JPH09213260A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】調整された減速電源の必要性のないイオン注入
装置の、フライトチューブと基板ホルダー間に必要な減
速電位差を発生するための装置を提供する。 【解決手段】本発明のイオン注入装置は、イオン注入さ
れる基板（30) に対するホルダー（31) 、イオン源（2
1) 、イオン源からのイオンが基板ホルダーに向かって
飛翔するフライトチューブ、イオン源とフライトチュー
ブ間に加速バイアスを与えるために接続された加速電源
（24) 、基板ホルダーからフライトチューブへ、基板或
いは基板ホルダーによって吸収されるネットのビーム流
を導くために接続された制御可能な電流路であって、前
記電流路は、ネットのビーム流のみを導いている間前記
電流路にわたって制御された電位降下を生じるように制
御可能であり、それによって前記減速バイアスを生成
し、且つ前記減速バイアスを維持して所望の注入エネル
ギーにイオンを減速するために前記電流路を制御するよ
うに動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、特に、半導体デバイス
の製造に用いられるイオン注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造において、選択さ
れた導電率を変え、いろいろな極性の大多数の荷電キャ
リアを有する、半導体基板内に領域を作るために、選択
されたドーパントの原子或いは分子を拡散、或いは注入
することによって、半導体基板の材料（代表的にはシリ
コン）を変更することが必要である。代表的なドーパン
ト材料はホウ素、リン、ヒ素、及びアンチモンである。
イオン注入装置を用いて半導体基板にドーピングするこ
とは、半導体デバイスの製造においては益々重要な方法
になってきている。何故ならばこれは、小さなデバイス
の形状を作ることを可能にし、その結果、半導体デバイ
スに対して全サイズを減少し、動作速度を増加するから
である。

【０００３】代表的なイオン注入装置は、米国特許第
4,754,200号明細書に記載されている。一般に、イオン
注入装置はイオン源を有し、そのイオン源においてプラ
ズマが所望のドーパント原子又は分子の正のイオンを生
成する。必要なイオンはイオン源から引き出され、イオ
ンが質量選択装置を通過される所定のエネルギーに加速
される。質量選択装置は代表的には、磁界を有し、その
磁界において、イオン源からのイオンの飛行通路の曲率
半径は個々のイオンの質量／電荷比に依存している。磁
界領域の後にある質量選択装置は、選択された質量／電
荷比のイオンをターゲットの基板へ通過するようにす
る。イオン注入の前に、半導体基板、即ち代表的にはホ
トレジストの所望のパターンを有するシリコンウェハが
用意され、その結果イオンは、所望のウェハの選択領域
にのみ注入される。

【０００４】イオンがシリコンウェハに注入される深さ
は、それらがウェハ表面に衝突するイオンのエネルギー
に依存する。小さな、且つ速い半導体デバイスに対する
要求が増大するにつれて、注入点での比較的低いエネル
ギーのイオンの使用を要求するウェハにおける非常に浅
い構造を製造する必要性が増大している。一方、イオン
源からのイオンの抽出のための最小の必要エネルギーが
ある。この最小の抽出エネルギー以下では、イオン源か
らのイオン流は減少された抽出エネルギーの関数として
減少する。基板上に衝突するビーム流の必要な高レベル
を維持するために（処理スピードを最大にするため
に）、効率的な抽出を得るのには抽出エネルギーは最小
値以下であるべきでない。空間電荷の消散効果を最小に
するために、注入装置の質量選択セクションを介して抽
出エネルギーでイオンを維持することも好都合である。
従って、抽出エネルギー以下の注入エネルギー（質量の
選択されたイオンが基板に衝突するエネルギー）を達成
するために、質量選択後にイオンを減速する必要があ
る。

【０００５】従来の技術において、質量選択後の減速
は、注入されるべき半導体ウェハのホルダーと、注入装
置の質量選択の一部にある均一なエネルギーを与えるフ
ライトチューブ間に接続された追加の可変電源を使用し
て、行われていた。電源は、電源の両端に接続された抵
抗を介して電流を供給する調整電力供給源によって与え
られる。この抵抗は、電源が適切な電圧変動を維持する
ことができるように、充分な順電流が電源を介して引き
出されることを確実にするするために設けられる。質量
選択後の減速のためのこのような装置は充分満足のいく
ように動作するが、追加の調整電源の設備は費用のかか
る解決手段であり、電源は、０．５ｋＶから１．５ｋＶ
の範囲にわたって調整された電圧を供給しなければなら
ないことが理解される。更に、減速電源を通しての順電
流が低くなりすぎる場合には、依然として困難性があ
る。

