JPH046740A - イオン注入装置 - Google Patents
イオン注入装置Info
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- JPH046740A JPH046740A JP2106454A JP10645490A JPH046740A JP H046740 A JPH046740 A JP H046740A JP 2106454 A JP2106454 A JP 2106454A JP 10645490 A JP10645490 A JP 10645490A JP H046740 A JPH046740 A JP H046740A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、イオン源からイオン引出し系、質量分析管を
含むビームトランスポート系を介して大電流イオンビー
ムを基板に注入するイオン注入装置に関するものである
。
含むビームトランスポート系を介して大電流イオンビー
ムを基板に注入するイオン注入装置に関するものである
。
[従来の技術〕
従来の低エネルギ大電流イオン注入装置は、第3図に示
すように、イオン源Aと、引出し電極系Bと、質量分析
管Cと、集束アパーチャDとて構成されており、イオン
源Aは接地電位に対して打ち込みエネルギによって決ま
る電圧Va (例えば5keVで注入うしようとする際
には5 kV)に保たれ、引出し電極系Bの最終電極よ
り後方に位置する質量分析管C及び集束アパーチャDを
含む全ビームトランスポート系は図示したように接地電
位に保たれる。
すように、イオン源Aと、引出し電極系Bと、質量分析
管Cと、集束アパーチャDとて構成されており、イオン
源Aは接地電位に対して打ち込みエネルギによって決ま
る電圧Va (例えば5keVで注入うしようとする際
には5 kV)に保たれ、引出し電極系Bの最終電極よ
り後方に位置する質量分析管C及び集束アパーチャDを
含む全ビームトランスポート系は図示したように接地電
位に保たれる。
イオン源Aから引出し電極系Bにより引出されたイオン
ビームは、イオン源Aの電位に相当するエネルギでビー
ムトランスポート系に入り、質量分析管Cによって質量
分析され、所定のイオン種のみを含むイオンビーム、例
えばAs 、P、B等のイオンビームにされ、そして集
束アパーチャDを通って集束された後、回転基板ホルダ
E上に装着された各ウェハFに注入される。
ビームは、イオン源Aの電位に相当するエネルギでビー
ムトランスポート系に入り、質量分析管Cによって質量
分析され、所定のイオン種のみを含むイオンビーム、例
えばAs 、P、B等のイオンビームにされ、そして集
束アパーチャDを通って集束された後、回転基板ホルダ
E上に装着された各ウェハFに注入される。
[発明が解決しようとする課題]
近年ICメモリーの製作に当って、Bの浅い接合を作る
必要が高まり、そのため5 keV或いはそれ以下数k
eVのエネルギでBイオンビームを注入する必要が起き
てきた。
必要が高まり、そのため5 keV或いはそれ以下数k
eVのエネルギでBイオンビームを注入する必要が起き
てきた。
しかしなから、従来の大電流イオン注入装置を用いて数
kV〜十数kVのイオンを注入しようとすると、注入さ
れるイオンビーム量が極端に減って、効率良く高いスル
ープットで注入を行うことは不可能であった。すなわち
、イオン源Aから引出し電極系Bによって引出される電
流は引出し電圧の3/2乗に比例するので、引出し電圧
を高くしなければならない。イオン源か低電位であり、
ビームトランスポート系が接地電位であると、引出し電
圧はイオン源Aと引出し電極系Bとの電位差となるので
、大電流を引出すのに必要な40kVfu度の電位差を
作ることはできなくなる。またイオンビムが5 keV
であると、通常1.2 mにも及ぶビームトランスポー
ト系を介して大電流ビームをトランスポートすることは
空間電荷効果のために困難となる。
kV〜十数kVのイオンを注入しようとすると、注入さ
