JP3353064B2 - Ion implantation apparatus and method - Google Patents
Ion implantation apparatus and methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置の
構造に関し、特に注入量の異なる試料を一度に基板上に
形成し、注入するイオンの種類および／または注入量を
最適化する目的に適合した試料の作成や評価を効率的に
行うことを可能とする装置と方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an ion implantation apparatus, and more particularly, to a method for forming samples having different implantation amounts on a substrate at one time and optimizing the type and / or implantation amount of ions to be implanted. The present invention relates to an apparatus and a method that enable efficient preparation and evaluation of a sample.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のイオン注入装置は、走査電極と試
料の間に設けられた金属材（または炭素材）よりなるマ
スク上にイオンビームを走査させ、マスクの空孔部を通
過したビームのみが試料に照射されるよう設計されてい
た。従って、イオンの照射面積および照射位置は、マス
クのサイズおよび位置により決定されていた。ステンシ
ルマスクを用いる方法としては、例えば、複数のステン
シルマスクを用いて複数のイオン種を注入できるように
した例（特開平８−２１３３３９号公報）がある。2. Description of the Related Art In a conventional ion implantation apparatus, an ion beam is scanned on a mask made of a metal material (or a carbon material) provided between a scanning electrode and a sample, and only a beam passing through a hole of the mask is scanned. Was designed to irradiate the sample. Therefore, the irradiation area and the irradiation position of the ions are determined by the size and the position of the mask. As a method using a stencil mask, for example, there is an example in which a plurality of ion species can be implanted by using a plurality of stencil masks (JP-A-8-213339).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】これら従来のイオン注
入装置においては、イオン種や注入量の異る試料を作成
するためには、個々の照射条件数に対応した数量の試料
を用意し、注入の度に試料を交換しなければならず、こ
の多数の試料の準備交換に多大な時間を必要とするとい
う重大な問題があった。また、電流計測に関して、プラ
テンを用いてイオンビームの電流計測を行い、照射面積
を一定として照射時間からイオン照射量を計測する方法
（例えば特開平７−５７６８３号公報）が知られてい
る。しかし、移動マスクを使用する場合には、イオンの
照射面積が変化するため、この方法用いることができな
い。イオン注入量の計測を行う際に、小型ファラデーカ
ップを用いる方法も知られているが、これが固定されて
いる場合、移動マスクで覆われた部分にもイオンビーム
を照射しなければならず、ビームの利用効率が低下する
という問題が予想される。In these conventional ion implanters, in order to prepare samples having different ion species and implantation doses, a number of samples corresponding to the number of individual irradiation conditions are prepared and implanted. In this case, there is a serious problem that a large amount of time is required for preparing and replacing a large number of samples. Regarding current measurement, a method is known in which the current of an ion beam is measured using a platen and the irradiation area is kept constant to measure the ion irradiation amount from the irradiation time (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-57683). However, when a moving mask is used, this method cannot be used because the irradiation area of ions changes. When measuring the amount of ion implantation, a method using a small Faraday cup is also known. There is a problem that the utilization efficiency of the device is reduced.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン注入装
置において、可動マスクを用いて試料の一部を覆い、段
階的、または連続的にイオン注入を行うことにより、試
料の交換に要する時間を短縮し、一枚の基板でイオン種
および／または注入量が異なる多数の試料を一度に作成
できるようにしたことを特徴とする。すなわち、本発明
は、試料基板とビーム走査電極との間に基板の平面に平
行な面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向に断続的および／または
連続的に移動が可能な基板の一部を覆うイオンビーム遮
蔽用の可動マスクを設け、該可動マスク上に、該可動マ
スクと同期して移動可能なファラデーカップを取り付け
たことを特徴とするイオン注入装置である。可動マスク
に小型のファラデーカップを設置することにより、ビー
ムの走査面積を最小限とすることで、ビーム電流を有効
利用し、かつ注入量の計測を精密に行うことができる。
さらに、本発明は、上記の装置を用いて、イオンビーム
遮蔽用の可動マスクを断続的および／または連続的に移
動させることにより試料基体上に１次元または２次元で
段階的に異るイオン種および／または注入量領域を形成
した試料を作製する際に、イオンビームの走査領域を、
ファラデーカップに均一に電荷が流入し、かつイオンビ
ームの走査面積が最小となるよう可動マスクの移動に伴
い調整することを特徴とするイオン注入方法である。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, in an ion implantation apparatus, a movable mask is used to cover a part of a sample, and ion implantation is performed stepwise or continuously, so that the time required for exchanging the sample is improved. Is shortened, and a large number of samples having different ion species and / or implantation amounts can be formed at a time on a single substrate. That is, the present invention is flat in the plane of the substrate between the sample board and the beam scanning electrodes
X-axis direction within the line plane, Y-axis direction provided intermittently and / or movable masks for ion beam shield covering a portion of which can be continuously moved substrate, on movable mask, the movable mask An ion implantation apparatus characterized in that a Faraday cup movable in synchronization with the Faraday cup is mounted. By installing a small Faraday cup on the movable mask, the beam scanning area can be minimized, so that the beam current can be used effectively and the injection amount can be accurately measured.
