JPH0714547U

JPH0714547U - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH0714547U
Application number: JP4452793U
Authority: JP
Inventors: 和宏西川
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【構成】イオン注入装置は、Ｈ２電極３・３の電極間
距離を駆動機構７・７により任意に変更可能にし、イオ
ンビーム１の平行度をファラデー部９および平行度調整
装置８により求め、イオンビーム１が平行となるように
Ｈ２電極３・３の電極間距離を駆動機構７・７により調
整するようになっている。【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。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。

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３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５２・５２およびＨ２電極５３・５３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５２・５２およびＨ２電極５３・５３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５２・５２およびＨ２電極５３・５３の各電極には、相互に逆位相となる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５２・５２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５２・５２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５２・５２間およびＨ２電極５３・５３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５２・５２またはＨ２電極５３・５３への印加電圧（ＫＶ）、Ｅはビームエネルギー（ＫｅＶ）、ｄはＨ１電極５２・５２またはＨ２電極５３・５３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５２・５２およびＨ２電極５３・５３の電極長（ｍｍ）、θは偏向角度（度）である。

【０００６】また、Ｈ１電極５２・５２およびＨ２電極５３・５３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。従って、図２に示すように、イオンビーム５１のＨ１電極５２・５２における偏向角度 θ₁とＨ２電極５３・５３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５２・５２およびＨ２電極５３・５３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５３・５３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５２・５２とＨ２電極５３・５３との距離Ｌ_H を１５００ｍｍ、Ｈ１電極５２・５２およびＨ２電極５３・５３への印加電圧Ｖを１０ＫＶ、Ｈ１電極５２・５２の電極間距離ｄ₁を５０ｍｍ、Ｈ１電極５２・５２の電極長ｌ₁を１５０ｍｍ、Ｈ２電極５３・５３の電極間距離ｄ₂を２５０ｍｍ、Ｈ２電極５３・５３の電極長ｌ₁を７５０ｍｍ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５２・５２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５３・５３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５２・５２において8.５°偏向され、距離Ｌ_Hを進行した後、Ｈ２電極５３・５３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、Ｈ１電極５２・５２およびＨ２電極５３・５３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５５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５３・５３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５３・５３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５３・５３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５３・５３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）＝0.１５ｄ₂'＝（１５００−７５０／２）・0.１５＝１６8.７５ｔａｎθ₂'＝（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５２・５２およびＨ２電極５３・５３が構成されている場合でも、ウエーハ５５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、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５１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、２段目以降の電極対に設けられ、この電極対の電極間距離を変更可能な電極対駆動手段と、イオンビームの平行度を求め、イオンビームが平行となるように電極対の電極間距離を上記電極対駆動手段により変更させる平行度調整手段とを有している。

【００２２】

【作用】

上記の構成によれば、平行度調整手段が電極対駆動手段により電極対の電極間距離を変更させ、イオンビームが平行走査されるように制御するため、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、図１に示すように、イオンビーム１を水平方向に平行走査すると共に、ウエーハ５をプラテン１０により垂直方向に往復移動させることによって、ウエーハ５の全面にイオンビーム１を均一に照射させるようになっている。イオンビーム１の走査は、垂直方向に対して平行な電極面を有した一対の２段の電極板からなるＨ１電極２・２およびＨ２電極３・３により行なわれるようになっており、第１段目の電極対であるＨ１電極２・２と、第２段目の電極対であるＨ２電極３・３とは、電極長ｌ₁・ｌ₂および電極間距離ｄ₁ ・ｄ₂がｌ₁／ｄ₁＝ｌ₂／ｄ₂の関係式を満足する値に設定されている。

【００２５】上記のＨ１電極２・２およびＨ２電極３・３には、三角波状の走査電圧を出力する発振器４が接続されている。発振器４から走査電圧が印加されるＨ１電極２・２は、イオンビーム１の進行方向を水平方向に偏向させながら走査するようになっている。また、Ｈ２電極３・３は、Ｈ１電極２・２に印加される走査電圧とは逆位相の走査電圧が印加されることによって、Ｈ１電極３・３により偏向されたイオンビーム１を逆方向に偏向させてウエーハ５方向へ進行させるようになっている。

【００２６】上記のＨ２電極３・３には、電気絶縁性を有する絶縁部材６・６が固設されており、各絶縁部材６・６には、駆動機構７・７（電極対駆動手段）がそれぞれ設けられている。これらの各駆動機構７・７は、シリンダー７ａと図示しないシリンダー制御部とを有しており、シリンダー制御部は、平行度調整装置８（平行度調整手段）からの制御信号によりシリンダー７ａのロッド部７ｂを進退移動させるようになっている。これにより、駆動機構７・７は、ロッド部７ｂの進退移動により絶縁部材６・６を介してＨ２電極３・３の電極面の平行状態を維持させながら、Ｈ２電極３・３を矢符方向へ移動させることによって、Ｈ２電極３・３の電極間距離を任意に変更可能になっている。

【００２７】上記の駆動機構７・７を制御する平行度調整装置８は、ウエーハ５位置の近辺に配設されたファラデー部９（平行度調整手段）に接続されている。ファラデー部９は、複数のファラデーからなる多点フロントファラデーおよび多点バックファラデーを有しており、平行度調整装置８は、多点フロントファラデーおよび多点バックファラデーにより検出されたビーム電流を基にして、各走査位置におけるイオンビーム１の平行度を求め、全走査位置においてイオンビーム１が平行となるように制御信号を駆動機構７・７に出力するようになっている。

