イオン注入装置
【課題】 イオンビームの水平、垂直方向の外径を調整し、低エネルギー、大電流でも比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができるイオン注入装置を提供する。
【解決手段】 イオンＢを生成するイオン源１１０からイオンＢを引き出し、質量分離器１２０により所望のイオン種を選定し、この質量分離器１２０の下流側に配置された質量分離スリット１３０を透過したイオン種を加減速管１４０により所望のエネルギーに加速又は減速し、加減速管１４０の下流側に配置された四重極レンズによりイオンＢを収束させて、基板の注入面に所望のイオンＢを注入するイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置した。
【解決手段】 イオンＢを生成するイオン源１１０からイオンＢを引き出し、質量分離器１２０により所望のイオン種を選定し、この質量分離器１２０の下流側に配置された質量分離スリット１３０を透過したイオン種を加減速管１４０により所望のエネルギーに加速又は減速し、加減速管１４０の下流側に配置された四重極レンズによりイオンＢを収束させて、基板の注入面に所望のイオンＢを注入するイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置した。
【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、イオンビームの水平、垂直方向の外径を調整し、低エネルギー、大電流でも比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる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６を用いて説明する。
図６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。
【０００３】
イオン注入装置１００の主要構成は、図６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、加減速管１４０、四重極レンズ１５０、走査器１６０、平行化装置１７０である。
なお、同図中、１８０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、中心軸（以下、「光軸」ともいう場合がある）を中心に進行するイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
【０００４】
以下、イオン注入装置１００の上記各主要構成について、順次、補足説明する。
先ず、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り、図示しない引き出し口に高電圧を印加して、イオン源１１０内のイオンを引き出す。
【０００５】
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１８０に注入したいイオン種を特定するための装置である。
図６では、磁場の作用によりイオンＢを選定するタイプの質量分離器１２０で図示されている。
【０００６】
加減速管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６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。
なお、加減速管１４０を軸対称の構造とするのは、製作が容易となるためである。
【０００７】
四重極レンズ１５０は、イオンビームＢの基板１８０上でのビームスポット形状を調整するために、図６に示すように、加減速管１４０と走査器１６０との間に設置される。
四重極レンズ１５０は、光学上の凸レンズが光を収束するのと同様に、イオンビームＢがその進行方向に対して垂直な平面において収束させる機能を有する。
【０００８】
しかし、四重極レンズ１５０は、イオンビームＢの進行方向に対して、この垂直な平面内において、例えば水平方向（図６の紙面に水平な方向）に対して収束作用が働くと、それに直交する垂直方向（図６の紙面に垂直な方向）には発散作用が働く性質を備えている。
即ち、この点において水平・垂直方向共に光を収束させる光学上の凸レンズと顕著に相違する。
【０００９】
従って、図６に示す従来のイオン注入装置１００では、水平方向に収束させる四重極レンズとして、及び、垂直方向に収束させる四重極レンズとして、通常、２個又は３個（図示のものは２個）配置し、水平・垂直の双方向でビームＢを収束するようにしている。
【００１０】
四重極レンズ１５０には、主として、静電場の作用によりイオンビームＢを収束させる静電四重極レンズと、静磁場の作用によりイオンビームを収束させる磁気四重極レンズの二つの種類が存在する。
また、後述するように、四重極レンズ１５０の収束力（発散力）は、中心からの距離に比例する性質を有し、従って、外側ほど収束力（発散力）が強いことになる。
【００１１】
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６に示すように、基板１８０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。
図６に示すものでは、１ｋＨｚ程度の高速で走査されている。
【００１２】
平行化装置１７０は、荷電粒子であるイオンＢが磁場中で偏向される性質を利用して、イオンビームＢを構成する各イオンの経路の違いによって、ビームの広がりを抑えて、ビームＢを基板１８０に平行に入射させる装置である。
なお、図６には、平行化装置１７０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】
基板１８０は、エンドステーション内に配置され、走査器１６０がイオンビームＢを走査する方向とは直交する方向に、１Ｈｚ程度の比較的遅い速度で機械的に走査される。
【００１４】
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６を用いて説明する。
従来のイオン注入装置１００では、基板１８０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から所定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。
【００１５】
選別されたイオンビームＢは加減速管１４０で、所望のエネルギーに加速又は減速され、上述したように、１ｋＨｚ程度の周期の外部電界を走査器１６０に印加し、基板１８０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。
【００１６】
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１８０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。
【００１７】
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、中電流型イオン注入装置においても、低エネルギーでのビーム電流の増大が求められている。
具体的にはイオン種がＢ＋で、注入エネルギーが１０ｋｅＶの場合で、イオンビームＢの電流として１ｍＡ程度が必要である。
【００１８】
