JPH0644005U - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギー・コンタミネーションの防止。 【構成】 負イオン源１から引出されたイオンビ−ムは
質量分析電磁石２を経てタンデム加速器３で荷電変換、
加速され、ウィーンフィルタ１１とエネルギー分析電磁
石９によって所望の価数、エネルギーのイオンビームを
分離、抽出し、試料１０に注入する。例えば２価のイオ
ンを分離して試料に注入するとき、エネルギー分析電磁
石は、同イオンの１／４のエネルギーを持つ１価のイオ
ンも同一軌道で通過させるが、ウィーンフィルタはエネ
ルギーの違い、したがって速度の違いにより１価のイオ
ンを偏向し、２価のイオンとは異なる試料の深さ位置
に、１価のイオンが注入されるのを防ぐ。ウィーンフィ
ルタはエネルギー分析電磁石の下流側に設置してもよ
い。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は、ウィーンフィルタの付加により目的外のイオンを除去するタンデム 加速器を有するイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ＭｅＶ（メガ・エレクトロン・ボルト）領域の高エネルギーイオン注入装置は 、ボロンや燐のイオンをシリコンウエファの表面から１〜５μｍの深さに注入す ることができ、シリコンウエファに形成された絶縁膜や金属層を通してイオンを 注入することが可能であり、半導体製品の最終工程で目的の深さにイオンを注入 することができる手段としてその利用が広がりつつある。

【０００３】 図３はタンデム加速器を用いた高エネルギーイオン注入装置の基本構成図であ り、負イオン源１から引出されたイオンを質量分析電磁石２の磁場に通し、所望 質量の負イオンを分離抽出し、タンデム加速器３に導入される。負イオンは、高 圧電源４から高電圧タ−ミナル部５を介して正の電圧が印加されている低エネル ギー側加速管６で最初の加速が行われ、ストリッパガスが導入されている荷電変 換部７で正イオンに変換される。正イオンは高エネルギー側加速管８で大地電位 に向かって再び加速され、エネルギー分析電磁石９で所望の価数、エネルギーの 正イオンビームが抽出されて試料１０、例えば半導体ウエファに注入される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、加速電圧Ｖ₀のタンデム加速器３で加速されたイオンビームのエネ ルギーＴは、 Ｔ＝（ｎ＋１）ｅＶ₀ となる。ここで、ｎ：イオン価数であり、タンデム加速器３に入るイオンビーム の入射エネルギーは小さいとして無視する。 ∴２価イオンでは、Ｔ＝３Ｖ₀〔ｅＶ〕となる。 そして、エネルギー分析電磁石９でのイオン種分離に係る偏向関係式は、磁束 密度をＢ、軌道半径をｒ、イオンの質量をｍとすると、 Ｂｒ∝（√（ｍＴ））／ｎ であり、磁束密度Ｂの選定することにより、エネルギー分析電磁石で、所望の価 数、エネルギーのイオンを分離、抽出することができる。

【０００５】 そこで、エネルギー分析電磁石９の動作設定により、試料１０の例えばシリコ ンウエファに２ＭｅＶ程度のエネルギーでボロンの２価イオンを注入した場合に 、注入済みウエファを２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）でイオン注入分布を 分析すると、ボロンは、全体として、およそ３μｍの深さを中心としてガウス分 布状に注入されているが、およそ１μｍ付近に、前記中心深さにおけるボロンの 注入個数より10^-2以下のオーダではあるが、ガウス分布より突出してボロンが注 入されていることが認められる。これは、エネルギー分析電磁石９で分離除去で きない、２価のイオンとはエネルギーが異なる１価で低エネルギーのボロン・イ オンがシリコンウエファに注入されてしまい、エネルギー・コンタミネーション が生じていることを示す。

【０００６】 エネルギー分析電磁石９で２価の正イオンのエネルギーＴ［２＋］の選択時に は、上述のイオン偏向の関係式から、 （√（Ｔ［２＋］））／２＝（√（Ｔ［１＋］））／１ を満足するエネルギーの１価の正イオンも同一軌道を描いて通る。 即ち、Ｔ［１＋］＝Ｔ［２＋］／４であるから、２ＭｅＶの２価イオン選択時 には、０．５ＭｅＶの１価イオンも同時に分析電磁石９を通過してしまう。

【０００７】 通常の荷電変換、即ち、高電圧タ−ミナル部５の荷電変換部７で１価の負イオ ンから２個の電子が剥ぎ取られることにより、１価の正イオンが発生するのなら 、高エネルギー側加速管８を出た同イオンのエネルギーは、 Ｔ［１＋］＝２Ｖ₀〔ｅＶ〕 であるから、Ｔ［２＋］＝２ＭｅＶのとき、Ｔ［１＋］＝１．３３ＭｅＶとなり 、この１価の正イオンはエネルギー分析電磁石９で除去することができる。

【０００８】 タンデム加速器３には、通常、各種エネルギーの１価の負イオンが進入する。 かかる１価の負イオンが、図４に示すように、低エネルギー側加速管６中で残留 ガスと衝突して中性粒子に変わり、高エネルギー側加速管８中で残留ガス分子と 衝突して、更に１価の正イオンに変われば、これら変換位置に応じて任意のエネ ルギー（＜２Ｖ₀）のイオンが生ずる。この内、Ｔ［１＋］＝Ｔ［２＋］／４を 満たすイオンがエネルギー分析電磁石９を通過することになり、イオンが注入さ れる試料１０、半導体ウエファにエネルギー・コンタミネーションが生じること になる。

