KR20090108059A - Ion implanting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 처리 대상 기판에 띠상(狀) 이온 빔을 조사(照射)하여 이온 주입을 행하는 이온 주입 장치에 관한 것이다.This invention relates to the ion implantation apparatus which irradiates a band ion beam to a process target substrate, and performs ion implantation.
오늘날, 액정 방식이나 유기 LED를 이용한 평면형 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 반도체 기판에 대하여 이온 주입 장치를 이용하여 이온 주입을 행하는 처리가 활발히 행하여지고 있다. 특히, 대형의 기판에 대하여 효율 좋고 정확하게 이온 주입을 행하려면, 기판의 가로 폭에 대하여 조사하는 이온 빔의 가로 폭이 넓고, 전류 밀도 분포가 소망의 분포로 제어된 띠상 이온 빔을 이용하는 것이 요구되고 있다. Today, the process of performing ion implantation using an ion implantation apparatus is actively performed with respect to the glass substrate or semiconductor substrate used for a flat-panel display apparatus using a liquid crystal system or an organic LED. In particular, in order to efficiently and accurately perform ion implantation on a large substrate, it is required to use a band-shaped ion beam in which the width of the ion beam irradiated with respect to the width of the substrate is wide and the current density distribution is controlled to a desired distribution. have.
이온 빔의 빔 폭을 기판의 폭보다도 넓게 한 띠상의 이온 빔을 이용하는 것에 의하여, 기판의 폭 방향의 영역을 한 번에 처리할 수 있고, 이때, 기판의 폭 방향과 직교하는 방향으로 이동시키는 것에 의하여, 기판 전체를 한 번에 이온 주입하는 것이 가능하게 되어, 효율이 오른다.By using a band-shaped ion beam in which the beam width of the ion beam is wider than the width of the substrate, the region in the width direction of the substrate can be processed at one time. As a result, the entire substrate can be ion implanted at once, resulting in increased efficiency.
한편, 띠상 이온 빔은, 기판의 폭 방향의 같은 위치를, 폭 방향과 직교하는 방향으로 처리하기 때문에, 이 띠상 이온 빔의 전류 밀도 분포가 폭 방향에서 균일하지 않은 경우, 기판 상에서 불균일하게 이온 주입된 부분이 선상(線狀)이 되어 나타나, 정확한 이온 주입 처리를 행할 수 없다. 이 때문에, 띠상 이온 빔은, 소망의 전류 밀도 분포가 되도록, 정확하게 조정하는 것이 요망되고 있다. On the other hand, since the band-like ion beam processes the same position in the width direction of the substrate in a direction orthogonal to the width direction, when the current density distribution of the band-shaped ion beam is not uniform in the width direction, ion implantation is unevenly performed on the substrate. The part which appears is shown in a linear form, and an accurate ion implantation process cannot be performed. For this reason, it is desired to accurately adjust the band-shaped ion beam so as to have a desired current density distribution.
하기 특허 문헌 1에는, 상술한 바와 같이, 띠상 이온 빔을 정형(整形)하고, 피조사체인 시료를 이온 빔에 대하여 이동하는 것에 의하여 이온 빔을 시료에 대하여 주사(走査)하는 이온 주입 장치가 기재되어 있다. 당해 장치에서는, 세로로 긴 띠상 이온 빔을 이온원에서 생성하고, 이 이온원으로부터 생성된 띠상 이온 빔을 질량 분석 자석의 통로를 통과시키며, 이 후, 소망의 범위의 질량수를 가지는 이온종만을 통과시키고 그 이외의 질량수의 이온종을 차단하는 슬릿을 통과한 이온 빔을 시료에 조사시켜 이온 주입을 행한다. 그때, 띠상 이온 빔의 폭이 넓은 긴쪽 방향과 직교하는 방향으로 시료를 이동시켜, 시료의 이온 주입을 행한다.Patent Literature 1 below describes an ion implantation apparatus that scans an ion beam with respect to a sample by shaping a band-shaped ion beam and moving a sample, which is an irradiated object, with respect to the ion beam. It is. In this apparatus, a longitudinally elongated band-like ion beam is generated at an ion source, the band-shaped ion beam generated from the ion source is passed through a mass spectrometer passage, and thereafter, only an ion species having a desired number of masses is passed. The sample is irradiated with an ion beam passing through a slit that blocks other mass species of ionic species. At that time, the sample is moved in the direction orthogonal to the wide longitudinal direction of the band-shaped ion beam, and ion implantation of the sample is performed.
또한, 이온 빔의 분포를 조사하기 위한 위치 검출기가 설치되어 있다. Moreover, the position detector for irradiating the distribution of an ion beam is provided.
마찬가지로, 하기 특허 문헌 2에는, 이하와 같은 이온 주입 장치가 기재되어 있다. 즉, 당해 장치에서는, 자기(磁氣) 실드(shield)된 이온원에 있어서 세로로 긴 단면의 대면적 이온 빔을 발생시켜, 윈도우·프레임형의 마그넷에 의하여 이온 빔을 단변 방향으로 90도에 가까운 큰 중심각을 이루도록 똑같이 휘게 하여, 세로로 긴 개구(開口)를 가지는 슬릿판을 통하여 불요 이온을 제거하고, 빔 단변 방향으로 병진 운동하는 시료에 이온 빔을 조사한다. Similarly, the following ion implantation apparatus is described in following patent document 2. As shown in FIG. That is, in the apparatus, a large-area ion beam having a longitudinally long cross section is generated from the magnetic shielded ion source, and the ion beam is directed at 90 degrees in the short side direction by a window-frame magnet. Bend equally so as to form a near large center angle, unnecessary ions are removed through a slit plate having a longitudinally long opening, and an ion beam is irradiated to a sample translating in the beam short side direction.
나아가, 하기 특허 문헌 3에는, 이하와 같은 이온 주입 장치가 기재되어 있다. 즉, 당해 장치에서는, 이온원으로부터, 소망의 이온종을 포함하고 기판의 단변 폭보다도 폭이 넓은 시트상(狀)의 이온 빔을 발생시켜, 질량 분리 마그넷에 의하 여, 시트상의 이온 빔을 그 시트면에 직교하는 방향으로 휘게 하여 소망의 이온종을 선별하여 도출하고, 그때, 분리 슬릿을 이용하여, 질량 분리 마그넷과 협동하여 소망의 이온종을 선별하여 통과시킨다. 이 후, 분리 슬릿을 통과한 이온 빔의 조사 영역 내에서, 기판을, 이온 빔의 시트면에 실질적으로 직교하는 방향으로 왕복 구동시켜, 이온 주입을 행한다. Further, Patent Literature 3 below describes the following ion implantation apparatus. That is, in this apparatus, a sheet-shaped ion beam containing a desired ion species and wider than the short side width of the substrate is generated from the ion source, and the sheet-shaped ion beam is removed by the mass separation magnet. The desired ionic species are selected and derived by bending in a direction orthogonal to the sheet surface. At that time, the desired ionic species is selected and passed through in cooperation with the mass separation magnet using a separation slit. Thereafter, in the irradiation region of the ion beam passing through the separation slit, the substrate is reciprocally driven in a direction substantially perpendicular to the sheet surface of the ion beam to perform ion implantation.