一方、中電流型イオン注入装置の本来の目的である、１５０乃至２００ｋｅＶ程度の比較的高いエネルギーでのイオン注入も必要である。
このため、中電流型イオン注入装置においては、イオン源１１０から一旦３０ｋｅＶ程度のエネルギーでイオンＢを引き出し、質量分離器１２０により必要なイオン種を選別した後に、加減速管１４０により加速若しくは減速することにより所定の注入エネルギーに変換している。
【００１９】
この際、効率よく質量分離するために、イオン源１１０のイオン引き出し口をスリット状とし、質量分離器１２０でのビームＢの偏向面はそれと直交する面とし、イオン源１１０のイオン引き出し口が質量分離器１２０により結像する位置に、質量分離スリット１３０を設置する。
このため、質量分離されたイオンビームＢの光学的な性質は、光軸に直交する二つの点で大きく異なるのが通常である。
【００２０】
スリット状のイオン引き出し口を持つイオン源１１０からのビームＢの発散角についての実測例としては、非特許文献１、非特許文献２などがある。
これらによると、スリットの幅方向には±１．０°乃至±２．０°程度の広がりがあるが、スリットの長手方向の広がりは±０．５°程度である。
従来のイオン注入装置では、イオン源の引き出し口は垂直方向に長いスリットで、イオンビームＢは水平方向に引き出される。
【００２１】
【特許文献１】特開平８−２１３３３９号
【非特許文献１】S.Ogata et al. Nucl. Instrum and Meth. A363(1995)468-
【非特許文献２】T.Kunibe et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)424-
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
次に、従来のイオン注入装置の問題点を明らかにするために、イオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションを行い、その第１、第２の２つの計算結果を図７及び図８に示す。
図７は、従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが高い場合である。
図８は、従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが低い場合である。
【００２３】
先ず、従来のイオン注入装置１００におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションの第１の計算結果を図７を用いて解析する。
ここでは、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源１１０から引き出され、加減速管１４０で２００ｋｅＶに加速される場合を示している。
なお、加減速管１４０と静電走査器１６０の内部では空間電荷効果が効くので、シミュレーションではこの領域での空間電荷効果によるビームＢの発散も考慮している。
【００２４】
また、図７中、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
なお、イオンビームＢのエンベロープとは、イオンビームＢの軌道計算を用いて、イオンビームＢの外径を算出し、この外径を連続してプロットした曲線である。
また、図７中、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
【００２５】
ここで、図７の解析を行う前に、上述した空間電荷効果について補足説明を行う。
イオンビームは、同じ電荷を持った粒子群が設計された中心軸方向に進行する一つの系である。
従って、イオンビームの中の各イオンにはそれぞれクーロン斥力が作用し、その正確な運動を定量的に解析するには、各粒子間の作用するクーロン力を考慮しなければならないが、イオンの数が膨大になると、それぞれのクーロン力を総て計算するのは不可能になる。
【００２６】
そこで、イオンビームを連続的に空間電荷が分布している系と考えれば、空間電荷により生じる電界を解析することによりイオンビームの運動を定量的に計算できるようになる。
この空間電荷は、一般に、電場が印加されていない領域では、イオンビーム自身の正電位により電子がイオンビーム内部に捕獲され、イオンビームの空間電荷が中和されて、空間電荷効果が効かない状況になる。
しかし、加減速管１４０のように、電場が印加されている領域では、イオンビームの空間電荷を中和する電子が流出して、後述するように、空間電荷効果によってイオンビームが大きく発散してしまう。
【００２７】
ところで、図７に示されているシミュレーションから明らかなように、質量分離スリット１３０を通過した直後のイオンビームＢは、水平面では強い発散を示しているのに対して、垂直面はほぼ平行であることが理解される。
図７に示されるように、イオンビームの電流が０．２ｍＡ、イオンビームＢのエネルギーが２００ｋｅＶの場合、ビームＢの基板１８０上での外径は水平面で１８ｍｍ程度、垂直面で２６ｍｍ程度である。
【００２８】
次に、従来のイオン注入装置１００におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションの第２の計算結果を図８を用いて解析する。
ここでは、イオン種をＢ＋、イオンビームＢの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源１１０から引き出される点では、上記第１の計算結果と同一条件ではあるが、加減速管１４０で、イオンビームＢのエネルギーが、逆に、１０ｋｅＶに減速される場合を示している。
なお、図７と同様に、加減速管１４０と静電走査器１６０の内部では空間電荷効果が効くので、シミュレーションではこの領域での空間電荷効果によるビームＢの発散も考慮している。
【００２９】
また、図７と同様に、図８中、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
なお、図７同様、図８においても、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
【００３０】
図８から明らかなように、イオンビームＢのエネルギーが低い場合は、特に、ビームＢの垂直方向が四重極レンズ１５０から基板１８０まで進行する間に、空間電荷効果によって発散してしまい、０．２ｍＡ程度でも基板１８０上でのビームの外径が３６ｍｍを超え、直径に換算すると７０ｍｍ程度と大きくなってしまうことが分かる。
【００３１】
この対策に、四重極レンズ１５０でイオンビームＢの垂直方向におけるビームスポットの外径を絞ることが考えられる。
しかし、図６に示した従来のイオン注入装置１００の構成では、図８に示すように、四重極レンズ１５０近傍でビームＢの垂直面が既に絞られているので、四重極レンズ１５０の動作条件を変えても、垂直面に関しては、四重極レンズ１５０から基板１８０までの空間電荷効果によるビームの発散を抑えることは困難である。
【００３２】
これは、上述したように、四重極レンズ１５０の収束力は、中心からの距離に比例しているが、従来のイオン注入装置１００では、四重極レンズ１５０近傍におけるイオンビームＢの外径が既に小さく、強い収束作用を引き出すことができないためである。
【００３３】
