(57)【要約】【課題】酸素イオン注入装置を小型・軽量化しかつ、低コスト化を図ることを目的とする。【解決手段】ターゲット１２に酸素イオンを注入する酸素イオン注入装置に、酸素プラズマを生成し、該酸素プラズマ中から電圧を印加したイオン源電極１３によりイオンビームを引き出して放射するイオン源１と、質量分離器２と、イオンビームの形状をイオン注入に適した形状に整形するＱレンズ部４と、該成形されたイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する偏向部５と、前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射してターゲット１２にイオンを注入するイオン注入室６とを設け、さらに、イオン源１に、引き出したイオンビームを前記ターゲットにイオンを注入するために必要なエネルギを持つまで、前記イオン源電極により加速させる手段を設ける。【選択図】図１
2004281902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに酸素イオンを注入して所定の深さに酸化層を形成する酸素イオン注入装置であって、
酸素プラズマを生成し、該酸素プラズマ中から電圧を印加したイオン源電極によりイオンビームを引き出して放射するイオン源と、
前記イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射する質量分離器と、前記放射したイオンビームの形状をイオン注入に適した形状に整形するＱレンズ部と、
前記成形されたイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する偏向部と、
前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射して前記ターゲットにイオンを注入するイオン注入室と、を有し、
前記イオン源は、引き出したイオンビームを、前記ターゲットにイオンを注入するために必要なエネルギを持つまで、前記イオン源電極により加速すること
を特徴とする酸素イオン注入装置。
【請求項２】
ターゲットに酸素イオンを注入して所定の深さに酸化層を形成する酸素イオン注入装置であって、
酸素プラズマを生成し、該酸素プラズマ中から電圧を印加したイオン源電極によりイオンビームを引き出して放射するイオン源と、
前記イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射する質量分離器と、
前記放射したイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する偏向部と、
前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射して前記ターゲットにイオンを注入するイオン注入室と、を有し、
前記イオン源は、前記引き出したイオンビームを、前記ターゲットにイオンを注入するために必要なエネルギを持つまで、前記イオン源電極により加速し、該加速したイオンビームをイオン注入に適した形状を有する引き出し用開口部により成形して放射すること
を特徴とする酸素イオン注入装置。
【請求項３】
請求項２に記載の酸素イオン注入装置であって、
前記引き出し用開口部とは、ターゲットが半導体基板である場合には、一方向が該半導体基板の直径の長さを有し、該一方向の直角方向は該直径に比べて短い長さを有する矩形の形状であること
を特徴とする酸素イオン注入装置。
【請求項４】
請求項２に記載の酸素イオン注入装置であって、
前記引き出し用開口部とは、直径が数ｍｍ程度の孔を多数並べた形状であること
を特徴とする酸素イオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、埋め込み酸化膜を有する半導体基盤であるＳＩＭＯＸ基板を製作するための酸素イオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの高速化および低消費電力化が可能なＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）基板を製造するための装置に、シリコンウェハに高エネルギに加速した酸素イオンを注入する酸素イオン注入装置がある。
【０００３】
従来の酸素イオン注入装置には、イオンを発生させ、イオンビームを引き出すイオン源と、特定の質量と電荷の比を持つイオンだけを取り出す質量分離器と、イオン注入に必要なエネルギを持つようにイオンビームを加速させる後段加速管と、イオン注入するターゲットにイオンビームを収束させるＱレンズと、イオンビームに含まれる中性分子を除く偏向磁石と、イオン注入するターゲットが載置されているイオン注入室と、を有して構成されているものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
