(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源にイオンビームが通過する開口部を有するライナーを設置すると共に、該ライナーの内部に位置するイオン源のビーム出口の前に引き出し電極系を配設して、該イオン源のビーム出口側および引き出し電極系を覆っている該ライナーを絶縁体を介して真空容器に収容し、
前記真空容器の一側部のライナーのビーム用の開口部の近傍には、開口を有する絶縁体を介して前記引き出し電極系からのイオンビームをガイドするためのビームガイドを接続するように設け、前記ビームガイドの周囲には質量分析マグネットを配置し、
前記ビームガイドの終端側には、入り口部分を持つディスクチャンバを設けると共に、該ビームガイドの終端部に絶縁体を介して前記入り口部分を接続し、前記ディスクチャンバの入り口部分内には、前記ビームガイドの終端部寄りの該入り口部分内で該ビームガイドの終端部に接続される拡張チューブを設けることにより、該入り口部分の中間部において該拡張チューブのビーム出口に続く、イオンビームを収束、減速させるための収束、減速手段を構成してなるイオン注入装置。
【請求項２】
前記収束、減速手段は、前記拡張チューブの出口側に配置した３つの電極アパチャーを有し、これら３つの電極アパチャーでイオンビームを収束及び減速する請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記３つの電極アパチャーのうち中間の質量分析用の電極アパチャーは、イオン種に応じて該アパチャー幅が切り替え可能な電極で構成されていることを特徴とする請求項２記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記イオン源には正の電圧を、前記引き出し電極系には負の電圧を、前記ライナーには前記引き出し電極系への負の電圧よりも低い負の電圧を、前記ビームガイドには前記ライナーへの負の電圧よりも低い負の電圧をそれぞれ印加することを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオン源には正の電圧を、前記引き出し電極系には負の電圧を、前記ライナーには前記引き出し電極系への負の電圧よりも低い負の電圧を、前記ビームガイドには前記ライナーへの負の電圧と同じ負の電圧をそれぞれ印加することを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記ビームガイドとイオンビームの収束、減速手段となる電極アパチャー、および拡張チューブとは、同電位接続されていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記ビームガイドと拡張チューブとは、同電位接続されていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記ライナーは、前記ビームガイド、イオンビームの収束、減速手段となる電極アパチャー、拡張チューブと、同電位もしくは、別々に電圧差を与えることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項９】
引き出し電極系の周囲を覆う前記ライナーと前記質量分析マグネットと前記ビームガイドと各電極アパチャーと前記ディスクチャンバのそれぞれを接続し、各々に単独で電圧を加えることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記イオン源、前記引き出し電極系、前記ライナー、及び前記ビームガイドをそれぞれ電気的に独立した構成とすると共に、前記真空容器及び前記ディスクチャンバは接地電位に構成したことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記収束、減速手段は、３つの構成からなる電極アパチャーでイオンビームを収束し、なおかつ接地電位まで減速するよう構成配置して成る請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記中間の質量分析用の電極アパチャーには、独立した電位を設定できるよう構成したことを特徴とする請求項１０記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
イオン源にイオンビームが通過する開口部を有するライナーを設置すると共に、該ライナーの内部に位置するイオン源のビーム出口の前に引き出し電極系を配設して、該イオン源のビーム出口側および引き出し電極系を覆っているライナーを絶縁体を介して真空容器に収容し、
