(57)【要約】【課題】磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じて湾曲させ、導入イオンビームに含まれる一または複数種のイオン種を分離する質量分離装置において、イオンビーム電流量を低下させることなく質量分離性能を向上させる。【解決手段】磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じて湾曲させ、イオンビームに含まれる一または複数種のイオン種を分離させる質量分離装置１３０において、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から傾斜させて入射させることにより、イオンビーム電流を大きく低減させることなく質量分離性能を向上させて、より高精度に質量分離されたイオンビームを発生させることが可能となる。【選択図】図１
2008010282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のイオン種からなるイオンビームを出力するイオン源と、
該イオンビームの軌道を磁場作用によりイオン質量に応じて湾曲させて、該イオンビームに含まれる特定の一または複数のイオン種を分離させ、該特定のイオン種のイオンビームを出力する質量分離装置と、
該イオン源と該質量分離装置間に設けられ、該イオン源からのイオンビームを該質量分離装置内へ所定の傾斜角度だけ傾斜させて入射させるビーム傾斜手段とを備えたイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記イオン源からのイオンビームを引き出すためのイオンビーム引出電極を有し、該イオンビーム引出電極のイオンビーム引出電極面が前記質量分離装置のイオンビーム入射面に対して該質量分離装置内のイオンビーム湾曲方向に所定の傾斜角度だけ傾斜させた面と平行に設置されている請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
前記ビーム傾斜手段として、前記イオン源からのイオンビームを引き出すためのイオンビーム引出電極のイオンビーム引出電極面と、前記質量分離装置のイオンビーム入射面とのなす角度が所定の傾斜角度となるように設置させるべく、該イオンビーム引出電極面と該質量分離装置のイオンビーム入射面との間にスペーサ部材が設けられている請求項１または２に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記質量分離装置のイオンビーム入射面が水平方向に対して直交する方向に設置され、該質量分離装置のイオンビーム入射面に対して前記イオンビーム引出電極面が傾斜して設置されている請求項３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記イオンビーム引出電極面が水平方向に対して直交する方向に設置され、該イオンビーム引出電極面に対して前記質量分離装置のイオンビーム入射面が傾斜して設置されている請求項３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項６】
前記イオンビームを前記質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して傾斜入射させる際に、該イオンビームを該イオンビーム入射面に垂直な方向に対して上方に傾斜入射させる請求項３または４に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項７】
前記イオンビームを前記質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して傾斜入射させる際に、該イオンビームを該イオンビーム入射面に垂直な方向に対して下方に傾斜入射させる請求項３または５に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項８】
前記質量分離装置の出口部側に、所定のスリット幅のスリット開口部を有する遮蔽部材が設けられた請求項１〜３のいずれいかに記載のイオンビーム発生装置。
【請求項９】
前記ビーム傾斜手段のイオンビーム入射面側と、前記質量分離装置のイオンビーム入射面側とが同電位になるように電気的に接続されて、該ビーム傾斜手段の内部が無電界状態になっている請求項１または３に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のイオンビーム発生装置と、該イオンビーム発生装置からのイオンビームを照射させてイオン注入処理を行う基材を載置して固定可能とする基材載置テーブルとを備えたイオンドーピング装置。
【請求項１１】
複数のイオン種からなるイオンビームを質量分離装置内に導入させ、磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じて湾曲させ、該イオンビームに含まれる特定の一または複数のイオン種を分離させる質量分離方法において、
該イオンビームを該質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して所定の傾斜角度だけ傾斜させて入射させる質量分離方法。
【請求項１２】
