JPS623543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体プロセス技術で用いられている
イオン打込機の性能向上に関するものである。

第１図は従来のイオン打込機の説明図で、比較
的イオン電流が小さい場合を示している。イオン
源１で発生し加速されたイオンビーム２は扇形電
磁石３によつて質量分離され、特定のイオン種の
みをスリツト４から取り出している。この選択さ
れたイオン種はＹ偏向電極５、Ｘ偏向電極６間を
通るときにＸ、Ｙ方向に偏光走査されウエハ７の
表面に均等に打込まれる。

このようなイオン打込機は構造は簡単である
が、次のような欠点をもつている。

(1) イオン量が多くなるとイオンビーブ中に混在
している電子が偏向電極５，６によつて分離さ
れ、イオン間の反発作用が生じて空間電荷効果
が現われる。その結果イオンビームが発散して
ウエハ７への打込み能率が低下する。

(2) スリツト４とウエハ７との間隔が比較的に大
きくなので、イオン打込機は大形となり易い。

(3) １枚のウエハ７の表面をイオンビームが走査
し続けるので、ウエハ７の温度は上昇しその結
晶性を悪化させる。

このような欠点を補い比較的イオン電流が大き
い場合でも能率良くイオン打込みが行えるイオン
打込機が多く用いられるようになつた。

第２図は従来の大電流用イオン打込機の原理説
明図であり、第１図と同じ部分には同一符号を付
してある。スリツト４を通過したイオンビームは
回転円盤８上に設置したウエハ７の表面に打込ま
れるが、回転円盤８は回転すると共面に垂直な方
向にウエハ７の直径だけ往復運動させられている
ので、多数のウエハ７の表面に均等にイオンは打
込まれることになる。この機械的な走査方式のイ
オン打込機は第１図の装置に比べて著るしく打込
み効率が向上すると共に、次のような特徴をもつ
ている。

(1) 静電場を用いていないので空間電荷効果によ
るイオンビームの発散が少く、多量のイオンを
ウエハ７に打込むことができる。

(2) スリツト４の直後に回転円盤８を設置するこ
とができるので、装置が比較的小形となる。

(3) ウエハ７は間欠的なイオン照歯を受ける冷却
時間が介在するので、ウエハ７の温度上昇が少
い。

しかしながら、この機械的走査方式のイオン打
込機は次のような欠点をもつている。

(1) 扇形電磁界３を通過して中性化したイオンが
直接ウエハ７を照射するので、アルカリ金属等
によるウエハ７が汚染され半導体素子の特性を
劣化させる。

(2) 打込み終了後ウエハ７を取りはずして新らし
いウエハ７を装着し真空排気する間はイオンビ
ームの打込みは中止しなければならない。した
がつてこの待ち時間はイオン打込機は稼動して
いないので生産能率はあまり向上しない。

本発明は小形高性能で生産性の高いイオン打込
機を提供することを目的とし、その特徴とすると
ころは、扇形磁場と特定イオン種を取り出すスリ
ツトとの間に偏向方向が扇形磁場の偏向方向と直
角である偏向走査磁場を設け小型化をはかること
にある。又、本発明の他の目的は被打込み体の表
面に立てた垂線に対してチヤンネリング効果を防
止する偏向角を与えると共に、回転円盤の同一円
周上に配置した複数の被打込み体の回転半径方向
に特定イオン種のイオンビームを往復走査させて
特定イオン種を打込み、打込み終了したときは偏
向走査磁場の極性を反転させて上記回転円盤と同
一平面上に設置した第２の回転円盤上の被打込み
体に打込むことができるように構成したことにあ
る。

第３図は本発明の一実施例であるイオン打込機
の説明図で、第３図ａはイオン打込機の平面図、
第３図ｂは第３図ａの側面図である。第３図ａに
おいて、イオン源１より加速されて出射したイオ
ンビーム２は扇形電磁石３で質量分離されて偏向
走査電磁石１０を通過し、特定イオン種のみがス
リツト４より出射する。偏向走査電磁石８は扇形
電磁石３の分散偏向方向とは垂直な方向、即ち、
紙面に対して垂直な方向に約８度偏向させる力を
もつているので、第３図ｂに示すごとく上方に偏
向して特定イオン種が進み、第１の回転円盤８上
のウエハ７の表面に打込まれる。このとき偏向走
査電磁石１０の磁力が周期的に変化して特定種イ
オンビーム１２をウエハ７の直径の範囲を往復移
動させる。一方、回転円盤８は回転しているの
で、回転円盤８の同一円周上に設置した複数のウ
エハ７の全面に特定イオン種を打込むことができ
る。

