JPH01167941A - イオンビーム注入制御方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、半導体装置の製造などに使用される、イオ
ンビームを用いたイオン注入のオン、オフを制御するイ
オンビーム注入制御方法に関する。

〔従来技術〕

この種の従来のイオンビーム注入制御方法に係わるイオ
ン注入装置の構成例を第３図に示す。

原料ガス旦を供給されたイオン源１から発せられたイオ
ンビーム９は、高電圧を印加した加速管３の中で高速に
加速され、真空容器８中を通って受は進路を曲げられた
後、ビームシャッタ互、スリット６を通ってイオン注入
部であるエンドステーションヱの装着装置７１に装着さ
れた被加工物７２に注入される。質量分析装置４で曲げ
られるイオンビームの曲げ半径Ｒは、 で表わされる。ここでＢは質量分析装置４の磁束密度２
ｍはイオンの質量、■は加速電圧、ｑはイオンの電荷数
、ｅは電気素量即ち１．６０２Ｘ１０　　Ｃである。従
って所望のイオンビームを所望のエネルギーで被加工物
７２に注入するには、加速電圧Ｖ、磁束密度Ｂが正確に
与えられることが必要である。

＠４図に前記イオン源１および前記加速管ｌのスマグネ
ット１３と、それぞれの電源であるアークｉｊ源（Ｖａ
）　１４　、７４　ラメ７　）電源（ｖｒ）　１５゜ソ
ースマグネット電源（ＶｓＭ）　１６より構成されてい
る。一方加速管ユは、イオンビーム９の引き出しと集束
を行う引き出し電極３１．レンズ電極３２゜接地電極３
３と、それぞれの電源である引き出しＴＩＲ（ＶＥＸ）
　３４　、　Ｌ／　：ｙズ電源（Ｖ／）３５．加速電源
（Ｖａｃｃ）　３６より構成されている。

ここで上記従来例および後述する本発明で用いられるイ
オン源１の動作を簡単に説明する。アークチャンバ１１
内にイオン注入のための原料ガス名をガス導入管２１に
より導入するとともに、アークチャンバ１１内部に配さ
れたフィラメント１２を通電加熱すると熱電子が発生す
る。この電子はフィラメント１２に対してアーク電源１
４によりプラスに課電されたアークチャンバ１１に向っ
て進む。ここでこの電子の進行方向に垂直な方向にソー
スマグネット１３＃こよりアークチャンバ１１内に磁界
をかけると、電子はこの磁界により、アークチャンバ１
１に向って進む際にローレンツ力を受け、らせん状の運
動をする。このためフィラメント１２からアークヘンバ
１１に達するまでの電子の移動距離が長くなり、ガス分
子との衝突確率が高くなり、電子はガス分子と十分に衝
突し、その結果アークチャンバ１１内はイオンと電子が
充満したプラズマ状態となる。このプラズマ中から正イ
オンを引き出すために、加速管ｌには、アークチャンバ
に対して負電位となる様な高電圧が印加された引き出し
電極３１が配設されている。

このためプラズマ中の正イオンはこの負電圧による電界
により、イオンビーム９としてアークチャンバ１１から
引き出される。

さて、第３図の構成例のイオン注入装置においては、被
加工物にイオンの注入を開始する時および注入を終了す
る時あるいはイオンビーム９に何らかの異常が生じた場
合などに、イオンビーム９をオン、オフするイオンビー
ム注入制御が必要となる。従来この制御のため、第３図
のエンドステーションヱの手前に、イオンビーム９を通
過、遮断させる機械的な通路開閉機構であるビームシャ
ッタ互を配設することにより、イオンビームの注入のオ
ン、オフを制御する方法が用いられていた。

第５図に円柱形のビームシャッタ旦の構成例を示す。円
柱を貫通している穴５１をイオンビーム９の進行方向に
一致させることによりイオンビーム９はビームシャッタ
互を通過し注入オンとなり、円柱を回転させて穴５１の
向きをイオンビーム９に対し直角にすることによりイオ
ンビーム９はビームシャッタ互により遮断され注入オフ
となる。