前記イオンビームを前記質量分離装置のイオンビーム入射面に垂直な方向に対して上方に傾斜させて入射させる請求項１１に記載の質量分離方法。
【請求項１３】
前記イオンビームを前記質量分離装置のイオンビーム入射面に垂直な方向に対して下方に傾斜させて入射させる請求項１１に記載の質量分離方法。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれかに記載のイオンビーム発生装置を用いて、前記特定のイオン種からなるイオンビームを分離出力するイオンビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定のイオン種からなるイオンビームを出力可能とするイオンビーム発生装置、このイオンビーム発生装置を用いて基材に特定のイオンを注入可能とするイオンドーピング装置、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法およびこれに用いられる質量分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＩＣ（半導体集積回路）やＴＦＴ液晶装置などの半導体デバイスの製造工程では、所定の導電型を有する半導体を所定領域に形成するために、半導体に対してイオン注入（イオンドーピング）処理が施されている。
【０００３】
このイオン注入（イオンドーピング）処理工程に対して、半導体に対して特定のイオン種を高精度にイオン注入するという従来からの要求に加えて、近年では、さらに、大面積のイオン注入処理が要求されてきている。即ち、特定のイオン種からなる大面積のイオンビーム束を出力可能とするイオンビーム発生装置が切望されている。
【０００４】
この要求に応えることができる従来のイオンビーム発生装置として、例えば特許文献１に、特定のイオン種からなる縦長のイオンビーム束を出力可能とするイオン注入装置が開示されている。
【０００５】
図７は、特許文献１に記載されている従来のイオンビーム発生装置の基本構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００６】
図７において、従来のイオンビーム発生装置２００は、第１イオンビーム束Ｉａを発生させるイオン源２１０と、イオン源２１０からの第１イオンビーム束Ｉａを入射させて途中で、イオン種に応じて湾曲させることのより質量分離した第２イオンビーム束Ｉｂを出射させる質量分離機２２０と、イオン種に応じて湾曲した第２イオンビーム束Ｉｂから所定のイオン種の第３イオンビーム束Ｉｃを取り出すスリット板２３０とを有している。
【０００７】
イオン源２１０は、複数種のイオンからなる第１イオンビーム束Ｉａが出力される。この第１イオンビーム束Ｉａは、紙面に対して垂直な方向（以下、ｙ方向）、および、図７中のｘ方向に所定幅を有する長方形断面（縦長）のビーム束であり、特に、ｙ方向に縦長のビーム束である。なお、このｙ方向は後述する磁場Ｂｙの方向であり、ｘ方向はイオンビーム束の断面においてｙ方向（磁場Ｂｙの方向）に垂直な方向である。
【０００８】
質量分離機２２０では、磁場作用により、イオン源２１０から出力される第１イオンビーム束Ｉａに含まれる複数種のイオンの軌道がそれぞれ、そのイオン種の質量に応じた半径で湾曲させらて第２イオンビーム束Ｉｂとして外部に出力部２２０ａから出力される。
【０００９】
スリット板２３０は、質量分離機２２０によって軌道が湾曲されて出力された第２イオンビーム束Ｉｂのイオンのうち、スリット状の長穴２３１を通過可能な特定質量のイオン種のみが通過して取り出されて、特定イオン種の第３イオンビーム束Ｉｃとして出力される。
【００１０】
このスリット板２３０から出力された第３イオンビーム束Ｉｃは、イオン注入処理の被処理物としての半導体基板２４０上に照射されて、所定パターンに形成されたレジストマスクを用いて選択的に半導体の所定領域にイオン注入処理が為される。
【００１１】
ここで、上記質量分離機２２０について、図８を用いて更に詳細に説明する。
【００１２】
図８は、図７の質量分離機２２０において、ｚ方向の下流側から上流側に向けてヨークを見た場合の要部断面図である。
【００１３】
図８に示すように、この質量分離機２２０は、主として、内側ヨーク２２１ａおよび外側ヨーク２２１ｂを有する角型環状のヨーク２２１と、この内側ヨーク２２１ａに導体（例えば銅線）が巻回された内側コイル２２２および、この外側ヨーク２２１ｂに導体（例えば銅線）が巻回された外側コイル２２３と、この角型環状のヨーク２２１内の空間部分（開口部２２１ｃ）に設けられた真空ケース２２４とを備えている。
【００１４】
ヨーク２２１は、図７で紙面に対して垂直な方向（ｙ方向）から見た側面が扇形状を為している。以下、この扇形の径方向をｒ方向とする。また、ヨーク２２１を、扇形状の湾曲に沿ったｚ方向（ｒｙ面に直交する方向）の下流側から上流側を見た図８に示す断面構成は、中央部分に開口部２２１ｃを有する角型環状でロ字型となっている。
【００１５】
このロ字型のヨーク２２１の内側ヨーク部２２１ａには内側コイル２２２が、外側ヨーク部２２１ｂには外側コイル２２３がそれぞれ巻回されている。なお、イオンビームは、開口部２２１ｃ内に設けられた真空ケース２２４の内部空間２２４ａを通過する。
【００１６】
