WO2007094432A1 - イオン注入装置 - Google Patents

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ions
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Seiji Ogata
Ryota Fukui
Hidekazu Yokoo
Tsutomu Nishihashi
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Ulvac, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to an ion implantation apparatus for producing a single crystalline film, and in particular, to produce a single crystalline film that is small in size, realizes stable ion beam parallelism, high density distribution, and controllability.
  • the present invention relates to an ion implantation apparatus.
  • FIG. 7 first to fourth conventional examples of the high current ion implantation apparatus will be described with reference to FIGS. 7 to 12.
  • FIG. 7 first to fourth conventional examples of the high current ion implantation apparatus will be described with reference to FIGS. 7 to 12.
  • a typical high-current ion implanter is a batch-type high-current ion implanter in which about 10 to 20 substrates are fixed to a mechanically rotating disk and irradiated with a mass-separated ion beam. It is.
  • FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of the batch-type high-current ion implantation apparatus of the first conventional example.
  • the ion beam B extracted from the ion source 102 is applied to the imaging position of the sector electromagnet 104 for mass separation and the ion source 10 2 thereby.
  • Predetermined ion species are selected by the provided mass separation slit 106
  • a sector electromagnet for mass separation may be referred to as a “mass separator”.
  • the selected ion beam B is applied to a plurality of substrates 110 placed on a mechanically rotating substrate holder 108.
  • the ion beam B is uniformly irradiated onto the substrate 110.
  • the configuration of the notch type large current ion implantation apparatus of the first conventional example has a problem that the apparatus must be increased in size as the substrate becomes larger.
  • Non-Patent Document 2 describes a conventional example of a published single-wafer high-current ion implantation apparatus.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of a second conventional single-wafer high-current ion implantation apparatus.
  • the ion beam B extracted from the ion source 122 is used for mass separation.
  • a predetermined ion species is selected by the sector electromagnet 124 and the mass separation slit 126 provided at the imaging position of the ion source 122 thereby.
  • the selected ion beam B is converted into a parallel beam B by a parallel electromagnet 128 provided in front of the ion beam B, and is irradiated onto the substrate 110 at a constant angle.
  • the front means the traveling direction of the ion beam B.
  • the substrate 110 is mechanically driven in the direction perpendicular to the paper surface.
  • the “parallel magnet” may be referred to as “parallel device”.
  • Non-Patent Document 3 A conventional example of a single-wafer high-current ion implantation apparatus that solves this problem is described in Non-Patent Document 3.
  • the third conventional single wafer high current ion implantation apparatus will be described with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a single-wafer high-current ion implantation apparatus according to a third conventional example.
  • a fan-shaped electromagnet 134 that serves both as mass separation and parallelization is provided in front of the ion source 132, and in front of the multi-pole electromagnetic A density control electromagnet 136 made of stone is provided, and a substrate 110 is placed in front of it.
  • the density distribution of the ion beam B can be controlled by the density control electromagnet 136.
  • FIG. 10 is a plan view for explaining the principle of controlling the density distribution of the ion beam B, where the ion beam density is high above the plane of the paper.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining the principle of controlling the density distribution of the ion beam B.
  • the density control electromagnet 136 is adjusted so that the density distribution is uniform.
  • the density of the ion beam B irradiated onto the substrate 110 can be controlled to be uniform. .
  • the third conventional single-wafer high current ion implantation apparatus described above cannot control the density distribution of the ion beam irradiated to the substrate of the second conventional single-wafer high current ion implantation apparatus. Force that solved the problem In this configuration, as shown in Fig. 11, if the density of ion beam B is corrected, the parallelism of ion beam B is inevitably lost. I have.
  • a fourth configuration such as that shown in Fig. 12 can be easily considered. It is.
  • FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a single wafer high current ion implantation apparatus of a fourth conventional example.
  • the configuration of the fourth conventional single-wafer high-current ion implantation apparatus 140 is the same as that of FIGS. 7 and 8 from the ion source 142 to the mass separation slit 144. Yes, 14
  • a scanner 147 for scanning the ion beam B is provided in front of 4, and the ion beam B scanned here is made parallel by a parallel electromagnet 148 and irradiated onto the substrate 110.
  • the density distribution can be precisely controlled by adjusting the scanning waveform of the scanner 147.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 05-211128
  • the density distribution can be precisely controlled by adjusting the scanning waveform in the scanner. same
  • a converging lens such as a magnetic quadrupole lens.
  • the conventional configuration of the single-wafer high current ion implantation apparatus of the fourth conventional example has a problem that the installation space for the focusing lens must be secured and the apparatus becomes long.
  • the present invention provides an ion implantation apparatus for producing a single crystalline film that solves the above-described conventional problems and that is small in size and realizes stable parallelism of ion beams and high controllability of density distribution. With the goal.
