JPH046739A - 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、集積回路の製造過程においてウェハ、サブス
トレート等と呼ばれる基板上にイオンビームを照射して
イオン注入を行うイオン注入装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のイオン注入装置は、添付図面の第９図に示すよう
に、イオン源Ａと、質量分離器Ｂと、加速管Ｃと、集束
レンズＤと、Ｙスキャンプレートを成す二極静電偏向器
Ｅと、Ｘスキャンプレートを成す二極静電偏向器Ｆとで
構成されており、イオン源Ａから発生されたイオンビー
ムは質量分離器Ｂで同一電荷の単一原子または分子イオ
ンにされ、加速管Ｃて加速された後、集束レンズＤて集
束され、そしてＹスキャンプレートＥおよびＸスキャン
プレートＦにより走査されて基板Ｇ上に照射される。

ＸスキャンプレートＦでは、約７″偏向方向をずらせる
ためのオフセットを加えつつ、例えば８３３１（ｚの三
角波電圧を印加して走査する。またＹスキャンプレート
Ｈにおいては、例えば１６７Ｈｚの三角波電圧を印加し
てＸＹの走査でリサージュの図形が均一に基板上を走査
するように走査が行われる。その走査図形は第１０図に
模式的に示す。

［発明が解決しようとする課題］ イオン注入技術において基板の径が６インチから８イン
チへと増大し、また４Ｍビット、１６ＭビットとＤＲＡ
Ｍの集積度が進むにつれてトレンチ構造が必須となって
きた。

しかし、従来のイオン注入装置では、偏向器と基板との
距離を１６０ｃ＋ｇに取ってもイオンビームが基板に入
射する場所によって入射方向か異り、例えば６インチの
基板では端の方に入射するイオンビームと中心に入射す
るイオンビームとては入射方向が２．７°異り、８イン
チの基板ではそれか３．８　’となる。基板の端と端で
は、６インチの基板の場合最大５．４°、８インチの基
板の場合７．２°異ることになる。イオンビームの基板
に対する入射角が異ることにより同一立体角のビームレ
ットを基板が切る面積は基板の場所によって異ることに
なり、その結果イオン注入量の分布に不均一が生じる。

このことは、特に４Ｍビット以上のＣＭＯ９−１）ＲＡ
Ｍのトレンチの側壁にイオン注入しようとする際著しく
影響する。またトレンチの底にイオン注入する場合には
、イオンビームの入射角が場所によって異ることにより
シャドーイングか生じることになる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、基板の大口
径化に伴う基板上におけるイオン注入の不均一性の問題
およびトレンチ構造に伴うシャドーイングの問題を解決
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために、本発明は、基板上の全域
に同一人射角で入射する平行スキャンビームて走査する
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
、この目的を達成するために、本発明は、基板上てラス
タスキャンによりイオン注入を行うイオン注入装置にお
いて、イオンビーム偏向系が、光軸の周りに配置され、
イオンビームを偏向させる四極又はそれ以上の極数をも
つ第１多重極静電偏向器と、第１多重極静電偏向器の後
方で同一光軸の周りに配置され、第１多重極静電偏向器
の極数の二倍の極数をもち、第１多重極静電偏向器で偏
向されたイオンビームをイオン注入すべき基板表面に対
して常に一定の方向となるように偏向させる第２多重極
静電偏向器とから成ることを特徴としている。

第１、第２多重極静電偏向器の各電極は好ましくは同一
光線の周りのそれぞれ異なる同一円周上に等間隔に配置
され、また第２多重極静電偏向器の一つおきの電極は第
１多重極静電偏向器の各電極に対して光軸を含む同一面
内でしかも互いに光軸に関して反対側に位置される。

第１多重極静電偏向器の各電極に対して光軸を含む同一
面内でしかも互いに光軸に関して反対側に位置した第２
多重極静電偏向器の一つおきの電極は第１多重極静電偏
向器の各電極のラスター偏向電源と共通に接続される。

［作　　用コ このように構成した本発明によるイオン注入装置におい
ては、イオン源から発生され、質量分離器で同一電荷の
単一原子または分子にされ、加速管で加速され、集束レ
ンズで集束されてきたイオンビームは、中性粒子を除去
するため二極静電偏向器によって一定の角度（約７°）
たけ曲げられた後、第１多重極静電偏向器によっである
角度たけ偏向される。こうして第１多重極静電偏向器に
よって偏向されたイオンビームはドリフト空間を飛行し
て第２多重極静電偏向器に入る。第２多重極静電偏向器
ではイオンビームは第１多重極静電偏向器における偏向
方向とは逆の方向に同じ角度たけ偏向され、第２多重極
静電偏向器を出て光軸に平行なイオンビームとなって一
定方向から基板に入射する。