これらの内側コイル２２２と外側コイル２２３にはそれぞれ、図８中の矢印ｖｉおよびｖｏの方向に磁場を生成するように電流が流れており、双方のコイル２２２、２２３によって生成される磁場の反発作用により、開口部２２１ｃ内（真空ケース２２４の内部空間２２４ａ）に、ｙ方向の磁場Ｂｙが形成される。この磁場Ｂｙの作用により、開口部２２１ｃ（真空ケース２２４の内部空間２２４ａ）を進行するイオンの軌道が、略ｚ方向に沿って湾曲させられている。
【００１７】
上記構成により、角型環状でロ字型のヨーク２２１を用いると共に、双方のコイル２２２，２２３による磁場の反発作用を利用しているために、開口部２２１ｃのｙ方向の幅、即ち、磁極間のギャップが広くても、ｙ方向に均一な磁場（∂Ｂｙ／∂ｙ≒０）を効率よく形成することができる。この結果、ｙ方向に縦長のイオンビーム束であっても一様に湾曲させることが可能となり、したがって、ｙ方向に縦長の第１イオンビーム束Ｉａに対しても特定イオン種の高精度な質量分離を行うことができる。この結果、特定のイオン種からなる縦長のイオンビーム束（第３イオンビーム束Ｉｃ）をイオン注入用のイオンビームとして出力することが可能となる。なお、特許文献１には、上記作用がより顕著なものとなるように、内側コイル２２２と外側コイル２２３のそれぞれを、さらに、複数のコイルに分割した構成が記載されている。
【００１８】
一方、特許文献２には、空芯コイルによって質量分離装置のマグネットを形成することにより質量分離装置を軽量化する技術が開示されている。
【００１９】
また、特許文献３には、空芯励磁電流路を用いることにより大口径のイオンビームのイオン質量分離を行う技術が開示されている。
【００２０】
さらに、特許文献４には、特許文献３に記載されている従来のイオン質量分離方法において、質量分離装置の出口部におけるスリット開口寸法を調整することにより質量分離性能を調整する技術が開示されている。
【特許文献１】特許第３４４９１９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２５５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２０３８０５号公報
【特許文献４】特開２００５-７１７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
このように、特許文献１〜４に開示された従来の質量分離装置を用いたイオンドーピング装置では、複数のイオン種からなるイオンビームからイオン質量分離して特定のイオン種のみからなるイオンビームを取り出して、ターゲットである半導体基材上に特定のイオン種をイオン注入することができる。
【００２２】
また、特定のイオン種のより高精度な質量分離性能が要求される用途に対して用いる場合、即ち、特定のイオン種がより高精度に質量分離されたイオンビームを外部に取り出す必要がある場合には、質量分離装置の出口部におけるスリット開口部寸法を狭くすることにより通過可能なイオン種の特定質量範囲を狭めて、質量分離性能を向上させることにより対応することができる。
【００２３】
しかしながら、特許文献１〜４に開示された従来の質量分離装置を用いたイオンドーピング装置では、質量分離性能を向上させるためにスリット開口部寸法を狭くした場合に、それに伴って得られるイオンビーム電流量が低下してしまい、実際のイオンドーピング処理に必要な時間も大きく増大してしまうという虞があった。
【００２４】
本発明は、上記の問題を解決するもので、質量分離性能の向上のためにスリット開口部寸法を狭くせずにイオンビーム電流を極端に低減させることなく、質量分離性能を向上させることができるイオンビーム発生装置、これを用いたイオンドーピング装置、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法およびこれに用いられる質量分離方法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】
【００２５】
本発明のイオンビーム発生装置は、複数のイオン種からなるイオンビームを出力するイオン源と、該イオンビームの軌道を磁場作用によりイオン質量に応じて湾曲させて、該イオンビームに含まれる特定の一または複数のイオン種を分離させ、該特定のイオン種のイオンビームを出力する質量分離装置と、該イオン源と該質量分離装置間に設けられ、該イオン源からのイオンビームを該質量分離装置内へ所定の傾斜角度だけ傾斜させて入射させるビーム傾斜手段とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