  • the ion source force hydrogen ions or rare gas ions are extracted, desired ions are selected by a mass separator, and the ions are scanned by a scanner.
  • the mass separator is used for producing a single crystalline film by parallelly scanning the ions with a parallel alignment apparatus and injecting the ions into a substrate.
  • the ion source was arranged in the vicinity of the entrance-side focal point.
  • the ion implantation apparatus is configured such that a first sector electromagnet is used as the mass separator and a second sector electromagnet is used as the parallelizing device.
  • the ion implantation apparatus of the present invention is configured as described above, it has the following excellent effects.
  • the spot shape of the ion beam after passing through the collimator is circular, and the deflection surface and two surfaces orthogonal to the deflection surface are completely parallel. Best mode for carrying out the invention
  • Ion implantation apparatus for producing a single crystalline film of the present invention (hereinafter simply referred to as "ion implantation apparatus")
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a first embodiment of an ion implantation apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view for explaining the principle of obtaining a sufficient mass resolution of the ion beam in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
  • the basic configuration of the ion implantation apparatus 10 includes an ion source 12, a first sector electromagnet 14 serving as a mass separator for the ion beam B, a scanner 16, and an ion beam B in parallel.
  • This is a second fan-shaped electromagnet 18 as a device.
  • sector electromagnets such as the first and second sector electromagnets 14 and 18 shown in FIG. 1 have a converging lens action for converging the ion beam B.
  • the ions traveling outward from the central trajectory of the ion beam B are largely deflected to the sector electromagnet, while the ion beam B Ions traveling inward from the central trajectory are deflected small by the sector electromagnet, and as a result, they are converged in the direction of the central trajectory, and the optical lens converges the light.
  • the lens action also occurs on a surface perpendicular to the deflection surface. Therefore, as shown in FIG. 1, regarding the deflection surface, the entrance focus of the first sector electromagnet 14 is Fl, and the entrance focus of the second sector electromagnet 16 is F2.
  • the ion implantation apparatus 10 of the present embodiment is characterized in that the ion source 12 is arranged in the vicinity of the entrance-side focal point F 1 of the first sector electromagnet 14 for mass separation of the ion beam B.
  • a scanner 16 is provided in front of the first fan-shaped electromagnet 14, a second fan-shaped electromagnet 16 is provided in front of the first fan-shaped electromagnet 14, and a substrate 20 is disposed in front of the second fan-shaped electromagnet 16. That is.
  • the position of the second sector electromagnet 18 is arranged so that the entrance-side focal point F 2 coincides with the deflection center of the scanner 16.
  • the ion beam B that has passed through the second fan-shaped electromagnet 18 becomes a constant angle without depending on the scanning angle of the scanner 16.
  • the substrate 20 is mechanically driven in the direction perpendicular to the paper surface.
  • the ion implantation apparatus 10 of the present embodiment solves the problems of the conventional apparatus, and can realize a small, stable ion beam parallelism and controllability with a high density distribution. .
  • the position of the ion source 102 is farther from the entrance-side focal point of the first sector electromagnet 104 for mass separation.
  • the real image of the ion source 102 is formed in front of the first sector electromagnet 104.
  • the ion source 12 is arranged in the vicinity of the entrance focus F1 of the first sector electromagnet 14 so that the ion beam exiting the first sector electromagnet 14 is obtained. B is almost parallel.
  • the ion implantation apparatus 140 having a normal configuration as shown in FIG. 12 has a function of a convex lens such as a quadrupole lens for refocusing the ion beam B imaged on the mass separation slit 144.
  • An optical element 145 is required.
  • the convex lens acts upstream of the scanner 16.
  • the ion beam B is not imaged.
  • the ions used for the production of the single crystalline film are hydrogen ions or rare gas ions.
  • the entrance-side focal point D1 on the deflection surface and the deflection surface can be matched.
  • the ion beam B can be sufficiently separated by this configuration.
  • the distance that the ion beam B passes from the ion source 142 to the substrate 110 reaches about 5 to 6 m.
  • the distance through which the ion beam B passes from the ion source 12 to the substrate 20 while maintaining the mass resolution of the ion beam B sufficient for manufacturing a single crystalline film. Can be shortened to about half, about 3m.
  • FIG. 3 and 4 are diagrams for explaining the trajectory of the ion beam B when an ion source is installed at the entrance focal point of the deflection surface in a general sector electromagnet, and FIG. 3 is an explanation on the deflection surface.
  • FIG. 4 and FIG. 4 are explanatory diagrams on a plane orthogonal to the deflection surface.
  • FIGS. 5 and 6 show the ion beam B in the second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention when the entrance-side focal point is made to coincide between the deflection surface and the surface orthogonal to the deflection surface.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the trajectory, in which FIG. 5 is an explanatory diagram on the deflection surface, and FIG. 6 is an explanatory diagram on a plane orthogonal to the deflection surface.
