イオン注入装置
【課題】 低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置を提供する。
【解決手段】 イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、イオンを走査器により基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ２０と、基板とファラデーカップ２０との間に配置され、イオンビームＢの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリット３２を有する遮蔽板３０とを具備したイオンビーム分布測定装置１０を備えた構成とした。
【解決手段】 イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、イオンを走査器により基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ２０と、基板とファラデーカップ２０との間に配置され、イオンビームＢの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリット３２を有する遮蔽板３０とを具備したイオンビーム分布測定装置１０を備えた構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に係り、特に、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源からのイオンを所望のエネルギーに加速し、半導体等の固体表面に注入する種々のタイプのイオン注入装置が実用に供されている（特許文献１参照）。
以下、従来のイオン注入装置の一例について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図１０は、従来のイオン注入装置が用いているビーム分布モニターの外観構成を示す斜視図である。
【０００３】
イオン注入装置１００の主要構成は、図９に示すように、イオン源１１０、質量分離器１２０、質量分離スリット１３０、加速管１４０、四重極レンズ１５０、走査器１６０、平行化装置１８０、ファラデーカップ等のイオンビームの電流モニター１９０、ビーム分布モニター２００である。
なお、同図中１７０は、図示しないエンドステーションに配置されたイオンを注入するターゲットとなる基板である。
また、Ｂはイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
【０００４】
イオン源１１０は、原子や分子から電子を剥ぎ取ってイオンを生成する装置である。
質量分離器１２０は、イオンや電子等の荷電粒子が磁場又は電場中で偏向される性質を利用して、磁場、或いは、電場、又は、その双方を発生して、基板１７０に注入したいイオン種を特定するための装置である。
【０００５】
加速管１４０は、質量分離スリット１３０を通過した所望のイオン種を加速又は減速する装置であるが、図９に示すように、通常は軸対象で、複数の電極を等間隔に並べ、それらの電極に等しい高電圧を印加して、静電界の作用により、イオンビームＢを所望の注入エネルギーに加速又は減速する。
【０００６】
走査器１６０は、イオンビームＢの進行方向と直交する方向に一様な外部電界を発生させ、この電界の極性や強度を変化させることにより、イオンの偏向角度を制御し、図９に示すように、基板１７０の注入面の所望の位置にイオンＢを走査し、均一に注入する。
【０００７】
以下、所望のイオン種を注入したい基板１７０の注入面を含む平面を「走査面」といい、また、イオンビームＢの「走査方向」とは、走査器１６０によりイオンビームが偏向される方向をいうものとする。
なお、図９では、水平方向にイオンビームＢを偏向する走査器１６０を示したが、垂直方向に偏向する走査器も用いられる場合がある。
【０００８】
また、図９に示すように、基板１７０の下流側にはイオンビームＢの電流モニターとして一般的なファラデーカップ１９０が、更に、このファラデーカップ１９０の下流には、ビーム分布モニター２００が配置されている。
なお、図９において、１９２及び２０２は電流計である。
【０００９】
従来のビーム分布モニター２００は非特許文献１に記載されているが、図１０に示すように、複数の小さなファラデーカップ２０４が所定幅の間隙を隔てて、ビームの走査方向に多数並んだ構造となっている。
【００１０】
以上の構成において、次に、従来のイオン注入装置１００の基本動作を図９を用いて説明する。
従来のイオン注入装置１００では、基板１７０のイオンＢの注入面全面に渡って一様な密度で所定のイオン種を所定のエネルギーでイオン注入を行うために、イオン源１１０から例えば３０ｋｅＶ程度のエネルギーで引き出されたイオンビームＢは、質量分離器１２０で偏向され、質量分離スリット１３０で所定のイオン種のみが選別される。
【００１１】
選別されたイオンビームＢは加速管１４０で、１０〜５００ｋｅＶ程度のエネルギーに加速又は減速され、例えば１ｋＨｚ程度の周期の外部電界を走査器１６０に印加し、基板１７０の走査面に走査される。
なお、上記では、外部電界によりイオンビームＢをスキャンする静電タイプの走査器１６０を取り上げたが、走査器１６０には静電タイプの代わりに磁気タイプのものが用いられる場合がある。
【００１２】
また、図９に示すように、イオンビームＢの基板１７０上でのビームスポット形状を調整するために、加速管１４０と走査器１６０との間に四重極レンズ１５０等の調整装置を設置する場合が多い。
走査器１６０の下流側には、ビームＢを平行にするための平行化装置１８０を設置する場合もある。
従って、図９には、四重極レンズ１５０、及び、平行化装置１８０を図示しているが、必ずしも、イオン注入装置１００の必須の構成要素ではない。
【００１３】
イオンＢが固体中に入り込む深さは、イオンＢのエネルギーで正確に制御できるので、例えば、イオン注入装置１００の立ち上げ時等で、イオンビームのドーズ量分布をモニタリングすると、基板１７０の注入面にイオンビームＢを走査することにより所望のイオン種の均一なイオン注入処理が容易に行える。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２１３３３９号
【非特許文献１】T.Hisamune et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implantation Technology, IEEE98EX144(1999)411-
【非特許文献２】T.Kunibe et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implantation Technology, IEEE98EX144(1999)424-
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、イオン注入装置に関して、基板に注入されるドーズ量とその面均一性に対する要求は、ますます厳しくなっている。 具体的には、基板の注入面内でのドーズ量の分布は、３σの範囲内で１％以下の均一精度が要求されている。
また、イオン注入装置の稼働効率の関係から、装置の立ち上げ時間の短縮、及び、イオンの注入効率の関係からスループットの向上も当然求められる。
【００１６】
そこで、以下、従来のイオン注入装置における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためのイオン注入方法について、図９を用いて説明する。
イオンビームＢを走査器１６０で走査した場合、走査角度によって走査器１６０から基板１７０まで、例えば、平行化装置１８０などでのイオンビームＢの経路が相違し、ビーム光学上の性質が若干異なるため、基板１７０上でのイオンビームＢのスポット形状は若干異なるのが一般的である。
【００１７】
このため、走査器１６０に印加する外部電界の波形を単純な三角波とし、この三角波でイオンビームＢを走査すると、基板１７０の上でのドーズ量の面内均一性を得られなくなってしまう恐れがある。
これを補正するために、基板１７０に注入する以前に、基板１７０をビームライン上から取り外して、ビーム分布モニター２００に照射し、ビーム分布モニター２００で基板１７０の走査面内でのビームのドーズ量の分布を計測し、この分布が一様になるように、走査器１６０に印加する外部電界の走査波形を調整することを行う。
【００１８】