また、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記イオン源からのイオンビームを引き出すためのイオンビーム引出電極を有し、該イオンビーム引出電極のイオンビーム引出電極面が前記質量分離装置のイオンビーム入射面に対して該質量分離装置内のイオンビーム湾曲方向に所定の傾斜角度だけ傾斜させた面と平行に設置されている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置におけるビーム傾斜手段として、前記イオン源からのイオンビームを引き出すためのイオンビーム引出電極のイオンビーム引出電極面と、前記質量分離装置のイオンビーム入射面とのなす角度が所定の傾斜角度となるように設置させるべく、該イオンビーム引出電極面と該質量分離装置のイオンビーム入射面との間にスペーサ部材が設けられている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記質量分離装置のイオンビーム入射面が水平方向に対して直交する方向に設置され、該質量分離装置のイオンビーム入射面に対して前記イオンビーム引出電極面が傾斜して設置されている。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記イオンビーム引出電極面が水平方向に対して直交する方向に設置され、該イオンビーム引出電極面に対して前記質量分離装置のイオンビーム入射面が傾斜して設置されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記イオンビームを前記質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して傾斜入射させる際に、該イオンビームを該イオンビーム入射面に垂直な方向に対して上方に傾斜入射させる。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記イオンビームを前記質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して傾斜入射させる際に、該イオンビームを該イオンビーム入射面に垂直な方向に対して下方に傾斜入射させる。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記質量分離装置の出口部側に、所定のスリット幅のスリット開口部を有する遮蔽部材が設けられている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明のイオンビーム発生装置において、前記ビーム傾斜手段のイオンビーム入射面側と、前記質量分離装置のイオンビーム入射面側とが同電位になるように電気的に接続されて、該ビーム傾斜手段の内部で無電界状態になっている。
【００３４】
本発明のイオンドーピング装置は、本発明の上記イオンビーム発生装置と、該イオンビーム発生装置からのイオンビームを照射させてイオン注入処理を行う基材を載置して固定可能とする基材載置テーブルとを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
本発明の質量分離方法は、複数のイオン種からなるイオンビームを質量分離装置内に導入させ、磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じて湾曲させ、該イオンビームに含まれる特定の一または複数のイオン種を分離させる質量分離方法において、該イオンビームを該質量分離装置内へ前記イオンビーム入射面を通して所定の傾斜角度だけ傾斜させて入射させるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
また、好ましくは、本発明の質量分離方法におけるイオンビームを前記質量分離装置のイオンビーム入射面に垂直な方向に対して上方に傾斜させて入射させる。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の質量分離方法におけるイオンビームを前記質量分離装置のイオンビーム入射面に垂直な方向に対して下方に傾斜させて入射させる。
【００３８】
本発明のイオンビーム発生方法は、本発明の上記イオンビーム発生装置を用いて、前記特定のイオン種からなるイオンビームを分離出力するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４０】
本発明にあっては、磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じた半径で湾曲させ、イオンビームに含まれる特定の一または複数種のイオン種を分離させる質量分離装置に対して、イオンビームを所定角度だけ傾斜させた状態で質量分離装置のイオンビーム入射面に入射させることにより、質量分離装置内でイオンビームをより湾曲できるため、従来のように質量分離性能の向上のために質量分離装置の出力部のスリット開口部寸法を狭くする必要がなくなることから、得られるイオンビーム電流を大きく低減させずに、より高精度な質量分離を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
以上により、本発明によれば、イオンビームを所定角度だけ傾斜した状態で質量分離装置のイオンビーム入射面に入射させるようにしたため、質量分離装置内でイオンビームをより湾曲させることができて、従来のように質量分離性能の向上のために質量分離装置の出力部のスリット開口部寸法を狭くせずに、イオンビーム電流を大きく低減させることなく質量分離性能を向上させ、より高精度に質量分離されたイオンビームを発生させることができる。したがって、本発明のイオンドーピング装置を用いることにより、半導体に対するイオンドーピング処理、特に高精度のイオンドーピング処理が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンがドーピングされるチャネル部などを、高精度、かつ、高速に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に、本発明のイオンビーム発生装置を備えたイオンドーピング装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