【０００６】以下の記載および特許請求の範囲におい
て、イオン注入装置の“フライトチューブ”が言及され
ている。既知のプラクティスに従って、通常全て共通の
電位にある装置の質量分析セクションの金属の働きを参
照するために、“フライトチューブ”と言う用語はこの
明細書及び特許請求の範囲の全体をとおして用いられて
いる。ターゲットの基板（それは通常接地電位にある
か、それに近い）に関して、フライトチューブの電位
は、イオンビーム（正イオンと仮定）の質量選択後の加
速に対して正であり、質量選択後の減速に対して負であ
る。図１に質量選択後の減速のための従来の装置におけ
る電流の流れの概略が示されている。図１において、図
の上部はイオン源を表し、図の下部はイオン注入される
べき半導体ウェハ、或いは半導体ウェハのない場合のイ
オンビームを吸収するために用いられる装置のビーム停
止（ビームストップ）を表す。調整電源は、イオン源
と、イオン注入装置の質量選択装置のフライトチューブ
間に符号１０で示された必要な加速電位を与える。この
フライトチューブは図の中央の水平線によって表され
る。加速電源からの流は、ソースから加速電源電圧に相
当するエネルギーに加速された正イオンのビームとして
イオン源から効率よく流れる。イオン源を離れるこのビ
ーム流は、図の電流源１１からの加速ビーム電流（Ｉ
_accel) と呼ばれる。

【０００７】この加速ビーム電流はイオン源とフライト
チューブ間に印加された電圧によって発生されるが、全
てのビーム電流はフライトチューブに戻らない。必要な
質量／電荷値の質量選択されたイオンはフライトチュー
ブを出て、図の記号１２で示された半導体ウェハ或いは
ビーム停止（ビームストップ）まで連続する。一般に、
半導体ウェハ或いはビーム停止上に衝突する質量選択さ
れたイオンはネットのビーム電流（Ｉ_beam) ＜（Ｉ
_accel ) を表すウェハ或いはビーム停止に流れる正のネ
ット電流を生じる。フライトチューブから出る選択され
たイオンのエネルギーを減少するために、図の符号１３
に示された減速電源が、フライトチューブと半導体ウェ
ハ或いはビーム停止間に逆電位を印加するために接続さ
れる。従って、選択されたイオンは加速電源電圧１０と
減速電圧１３間の差に相当するエネルギーで半導体ウェ
ハ或いはビーム停止上に衝突する。

【０００８】減速電源１３が電圧変動率を維持するため
に、順電流が電源をとおして流れることを確実にするこ
とが重要であり、これは電源１３の端子間に減速電源の
負荷抵抗１４を接続することによって達成される。減速
電源の負荷抵抗１４を通して流れる電流は、減速電源１
３を介する順電流（Ｉ_decel ) と半導体ウェハ或いはビ
ーム停止１２によって吸収されるネットのビーム電流Ｉ
_beamを加えたものである。もし、残留ビーム電流Ｉ_beam
が大きすぎると、減速電源１３をとおる順電流Ｉ _decel
は、電源が適切な電圧変動率を維持するには低すぎる。
本発明は、これらの問題を解決し、調整された減速電源
の必要性のないイオン注入装置の、フライトチューブと
基板ホルダー間に必要な減速電位差を発生するためのシ
ステムを提供する。

【０００９】本発明によると、イオン注入装置は、イオ
ン注入されるべき基板に対するホルダー、基板に注入す
るためのイオン源、イオン源からのイオンが基板ホルダ
ーに向かって飛翔するフライトチューブ、所望の注入エ
ネルギーを越えて所定のエネルギーにイオンを加速する
ように、イオン源とフライトチューブ間に加速バイアス
を与えるために接続された加速電源、基板ホルダーから
フライトチューブへ、基板或いは基板ホルダーによって
吸収されるネットのビーム流を導くために接続された制
御可能な電流路であって、前記電流路は、ネットのビー
ム流のみを導いている間前記電流路にわたって制御され
た電位降下を生じるように制御可能であり、それによっ
て基板ホルダーとフライトチューブ間に減速バイアスを
生成し、且つ前記減速バイアスを維持して所望の注入エ
ネルギーにイオンを減速するために前記電流路を制御す
るように動作する制御装置を有する。

