JPH02260356A - イオン注入装置における平行走査系 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンビーム走査系に第１多重極１橿向器と
、上記第１多重極閤向器と相似形の構造をもつ第２多重
極偏向器とを設けて平行走査できるようにしたイオン注
入装置における平行走査系に関するものである。

［従来の技術］ 周知のようにイオン注入技術は、イオンを加速して試料
表面に照射させることにより不純物ドーピングや材料合
成等を行うものであり、試料表面の状態に影響されずに
ドーピングでき、きわめて高精度でしかも清浄な不純物
添加技術であり、この特徴を生かしてＬＳＩ　、超ＬＳ
Ｉ素子の製造や合金または非晶質材料の合成等に利用さ
れている。

ところで、イオン注入装置は、一般に添付図面の第９図
に示すように、イオン源Ａと、分析マグネットＢを備え
、イオン源Ａで生成されたイオンから所要の運動エネル
ギと質量とをもったイオンを取り出す質量分析系と、取
り出したイオンを加速する加速管Ｃから成る加速系と、
集束レンズ系りと、Ｙ方向走査電極ＥおよびＸ方向走査
電極Ｆを備えた偏向走査系と、イオン注入すべき試料Ｇ
を収容した試料室とから成っている。イオン注入装置に
おいてはドーピングの高い均一性を得る上でイオン源や
走査系の安定化および中性ビームの発生を抑えることは
重要なことである。中性ビームは、イオンビームがイオ
ン源から試料に到達するまでに残留ガス分子と衝突し、
荷電交換により発生され、この確率は真空度が悪い程ま
た輸送される距離が長い程大きくなる。そのため、イオ
ン注入装置では中性ビームの発生を抑えるため、真空度
を上げると共に第９図に示すように中性ビームが試料に
入射しないようにビームラインを偏向走査系において曲
げる（７″程度）等の手段が講じられている。すなわち
、電気的にはＸ方向走査電極Ｆの走査用三角波にイオン
ビームを７゛偏向させるためのＤＣバイアスを重畳させ
て電圧制御されている。

従来のこの種の静電型Ｘ−Ｙ走査方式イオン注入装置で
は、面内走査系において、端部における電場の乱れのた
め有効領域が狭く、幅を大きく取らなければならず、電
極が大きくなり、電気容量が大きくなると共に偏向歪が
かなり大きくなる。

また偏向走査系の少なくとも一方の走査電極に走査用三
角波電圧と中性粒子除去用の偏向電圧とを重畳させて印
加しているなめ、電極に印加する電圧が高くなり、高電
圧の発生が必要となる。そのため、高速で走査する場合
、三角波電圧が鈍ってしまい、また電圧が１０ｋＶを越
えるとコロナ放電やり一ケージ対策が困難となり、電源
の設計、製作が龍しく、コストの面でも高くなる。また
電源の舒命も短く、さらには電力損失の点でも問題があ
る。

一方、イオン注入技術においてウェハの微細化が進み、
パターン幅が狭くなるにつれてシャドーイングが問題と
なってきた。このため、ウェハの全面にわたって一定の
方向からイオン注入を行う必要がある。すなわち、ウェ
ハが６インチ、８インチと大口径化し、４Ｍビット、１
６Ｍビットと線幅が小さくなるにつれて平行イオンビー
ムでイオン注入を行うことが望まれるようになってきた
。

しかし−組の靜４４偏向器を用いてイオンビームをラス
ター走査する方式のイオン注入機では、偏向器とウェハ
との間の距離を１６０ｃｉに取っても例えば６インチウ
ェハでは最大偏向角は、θｌ１ａｘ＝２．７″となる。