[특허 문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개평10-302706호[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-302706
[특허 문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개평11-126576호[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 11-126576
[특허 문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개2005-327713호[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 2005-327713
그러나 상기 특허 문헌 1 ~ 3에 있어서, 특허 문헌 1에 기재되는 띠상 이온 빔의 분포를 조사하는 위치 검출기를 이용하여 이 이온 빔의 전류 밀도 분포를 측정하고, 그 결과에 따라 띠상 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정하여도 반드시 정도(精度)가 좋은 조정을 할 수 없다고 한 문제가 있었다. However, in Patent Documents 1 to 3, the current density distribution of the ion beam is measured by using a position detector that examines the distribution of the band ion beam described in Patent Document 1, and according to the result, the current density of the band ion beam. Even if the distribution was adjusted, there was a problem that a good adjustment was not always possible.
즉, 상기 조정은, 띠상 이온 빔의 일부분을 띠상 이온 빔의 면 내에서 작게 휘게 하여 전류 밀도가 낮은 부분의 전류 밀도를 보충하는 것에 의하여 행하여진다. 띠상 이온 빔의 일부분을 띠상 이온 빔의 면 내에서 휘게 하려면, 상기 이온 빔의 일부분의 영역에, 전장(電場) 또는 자장(磁場)을 이용하여 행한다. 이때, 예를 들어 전장의 경우, 띠상 이온 빔의 면 내의 방향에서 전장은 구배(句配)를 가지고, 자장의 경우 띠상 이온 빔의 면에 대하여 수직 방향의 자장 성분을 자장이 가지는 것이 필요하다. 그러나 이때의 띠상 이온 빔은 두께를 가지고, 게다가 전장 및 자장이 3차원적으로 분포하기 때문에, 상기 휨에 필요하지 않은 전장이나 자장의 성분의 영향을 받아 띠상 이온 빔의 두께는 불균일하게 된다. 이 때문에, 소망의 이온종의 선별을 분리 슬릿으로 행할 때의 선별 성능을 저하시키고, 나아가서는, 휘게 하려고 하는 띠상 이온 빔의 상기 일부분만을 잘못하여 분리 슬릿이 제거하는 것으로, 처리 대상 기판인 시료에 대하여 불균일한 전류 밀도 분포의 이온 빔으로 이온 주입을 하게 된다. 이와 같이, 띠상 이온 빔의 일부분을 정도 높게 소망의 방향으로 작게 휘게 할 수 없다.That is, the adjustment is performed by making a part of the band-shaped ion beam bent small in the plane of the band-shaped ion beam to compensate for the current density of the part with the low current density. In order to bend a portion of the band-shaped ion beam in the plane of the band-shaped ion beam, an electric field or a magnetic field is used in a region of the portion of the ion beam. At this time, for example, in the case of the electric field, the electric field has a gradient in the in-plane direction of the band-shaped ion beam, and in the case of the magnetic field, it is necessary for the magnetic field to have a magnetic field component perpendicular to the plane of the band-shaped ion beam. However, since the band-shaped ion beam at this time has a thickness, and the electric field and the magnetic field are three-dimensionally distributed, the thickness of the band-shaped ion beam becomes uneven under the influence of the components of the electric field and the magnetic field which are not necessary for the bending. For this reason, the sorting performance at the time of sorting the desired ionic species in the separating slit is lowered, and furthermore, only the part of the band-shaped ion beam to be bent is wrongly removed so that the separating slit is removed. Ion implantation with an ion beam of non-uniform current density distribution. In this way, it is not possible to bend the portion of the band-shaped ion beam small enough in the desired direction.
근년, 이온 주입 시, 이온 빔의 주입 각도의 제어나 온도 관리가 한층 필요하게 되어 있지만, 상기 띠상 이온 빔의 두께의 불균일은, 이 관리도 한층 곤란한 것으로 하고 있다. In recent years, the ion implantation is required to further control the implantation angle of the ion beam and to control the temperature. However, the nonuniformity in the thickness of the band-shaped ion beam is further difficult to manage.
그래서, 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 띠상 이온 빔의 일부분을 띠상 이온 빔의 면 내에서 작게 휘게 하여 전류 밀도 분포를 정도 좋게 조정하는, 예를 들어, 전류 밀도 분포를 정도 좋고 균일하게 조정할 수 있는 이온 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Thus, in order to solve the above problem, the present invention adjusts the current density distribution to a good degree by bending a portion of the band-shaped ion beam within the plane of the band-shaped ion beam, for example, to adjust the current density distribution to a good and uniform degree. It is an object of the present invention to provide an adjustable ion implantation apparatus.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 처리 대상 기판에, 이 처리 대상 기판의 가로 폭보다도 넓은 빔 폭을 가지는 띠상 이온 빔을 조사하여 이온 주입을 하는 이온 주입 장치이고, 이온 빔을 생성하는 이온원을 구비하고, 생성한 이온 빔을 띠상 이온 빔으로 정형하는 빔 정형부와, 상기 띠상 이온 빔을 처리 대상 기판에 조사하는 처리부와, 상기 띠상 이온 빔의 상기 빔 폭의 방향과 직교하는 띠상 이온 빔의 두께 방향으로 곡률을 가지도록 상기 띠상 이온 빔의 진행 방향을 휘게 하는 질량 분리 마그넷과, 상기 띠상 이온 빔의 두께 방향에 있어서의 전류 밀도의 합계값을 상기 빔 폭의 방향의 분포로 나타낸 상기 띠상 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정하는 조정 유닛을 구비하고, 상기 띠상 이온 빔의 상기 두께 방향의 두께를 얇게 하여 상기 띠상 이온 빔을 수속(收束)시킨 후, 상기 띠상 이온 빔을 상기 처리부로 나아가게 하는 빔 수송부를 가지고, 상기 띠상 이온 빔의 두께가 상기 질량 분리 마그넷을 통과할 때의 상기 띠상 이온 빔의 두께에 비하여 얇게 되어 있는, 상기 띠상 이온 빔의 수속 위치 근방의 영역에서 상기 띠상 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정하도록, 상기 조정 유닛이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is an ion implantation apparatus for irradiating a band-shaped ion beam having a beam width wider than the width of the substrate to be processed to ion implantation, and to generate an ion beam. A beam shaping unit having a circle and shaping the generated ion beam into a band-shaped ion beam, a processing unit for irradiating the band-shaped ion beam to a substrate to be processed, and band-shaped ions orthogonal to the direction of the beam width of the band-shaped ion beam The mass separation magnet which bends the traveling direction of the band-shaped ion beam so as to have a curvature in the thickness direction of the beam, and the total value of the current density in the thickness direction of the band-shaped ion beam is expressed by the distribution of the beam width direction. An adjustment unit for adjusting the current density distribution of the band-shaped ion beam, and reducing the thickness in the band direction by reducing the thickness in the thickness direction of the band-shaped ion beam. After converging the on beam, the beam transport unit guides the band ion beam to the processing unit, and the thickness of the band ion beam is greater than the thickness of the band ion beam when passing through the mass separation magnet. The adjustment unit is arranged so as to adjust the current density distribution of the band-shaped ion beam in a region near the convergence position of the band-shaped ion beam which is thinned.
그때, 상기 질량 분리 마그넷은, 상기 띠상 이온 빔을 상기 두께 방향에 있어서 수속시키고, 이 수속하는 위치에 소정의 이온 입자를 통과시키는 분리 슬릿이 설치되며, 상기 조정 유닛은, 상기 분리 슬릿의 위치와 포개어지는 위치에 또는 인접하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.At that time, the mass separation magnet converges the band-shaped ion beam in the thickness direction and is provided with a separation slit for passing predetermined ion particles to the location where the convergence is performed, and the adjustment unit is provided with a position of the separation slit. It is preferable to be installed at the overlapped position or the adjacent position.