In addition, the present invention provides a method in which a movable mask for shielding an ion beam is intermittently and / or continuously moved by using the above-described apparatus, so that a stepwise different one-dimensional or two-dimensional ion species is formed on a sample substrate. And / or when preparing a sample having an implanted dose region, the scanning region of the ion beam is
Charges flow uniformly into the Faraday cup and
Movement of the movable mask so that the scanning area of the
This is an ion implantation method characterized by performing adjustment .
【０００５】本発明によれば、作成した試料の評価に関
して、注入した元素の濃度が、試料基板面内のＸおよび
／またはＹ方向の関数となるため、１次元または２次元
の分布を一度に、あるいは電動ステージを用いて逐次自
動測定を容易に行うことが可能となり、試料作成と評価
の両面で作業に要する時間の大幅な短縮あるいは省力化
が可能となる。According to the present invention, regarding the evaluation of a prepared sample, the concentration of the implanted element is a function in the X and / or Y directions on the surface of the sample substrate. Alternatively, the automatic measurement can be easily performed sequentially using the motorized stage, and the time required for the work can be greatly reduced or labor can be saved in both sample preparation and evaluation.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１、図２は、本発明のイオン注入装置の
概略図である。図１の右側の波線枠は、左側の全体図の
下部にある本発明の核心部（波線枠）を拡大したもので
ある。図１において、１はイオン源、２は質量分析器、
３は加速管、４はＸ方向走査電極、５はＹ方向走査電極
である。図１、図２において、６はイオンビーム、７は
可動マスク、８は試料基板、９−１は固定ファラデーカ
ップ、９−２は可動ファラデーカップ、１０はマスク移
動装置である。イオン源１で形成されたイオンビーム６
は質量分析器２、加速管３を通り、Ｘ方向、Ｙ方向の走
査電極４、５に印加された電圧により偏向され、試料基
板８上を走査する。試料基板８と走査電極４、５との間
に基板８の平面に平行な面内で可動な平板状可動マスク
７を設ける。この可動マスク７は、試料基板８の一部を
覆い、基板８の平面に平行な面内で移動することでイオ
ン種および／または注入量を変化させるよう作用する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic views of an ion implantation apparatus according to the present invention. The right-side wavy frame in FIG. 1 is an enlarged view of the core (wavy-line frame) of the present invention, which is located at the bottom of the left side overall view. In FIG. 1, 1 is an ion source, 2 is a mass analyzer,
Reference numeral 3 denotes an acceleration tube, 4 denotes an X-direction scanning electrode, and 5 denotes a Y-direction scanning electrode. 1 and 2, 6 is an ion beam, 7 is a movable mask, 8 is a sample substrate, 9-1 is a fixed Faraday cup, 9-2 is a movable Faraday cup, and 10 is a mask moving device. Ion beam 6 formed by ion source 1
Passes through the mass analyzer 2 and the acceleration tube 3 and is deflected by the voltage applied to the scanning electrodes 4 and 5 in the X and Y directions, and scans the sample substrate 8. Between the sample substrate 8 and the scanning electrodes 4 and 5, a plate-shaped movable mask 7 movable in a plane parallel to the plane of the substrate 8 is provided. The movable mask 7 covers a part of the sample substrate 8 and moves in a plane parallel to the plane of the substrate 8 to change the ion species and / or the implantation amount.