れるイオンビーム量が極端に減って、効率良く高いスル
ープットで注入を行うことは不可能であった。すなわち
、イオン源Aから引出し電極系Bによって引出される電
流は引出し電圧の3/2乗に比例するので、引出し電圧
を高くしなければならない。イオン源か低電位であり、
ビームトランスポート系が接地電位であると、引出し電
圧はイオン源Aと引出し電極系Bとの電位差となるので
、大電流を引出すのに必要な40kVfu度の電位差を
作ることはできなくなる。またイオンビムが5 keV
であると、通常1.2 mにも及ぶビームトランスポー
ト系を介して大電流ビームをトランスポートすることは
空間電荷効果のために困難となる。
このように、従来の大電流イオン注入装置を用いて数k
V〜十数kVのイオンを注入することは、引出し電圧や
ビームトランスポート系における空間電荷効果の影響で
、効率か悪く高いスループットを得ることかできないと
いう問題かあった。
V〜十数kVのイオンを注入することは、引出し電圧や
ビームトランスポート系における空間電荷効果の影響で
、効率か悪く高いスループットを得ることかできないと
いう問題かあった。
本発明は、このような従来の装置の問題を解決して、数
kV〜十数kVの低エネルギで大電流イオンビームを基
板に注入できるようにしたイオン注入装置を提供するこ
とを目的としている。
kV〜十数kVの低エネルギで大電流イオンビームを基
板に注入できるようにした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、本発明は、イオン源から
イオン引出し系、質量分析管を含むビムトランスポート
系を介して大電流イオンビームを基板に注入するイオン
注入装置において、高い電位勾配をもつようにされた三
枚の穴あき電極と加減速用の二枚の穴あき電極とから成
る減速静電レンズ系を設け、イオン源を接地電位に対し
て数kv〜十数kvに、イオン源から減速静電レンズ系
までのビームトランスポート系を接地電位に対して負の
数十kvに、減速静電レンズ系の第1の穴あき電極をビ
ームトランスポート系と同し負の数十kvに、減速静電
レンズ系の第3の穴あき電極を接地電位に、減速静電レ
ンズ系の第2の穴あき電極を第1の穴あき電極と第3の
穴あき電極との中間の電位に、減速静電レンズ系の第4
の穴あき電極を負の電位に、また減速静電レンズ系の第
5の穴あき電極を接地電位にそれぞれ保ち、減速静電レ
ンズ系をイオンビームの減速機能と共に集束レンズとし
て用いることを特徴としている。
イオン引出し系、質量分析管を含むビムトランスポート
系を介して大電流イオンビームを基板に注入するイオン
注入装置において、高い電位勾配をもつようにされた三
枚の穴あき電極と加減速用の二枚の穴あき電極とから成
る減速静電レンズ系を設け、イオン源を接地電位に対し
て数kv〜十数kvに、イオン源から減速静電レンズ系
までのビームトランスポート系を接地電位に対して負の
数十kvに、減速静電レンズ系の第1の穴あき電極をビ
ームトランスポート系と同し負の数十kvに、減速静電
レンズ系の第3の穴あき電極を接地電位に、減速静電レ
ンズ系の第2の穴あき電極を第1の穴あき電極と第3の
穴あき電極との中間の電位に、減速静電レンズ系の第4
の穴あき電極を負の電位に、また減速静電レンズ系の第
5の穴あき電極を接地電位にそれぞれ保ち、減速静電レ
ンズ系をイオンビームの減速機能と共に集束レンズとし
て用いることを特徴としている。
[作 用]
本発明にるイオン注入装置においては、イオン源で発生
され、引出し電極系で引出され、質量分析管により同一
電荷をもつ単一原子イオン又は分子イオンにされ、集束
アパーチャを通って集束されてきたイオンビームは、減
速静電レンズで減速されて、基板に注入される。この場
合、イオン源は接地電位に対して数kV〜十数kVの電
位に保たれ、引出し電極系及び質量分析管等を含む、減
速静電レンズの第1の穴あき電極までのビームトランス
ポート系は負の数十kVの電位に保たれるので、イオン