【００１０】この構成は、通常の減速電源を必要とせ
ず、所望の減速バイアスを維持するために基板或いは基
板ホルダーによって吸収されるネットのビーム流を導く
電流路の制御を用いることが直ちに明らかになるであろ
う。代表的な注入装置において、基板ホルダーは各々の
そのアーム上に半導体ウェハを保持するのに適した回転
可能なスパイダーを有することができる。イオン注入中
に、このスパイダーはビームがウェハを全体に平坦に走
査するように、回転され、並進運動される。ビーム停止
は、走査工程中にスパイダーを通過するイオンビーム或
いはその一部を吸収するためにスパイダーの後ろ側に配
置される。ビーム停止或いはスパイダーは電気的に一緒
に接続されてもよい、また上述の可変抵抗によって導か
れるネットのビーム流は、スパイダーによって、及びビ
ーム停止によって、全てのウェハによって吸収されるビ
ーム流を有する。ここで基板ホルダーはこの明細書の文
脈において、動作中に基板を支持するために直接係わる
装置の部分のみでなく、イオンビームが注入エネルギー
で衝突するたの部分をも含むように解釈されるべきであ
り、その結果前記減速バイアスを与えるために充分な電
位降下を生じる注入動作中に、制御可能な電流路を介し
て連続的に流れるネットの電流がある。

【００１１】ここで、前記制御可能な電流路をとおって
流れる、ネットのビーム電流と呼ばれる全電流は、更に
電位センサーによって必要とされる負荷のような他の源
（ソース）からの寄与を含むことが、この分野の当業者
によって理解されるであろう。最も簡単な形状において
は、制御可能な電流路は可変抵抗の形をとるが、全ての
制御可能な通路（パス）は、ビーム流のみを導いている
間、必要な電位降下を与えるように調整され得る能動素
子或いは受動素子を含むと考えられるべきである。好ま
しくは、前記制御可能な電流路は直列に接続されたｎ個
（ｎ＞１）の電界効果トランジスタを有する。前記制御
可能な電流路は、隣接する一対の抵抗間にｎ−１のタッ
プ点を有する電位分割器を形成するために前記直列に接
続された電界効果トランジスタと並列に接続された複数
の直列接続されたバイアス抵抗と、制御可能な電流路の
ための制御端子を形成するゲート端子を有する、前記直
列の一端にある電界効果トランジスタと、電位分割器の
それぞれの前記タップ点に接続されたゲート端子を有す
る直列の、残りのｎ−１個の電界効果トランジスタを有
し、それらにより導かれたネットのビーム流による直列
の電界効果トランジスタの両端の全電圧降下は、電界効
果トランジスタ間に分配される。

【００１２】好ましくは、コントローラは、制御可能な
電流路によって生じた減速バイアスを、イオンを所望の
注入エネルギーに減速するために選択された所定のバイ
アス値と比較する比較器を有し、前記比較に応答して、
前記所定のバイアス値に近い前記減速バイアスを維持す
るように前記電流路を制御する。このコントローラは基
板ホルダーとフライトチューブ間に接続され、前記減速
バイアスを表す信号を与えるタップを有する電位分割器
と、前記所定のバイアス値を表す信号を受信するために
接続された第１の入力と前記減速バイアス信号を受信す
るために接続された第２の入力を有する高利得差動増幅
器と、制御可能な電流路のための制御信号を供給するた
めに接続されている増幅器の出力を有する。代わりに、
コントローラは、基板上に衝突するイオンビームの注入
エネルギーを表す信号を与えるセンサーと、前記センサ
ーによって感知された注入エネルギーの信号を所望の注
入エネルギーを表す基準信号と比較する比較器を有して
もよく、前記コントローラは、前記電流路を制御するた
めに動作して、前記所望の注入エネルギーに近い前記感
知された注入エネルギーを維持する。

