JPH0714546U - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 イオン注入装置は、イオンビーム１が平行に
走査されるように、Ｈ２電極４・４間の電位を基にして
決定された寸法を有したＶ電極２・２およびＨ２電極４
・４を備えている。 【効果】 ウエーハ５へのイオンビーム１の照射角度が
規定された誤差以上にバラツキを生じないため、イオン
ビーム１がマスクスリット等の構造物に衝突してパーテ
ィクルを発生させ、このパーティクルによりウエーハ５
を汚染させることがない。さらに、イオンビーム１の一
部が構造物により遮断され、注入均一性を悪化させるこ
ともない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオンビームを静電的に平行走査してイオン照射対象物に照射する イオン注入装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

イオンビームを静電的に平行走査するハイブリッドスキャン方式のイオン注入 装置は、図６および図７に示すように、垂直方向に偏向されたイオンビーム５１ を水平方向に走査するＨ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４と、ウエー ハ５５を垂直方向に往復移動させるプラテン５６とを有している。

【０００３】 上記のＨ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４の仕様は、下記の方法に より決定されるようになっている。即ち、通常、Ｈ１電極５３・５３およびＨ２ 電極５４・５４の各電極には、三角波状の走査電圧が印加されるようになってお り、イオンビーム５１は、これらの走査電圧により水平方向に走査されるように なっている。ここで、或る一瞬に注目してイオンビーム５１の軌道を求めると、 Ｈ１電極５３・５３間に入射したイオンビーム５１は、放物線を描いて軌道が変 化し、Ｈ１電極５３・５３間から出射するときには、出射時における放物線の接 線方向に進行することになる。

【０００４】 この際、イオンビーム５１の偏向角度θを計算により求める場合には、Ｈ１電 極５３・５３間およびＨ２電極５４・５４間の各中間点において、イオンビーム ５１が角度θだけ偏向しているとして取り扱っても良いと考えられている。従っ て、イオンビーム５１の偏向角度θは、下記の計算式（１）により算出されるこ とになる。

【０００５】 ｔａｎθ＝（Ｖ・ｌ）／（２・Ｅ・ｄ） … （１） 尚、ＶはＨ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４への印加電圧（ＫＶ） 、Ｅはビームエネルギー（ＫｅＶ）、ｄはＨ１電極５３・５３またはＨ２電極５ ４・５４と中心線との距離（ｍｍ）（以下、電極間距離と称する）、ｌはＨ１電 極５３・５３またはＨ２電極５４・５４の電極長（ｍｍ）、θは偏向角度（度） である。

【０００６】 また、Ｈ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４には、通常、それぞれ大 きさが同じで逆位相の電圧（例えば＋Ｖ₁ 、−Ｖ₁ ）が印加されている（図５参 照）。従って、イオンビーム５１のＨ１電極５３・５３における偏向角度θ₁ と Ｈ２電極５４・５４における偏向角度θ₂ とは、（２）式および（３）式により それぞれ示されることになる。

【０００７】 ｔａｎθ₁ ＝（Ｖ₁ ・ｌ₁ ）／（２・Ｅ・ｄ₁ ） … （２） ｔａｎθ₂ ＝（Ｖ₂ ・ｌ₂ ）／（２・Ｅ・ｄ₂ ） … （３） さらに、Ｈ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４は、下記の（４）式が 成立するように構成されている。

【０００８】 （ｌ₁ ／ｄ₁ ） ＝ （ｌ₂ ／ｄ₂ ） … （４） 上記の（４）式を（３）式に代入すると、 ｔａｎθ₂ ＝（Ｖ₁ ／２・Ｅ）・（ｌ₂ ／ｄ₂ ） ＝（Ｖ₁ ／２・Ｅ）・（ｌ₁ ／ｄ₁ ） ＝ｔａｎθ₁ … （５） が成立することになる。即ち、θ₂ ＝θ₁ となり、Ｈ２電極５４・５４から出射 したイオンビーム５１は、中心軸に平行に進行することになる。

【０００９】 ここで、一例として、Ｈ１電極５３・５３とＨ２電極５４・５４との距離Ｌ_H を１５００ｍｍ、Ｈ１電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４への印加電圧Ｖ を１０ＫＶ、Ｈ１電極５３・５３の電極間距離ｄ₁ を５０ｍｍ、Ｈ１電極５３・ ５３の電極長ｌ₁ を１５０ｍｍ、Ｈ２電極５４・５４の電極間距離ｄ₂ を２５０ ｍｍ、Ｈ２電極５４・５４の電極長ｌ₁ を７５０ｍｍ、ビームエネルギーＥを１ ００ＫｅＶとした条件におけるイオンビーム５１の状態を示す。