前記真空容器の一側部のライナーのビーム用の開口部の近傍には、開口を有する絶縁体を介して前記引き出し電極系からのイオンビームをガイドするためのビームガイドを接続するように設け、前記ビームガイドの周囲には質量分析マグネットを配置し、
前記ビームガイドの終端部には、入り口部分を持つディスクチャンバを設けると共に、該ビームガイドの終端部に絶縁体を介して前記入り口部分を接続し、前記ディスクチャンバの入り口部分内には、前記ビームガイドの終端部寄りの該入り口部分内で該ビームガイドの終端部に接続される拡張チューブを設けることにより、該入り口部分の中間部において該拡張チューブのビーム出口に続く、イオンビームを収束、減速させるための収束、減速手段を構成し、
前記拡張チューブと前記中間の質量分析用の電極アパチャーとにより、イオンビームの質量分析の終端収束と質量分離とを行なうことを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入装置及びイオン注入方法に関し、低エネルギー領域でも高いビーム電流が得られるようにしたイオン注入装置及びイオン注入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体業界においては、ボロンイオン等を使用して浅い接合を行うために、低エネルギー領域で高いビーム電流が得られるイオン注入装置が必要となってきている。
【０００３】
その一例が、例えば、特開平４−６７４０号公報に開示されている。このイオン注入装置は、イオン源からイオン引き出し系、質量分析管を含むビームトランスポート系を介して大電流イオンビームを基板に注入するイオン注入装置であり、高い電位勾配を持つようにされた三枚の穴あき電極と加減速用の二枚の穴あき電極とから成る減速静電レンズ系を設け、イオン源を接地電位に対して数ｋＶ〜十数ｋＶに、イオン源から減速静電レンズ系までのビームトランスポート系を接地電位に対して負の数十ｋＶに、減速静電レンズ系の第１の穴あき電極をビームトランスポート系と同じ負の数十ｋＶに、減速静電レンズ系の第３の穴あき電極を接地電位に、減速静電レンズ系の第２の穴あき電極を第１の穴あき電極と第３の穴あき電極との中間の電位に、減速静電レンズ系の第４の穴あき電極を負の電位に、また減速静電レンズ系の第５の穴あき電極を接地電位にそれぞれ保ち、減速静電レンズ系をイオンビームの減速機能と共に収束レンズとして用いるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このイオン注入装置においては、イオン源、イオン引き出し系、質量分析管、ビームトランスポート系等を高圧ケースで覆い、高圧ケース内のすべての機器を接地電位より絶縁する必要がある。これを、上記のイオン注入装置では、高圧ケース全体を装置本体から浮かすようにして実現しており、装置が大型化し、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、低エネルギー領域のビーム電流増大を、装置の大型化、製造コストの増大を招くこと無く実現できるイオン注入装置及びイオン注入方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるイオン注入装置は、イオン源にイオンビームが通過する開口部を有するライナーを設置すると共に、該ライナーの内部に位置するイオン源のビーム出口の前に引き出し電極系を配設して、該イオン源のビーム出口側および引き出し電極系を覆っている該ライナーを絶縁体を介して真空容器に収容し、前記真空容器の一側部のライナーのビーム用の開口部の近傍には、開口を有する絶縁体を介して前記引き出し電極系からのイオンビームをガイドするためのビームガイドを接続するように設け、前記ビームガイドの周囲には質量分析マグネットを配置し、前記ビームガイドの終端側には、入り口部分を持つディスクチャンバを設けると共に、該ビームガイドの終端部に絶縁体を介して前記入り口部分を接続し、前記ディスクチャンバの入り口部分内には、前記ビームガイドの終端部寄りの該入り口部分内で該ビームガイドの終端部に接続される拡張チューブを設けることにより、該入り口部分の中間部において該拡張チューブのビーム出口に続く、イオンビームを収束、減速させるための収束、減速手段を構成して成ることを特徴とする。
【０００７】
なお、前記収束、減速手段は、前記拡張チューブの出口側に配置した３つの電極アパチャーを有し、これら３つの電極アパチャーでイオンビームを収束及び減速することを特徴とする。
【０００８】
更に、前記３つの電極アパチャーのうち中間の質量分析用の電極アパチャーは、イオン種に応じて該アパチャー幅が切り替え可能な電極で構成されていることが好ましい。
【０００９】
