JPS59139540A - イオン注入装置 - 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】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明はイオン注入装置に関し、特に大電流注入用のも
のを小型且つ安価に構成でき注入量の試斜面内分布を改
善し得る新規なイオン注入装置に関する。

（ｂ）　　従来技術と問題点 イオン注入装置では、処理能力向上のため大電流（例え
ば数１０　ｍＡ）注入機が望まれている。大口径ウェハ
全面を一括照射するような太いイオンビームでは一様な
分布を確保するのが困難であることから、試料面上で注
入イオンと一ムを走査するのが普通である。イオンビー
ムを固定し、試料をＸＹ方向に２次元的に移動させて機
械的に走査を行なうことは、走査機構の複雑化を招くこ
とから、一般には１次元的若しくは２次元的なビーム偏
向を行なう静電的若しくは電磁的偏向走査手段を設ける
のが普通でちる。

従来の標準的なイオン注入装置では、イオン源から引出
されたイオンビームは質量分析計にて不要イオン種が除
去された後、加速され、更にＸＹ静電偏向器を経て試料
上で走査される。この構成は大電流注入装置で採用する
には問題が多い。その第１は、イオン源から試料面ｉで
の距離がどうしても大となってしまう点でおる。この点
は、装置の大型化、高価格の要因にもなっているが、加
えて大電流イオンビームではイオン間の斥力の影響が犬
で、ビーム走行に伴うビーム径の拡大が顕著になる問題
を生じる。この問題を解決するための一手段が特開昭５
２−４９７７４号公報に開示されている。ここに開示さ
れている発明の装置では、質量分析用マグネットと不要
イオン種除去用コレクタスリットとの間に走査用偏向器
を配置し、スリットの直ぐ後方に試料を配置するように
して、イオンビーム走行距離を短縮している。しかしな
がら、静電的或いは電磁的偏向器を挿入する分だけのビ
ーム走行距離はまだ必要であわ、改善の余地がある。こ
のうち特に静電的偏向器を挿入することは、上記公開公
報中に詳記されている理由から、大電流イオンビームで
はビームの拡がシを防止するために是非避けるべきであ
る。即ち大電流イオンビームでは、イオンの真空室内壁
や残留ガス分子との衝突によ多発生した電子がビーム内
に捕捉され、イオン間の斥力を減する効果が存在する。

この効果によυ、大電流イオンビームはイオン間の斥力
から算出される軌道よシずっと小さなビーム拡がシしか
生じない（それでも実用上はビーム走行距離を十分小さ
くしなければ々らない程度には大きい）ｏしかるに、静
電偏向器による印加電界はイオンビーム中からこの電子
を急速に除去し、その結果イオンビームの非常に大きな
拡がりを生じる。

従来の大電流イオン注入装置の他の問題点は、試料上に
おけるビーム走査（照射）位置を正確にモニタしていな
いことである。特に、円板状の試料支持台の円周上に試
料であるウェハを並べ、この支持台を回転させ、一方イ
オンビームはこの円板の半径方向に１次元的に偏向する
ことによシ、試料上での２次元的走査を達成している装
置においては、ビーム照射位置を正確にモニタすること
は非常に重要である。この型の装置では、定速回転する
支持台の内周と外周とでは線速度が異なるため、一様な
量のイオンを照射するためには回転中心からの距離に応
じ滞在時間を変えるように偏向制御しなければならない
からである。従来装置ではビーム照射位置情報について
は偏向信号のみに頼シ、ビーム位置検出手段を有してい
ないが、試料支持台機構とイオンビームとの間ではアラ
インメント誤差がある場合が多く、偏向系の温度変り 動による或いは経時的なドｌフトも全く考慮されていな
い。このだめ正確なビーム位置を把えて、それに基づき
高精度の滞在時間制御を行なうことが難しい。結果的に
試料面内での注入量分布に偏りを生じ勝ちであった。

（ｃ）　　発明の目的 本発明の主目的は、イオンビーム走行距離を著しく短縮
することによシイオン注入装置の小型化。

廉価化を図ることにある。

本発明の他の目的は、大電流注入装置においてイオンビ
ーム走行距離の短縮によシイオンビームの拡がシを抑制
し得る改善策を提供することにあるＯ 本発明の他の目的は、試料面内での注入量分布均一性に
優れ、処理能力も大の新規なイオン注入装置を提供する
ことにある。

