JPH02260361A - イオン注入装置 - 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、イオンビームの平行走査を行う平行走査系を
備え、半導体の製造や材料の表面改質あるいは表面分析
等に利用され得るイオン注入装置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ｎな不純物
添加技術であり、この特徴を生かしてＬＳＩ　、超ＬＳ
Ｉ素子の製造や材料の表面改質あるいは表面分析等に利
用されている。

イオンビームの平行走査を行う平行走査系を備えたイオ
ン注入装置の一例として、本出願人は先に、添付図面の
第４図に示すように、イオン源Ａと、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Ｂと、取り出したイオンを
加速する加速管から成る加速系Ｃと、四重径の集束レン
ズ系りと、イオンビームから高エネルギ中性粒子を除去
する第１偏向器Ｅと、イオンビームをＸ−Ｙ方向に走査
する第２閤向器Ｆと、第２偏向器Ｆで偏向されたイオン
ビームの拡がり角度を打ち消すようにイオンビームを偏
向して平行なイオンビームとする第３偏向器Ｇ、イオン
注入すべき試料（ウェハ）を保持するプラテンＨとから
成るものを提案した。第１偏向器Ｅは第５図に示すよう
にイオンビームを約７゛偏向させる平行平板型の静電定
角偏向器から成り、第２偏向器Ｆは多重極電極から成り
、また第３偏向器Ｇは第２偏向８Ｆの多重極な極と相似
形の構造をもち、第２偏向器Ｆで１に向されたイオンビ
ームの方向を試料面に対して一定方向にする多重＠電極
から成っている。

イオン源Ａで生成されたイオンのなかから注入に使用す
べきイオンは質量分析系Ｂで選択され、選択されたイオ
ンには加速系Ｃにおいて設定されたエネルギが与えられ
る。こうしてエネルギの与えられたイオンは四重極の集
束レンズ系りにより第１閤向器Ｅに入射部に集束される
。第１偏向器Ｅに入ったイオンビームは約７°偏向させ
られ、その中に含まれている高エネルギの中性粒子が除
去される。中性粒子の除去されたイオンビームは第２偏
向器ＦによってＸ、Ｙ方向に走査され、それによりこの
第２ｖａ向器Ｆの射出口ではイオンビームは最大的１０
”の拡がり角度をもつことになる。

この拡がり角度は第３偏向器Ｇによる偏向により打ち消
され、第３偏向器Ｇの射出口ではイオンビームはイオン
ビームの軸線に平行となり、こうしてプラテンＨ上の試
料には平行なイオンビームが打ち込まれ得る。

プラテンＨは通常、イオンビームの軸線方向を０°とし
た場合７°傾けられている。高集積度のＬＳＩの場合に
はプラテンＨを傾けずに０°とすることもある。従って
いずれにしてもプラテン１■はイオン注入中は固定され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ イオン注入中イオン注入室内のプラテンが固定されてい
る上記の先に提案したイオン注入装置を用いて平行走査
を行う場合、第６図に示すように平行なイオンビームＩ
が一定の角度でウェハＪに入射すると、ウェハＪの表面
に形成されるパターンにのためイオンの注入されない部
分しか発生する。これはシャドー効果と呼ばれ、イオン
注入技術においてウェハのｆｉ４［１化が進み、パター
ン幅が狭くなるにつれて問題となってきた。

特に、平行なイオンビームの要求される高密度、高集積
化の超１．３Ｔ等においてはシャドー効果によるデバイ
ス特性への影響が顕著になる。

しかしながら、シャドー効果を防ぐため、イオンの注入
角度をＯｏにすると、軸チャンネリング現象が生じ、均
一な注入を得ることができない。

一方、注入角度を７゛にして軸チャンネリング現象を防
いでもシャドー効果が発生し、さらにこの場合オリフラ
角度がＯｏであると、面チャンネリング現象が発生し、
結局均一な注入は得れない。