また、前記イオン源には正の電圧を、前記引き出し電極系には負の電圧を、前記ライナーには前記引き出し電極系への負の電圧よりも低い負の電圧を、前記ビームガイドには前記ライナーへの負の電圧よりも低い負の電圧をそれぞれ印加することが好ましい。尚、前記イオン源には正の電圧を、前記引き出し電極系には負の電圧を、前記ライナーには前記引き出し電極系への負の電圧よりも低い負の電圧を、前記ビームガイドには前記ライナーへの負の電圧と同じ負の電圧をそれぞれ印加しても良い。また、前記ビームガイドとイオンビームの収束、減速手段となる電極アパチャー、および拡張チューブとは、同電位接続されていても良い。また、前記ビームガイドと拡張チューブとは、同電位接続されていても良い。また、前記ライナーは、前記ビームガイド、イオンビームの収束、減速手段となる電極アパチャー、拡張チューブと、同電位もしくは、別々に電圧差を与えるようにしても良い。また、引き出し電極系の周囲を覆う前記ライナーと前記質量分析マグネットと前記ビームガイドと各電極アパチャーと前記ディスクチャンバのそれぞれを接続し、各々に単独で電圧を加えるようにしても良い。更に、前記イオン源、前記引き出し電極系、前記ライナー、及び前記ビームガイドをそれぞれ電気的に独立した構成とすると共に、前記真空容器及び前記ディスクチャンバは接地電位に構成しても良いし、前記収束、減速手段は、３つの構成からなる電極アパチャーでイオンビームを収束し、なおかつ接地電位まで減速するよう構成配置しても良い。また、前記中間の質量分析用の電極アパチャーには、独立した電位を設定できるよう構成しても良い。本発明によれば更に、イオン源にイオンビームが通過する開口部を有するライナーを設置すると共に、該ライナーの内部に位置するイオン源のビーム出口の前に引き出し電極系を配設して、該イオン源のビーム出口側および引き出し電極系を覆っているライナーを絶縁体を介して真空容器に収容し、前記真空容器の一側部のライナーのビーム用の開口部の近傍には、開口を有する絶縁体を介して前記引き出し電極系からのイオンビームをガイドするためのビームガイドを接続するように設け、前記ビームガイドの周囲には質量分析マグネットを配置し、該ビームガイドの終端部には、入り口部分を持つディスクチャンバを設けると共に、前記ビームガイドの終端部に絶縁体を介して前記入り口部分を接続し、前記ディスクチャンバの入り口部分内には、前記ビームガイドの終端部寄りの該入り口部分内で該ビームガイドの終端部に接続される拡張チューブを設けることにより、該入り口部分の中間部において該拡張チューブのビーム出口に続く、イオンビームを収束、減速させるための収束、減速手段を構成し、前記拡張チューブと前記中間の質量分析用の電極アパチャーとにより、イオンビームの質量分析の終端収束と質量分離とを行なうことを特徴とするイオン注入方法が提供される。
【００１０】
【作用】
本発明では、従来のビームライン構成に簡易型の外部絶縁方式のイオンビーム加速、減速手段を採用することにより、低エネルギー領域のビーム電流増大を実現している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は本発明の好ましい実施の形態によるイオン注入装置の主要部の構成を示す図である。イオンビームを抽出するための真空容器１にイオン源２が配置されている。真空容器１はグラウンドに接続されている。真空容器１内におけるイオン源２の上部には、引き出し電極系３が設けられる。ライナー部４は、イオン源２と引き出し電極系３を覆い、それ自身に単独で電圧を加える機能を有する。真空容器１とライナー４との間は、絶縁体５で絶縁されている。６は引き出し電極系３から引き出されたイオンビームの中から必要とするエネルギーイオン種だけを分離する質量分析マグネットである。
【００１２】
質量分析マグネット６はイオンビーム輸送用のビームガイド７の周囲に設けられている。ビームガイド７はそれ自身に単独で電圧を加える機能を有する。真空容器１とビームガイド７との間は、絶縁体８で絶縁されている。また、ビームガイド７とディスクチャンバ１３との間を絶縁するために絶縁体９が配置されている。
【００１３】
ビームガイド７の終端部には、そこから更に同じ方向に延びるように拡張チューブ１５が設けられ、拡張チューブ１５の出口、すなわちウェハ１４の近くには、電極アパチャー１０、１１、１２が配置されている。
【００１４】
通常、イオン源２で発生されたイオンビームは、数ｋＶから数十ｋＶの電圧をかけたイオンビームの引き出し電極系３により引き出され、質量分析マグネット６により必要とするエネルギーイオン種（正確には運動量）が分離された後、イオンビームを減速する電極アパチャー１０、１１、１２を通りウェハ１４に注入される。
【００１５】