例えば、イオンビームのドーズ量の分布がある領域で、平均より５％多いとすると、その領域に対応する走査角度での走査速度が５％速くなるように、走査器１６０に印加する外部電界の走査波形を調整する。
なお、ビームを走査しないで、ビーム分布モニター２００に照射しながら四重極レンズ１５０などを操作して、ビームの形状を調整する場合もある。
【００１９】
次に、従来のイオン注入装置１００に用いるビーム分布モニター２００の問題点について、図１０を用いて説明する。
上述したように、ビームの分布をモニターする機構は、基板１７０の注入面における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためには必須である。
【００２０】
しかし、従来のイオン注入装置１００のビーム分布モニター２００では、多数のファラデーカップ２０４を用い、且つ、そのファラデーカップ２０４の一部を機械的に可動とする必要があった。
一般に、多数のファラデーカップ２０４を用いた場合、それらの個体差を補正するために、各多数のファラデーカップ２０４の各測定値の校正が必要であり、また、その校正を行ったとしても、若干の誤差は残ってしまうという問題を備えている。
【００２１】
また、ファラデーカップ２０４の一部を機械的に可動とすると、電気的な雑音を防ぐ機構も必要である。
このように、従来のイオン注入装置１００では、多数のファラデーカップ２０４を用いることによる誤差が伴うという問題や、その校正のためにイオン注入装置１００の立ち上げ時間が長いという問題と、また、機械的な可動機構に電気的な雑音対策をとる必要があり、高価になってしまうという問題があった。
【００２２】
また、イオンビームの密度分布は周辺部にテールを持つ場合が多いが、テール部分が大きく広がっていると、走査しなければならない走査角度の範囲が大きくなり、この結果として、スループットが低下し、イオン注入の注入効率が悪くなるという問題がある。
【００２３】
この問題について、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１は、従来のイオン注入装置１００において、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分が狭い場合を示す図である。
図１２は、従来のイオン注入装置１００において、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分が広い場合を示す図である。
【００２４】
ところで、一般に、イオンビームの光軸に直交する面内でのイオンの密度分布は、非特許文献２に記載されているように、中心部分が高く、周辺にテールを持っている形状である。
そこで、密度分布のテール部分が基板１７０の周辺に当たってしまい、周辺部のドーズが設定値よりも大きくなってしまうのを避けるために、図１１及び図１２に示すように、イオンビームＢをそのテールの部分も含めて、ほぼ完全に基板１７０の外に出るまで走査器１６０で偏向する必要がある。
【００２５】
従って、図１１に示すように、イオンビームの密度分布のテール幅が小さい場合は、イオンビームＢを走査する走査範囲が小さくて済むが、一方、図１１に示すように、イオンビームＢの密度分布のテール幅が大きい場合は、イオンビームＢを走査する走査範囲が大きくなる。
イオンビームＢの走査器１６０による走査範囲が大きくなると、基板１７０の注入面に注入されないイオンビームの量が増大するために、イオン注入のスループットが低下し、注入効率が悪化する。
従って、イオンビームの密度分布のテール部分による悪影響を除去する必要がある。
【００２６】
本発明は、上記従来の課題を解決し、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明のイオン注入装置は、請求項１に記載のものでは、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。
【００２８】
請求項２に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。
【００２９】
請求項３に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能である構成とした。
【００３０】
請求項４に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるように構成した。
【００３１】
請求項５に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。
【００３２】
請求項６に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。
【００３３】
請求項７に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。
【００３４】
請求項８に記載のイオン注入装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。
【００３５】
請求項９に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査した状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面におけるドーズ量分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。
【００３６】
請求項１０に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査しない状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面における密度分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
（２）また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
【００３８】
（３）請求項２に記載したように構成すると、請求項１同様に、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
（４）また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
【００３９】
（５）請求項３に記載したように構成すると、遮蔽板を電流モニター前面から取り外すことにより、イオンビーム電流の総量が測定できる。
【００４０】
（６）請求項４に記載したように構成すると、イオンビームが照射されて、遮蔽板のスリットの側壁等から出る二次電子が、電流モニターに入射するのを防ぐことができる。
【００４１】
（７）請求項５に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。
【００４２】
（８）請求項６に記載したように構成すると、請求項５同様に、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。
【００４３】
（９）請求項７に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの密度分布のテール部分を除去でき、イオンビームの走査範囲を狭めることができるので、スループットの低下を防止でき、イオンの注入効率を向上することができる。
【００４４】
（１０）請求項８に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を測定し、この測定値に基づいて、除去すべき密度分布のテール部分を算出し、イオンビームの走査範囲を定めることができるので、イオンの注入効率を一層向上させることができる。
【００４５】
（１１）請求項９に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームのドーズ量分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。
【００４６】
（１２）請求項１０のように、イオンビームを走査しない状態で測定した前記基板の走査面における密度分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明のイオン注入装置の第１乃至第４の実施の形態について、図１乃至図８を用いて、順次、説明する。
【００４８】
第１の実施の形態
先ず、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態について、図１及び図２を用い、図９及び図１０を参照して説明する。
