(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から引き出されたイオンビームを輸送して被処理基板に注入するに際し、該イオンビームを、質量分析磁石により質量分析し、リゾルビングアパチャー体によって分離して、前記被処理基板の手前の輸送区間において帯電抑制手段を経由させて、注入するよう構成したイオン注入方法において、
前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を、該イオンビームに最も近付けた位置で、かつビーム径が最も小さくなる位置またはその下流側の直近位置で行うようにすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン注入方法において、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を行う位置をビーム径に応じて可変とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン注入方法において、前記ビーム径が最も小さくなる位置を、前記リゾルビングアパチャー体の位置とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項４】
請求項１に記載のイオン注入方法において、前記ビーム径が最も小さくなる位置の下流側の直近位置を、前記リゾルビングアパチャー体の下流側の直近位置とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のイオン注入方法において、前記帯電抑制手段は、シャワーチューブと、該シャワーチューブに組合わされたアークチャンバーとを含み、前記シャワーチューブは、ビーム軸方向の長さをイオンビームに接しないように短く構成したことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項６】
請求項５に記載のイオン注入方法において、前記シャワーチューブは必要な最小限の内径を持つことを特徴とするイオン注入方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のイオン注入方法において、前記シャワーチューブと前記被処理基板との間のビームラインに、前記シャワーチューブに連続するように中間チューブを配置することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載のイオン注入方法において、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と直角な方向の位置を可変とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載のイオン注入方法において、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と同じ方向の位置を可変として前記イオンビームに最も近付けた位置に配置することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれかに記載のイオン注入方法において、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブの径を可変とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれかに記載のイオン注入方法において、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブの長さを可変とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１２】
請求項５〜１１のいずれかに記載のイオン注入方法において、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブのビーム軸と同じ方向の位置を可変とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のイオン注入方法において、前記被処理基板の手前の輸送区間にはビーム測定手段が配置され、しかも該ビーム測定手段と前記帯電抑制手段とをビームライン上における同じ位置に入れ替え可能にしていることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のイオン注入方法において、前記帯電抑制手段の上流側にはビーム収束及び分離用のリゾルビングアパチャー体が配置されており、前記イオンビームに最も近付けた位置を、前記リゾルビングアパチャー体内とすることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイオン注入方法において、前記リゾルビングアパチャー体の下流側にはイオンビームライン上に出没可能にビーム測定手段が設けられることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載のイオン注入方法において、前記リゾルビングアパチャー体の下流側には更に中間チューブを配置することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項１７】
イオン源から引き出されたイオンビームを輸送して被処理基板に注入するに際し、該イオンビームを、質量分析磁石により質量分析し、リゾルビングアパチャー体によって分離して、前記被処理基板の手前の輸送区間において帯電抑制手段を経由させて、注入するよう構成したイオン注入装置において、