【０００７】例えば、可動マスク７の移動を段階的に行
い、一定量のイオン照射を行った後にビームを止め、一
定距離だけ可動マスク７を移動させて再度イオン照射を
行うことを繰り返す。これにより、等間隔に試料基板８
上に１次元的に注入量の異る領域が形成される。また、
注入量を変化させる代わりにイオン種を変化させ、可動
マスク７の移動を同様に行えば、イオン種および／また
は注入量が異なる試料を作成することができる。さら
に、２種以上のイオン種を用いた注入において、個々の
イオン種の注入領域が一部重複するよう可動マスク７の
移動を行うことで複数元素の添加による効果を一度に評
価できる試料を作成することも可能である。For example, the movable mask 7 is moved stepwise, the beam is stopped after a fixed amount of ion irradiation, the movable mask 7 is moved by a fixed distance, and the ion irradiation is repeated. As a result, the sample substrates 8 are equally spaced.
A region having a one-dimensionally different injection amount is formed thereon. Also,
By changing the ion species instead of changing the implantation amount and moving the movable mask 7 in the same manner, samples with different ion species and / or implantation amounts can be prepared. Further, in the implantation using two or more ion species, the movable mask 7 is moved so that the implantation regions of the individual ion species partially overlap, thereby preparing a sample that can evaluate the effect of adding a plurality of elements at once. It is also possible.
【０００８】一方、マスクを連続的に移動させること
で、連続的に注入量が異る試料を得ることができる。さ
らに、照射量に対して対数となるよう可動マスク７を移
動することで、対数的な濃度分布を得ることも可能であ
る。On the other hand, by continuously moving the mask, it is possible to continuously obtain samples having different injection amounts. Further, it is also possible to obtain a logarithmic density distribution by moving the movable mask 7 so as to be logarithmic with respect to the irradiation amount.
【０００９】また、図２に示すように、可動マスク７を
２枚とし、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動が可能な構造とす
ることで２次元的な濃度分布を得ることができる。マス
クを２枚とする代わりに、１枚のマスクをＸ軸、Ｙ軸両
方向に移動できる構造としても２次元分布が形成でき
る。また、可動マスク７が１枚で１軸方向のみ移動でき
る構造でも、可動マスク７を一度一軸方向に移動させた
後、試料基板８を可動マスク７と平行な面内で９０度回
転させ、再びＸ軸方向へ可動マスク７を移動することで
同様に２次元分布が得られる。As shown in FIG. 2, a two-dimensional density distribution can be obtained by using two movable masks 7 and having a structure capable of moving in the X-axis direction and the Y-axis direction. Instead of using two masks, a two-dimensional distribution can be formed even if one mask can be moved in both the X-axis and Y-axis directions. Further, even in a structure in which the movable mask 7 can be moved only in one axis direction by one sheet, after the movable mask 7 is once moved in one axis direction, the sample substrate 8 is rotated by 90 degrees in a plane parallel to the movable mask 7 and again. By moving the movable mask 7 in the X-axis direction, a two-dimensional distribution can be similarly obtained.
【００１０】可動マスク７の移動装置１０は、真空チャ
ンバーに取り付けた直線導入機、直線導入機を駆動する
モータおよびモータの制御装置により構成される。さら
に、図１、図２に示すようにイオン電流計測用に４個の
ファラデーカップ９−１、９−２が設置されている。９
−１は２個の固定ファラデーカップ、９−２は２個の可
動ファラデーカップである。これら４個のファラデーカ
ップにイオンビームを走査して照射し、このカップ９−
１、９−２内に流入した電荷とカップ開口部の面積から
イオン注入量が決定される。The moving device 10 for the movable mask 7 is composed of a linear introduction machine attached to a vacuum chamber, a motor for driving the linear introduction machine, and a motor control device. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, four Faraday cups 9-1 and 9-2 are provided for ion current measurement. 9
-1 is two fixed Faraday cups, 9-2 is two movable Faraday cups. These four Faraday cups are scanned and irradiated with an ion beam.
The amount of ion implantation is determined from the electric charge flowing into 1, 9-2 and the area of the cup opening.
【００１１】図１、図２に示す態様では、ファラデーカ
ップ２個（９−１）を所定位置に固定し、残りの２個
（９−２）を可動マスク７上に固定する。イオンビーム
の走査領域は、ファラデーカップ４個に全て均一に電荷
が流入し、かつイオンビームの走査面積が最小となるよ
う可動マスク７の移動に伴い調整する。従って、走査面
積も変化する。従来の４個の固定ファラデーカップで
は、ファラデーカップによるイオンビームの影が試料基
板８にかからぬように設置するため、可動マスク７で覆
われた部分にもイオンビームを照射する必要があった。
本発明の装置および方法では、可動マスク７上へのファ
ラデーカップの設置により、イオンビームの有効利用率
が飛躍的に向上した。In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, two Faraday cups (9-1) are fixed at predetermined positions, and the other two (9-2) are fixed on the movable mask 7. The scanning area of the ion beam is adjusted in accordance with the movement of the movable mask 7 so that all four Faraday cups are uniformly charged with electric charges and the scanning area of the ion beam is minimized. Therefore, the scanning area also changes. In the conventional four fixed Faraday cups, since the shadow of the ion beam by the Faraday cup does not cover the sample substrate 8, it is necessary to irradiate the portion covered with the movable mask 7 with the ion beam. .