또한, 상기 조정 유닛은, 상기 띠상 이온 빔의 상기 두께 방향의 양측에 쌍을 이루어, 상기 폭 방향을 따라 복수의 쌍이 설치된 자석으로 구성되고, 상기 분리 슬릿은 비자성체로 구성되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said adjustment unit is comprised by the magnet provided in the pair in the thickness direction on both sides of the said strip | belt-shaped ion beam in the said width direction, and the said separation slit is comprised with the nonmagnetic substance.
혹은, 상기 조정 유닛은, 상기 띠상 이온 빔의 상기 두께 방향의 양측에 쌍을 이루어, 상기 폭 방향을 따라 복수의 쌍이 설치된 전극으로 구성되고, 상기 분리 슬릿의 위치에 인접하여 설치되며, 상기 조정 유닛은, 인접하는 상기 분리 슬릿의 측에는, 상기 전극에 의하여 형성되는 전장을 차폐(遮蔽)하는 전장 실드를 구비하는 것도 마찬가지로 바람직하다. Alternatively, the adjustment unit is constituted by electrodes formed in pairs on both sides of the band-shaped ion beam in the thickness direction and provided with a plurality of pairs along the width direction, and provided adjacent to the position of the separation slit. It is also similarly preferable that the side of the adjacent separation slit be provided with an electric shield that shields an electric field formed by the electrode.
또한, 상기 빔 정형부는, 상기 띠상 이온 빔을 생성하는 이온원을 복수 구비하고, 또한 이들의 이온원으로부터 생성되는 띠상 이온 빔을 상기 이온 빔의 두께 방향에 있어서 일점에서 수속하도록 상기 복수의 이온원을 배치하고 있고, 상기 조정 유닛은, 상기 일점에서 수속하는 위치 근방의 영역에서, 상기 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정하도록, 상기 조정 유닛이 배치되어 있는 형태도 바람직하다. The beam shaping unit includes a plurality of ion sources for generating the band-shaped ion beams, and the plurality of ion sources to converge the band-shaped ion beams generated from these ion sources at one point in the thickness direction of the ion beam. The adjustment unit is also preferably in a form in which the adjustment unit is arranged so as to adjust the current density distribution of the ion beam in a region near the position converged at the one point.
<발명의 효과>Effect of the Invention
본 발명의 이온 주입 장치에서는, 띠상 이온 빔의 두께 방향의 두께를 얇게 하여 띠상 이온 빔을 수속시킨 후, 띠상 이온 빔을 처리 대상 기판에 조사시킨다. 이때, 띠상 이온 빔의 두께가 질량 분리 마그넷을 통과하는 띠상 이온 빔의 두께에 비하여 얇게 되어 있는, 이온 빔의 수속 위치 근방의 영역에서, 조정 유닛은 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정한다. 이 때문에, 두께가 얇아진 띠상 이온 빔에 대하여 작용하는 자장 성분이나 전장 성분은, 이온 빔의 두께 방향에서 대략 일정한 값을 가지고, 게다가, 그 값은, 띠상 이온 빔의 빔 두께 방향의 중심 위치에 있어서의 값에 가깝다. 이 때문에, 띠상 이온 빔 중의 빔 두께 방향의 각 부분은 일정한 자장의 작용을 받아 같은 방향으로 같은 각도로 휘어질 수 있다. 이 때문에, 정도가 높은 이온 빔의 전류 밀도 분포, 예를 들어 균일한 전류 밀도 분포의 조정을 할 수 있다. 또한, 이온 빔의 두께가 얇게 되어 있는 영역에서 이온 빔의 전류 밀도 분포의 조정을 행하기 때문에, 이온 빔의 휨에 필요하지 않은 전장이나 자장의 성분이 작다. 이 때문에, 띠상 이온 빔의 두께의 불균일함은, 종래에 비하여 저하한다.In the ion implantation apparatus of the present invention, after the band-shaped ion beam is converged by thinning the thickness in the thickness direction of the band-shaped ion beam, the band-shaped ion beam is irradiated onto the substrate to be treated. At this time, the adjustment unit adjusts the current density distribution of the ion beam in the region near the converging position of the ion beam, in which the thickness of the band ion beam is thinner than the thickness of the band ion beam passing through the mass separation magnet. Therefore, the magnetic field component and the electric field component acting on the thin band-shaped ion beam have a substantially constant value in the thickness direction of the ion beam, and the value is also at the center position in the beam thickness direction of the band-shaped ion beam. Is close to the value of. For this reason, each part of the beam thickness direction in a strip | belt-shaped ion beam can be bent at the same angle in the same direction under the action of a constant magnetic field. For this reason, adjustment of the current density distribution of an ion beam with high precision, for example, a uniform current density distribution can be performed. In addition, since the current density distribution of the ion beam is adjusted in a region where the thickness of the ion beam is thin, the electric field and the magnetic field component which are not necessary for the deflection of the ion beam are small. For this reason, the nonuniformity of the thickness of a strip | belt-shaped ion beam falls compared with the former.
도 1은 본 발명의 이온 주입 장치의 일 실시예인 이온 주입 장치의 평면도이다.1 is a plan view of an ion implantation apparatus, which is an embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
도 2는 도 1에 도시하는 이온 주입 장치의 측면도이다.FIG. 2 is a side view of the ion implantation apparatus shown in FIG. 1.
도 3의 (a)는 도 1에 도시하는 이온 주입 장치에 이용하는 렌즈 요소 대신에 이용하는 다른 형태의 렌즈 요소의 평면도이고, (b)는 (a)에 도시하는 렌즈 요소의 내부를 설명하는 도면이다.(A) is a top view of the lens element of the other form used instead of the lens element used for the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, (b) is a figure explaining the inside of the lens element shown to (a) .
도 4는 도 1에 도시하는 본 발명의 이온 주입 장치와는 다른 형태의 이온 주입 장치의 평면도이다.It is a top view of the ion implantation apparatus of a different form from the ion implantation apparatus of this invention shown in FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 이온 주입 장치 20 : 빔 정형부10
22, 22a, 22b, 22c : 이온원 24, 24a, 24b, 24c : 이온 빔22, 22a, 22b, 22c:
25a, 25b, 25c, 25d : 단 30 : 빔 수송부25a, 25b, 25c, 25d: stage 30: beam transport unit
32 : 질량 분리 마그넷 34 : 요크32: mass separation magnet 34: yoke
36 : 자극 37 : 자극 단면36: stimulation 37: stimulation cross section
38 : 코일 40, 90 : 렌즈 요소38:
42 : 요크 44 : 전자석42: York 44: electromagnet
46 : 자극 48 : 코일46: stimulation 48: coil
49, 52 : 수속 위치 50 : 분리 슬릿49, 52: procedure position 50: separation slit
54 : 테두리 60 : 처리부54: border 60: processing unit
62 : 처리 기판 64 : 패러데이컵62
80 : 제어부 82 : 계측기80
84 : 제어기 86 : 전원84
91 : 전극 92 : 단자91
93 : 절연 단자 94 : 서포트93: insulated terminal 94: support
95a, 95b : 실드 전극 110 : 진공 하우징95a, 95b: shield electrode 110: vacuum housing
이하, 본 발명의 이온 주입 장치에 관하여, 첨부의 도면에 도시되는 적합 실시예를 기초로 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the ion implantation apparatus of this invention is demonstrated in detail based on the suitable Example shown by an accompanying drawing.
