときの
”走査ビーム軌跡と磁場コイル印加電圧Ｅｆ′の関係パ
を示す。同図から分るように、走査ビームの直線性は改
善され、打込均一性は良くなる。

第８図は本発明によるイオン打込み装置の回路図である
。本実施例の打込み装置は、質量分離器・において質量
分離（イオン分ｌ１ｌｆｆ′）の直流磁場に三１・Ｉ角
波磁場を重畳させた構成のイオン・ビームの走。

査を行なう方法を採用している。イオン源１７よ。

り発したイオン・ビーム１は直流磁場電源１８で制御さ
れろ質量分離用の電磁石１９で所望のイオン種のみを含
んでいる。イオン・ビームの走査は一交流磁場電源３よ
り電磁石２を制御して行なわれろ。々お、質量分離特性
は増幅器２２の入力電圧２ろによって調整され、走査ビ
ーム５の走査幅は三角波発生電源１６の電圧値により、
直線性は補正回路１５の回路定数を調節することにより
、増幅器２５を介して交流磁場電源３を制御して調整゛
されろ。しかし、実際問題として電磁石２の過渡゛現象
特性を正確に知り、補正回路１５の定数を決めろことは
難かしい。そこで第８図に示す不実施′例では、打込み
試別４のビーム走査面に清ってビ′□−ム電流検出用の
小さな複数個のファラデー・力。

ノブ２６（Ｆ１〜Ｆ６）を設けて、ビーム５の走査。

状態を電流検出回路（電流加算回路）２７とモニター（
７ンクロスコープ等）２８より監視できろ・ようにしで
ある。第９図は走査ビーム５の軌跡（１（）三角波）と
ファラデー・カップ２６の各１？１〜Ｆ６゜で検出され
ろ電流波形関係を示す。同図の上の縦。

軸はビーム走査軸に泊った位置、下の縦軸は検出電流値
り６、横軸は時間を表わす。走査ビーム軌。

跡の直線性が悪い場合には、各ファラデー・カッ。

プ（Ｆ１〜Ｆ６）の検出時間幅が異なる（　１１＼Ｌ２
９．１３＼１，１　）が、直線性が良い場合には、時間
幅が等しく（ｔｌ−１２−ｔ６−１４）なることで分る
。

したがって、第８図において、モニタ２８により走査ビ
ーム５の直線性は監視し、補正回路１５を・　７　・ 調節（可変抵抗Ｒを調節）することで容易に直線。

性の改善すなわち打込み均一度を上げることかで。

きる。

まだ、質量分離用電磁石１９の磁場がドリフト。

すると、走査ビーム５の中心は試料２の右１だは５左に
偏よる。図中の２９がこのときの走査ビーム５の補正回
路で、試料２の左右にあるファラデー′・カップ（図で
ばＦ２とＦ５）の検出電流タイミン・グをとらえて増幅
器２２に帰還し、走査ビーム５・の中心を常に試料２の
中心に合わせろように補正１０する。ビーム軸補正回路
２９は三角波発生電源　。

１６よりトリガー・パルス３０を受けて起動する開時カ
ウンター、比較回路およびＤ／Ａ変換器よ。

り構成されろ。

以」二述べたように、交流磁場によりビームの走１１査
を行なうイオン打込み装置において、走査磁場電源回路
系内に磁場発生コイルの過渡現象を補償する補正回路（
微分回路）を挿入することで、容易に三角波磁場を形成
し、打込み試料面に対する直線性の良い走査ビーノ、が
得られろことになる。

・　８ 壕だ、走査ビームが直線であることは走査幅が打゛込み
試料およびビーム監視用ファラデー・ノｙノブ。

類に対する必要幅だけで良く、正弦波交流磁場を。

使用する従来方法に比べ、打込みビーム損失は極゛めて
少々く、格段のビーム活用が可能で打込み均一−性も極
めて良いから打込み均一度を要求する汎用の半導体素子
の製造装置にも活用できろ。さら゛に、ビームの走査軸
上に複数個のファラデー・カップを設けろことは走査状
態をモニタし、制御系・に帰還することにより容易にビ
ームの走査直線性１・１の補正および走査軸ドリフト補
正が行々える手段、として極めて有効なものである。

なお本発明が、電磁石に直流磁界と交流磁界を重畳する
電磁石を対象として説明されだが、直流。

磁界を取除き、三角波の電流のみ電磁石に流して質量分
離々しの打込みを行なう装置にも適用可能であることは
云う寸でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン打込み装置の概念図、第２図、第
３図、および第５図は従来装置を説明すろための特性線
図、第４図は従来装置の等価回路。 図、第６図は本発明によるイオン打込み装置の原。 理図、第７図は本発明を説明するだめの特性線図二鎖８
図は本発明によるイオン打込み装置の一例の。 回路図、第９図は第８図の補足説明の特性線図で５ある
。 １・・イオン・ビーム ２・・ビーム走査用電磁石 ろ・交流磁場電源　　　４・・・試料 ５・・走査ビーム　　　１１・・・抵抗　　　　　　１
１゜１２・・・自己イノダクタンス １６・三角波発生電源　１５・・・直線性補正回路　。 １６・電圧加算回路　　１７・・・イオン源１８・・直
流磁場電源　　１９・質量分離用電磁石。 ２２．２５・・増幅器　　２６・・・入力電圧　　　　
１゜２６　（］”１〜Ｆ６）・・走査ビーム検出用ファ
ラテーカノプ ２７・・電流検出回路　　２８・モニタ２９・・・ビー
ム軸補正回路 代理人弁理士　中村純之助 １ト オ　１　凶 ↓ 才２図　　　　才３図 ＋χ　　　　Ｕ　　　−χ 才４　図 右６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　イオン・ビームを磁場変化を用いて試料面”
   上を走査し、均一打込みを行なうイオン打込み装置にお
   いて、磁場発生コイルの磁場制御系回路内゛に該磁場発
   生コイルの過渡現象特性を補償するよ・うな補正回路を
   有することを特徴とするイオン打・込み装置。　　　　
   　　　　　　　　　　　　　　）（２）　　イオン・ビ
   ームの走査面上に、イオン・ビームの走査状態を監視す
   ることを可能にする複数個のファラデー・カップを有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン
   打込み装置。