図１は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０の構成を示す外観斜視図である。
また、図２は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０の基本動作を説明する外観斜視図である。
【００４９】
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、図９に示す従来のイオン注入装置１００において、基板１７０の下流側にイオンビーム分布測定装置１０を取り付けた点である。
従って、基板１７０の上流側では、従来のイオン注入装置１００と同一の構成であり、その説明については割愛し、以下、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０を中心に説明する。
【００５０】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０の基本構成について説明する。
このイオンビーム分布測定装置１０は、イオン注入装置において、基板１７０の下流側に配置され（図９参照）、イオンビームＢの電流値を計測する電流モニターとして一般的なファラデーカップ２０と、基板１７０とこのファラデーカップ２０との間に配置され、単一のスリット３２が形成された遮蔽板３０と、この遮蔽板３０に形成されたスリット３２の下流側に配置された１対の永久磁石４０Ａ、４０Ｂから構成される。
なお、図１及び図２において、２２は、ファラデーカップ２０の電流計である。
【００５１】
ファラデーカップ２０は、イオンビームを走査器１６０（図９参照）により、基板１７０の走査面に走査した場合、イオンビームの電流量が測定できる十分な幅を有している。
遮蔽板３０は、図１に示すように、イオンビームＢの走査方向と同一方向に、遮蔽板ホルダー３６を介して機械的に移動可能である。
また、この遮蔽板ホルダー３６は軸回転自在であり、遮蔽板３０は、例えば、図２に示すように水平に倒すことにより、ファラデーカップ２０の前面から取り外し可能である。
【００５２】
また、図示は省略するが、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０では、遮蔽板３０をファラデーカップ２０の前面から取り外した状態でのビーム電流量と、遮蔽板３０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板３０のスリット３２の位置、及び、遮蔽板３０のスリット３２を透過したイオンビームの電流量を記憶するコンピュータを備えている。
【００５３】
本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０を以上のように構成すると、図１に示すように、遮蔽板３０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板３０のスリット３２の位置、及び、その位置おける遮蔽板３０のスリットを透過したイオンビームの電流量が測定できる上に、コンピュータに記憶することが可能になる。
また、図２に示すように、遮蔽板３０を水平に傾け、ファラデーカップ２０の前面から遮蔽板３０を取り外した状態でのビーム電流量を測定することにより、イオンビーム全体の総電流量を測定することができる。
【００５４】
従って、本実施の形態のイオン注入装置では、従来のものとは相違して、位置分解能を得るための多数のファラデーカップ２０４を用いないで済むので、電流モニターを単一のファラデーカップ２０にすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板３０のために、電気的なノイズが発生する虞がなく、多数のファラデーカップ２０４を用いないので、コストが大幅に削減でき、ファラデーカップ２０に取り付ける配線も大幅に減らすことができる（図９参照）。
更に、遮蔽板３０に形成するスリット３２の幅を調整することにより、測定されるイオンビームの分布の精度を所望のクラスまで上げることができる。
【００５５】
また、遮蔽板３０に形成されたスリット３２の下流側に、１対の永久磁石４０Ａ、４０Ｂを配置することにより、イオンビームＢが照射されて、遮蔽板３０のスリット３２の側壁等から二次電子が放出された場合でも、この電子は永久磁石４０Ａ、４０Ｂにトラップされるか、又は、大きく進路が曲げられるので、ファラデーカップ２０に入射するのを防ぐことができ、測定データの信頼度が向上する。
【００５６】
第２の実施の形態：
次に、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態について、図３乃至図５を用い、図９を参照して説明する。
図３は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０Ｂの構成を示す外観斜視図である。
図４及び図５は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０Ｂの測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【００５７】
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、上記第１の実施の形態と同様に、図９に示す従来のイオン注入装置１００において、図３に示す基板１７０の下流側にイオンビーム分布測定装置１０Ｂを取り付けた点である。
ところで、上記第１の実施の形態では、イオンビーム分布測定装置１０に単一のスリット３２を有する遮蔽板３０を用いた例で説明した。
一方、本実施の形態のイオンビーム分布測定装置１０Ｂでは、基板１７０とファラデーカップ２０との間に配置され、図３に示すような、イオンビームＢの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板５０を用いている。
【００５８】
この場合、短冊状の遮蔽板５０をファラデーカップ２０の前面から取り外した状態でビーム電流量を測定することにより、ビーム全体の総電流量が測定できるが、このビームの総電流量を図４において、破線Ｔで示す。
一方、図３に示すように、遮蔽板５０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板５０を走査方向に移動させた場合の遮蔽板５０の位置と、ファラデーカップ２０に入射したイオンビームＢの電流量を計測できるが、これを図４において、曲線Ｓで示す。
【００５９】
遮蔽板５０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板５０を走査方向に移動させた場合の電流量Ｓは、遮蔽板５０に遮蔽されなかった残りのイオンビームＢの電流量を測定することになる。
従って、図５に示すように、総電流量Ｔから電流量Ｓを差し引くことにより、遮蔽板５０の位置と、遮蔽板５０に遮蔽されたイオンビームＢの電流量、即ち、遮蔽板５０の位置にあるイオンビームの分布が算出され、これにより、基板１７０の走査面内におけるイオンビームの分布が測定できる。
従って、第２の実施の形態のイオンビーム分布測定装置１０Ｂでも、第１の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。
【００６０】
第３の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態について、図６乃至図８を用いて説明する。
図６は、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態を説明するための要部平面図である。
図７は、本発明のイオン注入装置の基本動作を説明するために、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分の影響を示す模式図である。
図８は、本発明のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分を除去した状態を示す模式図である。
【００６１】
本実施の形態のイオン注入装置は、図６に示すように、従来のイオン注入装置１００において（図９参照）、走査器１６０の上流側に、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分を除去できるスリット幅が可変なビーム成形スリット６０を配置するようにしたことを特徴としている。