一方、基板１８０に均一性の良い注入をするためには、基板１８０上でのビームＢの大きさが基板１８０に比較して十分に小さいことが必要である。
ところが、従来のイオン注入装置１００では、１０ｋｅＶ程度の低エネルギーの場合、上記０．２ｍＡのシミュレーションで明らかにした通り、１ｍＡ程度の大電流でかつ基板１８０の上で直径が５０ｍｍ程度以下のイオンビームＢを得るのが困難で、低エネルギーの場合、大電流イオンビームＢでは、小さなスポットサイズのビームＢを安定して得ることができないという問題がある。
【００３４】
本発明は、上記従来の課題を解決し、イオンビームの水平、垂直方向の外径を調整し、低エネルギー、大電流でも比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる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】
【００３５】
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イオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用静電四重極レンズを配置した構成とした。
【００３６】
請求項２に記載のイオン注入装置では、前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極を配置した構成とした。
【００３７】
請求項３に記載のイオン注入装置では、前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する永久磁石を配置した構成とした。
【００３８】
請求項４に記載のイオン注入装置では、イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用磁気四重極レンズを配置した構成とした。
【発明の効果】
【００３９】
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、加減速管の下流側に配置した四重極レンズ近傍で、ビームの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズから基板までのビームの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
（２）また、調整用四重極レンズを静電タイプのものとすることにより、大きさが小さくなり、低下コスト化が可能である。
【００４０】
（３）請求項２に記載したように構成すると、イオンビーム中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームが発散する事態を防ぐことができる。
【００４１】
（４）請求項３に記載したように構成すると、請求項２と同様に、イオンビーム中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームが発散する事態を防ぐことができる。
【００４２】
（５）請求項４に記載したように構成すると、加減速管の下流側に配置した四重極レンズ近傍で、ビームの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズから基板までのビームの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
（６）また、調整用四重極レンズを磁気タイプのものとすることにより、それ自身が電子の流出を防ぐことができる機能を有するので、質量分離スリットと、調整用磁気四重極レンズとの間に、電極や永久磁石を配置する必要がなく、構成が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明のイオン注入装置の第１乃至第３の各実施の形態について、図１乃至図５を用いて、順次、説明する。
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乃至図３を用い、図６乃至図８を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
図２は、本実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープ曲線を示す図で、イオンビームが低電流の場合である。
図３は、本実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープ曲線を示す図で、イオンビームが大電流の場合である。
【００４５】
なお、図２及び図３において、図７及び図８と同様に、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
また、図７及び図８同様、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
図２及び図３においては、図の煩雑さを避けるために、質量分離スリット１３０の図示は省略してある。
【００４６】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０の基本構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態のイオン注入装置１０の構成上の特徴は、図６の従来のイオン注入装置１００において、質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置した点である。
従って、それ以外の各構成については、図６に示す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１０に用いる調整用静電四重極レンズ２０の作用を中心に説明する。
【００４７】
上述したように、この調整用静電四重極レンズ２０を質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に配置すると、該調整用静電四重極レンズ２０のイオンビームＢの収束発散作用により、イオンビームＢが下流の四重極レンズ１５０（図６参照）近傍におけるビームＢの外径を調整することが可能になる。
【００４８】
本実施の形態のイオン注入装置１０の基本動作上の特徴は、四重極レンズ１５０では、イオンビームＢの収束力は、中心からの距離に比例し外側ほど強い性質を有するために、調整用静電四重極レンズ２０により、下流側の四重極レンズ１５０で外径が広がるように設定すれば、下流側の四重極レンズ１５０の強い収束力を引き出すことができるというものである。
【００４９】
本実施の形態のイオン注入装置１０の上記基本動作上の特徴を検証するために、イオンビームＢの軌道計算を用いて算出したエンベロープを図２及び図３に示す。
図２には、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源から引き出され、加減速管で１０ｋｅＶに減速される場合を示す。
この条件は、従来のイオン注入装置１００では、ビームの直径が７０ｍｍ程度に広がった条件と同一である。
また、図３には、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を１．０ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源から引き出され、加減速管で１０ｋｅＶに減速される場合を示す。
【００５０】