さて、ここで、上述の特許文献１の酸素イオン注入装置の概略構成を図５を用いて説明する。図示するように、酸素イオン注入装置は、イオン源１と、質量分離器２と、後段加速管３（斜線で示す部分）と、Ｑレンズ部４と、偏向磁石５と、イオンを注入するターゲット１２（例えば半導体基盤）が載置されているイオン注入室６と、を有する。また、図示するように、イオン源１、質量分離器２、後段加速管３、Ｑレンズ部４、偏向磁石５、イオン注入室６のそれぞれの間は接続管１０（１０ａ、１０ｂ）により接続されている。また、接続管１０（１０ａ、１０ｂ）に接続されているイオン源１からイオン注入室６までの経路は、気密連結されており、それらの内部は真空に保たれている。なお、以下の説明においてイオン源１からイオン注入室６までの経路（経路を構成する機器）をビームラインと呼ぶこととする。
【０００５】
さて、イオン源１には、イオンビーム１１を引き出すために、高電圧が印加されたイオン源電極（図示せず）が設置されている。また、後段加速管３には、イオンビーム１１をイオン注入に必要なエネルギを持つまで加速させるために、高電圧が印加された加速電極（図示せず）が設置されている。このように、図示する酸素イオン注入装置は、イオン源１のイオン源電極および後段加速管３の加速電極の２箇所で、イオン注入に必要なエネルギをイオンビーム１１に与えている。
【０００６】
また、２箇所でイオン注入に必要なエネルギをイオンビーム１１に与えているため、後段加速管３から見てイオン源１側に設置される機器（接続管１０ａ、質量分離器２、イオン源１）を、後段加速管３の電位（例えば、１５０ｋＶ程度の電位）から絶縁して設置する必要がある。そのため、図示するようにレッドボックス７と呼ばれる高圧絶縁架台（絶縁碍子でアース電位と絶縁した機器設置用筐体）に、これらの機器（イオン源１、質量分離器２、接続管１０ａ）を収納している。
【０００７】
さらに、酸素イオン注入装置では、イオン源１で発生させたイオンビームがビームラインの構成部材に衝突することで、二次電子が発生する。そして、その二次電子がビームラインに存在する電場により、あるエネルギ（あるエネルギとは、Ｘ線を発生させるに必要な２次電子エネルギのしきい値をさす）以上にまで加速されビームラインの構成部材と衝突した場合、Ｘ線が発生する（主に高電圧が印加されている加速管３およびイオン源１でＸ線が発生する）。そのため、酸素イオン注入装置には、このＸ線が漏れることを防止する手段を設ける必要がある。
【０００８】
従来の酸素イオン注入装置では、図示するように、イオン源１を収納しているレッドボックス７全体をＸ線遮蔽材（図示する太線部分がＸ線遮蔽材）で覆っている。また、Ｘ線が発生する加速管３の周りに、Ｘ線遮蔽材（図示する太線部分がＸ線遮蔽材）で覆ったＸ線遮蔽部５０を設け、さらに、装置全体を全体カバー８で覆っている。
【特許文献１】
特開平１０−３８７３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１のイオン注入装置は、以下の問題点を有している。上記のＸ線遮蔽材は、高密度の重金属（重金属は、重量が大きく、高価である）である。また、Ｘ線発生箇所は、上述のように高電圧部位である。そのため、Ｘ線遮蔽材を高電圧部位に接触させて設置（または極近傍に設置）した場合、短絡あるいは放電により、イオン注入装置の運転ができなくなる。したがって、上記イオン注入装置は、レッドボックスに収納する高電位の機器及び高電位の加速管３に対しＸ線遮蔽材（レッドボックス７、Ｘ線遮蔽部８ａ）を絶縁破壊距離から十分に離間して設置している。
【００１０】
その結果、Ｘ線遮蔽材で囲む範囲が大きくなるため、イオン注入装置の設置スペースが大きくなるという問題を有している。そして、Ｘ線遮蔽材で囲む範囲が大きいことからＸ線遮蔽材の使用量も多くなる。そのため、上記イオン注入装置は、設置面積および重量が大きく、高価な装置になる（例えば、１０ｔ位の装置重量になる）。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、酸素イオン注入装置を小型・軽量化しかつ、低コスト化を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ターゲットに酸素イオンを注入して所定の深さに酸化層を形成する酸素イオン注入装置において、イオン源にイオンビームを引き出す手段と、該引き出したイオンビームにイオン注入に必要なエネルギを与える手段とを設ける。
【００１３】
例えば、本発明の第一の態様の酸素イオン注入装置は、酸素プラズマを生成し、該酸素プラズマ中から電圧を印加したイオン源電極によりイオンビームを引き出して放射するイオン源と、前記イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射する質量分離器と、前記放射したイオンビームの形状をイオン注入に適した形状に整形するＱレンズ部と、前記成形されたイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する偏向部と、前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射して前記ターゲットにイオンを注入するイオン注入室と、を有し、前記イオン源は引き出したイオンビームを、前記ターゲットにイオンを注入するために必要なエネルギを持つまで、前記イオン源電極により加速する。
