JPH0547344A

JPH0547344A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH0547344A
Application number: JP3232165A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Sakurada; 勇蔵桜田; Yasuo Mihara; 康雄美原
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1993-02-26
Anticipated expiration: 2015-09-04
Also published as: JP3084307B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】デバイスに金属不純物等の異物が混入すること
を防止して、デバイスの性能を向上させ、歩留りを改善
することの可能なイオン注入装置を提供する。【構成】イオン分析マグネット１３の内面にシリコン製
のライナー１４を貼ると共に、イオン分析マグネットと
加速管２０との間に、ビームマスク１５、ゲート電極１
６、スリット１８、低エネルギーイオン反射電極１９の
順に配置し、ゲート電極にビームゲート電源１７からの
出力を印加して、イオンビームをθ度偏向させ、更に、
上記加速管の後方に偏向電極を配置して、イオンビーム
を−θ度偏向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はイオン注入装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオン注入装置は、図３に示され
るようにイオン源Ａと、イオン分析マグネットＢと、加
速管Ｃと、ＱレンズＤと、イオンビームをＹ方向（垂直
方向）に偏向させるイオンビーム偏向Ｙ電極Ｅと、イオ
ンビームをＸ方向（水平方向）に偏向させるイオンビー
ム偏向Ｘ電極Ｆと、ウエーハのあるイオン注入室Ｇとで
構成されている。

【０００３】このようなイオン注入装置においては、イ
オン源Ａで発生したイオンは引出電極によって加速され
た後、イオン分析マグネットＢによってイオン注入に必
要なイオンのみが選択される。そして、その後、この選
択されたイオンは加速管Ｃで加速されてから、Ｑレンズ
Ｄによりイオン注入室Ｇ内のウエーハに最適ビーム形状
のイオンビームを注入できるように収束される。Ｑレン
ズＤで収束されたイオンビームはイオンビーム偏向Ｙ電
極Ｅとイオンビーム偏向Ｘ電極Ｆとによってそれぞれ偏
向されイオン注入室Ｇ内のウエーハ上に走査される。そ
の場合、ウエーハに注入されるイオンビームのエネルギ
とイオン数とは、デバイスの目的によって決められる。
一枚のウエーハに注入されるイオンビームのイオン数の
制御はイオンビーム偏向Ｙ電極Ｅに直流高電圧のゲート
電圧を高速度で印加したり、あるいは印加しなかったり
してなされる。即ち、一枚のウエーハに注入されるイオ
ンビームのイオン数が所定の数に達すると、ゲート電圧
が印加され、ウエーハにイオンビームの注入が停止され
る。しかし、ゲート電圧の印加が解除されると、ウエー
ハにイオンビームの注入が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入装置
は、上記のように一枚のウエーハに注入されるイオンビ
ームのイオン数が所定の数に達すると、イオンビーム偏
向Ｙ電極Ｅに直流高電圧のゲート電圧を印加して、ウエ
ーハにイオンビームの注入を停止している。ウエウエー
ハへのイオンビームの注入が停止される理由は、イオン
ビーム偏向Ｙ電極Ｅにゲート電圧を印加することによ
り、イオンビームがはねあげられ、ウエーハに達しない
で、真空容器の内壁に当たるためである。イオンビーム
が真空容器の内壁に当たると、真空容器の内壁がスパッ
タされ、真空容器の内壁材料の粒子が真空容器内を飛散
する。そのため、飛散する真空容器の内壁材料の粒子の
一部がウエーハに付着する。その結果、ウエーハより形
成されるデバイスに金属不純物等の異物が混入して、デ
バイスの性能が劣化する問題が起きた。また、加速管Ｃ
にイオンが入る領域は、装置全体の中でも真空度が相対
的に悪いため、イオン分析マグネットＢと加速管Ｃとの
間で注入に必要なイオンは残留ガスと衝突して解離す
る。例えば、ＢＦ₂（質量４９）イオンを選択した場
合、イオン源Ａで３０ＫｅＶ、加速管Ｃで２０ＫｅＶ、
合計５０ＫｅＶとなって、ウエーハに注入される。だ
が、注入に必要なイオンはＢ（ボロン質量１１）で、こ
のエネルギーは質量比から５０ＫｅＶ×１１／４９＝１
１．２ＫｅＶとなる。しかし、ＢＦ₂が加速管Ｃに入る
前に残留ガスと衝突してＢイオンとＦ₂に解離すると、
加速管Ｃ前のＢイオンのエネルギーは３０ＫｅＶ×１１
／４９＝６．７ＫｅＶとなる。そして、その後、Ｂイオ
ンは加速管Ｃで２０ＫｅＶのエネルギーを与えられ、２
６．７ＫｅＶのエネルギーをもつようになる。そのた
め、注入に必要なエネルギー１１．２ＫｅＶに比べて高
いエネルギー２６．７ＫｅＶのＢイオンが混入するよう
になる。これはＢＦ₂に限らず、分子状イオンは解離に
よって全てエネルギーの異なるイオンが混入する。同様
に、２価イオンが電子を捕獲して１価になったり、電子
を剥ぎられて３価になった場合でも、注入したいエネル
ギーに比べて低くなったり高くなったりしたイオンが混
入するようになる。したがって、ウエーハより形成され
るデバイスに目的以外のエネルギーをもったイオンが混
入して、デバイスの性能が劣化する問題が起きた。