도 1은 본 발명의 이온 주입 장치의 일 실시예인 이온 주입 장치(10)의 평면도이다. 도 2는 이온 주입 장치(10)의 측면도이다.1 is a plan view of an
이온 주입 장치(10)는, 이온 빔의 상류 측으로부터 차례로, 이온원을 구비하는 빔 정형부(20)와, 질량 분리 마그넷 및 조정 유닛을 구비하는 빔 수송부(30)와, 처리 대상 기판(이후, 처리 기판이라고 한다)에 이온 주입하는 처리부(60)와, 제어부(80)를 가진다. 빔 정형부(20), 빔 수송부(30) 및 처리부(60)는, 도시되지 않는 진공 하우징에 둘러싸여, 진공 펌프에 의하여 일정한 진공도(10-5 ~ 10-3Pa)를 유지하도록 되어 있다.The
본 발명에서는, 이온원으로부터 처리 기판으로 향하여 나아가는 이온 빔의 흐름에 기초하여, 이온원의 측을 상류 측이라고 하고, 처리 기판의 측을 하류 측이라고 한다. In the present invention, the side of the ion source is called the upstream side and the side of the process substrate is called the downstream side based on the flow of the ion beam that proceeds from the ion source toward the processing substrate.
빔 정형부(20)는 소형의 이온원(22)을 가진다. 이온원(22)은, 이온 빔을 생성하는 부분으로, 버나스형(Bernas-type) 또는 프리맨형(Freeman-type)의 플라즈마 발생기가 이용되고, 소형의 이온원(22)으로부터 이온 빔이 발산하도록 끌어내어진다. 버나스형 이온원에서는, 금속 챔버 내에 필라멘트와 반사판을 구비하고, 그 외측에 자석을 구비한다. 이 이온원(22)의 진공 중의 금속 챔버 내로 이온 주입에 이용하는 원자를 포함한 가스를 공급하고, 필라멘트에 전류를 흐르게 하여 열전자를 방출하여, 금속 챔버의 양측에 설치된 반사판 간을 왕복시킨다. 이 상태로, 금속 챔버에 소정의 아크 전압을 인가하는 것에 의하여 아크 방전을 생기게 하고, 이것에 의하여 금속 챔버 내로 공급된 가스를 전리시켜, 플라즈마를 생성한다. 이 생성한 플라즈마를 금속 챔버의 측벽에 설치된 취출 구멍으로부터, 인출 전극을 이용하여 플라즈마를 끌어내는 것에 의하여, 금속 챔버로부터 이온 빔(24)이 방사된다. The
본 실시예의 이온원(22)은, 소형의 이온원을 이용하여 발산하는 이온 빔을 생성한다. 본 발명에서는, 소형의 이온원 외에, 대형의 이온원으로부터 대략 일정한 빔 폭을 가지는 대략 평행한 띠상의 이온 빔을 생성하도록 구성하여도 무방하다. 또한, 복수의 이온원에 의하여 이온 빔을 생성하여도 무방하다. The
생성된 이온 빔(24)은, 이온 빔의 단(端) 근방의 전류 밀도가 낮은 영역으로부터 이온 빔의 주 영역으로 되는 전류 밀도가 높은 영역까지 위치에 따라 전류 밀도는 연속적으로 변화하기 때문에, 본래 그 경계는 명확하지 않다. 그러나 본 발명 에서는, 이온 빔의 단 근방의 전류 밀도가 소정의 값을 넘은 부분을 이온 빔의 단으로 하여, 이온 빔(24)의 라인을 정하고 있다.Since the generated
이온원(22)으로부터 생성되는 이온 빔은, 도 2에 도시하는 바와 같이 이온 빔의 단 25a, 25b에서 발산하는 한편, 도 1에 도시하는 바와 같이 이온 빔의 단 25c, 25d에서도 발산하지만, 이온 빔의 단 25c, 25d에서의 발산의 정도는 낮다. 이와 같은 이온 빔의 발산의 정도의 차이는, 이온원(22)의 취출 구멍의 형상 및 인출 전극의 구성에 의하여 정할 수 있다.The ion beam generated from the
이렇게 하여 생성되는 이온 빔의 단면 형상은, 이온 빔의 단 25c, 25d 간의 길이인 빔 두께가, 이온 빔의 단 25a, 25b 간의 길이인 빔 폭에 비하여 작은 형상, 즉 띠상을 이룬다. 이 이온 빔의 빔 폭은, 처리 기판의 가로 폭보다도 넓은 빔 폭을 가지도록 정형된다. The cross-sectional shape of the ion beam thus produced has a smaller shape, i.e., a band, in which the beam thickness, which is the length between the
덧붙여, 이온 빔은, 정의 전하를 가지는 입자의 흐름이기 때문에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 처리부(70)에 도달하는 띠상의 이온 빔의 단 25c, 25d는 이온 빔의 전하에 의한 척력(斥力)의 작용에 의하여 발산을 나타내고 있다. 그러나 본 발명에 있어서는, 이와 같은 발산하는 이온 빔이든, 수속하는 이온 빔이든, 본 발명에 있어서 적용 가능하다.In addition, since the ion beam is a flow of particles having a positive charge, as shown in FIG. 1, only 25c and 25d of the band-shaped ion beam reaching the processing unit 70 are repulsive forces due to the charge of the ion beam. Divergence is indicated by the action of However, in this invention, it is applicable in this invention whether a diverging ion beam or a convergent ion beam is applicable.
