(57)【要約】【課題】ビームブローアップを抑制するためのイオンビーム中和用ガス量の節約が可能な方法とイオン注入装置を提供する。【解決手段】  イオン源に導入されるドーパントガスのプラズマから引出電極によって引き出されるイオンビームにおいて、前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給しイオンビームを中和する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源に導入されるドーパントガスのプラズマから引出電極によって引き出されるイオンビームにおいて、
前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、
前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給するイオンビーム中和方法。
【請求項２】
イオン源に導入されるドーパントガスのプラズマから引出電極によって引き出されるイオンビームを質量分析電磁石と分析スリットにより、所望のイオンのみを基板に照射する装置において、
前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、前記引出電極から分析スリットまで間のイオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、
前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、前記引出電極から分析スリットまで間のイオンビーム軌道に中和用ガスを供給するイオンビーム中和方法。
【請求項３】
イオンビーム軌道に供給する前記中和用ガスが、ハロゲン含有ガスである請求項１又は２記載のイオンビーム中和方法。
【請求項４】
イオンビーム軌道に供給する中和用ガス量をマスフローにて調整する請求項１又は２記載のイオンビーム中和方法。
【請求項５】
ドーパントガスをイオン化するイオン源と、
イオン化されたイオンを引き出す引出電極と、
引き出されたイオンビームの質量分析をする質量分析電磁石と、
前記質量分析電磁石の下流に配置された分析スリットと、
前記引出電極と前記分析スリット間に配置された中和用ガス導入口と、
前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給する制御装置と
を備えたイオン注入装置。
【請求項６】
前記イオンビームがリボンイオンビームであって、
前記中和用ガス導入口が、前記リボンイオンビームの長手方向の中央にある請求項５記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記イオンビームがリボンイオンビームであって、
前記中和用ガス導入口が、質量分析電磁石内の前記リボンイオンビームの軌道の中央にある請求項５記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置の分野に関し、イオンビームを中和するための改良された方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、基板寸法の大型化やイオンビームのビーム電流の大電流化、低エネルギー化等の要求から、一方向に長いリボン状のイオンビーム（以下、リボンイオンビームと呼ぶ）が利用されている。ビーム電流の大電流化は、高ドーズ量に対応し、また低エネルギーは、浅いイオン注入が可能となる。正イオンからなるイオンビームは正の電荷を帯びたビームであるため、イオンビーム内で正イオンが相互に反発し合いビームブローアップ状態（または、空間電荷効果とも呼ぶ）が高電流、低エネルギービームでは特に問題となる。
【０００３】
このような高電流、低エネルギーに適用する場合に問題となるビーム“ブローアップ”を低減するため、水蒸気を利用したイオン注入装置のイオンビームを中和するためのシステム及び方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
正のイオンビームの輸送経路では、ビームブローアップによるイオンビームの発散を抑制するための中和用ガス量の節約が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本公開特許公報  特開平１１−９６９６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ビームブローアップを抑制するためのイオンビーム中和用ガス量の節約が可能な方法とイオン注入装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
イオン源に導入されるドーパントガスのプラズマから引出電極によって引き出されるイオンビームにおいて、前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給するイオンビーム中和方法。
【０００８】
イオン源に導入されるドーパントガスのプラズマから引出電極によって引き出されるイオンビームを質量分析電磁石と分析スリットにより、所望のイオンのみを基板に照射する装置において、前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、前記引出電極から分析スリットまで間のイオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、前記引出電極から分析スリットまで間のイオンビーム軌道に中和用ガスを供給するイオンビーム中和方法。