  • the basic configuration and structural features of the ion implanter 20 of the present embodiment are the same as the basic configuration of the ion implanter 10 of the first embodiment, but the deflection surface In addition, the entrance-side focal points of the two surfaces orthogonal to the deflection surface are made to coincide with each other, and the opening of the extraction portion 22a of the ion source 22 is made circular.
  • the fan-shaped electromagnet 34 The ion beam B after passing does not become a parallel beam on the plane perpendicular to the deflection surface as shown in Fig. 4.
  • an adjustment lens such as a quadrupole lens is generally required.
  • the entrance-side focal points Dl and D2 coincide with each other, the ion beam B after passing through the fan-shaped electromagnet 24 can be transmitted in both directions as shown in FIGS. It becomes completely parallel.
  • the opening of the extraction portion 22a of the ion source 22 is circular, the divergence angles of the two surfaces of the ion beam B extracted from the ion source 22 are the same.
  • the spot shape of the subsequent ion beam B is circular and completely parallel.
  • the positions of the entrance-side focal points Dl and D2 on the two planes, the deflection plane and the plane orthogonal to the deflection plane, are determined by four factors: the turning radius R, the deflection angle ⁇ , the oblique incidence angle ex, and the oblique emission angle ⁇ .
  • Table 1 shows several combinations for the case in which the entrance-side focal point on the two surfaces coincides when the deflection angle ⁇ is 90 °.
  • the entrance-side focal points Dl and D2 on the two surfaces can be matched.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a first embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view for explaining the principle of obtaining a sufficient mass resolution of an ion beam in the first embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the trajectory of an ion beam in a general sector electromagnet when an ion source is installed at the entrance-side focal point of the deflection surface, and is an explanatory diagram on the deflection surface.
  • FIG. 4 This is a diagram for explaining the trajectory of an ion beam when an ion source is installed at the entrance focal point of a deflection surface in a general sector electromagnet.
  • the second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention it is a diagram for explaining the trajectory of the ion beam when the entrance-side focal point is made to coincide between the deflection surface and the surface orthogonal to the deflection surface. It is explanatory drawing in a deflection surface.
  • FIG. 6 illustrates the trajectory of the ion beam when the entrance-side focal point is made to coincide between the deflecting surface and the surface orthogonal to the deflecting surface in the second embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention. It is a figure for doing, and is explanatory drawing in the surface orthogonal to a deflection surface.
  • FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a batch type large current ion implantation apparatus of a first conventional example.
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of a single wafer high current ion implantation apparatus of a second conventional example.
  • FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a single-wafer high-current ion implantation apparatus of a third conventional example.
  • FIG. 10 is a plan view for explaining the principle of controlling the ion beam density distribution in the third conventional single-wafer high-current ion implantation apparatus, in which the ion beam density is high above the paper surface. .
  • FIG. 11 is a plan view for explaining the principle of controlling the density distribution of the ion beam in the third conventional single-wafer high-current ion implantation apparatus.
  • the density control electromagnet makes the density distribution uniform. This is the case when adjusted.
  • FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a single wafer high current ion implantation apparatus of a fourth conventional example.

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Description

明 細 書
イオン注入装置
技術分野
[0001] 本発明は、単結晶質フィルム製造用のイオン注入装置に係り、特に、小型で、ィォ ンビームの安定した平行性、密度分布の高 、制御性を実現した単結晶質フィルム製 造用のイオン注入装置に関する。
背景技術
[0002] 所定のエネルギーの水素イオン若しくは希ガスイオンを基板に注入して、基板の所 定深さに微小気泡層を発生させ、所望の厚みの単結晶質フィルムを製造する手法が 、特許文献 1に記載されている。
この単結晶質フィルムを製造する方法では、大量の水素イオン若しくは希ガスィォ ンを注入する必要があるため、通常はその注入装置として大電流イオン注入装置が 用いられている。
以下、この大電流イオン注入装置の第 1乃至第 4の従来例について、図 7乃至図 1 2を用いて説明する。
[0003] 第 1の従来例：
通常の大電流イオン注入装置としては、 10〜20枚程度の基板を、機械的に回転 するディスクに固定して、これに質量分離したイオンビームを照射する、バッチ式大 電流イオン注入装置が主流である。
[0004] バッチ式大電流イオン注入装置の例としては、非特許文献 1に記載されて！、る。
この従来のバッチ式大電流イオン注入装置について、図 7を用いて説明する。 図 7は、第 1の従来例のバッチ式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図 である。
[0005] この従来例のバッチ式大電流イオン注入装置 100では、イオン源 102から引き出さ れたイオンビーム Bは、質量分離のための扇形電磁石 104と、それによるイオン源 10 2の結像位置に設けられた質量分離スリット 106により、所定のイオン種が選別される なお、以下、「質量分離のための扇形電磁石」を「質量分離器」という場合がある。
[0006] 選別されたイオンビーム Bは、機械的に回転する基板ホルダー 108に置かれた複 数の基板 110に照射される。
基板ホルダー 108の回転軸 109を紙面左右方向にゆっくりと移動させることにより、 イオンビーム Bは基板 110に均一に照射される。
[0007] 第 2の従来例：
しかし、第 1の従来例のノ ツチ式大電流イオン注入装置のような構成では、基板が 大きくなるに従って装置も大型化さざるを得な 、と 、う問題がある。
半導体基板やフラットパネルディスプレー基板が大型化するのに伴 ヽ、イオン注入 装置が大型化してしまうという問題を克服するために、一枚ずつの基板に質量分離し たイオンビームを照射する、枚葉式大電流イオン注入装置も近年、用いられつつあり 、今後、単結晶質フィルムを製造する工程に用いられる可能性もある。
[0008] 公表されている枚葉式大電流イオン注入装置の従来例は、非特許文献 2に記載さ れている。
この第 2の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置について、図 8を用いて説明す る。
図 8は、第 2の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図で ある。
[0009] 第 2の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置 120では、バッチ式大電流イオン注 入装置 100と同様に、イオン源 122から引き出されたイオンビーム Bは、質量分離の ための扇形電磁石 124と、それによるイオン源 122の結像位置に設けられた質量分 離スリット 126により、所定のイオン種が選別される。
[0010] 選別されたイオンビーム Bは、その前方に設けられた平行ィ匕電磁石 128によって平 行ビーム Bとされ、基板 110に一定角度で照射される。
ここで、前方とは、イオンビーム Bの進行方向を意味するものとする。
なお、本従来例では、基板 110は機械的に紙面垂直方向に駆動される。 また、以下、「平行ィ匕電磁石」を「平行ィ匕装置」という場合がある。