回転円盤８上のウエハ７の打込みが終了したと
きは、偏向走査電磁石１０の極性を反転させるこ
とにより特定種イオンビーム１１は第３図ｂに示
すように下向きに偏向し、第２の回転円盤９のウ
エハ７にイオンを打込む。その後は上記と同様に
イオンビームを走査させてウエハ７の全面に特定
イオン種を打込む。このようにして第２の回転円
盤９のウエハ７にイオン打込みを行つているとき
は、第１の回転円盤８を収容している打込み室を
遮断してそのウエハ７を真空外に取り出し、新ら
しいウエハを装着して真空排気しながら第２の回
転円盤９の打込み終了まで待期する。

なお、イオン打込み量は回転円盤の回転速度と
イオンビームの走査周期とを規制して均一にして
いるが、照射するイオン量も一定にする必要があ
る。そのために中間位置にフアラデイカツプ１３
を設置し、打込み前後で偏向走査電磁石８の磁力
を零にしてイオン量を検出している。イオン量の
調節はイオン源１のイオン発生量を変化させるこ
とによつて行う。

このように構成したイオン打込機の実施例は次
のような効果をもつている。

(1) 偏向走査電磁石１０を扇形電磁石３とスリツ
ト４との間に設置することによつて、偏向点を
スリツト４より扇形電磁石３の側におくことが
出来るので、偏向に必要な偏向走査電磁石１０
と回転円盤８，９までの距離を十分にとつても
装置全体は小形に構成でき、真空排気時間も減
少する。

(2) 偏向走査電磁石１０で約８度前後イオンビー
ムを偏向させてウエハ７に打込むことによつ
て、シリコン結晶へのチヤンネリング効果を防
止して信頼性あるイオン打込み量を確保するこ
とができる。また、扇形電磁石３内のイオンビ
ーム照射などで発生したアルカリ金属の中性粒
子がウエハ７の汚染防止にもなる。

(3) 偏向走査電磁石１０でイオンビームを走査さ
せているので回転円盤を移動往復させる機構が
不要となり、機械的構成が簡単となり安価とな
る。

(4) 回転円盤は同一平面上に並べて２枚設置する
ことができ一方がイオン打込みを行つていると
きは他方はウエハの交換を行うことができるよ
うに構成してあるので、待ち時間を有効に利用
することが可能となりウエハの処理能率は増加
する。また、万一片方の回転円盤の機構が故障
を起して修理する間、他方の回転円盤を用いて
打込みができるという利点も生じている。

上記実施例は偏向走査電磁石１０によつて特定
種イオンビーム１１を約８度偏向させると共に８
度を中心として偏向角を周期的に変化させてい
る。したがつて、ウエハ７へのイオン打込み角は
８度を中心として変化し、チヤンネリング効果の
除去条件を常に満足させてはいないという問題点
がある。また、イオンビームを偏向走査させるこ
とによつてイオンビームの照射量が変化する等不
均一性の問題がある。前者については回転円盤の
回転軸を偏向走査と連動して補正するように傾斜
させる、即ち、ウエハ７の面を傾斜させて常に８
度のイオン打込み角を持たせるようにすれば解決
できる。後者の走査による不均一性の問題はイオ
ンビームの走査速度を回転円盤の半径の逆数に比
例して制御することによつて解決することができ
る。

以上述べたごとく、本発明の最も基本的な効果
は、特定イオン種を取り出すためイオンビームを
偏向し質量分離する扇形電磁石と、その特定イオ
ン種を取り出すスリツトとの間に、被打込み体を
配置した複数の回転円盤上にイオンビームの偏向
を切換えて導く偏向磁場を設け、その偏向は、扇
形電磁石の偏向面に対し略直角であるので、イオ
ン打込機の形状を非常にコンパクトにすることが
出来る点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン打込機の説明図、第２図
は従来の大電流イオン打込機の原理説明図、第３
図は本発明の一実施例であるイオン打込機の説明
図である。 １……イオン源、２……イオンビーム、３……
扇形電磁石、４……スリツト、７……ウエハ、
８，９……回転円盤、１０……偏向走査電磁石、
１１……特定種イオンビーム、１２……中性イオ
ンビーム、１３……フアラテイカツプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン源１より発生した加速されたイオンビ
   ームを扇形磁場３で質量分離し、その特定イオン
   種を取り出して被打込み体７の表面に打込むイオ
   ン打込機において、上記扇形磁場３と上記特定イ
   オン種を取り出すスリツト４との間に偏向方向が
   上記扇形磁場の偏向方向と略直角である偏向磁場
   １０を設け、上記被打込み体７を複数個その円周
   上に配置した第１回転円盤８および第２回転円盤
   ９の上に上記イオンビームを上記偏向磁場１０に
   より切換えて打込む構成としたことを特微とする
   イオン打込機。