【００１０】 Ｈ１電極５３・５３におけるイオンビーム５１の偏向角度θ₁ は、 ｔａｎθ₁ ＝（１０・１５０）／（２・１００・５０）＝0.１５ θ₁ ＝ｔａｎ^-10.１５≒8.５°となる。

【００１１】 一方、Ｈ２電極５４・５４におけるイオンビーム５１の偏向角度θ₂ は、 ｔａｎθ₂ ＝（１０・７５０）／（２・１００・２５０）＝0.１５ θ₁ ＝ｔａｎ^-10.１５≒8.５°となる。

【００１２】 即ち、イオンビーム５１は、Ｈ１電極５３・５３において8.５°偏向され、距 離Ｌ_H を進行した後、Ｈ２電極５４・５４において逆方向に8.５°偏向されるこ とになる。また、8.５°偏向されたイオンビーム５１は、距離Ｌ_H を進行するた め、中心線からｄ_w ＝１５００ｔａｎ8.５°≒２２４ｍｍ離れた所で中心線に平 行に進行することになる。

【００１３】 このように、従来のイオン注入装置は、上述の（２）式を満足するように、Ｈ １電極５３・５３およびＨ２電極５４・５４を構成するようになっており、計算 上は、ウエーハ５５の全面にイオンビーム５１を同一角度で照射させることが可 能になっている。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、近年においては、ＬＳＩの微細化が進み、素子を平面ではなく立体 的に形成することによって、集積度を高めるようになっているため、ウエーハ５ ５へのイオンビーム５１の照射角度が変化した場合には、例えばウエーハ５５上 でのイオンビーム５１の影の生じ方が変化し、素子の特性にバラツキが生じるこ とになる。従って、イオンビーム５１の照射角度は、可能な限り一定であること が望ましく例えば規定角度７°に対し±0.５°以内の誤差に収まるように規定さ れている。

【００１５】 しかしながら、上記従来のイオン注入装置では、上記の規定を満足させること が困難になっている。即ち、イオンビーム５１がＨ２電極５４・５４間に入射す るときのビーム入射位置における電位を考えると、イオンビーム５１がＨ２電極 ５４・５４に入射する位置Ａは、中心線から距離ｄ₂'離れた場所であり、この位 置Ａにおける電位は、（ｄ₂'／ ｄ₂ ）Ｖ₁ となる。

【００１６】 従って、Ｈ２電極５４・５４間を通過するイオンビーム５１のエネルギーは、 Ｅ−（ｄ₂'／ ｄ₂ ）Ｖ₁ となる。このエネルギーのイオンビーム５１がＨ２電 極５４・５４により偏向される角度θ₂ は、 ｔａｎθ₂'＝（Ｖ₁ ・ｌ₂ ）／（２（Ｅ−（ｄ₂'／ ｄ₂ ）Ｖ₁ ）ｄ₂ ） … （６） また、ｄ₂'は、 ｄ₂'＝（Ｌ_H −ｌ₂ ／２）ｔａｎθ₁ … （７） で求められる。

【００１７】 ここで、前述の数値を代入して計算すると、 ｔａｎθ₁ ＝（１０・１５０）／（２・１００・５０）＝0.１５ ｄ₂'＝（１５００−７５０／２）・0.１５＝１６8.７５ ｔａｎθ₂'＝（１０・７５０） ／（２（１００−（１６8.７５／２５０）１０）２５０） ＝0.１６ θ₂'＝ｔａｎ^-10.１６＝9.１ そして、θ₁ ＝8.５°であるから、θ₁ −θ₂'＝8.５−9.１＝−0.６°となり 、イオンビーム５１が0.６°中心方向に偏向して進行することになる。

【００１８】 このように、従来のイオン注入装置では、（２）式を満足するように、Ｈ１電 極５３・５３およびＨ２電極５４・５４が構成されている場合でも、ウエーハ５ ５への照射角度が規定された誤差以上にバラツキを生じることになっている。さ らに、Ｖ電極５２・５２間に入射するときも同様に電位の影響を受ける。これら の現象によりイオンビーム５１の軌道に大きなズレが生じると、イオンビーム５ １がマスクスリット等の構造物に衝突してパーティクルを発生させ、このパーテ ィクルによりウエーハ５５を汚染させることにもなっている。また、イオンビー ム５１の一部が構造物により遮断されるため、注入均一性を悪化させることにも なっている。