なお、本実施の形態では、このビーム成形スリット６０は、加速管１４０と四重極レンズ１５０の間に配置した構成のもので示しているが、この箇所に限定されるものではない。
【００６２】
このように構成すると、例えば、図７に示すように、イオンビームの基板１７０の走査面の密度分布におけるテール部分の広がりが大きい場合、スループットが低下する問題があることは上述したが、ビーム成形スリット６０により、図６の矢印で示すように、成形スリット６０のスリット幅を調整することにより、このテール部分をカットすれば、図８に示すように、走査器１６０によりビームを走査する走査範囲が小さくできる。
即ち、本実施の形態のイオン注入装置では、ビーム成形スリット６０を用いることにより、イオンビームＢの密度分布のテール部分の悪影響を除去することにより、無駄に走査されるイオンビームＢの量を少なくするのが可能になり、スループットが増大し、イオンの注入効率が向上する。
【００６３】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について図１、図２及び図６を参照して説明する。
上記第３の実施の形態では、ビーム成形スリット６０により、イオンビームの密度分布のテール部分を除去し、スループットが増大することを説明したが、ビーム成形スリット６０のスリット幅を絞りすぎて、このテール部分をカットしすぎると、走査器１６０による走査範囲は狭まるものの、成形スリット６０を通過するイオンビームの総量が低下し、逆に、イオン注入効率が低下してしまう恐れがある。
【００６４】
そこで、本実施の形態のイオン注入装置では、第１の実施の形態で示したイオンビーム分布測定装置１０と、ビーム成形スリット６０と、このスリット幅を制御する制御機構を具備している構成とした。
イオンビーム分布測定装置１０と、ビーム成形スリット６０の特徴については、上述している関係上、改めて説明はしない。
【００６５】
一方、このスリット幅を制御する制御機構は、イオンビームを走査した状態で、イオンビーム分布測定装置１０により基板１７０の走査面におけるドーズ量分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器１６０により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行い、イオンビームの均一な照射効率が、最適値を含む所定値以上となるようなビーム成形スリット６０の幅を調整する機能を有している。
また、イオンビームを走査しない状態で、イオンビーム分布測定装置１０により基板１７０の走査面における密度分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器１６０により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行っても良い。
【００６６】
このような構成としておくと、注入するイオン種、注入エネルギー、ビームクオリティー、運転条件等の各パラメーターが様々に変化した場合でも、迅速に、最適若しくは好適なビーム成形を行い、イオンの注入効率を向上させることができる。
【００６７】
本発明のイオン注入装置の走査器は、上記各実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、上記実施の形態としては、イオンの電流モニターとして一般的なファラデーカップを用いたもので説明したが、他の電流モニターを用いても良い。
また、図９に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、走査器を用いてイオンビームを走査して基板にイオンを注入する装置全般に本発明が適用できる。
更に、上記実施の形態では、遮蔽板が水平方向に移動する例で説明したが、垂直方向にイオンビームを走査する場合は、遮蔽板も垂直方向に移動するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の基本動作を説明する外観斜視図である。
【図３】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の構成を示す外観斜視図である。
【図４】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【図５】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【図６】本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態を説明する要部平面図である。
【図７】本発明のイオン注入装置の基本動作を説明するために、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分の影響を示す模式図である。
【図８】本発明のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分を除去した状態を示す模式図である。
【図９】従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
【図１０】従来のイオン注入装置が用いているビーム分布モニターの外観構成を示す斜視図である。
【図１１】従来のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分が狭い場合を示す模式図である。
【図１２】従来のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分が広い場合を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０：イオンビーム分布測定装置
２０：ファラデーカップ（ビーム電流モニター）
３０：遮蔽板
３２：スリット
４０Ａ、４０Ｂ：永久磁石
６０：ビーム成形スリット
１６０：走査器
Ｂ：イオンビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置に係り、特に、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源からのイオンを所望のエネルギーに加速し、半導体等の固体表面に注入する種々のタイプのイオン注入装置が実用に供されている（特許文献１参照）。
以下、従来のイオン注入装置の一例について、図９及び図１０を用いて説明する。
図９は、従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
図１０は、従来のイオン注入装置が用いているビーム分布モニターの外観構成を示す斜視図である。
【０００３】
イオン注入装置１００の主要構成は、図９に示すように、イオン源１１０、質量分離器１２０、質量分離スリット１３０、加速管１４０、四重極レンズ１５０、走査器１６０、平行化装置１８０、ファラデーカップ等のイオンビームの電流モニター１９０、ビーム分布モニター２００である。
なお、同図中１７０は、図示しないエンドステーションに配置されたイオンを注入するターゲットとなる基板である。
また、Ｂはイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
【０００４】
イオン源１１０は、原子や分子から電子を剥ぎ取ってイオンを生成する装置である。
質量分離器１２０は、イオンや電子等の荷電粒子が磁場又は電場中で偏向される性質を利用して、磁場、或いは、電場、又は、その双方を発生して、基板１７０に注入したいイオン種を特定するための装置である。
【０００５】
加速管１４０は、質量分離スリット１３０を通過した所望のイオン種を加速又は減速する装置であるが、図９に示すように、通常は軸対象で、複数の電極を等間隔に並べ、それらの電極に等しい高電圧を印加して、静電界の作用により、イオンビームＢを所望の注入エネルギーに加速又は減速する。
【０００６】
走査器１６０は、イオンビームＢの進行方向と直交する方向に一様な外部電界を発生させ、この電界の極性や強度を変化させることにより、イオンの偏向角度を制御し、図９に示すように、基板１７０の注入面の所望の位置にイオンＢを走査し、均一に注入する。
【０００７】
以下、所望のイオン種を注入したい基板１７０の注入面を含む平面を「走査面」といい、また、イオンビームＢの「走査方向」とは、走査器１６０によりイオンビームが偏向される方向をいうものとする。
なお、図９では、水平方向にイオンビームＢを偏向する走査器１６０を示したが、垂直方向に偏向する走査器も用いられる場合がある。
【０００８】