이온원(22)에서 생성된 이온 빔(24)은, 띠상으로 되어 빔 수송부(30)로 나아간다.The
빔 수송부(30)는, 질량 분리 마그넷(32), 렌즈 요소(40) 및 분리 슬릿(50)을 가진다. 빔 수송부(30)는, 이온 빔(24)의 빔 두께 방향(도 1에 있어서의 단 25c ~ 25d 간의 두께 방향)의 두께를 얇게 하여 이온 빔(24)을 수속시킨 후, 이온 빔(24)을 처리부(60)의 처리 기판에 조사시키도록 구성되어 있다.The
질량 분리 마그넷(32)은, 요크(34)로 형성된 각형(角型)의 통 구조의 내측에, 도 2에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 자극(36)을 마주보게 설치하고, 자극(36)의 주위에 코일(38)을 감아 구성되는 전자석이다. 한 쌍의 자극(36)이 만드는 자장은 같은 방향으로 되도록 직렬로 코일(38)은 접속되고, 도시되지 않는 전원에 접속되어 전류가 공급된다.As shown in FIG. 2, the
이온 빔(24)은, 도 1에 도시하는 이온 빔의 단 25c, 25d의 궤도로부터 알 수 있는 바와 같이, 약간 확산하는 이온 빔(24)으로 되어 질량 마그넷(32)에 입사 된다. 이 이온 빔(24)은, 한 쌍의 자극(36)의 사이를 통과하고, 띠상의 이온 빔의 두께 방향으로 곡률을 가지도록 이온 빔(24)의 진행 방향은 휘어져, 후술하는 분리 슬릿의 위치에서 수속하도록 정형된다. As can be seen from the trajectories of
한 쌍의 자극(36) 간의 내측을 향하는 면은, 부분적으로 경사시키고 또한 그 경사 위치를 변경하여 조정하는 것에 의하여, 곡률이 다른 원기둥면의 연속하는 면 혹은 토러스면(torus surface) 등의 복잡한 연속 곡면으로 구성되어 있다. 또한, 자극(36)의 일부를 가동하도록 구성하여, 이온 빔(24)에 대한 양측의 자극 단면(37)이 이루는 각도는 조정되고 있다. 덧붙여, 질량 분리 마그넷(32)에는, 요크(34)로부터 이온 빔(24)의 측으로 코일(38)을 넘어 연장되는 필드 클램프(field clamp)를 설치하여도 무방하다. 또한, 코일(38)의 형상을 조정하여 소망의 이온 빔 형상으로 되도록 구성하여도 무방하다. The inwardly facing surface between the pair of
질량 분리 마그넷(32)을 통과한 이온 빔(24)은, 이온원(22)의 플라즈마 밀도 및 도시되지 않는 인출 전극 및 질량 분리 마그넷(32)의 자장의 영향 하에서, 전류 밀도의 격차가 일정 이하, 예를 들어 5% 이하로 되도록, 플라즈마 밀도 및 인출 전극의 전압 및 질량 분리 마그넷(32)의 자장이 조정되고 있다. 이 이온 빔(24)은, 후술하는 렌즈 요소(40)에 의하여 전류 밀도의 격차가 1% 정도로까지 저감된다.The
여기서, 이온 빔의 전류 밀도란, 이온 빔(24)의 두께 방향, 즉, 이온 빔의 단 25c, 25d 간의 길이의 방향인 빔 두께 방향을 따라 전류 밀도를 적분한 적분값, 즉 합계한 합계값이다. 전류 밀도의 격차란, 전류 밀도의 빔 폭 방향(도 2에 있어서의 단 25a ~ 25b 간의 길이 방향)의 분포인 전류 밀도 분포가 목표로 하는 분포(예를 들어 균일한 분포)에 대한 벗어남 폭의 표준 편차의 정도를 말하고, 보다 구체적으로는, 격차 1% 이하란, 벗어남 폭의 표준 편차의, 평균 전류 밀도의 값에 대한 비가 1% 이하인 것을 말한다.Here, the current density of the ion beam is an integrated value, that is, the sum total of the integration of the current density along the thickness direction of the
덧붙여, 본 발명에서는, 전류 밀도 분포는 균일한 분포 외에, 불균일한 소망의 분포여도 무방하다. 예를 들어, 처리 기판(62) 상에 CVD법 등에 의하여 형성한 박막의 불균일이나 열처리의 불균일에 맞추어, 의도적으로 이온 주입량을 장소에 따라 바꾸기 위하여, 전류 밀도 분포를 목표로 하는 불균일한 분포가 되도록 조정하는 경우도 있다. In addition, in the present invention, the current density distribution may be a non-uniform desired distribution in addition to the uniform distribution. For example, in order to intentionally change the amount of ion implantation depending on the location in accordance with the unevenness of the thin film formed by the CVD method or the like on the
렌즈 요소(40)는, 띠상의 이온 빔(24)의 일부분을, 이 띠상의 이온 빔(24)의 면 내에서 빔 폭의 방향으로 휘게 하여, 이온 빔(24)의 빔 폭 방향에 있어서의 전류 밀도 분포를 조정하는 조정 유닛이다. 렌즈 요소(40)는, 이온 빔(24)의 두께가 질량 분리 마그넷(32)을 통과하는 이온 빔(24)의 두께에 비하여 얇게 되어 있는, 이온 빔의 수속 위치(52) 근방의 영역에 배치되어 있고, 이 영역에서 이온 빔(24)의 전류 밀도 분포를 조정한다.The
렌즈 요소(40)에서는, 이온 빔(24)을 사이에 둔 양측의 요크(42)에, 전자석(44)이 쌍을 이루고, 또한, 이온 빔(24)의 빔 폭 방향으로 열을 이루어 복수 설치되어 있다. 이들의 전자석(44)은, 띠상 이온 빔(24)의 빔 두께 방향의 중심면을 중심으로 하여 양측의 대칭인 위치에 설치되어 있다. 전자석(44)은, 전자 연철로 만들어진 자극(46)과 자극(46)의 둘레에 감아 돌려진 코일(48)로 구성되고, 쌍을 이루는 전자석(44)의 일방(一方)의 전자석(44)이 만드는 자장이 타방(他方)의 전자석(44)을 향하도록 코일(48)의 선은, 한 쌍의 전자석(44)에 대하여 직렬로 접속되어 있다. 이와 같이, 대향하는 쌍을 이루는 전자석(44)이 요크(42)의 위에, 빔 폭 전체를 횡단하도록 복수조 설치된다. 전자석(44)의 쌍의 개수는 10 ~ 20 정도이다. In the
덧붙여, 도 1 및 2에 도시하는 렌즈 요소(40)는 일례이며, 이것에 한정하는 것은 아니다. 이온 빔(24)은, 이온원(22) 및 이온원(22)의 도시되지 않는 인출 전극, 나아가 질량 분리 마그넷(32)에 의하여, 소정의 전류 밀도 분포에 가까워지도록 어느 정도 조정되고 있기 때문에, 렌즈 요소(40)에 의한 조정은 완만한 조정으로 무방하다. 이 때문에, 렌즈 요소(40)에 의한 자장의 생성도 온화한 것으로 무방하다.In addition, the
또한, 렌즈 요소(40)는, 자장을 이용하여 조정하는 것 외에, 후술하는 바와 같이 전장을 이용하여 이온 빔(24)의 조정을 행할 수도 있다. 그러나 이하의 점으 로부터, 렌즈 요소(40)는 자장을 이용한 것이 바람직하다. 즉, 이온 빔(24)의 주위를 운상(雲狀)으로 둘러싸고 저속으로 고르지 않게 운동하는 전자가, 이온 빔(24) 중의 정의 전하끼리의 척력에 의하여 이온 빔(24) 자체가 발산하려고 하는 특성을 억제하고 있지만, 이 전자에 큰 영향을 주지 않도록 하기 위하여, 렌즈 요소(40)는 자장을 이용하는 것이 바람직하다. In addition to the adjustment using the magnetic field, the
렌즈 요소(40)의 쌍을 이루는 전자석(44)의 사이에는, 분리 슬릿(50)이 설치되어 있다. 분리 슬릿(50)은, 도 2에서는 도시되어 있지 않지만, 이온 빔(24)의 단 25a, 25b를 횡단하도록 가늘고 긴 구멍(슬릿)이 설치된 비자성체 부재로 구성되어 있다. 질량 분리 마그넷(32)에서 휘어진 이온 빔(24)은, 질량 분리 마그넷(32)의 하류 측에서 빔 두께 방향에 있어서 수속 위치(52)에서 수속하지만, 이 수속 위치(52)에 분리 슬릿(50)은 설치되어, 소정의 질량과 전하를 가지는 이온 입자만을 통과시키도록 되어 있다. 즉, 분리 슬릿(50)은, 이온 빔(24)이 빔 두께 방향에 있어서 수속하는 수속 위치(52)에 설치되고, 렌즈 요소(40)는, 분리 슬릿(50)과 포개어지는 위치에 설치되어 있다.A separation slit 50 is provided between the
이온 빔(24) 중, 소정의 질량 및 전하를 가지지 않는 이온 입자는, 수속 위치에서 수속하지 않기 때문에, 분리 슬릿(50)의 벽면에 충돌하여 하류 측으로의 이동이 저지된다. 이 때문에, 분리 슬릿(50)은, 이온 입자의 충돌에 의한 마모에 대하여 내성을 가지는 소재를 이용하는 것이 필요하고, 예를 들어, 그라파이트(graphite)가 호적(好適)하게 이용된다. 이온 입자의 충돌은, 수직에 대하여 경사 각도를 가지고 벽면에 충돌하면 마모가 격렬한 것이기 때문에, 분리 슬릿(50) 은, 이온 입자가 벽면에 대하여 대략 수직으로 충돌하는 것과 같은 형상을 구비하는 것이 바람직하다. Since the ion particles which do not have a predetermined mass and charge in the