また、第７図に示すように、平行なイオンビームＩをト
レンチＭの内壁に注入する場合には、内壁の片側には注
入されるが、内壁の他側には注入されず、トレンチＭの
内壁全体へ均一にイオン注入を行うことができない。

本発明は、先に提案したイオン注入装置に伴う問題点を
解決するもので、チャンネリグ現象やシャドー効果がな
く、トレンチ内壁へも均一なイオン注入を行うことので
きるイオン注入装置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ために、本発明によるイオン注入
装置は、イオン注入すべき試料を、試料に対するイオン
ビームの入射角が所要の角度になるように傾けるチル１
〜手段と、試料の結晶軸方向を合わせるオリフラ設定手
段と、試ｔＩを回転させる手段とのうちの少なくとら一
つの手段を備えていることを特徴としている。

［作　　　用］ このように構成した本発明のイオン注入装置においては
、チルト手段は、イオンビームが試料に対して０°〜６
０°の範囲の１千意の入射角となるようにイオン注入す
べき試料をイオンビームに対して設定角度（例えば７°
）に傾け、オリフラ設定手段はオリフラ位置を検出する
ことによってオリフラ角度を設定し、また回転手段は所
定の回転数で試料すなわち試料の装着されているプラテ
ンを回転させる。従って、オリフラ設定手段でオリフラ
角度を例えば０°に設定した場合でも、チル１〜手段に
よってプラテンを頗斜させ、注入角度を７°に設定し、
そして回転手段によりプラテンを回転させるごとによっ
て、軸チャンネリングや面チャンネリングなしにシャド
ー効果のないイオン注入やトレンチの内壁への均一なイ
オン注入を行うことが可能となる。

［実　施　例］ 以下添付図面の第１図〜第３図を参照して本発明の実施
例について説明する。

第１図には本発明を実施しているイオン注入装置を示し
、１はイオン源、２はイオン源１からのイオンから所要
の運動エネルギと質量とを６つなイオンを取り出す分析
マグネット、３は分析マグネット２で取り出したイオン
を加速する加速部、４は加速部３を通って加速されてき
たイオンを集束さぜる四重極レンズ、５はイオン源１か
ら分析マグネット２、加速部３および集束レンズ４を通
ってきたイオンビーム中の中性粒子を除去する第１偏向
器で、適当なりＣ電源（図示してない）に接続されてい
る。６．７は平行走査用の第２、第３丙向８５であり、
これらの構成要素は第４図に示す先に提案したものと実
質的に同様に構成されている。

また第１図において、８はイオン注入室で、その中には
イオン注入すべき試料の装着されるプラテン９が配置さ
れ、このプラテン９は後で詳細に説明するように回転及
び傾斜可能に設けられている。すなわち、プラテン９は
回動軸１０を介してイオン注入室８の外側に設けられた
チルト用モータ１１に結合され、このチルト用モータ１
１にはロータリエンコーダ１２が取付けられ、チルト用
モータ１１及びロータリエンコーダ１２は回動軸１０を
介してプラテン９を傾斜させ、イオンビームが試料に対
して０°〜６０°の範囲の任意の入射角で入射するよう
にイオン注入すべき試料の傾ネ１角を設定する働きをす
る。

また、プラテン９は回転軸１３を介して回転用モータ１
４に結合され、この回転用モータ１４により例えば最大
で１０ＲＰＳの回転数で回転され得るようになっている
。

さらに、第１図において、１５はオリフラ角度を決める
オリフラセンサ、プラテン９の周囲に配置されている。

また１６はプラテン９の回転の原点を決める原点センサ
である。

図示装置において、プラテン９は回動軸１０を介してイ
オン注入室８の外側に設けられたチルト用モータ１１に
より設定角度（例えば７°）に傾斜され、この際のチル
ト用モータ１１の回転位置はロータリエンコーダ１２に
よって検出され、チルト用モータ４１にフィードバック
してチルト用モータ１１が所定の回転を行うように制御
される。