[0011] 第 3の従来例： しかし、第 2の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の構成では、基板に照射さ れるイオンビームの密度分布を制御できな 、と 、う問題を備えて 、る。
[0012] この問題を解決する枚葉式大電流イオン注入装置の従来例は、非特許文献 3に記 載されている。
この第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置について、図 9を用いて説明す る。
図 9は、第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図で ある。
[0013] 第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置 130では、イオン源 132の前方には 質量分離と平行化を兼ねた扇形電磁石 134が設けられ、その前方には、多極電磁 石からなる密度制御電磁石 136が設けられ、その前方に基板 110が置かれている。
[0014] 第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置 130では、密度制御電磁石 136によ り、イオンビーム Bの密度分布の制御が可能になる。
この密度制御電磁石 136の機能により、基板 110に照射されるイオンビーム Bの密 度分布を制御する原理にっ 、て、図 10及び図 11を用いて補足説明する。
図 10は、イオンビーム Bの密度分布を制御する原理を説明するための平面図で、 イオンビームの密度が紙面上方で高 、場合である。
図 11は、イオンビーム Bの密度分布を制御する原理を説明するための平面図で、 密度制御電磁石 136により、密度分布が均一になるように調整した場合である。
[0015] 先ず、図 10のように、イオンビーム Bの密度が紙面上方の密度が高 、とする。
この場合は、図 11のように、密度制御電磁石 136により補正磁場 Hを発生させれば 、基板 110上に照射されるイオンビーム Bの密度が均一になるように制御することが 可會 になる。
[0016] 第 4の従来例：
ところで、上述した第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置は、第 2の従来例 の枚葉式大電流イオン注入装置の基板に照射されるイオンビームの密度分布を制 御できないという問題を解決した力 この構成では図 11から分力るように、イオンビー ム Bの密度を補正すると、必然的にイオンビーム Bの平行性が失われるという問題を 備えている。
[0017] イオンビームの平行性を損なうことなぐ基板上に照射されるイオンビームの密度分 布を制御できるようにするには、第 4の構成として、図 12のようなものが容易に考えら れる。
この第 4の構成の大電流イオン注入装置につ 、て、図 12を用いて説明する。
図 12は、第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図 である。
[0018] 図 12に示すように、第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置 140の構成は、 イオン源 142から質量分離スリット 144までは、図 7及び図 8の構成と同等であり、 14
3は、質量分離器である。
[0019] 一方、第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置 140では、質量分離スリット 14
4の前方にイオンビーム Bを走査するための走査器 147を設け、ここで走査されたィ オンビーム Bを平行ィ匕電磁石 148により平行にし、基板 110に照射する。
この構成では、質量分離スリット 144から出射されるイオンビーム Bは発散状態にあ るので、磁気四重極レンズなどの収束レンズ 145を設ける必要がある。
この場合、走査器 147での走査波形を調整することにより、密度分布の精密な制御 が可能である。
[0020] 特許文献 1 :特開平 05— 211128号
特干文献 1 : H.Sundstrom et al. Proceedings of 1998 Int. し onf. on Ion Impiantatio n Technology, (1999)184- 非特許文献 2 : G. Angle et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Te chnology, (1999)188- 非特許文献 3 : S.Satoh et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Te chnology, (1999)138- 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0021] ところで、第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置では、上記したように、走査 器での走査波形を調整することにより、密度分布の精密な制御が可能であるが、同 時に、この構成では、質量分離スリットから出射されるイオンビームは発散状態にある ので、磁気四重極レンズなどの収束レンズを設ける必要がある。
従って、第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置従来の構成では、収束レン ズの設置スペースを確保しなければならず、装置が長くなつてしまうという問題がある
[0022] 一方、第 1乃至第 3の従来例の大電流イオン注入装置で説明したように、それぞれ が固有の問題を備え、従来の小型の構成では、イオンビームの平行性を損なうことな く密度分布を制御することはできな 、と 、う問題があった。
[0023] 本発明は、上記従来の課題を解決し、小型で、イオンビームの安定した平行性、密 度分布の高い制御性を実現した単結晶質フィルム製造用のイオン注入装置を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0024] 本発明のイオン注入装置は、請求項 1に記載のものでは、イオン源力 水素イオン 若しくは希ガスイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオンを選定し、前記ィォ ンを走査器により走査し、平行ィ匕装置により前記イオンを平行ィ匕して、基板に注入す ることにより、単結晶質フィルムを製造する単結晶質フィルム製造用のイオン注入装 置において、前記質量分離器の入り口側焦点近傍に、前記イオン源を配置した構成 とした。
[0025] 請求項 2に記載のイオン注入装置は、前記質量分離器として、第 1の扇形電磁石を 用い、前記平行化装置として第 2の扇形電磁石を用いるように構成した。
[0026] 請求項 3に記載のイオン注入装置は、前記イオン源の引き出し部の開口を円形とし 、前記質量分離器での偏向面とそれに垂直な面での入り口側焦点を一致させるよう に構成した。