【００１９】 従って、本考案においては、ウエーハ５５への照射角度を規定された誤差以内 に収めることが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。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

本考案のイオン注入装置は、上記課題を解決するために、複数段の電極対に電 圧を印加することによりイオンビームを平行走査するものであり、下記の特徴を 有している。

【００２１】 即ち、イオン注入装置は、電極対間へのイオンビームの入射位置における電位 を基にしてイオンビームが平行となるように電極長が決定された電極対を有して いる。

【００２２】

【作用】

上記の構成によれば、電極対間の電位の影響を考慮して決定された電極長を有 する電極対によりイオンビームが平行走査されるため、イオンビームのウエーハ への照射角度を規定された誤差以内に抑えることができる。この結果、イオンビ ームの影の生じ方が略一定になり、素子の特性のバラツキが少なくなる。さらに は、イオンビームがマスクスリット等の構造物に衝突してパーティクルを発生さ せ、このパーティクルによりウエーハを汚染させることがないと共に、イオンビ ームの一部が構造物により遮断されることによる注入均一性の悪化を防止するこ とが可能になっている。

【００２３】

【実施例】

本考案の一実施例を図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである 。

【００２４】 本実施例に係るイオン注入装置は、複数段の電極対によりイオンビームを偏向 および平行走査してウエーハ等のイオン照射対象物にイオンビームを照射させる ようになっており、図１および図２に示すように、第１段目の電極対であるＨ１ 電極３・３、第２段目の電極対であるＶ電極２・２、第３段目の電極対であるＨ ２電極４・４を有している。

【００２５】 上記のＨ１電極３・３およびＨ２電極４・４は、垂直方向に対して平行な電極 面となるように同一形状の一対の電極板からなっており、三角波状の走査電圧が 印加されることによって、イオンビーム１を水平方向に走査させるようになって いる。また、Ｈ１電極３・３とＨ２電極４・４との間に配設されたＶ電極２・２ には、偏向電圧が印加されるようになっており、正電荷を有したイオンビーム１ は、Ｖ電極２・２を通過する際に、進行方向がＶ電極２・２の偏向電圧により垂 直方向に偏向されるようになっている。

【００２６】 上記のＨ２電極４・４を通過したイオンビーム１の進行方向には、図示しない ダンプファラデーやビームプロファイルの測定に使用される多点フロントファラ デー、多点バックファラデー、ビームファラデー、イオン注入中のウエーハ５の 移動速度等の制御に使用されるドーズファラデー、不要なイオンビーム１を遮断 するマスクスリット等が配設されている。そして、マスクスリットと多点バック ファラデーとの間には、メカニカルスキャン機構のプラテン６が配設されており 、このプラテン６は、ウエーハ５を垂直方向に往復移動させるようになっている 。

【００２７】 また、Ｖ電極２・２およびＨ２電極４・４は、Ｈ２電極４・４の電位を考慮し て電極長が決定されるようになっている。Ｖ電極２・２は、イオンビーム１の進 行方向の電極長が中央部から両端側にかけて短くなるように形成されることによ って、イオンビーム１の垂直方向における偏向角度の誤差を縮小させるようにな っている。尚、Ｖ電極２・２の形状は、図１に示すように、一端側において中央 部から両端側にかけて短くなるように形成されていても良いし、図３に示すよう に、両端側において中央部から両端側にかけて短くなるように形成されていても 良い。

【００２８】 一方、Ｈ２電極４・４は、上述の（２）式、（６）式、および（７）式から電 極長が決定されることによって、イオンビーム１の水平方向における変更角度の 誤差を縮小させるようになっている。即ち、Ｈ１電極３・３とＨ２電極４・４と の距離Ｌ_H を１５００ｍｍ、Ｈ１電極３・３およびＨ２電極４・４への印加電圧 Ｖを１００ＫｅＶ、Ｈ１電極３・３の電極間距離ｄ₁ を５０ｍｍ、Ｈ１電極５３ ・５３の電極長ｌ₁ を１５０ｍｍ、Ｈ２電極５４・５４の電極間距離ｄ₂ を２５ ０ｍｍ、Ｈ２電極５４・５４の電極長ｌ₁ を７５０ｍｍとした条件においては、 上記の各式を基に、Ｈ２電極４・４の電極長を７５０ｍｍから７２０ｍｍに変更 することによって、イオンビーム１の水平方向における偏向角度の誤差を縮小さ せることが可能になっている。尚、７５０ｍｍでは、誤差が0.６°、７２０ｍｍ では、誤差が0.３°となる。

