JPS61256553A - Ion-beam generator - Google Patents

Ion-beam generator

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Publication number
JPS61256553A
JPS61256553A JP9776385A JP9776385A JPS61256553A JP S61256553 A JPS61256553 A JP S61256553A JP 9776385 A JP9776385 A JP 9776385A JP 9776385 A JP9776385 A JP 9776385A JP S61256553 A JPS61256553 A JP S61256553A
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JP
Japan
Prior art keywords
ion
scanning
electric field
scanned
acceleration voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP9776385A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Suzuki
匡 鈴木
Masao Tamura
田村 誠男
Shoji Yadori
章二 宿利
Yasuo Wada
恭雄 和田
Nobuyoshi Kashu
夏秋 信義
Shizunori Oyu
大湯 静憲
Akira Shintani
新谷 昭
Hidekazu Okudaira
奥平 秀和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
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Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS61256553A publication Critical patent/JPS61256553A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve efficiency, with a scanning electric field independent of an acceleration voltage, by making composition in which a generator of focusing ion beams capable of being scanned, with a high acceleration voltage, is positioned before a beam-scanning part. CONSTITUTION:Ion beams 1 from an ion source 2 are made to pass through condenser lenses 3 and a mass-separator 4, and thereafter being scanned at a beam scanning part 5. Then, they are accelerated to have high energy, and focussed by object lenses 7, and the necessary amount of them are shot into an assigned position on a substrate 8 to shoot ions into, to form an ion-beam generator used in the production of a semiconductor device or the like. A transverse scanning electric field is made to be decided independent of a final acceleration voltage. Therefore, with the scanning electric field being reduced to improve efficiency, high-energy focussing ion beams of good quality, capable of being scanned, can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体装置製造工程の中のイオン打込み工程
に使用するイオン線の発生方法に係り、特に、加速電圧
がIMV程度以上と従来の技術に比較し、非常に高い場
合のスキャニング可能な収束イオン線の好適な発生装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for generating an ion beam used in an ion implantation process in a semiconductor device manufacturing process, and particularly relates to a method for generating an ion beam used in an ion implantation process in a semiconductor device manufacturing process, and in particular, when the accelerating voltage is approximately IMV or higher, conventional techniques The present invention relates to a suitable generating device for a focused ion beam that can be scanned in very high cases compared to the present invention.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

加速電圧がIMV程度以上と、従来技術に比較し、非常
に高い場合の(以下、高エネルギーと呼ぶ)イオン線の
、半導体装置製造工程のうちの不純物注入工程への応用
は、1μm程度の深い領域の不純物濃度を制御すること
ができるため、その製造工程の簡略化を可能とし、さら
にセルファニール効果によって、低温における非晶質層
の再結晶化ができるという、従来の数十〜百KVのイオ
ン線では見られなかった、2つの利点を有している。
Application of ion beams to the impurity implantation process in the semiconductor device manufacturing process, where the acceleration voltage is about IMV or higher, which is extremely high compared to conventional technology (hereinafter referred to as high energy), is at a depth of about 1 μm. Since the impurity concentration in the region can be controlled, the manufacturing process can be simplified, and the amorphous layer can be recrystallized at low temperatures due to the cellphaneel effect, which is faster than the conventional method of several tens to hundreds of KV. It has two advantages not seen with ion beams.

末た、一方、イオン打込みにおいて1μm以下の微細領
域への打込みを可能とし横方向の分布を制御するには、
たとえば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイアンス
・テクノロジー(Journalof Vacu@5c
ience Thechnology) 19 (4)
 115g(1981)に記載されているように、収束
イオン線化することが有利である。特に、高エネルギー
イオン線の場合には飛程が大きいため、半導体の所望の
位置に不純物を導入する場合、従来のようにイオンを阻
止する材料を、半導体表面に形成し、不要なイオンを該
阻止材料中で止める方式では、マスク材が制限されると
いうこともあり、その意味からもマスクレスが可能とな
る収束化が望まれる。
On the other hand, in order to enable ion implantation into minute regions of 1 μm or less and to control the lateral distribution,
For example, Journal of Vacuum Science Technology (Journalof Vacu@5c
ience Technology) 19 (4)
115g (1981) is advantageous. In particular, high-energy ion beams have a long range, so when introducing impurities into a desired position in a semiconductor, a material that blocks ions is conventionally formed on the semiconductor surface to block unwanted ions. In the method of stopping in a blocking material, the mask material is limited, and from this point of view, a convergence that enables maskless operation is desired.

