JP2004192905A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】質量分離用のマグネットが発生する磁場に対して微妙に影響を与え、マルチポールでビームの微細な調整が可能となり、イオンビームの均質性の向上と調整を短時間にできる装置を提供する。
【解決手段】イオン発生源から送出されるイオンを質量分離部のマグネットで選択して所定の質量のイオンのみをエンドステーションに導くビームラインを備えたイオン注入装置において、前記質量分離部の内部を通過するイオンビームを横断する方向に複数個のマグネットコア片を配置したマグネットコア列を設け、これらのマグネットコア片をを前記イオンビームに交差する方向に移動可能に支持したイオン注入装置。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体及び液晶デバイスの製造工程における基板に対してリンやホウ素等の不純物の導入を行う装置として使用されるイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造工程やフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）のパネルの製造工程にはイオン注入装置が使用されている。このイオン注入装置が用いられている理由は、不純物の注入量を電気的に計測しながら制御できる上に、注入深さが加速電圧により制御できるので、任意な部分に精密な濃度の不純物を導入でき、しかも、この不純物の分布が良好で、再現性が優れているからである（例えば、特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３４２６３９号公報
【０００４】
このイオン注入装置２０の基本構成は、図６に示すようにイオンソースガスを導入してイオンを生成するイオン源２１より発生されたイオンは、引出し電極２２によってイオン源２１から引出され、加速される。そして前記イオン源２１から引出されたイオンビームｘは、質量分離部２３の質量分離マグネット２３ａの磁力の作用で偏平な状態で９０度曲げられながら分散され、その結果、所定の質量を持つ不純物のイオンａのみが取出され、それ以外の質量の軽いイオンｂや質量の重いイオンｃ等の不必要なイオンは排除される。
【０００５】
このイオンビームｘは、更に後続して配置されている均一制御機構であるマルチポール２４によってその進路を平行に制御され整列された後、イオン打込み部２５（プロセスチャンバー）内のプラテン（平板支持装置）に取付けられたガラス基板等の被処理体２７に注入される。
【０００６】
このマルチポール２４の概略構造は、図５に示すようにイオンビームｘを囲む偏平な真空チャンバー２４ａの周囲を囲むように形成されているケーシング２４ｂの内面に複数のコイルからなるマグネット２４ｃが対面配置されている。
【０００７】
また、所定の質量の必要とするイオンａのみを取出すためのマグネットを持つ質量分離部２３に設けてある質量分離マグネット２３ａ部の主要部は、有限要素法などの手法を用いて詳細な設計が行なわれた後に加工されている。
【０００８】
【発明が解決すべき課題】
従来、質量分離部２３の後方に設けてある均一制御機構は、マルチポール２４で構成されており、これはイオンビームを所望の均一度を調整するために使用されていた。しかし、この機構を使用する前提として、ここに案内されるイオンビームｘは、前段階（質量分離部２３とその後の経路）において、既に一定の均一度が確保されている必要があった。
【０００９】
しかしながら、このようなイオン打込み装置２０において質量分離部２３の質量分離マグネット２３ａの設計、製作の過程で不可避の原因（設計の誤り、加工の誤り、取り扱いの誤り）からビームの均一性が損なわれることがある。
【００１０】
このような場合は図５に示したようなマルチポール２４だけでは十分な調整ができない場合がある。例えば、マグネットの設計や加工をやり直す場合は装置の製作に多くの時間を要すると言う問題もある。
【００１１】
更に、質量分離部２３を通過して出てくるイオンビームｘの形状を当初の設計とは変更することによって磁場変調強度を大幅に強化した場合、下記の理由で質量分離部２３の分離性能に下記のような悪影響がある場合がある。
【００１２】
１）マルチポール２４は、ビームｘの均一性を調整するのに最適な磁場変調強度に設定されているが、その強度は微弱である。従って、質量分離マグネット２３ａの不具合を補うには磁場が弱くて十分ではない。
【００１３】
２）質量分離マグネット２３ａの不具合を補うために、磁場変調強度をマルチポール２４に与えた場合、低エネルギー注入の際に均一性調整に必要な微妙な調整が不可能になる。
【００１４】