発明の効果
[0027] 本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効 果を有する。
(1)請求項 1に記載したように構成すると、イオンビームを走査する構造なので、基板 に入射するイオンビームの平行性を損なうことなぐイオンビームの基板上での密度 分布を制御できる。
(2)また、質量分離器を通過するだけで平行ビームが得られるため、四重極レンズな どの調整用レンズが不要なので、装置を小型とすることができる。
[0028] (3)請求項 2に記載したように構成すると、それぞれ好適な質量分離器、平行化装置 を備えたイオン注入装置とすることができる。
[0029] (4)請求項 3に記載したように構成すると、平行化装置を通過後のイオンビームのス ポット形状は円形で、偏向面とこの偏向面に直交する 2面において完全に平行となる 発明を実施するための最良の形態
[0030] 本発明の単結晶質フィルム製造用のイオン注入装置 (以下、単に「イオン注入装置
」とのみ 、う場合がある）の第 1乃び第 2の各実施の形態にっ 、て、図 1乃至図 6を用 いて、順次説明する。
[0031] 第 1の実施の形態：
先ず、本発明のイオン注入装置の第 1の実施の形態について、図 1及び図 2を用い て説明する。
図 1は、本発明のイオン注入装置の第 1の実施の形態の概略構成を示す平面図で ある。
図 2は、本発明のイオン注入装置の第 1の実施の形態において、イオンビームの充 分な質量分解能が得られる原理を説明する平面図である。
[0032] 先ず、本実施の形態のイオン注入装置 10の基本構成及び構成上の特徴について 、図 1を用いて説明する。
図 1に示すように、本実施の形態のイオン注入装置 10の基本構成は、イオン源 12 、イオンビーム Bの質量分離器としての第 1の扇形電磁石 14、走査器 16、イオンビー ム Bの平行ィ匕装置としての第 2の扇形電磁石 18である。
[0033] 一般に、図 1に示す第 1、第 2の扇形電磁石 14、 18のような扇形電磁石は、イオン ビーム Bを収束させる収束レンズ作用を持つ。
即ち、扇形電磁石を通過する際の軌道の相違により、イオンビーム Bの中心軌道か ら外側を進行するイオンは、扇形電磁石に大きく偏向され、一方、イオンビーム Bの 中心軌道から内側を進行するイオンは、扇形電磁石に小さく偏向され、結果、共に中 心軌道方向に収束され、光学レンズが光を収束するのと同様の作用がある。
また、斜め磁場の影響により、偏向面に垂直な面でもレンズ作用が生じる。 そこで、図 1に示すように、偏向面に関して、第 1の扇形電磁石 14の入り口側焦点 を Fl、第 2の扇形電磁石 16の入り口側焦点を F2とする。
[0034] 以上の構成において、本実施の形態のイオン注入装置 10の特徴は、イオン源 12 をイオンビーム Bの質量分離のための第 1の扇形電磁石 14の入口側焦点 F 1近傍に 配置し、第 1の扇形電磁石 14の前方に走査器 16を設け、その前方にイオンビーム B の平行ィ匕のための第 2の扇形電磁石 16を設け、更に、その前方に基板 20を配置し ていることである。
[0035] また、第 2の扇形電磁石 18の位置は、その入口側焦点 F2が走査器 16での偏向中 心に一致するように配置する。
これにより、第 2の扇形電磁石 18を通過したイオンビーム Bは、走査器 16での走査 角度に依存せずに一定の角度になる。
更に、基板 20は、図示は省略するが機械的に紙面垂直方向に駆動されるものとす る。
[0036] 次に、本実施の形態のイオン注入装置 10により、従来装置の課題が解決され、小 型で、イオンビームの安定した平行性、密度分布の高い制御性が実現できることを説 明する。
例えば、図 7のような通常の構成のイオン注入装置 100では、高い質量分解能を得 るために、イオン源 102の位置は質量分離のための第 1の扇形電磁石 104の入り口 側焦点よりも遠方に配置され、第 1の扇形電磁石 104の前方にイオン源 102の実像 が結像されている。
しかし、本実施の形態のイオン注入装置 10ではこれとは異なり、イオン源 12を、第 1の扇形電磁石 14の入り口焦点 F1近傍に配置することにより、第 1の扇形電磁石 14 を出たイオンビーム Bはほぼ平行となる。
[0037] 一般に、走査器 16に入射するイオンビーム Bは平行力、ほぼ収束気味であることが 望ましい。 このため図 12のような通常の構成のイオン注入装置 140では、ー且、質量分離スリ ット 144に結像されたイオンビーム Bを再び収束させるための四重極レンズなどの凸 レンズ作用を持つ光学素子 145が必要である。
[0038] これに対し、本実施の形態のイオン注入装置 10では、第 1の扇形電磁石 14を出射 するイオンビーム Bは、ほぼ平行になっているので、走査器 16より上流側に凸レンズ 作用を持つ光学素子を設ける必要がな 、と 、う利点を有して 、る。
従って、この光学素子の設置スペース分と、イオン源 12と第 1の扇形電磁石 14の 入り口焦点 F1との距離分の小型化が可能となる。
[0039] 一方で、本実施の形態のイオン注入装置 10のような、イオンビーム Bを結像させな V、光学系では、通常のイオン注入装置にお!、て要求されるようなイオンの質量比： M / δ Μ = 50以上の高い質量分解能は得られないという問題を有している。
そこで、以下、本実施の形態のイオン注入装置 10では、基板 20に注入するイオン 種を絞ることにより、イオンビーム Βの充分な質量分解能が得られることを図 2を用い て説明する。
[0040] 上述したように、単結晶質フィルム製造に用いられるイオンは、水素イオンや希ガス イオンである。
水素イオンの場合は、二原子分子イオン Η2 +を、単原子イオン Η +と三原子分子 イオン Η3 +と力 分離できれば良ぐ希ガス、例えばヘリウム Heの場合、 2価イオン He2+と二分子エキシマーイオン He2 +を分離できればよいので、本実施の形態のィ オン注入装置 10のようにイオン源 12を結像させなくても充分な質量分離が可能であ る。
[0041] この理由を図 2を用いて説明する。
具体例として、第 1の扇形電磁石 14の偏向角 Φを 90°、斜め入射角 aを 45°、斜め 出射角 βを 20°とすると、ほぼ偏向面での入り口側焦点 D1と、偏向面に垂直な面内 での入り口側焦点 D2を一致させることができる。
なお、偏向面での入り口側焦点 D1と、偏向面に垂直な面内での入り口側焦点 D2 を一致させる方法につ！ヽては、後述する第 2の実施の形態で説明する。
[0042] 図 2において、第 1の扇形電磁石 14での旋回半径 Rを 350mmとすると、入り口側 焦点 Dlまでの距離 LIは約 200mmとなる。