분리 슬릿(50)에서는, 이온 입자의 충돌 시, 분리 슬릿(5)의 재료의 일부분이 이온 입자의 충돌 에너지를 받아 입자로서 물리적으로 비산하고, 또한 열에 의한 기화에 의하여 가스로 되어 비산한다. 이때, 빔 수송부(30)는 저압의 분위기로 되어 있기 때문에, 상기 비산은 직선적으로 넓어질 우려가 있다. 이 때문에, 비산한 입자나 가스 등의 재료 성분이 하류 측의 처리 기판에 도달하지 않도록, 이온 입자가 충돌하는 부분이 처리 기판으로부터 보이지 않도록 분리 슬릿(50)의 형상을 정할 필요가 있다. 예를 들어 도 1에 도시하는 바와 같이, 분리 슬릿(50)의 상류 측의 이온 입자가 충돌하는 부분에는, 면적이 넓은 충돌면을 가지는 테두리(54)를 설치하고, 이 테두리(54)에 의하여, 비산하는 재료 성분이 처리 기판에 도달하는 것을 저지하고 있다. 또한, 이온 빔(24)이 통과하는 분리 슬릿(50)의 구멍의 내벽면에는, 이 내벽면에서 이온 입자가 충돌하여도, 비산하는 재료 성분이 직접 처리 기판에 도달하지 않도록, 이온 입자가 충돌하는 면을 처리 기판으로부터 들여다 볼 수 없는 형상으로 되어 있다. 형상은, 예를 들어, 상류 측으로 경사가 진(90도) 단차면을 가지는 톱상(狀)의 요철 형상인 것이 바람직하다. In the separation slit 50, at the time of collision of the ion particles, a part of the material of the separation slit 5 receives the collision energy of the ion particles and physically scatters as particles, and becomes a gas by vaporization by heat. At this time, since the
분리 슬릿(50)은, 렌즈 요소(40)가 만드는 자장에 영향을 주지 않도록 비자성체인 것이 필요하다. 나아가, 분리 슬릿(50)은 렌즈 요소(40)의 위치에 포개어지도록 배치하지 않고, 분리 슬릿(50)과 렌즈 요소(40)가 인접하도록 배치하여도 무방하다.The separation slit 50 needs to be nonmagnetic so as not to affect the magnetic field produced by the
후술하는 바와 같이, 렌즈 요소(40) 대신에 전장을 이용하여 이온 빔(24)을 조정하는 렌즈 요소(90)를 이용하는 경우, 전장에 영향을 주지 않는 재료의 선정이 곤란한 것, 및 분리 슬릿(50)의 표면에 도전성의 막이 퇴적하여 전장에 영향을 주는 것을 고려하여, 렌즈 요소(90)는, 분리 슬릿(50)과 인접하도록 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 분리 슬릿(50)은, 이온 빔(24)의 수속 위치(52)에 배치할 필요가 있기 때문에, 렌즈 요소(90)를 분리 슬릿(50)에 대하여 인접하도록 배치한다. As described later, when the
나아가, 분리 슬릿(50)의 이온 빔(24)의 두께 방향의 슬릿의 개구 폭은, 고정된 것이어도 무방하지만, 가변 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 처리 기판에 주입하여야 할 이온의 양에 따라, 또한 순도가 높은 이온의 주입의 필요성의 유무에 따라 슬릿의 개구 폭을 조정할 수 있고, 이것에 의하여 이온 입자의 분리 성능을 적절히 조정할 수 있다. 또한, 수속 위치(52)에 있어서의 이온 빔(24)의 두께를 10수mm 정도로 얇게 하는 경우가 있는 한편, 이온 빔(24)의 궤도는, 이온의 종류, 이온 빔의 에너지 및 이온 입자의 전하에 의하여 영향을 받아 항상 일정하지 않다. 이 때문에, 슬릿의 개구 폭은, 정황에 따라 조정할 수 있는 것이 바람직하다. Furthermore, although the opening width of the slit in the thickness direction of the
분리 슬릿(50)에서 불필요한 이온 입자와 분리되어 소정의 이온 입자만으로 구성되고, 또한 렌즈 요소(40)에서 전류 밀도 분포가 조정된 이온 빔(24)은, 빔 두께를 넓히면서 처리부(60)로 나아간다. The
처리부(60)는, 처리 기판(62)을 도 1 중의 하측으로부터 상측으로 반송하면서 이온 주입을 행하는, 도시되지 않는 이동 기구와, 이온 빔(24)의 전류 밀도 분포를 계측하는 패러데이컵(64)을 가진다. The
처리 기판(62)은, 반도체 웨이퍼 혹은 유리 기판이 예시된다. 이온 빔(24)의 빔 폭은, 질량 분리 마그넷(32)에 의한 조정에 의하여, 도 2에 도시하는 바와 같이 처리 기판(62)의 가로 폭에 비하여 넓게 되어 있다.The
또한, 처리 기판(62)에 조사되는 이온 빔(24)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 하류 측의 처리 기판(62)으로 나아가는 것에 따라서 위치가 저하하도록 도면 중 하측으로 경사하고 있다. 이것은, 처리 기판(62)이 도시되지 않는 기대(基臺)에 의하여, 처리 기판(62)의 배면으로부터 중력을 살려 보지(保持)되고, 또한, 이온 빔(24)이 처리 기판(62)에 대하여 수직으로 입사되기 위함이다. 처리 기판(62)을 배면으로부터 보지하는 것은, 이온 빔에 노출되는 처리 기판(62)의 전면(前面)에 클램프 치구 등의 보지 기구를 설치할 수 없기 때문이다.In addition, the
처리 기판(62)이 유리판인 경우, 한 변이 1m 사방의 정방형 형상이고 두께가 0.5mm의 판이 많아, 용이하게 휘기 쉽다. 나아가, 유리판의 전면에는 미세한 회로 소자 등을 위한 가공이 시공되어 있기 때문에, 미세한 먼지나 입자가 부착하는 것을 피하기 위하여, 클램프 등에 의하여 처리면의 측으로부터 접촉할 수도 없다. 따라서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 처리 기판(62)을 경사시키고 중력을 이용하여 배면으로부터 보지하는 것이 바람직하다. When the process board |
처리 기판(62)의 배치 위치의 하류 측에는, 패러데이컵(64)이 설치되어 있다. 패러데이컵(64)은, 빔 폭의 방향으로 이온 빔(24)의 빔 폭보다도 넓은 범위에 복수개 설치되어 있다. 각 패러데이컵(64)의 이온 빔(24)을 받는 면의 빔 두께 방향의 길이가 이온 빔(24)의 빔 두께에 비하여 길게 되어 있고, 이온 빔(24)의 빔 두께 방향을 따른 전류 밀도 분포의 합계값이 한 번에 계측되도록 구성되어 있다. 빔 폭 방향에는, 패러데이컵(64)이 인접하여 복수 늘어서 있고, 따라서, 빔 폭 방향에서는, 전류 밀도의 합계값이 패러데이컵(64)의 각 위치마다 이산적(離散的)으로 계측된다. The
패러데이컵(64)은, 이온 입자를 받는 컵 부분과, 도시되지 않는 2차 전자 포착 기구를 가진다. 2차 전자 포착 기구는, 패러데이컵(64) 내면에 이온 입자가 충돌하는 것에 의하여 발생한 2차 전자가 패러데이컵(64)의 밖으로 누설되는 것을 방지하는 포착 기구이다. 2차 전자가 패러데이컵(64)의 밖으로 누설되면 전류 밀도의 계측에 오차를 주기 때문이다. 2차 전자 포착 기구는, 자장을 이용한 포착 기능 외에 전장을 이용한 포착 기능의 어느 것을 이용하여도 무방하다. The
패러데이컵(64)의 개수는 필요에 따라 늘리면 되고, 계측 정도를 올리는 경우, 개수를 늘리면 되며, 렌즈 요소(40)의 전자극(44)의 설치 개수와 무관계이다. 전류 밀도의 수%의 격차를 정도 좋게 계측하려면, 패러데이컵(64)의 설치 개수는 100개 정도인 것이 바람직하지만, 20 ~ 40개 정도라도 전류 밀도 분포로부터 이온 빔(24)의 조정을 정도 좋게 행할 수 있다.The number of Faraday cups 64 may be increased as necessary. If the measurement accuracy is increased, the number of Faraday cups 64 may be increased. Although the number of Faraday cups 64 is preferably about 100 in order to measure the difference of several percent of the current density, the adjustment of the
패러데이컵(64)은, 도 1, 2에 도시되는 바와 같이 복수개 늘어서는 형태 외에, 단일의 패러데이컵을 이온 빔(24)의 빔 폭 방향으로, 단부터 단까지 횡단하도록 이동시켜 위치와 전류 밀도를 쌍으로 하여 계측하여도 무방하다. 이 방법에서는, 패러데이컵을 1개 이용하는 것만으로 정도 좋게 계측할 수 있다.