図２及び図３に示すように、質量分離スリット（図示せず）を通過した直後のイオンビームＢは、当該スリットの幅方向（水平方向）には発散しているのに対し、長手方向（垂直方向）には平行若しくは収束気味である。
【００５１】
そこで、本実施の形態のイオン注入装置１０では、質量分離スリットと加減速管１４０との間に、上述した通り、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置し、この調整用静電四重極レンズ２０により、幅方向を収束させ、長手方向が発散するように機能させることにより、加減速管１４０に入射する場合や下流側の四重極レンズ１５０近傍において、幅方向と長手方向のビームＢの振る舞いが一致するようにすることができる。
【００５２】
これにより、製作が容易な軸対称の構造の加減速管１４０で加速や減速をしても、光軸Ｃに直交する水平、垂直の二つの面でのビームＢの振る舞いが一致し、加減速管１４０の下流側に配置した四重極レンズ１５０近傍で、ビームＢの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズ１５０から基板１８０までのビームＢの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
【００５３】
以下、図２及び図３からこのことを定量的に解析する。
図２及び図３から明らかなように、調整用静電四重極レンズ２０により、下流側の四重極レンズ１５０でビーム径が太くなり、下流側での四重極レンズ１５０の強い収束力を引き出すことができるので、イオンビームＢが低エネルギーの場合でも、特に、ビームＢの直径を垂直方向が四重極レンズ１５０から基板１８０まで進行する間に、空間電荷効果に発散してしまうのを抑制し、基板１８０上でのビームＢの直径が、１．０ｍＡの大電流でも、水平方向で２５ｍｍ程度、垂直方向で３０ｍｍ程度と小さくできることが分かる。
よって、本実施の形態のイオン注入装置１０では、イオンビームＢが低エネルギー、大電流の場合でも、スポット径が小さなイオンビームＢを安定して得ることができ、最新技術の要求に十分に対応が可能であることが理解される。
【００５４】
また、本実施の形態のイオン注入装置１００では、調整用四重極レンズ２０として、静電タイプのものを用いている。
これにより、調整用四重極レンズ２０の大きさが小さくなり、コンパクト化、低下コスト化が可能である。
【００５５】
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４を用いて説明する。
図４は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態の主要構成を示す斜視図である。
【００５６】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０Ｂの主要構成について、図４を用いて説明する。
本実施の形態のイオン注入装置１０Ｂの特徴は、図１に示す第１の実施の形態のイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と、調整用静電四重極レンズ２０との間に、質量分離スリット１３０側から調整用静電四重極レンズ２０側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極３０を配置した点である。
このようにすると、イオンビームＢ中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームＢが発散する事態を防ぐことができる。
【００５７】
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５を用いて説明する。
図５は、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態の主要構成を示す断面図である。
【００５８】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０Ｃの主要構成について、図５を用いて説明する。
本実施の形態のイオン注入装置１０Ｃの特徴は、図１に示す第１の実施の形態のイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と、調整用静電四重極レンズ２０との間に、質量分離スリット１３０側から調整用静電四重極レンズ２０側に電子が流出するのを防止する永久磁石４０を配置した点である。
このようにすると、第２の実施の形態と同様、イオンビームＢ中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームＢが発散する事態を防ぐことができる。
【００５９】
本発明のイオン注入装置は、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、調整用四重極レンズとしては、静電タイプのもので説明した。これは、磁気タイプのものに比較して大きさが小さくでき、低コストでコンパクト化が可能であるためだが、磁気タイプのものを用いても勿論かまわない。
この場合、磁気タイプのものは、それ自身イオンビームの中間電荷の中和を損なわせる電子の流出を防ぐ機能を有するので、上記第２及び第３の実施の形態で用いた電極や永久磁石は不要になり、構成が簡単になる。
【００６０】
また、図６に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、必ずしもこの従来例にのみ適用できるのではなく、イオンを注入する装置全般に本発明が適用できるのは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープを示す図で、イオンビームが低電流の場合である。
【図３】第１の実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープを示す図で、イオンビームが大電流の場合である。
【図４】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態の主要構成を示す斜視図である。
【図５】本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
【図６】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７】従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが高い場合である。
【図８】従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが低い場合である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１００：イオン注入装置
２０：調整用四重極レンズ
３０：電極
４０：永久磁石
１１０：イオン源
１２０：質量分離器
１３０：質量分離スリット
１４０：加減速速管
１５０：四重極レンズ
１８０：基板
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、イオンビームの水平、垂直方向の外径を調整し、低エネルギー、大電流でも比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる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６を用いて説明する。