ビームは、イオン源の電位とビームトランスポート系の
電位との電位差に相当する電圧すなわち約40kVの電
圧で引出される。イオン源から引出し電極系によって引
出されるイオンビーム量は引出し電圧の372乗にほぼ
比例するので、大電流イオンビームを引出すことができ
る。
され、引出し電極系で引出され、質量分析管により同一
電荷をもつ単一原子イオン又は分子イオンにされ、集束
アパーチャを通って集束されてきたイオンビームは、減
速静電レンズで減速されて、基板に注入される。この場
合、イオン源は接地電位に対して数kV〜十数kVの電
位に保たれ、引出し電極系及び質量分析管等を含む、減
速静電レンズの第1の穴あき電極までのビームトランス
ポート系は負の数十kVの電位に保たれるので、イオン
ビームは、イオン源の電位とビームトランスポート系の
電位との電位差に相当する電圧すなわち約40kVの電
圧で引出される。イオン源から引出し電極系によって引
出されるイオンビーム量は引出し電圧の372乗にほぼ
比例するので、大電流イオンビームを引出すことができ
る。
またイオン源から集束アパーチャまではイオンビームは
イオン源の電位とビームトランスポート系の電位との電
位差に相当する電位すなわち約40keVて輸送される
。イオンビームの空間電荷効果による拡がりはそのエネ
ルギの3/2乗に反比例するのて、従来の数kVのビー
ムの輸送に比較して格段と容易に大電流を輸送すること
かできる。
イオン源の電位とビームトランスポート系の電位との電
位差に相当する電位すなわち約40keVて輸送される
。イオンビームの空間電荷効果による拡がりはそのエネ
ルギの3/2乗に反比例するのて、従来の数kVのビー
ムの輸送に比較して格段と容易に大電流を輸送すること
かできる。
また、減速静電レンズ基においては、第1の穴あき電極
にはビームトランスポート系と同し−Vtの電位か、第
3の穴あき電極には接地電位か、第2の穴あき電極には
第1、第3の穴あき電極に印加される電位の中間の電位
(例えば−1/2Vt )が、それぞれ印加され、構造
的に高い電位勾配が与えられるようにし、これによりイ
オンの空間電荷効果に抗してビームの集束作用が得られ
る。
にはビームトランスポート系と同し−Vtの電位か、第
3の穴あき電極には接地電位か、第2の穴あき電極には
第1、第3の穴あき電極に印加される電位の中間の電位
(例えば−1/2Vt )が、それぞれ印加され、構造
的に高い電位勾配が与えられるようにし、これによりイ
オンの空間電荷効果に抗してビームの集束作用が得られ
る。
さらに、減速静電レンズ基の第4の穴あき電極を負の電
位に、また減速静電レンズ基の第5の穴あき電極を接地
電位にそれぞれ接続することにより、減速静電レンズ基
を出て基板に達するイオンビームと残留気体との衝突に
よって生した低エネルギの電子はイオンビームの空間電
荷による電位に捕らえられ、イオンビームに沿って逆流
してくるか、これらの電子は減速静電レンズ基の第4の
穴あき電極によって塞き止められ、低エネルギの電子を
イオンビームの中に溜込み、イオンの空間電荷を中和さ
せ、空間電荷効果によるビームの拡がりを抑えることか
できる。基板は接地電位にされ、結果的にはイオン源の
電位と基板の電位との電位差に相当するVaeV (数
kV〜十数kV)でイオン注入は行われることになる。
位に、また減速静電レンズ基の第5の穴あき電極を接地
電位にそれぞれ接続することにより、減速静電レンズ基
を出て基板に達するイオンビームと残留気体との衝突に
よって生した低エネルギの電子はイオンビームの空間電
荷による電位に捕らえられ、イオンビームに沿って逆流
してくるか、これらの電子は減速静電レンズ基の第4の
穴あき電極によって塞き止められ、低エネルギの電子を
イオンビームの中に溜込み、イオンの空間電荷を中和さ
せ、空間電荷効果によるビームの拡がりを抑えることか
できる。基板は接地電位にされ、結果的にはイオン源の
電位と基板の電位との電位差に相当するVaeV (数
kV〜十数kV)でイオン注入は行われることになる。
[実施例コ