前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を、該イオンビームに最も近付けた位置で、かつビーム径が最も小さくなる位置またはその下流側の直近位置で行うようにすることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を行う位置をビーム径に応じて可変とすることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記ビーム径が最も小さくなる位置を、前記リゾルビングアパチャー体の位置とすることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記ビーム径が最も小さくなる位置の下流側の直近位置を、前記リゾルビングアパチャー体の下流側の直近位置としたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２１】
請求項１７〜２０に記載のイオン注入装置において、前記帯電抑制手段は、シャワーチューブと該シャワーチューブに組合わされたアークチャンバーとを含み、前記シャワーチューブはビーム軸方向の長さをイオンビームに接しないように短く構成されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載のイオン注入装置において、前記シャワーチューブは必要な最小限の内径を持つことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載のイオン注入装置において、前記シャワーチューブと前記被処理基板との間のビームラインに、前記シャワーチューブに連続するように中間チューブを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２４】
請求項２１〜２３のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記駆動手段は、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と直角な方向の位置を可変とする駆動機構を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２５】
請求項２１〜２４のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記駆動手段は、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と同じ方向の位置を可変とする駆動機構を含んで前記アークチャンバーを前記イオンビームに最も近付けた位置に配置することを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２６】
請求項２１〜２５のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記シャワーチューブはビーム軸と同じ方向に関して分割された少なくとも２つの分割部材から成り、該少なくとも２つの分割部材は一方の断面形状が他方の断面形状よりやや小さくされており、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記少なくとも２つの分割部材を互いに接近、離反させて前記シャワーチューブの径を可変とする駆動機構を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２７】
請求項２１〜２６のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記シャワーチューブはビーム軸に垂直な方向に関して分割された少なくとも２つの長さ方向分割部材から成り、該少なくとも２つの長さ方向分割部材は一方の径が他方の径よりやや小さくされており、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記少なくとも２つの分割部材の少なくとも一方をビーム軸方向に移動させて前記シャワーチューブの長さを可変とする駆動機構を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２８】
請求項２１〜２７のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブのビーム軸と同じ方向の位置を可変とする駆動機構を含むことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２９】
請求項１７〜２８のいずれかに記載のイオン注入装置において、前記被処理基板の手前の輸送区間にはビーム測定手段が配置され、しかも該ビーム測定手段と前記帯電抑制手段とをビームライン上における同じ位置に入れ替え可能にする入替え駆動装置を備えたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３０】
請求項１７に記載のイオン注入装置において、前記帯電抑制手段の上流側にはビーム収束及び分離用のリゾルビングアパチャー体が配置されており、前記イオンビームに最も近付けた位置を、前記リゾルビングアパチャー体内とすることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載のイオン注入装置において、前記リゾルビングアパチャー体の下流側にはイオンビームライン上に出没可能にビーム測定手段が設けられていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３２】