【０００９】 本発明は、分析電磁石で分離除去することができない目的外のエネルギー・イ オンをウィーンフィルタの付加により除去し、エネルギー・コンタミネーション を防止することができるイオン注入装置の提供を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本発明は、タンデム加速器によるイオン注入装置において、タンデム加速器の 下流側に設けたエネルギー分析電磁石の上流側または下流側にウィーンフィルタ を設置してなることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】

ウィーンフィルタでは、互いに直交する電場と磁場の強さＥ、Ｂの比、Ｅ／Ｂ に等しい速度ｖのイオンは直進し、それ以外のイオンは偏向されるから、Ｅ／Ｂ を２価のイオンの速度、したがってそのエネルギーに合わせておけば、その１／ ４のエネルギーの１価のイオンは偏向される。これに伴い、ウィーンフィルタを エネルギー分析電磁石の上流側に設けた場合は、１価のイオンは同電磁石には導 入されず、またフィルタをエネルギー分析電磁石の下流側に設けた場合には、１ 価のイオンは、その偏向により試料には注入されることがない。

【００１２】

【実施例】

本考案の一実施例について図面を参照して説明する。図１はタンデム加速器に よるイオン注入装置の構成図であり、図３と同一符号は同等部分を示す。負イオ ン源１から引出されたイオンを質量分析電磁石２の磁場に通し、所望質量の負イ オンを分離抽出し、タンデム加速器３に導入される。負イオンは、高圧電源４か ら高電圧タ−ミナル部５を介して正の電圧が印加されている低エネルギー側加速 管６で最初の加速が行われ、ストリッパガスが導入されている荷電変換部７で正 イオンに変換される。正イオンはエネルギー加速管８で大地電位に向かって再び 加速され、ウィーンフィルタ１１、エネルギー分析電磁石９で所望価数、エネル ギーの正イオンビームが抽出されて試料１０、例えば半導体ウエファに注入され る。

【００１３】 ウィーンフィルタ１１及びエネルギー分析電磁石９は２価の正イオンを分離し て試料１０に注入するように設定する。ウィーンフィルタ１１は図２に示すよう に、磁場形成磁極１１₁と電場形成電極１１₂をそれぞれ対向して設けて構成され 、これら磁極と電極内のイオンビ−ム通過路に互いに直交する磁場と電場を形成 している。直交する電磁場に垂直にイオンビ−ムを入射させると、電場及び磁場 によってイオンに互いに逆方向に偏向させる力が作用し、電場と磁場の強さをそ れぞれＥ，Ｂ、イオンの速度をｖとすると、電場と磁場による力が等しく作用す る、Ｅ／Ｂ＝ｖの速度のイオンは直進して通過し、それ以外の速度のイオンは電 場軸方向に偏向される。

【００１４】 したがって、ウィーンフィルタ１１における電磁場の強さを２価の正イオンの 速度、即ちエネルギー（運動エネルギー）Ｔ［２＋］に合わせることにより、同 イオンは直進するが、Ｔ［１＋］＝Ｔ［２＋］／４のエネルギーをもつ１価のイ オン、即ち２価のイオンとは速度が異なる１価のイオンは偏向されてしまうから 、２価のイオンと１価イオンを分離することができる。これに伴い、１価のイオ ンがエネルギー分析電磁石９に入り込んでも、２価のイオンと同一軌道をとって 入ることはないから、エネルギー分析電磁石は２価のイオンビームのみを分離し 、これを試料１０に注入することができる。

【００１５】 上述の実施例では、ウィーンフィルタ１１をエネルギー分析電磁石９の上流側 に設置したが、同フィルタは点線で示すように同電磁石の下流側に設置してもよ く、同電磁石を２価のイオンと同一軌道で通過した１価のイオンは同フィルタで 偏向されるから、２価のイオンビ−ムのみを分離し、試料に注入することができ る。なお、ウィーンフィルタ１１の出口位置に分析スリットを設けることにより 、２価のイオンのみを通過させ、偏向された１価のイオンをカットすることがで きる。

【００１６】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成したので、目的のイオンとはエネルギーが 異なりエネルギー分析電磁石で分離できない目的外のイオンはウィーンフィルタ で分離することができるから、被注入試料のエネルギー・コンタミネーションを 防止することができる。

【００１７】 また、タンデム加速器のビーム下流側にイオン分離手段としてエネルギー分析 電磁石及びウィーンフィルタが縦続して配置されるから、エネルギーの揃ったイ オンを試料に注入することができ、注入深さ位置精度、試料の注入品質を向上さ せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成図である。

【図２】ウィーンフィルタの構成図である。

【図３】従来のタンデム加速器によるイオン注入装置の
基本構成図である。

【図４】低エネルギーの１価イオン発生についての説明
図である。

【符号の説明】

1 負イオン源 2 質量分析電磁石 3 タンデム加速器 6 低エネルギー側加速管 7 荷電変換部 8 高エネルギー側加速管 9 エネルギー分析電磁石 10 試料 11 ウィーンフィルタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンデム加速器によるイオン注入装置に
   おいて、タンデム加速器の下流側に設けたエネルギー分
   析電磁石の上流側または下流側にウィーンフィルタを設
   置してなることを特徴とするイオン注入装置。