本実施形態では、イオン源よりイオンビームを引き出すためのイオンビーム引出電極のイオンビーム引出電極面を、質量分離装置のイオンビーム入射面に対してイオンビーム湾曲方向に所定角度だけ傾斜させた面と平行に設置して、質量分離装置内にイオンビームを傾斜した状態で入射させることにより、イオンビームをより湾曲させて、得られるイオンビーム電流を大きく低減させずに、特定イオン種のより高精度な質量分離を可能としたイオンドーピング装置の一例について説明する。
【００４４】
図１は、本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置を用いたイオンドーピング装置の要部構成例を模式的に示す断面図である。
【００４５】
図１において、本実施形態のイオンドーピング装置１０は、特定種類のイオン種のみからなるイオンビームを外部に出力するイオンビーム発生装置１００と、このイオンビーム発生装置１００からの特定のイオン種のイオン注入用のイオンビームが照射されるターゲットである半導体基材１１を載置して固定すると共に半導体基材１１を移動可能とする基材載置テーブル１２とを有し、この半導体基材１１を移動可能として、半導体基材１１の所定領域に特定のイオン種をイオン注入処理することができる。
【００４６】
イオンビーム発生装置１００は、主として、複数のイオン種からなるイオンビームを出力するイオン源１１０と、このイオン源１１０からイオンビームＩｉｎを引き出すためのイオンビーム引出電極１２０と、このイオンビーム引出電極１２０からイオンビームＩｉｎが入射されて、磁場作用によりイオンビームＩｂの軌道をイオン質量に応じた半径で湾曲させ、イオン質量に応じて湾曲したイオンビームＩｂ（例えばＩｂ１とＩｂ２のように分離）に含まれる特定の一または複数種のイオン種（例えばＩｂ１）を分離するための質量分離装置１３０と、イオンビーム引出電極１２０と質量分離装置１３０間に設けられ、イオン源１１０からのイオンビームを質量分離装置１３０内へ所定の傾斜角度αだけ傾斜させて入射させるビーム傾斜手段としてのスペーサ部材１４０（以下、スペーサ１４０という）と、質量分離装置１３０のイオンビーム出力側（出口部１３０ｂ側）に所定のスリット幅のスリット開口部１５１が設けられた遮蔽部材１５０と、この遮蔽部材１５０のイオンビーム下流側に設けられた内加速電極１６０とを有している。
【００４７】
イオン源１１０は、その出口部であるイオンビーム出射面１１０ａがイオンビーム引出電極１２０のイオンビーム引出電極面と平行になるように配置され、互いに対向している。このイオンビーム引出電極１２０とイオン源１１０のイオンビーム出射面１１０ａとの電位差による電界によって、イオン源１１０から複数のイオン種からなるイオンビームＩｉｎが引き出されて出射される。
【００４８】
イオンビーム引出電極１２０は、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａとのなす角度が所定の傾斜角度αとなるように、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対してイオンビーム湾曲方向に所定角度αだけ傾斜させた面と平行に設置されている。
【００４９】
このイオンビーム引出電極１２０から引き出されたイオンビームＩｉｎは、イオンビーム引出電極１２０とイオン源１１０の出口部のイオンビーム出射面１１０ａとの間の電界によって形成される等電位面に垂直に進み、イオン源１１０およびイオンビーム引出電極１２０と質量分離装置１３０との接続部に設置された所定の傾斜角αを有するスペーサ１４０のイオンビーム入射面１４０ａに入射される。なお、このスペーサ１４０を設置する際に、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａとスペーサ１４０のイオンビーム入射面１４０ａが同電位になるように電気的に接続されているため、スペーサ１４０の内部では電界は生じていない。
質量分離装置１３０は、主として、内側ヨーク２２１ａおよび外側ヨーク２２１ｂを有する角型環状のヨーク２２１と、この内側ヨーク２２１ａに導体（例えば銅線）が巻回された内側コイル２２２および、この外側ヨーク２２１ｂに導体（例えば銅線）が巻回された外側コイル２２３と、この角型環状のヨーク２２１内の空間部分に設けられた真空ケース２２４とを備えている。これらの内側コイル２２２と外側コイル２２３に流れる電流により生成される磁場の反発作用により、真空ケース２２４の内部空間にｙ方向に均一な磁場Ｈｙが形成される。但し、スペーサ１４０は上記質量分離装置１３０内に含まれていないため、スペーサ１４０の内部には磁場は形成されていない。
【００５０】
したがって、スペーサ１４０の内部には電界も磁界も存在しておらず、スペーサ１４０のイオンビーム入射面１４０ａに垂直に入射されたイオンビームＩｉｎは、スペーサ１４０の内部を湾曲することなく直進させ、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方（ｘ軸正（＋）方向）に所定角度αだけ傾いて質量分離装置１３０内に傾斜して入射される。