In the apparatus and the method of the present invention, the installation of the Faraday cup on the movable mask 7 dramatically improved the effective utilization rate of the ion beam.
【００１２】[0012]
【発明の効果】本発明により、不純物ドーピングの最適
化や新材料の探索・合成の効率化が期待できる。特に、
ドーパントの種類やドーピング濃度の異なる領域を一枚
の試料基板上に作成することを可能とし、試料の交換に
要する時間を著しく削減できる。また、可動マスク上へ
のファラデーカップの設置により、イオンビームの有効
利用率を大幅に向上させ、イオン照射に要する時間を大
幅に短縮することができる。According to the present invention, the optimization of impurity doping and the efficiency of searching and synthesizing a new material can be expected. In particular,
Regions having different types of dopants and different doping concentrations can be formed on one sample substrate, and the time required for sample replacement can be significantly reduced. In addition, by installing the Faraday cup on the movable mask, the effective utilization rate of the ion beam can be greatly improved, and the time required for ion irradiation can be significantly reduced.
【図１】本発明のイオン注入装置の一実施例を示す概略
部分斜視図である。左側は装置全体図であり、右側は本
実施例の核心をなす装置の一部分の拡大図である。FIG. 1 is a schematic partial perspective view showing one embodiment of an ion implantation apparatus of the present invention. The left side is an overall view of the apparatus, and the right side is an enlarged view of a part of the apparatus forming the core of the present embodiment.
【図２】本発明のイオン注入装置の他の実施例を示す概
略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing another embodiment of the ion implantation apparatus of the present invention.
１ イオン源 ２ 質量分析器 ３ 加速管 ４ Ｘ方向走査電極 ５ Ｙ方向走査電極 ６ イオンビーム ７ 可動マスク ８ 試料基板 ９−１ 固定ファラデーカップ ９−２ 可動ファラデーカップ １０ マスク移動装置 １１ 電流計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 2 Mass spectrometer 3 Accelerator tube 4 X direction scanning electrode 5 Y direction scanning electrode 6 Ion beam 7 Movable mask 8 Sample substrate 9-1 Fixed Faraday cup 9-2 Movable Faraday cup 10 Mask moving device 11 Ammeter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−339706（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−339711（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−29136（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 37/09 H01L 21/265 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-11-339706 (JP, A) JP-A-11-339711 (JP, A) JP-A 5-29136 (JP, U) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/317 H01J 37/09 H01L 21/265
Claims (2)
の平面に平行な面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向に断続的およ
び／または連続的に移動が可能な基板の一部を覆うイオ
ンビーム遮蔽用の可動マスクを設け、該可動マスク上
に、該可動マスクと同期して移動可能なファラデーカッ
プを取り付けたことを特徴とするイオン注入装置。1. A substrate between the sample board and the beam scanning electrodes
X-axis direction in a plane parallel to the plane, the Y-axis direction intermittently and / or movable masks continuously moving covering a portion of the substrate capable of ion <br/> Nbimu shielding provided of movable On the mask
The ion implantation apparatus characterized by fitted with Faraday cup is movable in synchronism with said movable mask.
て、イオンビーム遮蔽用の可動マスクを断続的および／
または連続的に移動させることにより試料基体上に１次
元または２次元で段階的に異るイオン種および／または
注入量領域を形成した試料を作製する際に、イオンビー
ムの走査領域を、ファラデーカップに均一に電荷が流入
し、かつイオンビームの走査面積が最小となるよう可動
マスクの移動に伴い調整することを特徴とするイオン注
入方法。2. An ion implantation apparatus according to claim 1.
The movable mask for shielding the ion beam is intermittently and / or
Alternatively, when preparing a sample in which one-dimensional or two-dimensional stepwise different ion species and / or implanted dose regions are formed on a sample substrate by continuously moving the sample ,
Charge uniformly flows into the Faraday cup
And movable to minimize the ion beam scanning area
An ion implantation method characterized in that the adjustment is performed according to the movement of the mask .
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ID=18567721
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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