第６図に従来のイオンビームオン、オフシーケンス例を
示す。第６図においてＶＡＭは分析マグネット励磁電源
＋　よりｌはイオン源出口のイオンビーム。

Ｉｎ２は被加工物直前のイオンビームである。ビームシ
ャッタ互を用いた、イオン注入のオン、オフ制御は第６
図シーケンス例のようにして行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のこの種のイオンビーム注入制御方法における問題
点は次のと８りである。すなわち前述したビームシャッ
タによる制御においては、イオン源から連続して発生し
てくるイオンビームを機械的に遮断するため、イオンビ
ームの持つエネルギーによる発熱が大きくなる問題があ
る。またこのビームシャッタは機械的に開閉されるため
開閉に要する時間が長くなり、イオンビームに異常が発
生した場合等において瞬時にイオンビームをオフする必
要が生じても間に合わないなどの問題がある。さらにビ
ームシャッタはイオンビームの通路に入れるものなので
、ビーム通路がその分だけ長くなり、イオンビームの被
加工物への到達効率が低下するなどの問題がある。

この機械的なビームシャッタに代って、イオンビームの
注入をオン、オフする制御方法は他にも下記の方法が考
えられる。即ち、 ■ソースマグネット電源ＶＩＩＭをオン、オフする。

＠フィラメント電源ＶＦをオン、オフする。

０原料ガスを供給、供給停止する。

■引き出し電源ＶＥＸをオン、オフする。

■加速電源ＶａＣＣをオン、オフする。

θ分析マグネット励磁電源ＶＡＭをオン、オフする。

などの方法である。しかし、このうち■は一応可能だが
瞬時に高電圧を印加することは電源に対して好ましくな
い。■、■、０は機械式ビームシャッタと同様に応答が
遅く不適当である。また■、■はオン、オフの過渡時に
イオンビームのエネルギー変化２丹析能力の変化により
所望としない不純物のイオンビームが被加工物に注入さ
れる可能性があり、やはり不適当である。

この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し、機械的
ビームシャッタを不要とした、応答時間の短かいイオン
ビームの被加工物への注入のオン。

オフの制御方法、特冬こイオンビームの高速な遮断制御
方決を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明によれば、所望の
原子９分子からなる原料ガスをアーク電源を備えたイオ
ン源のアークチャンバに導入シ、該アークチャンバ内で
プラズマを発生し、加速管により前記プラズマ中からイ
オンをイオンビームとして引き出し、集束し、加速し、
質量分析装置により前記イオンビームを分離抽出し、抽
出されたイオンビームの被加工物への注入を制御する方
法において、前記イオンビームの注入のオン、オフを、
前記アーク電源のオン、オフにより制御するものとする
。

〔作用〕

上記のように、応答が早くかつ再現性の良好なアーク電
源のオン、オフにより、イオン源に？いて電気的にプラ
ズマの発生、消滅を高速で制御することにより、応答時
間の短いイオンビームの注入のオン、オフ制御方法が可
能となる。

〔笑施例〕

第１図に本発明の一実施例になるイオンビーム注入制御
方法に係わるイオン注入装置の構成例を示す。第３図と
同一の部材には同一の符号を付して説明は省略する。図
から明らかなように、従来のイオンビーム注入制御方法
を用いる第３図の装置との相異点は、ビームシャッタ且
を備えていないことである。