【００５１】
図２は、本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置１００を備えたイオンドーピング装置１０の他の要部構成例を模式的に示す断面図である。
【００５２】
図１では、質量分離装置１３０は、そのイオンビーム入射面が水平方向に対して直交する方向に設置され、そのイオンビーム入射面に対してイオン源１１０およびイオンビーム引出電極１２０を所定角度αだけ傾斜させることによってイオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面に所定角度αだけ傾斜して入射させる構成を示したが、これに限らず、図３に示すように、イオンビーム引出電極１２０のイオンビーム引出電極面１２０ａが水平方向に対して直交する方向に設置され、イオン源１１０およびイオンビーム引出電極１２０に対して質量分離装置１３０のイオンビーム入射面側を所定角度αだけ傾斜させる構成とすることも可能である。この場合、質量分離装置１３０を、イオンビーム引出電極１２０のイオンビーム引出電極面１２０ａと質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａとのなす角度が所定の傾斜角度αとなるように設置する。さらに、イオン源１１０およびイオンビーム引出電極１２０と質量分離装置１３０との相対的な傾斜角度αを負の値とすることにより、イオンビームＩｉｎを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から下方に傾斜入射させることも可能である。
【００５３】
この質量分離機１３０に入射されたイオンビームＩｉｎは、磁場作用により、複数のイオン種の軌道がそれぞれ、その各イオン種の質量に応じた半径でイオンビームＩｂ１およびＩｂ２のように湾曲して分離され、イオンビームＩｏｕｔとしてイオンビームＩｂ１が出力される。質量分離機１３０により軌道が湾曲されたイオン種のうち、遮蔽部材１５０のスリット開口部１５１を通過可能な特定質量のイオン種のみが取り出されて、加速電極１６０により加速されて半導体基材１１上に照射される。
【００５４】
次に、質量分離装置に対してイオン源およびイオンビーム引出電極を傾斜させない従来のイオンビーム発生装置と、質量分離装置１３０に対してイオン源１１０およびイオンビーム引出電極１２０を所定の傾斜角度αだけ傾斜させた本実施形態のイオンビーム発生装置１００とを用いて、質量比１：２の２種類のイオンを発生させた場合の飛来軌道の変化について、図３（ａ）および図４（ｂ）を用いて例示して説明する。
【００５５】
図３は、質量分離装置内において、質量が異なる２種のイオン種の飛来軌道の変化を模式的に示す図であって、（ａ）は、質量分離装置に対してイオンビームを垂直入射させる従来のイオンビーム発生装置を用いた場合を示す図、（ｂ）は、質量分離装置に対してイオンビームを傾斜して入射させる図１のイオンビーム発生装置を用いた場合を示す図である。
【００５６】
従来技術のように、イオン源から引き出された質量比１：２の２種のイオン質量を有する混合イオンビームＩｉｎ’が、質量分離装置のイオンビーム入射面に垂直に入射された場合、図３（ａ）に示すように、イオンビームＩｉｎ’に含まれる個々のイオン種が、それぞれイオン偏向ケーシング内で磁場Ｈｙにより各イオン質量に応じて湾曲させられ、イオンビームＩｂ１’とイオンビームIｂ２’に分離される。このときの質量分離装置出口部における各イオンビームＩｏｕｔ’の間隔をＡ’とする。
【００５７】
これに対して、本実施形態のように、イオン源１１０より引き出された質量比１：２の２種のイオン質量を有する混合イオンビームを、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方（ｘ軸正（＋）方向）に所定の傾斜角度αだけ傾けて入射させた場合、混合イオンビームIｉｎ’を垂直入射させた図３（ａ）の場合と同様に、イオンビームＩｉｎがイオンビームＩｂ１とイオンビームＩｂ２に分離されるが、質量分離装置１３０の出口部１３０ｂにおける各イオンビームＩｏｕｔの間隔Ａは、図３（ｂ）に示すように、従来のイオンビーム発生装置を用いた場合の間隔Ａ’に比べて大きく拡がっている。これは、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方に所定の傾斜角度αだけ傾斜させて入射させたことにより、実質的に質量分離装置１３０内を通過する角度が傾斜入射角度α分だけ大きくなって、より磁場Ｈｙの影響を受けて軌道が湾曲させられるために（より湾曲するために）、イオン質量による湾曲度の差分が拡大（湾曲半径の差分が拡大）するからである。
【００５８】
次に、実際に入射角度を変化させてＩｏｕｔのＭＳＩ（質量分離電流）依存性の変化についてシミュレーションを行い、本実施形態に係る質量分離方法における傾斜入射による質量分離性能の向上効果について検証した。比較のために、特許文献１に開示されている質量分離装置の出口部の出口部開口寸法を変化させた場合のＩｏｕｔのＭＳＩ（質量分離電流）依存性変化についてもシミュレーションを行った。
【００５９】