【０００９】
イオンビーム軌道に供給する前記中和用ガスが、ハロゲン含有ガスであるイオンビーム中和方法。
【００１０】
イオンビーム軌道に供給する中和用ガス量をマスフローにて調整するイオンビーム中和方法。
【００１１】
ドーパントガスをイオン化するイオン源と、イオン化されたイオンを引き出す引出電極と、引き出されたイオンビームの質量分析をする質量分析電磁石と、前記質量分析電磁石の下流に配置された分析スリットと、前記引出電極と前記分析スリット間に配置された中和用ガス導入口と、前記ドーパントガスがハロゲン含有である場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給せず、前記ドーパントガスがハロゲン含有でない場合、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給する制御装置とを備えたイオン注入装置。
【００１２】
前記イオンビームがリボンイオンビームであって、前記中和用ガス導入口が、前記リボンイオンビームの長手方向の中央にあってもよい。
【００１３】
前記イオンビームがリボンイオンビームであって、前記中和用ガス導入口が、質量分析電磁石内の前記リボンイオンビームの軌道の中央にあってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ビームブローアップを抑制するためのイオンビーム中和用ガス量の節約が可能な方法とイオン注入装置を提供するこができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のイオン注入装置の模式図。
【図２】本発明のイオン注入装置の別の模式図。
【図３】ドーパントガスがＰＨ３のマススペクトルの例。
【図４】ドーパントガスがＡｓＨ３のマススペクトルの例。
【図５】ドーパントガスがＰＨ３であって、質量分析電磁石のライナーからの二次電子の放出と中和用ガス分子との衝突による負イオン化の模式図。
【図６】中和用ガス量とビーム電流の変化を示す実験データ。
【図７】中和用ガス量とビーム電流変動率を示す実験データ。
【図８】中和用ガス導入口が質量分析電磁石内のリボンイオンビーム軌道の中央にある例。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１には、本発明のイオン注入装置ＩＭの構成例が描かれている。イオンビームがリボンイオンビームの場合の例を示す。
【００１７】
イオン源１は、リボンイオンビームＲＢを生成するイオン源であって、図示されるＹ方向に長く、一面にビーム引出し口を有する立方体状のプラズマ生成容器１１を有している。
【００１８】
プラズマ生成容器１１の一面には、内部にドーパントガスを導入するためのガス導入口が設けられている。また、プラズマ生成容器１１の図示されないＹ方向側の面には、このガスを電離して容器内部にプラズマを生成するための電子を放出するフィラメント等のカソードが取り付けられている。さらに、プラズマ生成容器１１のＺ方向側の面には、容器内部と容器外部とを連通するビーム引出し口が形成されている。
【００１９】
ビーム引出し口の下流側（Ｚ方向側）には、ビーム引出し口を通して、所定エネルギーでリボンイオンビームＲＢを引き出すための複数枚の電極から構成される引出電極系Ｅが配置されている。
【００２０】
引出電極系Ｅの下流には、イオンビーム電流をモニターするためのフラッグ・ファラデー７、処理室４を備えている。フラッグ・ファラデー７は、イオンビーム軌道を出入りするようになっている。処理室４には、基板５を支持するホルダ６を図の矢印方向にリボンイオンビームＲＢを横切るように往復搬送する図示されない駆動機構が配置されている。
【００２１】
上記引出電極系Ｅと基板５までの間に、本発明考案のリボンイオンビーム軌道に中和用ガスを供給するための中和用ガス導入口２４と流量調整するマスフロー２２及び開閉バルブ２３とガスボンベ２１が配置されている。
【００２２】
プラズマ生成容器１１に導入されるドーパントガスが、例えばＢＦ３,ＰＦ３,ＧｅＦ４などのハロゲン含有ガスである場合、ハロゲン成分は電子親和力が高く負イオン化しやすい。プラズマ生成容器１１内で生成される負イオン成分がプラズマ生成容器１１外のリボンイオンビーム軌道に漏れ出してしまうため、リボンイオンビームのブローアップを抑制する効果がある。そのため、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給する必要がない。
【００２３】
また、プラズマ生成容器１１に導入されるドーパントガスが、例えばＰＨ３, ＡｓＨ３,Ｎ２,ＣＯ２などのハロゲン含有ガスでない場合、プラズマ生成容器１１内で生成される負イオン成分が期待できない。そのため、イオンビーム軌道に中和用ガスを供給し、供給した中和用ガス分子とリボンイオンビームとの衝突により生成された負イオン成分によりリボンイオンビームを中和する。リボンイオンビームを中和することにより、ビーム輸送効率が向上することができる。
【００２４】
上記のようにプラズマ生成容器１１に導入されるドーパントガスによって、中和用ガスを供給したり又は供給しないことにより、中和用ガス量の節約が可能であり、コスト削減の顕著な効果がある。