【００１３】好ましくは、基板ホルダーの前のビーム路
の回りに配置された抑制電極と、所望のイオンと反対の
極性を有するビームの荷電粒子が減速バイアスによって
ビームの外へ加速されるのを抑制するために、前記抑制
電極にバイアスを与える抑制電源を有する。この抑制電
極とバイアス電源は、基板及びホルダーに到達するビー
ムにおける前記逆極性の粒子（代表的には電子）の電流
を減少し、その結果減速バイアスを発生するために本装
置のフライトチューブへ制御可能な電流路によって導か
れるべき充分なネットのビーム流はそのままである。本
発明は、所望の注入エネルギーより大きなトランスポー
トエネルギー(transport energy)へイオン源からのイオ
ンを加速するステップと、注入するために必要なイオン
のビームを生成するために前記トランスポートエネルギ
ーで質量選択をするステップと、前記所望の注入エネル
ギーで基板を衝突するために、質量選択されたイオンの
ビームを減速するステップを有する、所望の注入エネル
ギーで基板にイオンを注入する方法を意図しており、基
板は、基板上に衝突する所望のイオンからネットのビー
ム流を吸収し、更に本方法は、制御可能な電流路に沿う
前記ネットのビーム流を導びいて、前記ビームを減速す
るための減速バイアスを与える前記電流路にわたって電
位降下を発生するステップと、前記減速バイアスを感知
するステップと、前記感知した減速バイアスを減速され
たイオンにおける所望の注入エネルギーを生成するため
に選択された所定のバイアス値と比較するステップと、
前記感知された減速バイアスが所定のバイアス値に相当
するように電流路を制御するステップを有する。所望の
イオンと逆極性の荷電粒子は、減速バイアスによってビ
ームの外へ加速されることから抑制されるのが好まし
い。

【００１４】

【実施の形態】本発明の実施の形態は添付図面を参照し
て説明されるであろう。図２は、上述の図１の従来例と
共通の特徴を有している。従って、加速電源１０はイオ
ン源と本装置のフライトチューブ間に所望の加速バイア
スを与える。イオン源から抽出される全体のビームは全
ビーム電流Ｉ_accel を有している。本装置のフライトチ
ューブを離れ、半導体ウェハ１２へ向かう選択されたイ
オンは、ゥェハによって吸収されるネットのビーム電流
Ｉ_beamを有するビームを形成する。図１の減速電源の代
わりに、図２に示される本発明を実施する装置において
は、制御可能な電流路１５が、フライトチューブと半導
体ウェハ用のホルダー間に接続される。ウェハによって
吸収される電流Ｉ_beamは、電流路にわたって制御可能な
電圧降下を生じるフライトチューブに戻る電流路１５を
介して導かれる。電流路１５用のコントローラは比較器
を有し、ライン１７上の比較器の１つの端子に印加され
た減速電圧（Ｖ_demand) の基準値をフライトチューブと
ウェハホルダー間に接続された電位分割器１８，１９か
ら比較器１６の他の端子に印加される減速バイアス電圧
の実際の値と比較する。比較器１６に印加された電圧信
号間の差は増幅され、電流路１５を制御するライン２０
上の制御信号を調節するために用いられる。

【００１５】電流路１５は、ウェハから注入装置のフラ
イトチューブへネットのビーム流を導くとき、抵抗の両
端の必要な減速バイアス電位を生成する値に自動的に調
整される可変抵抗値として動作する。しかし、実施の形
態においては、電流路１５は、それがビーム流を導いて
いる間所望の電位降下を与えるために制御される限りで
は、オームの法則に従う意味での抵抗性でないかも知れ
ない。“可変抵抗”については以下を参照して解釈され
るべきである。図３は、可変抵抗が注入装置にどのよう
に接続されるかを示している。図示の注入装置は、必要
なイオン（通常正イオン）がビーム２２として抽出さ
れ、分析マグネット２３に供給されるイオン源２１を有
する。このイオン源からイオンを抽出し、それらを適当
な運搬及び分析のために必要なエネルギーに加速するた
めに、イオン源２１は、加速バイアス電源２４によって
分析マグネット２３の構造に関して加速バイアスに維持
される。

【００１６】実際には、この技術分野における既知の手
続きに従って、抽出電極２５はイオン源からイオンを抽
出するために設けられることができる。この電極２５
は、分析マグネットの構造に接続されている。イオン源
２１は、周知のフリーマン(Freeman) 或いはバーナス(B
ernas)のイオン源構造の形状をとることができる。分析
マグネット２３内で、イオンのビーム２２は、図示され
たようにイオンを曲げる磁界を通過して、質量選択領域
２６に現れる。分析マグネット２３におけるイオンのパ
スの曲率半径は、この分野の当業者に知られているよう
に、ビームにおけるイオンの質量／電荷比に依存する。
質量選択ユニット２６において、イオンの所望の質量／
電荷比は、スリット２８を構成する質量選択電極２７に
よって選択され、それを通して所望の質量／電荷比のイ
オンのみが通過する。質量選択ユニット２６内の構造及
び電極は、加速電源ユニット２４によってイオン源２１
に関して決定され、分析マグネットと同じ電位にある。