そこで、高エネルギーでかつスキャンできる収束イオン
線の発生方法として、まず従来の数十〜数百KVの収束
イオン線で用いられていた手法をそのまま適用した場合
について考える。第3図は、その説明図で、イオン源2
.コンデンサレンズ3゜質量分離器4.対物レンズ7、
ビーム走査部5とから構成されている。このような従来
の収束イオン線発生装置構成をそのまま適用し、単に加
速電圧を上げることのみで高エネルギー収束イオン線を
得ようとすると、高エネルギーであるために。
Therefore, as a method for generating a focused ion beam that has high energy and can be scanned, we will first consider a case where the method used for conventional focused ion beams of tens to hundreds of kilovolts is applied as is. Figure 3 is an explanatory diagram of the ion source 2.
.. Condenser lens 3° Mass separator 4. objective lens 7,
It is composed of a beam scanning section 5. If you try to obtain a high-energy focused ion beam by simply increasing the accelerating voltage by applying such a conventional focused ion beam generator configuration as it is, the energy will be high.

ビームをスキャンするには、その加速電圧に比例した大
きな横方向スキャン用電界を必要とする。
Scanning the beam requires a large lateral scanning electric field proportional to its accelerating voltage.

さらに、その結果、出力ビームの横方向速度成分は大き
くなり、イオンを打込むターゲット(ウェーハ)に対し
ての入射角度が垂直からずれてくる。
Furthermore, as a result, the transverse velocity component of the output beam increases, and the angle of incidence with respect to the target (wafer) into which ions are implanted deviates from the perpendicular.

これは、正確なイオン打込み制御の妨げとなるため、好
ましくない。即ち、斜に打込まれたイオンは、所定の打
込み位置から横方向にずれるばかりでなく、深さ方向の
打込み位置精度も低下する。
This is undesirable because it interferes with accurate ion implantation control. That is, the obliquely implanted ions not only deviate laterally from a predetermined implantation position, but also decrease the implantation position accuracy in the depth direction.

横方向の位置の誤差をAX、深さ方向の誤差をΔ2.入
射イオンの角度の垂直からの偏位角をθ。
The error in the horizontal position is AX, and the error in the depth direction is Δ2. θ is the deviation angle of the incident ion angle from the vertical.

あるイオン打込みエネルギーにおけるイオンの投影飛程
をR,とすれば、AX、、AZはおのおの次式で与えら
れる。
If the projected range of ions at a certain ion implantation energy is R, then AX, , AZ are given by the following equations.

AX = R、sinθ          ・(1)
AZ = R,(1−cosθ)       −(2
)従って、現在の集積回路技術において必要とされる精
度が、0.05 μm程度である事を考えると、式(1
)、(2)から、R2が2μm程度の場合に、θは1.
4度以下とする事が必要である。
AX = R, sinθ・(1)
AZ = R, (1-cosθ) - (2
) Therefore, considering that the accuracy required in current integrated circuit technology is about 0.05 μm, the equation (1
), (2), when R2 is about 2 μm, θ is 1.
It is necessary to keep it below 4 degrees.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記欠点を除去し、効率良くかつ品質
のよいスキャン可能な高エネルギー収束イオン線の発生
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and provide a high-energy focused ion beam generator that can scan efficiently and with good quality.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

従来の収束イオン線発生装置では、ビーム走査部は装置
構成の中の最終段に位置しているものが一般的であった
ため、最終的な加速電圧に比例したスキャン用横方向電
界が必要であった。そこで。
In conventional focused ion beam generators, the beam scanning section was generally located at the final stage of the device configuration, so a lateral electric field for scanning was required that was proportional to the final accelerating voltage. Ta. Therefore.

本発明は、ビーム走査部を加速する前に持ってくること
によって、加速電圧に依存しないスキャン用電界を可能
とするものであり、特にこの方法を高エネルギー収束イ
オン線に適用した場合には、4 スキャン用電圧の節減
、ビームの高品質化(横方向速度成分が小さい)の効果
が得られるものである。第1図は、本発明のイオン線発
生装置の構成の一例を示す図である。質量分離器4を通
過したイオン線1は、まず、ビーム走査部5によってス
キャンされた後、加速部6で高エネルギーまで加速され
、対物レンズ7で収束化され、イオンを打込まれるべき
基板8上の所定の位置に必要量打込まれる。
The present invention enables a scanning electric field that is independent of the accelerating voltage by bringing the beam scanning section before accelerating the beam, and especially when this method is applied to a high-energy focused ion beam, 4. It is possible to reduce the scanning voltage and improve the quality of the beam (the transverse velocity component is small). FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an ion beam generator of the present invention. The ion beam 1 that has passed through the mass separator 4 is first scanned by a beam scanning section 5, then accelerated to high energy by an accelerating section 6, focused by an objective lens 7, and delivered to a substrate 8 into which ions are to be implanted. The required amount is driven into the predetermined position on the top.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using Examples.