【０００５】この発明の目的は、従来の上記問題を解決
して、デバイスに金属不純物等の異物が混入すること
や、エネルギーの異なるイオンが注入されることを防止
して、デバイスの性能を向上させ、歩留りを改善するこ
との可能なイオン注入装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、イオン源より引出されたイオンビーム
の中からイオン注入に必要なイオンのみをイオン分析マ
グネットで選択してから、イオンビームを加速管で加速
して、それをウエーハに注入するイオン注入装置におい
て、上記イオン分析マグネットの真空容器内面にシリコ
ン製のライナーを貼ると共に、上記イオン分析マグネッ
トと上記加速管との間に、ビームマスク、ゲート電極、
スリット、低エネルギーイオン反射電極の順に配置し、
上記ゲート電極にビームゲート電源からの出力を印加し
て、イオンビームをθ度偏向させ、更に、上記加速管の
後方に偏向電極を配置して、イオンビームを−θ度偏向
させることを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】この発明においては、イオン注入に必要なイオ
ンのみをイオン分析マグネットで選択する際、イオンビ
ームの一部はイオン分析マグネット１３の真空容器内面
に貼られたシリコン製のライナーをスパッタする。しか
しながら、スパッタにより発生したイオンは、ゲート電
極で曲げられ、更に、スリットと低エネルギーイオン反
射電極との間で形成される電界により反射され、加速管
に至らない。イオン分析マグネットで選択されたイオン
ビームはビームマスクを通過して、ゲート電極に至る
が、そのゲート電極にビームゲート電源からの出力が印
加されると、イオンビームがθ度偏向される。θ度偏向
されたイオンビームはスリットを通過、更に、低エネル
ギーイオン反射電極を通過して、加速管に至る。その
際、イオン分析マグネットとゲート電極の間で注入に必
要なイオンが残留ガスと衝突して解離した場合、ゲート
電極にビームゲート電源からの電圧（Ｖ₁）を印加し
て、イオンビームをθ度偏向させると、解離したイオン
はθ度と異なった角度に偏向されるので、スリットを通
過できず、取り除くことができる。例えば、ＢＦ
₂ ⁺（質量４９）イオンを選択した場合、イオン源で３
０ＫｅＶに加速され、ゲート電極に達する。ゲート電極
にビームゲート電源からの電圧（Ｖ₁）が印加され、３
０ＫｅＶのＢＦ₂ ⁺イオンがθ度だけ偏向される。そし
て、ＢＦ₂ ⁺イオンが解離すると、Ｂ⁺イオンのエネル
ギーは３０ＫｅＶ×１１／４９＝６．７ＫｅＶとなる。
この６．７ＫｅＶのＢ⁺イオンは電圧（Ｖ₁）を印加し
ているゲート電極で、θ×３０／６．２＝４．５θに曲
げられるため、スリットを通過することができない。こ
のように分子イオンが解離しても、注入に必要なイオン
のエネルギーと異なったエネルギーのイオンは全て除去
することが出来る。また、１価イオンが２価イオンや中
性粒子になった場合や、２価イオンが１価イオンや３価
イオンになった場合には、エネルギーの変化はないが、
価数が異なるために偏向角が異なる。例えば、Ｂ²⁺（２
価イオン）がイオン分析マグネットとゲート電極との間
で電子を捕獲してＢ⁺（１価イオン）になった場合、ゲ
ート電極に電圧（Ｖ₂）を印加してＢ²⁺をθ度偏向して
スリットを通過するようにしているとき、注入に不必要
なＢ⁺は、Ｂ²⁺のθ度に比べて、１／２θ度だけしか偏
向されないために、スリットを通過することが出来な
い。このようにして注入に必要なイオンの価数と異なっ
た価数のイオンを除去できるようになる。そして、注入
に必要なイオンのみが低エネルギーイオン反射電極を通
過して加速管に至る。加速管を通ったイオンは、収束系
を経て、多極または平行平板の偏向電極で−θ度だけ曲
げられる。−θ度だけ曲げるのは、スリットと収束系の
間で中性粒子になったものを除去するためである。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の第１実施例のイオン注入
装置は図１および図２に示されており、同図において、
イオン源１１にはイオン引出電源１２が接続され、その
出力によって、イオン源１１で発生したイオンがビーム
として引出されるようになっている。引出されたイオン
ビームはイオン分析マグネット１３内を通過するが、そ
の際、イオン注入に必要なイオンのみがそこで選択され
る。イオン分析マグネット１３の真空容器内面にはシリ
コン製のライナー１４が貼られている。イオン分析マグ
ネット１３の出口側方向には、イオンビームの通過穴を
もったシリコン製のビームマスク１５が配置され、この
ビームマスク１５により、後述のゲート電極１６にイオ
ンビームが当たらないようにされている。ビームマスク
１５の後方にはイオンビームを跳ね上げるゲート電極１
６が配置され、そのゲート電極１６にはビームゲート電
源１７が接続されている。ビームゲート電源１７には、
後述のウエーハに注入されるイオン数が必要な値になる
と、イオン数を計測するドーズ計測器（図示せず）から
の信号が送られ、そして、ビームゲート電源１７からの
出力がゲート電極１６に印加されなくなる。ゲート電極
１６の後方にはシリコン製のスリット１８が配置され、
更に、そのスリット１８の後方には、イオン源１１より
イオンビームを引出す引出電圧に比べて１０ＫＶ程度低
い高電圧を印加する低エネルギーイオン反射電極１９が
配置され、スリット１８と低エネルギーイオン反射電極
１９との間で電界が形成されている。低エネルギーイオ
ン反射電極１９の後方には加速管２０が配置されてい
る。加速管２０の後方には、Ｑレンズ２１、イオンビー
ムをＸ方向（水平方向）に偏向させるイオンビーム偏向
Ｘ電極２２、イオンビームをＹ方向（垂直方向）に偏向
させるイオンビーム偏向Ｙ電極２３が配置され、イオン
ビーム偏向Ｙ電極２３でイオンビームを−θ度偏向され
ている。イオンビーム偏向Ｙ電極２３の後方には、ウエ
ーハの存在しているイオン注入室が配置されている。