【００１７】質量選択されたイオンは、チューブ２９に
沿って質量選択ユニット２６から現れ、ホルダー３１に
支持された半導体ウェハ３０を打つ。チューブ２９は、
質量選択領域２６のフライトチューブの一部に電気的に
接続され、マグネット２３を形成する。ビーム電流を最
大にするために、代表的にはイオンは、２ｋｅＶ〜１５
ｋｅＶ、例えば約１０ｋｅＶの最小抽出エネルギーでイ
オン源から抽出される。このエネルギーは、イオンが注
入されるべき基板３０に向かってチューブ２９から現れ
るまで、質量選択領域２６のフライトチューブ全体で維
持される。しかし、前に説明されたように、イオンが基
板３０を叩くエネルギーがこれよりかなり低い、数百エ
レクトロンボルト程度であることが必要であるかも知れ
ない。従って、チューブ２９から現れる質量選択された
イオンのビームを減速するために、逆バイアス電圧が基
板３０とフライトチューブ（加速電源ユニット２４によ
ってセットされたイオン源に関する電位にある）間に印
加されなければならない。

【００１８】基板ホルダー３１を収容するハウジング
が、絶縁体３２によってフライトチューブと質量選択ユ
ニット２６に対して取り付けられる。可変抵抗３３は基
板３０のホルダー３１（およびターゲットハウジング３
４）とチューブ２９の構造（および分析マグネット２３
の構造と一緒に質量選択ユニット２６のためのハウジン
グ、以下、それらは一緒に便宜上フライトチューブと呼
ばれる）間に接続される。減速バイアスを表す、ホルダ
ー３１とフライトチューブ間の電位差がライン３５上に
供給される基準値に実質的に等しくなるように、抵抗３
３の値が制御される。実際には、基板とホルダーは通常
接地電位に接続され、可変抵抗３３はフライトチューブ
における接地に関して負の電位を生成する。この電位は
イオンビームに印加された減速バイアス電圧である。

【００１９】抑制電極３６は、チューブ２９を離れるビ
ームの回りに配置され、フライトチューブに対して負の
電位にバイアスされる。この抑制電極３６は、ビーム内
で飛翔する電子を反発し、電子が電極３６のビームの上
流から減速バイアスによって加速されるのを防止する電
位障壁を与える。抑制電極は、また抵抗３３の両端に減
速バイアスを発生するために正のイオンからの適当なネ
ットのビーム流があることを確実にして、基板上に衝突
するビームにおける電子流を減少する。図４はコントロ
ーラと共に可変抵抗３３の形態をより詳細に示す。抵抗
は注入装置のフライトチューブを表す下側のライン４０
と、半導体ウェハようのホルダーを表す上側のライン４
１間に直列に接続された多くの同じ電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ３０から形成される。従って、下
側のラインは「注入装置のビームライン電位(Implaner
Beamline Potential) 」と通常呼ばれるものに接続さ
れ、上側のラインは「注入装置の接地(Implaner Groun
d) 」と通常呼ばれるものに接続されるてもよい。この
注入装置のビームライン電位は、図４に示された電子回
路のために、電界効果トランジスタＱ１〜Ｑ３０によっ
て形成された可変抵抗の値を制御するための０ボルトと
して実行される。実際には、注入装置の接地は、注入装
置のビームラインが可変抵抗の両端に発生された減速バ
イアスによって決められる負の電位にあるように外部接
地に接続される。