【００１４】
このように、本発明の第一の態様の酸素イオン注入装置によれば、イオン源の一箇所で、イオンビームにイオンを注入するために必要なエネルギを与える構成としている。すなわち、本実施形態の酸素イオン注入装置は、上述した従来の酸素イオン注入装置のように後段加速管を必要としないため装置全体を小型化することができる。
【００１５】
また、本第一の態様は、上記の通り、エネルギの注入を１箇所で行うことから、装置全体の中で、高電位部位がイオン源だけとなる。そのため、上述した、従来の酸素イオン注入装置のようなレッドボックスを設ける必要がなくなる。
【００１６】
また、本第一の態様の酸素イオン注入装置では、Ｘ線が主に発生する部位もイオン源１に限られてくるため（Ｘ線は、主に高電位部位で発生する）、Ｘ線を遮蔽するための手段を、イオン源１にだけ設けておけばよい。したがって、上述した従来の酸素イオン注入装置と比べて、Ｘ線遮蔽材で囲む範囲が少なくなり、重量が大きくかつ高価なＸ線遮蔽材の使用量を減少させることができる。すなわち、本一態様によれば、酸素イオン注入装置を小型・軽量化しかつ、低コスト化することができる。
【００１７】
また、本発明の第二の態様の酸素イオン注入装置は、第一の態様の酸素イオン注入装置からＱレンズ部を除いて、該Ｑレンズ部が行っているイオンビームの形状をイオン注入に適した形状に成形する機能を、イオン源１で行うようにしたものである。
【００１８】
例えば、第二の態様の酸素イオン注入装置は、酸素プラズマを生成し、該酸素プラズマ中から電圧を印加したイオン源電極によりイオンビームを引き出して放射するイオン源と、前記イオンビームから必要なイオン種のみを分離して放射する質量分離器と、前記放射したイオンビームから中性なビーム成分を分離除去する偏向部と、前記中性ビーム成分が除去されたイオンビームを入射して前記ターゲットにイオンを注入するイオン注入室と、を有し、前記イオン源は、前記引き出したイオンビームを、前記ターゲットにイオンを注入するために必要なエネルギを持つまで、前記イオン源電極により加速し、該加速したイオンビームをイオン注入に適した形状を有する引き出し用開口部により成形して放射する。
【００１９】
また、前記引き出し用開口部とは、ターゲットが半導体基板である場合には、一方向が該半導体基板の直径の長さを有し、該一方向の直角方向は該直径に比べて短い長さを有する矩形の形状であることとしてもよい。また、前記引き出し用開口部とは、直径が数ｍｍ程度の孔を多数並べた形状であることとしてもよい。
【００２０】
このように、本発明の第２の態様によれば、イオン源にイオンビームのビーム形状をターゲットに照射するための形状に成形する手段設を設けていることから、上記第１の態様で必要であったＱレンズ部を除くことが可能となる。そのため、第１の態様と比べて更に、小型化しかつ軽量化した酸素イオン注入装置を実現することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態が適用された酸素イオン注入装置の概略構成を示す図である。図示するように本実施形態の酸素イオン注入装置は、イオン源１と、質量分離器２と、Ｑレンズ部４と、偏向磁石５と、イオンを注入するターゲット１２（例えば半導体基盤）が載置されているイオン注入室６と、Ｘ線遮蔽部２０と、装置の全体カバー８とを有する。また、イオン源１には、高電圧が印加されているイオン源電極１３が配置されている。また、図示するように、イオン源１、質量分離器２、Ｑレンズ部４、偏向磁石５、イオン注入室６のそれぞれの間は接続管１０により接続されている。また、この接続管１０に接続されているイオン源１からイオン注入室６までの経路は、気密連結されており、それらの内部は真空に保たれている。なお、図５で示した従来の酸素イオン注入装置と同じ構成については同じ符号を用いることとする。
【００２３】
イオン源１には、プラズマ室（図示せず）があり、イオン源コイル（図示せず）による磁場印加、及び、ガス及びマイクロ波供給源（図示せず）からの、ビームガス及びマイクロ波が導入され、酸素プラズマが生成される。また、イオン源１は、イオン源電極１３により、その生成したプラズマからイオンビーム１１を引き出し、かつ、イオンビーム１１をイオン注入に必要なエネルギを持つように加速させて（例えば、イオン源１で２００ｋｅＶ程度エネルギを注入する）、質量分離器２に放射する。なお、このイオン源１のイオン源電極１３の構成については後述する。
【００２４】
質量分離器２は、特定の質量と電荷の比を持つイオンだけを取り出すものであり、水平方向にイオンビーム１１を偏向させるように構成されている。
【００２５】