３）質量分離マグネット２３ａの不具合からビームが所定の経路からずれ、それをイオン打ち込み部２５の直前に設けてあるマルチポール２４で調整した場合、例えばイオンビームの軌道がＺ字状に折れ曲がった場合には、本来、基板面（被処理体２７）まで届かない不要なイオン種が分離できない場合がある。
【００１５】
４）マルチポール２４で磁場変調強度を調整する場合は、質量分離マグネットに２３ａの磁場強度が変化した時，それに見合っただけマルチポール２４の再調整が必要となり、この作業はかなり面倒である。
【００１６】
前記のように従来の装置においては、基板にイオンビームを打ち込む最終段階でイオンビームの流れを調整するので正確な調整ができないことからマルチポール２４より前の段階で調整範囲の広い磁場調整機構が必要である。
【００１７】
また、質量分離マグネット２３ａの性能を損なわずに一定のイオンビームの均一度を確保するためには、粗く調整する段階と、その後に精密に調整する段階とが必要である。
【００１８】
本発明は、前記イオン注入装置におけるイオンビームｘを均一化する際の問題点を解消するために得られたものであって、その目的とするところは、マルチポールでビームの微細な調整が可能なように、このマルチポールとは別途、質量分離部に調整機構を設けて調整範囲の広い調整するように構成することにより、イオンビームの均一性を向上させ、調整時間の短縮を実現し、更にイオンビームをターゲット（基板）上に集めてビームの利用効率の向上を図る装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るイオン注入装置は次のように構成されている。
【００２０】
１）イオン発生源から送出されるイオンを質量分離部のマグネットで選択して所定の質量のイオンのみをエンドステーションに導くビームラインを備えたイオン注入装置において、前記質量分離部の内部を通過するイオンビームを横断する方向に複数個のマグネットコア片を配置したマグネットコア列を設け、これらのマグネットコア片を前記イオンビームに交差する方向に移動可能に支持したことを特徴としている。
【００２１】
２）前記複数個のマグネットコア片を支持軸によって支持し、この支持軸をネジ機構によってイオンビームに対して交差する方向に移動可能に構成したことを特徴としている。
【００２２】
本発明は、質量分離部のマグネットが発生する電磁力の不均一性を改善するために、イオンビームを横断する方向にマグネットコア片を配置して構成したマグネットコア列を別途併設し、前記マグネットコア片をイオンビームに交差する方向に調整するように構成しており、これによってイオンビームに対する磁力の影響を変化させることができる。
【００２３】
質量分離部においては、マグネットの作用でイオンビームを約９０°曲げながら分散させているが、このイオンビームを横断する方向に複数個のマグネットコア片を配置（配列）したマグネットコア列を設けている。
【００２４】
そして本発明においては、これらのマグネットコア片をイオンビームの進行面に対して交差する方向、好ましく直交する方向にその位置を移動可能に支持し、更に、これらのマグネットコア片の位置を調整してイオンビームに対する磁力を微調整するように構成している。
【００２５】
このマグネットコア片は、偏平に分散されたイオンビームに対して作用する磁場に微妙に影響を与えるように個々に移動できる構造のものであることが必要である。
【００２６】
個々のマグネットコア片の支持手段の具体的な構造としては、ネジ軸とナットとの組合せを使用し、ネジ軸あるいはナットのいずれか一方を回転させてマグネットコアの位置を調整する構造のものを採用するのが簡単である。しかし、支持手段は、これに限定されるものではなく、例えば、クサビ形の調整部材などを採用することも可能であるが、なるべく操作が簡単で、故障が少なく、しかも質量分離部２３に発生する磁力を正確に調整できる構造のものを採用するのがよい。
【００２７】
また、これらのマグネットコア片を直線状に配列して形成したマグネットコア列からなる磁力の微調整機構は、質量分離部の上・下面の片方、もしくは両方に設置することができる。
【００２８】
前記のように構成することによって、従来のマルチポール単体とは別に、質量分離部に、別途、複数個のマグネットコア片を線状に配列して構成した磁場の微調整機構を設けることにより、より調整範囲の広い磁場調整を行うことができるのである。
【００２９】
また、質量分離マグネットの内部に設けたマグネットコア片（小鉄心）の移動は、質量分離マグネットの磁場強度の変化による再調整を必要としない位置と構造を採用するのが良い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るイオン注入装置１の平断面図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図２に示した装置の斜視図である。そして図４はマルチポールにおけるイオンビーム電流の状態を示す図である。