第２図に本発明の一実施例になるイオンビームオン、オ
フシーケンス例を示す。第２図に基づいて本発明のイオ
ンビームの注入制御方法を説明するＱ まず、時刻ｔｌに８いてプラズマ発生の準備としてイオ
ン源のフィラメント電源ｖｒをオンして、フィラメント
を予備加熱する。次に、イオンビームが立ち上った除に
所望のイオンビームだけを被加工物ζこ注入する準備の
ために、時刻ｔ２において分析マグネット励磁電源ＶＡ
Ｍを規定値に励磁するととも屹加速電源Ｖａｃｃ　２よ
び弓ンル源ＶＥＸをオンさせ規定値に立ち上げる。以上
の状態が整った後、時刻ｔ３においてアーク電源Ｖａを
オンさせると、アーク電源Ｖａの立ち上がりにつれて数
ｍ３〜数ＩＱｍｓの極めて短時間でアークチャンバ内の
原料ガスがプラズマ化し、引き出し電源ＶＥＸによる高
電圧によりイオンビームがアークチャンバ外に引き出さ
れる。この時、イオンビームのエネルギーを決定する加
速電源Ｖａｃｃ　ｉ６よび分析マグネット励磁電源ＶＡ
Ｎは既に安定状態にあるため、イオンビームの立ち上が
り過渡現象中でも、所望のイオンビームのみが被加工物
に注入される。

時刻ｔ４に３いて異常放電など何らかの短時間の異常が
発生し、瞬時にイオンビームを遮断する必要が生じた場
合は、従来の機械式ビームシャッタを閉にする方法に代
って、アーク電源■ａを直ちにオフすればプラズマも直
ちに消滅しイオンビームはオフとなる。この時は、分析
マグネット励磁電源ＶＡＭや加速電源ｖａｃｃなどはそ
れ自体に異常がない限り安定な状態で運転を継続するの
で所望としない不純物のイオンビームが被加工物に注入
されることはない。また加速電源ＶａＣＣなどが一時的
な異常を生じた場合等には、イオンビームのエネルギー
変化により被加工物に所望としない不純物のイオンビー
ムが注入される可能性があるが、アーク電源Ｖａをオフ
することにより高速でイオンビームをオフすることが可
能なので、影響は最少限に抑えられる。時刻ｔｓにおい
て一時的異常が回復したら１アーク電源Ｖａをオンする
ことによりプラズマを発生させ、直ちにイオンビームを
オンすることが可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、イオンビームの
注入のオン、オフ制御方法として、イオン源のアーク電
源のオン、オフによるプラズマの発生、消滅による方法
を採用したので、イオンビームをその発生源で高速に制
御することが可能になる。またこれにより機械的なビー
ムシャッタが不要になるので、ビームの通路を短くでき
イオンビームの発散や中和などを減少できるので、イオ
ンビームの被加工物への到達効率を上げることが可能に
なる。さらにビームシャッタ番こイオンビームが衝突す
ることによる熱の発生も防止できる。

特にイオンビームの制御をアーク電源で行なうことで、
応答が早くシステムの一時的異常時にもイオンビームの
オフが短時間で可能となるとともに、イオンビームを発
生源そのものでオン、オフするにもかかわらず、再始動
に際してもイオンビームのエネルギー、分析特性は再現
性の良いものが得られる。

【図面の簡単な説明】

ｗｃ１図は本発明の一実施例になるイオンビーム注入制
御方法に係わるイオン注入装置の構成例を示す図、第２
図は本発明の一実施例になるイオンビームオン、オフの
シーケンス例を示す図、第３図は従来のイオンビーム注
入制御方法に係わるイオン注入装置の構成例を示す図、
嬉４図はイオン源と加速管の′！８成例を示す図、ｆ！
５図は従来のビームシャッタの構成例を示す図、第６図
は従来のイオンビームオン、オフのシーケンス例を示す
図である。 １：イオン源、１４：アーク電源、旦加速管、旦：ビー
ムシャッタ。 第２　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望の原子、分子からなる原料ガスをアーク電源
   を備えたイオン源のアークチャンバに導入し、該アーク
   チャンバ内でプラズマを発生し、加速管により前記プラ
   ズマ中からイオンをイオンビームとして引き出し、集束
   し、加速し、質量分析装置により前記イオンビームを分
   離抽出し、抽出されたイオンビームの被加工物への注入
   を制御する方法において、前記イオンビームの注入のオ
   ン、オフを、前記アーク電源のオン、オフにより制御す
   ることを特徴とするイオンビーム注入制御方法。