請求項３０または３１に記載のイオン注入装置において、前記リゾルビングアパチャー体の下流側には更に中間チューブを配置したことを特徴とするイオン注入装置。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５を参照して、イオン注入装置の一般的な構成について説明する。図５において、イオン源５０から引出し電極５１を通して引き出されたイオンビーム５２は質量分析磁石５３により質量分析され、選別されたイオン種のイオンが質量分析スリットであるリゾルビングアパチャー体５４を経由してウエハ５５に注入される。リゾルビングアパチャー体５４とウエハ５５との間のビームラインにはプラズマシャワー用のシャワーチューブ５６が配置されている。シャワーチューブ５６にはアークチャンバー５７が設置されている。アークチャンバー５７はビームライン側に向けた開口を有する。また、ビームラインに対して出没自在にビーム電流測定用のファラデーカップ５８が設けられる。つまり、ファラデーカップ５８はビームセットアップ時にはビームライン上（図５の一点鎖線の位置）に置かれ、イオン注入中はビームラインから外れた図５の実線位置に置かれるようになっている。ウエハ５５の後方にもファラデーカップ５９が配置され、イオン注入中の計測を行うことができるようにされている。
【０００３】
図６は、図５におけるリゾルビングアパチャー体５４から下流側の構成を拡大して示している。図５では図示を省略したが、図５に示された構成要素は図６に示すように真空容器６０内に配置されている。アークチャンバー５７はフィラメント５７−１を内蔵しており、フィラメント５７−１にはフィラメント電源５７−２とアーク電源５７−３とが接続されている。アークチャンバー５７内にはまた、ガス供給系５７−４から所定のガスが導入可能にされている。シャワーチューブ５６、アークチャンバー５７、アーク電源５７−３はそれぞれアースに接続されている。尚、ここではリゾルビングアパチャー体５４の直近の下流に一つ以上のアパチャー体６１が配置されている。また、ファラデーカップ５８は、真空容器６０の外に設置された駆動装置６３によりビームラインに対して出没自在にされる。
【０００４】
ここで、プラズマシャワーからの電子引出しの方法について説明する。プラズマシャワーからの電子の引出しは、以下のように行われる。
【０００５】
（１）アークの生成
フィラメント５７−１に高電流を流すと、フィラメント５７−１は２０００℃以上に熱せられ、熱電子を放出する。ここにガス供給系５７−４からＡｒ等のガスを供給し、フィラメント５７−１とアークチャンバー５７の間に数十ボルトのアーク電圧をかけると、熱電子がアーク電圧によって加速され、ガス原子と衝突すると共に新たな電子を生成する。この電子増幅作用によって、フィラメント５７−１とアークチャンバー５７の間にプラズマが生成される。
【０００６】
（２）ビームポテンシャルによる電子の引出し
プラズマシャワーのアークチャンバー５７の中で安定にアークが立った状態で、アークチャンバー５７の開口の外側をイオンビームが通過すると、イオンビームの持つ正のポテンシャルによって、アークチャンバー５７内のプラズマから電子が引き出され、イオンビームに向かって加速される。この電子と、アークチャンバー５７内でイオン化されずにアークチャンバー５７の開口から噴出する中性ガス原子とが衝突し、アークチャンバー５７とイオンビームとの間に再びプラズマが形成される。これはプラズマブリッジ（図６に６５で示す）と呼ばれ、空間電荷制限電流をはるかに上回る量の電子をイオンビームに供給する働きがある。
【０００７】
次に、プラズマシャワーからの電子引出しの特徴について説明する。例えば、ビーム電流量が大きくなった場合、イオンビームの持つ正のポテンシャルが大きくなるので、アークチャンバー５７から引き出される電子量が増え、イオンビームに供給される電子量も増加する。プラズマシャワーシステムでは、このような自律制御性により、イオンビームの持つ正電荷を中和するのに十分な量の電子がプラズマシャワーから引き出され、ウエハ５５の正帯電を抑制している。つまり、シャワーチューブ５６とアークチャンバー５７とによるプラズマシャワーシステムは帯電抑制装置として作用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以下に、上記の従来技術の問題点について説明する。
【０００９】
（１）イオンビーム径の影響
イオン注入装置では、様々なイオン種、エネルギー、及びビーム電流のイオンビームを使用する。イオンビームの径は、ビーム条件やビーム生成条件によって異なっている。
【００１０】
アークチャンバー５７は、設計上の最大径を持つイオンビームがアークチャンバー５７に当たらない位置に設置される。これは、イオンビームがアークチャンバー５７に当たると、注入されるビーム電流量の減少やパーティクル発生等の問題が起きるためである。
【００１１】
アークチャンバー５７の位置でのビーム径Ｄ１が変わると、アークチャンバー５７の開口とイオンビームとの間の距離が変わり、この間の電界も変化する。このため、ビーム径Ｄ１が変化すると、イオンビームに供給される電子量が変化してしまう。例えば、ビーム径Ｄ１が小さくなり易いビーム条件を適用した場合には、プラズマシャワーから供給される電子量が不足し、ウエハ５５の正帯電を十分に抑制できなくなることがある。これを解消するために、ビーム径Ｄ１に合せてプラズマシャワー出力を変更する手法が考えられるが、この手法ではビーム径計測機構、フィードバック回路等が必要になり、プラズマシャワーシステムが不必要に複雑になってしまう。