【００２０】図４において、ＦＥＴｓは、絶縁破壊以下
のドレイン−ソース電圧の高い値で動作するように設計
された同じ高電圧ユニットである。１ｋＶを越えるドレ
イン−ソース電圧を有するこの種のトランジスタが利用
可能である。一例として、使用されるトランジスタはPH
ILIPS のBUK456-1000Bによって知られている。図示され
ているように、全部で３０のトランジスタは、１ユニッ
トのソースと次のトレインが接続されて一列にに接続さ
れている。３０の直列接続された抵抗Ｒ７〜Ｒ３６も、
直列接続されたＦＥＴｓに並列に接続される。抵抗Ｒ７
〜Ｒ３６の各々は同じ値を有しており、それによって抵
抗Ｒ７〜Ｒ３６の隣接する対の間にタップ点Ｐ１〜Ｐ２
９を与える。２９個のＦＥＴｓＱ３０〜Ｑ２は、抵抗Ｒ
７〜Ｒ３６によって形成された電位分割器のタップ点Ｐ
１〜Ｐ２９にそれぞれ接続されたゲート端子を有してい
る。一連のトランジスタの一番下にあるＦＥＴＱ１は、
ゲート端子を有していて、以下に説明される制御エレク
トロニクスからライン４２上に制御信号を受けるために
接続される。

【００２１】抵抗Ｒ７〜Ｒ３６の各々は、これらの抵抗
によって形成された電位分割器への電流の流れを最小に
するように比較的高い値を有しているが、それぞれのタ
ップ点に接続される電界効果トランジスタの各々のゲー
トをチャージする電流を与えるには充分である。抵抗Ｒ
７〜Ｒ３６は、それぞれのトランジスタＱ３０〜Ｑ２の
ソース端子はタップ点Ｐ１〜Ｐ２９での電圧（各トラン
ジスタ上のバイアス電圧Ｖ_GS以下）に相当する電圧であ
ることを効果的に保証することが判るであろう。結果と
して、全てのトランジスタＱ１〜Ｑ３０はライン４０と
４１間の全電位差を実質的に等しく分配するように制御
される。最も下側のトランジスタＱ１のみは制御エレク
トロニクスによって直接制御される。しかし、例えば、
トランジスタＱ１の実効的なドレイン−ソース抵抗を減
少するために、トランジスタＱ１に印加されたバイアス
電圧（Ｖ_GS）の変化は、そのバイアス電圧における対応
する変化を生じて、隣のトランジスタＱ２のソース上の
電圧を減少し、以下一連のトランジスタに沿って同様
に、減少する傾向にある。

【００２２】一連のトランジスタは注入装置の接地ライ
ン４１に接続されると述べたけれども、この接続は、実
際には低い値の抵抗Ｒ２０を介して行われ、最小の減速
バイアスに対するターンハードオン(turned hard ON)さ
れたとき、トランジスタＱ１〜Ｑ３０を保護する。抵抗
Ｒ２０は、イオン源から接地への外部エアーアークの場
合に、電流制限を付加的に与える。また、一番下のトラ
ンジスタは、低い値の抵抗Ｒ４０を介して注入装置のビ
ームライン電位４０に接続されている。この抵抗は一連
のトランジスタを通して流れる電流を実質的に感知し、
この電流に相当する、ライン４３上に電圧信号を与え
る。抵抗Ｒ４０に並列に接続されたツェナーダイオード
Ｄ３１は、約２５ｍＡを越える電流負荷から抵抗を保護
する。注入装置の接地４１とビームライン電位４０間の
実際の減速バイアスは、何時でも一連の抵抗Ｒ１〜Ｒ６
を有する電位分割器によって感知される。抵抗Ｒ５とＲ
６間のタップは、減速電位に相当するライン４４上に、
この特別の注入装置における最大１０ボルトを有する比
較的低い電圧信号を与える。

【００２３】ライン４３と４４上の信号は、バッファ回
路Ｕ４とＵ１においてバッファされ、注入装置の何処か
で使用するために電流および電圧のフィードバック信号
として端子４５と４６へそれぞれ供給される。しかし、
バッファされた減速電圧フィードバック信号は、高いゲ
インのオペアンプ（Operational amplifier: 演算増幅
器) の非反転入力へも供給され、そこでフィードバック
信号は端子４７へ供給された所望の減速バイアスを示す
基準信号と比較される。オペアンプＵ３は、その出力端
子と反転入力端子間に接続された、直列接続のキャパシ
タＣ１と抵抗Ｒ３９を有する。抵抗４１は、端子４７か
らオペアンプの反転端子に供給される基準信号と直列に
接続される。オペアンプＵ３の出力からの信号は、さら
にオペアンプＵ２にバッファされ、従って、抵抗Ｒ３８
と更にＲ３７を介してＦＥＴＱ１のゲート端子によって
表される、可変抵抗の制御端子に供給される。