その後、イオンビーム１１は、Ｑレンズ部４によりイオン注入に適した形状に成形され、さらに、偏向磁石５により中性なビーム成分が分離除去され（イオンの進行方向だけを曲げることにより中性分子が除かれる）、イオン注入室６の中のターゲット１２に照射される。
【００２６】
また、高電位が印加されているイオン源１ではＸ線が発生するため、図示するように、イオン源１の周りを、Ｘ線遮蔽能力を有する重金属のＸ線遮蔽材で覆ったＸ線遮蔽部２０が設けられている。
【００２７】
続いて、イオン源１のイオン源電極１３について図２、図３を用いて説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態のイオン源１の正のイオン源電極１３の構成を例示したものである。図示するように、イオン源電極１３は、イオン源１のプラズマ室側から、プラズマ電極ＰＧ２１と、引出し電極ＥＧ２２と、減速電極ＤＧ２３と、接地電極ＧＧ２４とを有している。そして、本実施形態では、正のイオン源電極の場合には、上記４枚の電極で、イオン源１のプラズマ室で生成したプラズマからイオンビームを引き出し、該イオンビームにイオン注入に必要なエネルギを注入するように構成されている。例えば、図示する正のイオン源電極１３では、８０ｋｖ〜２００ｋｖ程度のエネルギを注入することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、イオン源電極１３の枚数を特に限定しない。例えば、イオン注入に必要なエネルギが２００ｋｖより大きくなる場合には、イオン源電極１３の枚数を増加させるようにすればよい（例えば、数１０ｋｖあがる度に、電極を１枚追加すればよい）。また、イオン注入に必要なエネルギが８０ｋｖより小さくなる場合には、イオン源電極１３の枚数を減少させて３枚にすればよい。
【００３０】
図３は、本実施形態のイオン源１の負のイオン源電極１３の構成を例示したものである。図示するように、負のイオン源電極１３は、イオン源１のプラズマ室側から、プラズマ電極ＰＧ３１と、引出し電極ＥＧ３２と、接地電極ＧＧ３３とを有している。そして、本実施形態では、負のイオン源電極の場合は、上記３枚の電極で、イオン源１のプラズマ室で生成したプラズマからイオンビームを引き出し、イオン注入に必要なエネルギを注入するように構成されている。ここで、負のイオン源電極１３では、生成したプラズマから酸素負イオンと共に引き出される電子を除去するための磁場を形成するために、電子偏向用永久磁石３４を設ける構成にしている。そして、例えば、図示する負のイオン源電極１３では、８０ｋｖ〜２００ｋｖ程度のエネルギを注入することができる。
【００３１】
なお、負のイオン源電極１３の枚数についても、上記正のイオン源電極と同様に特に限定しない。例えば、イオン注入に必要なエネルギが２００ｋｖより大きくなる場合には、イオン源電極１３の枚数を増加させるようにすればよい（例えば、数１０ｋｖあがる度に、電極を１枚追加すればよい）。
【００３２】
このように、本実施形態の酸素イオン注入装置は、イオン注入に必要なエネルギの注入をイオン源１の１箇所で行うこととしている（イオン源１にイオンビーム引出す機能およびイオンビーム加速機能の両機能を持たせている）。そのため、図５に示す従来の酸素イオン注入装置のような後段加速管３を設ける必要がない。したがって、本実施形態の酸素イオン注入装置は、従来の酸素イオン注入装置と比較して、後段加速管３の設置に必要な容積分をそのまま小型化することができる。
【００３３】
また、本実施形態の酸素イオン注入装置は、上記の通り、イオン注入に必要なエネルギ注入を１箇所で行うことから、装置全体の中の高電位部位がイオン源１だけとなる。そのため、図５に示す従来の酸素イオン注入装置のようなレッドボックスを設ける必要がなくなる（上述したようにレッドボックスは装置に高電位部位が２箇所存在するために設けている）。
【００３４】
そして、Ｘ線が主に発生する部位もイオン源１に限られてくるため（Ｘ線は、主に高電位部位で発生する）、Ｘ線を遮蔽するための手段は、イオン源１にだけ設けておけばよい（従来のようにイオン源１と後段加速管３とから絶縁距離を確保してＸ線遮蔽部材を設ける必要はない）。したがって、図５に示す従来の酸素イオン注入装置と比べて、Ｘ線遮蔽材で囲む範囲が少なくなり、重量が大きくかつ高価なＸ線遮蔽材の使用量を減少させることができる。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、従来必要であった、後段加速管３およびレッドボックス７が不要となり、さらに、Ｘ線遮蔽材の使用量を減少させることができる。そのため、酸素イオン注入装置の小型・軽量化および低コスト化を実現することができる。
【００３６】
続いて、本発明の第２の実施形態について図４を用いて説明する。なお、本第２の実施形態の説明では、図１で示した第１の実施形態の酸素イオン注入装置と同じ構成については同じ符号を用いることとする。
【００３７】