実施例1 第2図は、イオン線発生装置の加速部及びスキャン部の
みを模式的に示した図で、同図(a)は本発明によるも
の、同図(b)は従来装置である。
Embodiment 1 FIG. 2 is a diagram schematically showing only the acceleration section and the scanning section of an ion beam generator, in which (a) is the one according to the present invention, and (b) is the conventional device.

イオン9は、スキャン部5及び加速部6を通過した後、
ターゲット8に到達する。イオンとしてボロンを用い、
初期エネルギーV、を10 K e V 。
After the ions 9 pass through the scanning section 5 and the acceleration section 6,
Reach target 8. Using boron as an ion,
The initial energy V, is 10 K e V.

最終的なビームの運動エネルギーV、を2 M e V
とする・図中でz = Q1+ 02 + 03の時、
y=Lを通過する、すなわち点Xを通過するために必要
なスキャン用横方向電界Eよを求めると、Ω。
The final beam kinetic energy V, is 2 M e V
In the figure, when z = Q1 + 02 + 03,
The horizontal electric field E for scanning required to pass y=L, that is, to pass point X, is Ω.

ioam、n、=5am、Q3=30a*、L=2an
の時、本発明の場合は、従来装置に比べて50%低減で
きる。また、この時の最終的なビームのターゲットに入
射する角度をみると従来装置では、X軸に対して約3°
であるのに対して、本発明では、0.5° と、ビーム
の品質においても優れたものが得られる。
ioam,n,=5am,Q3=30a*,L=2an
In the case of the present invention, the amount can be reduced by 50% compared to the conventional device. Also, looking at the angle at which the final beam enters the target at this time, with the conventional device, it is approximately 3 degrees with respect to the X axis.
In contrast, in the present invention, an excellent beam quality of 0.5° can be obtained.

次に、第2図において、Q2の値をさらに増加させ、Q
、=10amとした場合を考えると、スキャン用電界E
工のさらなる低減化ができ、従来装置の場合の値より7
0%低い値で十分となる。また、ビームの方向について
も、 0.3°となる。
Next, in FIG. 2, the value of Q2 is further increased, and Q
, = 10 am, the scanning electric field E
It is possible to further reduce the amount of work required, and the value is 7.
A value as low as 0% is sufficient. Also, the direction of the beam is also 0.3°.

実施例2 本実施例では1本発明による装置のシステム構成につい
て示す、第4図は、イオン源2.コンデンサレンズ3.
質量分離器4.ビーム走査部5゜ビーム加速部6から成
る収束イオン線発生装置において、ビーム走査制御部1
0により発生したパターン情報に従って該ビーム走査部
5を制御し、基板8にイオン打込みを行なうシステムを
示す。
Embodiment 2 In this embodiment, the system configuration of an apparatus according to the present invention is shown in FIG. 4, which shows an ion source 2. Condenser lens 3.
Mass separator 4. In a focused ion beam generator consisting of a beam scanning section 5 and a beam accelerating section 6, a beam scanning control section 1
A system is shown in which the beam scanning section 5 is controlled according to pattern information generated by 0, and ions are implanted into the substrate 8.

ここで、該イオン源2は、電界放出型の液体金属イオン
源であり、N1−B合金、Ga等の金属を用い、電界電
離放射によって半導体基板8中でドナーあるいはアクセ
プタとなるべきイオンを放出するものである。該イオン
源の引出し電圧は、10KV程度が最適であった6コン
デンサレンズ3および質量分離器4.ビーム走査部5は
、高電圧部12中にあり、それらの制御は操作部14か
ら光ファイバ13を通して行なう。それらの作動用電力
は、アイソレーション・トランス15から供給される。
Here, the ion source 2 is a field emission type liquid metal ion source, which uses a metal such as N1-B alloy or Ga, and releases ions to become donors or acceptors in the semiconductor substrate 8 by field ionization radiation. It is something to do. The optimal extraction voltage of the ion source is about 10 KV.6 Condenser lens 3 and mass separator 4. The beam scanning section 5 is located in the high voltage section 12, and its control is performed from the operating section 14 through the optical fiber 13. Power for their operation is supplied from the isolation transformer 15.

ビーム走査は、操作部14中のビーム走査制御部10に
より制御される。本実施例では、ビーム走査制御部10
は、H−80E (製品名;日立製作新製)を用い、デ
ータ転送速度は24 M B / sである。ビーム走
査に用いたD/A変換器は、18bitの精度をもち、
これにより約20ppmの精度を得ることができた。即
ち、フィールドサイズを2mとし、0.1 μmの精度
が得られた。ビームのブランキングは、ビーム走査部5
により行なった。
Beam scanning is controlled by a beam scanning control section 10 in an operating section 14. In this embodiment, the beam scanning controller 10
uses H-80E (product name: Newly manufactured by Hitachi Seisakusho), and the data transfer rate is 24 MB/s. The D/A converter used for beam scanning has an accuracy of 18 bits,
This made it possible to obtain an accuracy of about 20 ppm. That is, the field size was set to 2 m, and an accuracy of 0.1 μm was obtained. Beam blanking is performed by the beam scanning section 5.
This was done by