以下、本発明の実施例について添附図面の第1図を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例を概略的に示しており、1は
例えばフリーマン型のイオン源、2はイオン源1から発
生したイオンビームを引出す引出し電極系、3は引出し
電極系2で引出されたイオンビーム4の中から同一電荷
のイオンだけを分離する質量分析管、5は、質量分析管
3て分離されたイオンビーム6が質量分析管の集束作用
で集束する場所に設けた集束アパーチャ、7は本発明の
装置の要部を成す減速静電レンズで、五つの穴あき電極
71〜75から成っている。また8はイオン注入すべき
基板9を支持する回転基板ホルダ、IOは高圧赤箱(ケ
ース)で負の電源11に接続され、接地電位に対して−
Vt、(例えば−25kV)に保たれている。
例えばフリーマン型のイオン源、2はイオン源1から発
生したイオンビームを引出す引出し電極系、3は引出し
電極系2で引出されたイオンビーム4の中から同一電荷
のイオンだけを分離する質量分析管、5は、質量分析管
3て分離されたイオンビーム6が質量分析管の集束作用
で集束する場所に設けた集束アパーチャ、7は本発明の
装置の要部を成す減速静電レンズで、五つの穴あき電極
71〜75から成っている。また8はイオン注入すべき
基板9を支持する回転基板ホルダ、IOは高圧赤箱(ケ
ース)で負の電源11に接続され、接地電位に対して−
Vt、(例えば−25kV)に保たれている。
イオン源1は電源12に接続され、この電源12はイオ
ン源1を高圧ターミナル10に対してVa+VL(例え
ば、Va −5kV、 Vt−25kV) 1.:保ッ
テイル。
ン源1を高圧ターミナル10に対してVa+VL(例え
ば、Va −5kV、 Vt−25kV) 1.:保ッ
テイル。
減速静電レンズ7の五つの穴あき電極の内の第1の電極
71は高圧ターミナル10と同し電位のVtに接続され
、第3の電極73は接地され、第2の電極72は図示し
たように分割抵抗13により第1、第3の電極7..7
3の中間の電位に維持されている。また、減速静電レン
ズ7の第4の電極74は負の電源14に接続され、−V
dか印加され、第5の電極75は接地されている。さら
に、回転基板ホルダ8及びイオン注入すべき各基板9は
図示したように接地されている。
71は高圧ターミナル10と同し電位のVtに接続され
、第3の電極73は接地され、第2の電極72は図示し
たように分割抵抗13により第1、第3の電極7..7
3の中間の電位に維持されている。また、減速静電レン
ズ7の第4の電極74は負の電源14に接続され、−V
dか印加され、第5の電極75は接地されている。さら
に、回転基板ホルダ8及びイオン注入すべき各基板9は
図示したように接地されている。
次に、図示装置の動作について説明する。
イオン源1と引出し電極系2との間にはおよそVa+V
t (Va−5kV、 vt−25kv)場合1.:
j、t 30kV) ノミ圧か印加されているので、イ
オン源1からB゛を例に取っても5mAまでのイオンビ
ームを容易に引出すことかできる。こうしてイオン源1
から引出し電極系2によって引出されたイオンビームは
、減速静電レンズ7の第1の電極71までは電場のない
空間をva+vt eV (上述の例テL、t30k
eV ) テ輸送されるので、質量分析管3等を高透過
率で通過し、集束アパーチャ5に効率よく集束される。
t (Va−5kV、 vt−25kv)場合1.:
j、t 30kV) ノミ圧か印加されているので、イ
オン源1からB゛を例に取っても5mAまでのイオンビ
ームを容易に引出すことかできる。こうしてイオン源1
から引出し電極系2によって引出されたイオンビームは
、減速静電レンズ7の第1の電極71までは電場のない
空間をva+vt eV (上述の例テL、t30k
eV ) テ輸送されるので、質量分析管3等を高透過
率で通過し、集束アパーチャ5に効率よく集束される。
集束アパーチャ5から出たイオンビームはある開き角で
進み、減速静電レンズ7で再集束される共に、減速静電