図６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。
【０００３】
イオン注入装置１００の主要構成は、図６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、加減速管１４０、四重極レンズ１５０、走査器１６０、平行化装置１７０である。
なお、同図中、１８０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、中心軸（以下、「光軸」ともいう場合がある）を中心に進行するイオンであるが、以下、「イオンビーム」又は「ビーム」という場合がある。
【０００４】
以下、イオン注入装置１００の上記各主要構成について、順次、補足説明する。
先ず、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り、図示しない引き出し口に高電圧を印加して、イオン源１１０内のイオンを引き出す。
【０００５】
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１８０に注入したいイオン種を特定するための装置である。
図６では、磁場の作用によりイオンＢを選定するタイプの質量分離器１２０で図示されている。
【０００６】
加減速管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６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。
なお、加減速管１４０を軸対称の構造とするのは、製作が容易となるためである。
【０００７】
四重極レンズ１５０は、イオンビームＢの基板１８０上でのビームスポット形状を調整するために、図６に示すように、加減速管１４０と走査器１６０との間に設置される。
四重極レンズ１５０は、光学上の凸レンズが光を収束するのと同様に、イオンビームＢがその進行方向に対して垂直な平面において収束させる機能を有する。
【０００８】
しかし、四重極レンズ１５０は、イオンビームＢの進行方向に対して、この垂直な平面内において、例えば水平方向（図６の紙面に水平な方向）に対して収束作用が働くと、それに直交する垂直方向（図６の紙面に垂直な方向）には発散作用が働く性質を備えている。
即ち、この点において水平・垂直方向共に光を収束させる光学上の凸レンズと顕著に相違する。
【０００９】
従って、図６に示す従来のイオン注入装置１００では、水平方向に収束させる四重極レンズとして、及び、垂直方向に収束させる四重極レンズとして、通常、２個又は３個（図示のものは２個）配置し、水平・垂直の双方向でビームＢを収束するようにしている。
【００１０】
四重極レンズ１５０には、主として、静電場の作用によりイオンビームＢを収束させる静電四重極レンズと、静磁場の作用によりイオンビームを収束させる磁気四重極レンズの二つの種類が存在する。
また、後述するように、四重極レンズ１５０の収束力（発散力）は、中心からの距離に比例する性質を有し、従って、外側ほど収束力（発散力）が強いことになる。
【００１１】
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６に示すように、基板１８０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。
図６に示すものでは、１ｋＨｚ程度の高速で走査されている。
【００１２】
平行化装置１７０は、荷電粒子であるイオンＢが磁場中で偏向される性質を利用して、イオンビームＢを構成する各イオンの経路の違いによって、ビームの広がりを抑えて、ビームＢを基板１８０に平行に入射させる装置である。
なお、図６には、平行化装置１７０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】
基板１８０は、エンドステーション内に配置され、走査器１６０がイオンビームＢを走査する方向とは直交する方向に、１Ｈｚ程度の比較的遅い速度で機械的に走査される。
【００１４】
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６を用いて説明する。
従来のイオン注入装置１００では、基板１８０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から所定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。
【００１５】
選別されたイオンビームＢは加減速管１４０で、所望のエネルギーに加速又は減速され、上述したように、１ｋＨｚ程度の周期の外部電界を走査器１６０に印加し、基板１８０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。
【００１６】
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１８０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。
【００１７】
ところで、半導体デバイスの微細化に伴い、中電流型イオン注入装置においても、低エネルギーでのビーム電流の増大が求められている。
具体的にはイオン種がＢ＋で、注入エネルギーが１０ｋｅＶの場合で、イオンビームＢの電流として１ｍＡ程度が必要である。
【００１８】
一方、中電流型イオン注入装置の本来の目的である、１５０乃至２００ｋｅＶ程度の比較的高いエネルギーでのイオン注入も必要である。
このため、中電流型イオン注入装置においては、イオン源１１０から一旦３０ｋｅＶ程度のエネルギーでイオンＢを引き出し、質量分離器１２０により必要なイオン種を選別した後に、加減速管１４０により加速若しくは減速することにより所定の注入エネルギーに変換している。
【００１９】
この際、効率よく質量分離するために、イオン源１１０のイオン引き出し口をスリット状とし、質量分離器１２０でのビームＢの偏向面はそれと直交する面とし、イオン源１１０のイオン引き出し口が質量分離器１２０により結像する位置に、質量分離スリット１３０を設置する。
このため、質量分離されたイオンビームＢの光学的な性質は、光軸に直交する二つの点で大きく異なるのが通常である。
【００２０】
スリット状のイオン引き出し口を持つイオン源１１０からのビームＢの発散角についての実測例としては、非特許文献１、非特許文献２などがある。
これらによると、スリットの幅方向には±１．０°乃至±２．０°程度の広がりがあるが、スリットの長手方向の広がりは±０．５°程度である。
従来のイオン注入装置では、イオン源の引き出し口は垂直方向に長いスリットで、イオンビームＢは水平方向に引き出される。
【００２１】
【特許文献１】特開平８−２１３３３９号
【非特許文献１】S.Ogata et al. Nucl. Instrum and Meth. A363(1995)468-
【非特許文献２】T.Kunibe et al. Proceedings of 1998 Int. Conf. on Ion Implantation Technology, (1999)424-