例えば従来の静電型Ｘ−Ｙ走査方式ではイオンビームを
ｘ−ｙ方向にラスター走査する（偏向を繰り返す）ため
走査後のイオンビームは中心部を除き丙内角（走査角）
をもっている、そのためこのイオンビームを平らなウェ
ハに注入する場合中心部は垂直注入になるが、その池の
部位では角度をもった注入となる。この現象は半導体ウ
ェハへのイオン注入においてはシャドーイングを生じ、
歩留まりの低下となる。ｔたイオンビームの角度をもっ
た注入においては注入されたウェハ面内で注入角の大き
くなるウェハの端部分における均一性が劣り、チャンネ
リングが起こり易い。

すなわち、従来技術の場合ウェハの中心から半径が大き
くなるにつれて偏向角θは増加する。イオンの注入深さ
は垂直成分で決まるのでウェハの外周に行く程浅く注入
されることになり、ウェハ面内の注入分布が−様でなく
なる。仮に径の大きなウェハへの注入において偏向角θ
をあるレベル以内に抑えようとすると、ビーム輸送系を
長く取る必要があり、装置全体が大きくなり、設置面積
が増え、生産コストに響くことになる。

まなウェハの微細化に伴ってトレンチのアスペクト比が
大きくなってきており、このようなトレンチの底部にイ
オン注入する場合、注入すべきイオンビームが偏向角θ
を・もっていると底部全域に及ばない、これはウェハを
回転させながら注入することによっである程度緩和でき
るが、十分ではない、またトレンチの側面への注入にお
いては、シャドーイングを防ぐためトレンチのアスペク
ト比に応じてウェハを傾けているが−様な注入分布を得
ることは困難であり、しかもトレンチの側面に対して斜
めにイオンを注入すると、注入されずに跳ね返ってくる
イオンもあったり、あるいはイオン注入されない側面が
でてくる恐れがある。

ところで、二組の静電偏向器を用い、第１の静電偏向器
でイオンビームをα°閏向させ、距ＭＬだけ、走らせた
後、第２の静電偏向器で−α°偏向させて一定の方向か
らウェハにイオンを打ち込む平行平板型の偏向器を利用
した平行走査方式が従来提案されてきたが、このような
平行平板偏向器では端縁における電場の乱れのため有効
領域が狭く、幅を大きくとらなければならず、Ｎ　＆が
大きくなり、偏向歪みがかなり大きくなる。また後段の
偏向器は、電気専属が大きくなり、そのため高速走査の
場合三角波電圧が鈍ってしまい走査電源の設計が困難に
なる。

そこで、本発明者らは先に、第３図に示すようにイオン
源１からのイオンを分析器マグネット２に通し、所要の
運動エネルギと質量とをもったイオンのみを取り出し、
加速管３及びＱレンズ４を介して加速し集束するように
したイオン注入装置において、偏向走査系の偏向Ｒ能と
走査機能とを分離すると共に平行走査すなわち偏向角ゼ
ロでイオンを試料に注入できるようにするため、偏向走
査系を独立して電圧制御される中性粒子除去用偏向器５
と走査用多重極偏向器６とで構成し、試料７に対してイ
オンビームを平行走査できるようにし、そして走査用多
重＠偏向器６を、第４図に示すように第１多重極偏向８
８と、この第１多重極偏向器８と相似形の構造をもち、
第１多重＃ｉ偏向器８で偏向されたイオンビームの方向
を試料面に対して一定方向にする第２多重極偏向器９と
で構成することを提案した。第１八垂極電［！８および
第２八重極電ｔｆｉ９は第５図に示すように電気的に接
続され、すなわち第１八重極電極８における各電極は中
心軸線に対して対称位置にある第２八重極電極９におけ
る電極に使続され、図示してない四つの鋸歯状波電源に
よりそれぞれ図示したような電圧が印加される。