第２多重極静電偏向器の電極数は第１多重極静電偏向器
の電極数の二倍であるので、第２多重極静電偏向器の電
極に印加する偏向電源うち、これらの電極の一つおきの
電極に対する電源は第１多重極静電偏向器の電極に接続
される電源と共通にでき、従って第１多重極静電偏向器
の電源として別々に製作する必要はなくなる。

また、−第１多重極静電偏向器は通常その直径が１０ｃ
ｓ＋程度と小さいので、これを１６極に構成すると電極
間間隔が狭くなり過ぎ、放電の問題が起るが、本発明成
ては、第２多重極静電偏向器を１６極とした場合第１多
重極静電偏向器は８極となるので、電極間間隔も狭くな
りすぎず、放電の恐れもなくなる。また第２多重極静電
偏向器を１６極とした場合、均一電場の範囲が直径の９
０％に及び、１０インチの基板の場合、（２５ｃｍ＋オ
ーバースキャン分３ｃｍ）　１０．９−３１ｃＩｌｌφ
の範囲に渡って均一にイオン注入を行うことができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添附図面の第１図〜第８
図を参照しながら説明する。

第１図には本発明のイオン注入装置の全体構成を概略的
に示し、同図において１はイオン源、２はイオン源１か
ら発生されたイオン中から同一電荷の単一原子または分
子イオンだけを分離する質量分離器、３は加速管、４は
四重極レンズ、５はイオンビームから中性粒子を除去す
るための二極静電偏向器、６は二極静電偏向器５で一定
角度だけ偏向されたイオンビームの中心軸の方向に取ら
れた光軸を中心軸とする第１多重極静電偏向器、７は第
１多重極静電偏向器６の後方に同一光軸上に配置され、
第１多重極静電偏向器６より大きさの太き苦、二倍の極
数をもつ第２多重極静電偏向器であり、これら両偏向器
６．７により偏向系を構成している。また８はイオン注
入すべき基板である。

第２図には、本発明の一実施例が示されており、二極静
電偏向器５は上述のように、イオン源１から引き出され
、質量分離器２て質量分離され、加速管３で加速され、
そして四重極レンズ４で集束されてきたイオンビームを
一定角度だけ偏向して中性粒子を除去するように作用す
る。

第１多重極静電偏向器６及び第２多重極静電偏向器７は
図示したようにそれぞれ八重極静電偏向器９及び十六重
極静電偏向器ＩＯから成っている。

八重極静電偏向器９及び十六重極静電偏向器ＩＯは同一
光軸の周りでそれぞれ異なる同一円周上に配置され、十
六重極静電偏向器ＩＯの１６個の偏向電極のうち一つお
きの８個の偏向電極はそれぞれ相対応する八重極静電偏
向器９の偏向電極に対して同一幾何学平面上で光軸に対
して直径上反対側に位置決めされている。

八重極静電偏向器９の各偏向電極及び十六重極静電偏向
器ｌＯの１６個の偏向電極のうち一つおきの８個の偏向
電極は第３図に示すように電気的に接続され、すなわち
八重極静電偏向器９における各偏向電極は光軸に関して
反対側に位置する十六重極静電偏向器ＩＯにおける偏向
電極に接続され、走査制御系を成す図示してない八つの
静、電偏向電圧発生用電源により後で示すような電圧が
それぞれ図示したように印加され、また十六重極静電偏
向器ｌＯにおける残りの八つの偏向電極には別の静電偏
向電圧発生用電源（図示してない）から後で説明するよ
うに図示したような電圧が印加される。

次に、第４図〜第７図を参照して八重極静電偏向器９及
び十六重極静電偏向器ｌＯの形状について説明する。

第４図及び第５図には中心軸から見込み角２５゜となる
ような円弧を断面とする八重極静電偏向器９の断面につ
いての等電位線図を示す。隣接等電位線間電位差は左右
の電極の電位差をＶとすると１／２０Ｖであり、八重極
静電偏向器９においてはイオンはその直径の７０％以内
の所を通過するので、この部分の電場Ｅ１は均一であり
、図から計算されるように八重極静電偏向器９の直径を
ｄ、とすると、 Ｅ、−−，１，Ｖ／ｄ、（λ、　−０，９０７８）　　
（１）である。