また、図９に示すように、基板１７０の下流側にはイオンビームＢの電流モニターとして一般的なファラデーカップ１９０が、更に、このファラデーカップ１９０の下流には、ビーム分布モニター２００が配置されている。
なお、図９において、１９２及び２０２は電流計である。
【０００９】
従来のビーム分布モニター２００は非特許文献１に記載されているが、図１０に示すように、複数の小さなファラデーカップ２０４が所定幅の間隙を隔てて、ビームの走査方向に多数並んだ構造となっている。
【００１０】
以上の構成において、次に、従来のイオン注入装置１００の基本動作を図９を用いて説明する。
従来のイオン注入装置１００では、基板１７０のイオンＢの注入面全面に渡って一様な密度で所定のイオン種を所定のエネルギーでイオン注入を行うために、イオン源１１０から例えば３０ｋｅＶ程度のエネルギーで引き出されたイオンビームＢは、質量分離器１２０で偏向され、質量分離スリット１３０で所定のイオン種のみが選別される。
【００１１】
選別されたイオンビームＢは加速管１４０で、１０〜５００ｋｅＶ程度のエネルギーに加速又は減速され、例えば１ｋＨｚ程度の周期の外部電界を走査器１６０に印加し、基板１７０の走査面に走査される。
なお、上記では、外部電界によりイオンビームＢをスキャンする静電タイプの走査器１６０を取り上げたが、走査器１６０には静電タイプの代わりに磁気タイプのものが用いられる場合がある。
【００１２】
また、図９に示すように、イオンビームＢの基板１７０上でのビームスポット形状を調整するために、加速管１４０と走査器１６０との間に四重極レンズ１５０等の調整装置を設置する場合が多い。
走査器１６０の下流側には、ビームＢを平行にするための平行化装置１８０を設置する場合もある。
従って、図９には、四重極レンズ１５０、及び、平行化装置１８０を図示しているが、必ずしも、イオン注入装置１００の必須の構成要素ではない。
【００１３】
イオンＢが固体中に入り込む深さは、イオンＢのエネルギーで正確に制御できるので、例えば、イオン注入装置１００の立ち上げ時等で、イオンビームのドーズ量分布をモニタリングすると、基板１７０の注入面にイオンビームＢを走査することにより所望のイオン種の均一なイオン注入処理が容易に行える。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２１３３３９号
【非特許文献１】T.Hisamune et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implantation Technology, IEEE98EX144(1999)411-
【非特許文献２】T.Kunibe et al. Proceedings of Int. Conf. on Ion Implantation Technology, IEEE98EX144(1999)424-
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、イオン注入装置に関して、基板に注入されるドーズ量とその面均一性に対する要求は、ますます厳しくなっている。 具体的には、基板の注入面内でのドーズ量の分布は、３σの範囲内で１％以下の均一精度が要求されている。
また、イオン注入装置の稼働効率の関係から、装置の立ち上げ時間の短縮、及び、イオンの注入効率の関係からスループットの向上も当然求められる。
【００１６】
そこで、以下、従来のイオン注入装置における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためのイオン注入方法について、図９を用いて説明する。
イオンビームＢを走査器１６０で走査した場合、走査角度によって走査器１６０から基板１７０まで、例えば、平行化装置１８０などでのイオンビームＢの経路が相違し、ビーム光学上の性質が若干異なるため、基板１７０上でのイオンビームＢのスポット形状は若干異なるのが一般的である。
【００１７】
このため、走査器１６０に印加する外部電界の波形を単純な三角波とし、この三角波でイオンビームＢを走査すると、基板１７０の上でのドーズ量の面内均一性を得られなくなってしまう恐れがある。
これを補正するために、基板１７０に注入する以前に、基板１７０をビームライン上から取り外して、ビーム分布モニター２００に照射し、ビーム分布モニター２００で基板１７０の走査面内でのビームのドーズ量の分布を計測し、この分布が一様になるように、走査器１６０に印加する外部電界の走査波形を調整することを行う。
【００１８】
例えば、イオンビームのドーズ量の分布がある領域で、平均より５％多いとすると、その領域に対応する走査角度での走査速度が５％速くなるように、走査器１６０に印加する外部電界の走査波形を調整する。
なお、ビームを走査しないで、ビーム分布モニター２００に照射しながら四重極レンズ１５０などを操作して、ビームの形状を調整する場合もある。
【００１９】
次に、従来のイオン注入装置１００に用いるビーム分布モニター２００の問題点について、図１０を用いて説明する。
上述したように、ビームの分布をモニターする機構は、基板１７０の注入面における高い精度でのドーズ量の面均一性を得るためには必須である。
【００２０】
しかし、従来のイオン注入装置１００のビーム分布モニター２００では、多数のファラデーカップ２０４を用い、且つ、そのファラデーカップ２０４の一部を機械的に可動とする必要があった。
一般に、多数のファラデーカップ２０４を用いた場合、それらの個体差を補正するために、各多数のファラデーカップ２０４の各測定値の校正が必要であり、また、その校正を行ったとしても、若干の誤差は残ってしまうという問題を備えている。
【００２１】
また、ファラデーカップ２０４の一部を機械的に可動とすると、電気的な雑音を防ぐ機構も必要である。
このように、従来のイオン注入装置１００では、多数のファラデーカップ２０４を用いることによる誤差が伴うという問題や、その校正のためにイオン注入装置１００の立ち上げ時間が長いという問題と、また、機械的な可動機構に電気的な雑音対策をとる必要があり、高価になってしまうという問題があった。
【００２２】
また、イオンビームの密度分布は周辺部にテールを持つ場合が多いが、テール部分が大きく広がっていると、走査しなければならない走査角度の範囲が大きくなり、この結果として、スループットが低下し、イオン注入の注入効率が悪くなるという問題がある。
【００２３】
この問題について、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１は、従来のイオン注入装置１００において、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分が狭い場合を示す図である。
図１２は、従来のイオン注入装置１００において、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分が広い場合を示す図である。
【００２４】
ところで、一般に、イオンビームの光軸に直交する面内でのイオンの密度分布は、非特許文献２に記載されているように、中心部分が高く、周辺にテールを持っている形状である。
そこで、密度分布のテール部分が基板１７０の周辺に当たってしまい、周辺部のドーズが設定値よりも大きくなってしまうのを避けるために、図１１及び図１２に示すように、イオンビームＢをそのテールの部分も含めて、ほぼ完全に基板１７０の外に出るまで走査器１６０で偏向する必要がある。
【００２５】
従って、図１１に示すように、イオンビームの密度分布のテール幅が小さい場合は、イオンビームＢを走査する走査範囲が小さくて済むが、一方、図１１に示すように、イオンビームＢの密度分布のテール幅が大きい場合は、イオンビームＢを走査する走査範囲が大きくなる。
イオンビームＢの走査器１６０による走査範囲が大きくなると、基板１７０の注入面に注入されないイオンビームの量が増大するために、イオン注入のスループットが低下し、注入効率が悪化する。
従って、イオンビームの密度分布のテール部分による悪影響を除去する必要がある。
【００２６】
本発明は、上記従来の課題を解決し、低コストのイオンビーム分布測定装置を備えると共に、イオン注入のスループットを向上したイオン注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明のイオン注入装置は、請求項１に記載のものでは、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。
【００２８】