走査用多重極偏向器による平行走査の原理は、第５図に
示すように、第１八重極電ｔｆ＋８の直径をｄｌ、その
長さを９１、第２八重極電極９の直径をｄ２、その長さ
を（２、両へ重極な極間の距離をし、第１八′Ｍ極電［
！８内の電場をＥｌ、第２八重極電極９内の電場をＥｌ
、第１八重極電極８の出口側におけるイオンビームの中
心軸線に対する出射角（偏向角）をθ１、第２八垂極電
極りの出口側におけるイオンビームの中心軸線に対する
出射角（偏向角）をθ２、また第１八重極電極８に入る
前のイオンのエネルギをＵＯとすると、 ｔａｎθ１　＝ＥＩＱ１　／２ＵＯ ｔａｎθ２　＝ＥＩ　Ｑｌ　／２　ＵＯ−Ｅ２Ｑ２／２
ＵＯ（１）・ どなる、ここで Ｅ１Ｑ１／２ＵＯ＝Ｅ２Ｑ２／２ＵＯ（２）が成立ずれ
ば、ｔａｎθ２＝＝０となり、平行掃引の条件が得られ
ることになる。

ところで、第１、第２八垂極電極８．９は相似形であり
、第４図に示すように第１八重極電４ｆＡ８の電極８ａ
と第２八重極電極９の電極９ａとにＶ、電［ｉ８ｂと電
［ｉ９ｂとに１　／Ｊ２　　（Ｕ　＋Ｖ　）　　、ｔｔ
ｆｉ８ｃ、９ＣにＵというように同一の電圧を印加する
と、電場［１、Ｅｌは互いに平行で方向が逆となり、そ
れぞれ次式で与えられる。

Ｅ１＝λＶ／ｄｌ、Ｅ２＝λＶ／ｄ２　　　　（３）こ
れを式（２）に代入すると、 λＶ／ＵＯ−Ｑｌ　　／ｄ１ ＝ＡＶ／ｌＪｏ　　−Ｑ２　　／ｄ２ と表わされ、ここで第１、第２八重極電＠８．９が相似
形であるので、 ＤＩ　／ｄ１＝　Ｑ２　／ｄ２　　　　　　　　（４）
である、この式の両辺にλ■を掛けるとＡＶ　−Ｑｌ　
／ｄ１＝λＶ　−Ｑ２　／ｄ２が得られ、従って ＥＩ　Ｑｌ　＝Ｅ２　Ｑ２ となり、式（２）の平行掃引の条件が満たされ得る。

また第１、第２八重極電極の各電極に印加する電圧につ
いて考察すると、今便宜上第６図に示すような円筒状の
偏向器を考え、ｙ方向に−様な電場Ｖ／ｒｏを生じさせ
るなめにはその断面の円周上にどのような電位を与えれ
ばよいかを考えてみる。

Ｘ方向に対して角度θを成す半径ＯＰを考え、Ｐ点の電
位をφとすると、 φ＝Ｖ／　ｒｏ−ｒｏ　、ｓ　ｉ　ｎθ＝Ｖｓｉｎθと
なる。すなわち、円周上にｖｓｉｎθのよう°な電位分
布を与えると、円筒内のＸ方向においてＶ／ｒｏの−様
な電場が生じることになる。同様にしてＵｃｏｓθのよ
うな電位分布を与えると円筒内のＸ方向にＵ／ｒｏの−
様な電場が生じることになる。そこで円周上にＶ　ｓ　
ｉ　ｎθ十Ｕｃｏｓθのような電位分布を与えると、Ｕ
　／　ｒ　Ｏの大きさをもつＸ方向の電場とＶ／ｒｏの
大きさをもっＸ方向の電場とを重ね合わせた−様な電場
Ｅが得られる。図示実施例の爪棒の場合には、Ｖｓｉｎ
θ＋Ｕｃｏｓθは第５図に示すようになる。

第８図には電圧波形の一例を示し、１／Ｊ２＜　Ｕ　＋
Ｖ　）等は加算器を用いてＵ、■波形から合成して形成
され得る。

［発明が解決しようとする課題］ これにより偏向走査系の電源に伴う問題及び試料全面へ
のイオン注入の均一化の問題は解決され得るが、しかし
ながら、第１、第２の八重極電極の各電極に上記ような
電圧を重畳して印加するには実際に各電極に電源接続端
子を二つづつ合計３２個設け、それら端子を第５図に示
すように接続する必要がある。