第６図及び第７図には、中心軸から見込み角か１１．２
５　”であるような円弧を断面とする十六重極静電偏向
器ＩＯの断面についての等電位線図を示す。

隣接等電位線間電位差は左右の電極の電位差をＶとする
と１／２０Ｖであり、十六重極静電偏向器１０において
はイオンはその直径の８５％以内の所を通過するので、
この部分の電場Ｅ２は均一であり、図から計算されるよ
うに十六重極静電偏向器ＩＯの直径をｄ２とすると、 Ｅ２−一λ２　Ｖ　／　ａ　２　　（λ２鞠０．９８０
６）　　（２）である。

第８図に示すように、八重極静電偏向器９及び十六重極
静電偏向器１０の長さを、それぞれＱｌｓ９２とすると
、 （Ｑ□／ｄ１）／（Ｑ□／ｄ２） 一λ２／λ１（３） となり、Ｑｌ／ｄｌとＱ２／ｄ２との比がλ１とλ２と
の比に反比例するようにされる。

さらに第８図を参照して図示装置の動作について説明す
る。

第８図に示すように、八重極静電偏向器９の直径をｄＩ
、その長さを９２、十六重極静電偏向器１０の直径をｄ
２、その長さをＱ２、両偏向器９．１０間の距離をし、
八重極静電偏向器９内の電場をＥ、、十六重極静電偏向
器ＩＯ内の電場をＥ２、八重極静電偏向器９の出口側に
おけるイオンビームの光軸に対する出射角（偏向角）を
θ１、十六重極静電偏向器１０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
た八重極静電偏向器９に入る直前のイオンのエネルギを
Ｕ。とすると、 ｔａｎθ１−ＥＩ　　Ｌ　／２Ｕ。

ｔａｎ　θ２−ＥＩ　　Ｑ＋　／　２Ｕ。

Ｅ　２　　Ｑ２　／　２　ＵＯ（４） となる。ここで ＥＩ　　Ｑ＋　／　２Ｕｏ　−Ｅ２　　Ｑ２　／　２Ｕ
Ｏ（５）が成立すれば、ｔａｎθ。−〇となり、平行掃
引の条件が得られる。

ところで、八重極静電偏向器９及び十六重極静電偏向器
１０の形状は上述の式（３）のように決められ、第３図
に示すような電圧（この場合ｎ−８とする）が印加され
、電場Ｅ、、Ｅ２は互いに平行で方向が逆となり、それ
ぞれ上記式（１）　、（２）で表されたように、Ｅｌ−
一λ＋　Ｖ／ｄ＋　、Ｅ２−一λ２ｖ／ｄ２である。

そこで、式（３）を変形すると、 λ＋９＋／ｄ＋−λ２１Ｑ２／ｄ２ が得られ、これにＶを乗すると、 λ＋　Ｖ　Ｑ＋　／　ｄＩ−λ２Ｖ　Ｑ２　／ｄ２とな
り、すなわち （λｔ　Ｖ）／ｄ＋　　　Ｌ　−（λ２　Ｖ）　／　ｄ
　２９□ が得られ、これを式（１）　、（２）に代入すると、Ｅ
Ｉ　　Ｑ□−Ｅ２９２ となり、式（５）の平行掃引の条件が得られる。

ところで、図示実施例では第１、第２多重極静電偏向器
がそれぞれ八重極、十六重極から成る場合について説明
してきたが、本発明では第１多重極静電偏向器は四重極
またはそれ以上に、また第２多重極静電偏向器は第１多
重極静電偏向器の極数の二倍であれば良く、従って第１
多重極静電偏向器はｎ電極（ｎは４またはそれ以上の整
数）、第２多重極静電偏向器向器は２０重掻き構成する
ことかできる。

第１多重極静電偏向器をｎ電極、第２多重極静電偏向器
向器は２０重掻きした場合に、それぞれの偏向器へのラ
スター電圧の掛は方は次のようになる。

第３図に示すように、第１多重極静電偏向器を成すｎ電
極静電偏向器の上、下、右、左の偏向電極に掛けるラス
ター電圧の瞬時値を■、−■、Ｕ、Ｕとする゛と、ラス
ター電圧Ｕの掛けられる偏向電極から数えて一番目の偏
向電極にはＵｃｏｓ２π／ｎ＋Ｖｓｉｎ２π／ｎの電圧
が掛けられ、二番目の偏向電極にはＵｃｏｓ　４　ｙｒ
／　ｎ　＋Ｖｓｉｎ　４　ｙｒ／　ｎの電圧が掛けられ
、そしてｍ番目の偏向電極にはＵｃｏｓ　２ｍｙｒ／ｎ
＋Ｖｓｉｎ　２ｍｙｒ／ｎの電圧が掛けられる。一方、
第２多重極静電偏向器向器を成す２０重重極電偏向器の
上、下、右、左の偏向電極に掛けるラスター電圧の瞬時
値は一■、■、Ｕ、Ｕとなり、ラスター電圧Ｕの掛けら
れる偏向電極から数えて一番目の偏向電極にはＵ　ｃｏ
ｓπ／ｎ＋Ｖｓｉｎπ／ｎの電圧が掛けられ、二番目の
偏向電極にはＵｃｏｓ　２π／ｎ＋Ｖｓｉｎ　２ｙｒ／
ｎの電圧が掛けられ、そしてｍ番目の偏向電極にはＵｃ
。