【００２５】
イオン注入装置には、非質量分析タイプと質量分析タイプがあり、質量分析タイプは、質量分析電磁石が設けられているために非質量分析タイプに比べてビームラインは長くなる。
【００２６】
質量分析タイプのイオン注入装置の場合、ビームラインが長くなるため、中和用ガスをリボンイオンビーム軌道のどこに入れるかでビームの輸送効率に違いがある。また質量分析電磁石は、製造コストや消費電力を考慮し、イオンビームに対して均一磁場を供給することを目的に設計されている。よって、質量分析電磁石内を通過するリボンイオンビームを許容する空間は狭く、また、質量分析電磁石は質量分析のために長い距離リボンイオンビームを旋回させる機能を有していて、ビームライン中の他のビーム光学要素に比べて、ビーム輸送距離が比較的長い。そのため、電荷を有するイオンビームは、ビームブローアップで発散する。これらを総合すれば、質量分析電磁石内でビームブローアップを抑えることでビーム輸送効率は大きく改善される。
【００２７】
図２には、本発明のイオン注入装置ＩＭの別の構成例が描かれており、質量分析タイプのイオン注入装置の構成例を示す。
【００２８】
リボンイオンビームＲＢを生成するイオン源１の下流には、リボンイオンビームＲＢを引き出すための複数枚の電極から構成される引出電極系Ｅが配置されている。
【００２９】
その引出電極系Ｅの下流側には、引き出されたリボンイオンビームの内、所望の質量のイオンのみが通過できるように質量分析電磁石２及び分析スリット３が配置されている。
【００３０】
上記引出電極系Ｅと質量分析電磁石２の入口間には、本発明考案のリボンイオンビーム軌道に中和用ガスを供給するための中和用ガス導入口２４と流量調整するマスフロー２２と開閉バルブ２３とガスボンベ２１とが配置されている。
【００３１】
分析スリット３の下流には、電流密度分布調整器Ｕ、リボンイオンビーム電流をモニターするためのフラッグ・ファラデー７、処理室４を備えている。フラッグ・ファラデー７は、リボンイオンビーム軌道を出入りするようになっている。処理室４には、基板５を支持するホルダ６を図の矢印方向にリボンイオンビームＲＢを横切るように往復搬送する図示されない駆動機構が配置されている。
【００３２】
図３は上記構成のイオン注入装置において、ドーパントガスがＰＨ３のマススペクトルの例を示す。所望イオンＰ+以外の質量の軽いイオンと重いイオンがある。
【００３３】
図４は上記構成のイオン注入装置において、ドーパントガスがＡｓＨ３のマススペクトルの例を示す。所望イオンＡｓ+以外の質量の軽いイオンと重いイオンがある。
【００３４】
図５は、ドーパントガスがＰＨ３であって、質量分析電磁石のライナーからの二次電子の放出と中和用ガス分子との衝突による負イオン化の模式図を示す。
【００３５】
ドーパントガスがＰＨ３又はＡｓＨ３の場合、所望イオン以外の質量の軽いイオンは、質量分析電磁石２の図示されていない内側のカーボン製ライナーと衝突し、また所望イオン以外の重いイオンは、質量分析電磁石２の図示されていない外側のカーボン製ライナーと衝突し、二次電子が発生する。引出電極Ｅから分析スリット３まで間のリボンイオンビーム軌道に中和用ガスを供給すると、質量分析電磁石内で発生した二次電子とリボンイオンビーム軌道に供給した中和用ガス分子３０が衝突し、負に荷電されたイオンが生成される。負に荷電されたイオンによってリボンイオンビームが中和される。
【００３６】
図６及び図７は、中和用ガス量とビーム電流の変化及びビーム電流変動率を示す実験データである。ビーム電流及びイオンビーム電流変動率は、フラッグ・ファラデー７でモニターした値である。
中和用ガス量によって、イオンビーム電流が増加し、イオンビーム電流変動率が低減していることが判る。
【００３７】
リボンイオンビーム軌道に供給する中和用ガスは、電子親和力が高く負イオン化しやすいハロゲン含有ガスであってもよい。
【００３８】
リボンイオンビーム軌道に供給する中和用ガス量をマスフローにて調整してもよい。供給する中和用ガス量の最適化が可能となる。
【００３９】
図２では、中和用ガス導入口２４は引出電極系Ｅと質量分析電磁石２の入口間に配置されている例を示しているが、リボンイオンビームの長手方向（Ｙ方向）の中央にあってもよい。この場合、リボンイオンビームの中和が効率良く行われることになる。
【００４０】
図８で示すように、中和用ガス導入口２４は質量分析電磁石２内のリボンイオンビーム軌道の中央にあってもよい。この場合も、リボンイオンビームの中和が効率良く行われることになる。
【００４１】
実施例としては、イオンビームがリボンイオンビームであったが、リボンイオンビームに限ったものではない。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４２】
１      イオン源
１１    プラズマ生成容器
Ｕ      電流密度分布調整器
ＩＭ    イオン注入装置
７      フラッグ・ファラデー
２１    ガスボンベ
２２    マスフロー
２３    開閉バルブ
２４    中和用ガス導入口
３０    中和用ガス分子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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