通過させるイオンを H2 +とすると、旋回半径 Rの差が最も小さい H3 +でも、第 1の 扇形電磁石 14からの距離 L2が 300mmの位置で、軸からのずれ δ Xは 140mmとな る。
通常のビーム幅 Wはせ!/、ぜ 、60mm程度なので、この構成で充分にイオンビーム Bの質量分離をすることができる。
[0043] 従って、図 12のような従来のイオン注入装置 140の構成では、イオン源 142から基 板 110までのイオンビーム Bの通過する距離が 5〜6m程度に達する。
一方、本実施の形態のイオン注入装置 10の構成では、単結晶質フィルム製造に充 分なイオンビーム Bの質量分解能を維持しながら、イオン源 12から基板 20までのィ オンビーム Bの通過する距離を 3m程度と約半分に短くすることができる。
[0044] 第 2の実施の形態：
次に、本発明のイオン注入装置の第 2の実施の形態について、図 3乃至図 6を用い て説明する。
図 3及び図 4は、一般の扇形電磁石において、偏向面の入り口側焦点にイオン源を 設置した場合のイオンビーム Bの軌道を説明するための図で、図 3は、偏向面におけ る説明図、図 4は偏向面に直交する面における説明図である。
図 5及び図 6は、本発明のイオン注入装置の第 2の実施の形態において、偏向面と この偏向面に直交する面の 2面において、入り口側焦点を一致させた場合のイオン ビーム Bの軌道を説明するための図で、図 5は、偏向面における説明図、図 6は偏向 面に直交する面における説明図である。
[0045] 先ず、本実施の形態のイオン注入装置 20の基本構成及び構成上の特徴は、その 構成は、第 1の実施の形態のイオン注入装置 10の基本構成と同様であるが、偏向面 とこの偏向面に直交する面の 2面において、入り口側焦点を一致させるようにすると 共に、イオン源 22の引き出し部 22aの開口を円形としたことである。
[0046] 一般に、扇形電磁石 34では、図 3及び図 4に示したように、偏向面とそれに直交す る面での入り口側焦点 Dl、 D2の位置は異なる。
このため、偏向面の入り口側焦点 D1にイオン源 32を配置しても、扇形電磁石 34を 通過後のイオンビーム Bは図 4のように偏向面と垂直の面では、平行ビームとはなら ない。
[0047] このため、偏向面とこの偏向面に直交する面の 2つの面で平行なビームを得るため には、一般に、四重極レンズなどの調整用レンズが必要である。
しかし、後述するように、 2つの面での入り口側焦点 Dl、 D2を一致させることにより 、扇形電磁石 24を通過後のイオンビーム Bは、図 5及び図 6に示すように、双方向共 に完全に平行になる。
[0048] また、イオン源 22の引き出し部 22aの開口を円形とすれば、イオン源 22から引き出 されるイオンビーム Bの 2つの面での発散角は同じになるので、扇形電磁石 24を通 過後のイオンビーム Bのスポット形状は円形で完全に平行となる。
[0049] 次に、 2つの面での入り口側焦点 Dl、 D2を一致させる方法について、簡単に言及 する。
偏向面とこの偏向面に直交する面の 2つの面での入り口側焦点 Dl、 D2の位置は 、旋回半径 R、偏向角 Φ、斜め入射角 ex、斜め出射角 β、の四つにより決定される。
2つの面での入り口側焦点が一致する条件を偏向角 Φが 90°の場合について、い くつかの組み合わせを表 1に示した。
この表 1に沿って、斜め入射角 a、斜め出射角 j8を調整することにより、 2つの面で の入り口側焦点 Dl、 D2を一致させることが可能となる。
なお、この条件は、旋回半径 Rには依存しない。
[0050] [表 1]
斜め入射角 α 斜め出射角 β
0.0° 25.9°
5.0 25.5
1 0.0 25.1
1 5.0 24.6
20.0 24.1
25.0 23.5
30.0 22.8
35.0 21 .9
45.0 1 9.6
50.0 1 8.1 図面の簡単な説明
[図 1]本発明のイオン注入装置の第 1の実施の形態の概略構成を示す平面図である
[図 2]本発明のイオン注入装置の第 1の実施の形態において、イオンビームの充分な 質量分解能が得られる原理を説明する平面図である。
[図 3]—般の扇形電磁石において、偏向面の入り口側焦点にイオン源を設置した場 合のイオンビームの軌道を説明するための図で、偏向面における説明図である。
[図 4]一般の扇形電磁石において、偏向面の入り口側焦点にイオン源を設置した場 合のイオンビームの軌道を説明するための図で、偏向面に直交する面における説 [図 5]本発明のイオン注入装置の第 2の実施の形態において、偏向面とこの偏向面 に直交する面の 2面において、入り口側焦点を一致させた場合のイオンビームの軌 道を説明するための図で、偏向面における説明図である。
[図 6]本発明のイオン注入装置の第 2の実施の形態において、偏向面とこの偏向面 に直交する面の 2面において、入り口側焦点を一致させた場合のイオンビームの軌 道を説明するための図で、偏向面に直交する面における説明図である。
[図 7]第 1の従来例のバッチ式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図であ る。
[図 8]第 2の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図である [図 9]第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図である
[図 10]第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置において、イオンビームの密度 分布を制御する原理を説明するための平面図で、イオンビームの密度が紙面上方で 高い場合である。
[図 11]第 3の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置において、イオンビームの密度 分布を制御する原理を説明するための平面図で、密度制御電磁石により、密度分布 が均一になるように調整した場合である。
[図 12]第 4の従来例の枚葉式大電流イオン注入装置の概略構成を示す平面図であ る。
符号の説明
10 :イオン注入装置
12 :イオン源
14：第 1の扇形電磁石 (質量分離器）
16 :走査器
18：第 2の扇形電磁石 (平行化装置）
20 :基板
B:ィ才ンビーム（ィ才ン）
F1：第 1の扇形電磁石の入り口側焦点
F2：第 2の扇形電磁石の入り口側焦点
D1：第 1の扇形電磁石の偏向面の入り口側焦点
D2 :第 1の扇形電磁石の偏向面に直交する面での入り口側焦点

Claims

請求の範囲
[1] イオン源力 水素イオン若しくは希ガスイオンを引き出し、質量分離器により所望のィ オンを選定し、前記イオンを走査器により走査し、平行化装置により前記イオンを平 行化して、基板に注入することにより、単結晶質フィルムを製造する単結晶質フィルム 製造用のイオン注入装置において、