【００１２】
（２）アークチャンバー５７の位置の影響
プラズマシャワーは、ウエハ５５とサプレッション電極、つまりアパチャー体６１との間に設置されるが、通常、イオンビームが収束されるリゾルビングアパチャー体５４より下流に設置される。また、ウエハ５５への電子供給が容易になるように、ウエハの直近に設置される場合もある。
【００１３】
プラズマシャワー位置でのビーム径Ｄ１の変化量ｄ１は、プラズマシャワーがリゾルビングアパチャー体５４からビーム軸方向に離れているほど大きくなる。このため、アークチャンバー５７の位置がリゾルビングアパチャー体５４から離れていて、アークチャンバー５７とイオンビームとの間の距離が大きくなると、プラズマシャワーから供給される電子量が不足し、ウエハ５５の正帯電を十分に抑制できなくなることがある。
【００１４】
次に、ファラデーカップ５８について説明する。
【００１５】
（１）ビームラインでの機器配置
前述したように、リゾルビングアパチャー体５４の下流に、ビームセットアップ時のビーム電流を測定するファラデーカップ５８が配置されている。このファラデーカップ５８でビーム電流をモニターしてイオン源パラメータを調整し、所望のイオンビームを得るようにされている。そして、ファラデーカップ５８の下流、つまりウエハ５５との間に、帯電抑制装置であるプラズマシャワー用のシャワーチューブ５６が設置されている。
【００１６】
ビームセットアップが終了すると、ファラデーカップ５８はビームラインから外れるように移動し、イオンビームはプラズマシャワー内を通過してウエハ５５へと輸送され、イオンがウエハ５５に注入される。
【００１７】
ところで、リゾルビングアパチャー体５４通過後、イオンビームは発散するので、リゾルビングアパチャー体５４とウエハ５５との距離が長くなるとイオンビームがシャワーチューブ５６等に当たることによるイオンビームの損失が多くなる。この損失は、特に低エネルギービームで大きくなり、注入ビーム電流減少によるスループットの低下、イオンビームがシャワーチューブ５６等に当たることによるパーティクル発生等の問題を生じることがある。
【００１８】
リゾルビングアパチャー体５４とウエハ５５との距離を長くする要因の一つに、ビームライン中のファラデーカップ５８の配置の問題がある。ファラデーカップ５８はビームセットアップ中のみ使用され、イオン注入中はビームラインから外れるように移動している。ビームラインにおけるファラデーカップ５８の存在領域はイオン注入が行われている間、空白領域となっていて、ビームラインを長くしてしまう。
【００１９】
そこで、本発明の課題は、プラズマシャワーからの電子引出しがイオンビーム径変化の影響を受けずに済むようなイオン注入方法及びイオン注入装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の課題は、特に低エネルギーでのビームの損失を抑制できるようなイオン注入方法及びイオン注入装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態によるイオン注入方法は、イオン源から引き出されたイオンビームを輸送して被処理基板に注入するに際し、該イオンビームを、質量分析磁石により質量分析し、リゾルビングアパチャー体によって分離して、前記被処理基板の手前の輸送区間において帯電抑制手段を経由させて、注入するよう構成したイオン注入方法において、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を、該イオンビームに最も近付けた位置で、かつビーム径が最も小さくなる位置またはその下流側の直近位置で行うようにすることを特徴とする。
【００２２】
本イオン注入方法においては、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を行う位置をビーム径に応じて可変とする。
【００２３】
本イオン注入方法においてはまた、前記ビーム径が最も小さくなる位置を、前記リゾルビングアパチャー体の位置とする。
【００２４】
本イオン注入方法においては更に、前記ビーム径が最も小さくなる位置の下流側の直近位置を、前記リゾルビングアパチャー体の下流側の直近位置とする。
【００２５】
本イオン注入方法においては更に、前記帯電抑制手段はシャワーチューブとこれに組合わされたアークチャンバーとを含み、前記シャワーチューブはビーム軸方向の長さを短くされている。
【００２６】
本イオン注入方法においては更に、前記シャワーチューブは必要な最小限の内径を持つ。
【００２７】
本イオン注入方法においては更に、前記シャワーチューブと前記被処理基板との間のビームラインに、前記シャワーチューブに連続するように中間チューブを配置するようにしても良い。
【００２８】
本イオン注入方法においては更に、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と直角な方向の位置を可変とするようにしても良い。
【００２９】
本イオン注入方法においては更に、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と同じ方向の位置を可変として前記イオンビームに最も近付けた位置に配置するようにしても良い。
【００３０】
本イオン注入方法においては更に、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブの径を可変とするようにしても良い。