レンズ7の出口では■te■たけ減速され、従って(V
a+Vt) −Vt−Va eVて基板9に注入される
。
進み、減速静電レンズ7で再集束される共に、減速静電
レンズ7の出口では■te■たけ減速され、従って(V
a+Vt) −Vt−Va eVて基板9に注入される
。
減速静電レンズ7の第4の電極74及び第5の電極75
は加減速電極を構成しているので、イオンビームによっ
て生した低速電子はイオンビームに捕らえられ、イオン
ビームに沿って逆流してくるものを塞き止めて第5の電
極75以降のイオンビーム中に効率よく溜込まれ、その
結果、イオンビームの空間電荷は98%以上も効率よく
中和され、例え5 keVの低エネルギのイオンビーム
ても空間電荷によるイオンビームの拡がりは僅であり、
効率よくイオン注入が行われ得る。この場合、減速静電
レンズ7の第1〜第3の電極71〜73によってレンズ
の中央部に生しる電位勾配は強いことが必要であり、コ
ンピュータを用いて行った数値例では、上記のような電
圧をこれらの電極に与えた場合にはイオンビームの中央
て4 kV/ esの電位勾配があり、5 keVのB
”1.5+g^の場合、減速静電レンズ7の人口に26
mラジアンで入ったイオンビームを出口では一10mラ
ジアンの集束ビームとすることができる。第2図にその
場合のシュミレーション図を示す。
は加減速電極を構成しているので、イオンビームによっ
て生した低速電子はイオンビームに捕らえられ、イオン
ビームに沿って逆流してくるものを塞き止めて第5の電
極75以降のイオンビーム中に効率よく溜込まれ、その
結果、イオンビームの空間電荷は98%以上も効率よく
中和され、例え5 keVの低エネルギのイオンビーム
ても空間電荷によるイオンビームの拡がりは僅であり、
効率よくイオン注入が行われ得る。この場合、減速静電
レンズ7の第1〜第3の電極71〜73によってレンズ
の中央部に生しる電位勾配は強いことが必要であり、コ
ンピュータを用いて行った数値例では、上記のような電
圧をこれらの電極に与えた場合にはイオンビームの中央
て4 kV/ esの電位勾配があり、5 keVのB
”1.5+g^の場合、減速静電レンズ7の人口に26
mラジアンで入ったイオンビームを出口では一10mラ
ジアンの集束ビームとすることができる。第2図にその
場合のシュミレーション図を示す。
ところで、図示実施例において、イオン源1と高圧ター
ミナル■0との間にVaボルトを印加し、高圧ターミナ
ル10にVtボルトを印加するように構成することによ
って、減速静電レンズ7を加速静電レンズとして用いる
こともてき、Va+Vt eVのエネルギで基板9にイ
オンを注入することかできる。
ミナル■0との間にVaボルトを印加し、高圧ターミナ
ル10にVtボルトを印加するように構成することによ
って、減速静電レンズ7を加速静電レンズとして用いる
こともてき、Va+Vt eVのエネルギで基板9にイ
オンを注入することかできる。
この場合、静電レンズ7は強い静電レンズとして作用し
、Va−40kV、 Vt−80kVとすると、+20
keV、lO−^のA、″イオンビーム、P゛イオンビ
ームを加速注入する二とかできる。
、Va−40kV、 Vt−80kVとすると、+20
keV、lO−^のA、″イオンビーム、P゛イオンビ
ームを加速注入する二とかできる。
[発明の効県]
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、イオン源を接地電位に対して数kV〜十数
kVに設定し、引出し電極系、質量分析管及び集束アパ
ーチャまでのビームトランスポート系を負の数十kVに
設定しているので、イオンビームを効率よく引出し、質
量分離しそして集束させることができる。
においては、イオン源を接地電位に対して数kV〜十数
kVに設定し、引出し電極系、質量分析管及び集束アパ
ーチャまでのビームトランスポート系を負の数十kVに
設定しているので、イオンビームを効率よく引出し、質
量分離しそして集束させることができる。