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
次に、従来のイオン注入装置の問題点を明らかにするために、イオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションを行い、その第１、第２の２つの計算結果を図７及び図８に示す。
図７は、従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが高い場合である。
図８は、従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが低い場合である。
【００２３】
先ず、従来のイオン注入装置１００におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションの第１の計算結果を図７を用いて解析する。
ここでは、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源１１０から引き出され、加減速管１４０で２００ｋｅＶに加速される場合を示している。
なお、加減速管１４０と静電走査器１６０の内部では空間電荷効果が効くので、シミュレーションではこの領域での空間電荷効果によるビームＢの発散も考慮している。
【００２４】
また、図７中、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
なお、イオンビームＢのエンベロープとは、イオンビームＢの軌道計算を用いて、イオンビームＢの外径を算出し、この外径を連続してプロットした曲線である。
また、図７中、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
【００２５】
ここで、図７の解析を行う前に、上述した空間電荷効果について補足説明を行う。
イオンビームは、同じ電荷を持った粒子群が設計された中心軸方向に進行する一つの系である。
従って、イオンビームの中の各イオンにはそれぞれクーロン斥力が作用し、その正確な運動を定量的に解析するには、各粒子間の作用するクーロン力を考慮しなければならないが、イオンの数が膨大になると、それぞれのクーロン力を総て計算するのは不可能になる。
【００２６】
そこで、イオンビームを連続的に空間電荷が分布している系と考えれば、空間電荷により生じる電界を解析することによりイオンビームの運動を定量的に計算できるようになる。
この空間電荷は、一般に、電場が印加されていない領域では、イオンビーム自身の正電位により電子がイオンビーム内部に捕獲され、イオンビームの空間電荷が中和されて、空間電荷効果が効かない状況になる。
しかし、加減速管１４０のように、電場が印加されている領域では、イオンビームの空間電荷を中和する電子が流出して、後述するように、空間電荷効果によってイオンビームが大きく発散してしまう。
【００２７】
ところで、図７に示されているシミュレーションから明らかなように、質量分離スリット１３０を通過した直後のイオンビームＢは、水平面では強い発散を示しているのに対して、垂直面はほぼ平行であることが理解される。
図７に示されるように、イオンビームの電流が０．２ｍＡ、イオンビームＢのエネルギーが２００ｋｅＶの場合、ビームＢの基板１８０上での外径は水平面で１８ｍｍ程度、垂直面で２６ｍｍ程度である。
【００２８】
次に、従来のイオン注入装置１００におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムに基づく計算機シミュレーションの第２の計算結果を図８を用いて解析する。
ここでは、イオン種をＢ＋、イオンビームＢの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源１１０から引き出される点では、上記第１の計算結果と同一条件ではあるが、加減速管１４０で、イオンビームＢのエネルギーが、逆に、１０ｋｅＶに減速される場合を示している。
なお、図７と同様に、加減速管１４０と静電走査器１６０の内部では空間電荷効果が効くので、シミュレーションではこの領域での空間電荷効果によるビームＢの発散も考慮している。
【００２９】
また、図７と同様に、図８中、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
なお、図７同様、図８においても、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
【００３０】
図８から明らかなように、イオンビームＢのエネルギーが低い場合は、特に、ビームＢの垂直方向が四重極レンズ１５０から基板１８０まで進行する間に、空間電荷効果によって発散してしまい、０．２ｍＡ程度でも基板１８０上でのビームの外径が３６ｍｍを超え、直径に換算すると７０ｍｍ程度と大きくなってしまうことが分かる。
【００３１】
この対策に、四重極レンズ１５０でイオンビームＢの垂直方向におけるビームスポットの外径を絞ることが考えられる。
しかし、図６に示した従来のイオン注入装置１００の構成では、図８に示すように、四重極レンズ１５０近傍でビームＢの垂直面が既に絞られているので、四重極レンズ１５０の動作条件を変えても、垂直面に関しては、四重極レンズ１５０から基板１８０までの空間電荷効果によるビームの発散を抑えることは困難である。
【００３２】
これは、上述したように、四重極レンズ１５０の収束力は、中心からの距離に比例しているが、従来のイオン注入装置１００では、四重極レンズ１５０近傍におけるイオンビームＢの外径が既に小さく、強い収束作用を引き出すことができないためである。
【００３３】
一方、基板１８０に均一性の良い注入をするためには、基板１８０上でのビームＢの大きさが基板１８０に比較して十分に小さいことが必要である。
ところが、従来のイオン注入装置１００では、１０ｋｅＶ程度の低エネルギーの場合、上記０．２ｍＡのシミュレーションで明らかにした通り、１ｍＡ程度の大電流でかつ基板１８０の上で直径が５０ｍｍ程度以下のイオンビームＢを得るのが困難で、低エネルギーの場合、大電流イオンビームＢでは、小さなスポットサイズのビームＢを安定して得ることができないという問題がある。
【００３４】
本発明は、上記従来の課題を解決し、イオンビームの水平、垂直方向の外径を調整し、低エネルギー、大電流でも比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる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】
【００３５】
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イオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用静電四重極レンズを配置した構成とした。
【００３６】
請求項２に記載のイオン注入装置では、前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極を配置した構成とした。
【００３７】
請求項３に記載のイオン注入装置では、前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する永久磁石を配置した構成とした。
【００３８】