そのため、高電圧導入線の本数が多くなり、それらが真
空チャンバの外側を通り、相互に入り乱れ、ケーブル自
体が邪魔となり安全性や保守がやりにくい等の問題があ
る。

また、走査用電源側から見ると、ケーブルが長くなるこ
とによってケーブル自体のもつ静電容量が増えるだけで
なく、ケーブルが他のものや他のケーブルに接触するこ
とによって静電容量はさらに増大することになる。その
結果各電極に印加される高周波が歪むという問題も生じ
る。

そこで、本発明は、先に提案したイオン注入装置におけ
る問題点を解決して安全で保守が容易にできしかも静電
容量を低減できるイオン注入装置の平行走査系を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するなめに、本発明によるイオン注入
装置の平行走査系は、イオンビーム走査系における第１
多重極閤向器と、第１多重極銅向器と相似形の構造をも
つ第２多重ｆ！偏向器との間に高周波電圧結合器を設け
、第１、第２多重極漏向器への配線を真空中で行うこと
を特徴としている。

高周波電圧結合器は、内部を通過するイオンビームへの
電位の影響を防止するシールド部材を備えることができ
る。

［負ｉ　　　用］ このように構成した本発明によるイオン注入装置の平行
走査系おいては、第１、第２多ＩＩ！ｆｉ！ｓ向器間に
設けた高周波電圧結合器により各電極への配線を整然と
行うことができ、真空チャンバの外側の電極端子を介し
て供給される高電圧高周波はこの高周波電圧結合器の端
子で受けられ、この端子は一方では高周波電圧結合器内
を半周して第１多重極偏向器の組合さった電極へ、また
第２多重極偏向器の組合さった電極径は直接接続され、
各々の電極へ高電圧高周波が印加される。

また、シールド部材は、高周波電圧結合器内のイオンビ
ーム通路から高周波電圧結合器をしゃ断してイオンビー
ムが高周波電圧結合器内を通過する際に結合器の配線に
おける電位の影響を受けないように作用する。

［実　施　例コ 以下添付図面の第１図及び第２図を参照して本発明の実
施例について説明する。

第１図及び第２図には本発明によるイオン注入装置の平
行走査系の一実施例を示し、先に説明した第５図に対応
した部分は同じ符号で示す、すなわちこの実施例では八
重極型の第１多重÷偏向器を成す八つの電極８ａ〜８ｈ
と、この第１多重崇酊向器と相似形の構造をもち、第１
多重極面向器より大きな第２多重極偏向器を成す八つの
電極９８〜９ｈが第４図及び第５図に示したように同心
円上にそれぞれ半径上対応して位置決めされており、第
２図には電［！８ａ、８ｅと電［ｉ９ａ、９０との四つ
のみを示し、その他の電１缶は省略している。第１多重
ｆ４偏向器を成す八つの電極８ａ〜８ｈと第２多重・横
偏向器を成す八つの電極９ａ〜９ｈとの間には、第２図
に示すように、円筒状の高周波電圧結合器１０が配置さ
れ、この結合器１０はセラミックのような絶縁季イ￥１
から成り、その内部に第１図に示すように銅線１１が配
線されている。各銅線１１の両端には接続端子８Ａ〜８
１１．９＾〜９！１が設けられ、銅線１１の一端の例え
ば接続端子８Ａは第１多垂極面向器の電極８ａに接続さ
れ、またその反対側の接続端子ｅＡＣよ電ｆ！８ａに対
して直径上相対した位置の第２多重極１η向器の電極９
ａに接続され、そして接続端子９＾は導入端子１２に接
続されている。こうして各銅線１１は一方の接続端子８
＾〜８１１から他方の接続端子９八〜９日間でそれぞれ
結合器１０内を半周に渡ってのびており、また他方の接
続端子９＾〜９］１はそれぞれ導入端子１２に接続され
ている。各導入端子１２は大気側において図示してない
走査用高電圧高周波電源の出力に接続される。