【００２４】入力抵抗Ｒ４１と共に、キャパシタＣ１と
抵抗Ｒ３９によって表される示されるフィードバック接
続を有するアンプＵ３は、低い周波数で非常に高い順利
得を有しており、その結果電界効果トランジスタＱ１の
ゲートに印加された、ライン４２上の信号は、可変抵抗
がライン４０と４１間の減速バイアスを正確にセットす
るように制御され、ライン４４上の信号は、端子４７上
の基準信号によって表される所望の減速バイアス値と等
しくないなら、非常に近く維持される。抵抗Ｒ３９とキ
ャパシタＣ１によって与えられるフィードバックは、制
御システムに精通している者に良く知られた仕方で、こ
こで例示された制御システムを安定にする。バァファＵ
２の出力の両端に接続されたツェナーダイオードＤ３２
は、ライン４０上のビームライン電位に関してライン４
２上の制御信号の振幅を制限する。

【００２５】上述の本発明の例は、可変抵抗モードで動
作する高電圧電界効果トランジスタの直列接続を参照し
て述べられたが、減速バイアス抵抗の、同様な制御を他
の方法で行うことができる。例えば、適当に制御される
サーボメカニズムによって駆動される機械的可変抵抗を
用いることができる。ネットビーム電流に対して戻り路
を与える可変抵抗のために用いられる電流制御デバイス
の他の例は、 ａ）直列接続の一連の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ(IGBTs) 、 ｂ）直列接続の一連のバイポーラトランジスタ、 ｃ）三極管、四極管、五極管等のようなグリッド制御型
熱電子管、である。

【００２６】戻りビーム電流の制御デバイスのための重
要なパラメータは、 i) 一連のＩＧＢＴ、ＦＥＴ又はバイポーラデバイスに
対して、各１ｋＶの電圧能力が必要である。単一の電子
管デバイスは１５ｋＶを越える電圧能力を有している。 ii) デバイスに対する制御電流は、サブ−ミリアンペア
のビームの制御するために充分に低くする必要がある。
この出願において記載されたＦＥＴアッセンブリは、テ
ストにおいて１１０μＡ以下で動作する。ＩＧＢＴｓと
特にバイポーラデバイスは大きな制御電流を有してい
る。 上記において、可変抵抗（或いは電流路）は、抵抗の両
端の電位降下を監視することによって所望の減速バイア
ス値を与えるように制御される。代わりに、可変抵抗
は、所望の注入エネルギーを与えるように直接制御され
てもよい。実際の注入エネルギーを表す信号は基板に関
してイオン源（図３の符号２１）の電位に比例する電圧
であり、正である。実際の注入エネルギーの信号の増加
は、可変抵抗の両端に生じた減速バイアスにおける対応
する増加によって補償される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のイオン注入装置の電流の流れを示す図で
ある。

【図２】本発明によるイオン注入装置の電流の流れを示
す図である。

【図３】本発明によるイオン注入装置の簡略化した断面
図である。

【図４】要求される制御エレクトロニクスと共に、図２
と図３の実施の形態で使用される可変抵抗の実施の形態
を示す回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック ジー プラム イギリス ウェスト サセックス アール エイチ13 68キュウー ホーシャム ディ ッキンス ウェイ ２