請求項４に記載のイオン注入装置では、イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用磁気四重極レンズを配置した構成とした。
【発明の効果】
【００３９】
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、加減速管の下流側に配置した四重極レンズ近傍で、ビームの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズから基板までのビームの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
（２）また、調整用四重極レンズを静電タイプのものとすることにより、大きさが小さくなり、低下コスト化が可能である。
【００４０】
（３）請求項２に記載したように構成すると、イオンビーム中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームが発散する事態を防ぐことができる。
【００４１】
（４）請求項３に記載したように構成すると、請求項２と同様に、イオンビーム中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームが発散する事態を防ぐことができる。
【００４２】
（５）請求項４に記載したように構成すると、加減速管の下流側に配置した四重極レンズ近傍で、ビームの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズから基板までのビームの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
（６）また、調整用四重極レンズを磁気タイプのものとすることにより、それ自身が電子の流出を防ぐことができる機能を有するので、質量分離スリットと、調整用磁気四重極レンズとの間に、電極や永久磁石を配置する必要がなく、構成が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明のイオン注入装置の第１乃至第３の各実施の形態について、図１乃至図５を用いて、順次、説明する。
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乃至図３を用い、図６乃至図８を参照して説明する。
【００４４】
図１は、本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
図２は、本実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープ曲線を示す図で、イオンビームが低電流の場合である。
図３は、本実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープ曲線を示す図で、イオンビームが大電流の場合である。
【００４５】
なお、図２及び図３において、図７及び図８と同様に、中心軸Ｃより上の曲線ＥＨは、水平面のイオンビームＢのエンベロープを、下側の曲線ＥＶは、垂直面のイオンビームＢのエンベロープを表している。
また、図７及び図８同様、中心軸Ｃの単位はｍ、縦軸はｍｍで示している。
図２及び図３においては、図の煩雑さを避けるために、質量分離スリット１３０の図示は省略してある。
【００４６】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０の基本構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態のイオン注入装置１０の構成上の特徴は、図６の従来のイオン注入装置１００において、質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置した点である。
従って、それ以外の各構成については、図６に示す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１０に用いる調整用静電四重極レンズ２０の作用を中心に説明する。
【００４７】
上述したように、この調整用静電四重極レンズ２０を質量分離スリット１３０と加減速管１４０との間に配置すると、該調整用静電四重極レンズ２０のイオンビームＢの収束発散作用により、イオンビームＢが下流の四重極レンズ１５０（図６参照）近傍におけるビームＢの外径を調整することが可能になる。
【００４８】
本実施の形態のイオン注入装置１０の基本動作上の特徴は、四重極レンズ１５０では、イオンビームＢの収束力は、中心からの距離に比例し外側ほど強い性質を有するために、調整用静電四重極レンズ２０により、下流側の四重極レンズ１５０で外径が広がるように設定すれば、下流側の四重極レンズ１５０の強い収束力を引き出すことができるというものである。
【００４９】
本実施の形態のイオン注入装置１０の上記基本動作上の特徴を検証するために、イオンビームＢの軌道計算を用いて算出したエンベロープを図２及び図３に示す。
図２には、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を０．２ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源から引き出され、加減速管で１０ｋｅＶに減速される場合を示す。
この条件は、従来のイオン注入装置１００では、ビームの直径が７０ｍｍ程度に広がった条件と同一である。
また、図３には、イオン種をＢ＋、イオンビームの電流を１．０ｍＡ、３０ｋｅＶでイオン源から引き出され、加減速管で１０ｋｅＶに減速される場合を示す。
【００５０】
図２及び図３に示すように、質量分離スリット（図示せず）を通過した直後のイオンビームＢは、当該スリットの幅方向（水平方向）には発散しているのに対し、長手方向（垂直方向）には平行若しくは収束気味である。
【００５１】
そこで、本実施の形態のイオン注入装置１０では、質量分離スリットと加減速管１４０との間に、上述した通り、イオンビームＢの外径を調整する調整用静電四重極レンズ２０を配置し、この調整用静電四重極レンズ２０により、幅方向を収束させ、長手方向が発散するように機能させることにより、加減速管１４０に入射する場合や下流側の四重極レンズ１５０近傍において、幅方向と長手方向のビームＢの振る舞いが一致するようにすることができる。
【００５２】
これにより、製作が容易な軸対称の構造の加減速管１４０で加速や減速をしても、光軸Ｃに直交する水平、垂直の二つの面でのビームＢの振る舞いが一致し、加減速管１４０の下流側に配置した四重極レンズ１５０近傍で、ビームＢの水平面と垂直面の外径がほぼ等しくすることができ、この結果、四重極レンズ１５０から基板１８０までのビームＢの制御性が良くなり、空間電荷効果による発散が顕著である低エネルギーの場合でも、大電流で比較的小さなスポットサイズのイオンビームを安定して得ることができる。
【００５３】
以下、図２及び図３からこのことを定量的に解析する。
図２及び図３から明らかなように、調整用静電四重極レンズ２０により、下流側の四重極レンズ１５０でビーム径が太くなり、下流側での四重極レンズ１５０の強い収束力を引き出すことができるので、イオンビームＢが低エネルギーの場合でも、特に、ビームＢの直径を垂直方向が四重極レンズ１５０から基板１８０まで進行する間に、空間電荷効果に発散してしまうのを抑制し、基板１８０上でのビームＢの直径が、１．０ｍＡの大電流でも、水平方向で２５ｍｍ程度、垂直方向で３０ｍｍ程度と小さくできることが分かる。