【００２８】上記の構成において、イオン注入装置の動作について説明する。

【００２９】先ず、イオンビーム１がＨ１電極２・２により偏向されることによって、水平方向に偏向された後、Ｈ２電極３・３間を通過することになる。この際、Ｈ２電極３・３には、Ｈ１電極２・２に印加される走査電圧とは逆位相の走査電圧が印加されている。また、Ｈ１電極２・２およびＨ２電極３・３の電極長ｌ₁・ｌ₂ および電極間距離ｄ₁・ｄ₂は、ｌ₁／ｄ₁＝ｌ₂／ｄ₂の関係式を満足する値に設定されている。従って、Ｈ１電極２・２により偏向されたイオンビーム１は、Ｈ２電極３・３間を通過する際に、逆方向に偏向されることによって、計算上はイオンビーム１が平行に進行することになるが、Ｈ２電極３・３間を通過する際に、正電位側の電極近傍に位置する高電位部を通過するため、一旦減速されてから再び加速されて元の速度に復帰することになる。これにより、イオンビーム１は、電位が０であるときよりも通過時間が増大することにより大きな偏向角でもって偏向されるため、実際には内側方向に進行することになる。

【００３０】即ち、Ｈ１電極２・２とＨ２電極３・３との距離Ｌ_Hを１５００ｍｍ、Ｈ１電極２・２およびＨ２電極３・３への印加電圧Ｖを１００ＫｅＶ、Ｈ１電極２・２の電極間距離ｄ₁を５０ｍｍ、Ｈ１電極２・２の電極長ｌ₁を１５０ｍｍ、Ｈ２電極３・３の電極間距離ｄ₂を２５０ｍｍ、Ｈ２電極３・３の電極長ｌ₁を７５０ｍｍとした条件においては、上述のように、イオンビーム１が0.６°中心方向に偏向して進行することになる。

【００３１】上記のイオンビーム１は、ファラデー部９の多点フロントファラデーおよび多点バックファラデーに入射することになり、これらのファラデーによりビーム電流が検出されることになる。検出されたビーム電流は、平行度調整装置８に入力されることになり、平行度調整装置８は、ファラデー部９からのビーム電流を基にしてイオンビーム１の平行度を求めることになる。さらに、平行度調整装置８は、求めた平行度に応じて制御信号を出力し、この制御信号により駆動機構７・７を介してＨ２電極３・３を移動させることによって、イオンビーム１の平行度が所定の範囲内に収まるように制御することになる。

【００３２】即ち、駆動機構７・７によりＨ２電極３・３の電極間距離ｄ₂が２５０ｍｍから２６０ｍｍに拡大されると、（６）式および（７）式より、ｔａｎθ₁＝（１０・１５０）／（２・１００・５０）＝0.１５ｄ₂'＝（１５００−７５０／２）・0.１５＝１６8.７５ｔａｎθ₂'＝（１０・７５０）／（２（１００−（１６8.７５／２６０）１０）２６０）＝0.１５４ θ₂'＝ｔａｎ^-10.１５４＝8.８＝−0.３となり、イオンビーム１が0.３°内側向きとなり、初期条件時の0.６°から平行度が向上したものになっている。

【００３３】このように、本実施例のイオン注入装置は、Ｈ２電極３・３の電極間距離を駆動機構７・７により任意に変更可能にし、イオンビーム１の平行度をファラデー部９および平行度調整装置８により求め、イオンビーム１が平行となるようにＨ２電極３・３の電極間距離を調整するようになっている。

【００３４】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。

【００３５】尚、本実施例におけるイオン注入装置は、水平方向の１方向にイオンビーム１を走査するようになっているが、これに限定されることはなく、水平方向および垂直方向の２方向にイオンビーム１を走査するようになっていても良い。そして、この場合には、Ｈ２電極３・３に相当する垂直方向の電極対に駆動機構７・７を設けることによって、水平方向および垂直方向の２方向の平行度を向上させることが可能になる。また、本実施例においては、Ｈ１電極２・２およびＨ２電極３・３の２段の電極対によりイオンビーム１を平行走査するようになっているが、さらに多くの電極対によりイオンビーム１を平行走査するようになっていても良い。

【００３６】また、本実施例における駆動機構７・７は、Ｈ２電極３・３の電極面の平行状態を維持させながら、Ｈ２電極３・３の電極間距離を変更させるようになっているが、これに限定されることはなく、Ｈ２電極３・３の一方側のみの電極間距離を変更させるようになっていても良い。さらに、本実施例の駆動機構７・７には、電極間距離を変更させる部材としてシリンダー７ａが用いられているが、これに限定されることもなく、例えばラックおよびピニオンが用いられていても良い。

【００３７】

【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、２段目以降の電極対に設けられ、この電極対の電極間距離を変更可能な電極対駆動手段と、イオンビームの平行度を求め、イオンビームが平行となるように電極対の電極間距離を上記電極対駆動手段により変更させる平行度調整手段とを有している構成である。

【００３８】これにより、平行度調整手段が電極対駆動手段により電極対の電極間距離を変更させ、イオンビームが平行走査されるように制御するため、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】各電極とイオンビームとの関係を示す説明図で
ある。

【図３】従来例を示すものであり、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２Ｈ１電極３Ｈ２電極４発振器５ウエーハ６絶縁部材７駆動機構（電極対駆動手段）８平行度調整装置（平行度調整手段）９ファラデー部（平行度調整手段）１０プラテン

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【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、２段目以降の電極対に設けられ、この電極対の電極間距
離を変更可能な電極対駆動手段と、イオンビームの平行度を求め、イオンビームが平行とな
るように上記電極対の電極間距離を上記電極対駆動手段
により変更させる平行度調整手段とを有していることを
特徴とするイオン注入装置。