前記質量分離器の入り口側焦点近傍に、前記イオン源を配置したことを特徴とする イオン注入装置。
[2] 前記質量分離器として、第 1の扇形電磁石を用い、前記平行化装置として第 2の扇 形電磁石を用いるようにしたことを特徴とする請求項 1記載のイオン注入装置。
[3] 前記イオン源の引き出し部の開口を円形とし、前記質量分離器での偏向面とそれに 垂直な面での入り口側焦点を一致させるようにしたことを特徴とする請求項 1又は 2に 記載のイオン注入装置。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI473140B (zh) * 2008-04-11 2015-02-11 Ebara Corp 試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置
US8008636B2 (en) * 2008-12-18 2011-08-30 Axcelis Technologies, Inc. Ion implantation with diminished scanning field effects
CN102102189B (zh) * 2009-12-18 2013-02-13 上海凯世通半导体有限公司 离子注入系统及改善束流流强和角度分布的方法
TW201133537A (en) * 2010-03-16 2011-10-01 Kingstone Semiconductor Co Ltd Ion injection apparatus and method
JP5822767B2 (ja) * 2012-03-22 2015-11-24 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン源装置及びイオンビーム生成方法
JP6909618B2 (ja) 2017-04-19 2021-07-28 株式会社日立ハイテクサイエンス イオンビーム装置
JP6686962B2 (ja) * 2017-04-25 2020-04-22 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
FR3123139B1 (fr) * 2021-05-18 2023-04-28 Synchrotron Soleil Electro-aimant multipolaire
CN115662675B (zh) * 2022-12-19 2024-04-30 广东省新兴激光等离子体技术研究院 离子分离器、离子同轴传输束线及离子束加速器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62295347A (ja) * 1986-04-09 1987-12-22 イクリプス・イオン・テクノロジ−・インコ−ポレイテツド イオンビ−ム高速平行走査装置
JPH04253149A (ja) * 1990-08-29 1992-09-08 Nissin Electric Co Ltd 二次元磁気走査を用いたイオン照射装置および関連装置
JPH05211128A (ja) * 1991-09-18 1993-08-20 Commiss Energ Atom 薄い半導体材料フィルムの製造方法
JPH08240700A (ja) * 1995-03-02 1996-09-17 Ulvac Japan Ltd 粉粒体用イオン照射装置
WO2000041206A1 (fr) * 1999-01-04 2000-07-13 Hitachi, Ltd. Dispositif de mappage d'elements, microscope electronique a transmission et a balayage, et procede associe
JP2003208869A (ja) * 2000-12-06 2003-07-25 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置およびイオン注入方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6338312B2 (en) * 1998-04-15 2002-01-15 Advanced Technology Materials, Inc. Integrated ion implant scrubber system
US5907158A (en) * 1997-05-14 1999-05-25 Ebara Corporation Broad range ion implanter
JP2001023918A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 半導体薄膜形成装置
US6956225B1 (en) * 2004-04-01 2005-10-18 Axcelis Technologies, Inc. Method and apparatus for selective pre-dispersion of extracted ion beams in ion implantation systems
US7329882B2 (en) * 2005-11-29 2008-02-12 Axcelis Technologies, Inc. Ion implantation beam angle calibration

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62295347A (ja) * 1986-04-09 1987-12-22 イクリプス・イオン・テクノロジ−・インコ−ポレイテツド イオンビ−ム高速平行走査装置
JPH04253149A (ja) * 1990-08-29 1992-09-08 Nissin Electric Co Ltd 二次元磁気走査を用いたイオン照射装置および関連装置
JPH05211128A (ja) * 1991-09-18 1993-08-20 Commiss Energ Atom 薄い半導体材料フィルムの製造方法
JPH08240700A (ja) * 1995-03-02 1996-09-17 Ulvac Japan Ltd 粉粒体用イオン照射装置
WO2000041206A1 (fr) * 1999-01-04 2000-07-13 Hitachi, Ltd. Dispositif de mappage d'elements, microscope electronique a transmission et a balayage, et procede associe
JP2003208869A (ja) * 2000-12-06 2003-07-25 Ulvac Japan Ltd イオン注入装置およびイオン注入方法

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