よって、本実施の形態のイオン注入装置１０では、イオンビームＢが低エネルギー、大電流の場合でも、スポット径が小さなイオンビームＢを安定して得ることができ、最新技術の要求に十分に対応が可能であることが理解される。
【００５４】
また、本実施の形態のイオン注入装置１００では、調整用四重極レンズ２０として、静電タイプのものを用いている。
これにより、調整用四重極レンズ２０の大きさが小さくなり、コンパクト化、低下コスト化が可能である。
【００５５】
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４を用いて説明する。
図４は、本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態の主要構成を示す斜視図である。
【００５６】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０Ｂの主要構成について、図４を用いて説明する。
本実施の形態のイオン注入装置１０Ｂの特徴は、図１に示す第１の実施の形態のイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と、調整用静電四重極レンズ２０との間に、質量分離スリット１３０側から調整用静電四重極レンズ２０側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極３０を配置した点である。
このようにすると、イオンビームＢ中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームＢが発散する事態を防ぐことができる。
【００５７】
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５を用いて説明する。
図５は、本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態の主要構成を示す断面図である。
【００５８】
先ず、本実施の形態のイオン注入装置１０Ｃの主要構成について、図５を用いて説明する。
本実施の形態のイオン注入装置１０Ｃの特徴は、図１に示す第１の実施の形態のイオン注入装置１０において、質量分離スリット１３０と、調整用静電四重極レンズ２０との間に、質量分離スリット１３０側から調整用静電四重極レンズ２０側に電子が流出するのを防止する永久磁石４０を配置した点である。
このようにすると、第２の実施の形態と同様、イオンビームＢ中から電子が流出して、空間電荷中和が損なわれてビームＢが発散する事態を防ぐことができる。
【００５９】
本発明のイオン注入装置は、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、調整用四重極レンズとしては、静電タイプのもので説明した。これは、磁気タイプのものに比較して大きさが小さくでき、低コストでコンパクト化が可能であるためだが、磁気タイプのものを用いても勿論かまわない。
この場合、磁気タイプのものは、それ自身イオンビームの中間電荷の中和を損なわせる電子の流出を防ぐ機能を有するので、上記第２及び第３の実施の形態で用いた電極や永久磁石は不要になり、構成が簡単になる。
【００６０】
また、図６に示した構成のイオン注入装置の例で説明したが、必ずしもこの従来例にのみ適用できるのではなく、イオンを注入する装置全般に本発明が適用できるのは言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のイオン注入装置の第１の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープを示す図で、イオンビームが低電流の場合である。
【図３】第１の実施の形態のイオン注入装置におけるイオンビームの軌道について、軌道計算プログラムで計算したエンベロープを示す図で、イオンビームが大電流の場合である。
【図４】本発明のイオン注入装置の第２の実施の形態の主要構成を示す斜視図である。
【図５】本発明のイオン注入装置の第３の実施の形態の主要構成を示す平面図である。
【図６】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７】従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが高い場合である。
【図８】従来のイオン注入装置のイオンビームのエンベロープを示す図で、エネルギーが低い場合である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１００：イオン注入装置
２０：調整用四重極レンズ
３０：電極
４０：永久磁石
１１０：イオン源
１２０：質量分離器
１３０：質量分離スリット
１４０：加減速速管
１５０：四重極レンズ
１８０：基板
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イオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用静電四重極レンズを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用磁気四重極レンズを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１】
イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用静電四重極レンズを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する、負の電圧を印加した電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記質量分離スリットと、前記調整用静電四重極レンズとの間に、前記質量分離スリット側から前記調整用静電四重極レンズ側に電子が流出するのを防止する永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
イオンを生成するイオン源からイオンを引き出し、質量分離器により所望のイオン種を選定し、この質量分離器の下流側に配置された質量分離スリットを透過したイオン種を加減速管により所望のエネルギーに加速又は減速し、前記加減速管の下流側に配置された四重極レンズにより前記イオンを収束させて、半導体ウェーハ等の基板の注入面に前記所望のイオンを注入するイオン注入装置において、
前記質量分離スリットと前記加減速管との間に、イオンビームの外径を調整する調整用磁気四重極レンズを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１１４３２９（Ｐ２００６−１１４３２９Ａ）
【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２００４−３００１５４（Ｐ２００４−３００１５４）
【出願日】平成１６年１０月１４日（２００４．１０．１４）
【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１４日（２００４．１０．１４）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]