본 실시예의 처리부(60)는, 처리 기판(62)을 상하 방향으로 이동시켜 이온 주입을 행하는 것이지만, 본 발명에서는, 이 외에, 처리 기판을 원호상(圓弧狀)으로 운동시켜, 혹은 원반 상에 재치(載置, 물건의 위에 다른 것을 올리는 것)하여 회전 운동시켜 이온 빔을 조사시키는 방식이어도 무방하다. 원호상의 운동이나 회전 운동의 경우, 회전 반경이 장소에서 다르기 때문에, 처리 기판의 각 위치는 이온 빔에 대하여 이동한다. 따라서, 균일한 이온 주입을 행하기 위해서는, 처리 기판의 각 위치의 이동을 고려하여, 이온 빔의 전류 밀도 분포를 조정할 필요가 있다. The
덧붙여, 도 1, 2에 도시하는 패러데이컵(64)의 각각은, 제어부(80) 중의 계측기(82)와 접속되어, 각 패러데이컵(64)에서 계측된 전류 밀도의 합계값은 계측기(82)로 보내진다. In addition, each of the Faraday cups 64 shown in FIG. 1, 2 is connected with the measuring
제어부(80)는 계측기(82)와 제어기(84)와 전원(86)을 가진다.The
계측기(82)는, 각 패러데이컵(64)으로부터 보내진 데이터를 이용하여, 전류 밀도 분포를 산출하는 부분이다. 얻어진 전류 밀도 분포의 결과는 제어기(84)에서, 어느 렌즈 요소(40)의 전자석(44)의 코일(48)에 전류를 흐르게 할지, 전류값과 함께 결정하는 부분이다. 전류를 흐르게 하여야 할 전자석(44)의 위치와 그 전류값은, 제어기(84)에서 자동 설정되도록 구성하여도 무방하고, 조작자가 수동으로 입력하도록 하여도 무방하다. 또한, 전류 밀도 분포의 패턴마다, 전류를 흐르게 하여야 할 전자석(44)의 위치와 그 전류값을 정한 정보를, 도시되지 않는 메모리에 기억하여 두고, 이 정보를 순차적으로 호출하여 설정하도록 구성하여도 무방하다.The measuring
전원부(86)은, 제어기(84)에서 결정된 전자석(44)의 위치와 전류값에 기초하 여, 대응하는 전자석(44)으로 전류를 공급하는 부분이다. 이것에 의하여, 전류를 흐르게 하여야 할 전자석(44)의 위치와 전류값을 결정하고, 그 전자석(44)에 전류를 흐르게 하는 것에 의하여, 이온 빔(24) 중의 전자석(44)에 대응하는 위치에 있어서, 이온 입자의 이동 방향을 자장에 의하여 휘게 하여 전류 밀도 분포를 조정할 수 있다. The
이와 같은 이온 주입 장치(10)에서는, 이온원(22)에서 생성된 이온 빔(24)은, 질량 분리 마그넷(32)에 있어서 빔 폭이 넓어진 띠상의 이온 빔(24)이 정형되고, 이 후, 분리 슬릿(50)에서 소정의 질량 및 전하를 가지는 이온 입자로 이루어지는 이온 빔(24)만이 통과하여 처리부(60)로 공급된다. 처리부(60)에서는, 처리 기판(62)에서 이온 주입이 행하여지지만, 이온 주입 전에 패러데이컵(64)에서 이온 빔(24)의 전류 밀도가 계측되고, 계측기(82)에서 전류 밀도 분포가 구하여진다. 이 전류 밀도 분포가 소망의 분포가 아닌 경우, 제어기(84)는, 렌즈 요소(40)의 어느 전자석(44)에 전류를 어느 정도 흐르게 할 지 결정하고, 이 결정에 기초하여, 전원(86)은 전류를 결정한 전자석(44)으로 공급한다. In the
한편, 렌즈 요소(40)는, 이온 빔(24)의 수속 위치 근방에 설치되어 있기 때문에, 렌즈 요소(40)를 통과하는 이온 빔(24)의 빔 두께는, 질량 분리 마그넷(32)을 통과할 때의 이온 빔(32)의 빔 두께에 비하여 얇게 되어 있다. 이 빔 두께가 얇게 되어 있는 수속 위치(52)의 근방 영역에서 렌즈 요소(40)는 자장을 만들기 때문에, 두께가 얇아진 이온 빔(24)에 대하여 작용하는 자장 성분은, 이온 빔의 두께 방향에서 대략 일정한 값을 가지고, 게다가, 그 값은, 이온 빔(24)의 빔 두께 방향 의 중심 위치에 있어서의 값에 가깝다. 이 때문에, 이온 빔(24) 중의 빔 두께 방향의 각 부분은 일정한 자장의 작용을 받아 같은 방향으로 같은 각도로 휘어진다. 이 때문에, 정도가 높은 이온 빔의 전류 밀도 분포의 조정을 할 수 있다. On the other hand, since the
이와 같이, 본 발명에서는, 렌즈 요소(40)가 만드는 자장에 작용하는 이온 빔(24)의 두께가 얇게 되어 있기 때문에, 빔 폭 방향으로 휘게 하는 자장의 성분은, 이온 빔(24) 중의 두께 방향의 위치에 관계없이 일정에 가까워, 이온 빔(24) 중의 빔 폭 방향의 소망의 위치의 이온 빔을 목표대로 휘게 할 수 있다. 따라서, 이온 빔(24)의 전류 밀도 분포를 정도 좋게 조정할 수 있다. As described above, in the present invention, since the thickness of the
덧붙여, 상기 실시예에서는, 렌즈 요소(40)는, 전자석(44)에 의한 자장을 이용한 이온 빔(24)의 조정이지만, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 전장을 이용한 이온 빔(24)의 조정이어도 무방하다.In addition, in the said embodiment, although the
도 3의 (a)는 렌즈 요소(40) 대신에 이용하는 렌즈 요소(90)의 평면도이고, 도 3의 (b)는 렌즈 요소(90)의 내부를 설명하는 도면이다.FIG. 3A is a plan view of the
렌즈 요소(90)는, 이온 빔(24)의 수속 위치(52)의 하류 측에 설치되어 있다.The
본 발명에서는, 렌즈 요소(90)는, 상류 측에 위치하는 질량 분리 마그넷(32)을 통과하는 이온 빔(24)의 빔 두께에 비하여 얇게 되어 있는, 이온 빔의 수속 위치(52)의 근방의 영역에서, 이온 빔의 전류 밀도 분포가 조정되도록 설치되어 있으면 되고, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 분리 슬릿(50)의 위치에 인접하는 위치에 설치되어 있다. In the present invention, the