【００３１】
図１に示すように、本発明のイオン注入装置１は、イオンソースガスを導入してイオンを発生するイオン源２を有しており、発生したイオンは引出し電極３によってイオン源２から引出され、そして加速器により、例えば１０〜１００ｋｅＶに加速される。
【００３２】
イオン源２から引出されたリンＰ^＋ やホウ素Ｂ^＋ などからなるイオンビームｘは、図２及び図３のような構造を持つ質量分離部４の構造は、イオンビームＢを案内するための偏平な真空チャンバー５（ケーシング）の両面に対向して配置された鉄心７ａ、７ｂと、これの外周に巻かれたマグネットコイル６ａ，６ｂを持つ電磁マグネット８ａ、８ｂにより制御される磁力線の作用を受けて、略９０度曲げられ、真空チャンバー５の中央部を通過する所定の質量のイオンａのみが取出され、中央部より外れた質量の軽いイオンｂや質量の重いイオンｃなどの不要なイオンｂ、ｃは排除されるようになっている。
【００３３】
そしてイオンビームｘは、前記質量分離部４に続いて配置されている均一制御機構であるマルチポール１０（図６の２４）によってイオンの通路が平行になるように制御された後、イオン打ち込部１１（図６の２５：プロセスチャンバー）内に図示しないプラテンで支持されたガラス基板などの被処理体１２（２７）の表面に打込まれるようになっている。
【００３４】
質量分離部４は、図２及び図３に示すように扁平な真空チャンバー５の両面に鉄心７ａ、７ｂとマグネットコイル６ａ、６ｂからなる電磁マグネット８ａ、８ｂを配置している。なお、この構成までは従来の装置と同様である。
【００３５】
本発明においては、前記鉄心７ａ、７ｂに溝７ｃ、７ｄを直線状に形成し、この溝７ｃ、７ｄ内に複数個のマグネットコア片５０ａをネジ軸５０ｂで回転可能に支持し、更に、このネジ軸５０ｂを支持台５０ｃに螺合している。従って、このネジ軸５０ｂを回転させることで、前記マグネットコア片５０ａを個々に前後させるように構成されている。
【００３６】
本発明においては、電磁マグネット８ａ、８ｂを構成する鉄心７ａ、７ｂに、複数個のマグネットコア片５０ａを直線状に配置して形成したマグネットコア列５０を設けている。このマグネットコア列５０は、図１及び図２に示すようにイオンビームｘを進行方向を横断するように複数個のマグネットコア片５０ａを直線的に配列している。
【００３７】
そして、図２に示すように、このマグネットコア片５０ａはネジ軸３に支持され、このネジ軸３は支持台５０ｃ側に形成されているメネジに螺合されている。そしてこのネジ軸３の端部に設けた回転部５０ｄ（ネジ軸３の頭部も含む）を手動あるいは電動式に回転させてマグネットコア片５０ａを鉄心７ａ、７ｂに対して前後方向（真空チャンバー５内を通過するイオンビームｘに対して交差ないし直交する方向）に微細に移動するようになっている。
【００３８】
尚、図２には説明の都合上、マグネットコア片５０ａの間に間隙を設けた構造のものが描かれているが、図３に示すように間隙をあけないように配置するのが好ましい。また、隣接するマグネットコア片５０ａの側部に凹部と凸部を対面状態で嵌合するように形成して、複数個のマグネットコア片５０ａを、恰も１本の鉄心のように機械的、電磁的に作用できるように構成することもできる。
【００３９】
前記イオン源３から発生されたイオンビームｘは、前記構成からなる質量分離部４を経由し、更に均一制御機構マルチポール１０で平行に整流されてイオン打ち込部（プロセスチャンバー）１１に至る。
【００４０】
このイオンビームｘの通路であるビームラインは全体がダクト状の真空チャンバー５に構成されており、マルチポール１０の近傍に接続されている真空ポンプ１３により、１ｅー^６ 〜１ｅ−^３ パスカルの高真空に保持される。
【００４１】
このイオンビームｘが通過する真空チャンバー５はアルミニュームなどの非磁性材料で構成されており、外部のマグネットコイル６ａ、６ｂからの磁力線がイオンビームｘに作用してその進路を大きく曲げて進行する。
【００４２】
一方、このイオンビームｘの幅方向に複数個のマグネットコア片５０ａ直線状に列設されているので、これを矢印のようにイオンビームｘに対して接近ないし離反（上下）するように微小範囲で移動させることによって、イオンビームｘが受ける磁力線に微妙な影響を与えるようになっている。
【００４３】
例えば、マグネットコア片５０ａをイオンビームｘに接近するように移動させると、このイオンビームｘの進路は内側に僅か（例えば１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲）でずらすことができるので、ビームの均一性、利用効率を改善することができるのである。
【００４４】