（ｄ）　　発明の構成 本発明によれば、イオンビームを偏向する偏向磁場の後
方に不要イオン種を遮蔽するだめのスリットを設け、前
記イオンビームの偏向量を変化させるように前記偏向磁
場を変化させると共に、所要のイオン種のみ通過させる
よう該イオンビーム偏向量に応じて前記スリ７）を移動
させることにより、該スリットの後方に配置された試料
上でイオンビームを走査するようにしたことを特徴とす
るイオン注入装置が提供される。更に、本発明によるイ
オン注入装置の望ましい態様は、イオンビームを偏向す
る偏向磁場発生器と、その後方に配置され不要イオン種
を遮蔽するだめのスリットと、イオンビームと該スリッ
トとの相対的位置を検出するためのビーム位置検出手段
とを備え、前記偏向磁場発生器は前記イオンビームの偏
向量を変化させるよう磁場強度を変化させ得るように構
成され、且つ前記スリットは所要のイオン種のみ通過さ
せ得るよう移動可能に構成されておシ、前記偏向磁場発
生器と前記スリットのいずれか一方を所定の走査速度曲
線に従った制御信号で駆動し、且つ他方は前記ビーム位
置検出手段の位置検出結果に基づき前記一方の動作に追
従するように駆動するようにしたことを特徴とするもの
である。

（ｅ）　　発明の実施例 第１図は本発明実施例によるイオン注入装置の要部を示
す図であり、第１図（Ａ）は装置の全体構成概略を示す
。第１図（Ａ）にて、１はイオンビーム２を放出するた
めのイオン源で、周知のフリーマン型イオン源等で構成
される。イオン源１よシ引出されたイオンビームは加速
電極３による電界で加速される。４は質重分析兼走査用
の電磁石であシ、それによりイオンビーム２に印加され
る偏向磁場は第１図（Ａ）では紙面に垂直方向である０
この電磁石４による偏向磁場で質量分析と走査の両方を
行なう構成が本発明装置の特徴の１つとなっている０５
はビーム走査のための偏向制御回路である０電磁石４の
直後に不要イオン種除去のためのスリット板６が配置さ
れている。そのスリットの長手方向は電磁石４によるビ
ーム偏向方向と垂直であシ、質量の相違に基づき偏向角
の異なるイオン種はスリット板６で遮蔽される。偏向制
御回路５から走査用偏向信号を電磁石４に与えイオンビ
ームの走査を行なう場合、所要のイオンビームのみをス
リットを通過させるために、スリット板６にはスリット
駆動装置７が付設されている。この駆動装置７はスリッ
ト板６を電磁石５によるビーム偏向方向に、従ってスリ
ットの長手方向と垂直方向に移動させ得る。スリット板
６の直後に、試料であるウェハ８を円周状に載置する回
転支持台９が配置される。１０は支持台９を回転させる
モータである。以上のイオン源１から試料支持機構に至
るまでが真空室内に配置されるが、真空室は図示を省略
しである。これらウェハ８．支持台９とイオンビーム２
及びスリット板６との位置関係を理解容易にするため、
それらの斜視図を第１図（Ｂ）に示す。

回転支持台９はモータ１０によシ定速回転させられるも
ので、回転速度は１００〜１１０００ｒｐ程度が実用的
である。機械的走査はこの定速回転のみで行なわれるの
で、多数枚のウェハ８を装着できる割に、試料支持走査
機構は小型化でき、誤動作の心配もなく精度も高い。し
かし支持台定速回転時における試料（ウェハ）面上の任
意の点における線速度は、回転中心からの距離に比例す
る。

内周よシ外周での線速度の方が大きい訳である。

それ故、第１図に示した如く、イオンビーム２を支持台
９の回転中心を通る直線方向に沿って、即ち回転円の半
径方向に沿って偏向走査せしめる場合、試料面内でのイ
オン照射量分布を一様にするためには、ビーム位置に応
じて偏向走査速度を変化させ、試料面内の任意の点での
ビーム滞在時間を一定にする必要がある。勿論これはビ
ーム電流を一定とした場合である。よシ厳密には、ビー
ム電流と滞在時間の積が試料上の任意の点で一定であれ
ばよい。しかし普通はビーム電流を任意に且つ高速に弯
化させるのは容易ではないので、ビーム電流は略一定と
し、滞在時間で制御する。一様な注入分布を達成するた
めのビーム偏向速度曲線の例を第２図に示す。第２図の
如く、第１図実施例では、ビーム偏向量が大でビームス
ポットが内周に位置するときは偏向走査速度は大で、ビ
ーム偏向量小でビームスポットが外周に位置するときは
偏向走査速度は小である。一般的には、任意の点での偏
向走査速度は支持台の回転中心からの距離とビーム電流
の積に逆比例するように制御する。

第２図の波形は、ビームが試料上から外れた適宜の点を
折り返し点として、上記のような速度曲線を繰返すよう
往復走査したときの、偏向量変化を示すものである。

第１図（Ａ＞の装置にて第２図のような速度カーブでビ
ームの偏向走査を行なうには、先ず電磁石４に対し、質
量分析のためのバイアス磁界に加えて第２図の波形に対
応した偏向磁界を発生させるため、偏向制御回路５から
かかる波形の偏向信号を印加する。偏向に伴い、スリッ
ト板６は不要イオン種を遮蔽し所望のイオン種のみスリ
ットを通過させるようビーム偏向方向と同方向に駆動さ
れる。