【０００９】このような上記第１実施例においては、イ
オン源１１で発生したイオンはイオン引出電源１２の出
力によってイオンビームとして引出される。引出れたイ
オンビームはイオン分析マグネット１３内を通過する
が、その際、イオン注入に必要なイオンのみがそこで選
択される。また、イオン分析マグネット１３内を通過す
るイオンビームの一部はイオン分析マグネット１３の真
空容器内面に貼られたシリコン製のライナー１４をスパ
ッタする。イオン分析マグネット１３内を通過したイオ
ンビームはビームマスク１５、ゲート電極１６、スリッ
ト１８、低エネルギーイオン反射電極１９の順に通過し
て、加速管２０に至る。通過の際、ビームマスク１５は
イオンビームがゲート電極１６に当たらないようにする
役割を果たしている。ゲート電極１６は、注入に必要な
イオンのエネルギーと価数とが一致した場合のみθ度偏
向させてスリットを通過させる。また、スリット１８と
低エネルギーイオン反射電極１９との間で形成される電
界は、シリコン製のライナー１４や、スリット１８等を
スパッタして発生した汚染原因となるイオンを反射し、
イオンが加速管２０に至らないようにしている。加速管
２０に至ったイオンビームはそこで加速された後、Ｑレ
ンズ２１、イオンビーム偏向Ｘ電極２２を通り、イオン
ビーム偏向Ｙ電極２３で−θ度曲げられ、イオン注入室
内のウエーハに注入される。

【００１０】なお、イオン分析マグネット１３からイオ
ンビーム偏向Ｙ電極の間で、イオンの一部が電子を捕獲
して中性粒子になる。この中性粒子はイオンビーム偏向
Ｙ電極で曲げられず直進して、真空容器内壁をスパッタ
する。このスパッタによる金属不純物等の異物の発生を
防ぐために、中性粒子が照射される部分にシリコン製ラ
イナーを取り付ける。また、従来、金属不純物等の異物
の発生を防ぐために用いられていたグラファイト材はシ
リコン材に置き換える。例えば、イオン注入装置内のマ
スク等。