【００２９】 上記の構成において、電極間の電位を考慮してＶ電極２・２の寸法を決定する 方法を説明する。

【００３０】 先ず、イオンビーム１がＨ１電極３・３により走査されているため、イオンビ ーム１が中心線に沿ってＶ電極２・２に入射した場合と、角度θ₁ だけ走査され てＶ電極２・２に入射した場合とでは、イオンビーム１から見たＶ電極２・２の 電極長が異なったものになっている。従って、Ｖ電極２・２により偏向される角 度は、（８）式のように異なったものになる。

【００３１】 ｔａｎθ_v ＝（Ｖ・ｌ_V ）／２・Ｅ・Ｄ_E ｔａｎθ_v ' ＝〔（Ｖ・ｌ_V ）／ｃｏｓθ₁ 〕／２・Ｅ・Ｄ_E ｔａｎθ_v ／ｔａｎθ_v ' ＝ｃｏｓθ₁ … （８） さらに、Ｖ電極２・２で偏向された後もＨ２電極４・４の中間点までは、θ₁ だけの角度で進行するため、中心線上を進行した場合の経路長をＬ_V とし、水平 方向にθ₁ の角度だけ走査された場合の経路長をＬ_V ' とすると、（９）式のよ うになる。

【００３２】 Ｌ_V ' ＝Ｌ_V ／ｃｏｓθ₁ Ｌ_V ／Ｌ_V ' ＝ｃｏｓθ₁ … （９） ここで、Ｈ２電極４・４に入射した場所における電位の影響によって、Ｈ２電 極４・４を通過するイオンビーム１のエネルギーは、Ｅ−（ｄ₂'／ｄ₂ ）Ｖ₁ と なっており、イオンビーム１は、入射位置の電位により減速するようになってい る。尚、Ｈ２電極４・４に入射するイオンビーム１は、中心線に平行な方向にの み減速され、中心線とは直角方向となる垂直方向には減速されない。従って、Ｈ ２電極４・４を通過するイオンビーム１は、垂直方向へ進行する距離が変化する ことになり、この変化の比率は、エネルギーの比の平方根で示されることになる 。具体的には、中心線上を進行するイオンビーム１のエネルギーＥと、上記のエ ネルギー（Ｅ−（ｄ₂'／ｄ₂ ）Ｖ₁ ）との比によって、変化の比率が示されるこ とになる。

【００３３】 これにより、Ｈ２電極４・４間で生じる垂直方向の距離の差ｌ_vdは、Ｈ２電極 ４・４における中心線上を進行するイオンビーム１の垂直方向の距離がｌ₂ ・ｔ ａｎθ_v であるため、（１０）式のようになる。

【００３４】

【数１】

【００３５】 上記の（８）式、（９）式、および（１０）式によって、イオンビーム１が垂 直方向に偏向される距離ｄＶは、イオンビーム１が中心線上を進行する水平方向 への偏向角度が０°の場合、ｄＶθ₀ ＝Ｌｔａｎθ_v となる。また、水平方向へ の偏向角度がθ₁ °の場合、（１１）式のようになる。

【００３６】

【数２】

【００３７】 （１１）式の第１項は、Ｖ電極２・２の中心からＨ２電極４・４の入口までの 垂直方向の変位である。第２項は、Ｈ２電極４・４中における垂直方向の変位で ある。第３項は、Ｈ２電極４・４の出口からウエーハ５までの変位である。そし て、水平方向への偏向角度が０°の場合の偏向距離を（１０）式から求めておき 、この値に略一致するように、偏向角度θ₁ におけるＶ電極２・２の電極長ｌ
_Ｖ を（１１）式を用いて算出することによって、Ｖ電極２・２の寸法を決定するこ とになる。

【００３８】 即ち、例えばＨ１電極３・３、Ｈ２電極４・４の寸法および印加電圧、イオン ビーム１のエネルギーに加えて、Ｖ電極２・２の中心からウエーハ５までの距離 Ｌを１８００ｍｍ、Ｖ電極２・２への印加電圧Ｖを１０ｋＶ、Ｖ電極２・２の電 極長ｌ_Ｖ を１５０ｍｍ、Ｖ電極２・２と中心線の距離ｌ_E を５０ｍｍ、Ｖ電極
２ ・２の中心からＨ２電極４・４の中心までの距離Ｌ_V を１０００ｍｍとすると、 偏向角度θ₁ ＝０°の場合の垂直方向にイオンビーム１が偏向される距離ｄＶ₀ は、ｄＶθ₀ ＝１８００ｔａｎθ_v 、ｔａｎθ_v ＝0.１５より、ｄＶ₀ ＝２７０ ｍｍとなる。これは、イオンビーム１が中心線から２７０ｍｍ離れた位置におい てウエーハ５に到達するように偏向されることを示している。