また、円筒状の高周波電圧結合器１０の内側には、イオ
ンビームが第１多重極閾向器から第２多重極値向器へ向
かって進む際に、結合器１０内の銅線１１に印加されて
いる電位に感応して平行走査に必要な偏向以外の偏向を
受けるのを防ぐため、巻枠型のシールド部材１３が装着
されている。このシールド部材１３はアルミニウム、チ
タン、グラファイト等の材料から成り、そしてゼロ電位
に保たれ、すなわち接地される。

ところで、図示実施例において、結合器１０はアウトガ
スの少ない絶縁物であればセラミック以外の材料で構成
してもよい。

また、シールド部材には、永久磁石を円周上に配置して
、残留ガスとイオンとの衝突によって生じた電子が第１
、第２多ｆｉ極閤向器の電極をたたいて高周波波形を乱
さないように抑制するようにすることもできる。すなわ
ち、第１、第２多重極偏向器の電極がプラスの高電圧に
なった時、電子を吸収しようする。そこで第１多垂極偏
向器の電極の入口と出口及び第２多垂極偏向器の電極の
入口と出口にそれぞれ電子抑制用の永久磁石を取り付け
ればよい、これらの永久磁石は実際にはシールド部材の
両側に取り付けられることになる。

なお、各電極への配線はねじによる接続又は代わりにね
じを使用せずにプラグやコネクタを用いることができる
。

さらに、図示例では各走査用多重極偏向器を爪棒型の走
査電極で構成した場合について説明してきたが、当然爪
棒以下または以上の多重極走査電極の場合も同様に実施
することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によるイオン注入装置
の平行走査系においては、第１、第２多重極閾向器の間
に高周波電圧結合器を設けているので、第１、第２多重
極丙向器の電極の支持部と高電圧の導入部とを独立させ
て、機能を分離でき、また大気側における高電圧導入端
子を従来の方式に比べて半減でき、配線を整然とした配
線にすることができ、安全性や保守の点で非常に有利で
ある。

また、走査用高電圧高周波電源からみた配線の長さを短
くでき、静電容藍を低減させることができる。その結果
、より高い高電圧を発生させることができる共に高周波
の波形の歪みを無くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による平行走査系の要部の概
略図、第２図は第１図の装置の概略縦断図、第３図は本
発明の実施されるイオン注入装置の全体構成を示す概略
線図、第４図は第３図のイオン注入装置における走査用
多重極偏向器の構成例を示す概略斜視図、第５図は第４
図における各電極間の電気的接続および電圧の印加状態
を示す概略線図、第６図は平行走査の原理の説明図、第
７図は各電極への電圧印加方法の説明図、第８図は各電
極に印加される電圧波形を例示する波形線図、第９図は
従来のイオン注入装置の概略線図である。 図　　　中 ８：第１多重極偏向器　　　１２：導入端子９：第２多
ｆｆｉ極偏向器　　　１３：シールド部材８ａ〜８ｈ：
第１多重極偏向器のｔ極 ９８〜９ｈ：第１多重極閤向器の電極 １０：高周波電圧結合器 １１：銅線 ８Ａ〜８１１．９Ａ〜９Ｈ：１ｉｌｌ線の接続端子第６
図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンビーム走査系に第１多重極偏向器と、上記第
   １多重極偏向器と相似形の構造をもつ第２多重極偏向器
   とを設けてイオンビームの平行走査を行うことができる
   ようにしたイオン注入装置において、上記第１多重極偏
   向器と上記第２多重極偏向器との間に高周波電圧結合器
   を設け、上記第１、第２多重極偏向器への配線を真空中
   で行うことを特徴とするイオン注入装置における平行走
   査系。 ２、高周波電圧結合器が、内部を通過するイオンビーム
   への電位の影響を防止するシールド部材を備えている請
   求項１に記載のイオン注入装置における平行走査系。