プラテン９の回転数は、原点センサ１６によって計測さ
れ、この計測値に基づいてプラテン９の回転の原点が決
められ、そして回転用モータ１４の作動を制御するよう
にしている。プラテン９に装着されるイオン注入すべき
試料（ウェハ）のオリフラ位置はオリフラセンサ１５に
よって検出され、それに基づいてウェハのオリフラ合わ
せが行われ得る。このようにしてイオン注入すべき試料
の装着されるプラテン９はチルト機能、回転機能及びオ
リフラ合わせ機能を具備することができる。

ところで、図示実施例では、プラテンにチルト、回転及
びオリフラ合わせの三つの機能を備えたものについて説
明してきたが、イオン注入の適用例に応じてこれらの機
能の一つをプラテンがもつように構成しても所期の目的
を達成することができる。また、回転用モータ１４によ
るプラテン９の回転は連続回転の代わりに、任意の設定
した１回転以下の回転すなわち回動位置に設定できるよ
うにすることもできる。

また、第１図に示す実施例はイオン注入室８を一室とし
たいわゆるシングルエンドステーション梢造であるが、
本発明は、当然第２図に示すように、イオンビーム中か
ら中性粒子を除去する第１偏向器５に印加されるＤＣ電
圧の極性を切換えて＋７°と一７°の二つの偏向方向を
もたせ、第２、第３偏向器６．７を二系統に構成すると
共にイオン注入室８を二つ室としたデュアルエンドステ
ーヨン構造として実施することもできる。

この場合には、一方のエンドステーションについては従
来のようにプラテンの設定角度を固定したイオン注入室
とし、他方のエンドステーションについては第１図に示
す実施例の場合のようにブラテンがチルト機能、回転機
能及びオリフラ合わせ機能の少なくとも一つのＲ能をも
つようにすることもできる。

さらに、平行なイオンビームを形成する偏向器系は、第
３図に符号６″で示すように、第２偏向器にバイアス電
位を印加して第１の偏向器の機能すなわちイオンビーム
から中性粒子を除去する機能をもたせたｒ４造の者を使
用することもできる。

さらにまた、第２、第３偏向器はそれぞれ多重極電極か
ら成る場合について説明してきたが、当然平行イオンビ
ームを発生できるものであれば偏向器系は以下なる形式
のものを用いてもよい。

［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
においては、イオン注入すべき試料に対してチルトＲ能
、回転機能及びオリフラ合わせ機能の少なくとも一つの
機能を付与できるエンドステーションを、平行なイオン
ビームを発生できるイオン注入装置に組合わせているの
で、平行なイオンビームによるイオン注入を必要とする
例えば超ＬＳＩ等の集積度の高い試料に対してチャンネ
リグ現象やシャドー効果がなく、トレンチ内壁へも均一
なイオン注入を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施しているイオン注入装置の概路線
図、第２図は別の実施例を示す概路線図、第３図は本発
明のさらに別の実施例によるイオン注入装置の全体構成
を示す概路線図、第４図は先に提案した平行走査用のイ
オン注入装置を示す概略斜視図、第５図は第４図におけ
る装置の平行走査系の構造を示す概略ネ゛１視図、第６
図及び第７図は平行なイオンビームによる試料のイオン
注入例を示す説明図である。 図　　　中 ８：イオン注入室　　　　１４：回転用モータ９ニブラ
テン　　　　　　１５：オリフラセンサ１０：回動軸　
　　　　　　１６：原点センサ１１：チルト用モータ １２：ロータリエンコーダ １３：回転軸 第２図 Ｆ 第４図 第５図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、イオンビームの平行走査を行う平行走査系を備えた
   イオン注入装置において、イオン注入すべき試料を、試
   料に対するイオンビームの入射角が所要の角度になるよ
   うに傾ける手段と、試料の結晶軸方向を合わせる手段と
   、試料を回転させる手段とのうちの少なくとも一つの手
   段を備えていることを特徴とするイオン注入装置。