【００１１】実施例において、ウエーハに注入されるイ
オン数が必要な値になると、イオン数を計測するドーズ
計測器（図示せず）からの信号がビームゲート電源１７
に送られ、そして、ビームゲート電源１７からの出力が
ゲート電極１６に印加されなくなる。その結果、イオン
ビームがゲート電極１６により跳ね上げられ、直進し、
スリット１８を通過しなくなり、ウエーハへのイオン注
入が停止される。そして、ウエーハの交換をした後、続
いて、ゲート電極１６への印加を開始すると、再び、イ
オンビームがウエーハに注入されるようになる。

【００１２】なお、イオン分析マグネット１３の真空容
器内面にシリコン製のライナー１４を貼る代わりに、イ
オン分析マグネット１３の真空容器自体をシリコン製の
ブロックで制作したものであってもよい。また、ゲート
電極部に真空ポンプを組み込んで、金属不純物等の異物
を減らす従来の方法も付加できる。更に、低エネルギー
イオン反射電極１９は加速管の電極を一部用いてもよ
い。また、ウエーハにイオン注入を停止している時間
は、イオンビームがゲート電極１６を直進して、スリッ
ト１８の上部に当っている。この部分に、ビームモニタ
ーとして、別のスリットとビーム電流カップを取付けて
もよい。また、イオンビーム偏向Ｘ電極２２とイオンビ
ーム偏向Ｙ電極２３との代わりに、ＸＹ軸を同時に偏向
できる多極電極を用いてもよい。

【００１３】

【発明の効果】この発明は、ゲート電極にビームゲート
電源からの出力が印加されると、イオンビームがθ度偏
向され、イオンビームがスリットを通過できるので、イ
オン分析マグネットとゲート電極間で発生するエネルギ
ーやイオン価数の異なるイオンを遮断し、かつ、イオン
分析マグネットの真空容器内面に貼られたシリコン製の
ライナーをスパッタすることにより発生したイオンをも
スリットを通過させないようにし、更に、予測しえない
軌道を描いて通過する微量の注入に必要としないイオン
を除去するために、スリットと低エネルギーイオン反射
電極との間に形成される電界により反射させ、加速管に
至らないようにする。このようにして、デバイスへの注
入に必要としないイオン種、イオンエネルギーが混入す
ることを防ぎ、デバイスに金属不純物等の異物が混入す
ることが防止され、デバイスの性能が向上して、歩留り
が改善されるようになる。また、ゲート電極は加速管の
手前に配置されているので、θ度偏向するイオンビーム
は低いエネルギーとなる。そのため、ゲート電極を小型
化できると共に、ゲート電極に印加されるビームゲート
電源からの出力を小さく、しかも、ＯＮとＯＦＦの立上
がり、立下がり時間を短かくすることが出来る。更に、
イオン分析マグネットの真空容器内面にシリコン製のラ
イナーを貼っているので、イオン分析マグネットの真空
容器内面からのガスの放出が抑制される。その結果、硼
素、リン、砒素等の２価のプラスイオンがイオン分析マ
グネット真空容器内の残留ガスと衝突する確率が減少
し、硼素、リン、砒素等の２価のプラスイオンのビーム
電流が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例のイオン注入装置を示す
説明図

【図２】この発明の第１実施例の要部の一部を示す説明
図

【図３】従来のイオン注入装置を示す説明図

【符号の説明】

１１・・・・・・イオン源１２・・・・・・イオン引出電源１３・・・・・・イオン分析マグネット１４・・・・・・ライナー１５・・・・・・ビームマスク１６・・・・・・ゲート電極１７・・・・・・ビームゲート電源１８・・・・・・スリット１９・・・・・・低エネルギーイオン反射電極２０・・・・・・加速管２１・・・・・・Ｑレンズ２２・・・・・・イオンビーム偏向Ｘ電極２３・・・・・・イオンビーム偏向Ｙ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源より引出されたイオンビームの中
からイオン注入に必要なイオンのみをイオン分析マグネ
ットで選択してから、イオンビームを加速管で加速し
て、それをウエーハに注入するイオン注入装置におい
て、上記イオン分析マグネットの真空容器内面にシリコ
ン製のライナーを貼ると共に、上記イオン分析マグネッ
トと上記加速管との間に、ビームマスク、ゲート電極、
スリット、低エネルギーイオン反射電極の順に配置し、
上記ゲート電極にビームゲート電源からの出力を印加し
て、イオンビームをθ度偏向させ、更に、上記加速管の
後方に偏向電極を配置して、イオンビームを−θ度偏向
させることを特徴とするイオン注入装置。