その移動速度曲線も第２図の波形のようになるよう駆動
装置７で駆動制御する。ビームの回転支持台９の半径方
向の走査１往復は、例えば数１０秒で行なうものとする
。実際の使用上は、このビーム走査を、必要たイオン照
射量に達するまで繰シ返し、注入処理を行なう。これに
よ多試料上において一様な分布でイオン注入を施し得る
。第４図（Ａ）から判るように、本発明によれば、イオ
ンビーム２の走行距離は著しく短縮されておシ、装置の
小型化が可能である。またイオンビーム２の拡がりは最
小に抑えられ、大電流注入装置の実現が可能である。

第１図実施例の如き注入装置において、電磁石４による
ビーム偏向位置は、アラインメント誤差や温度変化或い
は経時変化にょるズレを生じることがある。このような
位置ズレを生じると、スリット板６により所要のイオン
種が多量に遮蔽されてしまったシ、或いは試料上におい
て第２図のような走査速度カーブを正確に描けないこと
になる。

第３図は、上記問題点を解決するためビーム位置検出手
段を設けた、本発明の他の実施例のイオン注入装置、の
要部を示す図である。同図にて第１図と同等の部分には
同一符号を付してあシ、加速電極等は省略しである。

第３図の装置では、スリット板６にイオンビーム２の位
置検出機構を付設している。即ち、１゜は例えばカーボ
ン製の不要イオン種遮蔽用の主スリツト板であシ、所要
イオンビーム２を十分な余裕をもって通過させる幅のス
リットを有する。この主スリツト板１０に絶縁体１１に
より絶縁支持されたスリット片１２Ｌ、１２Ｒが設けら
れている。これもカーボン製でよい。スリット片１２Ｌ
。

１２Ｒにより形成されるスリットの＠は主スリツト板の
それより狭く、かつ主スリツト中心から見て対称に配置
されている。このスリット片１２Ｌ。

１２Ｒは、所要イオンビームがスリット中心を通過した
場合に、ビーム強度分布を見たときにその外周の裾引き
部がこれらスリット片上に均等に当るように配置されて
いる。主スリツト板１０は接地されておシ、スリット片
１２Ｌ、１２Ｒはそこに流れるビーム電流を出力するよ
う差動増幅器１３の差動入力対に夫々接続されている０
所要の主イオンビーム２がスリット中心からずれると、
スリット片１２Ｌ、１２Ｒに流れるビーム電流に偏差を
生じ、増幅器１３はその差動信号を増幅し、積分器１４
を経て増幅器１５の出力で、偏向器４の偏向磁場強度を
変化させる。この帰還ループにより主イオンビーム２は
常にスリット中心を通るように偏向制御される。偏向器
４では勿論、質量分析のための直流的寿バイアス磁場を
発生しているが、そのだめの回路は図示を省略しである
。

さてスリット６はモータ１６によシビーム偏向方向に沿
って直線移動される。直線送シ機構は周知のボールねじ
によるものなどでよく、図示は省略する。制御回路１７
は増幅器１８を介してモータ１６を駆動制御する。そし
てこの制御回路１７には、ウェハ８に照射されて流れる
ビーム電流の検出器１９の出力と、スリット６の位置検
出器２０の出力とが入力される。この制御回路１７は、
第２図の如き所定の走査速度曲線に対応するスリット駆
動制御信号を発生する。この制御信号に基づきスリット
６が駆動されると、主イオンビーム２は前述の帰還ルー
プによシスリット６の動きに追従する如く偏向される。

かくして主イオンビーム２は試料面上において第２図の
如き所定の走査速度曲線に従って偏向走査されることに
なる。

制御回路１７は、例えば、第２図の如き速度カーブに対
応する信号を発生するだめの読出し専用メモリ（ＲＯＭ
）を内蔵し、電流計１９によるビーム電流と適当なりロ
ック信号とでビーム照射量を算出する機能を有する。位
置検出器２０からのスリット位置信号に応じてかかるＲ
ＯＭから読出された信号とイオン照射量とを比較しつつ
、所定のビーム照射位置で所定のイオン照射量が与えら
れるよう、スリット６が駆動される。このようなサーボ
制御技術は周知数、詳細は省略する。駆動モータ１６と
してパルスモータを用いることによシ、位置センサ２０
を用いることなくスリット６の送シ量をオープンルーズ
的に決めることもできる。