本シミュレーションでは、イオン源のソースガスとして水素希釈のジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用い、Ｈx、ＢＨx、Ｂ２Ｈxの各種イオン種の混合イオンビームが質量分離装置に導入されるものとして計算を行った。評価パラメータとしては、傾斜入射角度α＝０〔ｄｅｇ〕（垂直入射）、１０〔ｄｅｇ〕および１５〔ｄｅｇ〕、質量分離装置出口部開口寸法Ｌ＝１５０（標準条件）〔ｍｍ〕、８０〔ｍｍ〕および５０〔ｍｍ〕とし、それ以外のパラメータについては、全て一定条件とした。なお、下方への傾斜入射による場合についても検証するために、傾斜入射角度α＝−１５〔ｄｅｇ〕の場合についてもシミュレーションを実施した。
【００６０】
まず、特許文献１に開示されている方法を用いて、質量分離装置の出口部開口寸法を変化させた場合におけるイオンビームＩｏｕｔのＭＳＩ（質量分離電流）依存性変化について、図４（ａ）〜図４（ｃ）を用いて説明する。
【００６１】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、特許文献１に開示されている従来の質量分離装置において、質量分離装置開口寸法を変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【００６２】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、出口部開口寸法Ｌ（例えば遮蔽部材１５０のスリット開口部１５１のスリット幅）が狭くなるのに伴って、ＢＨx系イオンビーム〔垂直入射時、ＭＳＩ：９０〔Ａ〕近傍〕と、Ｂ２Ｈx系イオンビーム〔垂直入射時、ＭＳＩ：１２０〔Ａ〕近傍〕の重畳割合が大きく低下している。これにより、ＢＨx系イオンビームとＢ２Ｈx系イオンビームの質量分離性能が大きく向上していることが分かる。
【００６３】
しかしながら、質量分離性能の向上に伴って、イオンビーム電流強度は低下している。例えば、ＢＨx系ではイオンビーム電流強度は開口寸法半減で６０％、開口寸法１／３で４０％にまで大きく低下している。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係る質量分離方法を用いて、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方に傾斜入射させる度合いを変化させた場合におけるイオンビームＩｏｕｔのＭＳＩ（質量分離電流）依存性変化について、図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明する。
【００６５】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図１のイオンビーム発生装置１００において、質量分離装置へのイオンビームの入射角度を変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【００６６】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａへのイオンビームの傾斜角度αを大きくするにつれて、ＢＨx系イオンビームと、Ｂ２Ｈx系イオンビームの重畳割合が低下して、イオンビームの質量分離性能が向上している。質量分離性能の向上（イオンビーム重畳度の低下）は、開口寸法の狭幅化の場合に比べて小さいものの、質量分離性能の向上に伴うイオンビーム電流の低下は僅かであり、それぞれのイオンビーム電流強度を大きく低下させることなく、イオンビームが分離されていることが分かる。
【００６７】
次に、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方と下方に傾斜入射させた場合におけるイオンビームＩｏｕｔのＭＳＩ（質量分離電流）依存性変化について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。
【００６８】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明のイオンビーム発生装置の質量分離装置へのイオンビームの入射角度を上方と下方に変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【００６９】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から下方に傾斜入射させた場合には、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方に傾斜入射させた場合とは逆に、ＢＨx系イオンビームと、Ｂ２Ｈx系イオンビームの重畳割合が増大している。したがって、イオンビームの質量分離性能は低下するものの、イオンビーム電流強度を増大させることができる。さらには、ＭＳＩ（質量分離電流）変化に対するイオンビーム電流の変化率（図６中の曲線の傾斜度合い）が緩やかになるため、ＭＳＩ（質量分離電流）変化に対するマージンも広くなるという効果が得られる。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じて湾曲させ、イオンビームに含まれる一または複数種のイオン種を分離させる質量分離装置１３０において、イオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から上方に傾斜入射させることにより、イオンビーム電流を大きく低減させることなく質量分離性能を向上させて、より高精度に質量分離されたイオンビームを発生させることが可能となる。また、逆にイオンビームを質量分離装置１３０のイオンビーム入射面１３０ａに対して垂直方向から下方に傾斜入射させた場合には、質量分離性能としては低下するもののイオンビーム電流強度を増大させ、イオンビーム電流強度のＭＳＩ（質量分離電流）変化に対するマージンを広くすることが可能となる。