請求項２に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えた構成とした。
【００２９】
請求項３に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能である構成とした。
【００３０】
請求項４に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるように構成した。
【００３１】
請求項５に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。
【００３２】
請求項６に記載のイオン注入装置は、前記イオンビーム分布測定装置において、前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備した構成とした。
【００３３】
請求項７に記載のイオン注入装置は、イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。
【００３４】
請求項８に記載のイオン注入装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するように構成した。
【００３５】
請求項９に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査した状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面におけるドーズ量分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。
【００３６】
請求項１０に記載のイオン注入装置は、イオンビームを走査しない状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面における密度分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えた構成とした。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のイオン注入装置は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
（２）また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
【００３８】
（３）請求項２に記載したように構成すると、請求項１同様に、電流モニターを単一のものにすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、イオン注入装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
（４）また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板のために、電気的なノイズが発生する恐れがなく、多数の電流モニターを用いないので、コストが大幅に削減でき、電流モニターに取り付ける配線も大幅に減らすことができる。
【００３９】
（５）請求項３に記載したように構成すると、遮蔽板を電流モニター前面から取り外すことにより、イオンビーム電流の総量が測定できる。
【００４０】
（６）請求項４に記載したように構成すると、イオンビームが照射されて、遮蔽板のスリットの側壁等から出る二次電子が、電流モニターに入射するのを防ぐことができる。
【００４１】
（７）請求項５に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。
【００４２】
（８）請求項６に記載したように構成すると、請求項５同様に、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を正確に測定し、記憶することができるようになる。
【００４３】
（９）請求項７に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの密度分布のテール部分を除去でき、イオンビームの走査範囲を狭めることができるので、スループットの低下を防止でき、イオンの注入効率を向上することができる。
【００４４】
（１０）請求項８に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームの分布を測定し、この測定値に基づいて、除去すべき密度分布のテール部分を算出し、イオンビームの走査範囲を定めることができるので、イオンの注入効率を一層向上させることができる。
【００４５】
（１１）請求項９に記載したように構成すると、基板の走査面上におけるイオンビームのドーズ量分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。
【００４６】
（１２）請求項１０のように、イオンビームを走査しない状態で測定した前記基板の走査面における密度分布に対応して、ビーム成形スリットのスリット幅を制御することで、迅速に、イオンの注入効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明のイオン注入装置の第１乃至第４の実施の形態について、図１乃至図８を用いて、順次、説明する。
【００４８】
第１の実施の形態
先ず、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態について、図１及び図２を用い、図９及び図１０を参照して説明する。
図１は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０の構成を示す外観斜視図である。
また、図２は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０の基本動作を説明する外観斜視図である。
【００４９】
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、図９に示す従来のイオン注入装置１００において、基板１７０の下流側にイオンビーム分布測定装置１０を取り付けた点である。
従って、基板１７０の上流側では、従来のイオン注入装置１００と同一の構成であり、その説明については割愛し、以下、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０を中心に説明する。
【００５０】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０の基本構成について説明する。
このイオンビーム分布測定装置１０は、イオン注入装置において、基板１７０の下流側に配置され（図９参照）、イオンビームＢの電流値を計測する電流モニターとして一般的なファラデーカップ２０と、基板１７０とこのファラデーカップ２０との間に配置され、単一のスリット３２が形成された遮蔽板３０と、この遮蔽板３０に形成されたスリット３２の下流側に配置された１対の永久磁石４０Ａ、４０Ｂから構成される。
なお、図１及び図２において、２２は、ファラデーカップ２０の電流計である。
【００５１】
ファラデーカップ２０は、イオンビームを走査器１６０（図９参照）により、基板１７０の走査面に走査した場合、イオンビームの電流量が測定できる十分な幅を有している。
遮蔽板３０は、図１に示すように、イオンビームＢの走査方向と同一方向に、遮蔽板ホルダー３６を介して機械的に移動可能である。
また、この遮蔽板ホルダー３６は軸回転自在であり、遮蔽板３０は、例えば、図２に示すように水平に倒すことにより、ファラデーカップ２０の前面から取り外し可能である。
【００５２】
また、図示は省略するが、本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０では、遮蔽板３０をファラデーカップ２０の前面から取り外した状態でのビーム電流量と、遮蔽板３０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板３０のスリット３２の位置、及び、遮蔽板３０のスリット３２を透過したイオンビームの電流量を記憶するコンピュータを備えている。
【００５３】
本実施の形態のイオン注入装置に用いるイオンビーム分布測定装置１０を以上のように構成すると、図１に示すように、遮蔽板３０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板３０のスリット３２の位置、及び、その位置おける遮蔽板３０のスリットを透過したイオンビームの電流量が測定できる上に、コンピュータに記憶することが可能になる。