さて、本発明の第２の実施形態は、上記第１の実施形態の酸素イオン注入装置をさらに小型化したものである。具体的には、本発明の第２の実施形態は、イオン源１のイオンビーム１１の引き出し部分に、イオンビーム１１のビーム形状を、イオン注入に適した形状に成形する手段設を設け、上記第１の実施形態で必要であったＱレンズ部４を除くように構成したものである。
【００３８】
このように、Ｑレンズ部４を除くことができるのは、以下の原理による。本発明の酸素イオン注入装置は、上述のように、高電位部位はイオン源１だけである（イオン源１の１箇所でイオン注入に必要なエネルギを与えている）。そのため、イオン源１から引き出されたイオンビーム１１は、その後のビームラインにおいて電界の影響を受けることはない。すなわち、イオン源１から引き出されたイオンビーム１１は、その後、ビーム形状が大きく変形することはない（イオンビームのビーム形状は電界の影響により変形する）。したがって、イオン源１の引き出し部分で、イオンビーム１１のビーム形状をイオン注入に適した形状に成形しておくことにより、上記第１の実施形態で必要であったＱレンズ部４を除くことが可能となる。
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施形態が適用された酸素イオン注入装置の概略構成を示す図である。
【００４０】
図示するように、本発明の第２の実施形態の酸素イオン注入装置は、イオン源１と、質量分離器２と、偏向磁石５と、イオンを注入するターゲット１２（例えば半導体基盤）が載置されているイオン注入室６と、Ｘ線遮蔽部２０と、装置の全体カバー８とを有する。また、本第２の実施形態のイオン注入装置は、イオン源１にイオンビーム１１のビーム形状をイオン注入に適した形状に成形して照射するための引き出し用開口部１４を有している。この引出し用開口部１４は、例えば図示するように矩形に構成されている。また、本第２の実施形態は、図示するように、質量分離器２及び偏向磁石５のイオンビーム１１の通過口１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）の形状を、引出し用開口部１４を包含する大きさの楕円形状で構成している。
【００４１】
そして、引出し用開口部１４から引き出されたイオンビーム１１は、矩形のビーム形状のままビームラインを通過して、イオンターゲット１２に照射されることとなる。なお、本第２の実施形態では、上述した引出し用開口部１４の具体的な寸法を特に限定しない。例えば、イオン注入ターゲット１２が半導体基板の場合には、一方向を、当該半導体基板の直径程度の長さとし、これと直角方向には基板直径と比べて短い長さとすることとしてもよい。また、本第２の実施形態は、引出し用開口部１４の形状についても特に限定ない。イオン注入を行うターゲット１２に応じた形状にすることができる。例えば、引出し用開口部１３を直径が数ｍｍ程度の孔を多数並べるように構成してもよい。
【００４２】
このように、本発明の第２の実施形態によれば、イオン源１にイオンビーム１１のビーム形状をイオン注入に適した形状に成形する手段設を設けていることから、上記第１の実施形態で必要であったＱレンズ部４を除くことが可能となる。そのため、第１の実形態と比べて更に、小型・軽量化した酸素イオン注入装置を実現することができる。
【００４３】
なお、本発明は以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、酸素イオン注入装置を小型・軽量化しかつ、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態が適用されたイオン注入装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態が適用された正のイオン源電極１３の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態が適用された負のイオン源電極１３の構成を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態が適用されたイオン注入装置の概略構成を説明するための図である。
【図５】従来のイオン注入装置の概略構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１…イオン源、２…質量分離器、３…後段加速管、４…Ｑレンズ部、５…偏向部、６…イオン注入室、７…レッドボックス、８…全体カバー、１０…接続管、１１…イオンビーム、１２…ターゲット、１３…イオン源電極、１４…引出し用開口部、１５…通過口、２０…Ｘ線遮蔽部、２１…プラズマ電極ＰＧ、２２…引出し電極ＥＧ、２３…減速電極ＤＧ、２４…接地電極ＧＧ、３１…プラズマ電極、３２…引出し電極ＥＧ、３３…接地電極ＧＧ、５０…Ｘ線遮蔽部
【図１】
2004281902.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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