렌즈 요소(90)는, 절연 도입 단자(93)를 통하여 진공 하우징(110)의 외측의 단자(92)와 내측의 서포트(94)가 접속되고, 서포트(94)의 선단(先端) 측에 전극(91)이 설치되어 있다. 단자(92)는, 도 1에 도시하는 제어부(80)의 전원(86)과 접속되어 있다. 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 전극(91), 단자(92), 절연 단자(93), 서포트(94)의 조가, 이온 빔(24)의 단 25a로부터 단 25b까지, 빔 폭 방향으로 복수개 늘어서 있다. 이 전극(91)에 대응하도록, 동일 구조를 한 전극(91)이 이온 빔(24)을 사이에 둔 반대 측의 대칭인 위치에, 빔 폭 방향으로 복수개 늘어서 있다. 전극(91)의 개수는, 상술의 렌즈 요소(40)에 있어서의 전자석(44)의 쌍의 개수와 마찬가지로 10 ~ 20 정도이다. The
렌즈 요소(90)의 전극(91)에는, DC 전압의 동극의 동전압이 인가되고, 전극(91)의 사이에서 이온 빔(24)의 빔 두께 방향의 중심면에 대하여 선대칭인 전장이 만들어진다. 예를 들어, 전극(91)에 정의 전압이 인가되는 것으로, 이온 빔(24)은, 전장을 피하도록 전장의 양측으로 휘어지는 것을 이용하여 이온 빔의 전류 밀도를 조정한다.The same voltage of the same pole of DC voltage is applied to the
도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 렌즈 요소(90)의 상류 측 및 하류 측에는, 진공 하우징(110)으로부터 실드 전극(95a, 95b)이 입설(立設)되어 있다. 실드 전극(95a, 95b)은, 전극(91)을 중심으로 하여 대칭인 위치에 설치되어 있고, 렌즈 요소(90)가 만드는 전장이, 렌즈 요소(90)의 영역 이외에서 이온 빔(24)에 영향을 주지 않도록, 전장을 실드하는 것이다. As illustrated in FIGS. 3A and 3B,
분리 슬릿(50)의 하류 측의 단면(56)의 형상을 실드 전극(95a)과 마찬가지의 형상으로 가공하여, 진공 하우징(110)의 내면까지 연장하는 것에 의하여, 실드 전 극(95a)과 마찬가지의 기능을 가지게 할 수도 있다. 이때, 전극(91)을 중심으로 하여 분리 슬릿(50)의 단면(56)의 위치와 대칭인 위치에 실드 전극(95b)을 설치하는 것이 바람직하다. The shape of the
나아가, 본 발명은, 도 4에 도시하는 이온 주입 장치를 구성하여도 무방하다.Furthermore, this invention may comprise the ion implantation apparatus shown in FIG.
도 4에 도시하는 이온 주입 장치(100)는, 도 1에 도시하는 이온 주입 장치(10)와 마찬가지로, 빔 정형부(20)와, 질량 분리 마그넷 및 조정 유닛을 구비하는 빔 수송부(30)와, 처리 기판에 이온 주입하는 처리부(60)와, 제어부(80)를 가진다. 빔 정형부(20), 빔 수송부(30) 및 처리부(60)는, 도시되지 않는 진공 하우징에 둘러싸여, 진공 펌프에 의하여 일정한 진공도(10-5 ~ 10-3Pa)를 유지하도록 되어 있다. The
빔 수송부(30)는, 질량 분리 마그넷(32)과 렌즈 요소(40)와 분리 슬릿(50)을 가지고, 처리부(60)는, 처리 기판(62)을 도 4 중의 하측으로부터 상측으로 반송하면서 이온 주입을 행하는, 도시되지 않는 이동 기구와, 이온 빔(24)의 전류 밀도 분포를 계측하는 패러데이컵(74)을 가진다. 렌즈 요소(40)는, 질량 분리 마그넷(32)의 상류 측에 설치되어 있는 점만이 다르고, 이것 이외의 각 부분의 구성은 같기 때문에, 설명은 생략한다.The
덧붙여, 렌즈 요소(40)는, 자장을 이용한 이온 빔(24)의 조정을 행하여도 무방하고, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이 전장을 이용한 조정을 행하여도 무 방하다.In addition, the
한편, 빔 정형부(20)는, 복수의 같은 성능을 가지는 이온원(22a, 22b, 22c)을 가지고, 이들의 이온원(22a ~ c)으로부터 생성되는 이온 빔(24a ~ 24c)은 위치(49)에서 수속하도록, 각 이온원(22a ~ 22c)이 배치되어 있다. 렌즈 요소(90)는, 위치(49)의 근방 영역에서 이온 빔을 조정한다. 즉, 이온 주입 장치(100)에서는, 질량 분리 마그넷(32)의 상류 측에서 이온 빔(24)은 수속하도록 구성되어 있기 때문에, 위치(49)의 근방 영역에서 이온 빔의 조정을 정도 좋게 할 수 있다. On the other hand, the
이 경우, 렌즈 요소(40)와 분리 슬릿(50)이 떨어져 있기 때문에, 렌즈 요소(40)로 만들어지는 자장 또는 전장이 분리 슬릿(50)에 영향을 주지 않고, 분리 슬릿(50)의 형상이나 재질 등의 제한이 없는 점에서 유리하다. 나아가, 렌즈 요소(40)를 이용하여 빔 폭 방향의 소정의 위치의 이온 빔을 휘게 하려고 할 때, 렌즈 요소(40)로부터 처리 기판(62)까지의 거리가 길기 때문에, 렌즈 요소(40)에 의한 전류 밀도 분포의 조정의 정도도 작아, 이온 빔(24)에 여분의 영향을 주지 않는다. 게다가, 렌즈 요소(40)로 공급하는 전류도 낮기 때문에, 렌즈 요소(40) 자체 외에, 전원(86)의 용량도 작아도 되기 때문에, 제작 코스트도 저감한다. In this case, since the
이상, 본 발명의 이온 주입 장치에 관하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지의 개량이나 변경을 하여도 무방한 것은 물론이다.As mentioned above, although the ion implantation apparatus of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said Example, A various improvement and modification may be made in the range which does not deviate from the main point of this invention. Of course.
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