【００３１】
本イオン注入方法においては更に、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブの長さを可変とするようにしても良い。
【００３２】
本イオン注入方法においては更に、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブのビーム軸と同じ方向の位置を可変とするようにしても良い。
【００３３】
本イオン注入方法においては更に、前記被処理基板の手前の輸送区間にはビーム測定手段が配置され、しかも該ビーム測定手段と前記帯電抑制手段とをビームライン上における同じ位置に入れ替え可能にしても良い。
【００３４】
本イオン注入方法においては更に、前記帯電抑制手段の上流側にはビーム収束及び分離用のリゾルビングアパチャー体が配置されており、前記イオンビームに最も近付けた位置を、前記リゾルビングアパチャー体内とするようにしても良い。この場合、前記リゾルビングアパチャー体の下流側にはイオンビームライン上に出没可能にビーム測定手段が設けられる。この場合にはまた、前記リゾルビングアパチャー体の下流側に更に中間チューブを配置するようにしても良い。
【００３５】
本発明の第２の形態によるイオン注入装置は、イオン源から引き出されたイオンビームを輸送して被処理基板に注入するに際し、該イオンビームを、質量分析磁石により質量分析し、リゾルビングアパチャー体によって分離して、前記被処理基板の手前の輸送区間において帯電抑制手段を経由させて、注入するよう構成したイオン注入装置において、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を、該イオンビームに最も近付けた位置で、かつビーム径が最も小さくなる位置またはその下流側の直近位置で行うようにすることを特徴とする。
【００３６】
本イオン注入装置においては、前記帯電抑制手段によるイオンビームの中和を行う位置をビーム径に応じて可変とする。
【００３７】
本イオン注入装置においてはまた、前記ビーム径が最も小さくなる位置を、前記リゾルビングアパチャー体の位置とする。
【００３８】
本イオン注入装置においては更に、前記ビーム径が最も小さくなる位置の下流側の直近位置を、前記リゾルビングアパチャー体の下流側の直近位置とする。
【００３９】
本イオン注入装置においては更に、前記帯電抑制手段はシャワーチューブとこれに組合わされたアークチャンバーとを含み、前記シャワーチューブはビーム軸方向の長さを短くされている。
【００４０】
本イオン注入装置においては更に、前記シャワーチューブは必要な最小限の内径を持つ。
【００４１】
本イオン注入装置においては更に、前記シャワーチューブと前記被処理基板との間のビームラインに、前記シャワーチューブに連続するように中間チューブを配置するようにしても良い。
【００４２】
本イオン注入装置においては更に、前記駆動手段は、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と直角な方向の位置を可変とする駆動機構を含む。
【００４３】
本イオン注入装置においては更に、前記駆動手段は、ビーム径またはビーム強度に応じて前記アークチャンバーのビーム軸と同じ方向の位置を可変とする駆動機構を含んで前記アークチャンバーを前記イオンビームに最も近付けた位置に配置することができる。
【００４４】
本イオン注入装置においては更に、前記シャワーチューブはビーム軸と同じ方向に関して分割された少なくとも２つの分割部材から成り、該少なくとも２つの分割部材は一方の断面形状が他方の断面形状よりやや小さくされており、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記少なくとも２つの分割部材を互いに接近、離反させて前記シャワーチューブの径を可変とする駆動機構を含むようにしても良い。
【００４５】
本イオン注入装置においては更に、前記シャワーチューブはビーム軸に垂直な方向に関して分割された少なくとも２つの長さ方向分割部材から成り、該少なくとも２つの長さ方向分割部材は一方の径が他方の径よりやや小さくされており、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記少なくとも２つの分割部材の少なくとも一方をビーム軸方向に移動させて前記シャワーチューブの長さを可変とする駆動機構を含むようにしても良い。
【００４６】
本イオン注入装置においては更に、前記駆動手段は、ビーム形状、ビーム位置、ビームの大きさに応じて前記シャワーチューブのビーム軸と同じ方向の位置を可変とする駆動機構を含むようにしても良い。
【００４７】
本イオン注入装置においては更に、前記被処理基板の手前の輸送区間にはビーム測定手段が配置され、しかも該ビーム測定手段と前記帯電抑制手段とをビームライン上における同じ位置に入れ替え可能にする入替え駆動装置が備えられる。
【００４８】
本イオン注入装置においては更に、前記帯電抑制手段の上流側にはビーム収束及び分離用のリゾルビングアパチャー体が配置されており、前記イオンビームに最も近付けた位置を、前記リゾルビングアパチャー体内とするようにしても良い。この場合、前記リゾルビングアパチャー体の下流側にはイオンビームライン上に出没可能にビーム測定手段が設けられても良い。この場合にはまた、前記リゾルビングアパチャー体の下流側に更に中間チューブを配置しても良い。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明によるイオン注入装置は、ビーム径の変化量はビーム収束位置に近いほど小さくなることに着目し、プラズマシャワー用のアークチャンバーをイオンビームが収束されるリゾルビングアパチャー体内あるいはその下流側の直近に設置して、プラズマシャワーからイオンビームに供給される電子量がビーム径変化の影響を受けないようにしたものである。