また、図２に示すように、遮蔽板３０を水平に傾け、ファラデーカップ２０の前面から遮蔽板３０を取り外した状態でのビーム電流量を測定することにより、イオンビーム全体の総電流量を測定することができる。
【００５４】
従って、本実施の形態のイオン注入装置では、従来のものとは相違して、位置分解能を得るための多数のファラデーカップ２０４を用いないで済むので、電流モニターを単一のファラデーカップ２０にすることが可能となり、従来の場合に比べて個体差による測定誤差がなくなり、測定値の校正が不要になり、立ち上げ時間を大幅に短縮することができる。
また、可動部分が電流計測には直接関係しない遮蔽板３０のために、電気的なノイズが発生する虞がなく、多数のファラデーカップ２０４を用いないので、コストが大幅に削減でき、ファラデーカップ２０に取り付ける配線も大幅に減らすことができる（図９参照）。
更に、遮蔽板３０に形成するスリット３２の幅を調整することにより、測定されるイオンビームの分布の精度を所望のクラスまで上げることができる。
【００５５】
また、遮蔽板３０に形成されたスリット３２の下流側に、１対の永久磁石４０Ａ、４０Ｂを配置することにより、イオンビームＢが照射されて、遮蔽板３０のスリット３２の側壁等から二次電子が放出された場合でも、この電子は永久磁石４０Ａ、４０Ｂにトラップされるか、又は、大きく進路が曲げられるので、ファラデーカップ２０に入射するのを防ぐことができ、測定データの信頼度が向上する。
【００５６】
第２の実施の形態：
次に、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態について、図３乃至図５を用い、図９を参照して説明する。
図３は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０Ｂの構成を示す外観斜視図である。
図４及び図５は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置１０Ｂの測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【００５７】
本実施の形態のイオン注入装置の特徴は、上記第１の実施の形態と同様に、図９に示す従来のイオン注入装置１００において、図３に示す基板１７０の下流側にイオンビーム分布測定装置１０Ｂを取り付けた点である。
ところで、上記第１の実施の形態では、イオンビーム分布測定装置１０に単一のスリット３２を有する遮蔽板３０を用いた例で説明した。
一方、本実施の形態のイオンビーム分布測定装置１０Ｂでは、基板１７０とファラデーカップ２０との間に配置され、図３に示すような、イオンビームＢの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板５０を用いている。
【００５８】
この場合、短冊状の遮蔽板５０をファラデーカップ２０の前面から取り外した状態でビーム電流量を測定することにより、ビーム全体の総電流量が測定できるが、このビームの総電流量を図４において、破線Ｔで示す。
一方、図３に示すように、遮蔽板５０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板５０を走査方向に移動させた場合の遮蔽板５０の位置と、ファラデーカップ２０に入射したイオンビームＢの電流量を計測できるが、これを図４において、曲線Ｓで示す。
【００５９】
遮蔽板５０がファラデーカップ２０の前面にある状態で、遮蔽板５０を走査方向に移動させた場合の電流量Ｓは、遮蔽板５０に遮蔽されなかった残りのイオンビームＢの電流量を測定することになる。
従って、図５に示すように、総電流量Ｔから電流量Ｓを差し引くことにより、遮蔽板５０の位置と、遮蔽板５０に遮蔽されたイオンビームＢの電流量、即ち、遮蔽板５０の位置にあるイオンビームの分布が算出され、これにより、基板１７０の走査面内におけるイオンビームの分布が測定できる。
従って、第２の実施の形態のイオンビーム分布測定装置１０Ｂでも、第１の実施の形態のものと同様の効果が得られることになる。
【００６０】
第３の実施の形態
次に、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態について、図６乃至図８を用いて説明する。
図６は、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態を説明するための要部平面図である。
図７は、本発明のイオン注入装置の基本動作を説明するために、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分の影響を示す模式図である。
図８は、本発明のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分を除去した状態を示す模式図である。
【００６１】
本実施の形態のイオン注入装置は、図６に示すように、従来のイオン注入装置１００において（図９参照）、走査器１６０の上流側に、イオンビームＢの基板１７０の走査面における密度分布のテール部分を除去できるスリット幅が可変なビーム成形スリット６０を配置するようにしたことを特徴としている。
なお、本実施の形態では、このビーム成形スリット６０は、加速管１４０と四重極レンズ１５０の間に配置した構成のもので示しているが、この箇所に限定されるものではない。
【００６２】
このように構成すると、例えば、図７に示すように、イオンビームの基板１７０の走査面の密度分布におけるテール部分の広がりが大きい場合、スループットが低下する問題があることは上述したが、ビーム成形スリット６０により、図６の矢印で示すように、成形スリット６０のスリット幅を調整することにより、このテール部分をカットすれば、図８に示すように、走査器１６０によりビームを走査する走査範囲が小さくできる。
即ち、本実施の形態のイオン注入装置では、ビーム成形スリット６０を用いることにより、イオンビームＢの密度分布のテール部分の悪影響を除去することにより、無駄に走査されるイオンビームＢの量を少なくするのが可能になり、スループットが増大し、イオンの注入効率が向上する。
【００６３】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について図１、図２及び図６を参照して説明する。
上記第３の実施の形態では、ビーム成形スリット６０により、イオンビームの密度分布のテール部分を除去し、スループットが増大することを説明したが、ビーム成形スリット６０のスリット幅を絞りすぎて、このテール部分をカットしすぎると、走査器１６０による走査範囲は狭まるものの、成形スリット６０を通過するイオンビームの総量が低下し、逆に、イオン注入効率が低下してしまう恐れがある。
【００６４】
そこで、本実施の形態のイオン注入装置では、第１の実施の形態で示したイオンビーム分布測定装置１０と、ビーム成形スリット６０と、このスリット幅を制御する制御機構を具備している構成とした。
イオンビーム分布測定装置１０と、ビーム成形スリット６０の特徴については、上述している関係上、改めて説明はしない。
【００６５】
一方、このスリット幅を制御する制御機構は、イオンビームを走査した状態で、イオンビーム分布測定装置１０により基板１７０の走査面におけるドーズ量分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器１６０により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行い、イオンビームの均一な照射効率が、最適値を含む所定値以上となるようなビーム成形スリット６０の幅を調整する機能を有している。
また、イオンビームを走査しない状態で、イオンビーム分布測定装置１０により基板１７０の走査面における密度分布を測定し、この分布に基づいて、テール部分が除去されることによるイオン注入量減少と、テール部分が除去されることにより、走査器１６０により走査される走査範囲が狭まることにより注入量が増加することの利得計算を行っても良い。
【００６６】
このような構成としておくと、注入するイオン種、注入エネルギー、ビームクオリティー、運転条件等の各パラメーターが様々に変化した場合でも、迅速に、最適若しくは好適なビーム成形を行い、イオンの注入効率を向上させることができる。
【００６７】
本発明のイオン注入装置の走査器は、上記各実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。