また、集束アパーチャの後方に減速静電レンズを設けて
いるので、減速静電レンズに入るまでのビームトランス
ポート系で加速、集束されたイオンビームは再び減速さ
れるときに集束アパーチャを通って拡がったイオンビー
ムを再び減速静電レンズによって集束し、大電流、低エ
ネルギのイオンビームを効率良く基板に注入することか
でき、その結果低エネルギのB″ (ボロンイオン)等
の注入による浅い接合の要求される場合のイオン注入に
非常に有効なイオン注入装置を提供することができる。
いるので、減速静電レンズに入るまでのビームトランス
ポート系で加速、集束されたイオンビームは再び減速さ
れるときに集束アパーチャを通って拡がったイオンビー
ムを再び減速静電レンズによって集束し、大電流、低エ
ネルギのイオンビームを効率良く基板に注入することか
でき、その結果低エネルギのB″ (ボロンイオン)等
の注入による浅い接合の要求される場合のイオン注入に
非常に有効なイオン注入装置を提供することができる。
第1図は本発明の一実施例を示す概略線図、第2図は第
1図の装置を用いて行ったシュミレーション結果を示す
概略線図、第3図は従来の大電流型イオン注入装置の一
例を示す概略線図である。 図 中、■=イオン源 2:引出し電極系 3:質量分析管 5:集束アパーチャ 7:減速静電レンズ 8:回転基板ホルダ 9:基板 IO=高圧ターミナル 第1図 第 図 25KV −12,5KVOV −5KV v R,−1,30915 <dR/dZ)−0,0267121 (X、?dZ): −0.01023 第 図
1図の装置を用いて行ったシュミレーション結果を示す
概略線図、第3図は従来の大電流型イオン注入装置の一
例を示す概略線図である。 図 中、■=イオン源 2:引出し電極系 3:質量分析管 5:集束アパーチャ 7:減速静電レンズ 8:回転基板ホルダ 9:基板 IO=高圧ターミナル 第1図 第 図 25KV −12,5KVOV −5KV v R,−1,30915 <dR/dZ)−0,0267121 (X、?dZ): −0.01023 第 図
Claims (1)
- 1、イオン源からイオン引出し系、質量分析管を含むビ
ームトランスポート系を介して大電流イオンビームを基
板に注入するイオン注入装置において、高い電位勾配を
もつようにされた三枚の穴あき電極と加減速用の二枚の
穴あき電極とから成る減速静電レンズ系を設け、イオン
源を接地電位に対して数kv〜十数kvに、イオン源か
ら減速静電レンズ系までのビームトランスポート系を接
地電位に対して負の数十kvに、減速静電レンズ系の第
1の穴あき電極をビームトランスポート系と同じ負の数
十kvに、減速静電レンズ系の第3の穴あき電極を接地
電位に、減速静電レンズ系の第2の穴あき電極を第1の
穴あき電極と第3の穴あき電極との中間の電位に、減速
静電レンズ系の第4の穴あき電極を負の電位に、また減
速静電レンズ系の第5の穴あき電極を接地電位にそれぞ
れ保ち、減速静電レンズ系をイオンビームの減速機能と
共に集束レンズとして用いることを特徴とするイオン注
入装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2106454A JP2866705B2 (ja) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | イオン注入装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2106454A JP2866705B2 (ja) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | イオン注入装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH046740A true JPH046740A (ja) | 1992-01-10 |
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