【００５０】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態によるイオン注入装置について説明する。図１において、図６に示されたものと同じ機能を持つ部分には図６のものと同じ番号を付している。
【００５１】
図１において、イオン源から引出し電極を通して引き出されたイオンビームは質量分析磁石により質量分析され、選別されたイオン種のイオンがリゾルビングアパチャー体５４を経由してウエハ５５に注入される。リゾルビングアパチャー体５４通過後、ビーム径は大きくなっていく。そして、ビーム径Ｄの変化量ｄは、リゾルビングアパチャー体５４に近い位置ほど小さくなる。
【００５２】
本形態では、リゾルビングアパチャー体５４の下流に電子をブロックするサプレッション電極等のアパチャー体６１がある等の理由によってアークチャンバーをリゾルビングアパチャー体５４内に設置することは容易ではないことから、リゾルビングアパチャー体５４の下流側の直近、ここではアパチャー体６１の下流側直近にアークチャンバー１０を設置して、アークチャンバー１０の開口とイオンビームとの距離を近づけるようにしている。イオンビームのポテンシャルは、リゾルビングアパチャー体５４の内部よりもリゾルビングアパチャー体５４を通過直後の方が大きくなるため、この配置の方が、アークチャンバー１０から電子を引き出しやすくなる。
【００５３】
この場合、アークチャンバー１０を組み合わせるためのシャワーチューブ１１は、従来型のシャワーチューブ５６（図６参照）に比べ、ビーム軸方向の長さが短くなるようにしている。これは、アークチャンバー１０とイオンビームとの間隔を適切に近づけたとき、シャワーチューブ１１にイオンビームが当たらないようにするためである。また、シャワーチューブ１１のビームライン用の開口径も従来型のシャワーチューブ５６に比べて小さくなるようにしている。
【００５４】
本形態ではまた、アークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体とファラデーカップ５８とを図示しない入替え駆動装置によりビームライン上に入れ替え可能にしている。つまり、ビームセットアップに際してはアークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体をビームラインから外してファラデーカップ５８がビームライン上に位置するようにしている。一方、イオン注入中には図１に示されるようにファラデーカップ５８をビームラインから外してアークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体がビームライン上に位置するようにしている。尚、図１は平面図であり、アークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体とファラデーカップ５８はガイドレール等の案内部材に沿って水平方向に移動されるが、上下方向に移動するように構成されても良い。この場合、図１を側面図として見れば良いことになる。
【００５５】
上記のように、アークチャンバー１０とシャワーチューブ１１は位置を固定しておく必要はないので、以下に説明するように、ビーム径に応じてアークチャンバー１０の位置やシャワーチューブ１１の長さ、及び開口径をも可変とするように構成した方が、アークチャンバー１０の開口とイオンビームとの距離を近づけやすくなる。
【００５６】
図２（ａ）、（ｂ）に示されたシャワーチューブ１１は、断面コ字形状の第１の部材１１−１と、これよりやや小さい目の同じ形状の第２の部材１１−２とによる２つの分割部材で筒状体を構成するようにされている。第２の部材１１−２には開口が設けられており、この開口を通してアークチャンバー１０の開口がシャワーチューブ１１内を望むようにアークチャンバー１０をシャワーチューブ１１の側面側に設置している。第１の部材１１−１は図示しない第１の駆動機構によりビーム軸と直角の水平方向に移動可能である。同様に、アークチャンバー１０も第２の部材１１−２と共に、図示しない第２の駆動機構によりビーム軸と直角の水平方向に移動可能である。
【００５７】
図２（ａ）はビーム径が最小の場合、図２（ｂ）はビーム径が最大の場合を示しているが、ビーム軸の位置は変わらないので第１の部材１１−１と第２の部材１１−２の移動量は同じにする必要がある。第１、第２の駆動機構は、ビーム径が小さい場合には第１の部材１１−１と、第２の部材１１−２とによる開口を小さくするように移動させ、ビーム径が大きい場合には第１の部材１１−１と、第２の部材１１−２とによる開口を大きくするように移動させる。
【００５８】
尚、図２（ａ）、（ｂ）に示したシャワーチューブ１１は、これを９０度回転させた形態、つまりアークチャンバー１０が下側あるいは上側に位置するような形態で使用されても良いことは言うまでもない。
【００５９】