先ず、上記実施の形態としては、イオンの電流モニターとして一般的なファラデーカップを用いたもので説明したが、他の電流モニターを用いても良い。
また、図９に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、走査器を用いてイオンビームを走査して基板にイオンを注入する装置全般に本発明が適用できる。
更に、上記実施の形態では、遮蔽板が水平方向に移動する例で説明したが、垂直方向にイオンビームを走査する場合は、遮蔽板も垂直方向に移動するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の基本動作を説明する外観斜視図である。
【図３】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の構成を示す外観斜視図である。
【図４】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【図５】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態に用いるイオンビーム分布測定装置の測定電流量と遮蔽板の位置との関係を示す特性曲線である。
【図６】本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態を説明する要部平面図である。
【図７】本発明のイオン注入装置の基本動作を説明するために、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分の影響を示す模式図である。
【図８】本発明のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分を除去した状態を示す模式図である。
【図９】従来のイオン注入装置の概略構成を示す平面図である。
【図１０】従来のイオン注入装置が用いているビーム分布モニターの外観構成を示す斜視図である。
【図１１】従来のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分が狭い場合を示す模式図である。
【図１２】従来のイオン注入装置において、イオンビームの基板の走査面における密度分布のテール部分が広い場合を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０：イオンビーム分布測定装置
２０：ファラデーカップ（ビーム電流モニター）
３０：遮蔽板
３２：スリット
４０Ａ、４０Ｂ：永久磁石
６０：ビーム成形スリット
１６０：走査器
Ｂ：イオンビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１又は３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項３又は４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するようにしたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項８】
前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項９】
イオンビームを走査した状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面におけるドーズ量分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えたことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
イオンビームを走査しない状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面における密度分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えたことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、単一のスリットを有する遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記基板の下流側に配置され、イオンビームの電流値を計測するファラデーカップ等の電流モニターと、前記基板と前記電流モニターとの間に配置され、前記イオンビームの走査方向と同一方向に移動可能で、かつ、所定幅の短冊状の遮蔽板とを具備したイオンビーム分布測定装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記基板と前記電流モニターとの間に配置された前記遮蔽板は、前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外し可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記遮蔽板に形成された単一のスリットの下流側に、二次電子が前記イオンビームの電流モニターに入射するのを防止する永久磁石を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１又は３に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記単一のスリットを有する遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記単一のスリットを有する遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板のスリットの位置、及び、前記遮蔽板のスリットを透過したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項３又は４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記イオンビーム分布測定装置において、
前記短冊状の遮蔽板を前記イオンビームの電流モニターの前面から取り外した状態でのビーム電流量と、
前記短冊状の遮蔽板が前記イオンビームの電流モニターの前面にある状態で、この遮蔽板をイオンビームの走査方向に移動させながら、前記遮蔽板の位置、及び、前記遮蔽板が遮蔽したイオンビームの電流量とを記憶する電子回路又はコンピュータを具備したことを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
イオンを生成するイオン源から所望のイオン種を引き出し、所望のエネルギーに加速又は減速し、前記イオンを走査器により半導体ウェーハ等の基板の注入面にイオンを走査して注入するイオン注入装置において、
前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するようにしたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項８】
前記走査器の上流側に、前記イオンビームの前記基板の走査面における密度分布のテール部分を除去する、スリット幅が可変なビーム成形スリットを配置するようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項９】
イオンビームを走査した状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面におけるドーズ量分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えたことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
イオンビームを走査しない状態で、前記イオンビーム分布測定装置において計測されたイオンビームの前記基板の走査面における密度分布から、イオンビームの均一な照射効率が最適値を含む所定値以上となるような前記ビーム成形スリットの幅を調整する制御機構を備えたことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１１４２８９（Ｐ２００６−１１４２８９Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９９１１５（Ｐ２００４−２９９１１５）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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