ｓｍπ／ｎ＋Ｖｓｉｎｍπ／ｎの電圧か掛けられる。

従って、第２多重極静電偏向器向器を成す２０重電極電
偏向器には２ｎ個の電源から各々ラスター電圧が印加さ
れ、この２０重電極電偏向器の電極と第１多重極静電偏
向器を成すｎ電極静電偏向器の電極との結線を第３図に
示すように構成することによって、第２多重極静電偏向
器向器を成す２０重電極電偏向器における一つおきの電
極は第１多重極静電偏向器を成すｎ電極静電偏向器の電
極に接続され、一系列の電源で二つの偏向器に電圧を供
給するようにされ得る。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明のイオン注入装置によ
れば、第１多重極静電偏向器の極数に対して、その後方
に設けられる第２多重極静電偏向器の極数を二倍に構成
したことにより次のような効果が得られる。

１、例えば第２多重極静電偏向器を１６極とした場合に
第１多重極静電偏向器の極数は８極でよく、小さな寸法
で製作しなければならない第１多重極静電偏向器の電極
間の間隔を比較的広く取れ、高い放電耐圧が得られる。

２、第２多重極静電偏向器の極数を第１多重極静電偏向
器の極数の二倍とすることにより電場の均一範囲が偏向
器の直径の９０％にも及び、１０インチ対応の基板用の
スキャナーの製作が容易となり、装置の全長を実質的に
長くすることなしに設計することができる。

３、第２多重極静電偏向器のスキャナー電圧を発生させ
る電源一系列で、第１多重極静電偏向器のスキャナー電
圧も供給できるので、電源を節約できるだけでなく、同
期の問題も解決することができる。

４、第２多重極静電偏向器の極数を８極またはそれ以上
とする二とにより、電極間、及び電極と真空容器との間
の静電容量を小さくてき、その結果ラスター電源の製作
か容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン注入装置の全体構成を示す概路
線図、 第２図は本発明の要部の一実施例を示す概略斜視図、 第３図は第２図に示す偏向器の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結線図、第４図及び第５
図は八重極静電偏向器内の等電位線を示す概路線図、 第６図及び第７図は十六重極静電偏向器内の等電位線を
示す概路線図、 第８図は平行掃引の原理の説明図、 第９図は従来の毎葉式イオン注入装置の概路線図、 第１Ｏ図は従来の毎葉式イオン注入装置の走査図形を示
す概路線図である。 図 中 １：イオン源 ２：質量分離器 ３：加速管 ４：四重極レンズ ５：二極静電偏向器 ６：第１多重極静電偏向器 ７２第２多重極静電偏向器 ８：イオン注入すべき基板 ９：八重極静電偏向器 ｌＯ二十六重極静電偏向器 第１図 第２図 第５図 第６図 篤３図 箆４図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上てラスタスキャンによりイオン注入を行うイ
   オン注入装置において、イオンビーム偏向系が、光軸の
   周りに配置され、イオンビームを偏向させる四極又はそ
   れ以上の極数をもつ第１多重極静電偏向器と、第１多重
   極静電偏向器の後方で同一光軸の周りに配置され、第１
   多重極静電偏向器の極数の二倍の極数をもち、第１多重
   極静電偏向器で偏向されたイオンビームをイオン注入す
   べき基板表面に対して常に一定の方向となるように偏向
   させる第２多重極静電偏向器とから成ることを特徴とす
   るイオン注入装置。 ２、第１、第２多重極静電偏向器の各電極が同一光線の
   周りのそれぞれ異なる同一円周上に等間隔に配置され、
   また第２多重極静電偏向器の一つおきの電極が第１多重
   極静電偏向器の各電極に対して光軸を含む同一面内でし
   かも互いに光軸に関して反対側に位置される請求項１に
   記載のイオン注入装置。 ３、第１多重極静電偏向器の各電極に対して光軸を含む
   同一面内でしかも互いに光軸に関して反対側に位置した
   第２多重極静電偏向器の一つおきの電極が、第１多重極
   静電偏向器の各電極のラスター偏向電源と共通に接続さ
   れる請求項２に記載のイオン注入装置。