【００３９】 一方、偏向角度θ₁ ＝8.５°の場合、垂直方向にイオンビーム１が偏向される 距離ｄＶ₀ は、（１１）式および（８）式からｄＶθ₁ ＝２７8.１となる。これ により、イオンビーム１が中心線を進行すると、垂直方向に２７０ｍｍ偏向され るのに対し、イオンビーム１が中心線から水平方向に8.５°偏向されると、垂直 方向に２７8.１ｍｍ偏向されることが判る。

【００４０】 ここで、例えば電極長ｌ_V ＝１４5.６ｍｍとして計算すると、ｔａｎθ_v ＝（ １０×１４5.６）／（２×１００×５０）＝0.１４５６より、ｄＶθ₁ ＝２６9. ９ｍｍとなる。このｄＶθ₁ ＝２６9.９ｍｍは、上述の偏向角度θ₁ ＝０°の場 合におけるｄＶ₀ ＝２７０ｍｍと略一致している。従って、Ｖ電極２・２の中心 線上における電極長ｌ_V を１５０ｍｍ、水平方向に8.５°偏向された位置におけ る電極長ｌ_V を１４5.６ｍｍと決定し、これらの電極長ｌ_V を有するようにＶ電 極２・２の形状を決定することになる。これにより、Ｖ電極２・２は、イオンビ ーム１の垂直方向における偏向角度の誤差を縮小させることが可能になっている 。

【００４１】 このように、本実施例のイオン注入装置は、Ｈ２電極４・４間にイオンビーム １が入射する位置における電位がイオンビーム１の偏向角度に影響を与えている ことに着目し、イオンビーム１が平行に走査されるように、Ｖ電極２・２および Ｈ２電極４・４の寸法をＨ２電極４・４間の電位を考慮して決定するようになっ ている。

【００４２】 これにより、本実施例のイオン注入装置によれば、ウエーハ５へのイオンビー ム１の照射角度が規定された誤差以上にバラツキを生じないため、イオンビーム １の影の生じ方が略一定になり、素子の特性のバラツキが少なくなる。さらには 、イオンビーム１がマスクスリット等の構造物に衝突してパーティクルを発生さ せ、このパーティクルによりウエーハ５を汚染させることがない。また、イオン ビーム１の一部が構造物により遮断され、注入均一性を悪化させることもない。

【００４３】

【考案の効果】

本考案のイオン注入装置は、以上のように、複数段の電極対に電圧を印加する ことによりイオンビームを平行走査するものであり、電極対間へのイオンビーム の入射位置における電位を基にしてイオンビームが平行となるように電極長が決 定された電極対を有している構成である。

【００４４】 これにより、電極対間の電位の影響を考慮して決定された電極長を有する電極 対によりイオンビームが平行走査されるため、イオンビームのウエーハへの照射 角度を規定された誤差以内に抑えることができる。この結果、イオンビームの影 の生じ方が略一定になり、素子の特性のバラツキが少なくなる。さらには、イオ ンビームがマスクスリット等の構造物に衝突してパーティクルを発生させ、この パーティクルによりウエーハを汚染させることがないと共に、イオンビームの一 部が構造物により遮断されることによる注入均一性の悪化を防止することが可能 であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のイオン注入装置におけるイオンビーム
の状態を垂直方向から見た説明図である。

【図２】イオン注入装置におけるイオンビームの状態を
水平方向から見た説明図である。

【図３】Ｖ電極の平面図である。

【図４】各電極とイオンビームとの関係を示す説明図で
ある。

【図５】各電極とイオンビームとの関係を示す説明図で
ある。

【図６】従来のイオン注入装置におけるイオンビームの
状態を水平方向から見た説明図である。

【図７】従来のイオン注入装置におけるイオンビームの
状態を垂直方向から見た説明図である。

【符号の説明】

１ イオンビーム ２ Ｖ電極 ３ Ｈ１電極 ４ Ｈ２電極 ５ ウエーハ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数段の電極対に電圧を印加することによ
   りイオンビームを平行走査するイオン注入装置におい
   て、 上記電極対間へのイオンビームの入射位置における電位
   を基にしてイオンビームが平行となるように電極長が決
   定された電極対を有していることを特徴とするイオン注
   入装置。