図２（ｃ）、（ｄ）に示されたシャワーチューブ１１は、筒形の第１の部材１１−３と、これよりやや小さい目の径の筒形の第２の部材１１−４とによる２つの長さ方向分割部材で構成されている。第１の部材１１−３、第２の部材１１−４の下面側にはそれぞれ、アークチャンバー１０の開口をシャワーチューブ１１内を望ませるようにするための切り欠きが設けられている。つまり、ここではアークチャンバー１０はシャワーチューブ１１の下面側に設置されるが、図２（ａ）、（ｂ）と同様、シャワーチューブ１１の側面側あるいは上側に設置されても良い。第１の部材１１−３は図示しない第３の駆動機構によりビーム軸と同方向に移動可能である。同様に、第２の部材１１−４も図示しない第４の駆動機構によりビーム軸と同方向に移動可能であるが、本例の場合には駆動装置の数を減らすために、第１の部材１１−３、第２の部材１１−４のいずれか一方のみを移動させるようにしても良い。また、本例では、アークチャンバー１０は図示しない第５の駆動機構により、ビーム軸と同方向及びビーム軸に直角の垂直方向にも移動可能にしている。
【００６０】
図２（ｃ）はチューブ長が最小の場合、図２（ｄ）はチューブ長が最大の場合を示している。第３、第４の駆動機構は、ビーム径が大きい場合には第１の部材１１−３と、第２の部材１１−４とによるチューブ長を短くするように移動させ、ビーム径が小さい場合には第１の部材１１−３と、第２の部材１１−４とによるチューブ長を長くするように移動させる。
【００６１】
尚、第１の部材１１−１、１１−３、第２の部材１１−２、１１−４、アークチャンバー１０を移動させるための第１〜第５の駆動機構は、ビームラインの途中に設けたプローブまたは複数のファラデーを用いたセンサによるビーム径測定手段の測定結果に基づいて移動量を自動設定もしくはフィードバック制御するものである。勿論、前述した入替え駆動装置によりアークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体が移動される場合には、上記の第１〜第５の駆動機構も共に移動するように構成されている。
【００６２】
図１に戻って、アークチャンバー１０のフィラメント１０−１に対する電源の接続は、図６と同じである。つまり、フィラメント１０−１にはフィラメント電源（図６の５７−２）とアーク電源（図６の５７−３）とが接続される。アークチャンバー１０内にはまた、ガス供給系（図６の５７−４）から所定のガスが導入可能にされる。アークチャンバー１０、シャワーチューブ１１、アーク電源はそれぞれアースに接続される。
【００６３】
本例では更に、シャワーチューブ１１とウエハ５５との間のビームラインにビーム発散防止用の中間チューブ１２が設置されている。尚、この中間チューブ１２を設置しない場合には、この領域にビームラインへの進退式のファラデーカップ５８を図６と同様の構成で配設するようにしても良い。この場合、アークチャンバー１０とシャワーチューブ１１との組合わせ体が固定、あるいは図２で説明したような移動可能な構成で図１のシャワーチューブ１１の位置に設置される。
【００６４】
図３は、本発明の第２の実施の形態によるイオン注入装置を示し、アークチャンバー１０をリゾルビングアパチャー体５４内に設置することにより、プラズマシャワーからイオンビームに供給される電子量が、ビーム径変化の影響をほとんど受けないようにしたものである。このため、図１で説明したシャワーチューブ１１に相当する部材は無い。
【００６５】
本形態では、ファラデーカップ５８は図６と同様の駆動装置によりビームラインに出没自在にされる。また、アークチャンバー１０のフィラメント１０−１に対する電源の接続は、図６と同じである。つまり、フィラメント１０−１にはフィラメント電源（図６の５７−２）とアーク電源（図６の５７−３）とが接続される。アークチャンバー１０内にはまた、ガス供給系（図６の５７−４）から所定のガスが導入可能にされる。アークチャンバー１０、アーク電源はそれぞれアースに接続される。本例では、アパチャー体６１とウエハ５５との間のビームラインにビーム発散防止用の中間チューブ１２が設置される。
【００６６】
本形態によるイオン注入装置においては、イオン源から輸送されたイオンビームは、リゾルビングアパチャー体５４で収束される。リゾルビングアパチャー体５４を通過後、ビーム径は再び広がり、ウエハ５５へ注入される。もともと、リゾルビングアパチャー体５４の開口は小さく作られているので、リゾルビングアパチャー体５４でのビーム径の変化量は極めて小さい。そして、アークチャンバー１０は、リゾルビングアパチャー体５４内、またはその直近に設置されているので、アークチャンバー１０とイオンビームとの距離の変化量は従来の場合より小さくなり、プラズマシャワーからイオンビームに供給される電子量がビーム径の影響を受けなくなる。
【００６７】
特に、第１の実施の形態によるイオン注入装置においては、ビームセットアップ中は、ファラデーカップ５８でイオンビームを受けている。ビームセットアップ終了後、ファラデーカップ５８が移動してビームラインから外れるとイオンビームは下流に輸送され、ウエハ５５へのイオン注入が開始される。この時、ファラデーカップ５８の移動によりプラズマシャワーがビームラインに配置され、帯電抑制装置として機能する。つまり、ビームライン中の空間をプラズマシャワーとファラデーカップ５８が共有し、プラズマシャワーとファラデーカップの良い条件の位置において切り替えて使用することができ、リゾルビングアパチャー体５４とウエハ５５との距離を短縮することができるから、特に低エネルギービームの損失を抑制することが可能となるものである。
【００６８】
更に、アークチャンバー１０やシャワーチューブ１１が可動式にされているので、ファラデーカップ５８により各注入毎にビーム径を計測し、アークチャンバー１０の位置やシャワーチューブ１１の位置を制御してビーム径に近い位置に配置することができる。
【００６９】