図２に示すように、マグネットコア片５０ａは、質量分離マグネットとして作用する電磁マグネット８ａ、８ｂの鉄心７ａ、７ｂの長手方向に開口されている溝（案内溝）７ｃ、７ｄに嵌入されており、このマグネットコア片５０ａは、この溝７ｃ、７ｄに沿って正確に上下に移動するようになっている。
【００４５】
また、前記マグネットコア片５０ａを微細な距離だけ移動させる手段は、前記実施例のように、ネジ軸とナットの組合わせを利用した構造のものが製作し易い上に、電磁マグネット８ａ、８ｂが形成する磁力線に対して正確に前後に移動してその強度や方向を微調整することができる。
【００４６】
図４は本発明の装置の効果を示すグラフで、図（Ａ）は従来の装置のビーム電流と真空チャンバーの水平位置との関係を示しており、線イで描いているようにビーム電流は水平方向に大きく波打った状態である。
【００４７】
一方、図（Ｂ）は、本発明に係る装置の同様なグラフを示しており、図２に示したマグネットコア片５０ａを回転部５０ｄを手動あるいはモーター等で遠隔操作（あるいは手動操作）してネジ軸５０ｂと共に微細に上下させてその位置を調整することにより、線ロで描いているようにビーム電流を水平位置に平行して平坦化することができる。
【００４８】
このように、質量分離部４の電磁コイル８ａ、８ｂと、本発明において採用された複数個のマグネットコア片５０ａを直線状に組合わせたマグネットコア列５０を使用し、イオンビームｘに作用する磁力線の強さを微細に調整することにより、イオンビームの電流の大きさ、即ち、イオンの打ち込み強度を調整して正確なイオンの打ち込み操作を行うことができるのである。
【００４９】
なお、図６に示すようにガラス基板等の被処理体１２の前面近傍にイオンビームｘの状態をモニターするプロフアイラー３０を設け、これでビーム電流の変化の状態を測定し、そのデータをフイードバックしてマルチポール１０を制御してビームｘの均質性を調整することにより、ビーム電流を一定の値に制御することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係るイオン注入装置は、イオン発生源から送出されるイオンを質量分離部のマグネットで選択して所定の質量のイオンのみをエンドステーションに導くビームラインを備えたイオン注入装置において、前記質量分離部の内部を通過するイオンビームを横断する方向に複数個のマグネットコア片を配置したマグネットコア列を設け、これらのマグネットコア片をを前記イオンビームに交差する方向に移動可能に支持したことを特徴としている。
【００５１】
従って、この複数個のマグネットコア片からなるマグネットコア列により、質量分離用のマグネットが発生する磁場（イオンビームの上流側の流れ）に対して微妙に影響を与えることができ、下流に配置されているマルチポールでビームの微細な調整が可能となる。
【００５２】
従って、最終的にイオンビームの均質性の向上と調整時間を短縮することができる。
【００５３】
また、前記のようにイオンビームの進行方向を微調整してターゲット上に集めることができるので、イオンビームの利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン注入装置の全体の概要構成を示す平面図である。
【図２】図１における質量分離部のＩＩ〜ＩＩ線断面図である。
【図３】図２に示す質量分離部の斜視図である。
【図４】ビーム電流の変化のグラフであって、（Ａ）は従来技術、（Ｂ）は本発明のものをそれぞれ示している。
【図５】マルチポールの断面図である。
【図６】従来のイオン打ち込み装置の全体構成を示す平面図である。
【符号の簡単な説明】
１ イオン注入装置 ２ イオン源 ３ 引出し電極
４ 質量分離部 ５ 真空チャンバー
６ａ、６ｂ マグネットコイル ７ａ、７ｂ 鉄心
８ａ、８ｂ 電磁マグネット １０ マルチポール
１１ イオン打込部 １２ 被処理体 １３ 真空ポンプ
５０ マグネットコア ５０ａ マグネットコア片
５０ｂ ネジ軸 ５０ｃ 支持台 ５０ｄ 回転部

Claims (2)

1. イオン発生源から送出されるイオンを質量分離部のマグネットで選択して所定の質量のイオンのみをエンドステーションに導くビームラインを備えたイオン注入装置において、
   前記質量分離部の内部を通過するイオンビームを横断する方向に複数個のマグネットコア片を配置したマグネットコア列を設け、これらのマグネットコア片をを前記イオンビームに交差する方向に移動可能に支持したことを特徴とするイオン注入装置。
2. 前記複数個のマグネットコア片を支持軸によって支持し、この支持軸をネジ機構によってイオンビームに対して交差する方向に移動可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。

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