ビーム加速部6は、通常のコック・クロット加速器から
なり、加速電圧範囲は、O〜200KVである。基板8
は、レーザ干渉制御された試料台16上に置かれており
、該試料台16は、ビーム走査制御部IQにより制御さ
れて移動する。イオン打込み量制御部11は基板8に打
込まれたイオン量を検知し、ビーム走査制御部1oにフ
ィードバックすることにより、適切なイオン打込み量を
与える。本実施例では、打込み量誤差は1%以内に抑え
ることができた。これらは、真空系17の中に置かれて
おり、タライオポンプにより通常の動作状態において1
0−’Torrに排気されている。
The beam accelerator 6 consists of a normal Cock-Crodt accelerator, and the acceleration voltage range is 0 to 200 KV. Board 8
is placed on a sample stage 16 that is controlled by laser interference, and the sample stage 16 moves under the control of a beam scanning controller IQ. The ion implantation amount control section 11 detects the amount of ions implanted into the substrate 8, and feeds it back to the beam scanning control section 1o, thereby providing an appropriate ion implantation amount. In this example, the implantation amount error could be suppressed to within 1%. These are placed in a vacuum system 17 and are operated by a Talio pump under normal operating conditions.
It is exhausted to 0-'Torr.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記説明から明らかなように、本発明によれば、最終的
な加速電圧と独立にスキャン用横方向電界を決定するこ
とができるため、高エネルギー収束イオン線の発生にお
いて、スキャン用電界の低減化が可能となる。さらに、
印加する横方向電界が小さいため、ビームの方向は従来
装置と比較すると、ターゲットに対してより垂直に近い
優れた品質のものが得られる。したがって、分布の制御
をより正確に行なうことが可能となる。さらに5本発明
によれば、イオン打込み時の打込み電圧を変えても、ス
キャン電圧が一定で良いため、電気回路的にも単純化可
能である。即ち、同一位置に、イオン打込みエネルギー
を変えながら、いわゆる多重打込みを行ない、所望の不
純物分布を形成する事も可能であり、利益は大である。
As is clear from the above description, according to the present invention, the scanning lateral electric field can be determined independently of the final accelerating voltage, so that the scanning electric field can be reduced in generating a high-energy focused ion beam. becomes possible. moreover,
Since the applied lateral electric field is small, the beam direction is more perpendicular to the target and of excellent quality compared to conventional devices. Therefore, it becomes possible to control the distribution more accurately. Furthermore, according to the present invention, even if the implantation voltage during ion implantation is changed, the scan voltage can be kept constant, so that the electric circuit can be simplified. That is, it is possible to form a desired impurity distribution by performing so-called multiple implantation at the same location while changing the ion implantation energy, which is highly profitable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の構成を示す図、第2図(a)および第
2図(b)はそれぞれ本発明および従来の収束イオン線
発生装置の加速部とスキャン部を説明するための図、第
3図は従来の装置の構成を示す図、第4図は本発明の一
実施例を示す図である。 1・・・収束イオン線、2・・・イオン源、3・・・コ
ンデンサ・レンズ、4・・・質量分離器、5・・・ビー
ム走査部。 6・・・ビーム加速部、7・・・対物レンズ、8・・・
基板、9・・・イオン、10・・・ビーム走査制御部、
11・・・打込み量制御部、12・・・高電圧部、13
・・・光ファイバ、14.・・操作部、15・・・アイ
ソレーション°トランス、16・・・試料台、17・・
・真空系。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) are diagrams for explaining the acceleration section and scanning section of the present invention and a conventional focused ion beam generator, respectively. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a conventional device, and FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Focused ion beam, 2... Ion source, 3... Condenser lens, 4... Mass separator, 5... Beam scanning unit. 6... Beam accelerator, 7... Objective lens, 8...
Substrate, 9... Ion, 10... Beam scanning controller,
11... Injection amount control section, 12... High voltage section, 13
...optical fiber, 14. ...Operation unit, 15...Isolation ° transformer, 16...Sample stage, 17...
・Vacuum system.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 加速電圧の高いスキャニング可能な収束イオン線の発生
装置において、加速電圧の低いイオン線をスキャンした
後、最終的な加速電圧まで加速することを特徴とするイ
オン線発生装置。
An ion beam generator that can scan an ion beam with a high acceleration voltage, and is characterized in that after scanning an ion beam with a low acceleration voltage, the ion beam is accelerated to a final acceleration voltage.
JP9776385A 1985-05-10 1985-05-10 Ion-beam generator Pending JPS61256553A (en)

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JP9776385A JPS61256553A (en) 1985-05-10 1985-05-10 Ion-beam generator

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