図４は、プラズマシャワーの引出し電流のビーム径依存性を示す。ビーム条件は同一で、ビーム径をイオン源パラメータの変更によって調整している。引出し電流は、ビーム径が大きい時のものを１とした時の割合で表している。また、ビーム径は、ウエハ位置でのものである。
【００７０】
従来型では、破線で示すようにビーム径が小さくなると引出し電流も小さくなるのに対し、本発明のものは、実線で示すようにビーム径が変化しても引出し電流はほとんど変化していない。つまり、アークチャンバー１０とイオンビームとの距離を近づけることにより、ビーム径の影響を受けない安定した引出し電流を得ることができる。
【００７１】
以上、本発明を２つの実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に制限されるものではなく、さまざまな変更や追加が可能である。例えば、プラズマチャンバー１０の先端の部分にカーボン系素材等による保護プレートを装着することにより、イオンビームが万一プラズマチャンバー１０にあたる方向となっても、保護プレートによりプラズマチャンバー１０の先端部分を保護することができる。
【００７２】
また、帯電抑制装置としては、電子の引出しあるいは電子をイオンビームに供給する際に、イオンビームの特性（正のポテンシャル）を使うものであれば、プラズマシャワー以外の手段、例えばエレクトロンシャワーを用いても良い。
【００７３】
更に、ビーム測定手段としては、ファラデーカップの他に、周知のビームプロファイラー、（螺旋穴あきウエハディスク＋ディスクファラデー）、ディスク電流測定手段等を用いても良い。これは、上記した第１〜第５の駆動機構が、ビーム径のみならず、イオンビームの強度や、イオンビームの断面形状、イオンビームの位置、更にはイオンビームの飛行容積ボリュームの大きさに応じて制御されるようにしても良いことを意味する。
【００７４】
更に、リゾルビングアパチャー体５４の穴、つまりアパチャー形状は、丸形、楕円形、方形等があり、その縦横比の異なるものでは、帯電抑制装置を縦、横いずれの側に配置しても良い。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマシャワーのアークチャンバー開口をビーム収束位置、つまりリゾルビングアパチャー体内またはその下流側の直近に配置する構成としたことにより以下のような効果が得られる。
【００７６】
▲１▼リゾルビングアパチャー体の開口は小さく作られているので、イオン注入装置の状態に起因する変動からビーム状態が変化しても、リゾルビングアパチャー体でのビーム径の変化量は極めて小さいため、リゾルビングアパチャー体内あるいはその近傍にプラズマシャワーを配置すれば安定した作用が得られる。
【００７７】
▲２▼プラズマシャワーのアークチャンバー開口とイオンビームとの距離を近づけることにより、ビーム径の影響を受けない安定した引出し電流を得ることができる。
【００７８】
▲３▼プラズマシャワーのアークチャンバーは、リゾルビングアパチャー体内、またはその直近に設置されているので、プラズマシャワーのアークチャンバーとイオンビームとの距離の変化量は従来のものより小さくなり、プラズマシャワーからイオンビームに供給される電子量がビーム径の影響を受けなくなる。
【００７９】
▲４▼ビーム径が変化しても、最終的にプラズマシャワーの引出し電流はほとんど変化しない。
【００８０】
本発明によればまた、プラズマシャワーとビーム測定手段とをビームライン上において同じ位置で入替え可能としたことにより、以下のような効果が得られる。
【００８１】
▲５▼ビーム焦点、つまりリゾルビングアパチャー体とウエハとの間の距離を短縮できる。つまり、ビームライン中の空間をプラズマシャワーとビーム測定手段とが共有し、切り替えて使用することにより、リゾルビングアパチャーとウエハとの間の距離を短縮することができ、その結果、特に低エネルギービームの損失が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるイオン注入装置を、リゾルビングアパチャーから下流側の構成について示した図である。
【図２】図１に示されたイオン注入装置における移動可能なシャワーチューブ及びアークチャンバーの移動を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるイオン注入装置を、リゾルビングアパチャーから下流側の構成について示した図である。
【図４】イオン注入装置における引出し電流のビーム径依存性を説明するための特性図である。
【図５】イオン注入装置の一般的な構成を示した図である。
【図６】図５におけるリゾルビングアパチャーから下流側の構成を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１０、５７    アークチャンバー
１０−１、５７−１    フィラメント
１１、５６    シャワーチューブ
１２    中間チューブ
５０    イオン源
５１    引出し電極
５２    イオンビーム
５３    質量分析器
５４    リゾルビングアパチャー体
５５    ウエハ
５７−２    フィラメント電源
５７−３    アーク電源
５７−４    ガス供給系
５８、５９    ファラデーカップ
６０    真空容器
６１    アパチャー体
６５    プラズマブリッジ
Ｄ、Ｄ１    ビーム径
ｄ、ｄ１    ビーム径変化量
【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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