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン注入装置であって、 イオン注入されるべき基板用のホルダーと、 基板に注入するためのイオン源と、 前記イオン源からイオンが前記基板ホルダーに向かって
   飛翔するフライトチューブと、 所望のイオンエネルギーを越えて所定のエネルギーにイ
   オンを加速するために、前記イオン源とフライトチュー
   ブ間に加速バイアスを与えるように接続された加速電源
   と、 前記基板ホルダーからフライトチューブへ基板或いは基
   板ホルダーによって吸収されるネットのビーム電流を導
   くように接続された制御可能な電流路であって、前記ネ
   ットのビーム電流を導いている間前記電流路にわたって
   制御された電位降下を生成するために制御可能な電流路
   と、それにより前記基板ホルダーとフライトチューブ間
   に減速バイアスを与え、且つイオンを所望の注入エネル
   ギーに減速するために、前記減速バイアスを維持するよ
   うに前記電流路を制御するために動作するコントロー
   ラ、とを有するイオン注入装置。
2. 【請求項２】前記制御可能な電流路は、直列に接続され
   たｎ個（ｎ＞１）の電界効果トランジスタを有する請求
   項１に記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】前記制御可能な電流路は、前記直列接続さ
   れた電界効果トランジスタと並列に接続された複数の直
   列接続されたバイアス抵抗を有して、抵抗の隣接する対
   間にｎ−１のタップ点を有する電位分割器を形成し、前
   記直列の接続の一端にある電界効果トランジスタは、制
   御可能な電流路用の制御端子を形成するゲート端子を有
   しており、且つ前記直列の残りのｎ−１の電界効果トラ
   ンジスタは前記電位分割器のそれぞれの前記タップ点に
   接続されたゲート端子を有しており、それにより導かれ
   たネットのビーム電流による前記直列の電界効果トラン
   ジスタの両端の全電圧降下が電界効果トランジスタ間で
   分配されることを特徴とする請求項２に記載のイオン注
   入装置。
4. 【請求項４】前記コントローラは、所望の注入エネルギ
   ーにイオンを減速するために、制御可能な電流路によっ
   て生成された減速バイアスを選択された所定のバイアス
   値と比較する比較器を有し、前記比較器に応答して、前
   記電流路を制御し、前記所定のバイアス値に近い前記減
   速バイアスを維持することを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれか１つに記載のイオン注入装置。
5. 【請求項５】前記コントローラは、前記基板ホルダーと
   フライトチューブ間に接続され、前記減速バイアスを表
   す信号を与えるタップを有する電位分割器と、前記所定
   のバイアス値を表す信号を受信するために接続された第
   １の入力と前記減速バイアス信号を受信するために接続
   された第２の入力を有する高利得差動増幅器を有し、前
   記増幅器の出力は、制御可能な電流路に対して制御信号
   を供給するために接続されていることを特徴とする請求
   項４に記載のイオン注入装置。
6. 【請求項６】基板ホルダーの前にビーム路の回りに配置
   された抑制電極と、前記抑制電極をバイアスするために
   配置された抑制電源を有し、所望のイオンと反対の極性
   を有する、ビーム中の荷電粒子が減速バイアスによって
   ビームの外へ加速することを抑制するようにした請求項
   １乃至５の何れか一つに記載のイオン注入装置。
7. 【請求項７】所望の注入エネルギーで基板にイオンを注
   入する方法であって、 イオン源からのイオンを所望の注入エネルギーより大き
   な移動エネルギーに加速するステップと、 注入するために必要なイオンのビームを生成するため
   に、前記移動エネルギーで質量選択するステップと、 前記所望の注入エネルギーで基板に衝突するために、質
   量選択されたイオンのビームを減速しするステップを有
   し、 前記基板は、基板上に衝突する所望のイオンからネット
   のビーム流を吸収し、更に、前記方法は、 前記ビームを減速するための減速バイアスを与える、電
   流路にわたって電位降下を発生するように、制御可能な
   電流路に沿って前記前記ネットのビーム電流を導くステ
   ップと、 前記減速バイアスを感知するステップと、 前記感知された減速バイアスを前記減速されたイオンに
   おける所望の注入エネルギーを生成するために選択され
   た所定のバイアス値と比較するステップと、 前記感知された減速バイアスが所定のバイアス値に相当
   するように、電流路を制御するステップ、を有するイオ
   ンを注入する方法。
8. 【請求項８】所望の注入エネルギーで基板にイオンを注
   入する方法であって、 イオン源からのイオンを所望の注入エネルギーより大き
   な移動エネルギーに加速するステップと、 注入するために必要なイオンのビームを生成するため
   に、前記移動エネルギーで質量選択するステップと、 前記所望の注入エネルギーで基板に衝突するために、質
   量選択されたイオンのビームを減速しするステップを有
   し、 前記基板は、基板上に衝突する所望のイオンからネット
   のビーム流を吸収し、更に、前記方法は、 前記ビームを減速するための減速バイアスを与える、電
   流路にわたって電位降下を発生するように、制御可能な
   電流路に沿って前記前記ネットのビーム電流を導くステ
   ップと、 基板上に衝突するイオンの注入エネルギーを感知するス
   テップと、 前記感知された注入エネルギーを前記所望の注入エネル
   ギーと比較するステップと、 前記感知された注入エネルギーが所定の注入エネルギー
   に相当するように、電流路を制御するステップ、を有す
   るイオンを注入する方法。
9. 【請求項９】前記所望のイオンと反対の極性の荷電粒子
   は、基板上に衝突する前にビームから除去されることを
   特徴とする請求項７或いは請求項８に記載のイオンを注
   入する方法。