本形態では、上記の構成に、ライナー４、ビームガイド７、拡張チューブ１５、電極アパチャー１１をそれぞれ、適当な負電圧として高エネルギーでウェハ１４近くまで輸送し、電極アパチャー１０、１１、１２でビームの減速と収束効果を得ることで、低エネルギービームでウェハ１４に高電流を打ち込むことができる。
【００１６】
しかも、従来の装置構成のように装置内において高電圧ケースを用いることなく、簡易的な手段でイオンビームの加速、減速機能を実現させることができる。この時、ビームガイド７と電極アパチャー１０と拡張チューブ１５とは必ず同電位接続されている。ライナー４はこれらビームガイド７、電極アパチャー１０、拡張チューブ１５と同電位もしくは、別々に電圧差を与えても良い。
【００１７】
上記のように、本形態によるイオン注入装置は、イオン源２、引き出し電極系３、質量分析マグネット６、ビームガイド７、電極アパチャー１０、１１、１２、ディスクチャンバ１３等から構成される。そして、このようなイオン注入装置の引き出し電極系３の周囲を覆うライナー４と質量分析マグネット６とビームガイド７と電極アパチャー１０、１１、１２とディスクチャンバ１３のそれぞれを接続し、各々に単独で電圧を加える機能を持たせている。
【００１８】
このようなイオン注入装置によれば、例えばイオン源２に電源Ｅ１から＋１ｋＶ、引き出し電極系３には電源Ｅ２から引き出し電圧−１０ｋＶをそれぞれ印加した時、引き出し電極系３の周囲を覆うライナー４には電源Ｅ３から−５ｋＶを印加することにより、引き出されたイオンは−５ｋＶ減速され、その間６ｋＶのエネルギー（６ｋｅＶ）で輸送される。更に、ビームガイド７に電源Ｅ４から−１ｋＶ印加すれば、その間２ｋＶのエネルギーで輸送されることになる。そして、３連の構成からなる電極アパチャー１０、１１、１２でビームを収束し、なおかつ接地電位まで減速し、ウェハ１４にイオンを打ち込む。すなわち、高エネルギーでビームを輸送することによりイオンビームの広がりを防止し、効率良く輸送することが可能となる。なお、拡張チューブ１５はビームガイド７と接続している。電極アパチャ−１１には負の電源Ｅ６を接続してその正側を質量分析マグネット６及びディスクチャンバ１３に接続している。また、電極アパチャ−１２はディスクチャンバ１３と同電位に接続している。
【００１９】
また、ビーム構成上においては、絶縁体５、８、９によりビームラインをグランドとすることで従来のように装置本体から浮かす必要はない。
【００２０】
図２は、電極アパチャー１０、１１、１２を拡大して示しており、イオンビームの減速と収束効果を得るための構造を示している。特に、この例では、電極アパチャー１１においてイオン種に応じてアパチャー幅を切り替え可能にしている。これは、イオン源がボロン、ヒ素、リンのように変更される場合があり、しかもこのような材料に応じてアパチャー幅には良好な加速、減速効果を得るために、最適な値があるからである。このため、電極アパチャー１１にはボロン専用のアパチャー１１−１、ヒ素専用のアパチャー１１−２、リン専用のアパチャー１１−３が設けられ、スライド可能に構成されている。このようにして、電極アパチャー１１をイオン源に応じてスライドさせることにより、電極アパチャー１０と１２との間に位置すべきアパチャーが切替えられる。
【００２１】
なお、高電流イオン注入装置においても、本発明による改造を実施することにより、減速機構を使用しなければ従来となんら変わらず使用でき、減速機能に切り替えれば、低エネルギー領域のビーム電流の増大を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のような高圧ケースを使用せずに済むので、従来の装置構成よりも装置の省スペース化、低コスト化を実現し、なおかつ従来と同じビームエネルギー領域を維持し、かつボロンイオン等の注入による浅い接合のイオン注入に必要な低エネルギー領域においても大電流を得ることができる。
【００２３】
また、従来の構成よりもイオン注入部の省スペース化、製造コスト減、製造期間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるイオン注入装置の主要部の構成を示した図である。
【図２】図１に示された電極アパチャー部分を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１    真空容器
２    イオン源
３    引き出し電極系
４    ライナー
５、８、９    絶縁体
６    質量分析マグネット
７    ビームガイド
１０、１１、１２    電極アパチャー
１３    ディスクチャンバ
１４    ディスク
１５    拡張チューブ
【図１】
0003627206.tif 000002
【図２】
0003627206.tif 000003