第３図実施例装置では、主イオンビーム２が常にスリッ
ト中心を通るようスリット６の動きに追従し、一方スリ
ット６と試料支持機＄９．１０との相対的位置は正確に
設定可能であシ、従って第２図のような走査速度カーブ
を試料面上において常に正確に描ける。

第４図は本発明の更に他の実施例を示す０本実施例が第
３図実施例と異なっている点は、スリット６と主イオン
ビーム２との相対位置検出手段と、その相対位置を一定
にするための帰還ループの構成、並びに所定の走査速度
カーブを描くための制御部とである。即ち、ビーム位置
検出のためには、試料に流れるビーム電流を電流計１９
で検出した結果に基づき、その増減を偏差検出回路２０
にて検出する構成が採られている。スリット６は主イオ
ンビームの大半を通過させ、ビーム強度分布でみて周囲
の裾引き部は遮蔽し得る程度の幅を持っている。主イオ
ンビーム２がスリット中心からずれるとビーム電流の減
少を来たす。この変化を偏−差検出回路２０にて検出し
、その結果に応じて増幅器１８を介してパルスモータ１
６を歩進させる。

これにより、スリット６は常に主イオンビーム２の最大
ビーム電流分がスリットを通過するように位置制御され
る。

制御回路２１は位置センサ２０からスリット６の位置情
報を得、且つ電流計１９でのビーム電流をモニタしつつ
、所定の走査速度カーブを描くよう走査信号を発生し、
増幅器１５を介して偏向用電磁石１４に走査用偏向信号
を印加する。ビーム偏向に従いスリット板６が主イオン
ビームがスリット中心を通るように追従して駆動され、
試料面上において所定の走査速度カーブに従って主イオ
ンビーム走査が行なわれる。

尚、以上の実施例において、イオン注入量の初期設定を
可能とするため、制御回路１７．２１において、指示値
に応じて走査周期を変化させるか、或いは内蔵された計
数手段に・よって指示値に応じた回数の走査を繰返した
とき、装置を自動的に停止させる機構を設けることがで
きる。

（ｆ）　　発明の効果 本発明によれば、質量分析用マグネットと試料との間に
はスリットを一枚挿入するのみでよく、イオン走行距離
を著しく短縮することができるので、小型、廉価にイオ
ン注入装置を構成できる。

またイオンビームの走行につれて生じるビーム径拡大の
影響も小さいので、特に大電流注入装置に本発明を適用
するとその利益は犬である０更に、イオンビームと試料
との相対的位置をモニタしつつ走査制御する手段が提供
されたことにより、イオン注入量の試料面内分布は一様
になった。特に、多数のウェハを一度に処理できる回転
円板式の試料支持機構番採ったときにも一様な注入量分
布を実現できる点で実用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ＞及び（Ｂ）は本発明実施例のイオン注入装
置の全体構成概略図及び一部斜視図を夫々示し、第２図
は一様な注入量分布を実現するだめのビーム偏向量変化
を例示するグラフ、第３図は本発明の他の実施例による
イオン注入装置を、第４図は更に他の実施例装置を夫々
示す０ １　イオン源、４・　ビーム偏向用電磁石、６スリツト
板、７．１６・−スリット駆動手段、８試料、９　回転
支持台。 第　１　図 （Ａ） 第２図 時間 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）イオンビームを偏向する偏向磁場の後方に不要イオ
   ン種を遮蔽するためのスリットを設け、前記イオンビー
   ムの偏向量を変化させるように前記偏向磁場を変化させ
   ると共に、所要のイオン種のみ通過させるよう該イオン
   ビーム偏向量に応じて前記スリットを移動させることに
   より、該スリットの後方に配置された試料上でイオンビ
   ームを走査するようにしたことを特徴とするイオン注入
   装置。 （２）イオンビームを偏向する偏向磁場発生器と、その
   後方に配置され不要イオン種を遮蔽するためのスリット
   と、イオンビームと該スリットとの相対的位置を検出す
   るためのビーム位置検出手段とを備え、前記偏向磁場発
   生器は前記イオンビームの偏向量を変化させるよう磁場
   強度を変化させ得るように構成され、且つ前記スリット
   は所要のイオン種のみ通過させ得るよう移動可能に構成
   されておシ、前記偏向磁場発生器と前記スリットのいず
   れか一方を所定の走査速度曲線に従った制御信号で駆動
   し、且つ他方は前記ビーム位置検出手段の位置検出結果
   に基づき前記一方の動作に追従するように駆動するよう
   にしたことを特徴とするイオン注入装置。 （３）前記ビーム位置検出手段が前記スリットに設けら
   れたビーム電流検出回路から成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のイオン注入装置Ｏ （→　前記ビーム位置検出手段が前記スリットを通過し
   てその後方の試料上に照射されるイオンビームの電流を
   検出するビーム電流検出回路から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載のイオン注入装置。