【００７１】
したがって、本実施形態の質量分離方法を用いて質量分離を行うイオンドーピング装置１０を用いることにより、半導体に対するイオンドーピング処理、特に高精度のイオンドーピング処理が要求されるＬＤＤ構造トランジスタにおける低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンがドーピングされるチャネル部などを、高精度、かつ高速に形成することが可能となる。
【００７２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、特定のイオン種からなるイオンビームを出力可能とするイオンビーム発生装置、このイオンビーム発生装置を用いて基材に特定のイオンを注入可能とするイオンドーピング装置、このイオンビーム発生装置を用いたイオンビーム発生方法およびこれに用いられる質量分離方法の分野において、磁場作用によりイオンビームの軌道をイオン質量に応じた半径で湾曲させ、イオンビームに含まれる特定の一または複数種のイオンを分離させる質量分離装置のイオンビーム入射面に対して、イオンビームを所定角度だけ傾斜した状態で入射させるようにしたため、質量分離装置内でイオンビームをより強く湾曲させることができて、従来のように質量分離性能の向上のために質量分離装置の出力部のスリット開口部寸法を狭くせずに、イオンビーム電流を大きく低減させることなく質量分離性能を向上させ、より高精度に質量分離されたイオンビームを発生させることができる。したがって、本発明のイオンドーピング装置を用いることにより、半導体に対するイオンドーピング処理、特に高精度のイオンドーピング処理が要求されるＬＤＤ構造トランジスタの低キャリア密度導電層や、閾値電圧調整のために低ドーズイオンがドーピングされるチャネル部などを、高精度、かつ、高速に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置を用いたイオンドーピング装置の要部構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置を備えたイオンドーピング装置の他の要部構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】質量分離装置内において、質量が異なる２種のイオン種の飛来軌道の変化を模式的に示す図であって、（ａ）は、質量分離装置に対してイオンビームを垂直入射させる従来のイオンビーム発生装置を用いた場合を示す図、（ｂ）は、質量分離装置に対してイオンビームを傾斜して入射させる図１のイオンビーム発生装置を用いた場合を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１に開示されている従来の質量分離装置において、質量分離装置開口寸法を変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置において、入射角度を変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のイオンビーム発生装置の質量分離装置へのイオンビームの入射角度を上方と下方に変化させた場合の出力イオンビーム電流強度の質量分離電流依存性についてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図７】従来のイオンビーム発生装置の基本構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】図７の質量分離機において、ｚ方向の下流側から上流側に向けてヨークを見た場合の要部断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０  イオンドーピング装置
１１  半導体基板
１００  イオンビーム発生装置
１１０  イオン源
１１０ａ  イオン源のイオンビーム出射面
１２０  イオンビーム引出電極
１３０  質量分離装置
１３０ａ  質量分離装置のイオンビーム入射面
１３０ｂ  質量分離装置のイオンビーム出射面
１４０  スペーサ
１４０ａ  スペーサのイオンビーム入射面
１５０  遮蔽部材
１６０  加速電極
【図１】
2008010282.tif 000003
【図２】
2008010282.tif 000004
【図３】
2008010282.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008010282.tif 000007
【図６】
2008010282.tif 000008
【図７】
2008010282.tif 000009
【図８】
2008010282.tif 000010